CN102315699A - 无线充电的实现装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线充电的实现装置，其中，该装置包括：无线充电片；充电端子；无线充电片包括基板和屏蔽层，屏蔽层贴附于基板，基板中设置有线圈、整流电路以及电源管理模块，其中，线圈、整流电路以及电源管理模块通过用于加工薄片材料的元件集成工艺埋置在基板中，线圈用于在磁场的作用下产生交流电；整流电路与线圈电连接，用于将线圈产生的交流电转换为直流电，并将直流电提供给电源管理模块；电源管理模块与充电端子电连接，并用于将来自整流电路的直流电提供给充电端子。

Description

无线充电的实现装置

技术领域

本发明涉及电器设备领域，并且特别地，涉及一种无线充电的实现装置。

背景技术

目前，使用的绝大多数移动终端都需要借助适配器并通过有线的方式进行充电，随着无线供电技术的发展，对于移动终端的无线充电技术凭借其便捷、无线化的优势，也必将具有良好的发展前景。

目前，一些企业已经推出了无线充电的移动终端，目前的实现方式主要包括两种，一种方案是对移动终端内部的电路、结构或者移动终端的电池进行重新改造设计，但是，这种方案会对增加移动终端的设计复杂度和制造成本，延长移动终端的制造周期。另一种方案是在不改变已有移动终端的结构的情况下，增加相关配件，例如，终端套、终端背壳等，从而实现移动终端的无线充电，但是，这种方案会影响移动终端的外观，增加移动终端的体积，为用户的使用带来不便，而对于很多需要充电的电器设备而言，同样具备类似的问题。

针对相关技术中实现电器设备无线充电的方案会增加移动终端的设计复杂度、成本和体积的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中实现电器设备无线充电的方案会增加移动终端的设计复杂度、成本和体积的问题，本发明提出一种无线充电的实现装置，能够在不改变终端原有设计和体积的前提下对终端实现无线充电。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种无线充电的实现装置。

根据本发明的无线充电的实现装置包括：无线充电片；充电端子；无线充电片包括基板和屏蔽层，屏蔽层贴附于基板，基板中设置有线圈、整流电路以及电源管理模块，其中线圈用于在磁场的作用下产生交流电；整流电路与线圈电连接，用于将线圈产生的交流电转换为直流电，并将直流电提供给电源管理模块；电源管理模块与充电端子电连接，并用于将来自整流电路的直流电经稳压及电流控制等处理后提供给充电端子。

其中，将元件进行集成的工艺为低温共烧陶瓷工艺，并且，基板为低温共烧陶瓷基板。其中的有源器件以裸片形式埋入基板中。

可选地，基板的厚度为0.01mm-0.1mm。

可选地，线圈、整流电路以及电源管理模块中的至少两者在基板的延伸方向上并排设置。

此外，屏蔽层贴附在基板的一侧上，基板的外侧均贴附有保护层。

其中，保护层、包含器件的基板、屏蔽层的总厚度为0.2mm-0.8mm。

此外，充电端子由柔性导体制成，并且呈片状。

该装置可以进一步包括磁芯，线圈环绕磁芯。

此外，线圈为印制的线圈或绕制线圈。

其中，绕制线圈的厚度为0.1mm-0.5mm，或印制线圈的厚度为0.01mm-0.3mm。

此外，充电端子用于与电池的触点电连接，并用于将电源管理模块提供的直流电提供至电池的触点。

具体地，电源管理模块还用于通过充电端子监测电池的触点的电压，并根据监测的电压确定电池的当前充电状态，并进一步根据电池的当前充电状态控制充电电流，同时调整整流电路的直流电压。

此外，该装置可以进一步包括：

温度监测端子，与无线充电片连接，并与电源管理模块电连接，其中，温度监测端子用于与电池的保护端子(在本文中也称为“T”端子)电连接，并且用于将来自电池保护板的电池温度信号传输至电源管理模块，其中，电池温度信号用于表示电池的温度；

并且，电源管理模块进一步用于根据电池温度信号控制充电电流。

该装置可以进一步包括：有线电源输入监测端子，与电池所在的电器设备的有线电源输入端以及电源管理模块电连接；并且，电源管理模块进一步用于根据有线电源输入端检测的电压确定电器设备是否通过有线方式进行充电。

