CN109873477B - 利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统，采用了磁共振无线充电技术直接对磁感应设备供电或通过对锂电池充电进而对磁感应设备供电两种方式。利用磁共振无线充电技术直接给磁感应发射模组供电进而为设备充电时，系统通过磁共振发射天线发射电磁能量，并通过磁共振接收天线传递能量到达磁感应发射线圈，最后传递到磁感应接收线圈，供负载设备使用；利用磁共振无线充电技术作为中继储能给磁感应发射模组供电进而为设备充电时，系统通过磁共振发射天线发射能量，并通过磁共振接收天线接收给锂电池储存能量，负载设备用电时，锂电池放电给磁感应发射线圈传送能量并将能量发送到磁感应接收线圈。

Description

利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统的设计。

背景技术

随着电子信息技术和自动化控制技术的不断发展，各式各样的家电设备和消费电子产品、移动通信设备等已得到了广泛普及，然而传统的家用电器依赖电源线和电源插座之间的有线连接来实现供电，采用内置电池的电子设备也需要充电线与电源插座之间的有线连接来进行充电，因此我们随处能看到为这些电子设备提供电能供给的电线。这些电线不仅占据了我们的活动空间，限制了设备使用的方便性，而且产生了安全用电的隐患。所以，随着人们对可以完全无线使用的便携式设备和绿色能源系统的需求的不断增长，对于无线能量传输技术的研究和应用迅速成为国内外学术界和工业界的焦点。

目前，该技术已逐渐被应用于人们日常生活中的低功耗电子产品中，替代原有的电源线来实现对设备的无线充电，给人们的生活带来额外的便利，例如基于磁感应耦合技术的无线充电牙刷和无线充电毯。然而无线能量传输技术的应用价值和市场潜力远远不止于此，例如无线能量传输技术在智能家居领域的应用将移颠覆传统家电及移动通信设备、电子消费产品的使用模式，以住宅为平台，利用中距离无线能量传输技术、隐藏布线技术以及自动控制技术彻底移除家居生活区域内所有电源线，对设备进行无线充电或者持续电能供给，提升家居安全性、便利性、舒适性和艺术性，构建高效、环保、节能的居住环境。另外，对于生物医学领域中的可用于诊疗的可植入医疗设备来说，考虑到对其进行有线持续供电或充电的不方便性、不可行性甚至高危险性，无线能量传输技术的应用也显得极为重要和关键。

发明内容

本发明的目的是为了给磁感应供电或充电提供一个稳定、高效的中继磁共振无线电能供给方案，以解决目前磁感应技术在传输距离上的不足，提出了一种利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统。

本发明的技术方案为：利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统，包括磁共振发射模组、磁共振接收模组、磁感应发射模组、磁感应接收模组和蓝牙控制模组。磁共振发射模组包括依次连接的电源适配器、射频功放源、第一匹配网络以及磁共振发射天线，电源适配器、射频功放源、第一匹配网络和磁共振发射天线集成安装在无线充电基座上，电源适配器的输入端与220V交流电源连接。磁共振接收模组包括磁共振接收天线、磁共振接收电源、第二匹配网络以及整流稳压电路，磁共振接收天线设置于磁共振发射天线正上方，并与磁共振发射天线磁耦合，磁共振接收电源、第二匹配网络以及整流稳压电路均固定连接在散热片上表面，整流稳压电路与磁共振接收天线电性连接，并通过第二匹配网络与磁共振接收电源电性连接。磁感应发射模组包括磁感应驱动电路和磁感应发射线圈，磁感应驱动电路固定连接在散热片上表面，磁感应发射线圈设置于磁感应驱动电路上方，且磁感应发射线圈下表面设置有隔磁片。磁感应接收模组包括磁感应接收线圈和磁感应接收电源，磁感应接收线圈设置于磁感应发射线圈正上方，并与磁感应发射线圈磁耦合，磁感应接收电源分别与磁感应接收线圈以及负载设备电性连接。蓝牙控制模组包括蓝牙芯片以及蓝牙驱动供电电路，蓝牙芯片和蓝牙驱动供电电路均设置于磁共振接收电源和磁感应驱动电路之间，并分别与磁共振接收电源和磁感应驱动电路电性连接。

磁感应无线充电系统还包括中继储能模组，中继储能模组包括锂电池和电池管理电路，锂电池和电池管理电路均设置在磁共振接收天线上方，且锂电池和磁共振接收天线之间设置有铁氧磁体隔离片，锂电池分别与磁共振接收电源、磁感应驱动电路、蓝牙芯片以及蓝牙驱动供电电路电性连接，蓝牙芯片以及蓝牙驱动供电电路还与电池管理电路电性连接。

本发明的有益效果是：本发明采用了磁共振无线充电技术直接对磁感应设备供电或通过对锂电池充电进而对磁感应设备供电两种方式。利用磁共振无线充电技术直接给磁感应发射模组供电进而为设备充电时，系统通过磁共振发射天线发射电磁能量,并通过磁共振接收天线传递能量到达磁感应发射线圈，最后传递到磁感应接收线圈，供负载设备使用；利用磁共振无线充电技术作为中继储能给磁感应发射模组供电进而为设备充电时，系统通过磁共振发射天线发射能量，并通过磁共振接收天线接收给锂电池储存能量，负载设备用电时，锂电池放电给磁感应发射线圈传送能量并将能量发送到磁感应接收线圈。本发明通过利用磁共振无线充电作为中继解决了磁感应设备供电或充电时距离过短的问题，可解决系统结构打孔、穿线等问题。本发明增加了中继储能装置，可在周围无电源时对关键设备、应急设备和一些小功率设备供电，保证系统的正常运行。

