CN107086619B - 一种无线充电球 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无线充电球，属于无线充电应用技术领域。本发明包括系统主体、圆形线圈组、空心球壳、空心支架、圆柱体型底座，圆形线圈组由三个相互正交的线圈组成且包含在空心球壳内，系统主体安装在圆柱体型底座内，圆柱体型底座通过空心支架与空心球壳连接，系统主体与圆形线圈组通过安装在空心支架内的导线连接，系统主体的发射端的方波产生由NE555芯片完成，在后续电路中加入了基于HIP4081芯片的驱动电路；功率发射部分，采用的是半桥功率放大电路，大幅度增加系统的带载能力，圆形线圈组采用三个具有一定匝数且相互正交的结构，由此可以向8个方向辐射电磁波。本发明可以实现接近360°全方位隔空无线充电。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线充电器，特别涉及一种无线充电球，属于无线充电技术领域。
背景技术
现今的无线充电器的充电方式一般都需要被充电设备与其紧密接触，而且其电磁能量向外辐射，一般只面对一个方向，导致被充电设备如果距离无线充电器比较远或者不在无线充电器向外辐射的一面就无法进行充电，使用不方便。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无线充电球，可以克服现有充电方案的约束，能够实现近似360°全方位隔空充电。
本发明采用的技术方案是：一种无线充电球，包括系统主体、圆形线圈组、空心球壳1、空心支架2、圆柱体型底座3，圆形线圈组由三个相互正交的线圈组成且包含在空心球壳1内，系统主体的数量为三个且均安装在圆柱体型底座3内，圆柱体型底座3通过空心支架2与空心球壳1连接，每一个系统主体与圆形线圈组中的一个对应线圈通过安装在空心支架2内的导线连接。
所述的系统主体包括NE555芯片、HIP4081芯片、滑动电阻R1、二极管D1、保护二极管D2、保护二极管D3，场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电解电容C2、补偿电容C3、电容C4、电容C5、电容C6。
滑动电阻R1的一端连接NE555芯片的8引脚，另一端与NE555芯片7引脚和电阻R6的一端相连，R6的另一端分别与NE555的6引脚、2引脚及电容C4的一端，电容C5的两端分别与NE555芯片的5引脚和电容C4的另一端相连，且电容C4、电容C5共地；电阻R4一端与NE555芯片的3引脚相连，另一端则分别连接电容C6的一端和HIP4081芯片的5引脚处，电容C6的另一端则接地，电阻R7、电阻R8分别与芯片HIP4081的8引脚、9引脚相连，另一端则共地，二极管D1的阴极分别与芯片HIP4081的1引脚和电容C1一端相连，二极管D1的阳极则分别与芯片HIIP4081的15引脚、16引脚相连，电容C1的另一端则分别与芯片HIP4081的19引脚、电阻R3的一端、场效应管Q1的源极、场效应管Q2的漏极、保护二极管D2的阳极、保护二极管D3的阴极、电容C3的一端相连，电容C3的另一端则与圆形线圈组的一端相连，电阻R2的一端与芯片HIP4081的20引脚相连，另一端与电阻R3的一端、场效应管Q1的栅极相连，电阻R5一端与芯片HIP4081的18引脚相连，另一端与电阻R9的一端、场效应管Q2的栅极相连，电阻R9的另一端、场效应管Q2的源极、保护二极管D3的阳极以及圆形线圈组的另一端共同接地，电解电容C2的正极与保护二极管D2的阴极、场效应管Q1的漏极相连，芯片HIP4081的引脚6、引脚10、引脚11、引脚12、引脚13、引脚14悬空。
优选地，所述的圆柱体型底座3上设有开关5、电源线接口6、绿色工作指示灯7、黄色工作指示灯8、红色工作指示灯9，电源线接口6外接电源，绿色工作指示灯7、黄色工作指示灯8、红色工作指示灯9均与系统主体连接。
优选地，所述的圆柱体型底座3上设有散热口4。
本发明的工作原理是：当整个系统工作时，发射端中的NE555方波产生电路根据其自身电路的特点，通过NE555芯片3引脚输出方波，该方波的频率计算公式为：由系统所需的方波频率100KHz可近似算出，电阻R6的值为1kΩ，滑动电阻R1所需要的阻值为2.35kΩ，电容C4所需要的电容值为3300pF。接着该方波通过由HIP4081构成的半桥驱动电路，驱动半桥功率放大电路，其具体实现方式为：所产生的方波通过电阻R4引入HIP4081芯片的5引脚，然后由该芯片的18引脚、20引脚输出两个互补的方波，进而送入半桥电路中。半桥功率放大部分则通过收到驱动信号驱动场效应管Q1、Q2，进而实现功率放大。最后，根据系统工作频率100KHz和LC谐振公式/>(此公式中的L代表空心线圈的电感值)，可近似计算出补偿电容C3的容值，以及根据空心电感线圈经验公式/>(I代表空心线圈的电感值，也就是前述谐振公式中的L，D代表线圈直径，N代表匝数，此公式中的L代表线圈长度)，制作满足要求的线圈。
