CN102684272A

CN102684272A - 双控节能型无线充电收发装置

Info

Publication number: CN102684272A
Application number: CN2011100611872A
Authority: CN
Inventors: 张志平; 张凯尧
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-06
Filing date: 2011-03-06
Publication date: 2012-09-19

Abstract

一种双控节能型无线充电收发装置，包括无线充电发射模块和无线充电接收模块所组成，所述的无线充电发射模块包括依次连接的AD电源转换电路单元、充电过程智能控制电路单元、振荡发射电路单元、长条形发射线圈、磁敏开关和光敏开关所组成；所述的无线充电接收模块包括依次连接的感应接收电路单元、整流滤波电路单元、稳压泄放电路单元、电满告警电路单元、充电管理电路单元、开关机控制磁钢、告警信号发射管和连电插头所组成，本装置对移动终端或随身电子产品充电时，具有使用方法简单，充电方便，不用插拔充电插头，自动控制装置开关机，节省能源，适合社会上现有移动终端和随身电子产品配备使用的特点。

Description

双控节能型无线充电收发装置

技术领域

本发明涉及无线感应充电技术应用领域，特别是关于一种双控节能型无线充电收发装置。

背景技术

无线感应充电技术由于其能够给移动终端用户充电时省去插拔插头的麻烦，从而带来使用上的极大地便利而日益受到消费者的青睐，现在已有部分手机制造厂商推出使用无线感应充电技术的移动终端，比如在淘宝网上就可以买到的苹果公司手机就配备了无线感应充电的套装产品：充电低压电源、感应充电底盘和套在手机上配合充电使用的带充电插头和感应接收装置的硅胶外套，充电时要先把外套套在手机外面才能进行感应充电，这样操作使移动终端的无线充电过程变得繁琐，并且产品价格变得昂贵，特别是无线充电器和其他品牌的移动终端之间不能互换使用；与黑莓手机配套的点金石无线感应充电器是将无线感应接收线圈和接收电路装置安装在手机后盖里，把手机放在无线充电器上面感应充电，但消费者手中现有的手机后盖里无法安装这类接收装置；深圳一家公司出产的无线感应充电器是将手机锂电池里电芯体积和容量减小，腾出空间安装感应接收线圈和电路元件，这种方法的缺陷是导致电池使用待机时间缩短，并且当手机后盖是金属材质时，无法进行感应充电。由于以上技术方案的种种限制，影响和制约了无线感应充电技术的应用和推广，使现有的手机消费群体无法体验到无线感应充电技术带来的便利。

发明内容

针对上述局限，本发明提供了一种双控节能型无线充电收发装置，这种装置制作成无线充电发射模块和无线充电接收模块，发射模块感应充电区域装有自动控制开关机的磁敏开关和电池电量充满后控制关机的光敏开关元件，无线充电接收模块制作成长条形，体积扁平小巧，两端装有与发射模块相互对应的开关机控制磁钢和告警信号发光管，内侧带有充电插头，使用时将其插在与本插头匹配的移动终端或随身电子产品的充电插口内，然后靠近无线充电发射模块充电区域，无线充电发射模块就会自动开启向外定向辐射高频电磁能量，被无线充电接收模块感应接收后变换为直流电压输送给电子产品内的锂电池进行充电，电池电量充满后，无线充电接收模块自动向无线充电发射模块发出光反馈告警信号，关闭无线充电发射模块振荡电路，节省电源。充电结束后，本充电接收模块不必取下，可以长期安装附着在移动终端充电插口位置的表面，无线充电时继续使用。同时，本无线充电接收模块还可以设计安装在移动终端或随身电子产品的机身内，实现隐藏式无线充电。具有使用方法简单，充电方便，不用插拔充电插头，自动控制装置开关机，节省能源，适合社会上现有移动终端和随身电子产品配备使用的特点。