此外，电源管理模块与线圈电连接，并且，电源管理模块进一步用于将电信号提供给线圈，电信号用于通过与线圈耦合的无线充电发射端线圈通知无线充电发射端停止进行充电操作。

可选地，无线充电片覆盖于电器设备、或电池、或电池槽，并与电池、或电器设备、或电池槽固定。

本发明通过由无线充电片直接贴在电器设备或其电池的表面(例如，可以覆盖在电池盖上，也可以在电池盖与电池之间覆盖在电池上，还可以覆盖在电池槽内，等等，本文不再一一列举)，并且由无线充电片实现无线充电器接收端的功能，从而在磁场的作用下产生电能，通过充电端子对电器设备的电池进行无线充电，因此，既不会改变现有电器设备的结构，也不会增加电器设备的体积。

附图说明

图1是根据本发明实施例的无线充电的实现装置的框图；

图2是图1中所示的装置与电池连接的示意图；

图3是示出根据本发明实施例的无线充电的实现装置覆盖在电池上的立体示意图；

图4是图3中所示的根据本发明实施例的无线充电的实现装置的另一结构实例的框图；

图5是根据本发明实施例的无线充电的实现装置的俯视图；

图6是图5所示的根据本发明实施例的无线充电的实现装置的横截面图；

图7是示出根据本发明实施例的无线充电的实现装置的详细结构的横截面图；

图8是根据本发明实施例的无线充电的实现方法的流程图。

具体实施方式

本发明目的在于实现一种超薄无线充电装置，能够由无线充电片直接贴在电器设备或其电池的表面(例如，可以在电池盖与电池之间覆盖在电池上，也可以覆盖在电池槽内，等等，本文不再一一列举)，并且实现无线充电功能的无线充电器接收端的功能，从而在磁场的作用下产生电能，对电器设备的电池进行无线充电，因此，既不会改变现有电器设备的结构，也不会增加电器设备的体积。

根据本发明的实施例，提供了一种无线充电的实现装置。

如图1所示，根据本发明的无线充电的实现装置包括：

无线充电片11；充电端子(未示出)；无线充电片11包括基板(图1中未示出)和屏蔽层(图1中未示出)，屏蔽层贴附于基板，基板中设置有线圈12、整流电路13以及电源管理模块14，其中，线圈12用于在磁场(由发射端的发射线圈产生的磁场)的作用下产生交流电；整流电路13与线圈12电连接，用于将线圈12产生的交流电转换为直流电，并将直流电提供给电源管理模块14；电源管理模块14与充电端子电连接，并用于将来自整流电路13的直流电经稳压及电流控制等处理后提供给充电端子。优选地，线圈12、整流电路13以及电源管理模块14中的至少两者在基板的延伸方向上并排设置，也就是说，在基板的厚度方向上，线圈12、整流电路13以及电源管理模块14设置在两个层中，如果无线充电片的面积允许，则可以将线圈12、整流电路13以及电源管理模块14在同一层中并排设置，保证无线充电片的厚度足够小。

其中，诸如线圈、整流电路以及电源管理模块等各种元件通过用于加工薄片材料的元件集成工艺埋置在所述基板中，其他有源元件(包含IC等)可以采用裸片的形式埋入基板中，优选地，元件集成工艺为低温共烧陶瓷(简称为LTCC)工艺，也可以是其他适用于加工超薄材料的工艺，基板的厚度可以为0.01mm-0.1mm。

在线圈12和发射端线圈匹配后就能够进行能量传输，进而完成充电。

借助于上述装置，由于无线充电片为一个薄片，因此，可以很方便地覆盖在电器设备或电池的任意适当表面上，并且通过线圈接收电能，由整流电路和电源管理模块通过充电端子有效地对电池进行充电，既不会改变电器设备的结构，也不会增加电器设备的体积，既节省了终端制造的成本，降低了复杂度，同时还能便于用户使用终端，提高用户体验。

