CN107069992A - 远距离无线充电系统 - Google Patents

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蔡晨威
郑名洋
邓力
李书芳
张贯京
葛新科
高伟明
张红治
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Abstract

本发明提供一种远距离无线充电系统，所述远距离无线充电系统包括发射端及接收端，所述发射端的发射天线的输出端与所述接收端的接收天线的输入端之间无线连接，所述发射端用于产生信号并通过发射天线发射至空中，所述接收端的接收天线接收所述发射天线的信号并将信号转换成电流。通过本发明可以实现为电子设备进行远距离充电，提高了无线充电的灵活性。

Description

远距离无线充电系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种远距离无线充电系统。
背景技术
现有的电子设备无线充电方案主要是线圈方案，线圈方案是利用磁感应耦合进行能量传递，即平面初级线圈产生时变磁场并在次级线圈中产生感应电压，从而实现能量的传输。相应的，使用这种无线充电技术的电子设备(例如，手机)必须放置在无线充电板上，不能实现为电子设备进行远距离充电。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种远距离无线充电系统，旨在解决现有技术中无法实现为电子设备进行远距离充电的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种远距离无线充电系统，所述远距离无线充电系统包括发射端及接收端，其中：
所述发射端包括压控振荡器、一级放大器、二级放大器及发射天线，所述压控振荡器的输出端与所述一级放大器的输入端连接，所述一级放大器的输出端与所述二级放大器的输入端连接，所述二级放大器的输出端与所述发射天线的输入端连接；
所述接收端包括接收天线、选频电路、整流电路及电流输出端，所述接收天线与所述选频电路串联，所述选频电路与整流电路串联，所述整流电路与所述电流输出端串联；及
所述发射端的发射天线的输出端与所述接收端的接收天线的输入端之间无线连接，所述发射端用于产生信号并通过发射天线发射至空中，所述接收端的接收天线接收所述发射天线发射的信号并将所述信号转换成电流。
优选的，所述发射端上还设置电源，其中，所述电源与所述压控振荡器、一级放大器及二级放大器电连接。
优选的，所述发射端还包括第一电压调节模块及第一稳压模块，所述第一电压调节模块与第一稳压模块及压控振荡器连接，所述电源与第一电压调节模块及第一稳压模块电连接,所述电源用于为压控振荡器提供电能，所述第一电压调节模块用于通过电压调节以控制压控振荡器产生不同频率的信号，所述第一稳压模块用于对电源的电压进行稳压并将稳定的电压输入至第一电压调节模块。
优选的，所述发射端还包括第二电压调节模块及第二稳压模块，所述第二电压调节模块与第二稳压模块及一级放大器电连接，所述电源与第二电压调节模块及第二稳压模块电连接，所述电源用于为一级放大器提供电能，所述第二电压调节模块用于通过电压调节对一级放大器中的信号放大，所述第二稳压模块用于对电源的电压进行稳压并将稳定的电压输入至第二电压调节模块。
优选的，所述发射端还包括第三电压调节模块及第三稳压模块，所述第三电压调节模块与第三稳压模块及二级放大器电连接，所述电源与第三电压调节模块及第三稳压模块电连接，所述电源用于为二级放大器提供电能，所述第三电压调节模块用于通过电压调节对二级放大器中的信号放大，所述第三稳压模块用于对电源的电压进行稳压并将稳定的电压输入至第三电压调节模块。
优选的，所述选频电路由第一电容和第一电感串联组成。
优选的，所述接收端还包括第二电容，其中，所述选频电路通过所述第二电容与所述整流电路串联。
优选的，所述整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第三电容、第四电容、第五电容及第六电容，其中，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管之间并联连接，所述第一二极管的阳极与第二二极管的阴极之间通过第三电容连接，所述第二二极管的阳极与第三二极管的阴极之间通过第四电容连接，所述第三二极管的阳极与第四二极管的阴极之间通过第五电容连接，所述第四二极管的阳极与第五二极管的阴极之间通过第六电容连接，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第三电容、第四电容、第五电容及第六电容所形成的并联电路再与所述第六二极管串联，其中，所述第三电容接地且所述第一二极管的阳极接地。
优选的，所述第六二极管与所述电流输出端串联。
优选的，所述电流输出端包括充电端口及第七电容，其中，所述充电端口与所述第七电容并联，所述第七电容的一端接地。
