本发明提出一种无线电能传输系统及其控制方法，该发明通过在无线接收端设置能暂时存储能量的储能模块，该储能模块在系统待机过程中为无线接收端提供能量，并通过电流采样电路以及电压采样电路判断储能模块中能量是否耗尽，以进一步反馈给发射端，发射端MCU通过控制发射端工作频率以及PWM占空比，向接收端供能，进一步使辅助供电模块中能量再次达到预设值上限。通过本发明，有效的降低了在接收端持续待机充电过程中的系统功耗。
1.一种无线电能传输系统，外连有待充电负载，包括连接电网的无线发射端，以及可与无线发射端实现电能和通讯信号传输的无线接收端，无线发射端包括顺次串联的发射端整流滤波电路、逆变电路以及发射线圈，无线接收端包括顺次串联的接收线圈、接收端整流滤波电路、DC/DC变换电路，其特征在于：无线发射端还包括电连接逆变电路的发射端MCU，以及可接收无线接收端通信信号的无线通信接收模块，无线通信接收模块连接发射端MCU，以将从无线接收端接收的通信信号发送至发射端MCU；
无线接收端还包括接收端MCU，连接于接收端整流滤波电路与DC/DC变换电路之间可暂时存储能量的储能模块，连接接收端整流滤波电路输出端的电压采样电路，连接DC/DC变换电路输出端的电流采样电路，以及可向无线发射端发射通信信号的无线通信发射模块，其中，电压采样电路和电流采样电路的输出端都连接到接收端MCU；
电流采样电路实时采集的电流信号传送至接收端MCU，接收端MCU根据该电流信号与预设电流值的大小判断无线接收端是否处于待机状态，并生成第一判断信号，该第一判断信号通过无线通信发射模块和无线通信接收模块发送至发射端MCU；
电压采样电路采集整流后的电压信号传送到接收端MCU，接收端MCU根据该电压信号与预设电压范围的上限值大小判断储能模块中能量是否已达到预设能量值，并生成第二判断信号；接收端MCU根据该电压信号与预设电压范围的下限值大小判断储能模块中能量是否已到达下限值，并生成第三判断信号；该第二判断信号和该第三判断信号经过无线通信发射模块和无线通信接收模块传送到发射端MCU；
发射端MCU根据接收到的第一判断信号控制无线发射端的输出频率以及输出信号的占空比，根据接收到的第二判断信号控制无线充电系统是否关闭，根据接收到的第三判断信号控制接收端是否重新激发发射线圈。
2.根据权利要求1所述无线电能传输系统，其特征在于：储能模块与接收端MCU之间连接有可为接收端MCU供电的辅助供电模块。
3.根据权利要求1或2所述无线电能传输系统，其特征在于：发射线圈内设有可感应发射线圈与接收线圈位置的传感器，传感器根据发射线圈与接收线圈距离形成感应信号，传感器连接有发射端MCU，以接收传感器形成的感应信号，发射端MCU根据该感应信号判断无线接收端是否在工作区域内。
4.根据权利要求3所述无线电能传输系统，其特征在于：接收线圈内置有可增强传感器感应强度的感应物。
5.一种无线电能传输系统的控制方法，使用权利要求1-4中任一项所述的无线电能传输系统，其特征在于，包括以下步骤：S1：启动无线电能传输系统为负载充电；
S2：判断无线接收端是否进入待机状态：接收端MCU实时采集电流采样电路中输入的电流信号，并判断该电流信号是否低于预设电流值，若是，则执行S3；若否，则返回至S1；
S3：储能模块储存能量：发射端MCU控制输出频率为第一预设倍数的工作频率，并控制输出信号占空比为第二预设倍数的工作信号占空比，无线发射端向无线接收端发射电能，无线接收端的储能模块将能量存储，以维持负载待机充电的能耗；
S4：判断储能模块是否能量已达到预设上限：接收端MCU采集电压采样电路中输入的电压信号，并判断电压信号是否达到预设电压上限值，若是，则执行S5，若否，则返回执行S3；
S5：发射端MCU控制无线电能传输系统关闭，无线接收端通过储能模块维持负载待机充电的能量；
S6:判断储能模块中能量是否低于预设下限：接收端MCU采集电压采样电路输入的电压信号，并判断该电压信号是否低于预设电压下限值，若是，则返回执行S3；如否，则返回执行S5。
无线电能传输系统及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于无线充电领域，尤其涉及一种无线充电系统在系统在接收端设备待机时降低整个系统功率消耗的控制方法。
背景技术
[0002] 目前，无线充电技术发展迅速，因其非接触、无电线连接、操作方便等特性，备受关注，各种各样的无线充电产品也相继问世。
