CN106849297A - 一种无线充电电路、无线充电器及无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线充电电路、无线充电器及无线充电系统，无线充电电路包括整流滤波单元、开关单元、控制单元、高频变压器以及发射端，所述整流滤波单元用于将低频高压交流电转换为低频高压直流电；开关单元与整流滤波单元连接；控制单元与所述开关单元连接，用于控制所述开关单元将低频高压直流电转换为高频高压交流电；所述高频变压器与所述开关单元和所述发射端连接，用于将所述开关单元输出的高频高压直流电转换为高频低压交流电，并将所述高频低压直流电输出至所述发射端。这样，本发明提供的无线充电电路，可以将低频高压交流电转换为高频低压交流电的过程中，转换次数少，降低电能在转换过程中的损耗，从而提高充电效率且节约电能。

Description

一种无线充电电路、无线充电器及无线充电系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及无线充电电路、无线充电器及无线充电系统。

背景技术

随着电子技术的发展，手机、平板电脑、手表以及手环等便携式电子设备越来越普及，并已成为人们日常生活中不可缺少的一部分，人们对于便携式电子设备的使用功能越来越多。无线充电可以在无需通过充电线将便携式电子设备与无线充电器连接下，实现对便携式电子设备的充电，从而提高了便携式电子设备在充电过程中的便捷性以及防水性，无线充电逐渐成为便携式电子设备的重要功能。

目前的无线充电技术通常是先通过适配器将家用的低频高压交流电转换为高频低压直流电，再通过充电底座将高频低压直流电转换成高频低压交流电，最后由设置于充电底座内的发射线圈以电磁感应、磁共振或者微波等方式将电能传递到便携式电子设备，从而实现对便携式电子设备的充电。但是，在将家用的低频高压交流电转换成高频低压交流电过程中，存在冗余转换，使电能在转换过程中损失，从而导致充电效率低且浪费能源。可见，在便携式电子设备进行无线充电过程中，存在充电效率低且浪费能源的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种无线充电电路、无线充电器及无线充电系统，以解决在便携式电子设备进行无线充电过程中，存在充电效率低且浪费能源的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种无线充电电路，包括整流滤波单元以及发射端，所述整流滤波单元用于将低频高压交流电转换为低频高压直流电，所述无线充电电路还包括：

开关单元，所述开关单元与所述整流滤波单元连接；

控制单元，所述控制单元与所述开关单元连接，用于控制所述开关单元将低频高压直流电转换为高频高压交流电；

高频变压器，所述高频变压器与所述开关单元和所述发射端连接，用于将所述开关单元输出的高频高压直流电转换为高频低压交流电，并将所述高频低压直流电输出至所述发射端。

第二方面，本发明实施例还提供一种无线充电器，包括上述的无线充电电路。

第三方面，本发明实施例还提供一种无线充电系统，包括上述的无线充电器以及与所述无线充电器适配的便携式电子设备。

在本发明实施例中，所述无线充电电路包括整流滤波单元、开关单元、控制单元、高频变压器以及发射端，所述整流滤波单元用于将低频高压交流电转换为低频高压直流电；开关单元与整流滤波单元连接；控制单元与所述开关单元连接，用于控制所述开关单元将低频高压直流电转换为高频高压交流电；所述高频变压器与所述开关单元和所述发射端连接，用于将所述开关单元输出的高频高压直流电转换为高频低压交流电，并将所述高频低压直流电输出至所述发射端。这样，无线充电电路将低频高压交流电转换为高频低压交流电的过程中，转换次数少，降低电能在转换过程中的损耗，从而提高充电效率且节约电能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种无线充电电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种无线充电电路的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种无线充电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图1是本发明实施例提供的一种无线充电电路的结构示意图，如图1所示，该无线充电电路包括整流滤波单元10、开关单元20、控制单元30、高频变压器40以及发射端50，整流滤波单元10用于将低频高压交流电转换为低频高压直流电；开关单元20与整流滤波单元10连接；控制单元30与开关单元20连接，用于控制开关单元20将低频高压直流电转换为高频高压交流电；高频变压器40与开关单元20以及发射端50连接，用于将开关单元20输出的高频高压交流电转换为高频低压交流电，并将高频低压交流电输出至发射端50。