本发明采用上述技术方案，带来的技术效果为：本发明通过发射端将射频信号逐级放大至高频信号，用发射天线发射高频信号，之后接收端通过所述接收信号接收所述高频信号，并通过选频电路及整流电路将高频信号转换成电流，转换后的电流通过电流输出端输入至电子设备以进行充电，从而实现空中远距离充电，避免了电子设备无线充电时必须放置于线圈装置上，提高了无线充电的灵活性。
附图说明
图1是本发明远距离无线充电系统的结构示意图；
图2是本发明远距离无线充电系统中压控振荡器的优选实施例的结构示意图；
图3是本发明远距离无线充电系统中一级放大器的优选实施例的结构示意图；
图4是本发明远距离无线充电系统中二级放大器的优选实施例的结构示意图；
图5是本发明远距离无线充电系统中接收端的优选实施例的电路结构示意图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。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。
参照图1所示，图1是本发明远距离无线充电系统的结构示意图。
本发明所述远距离无线充电系统1包括发射端10及接收端20。其中，所述发射端10包括压控振荡器100、一级放大器110、二级放大器120及发射天线130，所述压控振荡器100的输出端与所述一级放大器110的输入端连接，所述一级放大器110的输出端与所述二级放大器120的输入端连接，所述二级放大器120的输出端与所述发射天线130的输入端连接。所述接收端20包括接收天线210、选频电路220、整流电路230及电流输出端240。所述接收天线210的输出端与所述选频电路220的输入端连接，所述选频电路220的输出端与所述整流电路230的输入端连接，所述整流电路230的输出端还与所述电流输出端240的输入端连接。
所述发射端10的发射天线130的输出端与所述接收端20的接收天线210的输入端之间无线连接。具体地说，所述发射端10用于产生高能量信号并通过发射天线130发射至空中，所述接收端20的接收天线210接收所述发射天线130的高能量信号并产生用于供电的电流。在本实施例中，所述发射天线130及所述发射天线210均为八木天线，其中发射天线130及所述发射天线210的发射频率均在340至570MHz之间。
所述远距离无线充电系统1充电效率采用自由空间传播模型：其中，Pt为发射功率，Pr为接收功率，Gf为发射天线130的增益，Gr为接收天线200的增益，d为发射天线130与接收天线210之间的距离，L为与传播无关的系统损耗因子。
在本实施例中，所述发射端10通过压控振荡器100产生一个信号，通过一级放大器110及二级放大器120将所述信号的射频功率放大，例如，将6dBm的功率信号放大到可调节的功率信号(最大为60W)，并通过发射天线130发射至空气中。所述发射天线130的发射功率越大，可以无线充电的距离就越远。所述远距离无线充电系统1通过产生小幅度的射频信号，并将其逐级放大，并用发射天线130发射(即将14V直流电能转化为440MHz左右的高频信号)至空中，可以实现电能在空气介质中传播。
所述压控振荡器100用于产生信号至一级放大器110。所述一级放大器110用于将所述信号放大至第一预设频率(例如，150MHz)，并将所述第一预设频率的信号输入至所述二级放大器120。所述二级放大器120用于将第一预设频率的信号放大至第二预设频率(例如，440MHz)，并将第二预设频率的信号输入至发射天线130。所述发射天线130用于将所述第二预设频率的信号发射至空中。
所述接收端20通过接收天线210接收发射天线130发射出来的信号，并通过选频电路220及整流电路230将信号转换成电流，之后通过电流输出端输出至待充电的电子设备(例如，手机等其它电子设备)。
进一步地，如图2至4所示，所述发射端10上还设置电源104、第一电压调节模块102、第二电压调节模块112、第三电压调节模块122、第一稳压模块103、第二稳压模块113、第三稳压模块123。其中，电源104与第一电压调节模块102、第二电压调节模块112、第三电压调节模块122、第一稳压模块103、第二稳压模块113、第三稳压模块123、压控振荡器100、一级放大器110及二级放大器120电连接。在其它实施例中，所述第一电压调节模块102、第二电压调节模块112、第三电压调节模块122、第一稳压模块103、第二稳压模块113、第三稳压模块123可以省略。
具体地，如图2所示，所述第一电压调节模块102与第一稳压模块103及压控振荡器100连接。所述电源104用于为压控振荡器100提供电能，其中，该电源104为直流电源(例如，14伏特的直流电源)。所述第一电压调节模块102用于通过电压调节以控制压控振荡器100产生不同频率的信号。所述第一稳压模块103用于对电源104的电压进行稳压并将稳定的电压输入至第一电压调节模块102，以防止电源104的电压波动而影响所述第一电压调节模块102。在本实施例中，所述第一电压调节模块102可以是，但不限于，电位器或滑动变阻器。所述第一稳压模块103为稳压器。需要说明的是，图2中电源104与压控振荡器100之间的连接导线并不会和第一电压调节模块102与第一稳压模块103之间的连接导线形成十字的通路，而只是为了图2的显示便利。
