CN109638937A - 一种大范围智能感应无线充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大范围智能感应无线充电装置，包括逆变装置和发射线圈，发射线圈由一组并联的发射线圈组成，还包括选择其中一个发射线圈进行发射电磁场的选择控制装置；控制装置包括与每组发射线圈对应的选择开关、控制所述的选择开关的处理器，由处理器控制的通过所述的发射线圈发射的数据信号发射器，通过感应线圈接收由待充电终端应答的数据信号接收器，处理器分别与数据信号发射器和数据信号接收器相连。本发明通过一组并联的感应线圈组成的发射线圈，使用充电时，只需要将充电终端随意放到可充电的范围内，发射端自动选择最合适的一个线圈发射功率，满足了人们对大范围无线充电器的需要。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电器领域，特别涉及一种大范围智能感应无线充电装置。
背景技术
无线充电由于使用方便，受到广泛的欢迎，如目前市场上有不少手机使用无线充电器为其电池充电。
无线充电系统主要采用电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。系统工作时输入端将交流市电经全桥整流电路变换成直流电，或用直流电端直接为系统供电。
经过电源管理模块后输出的直流电通过有源晶振逆变转换成高频交流电供给初级绕组。通过2个电感线圈耦合能量，次级线圈输出的电流经接收转换电路变化成直流电为电池充电。
变化的磁场会产生变化的电场，变化的电场会产生变化的磁场，其大小均与它们的变化率有关系，而正弦函数的变化率是另外一个正弦函数，所以电磁波能够传播出去，而感应电压的产生与磁通量的变化相关，所以线圈内部变化的磁场产生感应电压，从而完成充电过程。
手机等终端采用无线充是比较新颖的充电方式，其原理其实很简单，就是将普通的变压器主次级分开来达到无线的目的。当然，无线充的工作频率比较高，甚至可以抛弃铁心直接线圈之间就可以达到能量传递的作用 。
目前，利用无线充电器为手机等终端充电时，需要将手机内的次级线圈与充电器中的初级绕组耦合，需要对正，而目前，一般无线充电器中将初级绕组制备成一个平面线圈安装在一块面板下，要充电的手机直接搁置到这块面板上充电。由于需要使初级绕组和次级线圈相互耦合才能更好地充电，如果两都不对正的话将不能充电，因此，目前，无线充电器的充电面一般都比较小，仅仅与待充电的手机或者其它终端背面充电的次级线圈所在位置一样大，不能满足用户对大范围无线充电的需要。
发明内容
本发明针对目前无线充电器不能满足人们对大范围无线充电器的需要的不足，提供一种大范围智能感应无线充电装置。
本发明为实现其技术目的所采用的技术方案是：一种大范围智能感应无线充电装置，包括逆变装置和发射线圈，所述的逆变装置将直流电源逆变成高频信号由发射线圈发射，待充电装置内的接收线圈接收高频信感生电流对电池充电，所述的线圈由一组并联的感应线圈组成，还包括选择任何一个线圈进行充电的选择控制装置；所述的控制装置包括与每根感应线圈对应的选择开关、控制所述的选择开关的处理器，由处理器控制的通过所述的感应线圈发射的数据信号发射器，通过感应线圈接收由待充电终端应答的数据信号接收器，所述的处理器分别与数据信号发射器和数据信号接收器相连。
本发明通过一组并联的感应线圈组成的发射线圈，使用充电时，只需要将充电终端随意放到可充电的范围内，发射端自动选择最合适的一个线圈发射功率，满足了人们对大范围无线充电器的需要。
进一步的，上述的大范围智能感应无线充电装置中：所述的选择开关包括一款双N型金氧半导体场效晶体管U1，所述的双N型金氧半导体场效晶体管U1的两个D极分别与全桥逆变装置中的一个半桥的输出端VSW和感应线圈的一端Lai相连；处理器产生的选择控制信号Yi与所述的双N型金氧半场效晶体管U1的两个G极相连，其中i为0到N之间的任一自然数，N为所述的一组并联感应线圈的数量，所述的双N型金氧半导体场效晶体管U1的两个S极相连。
