CN106911193A - 一种带有无线充电的集成电路和集成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有无线充电的集成电路和集成方法，通过将无线电能接收层放置于无线充电主板上，然后无线充电主板堆叠放置于电子设备的主板(或电池)之上，无线充电器件采用单独的主板放置，散热性能好，并且无线电能接收层通过磁共振方式耦合发射装置传输的空间磁场，可使得可穿戴设备能量传输效率高、距离远并且结构紧凑，体积小巧。

Description

一种带有无线充电的集成电路和集成方法

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，更具体地说，涉及一种带有无线充电的集成电路和集成方法。

背景技术

智能穿戴电子设备例如智能手表、手环以及智能跑鞋由于其方便、快捷越来越受大众欢迎，但这些智能穿戴设备的充电是一大技术难题，现有技术大多采用两种方式：接触式充电和非接触磁感应式充电。

在接触式充电中，需要给电子设备设置可以导电的金属接触点，外部直流电通过金属接触点给电子设备充电，但这种充电方式会使得金属接触点裸露在外面，整个设备不是完全封闭的，造成穿戴电子设备内部的防水防尘能力降低。

在非接触磁感应充电方式中，将具有无线充电接收功能的模块集成到智能穿戴电子设备里，电子设备可以做到全封闭。现有技术中的非接触无线充电方式一般是通过外置的电能发射平台产生空间磁场，通过内置的电能接收线圈感应交变磁场，从而产生电能给电子设备充电，但是，在磁感应充电方式中，穿戴电子设备内的电能接收线圈和外置的电能发射线圈需要紧密贴合，接收线圈才能感应出电压，而且，由于穿戴设备自身的形状特征，往往需要通过磁吸的方式和外部的电能发射线圈紧密贴合，才能正常充电。可以看出，这样的无线充电方式非常不便，充电效果差。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种带有无线充电的集成电路和集成方法，通过将无线电能接收层放置于无线充电主板上，再将无线充电主板堆叠放置于电子设备的主板(或电池)之上，无线电能接收层通过磁共振方式耦合空间磁场，这样，可使得可穿戴设备结构紧凑，体积小巧，并且能量传输效率高。

