一種無(wú)線充電發(fā)射器、接收器、充電裝置及無(wú)線充電方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無(wú)線充電發(fā)射器、接收器、充電裝置及無(wú)線充電方法，無(wú)線充電發(fā)射器包括第一微控制器、驅(qū)動(dòng)電路、諧振發(fā)射電路、PPM解碼電路和電源電路；無(wú)線充電接收器，包括諧振接收電路、全橋整流電路、DC-DC轉(zhuǎn)換電路、電流傳感器、鋰電池、模擬采樣電路、第二微控制器和PPM發(fā)射電路；無(wú)線充電裝置包括上述無(wú)線充電發(fā)射器和接收器。本發(fā)明利用電磁耦合原理，傳送電磁能量，同時(shí)，原邊線圈和次邊線圈兼做通信線圈，通過(guò)脈沖位置調(diào)制方式(PPM)傳遞充電反饋數(shù)據(jù)，對(duì)傳輸功率進(jìn)行智能控制，實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單、傳輸功率大、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各類10W及10W以下功率的數(shù)碼產(chǎn)品。
【專利說(shuō)明】一種無(wú)線充電發(fā)射器、接收器、充電裝置及無(wú)線充電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無(wú)線充電發(fā)射器、接收器、充電裝置及無(wú)線充電方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)線充電技術(shù)是近年興起的新興技術(shù)，基于電磁感應(yīng)原理的無(wú)線充電目前應(yīng)用比 較成熟?，F(xiàn)在無(wú)線充電技術(shù)在電子消費(fèi)類市場(chǎng)表現(xiàn)出巨大潛力，為無(wú)連接電源線的情況下 給便攜式電子設(shè)備充電提供了一種便利的解決方案。市面上主要流行使用WPC聯(lián)盟的無(wú)線 充電電源，其原理也是基于電磁感應(yīng)原理，接收器向發(fā)射器反饋信息碼，調(diào)制方式為模擬及 數(shù)字相結(jié)合的PING方式，輸出功率為5W，主要受電端為智能手機(jī)。然而針對(duì)平板等充電功 率要求10W的電子設(shè)備，市面上并無(wú)相對(duì)成熟的產(chǎn)品。
[0003] 并且，WPC聯(lián)盟無(wú)線充電技術(shù)有以下不足和限制：
[0004] (1)輸出功率小，只限于5W以下的小功率用電器；
[0005] (2)電力傳輸距離短（最大垂直距離為2CM)，原邊線圈與次邊線圈距離加大時(shí)，反 饋數(shù)據(jù)包可靠性降低；
[0006] (3)數(shù)據(jù)包調(diào)制方式消耗功率大，影響輸出功率。
[0007] (4)使用額外的通信模塊（例如RFID、藍(lán)牙、Zigbee等）將受電端數(shù)據(jù)信息反饋 回發(fā)射端，作為充電器而言，將大大增加研發(fā)成本，不利于產(chǎn)品化。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足和限制，本發(fā)明要解決技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)線充電發(fā)射器、 接收器、充電裝置及無(wú)線充電方法，電力原邊線圈及次邊線圈兼作通信線圈，解決輸出功率 小、電量垂直傳輸距離短、反饋數(shù)據(jù)編碼調(diào)制方式功耗大等不足。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0010] 一種無(wú)線充電發(fā)射器，包括第一微控制器、驅(qū)動(dòng)電路、諧振發(fā)射電路、PPM解碼電路
[0011] 和電源電路；第一微控制器、驅(qū)動(dòng)電路和諧振發(fā)射電路依次連接；諧振發(fā)射電路 通過(guò)
[0012] PPM解碼電路與第一微控制器的信號(hào)反饋端連接，所述第一微控制器和驅(qū)動(dòng)電路 均與
[0013] 電源電路連接；
