CN103595083B - 一种桌面式通用光耦合无线充电器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桌面式通用光耦合无线充电器及其应用，包括光发射电路和光接收电路；光发射电路包括一非隔离式LED驱动模块、至少两并联连接于该非隔离式LED驱动模块的控制输出端的LED模块，各LED模块分别包括串联连接的光耦合器和LED单元；光接收电路包括至少两相串联连接的充电模块，各充电模块分别包括用于接收对应的LED单元的光信号并将光信号转换为电能的光电池；该光接收电路的输出构成移动设备的电池的充电连接端。其应用包括一种手机、一种笔记本电脑/平板电脑。本发明将光能转化为电能，利用光耦合器和非隔离式LED驱动模块实现充电控制，具有可无线充电、不存在电磁辐射、电路结构简单、便于集成化等特点。

Description

一种桌面式通用光耦合无线充电器及其应用

技术领域

本发明涉及一种充电器，特别是涉及一种桌面式通用光耦合无线充电器及其应用。

背景技术

现有的充电器主要包括有线充电方式和无线充电方式，其中有线充电方式主要采用USB接口配合数据线为移动设备（包括手机、PDA、GPS、笔记本电脑、平板电脑等）充电；无线充电方式实际上是将变压器分成两部分，其原理还是通过磁场进行能量转换。上述两种充电器分别存在不足之处：对于前者，要求使用者随身携带USB接口及数据线或电源连接线；对于后者，由于是采用电磁转换原理，因而存在电磁辐射，特别是将磁场耦合处于半开放的高频状态时，其电磁辐射更强，不利于人体健康。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种桌面式通用光耦合无线充电器及其应用，其主要利用LED和光电池进行能量转换，在转换过程中无需借助USB接口及数据线，无电磁辐射，且电路结构简单，便于集成和小型化，方便设计安装。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种桌面式通用光耦合无线充电器，包括光发射电路和用于为移动设备的电池充电的光接收电路；光发射电路包括一非隔离式LED驱动模块、至少两并联连接于该非隔离式LED驱动模块的控制输出端的LED模块，各LED模块分别包括串联连接的光耦合器和LED单元；光接收电路包括至少两相串联连接的充电模块，各充电模块分别包括用于接收对应的LED单元的光信号并将光信号转换为电能的光电池；该光接收电路的输出构成移动设备的电池的充电连接端。

所述非隔离式LED驱动模块包括由85-265V交流电供电且芯片型号为LNK306的控制芯片、旁路电容和电流检测电路；旁路电容连接于控制芯片的BP引脚与其源极之间，控制芯片的漏极接85-265V交流电的一端，控制芯片的源极接所述各LED模块；电流检测电路连接于所述各LED模块与控制芯片的FB引脚之间。

所述各充电模块还分别包括用于检测移动设备的电池是否充满的发光二极管、稳压二极管、电阻和二极管，所述光发射电路还包括用于与发光二极管配对使用的至少两个光敏三极管；各光敏三极管的集电极分别接所述控制芯片的BP引脚，各光敏三极管的发射极分别接所述控制芯片的FB引脚；在所述各充电模块中，发光二极管与电阻并联连接，并与稳压二级管串联连接成一支路，该支路与所述光电池并联连接，所述光电池还与二极管串联连接；所述各充电模块串联而成的电路的两端构成所述光接收电路的两输出端，用于与移动设备的电池的正、负极相连接。

所述电流检测电路包括两电阻、一二极管、二极管的正极连接所述LED模块，二极管的负极通过其中一个电阻连接至所述控制芯片的FB引脚，另一个电阻的一端接至所述控制芯片的FB引脚，另一个电阻的另一端接地。

在所述各LED模块中，光耦合器的发射极接至LED单元的正极，光耦合器的集电极接至所述电流检测电路及所述控制芯片的源极，光耦合器的集电极还通过一电阻接至其正极，光耦合器的负极接地；所述各LED模块的LED单元的负极分别接地。