进一步的，上述的大范围智能感应无线充电装置中：处理器产生的选择控制信号Yi与所述的双N型金氧半导体场效晶体管U1的两个G极之间还设置有驱动电路，所述的驱动电路包括二极管D1、NPN型三极管Q9、NPN型三极管Q1；
处理器产生的选择控制信号Yi接三极管Q9的基极，三极管Q9的集电极通过电阻R9接三极管Q1的基极，三极管Q9的发射极接地，在三极管Q9的基极与发射极之间接有电阻R25；
系统供电电源TXVCC通过二极管D1接三极管Q1的集电极，二极管D1的P极接系统提供的电源TXVCC端；并通过电阻R1接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极通过电阻R33接双N型金氧半导体场效晶体管U1的两个G极，在双N型金氧半导体场效晶体管U1的两个G极两个S极之间接有电阻R41，电阻R41的阻值远大于电阻R33的阻值。
进一步的，上述的大范围智能感应无线充电装置中：全桥逆变装置中的一个半桥的输出端VSW通过串连一个电容C1以后接三极管Q1的集电极。
进一步的，上述的大范围智能感应无线充电装置中：所述的数据信号接收器中，包括对从发射线圈截取过来的信号Sign0进行数据解码的数据解码电路，所述的数据解码电路包括对信号Sign0进行包络检波的包络检波电路、对包络检波电路检出的低频调制信号code进行放大的放大电路，以及对所述的放大电路输出进行低通滤波的低通滤波电路，低通滤波电路的输出接处理器相应的引脚。
进一步的，上述的大范围智能感应无线充电装置中：所述的包络检波电路包括二极管D2、电阻R103、电阻R102、电阻R106、电容C10、电容C4；
从发射线圈截取过来的信号Sign0经过电阻R99限流以后接二极管D2的P极，二极管D2的N极分别与电阻R103、电阻R102、电容C4的一端，电阻R102、电容C4的另一端接地，电阻R103分别与电阻R106和电容C10的一端相连，电阻R106和电容C10的一端接地。
进一步的，上述的大范围智能感应无线充电装置中：所述的放大电路包括运算放大器U17A，包络检波电路检出的低频调制信号code经电容C3耦合后接运算放大器U17A的同相输入端，在运算放大器U17A的同相输入端还具有钳位电路，所述的钳位电路包括电阻R100和电阻R104、工作电压VCC经电阻R100和电阻R104串连对地分压后形成钳位电压接运算放大器U17A的同相输入端，运算放大器U17A的异相输入端经电阻R98接运算放大器U17A的输出端形成放大后的低频调制信号code1。
进一步的，上述的大范围智能感应无线充电装置中：所述的低通滤波电路包括电阻R101和电容C7，放大后的低频调制信号code1接电阻R101的一端，电阻R101的另一端通过电容C7接地，电阻R101与电容C7公共端形成低通滤波电路的输出。
进一步的，上述的大范围智能感应无线充电装置中：还包括检测流进发射线圈里电流的电流检测电路，所述的电流检测电路包括串到回路里的采样电阻R108，对电阻R108两端的电压进行放大的运算放大器U17B。
以下结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的说明。
附图说明
附图1为本发明的原理框图。
附图2为本发明的所使用的全桥逆变器中的一个半桥电路原理图。
附图3为本发明使用的稳压电源电路图。
附图4为本发明使用选择开关控制电路。
附图5为本发明使用的处理器引脚图。
附图6为本发明使用的 数据解码电路。
附图7为本发明使用的电流检测电路。
具体实施方式
实施例1，如图1所示，本实施例是一种大范围智能感应无线充电装置，包括逆变装置和线圈，逆变装置将直流电源逆变成高频信号由线圈发射，待充电装置内的接收线圈接收高频信感生电流对电池充电，线圈由一组并联的感应线圈组成，还包括选择任何一个线圈进行充电的选择控制装置；的控制装置包括与每根感应线圈对应的选择开关、控制所述的选择开关的处理器，由处理器控制的通过所述的感应线圈发射的数据信号发射器，通过感应线圈接收由待充电终端应答的数据信号接收器，处理器分别与数据信号发射器和数据信号接收器相连。