优选地，射频功放源包括稳压芯片N16、功放管N17、输入匹配子电路、栅极偏置子电路、漏极偏置子电路以及输出匹配子电路。芯片N16的ADJ引脚分别与电源负极、电容C77的一端以及电容C78的一端连接，芯片N16的Vout引脚分别与电容C78的另一端、电感L11的一端以及+5V电源连接，芯片N16的Vin引脚分别与电容C77的另一端以及+15V电源连接。输入匹配子电路包括并联的电容C69和电容C79，电容C69和电容C79并联后一端与功放管N17的栅极连接，其另一端通过插接件Y2与电感L11的另一端、电容C73的一端以及电容C74的一端连接，C73的另一端和电容C74的另一端均与电源负极连接。栅极偏置子电路包括电容C84，电容C84的一端与电源负极连接，其另一端分别与芯片N16的Vout引脚以及电阻R45的一端连接，电阻R45的另一端通过电阻R46分别与电容C85的一端、电阻R47的一端以及电阻R40的一端连接，电容C85的另一端和电阻R47的另一端均与电源负极连接，电阻R40的另一端与功放管N17的栅极连接。漏极偏置子电路包括电感L13，电感L13的一端与功放管N17的漏极连接，其另一端分别与电容C82的一端、电容C83的一端、极性电容C86的正极以及+11.2V电源连接，电容C82的另一端、电容C83的另一端以及极性电容C86的负极均与电源负极连接。功放管N17的源极与电源负极连接，其漏极还分别与电容C61的一端、电容C63的一端、电容C64的一端、电容C65的一端以及电容C70的一端连接，电容C63的另一端、电容C64的另一端和电容C65的另一端均与电源负极连接。输出匹配子电路包括并联的电容C62和电感L12，电容C62和电感L12并联后一端分别与电容C61的另一端以及电容C70的另一端连接，其另一端分别与电容C68的一端、电容C71的一端以及电容C72的一端连接，电容C68的另一端通过第一匹配网络与磁共振发射天线连接，电容C71的另一端和电容C72的另一端均通过第一匹配网络与磁共振发射天线连接，并连接电源负极。

上述优选方案的有益效果是：本发明使用的功放源采用集总元件做的窄带匹配方案，有效的提升了传输效率，极大的改善了系统的无线能量传输效率。

优选地，磁共振发射天线为平板型结构，其正面为第一发射谐振线圈，其背面为第二发射谐振线圈，第一发射谐振线圈和第二发射谐振线圈均为带缺口的四方螺旋环形线圈，第一发射谐振线圈上设置有第一连接点，第二发射谐振线圈上设置有第二连接点，第一连接点和第二连接点之间设置有通孔。磁共振发射天线的几何参数和电气参数设置如下：

第一发射谐振线圈的外部长度L_{res_TX1}为50mm-150mm；

第一发射谐振线圈的外部宽度H_{res_TX1}为50mm-150mm；

第一发射谐振线圈中微带线的宽度W_{res_TX1}为3mm-5mm；

第一发射谐振线圈中微带线之间的距离S_{res_TX1}为1mm-3mm；

第二发射谐振线圈的外部长度L_{res_TX2}为50mm-150mm；

第二发射谐振线圈的外部宽度H_{res_TX2}为50mm-150mm；

第二发射谐振线圈中微带线的宽度W_{res_TX2}为3mm-5mm；

第二发射谐振线圈中微带线之间的距离S_{res_TX2}为1mm-3mm；

磁共振发射天线的谐振电容值为100pF-500pF；

磁共振发射天线的匹配电容值为100pF-500pF。

上述优选方案的有益效果是：本发明采用了平面印刷电路板来加工磁共振发射天线结构，实现了系统的小型化和集成化，极大的降低了系统的生产、安装和维护的成本；此外通过对磁共振发射天线的几何参数和电气参数进行设置，降低了天线的损耗电阻，提升了天线的品质因子，提升了系统的无线能量传输效率。

优选地，磁共振接收天线为平板型结构，其正面为接收谐振线圈，其背面包括微带线和焊盘，接收谐振线圈为带缺口的四方螺旋环形线圈，其上设置有第三连接点，微带线分为三段，第一段微带线和第二段微带线相互垂直连接，第二段微带线和第三段微带线之间设置有两个焊盘，且微带线通过焊盘与整流稳压电路连接，第一段微带线和第三段微带线上设置有第四连接点，第三连接点和第四连接点之间设置有通孔；磁共振接收天线的几何参数和电气参数设置如下：

接收谐振线圈的外部长度L_{res_RX}为30mm-50mm；

接收谐振线圈的外部宽度H_{res_RX}为30mm-50mm；

接收谐振线圈中微带线的宽度W_{res_RX}为0.5mm-1.5mm；

接收谐振线圈中微带线之间的距离S_{res_RX}为0.3mm-0.7mm；

第一段微带线的长度L_{res_RX1}为3mm-5mm；

第一段微带线的宽度W_{res_RX1}为0.5mm-1.5mm；

第二段微带线的长度L_{res_RX2}为5mm-7mm；

第二段微带线的宽度W_{res_RX2}为0.5mm-1.5mm；

第三段微带线的长度L_{res_RX3}为5mm-7mm；

第三段微带线的宽度W_{res_RX3}为0.5mm-1.5mm；

焊盘的长度L_{pad_RX}为3mm-5mm；

焊盘的宽度W_{pad_RX}为1mm-3mm；

磁共振接收天线的谐振电容值为100pF-500pF；

磁共振接收天线的匹配电容值为100pF-500pF。

上述优选方案的有益效果是：本发明采用了平面印刷电路板来加工磁共振接收天线结构，实现了系统的小型化和集成化，极大的降低了系统的生产、安装和维护的成本；此外通过对磁共振接收天线的几何参数和电气参数进行设置，降低了天线的损耗电阻，提升了天线的品质因子，提升了系统的无线能量传输效率。

