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可分區(qū)控制的電源板的制作方法

文檔序號:6872057閱讀:177來源:國知局
專利名稱:可分區(qū)控制的電源板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種非接觸電能傳輸?shù)碾娫窗澹唧w地說是一種采用感應(yīng)電能傳輸技術(shù)為各種家用或辦公電器以非電氣接觸方式提供電能的電源板。
背景技術(shù)
隨著科技的進(jìn)步和生活水平的提高,家用電器設(shè)備和日常辦公設(shè)備特別是便攜設(shè)備日益普及,其供電方式基本上都是采用接觸式電能直接傳導(dǎo)的傳輸方式。像計算機、臺燈等用電設(shè)備的電源都是通過導(dǎo)線和插頭從電源獲取的,另一類像手機、mp3播放器等便攜式電器的充電,其連接都需電源線。這種取電方式在操作上存在安全隱患且易于損壞,另外每個桌面用電設(shè)備都要一路電源線,使用不方便,且影響了桌面的整潔和美觀。
非接觸供電方式是通過感應(yīng)電能傳輸原理,使電器以非電氣接觸方式獲取電能,但它一般都是對特定的負(fù)載供電,也就是一個非接觸供電裝置發(fā)送線圈只有一個,只能對單獨的負(fù)載供電,當(dāng)出現(xiàn)多個電器時就需要多個非接觸供電裝置,這對用戶來說既浪費錢財又帶來不便(如公開號為CN1674405A、CN1667914A等中國專利)。公開號為CN1604437A的中國專利中雖然談到了電源發(fā)射板采用多線圈組合,但是它只是解決了功率傳輸和位置關(guān)系的問題,且各個線圈都是相同設(shè)置的,沒有解決不同類型的多負(fù)載分區(qū)域供電的問題,另外它沒有負(fù)載監(jiān)測功能,會對任何帶金屬外殼的物體供電,負(fù)載也要求是多線圈組合這就大大加大了設(shè)備的體積和質(zhì)量,對便攜式電器來說也是一種負(fù)擔(dān)。另外,非接觸式電源一般采用人工方式進(jìn)行啟動和關(guān)閉,即沒有負(fù)載監(jiān)測和發(fā)射線圈工作模式自動切換的功能,當(dāng)啟動或關(guān)閉某一用電設(shè)備時,將相應(yīng)的負(fù)載部分的能量發(fā)射機構(gòu)手動啟動或關(guān)閉。對于不長期工作的負(fù)載(如臺燈)和便攜式移動電器(如手機)共存的情況下,電器更換和開關(guān)頻繁對采用手動開關(guān)的能量發(fā)射機構(gòu)將帶來新的問題。另一種常用的方式是使能量發(fā)射板發(fā)射線圈一直處于負(fù)載供電狀態(tài),有負(fù)載便可以工作,但無負(fù)載時這種方式存在能量浪費的問題。雖然中國專利CN1153230C涉及對電器的檢測,但只是簡單的通過主電路側(cè)的次級線圈和負(fù)載的級次線圈感應(yīng)耦合作用來檢測,不能傳送攜帶任何有關(guān)負(fù)載類型和容量的信號,因此,它只能按著某一種具體的負(fù)載容量供電而不能根據(jù)不同負(fù)載的需要供電,且它沒有對負(fù)載反饋的信息進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn),只要任何含有線圈的物體接近該裝置,它都會對物體供電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對上述問題,提出一種具有對多負(fù)載集中供電和分區(qū)控制功能的電源板,它能夠以非電氣接觸的方式,將電能傳輸?shù)截?fù)載。
