CN107733044B - 一种可实现多个用电器同时充电的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可实现多个用电器同时充电的装置，包括：电源模块、单片机模块、主控芯片模块、开关模块、线圈模块；所述主控芯片模块中的每个主控芯片分别通过开关模块中的若干开关与线圈模块中的若干个线圈单元连接；所述单片机模块控制开关模块中每个开关和主控芯片模块中的每个主控芯片的通断，从而控制与该主控芯片连接的线圈单元，当线圈模块中的一线圈单元接收到主控芯片的充电控制信号后，该线圈模块开始向外传输电能。本发明不但对一定范围内需要充电的装置实现筛选，控制无待充电装置位置的发射线圈停止放电，还能实现一定范围内多个待充电装置同时无线充电，实现大范围充电装置的充电。

Description

一种可实现多个用电器同时充电的装置

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种可实现多个用电器同时充电的装置。

背景技术

无线充电装置区别于有线充电的一大优点在于无线充电装置充电的自由性和可嵌入性。通过无线充电装置进行充电时，只要将无线充电模块嵌入到桌子里、座椅把手上，用户就可以在谈公务时、候机时、甚至朋友聚会时做到随时随地放下手机充电。

当前的无线充电技术主要利用电磁感应原理，通过电磁感应原理传输能量需要由一个发射线圈发射电磁波，另一个线圈来接收电磁波。通过电磁波的传递来收发电能，实现移动终端的无线充电。为了提高终端被充电时的自由度，扩大无线充电的有效充电面积，实现移动终端在一定范围内自由充电，基于多个发射线圈的无线充电技术应运而生。

多个线圈的无线充电技术将一对一的充电模式扩展为多对一，多对多的形式。一个无线充电装置包括接收器和发射器，其中接收器和发射器通过其各自的充电线圈传输能量。发射器上的充电线圈的电感值通常需要很大才能有效地和接受器上的接收线圈传输能量。当接收端模块的接收线圈放置到发射线圈阵列上时，发射线圈阵列上相应的线圈发射电磁波给接收模块供电。

然而，由于无线充电器有多个线圈，如果每个线圈都同时保持充电状态，对于电量的损耗巨大，不但会损坏带充电装置，也会带来安全隐患。因此，我们需要一种控制线圈阵列中每个线圈充电状态的方案，对一定有效充电范围内需要充电的线圈实现筛选，从而达到显著节约电能的目的。现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可实现多个用电器同时充电的装置。

本发明的技术方案如下：一种可实现多个用电器同时充电的装置，包括：电源模块、单片机模块、主控芯片模块、开关模块、线圈模块；

所述电源模块分别与单片机模块、主控芯片模块、开关模块和线圈模块电性连接，用于整个装置的供电；

所述单片机模块分别与主控芯片模块和开关模块电性连接；

所述主控芯片模块还和开关模块电性连接，所述主控芯片模块包括若干个主控芯片，分别与所述单片机模块电性连接；

所述开关模块包括若干开关，分别和单片机模块电性连接；

所述线圈模块与开关模块电性连接，线圈模块包括多个线圈单元，每一线圈单元分别与开关模块中设定的若干开关电性连接；所述主控芯片模块中的每个主控芯片分别通过开关模块中设定的若干开关与线圈模块中设定的若干个线圈单元连接；

所述单片机模块控制开关模块中每个开关的通断，以将主控芯片模块里的某一主控芯片连接到需要控制的线圈模块；所述单片机模块控制主控芯片模块中的每个主控芯片的通断，从而控制与该主控芯片连接的线圈单元，当线圈模块中的一线圈单元接收到主控芯片的充电控制信号后，该线圈模块开始向外传输电能。

进一步地，每一主控芯片包括：PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端；每一线圈单元同时与主控模块中的单个或多个主控芯片的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端电性连接。

进一步地，每一所述线圈单元包括：PWM1信号端、PWM2信号端、反馈信号端和电源端；每一线圈单元的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端经过开关模块后分别与主控芯片的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端对应连接；线圈单元的电源端接电源模块。

进一步地，所述主控芯片发出设定频率的检测信号经过开关模块中的开关输出到与之连接的线圈单元上，该线圈单元接收到检测信号后，发送反馈信号给与之连接的主控芯片上；当一线圈单元检测到用电器后，发送一个目标频率的反馈信号给所连接的主控芯片，该主控芯片接收到目标频率的反馈信号后发射相应的PWM信号来控制该线圈单元给检测到的用电器充电。