依据本发明的一种带有无线充电的集成电路，用于可穿戴电子设备中，所述集成电路包括电子设备主板、电子设备电池、无线充电主板以及电能接收层；

所述电子设备主板用以放置实现各功能的电子设备器件，并且所述实现各功能的电子设备器件电连接至所述电子设备主板；

所述无线充电主板用以放置实现无线充电的无线充电器件，并且所述无线充电器件电连接至所述无线充电主板；

所述电能接收层包括电能接收线圈、依次与所述电能接收线圈紧邻放置的第一屏蔽层和第二屏蔽层，所述电能接收层放置于所述无线充电主板之上；

其中，所述电能接收层和所述无线充电主板共同作为第一结构层，所述电子设备主板和所述电子设备电池共同作为第二结构层，所述第一结构层和所述第二结构层堆叠放置。

优选的，所述电子设备器件放置在所述电子设备主板之上，所述电子设备主板和所述电子设备电池叠加放置，且所述电子设备电池放置于所述电子设备器件之上。

优选的，所述电子设备器件放置在所述电子设备主板之上，所述电子设备主板和所述电子设备电池叠加放置，且所述电子设备电池放置于所述电子设备主板之下。

优选的，所述电子设备器件放置于所述电子设备主板之上，所述电子设备主板和所述电子设备电池平行放置。

优选的，所述无线充电主板的放置有无线充电器件的方向与所述电子设备主板的放置有电子设备器件的方向为相同的方向。

优选的，所述无线充电主板的放置有无线充电器件的方向与所述电子设备主板的放置有电子设备器件的方向为相反的方向，且所述无线充电器件和所述电子设备器件对向放置。

进一步的，当所述无线充电器件和所述电子设备器件对向放置时，则将高度超过一定值的部分器件放置于电子设备主板上电子设备器件的间隙中。

进一步的，所述无线充电器件包括谐振电容、整流电路、直流变换电路和滤波电路，

所述谐振电容和所述电能接收线圈谐振工作以耦合电能发射板的空间磁场，以获得对应的交变电压；

所述整流电路接收所述交变电压以转换为第一直流电压；

所述直流变换电路接收所述第一直流电压以转换为期望值的第二直流电压；

所述滤波电路接收所述第二直流电压进行滤波处理后产生输出电压或电流以给所述电子设备电池充电。

优选的，所述第一屏蔽层为磁屏蔽层，所述第二屏蔽层为铜屏蔽层，且所述磁屏蔽层为中间具有一通孔的空心结构。

优选的，所述电能接收线圈为中间空心的线圈结构，所述电能接收线圈的外侧与所述集成电路的外沿相齐平。

依据本发明的一种带有无线充电的集成方法，用于可穿戴电子设备中，包括以下步骤：

将实现各功能的电子设备器件放置于所述电子设备主板之上，并电连接至所述电子设备主板；

将实现无线充电器件放置于所述无线充电主板之上，并电连接至所述无线充电主板；

将电能接收层放置于所述无线充电主板之上；

其中，所述电能接收层和所述无线充电主板共同作为第一结构层，所述电子设备主板和所述电子设备的电池共同作为第二结构层，所述第一结构层和所述第二结构堆叠放置。

优选的，所述电能接收层包括电能接收线圈、依次与所述电能接收线圈紧邻放置的磁屏蔽层和铜屏蔽层，且所述磁屏蔽层为中间具有一通孔的空心结构。

根据上述的带有无线充电的集成电路和集成方法，通过将无线电能接收层放置于无线充电主板上，然后将无线充电主板堆叠放置于电子设备的主板(或电池)之上，最上层的无线电能接收层通过磁共振方式耦合空间磁场。相对于现有技术，本发明采用磁共振方式耦合能量，能量传输效率高，距离远；无线充电器件采用单独的主板放置，散热性能好；采用堆叠方式放置无线充电主板和电子设备主板，可使得可穿戴设备结构紧凑，体积小巧。

附图说明

图1所示为可穿戴电子设备内置主板的集成实施方式之一；

图2所示为可穿戴电子设备内置主板的集成实施方式之二；

图3所示为可穿戴电子设备内置主板的集成实施方式之三；

图4所示为依据本发明的带有无线充电的集成电路的第一种实现方式的示意图；

图5所示为依据本发明的带有无线充电的集成电路的第二种实现方式的示意图；

图6所示为依据本发明的带有无线充电的集成电路的第三种实现方式的示意图；

图7所示为依据本发明的带有无线充电的集成电路的第四种实现方式的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明的一些优选实施例，但本发明不限于此。

现有的可穿戴电子设备中，其集成电路通常包括有实现各功能的电子设备器件2、放置所述电子设备器件的电子设备主板3以及给电子设备供电的电子设备电池1，并且所述电子设备器件2电连接至所述电子设备主板3，这里，所述电子设备器件包括功率开关管、电容、电感等电子元器件或由元器件构成的功率电路。现有技术中电子设备主板和电池排列集成通常有如下三种方式：

如图1所示为第一种实现方式，所述电子设备器件2放置在所述电子设备主板3之上，所述电子设备主板3和所述电子设备电池1叠加放置，且所述电子设备电池1放置于所述电子设备器件2之上。

如图2所示为第二种实现方式，所述电子设备器件2放置于所述电子设备主板3之上，所述电子设备主板3和所述电子设备电池1堆叠放置，且所述电子设备电池1放置于所述电子设备主板3之下。