[0014] 所述驅(qū)動(dòng)電路包括全橋驅(qū)動(dòng)芯片UBA2032T及全橋電路；
[0015] 所述諧振發(fā)射電路包括原邊線圈與第一諧振電容（1);
[0016] 所述PPM解碼電路包括依次連接的緩沖電路、信號(hào)放大電路、二階帶通濾波電路 和滯回比較電路；
[0017] 所述電源電路包括AC-DC變換電路和DC-DC供電電路，AC-DC變換電路的輸出端 與DC-DC供電電路的輸入端連接，所述AC-DC變換電路輸出電壓為全橋電路的上橋臂供電， 所述DC-DC供電電路為第一微控制器供電。
[0018] 所述諧振發(fā)射電路還與第一微控制器直接相連。
[0019] 進(jìn)一步地，所述AC-DC變換電路直接由市電供電。
[0020] -種無(wú)線充電接收器，包括諧振接收電路、全橋整流電路、DC-DC轉(zhuǎn)換電路、電流 傳感器、鋰電池、模擬采樣電路、第二微控制器和PPM發(fā)射電路；諧振接收電路、全橋整流電 路、DC-DC轉(zhuǎn)換電路、電流傳感器和鋰電池依次連接，模擬采樣電路輸入端與DC-DC轉(zhuǎn)換電 路輸出端連接，模擬采樣電路輸出端和電流傳感器輸出端均與第二微控制器連接，第二微 控制器和PPM發(fā)射電路連接，PPM發(fā)射電路輸出端與諧振接收電路連接；
[0021] 所述諧振接收電路，包括次邊線圈和第二諧振電容（2);
[0022] 所述全橋整流電路和第二微控制器之間還連接有開關(guān)穩(wěn)壓芯片NCP699。
[0023] 進(jìn)一步地，所述PPM發(fā)射電路包括高速光耦和開關(guān)M0S管，用于對(duì)第二微控制器輸 出的序列脈沖進(jìn)行功率放大。
[0024] -種無(wú)線充電裝置，包括上述的無(wú)線充電發(fā)射器和上述的無(wú)線充電接收器，所述 原邊線圈與次邊線圈以上下平行對(duì)齊方式放置，原邊線圈與次邊線圈同時(shí)為通信線圈。
[0025] 進(jìn)一步地，所述第一微控制器和第二微控制器均為C8051F330單片機(jī)。
[0026] 一種無(wú)線充電方法，采用上述的無(wú)線充電裝置，包括以下步驟：
[0027] 步驟一：無(wú)線充電發(fā)射器上電，并發(fā)送電磁信號(hào)；若沒(méi)有收到反饋信號(hào)，進(jìn)入待機(jī) 狀態(tài)；
[0028] 步驟二：無(wú)線充電接收器收到電磁信號(hào)后，向無(wú)線充電發(fā)射器發(fā)送反饋信號(hào)；
[0029] 步驟三：第一微控制器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，如果是無(wú)線充電發(fā)射器發(fā)送的 反饋信號(hào)，則開始向無(wú)線充電接收器傳輸電量；
[0030] 步驟四：第二微控制器通過(guò)模擬采樣電路采集DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓，通過(guò) 電流傳感器米樣輸出電流；
[0031] 若發(fā)生過(guò)壓或者過(guò)流，第二微控制器向開關(guān)穩(wěn)壓芯片NCP699發(fā)出關(guān)斷信號(hào)，停止 發(fā)送反饋信號(hào)，電量傳輸中斷；
[0032] 否則，第二微控制器對(duì)采樣到的輸出電壓和輸出電流信號(hào)進(jìn)行PPM編碼，產(chǎn)生反 饋信號(hào)經(jīng)PPM發(fā)射電路和次邊線圈發(fā)送到無(wú)線充電發(fā)射器；原邊線圈接收反饋信號(hào)，經(jīng)PPM 解碼電路解碼發(fā)送到第一微控制器；第一微控制器讀取反饋信號(hào)并進(jìn)行判斷，當(dāng)充電功率 低于預(yù)設(shè)充電功率時(shí)，增大PWM輸出脈沖頻率，即中心工作頻率，使其往諧振頻率方向調(diào) 整，諧振振幅加大進(jìn)而增大充電功率；當(dāng)充電功率高于預(yù)設(shè)充電功率時(shí)，減小PWM輸出脈沖 頻率使其遠(yuǎn)離諧振頻率，諧振振幅減小從而減小充電功率；如此，維持充電功率的恒定。
[0033] 所述無(wú)線充電發(fā)射器上電時(shí)，設(shè)定PWM輸出脈沖頻率，即中心工作頻率低于諧振 頻率。
[0034] 進(jìn)一步地，所述步驟三還包括：
