CN104701955A

CN104701955A - 一种无线充电装置

Info

Publication number: CN104701955A
Application number: CN201510094045.4A
Authority: CN
Inventors: 王江
Original assignee: Huizhou TCL Mobile Communication Co Ltd
Current assignee: Huizhou TCL Mobile Communication Co Ltd
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2035-03-03
Also published as: CN104701955B; US9973030B2; US20170005502A1; WO2016138735A1

Abstract

本发明公开了一种无线充电装置，与充电座和电池连接，包括振荡模块、整流降压模块、电源管理模块和蓝牙通讯模块，所述振荡模块、整流降压模块、电源管理模块依次连接，蓝牙通讯模块连接整流降压模块，电源管理模块连接电池；所述蓝牙通讯模块与充电座通信获取充电的通讯协议，振荡模块接收充电座发出的信号并进行振荡产生交流电，整流降压模块对所述交流电进行整流、降压后输出直流的基准电压，电源管理模块对基准电压降压后输出充电电压对电池充电；该无线充电装置仅需占用PCB板上不大于8mm×8mm的面积，占用面积很小，可以很方便地整合到目前的智能穿戴和便携设备中，即能实现无线充电，又能达到充电电路设计精简化的目的。

Description

一种无线充电装置

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及的是一种无线充电装置。

背景技术

一款X-Watch 穿戴产品, 其应用除了具有目前大多数智能手表所有的功能（如各种各样的传感器、蓝牙功能）之外，还需要能进行无线充电。目前，无线充电在消费类电子中有两种标准，Qi磁感应方式和A4WP （Alliance for Wireless Power）磁共振方式。虽然这两种标准有许多优点，但是就目前技术角度而言其还有待改进提高，而且很少应用在消费类电子产品中。

另外，X-Watch 穿戴产品的 PCB板面积通常为30 mm×17 mm。在需要设置多种功能的基础上，无线充电部分如何设置才能合理使用有限的PCB板的空间是非常大的挑战。基于目前A4WP磁共振技术还未成熟，且无线充电模块占用PCB板的空间较大，因此，无线充电的硬件线路设计必须做到精简并可实行，才能真正完成无线充电。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种无线充电装置，旨在解决现有无线充电模块占用PCB板的空间较大的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种无线充电装置，与充电座和电池连接，其包括振荡模块、整流降压模块、电源管理模块和蓝牙通讯模块，所述振荡模块、整流降压模块、电源管理模块依次连接，蓝牙通讯模块连接整流降压模块，电源管理模块连接电池；

所述蓝牙通讯模块与充电座通信获取充电的通讯协议，振荡模块接收充电座发出的信号并进行振荡产生交流电，整流降压模块对所述交流电进行整流、降压后输出直流的基准电压，电源管理模块对基准电压降压后输出充电电压对电池充电。

所述的无线充电装置中，所述振荡模块包括第一天线、第二天线、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第五电容；所述第一天线连接第一电容的一端，第一电容的另一端连接第五电容的一端和整流降压模块，第二电容与第一电容并联，所述第二天线连接第三电容的一端，第三电容的另一端连接第五电容的另一端和整流降压模块，第四电容与第三电容并联。

所述的无线充电装置中，所述整流降压模块包括谐振芯片和电感，所述谐振芯片的AC+端连接第一电容的另一端和第五电容的一端，谐振芯片的AC-端连接第三电容的另一端和第五电容的另一端，谐振芯片的SW端连接电感的一端，电感的另一端连接电源管理模块，谐振芯片的TEMP端连接蓝牙通讯模块，谐振芯片的PVIN端连接电源端，谐振芯片的PGND端、PGND2端接地。

所述的无线充电装置中，所述整流降压模块还包括：第一保护电路、第二保护电路和检测电路；所述检测电路连接谐振芯片、第一保护电路和第二保护电路，所述第一保护电路、第二保护电路均连接振荡模块；

所述检测电路检测谐振芯片内的电压大于预设电压时，输出降压信号给第一保护电路和第二保护电路，第一保护电路、第二保护电路对振荡模块进行降压。

所述的无线充电装置中，所述第一保护电路包括第一MOS管和第六电容；所述第一MOS管的栅极连接检测电路，第一MOS管的漏极通过第六电容连接第一天线和第一电容的一端，第一MOS管的源极接地。

所述的无线充电装置中，所述第二保护电路包括第二MOS管和第七电容，所述第二MOS管的栅极连接检测电路，第二MOS管的漏极通过第七电容连接第二天线和第三电容的一端，第二MOS管的源极接地。