本实施例中，处理器通过控制选择开关，并通过感应线圈发射数字载波信号，如果该感应线圈正对的是待充电的终端的无线充电线圈，则通过一对线圈实现应答通信，待充电线圈发回信号，经过解码以后，在处理器中进行处理，控制相应的选择开关闭合，其它选择开关断开，这样，可以通过闭合了选择开关选择一个感应线圈对待充电终端充电，如果，发送信号没有收到回复，则说明该选择开关对应的感应线圈没与待充电终端的无线充电线圈对正，则断该选择开关，闭合下一个选择开关，直到在某一个选择开关收到了回复，则将该选择开关闭合，通过相应的感应线圈对待充电的终端充电。
本实施例中采用的逆变电路是一种全桥逆变电路，左右桥对称设置在发射线圈的两端，如图2所示为本实施例中使用的逆电路的左半桥电路，半桥电路是由微源半导体提供的半桥电路LP1130，其内部集成双Nmos管以及驱动电路，主要用于逆变电路和电机驱动，输入电压达到30V，输出电流最大达到5A。
图3所示为本实施例中使用的稳压电路，本实施例中使用的系统供电电源TXVCC是由稳压电路稳压以后形成，如图3所示，外部输入后经电容滤波，就直接提供给逆变桥的MOS管用，芯片7550是一个低压差稳压LDO（输入5-17V，输出5V），输出的5V稳压电源提供系统集成电路用。
图4是本实施例中用于对使用某一组感应线圈Lai进行选择的控制电路，选择开关包括一款双N型金氧半场效晶体管U1，双N型金氧半场效晶体管U1的两个D极分别与全桥逆变装置中的一个半桥的输出端VSW和感应线圈的一端Lai相连；处理器产生的选择控制信号Yi与所述的双N型金氧半场效晶体管U1的两个G极相连，其中i为0到N之间的任一自然数，N为所述的一组并联感应线圈的数量，所述的双N型金氧半场效晶体管U1的两个S极相连。处理器产生的选择控制信号Yi与所述的双N型金氧半场效晶体管U1的两个G极之间还设置有驱动电路，所述的驱动电路包括二极管D1、NPN型三极管Q9、NPN型三极管Q1；
处理器产生的选择控制信号Yi接三极管Q9的基极，三极管Q9的集电极通过电阻R9接三极管Q1的基极，三极管Q9的发射极接地，在三极管Q9的基极与发射极之间接有电阻R25；系统供电电源TXVCC通过二极管D1接三极管Q1的集电极，二极管D1的P极接系统提供的电源TXVCC端；并通过电阻R1接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极通过电阻R33接双N型金氧半场效晶体管U1的两个G极，在双N型金氧半场效晶体管U1的两个G极两个S极之间接有电阻R41，电阻R41的阻值远大于电阻R33的阻值。全桥逆变装置中的一个半桥的输出端VSW通过串连一个电容C1以后接三极管Q1的集电极。
具体流程：由控制器输出控制Y0变为高电平，三极管Q9导通，三极管Q1基级变为低电平，三极管Q1导通，然后系统电压TX_VCC在逆变器输出的信号VSW的升压下，双N型金氧半场效晶体管U1的NMOS管的G1和G2变为高电平，双向导通MOS管，由于S1和S2是连通的，所以，VSW和La0变成了互通；而当Y0变为低电平时，Q9截止，Q1截止，G1，G2变为低电平，MOS管4842截止，VSW和La0截止，从而在Y0的控制下，由MOS管4842形成了一个开关电路。处理器的输出如图5所示。
数据信号接收器中，包括对从发射线圈截取过来的信号Sign0进行数据解码的数据解码电路，数据解码电路如图6所示，包括对信号Sign0进行包络检波的包络检波电路、对包络检波电路检出的低频调制信号code进行放大的放大电路，以及对所述的放大电路输出进行低通滤波的低通滤波电路，低通滤波电路的输出接处理器相应的引脚。具体的，包络检波电路包括二极管D2、电阻R103、电阻R102、电阻R106、电容C10、电容C4；从发射线圈截取过来的信号Sign0经过电阻R99限流以后接二极管D2的P极，二极管D2的N极分别与电阻R103、电阻R102、电容C4的一端，电阻R102、电容C4的另一端接地，电阻R103分别与电阻R106和电容C10的一端相连，电阻R106和电容C10的一端接地。放大电路包括运算放大器U17A，包络检波电路检出的低频调制信号code经电容C3耦合后接运算放大器U17A的同相输入端，在运算放大器U17A的同相输入端还具有钳位电路，所述的钳位电路包括电阻R100和电阻R104、工作电压VCC经电阻R100和电阻R104串连对地分压后形成钳位电压接运算放大器U17A的同相输入端，运算放大器U17A的异相输入端经电阻R98接运算放大器U17A的输出端形成放大后的低频调制信号code1。低通滤波电路包括电阻R101和电容C7，放大后的低频调制信号code1接电阻R101的一端，电阻R101的另一端通过电容C7接地，电阻R101与电容C7公共端形成低通滤波电路的输出。
本实施例中，整个系统是接收器控制发射器来调整发射功率，接收器通过调幅调制，将数据信号用低频信号调制到接收线圈的高频信号上，通过互感传递给发射线圈，Sign0是从发射线圈上截取过来的信号，通过R99限流，D2和R102（R103，R106），C4构成包络检波，检出线圈上接收器返回来的低频调制信号，通过C3耦合进入运放U17放大，再通过R101和C7构成的低通滤波器滤波后进入控制处理器，再进行软件解码，得到接收器返回的控制数据，然后根据协议对发射功率进行调整以适应接收器的需求。
本实施例中，还包括检测流进发射线圈里电流的电流检测电路，电流检测电路包括串到回路里的采样电阻R108，对电阻R108两端的电压进行放大的运算放大器U17B。电流检测电路如图7所示，是发射端采样的逆变电路里MOS管上的电流，也就是流进线圈里的电流,R108是串到回路里的一个采样电阻，该电阻两端的电压经U17B放大，输出到AMP_AD进入控制器的模拟输入端，通过ADC模数转换，并经过一定的公式计算，得到线圈上的电流大小，该电流一是用于控制电流避免电流过大，二是控制器要调整电流时，代入PID公式运算以得到需要调整的参数的大小。
Claims (9)
1.一种大范围智能感应无线充电装置，包括逆变装置和发射线圈，所述的逆变装置将直流电源逆变成高频信号由发射线圈通过磁场发射出去，待充电装置内的接收线圈接收到该磁场，感应出电流经过整流滤波稳压后对电池进行充电，所述的发射线圈由一组并联的发射线圈组成，还包括选择其中一个发射线圈进行发射电磁场的选择控制装置；所述的控制装置包括与每组发射线圈对应的选择开关、控制所述的选择开关的处理器，由处理器控制的通过所述的发射线圈发射的数据信号发射器，通过感应线圈接收由待充电终端应答的数据信号接收器，所述的处理器分别与数据信号发射器和数据信号接收器相连。
2.根据权利要求1所述的大范围智能感应无线充电装置，其特征在于：所述的选择开关包括一款双N型金氧半导体场效晶体管U1，所述的双N型金氧半导体场效晶体管U1的两个D极分别与全桥逆变装置中的一个半桥的输出端VSW和感应线圈的一端Lai相连；处理器产生的选择控制信号Yi与所述的双N型金氧半导体场效晶体管U1的两个G极相连，其中i为0到N之间的任一自然数，N为所述的一组并联感应线圈的数量，所述的双N型金氧半导体场效晶体管U1的两个S极相连。
3.根据权利要求2所述的大范围智能感应无线充电装置，其特征在于：处理器产生的选择控制信号Yi与所述的双N型金氧半导体场效晶体管U1的两个G极之间还设置有驱动电路，所述的驱动电路包括二极管D1、NPN型三极管Q9、NPN型三极管Q1；
处理器产生的选择控制信号Yi接三极管Q9的基极，三极管Q9的集电极通过电阻R9接三极管Q1的基极，三极管Q9的发射极接地，在三极管Q9的基极与发射极之间接有电阻R25；
系统供电电源TXVCC通过二极管D1接三极管Q1的集电极，二极管D1的P极接系统提供的电源TXVCC端；并通过电阻R1接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极通过电阻R33接双N型金氧半场效晶体管U1的两个G极，在双N型金氧半场效晶体管U1的两个G极两个S极之间接有电阻R41，电阻R41的阻值远大于电阻R33的阻值。