本发明采用如下技术方案实现上述目的：一种双控节能型无线充电收发装置，包括无线充电发射模块和无线充电接收模块所组成，所述的无线充电发射模块包括依次连接的AD电源转换电路单元、充电过程智能控制电路单元、振荡发射电路单元、长条形发射线圈、磁敏开关和光敏开关所组成；所述的无线充电接收模块包括依次连接的感应接收电路单元、整流滤波电路单元、稳压泄放电路单元、电满告警电路单元、充电管理电路单元、开关机控制磁钢、告警信号发光管和充电插头所组成，其特征在于：所述的无线充电发射、接收感应线圈制作成长条形状，发射模块磁敏开关、光敏开关安装在长条形发射线圈内的两侧，和接收模块长条形感应接收线圈两端的开关机控制磁钢、告警信号发光管安装位置相对应。

所述的无线充电发射模块AD电源变换电路单元将220V市电转换为5-24V低压直流电压后送至充电过程智能控制电路单元和高频振荡输出电路单元作为工作电源，可以直接使用公知技术的手机充电器电路制作。

所述的无线充电发射模块充电过程智能控制电路由单片机编程制作或采用定制的专用IC控制芯片制作使用，完成充电过程中各项参数的自动调节与控制。

所述的无线充电发射模块高频振荡输出电路采用晶体做振荡源的多级放大单端或推挽输出的高频功率输出电路，也可以采取单只功率管振荡输出高频能量的LC振荡电路，工作频率在20K-10MC之间选择。

所述的无线充电发射模块发射线圈可以采用以下三种形式制作；a、使用单股或多股漆包线绕制成长条形状空心线圈，线圈中间加以导磁材料组合的可调电感量发射线圈。b、采用PCB柔性电路板蚀刻制成的平面电感线圈多层叠加后组成的长条形发射线圈。c、在磁芯材料上面直接缠绕漆包线制成的扁平状长条形发射线圈。

所述的无线充电发射模块导磁体可以使用圆形、长条形高频导磁体或高频磁盒。

所述的无线充电发射模块磁敏开关使用常开型干簧管A串接在AD电源转换电路振荡管13003的510k上偏置电阻回路中，或使用常闭型干簧管B跨接在13003振荡管b、e结两端或选用霍尔型磁敏开关元件，连接在AD电源转换电路中使用。

所述的无线充电发射模块光敏开关使用光电接收器件或光敏管。

上述的各电路单元和相关电子元件组装焊接在一块功能电路板上面固定在塑料壳体内制作成完整的无线充电发射模块。为保证高温环境中的正常工作，模块后侧内置微型散热电风扇。

所述的无线充电接收模块感应接收单元电路由感应接收线圈和谐振电容所组成，感应接收线圈可以采用以下二种形式制作：a、使用单股或多股漆包线绕制成长条形状空心线圈，线圈中间填充导磁材料粉末或导磁胶封固后使用，以增加电感量，提高接收转换效率。b、采用PCB柔性电路板蚀刻制成的平面电感线圈多层叠加后组成的长条形感应接收线圈。谐振接收工作频率与无线充电发射模块振荡发射工作频率相对应，在20K-10MC之间选择。

所述的无线充电接收模块整流滤波电路单元由整流二极管和滤波电容所组成，整流电路可以选用半波整流、全波整流、桥式整流和倍压整流中的任一种电路方式，滤波电容容量取1-22微法，耐压25伏以上的贴片电容器。

所述的无线充电接收模块稳压泄放电路单元由稳压二极管和限流电阻串接而成，用以泄放高于5.5V的过载电压，保护电源充电管理单元的芯片输入端不会被过高的输入感应电压所击穿损坏。

所述的无线充电接收模块电满告警电路单元由三极管、告警信号发光管和限流电阻所组成，当锂电池电量充满关闭后三极管导通，告警信号发光管向外发出高速闪烁的可见或红外告警光信号，控制无线充电发射模块关机断电，节省电源。告警信号发光管安装在无线充电接收模块长条形外罩的右侧。

所述的无线充电接收模块充电管理单元由符合电气指标的任一型号的贴片式锂电池充电电源管理芯片担任，输入电压3.7-8V，输出电压3.7-4.2V，终止电压4.25V，充电电流0.1-0.8A，其作用是对移动终端的锂电池实施充电过程调节控制，保持电池的最佳充电状态，延长被充电池的使用寿命，防止意外损坏。

