CN105811541B - 基磁测电量防过充过热仅充电时耗电无线充电装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基磁测电量防过充过热仅充电时耗电无线充电装置及方法，包括充电电路、负载电路、采集电路、传输电路，实现了一个基于磁性测量电量的，具备过热保护、过充保护的不充电时不耗电的充电电路。可充电电池在充电过程中会由于集热，温度会升高，易引发金属与溶剂的反应，可充电电池过充后，极片上的金属结晶刺穿隔膜可能发生微短路，二者在严重情况下会引起爆炸，所以电路中加入过热与过充保护是很必要的；接收端的电路使充电部分在不充电时不消耗电能，没有无线通信设备，进一步降低了功耗，因此适合应用于对电量持久性方面要求较高的装置。本发明完全采用硬件实现，精简了充电电路体积并实现了节点与保护的双重功能。

Description

基磁测电量防过充过热仅充电时耗电无线充电装置及方法

技术领域

本发明涉及一种无线充电方法，特别涉及电磁共振的充电方法，尤指一种基磁测电量防过充过热仅充电时耗电无线充电装置及方法，且可充电电池电量的测量是基于电磁铁的磁性。考虑到了体积的大小与电量的持久性，特别设计了具有过热保护、过充保护、不充电时充电电路不耗电的无线充电方法。可以应用于植入人体内的心脏起搏器的充电电路设计。

背景技术

利用无线方式传输电能，是一项极具实用性的技术，无线充电作为一种突破性的充电手段，正在引领新的潮流，当前较流行的需要频繁充电的智能机是目前此项技术的最大受益者。在医学方向，无线充电技术尚未得到广泛的应用。

无线充电有着不同的方式，最为大家所熟知的“电磁感应”方式，利用两个平行的线圈因电磁感应而产生电流的原理来供电。但是，由于感应磁场随着距离的增加而快速减弱，电磁感应方法的有效距离不超过十厘米，且多为数毫米，这并不适合于对植入人体内的电源进行充电。

常规的无线充电技术在充电时，充电电路会产生额外的功耗，缩短了可充电电池的有效使用时间，且传统的无线充电电路在实现过热保护、过充保护时常常加入单片机，以软件形式进行操控，但是这无疑大大增加了充电部分器件的体积，不适合用于心脏起搏器等医疗产品。同时，传统无线充电电路与外界传递信息时常常使用蓝牙等无线技术，这同样会在一定程度上产生电量的开销。亟待改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基磁测电量防过充过热仅充电时耗电无线充电装置及方法，解决了现有技术存在的上述问题。将无线充电技术应用到心脏起搏器，作为一种需要在人体内长期工作的装置，对电量的持久性要求很高，本发明将无线充电技术应用到其中，并在不充电时削减额外的功耗，工作时舍去传统的无线通信技术，以保证电量持久性，同时加入了过充保护与过热保护。与电磁感应方式相比，磁共振技术在距离上就有了一定的宽容度，因此，本发明采用了较为先进的“磁共振”方法。利用两个匹配的线圈，一个线圈通电后产生磁场，另一线圈因此共振的原理，将有效距离扩展到数米以内以满足需求。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

基磁测电量防过充过热仅充电时耗电无线充电装置，包括充电电路、负载电路、采集电路、传输电路，所述传输电路独立存在，其发射线圈L0与采集电路的感应线圈相互配合，通过磁共振传递能量；所述采集电路的感应线圈与二极管D0的1脚和3脚相连，所述二极管的2脚与充电电路的热敏电阻R2相连，二极管的4脚与充电电路的电磁铁L1相连，采集电路通过二极管D0单向传输特性，将直流电传递给充电电路；整个充电过程中，热敏电阻R2处于整个充电电路输入端的干路部分，与稳压器的输入端相连，用来感受可充电电池的温度；稳压器的输出端与可充电电池及负载电路RA相连，所述可充电电池与负载电路RA并联，交汇后依次与热敏电阻R3、开关S1串联，再与热敏电阻R1并联，所述热敏电阻R1与稳压器的接地端相连；电磁铁L1设置在整个充电电路输出端的干路部分，用以控开关S1。

所述的开关S1具有弹性，在非充电状态下，开关S1处于断开的状态。

本发明的另一目的在于提供一种基磁测电量防过充过热仅充电时耗电无线充电装置的充电方法，包括如下步骤：

步骤1、稳压器设有三个端口，分别为输入端、输出端、接地端；

步骤2、在稳压器输入端放置一个正温度系数热敏电阻R2，且靠近可充电电池以便于减小热敏电阻产生的电热并感受可充电电池的温度，以便实现过热保护；

步骤3、在稳压器输出端作为可充电电池的充电电路连接到电源正极，以稳定的电压为可充电电池充电，并且为负载电路供电，同时在此条支路汇入干路之前的位置设置一个具有弹性的开关S1，在非充电状态下，开关处于断开的状态；