本发明实施例中，在便携式电子设备进行无线充电过程中，只需要先通过整流滤波单元10将家用的低频高压交流电转换为低频高压直流电，再由控制单元30控制开关单元20将低频高压直流电转换为高频高压交流电，最后由高频变压器40将高频高压交流电转换为高频低压交流电并传输至发射端50，由发射端50以电磁波等形式传递至便携式电子设备，电能转换次数较少，从而能够较低电能在转换过程中的损耗，提高充电效率以及节约能源。

如图2所示，上述整流滤波单元10可以包括整流电路11以及与整流电路11连接的滤波电路12。整流电路11可以采用桥式整流，用于将低频高压交流电转换为低频高压交流电；滤波电路12可以采用LC滤波电路或RC滤波电路，用于将整流电路11输出的低频高压交流电中的高压脉动电能滤波，得到稳定的低频高压交流电。其中，滤波电路12采用LC滤波电路时，可以是T型、L型以及π型中的任意一种LC滤波电路。

当然，上述整流电路11的输入端还可以设置一前置保护电路13，该前置保护电路13用于过流情况下对无线充电电路进行物理保护，其可以是保险丝等。

本发明实施例中，上述开关单元20可以以一定频率进行开关，从而将输入的低频高压直流电转换为高频高压交流电，且高频高压交流电的频率等于开关单元20的开关频率。其中，开关单元20与控制单元30连接，控制单元30可以控制开关单元20的开关频率，从而控制开关单元20转换的高频高压交流电的频率以及电压。其中，上述控制单元30可以是微处理器等。

可选的，上述开关单元20可以为MOS管(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor，金属氧化物半导体型场效应管)，MOS管的栅极与控制单元30连接，漏极与整流滤波单元10连接，源极接地。控制单元30通过调节MOS管的占空比即导通/关闭时间，控制由MOS管转换的高频高压交流电的频率以及电压。

当然，上述开关单元20还可以是其他能够将低频高压直流电转换为高频高压交流电的电路或器件，例如：还可以是三极管以及晶闸管等功率管。

本发明实施例中，上述高频变压器40可以将输入的高频高压交流电转换为高频低压直流电，并传输至发射线圈50。需要说明的是，高频变压器40与开关单元20可以共同构成开关电源，该开关电源的拓扑方式可以是正激式、反激式、全桥式和半桥式中的任意一种。

其中，上述高频变压器40可以包括变压绕组41以及连接于变压绕组41的原边侧的采样电路42和隔离电路43，变压绕组41可以将输入端的高频高压交流电转换为高频低压交流电；采样电路42用于采集变压绕组41的原边侧的电压、电流以及频率等信号，并将采集的信号传送至控制单元30，控制单元可以根据采样电路42传送的信号控制变压器绕组，从而使无线充电电路稳定；隔离电路43用于隔离变压绕组41的原边侧的高压电路和副边侧的低压电路，防止干扰，提高无线充电电路的安全性。

本发明实施例中，上述发射端50用于将输入的高频低压交流电以电磁波等形式发射至便携式电子设备，从而将能量传递至便携式电子设备，实现对便携式电子设备的充电。

其中，上述无线充电电路可以设置为分离的两个电路部分，且两个电路分别设置于两个不同的电子设备内，当然，上述无线充电电路也可以设置为一个整体电路，且该整体电路可以设置于同一电子设备内。

可选的，上述发射端50可以包括第一充电接口51、第二充电接口52和发射线圈53，第一充电接口51与高频变压器40连接，发射线圈53与第二充电接口52连接，第一充电接口51用于与第二充电接口52连接，即第一充电接口51与第二充电接口52可以通过数据线进行连接，或者第一充电接口51与第二充电接口52可以直接相配合，从而可以方便对便携式电子设备进行无线充电。另外，设置第一充电接口51还可以与便携式电子设备的充电接口直接配合，从而使无线充电电路可以实现对便携式电子设备的有线充电以及无线充电。