所述的无线充电接收模块充电插头可以是扁口型或圆形移动终端电源连接器插头，根据实际需要安装在控制电路板的中间或边缘一侧的位置，使用时根据安装在不同移动终端上的充电插口规格型号进行配置。

所述的无线充电接收模块外罩呈扁平长条形状，长20-50mm，宽度5-10mm，高1.5-5mm。

所述的无线充电接收模块开关机控制磁钢采用高矫顽磁力强度的钕铁硼磁钢，直径2-3mm，厚度2-3mm，安装在无线充电接收模块的左侧。

所述的无线充电接收模块告警信号发光管使用内部装有IC闪光芯片发出快速脉动可见光或红外光线的贴片发光二极管，发光频率可以在200HZ-40KC之间选择。以上电子元件依次焊接装在长条形柔性电路板上面，封装在长条形塑制外罩内，用导磁胶封固后制成完整的无线充电接收模块。

本发明所产生的有益效果：采用本发明提供的无线感应充电方式与装置，在给移动终端或随身电子产品充电时不必反复插拔充电电源插头，只要把无线充电接收模块充电插头一次性插入移动终端的充电插口内，每次充电时靠近无线充电发射模块即可实现无线感应充电，具有充电时操作简单，使用方便，社会上现有移动终端和随身电子产品都能使用的优点。同时，本装置具有待充电移动终端或电子产品靠近时自动开机，离开后自动断电和移动终端电量充满后自动发出光告警信号控制无线充电器断电停止振荡输出的双控节电控制功能，充电安全，节省能源。

附图说明：参照附图可以对本发明的实施例加以详细的说明

图1是本发明无线充电装置收发系统的结构框图

图2是本发明无线充电发射模块结构示意图

图3是本发明无线充电接收模块结构示意图

图4是本发明无线充电发射模块工作电原理方框图

图5是本发明无线充电接收模块的电原理图

图6是本发明无线充电发射模块的开关机电量充满自动断电控制原理示意图

图7是本发明无线充电接收模块安装在移动终端壳体内与无线充电发射模块感应充电控制示意图

图8是本发明无线充电发射模块开关机控制电路连接图

图9是本发明无线充电发射模块发射线圈结构示意图

图10是本发明无线充电接收模块感应接收线圈结构示意图

参照图1、图2、图4，本发明无线充电发射模块结构如下：图中1、发射模块机壳，2、功能电路板，3、长条形发射线圈，4、磁敏开关，5、光敏开关，6、导磁体，7、充电发光管，8、电源指示灯，9、散热风扇，10、电源插头线

参照图3、图5，本发明无线充电接收模块结构如下：11、长条形感应接收线圈，12、柔性电路板，13、导磁板，14、充电插头，15、长条形外罩，16、充电管理芯片，17、开关机控制磁钢，18、告警信号发光管，19、导磁材料胶

具体实施例

从附图中知，本发明一种双控节能型无线充电收发装置，无线充电发射模块包括发射模块机壳1，功能电路板2，长条形发射线圈3，磁敏开关4，光敏开关5，导磁体6，充电发光管7，电源指示灯8，散热风扇9，电源插头线10所组成；无线充电接收模块包括感应接收线圈11，柔性电路板12，导磁板13，充电插头14，长条形外罩15，充电管理芯片16，开关机控制磁钢17，告警信号发光管18，导磁材料胶19所组成，其装配制作过程分别叙述如下：

a、无线充电发射模块装配方法与步骤：将散热风扇9垂直安装固定在发射模块机壳1的后壁，功能电路板2用螺丝紧固安装在发射模块机壳1的底板上，将长条形发射线圈3与导磁体6套装后安装在发射模块机壳1底板的前端，磁敏开关4用环氧胶粘合固定在长条形发射线圈3的前端，光敏开关5安装在功能电路板2的前端，通过长条形发射线圈3中间右侧的空隙向外探测对应位置的告警光信号。充电发光管7、电源指示灯8向上垂直安装在功能电路板2上面，通过发射模块机壳1向外发出电源指示和充电状态提示信号，电源插头线10从机壳的后面引出用于接插引入220V市电。将以上部件按接线要求焊接牢固加电检查无误后，将发射模块壳体1与底板相扣合后用固定螺丝上紧，制成无线充电发射模块成品。

