CN105846499A - 一种无线充电装置和无线充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线充电装置和无线充电系统，属于无线充电技术领域。该无线充电装置包括用于与外部供电电源连接的电源输入接口、用于产生13.56MHz载波的载波振荡电路、功率放大电路和第一非接感应天线；载波振荡电路的输入端与电源输入接口连接，输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路的输出端与第一非接感应天线连接；功率放大电路与电源输入接口连接。采用本发明所提供的无线充电装置和无线充电系统对满足ISO1443标准的待充电设备进行充电时，可直接采用待充电设备的非接触感应天线完成充电，无需再单独设计充电线圈，可更好的满足体积较小的设备的充电需求，降低了无线充电的成本，提高充电效率。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，具体涉及一种无线充电装置和无线充电系统。
背景技术
随着非接触式智能卡的普及，满足ISO14443标准(非接触式IC卡标准)的近场非接理论被广泛的应用于支付领域，越来越多的可穿戴设备也集成了该应用。可穿戴设备充电的快速性、方便性是其重要的性能之一。ISO14443标准的近场非接理论，可进行能量的传递，从理论的角度可以实现充电的功能。但是由于其理论基础主要是用于数据的传输，能够传递的能量较少，且效率不高。如果能够提高其传输能量及效率，将该理论应用于充电领域，可简化可穿戴设备的无线充电的设计方案，降低其实现无线充电的成本。
无线充电系统目前实用频率约为125kHz上下，其接收端与发送端都需要单独的只用于充电的天线线圈及芯片，而且由于其载波频率较低，所需要的线圈体积偏大，对于体积较小的可穿戴设备不易实现。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种能够提高无线充电效率且成本低的无线充电装置和无线充电系统。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种无线充电装置，包括用于与外部供电电源连接的电源输入接口、用于产生13.56MHz载波的载波振荡电路、功率放大电路和第一非接感应天线；
所述载波振荡电路的输入端与电源输入接口连接，输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路的输出端与第一非接感应天线连接；功率放大电路与电源输入接口连接。
进一步，如上所述的一种无线充电装置，：还包括与电源输入接口连接的可充电电池，可充电电池分别与载波振荡电路和功率放大电路连接。
进一步，如上所述的一种无线充电装置，还包括用于控制可充电电池是否供电的电池控制开关，以及用于控制电源输入接口是用于为可充电电池充电，还是用于为待供电模块供电的工作模式切换开关；所述待供电模块包括所述载波振荡电路和功率放大电路。
进一步，如上所述的一种无线充电装置，所述功率放大电路为双路功率放大电路。
进一步，如上所述的一种无线充电装置，所述双路功率放大电路的一路输入直接与载波振荡电路的输出连接，另一路输入经过反相器与载波振荡电路的输出连接。
进一步，如上所述的一种无线充电装置，其特征在于：所述功率放大电路为MOS管功率放大电路。
进一步，如上所述的一种无线充电装置，所述MOS管功率放大电路中的MOS管的型号为FDV301N。
进一步，如上所述的一种无线充电装置，所述无线充电装置上还设有磁铁。
本发明还提供了基于所述的无线充电装置的一种无线充电系统，包括待充电设备和所述无线充电装置，所述待充电设备包括电源和第二非接感应天线，所述第二非接感应天线通过整流电路和直流电压调整电路与电源连接，第一非接感应天线与第二非接感应天线感应耦合。
进一步，如上所述的一种无线充电系统，当所述无线充电装置上设有磁铁时，所述待充电设备还包括分别与电源和第二非接感应天线连接的主控芯片，待充电设备上还设有霍尔元件，所述霍尔器件与主控芯片连接。
本发明的有益效果在于：采用本发明所提供的无线充电装置和无线充电系统对满足ISO1443标准的待充电设备进行充电时，可直接采用待充电设备的非接触感应天线(工作频率在13.56MHz的感应天线)完成充电，无需再单独设计充电线圈，可更好的满足体积较小的待充电设备(如可穿戴设备)的充电需求，且可以减低无线充电的成本，提高充电效率。
附图说明
图1为本发明实施例一中一种无线充电装置的结构示意图；
图2为实施例一中载波振荡电路输出端的一种电路结构示意图；
图3为实施例一中双路功率放大电路的一种电路结构示意图；
图4为本发明实施例二中一种无线充电装置的结构示意图；
图5为本发明实施例三一种无线充电系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
实施例一
