CN103455177A - 基于无线电能传输的无源无线鼠标及键盘 - Google Patents

基于无线电能传输的无源无线鼠标及键盘 Download PDF

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基于无线电能传输的无源无线鼠标及键盘，属于计算机器件领域，本发明为解决现有无线鼠标及键盘往往需要将鼠标垫外接供电的问题。本发明所述基于无线电能传输的无源无线鼠标包括USB发射源、鼠标垫和鼠标；USB发射源包括USB插头、无线键鼠数据传输模块、能量激发电路和发射线圈；能量激发电路将直流电源转换为频率为f的交流电，并在发射线圈中激发出交变磁场，鼠标垫中的LC谐振回路与交变磁场产生谐振，在鼠标垫周围产生感应磁场，该感应磁场在鼠标接收线圈中产生感应电动势给鼠标供电。基于无线电能传输的无源无线键盘包括USB发射源和键盘；键盘中的LC谐振回路与交变磁场产生谐振，在键盘接收线圈中产生感应电动势给键盘供电。

Description

基于无线电能传输的无源无线鼠标及键盘
技术领域
本发明涉及基于无线电能传输的无源无线鼠标及键盘，属于计算机器件领域。
背景技术
键盘和鼠标是常用的电脑周边设备，传统的无线键鼠只能实现数据的无线传输，键盘和鼠标仍然需要电池供电，频繁的更换电池不仅带来的高的使用成本，并且不利于环保。虽然目前已有少数无线供电鼠标被研发出来，但往往需要将鼠标垫外接供电，失去了“无线”的意义。
发明内容
本发明目的是为了解决现有无线鼠标及键盘往往需要将鼠标垫外接供电，失去了“无线”意义的问题，提供了一种基于无线电能传输的无源无线鼠标及键盘。
本发明所述基于无线电能传输的无源无线鼠标，它包括USB发射源、鼠标垫和鼠标；
USB发射源包括USB插头、无线键鼠数据传输模块、能量激发电路和发射线圈；USB插头的数据接口与无线键鼠数据传输模块的数据接口相连；USB插头的直流电源输出端与无线键鼠数据传输模块的直流电源输入端相连；USB插头的直流电源输出端还与能量激发电路的直流电源输入端相连；能量激发电路的交流电源输出端连接发射线圈；
鼠标垫包括中继线圈和第三电容组，中继线圈和第三电容组并联；
鼠标包括鼠标接收线圈、第四电容组、第一整流电路和第一稳压电路，并联设置的鼠标接收线圈与第四电容组并联在第一整流电路的两个输入端之间，第一整流电路的输出端与第一稳压电路的输入端相连，第一稳压电路的输出端口作为鼠标的供电端口；
能量激发电路将直流电源转换为频率为f的交流电，所述频率为f的交流电在发射线圈中激发出频率为f的交变磁场，鼠标垫的中继线圈和第三电容组构成的谐振回路与所述频率为f的交变磁场产生谐振，在鼠标垫周围产生频率为f的感应磁场，该感应磁场在鼠标接收线圈中产生感应电动势，所述感应电动势经第一整流电路和第一稳压电路给鼠标供电，第四电容组用于补偿中继线圈和接收线圈耦合的漏感和自感。
基于无线电能传输的无源无线键盘，它包括USB发射源和键盘；
USB发射源包括USB插头、无线键鼠数据传输模块、能量激发电路和发射线圈；USB插头的数据接口与无线键鼠数据传输模块的数据接口相连；USB插头的直流电源输出端与无线键鼠数据传输模块的直流电源输入端相连；USB插头的直流电源输出端还与能量激发电路的直流电源输入端相连；能量激发电路的交流电源输出端连接发射线圈；
键盘包括键盘接收线圈、第五电容组、第二整流电路和第二稳压电路，并联设置的键盘接收线圈和第五电容组并联在第二整流电路的两个输入端之间，第二整流电路的输出端与第二稳压电路的输入端相连，第二稳压电路的输出端口作为键盘的供电端口；
能量激发电路将直流电源转换为频率为f的交流电，所述频率为f的交流电在发射线圈中激发出频率为f的交变磁场，键盘的键盘接收线圈和第五电容组构成的谐振回路与所述频率为f的交变磁场产生谐振，在键盘接收线圈中产生感应电动势，所述感应电动势经第二整流电路和第二稳压电路给键盘供电。
