[发明专利]一种无线充电器自适应功率输出功率控制方法

说明书

技术领域

本发明用于QI标准的无线充电器，在输入直流电源提供的功率小于输出所需要的功率时，自动调整输出功率以适应输入功率的需求，防止芯片复位。

背景技术

现有常用无线充电技术中，QI标准逐渐成为了主流的无线充电标准。QI标准的无线充电器的原理如图1，图2所示，输入直流5V，经过全桥或半桥逆变电路，谐振LC电路把功率传送给接受端，接受端通过负载调制通信电路传输接收端的数据，比如接收的功率，输出电压的误差量等物理量。发射端通过负载解调通信电路接收数据，发射端微处理器接收到输出电压的误差量后通过控制方法调节频率或者占空比把输出电压的误差量调节到0附近。

如图3，无线充电器的接收端主电路是由双谐振系统，整流桥，线性稳压源构成，接收端芯片检测整流后的直流电压，把这个电压和给定的电压的误差，通过负载调制通信电路发送给无线充电器的发射端，发射端通过控制方法改变频率或者占空比来稳定接收端的整流后的直流电压，以维持输出电压的稳定。

QI标准具体的控制方法如图4，无线充电器通过图4的控制方法来控制下一拍的发射端电流，发射端电流的指令通过一个PID方法来产生所需要的频率或者占空比，其中j＝1,2,3…标记为发射端接收到的控制误差数据帧的顺序。接收到了第j个控制误差数据帧后，发射端通过以下公式计算下一个数据帧新的电流指令：

其中：代表上一数据帧最后稳定的实际电流，c^(j)代表接收端发过来的控制误差数据。如果c^(j)是非零的数，发射端应该在t_active内调节发射端电流。为了实现这个目标，发射端控制器会执行一个数字环控制，该环路控制的迭代阶数用i＝1，2，3…来表示。发射端用下面的式子来计算数字控制环的误差。

其中为当前数据帧的上一拍迭代实际电流

控制方法采用离散PI控制方法：

比例控制：P^(j,i)＝K_p·e^(j,i)

积分控制：I^(j,i)＝I^(j,i-1)+K_i·e^(j,i)·t_inner

微分控制：

PID^(j,i)＝P^(j,i)+I^(j,i)+D^(j,i)

其中t_innner是每个阶次迭代的间隔时间。

K_p为比例控制系数

K_i为积分控制系数

K_d为微分控制系数

得到PID控制器输出后，通过下式得到所要的频率输出或者占空比输出：

v^(j,i)＝v^(j,i-1)-S_v·PID^(j,i)

根据这个方法，如果负载达到5欧姆，由于输出是一个电压源5V，那么输出电流会达到1A，如果输入适配器电源的功率只有5W，显然无线充电器为了维持输出5V的电压将会不断的降低工作频率，随着输出电流的增大，输入电压逐渐被拉低到4V甚至以下，无线充电器将会中断充电。也就是说，如果无线充电器从计算机的USB口供电，将会出现中断无线传输。为了解决这个问题，本发明提出了一种改进的控制方法，该方法的作用主要是在动态的时候，快速降低输出电流，提升输入电压，维持主控芯片的正常工作，在稳态的时候输出最大的功率。

发明内容

无线充电器通过图4的控制方法来控制下一拍的发射端电流，发射端电流的指令通过一个PID方法来产生所需要的频率或者占空比，其中j＝1,2,3…标记为发射端接收到的控制误差数据帧的顺序。接收到了第j个控制误差数据帧后，发射端通过以下公式计算下一个数据帧新的电流指令：

其中：代表上一数据帧最后稳定的实际电流，c^(j)代表接收端发过来的控制误差数据。如果c^(j)是非零的数，发射端应该在t_active内调节发射端电流。为了实现这个目标，发射端控制器会执行一个数字环控制，该环路控制的迭代阶数用i＝1，2，3…来表示。发射端用下面的式子来计算数字控制环的误差。

其中为当前数据帧的上一拍迭代实际电流