[0035] 第一微控制器對(duì)原邊線圈上輸出的交流電壓峰值進(jìn)行采樣，與振幅電壓典型值和 諧振峰值電壓比較：
[0036] (1)金屬異物會(huì)吸收電磁能量，使發(fā)射線圈電感量降低。在同一頻率下，電感量降 低時(shí)諧振振幅會(huì)變大。若米樣的峰值電壓在諧振峰值電壓± 5 %內(nèi)，說(shuō)明發(fā)射底座上有金屬 異物，第一微控制器關(guān)斷PWM脈沖信號(hào)，進(jìn)而停止充電；
[0037] (2)如果采樣的峰值電壓低于振幅電壓典型值，第一微控制器按照頻率非線性修 正控制法則增大中心工作頻率；如果采樣的峰值電壓高于振幅電壓典型值，第一微控制器 按照頻率非線性修正控制法則減小中心工作頻率；
[0038] 所述振幅電壓典型值是指在設(shè)定的PWM輸出脈沖頻率下，原邊線圈上輸出的交流 電壓峰值理論值；所述諧振峰值電壓是指在設(shè)定PWM輸出脈沖頻率等于諧振頻率時(shí)，原邊 線圈上輸出的交流電壓峰值理論值。
[0039] 進(jìn)一步地，所述無(wú)線充電發(fā)射器上電時(shí)，設(shè)定PWM輸出脈沖頻率，即中心工作頻率 為120kHZ，諧振頻率為150kHZ，PWM輸出脈沖頻率，即中心工作頻率在90kHZ-150kHZ范圍 內(nèi)調(diào)整。
[0040] PWM輸出脈沖頻率在本發(fā)明中定義為中心工作頻率，LC匹配的頻率為固有諧振頻 率，稱為諧振頻率。
[0041] 模擬采樣電路對(duì)充電電壓及電流進(jìn)行采樣；無(wú)線充電接收器輸出電路中板載電流 傳感器（ACS712)，將輸出電流信號(hào)感應(yīng)為電壓信號(hào)送入第二微控制器檢測(cè)，電流傳感器由 NCP699供電。第二微控制器將采樣信號(hào)進(jìn)行PPM編碼，形成序列脈沖，經(jīng)過(guò)PPM發(fā)射電路輸 出到無(wú)線充電接收器的次邊線圈，從而將受電端充電信息反饋到無(wú)線充電發(fā)射器，無(wú)線充 電發(fā)射器的PPM解碼電路對(duì)無(wú)線充電接收器的反饋數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理以使第一微控制器能 夠讀取并解碼。第一微控制器讀取充電反饋信息，從而得知充電端充電功率需求。第一微 控制器通過(guò)內(nèi)置算法程序，當(dāng)充電功率低于預(yù)設(shè)充電功率時(shí)，增大PWM輸出脈沖頻率（中心 工作頻率）使其往諧振頻率方向調(diào)整，諧振振幅加大進(jìn)而增大充電功率；當(dāng)充電功率高于 預(yù)設(shè)充電功率時(shí)，減小PWM輸出脈沖頻率使其遠(yuǎn)離諧振頻率，諧振振幅減小從而減小充電 功率。如此，維持了充電功率的恒定。
[0042] 有益效果：
[0043] 1.電力傳輸線圈同時(shí)作為通信線圈，使用PPM編碼調(diào)制方式反饋充電信息【PPM是 英文Pulse Position Modulation的縮寫，中文意思是脈沖位置調(diào)制，又稱脈位調(diào)制，其組 成多為頭碼+脈沖數(shù)，PPM以其編碼方式簡(jiǎn)單，使用方便而曾經(jīng)被廣泛的使用在一些無(wú)線遙 控系統(tǒng)中】，不需要額外的通信模塊，實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)包反饋可靠、傳輸功率大、功耗低， 支持近距離通信，原邊線圈和次邊線圈即使在上下對(duì)齊相距5CM仍能夠可靠通信。數(shù)據(jù)包 采用ID標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別功能。利用C8051F330單片機(jī)片內(nèi)資源，實(shí)現(xiàn)異物檢測(cè) 及諧振功率自動(dòng)調(diào)諧等功能，使電量高效傳輸，具有較高的實(shí)用性。
[0044] 2.將AC-DC轉(zhuǎn)換模塊嵌在板子上，可直接從市電獲取電量，無(wú)線充電電源工作時(shí) 無(wú)需外接適配器，相比市面上供電方式為USB供電更方便可靠；采用全橋拓?fù)潆娐罚暂^小 電壓獲得高發(fā)射功率；接收器采用高性能DC-DC轉(zhuǎn)換器，使輸出最大功率達(dá)15W。