其中，充电端子用于与电池的触点(用于连接电池和电器设备)电连接，并用于将电源管理模块提供的直流电提供至电池的触点。

图2是图1中所示的装置与电池连接的示意图。如图2所示，电池21包括触点22、保护电路23和电极24，触点22通过保护电路23与电极24电连接。而无线充电片11则通过充电端子(图2中未示出)与电池的触点21连接，电池的保护电路23用于保护电池在充电过程中按照电池的充电曲线进行充电，不会出现过流和过压，避免损坏电池；电池的电极24用于在充电时保存电能，在供电时释放电能。

这样，电源管理模块14就可以通过充电端子对电池的触点进行供电，进而完成无线充电。

此外，电源管理模块14还用于通过充电端子监测电池的触点的电压，并根据监测的电压确定电池的当前充电状态，并进一步根据电池的当前充电状态控制充电电流，同时调整整流电路的直流电压。

通常情况下，电池的充/供电端子的数量为两个，相应地，本发明的无线充电的实现装置的充电端子也可以与电池的充/供电端子的数量相同，此时，电源管理模块可以通过充电端子来确定电池触点间的电压，根据该电压判断电池的充电状态，从而实时调节充电电流，同时，电源管理模块根据电池的充电电压，平衡整流电路的电压，使整流后的电压略高于充电电压，这样不仅能够提高充电的效率，并且还能够减少损耗。

图3是示出根据本发明实施例的无线充电的实现装置覆盖在电池上的立体示意图。出于清楚的目的，在图3中未示出线圈、整流电路、电源管理模块、保护电路、电极等部件，仅着重说明了充电端子与触点之间的连接(接触)。

如图3所示，电池21具有“+”和“-”两个触点22，相应地，无线充电片11也设置有“+”和“-”两个充电端子15，充电端子15由柔性导体制成，呈片状，位置与电池21上的触点22位置对应，通过将“+”和“-”充电端子15与电池21上“+”和“-”触点22相连(充电端子15可以覆盖在触点22上)，实现无线充电的实现装置与电池的电连接，进而完成充电。

此外，图3中的电池21还可以包括保护端子25(在本文中将其称为T端子)(图3中的符号为T)。根据本发明的无线充电的实现装置还能够利用该端子25来获取电池温度信息，进而调整充电电流，避免在充电过程中因温度过高损坏电池。

如图4所示，根据本发明实施例的上述装置的无线充电片11上除了设置有“+”和“-”两个充电端子15之外，还可以设置有温度监测端子(图1、2中未示出)16(图4中的符号为V)，与无线充电片11固定连接(类似地，温度监测端子16也可以由柔性导体制成，呈片状)，并与电源管理模块电连接(未示出)，其中，在如图3所示的方式将图4中的无线充电片11覆盖在电池21上之后，温度监测端子16将会与电池的T端子25电连接，并且用于将来自T端子16的电池温度信号传输至无线充电片中的电源管理模块，其中，电池温度信号由电池21中的保护电路提供，该保护电路上的热敏电阻能够感知电池的温度，而该电池温度信号就用于表示电池的温度；并且，电源管理模块进一步用于根据电池温度信号控制充电电流。例如，在无线充电时，如果温度过高，电源管理模块降低充电电流。另外，电源管理模块也可以内部独立具有热敏电阻，进行感知模块的温度并作相应的处理，而不连接电池的T端子。

此外，可选地，根据本发明的装置还可以进一步包括有线电源输入监测端子(未示出)，该有线电源输入监测端子与电池所在的电器设备的有线电源输入端以及电源管理模块电连接，其中，当电器设备通过有线电源充电时，该有线电源输入端触点上会产生电压；并且，电源管理模块14可进一步用于根据有线电源输入端监测端子检测的电压确定电器设备是否通过有线电源进行充电，如果在无线充电的过程中检测到电器设备的有线电源输入端的电压较高(例如，在5v为充电电压的情况下，检测到的电压高于3v、5v或其他值)，则可以中断无线充电，避免无线充电和有线充电同时进行，损坏电路或电池。

目前的电池和终端的连接后，并没有有线电源输入端触点，为了判断是否有有线电源进行充电的功能，可以从电器设备上引出有线电源输入端的触点，电源管理模块可以通过有线电源输入监测端子和这个触点进行连接(连接的方式可以采用和电池触点同样的连接方式)，并且，该有线电源输入监测端子的位置可以根据实际情况进行调整