系统工作时，由NE555产生一定频率的方波，经过驱动电路，驱动半桥功率放大电路，通过相互正交的三个线圈向外辐射电磁能量，以此实现近似360°全方位充电。
本发明的有益效果是：当此充电设备工作时，可以近似实现360°全方位隔空无线充电，且可以满足多个被充电设备同时接入。此外，通过控制端可以实现安全、节能充电。
附图说明
图1是本发明的发射端电路原理图；
图2是圆形线圈组中单个线圈结构示意图；
图3是本发明的系统组装图；
图4是图3中部分连接放大图；
图5是本发明包含有相互正交球形线圈的球壳示意图。
图中各标号为：1-空心球壳，2-空心支架，3-圆柱体型底座，4-散热口，5-开关，6-电源线接口，7-绿色工作指示灯，8-黄色工作指示灯，9-红色工作指示灯，10-连接口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-5所示，一种无线充电球，包括系统主体、圆形线圈组、空心球壳1、空心支架2、圆柱体型底座3，圆形线圈组由三个相互正交的线圈组成且包含在空心球壳1内，圆柱体型底座3具有收纳空间，系统主体的数量为三个且均安装在圆柱体型底座3内，圆柱体型底座3通过空心支架2与空心球壳1连接，每一个系统主体与圆形线圈组中的一个对应线圈通过安装在空心支架2内的导线连接。
所述的系统主体包括NE555芯片、HIP4081芯片、滑动电阻R1、二极管D1、保护二极管D2、保护二极管D3，场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电解电容C2、补偿电容C3、电容C4、电容C5、电容C6。
滑动电阻R1的一端连接NE555芯片的8引脚，另一端与NE555芯片7引脚和电阻R6的一端相连，R6的另一端分别与NE555的6引脚、2引脚及电容C4的一端，电容C5的两端分别与NE555芯片的5引脚和电容C4的另一端相连，且电容C4、电容C5共地；电阻R4一端与NE555芯片的3引脚相连，另一端则分别连接电容C6的一端和HIP4081芯片的5引脚处，电容C6的另一端则接地，电阻R7、电阻R8分别与芯片HIP4081的8引脚、9引脚相连，另一端则共地，二极管D1的阴极分别与芯片HIP4081的1引脚和电容C1一端相连，二极管D1的阳极则分别与芯片HIIP4081的15引脚、16引脚相连，电容C1的另一端则分别与芯片HIP4081的19引脚、电阻R3的一端、场效应管Q1的源极、场效应管Q2的漏极、保护二极管D2的阳极、保护二极管D3的阴极、电容C3的一端相连，电容C3的另一端则与圆形线圈组的一端相连，电阻R2的一端与芯片HIP4081的20引脚相连，另一端与电阻R3的一端、场效应管Q1的栅极相连，电阻R5一端与芯片HIP4081的18引脚相连，另一端与电阻R9的一端、场效应管Q2的栅极相连，电阻R9的另一端、场效应管Q2的源极、保护二极管D3的阳极以及圆形线圈组的另一端共同接地，电解电容C2的正极与保护二极管D2的阴极、场效应管Q1的漏极相连，芯片HIP4081的引脚6、引脚10、引脚11、引脚12、引脚13、引脚14悬空。三个系统主体的连接结构是一样的，三个系统主体分别与圆形线圈组的三个正交线圈分别对应。图1中的发射线圈即为圆形线圈组中的一个线圈。
进一步地，所述的圆柱体型底座3上设有开关5、电源线接口6、绿色工作指示灯7、黄色工作指示灯8、红色工作指示灯9，电源线接口6外接电源，空心支架2与圆柱体型底座3之间的连接处为连接口10，绿色工作指示灯7、黄色工作指示灯8、红色工作指示灯9均与系统主体连接，具体地，绿色工作指示灯7、黄色工作指示灯8、红色工作指示灯9与系统主体的控制端连接，系统主体的控制端就是NE555芯片波形产生器，也就是图1中左边的电路图部分。
进一步地，所述的圆柱体型底座3上设有散热口4，当圆柱体型底座3内的温度过高时，可以通过散热口4进行散热。
系统工作时，由NE555产生一定频率的方波，经过驱动电路，驱动半桥功率放大电路，通过相互正交的三个线圈向外辐射电磁能量，以此实现近似360°全方位充电。另外控制端通过检测是否有负载，进而控制充电系统的工作状态，实现节能、安全充电的作用。