优选地，整流稳压电路包括匹配子电路、桥式整流子电路、稳压子电路、滤波子电路以及限流子电路。匹配子电路包括电容C34、电容C38、电容C40和电容C41，电容C34的一端分别与电容C38的一端、电容C40的一端以及电容C41的一端连接，其另一端分别与电容C38的另一端以及磁共振接收天线连接，电容C40的另一端和电容C41的另一端相连，并与磁共振接收天线连接。桥式整流子电路包括二极管D4、二极管D5、二极管D6和二极管D7，二极管D4的正极与二极管D6的负极相连，并与电容C34的一端连接，二极管D5的正极与二极管D7的负极相连，并与电容C34的另一端连接，二极管D4的负极与二极管D5的负极相连，并分别与电容C18的一端、接地电容C15以及接地电容C16连接，二极管D6的正极与二极管D7的正极相连，并与电容C18的另一端连接并接地。稳压子电路包括稳压芯片N5，芯片N5的AAM引脚与电阻R3的一端连接，芯片N5的IN引脚分别与电阻R3的另一端、电阻R6的一端、接地电容C17以及二极管D4的负极连接，芯片N5的SW引脚分别与电感L5的一端以及电容C19的一端连接，芯片N5的GND引脚接地，芯片N5的BST引脚通过电阻R4与电容C19的另一端连接，芯片N5的EN引脚分别与电阻R6的另一端以及接地电阻R8连接，芯片N5的VCC引脚与接地电容C39连接，芯片N5的FB引脚分别与电阻R15的一端以及电容C33的一端连接，电阻R15的另一端分别与电阻R16的一端以及接地电阻R17连接，电容C33的另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与电阻R16的另一端连接。滤波子电路包括接地电容C27、接地电容C28以及接地电容C29，接地电容C27、接地电容C28和接地电容C29均与电感L5的另一端连接。限流子电路包括限流芯片N9，芯片N9的REF引脚和GND引脚均接地，芯片N9的V+引脚分别与接地电容C51、电阻RS2的一端、芯片N9的IN+引脚、电阻R12的另一端以及电感L5的另一端连接，芯片N9的IN-引脚与电阻RS2的另一端连接，并通过第二匹配网络与磁共振接收电源连接，芯片N9的OUT引脚与二极管D9的正极连接，二极管D9的负极与接地电阻R17连接。

上述优选方案的有益效果是：本发明的整流稳压电路中，桥式整流子电路由四个整流二极管组成桥式整流器，将磁共振接收天线接收的高频交流电转化为直流电；稳压子电路由降压集成芯片N5与反馈电路组成，桥式整流后的直流电送入降压集成芯片N5，可通过调整反馈引脚的值设定所需要的电压值；滤波子电路使输出电压更加稳定、干净。

优选地，蓝牙控制模组包括蓝牙芯片N3，芯片N3的DGND-USB引脚接地，芯片N3的DVDD-USB引脚连接电源，芯片N3的P10引脚与发光二极管LED的负极连接，发光二极管LED的正极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端连接电源，芯片N3的GND引脚接地，芯片N3的RBIAS引脚与接地电阻R23连接，芯片N3的DCOUPL引脚与接地电容C48连接，芯片N3的XOSC32M-Q2引脚分别与接地电容C46以及插接件Y1的第1引脚连接，芯片N3的XOSC32M-Q1引脚分别与接地电容C47以及插接件Y1的第3引脚连接，插接件Y1的第2引脚和第4引脚均接地，芯片N3的RF-N引脚与电容C36的一端连接，电容C36的另一端分别与电感L9的一端以及接地电容C43连接，芯片N3的RF-P引脚与电容C30的一端连接，电容C30的另一端分别与接地电感L8以及电容C31的一端连接，电容C31的另一端分别与电感L6的一端以及电感L9的另一端连接，电感L6的另一端分别与接地电容C35以及电感L7的一端连接，电感L7的另一端与磁感应驱动电路连接；芯片N3的AVDD-DREG引脚分别与电源、接地电容C5、接地电容C7、芯片N3的DVDD引脚、芯片N3的AVDD5引脚、接地电容C8、接地电容C9、芯片N3的AVDD3引脚、芯片N3的AVDD2引脚、芯片N3的AVDD1引脚、芯片N3的AVDD4引脚、接地电容C6、接地电容C20、接地电容C10、芯片N3的AVDD-GUARD引脚、接地电容C11以及电感L2的一端连接。蓝牙控制模组还包括稳压芯片N1，芯片N1的Vin引脚分别与接地电容C14、二极管D2的负极以及二极管D3的负极连接，二极管D2的正极连接电源，二极管D3的正极与锂电池连接，芯片N1的GND引脚分别与电容C12的一端以及电容C13的一端连接并接地，电容C13的另一端连接电源，芯片N1的Vout引脚分别与电容C12的另一端以及电感L2的另一端连接。

上述优选方案的有益效果是：本发明中，蓝牙控制模组用于在利用磁共振无线充电技术直接给磁感应发射模组供电进而为设备充电时，控制磁共振接收电源和磁感应驱动电路之间的充放电过程；蓝牙控制模组还用于利用磁共振无线充电技术作为中继储能给磁感应发射模组供电进而为设备充电时，控制中继储能模组的充放电过程。

