无线输电设备和无线输电系统的制作方法

1.本技术涉及无线充电技术领域，具体涉及一种无线输电设备和无线输电系统。


背景技术：

2.现有的无线输电设备，由于其电路结构中设置有dc/dc转换电路或控制单元(micro control unit，mcu)等器件，这些器件具有一定的待机功率，影响电池的使用寿命，长时间待机会使得电池电量被用完，影响用户体验。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术实施例提供了一种无线输电设备和无线输电系统，以解决现有技术中无线输电设备待机耗电的问题。
4.本技术第一方面提供了一种无线输电设备，包括：转换电路，配置为将从电源接收的电功率转换为目标电功率；无线输电电路，配置为基于目标电功率产生交变磁场；以及控制单元，作为转换电路的负载，基于转换电路的输出端的功率特性参数确定无负载设备耦合到交变磁场时，控制转换电路和电源断开。
5.在一个实施例中，基于转换电路的输出端的功率特性参数确定无负载设备耦合到交变磁场时，控制转换电路和电源断开包括：基于转换电路的输出端的电流值确定无负载设备耦合到交变磁场时，控制转换电路和电源断开。
6.在一个实施例中，无线输电设备还包括采样电阻，设置在负极母线上，采样电阻包括连接转换电路的第一端和连接无线输电电路的第二端，第一端接地，第二端还连接控制单元的信号输入端。控制单元还用于采集第二端的电位，基于电位和采样电阻的阻值确定电流值。
7.在一个实施例中，基于转换电路的输出端的电流值确定无负载设备耦合到交变磁场时，控制转换电路和电源断开，包括：当电流值在预定时间段内始终小于电流阈值时，确定无负载设备耦合到交变磁场，控制转换电路和电源断开。
8.在一个实施例中，无线输电设备还包括设置在电源的正极和转换电路的输入端的正极之间的开关元件。控制单元控制转换电路和电源断开包括：控制单元控制开关元件断开。
9.在一个实施例中，开关元件包括直流电磁继电器。无线输电设备还包括开关管，开关管的第一极连接直流电磁继电器的输出端，开关管的第二极接地，开关管的控制极连接控制单元的第一信号输出端。
10.在一个实施例中，无线输电电路包括半桥逆变电路，半桥逆变电路的第一组相邻桥臂上的三极管的控制端通过第一半桥驱动单元连接控制单元的第二信号输出端，半桥逆变电路的第二组相邻桥臂上的三极管的控制端通过第二半桥驱动单元连接控制单元的第三信号输出端。
11.在一个实施例中，无线输电电路还包括第一lc串联谐振电路，第一lc串联谐振电
路的第一端连接半桥逆变电路的输出端的正极，第一lc串联谐振电路的第二端连接半桥逆变电路的输出端的负极。
12.在一个实施例中，转换电路包括dc/dc转换电路。
13.在一个实施例中，还包括电源。
14.在一个实施例中，电源为直流电源。
15.在一个实施例中，无线输电设备还包括无线充电电路，配置为通过无线方式接收第一电功率，并将第一电功率整流为第二电功率。控制单元还基于第二电功率控制转换电路和电源接通。
16.在一个实施例中，无线输电设备还包括直流电磁继电器和开关管，直流电磁继电器设置在电源和转换电路的输入端之间，直流电磁继电器的输入端连接无线输电电路的输出端的正极，直流电磁继电器的输出端连接开关管的第一极，开关管的第二极接地，开关管的控制极连接控制单元的第一信号输出端，控制单元的电源输入端连接无线输电电路的输出端。
17.在一个实施例中，无线输电设备还包括二极管，二极管的正极连接控制单元的电源输入端，二极管的负极连接转换电路的输出端的正极。
18.在一个实施例中，第二电功率大于或等于1w并且小于或等于5w。
19.在一个实施例中，无线输电电路包括整流电路和第二lc串联谐振电路，整流电路的输入端的正极连接第二lc串联谐振电路的第一端，整流电路的输入端的负极连接第二lc串联谐振电路的第二端，整流电路的输出端的正极连接控制单元的电源输入端，整流电路的输出端的负极接地。
20.本技术第二方面提供了一种无线输电系统，包括：上述任一实施例提供的无线输电设备；和控制装置，配置为响应于外部触发操作，以通过无线方式输出第一电功率。
21.在一个实施例中，控制装置包括：电池、按键开关；以及无线放电电路，配置为响应于按键开关的导通操作，以将电池的电功率转换为第一电功率。
22.在一个实施例中，无线放电电路包括逆变电路和第三lc串联谐振电路，逆变电路的输入端的正极通过按键开关连接电池的正极，逆变电路的输入端的负极连接电池的负极，逆变电路的输出端的正极和负极分别连接第三lc串联谐振电路的两端。
