[發明專利]帶有副邊電壓反饋的磁耦合無線供電裝置

有效

• 申請號: 201810654682.6
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108900011B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 謝楷;劉艷;權磊;劉少偉;徐越
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 王海棟

本發明涉及一種帶有副邊電壓反饋的磁耦合無線供電裝置，包括電能發射模塊、電能接收模塊、反饋接收模塊、反饋發射模塊以及負載模塊；其中，電能發射模塊與電能接收模塊電磁耦合連接，用于給電能接收模塊提供交變磁場；電能接收模塊分別與反饋發射模塊和負載模塊連接，用于給負載模塊提供電壓以及給反饋模塊提供待監測電壓；反饋發射模塊與反饋接收模塊通信連接，用于給反饋接收模塊發射紅外信號；反饋接收模塊與電能發射模塊連接，用于調整電能發射模塊的發射功率。本發明實施例，在無線供電系統中引入了反饋和調節機制，讓副邊的輸出電壓穩定在預設值附近非常小的范圍內，使無線供電系統的設計和使用更加便捷。

技術領域

本發明屬于無線供電領域，具體涉及一種帶有副邊電壓反饋的磁耦合無線供電裝置

背景技術

近年來，無線供電技術在很多領域得以廣泛的應用。其中磁耦合無線供電技術是其中發展最快、應用最廣的一類。例如為旋轉關節等工業設備的供電、惡劣環境下的非接觸供電、對手機平板電腦等消費電子類產品的充電等。磁耦合無線供電技術的原理，是將電能轉化為交變電流驅動發射線圈，其激發的磁力線跨越空氣間隙耦合至副邊接收線圈，轉換成電能供后續設備使用。若發射線圈和接收線圈直接發生耦合，稱為磁感應耦合式無線供電(Inductive Coupled Power Transmission,ICPT)；若在發射和接收端進一步引入一組諧振單元，又發展出磁耦合共振式(Magnetic Resonance Power Transmission,MRPT)無線供電，進一步增加了效率和傳輸距離。

然而，無論是磁耦合感應還是磁耦合共振式無線供電，其原理決定了副邊線圈的感應電壓與線圈之間的耦合系數呈反比，而耦合系數又和發射線圈或接收線圈之間的距離、位置密切相關。所以副邊的感應電壓對線圈相對位置會十分敏感，例如一對直徑5厘米感應線圈，它們之間的相對距離從0.5cm增加到2cm時，感應電壓會下降5-10倍，這給副邊的穩壓器設計帶來了很大難度，難以適應非常大的電壓變化范圍。

為了解決這一問題，目前主要有三類技術途徑：第一類技術途徑是通過機械限位裝置，嚴格限定發射線圈與接收線圈之間的相對位置。這種方式喪失了無線供電的便利性，僅能用于簡單的固定式充電器中，例如電動牙刷充電器的底座。第二類技術是采用多組線圈，例如兼容QI標準的手機充電器中，有的就采用了雙發射線圈、三發射線圈等結構。當接收線圈水平位置在一定范圍內發生變化時，若和某一線圈錯位導致耦合系數下降可以通過相鄰線圈來補償，這種方法能夠在一定程度上緩解水平位置變化引起的副邊電壓變化，然而對垂直距離的變化無效，因為垂直距離變化時各發射線圈與接收線圈之間的耦合系數都會同時下降。第三類技術是采用超寬壓后端穩壓。由于升降壓比非常寬(至少需要10倍以上)，需要多級升- 降壓穩壓電路復合，不僅成本較高，而且在高倍率升/降壓模式下電源變換效率也很低。

綜上所述，現有技術中的磁耦合式無線供電雖然方便，但是對收發線圈之間的相對位置要求十分苛刻，特別是對線圈之間垂直距離非常敏感，都要求設備放置在相對固定的位置上，不僅降低了便利性也限制了無線供電技術的應用范圍。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種帶有副邊電壓反饋的磁耦合無線供電裝置及供電方法。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明實施例提供了一種帶有副邊電壓反饋的磁耦合無線供電裝置，包括電能發射模塊、電能接收模塊、反饋發射模塊、反饋接收模塊以及負載模塊；其中，

所述電能發射模塊與所述電能接收模塊電磁耦合連接，用于給所述電能接收模塊提供交變磁場；

所述電能接收模塊分別與所述反饋發射模塊和所述負載模塊連接，用于給所述負載模塊提供電壓以及給所述反饋發射模塊提供待監測電壓；

所述反饋發射模塊與所述反饋接收模塊通信連接，用于給所述反饋接收模塊發射紅外信號；

所述反饋接收模塊與所述電能發射模塊連接，用于調整所述電能發射模塊的發射功率。