优选地，电池管理电路包括运算放大器芯片N6和N12，芯片N6的OUT引脚分别与芯片N3的P07引脚以及电阻R19的一端连接，芯片N6的V-引脚接地，芯片N6的IN+引脚通过电阻R14分别与接地电阻RS3以及接地电容C42连接，芯片N6的IN-引脚分别与电阻R19的另一端以及接地电阻R18连接，芯片N6的V+引脚连接电源。芯片N12的OUT引脚分别与芯片N3的P06引脚以及电阻R29的一端连接，芯片N12的V-引脚接地，芯片N12的IN+引脚分别与电阻R27的一端、接地电容C55和接地电容C56连接，电阻R27的另一端分别与接地电阻RS5、接地电容C57和接地电容C58连接，芯片N12的IN-引脚分别与电阻R29的另一端以及接地电阻R30连接，芯片N12的V+引脚连接电源。电池管理电路还包括场效应管N14和N15，场效应管N14的源极分别与电阻R31的一端、电容C67的一端以及电感L10的一端连接，电容C67的另一端分别与电容C66的一端以及接地电阻RS5连接，电感L10的另一端以及电容C66的另一端均与磁共振接收电源连接，场效应管N14的栅极分别与电阻R31的另一端以及电阻R38的一端连接，电阻R38的另一端与三极管N19的集电极连接，三极管N19的发射极接地，其基极通过电阻R43与芯片N3的P11引脚连接，场效应管N14的漏极分别与保险丝FUSE1的一端以及锂电池连接。场效应管N15的源极分别与电阻R32的一端以及保险丝FUSE1的另一端连接，场效应管N15的栅极分别与电阻R32的另一端以及电阻R36的一端连接，电阻R36的另一端与三极管N18的集电极连接，三极管N18的发射极接地，其基极通过电阻R44与芯片N3的P12引脚连接，场效应管N15的漏极分别与磁感应驱动电路以及接地电容C60连接。电池管理电路还包括电阻R37，电阻R37的一端分别与芯片N3的P04引脚以及接地电容C75连接，电阻R37的另一端分别与接地电容C80、接地电阻R41以及电阻R34的一端连接，电阻R34的另一端与锂电池连接。电池管理电路还包括电阻R39，电阻R39的一端分别与芯片N3的P00引脚以及接地电容C76连接，电阻R39的另一端分别与接地电容C81、接地电阻R42以及电阻R35的一端连接，电阻R35的另一端与磁共振接收电源连接。电池管理电路还包括插接件TB1和TOI1，插接件TB1与芯片N3的P01引脚连接，插接件TOI1与芯片N3的P05引脚连接。

上述优选方案的有益效果是：本发明中，电池管理电路通过电路集成，用于实现对锂电池的过充保护、过放保护过流保护和温度检测。过充保护是检测锂电池两端电压，并将检测的电压送入蓝牙芯片与设定的充电最高阈值电压比较，超过此阈值电压时，蓝牙芯片控制关断充电；过放保护同样是检测电池两端电压，并将检测的电压送入蓝牙芯片与设定的放电最低阈值电压比较，低于此阈值电压时，蓝牙芯片控制关断放电；过流保护是检测充电电流，将检测最大充电电流送入蓝牙芯片比较，超过设定的最大充电电流时，关断对锂电池的充电；温度检测是检测锂电池表明温度，检测的温度超过正常温度时，停止锂电池的充放电。

优选地，磁感应驱动电路包括单片机芯片N21以及运算放大器芯片N22，芯片N21的Vcc引脚分别与电源以及接地电容C94连接，芯片N21的GND引脚接地，芯片N21的PA2引脚分别与晶体管Q5的栅极以及接地电阻R59连接，晶体管Q5的源极连接5V电源，并通过电阻R56与其漏极连接，芯片N21的PA0引脚分别与电阻R61的一端以及接地电容C99连接，芯片N21的PC1引脚分别与电阻R58的一端以及接地电阻R60连接，电阻R58的另一端分别与接地电容C100、电容C108的一端以及二极管D12的负极连接，二极管D12的正极与电阻R53的一端连接，芯片N21的PB5引脚通过电阻R57与二极管D11的正极连接，二极管D11的负极接地，芯片N21的PB6引脚与芯片N22的Out2引脚连接，芯片N21的PB7引脚与晶体管Q3的栅极连接，晶体管Q3的源极通过电阻R55与其栅极连接，晶体管Q3的漏极分别与电阻R51的一端、晶体管Q5的漏极以及电容C93的一端连接，电容C93的另一端分别与磁感应发射线圈以及电阻R53的另一端连接，电阻R51的另一端分别与晶体管Q1的栅极以及晶体管Q6的栅极连接，晶体管Q1的漏极接地，其源极分别与晶体管Q2的栅极以及电阻R54的一端连接，晶体管Q2的源极接地，其漏极分别与磁感应发射线圈以及晶体管Q4的漏极连接，晶体管Q4的源极连接5V电源，其栅极分别与电阻R54的另一端以及晶体管Q6的源极连接，晶体管Q6的漏极连接电源。芯片N22的Out1引脚分别与电阻R61的另一端以及电阻R64的一端连接，芯片N22的1-引脚分别与电阻R64的另一端以及电阻R63的一端连接，电阻R63的另一端与接地电容C103连接，芯片N22的1+引脚分别与接地电容C109、接地电阻R69、电容C108的另一端以及电阻R66的一端连接，电阻R66的另一端连接电源，芯片N22的GND引脚接地，芯片N22的Vcc引脚分别与接地电容C101以及锂电池连接，芯片N22的Out2引脚与电阻R65的一端连接，芯片N22的2-引脚分别与电阻R65的另一端以及电阻R67的一端连接，芯片N22的2+引脚分别与电阻R68的一端以及电容C110的一端连接，电阻R68的另一端分别与电容C110的另一端、电阻R67的另一端、晶体管Q3的源极以及接地电阻R70连接。