所述光发射电路还包括一电阻、三个电容、三个二极管和两电感，其中一电容与所述LED模块并联连接；所述控制芯片的源极与所述LED模块之间还连接有其中一电感；其中一二极管连接于所述控制芯片的源极与地端之间；所述控制芯片的漏极依次通过另一电感、其余的两个二极管的其中之一和电阻接至85-265V交流电的一端，其余的两个电容的其中之一连接于所述控制芯片的漏极与地端之间，其余的一个电容连接于其余的两个二极管的其中之一的负极与地端之间，其余的一个二极管连接于地端与85-265V交流电的另一端之间。

所述LED单元为LED阵列；所述各光电池分别为硅光电池；所述各光耦合器分别为反射型红外光耦合器；所述各光敏三极管分别为红外接收管，所述各发光二极管分别为红外发射管。

所述光发射电路集成于一壳体，该壳体向外延伸一用于连接85-265V交流电以用于为所述光发射电路供电的电源线，该电源线的末端为一插头。

一种手机，该手机装有如上所述的桌面式通用光耦合无线充电器的光接收电路，该光接收电路的输出与手机电池的正、负级相连接。

一种笔记本电脑/平板电脑，该笔记本电脑/平板电脑装有如上所述的桌面式通用光耦合无线充电器的光接收电路，该光接收电路的输出与笔记本电脑/平板电脑的电池的正、负级相连接。

本发明的有益效果是：

1、本发明主要采用LED单元、非隔离式LED驱动模块、光耦合器构成光发射电路，主要采用光电池构成光接收电路，利用LED单元和光电池将光能转化为电能，利用光耦合器和非隔离式LED驱动模块实现充电控制，因而，本发明与现有技术的充电器相比，其具有能实现无线充电、省去磁性元件，不存在电磁辐射、电路结构简单、便于集成和小型化、方便设计安装等特点；

2、由于光发射电路还包括光敏三极管，光接收电路还包括发光二极管、稳压二极管和电阻，且光敏三极管和发光二极管、稳压二极管及电阻构成充电检测电路，用于检测移动设备的电池是否充满，并在移动设备的电池充满对控制芯片形成反馈，这一方面可以防止移动设备的电池过充，另一方面可以代替人工切断电路，非常方便。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种桌面式通用光耦合无线充电器及其应用不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的光发射电路的电路连接示意图；

图2是本发明的光接收电路的电路连接示意图；

图3是本发明的光发射电路的外观示意图；

图4是本发明的光接收电路的外观示意图。

具体实施方式

实施例，请参见图1、图2所示，本发明的一种桌面式通用光耦合无线充电器，包括采用85-265V交流电供电的光发射电路和用于为移动设备的电池E充电的光接收电路；光发射电路包括一非隔离式LED驱动模块、三个并联连接于该非隔离式LED驱动模块的控制输出端的LED模块，各LED模块分别包括串联连接的光耦合器IC5/IC6/IC7和LED单元D01/D02/D03；光接收电路包括三个相串联连接的充电模块，各充电模块分别包括一个用于接收对应的LED单元的光信号并将光信号转换为电能的光电池SD1/SD2/SD3；该光接收电路的输出构成移动设备的电池E的充电连接端。

上述非隔离式LED驱动模块包括由85-265V交流电供电且芯片型号为LNK306的控制芯片IC1、旁路电容C3和电流检测电路。控制芯片IC1的S、D引脚分别是MOSFET的源极和漏极；BP引脚为旁路端，同时也是5.8V稳压的输出端；FB引脚为反馈端，正常工作时MOSFET的转换受其控制，当一个大于49微安的电流送到此引脚时，MOSFET关闭。旁路电容C3连接于控制芯片IC1的BP引脚与其源极之间，控制芯片IC1的漏极接85-265V交流电的一端，控制芯片IC1的源极接所述各LED模块；电流检测电路连接于上述各LED模块与控制芯片IC1的FB引脚之间。