23.根据本技术实施例提供的无线输电设备和无线输电系统，转换电路从电源接收电功率，控制单元为转换电路的负载，控制单元基于转换电路的输出端的功率特性参数确定无负载设备耦合到交变磁场，即无负载设备接入无线输电设备时，控制转换电路和电源断开，从而实现待机损耗为零。
附图说明
24.图1为本技术一实施例提供的无线输电系统的结构框图。
25.图2为本技术第一实施例提供的无线输电设备的电路结构示意图。
26.图3为本技术一实施例提供的图2所示无线输电设备的电路图。
27.图4为本技术第二实施例提供的无线输电设备的电路结构示意图。
28.图5为本技术一实施例提供的图4所示无线输电设备的电路图。
29.图6为本技术一实施例提供的图1所示无线输电系统的电路图。
具体实施方式
30.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
31.图1为本技术一实施例提供的无线输电系统的结构框图。如图1所示，该无线输电系统100包括无线输电设备10。无线输电设备10可以连接电源20或包括电源20。电源20可以是交流电源，例如市电；还可以是直流电源，例如电池。当无线输电设备10连接电源20时，无线输电设备10可以实施为充电器；当无线输电设备10包括电源20时，无线输电设备10可以实施为充电宝。无线输电设备10可以通过无线放电方式为负载设备30充电，并且在充电过程中检测是否有负载设备30接入，当确定无负载设备30接入时，自动断开与电源20的连接，以避免无线输电设备10待机过程产生耗电，实现无线输电设备10的待机耗电量为零。应当理解，在其他实施例中，无线输电设备10还可以通过无线方式接收电功率，以对电源20充电。
32.负载设备30例如可以是充电汽车、移动电话、平板电脑、仪器仪表等各类电子设备。
33.在一个实施例中，如图1所示的无线输电系统100还包括控制装置40。控制装置40可以响应于外部触发操作，例如按下按键开关，以通过无线方式发射电功率，该电功率可以被无线输电设备10接收，进而触发无线输电设备10与电源20接通，从而实现无线控制电源20为无线输电设备10供电。
34.下面结合附图对无线输电设备10和控制装置40的结构进行详细说明。
35.图2为本技术第一实施例提供的无线输电设备的电路结构示意图。如图2所示，无线输电设备11包括转换电路110、无线输电电路120和控制单元130。
36.其中，转换电路110配置为将从电源20接收的电功率转换为目标电功率。目标电功率的大小取决于实际需要，后续用于产生为负载设备30提供电功率的交变电磁场。当电源20为直流电源时，转换电路110可以是dc/dc转换电路，此时转换电路110用于升压。当电源20为交流电源时，转换电路110可以是ac/dc转换电路，此时转换电路110用于整流；当电源20为交流电源时，转换电路110还可以包括ac/dc转换电路和dc/dc转换电路，此时ac/dc转换电路用于整流，dc/dc转换电路用于降压。
37.无线输电电路120配置为基于目标电功率产生交变磁场。例如，如图2所示，无线输电电路120包括dc/ac逆变电路121和发射机122，dc/ac逆变电路121将目标电功率转换为交流功率，发射机122将该交流功率以交变磁场的形式输出。
38.控制单元130例如为微控制单元(micro control unit，mcu)。控制单元130作为转换电路110的负载，即转换电路110为控制单元130供电。在一示例中，转换电路110的输出端的正极连接控制单元130的电源输入端。
39.在无线输电设备11接通电源20的情况下，当负载设备30不再利用无线输电设备11进行充电，例如负载设备30已充电完成，或负载设备30被移走时，转换电路110输出的电功率会变小。基于此，控制单元130基于转换电路110的输出端的功率特性参数确定负载设备30未耦合到无线输电电路120产生的交变磁场，即负载设备30未接入时，控制转换电路110
和电源20断开。功率特性参数包括电流值、电压值等。
40.具体而言，在一个实施例中，无线输电设备11还包括设置在电源20的正极和转换电路110的输入端的正极之间的开关元件140，开关元件140可以是机械继电器、开关管等。当控制单元130确定无负载设备30耦合到交变磁场时，控制开关元件140断开，以使转换电路110和电源20断开。开关元件140的好处在于，通用，便宜，简单，易使用。应当理解，开关元件140也可以设置在电源20的负极和转换电路110的输入端的负极之间。