本發(fā)明所涉及的可分區(qū)控制的電源板,包括電源變換模塊6、負(fù)載監(jiān)測與控制模塊7和能量發(fā)射板8,其中,電源變換模塊6包括電源變換電路18和智能控制電路13,根據(jù)負(fù)載的類型和容量智能控制電路13控制電源變換電路18以最優(yōu)方式給負(fù)載供電;負(fù)載監(jiān)測與控制模塊7包括負(fù)載監(jiān)測電路25、負(fù)載編碼接收電路23、發(fā)射線圈控制電路22和負(fù)載信息輸出電路24,監(jiān)測面板上有無負(fù)載及負(fù)載類型,控制分區(qū)布置的發(fā)射線圈工作于最低功耗待機監(jiān)測模式或負(fù)載供電模式,并將負(fù)載信息傳送給電源變換電路的智能控制電路13;能量發(fā)射板8由根據(jù)人機工程學(xué)觀念分布的多分區(qū)能量發(fā)射線圈10和面板組成,根據(jù)電器負(fù)荷和類型,以分區(qū)方式設(shè)置不同能量發(fā)射線圈。
在負(fù)載監(jiān)測與控制模塊7中,負(fù)載監(jiān)測電路25含有電流檢測模塊,通過電流檢測模塊檢測各發(fā)射線圈電流參數(shù)的變化,由智能模塊19判斷有無負(fù)載接入及其所在位置。
負(fù)載監(jiān)測與控制模塊7的負(fù)載編碼接收電路23包含無線接收模塊,用于接收負(fù)載以編碼形式反饋信息,發(fā)射線圈控制電路22根據(jù)該信息判斷負(fù)載的真?zhèn)渭邦愋?,并控制相?yīng)發(fā)射線圈工作于最低功耗待機監(jiān)測模式或負(fù)載供電模式。
能量發(fā)射板中的發(fā)射線圈10根據(jù)負(fù)載類型和容量的不同由繞制成不同匝數(shù)和形狀的平行于面板的若干導(dǎo)線圈組成。
能量發(fā)射板中發(fā)射線圈10根據(jù)負(fù)載類型和容量的不同由繞制成不同匝數(shù)和形狀的平行于面板的若干含有磁芯的導(dǎo)線圈組成。
在電源變換模塊6中,智能控制電路13含有負(fù)載信息接收電路14,通過接收負(fù)載信息輸出電路24輸出的信息,控制電源變換電路18以最優(yōu)方式為各分區(qū)負(fù)載供電。
在電源變換模塊6中,電源變換電路18將各種不同形式的電源(如市電或蓄電池電源)轉(zhuǎn)換成高頻交流電源并通過發(fā)射線圈在面板上產(chǎn)生高頻磁場。電源變換電路18根據(jù)需要可以采用不同方式的DC-AC逆變電路,如全橋、半橋、推挽等逆變電路。電源變換模塊6中的智能控制電路13根據(jù)負(fù)載監(jiān)測與控制模塊7提供的負(fù)載反饋信息所需容量和負(fù)載類型,通過移相PWM控制方式,控制電源變換電路18給負(fù)載提供電能,使系統(tǒng)以最優(yōu)方式供電。
負(fù)載監(jiān)測與控制模塊7主要是完成負(fù)載的甄別和控制各發(fā)射線圈的工作模式,同時將接收到的負(fù)載反饋信息傳送給電源變換模塊6。具體過程是負(fù)載監(jiān)測電路25通過電流檢測模塊檢測發(fā)射線圈電流參數(shù)的變化來判定有無負(fù)載的介入及其位置,當(dāng)檢測到某一位置有負(fù)載接入時,發(fā)射線圈控制電路22控制相應(yīng)位置的發(fā)射線圈從最低功耗待機監(jiān)測模式轉(zhuǎn)換為負(fù)載供電模式,同時負(fù)載編碼接收電路14等待接收負(fù)載反饋的信息,若沒有接收到負(fù)載反饋的信息則判該負(fù)載為假負(fù)載,立即將該位置的發(fā)射線圈復(fù)位到最低功耗待機監(jiān)測模式,并將所檢測到的假負(fù)載的電流值更新上次的假負(fù)載電流值,以后再檢測到此電流值系統(tǒng)不響應(yīng),當(dāng)接收到負(fù)載反饋信息后,且此信息功率值小于或等于該位置線圈所能提供的最大功率時,將此信息通過負(fù)載信息輸出電路24傳送給電源變換模塊6,使其根據(jù)此信息以最佳方式給負(fù)載供電,反之將該位置線圈復(fù)位到最低功耗待機監(jiān)測模式下。