作为一种优选，上述各充电模块还分别包括用于检测移动设备的电池E是否充满的发光二极管D4/D6/D8、稳压二极管ZD2/ZD3/ZD4、电阻R6/R7/R8和二极管D5/D7/D9，光发射电路还包括用于与发光二极管D4/D6/D8配对使用的三个光敏三极管IC2、IC3、IC4；各光敏三极管IC2/IC3/IC4分别与对应的发光二极管D4/D6/D8构成分体式光耦，并与对应的稳压二极管ZD2/ZD3/ZD4、电阻R4/R5/R6构成充电检测电路，用于检测接收端，即移动设备的电池E的充电状态，防止电池E过充。各光敏三极管IC2/IC3/IC4的集电极分别接控制芯片IC1的BP引脚，各光敏三极管IC2/IC3/IC4的发射极分别接控制芯片IC1的FB引脚；在各充电模块中，发光二极管电阻并联连接，并与稳压二级管串联连接成一支路，该支路与光电池并联连接，光电池还与二极管串联连接。三个充电模块串联而成的电路的两端构成光接收电路的两输出端，用于与移动设备的电池E的正、负极相连接。上述充电检测电路是串联于电流检测电路的光控开关，起到移动设备的电池充电完成则关闭控制芯片IC1的输出，防止过充的目的，当然，也可以不采用该充电检测电路，而是采用人为控制。

上述电流检测电路包括两电阻R2、R0、一二极管D10、二极管D10的正极连接LED模块，二极管D10的负极通过其中一个电阻R2连接至控制芯片IC1的FB引脚，另一个电阻R0为分流电阻，其一端接至控制芯片IC1的FB引脚，其另一端接地。当该电流检测电路检测的反馈电流小于49uA时，控制芯片IC1正常工作，并根据反馈电流调整其输出电压，当反馈电流大于49uA时，则关闭控制芯片IC1的的输出（此时控制芯片IC1为调整性关闭）；控制芯片IC1关闭后，输出电压降低，反馈电流减小，控制芯片IC1又开启，如此反复达到控制输出电压的目的。

在上述各LED模块中，光耦合器的发射极接至LED单元的正极，光耦合器的集电极接至电流检测电路（具体是与电流检测电路的二极管D10的正极相连接）及控制芯片IC1的源极，光耦合器的集电极还通过一电阻R3接至其正极，光耦合器的负极接地；上述各LED模块的LED单元分别为由三个LED灯串联连接而成的LED阵列，各LED阵列的正极即接对应的光耦合器的发射极，各LED阵列的负极分别接地。

上述光发射电路还包括一电阻R1、三个电容C1、C2、C4、三个二极管D1、D2、D3和两电感L1、L2，其中一电容C4与LED模块并联连接；控制芯片IC1的源极与LED模块之间还连接有其中一电感L1；其中一二极管D3连接于控制芯片IC1的源极与地端之间；控制芯片IC1的漏极依次通过另一电感L1、其余的两个二极管的其中之一(即二极管D1)和电阻R1接至85-265V交流电的一端，其余的两个电容的其中之一（即电容C2）连接于控制芯片IC1的漏极与地端之间，其余的一个电容C1连接于其余的两个二极管的其中之一(即二极管D1)的负极与地端之间，其余的一个二极管D2连接于地端与85-265V交流电的另一端之间。

上述各光电池SD1/SD2/SD3分别为硅光电池；各光耦合器IC5/IC6/IC7分别为反射型红外光耦合器；各光敏三极管IC2/IC3/IC4分别为红外接收管，各发光二极管D4/D6/D8分别为红外发射管。

如图3所示，上述光发射电路集成于一壳体10内，该壳体10向外延伸一用于连接85-265V交流电以用于为光发射电路供电的电源线11，该电源线11的末端为一插头。在图3中，数字4、5、6分别对应光耦合器IC5、IC6、IC7，数字7、8、9对应LED单元D01、D02、D03，数字1、2、3对应光敏三极管IC2、IC3、IC4。

本发明的一种桌面式通用光耦合无线充电器，可以用于为手机、笔记本电脑、平板电脑等移动设备充电，且当用于为手机充电时，可以将其光接收电路安装于手机，或者将光接收电路与手机的电池正、负极相连接。当将其光接收电路安装于手机时，请参见图4所示，左侧所示的部分为手机光接收端，且图4中左侧部分的数字7对应光电池SD1，数字8对应光接收端电路，数字9对应手机电池，数字10对应发光二极管D4。当将光接收电路安装于笔记本电脑或平板电脑时，图4右侧所示部分为笔记本电脑或平板电脑接收端，右侧部分的数字7、11、12分别对应光电池SD1、SD2、SD3，数字10、13、14分别对应发光二极管D4、D6、D8，数字15对应笔记本电脑或平板电脑的电池。