所述的无线充电装置中，所述检测电路包括第一电阻、第二电阻、第八电容和反向器；所述第一电阻的一端连接第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极，第一电阻的另一端连接反向器的B2脚，反向器的B1脚接地，反向器的A1脚连接谐振芯片的CLAMP1端和第二电阻的一端，反向器的A2脚连接电源端和第二电阻的另一端，反向器的A2脚也通过第八电容接地。

所述的无线充电装置中，所述整流降压模块还包括用于检测谐振芯片的温度并传输给蓝牙通讯模块进行温度监控的温度检测电路，所述温度检测电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第九电容；

所述第三电阻的一端连接谐振芯片的TEMP脚、第四电阻的一端和第五电阻的一端，第九电容的一端连接第四电阻的一端和蓝牙通讯模块，第三电阻的另一端、第四电阻的另一端、第九电容的另一端均接地；所述第五电阻的另一端连接谐振芯片的VLDO端、并通过第六电阻连接蓝牙通讯模块。

所述的无线充电装置中，所述整流降压模块还包括电流检测电路，所述电流检测电路包括第七电阻，所述第七电阻的一端连接谐振芯片的VRECTS1端和VRECT端，第七电阻的另一端连接谐振芯片的VRECTS2端和PVIN端。

所述的无线充电装置中，所述电源管理模块包括充电芯片、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十电容和第十一电容；所述充电芯片的OUT脚连接电池、也通过第十电容接地，充电芯片的TS脚通过第八电阻接地，充电芯片的PRE_TERM脚通过第九电阻接地，充电芯片的ISET脚通过第十电阻接地，充电芯片的VSS脚接地，充电芯片的IN脚连接电感的另一端和第十一电阻的一端、也通过第十一电容接地，所述第十一电阻的另一端连接第十二电阻的一端和主控器，第十二电阻的另一端通过第十三电阻接地。

相较于现有技术，本发明提供的无线充电装置，通过蓝牙通讯模块与充电座通信获取充电的通讯协议，振荡模块接收充电座发出的信号并进行振荡产生交流电，整流降压模块所述交流电进行整流、降压后输出直流的基准电压，电源管理模块对基准电压降压后输出充电电压对电池充电；该无线充电装置仅需占用PCB板上不大于8mm×8mm的面积，占用面积很小，可以很方便地整合到目前的智能穿戴和便携设备中，即能实现无线充电，又能达到充电电路设计精简化的目的。

附图说明

图1是本发明提供的无线充电装置的结构图。

图2是本发明提供的无线充电装置中振荡模块与整流降压模块的电路图。

图3是本发明提供的无线充电装置中电源管理模块的电路图。

具体实施方式

本发明提供一种无线充电装置，适用于终端消费电子、穿戴设备及日常所需要无线电源充电的电子产品，如应用在穿戴手表、手机等便携产品上。本发明基于A4WP 无线充电技术，采用型号为 MAP7101的芯片设计硬件电路来进行无线充电控制，并对芯片外围电路进行优化。所述A4WP是无线充电磁共振的标准。磁共振原理与声音的共振原理相同，排列好振动频率相同的音叉，一个发声的话，其它的也会共振发声。同样，排列在磁场中的相同振动频率的线圈，也可从一个向另一个供电。相比电磁感应方式，利用磁共振可延长传输距离。磁共振方式不同于电磁感应方式，无需使线圈间的位置完全吻合。磁共振方式由能量发送装置和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个预设频率（为6.78MHz）上共振，两个装置之间就可以交换彼此的能量。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供的无线充电装置作为接收端用于对电池进行无线充电，无线充电系统的充电座发出预设频率的信号给无线充电装置。所述无线充电装置包括振荡模块100、整流降压模块200、电源管理模块300和蓝牙通讯模块400，所述振荡模块100、整流降压模块200、电源管理模块300依次连接，蓝牙通讯模块400连接整流降压模块200，电源管理模块300连接电池。

所述蓝牙通讯模块400与充电座采用蓝牙方式建立通信进行握手，蓝牙通讯模块400获取其需要的通讯协议（如充电功率，温度要求）来整个控制充电过程。所述振荡模块100接收充电座发出的信号并进行振荡产生交流电（相当于充电座与振荡模块100进行磁共振，产生与该信号相同的频率6.78MHz，此时磁场转变成电信号）。整流降压模块200对振荡模块100输出的交流电进行整流、降压后输出直流的基准电压。电源管理模块300对基准电压降压后输出充电电压对电池充电。

请一并参阅图2，所述振荡模块100包括第一天线A1、第二天线A2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5；所述第一天线A1连接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端连接第五电容C5的一端和整流降压模块200，第二电容C2与第一电容C1并联，所述第二天线A2连接第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端连接第五电容C5的另一端和整流降压模块200，第四电容C4与第三电容C3并联。

