无线电能传输系统技术方案

本申请提供了一种无线电能传输系统，该系统包括发射端和接收端，发射端包括串联连接的DC/AC逆变电路和第一电感和第一电容，接收端包括串联连接的AC/DC整流电路和第二电感和第二电容，发射端的电能通过第一电感和第二电感之间的电磁感应传输至接收端，所述发射端被配置为：检测所述发射端的谐振频率的值；检测所述发射端与所述接收端之间的耦合系数的值；根据所述谐振频率和所述耦合系数计算得到所述发射端的恒压工作频率的值；根据所述计算得到的恒压工作频率，控制所述DC/AC逆变电路的工作频率。该方法可具体应用于无线充电或无线供电场景。

Radio energy transmission system

【技术实现步骤摘要】
无线电能传输系统
本申请涉及电路领域，具体涉及一种无线电能传输系统。
技术介绍
客户前置设备(CustomerPremiseEquipment,CPE)是一种接收移动信号并以无线WIFI信号转发出来的设备。具体的，是一种将4G或者5G信号转换成WiFi信号的设备。如图1所示，CPE包括室外单元(OutdoorUnit，ODU)和室内单元(IndoorUnit，IDU)。信号由室外传输至室内的过程中，由于信号需要穿透墙体或者玻璃，导致移动信号的损耗大。因此移动信号需要由室外单元ODU接收，传给室内单元IDU，由室内单元IDU将移动信号转换为WiFi信号。现有的CPE解决方案中，室内单元和室外单元通过以太网供电(PoweroverEthernet，POE)有线连接，需要穿墙打洞以布设线缆。为了解决ODU和IDU之间的供电问题，业界关注于采用无线的方式实现室内单元和室外单元之间的电能传输，免除穿墙打洞安装，节约成本。如图1所示，室内单元可包括无线供电单元101和负载102(例如无线/激光调制解调器)，室外单元可包括无线受电单元103和负载104(例如无线/激光调制解调器)，室内单元为室外单元无线供电。室内单元和室外单元通过无线供电单元101和无线受电单元103之间传输电能。无线供电单元101为无线电能传输系统中的电能的发射端(Transmitter，TX)，无线受电单元103为无线电能传输系统中的电能的接收端(Receiver，RX)在无线供电单元101与无线受电单元103传输电能的过程中，为了保证接收端的负载的正常工作，需要通过环路控制维持接收端的输出电压保持稳定：当接收端的负载动态变化时，需要不断调整发射端的工作频率，使得接收端的输出电压保持稳定。然而这种无线电能传输的方式需要发射端快速响应，而环路控制的响应较慢，当接收端的负载动态变化时，无线电能传输系统会由于响应不及时出现掉电现象。
技术实现思路
本申请提供了一种无线电能传输系统，检测并计算得到恒压工作频率，能够提高输出电压的稳定性，其中恒压工作频率为接收端的的输出电压与接收端的负载无关时发射端的工作频率。第一方面，本申请提供了一种无线电能传输系统，该无线电能传输系统包括发射端和接收端；发射端包括串联连接的DC/AC逆变电路和第一电感和第一电容，接收端包括串联连接的AC/DC整流电路和第二电感和第二电容，发射端的电能通过第一电感和第二电感之间的电磁感应传输至接收端，其中AC/DC整流电路被配置为用于整流发射端传输给接收端的电能。其中电感还可以称为线圈。其中，发射端被配置为：检测发射端的谐振频率的值；由于串联谐振电路有选频特性：当输入端接幅度恒定的正弦交流电压源时，若改变输入电压的频率，串联谐振电路的输出电压的信号幅度会随着输入信号频率的改变而改变。f0被称为该串联谐振电路的谐振频率，此时该串联谐振电路中的电感电容两者互相交换能量，对外相当于一条导线。检测发射端与接收端之间的耦合系数的值；在电路中，耦合系数表示元件间耦合的松紧程度，把两电感元件间实际的互感(绝对值)与其最大极限值之比定义为耦合系数。在无线电能传输系统中，耦合系数可表示发送端的电感发送的能量被接收端的电感接收的比例，耦合系统越大，表示发送端电感发送的能量被接收端的电感接收的比例越大。耦合系数与发送端的电感与接收端的电感之间的距离有关，也与发送端电感与接收端的电感之间的介质有关。