进一步地，所述开关模块包括若干个开关单元；所述若干开关单元依次连接，第一个开关单元的输入端与主控芯片模块电性连接，最后一个开关单元的输出端线圈模块电性连接。

进一步地，所述开关模块包括：第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元；所述第一开关单元与主控芯片模块电性连接，所述第二开关单元与第一开关单元电性连接，所述第三开关单元分别与第二开关单元和线圈模块电性连接。

进一步地，所述第一开关单元和所述第三开关单元分别包括若干开关组，每一开关组包括三个开关；所述第一开关单元中，每一开关的输入端对应连接主控芯片的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端，每一开关的输出端分别连接若干第二开关单元中的开关；所述第三开关单元中，每一开关的输出端连接同一线圈单元，每一开关的输入端分别通过第二开关单元中的开关与第一开关单元中的一个或多个开关组的三个开关对应连接。

更优地，所述开关模块包括三个开关，每一开关的输入端连接主控芯片，每一开关的输出端连接线圈单元；该三个开关分为：第一开关、第二开关和第三开关；所述第一开关的输入端分别连接各个主控芯片的PWM1信号端，所述第二开关的输入端分别连接各个主控芯片的PWM2信号端，所述第三开关的输入端分别连接各个主控芯片的反馈信号端；所述线圈单元的输入端分别连接第一开关、第二开关和第三开关的输出端。

进一步地，所述电源模块包括：电源、整流稳压电路和AC-DC变换电路；所述电源的输出端连接整流稳压电路，所述整流稳压电路的输出端连接AC-DC变换电路。

进一步地，所述谐振发射电路包括单个或多个发射线圈。

采用上述方案，本发明提供一种可实现多线圈筛选的无线充电系统，不但能实现一定范围内多个待充电装置同时无线充电，还能对一定范围内需要充电的装置实现筛选，控制无待充电装置位置的发射线圈停止放电，从而达到显著节约电能，维护用电安全的目的；相对于现有的充电装置而言，本发明采用主控芯片控制多个线圈单元，显著提高无线充电装置可充电面积，增加了无线充电的应用范围，适用于大范围用电器的充电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为开关模块实施例1的电路原理图；

图3为开关模块实施例2的电路原理图；

图4为线圈单元的电路原理图。

其中，图4中电感L1代表发射线圈。本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

本发明目的的实现、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

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

参照图1所示，本发明提供一种可实现多个用电器同时充电的装置，包括：电源模块1、单片机模块2、主控芯片模块3、开关模块4、线圈模块5；所述电源模块1分别与单片机模块2、主控芯片模块3、开关模块4和线圈模块5电性连接，用于整个装置的供电；所述电源模块1包括：电源、整流稳压电路和AC-DC变换电路；所述电源的输出端连接整流稳压电路，所述整流稳压电路的输出端连接AC-DC变换电路。

所述单片机模块2分别与主控芯片模块3和开关模块4电性连接；所述主控芯片模块3还和开关模块4电性连接，所述主控芯片模块3包括若干个主控芯片31，分别与所述单片机模块2电性连接；所述开关模块4包括若干开关，分别和单片机模块2电性连接；所述线圈模块5与开关模块4电性连接，线圈模块5包括多个线圈单元51，分别与开关模块4中设定的若干开关电性连接。

其中，每一主控芯片包括：PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端；每一线圈单元同时与主控模块中的单个或多个主控芯片的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端电性连接。每一所述线圈单元包括：PWM1信号端、PWM2信号端、反馈信号端和电源端；每一线圈单元的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端经过开关模块后分别与主控芯片的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端对应连接；线圈单元的电源端接电源模块。

值得一提的是，所述主控芯片模块3中的每个主控芯片31分别通过开关模块4中设定的若干开关与线圈模块5中设定的若干个线圈单元51连接；例如，可以分别设置1切4模拟开关和5切24模拟开关。1切4模拟开关利用多个1切4模拟开关实现4主控芯片切16线圈单元的开关组设计；5切24模拟开关是利用多个5切24模拟开关实现5主控芯片切24线圈单元的开关组设计。