本发明的优点：
1、只用一个USB发射源同时实现了鼠标键盘的能量传输和数据传输，真正实现了“无线”的键盘鼠标。
2、无需电池，使用成本低，比传统无线鼠标键盘更加环保。
3、安装方便，可在现有的台式机或笔记本上使用。
附图说明
图1是USB发射源的结构示意图；
图2是鼠标垫的结构示意图；
图3是鼠标的结构示意图；
图4是键盘的结构示意图；
图5是第一实施例的结构示意图；
图6是第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述基于无线电能传输的无源无线鼠标，它包括USB发射源、鼠标垫和鼠标；
USB发射源包括USB插头1、无线键鼠数据传输模块2、能量激发电路和发射线圈8；USB插头1的数据接口与无线键鼠数据传输模块2的数据接口相连；USB插头1的直流电源输出端与无线键鼠数据传输模块2的直流电源输入端相连；USB插头1的直流电源输出端还与能量激发电路的直流电源输入端相连；能量激发电路的交流电源输出端连接发射线圈8；
鼠标垫包括中继线圈9和第三电容组10，中继线圈9和第三电容组10并联；
鼠标包括鼠标接收线圈11、第四电容组12、第一整流电路13和第一稳压电路14，并联设置的鼠标接收线圈11与第四电容组12并联在第一整流电路13的两个输入端之间，第一整流电路13的输出端与第一稳压电路14的输入端相连，第一稳压电路14的输出端口作为鼠标的供电端口；
能量激发电路将直流电源转换为频率为f的交流电，所述频率为f的交流电在发射线圈8中激发出频率为f的交变磁场，鼠标垫的中继线圈9和第三电容组10构成的谐振回路与所述频率为f的交变磁场产生谐振，在鼠标垫周围产生频率为f的感应磁场，该感应磁场在鼠标接收线圈11中产生感应电动势，所述感应电动势经第一整流电路13和第一稳压电路14给鼠标供电，第四电容组12用于补偿中继线圈9和接收线圈11耦合的漏感和自感。
USB发射源的USB插头1插在计算机或笔记本上，获取5V直流电。USB插头1的两根数据线D+和D-与无线键鼠数据传输模块2的数据接口相连；5V直流电一方面给传统的无线键鼠数据传输模块2供电，一方面给能量激发电路供电；能量激发电路将5V直流电转换为发射线圈8中频率为f的交流电，从而激发频率为f的交变磁场；鼠标垫中的中继线圈9与第三电容组10构成谐振回路，与发射线圈8产生的交变磁场产生谐振，在鼠标垫周围产生频率为f的感应磁场，该感应磁场在无线鼠标的鼠标接收线圈11上产生感应电动势，再经过第一整流电路13和第一稳压电路14给鼠标供电。
USB发射源也可以给具有接收线圈且谐振频率相同的其他电脑周边设备供电，如摄像头、mini音箱等。
所述能量激发电路包括滤波电路3、振荡器4、MOSFET驱动电路5、第一晶体管NMOS1、第二晶体管NMOS2、第一电容组6、电感L和第二电容组7；滤波电路3并联在USB插头1的直流电源正、负输出端之间；振荡器4并联在USB插头1的直流电源正、负输出端之间；振荡器4的振荡信号输出端与MOSFET驱动电路5的第一振荡信号输入端相连；振荡器4的互补振荡信号输出端与MOSFET驱动电路5的第二振荡信号输入端相连；MOSFET驱动电路5的第一驱动信号输出端与第一晶体管NMOS1的栅极相连；MOSFET驱动电路5的第二驱动信号输出端与第二晶体管NMOS2的栅极相连；第一晶体管NMOS1的漏极连接直流电源正极输出端；第二晶体管NMOS2的源极连接直流电源负极输出端；第一晶体管NMOS1的源极和第二晶体管NMOS2的漏极的公共连接点与第一电容组6的一端相连；第一电容组6的另一端与电感L的一端相连；电感L的另一端与第二电容组7一端相连，电感L与第二电容组7的公共连接点与发射线圈8的一端相连；第二电容组7的另一端连接直流电源负极输出端，第二电容组7与直流电源负极输出端的公共连接点与发射线圈8的另一端相连。