如图3所示为第三种实现方式，所述电子设备器件2放置于所述电子设备主板3之上，所述电子设备主板3和所述电子设备电池1平行放置。

当可穿戴电子设备需要集成无线充电功能时，则需要在上述几种集成电路基础上增加无线充电相关器件，参考图4所示为依据本发明的带有无线充电的集成电路的第一种实现方式，在本实施例中所述电子设备主板和电子设备电池的排列以第一种实现方式为例。这里，所述集成电路进一步包括电能接收层、无线充电器件7和无线充电主板8，所述电能接收层包括电能接收线圈4、依次与所述电能接收线圈紧邻放置的第一屏蔽层(磁屏蔽层5)和第二屏蔽层(金属铜屏蔽层6)，下文中均相同，所述电能接收层放置于所述无线充电主板8之上。

这里，所述无线充电器件7包括谐振电容、整流电路、直流变换电路和滤波电路(图4中未详细示出)，所述谐振电容和所述电能接收线圈谐振工作以耦合电能发射板的空间磁场，以获得对应的交变电压；所述整流电路接收所述交变电压以转换为第一直流电压；所述直流变换电路接收所述第一直流电压以转换为期望值的第二直流电压；所述滤波电路接收所述第二直流电压进行滤波处理后产生输出电压或电流以给所述电子设备电池充电。根据上述的阐述可以看出，本发明实施例中的无线充电结构是以磁共振的方式从发射装置耦合能量的，能量传输效率高、距离远。

其中，无线充电器件7放置于所述无线充电主板8之上，并且电连接至所述无线充电主板8，如图4所示，所述电能接收层实际放置于所述无线充电器件7之上。

根据上述的内容可知，将所述电能接收层和所述无线充电主板共同作为第一结构层，将所述电子设备主板和所述电子设备电池共同作为第二结构层，则所述第一结构层和所述第二结构层叠加放置。这里，所述电子设备主板和所述无线充电主板可为PCB板或陶瓷基板。在图4中，无线充电主板和电能接收层置于上一结构层，电子设备主板和电池置于下一结构层，但本领域技术人员可知，其叠加位置可上下互换。

所述电子设备主板与所述无线充电主板堆叠的一种具体方式为：所述无线充电主板的放置有无线充电器件的方向与所述电子设备主板的放置有电子设备器件的方向为相同的方向，例如定义无线充电器件向上放置在所述无线充电主板中，则所述电子设备器件也是向上放置在所述电子设备主板上，这样可使得无线接收层、无线充电器件、无线充电主板、电子设备电池、电子设备器件、电子设备主板依次堆叠放置。

从图4中可以看出，本实施方式中，为了尽可能大的耦合空间磁场，所述电能接收线圈为中间空心的线圈结构，即是中间无线圈绕线，四周有线圈绕线的线圈结构，并且，所述电能接收线圈的外侧与所述集成电路的外沿相齐平。这样可使得接收线圈能尽可能大的包围发射装置的磁场空间，以获得更多的传输能量。

本发明实施例的带有无线充电的集成电路采用堆叠方式放置无线充电主板和电子设备主板，可使得集成电路结构紧凑，体积小巧，非常适用于智能手表、手环等体积要求较小的可穿戴电子设备中。

参考图5所示为依据本发明的带有无线充电的集成电路的第二种实现方式，在本实施例是在图4实施例的基础上的进一步改进，本实施例中无线充电器件和主板以及电子设备器件和主板的排列方式均与上一实施例相同，在此不再赘述，所不同的是，在本实施例中，所述磁屏蔽层为中间具有一通孔的空心结构。通过设置磁屏蔽层为空心结构，可以减小对电能发射装置的磁阻影响，以提高无线能量传输的效率，同时，也可以减轻整个集成电路的重量，进而减小了可穿戴电子设备的重量。