上述优选方案的有益效果是：本发明中磁感应驱动电路通过驱动桥式电路将直流能量转换成交流能量，进而传递到磁感应发射线圈上。

优选地，磁感应接收电源包括无线电源芯片N20，芯片N20的AC1引脚分别与电容C95的一端、电容C96的一端、电容C97的一端、电容C98的一端、电容C102的一端、电容C106的一端以及电容C107的一端连接，电容C97的另一端和电容C98的另一端均与磁感应接收线圈连接，芯片N20的AC2引脚分别与磁感应接收线圈、电容C95的另一端、电容C96的另一端、电容C90的一端、电容C91的一端以及电容C92的一端连接，芯片N20的BOOT1引脚与电容C102的另一端连接，芯片N20的BOOT2引脚与电容C90的另一端连接，芯片N20的CLAMP1引脚与电容C106的另一端连接，芯片N20的CLAMP2引脚与电容C91的另一端连接，芯片N20的COMM1引脚与电容C107的另一端连接，芯片N20的COMM2引脚与电容C92的另一端连接，芯片N20的OUT引脚分别与电阻R62的一端、接地电容C104以及接地电容C105连接，电阻R62的另一端与负载设备连接，芯片N20的RECT引脚分别与电阻R49的一端、接地电容C87、接地电容C88以及接地电容C89连接，芯片N20的FOD引脚分别与接地电阻R48、电阻R49的另一端以及电阻R50的一端连接，芯片N20的TS/CTRL引脚与接地电阻R52连接，芯片N20的ILIM引脚与电阻R50的另一端连接。

上述优选方案的有益效果是：本发明中磁感应接收电源采用芯片N20及其外围电路对磁感应接收线圈接收到的能量进行整流及直流电压变换，得到负载设备所需要的电压。

附图说明

图1所示为本发明实施例一提供的磁感应无线充电系统框图。

图2所示为本发明实施例二提供的磁感应无线充电系统框图。

图3所示为本发明实施例一提供的磁感应无线充电系统结构图。

图4所示为本发明实施例二提供的磁感应无线充电系统结构图。

图5所示为本发明实施例提供的射频功放源电路图。

图6所示为本发明实施例提供的磁共振发射天线正面结构示意图。

图7所示为本发明实施例提供的磁共振发射天线背面结构示意图。

图8所示为本发明实施例提供的磁共振接收天线正面结构示意图。

图9所示为本发明实施例提供的磁共振接收天线背面结构示意图。

图10所示为本发明实施例提供的整流稳压电路图。

图11所示为本发明实施例提供的蓝牙控制模组电路图。

图12所示为本发明实施例提供的电池管理电路图。

图13所示为本发明实施例提供的磁感应驱动电路图。

图14所示为本发明实施例提供的磁感应接收电源电路图。

图15所示为本发明实施例提供的磁共振无线充电系统收发天线之间的传输效率图。

附图标记说明：

301-无线充电基座、302-磁共振接收天线、303-散热片、304-磁共振接收电源、305-磁感应驱动电路、306-隔磁片、307-磁感应发射线圈、308-磁感应接收线圈、309-磁感应接收电源、310-负载设备、311-蓝牙芯片；401-无线充电基座、402-磁共振接收天线、403-铁氧磁体隔离片、404-锂电池、405-中继储能模组、406-散热片、407-磁共振接收电源、408-蓝牙芯片、409-磁感应驱动电路、410-隔磁片、411-磁感应发射线圈、412-磁感应接收线圈、413-磁感应接收电源、414-负载设备；601-第一连接点、602-第一发射谐振线圈；701-第二连接点、702-第二发射谐振线圈；801-第三连接点、802-接收谐振线圈；901-微带线、902-第四连接点、903-焊盘。

具体实施方式

现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。

实施例一：

本发明实施例提供了一种利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统，采用磁共振无线充电技术直接给磁感应发射模组供电进而为设备充电的模式，如图1和图3所示，包括磁共振发射模组、磁共振接收模组、磁感应发射模组、磁感应接收模组和蓝牙控制模组。

磁共振发射模组用于磁共振无线电能的发射，其包括依次连接的电源适配器、射频功放源、第一匹配网络和磁共振发射天线，电源适配器、射频功放源、第一匹配网络和磁共振发射天线集成安装在无线充电基座301上，电源适配器的输入端与电源连接。

磁共振接收模组用于直接给磁感应发射模组供电，其包括磁共振接收天线302、磁共振接收电源304、第二匹配网络以及整流稳压电路，磁共振接收天线302设置于磁共振发射天线正上方，并与磁共振发射天线磁耦合，磁共振接收电源304、第二匹配网络以及整流稳压电路均固定连接在散热片303上表面，整流稳压电路与磁共振接收天线302电性连接，并通过第二匹配网络与磁共振接收电源304电性连接。

磁感应发射模组用于磁感应电能的发射，其包括磁感应驱动电路305和磁感应发射线圈307，磁感应驱动电路305固定连接在散热片303上表面，磁感应发射线圈307设置于磁感应驱动电路305上方，且磁感应发射线圈307下表面设置有隔磁片306。