第一电容组6和电感L用于阻抗匹配。
振荡器4产生两路互补的PWM信号作为振荡信号，所述两路互补的PWM信号的频率为f且占空比小于50%，频率f范围为10KHz-20MHz。
振荡器4输出的两路振荡信号通过MOSFET驱动电路5分别驱动第一晶体管NMOS1、第二晶体管NMOS2，使其处于交替开关的状态，此时发射线圈8中有频率为f的交流电，从而激发交变磁场。
发射线圈8为圆形、六边形、矩形或椭圆形；鼠标接收线圈11为圆形或六边形，置于鼠标底部。
发射线圈8、中继线圈9和鼠标接收线圈11均由LITZ线绕制。
电感L和第二电容组7构成LC谐振回路，谐振频率为f；
中继线圈9和第三电容组10构成LC谐振回路，谐振频率为f。
无线鼠标与鼠标垫之间为感应式无线电能传输，第四电容组12用于补偿漏感。
具体实施方式二：下面结合图1和图4说明本实施方式，基于无线电能传输的无源无线键盘，它包括USB发射源和键盘；
USB发射源包括USB插头1、无线键鼠数据传输模块2、能量激发电路和发射线圈8；USB插头1的数据接口与无线键鼠数据传输模块2的数据接口相连；USB插头1的直流电源输出端与无线键鼠数据传输模块2的直流电源输入端相连；USB插头1的直流电源输出端还与能量激发电路的直流电源输入端相连；能量激发电路的交流电源输出端连接发射线圈8；
键盘包括键盘接收线圈15、第五电容组16、第二整流电路17和第二稳压电路18，并联设置的键盘接收线圈15和第五电容组16并联在第二整流电路17的两个输入端之间，第二整流电路17的输出端与第二稳压电路18的输入端相连，第二稳压电路18的输出端口作为键盘的供电端口；
能量激发电路将直流电源转换为频率为f的交流电，所述频率为f的交流电在发射线圈8中激发出频率为f的交变磁场，键盘的键盘接收线圈15和第五电容组16构成的谐振回路与所述频率为f的交变磁场产生谐振，在键盘接收线圈15中产生感应电动势，所述感应电动势经第二整流电路17和第二稳压电路18给键盘供电。
USB发射源的USB插头1插在计算机或笔记本上，获取5V直流电。USB插头1的两根数据线D+和D-与无线键鼠数据传输模块2的数据接口相连；5V直流电一方面给传统的无线键鼠数据传输模块2供电，一方面给能量激发电路供电；能量激发电路将5V直流电转换为发射线圈8中频率为f的交流电，从而激发频率为f的交变磁场；无线键盘中的键盘接收线圈15与第五电容组16构成谐振回路，与发射线圈8产生的交变磁场产生谐振，接收能量并通过第二整流电路17和第二稳压电路18给键盘供电。
USB发射源也可以给具有接收线圈且谐振频率相同的其他电脑周边设备供电，如摄像头、mini音箱等。
所述能量激发电路包括滤波电路3、振荡器4、MOSFET驱动电路5、第一晶体管NMOS1、第二晶体管NMOS2、第一电容组6、电感L和第二电容组7；滤波电路3并联在USB插头1的直流电源正、负输出端之间；振荡器4并联在USB插头1的直流电源正、负输出端之间；振荡器4的振荡信号输出端与MOSFET驱动电路5的第一振荡信号输入端相连；振荡器4的互补振荡信号输出端与MOSFET驱动电路5的第二振荡信号输入端相连；MOSFET驱动电路5的第一驱动信号输出端与第一晶体管NMOS1的栅极相连；MOSFET驱动电路5的第二驱动信号输出端与第二晶体管NMOS2的栅极相连；第一晶体管NMOS1的漏极连接直流电源正极输出端；第二晶体管NMOS2的源极连接直流电源负极输出端；第一晶体管NMOS1的源极和第二晶体管NMOS2的漏极的公共连接点与第一电容组6的一端相连；第一电容组6的另一端与电感L的一端相连；电感L的另一端与第二电容组7一端相连，电感L与第二电容组7的公共连接点与发射线圈8的一端相连；第二电容组7的另一端连接直流电源负极输出端，第二电容组7与直流电源负极输出端的公共连接点与发射线圈8的另一端相连。