参考图6所示为依据本发明的带有无线充电的集成电路的第三种实现方式，在本实施例中所述电子设备主板和电子设备电池的排列以第二种实现方式为例。在本实施例中，所述电能接收层放置于所述无线充电主板7之上，与上两个不同的是，本实施例中，所述无线充电主板的放置有无线充电器件的方向与所述电子设备主板的放置有电子设备器件的方向为相反的方向，且所述无线充电器件和所述电子设备器件对向放置，例如定义无线充电器件向下放置在所述无线充电主板中，则所述电子设备器件是向上放置在所述电子设备主板上，这样可使得无线充电主板、无线充电器件、电子设备器件、电子设备主板依次堆叠放置。并且，当所述无线充电器件中部分器件高度大于一定值时，则将高度超过一定值的部分器件放置于电子设备器件的间隙中，这样可使得堆叠的整体高度不致过高。本实施例的排列集成方式同样能够实现无线磁共振的无线充电，无线充电过程和原理以上述第一个实施例相同，且同样使得集成电路结构紧凑，体积小巧。

参考图7所示为依据本发明的带有无线充电的集成电路的第四种实现方式，在本实施例中所述电子设备主板和电子设备电池的排列以第三种实现方式为例，所述电子设备主板3和电子设备电池1是平行放置的。电能接收层放置于无线充电主板8之上，并且，所述电能接收层和无线充电主板构成的第一结构层放置于所述电子设备主板3和电子设备电池1之上，这种排列方式对子电子设备器件较少的电子设备而言，能够进一步减小厚度。同理，本实施例的排列集成方式同样能够实现无线磁共振的无线充电，无线充电过程和原理以上述第一个实施例相同，且同样使得集成电路结构紧凑，体积小巧。

最后需要说明的是，上述实施例是对优选实施方案进行阐述，但本领域技术人员可知，上述实施方式之间也可结合使用，例如，第二种实施例和第三种实施例方式结合使用，即是磁屏蔽层为中间具有一通孔的空心结构，且所述无线充电器件和所述电子设备器件对向放置，这样既可以减小集成电路的厚度也可以增大接收线圈的耦合程度。或者是将第三种实施例与第四种实施例结合使用，当所述电子设备主板3和电子设备电池1是平行放置时，将无线充电器件和电子设备器件对向放置，还可以将厚度较大的无线充电器件放置于所述电子设备器件的空隙中，可减小集成电路厚度的同时提高电路内部的空间利用率，使得集成电路的结构更加紧凑。

最后，本发明还提供了一种带有无线充电的集成方法，用于可穿戴电子设备中，包括以下步骤：

将实现各功能的电子设备器件放置于所述电子设备主板之上，并电连接至所述电子设备主板；

将实现无线充电器件放置于所述无线充电主板之上，并电连接至所述无线充电主板；

将电能接收层放置于所述无线充电主板之上；

其中，所述电能接收层和所述无线充电主板共同作为第一结构层，所述电子设备主板和所述电子设备的电池共同作为第二结构层，所述第一结构层和所述第二结构堆叠放置。

优选的，所述电能接收层包括电能接收线圈、依次与所述电能接收线圈紧邻放置的磁屏蔽层和铜屏蔽层，且所述磁屏蔽层为中间具有一通孔的空心结构。

根据本发明的带有无线充电的集成电路和集成方法，通过将无线电能接收层放置于无线充电主板上，然后无线充电主板堆叠放置于电子设备的主板(或电池)之上，无线电能接收层通过磁共振方式耦合发射装置传输的空间磁场，这样，可使得可穿戴设备能量传输效率高、距离远。无线充电器件采用单独的主板放置，散热性能好，无线充电主板和电子设备主板通过叠加的方式集成在一个电路中，可以使得集成电路结构紧凑，进而使得可穿戴设备体积小巧。