步骤4、在稳压器接地端的支路上，设置一个正温度系数的热敏电阻R1；

步骤5、在稳压器接地端与输出端电路共同汇入的干路部分，设置一个电磁铁L1，起到控制开关的作用；

步骤6、将电磁铁与感应线圈部分用金属分隔，避免二者的磁场互相干扰，影响外界的检测。

本发明的有益效果在于：实现了一个基于磁性测量电量的，具备过热保护、过充保护的不充电时不耗电的充电电路。可充电电池在充电过程中会由于集热，温度会升高，易引发金属与溶剂的反应，可充电电池过充后，极片上的金属结晶刺穿隔膜可能发生微短路，二者在严重情况下会引起爆炸，所以电路中加入过热与过充保护是很必要的；接收端的电路设计，使充电部分在不充电时不消耗电能，而且由于电路中完全不引入无线通信设备，进一步降低了功耗，因此适合应用于对电量持久性方面要求较高的装置，如植入人体内的心脏起搏器。本发明完全采用硬件实现，精简了充电电路体积并实现了节点与保护的双重功能。完全不引入无线通信设备，外界可以通过检测电磁铁磁性的强弱来了解电量的大小。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1所示，本发明的基磁测电量防过充过热仅充电时耗电无线充电装置，包括充电电路、负载电路、采集电路、传输电路，所述传输电路独立存在，其发射线圈L0与采集电路的感应线圈相互配合，通过磁共振传递能量；所述采集电路的感应线圈与二极管D0的1脚和3脚相连，所述二极管的2脚与充电电路的热敏电阻R2相连，二极管的4脚与充电电路的电磁铁L1相连，采集电路通过二极管D0单向传输特性，将直流电传递给充电电路；整个充电过程中，热敏电阻R2处于整个充电电路输入端的干路部分，与稳压器的输入端相连，用来感受可充电电池的温度；稳压器的输出端与可充电电池及负载电路RA相连，所述可充电电池与负载电路RA并联，交汇后依次与热敏电阻R3、开关S1串联，再与热敏电阻R1并联，所述热敏电阻R1与稳压器的接地端相连；电磁铁L1设置在整个充电电路输出端的干路部分，用以控开关S1。

所述的开关S1具有弹性，在非充电状态下，开关S1处于断开的状态。

本发明的基磁测电量防过充过热仅充电时耗电无线充电方法，包括如下步骤：

步骤1、稳压器设有三个端口，分别为输入端、输出端、接地端；

步骤2、在稳压器输入端放置一个正温度系数热敏电阻R2，且靠近可充电电池以便于减小热敏电阻产生的电热并感受可充电电池的温度，以便实现过热保护；

步骤3、在稳压器输出端作为可充电电池的充电电路连接到电源正极，以稳定的电压为可充电电池充电，并且为负载电路供电，同时在此条支路汇入干路之前的位置设置一个具有弹性的开关S1，在非充电状态下，开关处于断开的状态；

步骤4、在稳压器接地端的支路上，设置一个正温度系数的热敏电阻R1；

步骤5、在稳压器接地端与输出端电路共同汇入的干路部分，设置一个电磁铁L1，起到控制开关的作用；

步骤6、将电磁铁与感应线圈用金属分隔，避免二者的磁场互相干扰，影响外界的检测。

本发明的基磁测电量防过充过热仅充电时耗电无线充电装置及方法，是一种具有过热保护、过充保护、及不充电时充电电路不耗电的，用于类似心脏起搏器的无线充电方法，使用时，发射端根据需求与线圈的频率，设计一个合适的振荡电路。根据电磁共振的原理，当外加电动势的频率，与接收电路自由振荡的固有频率相同时，接收电路可以高效地接收能量。

参见图1所示原理图，其中，R1、R2为正温度系数热敏电阻，它们的电阻大小会随着温度的升高而变大；R2在设计时，要靠近可充电电池，用于感受可充电电池的温度，以便于对温度升高的可充电电池做出及时的反应；感应线圈coil与电磁铁L1需要用金属隔离开，这里利用了金属的特性，为了使它们之间的磁场互相不产生干扰。

传输电路：发射端的振荡电路通电后产生磁场，采集电路的感应线圈coil受到磁场影响后产生共振，经过二极管后产生直流电，稳压器将直流电电压稳定到需要的大小来为可充电电池充电。

采集电路：即接收端电流采集电路的实现，用来接收传输电路通过磁场传输过来的能量。在此，考虑到了有效距离与传输效率等诸多因素，采取了电磁振荡的方式进行充电。接收端放置一个规格匹配的线圈作为感应线圈，感应线圈会与发射部分传输过来的磁场产生共振。通过感应线圈共振产生的交流电由于方向不统一，难以为传统的可充电电池充电，所以在此经由二极管的引导，形成直流电。于是完成了电流的采集工作。