当整个系统工作时，发射端中的NE555方波产生电路根据其自身电路的特点，通过NE555芯片3引脚输出方波，该方波的频率计算公式为：由系统所需的方波频率100KHz可近似算出，电阻R6的值为1kΩ，滑动电阻R1所需要的阻值为2.35kΩ，电容C4所需要的电容值为3300pF。接着该方波通过由HIP4081构成的半桥驱动电路，驱动半桥功率放大电路，其具体实现方式为：所产生的方波通过电阻R4引入HIP4081芯片的5引脚，然后由该芯片的18引脚、20引脚输出两个互补的方波，进而送入半桥电路中。半桥功率放大部分则通过收到驱动信号驱动场效应管Q1、Q2，进而实现功率放大。最后，根据系统工作频率100KHz和LC谐振公式/>(此公式中的L代表空心线圈的电感值)，可近似计算出补偿电容C3的容值，以及根据空心电感线圈经验公式/>(I代表空心线圈的电感值，也就是前述谐振公式中的L，D代表线圈直径，N代表匝数，此公式中的L代表线圈长度，在线圈拉直的情形下，线圈长度L可以通过尺子量，线圈的D是在绕制成圆形时测得的)，制作满足要求的线圈。
打开本装置的开关5，系统工作，若此时没有被充电设备接入，通过系统主体的控制端的反馈，使黄色工作指示灯8点亮；若此时有被充电设备接入，则通过系统主体的控制端，使得绿色工作指示灯7点亮；若系统不正常工作，则通过系统主体的控制端，使得红色工作指示灯9点亮，并切断系统主体发射端(即图1中从HIP4081芯片至右侧的电路部分)的信号产生，同时报警，以达到安全充电的目的。
与现有的充电技术相比，本发明系统主体的发射端的方波产生由NE555芯片完成，此时所产生的方波驱动能力不强，故在后续电路中加入了基于HIP4081芯片的驱动电路，增加驱动能力；功率发射部分，采用的是半桥功率放大电路，大幅度增加系统的带载能力，进而实现隔空一定距离充电。另外，对于圆形线圈组(如图5所示)，采用的是三个具有一定匝数的线圈相互正交的结构，由此可以向8个方向辐射电磁波。由于线圈数量为3个，所以有3个系统主体分别与三个正交线圈连接，3个系统主体共有3个发射端。现今的无线充电器大都是面向一个方向充电的，且需要充电设备与被充电设备紧密接触，本发明通过三个相互正交的线圈，构成一个球形，并通过功率放大电路，实现360°全方位隔空无线充电。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (1)
1.一种无线充电球，其特征在于：包括系统主体、圆形线圈组、空心球壳（1）、空心支架（2）、圆柱体型底座（3），圆形线圈组由三个相互正交的线圈组成且包含在空心球壳（1）内，系统主体的数量为三个且均安装在圆柱体型底座（3）内，圆柱体型底座（3）通过空心支架（2）与空心球壳（1）连接，每一个系统主体与圆形线圈组中的一个对应线圈通过安装在空心支架（2）内的导线连接，
所述的系统主体包括NE555芯片、HIP4081芯片、滑动电阻R1、二极管D1、保护二极管D2、保护二极管D3，场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电解电容C2、补偿电容C3、电容C4、电容C5、电容C6，
滑动电阻R1的一端连接5V电源、NE555芯片的4引脚、8引脚，另一端与NE555芯片7引脚和电阻R6的一端相连，R6的另一端分别与NE555的6引脚、2引脚及电容C4的一端，电容C5的两端分别与NE555芯片的5引脚和电容C4的另一端相连，且电容C4、电容C5共地；电阻R4一端与NE555芯片的3引脚相连，另一端则分别连接电容C6的一端和HIP4081芯片的5引脚处，电容C6的另一端则接地，电阻R7、电阻R8分别与芯片HIP4081的8引脚、9引脚相连，另一端则共地，二极管D1的阴极分别与芯片HIP4081的1引脚和电容C1一端相连，二极管D1的阳极则分别与12V电源、芯片HIIP4081的15引脚、16引脚相连，电容C1的另一端则分别与芯片HIP4081的19引脚、电阻R3的一端、场效应管Q1的源极、场效应管Q2的漏极、保护二极管D2的阳极、保护二极管D3的阴极、电容C3的一端相连，电容C3的另一端则与圆形线圈组的一端相连，电阻R2的一端与芯片HIP4081的20引脚相连，另一端与电阻R3的另一端、场效应管Q1的栅极相连，电阻R5一端与芯片HIP4081的18引脚相连，另一端与电阻R9的一端、场效应管Q2的栅极相连，电阻R9的另一端、场效应管Q2的源极、保护二极管D3的阳极以及圆形线圈组的另一端共同接地，电解电容C2的正极与12V电源、保护二极管D2的阴极、场效应管Q1的漏极相连，电解电容C2的负极接地，芯片HIP4081的引脚6、引脚10、引脚11、引脚12、引脚13、引脚14悬空；
所述的圆柱体型底座（3）上设有开关（5）、电源线接口（6）、绿色工作指示灯（7）、黄色工作指示灯（8）、红色工作指示灯（9），电源线接口（6）外接电源，绿色工作指示灯（7）、黄色工作指示灯（8）、红色工作指示灯（9）均与系统主体连接；
所述的圆柱体型底座（3）上设有散热口（4）。
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