基于藍牙控制的無線電能傳輸裝置的制作方法

本發明涉及一種無線電能傳輸技術，特別涉及一種基于藍牙控制的無線電能傳輸裝置。

背景技術：

隨著信息化技術的推進，各種便攜式、穿戴式電子設備的越發普及，傳統的有線供電方式存在的各種缺點越來越明顯。比如電源接口需要承受頻繁的拔插，電源線與觸點的損耗直接會對可靠性與安全性造成影響；便攜式設備體積越來越小，對美觀的要求越來越高，甚至沒有多余的地方提供充電接口；隨著便攜式電子設備的數目越來越多，各種充電器和充電線給人們的生活帶來極大的困惑。

無線電能傳輸技術即為解決上述問題而生，它是把電能不通過接觸介質的方式傳送給用電設備。自偉大的科學家nikolatesla制作出第一臺無線輸電裝置以來，經過一百多年的積累，無線電能傳輸技術實現的方式有多種多樣，它們的傳輸原理各不相同，傳輸距離、傳輸功率級別方面也有較大區別。從傳輸距離上可以分為近場短距離、近場中距離、遠場遠距離的無線電能傳輸。

從原理上看，實現無線電能傳輸的技術有基于激光、微波以及電場耦合方式，但目前以感應耦合與磁耦合諧振式兩種技術最為成熟。相比于其他方式，磁耦合諧振式無線電能傳輸技術以其對人體較為安全、傳輸距離適中、對位置變化不敏感、使用靈活等優點，在植入式醫療、電動汽車、便攜式移動設備等領域引起了廣泛關注和研究。

磁耦合諧振式無線電能傳輸使用的近場磁耦合的方式工作，在線圈周圍會有較大的磁場強度，能夠實現中長距離高效率的電能傳輸。e類放大器由于拓撲結構簡單、易于實現軟開關、頻率高、效率高等特點被廣泛應用于現代射頻系統。雖然其輸出的頻率與相位可以跟隨驅動信號，但與輸出電壓電流幅度和驅動信號的電壓電流幅度無關，而且該電路的半導體器件工作在開關模式，從而輸出類型上一般視為逆變器，所以也稱為e類逆變器。

e類逆變器已在高頻諧振式wpt裝置中廣泛應用。然而，在磁耦合諧振式wpt的應用中，e類逆變器極易受到負載、磁耦合線圈系數等參數的影響而存在損壞開關管及發熱嚴重的問題。故基于e類逆變器的諧振式wpt裝置加入藍牙控制系統，有利于提高裝置的效率，同時降低空載損耗，以及實現過壓過流、近距離保護等功能。

技術實現要素：

本發明是針對磁耦合諧振式中使用e類逆變器產生的問題，提出了一種基于藍牙控制的無線電能傳輸裝置，降低空載損耗，以及實現近距離保護、輕載的打嗝模式和過壓過流保護，以增加整個裝置的可靠性與穩定性。

本發明的技術方案為：一種基于藍牙控制的無線電能傳輸裝置，包括發射端和接收端，發射端包括整流模塊、高頻逆變模塊及發射模塊，整流模塊將接入的市電變為所需要的直流電送入高頻逆變模塊；高頻逆變模塊包含藍牙模塊、驅動模塊、逆變模塊；藍牙模塊從接收端收到信號經過判斷后，輸出控制信號到驅動模塊，驅動模塊控制逆變模塊工作，將直流電通過逆變為高頻交流電，通過發射模塊的電感線圈與電容諧振的方式將交流電以電磁方式發射出去；

接收端包括電磁接收模塊、整流濾波模塊、輔助電源模塊、采樣模塊及接收端藍牙模塊，電磁接收模塊依據諧振式磁場耦合原理接收能量，經過整流濾波模塊將接收的高頻交流電變為直流電，并通過并聯電容進行濾波；濾波后直流電壓接輔助電源模塊，輔助電源模塊將電壓轉換為負載和芯片所需電壓；采樣模塊采樣輔助電源模塊輸入端電壓與電流，將檢測到的電壓電流信號經過處理通過接收端藍牙模塊發射出去，發射端藍牙模塊接收信號。

所述高頻逆變模塊使用e類逆變器進行高頻逆變，發射與接收模塊通過l、c串聯諧振的方式進行電能傳輸。。

所述輔助電源模塊包括芯片供電模塊和dc-dc斬波模塊，芯片供電模塊將整流濾波后的直流電壓通過max6765ttsd2芯片將直流電轉為3.3v芯片電壓；dc-dc斬波模塊采用一款zvsbuck-boost變換器，與不同的負載電壓相匹配。

