[发明专利]一种支持负载识别的无线充电设备及其识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种支持负载识别的无线充电设备及其识别方法。

背景技术

随着智能手机、可穿戴设备的普及，使用电源线、数据线进行充电的方式已经无法满足智能设备爆炸式增长的数量。无线充电在近几年得到了飞速的发展，而无线充电系统对多负载设备充电的能力成为当前最为关注的问题。市场要求无线充电系统能够低成本、快速准确得对负载设备进行定位，及早、无功率损耗、无安全隐患的对异物进行有效检测。

现有识别负载并定位的方案主要如下：

一、通过检测发射端谐振频率偏差，判断系统带载情况及负载位置，检测谐振频率需要发射端进行扫频，通过检测不同频率驱动下谐振电路中电容的最大值电压或电感的最大值电流，确定当前负载条件下的谐振频率。比较当前谐振频率与系统空载时的谐振频率，识别负载并定位。该方法对扫频的频率范围、频率精度均有比较严格的要求，且比较耗时，针对多负载及线圈阵列应用的可扩展性较差。

二、向负载传输小功率，通过与负载通信以获取负载端检测到的信号强度值识别负载并定位，在规定时间内未收到信号强度信息，则判断系统为空载。该方法的实施主要依靠负载与系统的通信，而负载上电、启动通信模块需要较长的时间，针对多负载及线圈阵列应用的可扩展性较差。

三、在系统中集成重力传感器或红外传感器，通过系统带载、空载时传感器检测的结果对负载进行识别并定位。该方法需要将多个传感器均匀置于系统表面，大大增加了成本及系统的复杂性。

四、使用可移动线圈追踪负载，系统向负载传输功率，通过计算寄生损耗、充电频率判断，系统识别负载并定位。该方法基于功率发射与负载接收功率的偏差进行位置判断，判断内容包含线圈需要移动的方向与距离，且需要一个单独的线圈移动装置，大大增加了系统的复杂性和成本，无法向多负载及线圈阵列的应用方向扩展。

现有异物检测的主要方案如下：

一、通过系统负载情况下Q值检测结果与负载提供参考Q值比对，Q值偏差超过阈值，判断系统负载存在异物。该方法需要负载进入通信阶段，向系统传输参考Q值，每次判断都需要消耗较长的时间，且需要向负载传输足以使其进入通信阶段的功率，如果负载存在异物，判断过程也会引起一定的发热量。

二、系统在功率传输过程中通过对发射功率的监测及负载提供的接收功率，求出差值，当差值超过阈值，判断系统负载存在异物。该方法的精度依赖于在不同传输功率状态下，对发射端及负载固有损耗评估的精度，增加了系统的复杂度，且容易出现漏报、误报的情况，导致系统响应不及时。判断过程是建立在系统向负载正常功率传输的状态下，如果负载存在异物，在系统响应之前，可能就会产生很大的发热量，进而存在安全隐患。

现有增强功率传输的主要方案如下：

在由功率发射电路与单线圈一一相连构成功率发射子单元的系统中，当单一的子单元传输功率不足以满足负载要求时，开启另一个子单元加强磁场。该方法材质成本较高、灵活性差的问题。当传输功率不足的时候，增加线圈虽然能够增大磁场，但是会导致发射端谐振频率产生偏差，降低系统效率。

综上可见现有的技术方案普遍存在系统复杂、成本高以及存在可能的安全隐患等问题，并且还具有耗时、耗电且对多设备的可扩展性差的问题。

发明内容

本发明针对多负载同时充电技术，提供一种支持负载识别的无线充电设备及其识别方法，以快速、直接、无需辅助模块的方式对负载进行识别、定位，其能够节省系统资源，降低成本，提高运行效率；在运行初期不依赖通信或功率传输即可对异物进行有效地排除并保障系统的安全性；在不损失增强磁场能力的前提下，实现对发射端谐振频率的校正，提高效率。

本发明提供一种支持负载识别的无线充电设备，包括微控制器、功率发射电路组、线圈阵列和多路复用器，所述微控制器连接功率发射电路组，所述功率发射电路组通过多路复用器连接线圈阵列，所述线圈阵列连接微控制器。

所述功率发射电路组包括多个功率发射单元，所述线圈阵列包括多个线圈，所述功率发射单元通过微控制器连接各线圈。

所述线圈阵列包括多个线圈，所述线圈之间相互交叠的面积在30％～50％之间，线圈内半径交叠范围在20％～35％之间，且每个线圈与至少两个线圈有交叠。

所述功率发射单元的个数为N，所述线圈的个数为M，其中N≤M。

所述功率发射单元包括功率发射电路和匹配电路，所述功率发射电路和匹配电路相连，所述功率发射电路和匹配电路均连接微控制器，所述匹配电路连接多路复用器。

所述多路复用器为单刀多掷开关组。