图1示出了本实施例中提供的一种无线充电装置的结构示意图，由图中可以看出，该充电装置主要包括用于与外部供电电源连接的电源输入接口1、用于产生13.56MHz载波的载波振荡电路2、功率放大电路3和第一非接感应天线4。其中，载波振荡电路2的输入端与电源输入接口1连接，输出端与功率放大电路3的输入端连接，功率放大电路3的输出端与第一非接感应天线4连接；功率放大线路3还与电源输入接口1连接。
本实施例所提供的无线充电装置，通过电源输入接口1与外部供电电源连接，从而可以获得装置的工作电源，该工作电源分别用于为载波振荡电路2和功率放大电路3提供工作电源。其中，所述第一非接感应天线4指的是满足ISO14443标准的感应天线，即工作频率为13.56MHz的感应天线，载波振荡电路2产生的载波一般为正弦波。
其中，电源输入接口1的具体形式可以根据实际需要进行选择，优选的，电源输入接口1选用USB充电接口，外部电源通过该USB充电接口为充电装置的供电。在实际应用中，根据所使用的载波振荡电路2、功率放大电路3的不同，该装置还可以包括一电压转换模块，电源输入接口1通过电压转换模块分别将其输出电压转换为载波振荡电路2和功率放大电路3的工作电压。
采用本实施例中的无线充电装置可以实现满足ISO14443标准的待充电设备的无线充电，充电原理为：无线充电装置通过电源输入接口1获得电源后，为载波振荡电路2提供直流电，载波振荡电路2将所述直流电转化产生频率为13.56MHz的载波，该载波的功率经由功率放大电路3放大，以使其满足无线充电要求，之后由第一非接感应天线4通过与待充电设备的非接感应天线感应耦合的方式，将功率放大后的载波传递给待充电设备，待充电设备通过其非接感应天线耦合感应到的交流能量后，通过整流电路将该交流能量转化为直流电，并通过电压调整电路将直流电调整为待充电设备电源的充电电压范围，实现为其电源的充电。
为了提高无线充电效率，所述功率放大电路3优选为双路功率放大电路。其中，优选的，双路功率放大电路的双路输入的载波信号的波形相位相差180度，即双路功率放大电路的一路输入直接与载波振荡电路2的输出连接，另一路经过反相器与载波振荡电路2的输出连接。双功率放大电路的两路输入波形反相，经过放大后再次叠加到一起，可达到使非接感应天线4的能量加倍的效果。
所述功率放大电路30可以选用MOS管功率放大电路，经过反复试验证明，选用型号为FDV301N的MOS管时，可实现很好的充电效果。
图2示出了本实施例中载波振荡电路2的输出端的一种电路结构示意图，图中所示的载波振荡电路2为由石英晶体和反相器并联所形成的石英晶体启振电路，图中A和B点的输出分别作为双路功率放大电路的两路输入。本实施例中，使用了连续两个反相器，第一个反相器对石英晶体启振电路的输出波形进行了整形并反相，再经过第二个反相器后使波形的相位恢复为原波形的相位，从而A、B两点输出了两个相位相差180度的载波。
图3示出了一种采用型号为FDV301N的MOS管的双路功率放大电路的电路图，由图中可以看出，双路功率放大电路的的两路输入可以为图2中所示的A点和B点的输出，两路输入均为13.56MHz的载波，输入的载波的波形相位相差180度，载波经由功率放大电路放大后输出至第一非接感应天线4，如图中所示。需要说明的是，图2和图3中只是示出了载波振荡电路2和双路功率放大电路3的一种示意图，在实际应用中，可以根据需要来选用不同的载波振荡电路2和功率放大电路3，且图2和图3中的所采用的各种元器件以及元器件的取值大小也都不是唯一的，也都是可以根据实际应用进行选择的。
为了使待充电设备能够区分出设备的非接工作模式和非接充电模式，提高充电效率，本实施例中，所述无线充电装置上还设有磁铁8，此时，待充电设备上可以设置一个相对应的霍尔器件，磁铁8与霍尔器件配套使用，霍尔器件在感应到磁铁8时，通过向待充电设备的主控芯片发送充电触发信号，使待充电设备识别出此时处于非接充电模式，可以控制其非接感应天线此时只用于电源的非接充电，实现快速充电。
实施例二
图4示出了本实施例中提供的一种无线充电装置的结构示意图，有图中可以看出，本实施例的充电装置在实施例一中无线充电装置的基础上，还包括与电源输入接口1连接的可充电电池5，可充电电池5分别与载波振荡电路2和功率放大电路3连接。
通过该无线充电装置，可以在没有外部供电电源的情况下，由可充电电池5为充电装置供电。在无线充电装置不工作的情况下(不为待充电装置充电)，还可以通过电源输入接口1与外部供电电源连接实现为可充电电池5充电。
在电源输入接口1与外部供电电源连接的情况下，为了避免可充电电池5与电源输入接口1同时为待供电模块(载波振荡电路2和功率放大电路3)供电造成的供电混乱，本实施例中，该无线充电装置还包括用于控制可充电电池5是否供电的电池控制开关6，在有外部供电电源通过电源输入接口1为载波振荡电路2和功率放大电路3提供电源时，可以由电池控制开关6控制可充电电池5不工作，在无外部供电电源时，电池控制开关6控制可充电电池5为载波振荡电路2和功率放大电路3供电。