并且所述单片机模块2控制开关模块4中每个开关的通断，以将主控芯片模块3里的某一芯片连接到线圈模块5；所述单片机模块2控制主控芯片模块3中的每个主控芯片31的开关，从而使主控芯片31控制与其连接的线圈单元51，当线圈模块5中的一线圈单元51接收到主控芯片31的充电控制信号后，该线圈模块5开始向外传输电能。

参照图2所示，其中，所述开关模块4可以包括多个开关单元对每个主控芯片31控制的线圈单元51进行拓展。其中，开关模块4中的开关单元数和开关模块4中每个开关的输出端能连接的开关数影响每个主控芯片31控制的线圈单元51数。

作为一种实施例，所述开关模块4包括：第一开关单元41、第二开关单元42和第三开关单元43个开关单元；所述第一开关单元41与主控芯片模块3电性连接，所述第二开关单元42与第一开关单元41电性连接，所述第三开关单元43分别与第二开关单元42和线圈模块5电性连接。所述主控模块中的每个主控芯片31包括：PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端。

具体而言，所述第一开关单元41中的开关三个为一组，每组开关中的三个开关的输入端分别对应连接一主控芯片31的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端，第一开关单元41中的每组开关中开关的输出端分别连接若干第二开关单元42中的开关；所述第三开关单元43中的开关三个为一组，第三开关单元43中每组开关中三个开关的输出端连接同一线圈单元51，每组开关中的三个开关的输入端分别通过第二开关单元42中的开关与第一开关单元41中的一组或多组开关的三个开关对应连接。

通过开关模块4中的开关的连接，实现线圈模块5中的每个线圈单元51同时与主控模块中的单个或多个主控芯片31的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端电性连接。

实施例1中提供一种利用多个1切4模拟开关的开关模块4。本实施例中主控芯片1的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端3个引脚分别连接一个1切4模拟开关，这3个1切4模拟开关构成第一开关单元41中的开关。第一开关单元41中的每个1切4模拟开关的4个输出端分别连接一个1切4模拟开关，与第一开关单元41中的开关连接的开关构成第二开关单元42中的开关。这样，主控芯片1的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端分别扩展出来16个模拟开关输出端。

由于第三开关单元43中每3个1切4模拟开关的输入端分别通过第二开关单元42和第一开关单元41中的开关对应连接主控芯片1的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端，第三开关单元43中每3个1切4模拟开关的输出端对应连接一个线圈单元51的输入端，因此，经过三个开关单元的1切4模拟开关，主控芯片1最多可拓展控制16个线圈单元51。

值得一提的是，第三开关单元43中每3个1切4模拟开关的输入端可以通过同样的方式对应连接主控芯片2的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端。经过三个开关单元的1切4模拟开关，每个线圈单元51最终可与4个主控芯片31连接，可通过4个主控芯片实现对一个线圈单元51的控制。

作为一种实施例，所述开关模块4包括三个开关403，三个开关403的输入端连接主控芯片，输出端连接线圈单元51；该三个开关403分为：第一开关401、第二开关402和第三开关403；所述第一开关401的输入端分别连接各个主控芯片的PWM1信号端，所述第二开关402的输入端分别连接各个主控芯片的PWM2信号端，所述第三开关403的输入端分别连接各个主控芯片的反馈信号端；所述线圈单元51的输入端分别连接第一开关401、第二开关402和第三开关403的输出端。

参照图3所示，实施例2中提供一种利用3个5切26模拟开关实现5个主控芯片控制26个线圈单元51的开关模块4。第一开关401、第二开关402和第三开关403的输入端分别连接主控芯片1～5，线圈单元51的输入端分别连接第一开关401、第二开关402和第三开关403的输出端。由于第一开关401、第二开关402和第三开关403的输入端有5个引脚，输出端各有26个引脚，因此，可以实现通过5个主控芯片31控制个26个线圈单元51的设置。

作为一种实施例，所述线圈单元51包括：MOSS管Q1、MOSS管Q2、MOSS管Q3、MOSS管Q4、滤波装置和发射线圈；其中，所述滤波装置为电容C1，发射线圈为电感L1；MOSS管Q1的S极接MOSS管Q3的D极；MOSS管Q3的S极接地；MOSS管Q2的S极接MOSS管Q4的D极；MOSS管的S极接地；电容C1的一端接在MOSS管Q1与MOSS管Q3之间，另一端接电感L1之后接在MOSS管Q2与MOSS管Q4之间。