41.根据本实施例提供的无线输电设备11，转换电路110从电源20接收电功率，控制单元130为转换电路110的负载，控制单元130基于转换电路110的输出端的功率特性参数确定无负载设备30耦合到交变磁场，即无负载设备30接入无线输电设备11时，控制转换电路110和电源20断开，从而实现待机损耗为零。
42.在一个实施例中，转换电路110输出的目标电功率为直流功率。基于目标电功率确定负载设备30未接入无线输电设备11的好处包括：一方面，直流功率特性参数便于采集；另一方面，直流功率特性参数可以直接接入控制单元130，而不需要经过整流，电路结构简单，成本低。
43.这种情况下，控制单元130可以基于转换电路110的输出端的电流值确定负载设备30未耦合到交变磁场时，控制转换电路110和电源20断开。
44.具体而言，图3为本技术一实施例提供的图2所示无线输电设备的电路图。结合图2和图3所示，在本实施例中，无线输电设备11还包括采样电阻rs，设置在转换电路110的输出端的负极母线ab上。采样电阻rs包括连接转换电路110的第一端a和连接无线输电电路120的第二端b，第一端a接地，第二端b还连接控制单元130的信号输入端132。这种情况下，控制单元130还用于采集第二端b的电位，基于该电位和采样电阻rs的阻值确定负极母线b上的电流值。后续，便可以基于该电流值确定负载设备30是否接入。
45.在一个实施例中，当电流值在预定时间段内始终小于电流阈值时，控制单元130确定负载设备30未耦合到交变磁场，即负载设备30未接入无线输电设备11，控制转换电路110和电源20断开。预定时间段可以根据实际需要合理设置，例如10分钟，15分钟，20分钟等。这样，可以提高无线输电设备11的判断精度，避免错误地将电源20和无线输电设备11断开，导致无法为负载设备30充电。
46.根据本实施例提供的无线输电设备，利用转换电路110的输出端的负极母线ab上的电流值确定是否有负载设备30接入，这样，可以利用采样电阻rs实现电流值检测，电路结构简单，成本低廉。
47.在一个实施例中，开关元件140包括直流电磁继电器k1，如图3所示。这种情况下，无线输电设备11还包括开关管q5，开关管q5的第一极(例如源极)连接直流电磁继电器k1的输出端，开关管q5的第二极(例如漏极)接地，开关管q5的控制极连接控制单元130的第一信号输出端133。开关管q5例如可以是电磁场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，mosfet)、双极结晶体管(bipolar junction transistor—bjt))、绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)等。
48.根据本实施例提供的无线输电设备，当控制单元130确定无负载设备30接入时，控制开关管q5断开，使得直流电磁继电器k1断开，进而使得电源20和无线输电设备10断开。
49.在一个实施例中，如图3所示，无线输电电路120中的dc/ac逆变电路121采用半桥
逆变电路，半桥逆变电路的第一组相邻桥臂上的三极管，即第一三极管q1和第三三极管q3的控制端通过第一半桥驱动单元hdr1连接控制单元130的第二信号输出端134，半桥逆变电路的第二组相邻桥臂上的三极管，即第二三极管q2和第四三极管q4的控制端通过第二半桥驱动单元hdr2连接控制单元130的第三信号输出端135。发射机122包括第一线圈l1和第一电容器c1，二者组成第一lc串联谐振电路。半桥逆变电路的输入端的正极和负极分别连接转换电路120的输出端的正极和负极，半桥逆变电路的输出端的正极和负极分别连接第一lc串联谐振电路的两端。
50.应当理解，这里给出的逆变电路121的结构仅为示例性的，可以根据实际需要，采用任意其他形式的逆变电路121。发射机122中也可以不设置第一电容器c1，或者第一线圈l1可以利用其他电感器替代。
51.图4为本技术第二实施例提供的无线输电设备的电路结构示意图。如图4所示，该无线输电设备12在图2所示无线输电设备11的基础上还包括无线充电电路150，无线充电电路150配置为通过无线方式接收第一电功率，并将第一电功率整流为第二电功率。控制单元130还用于基于第二电功率控制转换电路110和电源20接通。