能量發(fā)射板8是在符合人機工程學(xué)觀念的地方安裝多個相應(yīng)的發(fā)射線圈10,各發(fā)射線圈通過發(fā)射線圈控制電路22獨立操作。能量發(fā)射板8中各線圈的位置可根據(jù)個人對負(fù)載擺放位置的習(xí)慣進(jìn)行調(diào)整,線圈的形狀可以是環(huán)形、方形、螺旋形等,其平面與板面平行,線圈根據(jù)需要可設(shè)置在高頻磁芯上,且根據(jù)負(fù)載功率不同各發(fā)射線圈設(shè)置的匝數(shù)也不同。
本發(fā)明所涉及的可分區(qū)控制的電源板為用電設(shè)備提供了安全、便潔和美觀的供電模式,并具有負(fù)載甄別和發(fā)射板線圈分區(qū)供電功能,實現(xiàn)了多電器的集中供電和分區(qū)控制,在對于像家用或辦公等多電器的供電場合具有很好的市場前景,其負(fù)載可以是像電腦、臺燈、加熱杯等不經(jīng)常遠(yuǎn)距離移動的用電設(shè)備,也可以是像手機、MP3、筆記本電腦等便攜式充電的用電設(shè)備。


圖1是符合人機工程學(xué)觀念的能量發(fā)射板透視圖;圖2是可分區(qū)控制的電源板電路原理框3是嵌入桌面的電源板的一種實物結(jié)構(gòu)示意4是電源變換模塊電路框5是負(fù)載監(jiān)測與控制模塊電路框6是能量發(fā)射線圈和負(fù)載接收線圈常用形式7是可分區(qū)控制的電源板工作流程8是電源板與臺燈負(fù)載實物剖面圖上圖中1,2,3,4,5分別為針對臺燈,電腦顯示設(shè)備,音響設(shè)備,手機或剃須刀設(shè)備,筆記本電腦電器設(shè)備供電的各種發(fā)射線圈,6電源變換模塊,7負(fù)載監(jiān)測與控制模塊,8能量發(fā)射板,9桌面電器,10分區(qū)發(fā)射線圈,11桌面底板,12系統(tǒng)總電源接頭,13智能控制電路,14負(fù)載信息接收電路,15市電接入電路,16整流橋,17調(diào)壓電路,18電源變換電路,19智能模塊,20存儲器,21電源模塊,22發(fā)射線圈控制電路,23負(fù)載編碼接收電路,24負(fù)載信息輸出電路,25負(fù)載監(jiān)測電路,26電能拾取機構(gòu),27負(fù)載編碼發(fā)送電路,28電源變換電路,29電器開關(guān)。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
描述如下圖1為電源發(fā)射板的一個簡單示意圖,其中臺燈發(fā)射線圈1,電腦顯示設(shè)備發(fā)射線圈2,音響設(shè)備發(fā)射線圈3,手機或剃須刀設(shè)備發(fā)射線圈4,筆記本電腦發(fā)射線圈5放置位置可根據(jù)個人習(xí)慣調(diào)整,符合人機工程學(xué)觀點,且由圖中還可以看出負(fù)載設(shè)備的容量不同,能量發(fā)射線圈10設(shè)置不同的匝數(shù)。只要負(fù)載所需功率小于能量發(fā)射機構(gòu)能夠提供的功率,該負(fù)載便可在此發(fā)射線圈上正常工作,如手機負(fù)載便可在電腦顯示器的發(fā)射線圈上正常工作。