[0003] 无线充电系统有别于传统的单端式设备，其作为一种新型充电设备，拥有两个电气独立的模块组合而成，分别为发射端和接收端，发射端和接收端之间没有传统的电气连接，其是通过磁场来传递能量，能实现两端隔离，并且两端系统通过电磁感应原理产生磁场，完成能量传输。
[0004] 但是，上述无线充电系统，由于能量的传递依靠磁场，无线充电设备在保持待机的过程中，即使接收端用电设备只需要很小的能量，也必须激活两线圈间的磁场，完成能量传输，而维持磁场会消耗很多的能量。
[0005] 针对上述问题，现有的无线充电产品降低待机功耗的方式主要集中在发射端，即通过检测接收端是否在发射端的工作区域内，而判定是否处于待机状态。但对于接收端未及时拿走或是接收端处于很低功耗的的情况下，现有技术中尚未解决接收端设备待机时系统功耗问题。该种情况下，接收端在待机过程中需要的能量也需要从发射端获取，持续的待机充电需要线圈持续激发磁场，这一过程产生的待机功耗很大，会影响系统整体的待机损耗。
发明内容
[0006] 为了解决上述问题，本发明提供了一种无线电能传输系统及其控制方法，该发明降低了在接收端持续待机充电过程中的系统功耗。
[0007] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0008] 一种无线电能传输系统，外连有待充电负载，包括连接电网的无线发射端，以及可与无线发射端实现电能和通讯信号传输的无线接收端，无线发射端包括顺次串联的发射端整流滤波电路、逆变电路以及发射线圈，无线接收端包括顺次串联的接收线圈、接收端整流滤波电路、DC/DC变换电路，无线发射端还包括电连接逆变电路的发射端MCU，以及可接收无线接收端通信信号的无线通信接收模块，无线通信接收模块连接发射端MCU，以将从无线接收端接收的通信信号发送至发射端MCU；无线接收端还包括接收端MCU，连接于接收端整流滤波电路与DC/DC变换电路之间可暂时存储能量的储能模块，连接接收端整流滤波电路输出端的电压采样电路，连接DC/DC变换电路输出端的电流采样电路，以及可向无线发射端发射通信信号的无线通信发射模块，其中，电压采样电路和电流采样电路的输出端都连接到接收端MCU；
[0009] 电流采样电路实时采集的电流信号传送至接收端MCU，接收端MCU根据该电流信号与预设电流值的大小判断无线接收端是否处于待机状态，并生成第一判断信号，该第一判断信号通过无线通信发射模块和无线通信接收模块发送至发射端MCU；
[0010] 电压采样电路采集整流后的电压信号传送到接收端MCU，接收端MCU根据该电压信号与预设电压范围的上限值大小判断储能模块中能量是否已达到预设能量值，并生成第二判断信号；接收端MCU根据该电压信号与预设电压范围的下限值大小判断储能模块中能量是否已到达下限值，并生成第三判断信号；该第二判断信号和该第二判断信号经过无线通信发射模块和无线通信接收模块传送到发射端MCU；
[0011] 发射端MCU根据接收到的第一判断信号控制无线接收端的输出频率以及输出信号的占空比，根据接收到的第二判断信号控制无线充电系统是否关闭，根据接收到的第三判断信号控制接收端是否重新激发发射线圈。
[0012] 作为本发明的进一步优化，储能模块与接收端MCU之间连接有可为接收端MCU供电的辅助供电模块。
[0013] 作为本发明的进一步优化，发射线圈内设有可感应发射线圈与接收线圈位置的传感器，传感器根据发射线圈与接收线圈距离形成感应信号，传感器连接有发射端MCU，以接收接近式传感器形成的感应信号，发射端MCU根据该感应信号判断无线接收端是否在工作区域内。
[0014] 作为本发明的进一步优化，接收线圈内置有可增强接近式传感器感应强度的感应物。
[0015] 一种无线电能传输系统的控制方法，使用上述的无线电能传输系统，包括以下步骤：S1：启动无线电能传输系统为负载充电；S2：判断无线接收端是否进入待机状态：接收端MCU实时采集电流采样电路中输入的电流信号，并判断该电流信号是否低于预设电流值，若是，则执行S3；若否，则返回至S1；S3：储能模块储存能量：发射端MCU控制输出频率为第一预设倍数的工作频率，并控制输出信号占空比为第二预设倍数的工作信号占空比，无线发射端向无线接收端发射电能，无线接收端的储能模块将能量存储，以维持负载待机充电的能耗；S4：判断储能模块是否能量已达到预设上限：接收端MCU采集电压采样电路中输入的电压信号，并判断电压信号是否达到预设电压上限值，若是，则执行S5，若否，则返回执行S3；S5：发射端MCU控制无线电能传输系统关闭，无线接收端通过储能模块维持负载待机充电的能量；S6:判断储能模块中能量是否低于预设下限：接收端MCU采集电压采样电路输入的电压信号，并判断该电压信号是否低于预设电压下限值，若是，则返回执行S3；如否，则返回执行S5。