如图3所示，所述第二电压调节模块112与第二稳压模块113及一级放大器110连接。所述电源104用于为一级放大器110提供电能。所述第二电压调节模块112用于通过电压调节以对一级放大器110中的信号(即压控振荡器100传输过来的信号)进行放大(即信号增益)，例如，将压控振荡器100传输过来信号放大(例如，放大二至五倍)。所述第二稳压模块113用于对电源104的电压进行稳压并将稳定的电压输入至第二电压调节模块112，以防止电源104的电压波动而影响所述第二电压调节模块112。在本实施例中，所述第二电压调节模块113可以是，但不限于，电位器或滑动变阻器。所述第二稳压模块113为稳压器。需要说明的是，图3中电源104与一级放大器110之间的连接导线并不会和第二电压调节模块112与第二稳压模块113之间的连接导线形成十字的通路，而只是为了图3的显示便利。
如图4所示，所述第三电压调节模块122与第三稳压模块123及二级放大器120连接。所述电源104用于为二级放大器120提供电能。所述第三电压调节模块122用于通过电压调节以对二级放大器120(即一级放大器110传输过来信号)进行放大(即信号增益)，例如，将一级放大器110传输过来信号放大(例如，放大二至五倍)。所述第三稳压模块123用于对电源104的电压进行稳压并将稳定的电压输入至第三电压调节模块122，以防止电源104的电压波动而影响所述第三电压调节模块122。在本实施例中，所述第三电压调节模块123可以是，但不限于，电位器或滑动变阻器。所述第三稳压模块123为稳压器。所述第三稳压模块123为稳压器。需要说明的是，图4中电源104与二级放大器120之间的连接导线不会和第三电压调节模块122与第三稳压模块123之间的连接导线形成十字的通路，而只是为了图4的显示便利。
进一步地，如图5所述，所述接收天线210与所述选频电路220串联，所述选频电路220与整流电路230串联，所述整流电路230与所述电流输出端240串联。
所述接收天线210用于从空中接收预设频率(例如，440MHz以上的频率)的信号并将信号传输给所述选频电路220，所述选频电路220用于将预算频率的信号进行滤波过滤(例如，过滤低于440MHz频率的信号)，所述整流电路230用于将所述滤波过滤后的信号转换为充电电流并输出至电流输出端口240。
其中，所述选频电路220由第一电容C1和第一电感L1串联组成，其中，第一电容C1优选为100pf，第一电感L1优选为1300pH，第一电感L1的谐振频率约为440M。其中，电感L1的一端接地。
优选的，所述选频电路220选出440M左右的交流电信号，经过第二电容C2隔绝直流电，输送给整流电路230。即所述选频电路220通过第二电容C2与整流电路230串联。
所述整流电路230包括六个二极管(即第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管)及四个电容(即第三电容、第四电容、第五电容及第六电容)，其中，所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5之间并联连接，所述第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阴极之间通过第三电容C3连接，所述第二二极管D2的阳极与第三二极管D3的阴极之间通过第四电容C4连接，所述第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阴极之间通过第五电容C5连接，所述第四二极管D4的阳极与第五二极管D5的阴极之间通过第六电容C6连接，所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5及第六电容C6所形成的并联电路再与所述第六二极管D6串联，其中，所述第三电容C3接地且所述第一二极管D1的阳极接地。
所述电流输出端240包括充电端口(即图5中的CON1)及第七电容C7，其中充电端口与所述第七电容C7并联连接。其中，所述第七电容C7的一端接地。所述充电端口与电子设备连接以对电子设备充电。
在本实施例中，所述整流电路230为五倍压整流电路，可以把较低的交流电压变为较高的直流电压。其中，所述整流电路230的输出电压为输入电压的5倍大小。然后经过第六二极管D6隔绝交流电，将电压加载到电流输出端240的电容第七电容C7上，电子设备(例如手机)的两端并联到电流输出端240的电容第七电容C7上即可充电为电子设备充电。