[0045] 3.本發(fā)明能大大降低生產(chǎn)成本，易于產(chǎn)品化。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0046] 圖1為本發(fā)明的無(wú)線充電裝置的原理框圖。
[0047] 圖2為無(wú)線充電發(fā)射器原理框圖。
[0048] 圖3為無(wú)線充電接收器原理框圖。
[0049] 圖4為本發(fā)明的反饋數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0051] 如圖1所示，一種無(wú)線充電裝置，其特征在于，包括無(wú)線充電發(fā)射器和無(wú)線充電接 收器。無(wú)線充電發(fā)射器驅(qū)動(dòng)電路以特定頻率激勵(lì)原邊線圈，諧振原邊線圈與串聯(lián)的第一諧 振電容1產(chǎn)生LC諧振產(chǎn)生電磁波，所述無(wú)線充電接收器通過(guò)LC匹配電路接收電磁能量并 通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換電路向鋰電池充電。
[0052] 進(jìn)一步的，無(wú)線充電接收器的微控制器通過(guò)模擬采樣電路和電流傳感器對(duì)輸出電 壓及電流進(jìn)行采樣，并將模擬信號(hào)組合編碼，生成的PPM信號(hào)將充電信息通過(guò)次邊線圈向 原邊線圈通信。
[0053] 如圖2所示，無(wú)線充電發(fā)射器包括AC-DC變換電路、DC-DC供電電路、驅(qū)動(dòng)電路、第 一微控制器、PPM解碼電路及諧振發(fā)射電路。
[0054] 第一微控制器主要作用是：對(duì)原邊線圈上的交流電壓峰值進(jìn)行采樣，對(duì)PWM輸出 脈沖頻率進(jìn)行微調(diào)，穩(wěn)定諧振發(fā)射功率；對(duì)PPM解碼電路處理的信號(hào)進(jìn)行脈沖位置調(diào)制數(shù) 字解碼；通過(guò)PCA模塊輸出120kHZ的PWM驅(qū)動(dòng)脈沖輸出至驅(qū)動(dòng)芯片；通過(guò)檢測(cè)采樣輸出電 壓峰峰值的高低，可判斷出發(fā)射底座上是否有金屬異物，若采樣峰值電壓在諧振峰值電壓 ± 5 %內(nèi)，則關(guān)斷PWM脈沖信號(hào)，進(jìn)而停止充電。
[0055] LC諧振系統(tǒng)中，諧振電容、電感匹配存在一定的誤差，LC諧振時(shí)，實(shí)際諧振電容、 電感誤差會(huì)匹配出偏移原設(shè)計(jì)諧振點(diǎn)組合，導(dǎo)致大批量生產(chǎn)時(shí)LC諧振點(diǎn)不一致，發(fā)射功率 與設(shè)計(jì)預(yù)定值有所偏差（超出±2% )，降低產(chǎn)品合格率。LC諧振系統(tǒng)有幾個(gè)重要特性： 第一，每一組諧振線圈與電容的組合諧振曲線不同；第二，不同驅(qū)動(dòng)電壓下曲線也不同；第 三，在發(fā)射器工作時(shí)檢測(cè)是否有金屬異物存在。如此，所需的諧振線圈、電容實(shí)際諧振頻率， 以及它們?cè)跓o(wú)金屬異物下的典型曲線及其參數(shù)，在無(wú)線充電器出廠前已通過(guò)總結(jié)大量實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)確定，通過(guò)掃描方式將線圈的典型曲線燒寫到電路的EEPR0M中。出廠后每一組無(wú)線 充電系統(tǒng)均有自己的典型曲線記錄，工作時(shí)第一微控制器通過(guò)查表方式，對(duì)比此時(shí)中心工 作頻率下的振幅狀態(tài)與典型值的差異量。如果此時(shí)振幅電壓低于振幅電壓典型值，第一微 控制器通過(guò)查表方式，增大中心工作頻率使振幅增大；振幅電壓高于振幅電壓典型值，第一 微控制器減小中心工作頻率使振幅減小。此時(shí)中心工作頻率具體的增大量與減小量是依 據(jù)表中的控制法則（大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)出）進(jìn)行的，每個(gè)頻率對(duì)應(yīng)一個(gè)振幅值。本系統(tǒng)中設(shè)值 的諧振頻率為150kHZ，中心工作頻率為120kHZ，頻率解析度為lkHZ，解析頻率下限范圍為 90kHZ-120kHZ，上限范圍為120kHZ-150kHZ，以上控制方式為頻率非線性修正。通過(guò)頻率非 線性修正技術(shù)，達(dá)到的效果為：實(shí)現(xiàn)變頻，調(diào)整功率，穩(wěn)定發(fā)射及充電功率；消除LC誤差，使 量產(chǎn)時(shí)發(fā)射功率誤差保持在±2% ;檢測(cè)是否有安全隱患的金屬異物存在。
[0056] 發(fā)射模塊上電時(shí)，初始的中心工作頻率為120kHZ。第一微控制器通過(guò)解析采樣的 峰峰值電壓，與典型值比較，通過(guò)頻率非線性修正技術(shù)使頻率以1KHZ的解析度以120KHZ為 中心在90kHZ-150kHZ范圍內(nèi)變動(dòng)，穩(wěn)定發(fā)射功率。
[0057] 諧振系統(tǒng)中，PWM輸出脈沖頻率等于諧振頻率時(shí)，諧振振幅最大。振幅大，輸出功率 就大。設(shè)置PWM輸出脈沖頻率低于諧振頻率，當(dāng)PWM輸出頻率遠(yuǎn)離諧振頻率時(shí)，振幅減小； PWM輸出頻率靠近諧振頻率時(shí)，振幅增大。根據(jù)這個(gè)原理，調(diào)節(jié)PWM輸出脈沖頻率便可調(diào)節(jié) 輸出功率。
[0058] AC-DC變換電路由AC-DC電源模塊及其外圍電路組成，主要完成如下功能：輸 出15V直流電壓作為無(wú)線充電發(fā)射器主電壓，作用于全橋電路上橋臂，輸出功率為15W，為 DC-DC供電電路供電。AC-DC電源模塊選用MinMAX公司的AKF-15S15。
[0059] DC-DC供電電路主要由5V供電模塊和3. 3V供電模塊組成，其中，5V供電模塊作為 第一微控制器的PWM輸出信號(hào)的拉升電壓，且作為3. 3V供電模塊的輸入電壓；3. 3V模塊為 第一微控制器供電。5V供電模塊選擇TI公司的TPS54231D開關(guān)穩(wěn)壓芯片，3. 3V供電模塊 選用AMS1117-3. 3芯片。
[0060] 驅(qū)動(dòng)電路主要由全橋驅(qū)動(dòng)芯片和全橋拓?fù)潆娐方M成，主要完成如下功能：全橋芯 片接收第一微控制器的PWM驅(qū)動(dòng)脈沖，對(duì)其電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換和功率放大，輸出兩路一定頻率、 相位相差180度的PWM驅(qū)動(dòng)脈沖，分別驅(qū)動(dòng)全橋電路上下對(duì)角的功率M0S管。全橋拓?fù)潆?路輸出頻率為120kHZ、峰峰值為30V的交流正負(fù)方波。其中，全橋驅(qū)動(dòng)芯片選用飛利浦公司 的高功率驅(qū)動(dòng)芯片UBA2032T。
[0061] 諧振發(fā)射電路由第一諧振電容1及諧振原邊線圈通過(guò)串聯(lián)諧振方式組成，主 要完成以下功能：第一諧振電容1與原邊線圈在交流正負(fù)方波激勵(lì)下產(chǎn)生諧振發(fā)送電 磁波；原邊線圈兼做通信線圈用。本發(fā)明中心工作頻率設(shè)定為120kHZ，電容與線圈按照 /=丨進(jìn)行參數(shù)匹配，諧振頻率為150KHZ。作為關(guān)鍵器件，電容選用高功率多層次 諧振電容，線圈選用高品質(zhì)電感線圈。
[0062] ΡΡΜ解碼電路主要由緩沖電路、信號(hào)放大電路、二階帶通濾波電路、滯回比較電路 組成。其工作原理：充電系統(tǒng)工作時(shí)，PPM解碼電路接收原邊線圈上接收到的無(wú)線接收器發(fā) 出的PPM調(diào)制信息先經(jīng)由運(yùn)放組成的射隨器緩沖輸出，然后經(jīng)信號(hào)放大電路及二階帶通濾 波電路進(jìn)行放大和濾波，送入滯回比較器進(jìn)行脈沖整形，將50kHZ的PPM調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)化為第 一微控制器能夠讀取的脈沖信號(hào)。電路由一片四路運(yùn)放LM324及其外圍器件構(gòu)成。
[0063] 如圖3所示，無(wú)線接收器：主要由LC諧振電路、全橋整流電路、DC-DC轉(zhuǎn)換電路、
[0064] 模擬采樣電路、第二微控制器及PPM發(fā)射電路組成。