所述MOSS管Q1的D极和MOSS管Q2的D极作为线圈单元51的电源端，接电源模块。MOSS管Q1的G极和MOSS管Q4的G极作为线圈单元51的PWM1信号端，接主控芯片的PWM1信号端。MOSS管Q2的G极和MOSS管Q3的G极作为线圈单元51的PWM2信号端，接主控芯片31的PWM2信号端。主控芯片31的反馈信号端接在电感L1与MOSS管Q4之间。

所述主控芯片31发出设定频率的PWM控制信号经过开关模块4中的开关输出到线圈单元51上，当一线圈单元51检测到用电器后发送一个反馈信号给线圈单元51中的发射线圈感应到用电器中的接收线圈后，由于两个线圈之间的耦合作用，两个线圈之间会产生耦合感，线圈单元51产生一定频率的电信号，并通过反馈端发送给所连接的主控芯片31，该主控芯片31接收反馈信号后发射相应的PWM信号来控制该线圈单元51给检测到的用电器充电。作为一种实施例，主控芯片31可以是TI应用于BPP(功率小于5W的发射机芯片)的无线充电芯片BQ500212A、无线充电芯片BQ500412；应用于EPP(功率在5-15W之间的发射机芯片)的无线充电芯片BQ500215；也可以是IDT应用于EPP的无线充电芯片P9242_R。所述单片机模块2包括若干单片机，所述单片机的型号为MSP430，AVR等。

作为一种实施例，单片机模块2通过主控芯片31每隔一段时间检测一次每个线圈单元51的反馈信号。从线圈单元51产生的反馈信号如果没有被衰减，则反馈1，否则反馈0。主控芯片31接收到某个线圈单元51的反馈信号为0，说明该线圈单元51的电感L1没有感应到用电器。此时，与主控芯片31连接的单片机模块2就会控制开关模块4中的相应开关关闭，阻断主控芯片31的PWM信号传输到该线圈单元，以减少整个系统的的功率损耗。主控芯片31接收到某个线圈单元51的反馈信号为1时，代表线圈单元51的发射线圈没有感应到用电器。此时，单片机模块2就会保持开关模块4中的相应开关导通，使与该线圈单元51连接的用电器处于充电状态。

本发明工作流程：

装置在待机状态时，单片机模块2先将与之连接的一个主控芯片31打开，该主控芯片31通过开关模块4连接若干个线圈单元51上。如果该主控芯片31连接的一个线圈单元51上没有检测到用电器的话，单片机模块2就会切断这一路开关，同时打开另外一路线圈单元51的开关继续检测。单片机模块2控制主控芯片31依次切换到各个线圈单元51来检测用电器位置，直到一路线圈单元51检测待充电物品的存在，则单片机模块2保持该主控芯片31和该线圈单元51之间的连接状态不变，由主控芯片31控制线圈单元51整个充电过程。然后单片机模块2打开第二个主控芯片31进行以上检测过程，直到所有的主控芯片31都处于工作状态。

其中，主控芯片31打开时，发出一定频率的PWM控制信号经过开关模块44中的开关输出到每一线圈单元51，每一线圈单元51接收PWM控制信号后产生一定频率的反馈信号，并通过主控芯片31反馈给单片机模快，单片机模块2根据每一线圈单元51的反馈信号控制与该线圈单元51连接的开关的导通，从而实现只对有充电器的线圈单元充电。

综上所述，本发明提供一种可实现多线圈筛选的无线充电系统，不但能实现一定范围内多个待充电装置同时无线充电，还能对一定范围内需要充电的装置实现筛选，控制无待充电装置位置的发射线圈停止放电，从而达到显著节约电能，维护用电安全的目的；相对于现有的充电装置而言，本发明采用主控芯片控制多个线圈单元，显著提高无线充电装置可充电面积，增加了无线充电的应用范围，适用于大范围用电器的充电。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可实现多个用电器同时充电的装置，其特征在于，包括：电源模块、单片机模块、主控芯片模块、开关模块、线圈模块；