52.具体而言，在开关元件140断开的情况下，控制单元130无电源供应。当无线充电电路150接收到来自控制装置40的第一电功率时，可以将第一电功率整流为第二电功率，并将第二电功率输出给控制单元130，以为控制单元130供电。控制单元130基于第二电功率控制开关元件140导通，以将电源20和转换电路110连通。
53.在一个实施例中，第一电功率大于或等于1w并且小于或等于5w。
54.根据本实施例提供的无线输电设备12，采用小功率无线触发电源20为无线输电设备12供电，相比于无线通信方式而言，算法简单，无需通信电路，成本低廉。
55.图5为本技术一实施例提供的图4所示无线输电设备的电路图。如图5所示的无线输电设备12在图3所示无线输电设备11的电路图的基础上，还包括无线充电电路150。无线充电电路150包括整流电路和由第二线圈l2和第二电容c2构成的第二lc串联谐振电路，整流电路的输入端的正极和负极分别连接第二lc串联谐振电路的两端。整流电路的输出端，即无线充电电路150的输出端的正极连接直流电磁继电器k1的输入端和控制单元130的电源输入端131，无线充电电路150的输出端的负极接地。
56.这种情况下，当无线充电电路150接收到来自控制装置40的电功率时，无线充电电路150的输出端、控制单元130、开关管q5和直流电磁继电器k1连成供电回路，直流电磁继电器k1导通，以将电源20和转换电路110连通。
57.在一个实施例中，如图5所示，无线输电设备12还包括二极管d1，二极管d1的正极连接控制单元130的电源输入端131，二极管d1的负极连接转换电路110的输出端的正极。这样，可以确保无线充电电路150输出的功率全部施加给控制单元130，避免部分功率流向转换电路120，导致电能损耗。
58.图6为本技术一实施例提供的图1所示无线输电系统的电路图。结合图5和图6所示，无线输电系统100包括上述任一实施例提供的无线输电设备，以图5所示无线输电设备12为例，和控制装置40。控制装置40配置为响应于外部触发操作，以通过无线方式输出第一电功率，无线输电设备12通过无线充电电路150接收该第一电功率。
59.具体而言，控制装置40包括电池、按键开关k2和无线放电电路，无线放电电路配置
为响应于按键开关k2的导通操作，以将电池的电功率转换为第一电功率。
60.在一个实施例中，无线放电电路包括逆变电路和由第三电感线圈l3和第三电容c3构成的第三lc串联谐振电路，逆变电路的输入端的正极通过按键开关k2连接电池的正极，逆变电路的输入端的负极连接电池的负极，逆变电路的输出端的正极和负极分别连接第三lc串联谐振电路的两端。
61.根据本实施例提供的无线输电系统中的控制装置40可以实施为可移动控制装置，例如遥控器。
62.在一个实施例中，结合图5和图6所示，无线输电系统100还包括负载设备30。负载设备30包括无线充电电路。为了便于与无线输电设备12中的无线充电电路150相区分，将负载设备30中的无线充电电路记为第二无线充电电路，第二无线充电电路和无线输电设备12中的无线输电电路120相耦合。
63.具体而言，第二无线充电电路包括整流电路和由第四电感线圈l4和第四电容l4构成的第四lc串联谐振电路。第四lc串联谐振电路的输入端和无线输电设备12中的无线输电电路120相耦合，第四lc串联谐振电路的输出端的正极和负极分别和整流电路的输入端的正极和负极连接，整流电路的输出端的正极和负极分别连接负载电阻的两端。
64.根据本实施例提供的无线输电系统的工作过程包括：
65.第一、唤醒供电。当按下按键开关k2时，控制装置40通过无线方式为mcu供电，mcu使能开关管q5导通，使得直流电磁继电器k1吸合导通，电源20为无线输电设备12供电。
66.第二、检测负载设备30。mcu间隔预定时间采集采样电阻rs第二端b的电位，并基于采集到的电位和采样电阻rs的阻值确定负极母线ab上的电流值。当电流值在20分钟内始终小于第一电流阈值时，确定无负载设备30接入。
67.第三、停止供电。确定无负载设备30接入时，mcu控制开关管q5断开，直流电磁继电器k1断开，电源20停止为无线输电设备10供电。
68.当需要电源20重新为无线输电设备12供电时，返回步骤一，以唤醒供电。
69.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本技术的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。