[0065] 接收器LC諧振電路中，第二諧振電容2與次邊線圈以串聯(lián)方式連接，電容與線圈 按照/=l/(2;r>/Z^)進(jìn)行參數(shù)匹配，參數(shù)匹配綜合考慮接收效率，作為關(guān)鍵器件，電容選用 高功率多層次諧振電容，線圈選用高品質(zhì)電感線圈。
[0066] 全橋整流電路由四個(gè)肖特基整流管SS39搭接而成，對(duì)感應(yīng)電壓進(jìn)行整流。
[0067] DC-DC轉(zhuǎn)換電路由開關(guān)穩(wěn)壓芯片及其外圍電路組成，其主要功能如下：將全橋整 流電路輸出的10V直流電壓斬波降壓至5 V，并對(duì)鋰電池進(jìn)行充電?？紤]到平板鋰電池充電 功率為l〇W，DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓芯片采用NS公司生產(chǎn)的LM2596-5,使接收器在正常充電情況 下最大輸出功率為15W。
[0068] 如圖3所不，第二微控制器對(duì)DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出的充電電流進(jìn)行米樣，對(duì)輸出的 5V電壓進(jìn)行四路模擬采樣，四路采樣點(diǎn)均為經(jīng)分壓后的輸出充電電壓，以提高采樣精度，利 于編碼。采樣電壓及電流信號(hào)經(jīng)過(guò)RC低通濾波后輸入到微控制器，第二微控制器對(duì)四路模 擬電壓及電流信號(hào)進(jìn)行數(shù)字脈沖調(diào)制編碼（PPM)，并發(fā)出相應(yīng)的脈沖序列，驅(qū)動(dòng)PPM發(fā)射電 路。具體原理為：第二微控制器首先輸出一定寬度的幀同步脈沖，然后第二微控制器對(duì)電流 信號(hào)和四路輸出模擬電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，其中將四路模擬采樣值求平均，以提高采樣精度， 并將求出的電壓平均值和電流值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。接著計(jì)數(shù)器進(jìn)行減1運(yùn)算，當(dāng)計(jì)數(shù)器減到 0時(shí)，第二微控制器輸出PPM序列脈沖。解調(diào)依據(jù)于每個(gè)脈沖的相對(duì)位置，解調(diào)時(shí)只需判斷 出PPM脈沖與同步脈沖之間時(shí)間間隔就可以得到數(shù)字信號(hào)。第二微控制器通過(guò)模擬采樣電 路對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，當(dāng)鋰電池電壓充滿后，第二微控制器對(duì)NCP699發(fā)出關(guān)斷信號(hào)停止 充電動(dòng)作，以保護(hù)電池。
[0069] PPM發(fā)射電路由光耦及開關(guān)M0S管組成：高速光耦接收第二微控制器發(fā)出的脈沖 序列，并對(duì)脈沖序列進(jìn)行電平功率放大驅(qū)動(dòng)開關(guān)M0S管，開關(guān)管開漏輸出將反饋數(shù)據(jù)包通 過(guò)次邊線圈發(fā)送至無(wú)線充電發(fā)射器。第一微控制器讀取充電反饋信息，從而得知充電端充 電功率需求。第一微控制器通過(guò)內(nèi)置算法程序，當(dāng)充電功率低于預(yù)設(shè)充電功率時(shí)，增大PWM 輸出脈沖頻率使其往諧振頻率方向移動(dòng)，諧振振幅加大進(jìn)而增大充電功率；當(dāng)充電功率高 于預(yù)設(shè)充電功率時(shí)，減小PWM輸出脈沖頻率使其遠(yuǎn)離諧振頻率，諧振振幅減小從而減小充 電功率。如此，維持了充電功率的恒定。
[0070] 本發(fā)明選擇PPM(脈沖位置調(diào)制）調(diào)制方式，反饋數(shù)據(jù)包定義如圖4所示，包括：包 頭標(biāo)識(shí)，用于指定數(shù)據(jù)包傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容；ID標(biāo)識(shí)，用于對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行識(shí)別；數(shù)據(jù)碼組，用于 傳送輸出電流電壓數(shù)據(jù)信息；數(shù)據(jù)校驗(yàn)和，用于對(duì)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的誤碼進(jìn)行校驗(yàn)，減少誤 碼率。下表1為反饋數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)。