振荡器4产生两路互补的PWM信号作为振荡信号，所述两路互补的PWM信号的频率为f且占空比小于50%，频率f范围为10KHz-20MHz。
振荡器4输出的两路振荡信号通过MOSFET驱动电路5分别驱动第一晶体管NMOS1、第二晶体管NMOS2，使其处于交替开关的状态，此时发射线圈8中有频率为f的交流电，从而激发交变磁场。
发射线圈8和键盘接收线圈15均由LITZ线绕制。
发射线圈8为圆形、六边形、矩形或椭圆形；键盘接收线圈15为矩形或椭圆形，置于键盘底部。
电感L和第二电容组7构成LC谐振回路，谐振频率为f；
键盘接收线圈15和第五电容组16构成LC谐振回路，谐振频率为f。
具体实施方式三：下面结合图5和图6给出两个具体实施例。
具体实施例一：当实施方式一所述的无线鼠标和实施方式二所述的无线键盘应用于台式机时，发射线圈8安装于显示器底座下方，如图5所示。
具体实施例二：当实施方式一所述的无线鼠标和实施方式二所述的无线键盘应用于笔记本电脑时，发射线圈8单独置于笔记本电脑下方或与散热风扇结合置于笔记本电脑下方，如图6所示。

Claims (10)

1.基于无线电能传输的无源无线鼠标，其特征在于，它包括USB发射源、鼠标垫和鼠标；
USB发射源包括USB插头（1）、无线键鼠数据传输模块（2）、能量激发电路和发射线圈（8）；USB插头（1）的数据接口与无线键鼠数据传输模块（2）的数据接口相连；USB插头（1）的直流电源输出端与无线键鼠数据传输模块（2）的直流电源输入端相连；USB插头（1）的直流电源输出端还与能量激发电路的直流电源输入端相连；能量激发电路的交流电源输出端连接发射线圈（8）；
鼠标垫包括中继线圈（9）和第三电容组（10），中继线圈（9）和第三电容组（10）并联；
鼠标包括鼠标接收线圈（11）、第四电容组（12）、第一整流电路（13）和第一稳压电路（14），并联设置的鼠标接收线圈（11）与第四电容组（12）并联在第一整流电路（13）的两个输入端之间，第一整流电路（13）的输出端与第一稳压电路（14）的输入端相连，第一稳压电路（14）的输出端口作为鼠标的供电端口；
能量激发电路将直流电源转换为频率为f的交流电，所述频率为f的交流电在发射线圈（8）中激发出频率为f的交变磁场，鼠标垫的中继线圈（9）和第三电容组（10）构成的谐振回路与所述频率为f的交变磁场产生谐振，在鼠标垫周围产生频率为f的感应磁场，该感应磁场在鼠标接收线圈（11）中产生感应电动势，所述感应电动势经第一整流电路（13）和第一稳压电路（14）给鼠标供电。
2.根据权利要求1所述基于无线电能传输的无源无线鼠标，其特征在于，所述能量激发电路包括滤波电路（3）、振荡器（4）、MOSFET驱动电路（5）、第一晶体管NMOS1、第二晶体管NMOS2、第一电容组（6）、电感L和第二电容组（7）；滤波电路（3）并联在USB插头（1）的直流电源正、负输出端之间；振荡器（4）并联在USB插头（1）的直流电源正、负输出端之间；振荡器（4）的振荡信号输出端与MOSFET驱动电路（5）的第一振荡信号输入端相连；振荡器（4）的互补振荡信号输出端与MOSFET驱动电路（5）的第二振荡信号输入端相连；MOSFET驱动电路（5）的第一驱动信号输出端与第一晶体管NMOS1的栅极相连；MOSFET驱动电路（5）的第二驱动信号输出端与第二晶体管NMOS2的栅极相连；第一晶体管NMOS1的漏极连接直流电源正极输出端；第二晶体管NMOS2的源极连接直流电源负极输出端；第一晶体管NMOS1的源极和第二晶体管NMOS2的漏极的公共连接点与第一电容组（6）的一端相连；第一电容组（6）的另一端与电感L的一端相连；电感L的另一端与第二电容组（7）一端相连，电感L与第二电容组（7）的公共连接点与发射线圈（8）的一端相连；第二电容组（7）的另一端连接直流电源负极输出端，第二电容组（7）与直流电源负极输出端的公共连接点与发射线圈（8）的另一端相连。