需要说明的是，图5中C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7优选为100pf大小的电容，L1优选为1300pH大小的电感；D1、D2、D3、D4、D5、D6为二极管。
所述远距离无线充电系统1通过产生小幅度的射频信号，并将其逐级放大，并用发射天线130发射高频信号(即将14V直流电能转化为440MHz左右的高频信号)，之后所述接收信号接收所述高频信号，并通过选频电路220及整流电路230将高频信号转换成电流，转换后的电流通过电流输出端240输入至电子设备以进行充电。
具体地说，此远距离无线充电系统1将电源的14V直流电转换为高频信号能量，并用八木天线将其辐射出去。当天线辐射的输出功率为8W时，在一般的室内条件下，距离3米成功为一部智能手机持续充电。在相同环境中，随着可调节输出功率的增大，充电距离也随之增大。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或之间或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种远距离无线充电系统，其特征在于，所述远距离无线充电系统包括发射端及接收端，其中：
所述发射端包括压控振荡器、一级放大器、二级放大器及发射天线，所述压控振荡器的输出端与所述一级放大器的输入端连接，所述一级放大器的输出端与所述二级放大器的输入端连接，所述二级放大器的输出端与所述发射天线的输入端连接；
所述接收端包括接收天线、选频电路、整流电路及电流输出端，所述接收天线与所述选频电路串联，所述选频电路与整流电路串联，所述整流电路与所述电流输出端串联；及
所述发射端的发射天线的输出端与所述接收端的接收天线的输入端之间无线连接，所述发射端用于产生信号并通过发射天线发射至空中，所述接收端的接收天线接收所述发射天线发射的信号并将所述信号转换成电流。
2.如权利要求1所述的远距离无线充电系统，其特征在于，所述发射端上还设置电源，其中，所述电源与所述压控振荡器、一级放大器及二级放大器电连接。
3.如权利要求2所述的远距离无线充电系统，其特征在于，所述发射端还包括第一电压调节模块及第一稳压模块，所述第一电压调节模块与第一稳压模块及压控振荡器连接，所述电源与第一电压调节模块及第一稳压模块电连接,所述电源用于为压控振荡器提供电能，所述第一电压调节模块用于通过电压调节以控制压控振荡器产生不同频率的信号，所述第一稳压模块用于对电源的电压进行稳压并将稳定的电压输入至第一电压调节模块。
4.如权利要求2所述的远距离无线充电系统，其特征在于，所述发射端还包括第二电压调节模块及第二稳压模块，所述第二电压调节模块与第二稳压模块及一级放大器电连接，所述电源与第二电压调节模块及第二稳压模块电连接，所述电源用于为一级放大器提供电能，所述第二电压调节模块用于通过电压调节对一级放大器中的信号放大，所述第二稳压模块用于对电源的电压进行稳压并将稳定的电压输入至第二电压调节模块。
5.如权利要求2所述的远距离无线充电系统，其特征在于，所述发射端还包括第三电压调节模块及第三稳压模块，所述第三电压调节模块与第三稳压模块及二级放大器电连接，所述电源与第三电压调节模块及第三稳压模块电连接，所述电源用于为二级放大器提供电能，所述第三电压调节模块用于通过电压调节对二级放大器中的信号放大，所述第三稳压模块用于对电源的电压进行稳压并将稳定的电压输入至第三电压调节模块。
6.如权利要求1所述的远距离无线充电系统，其特征在于，所述选频电路由第一电容和第一电感串联组成。
7.如权利要求6所述的远距离无线充电系统，其特征在于，所述接收端还包括第二电容，其中，所述选频电路通过所述第二电容与所述整流电路串联。
8.如权利要求7所述的远距离无线充电系统，其特征在于，所述整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第三电容、第四电容、第五电容及第六电容，其中，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管之间并联连接，所述第一二极管的阳极与第二二极管的阴极之间通过第三电容连接，所述第二二极管的阳极与第三二极管的阴极之间通过第四电容连接，所述第三二极管的阳极与第四二极管的阴极之间通过第五电容连接，所述第四二极管的阳极与第五二极管的阴极之间通过第六电容连接，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第三电容、第四电容、第五电容及第六电容所形成的并联电路再与所述第六二极管串联，其中，所述第三电容接地且所述第一二极管的阳极接地。
9.如权利要求8所述的远距离无线充电系统，其特征在于，所述第六二极管与所述电流输出端串联。
10.如权利要求9所述的远距离无线充电系统，其特征在于，所述电流输出端包括充电端口及第七电容，其中，所述充电端口与所述第七电容并联，所述第七电容的一端接地。
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