[0071] 表1反饋數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)
[0072] 包頭標(biāo)i只 ID標(biāo)識(shí) 數(shù)據(jù)碼組 數(shù)據(jù)包校驗(yàn)和 0x55,0x55 Oxbe, Oxbe 8 字節(jié) 4 字節(jié) (2字節(jié)） （2字節(jié)）
[0073] 進(jìn)一步地，若上電后無(wú)線充電發(fā)射器未收到無(wú)線充電接收器發(fā)送的數(shù)據(jù)包，則無(wú) 線充電發(fā)射器不發(fā)射電磁能量，處于待機(jī)狀態(tài)，直至收到反饋數(shù)據(jù)包。無(wú)線充電發(fā)射器通過(guò) 接收數(shù)據(jù)包的ID標(biāo)志位進(jìn)行識(shí)別。無(wú)線充電電源充電過(guò)程為：發(fā)射板上電時(shí)，發(fā)射板向接 收板傳輸電量，此時(shí)發(fā)射板并未接收到接收板反饋信號(hào)（PPM傳輸協(xié)議），處于待機(jī)狀態(tài)；次 邊線圈接收電磁能量，感應(yīng)出電壓向接收系統(tǒng)供電，微控制器開始工作并生成反饋信號(hào)，經(jīng) 過(guò)功率放大反饋到發(fā)射板，發(fā)射板接收到反饋信號(hào)后才由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)向工作狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1. 一種無(wú)線充電發(fā)射器，其特征在于，包括第一微控制器、驅(qū)動(dòng)電路、諧振發(fā)射電路、 PPM解碼電路和電源電路；第一微控制器、驅(qū)動(dòng)電路和諧振發(fā)射電路依次連接；諧振發(fā)射電 路通過(guò)PPM解碼電路與第一微控制器的信號(hào)反饋端連接，所述第一微控制器和驅(qū)動(dòng)電路均 與電源電路連接； 所述驅(qū)動(dòng)電路包括全橋驅(qū)動(dòng)芯片UBA2032T及全橋電路； 所述諧振發(fā)射電路包括原邊線圈與第一諧振電容（1); 所述PPM解碼電路包括依次連接的緩沖電路、信號(hào)放大電路、二階帶通濾波電路和滯 回比較電路； 所述電源電路包括AC-DC變換電路和DC-DC供電電路，AC-DC變換電路的輸出端與 DC-DC供電電路的輸入端連接，所述AC-DC變換電路輸出電壓為全橋電路的上橋臂供電，所 述DC-DC供電電路為第一微控制器供電。 所述諧振發(fā)射電路還與第一微控制器直接相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電發(fā)射器，其特征在于，所述AC-DC變換電路直接由市 電供電。
3. -種無(wú)線充電接收器，其特征在于，包括諧振接收電路、全橋整流電路、DC-DC轉(zhuǎn)換 電路、電流傳感器、鋰電池、模擬采樣電路、第二微控制器和PPM發(fā)射電路；諧振接收電路、 全橋整流電路、DC-DC轉(zhuǎn)換電路、電流傳感器和鋰電池依次連接，模擬采樣電路輸入端與 DC-DC轉(zhuǎn)換電路輸出端連接，模擬采樣電路輸出端和電流傳感器輸出端均與第二微控制器 連接，第二微控制器和PPM發(fā)射電路連接，PPM發(fā)射電路輸出端與諧振接收電路連接； 所述諧振接收電路，包括次邊線圈和第二諧振電容（2); 所述全橋整流電路和第二微控制器之間還連接有開關(guān)穩(wěn)壓芯片NCP699。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線充電接收器，其特征在于，所述PPM發(fā)射電路包括高速光 耦和開關(guān)MOS管，用于對(duì)第二微控制器輸出的序列脈沖進(jìn)行功率放大。