根据谐振频率和耦合系数计算得到发射端的恒压工作频率的值；发射端的恒压工作频率指的是发射端DC/AC逆变电路的工作频率；根据计算得到的恒压工作频率，控制DC/AC逆变电路的工作频率，恒压工作频率为AC/DC整流电路的输出电压与接收端的负载无关时所述DC/AC逆变电路的工作频率。通过检测得到发射端的恒压工作频率，由于发射端工作在该恒压工作频率下，因此接收端的输出电压不会因为负载变化而受到影响，可以满足无线电能传输系统对于动态响应的需求。本申请提供的无线电能传输系统，可以提高输出电压的稳定性，降低了该无线电能传输系统的电能传输过程中发生掉电的次数。在一种实现方式中，接收端被配置为：检测AC/DC整流电路的输出电压的值；发射端被配置为：根据谐振频率和第一电容计算第一电感的值；检测发射端在第一工作频率下经过第一电感的第一电流的值；其中第一工作频率为在测量发射端的电感时，发射端的DC/AC电路的实际工作频率。根据AC/DC整流电路的输出电压、第一电感、第一电流和第一工作频率的值，计算得到耦合系数的值。在一种实现方式中，发射端还被配置为：根据AC/DC整流电路的输出电压、所述第一电感、所述第一电流、所述第一工作频率以及校准系数的值，计算得到耦合系数的值。由于检测过程中无线电能传输系统的工作状态可以为空载状态、半载状态或满载状态，并且不同工作状态下，检测均可能存在误差，因此不同的工作状态下的系统，可以存在对应的一个校准系统。在一种实现方式中，发射端被配置为：在第一电容放电过程中，根据第一电容和第一电感之间的电压的振荡周期，计算出发射端的谐振频率。在一种实现方式中，接收端被配置为：检测接收端的输出电压；发射端被配置为：确定增益的值不等于第一阈值，其中增益为接收端的AC/DC整流电路的输出电压与发射端的DC/AC逆变电路的输入电压的比值；其中，对于空载状态的无线电能传输系统，增益的第一阈值的取值可以为1；在预设范围内调整计算得到的恒压工作频率直至所述增益的值等于第一阈值；其中，预设范围为以恒压工作频率为基础，设置的小范围调频的范围，该预设范围为DC/AC逆变电路的工作频率的范围的子区间；小范围调频能够增加恒压工作频率的准确性，进而提高无线电能传输系统提供的输出电压的稳定性。控制DC/AC逆变电路的工作频率为调整后的恒压工作频率；换句话说，控制DC/AC逆变电路在调整后的恒压工作频率下工作。在一种实现方式中，发射端被配置为：控制DC/AC逆变电路的工作频率为计算得到的恒压工作频率。在一种实现方式中，接收端被配置为：检测接收端的输出电压；发射端被配置为：确定增益的值不等于第一阈值，增益为接收端的AC/DC整流电路的输出电压与发射端的DC/AC逆变电路的输入电压的比值；其中，对于空载状态的无线电能传输系统，增益的第一阈值的取值可以为1；基于计算得到的恒压工作频率，在预设范围内扫频直至增益的值等于第一阈值；其中，预设范围为小范围扫频的频率范围，预设范围为DC/AC逆变电路的工作频率的范围的子区间；控制DC/AC逆变电路的工作频率为调整后的恒压工作频率，调整后的恒压工作频率为增益的值等于第一阈值时的恒压工作频率；换句话说，控制DC/AC逆变电路在调整后的恒压工作频率下工作。计算得到DC/AC逆变电路的恒压工作频率之后，在计算得到的恒压工作频率的一定范围内扫频，并同时检测系统的增益值，直到增益值达到第一阈值，此时的“扫到”的DC/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线电能传输系统，所述系统包括发射端和接收端，所述发射端包括串联连接的DC/AC逆变电路和第一电感和第一电容，所述接收端包括串联连接的AC/DC整流电路和第二电感和第二电容，所述发射端的电能通过所述第一电感和所述第二电感之间的电磁感应传输至所述接收端，所述AC/DC整流电路被配置为整流所述发射端传输给所述接收端的电能，其特征在于，/n所述发射端被配置为：/n检测所述发射端的谐振频率的值；/n检测所述发射端与所述接收端之间的耦合系数的值；/n根据所述谐振频率和所述耦合系数计算得到所述发射端的恒压工作频率的值；/n根据所述计算得到的恒压工作频率，控制所述DC/AC逆变电路的工作频率。/n