圖2是可分區(qū)控制的電源板電路原理框圖,主要包括電源變換模塊6,負(fù)載監(jiān)測控制模塊7和能量發(fā)射板8。負(fù)載監(jiān)測與控制模塊7在甄別負(fù)載并控制相應(yīng)發(fā)射線圈工作的同時,將負(fù)載信息傳送給電源變換模塊6,電源變換模塊6根據(jù)負(fù)載信息以最優(yōu)方式將變換的高頻電源傳送給能量發(fā)射板8,能量發(fā)射板8在發(fā)射線圈控制電路22控制下在相應(yīng)的線圈中產(chǎn)生高頻磁場將能量以一定的空氣間隙非電氣接觸地傳送給負(fù)載。
圖3給出了本發(fā)明一個嵌入桌面電源板的實物結(jié)構(gòu)示意圖,圖中的桌面底板11是將圖2中的電源變換模塊6和負(fù)載監(jiān)測與控制模塊7封裝在一起組成的。能量發(fā)射板8根據(jù)人機工程學(xué)觀念設(shè)定各個發(fā)射線圈的位置,如圖1中所示。能量發(fā)射板8可以做成活動面板放置在一般桌面上,還可以直接做成該圖中所示的嵌入桌面的面板。能量發(fā)射線圈10根據(jù)需要可以繞制為多種形式,如圖6給出了一些常用的發(fā)射線圈形狀。電源變換電路18可采用全橋、半橋、推挽等方式實現(xiàn)。
圖4給出圖3中電源變換模塊6通常采用的電路框圖,市電從市電接入電路15經(jīng)過整流電路16和調(diào)壓電路17后,通過電容C1和電感濾波以一等效電流源到達(dá)全橋逆變電路。智能控制電路13根據(jù)負(fù)載信息接收電路14接到的負(fù)載信息以PWM和移相方式分別控制調(diào)壓電路17和逆變電路,使其按負(fù)載所需提供電能。全橋逆變電路中的四個開關(guān)T1-T4可采用IGBT、MOSFET等電力電子器件,其控制信號由智能控制電路13給出,通過控制全橋開關(guān)可以在輸出端產(chǎn)生一個等效的高頻交流電流源。
圖5中智能模塊19執(zhí)行完成負(fù)載的甄別和發(fā)射線圈分區(qū)控制功能的程序,存儲器20用來存儲不同分區(qū)發(fā)射線圈最大功率等級值和監(jiān)測到有負(fù)載接入時電流大小和負(fù)載位置,當(dāng)該負(fù)載為假負(fù)載時則后面監(jiān)測到有與此相同電流的負(fù)載接入時系統(tǒng)不響應(yīng),即該位置的發(fā)射線圈繼續(xù)工作于最低功耗待機監(jiān)測模式,當(dāng)為真負(fù)載時,收到負(fù)載信息的功率值大于該位置的發(fā)射線圈所能提供的功率,則系統(tǒng)也不響應(yīng)。電源模塊21提供電路板工作電源和各電力電子器件驅(qū)動模塊的電源。負(fù)載監(jiān)測電路25負(fù)責(zé)檢測負(fù)載的接入信息并將該信息交給智能模塊19,負(fù)載編碼接收電路23接收負(fù)載反饋的編碼信息,負(fù)載信息輸出電路24將接收到的信息傳送給電源變換模塊6,分區(qū)發(fā)射線圈控制電路22按智能控制模塊19發(fā)出的信號控制發(fā)射線圈的工作模式。
電源板的工作流程如圖7所示,在步驟#1中發(fā)射線圈控制電路22設(shè)置各線圈工作在最低功耗待機監(jiān)測模式下,步驟#2監(jiān)測負(fù)載的接入情況,主要是通過電流檢測模塊檢測發(fā)射線圈電流的變化來判斷負(fù)載接入與否及其接入位置。如果沒有負(fù)載接入則發(fā)射線圈一直工作于最低功耗待機監(jiān)測模式,當(dāng)有負(fù)載接入時則進(jìn)入步驟#3判斷該電流是否為上次監(jiān)測假負(fù)載時的電流,如果是則系統(tǒng)不響應(yīng)此次操作繼續(xù)進(jìn)入步驟#2的最低功耗待機監(jiān)測模式下工作,否則進(jìn)入步驟#4,將該位置的發(fā)射線圈控制在負(fù)載供電模式下工作,并進(jìn)入步驟#5等待負(fù)載反饋的編碼信息,如果負(fù)載編碼接收電路23沒有收到負(fù)載編碼反饋信息則該負(fù)載為假負(fù)載,進(jìn)入步驟#6由負(fù)載監(jiān)測與控制模塊7中的智能模塊19將該假負(fù)載引起的電流值更新到上次記錄的假負(fù)載電流值,避免該假負(fù)載一直在電源板上時引起發(fā)射線圈控制電路22對發(fā)射線圈的連續(xù)控制動作,并將該發(fā)射線圈復(fù)位到步驟#1最低功耗待機監(jiān)測模式下。