3.根据权利要求2所述基于无线电能传输的无源无线鼠标，其特征在于，振荡器（4）产生两路互补的PWM信号作为振荡信号，所述两路互补的PWM信号的频率为f且占空比小于50%，频率f范围为10KHz-20MHz。
4.根据权利要求1所述基于无线电能传输的无源无线鼠标，其特征在于，发射线圈（8）为圆形、六边形、矩形或椭圆形；鼠标接收线圈（11）为圆形或六边形，置于鼠标底部。
5.根据权利要求1所述基于无线电能传输的无源无线鼠标，其特征在于，发射线圈（8）、中继线圈（9）和鼠标接收线圈（11）均由LITZ线绕制。
6.基于无线电能传输的无源无线键盘，其特征在于，它包括USB发射源和键盘；
USB发射源包括USB插头（1）、无线键鼠数据传输模块（2）、能量激发电路和发射线圈（8）；USB插头（1）的数据接口与无线键鼠数据传输模块（2）的数据接口相连；USB插头（1）的直流电源输出端与无线键鼠数据传输模块（2）的直流电源输入端相连；USB插头（1）的直流电源输出端还与能量激发电路的直流电源输入端相连；能量激发电路的交流电源输出端连接发射线圈（8）；
键盘包括键盘接收线圈（15）、第五电容组（16）、第二整流电路（17）和第二稳压电路（18），并联设置的键盘接收线圈（15）和第五电容组（16）并联在第二整流电路（17）的两个输入端之间，第二整流电路（17）的输出端与第二稳压电路（18）的输入端相连，第二稳压电路（18）的输出端口作为键盘的供电端口；
能量激发电路将直流电源转换为频率为f的交流电，所述频率为f的交流电在发射线圈（8）中激发出频率为f的交变磁场，键盘的键盘接收线圈（15）和第五电容组（16）构成的谐振回路与所述频率为f的交变磁场产生谐振，在键盘接收线圈（15）中产生感应电动势，所述感应电动势经第二整流电路（17）和第二稳压电路（18）给键盘供电。
7.根据权利要求6所述基于无线电能传输的无源无线键盘，其特征在于，所述能量激发电路包括滤波电路（3）、振荡器（4）、MOSFET驱动电路（5）、第一晶体管NMOS1、第二晶体管NMOS2、第一电容组（6）、电感L和第二电容组（7）；滤波电路（3）并联在USB插头（1）的直流电源正、负输出端之间；振荡器（4）并联在USB插头（1）的直流电源正、负输出端之间；振荡器（4）的振荡信号输出端与MOSFET驱动电路（5）的第一振荡信号输入端相连；振荡器（4）的互补振荡信号输出端与MOSFET驱动电路（5）的第二振荡信号输入端相连；MOSFET驱动电路（5）的第一驱动信号输出端与第一晶体管NMOS1的栅极相连；MOSFET驱动电路（5）的第二驱动信号输出端与第二晶体管NMOS2的栅极相连；第一晶体管NMOS1的漏极连接直流电源正极输出端；第二晶体管NMOS2的源极连接直流电源负极输出端；第一晶体管NMOS1的源极和第二晶体管NMOS2的漏极的公共连接点与第一电容组（6）的一端相连；第一电容组（6）的另一端与电感L的一端相连；电感L的另一端与第二电容组（7）一端相连，电感L与第二电容组（7）的公共连接点与发射线圈（8）的一端相连；第二电容组（7）的另一端连接直流电源负极输出端，第二电容组（7）与直流电源负极输出端的公共连接点与发射线圈（8）的另一端相连。
8.根据权利要求7所述基于无线电能传输的无源无线键盘，其特征在于，振荡器（4）产生两路互补的PWM信号作为振荡信号，所述两路互补的PWM信号的频率为f且占空比小于50%，频率f范围为10KHz-20MHz。
9.根据权利要求6所述基于无线电能传输的无源无线鼠标，其特征在于，发射线圈（8）为圆形、六边形、矩形或椭圆形；键盘接收线圈（15）为矩形或椭圆形，置于键盘底部。
10.根据权利要求6所述基于无线电能传输的无源无线键盘，其特征在于，发射线圈（8）和键盘接收线圈（15）均由LITZ线绕制。
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