磁感应接收模组用于接收电能和给负载设备充电，其包括磁感应接收线圈308和磁感应接收电源309，磁感应接收线圈308设置于磁感应发射线圈307正上方，并与磁感应发射线圈307磁耦合，磁感应接收电源309分别与磁感应接收线圈308以及负载设备310电性连接。

蓝牙控制模组用于控制磁共振接收电源和磁感应驱动电路之间的充放电过程，其包括蓝牙芯片311以及蓝牙驱动供电电路，蓝牙芯片311和蓝牙驱动供电电路均设置于磁共振接收电源304和磁感应驱动电路305之间，并分别与磁共振接收电源304和磁感应驱动电路305电性连接。

本发明实施例中，整流稳压电路和磁感应驱动电路305分别用插针连接器连接，并用螺钉固定到散热片303上表面。

如图5所示，射频功放源包括稳压芯片N16、功放管N17、输入匹配子电路、栅极偏置子电路、漏极偏置子电路以及输出匹配子电路。本发明实施例中，稳压芯片N16的型号为L78L05，功放管N17的型号为RD04LUS2。芯片N16的ADJ引脚分别与电源负极、电容C77的一端以及电容C78的一端连接，芯片N16的Vout引脚分别与电容C78的另一端、电感L11的一端以及+5V电源连接，芯片N16的Vin引脚分别与电容C77的另一端以及+15V电源连接。输入匹配子电路包括并联的电容C69和电容C79，电容C69和电容C79并联后一端与功放管N17的栅极连接，其另一端通过插接件Y2与电感L11的另一端、电容C73的一端以及电容C74的一端连接，C73的另一端和电容C74的另一端均与电源负极连接。栅极偏置子电路包括电容C84，电容C84的一端与电源负极连接，其另一端分别与芯片N16的Vout引脚以及电阻R45的一端连接，电阻R45的另一端通过电阻R46分别与电容C85的一端、电阻R47的一端以及电阻R40的一端连接，电容C85的另一端和电阻R47的另一端均与电源负极连接，电阻R40的另一端与功放管N17的栅极连接。漏极偏置子电路包括电感L13，电感L13的一端与功放管N17的漏极连接，其另一端分别与电容C82的一端、电容C83的一端、极性电容C86的正极以及+11.2V电源连接，电容C82的另一端、电容C83的另一端以及极性电容C86的负极均与电源负极连接。功放管N17的源极与电源负极连接，其漏极还分别与电容C61的一端、电容C63的一端、电容C64的一端、电容C65的一端以及电容C70的一端连接，电容C63的另一端、电容C64的另一端和电容C65的另一端均与电源负极连接。输出匹配子电路包括并联的电容C62和电感L12，电容C62和电感L12并联后一端分别与电容C61的另一端以及电容C70的另一端连接，其另一端分别与电容C68的一端、电容C71的一端以及电容C72的一端连接，电容C68的另一端通过第一匹配网络与磁共振发射天线连接，电容C71的另一端和电容C72的另一端均通过第一匹配网络与磁共振发射天线连接，并连接电源负极。

如图6和图7所示，磁共振发射天线为平板型结构，采用厚度为0.6-1.0mm的双层印刷电路板加工，其正面为第一发射谐振线圈602，其背面为第二发射谐振线圈702，第一发射谐振线圈602和第二发射谐振线圈702均为带缺口的四方螺旋环形线圈，第一发射谐振线圈602上设置有第一连接点601，第二发射谐振线圈702上设置有第二连接点701，第一连接点601和第二连接点701之间设置有通孔。

如图8和图9所示，磁共振接收天线为平板型结构，采用厚度为0.6-1.0mm的双层印刷电路板加工，其正面为接收谐振线圈802，其背面包括微带线901和焊盘903，接收谐振线圈802为带缺口的四方螺旋环形线圈，其上设置有第三连接点801，微带线901分为三段，第一段微带线和第二段微带线相互垂直连接，第二段微带线和第三段微带线之间设置有两个焊盘903，且微带线901通过焊盘903与整流稳压电路连接，第一段微带线和第三段微带线上设置有第四连接点902，第三连接点801和第四连接点902之间设置有通孔。

本发明实施例中，磁共振发射天线和磁共振接收天线均采用印刷电路板工艺加工而成，为附着在介质基板的金属片。在确定磁共振发射天线和磁共振接收天线的结构设计以后，对其添加相应的谐振电容和匹配电路，以实现两者的同频磁谐振。各连接点的具体位置如图6～图9中所示，且相互之间设置有通孔的两个连接点均通过设置在通孔中的微带线连接。根据图6～图9所示的结构图中的符号标识，结合实际应用需求，对磁共振发射天线和磁共振接收天线的几何参数和电气参数设置如下：

本发明实施例中，磁共振发射天线和磁共振接收天线的几何参数和电气参数不限于上述设置，其匝数、尺寸、间距及数量能在一定范围内调整，以满足不同尺寸、规格和型号的设备应用需求。