在无线充电装置不工作的情况下，通过电源输入接口1为可充电电池5充电时，为了避免电源输入接口1与待供电模块的连接造成电源浪费，被实施例中，该无线充电装置还包括用于控制电源输入接口1是用于为可充电电池5充电、还是用于为待供电模块供电的工作模式切换开关7，电源输入接口1为可充电电池5充电的情况下，工作模式切换开关7控制断开电源输入接口1与待供电模块的连接，无线充电装置通过电源输入接口1为待充电设备进行无线充电时，工作模式切换开关7控制断开电源输入接口1与可充电电池5的连接。
实施例三
图5示出了基于实施例一或实施例二中所提供的无线充电装置的一种无线充电系统，该无线充电系统包括待充电设备和所述无线充电装置，所述待充电设备包括电源10和第二非接感应天线20，第二感应天线20通过整流电路和直流电压调整电路与电源10连接，第一非接感应天线4与第二非接感应天线20感应耦合。
无线充电装置与待充电设备之间通过第一非接感应天线4与第二非接感应天线20的感应耦合，将由无线充电装置产生的能量发送到待充电设备，待充电设备接收到其感应天线耦合感应到的交流能量后，由整流电路转为为直流电压，再通过直流电压调整电路将直流电压调整为可为电源10充电的的充电电压范围，实现为电源10的充电。
本实施例中，当所述无线充电装置上还设有磁铁8时，所述待充电设备还包括分别与电源10和第二非接感应天线20连接的主控芯片30，待充电设备上还设有霍尔元件40，所述霍尔器件40与主控芯片连接。在需要进行待充电设备的无线充电时，将无线充电装置靠近待充电设备，待充电设备上的霍尔器件40会感应到无线充电装置上的磁铁8，此时，霍尔器件40会向主控芯片30发送一个充电触发信号，主控芯片30接收到充电触发信号时，判断出设备此时处于充电模式，主控芯片30控制第二非接感应天线20只为电源进行充电。通过磁铁8与霍尔器件40的配套使用，可使主控芯片30判断出其第二非接感应天线20是处于非接数据交互的工作模式，还是处于设备充电模式，从而更好实现对设备无线充电的控制。
本发明中所述待充电设备包括但不限于非接触式IC卡、满足IS14443标准的可穿戴设备。采用本发明所提供的无线充电装置及无线充电系统，采用工作频率为13.56Mhz的无线充电方案，对于具有满足ISO14443标准的设备来说，可不用单独设计充电线圈，而是直接使用其数据交互天线线圈即可完成充电，减缓了无线充电的设计方案，降低了无线充电的成本。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种无线充电装置，其特征在于：包括用于与外部供电电源连接的电源输入接口(1)、用于产生13.56MHz载波的载波振荡电路(2)、功率放大电路(3)和第一非接感应天线(4)；
所述载波振荡电路(2)的输入端与电源输入接口(1)连接，输出端与功率放大电路(3)的输入端连接，功率放大电路(3)的输出端与第一非接感应天线(4)连接；功率放大电路(3)与电源输入接口(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种无线充电装置，其特征在于：还包括与电源输入接口(1)连接的可充电电池(5)，可充电电池(5)分别与载波振荡电路(2)和功率放大电路(3)连接。
3.根据权利要求2所述的一种无线充电装置，其特征在于：还包括用于控制可充电电池(5)是否供电的电池控制开关(6)，以及用于控制电源输入接口(1)是用于为可充电电池(5)充电，还是用于为待供电模块供电的工作模式切换开关(7)；所述待供电模块包括所述载波振荡电路(2)和功率放大电路(3)。
4.根据权利要求1所述的一种无线充电装置，其特征在于：所述功率放大电路(3)为双路功率放大电路。
5.根据权利要求4所述的一种无线充电装置，其特征在于：所述双路功率放大电路的一路输入直接与载波振荡电路(2)的输出连接，另一路输入经过反相器与载波振荡电路(2)的输出连接。
6.根据权利要求1至5之一所述的一种无线充电装置，其特征在于：所述功率放大电路(3)为MOS管功率放大电路。
7.根据权利要求6所述的一种无线充电装置，其特征在于：所述MOS管功率放大电路(3)中的MOS管的型号为FDV301N。
8.根据权利要求1所述的一种无线充电装置，其特征在于：所述无线充电装置上还设有磁铁(8)。
9.基于权利要求1至8之一所述的无线充电装置的一种无线充电系统，其特征在于：包括待充电设备和所述无线充电装置，所述待充电设备包括电源(10)和第二非接感应天线(20)，所述第二非接感应天线(20)通过整流电路和直流电压调整电路与电源(10)连接，第一非接感应天线(4)与第二非接感应天线(20)感应耦合。
10.根据权利要求9所述的一种无线充电系统，其特征在于：当所述无线充电装置上设有磁铁(8)时，所述待充电设备还包括分别与电源(10)和第二非接感应天线(20)连接的主控芯片(30)，待充电设备上还设有霍尔元件(40)，所述霍尔器件(40)与主控芯片(30)连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |