一种无线充电识别电路的设计.doc

桂林电子科技大学学报 第 卷 第 期 年 月，一种无线充电识别电路的设计黄创大，唐宁，李荣毅（桂林电子科技大学 信息与通信学院，广西 桂林）摘要：基于原副线圈耦合程度对原边 串联谐振电路电压产生影响，设计了一种低频的身份识别电路。 在身份识别阶段，按照一定的频率有节奏地改变副边电路补偿电容的大小，促使副边电路谐振频率发生改变，同时改变了原副线圈的耦合系数，进而改变原边 电路的 值和电感峰值电压。 单片机通过检测 原 边 电路是否产生相 应频率的高低电压来达到身份识别的目的。 若副边电路通过身份识别，则原边电路正常工作；否则原边电路进入 低功耗的待机状态。关键词：无线充电；身份识别；耦合系数中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，）：， ， ， ：；随着用电设备对供电品质的不断提高，以及对特殊场合、特殊地理环境的供电，使得接触式电能传输 方式不能满足实际需要。 近年来，有关无线充电技术 的研究不断增多。无线充电系统会发射电磁波能量，当发射器上没 有放充电装置时也会发射能量，造成能源浪费和辐射 污染。 当发射器上放金属异物，电磁波对其加热，轻 则烧毁装置，重则发生火灾。 因此，无线充电系统需 要具备对受电端目标物的辨识功能，当正确的目标物 放置在发射器上才进行充电。常用的身份识别方法有：）磁力激活，在受电端 上装一个磁铁，当发射端感应到磁力后发送能量；） 通过射频识别（）加强 电 路 安 全；）感 应 线 圈上的资料传送，利用原副线圈内的电力传送，包含资料码一起传送，这种方法最安全也最难完成，因为感 应线圈上有高能量的电力传输，另外还包含了系统的 噪声与负载电流变化的干扰，如何有效地传送资料码是一大难题 为此。在原边电压采样电路 的基础，上，设计了一种低频的身份识别电路。的无线充电通信标准无线充电联 盟 （）标 准 下，无线传输的功耗 仅为 。 达到这一标准范围的系统在 个平面 线圈之间使用电感耦合将电力从电力发送器传输给 收稿日期：通信作者：唐宁（），男，湖南邵阳人，副教授，研究方向为专用集成电路的设计与应用。：引文格式：黄创大，唐宁，李荣毅一种无线充电识别电路的设计桂林电子科技大学学报，（）：电力接收器。 原副线圈之间的距离一般为 ，输系数的关系如表 所示。 当改变副边电路的补偿电出电压调节由一个全局数字控制环路负责，这时电力容时，谐振频率也会改变，导致电路的原副线圈的耦接收器会与电力发送器通信，并产生功耗。 该通信是合系数也跟着改变，电路的效率也作相应的改变。 当一种通过反向散射调制从电力接收器到电力发送器谐振频率接近开关频率时，原副线圈的耦合系数大电路效率高，电感峰值电压小。 当电路只有副边补偿 电容改变时，电感的峰值电压的大小反应了副边电路 补偿电容的改变情况。的单向通信。 在反向散射调制中，电力接收器调整负载，从而改变电力发送器的电流消耗。 对这些电流变化进行监控，并 解 调 成 个 设 备协同工作所需的信 息。通信协议包括 模 拟、数 字 声 脉 冲 （）、身 份 识表补偿电容与电路耦合系数的关系别、配置和电力传输。 电力接收器放置在电力发送器上时出现的典型启动顺序如下：）来自电力发送器的模拟 检测到对象的存补偿电容输入电压效率电感峰值电压谐振频率开关频率在。）来自电 力发送器的数字 为 模 拟 的加长版，并让 电 力 接 收 器 有 时 间 回 复 一 个 信 号 强 度包。 若该信息强度包有效，则电力发送器会让线圈保持通电并进行下一步骤。）身份识别和配置阶段，电力接收器会发送一些数据包，对其进行身份识别，并向电力发送器提供配放在电力发送器上的物体有可能是耦合系数较置和设置信息。高的物体，如金属线圈、无线充电接收模块等，也有可能是耦合系数较低的物体。 对于耦合系数低的物体 不需要对其进行身份识别，因为此时无线充电器充电 效率低，原边电流大， 电路电压高，电路在检测到 一定时间的连续高电压状态后，将开关管关断，进入 待机状态。 对于耦合系数较高的物体，必须对其身份 识别，防止误充电。在充电过程中，一般物体的耦合系数不会随时间）在电力传输阶段，电力接收器向电力发送器发送控制误差包，以增加或减少电力。 正常运行期间，每隔约 发送控制误差包，而在大信号变化期间每隔 发送一次。 另外，在正常运行期间，电力发送器每隔发送一次电力包。）为了终止电力传输，电力接收器发送一条“终止充电”消息或者内不进行通信，使电力发送器进入低功耗状态。变化，原边 电路电压不会有太大的变化。 利用这原副线圈耦合系数对原边 电压的影响由 串联谐振电路得一特性，在识别阶段设法让无线充电模块的耦合状态按某个频率不断地变化，将无线充电模块从其他物体 中区别出来。 不断变化的耦合状态，可以通过按一定 的频率有节奏地改变副边电 路 的 补 偿 电 容 值 获 得 当副边电路补偿电容值变大 倍后，原边的电感电压 会有明显的改变。 ，（） 。 （） 槡当原边感应电路与副边感应电路结构存在过大的气隙时，不仅副边线圈的能量接收率变差，且副边电路识别电路的设计和原边电路距 离 较 远 时，副 边 电 路 反 射 电 阻 变 小，值增大。 