如图10所示，整流稳压电路包括匹配子电路、桥式整流子电路、稳压子电路、滤波子电路以及限流子电路。匹配子电路包括电容C34、电容C38、电容C40和电容C41，电容C34的一端分别与电容C38的一端、电容C40的一端以及电容C41的一端连接，其另一端分别与电容C38的另一端以及磁共振接收天线连接，电容C40的另一端和电容C41的另一端相连，并与磁共振接收天线连接。桥式整流子电路包括二极管D4、二极管D5、二极管D6和二极管D7，二极管D4的正极与二极管D6的负极相连，并与电容C34的一端连接，二极管D5的正极与二极管D7的负极相连，并与电容C34的另一端连接，二极管D4的负极与二极管D5的负极相连，并分别与电容C18的一端、接地电容C15以及接地电容C16连接，二极管D6的正极与二极管D7的正极相连，并与电容C18的另一端连接并接地。稳压子电路包括稳压芯片N5，本发明实施例中，稳压芯片N5的型号为MP9942。芯片N5的AAM引脚与电阻R3的一端连接，芯片N5的IN引脚分别与电阻R3的另一端、电阻R6的一端、接地电容C17以及二极管D4的负极连接，芯片N5的SW引脚分别与电感L5的一端以及电容C19的一端连接，芯片N5的GND引脚接地，芯片N5的BST引脚通过电阻R4与电容C19的另一端连接，芯片N5的EN引脚分别与电阻R6的另一端以及接地电阻R8连接，芯片N5的VCC引脚与接地电容C39连接，芯片N5的FB引脚分别与电阻R15的一端以及电容C33的一端连接，电阻R15的另一端分别与电阻R16的一端以及接地电阻R17连接，电容C33的另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与电阻R16的另一端连接。滤波子电路包括接地电容C27、接地电容C28以及接地电容C29，接地电容C27、接地电容C28和接地电容C29均与电感L5的另一端连接。限流子电路包括限流芯片N9，本发明实施例中，限流芯片N9的型号为INA213A。芯片N9的REF引脚和GND引脚均接地，芯片N9的V+引脚分别与接地电容C51、电阻RS2的一端、芯片N9的IN+引脚、电阻R12的另一端以及电感L5的另一端连接，芯片N9的IN-引脚与电阻RS2的另一端连接，并通过第二匹配网络与磁共振接收电源连接，芯片N9的OUT引脚与二极管D9的正极连接，二极管D9的负极与接地电阻R17连接。

本发明实施例中，第一匹配网络和第二匹配网络均为LC匹配网络，其属于本领域现有的常规技术，在此不再赘述。

如图11所示，本发明实施例中，蓝牙芯片为型号CC2541的芯片N3，芯片N3的DGND-USB引脚接地，芯片N3的DVDD-USB引脚连接电源，芯片N3的P10引脚与发光二极管LED的负极连接，发光二极管LED的正极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端连接电源，芯片N3的GND引脚接地，芯片N3的RBIAS引脚与接地电阻R23连接，芯片N3的DCOUPL引脚与接地电容C48连接，芯片N3的XOSC32M-Q2引脚分别与接地电容C46以及插接件Y1的第1引脚连接，芯片N3的XOSC32M-Q1引脚分别与接地电容C47以及插接件Y1的第3引脚连接，插接件Y1的第2引脚和第4引脚均接地，芯片N3的RF-N引脚与电容C36的一端连接，电容C36的另一端分别与电感L9的一端以及接地电容C43连接，芯片N3的RF-P引脚与电容C30的一端连接，电容C30的另一端分别与接地电感L8以及电容C31的一端连接，电容C31的另一端分别与电感L6的一端以及电感L9的另一端连接，电感L6的另一端分别与接地电容C35以及电感L7的一端连接，电感L7的另一端与磁感应驱动电路连接；芯片N3的AVDD-DREG引脚分别与电源、接地电容C5、接地电容C7、芯片N3的DVDD引脚、芯片N3的AVDD5引脚、接地电容C8、接地电容C9、芯片N3的AVDD3引脚、芯片N3的AVDD2引脚、芯片N3的AVDD1引脚、芯片N3的AVDD4引脚、接地电容C6、接地电容C20、接地电容C10、芯片N3的AVDD-GUARD引脚、接地电容C11以及电感L2的一端连接。

蓝牙控制模组还包括稳压芯片N1，本发明实施例中，稳压芯片N1的型号为L78L33。芯片N1的Vin引脚分别与接地电容C14、二极管D2的负极以及二极管D3的负极连接，二极管D2的正极连接电源，二极管D3的正极与锂电池连接，芯片N1的GND引脚分别与电容C12的一端以及电容C13的一端连接并接地，电容C13的另一端连接电源，芯片N1的Vout引脚分别与电容C12的另一端以及电感L2的另一端连接。蓝牙芯片N3、稳压芯片N1及其外围电路共同构成了蓝牙驱动控制电路。

本发明实施例中，蓝牙控制模组的控制方式具体为：

首先在蓝牙芯片311中设置基准电压U_ref1和最大电流I_max，并在磁共振接收电源304和磁感应驱动电路305之间设置开关，当磁共振接收电源304的电压U₃₀₄大于基准电压U_ref1时，开关关断，磁共振接收电源304禁止供电给磁感应驱动电路305，起过压保护作用；当磁共振接收电源304的供电电流I₃₀₄大于蓝牙芯片311设置的最大电流I_max，开关关断，磁共振接收电源304禁止供电给磁感应驱动电路305，起过流保护作用。蓝牙控制模组控制过程中的各电气参数设置如下：

