CN103812195B - 一种无线充放电电路、终端设备及无线充放电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线充放电电路、终端设备及无线充放电方法；所述无线充放电电路应用于至少包括电池的终端设备中，所述电路包括：线圈、发射单元、接收单元、切换单元；控制单元，用于当所述终端设备用于供电时，控制所述切换单元将所述线圈切换为与所述发射单元相连；当所述终端设备用于取电时，控制所述切换单元将所述线圈切换为与所述接收单元相连；所述发射单元用于当连接所述线圈时，通过所述电池中的电能对所述线圈施加脉冲；所述接收单元用于当连接所述线圈时，将所述线圈上产生的感应电流整流、降压、稳压后输入所述电池。本发明提供了一种更为便捷的无线充电方案。

Description

一种无线充放电电路、终端设备及无线充放电方法

技术领域

本发明涉及电子领域，尤其涉及一种无线充放电电路、终端设备及无线充放电方法。

背景技术

随着科技的发展，通信行业突飞猛进，在近年内迅速普及到几乎人手一部手机，极大的方便了人们的日常生活，由于手机一般需要电池提供电能，这导致经常出现电池没电无法使用手机的情况，造成了一些不便，存在改进空间。

无线充电技术的发展为解决该问题提供了一种便捷的思路。到目前为止，主流的无线充电标准有四种：Qi标准、PowerMattersAlliance(PMA)标准、AllianceforWirelessPower(A4WP)标准、iNPOFi技术。

但是目前的无线充电器仅能使终端设备无须使用电线或数据线连接电源，供电时还是需要在有电源插座的地方进行，仍然不能方便的进行充电。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种更为便捷的无线充电方案。

为了解决上述问题，本发明提供了一种无线充放电电路，应用于至少包括电池的终端设备中，所述电路包括：

线圈、发射单元、接收单元、切换单元、反馈单元；

反馈单元，用于检测所述电池的电压值；

控制单元，用于当所述终端设备用于供电时，控制所述切换单元将所述线圈切换为与所述发射单元相连；当所述终端设备用于取电时，控制所述切换单元将所述线圈切换为与所述接收单元相连，从所述反馈单元获取检测结果，并通过所述终端设备中的通讯模块将检测结果发送给其它终端设备；

所述发射单元用于当连接所述线圈时，通过所述电池中的电能对所述线圈施加脉冲；所述发射单元包括：

N型MOS管，栅极与所述控制单元相连，源极接地；

第一二极管，正极与所述电池的正极相连；

第一电容，一端与所述N型MOS管的漏极相连，另一端连接所述第一二极管的负极，并与所述切换单元相连；

所述控制单元还用于向所述N型MOS管的栅极输出脉宽调制信号，并根据所述通讯模块接收到的检测结果调整所述脉宽调制信号的占空比；

所述接收单元用于当连接所述线圈时，将所述线圈上产生的感应电流整流、降压、稳压后输入所述电池；所述接收单元包括：

第二二极管，负极与所述电池的正极相连；

降压稳压模块，输出端与所述第二二极管的正极相连；

整流桥，输入端与所述切换单元相连，输出端与所述降压稳压模块的输入端相连。

可选地，所述切换单元为继电器；所述接收单元通过该继电器的常闭触点连接到线圈，所述发射单元通过该继电器的常开触点连接到线圈。

可选地，所述控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换为与所述发射单元相连是指：所述控制单元向所述继电器的控制端输入高电平；

所述控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换为与所述接收单元相连是指：所述控制单元停止向所述继电器的控制端输入低电平。

可选地，所述反馈单元包括：

开关，连接在所述电池的正极和所述第二二极管的负极之间；

第二电容，一端接地，另一端连接在所述开关和所述第二二极管的负极之间；

所述控制单元还用于周期性断开所述开关，断开后记录所述第二电容两端的电压值，记录后闭合所述开关。

可选地，所述控制单元还用于当从所述通讯模块接收或从反馈单元获取的检测结果满足预定条件时，控制所述切换单元断开所述接收单元或发射单元与所述线圈的连接。

本发明还提供了一种终端设备，包括通讯模块和电池，还包括：上述的无线充放电电路。

本发明还提供了一种无线充放电方法，应用于上述终端设备之间，包括：

将所述两个终端设备彼此贴近，使两个终端设备之间的距离不大于预定的门限值；

当终端设备收到供电的请求或指令时，终端设备中的控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换成与所述发射单元相连；

当终端设备收到取电的指令时，终端设备中的控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换成与所述接收单元相连。