本發明的有益效果在于：本發明基于藍牙控制的無線電能傳輸裝置，采用e類逆變電路，具有電路簡單易于控制、成本低等優點；另外，加入藍牙控制后，能夠降低空載損耗，實現過壓過流以及近距離保護，提高了傳輸效率，解決了多負載電壓匹配等問題。

附圖說明

圖1為本發明基于藍牙控制的無線電能傳輸裝置結構框圖；

圖2為本發明發射端主電路圖；

圖3為本發明接收端的芯片供電模塊電路圖；

圖4為本發明接收端采樣模塊電路圖；

圖5為本發明接收端藍牙模塊電路圖；

圖6為本發明藍牙控制程序的流程圖。

具體實施方式

如圖1所示基于藍牙控制的無線電能傳輸裝置結構框圖，包括發射端和接收端。發射端包括整流模塊、高頻逆變模塊及發射線圈，整流模塊將接入的市電變為所需要的直流電如48v送入高頻逆變模塊；高頻逆變模塊包含藍牙模塊、驅動模塊、逆變模塊；發射端藍牙模塊從接收端收到信號經過判斷后，輸出控制到驅動模塊，驅動模塊控制逆變模塊工作，將直流電通過逆變為高頻交流電，并通過l、c串聯諧振發射產生能量，通過發射線圈以電磁方式發射出去。接收端包括電磁接收模塊、整流濾波模塊、輔助電源模塊、采樣模塊及接收端藍牙模塊，電磁接收模塊依據諧振式磁場耦合原理接收能量，經過整流濾波模塊將接收的高頻交流電變為直流電，并通過并聯電容的方式進行濾波；濾波后直流電壓一部分接輔助電源模塊來給接收端電路芯片提供3.3v的直流電以及給負載供電；另一部分進入采樣模塊，通過低阻值精密電阻采樣電壓與電流，將檢測到的電壓電流信號經過處理通過接收端藍牙模塊發射出去。dc-dc斬波模塊，采用一款zvsbuck-boost變換器，具有恒壓輸出、過流和短路保護等功能的芯片，可以與不同的負載電壓相匹配；芯片供電模塊將在下文說明。

圖2為發射端主電路圖，主要由藍牙接收端電路與開關管驅動電路組成。當藍牙模塊p1收到發射端p5發出的代碼，作出判斷后輸出相應信號到晶體管q2，并將代碼發送給藍牙模塊p5；如果q2導通，則將高速驅動芯片p3的使能端拉到低電平，從而使高速驅動芯片閉鎖停止工作。s1為常開溫控開關，緊靠開關管安裝在同一塊散熱片上，當溫控開關采樣的溫度達到110度時，溫控開關閉合，將高速驅動芯片p3的使能端拉到低電平，從而使高速驅動芯片閉鎖停止工作。直到溫度回落到85度，溫控開關打開，高速驅動芯片重新工作。

圖3為接收端的芯片供電模塊，它給接收端的一些芯片提供所需要的3.3v直流電如藍牙模塊。將整流過后的直流電壓外接通過max6765ttsd2芯片可以將寬范圍的直流電轉為3.3v的直流電，加入電容進行進一步濾波，使得輸出的直流電質量更高。

如圖4所示，該電路通過低阻值精密電阻采樣電流與電壓，實現比較簡單；另外由于采樣電流時信號微弱，必須要經過放大器放大濾波后再輸出到藍牙芯片的a/d轉換口和滯環比較器的輸入端。

圖5為發射端藍牙模塊的電路圖，p4與p7是滯回比較器，分別與電壓和電流采樣電路連接，p5為藍牙主機模塊，將采樣值與程序設定值相比較判斷電路處于過壓、過流及輕載狀態，最后發送代碼給藍牙從機模塊p1。

如圖6所示，藍牙控制系統的步驟如下：

1)發射端上電初始化后，使用藍牙從機角色（發射端藍牙模塊），并自動進入近距離保護工作模式，在這個過程中判斷是否能接收到正常的反饋信號，若能，則進入正常狀態；反之則停止工作；

2)接收端藍牙僅需微弱的電磁感應能量即可正常工作并完成初始化，默認使用藍牙主機角色（接收端藍牙模塊），將檢測到的電流信號經過處理后反饋給從機；

3)發射端根據接收到的反饋信號，判斷是否進入正常工作模式：開關管驅動電路會一直工作，不會停止，除非出現過流、過壓、輕載等情況；

4)進入正常工作模式后，發射端若接收到過壓、過流信號，則啟動過壓、過流事件，例如使裝置停止工作、發出警報、延時重啟等。發射端若接收到輕載信號，則發射端進入打嗝模式，從而降低損耗。