当用于为手机电池充电时，将手机放置于光发射电路的光耦合器IC5的光线反射位置处（当然，也可以将手机放置于光发射电路的光耦合器IC6或光耦合器IC7的光线反射位置处），利用手机对光耦合器IC5的发射端发射的红外线进行阻挡反射，使光耦合器IC5的接收端接收到红外线而导通，从而使与光耦合器IC5串联连接的LED单元D01点亮，同时，光电池SD1开始接收光线，使手机电池开始充电。充电初期，手机电池的电压较低，发光二极管D4不亮，光敏三极管IC2处于截止状态。随着手机电池电压的上升，发光二极管D4被点亮，手机电池的充电速率变慢。当手机电池充满时，手机电池的电压上升至稳定状态，同时，发光二极管D4被完全点亮，光敏三极管IC2完全导通，则反馈电流始终大于49uA，使控制芯片IC1的FB引脚变为高电平，控制芯片IC1关闭，LED单元D01熄灭，手机电池完成充电过程。

当用于为笔记本电脑或平板电脑的电池充电时，由于笔记本电脑或平板电脑的体积比手机大，笔记本电脑或平板电脑的电池电压也较手机电池的电压大，因而充电时，将笔记本电脑或平板电脑放置于光发射电路的三个光耦合器IC5、IC6、IC7的光线反射位置处，利用笔记本电脑或平板电脑度三个光耦合器IC5、IC6、IC7的发射端发射的红外线进行阻挡反射，使三个光耦合器IC5、IC6、IC7的接收端分别接收到红外线而导通，从而使三个LED单元D01、D02、D03分别点亮，同时，光电池SD1、SD2、SD3分别开始接收光线，使笔记本电脑或平板电脑的电池开始充电。当笔记本电脑或平板电脑的电池充满时，电池的电压上升至稳定状态，三个发光二极管D4、D6、D8被完全点亮，使三个光敏三极管IC2、IC3、IC4分别接收到红外线而导通，则控制芯片IC1的FB引脚变为高电平，使控制芯片IC1关闭，三个LED单元D01、D02、D03熄灭，笔记本电脑或平板电脑的电池完成充电过程。

本发明的一种桌面式通用光耦合无线充电器，其除了可以用于为手机、笔记本电脑、平板电脑的电池充电外，还可以用于为其他移动设备，例如PDA、便携式导航仪等移动设备充电。

以下为本发明的一种桌面式通用光耦合无线充电器的几个具体应用。

本发明的一种手机，该手机装有如上所述的桌面式通用光耦合无线充电器的光接收电路，该光接收电路与如上所述的桌面式通用光耦合无线充电器的光发射电路形成配套，该光接收电路的输出与手机电池E的正、负级相连接。

本发明的一种手机，可以将其光接收电路内置于手机，也可以将光接收电路一体设置于手机的后盖，用于替换手机的原后盖，或者，也可以将光接收电路与手机电池做成一体化电池，用于替换手机的原有电池。

本发明的一种笔记本电脑，该笔记本电脑装有如上所述的桌面式通用光耦合无线充电器的光接收电路，该光接收电路的输出与笔记本电脑的电池的正、负级相连接。同理，可以将其光接收电路内置于笔记本电脑，也可以将光接收电路一体设置于笔记本电脑的电池后盖，用于替换笔记本电脑的原电池后盖，或者，也可以将光接收电路与笔记本电脑的电池做成一体化电池，用于替换笔记本电脑的原有电池。