可选地，所述的方法还包括：

检测电池的电压值；所述控制单元获取检测结果并通过通讯模块发送；

所述控制单元当从所述通讯模块接收或从反馈单元获取的检测结果满足预定条件时，控制所述切换单元断开所述接收单元或发射单元与所述线圈的连接。

本发明的技术方案可以让一个终端设备同时具备供电/取电的能力并可在两种能力中切换，这样终端设备之间可以相互充电，在没电也没有电源的情况下为其它终端设备无线供电，或通过其它终端设备无线取电。本发明不仅适用于手机与手机之间的无线充电，两个同类型或不同类型的无线终端之间的无线充电同样在本发明的保护范围之内。

附图说明

图1为实施例一的例子中的电路示意图；

图2为图2中线圈切换为与发射单元相连时的电路示意图；

图3为图2中线圈切换为与接收单元相连时的电路示意图；

图4为实施例二的终端设备的示意图；

图5为两个终端设备之间进行电能交换的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一、一种无线充放电电路，应用于至少包括电池的终端设备中，所述电路包括：

线圈、发射单元、接收单元、切换单元；

控制单元，用于当所述终端设备用于供电时，控制所述切换单元将所述线圈切换为与所述发射单元相连；当所述终端设备用于取电时，控制所述切换单元将所述线圈切换为与所述接收单元相连；

所述发射单元用于当连接所述线圈时，通过所述电池中的电能对所述线圈施加脉冲；

所述接收单元用于当连接所述线圈时，将所述线圈上产生的感应电流整流、降压、稳压后输入所述电池。本实施例从一个独特的视角解决终端设备不方便充电的问题，即终端设备从终端设备取电，无线充、放电电路集中在一个终端设备中，共用一个线圈，因此终端设备不仅可以通过电源进行无线充电，在需要时还可以转换为一个电源对其它终端设备进行无线充电；这样可以避免出门在外可能找不到电源的情况，一个能无线充电的终端设备通过切换就可以成为一个无线电源，非常方便。这一做法突破了现有技术人员处理缺电问题的思维定势。

本实施例的一种实施方式中，所述电路还可以包括：

反馈单元，用于检测所述电池的电压值；

所述控制单元还可以用于当所述终端设备取电时从所述反馈单元获取检测结果，并通过所述终端设备中的通讯模块将检测结果发送给其它终端设备。

本实施方式中，所述终端设备可以但不限于为手机，也可以是其它具备通讯功能的终端设备，比如包含通讯模块的平板电脑等。

本实施方式可以与终端设备的通讯功能相配合，使得进行无线充电的两个终端设备之间可以通过通讯模块协商充电的参数(比如充电电量、充电时长等)，而且取电方还可以通过通讯模块反馈所述检测结果，从而使供电方可以实时掌握充电情况。当然，终端设备在供电时也可以获取检测结果，从而可以实时掌握电池的剩余电量，以防供电过度导致自身电量不足；还可以将检测结果反馈给取电方，让取电方也了解供电方的电池剩余电量。

本实施方式中，所述控制单元可以为具有处理功能的芯片或元件，比如微处理器芯片等，也可以复用终端设备中原有的处理器。所述控制单元还可以包括一个能在所述终端设备上执行的软件，在该软件运行后的界面中，用户可以通过所述终端设备的键盘或触摸屏输入标识供电或取电的指令，所述控制单元根据输入的指令相应地控制所述切换单元。所述控制单元除了根据用户或网络输入的指令、通过通讯模块从其它终端设备接收的请求消息等获知终端设备是用于供电还是取电以外，还可以根据终端设备的参数等是否匹配预设的条件来进行判断，比如当电池电量小于一个门限值时，按照预设的条件控制单元可以得知所述终端设备将用于取电。

另外，所述控制单元还可以用于通过所述通讯模块对进行充电的对端设备进行认证，仅在所述对端设备通过验证后才指示所述切换单元将线圈切换为与发射单元/接收单元相连，以进行供电/取电；如果认证未通过，可以指示切换单元将线圈切换为不与发射单元、接收单元中的任一个连接。

本实施例的一种实施方式中，所述切换单元为继电器；所述接收单元通过该继电器的常闭触点连接到线圈，所述发射单元通过该继电器的常开触点连接到线圈；

所述控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换为与所述发射单元相连是指：所述控制单元向所述继电器的控制端输入高电平(也可视为给继电器的线圈供电)；

所述控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换为与所述接收单元相连是指：所述控制单元停止向所述继电器的控制端输入低电平(也可视为不给继电器的线圈供电)。