b、无线充电接收模块装配方法与步骤：参照图5，先把各个贴片电子元件按电路要求焊接在柔性电路板12上面，然后将感应线圈11和充电插头14的引线端与柔性电路板12的对应位置焊接在一起，焊接完毕后将上述元件抹上导磁胶和开关机磁钢17一起套装入长条形外罩15内，放入45摄氏度烘箱烘干2小时，待导磁胶彻底凝固后取出制得无线充电接收模块成品。

参照图1，图4，图6，图7，图8，本发明一种双控节能无线充电收发装置的使用方法与工作原理过程叙述如下：

1、使用方法：把无线充电发射模块放在桌面上，将电源插头线10插入充电插座，把无线充电接收模块插入对应的移动终端或随身电子产品的充电插口内，然后靠近发射模块前端充电区域，这时无线充电发射模块上面的红色电源指示灯7点亮，表示电源接通，同时充电发光管8闪烁，表示充电开始，此时被充移动终端屏幕上同时出现充电显示，说明正在充电。电量充满后，无线充电发射模块自动关闭，充电发光管8熄灭。

2、充电开关机，电量充满自动断电控制工作原理：把无线充电发射模块电源插头线10插入市电插座，模块功能电路板2得电，由于在A/D转换电路13003振荡管510K上偏置电阻回路中串入了常开触点的磁敏开关A或在13003振荡管b-e结之间跨接了常闭触点的磁敏开关B，13003振荡管处于反向截止状态下不工作，此时A/D转换电路无振荡电压输出，基本不耗电，实现节电功能。当装有与发射模块配套无线充电接收模块的移动终端靠近发射模块前端充电区域时，无线充电接收模块上面的开关机控制磁钢17吸引发射模块上的磁敏开关4闭合，13003振荡管得电产生振荡输出直流电压，发射模块开始工作输出高频电压通过长条形发射线圈3感应出高频电磁场耦合到无线充电接收模块的感应接收单元，经长条形感应接收线圈11和电容C1谐振选频放大后经整流滤波单元、稳压保护单元、电满告警单元和充电管理单元输出稳压的4.2V直流电压后经充电插头14提供给移动终端内置的锂电池充电。当电池电量充满停止充电后，感应接收电压升高，稳压保护单元稳压管D2反向击穿，将部分电流经泄放电阻R1对地泄放起到保护电源管理芯片16不被过高输入电压击穿的保护作用。此时，R1两端产生高于0.7V的电压降，将正电压加在三极管的基射结之间，三极管导通，告警信号发光管18点亮，向无线充电发射模块光敏开关5发出电满告警脉冲光信号，光敏开关5接收后输出一个信号电压传送给无线充电发射模块功能电路板2上面的充电过程智能管理控制电路，经电路芯片判断无误后发出指令，关闭高频振荡输出电路电源，高频电路停止振荡，实现在移动终端电量充满后的节电功能。

图2中热敏电阻R负责探测发射模块壳体1内的温度，当温度超过35摄氏度时充电过程智能控制管理芯片发出指令，接通微型散热风扇9的电源通风降温，当壳体内温度低于35摄氏度时，风扇电源关闭。

图9是几种不同类型的长条形发射线圈3的结构示意图。

a是采用单股或多股漆包线绕制的长条形空心线圈。，B是采用PCB柔性电路板蚀刻制成的平面电感线圈多层叠加制作的长条形发射线圈，c是在磁性材料上面直接缠绕漆包线制作的扁平长条形发射线圈。

图10是二种不同类型的长条形感应接收线圈11的结构示意图。a是采用单股或多股漆包线绕制的长条形空心线圈，b是采用PCB柔性电路板蚀刻制成的平面电感线圈多层叠加后组成的长条形感应接收线圈。