[0016] 与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
[0017] 本发明是通过在接收端设置可存储能量的储能模块，该储能模块在系统待机过程中为接收端提供能量，并通过电流采样电路以及电压采样电路判断储能模块中能量是否耗尽，以进一步反馈给发射端，发射端MCU通过控制发射端工作频率以及PWM占空比，向接收端供能，进一步使辅助供电模块中能量再次达到预设值上限。通过本发明，有效的降低了在接收端持续待机充电过程中的系统功耗。
附图说明
[0018] 图1为本发明无线电能传输系统的示意图；
[0019] 图2为本发明无线电能传输系统的充电控制方法流程图。
具体实施方式
[0020] 下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
[0021] 在本发明的描述中，需要说明的是，本发明中涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0022] 参见图1，是本发明中无线电能传输系统的框图。如图1所示，本发明的无线电能传输系统，外连有待充电负载，包括连接电网的无线发射端，以及可与无线发射端实现电能和通讯信号传输的无线接收端，无线发射端包括顺次串联的发射端整流滤波电路、逆变电路以及发射线圈，无线接收端包括顺次串联的接收线圈、接收端整流滤波电路、DC/DC变换电路。通过上述发射线圈与接收线圈的设置，可实现无线电能的传输，该处的接收线圈通过磁场耦合拾取发射线圈的能量；而上述通信发射模块与通信接收模块的设置，实现了无线发送端与无线接收端之间的通讯传输，通讯传输的建立有利于无线发射端根据无线接收端负载的需求而适时改变。
[0023] 进一步参见图1，图1中的无线发射端还包括电连接逆变电路的发射端MCU，以及可接收无线接收端通信信号的无线通信接收模块，无线通信接收模块连接发射端MCU，以将从无线接收端接收的通信信号发送至发射端MCU；无线接收端还包括接收端MCU，连接于接收端整流滤波电路与DC/DC变换电路之间可暂时存储能量的储能模块，连接接收端整流滤波电路输出端的电压采样电路，连接DC/DC变换电路输出端的电流采样电路，以及可向无线发射端发射通信信号的无线通信发射模块，其中，电压采样电路和电流采样电路的输出端都连接到接收端MCU。
[0024] 上述中设置的电流采样电路以及电压采样电路，其连接接收端MCU的具体作用为：电流采样电路将实时采集的电流信号传送至接收端MCU，接收端MCU根据该电流信号与预设电流值的大小判断无线接收端是否处于待机状态，并生成第一判断信号，该第一判断信号通过无线通信发射模块和无线通信接收模块发送至发射端MCU；电压采样电路采集整流后的电压信号传送到接收端MCU，接收端MCU根据该电压信号与预设电压范围的上限值比较并判断储能模块中能量是否已达到预设能量值，以生成第二判断信号；接收端MCU根据该电压信号与预设电压范围的下限值比较并判断储能模块中能量是否已达到能量下限值，并生成第三判断信号；该第二判断信号和该第二判断信号经过无线通信发射模块和无线通信接收模块传送到发射端MCU；发射端MCU根据接收到的第一判断信号控制无线接收端的输出频率以及输出信号的占空比，根据接收到的第二判断信号控制无线充电系统是否关闭，根据接收到的第三判断信号控制接收端是否重新激发发射线圈。