本实施方式中，使用继电器作为两个电路的切换，是为了迎合高压脉冲电路的特性，继电器的隔离性比半导体开关元件更好。该继电器由所述控制单元控制，用户可以在终端设备的操作界面内输入相应指令，所述控制单元根据用户的指令给所述继电器的线圈供电(此时常闭触点断开，常开触点闭合，所述线圈与发射单元连接)或不供电(此时常闭触点闭合，常开触点断开，所述线圈与接收单元连接)。可以看出，即使终端设备完全没电的时候，也同样可以处于接收电能的状态。

本实施方式中，在任一时间，发射单元及接收单元中有且只有一个与线圈相连；在其它实施方式中，所述切换单元也可以采用其它元件或电路实现，并且可以设计成当既不供电也不取电时，所述切换单元将所述线圈切换成和一个悬空的端点相连，既不与发射单元相连，也不与接收单元相连。

本实施方式的一种备选方案中，所述发射单元具体可以包括：

N型MOS管，栅极与所述控制单元相连，源极接地；

第一二极管，正极与所述电池的正极相连；

第一电容，一端与所述N型MOS管的漏极相连，另一端连接所述第一二极管的负极，并与所述切换单元相连；

该备选方案中，所述控制单元还可以用于向所述N型MOS管的栅极输出PWM(脉宽调制)信号，并根据所述通讯模块接收到的检测结果调整所述PWM信号的占空比。

本备选方案中，所述检测结果可以为利用该终端设备进行充电的另一终端设备电池的电压值，所述控制单元可以先根据该电压值计算出单位时间里的电压值增幅，然后根据计算结果调整PWM信号的占空比；所述检测结果也可以直接是计算好的单位时间里的电压值增幅，即：由取电方根据检测到的电池电压值计算好后发送给供电方。本备选方案中以取电方电池在单位时间里的电压值增幅来判断供电方的电能的发射效率。

本备选方案中，可利用终端设备的通讯模块在充放电的终端设备之间进行交互，从而在无线充电时可以构成充电的反馈，取电方的无线终端的检测结果通过通讯模块发送，作为供电方的无线终端通过通讯模块接收到取电方反馈的检测结果后，可以根据这一个反馈，通过调节PWM信号的占空比将发射效率调节到较佳的效率状态(比如取电方单位时间里的电压值增幅超过预定增速门限，或测试不同占空比时取电方单位时间里的电压值增幅以找到最佳值)，从而可解决不同终端设备因使用材料或线圈不同而造成的发射效率变差的问题。

本备选方案中的PWM信号可以由终端设备的电路产生，这就使得用户可以通过终端设备的设置界面即时调节作为供电方时的平均输出功率，可以适于不同用户的心理(比如为了适用对电学不理解的普通人的心理效应，减少电能输出)，更加适合大众的心理需求，也更加符合市场的需求，具备较高灵活性。另外，调节发射功率不是使用可调电阻这样的低寿命元器件调整，而是使用调节PWM的输出时间方式来调节发射功率，故整体寿命较高；比如：一秒内0.5秒进行输出，其余0.5秒不进行输出，这样的话可以在不影响发射效率的情况下调整输出功率的平均功率。

本备选方案中，当既不供电也不取电时，可以将线圈切换为与发射单元相连，此时只要控制单元不给发射单元激励信号，该终端设备就是既不会发射电能，也不会接收电能。

其它备选方案中，所述发射单元也可以采用其它元件或电路实现。

本实施例的一种实施方式中，所述接收单元具体可以包括：

第二二极管，负极与所述电池的正极相连；

降压稳压模块，输出端与所述第二二极管的正极相连；

整流桥，输入端与所述切换单元相连，输出端与所述降压稳压模块的输入端相连。

其它实施方式中，所述接收单元也可以采用其它元件或电路实现。

本实施方式的一种备选方案中，所述反馈单元具体可以包括：

开关，连接在所述电池的正极和所述第二二极管的负极之间；

第二电容，一端接地，另一端连接在所述开关和所述第二二极管的负极之间；

所述控制单元还用于周期性断开所述开关，断开后记录所述第二电容两端的电压值，记录后闭合所述开关。

本备选方案采用电容的原因是可以反映短时间内电量的变化，如果直接测量电池两端电压变化的话，由于电池容量较大的特性短时间内电压变化太小而导致难以测量。取电方单位时间内第二电容的电压增幅可以反映供电方电能发射效率，增幅越大效率越高，或者反过来，达到预定电压值所用时间越少说明电能发射效率越高。