【技术特征摘要】
1.一种无线电能传输系统，所述系统包括发射端和接收端，所述发射端包括串联连接的DC/AC逆变电路和第一电感和第一电容，所述接收端包括串联连接的AC/DC整流电路和第二电感和第二电容，所述发射端的电能通过所述第一电感和所述第二电感之间的电磁感应传输至所述接收端，所述AC/DC整流电路被配置为整流所述发射端传输给所述接收端的电能，其特征在于，
所述发射端被配置为：
检测所述发射端的谐振频率的值；
检测所述发射端与所述接收端之间的耦合系数的值；
根据所述谐振频率和所述耦合系数计算得到所述发射端的恒压工作频率的值；
根据所述计算得到的恒压工作频率，控制所述DC/AC逆变电路的工作频率。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述接收端被配置为：
检测所述AC/DC整流电路的输出电压的值；
所述发射端被配置为：
根据所述谐振频率和所述第一电容计算第一电感的值；
检测所述发射端在第一工作频率下经过所述第一电感的第一电流的值；
根据所述AC/DC整流电路的输出电压、所述第一电感、所述第一电流和所述第一工作频率的值，计算得到所述耦合系数的值。


3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述发射端还被配置为：
根据所述AC/DC整流电路的输出电压、所述第一电感、所述第一电流、所述第一工作频率以及校准系数的值，计算得到所述耦合系数的值。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述发射端被配置为：
根据所述第一电容和所述第一电感之间的电压的振荡周期，计算出所述发射端的谐振频率。


5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，
所述接收端被配置为：检测所述接收端的输出电压；
所述发射端被配置为：
确定增益的值不等于第一阈值；所述增益为所述接收端的输出电压与所述接收端的输入电压的比值；
在预设范围内调整所述计算得到的恒压工作频率直至所述增益的值等于所述第一阈值；
控制所述DC/AC逆变电路的工作频率为调整后的恒压工作频率。


6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发射端被配置为：控制所述DC/AC逆变电路的工作频率为所述计算得到的恒压工作频率。


7.根据权利要求1或5或6所述的系统，其特征在于，
所述接收端被配置为：检测所述接收端的输出电压；
所述发射端被配置为：
确定增益的值不等于第一阈值；所述增益为所述接收端的输出电压与所述发射端的输入电压的比值；
基于所述计算得到的恒压工作频率，在预设范围内扫频直至所述增益的值等于所述第一阈值；
控制所述DC/AC逆变电路的工作频率为调整后的恒压工作频率，所述调整后的恒压工作频率为所述增益的值等于所述第一阈值时的恒压工作频率。


8.根据权利要求1或6或7所述的系统，其特征在于，所述发射端还包括DC/DC电路，所述DC/DC电路与所述DC/AC逆变电路串联连接，
所述接收端被配置为：检测所述接收端的输出电压；
所述发射端被配置为：
确定所述计算得到的恒压工作频率不在所述DC/AC逆变电路的工作频率范围内；
控制所述DC/AC逆变电路的工作频率为所述工作频率范围的限值，所述限值为所述工作频率范围的上限和下限中与所述计算得到的恒压工作频率的差值最小的一个；
调整所述DC/DC电路的输出电压直至所述增益的值等于第一阈值；所述增益为所述接收端的输出电压与所述发射端的输入电压的比值。


9.根据权利要求1或5-7任一项所述的系统，其特征在于，
所述接收端被配置为：检测所述接收端的输出电压；
所述发射端被配置为：
确定所述计算得到的恒压工作频率不在所述DC/AC逆变电路的工作频率范围内；
控制所述DC/AC逆变电路的工作频率为所述工作频率范围的限值，所述限值为所述工作频率范围的上限和下限中与所述计算得到的恒压工作频率的差值最小的一个；
调整DC/AC逆变电路的占空比直至所述增益的值等于第一阈值；所述增益为所述接收端的输出电压与所述发射端的输入电压的比值。


10.一种无线电能传输的控制方法，所述方法应用于发射端，所述发射端包括DC/AC逆变电路和第一电感和第一电容，所述发射端的电能通过所述第一电感和接收端中的第二电感之间的电磁感应传输至所述接收端，其特征在于，所述方法包括：
所述发射端检测所述发射端的谐振频率的值；
所述发射端检测所述发射端与所述接收端之间的耦合系数的值；
所述发射端根据所述谐振频率和所述耦合系数计算得到所述发射端的恒压工作频率的值；
所述发射端根据所述计算得到的恒压工作频率，控制所述DC/AC逆变电路的工作频率。


11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述检测所述发射端与所述接收端之间的耦合系数的值，具体包括：
所述发射端根据所述谐振频率和所述第一电容计算所述第一电感的值；
所述发射端检测所述发射端在第一工作频率下经过所述第一电感的第一电流的值；
所述发射端根据所述接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宝善，张成良，吴东昊，卢伟，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44