[0025] 上述中，第一判断信号包括“是”命令和“否”命令，当为“是”命令时，对应的发射端MCU控制无线发射端输出第一预定倍数的工作频率以及第二预定倍数的工作信号占空比；而当发出“否”命令时，对应的发射端MCU控制无线发射端以正常工作频率以及正常工作信号占空比工作。第二判断信号也包括“是”命令和“否”命令，当为“是”命令时，表明储能模块已达到储能上限，则无线发射端可停止激发发射线圈，因此此时，对应的发射端MCU将控制无线发射系统关闭，负载的待机状态将依靠储能模块进行供能；当为“否”命令时，表明储能模块尚未储能完毕，则需继续充电，此时对应的发射端MCU将控制无线发射端继续输出第一预定倍数的工作频率以及第二预定倍数的工作信号占空比。第三判断信号也包括“是”命令和“否”命令，当为“是”命令时，表明储能模块已达到能量下限值，需要及时补充能量，此时，对应的发射端MCU则重新启动无线电能系统，并控制无线发射端输出第一预定倍数的工作频率以及第二预定倍数的工作信号占空比，重新为储能模块进行充电；当为“否”命令时，表明储能模块尚能维持负载的待机运行，不需要补充能量，则无线电能系统继续关闭，对应的发射端MCU不发出工作指令。
[0026] 另外，对上述发射端MCU以及接收端MCU中涉及模块的具体说明如下：接收端MCU包括可采集电压采样电路和电流采样电路中电压或电流的采集模块，可将采集到的电压或电流与预设值进行比对的判断模块，判断模块形成相应的判断信号，并通过无线通信模块传送至发射端MCU，发射端MCU包括可接收判断信号的接收模块，以及可根据接收模块采集的信号发出控制信号的控制模块。
[0027] 进一步参见图1，本发明中的无线接收端还包括在储能模块与接收端MCU之间连接的可为接收端MCU供电的辅助供电模块，将辅助供电模块设置于储能模块的输出端，一方面可在负载待机过程中接收端MCU的运行直接依据储能模块的电能，另一方面，防止辅助供电模块设置于储能模块之前导致在负载待机时激发发射线圈的现象发生。
[0028] 另外，发射端MCU与逆变电路之间连接有驱动电路，以将控制模块中形成的控制信号通过驱动电路控制逆变电路。
[0029] 本发明中还在发射线圈内设有可感应发射线圈与接收线圈位置的传感器，传感器根据发射线圈与接收线圈距离形成感应信号，传感器连接有发射端MCU，以接收传感器形成的感应信号，发射端MCU根据该感应信号判断无线接收端是否在工作区域内。需要说明的是，本发明中所述的工作区域是以发送线圈为中心，在适当的垂直工作距离和水平偏移条件下，并且保证系统效率及安全可靠工作的最大工作区域。
[0030] 另外，上述的传感器为能感知无线接收端移走或进入状态的现有传感器，如霍尔磁场传感器、GMR巨磁阻传感器、红外传感器等。同时，为了使接近式传感器的感应强度更好，接收线圈上可放置有增强接近式传感器传感效果的感应物。举例说明，如永磁体、铁磁性金属、视觉标记等。
[0031] 参见图2，图2是本发明无线电能传输系统的控制方法的流程图。如图2所示，该无线电能传输系统的控制方法，使用上述的无线电能传输系统，包括以下步骤：
[0032] S1：启动无线电能传输系统为负载充电；
[0033] S2：判断无线接收端是否进入待机状态：接收端MCU实时采集电流采样电路中输入的电流信号，并判断该电流信号是否低于预设电流值，若是，则执行S3；若否，则返回至S1；
[0034] S3：储能模块储存能量：发射端MCU控制输出频率为第一预设倍数的工作频率，并控制输出信号占空比为第二预设倍数的工作信号占空比，无线发射端向无线接收端发射电能，无线接收端的储能模块将能量存储，以维持负载待机充电的能耗；
[0035] S4：判断储能模块是否能量已达到预设上限：接收端MCU采集电压采样电路中输入的电压信号，并判断电压信号是否达到预设电压上限值，若是，则执行S5，若否，则返回执行S3；
[0036] S5：发射端MCU控制无线电能传输系统关闭，无线接收端通过储能模块维持负载待机充电的能量；
[0037] S6:判断储能模块中能量是否低于预设下限：接收端MCU采集电压采样电路输入的电压信号，并判断该电压信号是否低于预设电压下限值，若是，则返回执行S3；如否，则返回执行S5。
[0038] 需要说明的是，上述预设电流值、预设电压上限值、预设电压下限值、预设倍数等均是通过人为具体设定，其具体数值不作具体限定，同时上述数值的设定并非一成不变的，其可根据负载等的要求而具体设定。
[0039] 通过上述充电控制方法，实现了负载在待机过程中，无线发射端可通过间隔工作的方式激活线圈磁场，向无线接收端输送能量，此部分能量先储存在接收端的储能模块中，用于负载的待机损耗，当储能模块能量损耗殆尽时，重新激活系统，此方式使得系统大部分时间无需激活线圈，有效的降低系统待机损耗。