另外，可选地，电源管理模块14与线圈12电连接，并且，电源管理模块14可产生停止充电的电信号，并加载到接收线圈上，发射线圈感应到停止信号后，发射端则停止电力的传输。这样，不论是用户指示、充电完成、还是无线充电过程中已经插上了有线充电的适配器，无线充电模块中的电源管理模块都可以给发射端提供终止电能传输的信号，以便停止无线充电。

图5是根据本发明实施例的无线充电的实现装置的俯视图。如图5所示，该装置可以包括磁芯26，线圈12环绕磁芯26设置，

可选地，无线充电片用于覆盖于电池、或电器设备、或电池槽，并与电池、电池槽、电器设备固定，固定的方式可以是粘接、卡扣或者其他方式，并且，如图6所示，假设无线充电片11覆盖在电池21和电器设备的上方，无线充电片朝向电器设备的一侧进一步包括信号屏蔽层27，用于避免线圈产生的磁场扩散到空间中，降低传输效率，从而消除由于磁场扩散而可能对电器设备工作产生的不良影响。

如果通过粘贴的方式来固定无线充电片，无线充电片可以包含三层，上下两层为覆盖(Cover)层，使用柔性材质制成，起到对模块的保护作用，其中最下层表面为不干胶，用于粘贴到电池表面；中间层为电路层，是基于采用低温共烧陶瓷工艺技术实现的无线电力接收端模块，包含线圈，整流电路以及电源管理模块(可以是一个控制芯片和电源管理芯片及容阻件组成)。整流电路和电源管理模块的容阻件可以称为控制芯片和/或电源管理芯片的外围器件，为无源元件。控制芯片和电源管理芯片可以是一个IC也可以是两个或多个IC。

如图5和图6所示，线圈部分直接部署在低温共烧陶瓷基板(即，上述的无线充电片，除了采用低温共烧陶瓷之外，还可以采用其他的材料)中，线圈中心具有磁芯，外围电路阻容件也全部被包裹到低温共烧陶瓷基板当中，为降低接收端的整体厚度，上述芯片可以采用裸片的形式贴在低温共烧陶瓷基板上，基板的外侧设有电压输出金属触片(充电端子)，该触片采用柔性薄膜材质，用于连接电池的正负极充电触电，实现对电池的充电。低温共烧陶瓷基板上在线圈底下或者基板的另一面具有屏蔽设计，以提高无线电能传输的效率，降低电能损耗。

根据本发明实施例的充电实现装置的详细结构可以参见图7。如图7所示，采用低温共烧陶瓷作为基板方便进行多层结构设计，并且可以将容阻件埋入其中，节省厚度空间。低温共烧陶瓷基板厚度根据不同的介电常数，厚度为0.01-0.1mm；屏蔽层27为低温共烧陶瓷基板上平铺的一层金属层(可以是铁粉)，有屏蔽作用，可防止能量散失，避免降低传输效率；同时，因为发射端线圈中心具有磁芯，为磁性材料，接收端线圈12接近发射线圈时，由于磁芯和屏蔽层为铁粉材质，可以被吸引到发射线圈上，具有定位作用；其厚度一般为0.035-0.05mm；电路中的容阻件可以是贴片器件，厚度可达0.6mm，优选地，为了降低厚度，可以将无源的容阻件(即，上述的整流电路以及相关的外围器件)埋入低温共烧陶瓷基板中，厚度为0.02-0.05mm。

另外，对于接收线圈，可以采用绕制线圈，厚度为0.1mm-0.5mm，为了减小厚度，可以采用印制的线圈，其厚度一般为0.01mm-0.2mm，例如可以是0.05mm；印制线圈可以在低温共烧陶瓷基板的最外层，如图7所示，线圈12和芯片(例如，对应于上述电源管理模块)28并排设置在最高的一层(避免线圈对设备的工作产生干扰)，再将电路部分(包括整流电路等外围器件)29设置在基板中下面的层；而如果低温共烧陶瓷中间层空间允许，也可以将整流电路与线圈和芯片埋入同一层(例如，可以最高层，也可以是中间层或其它层)中，以减小厚度。