以上是对本发明实施例的较为详细的表述，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种双控节能型无线充电收发装置，包括无线充电发射模块和无线充电接收模块所组成，所述的无线充电发射模块包括依次连接的AD电源转换电路单元、充电过程智能控制电路单元、振荡发射电路单元、长条形发射线圈3、磁敏开关4和光敏开关5所组成，所述的无线充电接收模块包括依次连接的感应接收电路单元、整流滤波电路单元、稳压泄放电路单元、电满告警电路单元、充电管理电路单元、开关机磁钢17、告警信号发射管18和充电插头14所组成，其特征在于：所述的无线充电发射线圈3和感应接收线圈11制作成长条形状，发射模块磁敏开关4、光敏开关5安装在长条形发射线圈3内的两侧，与接收模块长条形感应接收线圈11两端的开关机控制磁钢17，告警信号发光管18安装位置相对应。

2.根据权利要求1所述的一种双控节能型无线充电收发装置，其特征在于：所述的无线充电发射模块发射线圈3可以采用以下三种形式制作；a、使用单股或多股漆包线绕制成长条形状空心线圈，线圈中间加以导磁材料组合的可调电感量发射线圈。b、采用PCB柔性电路板蚀刻制成的平面电感线圈多层叠加后组成的长条形发射线圈。c、在磁芯材料上面直接缠绕漆包线制成的扁平状长条形发射线圈。

3.根据权利要求1所述的一种双控节能型无线充电收发装置，其特征在于：所述的无线充电发射模块磁敏开关4使用常开型干簧管A串接在AD电源转换电路振荡管13003的510k上偏置电阻回路中，或使用常闭型干簧管B跨接在13003振荡管b、e结两端或选用霍尔型磁敏开关元件，连接在AD电源转换电路中使用。

4.根据权利要求1所述的一种双控节能型无线充电收发装置，其特征在于：所述的无线充电接收模块感应接收单元电路由感应接收线圈11和谐振电容C1所组成，感应接收线圈可以采用以下二种形式制作：a、使用单股或多股漆包线绕制成长条形状空心线圈，线圈中间填充导磁材料粉末或导磁胶封固后使用。b、采用PCB柔性电路板蚀刻制成的平面电感线圈多层叠加后组成的长条形感应接收线圈。谐振接收工作频率与无线充电发射模块振荡发射工作频率相对应，在20K-10MC之间选择。

5.根据权利要求1所述的一种双控节能型无线充电收发装置，其特征在于：所述的无线充电接收模块电满告警电路单元由三极管、告警信号发光管18和限流电阻R1所组成，告警信号发光管18安装在无线充电接收模块长条形外罩的右侧，当锂电池电量充满关闭后三极管导通，告警信号发光管18向外发出高速闪烁的可见或红外告警光信号，控制无线充电器发射模块关机断电，节省电源。

6.根据权利要求1所述的一种双控节能型无线充电收发装置，其特征在于：所述的无线充电接收模块充电管理单元由符合电气指标的任一型号的贴片式锂电池充电电源管理芯片担任，输入电压3.7-8V，输出电压3.7-4.2V，终止电压4.25V，充电电流0.1-0.8A。

7.根据权利要求1所述的一种双控节能型无线充电收发装置，其特征在于：所述的无线充电接收模块充电插头14可以是扁口型或圆形移动终端电源连接器插头，根据实际需要安装在柔性电路板12的中间或边缘一侧的位置，使用时根据安装在不同移动终端上的充电插口规格型号进行配置。

8.根据权利要求1所述的一种双控节能型无线充电收发装置，其特征在于：所述的无线充电接收模块外罩呈扁平长条形状，长20-50mm，宽度5-10mm，高1.5-5mm。

9.根据权利要求1所述的一种双控节能型无线充电收发装置，其特征在于：所述的无线充电接收模块开关机控制磁钢17采用高矫顽磁力强度的钕铁硼磁钢，直径2-3mm，厚度2-3mm，安装在无线充电接收模块的左侧。

10.根据权利要求1所述的一种双控节能型无线充电收发装置，其特征在于：所述的无线充电接收模块告警信号发光管18使用内部装有IC闪光芯片发出快速脉动可见光或红外光线的贴片发光二极管，发光频率可以在200HZ-40KC之间选择。