5. -種無(wú)線充電裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1一2中任一項(xiàng)所述的無(wú)線充電發(fā)射 器和權(quán)利要求3- 4中任一項(xiàng)所述的無(wú)線充電接收器，所述原邊線圈與次邊線圈以上下平 行對(duì)齊方式放置，原邊線圈與次邊線圈同時(shí)為通信線圈。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)線充電裝置，其特征在于，所述第一微控制器和第二微控 制器均為C8051F330單片機(jī)。
7. -種無(wú)線充電方法，其特征在于，采用權(quán)利要求8所述的無(wú)線充電裝置，包括以下步 驟： 步驟一：無(wú)線充電發(fā)射器上電，并發(fā)送電磁信號(hào)；若沒(méi)有收到反饋信號(hào)，進(jìn)入待機(jī)狀 態(tài)； 步驟二：無(wú)線充電接收器收到電磁信號(hào)后，向無(wú)線充電發(fā)射器發(fā)送反饋信號(hào)； 步驟三：第一微控制器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，如果是無(wú)線充電發(fā)射器發(fā)送的反饋 信號(hào)，則開始向無(wú)線充電接收器傳輸電量； 步驟四：第二微控制器通過(guò)模擬采樣電路采集DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓，通過(guò)電流 傳感器米樣輸出電流； 若發(fā)生過(guò)壓或者過(guò)流，第二微控制器向開關(guān)穩(wěn)壓芯片NCP699發(fā)出關(guān)斷信號(hào)，停止發(fā)送 反饋信號(hào)，電量傳輸中斷； 否則，第二微控制器對(duì)采樣到的輸出電壓和輸出電流信號(hào)進(jìn)行PPM編碼，產(chǎn)生反饋信 號(hào)經(jīng)PPM發(fā)射電路和次邊線圈發(fā)送到無(wú)線充電發(fā)射器；原邊線圈接收反饋信號(hào)，經(jīng)PPM解碼 電路解碼發(fā)送到第一微控制器；第一微控制器讀取反饋信號(hào)并進(jìn)行判斷，當(dāng)充電功率低于 預(yù)設(shè)充電功率時(shí)，增大PWM輸出脈沖頻率；當(dāng)充電功率高于預(yù)設(shè)充電功率時(shí)，減小PWM輸出 脈沖頻率； 所述無(wú)線充電發(fā)射器上電時(shí)，設(shè)定PWM輸出脈沖頻率低于諧振頻率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)線充電方法，其特征在于，所述步驟三還包括： 第一微控制器對(duì)原邊線圈上輸出的交流電壓峰值進(jìn)行采樣，與振幅電壓典型值和諧振 峰值電壓比較： (1) 若米樣的峰值電壓在諧振峰值電壓±5%內(nèi)，說(shuō)明發(fā)射底座上有金屬異物，第一微 控制器關(guān)斷PWM脈沖信號(hào)，進(jìn)而停止充電； (2) 如果采樣的峰值電壓低于振幅電壓典型值，第一微控制器按照設(shè)定的控制法則增 大中心工作頻率；如果采樣的峰值電壓高于振幅電壓典型值，第一微控制器按照設(shè)定的控 制法則減小中心工作頻率； 所述振幅電壓典型值是指在設(shè)定的PWM輸出脈沖頻率下，原邊線圈上輸出的交流電壓 峰值理論值；所述諧振峰值電壓是指在設(shè)定PWM輸出脈沖頻率等于諧振頻率時(shí)，原邊線圈 上輸出的交流電壓諧振峰值理論值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)線充電方法，其特征在于，所述無(wú)線充電發(fā)射器上電時(shí)，設(shè) 定PWM輸出脈沖頻率為120kHZ，諧振頻率為150kHZ，PWM輸出脈沖頻率在90kHZ-150kHZ范 圍內(nèi)調(diào)整。
【文檔編號(hào)】H02J7/02GK104158269SQ201410392064
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】藍(lán)力, 黃波, 孫文德, 聶世剛, 譚永祥 申請(qǐng)人:長(zhǎng)城信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司, 長(zhǎng)沙湘計(jì)海盾科技有限公司