由 串联谐振电路可 知，发 生 谐 振 时原边电 路 如 图 所 示，其 中，控 制、驱 动 电 路 用 代替；副边电路如图 所示，其中，降压、稳压电路电感电压是输 入 电 压 的 倍，当 副 边 感 应 电 路 结 构远离原边电路时， 值增加，电感电压随之增大，所以用代替。 副边电路采用并联补偿方式，感应电压可以通过检测电感电压值来判断副边感应结构是否经副边电 路 的 整 流 滤 波、稳 压 降 压 后 输 出。 在 副 边远离原边感应电路。 并联谐振电路中，增加一个由电容和 个开关管除了气隙会影响原副线圈的耦合系数外，补偿电图原边电路 原边单片机的工作时间分为 识 别 阶 段 和 充 电 阶 段。在识别阶段，若单片机收到预设信号，则发出使能信号，原边电路进入充电阶段；反之，单片机关断使能信 号，原边电路进入低功耗的待机状态。图副边电路 图电压采样电路组成的电路，单片机通过控制开关管达到改变原副线圈耦合程度的目的。 原边电路采用半桥谐振电路和 串联补偿方式。 电压采样电路如图 所示。 通过并 联感应线圈的电阻，取其分量经过半波整流滤波后， 输出直流回馈电压 。 取样初级侧感应线圈的电压 大小变化作为保护控制电路的回馈信号，其中， 副边单片机设计副边单片机的程序流程如图 所示。 为了与原边同步，副边单片机并非一启 动 就 输 出 个 高 低 电 平，而是在原边电路向副边电 路 发 送 能 量 之 后 才 发 送。 原边电路向副边电路发射能量，电容 会积累 电荷，电压升高并维持一定的时间。 单片机就可以通 过检测第 引脚的电压是否为高电平来确定原边电 路是否向副边电路发送能量。 开始后，单片机不断地 检测第 引脚电压是否为高电平，若是高电平，则单 片机执行下一步动作；若不是高电平，则单片机继续 检测第 引脚的电压是否为高电平。在检测到第 引脚的高电平后，单片机向开关管 发送 个高低电平的驱动电压，以使副边感应电路有 。（） 槡 用 判 定 原 边 谐 振 电 路 电 压 是 否 为 高 电压。 原边 谐振电路电压经过电压采样电路的采 样后，再经过半波整流滤波，得到一个较为平稳的采 样电压。 采样电压送入 的同相端，基准电压 输入到 的反相端。 若原边 串联谐振电路 的电压较低，则采样电压也较低， 输出一个低 电平电压；反之， 输出一个高电平电压。原边单片机接收来自 的电压判别信号。原边单片机设计原边单片机的工作时间分为 个阶段：识别阶段和充电阶 段。 在 识 别 阶 段，若 单 片 机 收 到 预 设 的 信号，则单片机发出使能信号，电路进入充电阶段；若在规定的周期内，单片机没有收到预设的信号，则单片机关断使能信号，电路进入低功耗的待机状态，直到 下一个循环。假设副边电路发送的是 八位高低驱动电平，则其反射到原边电路，经过电压采样电路的采样，原边单片机最终检测到的电压应该是 八位高低判别电平。 在原边单片机启动后，原边单片机进入识别阶段，原边单片机先发出 个周期的使图副边单片机程序流程能信号，让控制电路能正常工作；单片机不停地检测 电压采样电路的电压，只要检测到的采样电压与预设值相符，单片机立即进入充电阶段；若单片机检测到节奏地改变耦合系数。的电压与预设值不相符，并且达到了 个检测周期则判定原边电路没有检测到相符的接收模块，单片机在发送完 个高低驱动电平后，单片机就一直检测第 引脚是否为低电平。 若是高电平，则说明原边关断使能信号，无线充电器进入低功耗待机阶段；待一直都在向副边发送能量，此时原副边线圈处于较大机结束后，单片机进入下一个循环。 在充电阶段，若的耦合系数状态下，副边电路可以高效地接收原边电电压采样电路出现连续的 个高电平，则认为副边电路已远离原边电路，或是副边电路出现了开路、短路路向副边电路发送的能量；若是低电平，则说明本次循环结束，或者受到某种影响而中断了原边能量的发的现象，应该关断使能信号，让原边电路进入低功耗送，单片机进入下一个循环。的待机阶段。 图原边单片机程序流程结束语报，（）：周功明，周陈 琛基 于 单片机的无线充电器设 计绵阳师范学院学报，（）：介绍了无线充电技术 标准中的通信协议，分析了原副线圈耦合程度对原边电感电压的影响。 在 此基础上提出了一种身份识别电路。 通过对副边电 路补偿电容容量的控制，有节奏地改变原副线圈之间 的耦合系数，原边单片机采样原边电感的电压，把采 样电压与预设电压比较，最终达到识别副边电路的目 的。 通过适当设计待机时间的长短，达到降低待机功 耗的目的。常书 惠无线电能传输技术与 标 准 电 子 商 务，（）：孙新基于电磁感应手机无线充电器的研究管理学 家，（）：王晓 静基 于 技术的无线充电系统研究 北京：北京邮电大学，富达通科 技 无线充电系统设计原理与实物制作 ：梁美富非接触式感应充电电路的研制 武 汉：武 汉 科技大学，参考文献：李敏无线传能充电器 设 计 黄冈职业技术学院学 报，（）：高弋坤率先推出全球首批 标准无线充电手机通信世界，（）：郭言 平无线充电的关 键 技 术 和 研 究 合 肥 学 院 学 无 线充电联盟标准和 兼容解决方案介绍 ：编辑：曹寿平櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃櫃（上接第 页）更好地恢复和的信号。采用 方法的 均值为，而本方法的 均值为。 ，（）： ， ， ， ： ，（）： ， 结束语针对音频信号的欠定卷积混