所述电源模块分别与单片机模块、主控芯片模块、开关模块和线圈模块电性连接，用于整个装置的供电；

所述单片机模块分别与主控芯片模块和开关模块电性连接；

所述主控芯片模块还和开关模块电性连接，所述主控芯片模块包括若干个主控芯片，分别与所述单片机模块电性连接；

所述开关模块包括若干开关，分别和单片机模块电性连接；

所述线圈模块与开关模块电性连接，线圈模块包括多个线圈单元，每一线圈单元分别与开关模块中设定的若干开关电性连接；所述主控芯片模块中的每个主控芯片分别通过开关模块中设定的若干开关与线圈模块中设定的若干个线圈单元连接；

所述单片机模块控制开关模块中每个开关的通断，以将主控芯片模块里的某一主控芯片连接到需要控制的线圈模块；所述单片机模块控制主控芯片模块中的每个主控芯片的通断，从而控制与该主控芯片连接的线圈单元，当线圈模块中的一线圈单元接收到主控芯片的充电控制信号后，该线圈模块开始向外传输电能；

每一主控芯片包括：PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端；每一线圈单元同时与主控模块中的单个或多个主控芯片的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端电性连接；

每一所述线圈单元包括：PWM1信号端、PWM2信号端、反馈信号端和电源端；每一线圈单元的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端经过开关模块后分别与主控芯片的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端对应连接；线圈单元的电源端接电源模块；

所述线圈单元包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、滤波装置和发射线圈；其中，所述滤波装置为电容C1，发射线圈为电感L1；MOS管Q1的S极接MOS管Q3的D极；MOS管Q3的S极接地；MOS管Q2的S极接MOS管Q4的D极；MOS管Q4的S极接地；电容C1的一端接在MOS管Q1与MOS管Q3之间，另一端接电感L1之后接在MOS管Q2与MOS管Q4之间；

所述MOS管Q1的D极和MOS管Q2的D极作为线圈单元的电源端，接电源模块；MOS管Q1的G极和MOS管Q4的G极作为线圈单元的PWM1信号端，接主控芯片的PWM1信号端；MOS管Q2的G极和MOS管Q3的G极作为线圈单元的PWM2信号端，接主控芯片的PWM2信号端；主控芯片的反馈信号端接在电感L1与MOS管Q4之间；

所述开关模块包括若干个开关单元；所述若干开关单元依次连接，第一个开关单元的输入端与主控芯片模块电性连接，最后一个开关单元的输出端与线圈模块电性连接。

2.根据权利要求1所述的可实现多个用电器同时充电的装置，其特征在于，所述主控芯片发出设定频率的检测信号经过开关模块中的开关输出到与之连接的线圈单元上，该线圈单元接收到检测信号后，发送反馈信号给与之连接的主控芯片上；当一线圈单元检测到用电器后，发送一个目标频率的反馈信号给所连接的主控芯片，该主控芯片接收到目标频率的反馈信号后发射相应的PWM信号来控制该线圈单元给检测到的用电器充电。

3.根据权利要求1所述的可实现多个用电器同时充电的装置，其特征在于，所述开关模块包括：第一开关单元、第二开关单元和第三开关单元；所述第一开关单元与主控芯片模块电性连接，所述第二开关单元与第一开关单元电性连接，所述第三开关单元分别与第二开关单元和线圈模块电性连接，所述第一开关单元和所述第三开关单元分别包括若干开关组，每一开关组包括三个开关；所述第一开关单元中，每一开关的输入端对应连接主控芯片的PWM1信号端、PWM2信号端和反馈信号端，每一开关的输出端分别连接若干第二开关单元中的开关；所述第三开关单元中，每一开关的输出端连接同一线圈单元，每一开关的输入端分别通过第二开关单元中的开关与第一开关单元中的一个或多个开关组的三个开关对应连接。

4.根据权利要求1所述的可实现多个用电器同时充电的装置，其特征在于，所述开关模块包括三个开关，每一开关的输入端连接主控芯片，每一开关的输出端连接线圈单元；该三个开关分为：第一开关、第二开关和第三开关；所述第一开关的输入端分别连接各个主控芯片的PWM1信号端，所述第二开关的输入端分别连接各个主控芯片的PWM2信号端，所述第三开关的输入端分别连接各个主控芯片的反馈信号端；所述线圈单元的输入端分别连接第一开关、第二开关和第三开关的输出端。

5.根据权利要求1所述的可实现多个用电器同时充电的装置，其特征在于，所述电源模块包括：电源、整流稳压电路和AC-DC变换电路；所述电源的输出端连接整流稳压电路，所述整流稳压电路的输出端连接AC-DC变换电路。