所述第一天线A1、第二天线A2相当于电感，用于接收充电座的信号。第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5均为匹配电容，电感与电容构成振荡电路从而产生交流电给整流降压模块。

所述整流降压模块包括型号为MAP7101的谐振芯片U1和电感L，所述谐振芯片U1的AC+端连接第一电容C1的另一端和第五电容C5的一端，谐振芯片U1的AC-端连接第三电容C3的另一端和第五电容C5的另一端，谐振芯片U1的SW端连接电感L的一端，电感L的另一端连接电源管理模块300，谐振芯片U1的TEMP端连接蓝牙通讯模块400，谐振芯片U1的PVIN端连接电源端A4WP_VDD，谐振芯片U1的PGND端、PGND2端接地。

所述交流电从谐振芯片U1的AC+端、AC-端输入，在谐振芯片U1内部进行整流、再进行DC-DC降压，最后从SW端输出5V、最大功率为5W、最大电流为1A的基准电压A4WP_VOUT给电源管理模块300。

在具体实施时，为了避免高压烧坏谐振芯片U1，所述整流降压模块200还包括第一保护电路201、第二保护电路202和检测电路203。所述检测电路203连接谐振芯片U1、第一保护电路201和第二保护电路202，所述第一保护电路201、第二保护电路202均连接振荡模块100。所述检测电路203检测谐振芯片U1内的电压大于预设电压时，输出降压信号给第一保护电路201和第二保护电路202，第一保护电路201、第二保护电路202对振荡模块100进行降压。

所述第一保护电路201包括第一MOS管Q1和第六电容C6。第二保护电路202包括第二MOS管Q2和第七电容C7。所述检测电路203包括第一电阻R1、第二电阻R2、第八电容C8和反向器U2；所述反向器U2的型号为SN74LVC1G04。

所述第一MOS管Q1的栅极连接第一电阻R1的一端，第一MOS管Q1的漏极通过第六电容C6连接第一天线A1和第一电容C1的一端，第一MOS管Q1的源极接地。

所述第二MOS管Q2的栅极连接第一电阻R1的一端，第二MOS管Q2的漏极通过第七电容C7连接第二天线A2和第三电容C3的一端，第二MOS管Q2的源极接地。

所述第一电阻R1的另一端连接反向器U2的B2脚，反向器U2的B1脚接地，反向器U2的A1脚连接谐振芯片U1的CLAMP1端和第二电阻R2的一端，反向器U2的A2脚连接电源端A4WP_VDD和第二电阻R2的另一端，反向器U2的A2脚也通过第八电容C8接地。

第一MOS管Q1和第二MOS管Q2为NMOS管。谐振芯片U1正常工作时，反向器U2的A2脚为高电平，其B2脚输出低电平，此时第一MOS管Q1和第二MOS管Q2不导通。当谐振芯片U1内电压大于预设电压时，其CLAMP1端输出低电平将反向器U2的A2脚拉低，反向器U2的B2脚输出高电平控制第一MOS管Q1和第二MOS管Q2导通，第六电容C6与第七电容C7形成到地通路，开始隔直流通交流从而放电，使谐振芯片U1的电压降低。

本实施例中，所述整流降压模块200还包括温度检测电路204，用于检测谐振芯片U1的温度并传输给蓝牙通讯模块400进行温度监控。所述温度检测电路204包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第九电容C9；所述第三电阻R3的一端连接谐振芯片U1的TEMP脚、第四电阻R4的一端和第五电阻R5的一端，第九电容C9的一端连接第四电阻R4的一端和蓝牙通讯模块，第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的另一端、第九电容C9的另一端均接地；所述第五电阻R5的另一端连接谐振芯片U1的VLDO端、并通过第六电阻R6连接蓝牙通讯模块。

为了避免大电流烧坏谐振芯片U1，所述整流降压模块200还包括电流检测电路205，所述电流检测电路205包括第七电阻R7，所述第七电阻R7的一端连接谐振芯片U1的VRECTS1端和VRECT端，第七电阻R7的另一端连接谐振芯片U1的VRECTS2端和PVIN端。较佳地，所述第七电阻R7的阻值为51mohm（毫欧姆），该阻值能提高电流检测的准确度。

请同时参阅图3，所述电源管理模块300包括充电芯片U3、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十电容C10和第十一电容C11；所述充电芯片U3的OUT脚连接电池、也通过第十电容C10接地，充电芯片U3的TS脚通过第八电阻R8接地，充电芯片U3的PRE_TERM脚通过第九电阻R9接地，充电芯片U3的ISET脚通过第十电阻R10接地，充电芯片U3的VSS脚接地，充电芯片U3的IN脚连接电感L的另一端和第十一电阻R11的一端、也通过第十一电容C11接地，所述第十一电阻R11的另一端连接第十二电阻R12的一端和主控器，第十二电阻R12的另一端通过第十三电阻R13接地。