以上对依据本发明的优选实施例的带有无线充电的集成电路和集成方法进行了详尽描述，但关于该专利的电路和有益效果不应该被认为仅仅局限于上述所述的，公开的实施例和附图可以更好的理解本发明，因此，上述公开的实施例及说明书附图内容是为了更好的理解本发明，本发明保护并不限于限定本公开的范围，本领域普通技术人员对本发明实施例的替换、修改均在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种带有无线充电的集成电路，用于可穿戴电子设备中，其特征在于，所述集成电路包括电子设备主板、电子设备电池、无线充电主板以及电能接收层；

所述电子设备主板用以放置实现各功能的电子设备器件，并且所述实现各功能的电子设备器件电连接至所述电子设备主板；

所述无线充电主板用以放置实现无线充电的无线充电器件，并且所述无线充电器件电连接至所述无线充电主板；

所述电能接收层包括电能接收线圈、依次与所述电能接收线圈紧邻放置的第一屏蔽层和第二屏蔽层，所述电能接收层放置于所述无线充电主板之上；

其中，所述电能接收层和所述无线充电主板共同作为第一结构层，所述电子设备主板和所述电子设备电池共同作为第二结构层，所述第一结构层和所述第二结构层堆叠放置。

2.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述电子设备器件放置在所述电子设备主板之上，所述电子设备主板和所述电子设备电池叠加放置，且所述电子设备电池放置于所述电子设备器件之上。

3.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述电子设备器件放置在所述电子设备主板之上，所述电子设备主板和所述电子设备电池叠加放置，且所述电子设备电池放置于所述电子设备主板之下。

4.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述电子设备器件放置于所述电子设备主板之上，所述电子设备主板和所述电子设备电池平行放置。

5.根据权利要求2或3或4所述的集成电路，其特征在于，所述无线充电主板的放置有无线充电器件的方向与所述电子设备主板的放置有电子设备器件的方向为相同的方向。

6.根据权利要求3或4所述的集成电路，其特征在于，所述无线充电主板的放置有无线充电器件的方向与所述电子设备主板的放置有电子设备器件的方向为相反的方向，且所述无线充电器件和所述电子设备器件对向放置。

7.根据权利要求6所述的集成电路，其特征在于，当所述无线充电器件和所述电子设备器件对向放置时，则将高度超过一定值的部分器件放置于电子设备主板上电子设备器件的间隙中。

8.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述无线充电器件包括谐振电容、整流电路、直流变换电路和滤波电路，

所述谐振电容和所述电能接收线圈谐振工作以耦合电能发射板的空间磁场，以获得对应的交变电压；

所述整流电路接收所述交变电压以转换为第一直流电压；

所述直流变换电路接收所述第一直流电压以转换为期望值的第二直流电压；

所述滤波电路接收所述第二直流电压进行滤波处理后产生输出电压或电流以给所述电子设备电池充电。

9.根据权利要求2或3或4所述的集成电路，其特征在于，所述第一屏蔽层为磁屏蔽层，所述第二屏蔽层为铜屏蔽层，且所述磁屏蔽层为中间具有一通孔的空心结构。

10.根据权利要求8所述的集成电路，其特征在于，所述电能接收线圈为中间空心的线圈结构，所述电能接收线圈的外侧与所述集成电路的外沿相齐平。

11.一种带有无线充电的集成方法，用于可穿戴电子设备中，其特征在于，包括以下步骤：

将实现各功能的电子设备器件放置于所述电子设备主板之上，并电连接至所述电子设备主板；

将实现无线充电器件放置于所述无线充电主板之上，并电连接至所述无线充电主板；

将电能接收层放置于所述无线充电主板之上；

其中，所述电能接收层和所述无线充电主板共同作为第一结构层，所述电子设备主板和所述电子设备的电池共同作为第二结构层，所述第一结构层和所述第二结构堆叠放置。

12.根据权利要求11所述的集成方法，其特征在于，所述电能接收层包括电能接收线圈、依次与所述电能接收线圈紧邻放置的磁屏蔽层和铜屏蔽层，且所述磁屏蔽层为中间具有一通孔的空心结构。