如果負(fù)載編碼接收電路23收到負(fù)載的編碼信息則進(jìn)入步驟#7,比較負(fù)載編碼信息的功率值和記錄在存儲器20中的該發(fā)射線圈發(fā)射最大功率值,如前者大于后者則復(fù)位該位置發(fā)射線圈到#1的最低功耗待機監(jiān)測模式,反之則進(jìn)入步驟#8,通過負(fù)載信息輸出電路24將負(fù)載信息發(fā)送給電源變換模塊6,步驟#9中電源變換模塊6通過負(fù)載信息接收電路14接收負(fù)載信息,并通過智能控制電路13處理后發(fā)出控制信息調(diào)整調(diào)壓電路17和逆變電路,使其按負(fù)載所需提供電能,實現(xiàn)最優(yōu)供電。步驟#10通過負(fù)載檢測電路25檢測發(fā)射線圈電流的變化來監(jiān)測負(fù)載是否關(guān)閉或移走,如果關(guān)閉則發(fā)射線圈控制電路將該發(fā)射線圈復(fù)位到步驟#1最低功耗待機監(jiān)測模式,否則一直在負(fù)載供電模式下工作。通過此流程圖可以實時地自動甄別負(fù)載真?zhèn)渭罢{(diào)整系統(tǒng)工作于最優(yōu)的經(jīng)濟模式下。
圖8給出了電源板和臺燈負(fù)載之間能量傳輸時的剖面圖。在臺燈底座中放置了能量拾取機構(gòu)26、識別信息發(fā)送電路27和電源變換電路28。當(dāng)開關(guān)29接通時,便被負(fù)載監(jiān)測電路25檢測到,相應(yīng)分區(qū)發(fā)射線圈在發(fā)射線圈控制電路22作用下由電源變換電路18為其供電,但此時其他發(fā)射線圈仍處于最低功耗待機監(jiān)測模式下,臺燈能量拾取機構(gòu)26通過電磁耦合拾取電能,經(jīng)過電源變換電路28變換后供給臺燈和負(fù)載編碼發(fā)送電路27,負(fù)載編碼發(fā)送電路27工作后將編碼信息發(fā)送給負(fù)載編碼接收電路23,經(jīng)智能模塊19核對編碼正確后,繼續(xù)給該分區(qū)的發(fā)射線圈供電,否則,將切換該分區(qū)發(fā)射線圈工作在最低功耗待機監(jiān)測模式。能量拾取機構(gòu)26由線圈拾取機構(gòu)和諧振電容構(gòu)成,其中拾取線圈可以采用圖6的幾種方式,也可以根據(jù)需要采用其他形式。在線圈中增加磁芯可以增加拾取線圈和對應(yīng)發(fā)射分區(qū)線圈之間的耦合程度。電源變換電路28可通過高頻整流和常用的DC-DC或DC-AC電路構(gòu)成。負(fù)載編碼發(fā)送電路27為無線發(fā)射電路,采用常用的RF電路或微波發(fā)射電路將設(shè)定的信息編碼發(fā)送出去。
權(quán)利要求
1.一種可分區(qū)控制的電源板,包括電源變換模塊(6)、負(fù)載監(jiān)測與控制模塊(7)和能量發(fā)射板(8),其特征在于電源變換模塊(6)包括將電源高頻化的電源變換電路(18)和使該電路能以最優(yōu)方式給負(fù)載供電的智能控制電路(13);負(fù)載監(jiān)測與控制模塊(7)包括監(jiān)測面板上有無負(fù)載及負(fù)載類型的負(fù)載監(jiān)測電路(25)、接收負(fù)載編碼信息的負(fù)載編碼接收電路(23)、控制分區(qū)布置的發(fā)射線圈工作于最低功