其中，上述整流滤波单元10、开关单元20、控制单元30、高频变压器40以及第一充电接口51可以作为一整体电路，并设置于一电子设备内；第二充电接口52和发射线圈53可以作为另一整体电路，并设置于另一电子设备内，例如：整流滤波单元10、开关单元20、控制单元30、高频变压器40以及第一充电接口51设置于适配器内，第二充电接口52和发射线圈53可以设置于充电底座内，适配器可以直接对便携式电子设备进行充电，充电底座承载便携式电子设备且与适配器连接时，可以对便携式电子设备进行无线充电。

当然，上述发射端50也可以是直接与高频变压器40连接的发射线圈，即该整体电路可以设置于同一电子设备内，在此并不进行限定。

另外，上述发射端50还可以包括设置于变压绕组41的副边侧的后置保护电路54，用于当出现过流、短路或者过压等异常时，控制单元30控制后置保护电路54断开，从而控制发射端50不发射电磁波，实现对便携式电子设备的保护。

可选的，上述无线充电电路还可以包括反馈单元60，反馈单元60分别与控制单元30和高频变压器40的输出端连接，用于采集高频变压器40输出的高频低压交流电，并反馈至控制单元。其中，反馈单元60可以采集高频变压器40的输出端的电压、电流以及频率等信号，当高频变压器40输出不稳定时，控制单元30可以根据反馈单元60反馈的信号及时调节高频变压器40，从而进一步提高无线充电电路的稳定性。

可选的，上述无线充电电路还可以包括与控制单元30连接的第一通信单元70，第一通信单元70用于接收充电控制信号，并将接收到的充电控制信号输出到控制单元30，控制单元30根据充电控制信号控制发射端50的工作状态以及发射端发射电磁波的发射频率，这样，在充电过程中，无线充电电路可以通过第一通信单元70与便携式电子设备进行通信，接收便携式电子设备请求特定的功率、电压、电流以及频率等充电控制信号，控制单元30可以根据充电控制信号调节开关单元20以及发射端50，满足不同的便携式电子设备的需求。

进一步可选的，上述工作状态包括发射电磁波和不发射电磁波。其中，在无线充电电路工作正常时，控制单元30可以控制上述后置保护电路54导通，发射线圈53可以发射电磁波；在无线充电电路工作异常时，控制单元30可以控制上述后置保护电路54断开，发射线圈不发射电磁波。

另外，控制单元30可以通过控制开关单元20，调节发射端50输入的高频低压交流电的频率，实现控制发射端50的电磁波的发射频率。

进一步可选的，上述第一通信单元70可以包括射频识别(Radio FrequencyIdentification，RFID)模块、蓝牙模块、无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)模块以及超声波收发模块中的至少一种，从而使无线充电电路与便携式电子设备之间的通信便捷。

例如：如图2所示，当第一通信单元70为RFID模块时，RFID模块与控制单元30以及发射端50连接，RFID模块可以将通信信号调制到功率信号上，通过发射端50发射。当然，无线充电器的RFID模块也可以将接收的由便携式电子设备的发送的功率信号进行解调，得到便携式电子设备的RFID模块发送的通信内容。

另外，当上述第一通信单元70为蓝牙模块、WLAN模块或者超声波收发模块时，第一通信单元70与控制单元30连接，第一通信单元70可以接收便携式电子设备中与第一通信单元70匹配的通信单元发送的充电控制信号，也可以向相匹配的通信单元发送充电信息。

这样，本发明实施例中，无线充电电路包括整流滤波单元、开关单元、控制单元、高频变压器以及发射端，所述整流滤波单元用于将低频高压交流电转换为低频高压直流电；开关单元与整流滤波单元连接；控制单元与所述开关单元连接，用于控制所述开关单元将低频高压直流电转换为高频高压交流电；所述高频变压器与所述开关单元和所述发射端连接，用于将所述开关单元输出的高频高压直流电转换为高频低压交流电，并将所述高频低压直流电输出至所述发射端。这样，无线充电电路将低频高压交流电转换为高频低压交流电的过程中，转换次数少，降低电能在转换过程中的损耗，从而提高充电效率且节约电能。