其它备选方案中，所述反馈单元也可以采用其它元件或电路实现。

本实施例的一种实施方式中，所述控制单元还可以用于当从所述通讯模块接收或从反馈单元获取的检测结果满足预定条件时，控制所述切换单元断开所述接收单元或发射单元与所述线圈的连接。

这里的预定条件、以及满足预定条件时所进行的操作可以根据需要自行设置，比如当所在的终端设备作为供电方时，如果从反馈单元获取的电池电压值低于一个预定的低压门限值，则断开发射单元与线圈的连接；如果从通讯模块接收的检测结果表明作为取电方的终端设备的电池电压值已达到预定或约定的目标值，则断开发射单元与线圈的连接。再比如当所在的终端设备作为取电方时，如果从反馈单元获取的电池电压值已达到预定的目标值，则断开接收单元与线圈的连接；如果从通讯模块接收的检测结果表明供电方电池值低于预定的低压门限值，则断开接收单元与线圈的连接。当然，控制单元也可以根据用户输入的指令，或根据通讯模块接收的另一终端设备的指示断开相应的连接。

本实施例的一个具体的例子中，所述无线充放电电路如图1所示，包括：线圈L和控制单元(图1中未列出)；

发射单元，包括：第一二极管D1、第一电容C1、MOS管Q；

接收单元，包括：整流桥BR、降压稳压模块U、第二二极管D2；

切换单元为继电器RL，常开触点的两端连接线圈L和发射单元；常闭触点的两端连接线圈L和接收单元；控制端SW的状态由控制单元通过软件或硬件控制，即充电、放电状态由软件或硬件控制；

反馈单元，包括：开关S和第二电容C2。

当终端设备作为供电方时，所述控制单元向继电器RL的控制端SW输入高电平，向所述MOS管Q的栅极输入PWM信号；如图2所示，继电器RL启动，其常开触点闭合，常闭触点断开，图2中省略了未和电路连接的接收单元；第一二极管D1、第一电容C1、MOS管Q和线圈L及终端设备的电池BAT构成发射电路，电池BAT通过第一二极管D1输出电流，输入点PWM输入的方波致使MOS管Q不断接通和断开，在第一电容C1的充放电作用下，线圈L承受高强度脉冲，并向外发射周期性变化的磁场。

当终端设备作为取电方时，所述控制单元向继电器RL的控制端SW输入低电平，不向所述MOS管Q的栅极输入PWM信号，如图3所示，继电器RL不启动，其常开触点断开，常闭触点闭合，图3中省略了未和电路连接的发射单元；整流桥BR、降压稳压模块U、第二二极管D2和线圈L及电池BAT构成接收电路，此时将线圈L靠近另外一个处于发射状态的线圈，两个线圈就会通过周期性变化的磁场传递电能，线圈L在周期性变化的磁场中产生电流，产生的电流通过整流桥BR整流，再经过降压稳压模块U和二极管D2输入到电池BAT中。

实施例二、一种终端设备，如图4所示，包括通讯模块11和电池12，以及如实施例一或其任一实施方式中所述的无线充放电电路13。

本实施例的一种实施方式中，所述终端设备还可以包括：

磁隔板，位于所述终端设备上邻近所述无线充放电电路的表面。

磁隔板可以作为终端设备外壳的组成部分，也可以位于外壳的内侧或里侧；比如无线充放电电路邻近终端设备的背部，则可以将终端设备背部的外壳以测隔板代替，或将测隔板固定在背部外壳的里侧。

实施例三、一种无线充放电方法，应用于两个实施例二所述的终端设备之间，包括：

将所述两个终端设备彼此贴近，使两个终端设备之间的距离不大于预定的门限值；

当终端设备收到供电的请求或指令时，终端设备中的控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换成与所述发射单元相连；

当终端设备收到取电的指令时，终端设备中的控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换成与所述接收单元相连。

所述预定的门限值可以根据所述无线充放电电路的最大工作距离及终端设备外壳的厚度确定；所述无线充放电电路的最大工作距离可以根据实验或经验值确定，当两个所述无线充放电电路中的线圈之间的距离小于或等于该最大工作距离时，这两个线圈之间可以相互感应，以进行供电和取电。

本实施例的一种实施方式中，所述方法还可以包括：

检测电池的电压值；

所述控制单元获取检测结果并通过通讯模块发送；

所述控制单元当从所述通讯模块接收或从反馈单元获取的检测结果满足预定条件时，控制所述切换单元断开所述接收单元或发射单元与所述线圈的连接。本实施例的一种实施方式中，所述方法还可以包括：所述控制单元当从所述通讯模块接收或从反馈单元获取的检测结果满足预定条件时，控制所述切换单元断开所述接收单元或发射单元与所述线圈的连接。