基于电池的充电电压范围为0.8V~4.2V，谐振芯片U1输出的5V的基准电压A4WP_VOUT需要通过充电芯片U3降压控制，最终输出4.2V的充电电压VBAT对电池充电。在充电前，通过第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13分压获得的检测信号DETECT传输给主控器，以进行充电检测，即表明该终端设备正在充电。通过第十电容C10的稳压滤波可使充电电压更加稳定。

所述蓝牙通讯模块采用型号为NRF51822的蓝牙芯片及其外围电路，其为现有技术，此处不作赘述。

综上所述，本发明提供的无线充电装置使用最新、小的WLCSP（Wafer Level Chip Scale Packaging）封装，采用型号为MAP7101 的谐振芯片实现了FAR（Full Active Rectifier，全桥主动式整流）的整流技术，对硬件电路进行精简设计，使MAP7101实现了无线充电功能；仅需占用PCB板上不大于8mm×8mm的面积，占用面积很小，可以很容易整合到目前的智能穿戴和便携设备中，如手机，智能手表等，提高了产品的竞争力。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种无线充电装置，与充电座和电池连接，其特征在于，包括振荡模块、整流降压模块、电源管理模块和蓝牙通讯模块，所述振荡模块、整流降压模块、电源管理模块依次连接，蓝牙通讯模块连接整流降压模块，电源管理模块连接电池；

2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述振荡模块包括第一天线、第二天线、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第五电容；所述第一天线连接第一电容的一端，第一电容的另一端连接第五电容的一端和整流降压模块，第二电容与第一电容并联，所述第二天线连接第三电容的一端，第三电容的另一端连接第五电容的另一端和整流降压模块，第四电容与第三电容并联。

3.根据权利要求2所述的无线充电装置，其特征在于，所述整流降压模块包括谐振芯片和电感，所述谐振芯片的AC+端连接第一电容的另一端和第五电容的一端，谐振芯片的AC-端连接第三电容的另一端和第五电容的另一端，谐振芯片的SW端连接电感的一端，电感的另一端连接电源管理模块，谐振芯片的TEMP端连接蓝牙通讯模块，谐振芯片的PVIN端连接电源端，谐振芯片的PGND端、PGND2端接地。

4.根据权利要求3所述的无线充电装置，其特征在于，所述整流降压模块还包括：第一保护电路、第二保护电路和检测电路；所述检测电路连接谐振芯片、第一保护电路和第二保护电路，所述第一保护电路、第二保护电路均连接振荡模块；

5.根据权利要求4所述的无线充电装置，其特征在于，所述第一保护电路包括第一MOS管和第六电容；所述第一MOS管的栅极连接检测电路，第一MOS管的漏极通过第六电容连接第一天线和第一电容的一端，第一MOS管的源极接地。

6.根据权利要求5所述的无线充电装置，其特征在于，所述第二保护电路包括第二MOS管和第七电容，所述第二MOS管的栅极连接检测电路，第二MOS管的漏极通过第七电容连接第二天线和第三电容的一端，第二MOS管的源极接地。

7.根据权利要求6所述的无线充电装置，其特征在于，所述检测电路包括第一电阻、第二电阻、第八电容和反向器；所述第一电阻的一端连接第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极，第一电阻的另一端连接反向器的B2脚，反向器的B1脚接地，反向器的A1脚连接谐振芯片的CLAMP1端和第二电阻的一端，反向器的A2脚连接电源端和第二电阻的另一端，反向器的A2脚也通过第八电容接地。

8.根据权利要求7所述的无线充电装置，其特征在于，所述整流降压模块还包括用于检测谐振芯片的温度并传输给蓝牙通讯模块进行温度监控的温度检测电路，所述温度检测电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第九电容；

9.根据权利要求8所述的无线充电装置，其特征在于，所述整流降压模块还包括电流检测电路，所述电流检测电路包括第七电阻，所述第七电阻的一端连接谐振芯片的VRECTS1端和VRECT端，第七电阻的另一端连接谐振芯片的VRECTS2端和PVIN端。

10.根据权利要求9所述的无线充电装置，其特征在于，所述电源管理模块包括充电芯片、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十电容和第十一电容；所述充电芯片的OUT脚连接电池、也通过第十电容接地，充电芯片的TS脚通过第八电阻接地，充电芯片的PRE_TERM脚通过第九电阻接地，充电芯片的ISET脚通过第十电阻接地，充电芯片的VSS脚接地，充电芯片的IN脚连接电感的另一端和第十一电阻的一端、也通过第十一电容接地，所述第十一电阻的另一端连接第十二电阻的一端和主控器，第十二电阻的另一端通过第十三电阻接地。