本发明的一种平板电脑，该平板电脑装有如上所述的桌面式通用光耦合无线充电器的光接收电路，该光接收电路的输出与平板电脑的电池的正、负级相连接。同理，可以将其光接收电路内置于平板电脑，也可以将光接收电路一体设置于平板电脑的电池后盖，用于替换平板电脑的原电池后盖，或者，也可以将光接收电路与平板电脑的电池做成一体化电池，用于替换平板电脑的原有电池。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种桌面式通用光耦合无线充电器及其应用，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种桌面式通用光耦合无线充电器，其特征在于：包括光发射电路和用于为移动设备的电池充电的光接收电路；光发射电路包括一非隔离式LED驱动模块、至少两并联连接于该非隔离式LED驱动模块的控制输出端的LED模块，各LED模块分别包括串联连接的光耦合器和LED单元；光接收电路包括至少两相串联连接的充电模块，各充电模块分别包括用于接收对应的LED单元的光信号并将光信号转换为电能的光电池；该光接收电路的输出构成移动设备的电池的充电连接端；

所述非隔离式LED驱动模块包括芯片型号为LNK306的控制芯片、旁路电容和电流检测电路；旁路电容连接于控制芯片的BP引脚与其源极之间，控制芯片的源极接所述各LED模块；电流检测电路连接于所述各LED模块与控制芯片的FB引脚之间；

所述光发射电路还包括一电阻、三个电容、三个二极管和两电感，其中一电容与所述LED模块并联连接；所述控制芯片的源极与所述LED模块之间还连接有其中一电感；其中一二极管连接于所述控制芯片的源极与地端之间；所述控制芯片的漏极依次通过另一电感、其余的两个二极管的其中之一和电阻接至85-265V交流电的一端，其余的两个电容的其中之一连接于所述控制芯片的漏极与地端之间，其余的一个电容连接于其余的两个二极管的其中之一的负极与地端之间，其余的一个二极管连接于地端与85-265V交流电的另一端之间；

所述LED单元为LED阵列；所述各光电池分别为硅光电池。

2.根据权利要求1所述的桌面式通用光耦合无线充电器，其特征在于：所述各充电模块还分别包括用于检测移动设备的电池是否充满的发光二极管、稳压二极管、电阻和二极管，所述光发射电路还包括用于与发光二极管配对使用的至少两个光敏三极管；各光敏三极管的集电极分别接所述控制芯片的BP引脚，各光敏三极管的发射极分别接所述控制芯片的FB引脚；在所述各充电模块中，发光二极管与电阻并联连接，并与稳压二级管串联连接成一支路，该支路与所述光电池并联连接，所述光电池还与二极管串联连接；所述各充电模块串联而成的电路的两端构成所述光接收电路的两输出端，用于与移动设备的电池的正、负极相连接。

3.根据权利要求1所述的桌面式通用光耦合无线充电器，其特征在于：所述电流检测电路包括两电阻、一二极管、二极管的正极连接所述LED模块，二极管的负极通过其中一个电阻连接至所述控制芯片的FB引脚，另一个电阻的一端接至所述控制芯片的FB引脚，另一个电阻的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的桌面式通用光耦合无线充电器，其特征在于：在所述各LED模块中，光耦合器的发射极接至LED单元的正极，光耦合器的集电极接至所述电流检测电路及所述控制芯片的源极，光耦合器的集电极还通过一电阻接至其正极，光耦合器的负极接地；所述各LED模块的LED单元的负极分别接地。

5.根据权利要求2所述的桌面式通用光耦合无线充电器，其特征在于：所述各光耦合器分别为反射型红外光耦合器；所述各光敏三极管分别为红外接收管，所述各发光二极管分别为红外发射管。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的桌面式通用光耦合无线充电器，其特征在于：所述光发射电路集成于一壳体，该壳体向外延伸一用于连接85-265V交流电以用于为所述光发射电路供电的电源线，该电源线的末端为一插头。

7.一种手机，其特征在于：该手机装有如权利要求1-6中任一项所述的桌面式通用光耦合无线充电器的光接收电路，该光接收电路的输出与手机电池的正、负级相连接。

8.一种笔记本电脑/平板电脑，其特征在于：该笔记本电脑/平板电脑装有如权利要求1-6中任一项所述的桌面式通用光耦合无线充电器的光接收电路，该光接收电路的输出与笔记本电脑/平板电脑的电池的正、负级相连接。