本实施例中，两个终端设备之间进行电能交换的情况如图5所示，将两个实施例二所述的终端设备邻近无线充放电电路的表面互相贴近或靠在一起，将作为供电方的终端设备通过操作界面设置为发射电能状态；当使用继电器作为切换单元时，终端设备的常态是接收单元与线圈相连，即默认状态为接收电能状态，所以此时也可以不对取电方的终端设备进行设置。

两个终端设备之间通过线圈4交换电能；其中，发射电能的终端设备1(供电方)通过本终端设备中的线圈41向接收电能的终端设备2(取电方)发射周期性变化的磁场5；接收电能的终端设备2中的线圈42在周期性变化的磁场5中产生电流；其中隔磁板3的作用是防止周期性变化的磁场5损害手机中的电子元件。

本实施例的一种实施方式中，所述控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换成与所述发射单元相连的步骤前还可以包括：

终端设备通过所述通讯模块对请求充电的终端设备进行身份验证，验证通过则进行所述控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换成与所述发射单元相连；

所述控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换成与所述接收单元相连的步骤前还可以包括：

终端设备通过所述通讯模块对供电的终端设备进行身份验证，验证通过则进行所述控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换成与所述接收单元相连。

本实施方式可以保证只给特定的终端设备充电/只从特定的终端设备取电；保证了无线充放电功能不会被滥用。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种无线充放电电路，应用于至少包括电池的终端设备中，其特征在于，所述电路包括：

线圈、发射单元、接收单元、切换单元、反馈单元；

反馈单元，用于检测所述电池的电压值；

控制单元，用于当所述终端设备用于供电时，控制所述切换单元将所述线圈切换为与所述发射单元相连；当所述终端设备用于取电时，控制所述切换单元将所述线圈切换为与所述接收单元相连，从所述反馈单元获取检测结果，并通过所述终端设备中的通讯模块将检测结果发送给其它终端设备；

所述发射单元用于当连接所述线圈时，通过所述电池中的电能对所述线圈施加脉冲；所述发射单元包括：

N型MOS管，栅极与所述控制单元相连，源极接地；

第一二极管，正极与所述电池的正极相连；

第一电容，一端与所述N型MOS管的漏极相连，另一端连接所述第一二极管的负极，并与所述切换单元相连；

所述控制单元还用于向所述N型MOS管的栅极输出脉宽调制信号，并根据所述通讯模块接收到的检测结果调整所述脉宽调制信号的占空比；

所述接收单元用于当连接所述线圈时，将所述线圈上产生的感应电流整流、降压、稳压后输入所述电池；所述接收单元包括：

第二二极管，负极与所述电池的正极相连；

降压稳压模块，输出端与所述第二二极管的正极相连；

整流桥，输入端与所述切换单元相连，输出端与所述降压稳压模块的输入端相连。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于：

所述切换单元为继电器；所述接收单元通过该继电器的常闭触点连接到线圈，所述发射单元通过该继电器的常开触点连接到线圈。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于：

所述控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换为与所述发射单元相连是指：所述控制单元向所述继电器的控制端输入高电平；

所述控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换为与所述接收单元相连是指：所述控制单元停止向所述继电器的控制端输入低电平。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述反馈单元包括：

开关，连接在所述电池的正极和所述第二二极管的负极之间；

第二电容，一端接地，另一端连接在所述开关和所述第二二极管的负极之间；

所述控制单元还用于周期性断开所述开关，断开后记录所述第二电容两端的电压值，记录后闭合所述开关。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于：

所述控制单元还用于当从所述通讯模块接收或从反馈单元获取的检测结果满足预定条件时，控制所述切换单元断开所述接收单元或发射单元与所述线圈的连接。

6.一种终端设备，包括通讯模块和电池，其特征在于，还包括：如权利要求1～5中任一项所述的无线充放电电路。

7.一种无线充放电方法，应用于权利要求6所述的终端设备之间，包括：

将两个终端设备彼此贴近，使两个终端设备之间的距离不大于预定的门限值；

当终端设备收到供电的请求或指令时，终端设备中的控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换成与所述发射单元相连；

当终端设备收到取电的指令时，终端设备中的控制单元控制所述切换单元将所述线圈切换成与所述接收单元相连。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

检测电池的电压值；所述控制单元获取检测结果并通过通讯模块发送；

所述控制单元当从所述通讯模块接收或从反馈单元获取的检测结果满足预定条件时，控制所述切换单元断开所述接收单元或发射单元与所述线圈的连接。