另外，磁芯26和屏蔽层27采用同样材质，设置在线圈12的中心，厚度0.035-0.15mm，其主要作用为定位，同时也能优化线圈的品质因数；电路的主芯片28采用裸片形式位于低温共烧陶瓷基板最外层，厚度为0.1-0.2mm，如果低温共烧陶瓷中间层空间允许，外围器件也可以采用裸片形式和裸片芯片在同一层；模块的最外层为保护膜(即，上述的保护层，位于基板的上方以及屏蔽层的下方)30，用于保护基板及器件，并具有一定的韧性和硬度，从而提升整个模块的机械性能，优选地，该保护膜可以由绝缘材料制成，厚度为0.01-0.1mm。

此外，柔性触点(充电端子)15在裸片芯片层或埋入容阻件层和电路部分相连接，可以是薄膜式金属触片，厚度一般为0.1mm。

可以看出，通过采用低温共烧陶瓷技术、印制天线和裸片封装技术，能够有效地降低装置的厚度，使得整个装置的总体厚度达到0.2-0.8mm。

另外，在另一未示出的实施例中，根据需要，线圈、整流电路以及电源管理模块在基板的厚度方向上并排设置，即，在图7所示的纵向上，依次设置上述三者(也就是说，线圈、整流电路以及电源管理模块位于不同的水平层中)，从而减小装置的面积，在本实施例中，具体的材料选择、各个组成部分的功能同上，这里不再重复。

此外，除了将线圈和芯片设置在同一层之外，线圈和整流电路等外围器件也可以设置在同一层，而将芯片设置在另一层中，或者将整流电路等外围器件与芯片设置在同一层，而将线圈设置在另一层中。

此外，基于以上列举的方式，以保证电磁场不影响电器设备为目的，其他设置信号屏蔽层的方式是本领域技术人员所能够想到的，本文不再一一列举。

通过本发明的上述技术方案，不仅能够在不增加设备复杂度、体积和成本的前提下对电器设备实现无线充电，而且，由于采用低温共烧陶瓷作为无线充电片的基材，因此，无线充电片具有良好的耐温性能和热传导性，可以良好地散热，并且选择合适介电常数的基材，和电路部分的导电材料配合，经过优化设计，具有好的电路系统的品质因数和稳定线圈的Q值，因此模块具有稳定且高的电能传输效率；模块可以做到高集成化，节省空间，尤其具有超薄的厚度(0.2-0.8mm)，满足和电池连接装配的需要；另外，根据本发明的装置的模块加工一致性好，具有良好的机械性能，平整度好，兼具良好的硬度和弹性韧性参数，不易损坏；材料节能、环保，降低了环境污染，无需改变终端的配置，直接贴膜即可完成充电装置的附加，也不会增加终端的体积。

由于充电端子、T端子都可以采用柔性材料制成，因此，不论无线充电片固定在电器设备的外壳、壳体内壁、电池、或者电池槽，都能够很容易地延伸到电池上对应的触点(例如，充电端子、T端子可以穿过电器设备外壳的缝隙延伸)，实现充电端子、T端子与电池上对应触点的电连接，能够很方便地完成无线充电，另外，充电端子、T端子中一个或多个端子的位置也可以设置在无线充电片的其他地方，不仅可以从无线充电片的边缘伸出，也可以从无线充电片的中间某个位置伸出，可以应用于移动终端等多种采用电池的电器设备；另外，由于无线充电片同样由柔性材料制成，因此，能够适应不同形状的安装面或安装槽。

根据本发明的实施例，还提供了一种无线充电的实现方法。

如图8所示，根据本发明实施例的无线充电的实现方法包括：

步骤S801，无线充电片的线圈在发射端发射线圈磁场的作用下产生交流电；

步骤S803，线圈将产生的交流电提供给无线充电片中的整流电路，整流电路将线圈产生的交流电转换为直流电，并将直流电提供给无线充电片中的电源管理模块；

步骤S805，电源管理模块将来自整流电路的直流电经过根据电池电压状态实时调节充电电压及电流后提供给无线充电片上设置的充电端子，对与充电端子电连接的电池进行充电。

借助于上述方法，由于无线充电片为一个薄片，因此，可以很方便地覆盖在电器设备或电池的任意适当表面上，并且通过线圈接收电能，由整流电路和电源管理模块通过充电端子有效地对电池进行充电，既不会改变电器设备的结构，也不会增加电器设备的体积，既节省了终端制造的成本，降低了复杂度，同时还能便于用户使用终端，提高用户体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种无线充电的实现装置，其特征在于，包括：