4.根据权利要求3所述的大范围智能感应无线充电装置，其特征在于：全桥逆变装置中的一个半桥的输出端VSW通过串连一个电容C1以后接三极管Q1的集电极。
5.根据权利要求1所述的大范围智能感应无线充电装置，其特征在于：所述的数据信号接收器中，包括对从发射线圈截取过来的信号Sign0进行数据解码的数据解码电路，所述的数据解码电路包括对信号Sign0进行包络检波的包络检波电路、对包络检波电路检出的低频调制信号code进行放大的放大电路，以及对所述的放大电路输出进行低通滤波的低通滤波电路，低通滤波电路的输出接处理器相应的引脚。
6.根据权利要求5所述的大范围智能感应无线充电装置，其特征在于：所述的包络检波电路包括二极管D2、电阻R103、电阻R102、电阻R106、电容C10、电容C4；
从发射线圈截取过来的信号Sign0经过电阻R99限流以后接二极管D2的P极，二极管D2的N极分别与电阻R103、电阻R102、电容C4的一端，电阻R102、电容C4的另一端接地，电阻R103分别与电阻R106和电容C10的一端相连，电阻R106和电容C10的一端接地。
7.根据权利要求6所述的大范围智能感应无线充电装置，其特征在于：所述的放大电路包括运算放大器U17A，包络检波电路检出的低频调制信号code经电容C3耦合后接运算放大器U17A的同相输入端，在运算放大器U17A的同相输入端还具有钳位电路，所述的钳位电路包括电阻R100和电阻R104、工作电压VCC经电阻R100和电阻R104串连对地分压后形成钳位电压接运算放大器U17A的同相输入端，运算放大器U17A的异相输入端经电阻R98接运算放大器U17A的输出端形成放大后的低频调制信号code1。
8.根据权利要求7所述的大范围智能感应无线充电装置，其特征在于：所述的低通滤波电路包括电阻R101和电容C7，放大后的低频调制信号code1接电阻R101的一端，电阻R101的另一端通过电容C7接地，电阻R101与电容C7公共端形成低通滤波电路的输出。
9.根据权利要求1至8中任一所述的大范围智能感应无线充电装置，其特征在于：还包括检测流进发射线圈里电流的电流检测电路，所述的电流检测电路包括串到回路里的采样电阻R108，对电阻R108两端的电压进行放大的运算放大器U17B。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US11349343B2 (en) | 2020-02-06 | 2022-05-31 | Nokia Technologies Oy | Method and apparatus for estimating a measured parameter |
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| CN101860085A (zh) * | 2009-04-08 | 2010-10-13 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 无线供电器 |
| CN107979394A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-05-01 | 中山德著智能科技有限公司 | 一种基于Qi协议无线供能的无线数据采集装置 |
| CN210142919U (zh) * | 2019-02-21 | 2020-03-13 | 深圳市奥嘉达科技有限公司 | 一种大范围智能感应无线充电装置 |
-
2019
- 2019-02-21 CN CN201910130232.1A patent/CN109638937A/zh active Pending
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