负载电路：主要由可充电电池与负载电路构成，来实现非充电状态下的基本的工作，即正常的工作电路的运转。

充电电路：在当前的手机无线充电方式中，常会使用到单片机来实现逻辑控制与信息传递等，因为单片机可以用软件的方式来进行更复杂的操作，但是，这会大大增加充电模块的体积，不适用于植入体内的心脏起搏器。由于电磁铁的磁性与通过电磁铁的电流正相关，所以本发明使用电磁铁的方式，进行过充保护与过热保护，并保证非充电状态下，充电电路不消耗的电能。

不充电时充电电路不耗电：首先，开关S1受外力（如，金属的弹力）作用，在平常（无电）状况下处于断开，其闭合要受到电磁铁L1的作用。这样在充电电路没有进行工作时，充电电路始终处于断开状态，不会产生额外的电耗。

当感应线圈因共振而产生电流时，电磁铁L1有电流通过，产生磁力，来实现S1的闭合。此时，充电电路开始工作，可充电电池进行充电。负载电路这时候也就不再由可充电电池供电，而是由充电电流的分流部分来完成供电。

基于磁性测量电量的实现：随着充电的进行，电磁铁的磁性减弱，可充电电池的电量增加。根据电磁铁与可充电电池电量的反比例关系，我们可以在不使用蓝牙等无线充电技术的前提下从外界获取可充电电池电量的信息。

过充保护的实现：因为可充电电池的特性，随着可充电电池充电的进行，稳压器的端口4生成的电流会减小。而正温度系数热敏电阻R1由于生热，电阻会变大，根据欧姆定律，稳压器的端口3生成的电流也会减小。电磁铁L1处在干路上，干路的电流等于各条支路的电流之和，由于其中一条支路的电流减小，干路电流自然也会减小，而电磁铁的磁性大小，与导线的电流大小正相关，所以随着充电的进行，电磁铁L1的磁性将不足以维持S1的闭合，充电的进行也将会随着S1的断开结束，稳压器的4端口不再有电流。干路部分，通过电磁铁L1的电流因为一条支路电流的消失而减小，且整个充电期间不会再增加，这样电磁铁L1的磁性不会增大到能够再使开关S1闭合，充电电路不会再恢复工作，如此实现了过充保护。

过热保护的实现：由于正温度系数热敏电阻R2位于可充电电池附近，所以当可充电电池过热时，增大的R2的电阻能够有效地减小干路的电流，电磁铁L1处在干路中，因此电磁铁L1的磁性减弱，断开充电电路；而当可充电电池冷却后，R2的电阻迅速减小，干路电流随之增大，电磁铁L1的磁性增强，恢复充电电路供电，这样就实现了温度对电路的控制。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基磁测电量防过充过热仅充电时耗电无线充电装置，其特征在于：包括充电电路、负载电路、采集电路、传输电路，所述传输电路独立存在，其发射线圈L0与采集电路的感应线圈相互配合，通过磁共振传递能量；所述采集电路的感应线圈与二极管组成的整流电路D0的1脚和3脚相连，所述二极管组成的整流电路D0的2脚与充电电路的热敏电阻R2相连，二极管组成的整流电路D0的4脚与充电电路的电磁铁L1的一端相连，采集电路通过二极管组成的整流电路D0单向传输特性，将直流电传递给充电电路；整个充电过程中，热敏电阻R2处于整个充电电路输入端的干路部分，与稳压器的输入端相连，用来实现对可充电电池的过热保护；稳压器的输出端与可充电电池及负载电路RA相连，所述可充电电池与负载电路RA并联，交汇后依次与热敏电阻R3、开关S1串联，再与热敏电阻R1的一端连接，所述热敏电阻R1的另一端与稳压器的接地端相连；电磁铁L1设置在整个充电电路输出端的干路部分，电磁铁L1的另一端连接热敏电阻R1和开关S1的公共点，用以控制开关S1。

2.根据权利要求1所述的基磁测电量防过充过热仅充电时耗电无线充电装置，其特征在于：所述的开关S1具有弹性，在非充电状态下，开关S1处于断开的状态。

3.根据权利要求1所述的基磁测电量防过充过热仅充电时耗电无线充电装置，其特征在于：所述的稳压器设有三个端口，分别为输入端、输出端、接地端；

在稳压器输入端放置一个正温度系数热敏电阻R2，且靠近可充电电池以便于减小热敏电阻产生的电热，并对可充电电池实现过热保护；

稳压器输出端作为可充电电池的充电电路连接到电源正极，以稳定的电压为可充电电池充电，并且为负载电路供电，同时在此条支路汇入干路之前的位置设置一个具有弹性的开关S1，在非充电状态下，开关S1处于断开的状态；

在稳压器接地端的支路上，设置一个正温度系数的热敏电阻R1；

在稳压器接地端与输出端电路共同汇入的干路部分，设置一个电磁铁L1，起到控制开关S1的作用；

将电磁铁L1与感应线圈用金属分隔，避免二者的磁场互相干扰，影响外界的检测。