无线充电片；

充电端子；

所述无线充电片包括基板和屏蔽层，所述屏蔽层贴附于所述基板，所述基板中设置有线圈、整流电路以及电源管理模块，其中，所述线圈、所述整流电路以及所述电源管理模块通过用于加工薄片材料的元件集成工艺埋置在所述基板中，所述线圈用于在磁场的作用下产生交流电；所述整流电路与所述线圈电连接，用于将所述线圈产生的交流电转换为直流电，并将直流电提供给所述电源管理模块；所述电源管理模块与所述充电端子电连接，并用于将来自所述整流电路的直流电提供给所述充电端子。

2.根据权利要求1所述的实现装置，其特征在于，所述元件集成工艺为低温共烧陶瓷工艺，并且，所述基板为低温共烧陶瓷基板。

3.根据权利要求1所述的实现装置，其特征在于，所述基板的厚度为0.01mm-0.1mm。

4.根据权利要求1所述的实现装置，其特征在于，所述线圈、所述整流电路以及所述电源管理模块中的至少两者在所述基板的延伸方向上并排设置。

5.根据权利要求1所述的实现装置，其特征在于，所述屏蔽层贴附在所述基板的一侧上，所述基板的另一侧贴附有保护层。

6.根据权利要求5所述的实现装置，其特征在于，所述保护层、所述基板、所述屏蔽层的总厚度为0.2mm-0.8mm。

7.根据权利要求1所述的实现装置，其特征在于，所述充电端子由柔性导体制成，并且呈片状。

8.根据权利要求1所述的实现装置，其特征在于，进一步包括磁芯，所述线圈环绕所述磁芯。

9.根据权利要求1所述的实现装置，其特征在于，所述线圈为印制的线圈或绕制线圈。

10.根据权利要求9所述的实现装置，其特征在于，所述绕制线圈的厚度为0.1mm-0.5mm，或所述印制线圈的厚度为0.01mm-0.3mm。

11.根据权利要求1所述的实现装置，其特征在于，所述充电端子用于与电池的触点电连接，并用于将所述电源管理模块提供的直流电提供至所述电池的触点。

12.根据权利要求11所述的实现装置，其特征在于，所述电源管理模块还用于通过所述充电端子监测所述电池的触点的电压，并根据监测的所述电压确定所述电池的当前充电状态，并进一步根据所述电池的当前充电状态控制充电电流，同时调整所述整流电路转换后的直流电压。

13.根据权利要求1所述的实现装置，其特征在于，进一步包括：

温度监测端子，与所述无线充电片连接，并与所述电源管理模块电连接，其中，所述温度监测端子用于与电池的保护端子电连接，并且用于将来自所述保护端子的电池温度信号传输至所述电源管理模块，其中，所述电池温度信号用于表示所述电池的温度；

并且，所述电源管理模块进一步用于根据所述电池温度信号控制所述整流电路调整转换得到的直流电的电流。

14.根据权利要求1所述的实现装置，其特征在于，进一步包括：

有线电源输入监测端子，与电池所在的电器设备的有线电源输入端以及所述电源管理模块电连接；

并且，所述电源管理模块进一步用于根据所述有线电源输入端检测的电压确定所述电器设备是否通过有线方式进行充电。

15.根据权利要求1所述的实现装置，其特征在于，所述电源管理模块与所述线圈电连接，并且，所述电源管理模块进一步用于将电信号提供给所述线圈，所述电信号用于通过与所述线圈耦合的无线充电发射端线圈通知无线充电发射端停止进行充电操作。

16.根据权利要求1所述的实现装置，其特征在于，所述无线充电片覆盖于电器设备、或电池、或电池槽，并与所述电池、或电器设备、或所述电池槽固定。

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