基于上述无线充电电路，本发明实施例还提供一种包括上述无线充电电路的无线充电器。

由于无线充电器本体的结构是现有技术，无线充电电路在上述实施例中已进行详细说明，因此，本实施例中对于具体的电子设备的结构不再赘述。

参见图3，图3是本发明实施例提供的一种无线充电系统的结构示意图，所述无线充电电路包括上述的无线充电器以及与无线充电器适配的便携式电子设备。

可选的，便携式电子设备包括第二通信模块80，所述第二通信模块80用于发送充电控制信号至所述无线充电器的第一通信单元70。

其中，上述充电控制信号包括便携式电子设备需要的特定的功率、电压、电流或者频率等信息，无线充电器的控制单元30可以根据充电控制信号调节开关单元20以及发射端50，以满足便携式电子设备的需求。当然，第一通信单元70也可以向第二通信模块80发送通信信号，例如：包括发射端50的电压、电流以及发射频率等信息的信号。

当然，上述便携式电子设备还包括控制器、接收端、充电电路以及电池，接收端接收无线充电器的发射端50发射的电磁波并形成高频低压交流电并输出至充电电路，充电电路将输入的高频低压交流电转换为高频低压直流电输出至电池，实现对电池的充电。同时，控制器可以控制接收端的开启或关闭，以及第二通信模块80与第一通信单元70之间的通信。由于便携式电子设备的结构是现有技术，在此不再进行赘述。

其中，上述便携式电子设备可以包括手机、平板电脑、膝上型电脑、个人数字助理、移动上网装置、可穿戴式设备、手表以及手环。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无线充电电路，包括整流滤波单元以及发射端，所述整流滤波单元用于将低频高压交流电转换为低频高压直流电，其特征在于，所述无线充电电路还包括：

开关单元，所述开关单元与所述整流滤波单元连接；

控制单元，所述控制单元与所述开关单元连接，用于控制所述开关单元将低频高压直流电转换为高频高压交流电；

高频变压器，所述高频变压器与所述开关单元和所述发射端连接，用于将所述开关单元输出的高频高压交流电转换为高频低压交流电，并将所述高频低压直流电输出至所述发射端。

2.如权利要求1所述的无线充电电路，其特征在于，所述开关单元为MOS管，所述MOS管的栅极与所述控制单元连接，漏极与所述整流滤波单元连接，源极接地。

3.如权利要求1所述的无线充电电路，其特征在于，所述无线充电电路还包括反馈单元，所述反馈单元用于采集所述高频变压器输出的高频低压交流电，并反馈至所述控制单元。

4.如权利要求1所述的无线充电电路，其特征在于，所述无线充电电路还包括与所述控制单元连接的第一通信单元，所述第一通信单元用于接收充电控制信号，并将接收到的充电控制信号输出到所述控制单元，所述控制单元根据所述充电控制信号控制所述发射端的工作状态以及所述发射端发射电磁波的发射频率。

5.如权利要求4所述的无线充电电路，其特征在于，所述工作状态包括发射电磁波和不发射电磁波。

6.如权利要求4或5所述的无线充电电路，其特征在于，所述第一通信单元包括射频识别模块、蓝牙模块、无线局域网模块以及超声波收发模块中的至少一种。

7.如权利要求1所述的无线充电电路，其特征在于，所述发射端包括第一充电接口、第二充电接口和发射线圈，所述第一充电接口与所述高频变压器连接，所述第二充电接口用于与所述第一充电接口连接，所述发射线圈与所述第二充电接口连接。

8.一种无线充电器，其特征在于，所述无线充电器包括如权利要求1至7中任意一项所述的无线充电电路。

9.一种无线充电系统，其特征在于，包括如权利要求8所述的无线充电器以及与所述无线充电器适配的便携式电子设备。

10.如权利要求9所述的无线充电系统，其特征在于，所述便携式电子设备包括第二通信模块，所述第二通信模块用于发送充电控制信号至所述无线充电器的第一通信单元。