耗待機監(jiān)測模式或負(fù)載供電模式的發(fā)射線圈控制電路(22)和將負(fù)載信息傳送給電源變換模塊的智能控制電路(13)的負(fù)載信息輸出電路(24);能量發(fā)射板(8)由根據(jù)人機工程學(xué)觀念分布的多分區(qū)能量發(fā)射線圈(10)和面板組成,根據(jù)用電設(shè)備負(fù)荷和類型,以分區(qū)方式設(shè)置不同能量發(fā)射線圈(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可分區(qū)控制的電源板,其特征在于負(fù)載監(jiān)測電路(25)含有電流檢測模塊,通過電流檢測模塊檢測各發(fā)射線圈電流參數(shù)的變化,由智能模塊(19)判斷有無負(fù)載接入及其位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可分區(qū)控制的電源板,其特征在于負(fù)載編碼接收電路(23)包含無線接收模塊,用于接收負(fù)載以編碼形式反饋的信息,發(fā)射線圈控制電路(22)根據(jù)該信息判斷負(fù)載的真?zhèn)渭邦愋?,控制相?yīng)分區(qū)發(fā)射線圈(10)工作于最低功耗待機監(jiān)測模式或負(fù)載供電模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可分區(qū)控制的電源板,其特征在于分區(qū)發(fā)射線圈(10)根據(jù)負(fù)載類型和容量的不同由繞制成不同匝數(shù)和形狀的平行于面板的若干導(dǎo)線圈組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可分區(qū)控制的電源板,其特征在于分區(qū)發(fā)射線圈(10)根據(jù)負(fù)載類型和容量的不同由繞制成不同匝數(shù)和形狀的平行于面板的若干含有磁芯的導(dǎo)線圈組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可分區(qū)控制的電源板,其特征在于電源變換模塊(6)中的智能控制電路(13)含有負(fù)載信息接收電路(14),通過接收負(fù)載信息輸出電路(24)輸出的信息,控制電源變換電路(18)以最優(yōu)方式為各分區(qū)負(fù)載供電。
全文摘要
一種可分區(qū)控制的電源板,由電源變換模塊6、負(fù)載監(jiān)測與控制模塊7和能量發(fā)射板8組成,其中電源變換模塊6包括電源變換電路18和智能控制電路13;負(fù)載監(jiān)測與控制模塊7包括負(fù)載監(jiān)測電路25、負(fù)載編碼接收電路23、發(fā)射線圈控制電路22和負(fù)載信息輸出電路24;能量發(fā)射板8包括根據(jù)人機工程學(xué)觀念分布的多分區(qū)能量發(fā)射線圈10和面板。負(fù)載放在電源板上,該電源板便可實現(xiàn)由一路導(dǎo)線接入電能,分區(qū)域?qū)Χ鄠€負(fù)載以非電氣接觸方式靈活、安全供電,并具有對負(fù)載接入進(jìn)行甄別和根據(jù)其結(jié)果控制發(fā)射線圈相應(yīng)地工作的功能,使系統(tǒng)工作于最優(yōu)模式。
文檔編號H01F38/14GK1835338SQ20061005410
公開日2006年9月20日 申請日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者孫躍, 蘇玉剛 申請人:重慶大學(xué)
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