符号标识	取值(范围)
		Uref1	8.4V
U304	8.4V
		Imax	1.2A
I304	0-1A

如图13所示，本发明实施例中，磁感应驱动电路包括型号为STM8S001J3M3的单片机芯片N21以及型号为LM358的运算放大器芯片N22，芯片N21的Vcc引脚分别与电源以及接地电容C94连接，芯片N21的GND引脚接地，芯片N21的PA2引脚分别与晶体管Q5的栅极以及接地电阻R59连接，晶体管Q5的源极连接5V电源，并通过电阻R56与其漏极连接，芯片N21的PA0引脚分别与电阻R61的一端以及接地电容C99连接，芯片N21的PC1引脚分别与电阻R58的一端以及接地电阻R60连接，电阻R58的另一端分别与接地电容C100、电容C108的一端以及二极管D12的负极连接，二极管D12的正极与电阻R53的一端连接，芯片N21的PB5引脚通过电阻R57与二极管D11的正极连接，二极管D11的负极接地，芯片N21的PB6引脚与芯片N22的Out2引脚连接，芯片N21的PB7引脚与晶体管Q3的栅极连接，晶体管Q3的源极通过电阻R55与其栅极连接，晶体管Q3的漏极分别与电阻R51的一端、晶体管Q5的漏极以及电容C93的一端连接，电容C93的另一端分别与磁感应发射线圈以及电阻R53的另一端连接，电阻R51的另一端分别与晶体管Q1的栅极以及晶体管Q6的栅极连接，晶体管Q1的漏极接地，其源极分别与晶体管Q2的栅极以及电阻R54的一端连接，晶体管Q2的源极接地，其漏极分别与磁感应发射线圈以及晶体管Q4的漏极连接，晶体管Q4的源极连接5V电源，其栅极分别与电阻R54的另一端以及晶体管Q6的源极连接，晶体管Q6的漏极连接电源。芯片N22的Out1引脚分别与电阻R61的另一端以及电阻R64的一端连接，芯片N22的1-引脚分别与电阻R64的另一端以及电阻R63的一端连接，电阻R63的另一端与接地电容C103连接，芯片N22的1+引脚分别与接地电容C109、接地电阻R69、电容C108的另一端以及电阻R66的一端连接，电阻R66的另一端连接电源，芯片N22的GND引脚接地，芯片N22的Vcc引脚分别与接地电容C101以及锂电池连接，芯片N22的Out2引脚与电阻R65的一端连接，芯片N22的2-引脚分别与电阻R65的另一端以及电阻R67的一端连接，芯片N22的2+引脚分别与电阻R68的一端以及电容C110的一端连接，电阻R68的另一端分别与电容C110的另一端、电阻R67的另一端、晶体管Q3的源极以及接地电阻R70连接。

如图14所示，本发明实施例中，磁感应接收电源包括型号为BQ51013B的无线电源芯片N20，芯片N20的AC1引脚分别与电容C95的一端、电容C96的一端、电容C97的一端、电容C98的一端、电容C102的一端、电容C106的一端以及电容C107的一端连接，电容C97的另一端和电容C98的另一端均与磁感应接收线圈连接，芯片N20的AC2引脚分别与磁感应接收线圈、电容C95的另一端、电容C96的另一端、电容C90的一端、电容C91的一端以及电容C92的一端连接，芯片N20的BOOT1引脚与电容C102的另一端连接，芯片N20的BOOT2引脚与电容C90的另一端连接，芯片N20的CLAMP1引脚与电容C106的另一端连接，芯片N20的CLAMP2引脚与电容C91的另一端连接，芯片N20的COMM1引脚与电容C107的另一端连接，芯片N20的COMM2引脚与电容C92的另一端连接，芯片N20的OUT引脚分别与电阻R62的一端、接地电容C104以及接地电容C105连接，电阻R62的另一端与负载设备连接，芯片N20的RECT引脚分别与电阻R49的一端、接地电容C87、接地电容C88以及接地电容C89连接，芯片N20的FOD引脚分别与接地电阻R48、电阻R49的另一端以及电阻R50的一端连接，芯片N20的TS/CTRL引脚与接地电阻R52连接，芯片N20的ILIM引脚与电阻R50的另一端连接。

本发明实施例中，利用磁共振无线充电技术直接给磁感应发射模组供电进而为设备充电。无线充电基座301产生频率为6.78MHz的电磁能量，通过磁共振发射天线发射，然后通过收发天线之间的同频磁共振耦合，定向传递至磁共振接收天线302上，磁共振接收天线302连接至磁共振接收电源304，磁共振接收电源304连接至蓝牙芯片311，由蓝牙芯片311控制给磁感应驱动电路305进行供电，磁感应驱动电路305连接到磁感应发射线圈307，将能量传递到磁感应发射线圈307上，隔磁片306作为隔离金属的作用，磁感应发射线圈307采用磁感应耦合技术将能量传递到磁感应接收线圈308，再通过磁感应接收电源309的整流稳压为负载设备310进行供电或充电。

本发明实施例设计的工作频率不仅限于6.78MHz，工作频率可在5MHz-20MHz可用频段范围内进行调整。如图15所示，当工作频率为6.78MHz时，磁共振发射天线和磁共振接收天线之间的无线能量传输效率可保持在80％以上，因此本发明实施例中，工作频率优选为6.78MHz。

磁感应接收模组提供3.3V-15V多种电压输出接口，以符合不同用电设备的输入电压要求，系统提供的无线供电总功率可达100W，可为不同电压接口、不同功率的磁感应设备提供稳定、高效的无线电能供给。

实施例二：

本发明实施例提供了一种利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统，采用磁共振无线充电技术作为中继储能给磁感应发射模组供电进而为设备充电的模式，如图2和图4所示，包括磁共振发射模组、磁共振接收模组、磁感应发射模组、磁感应接收模组、蓝牙控制模组和中继储能模组405。

磁共振发射模组用于磁共振无线电能的发射，其包括依次连接的电源适配器、射频功放源、第一匹配网络和磁共振发射天线，电源适配器、射频功放源、第一匹配网络和磁共振发射天线集成安装在无线充电基座401上，电源适配器的输入端与电源连接。

磁共振接收模组用于直接给磁感应发射模组供电，其包括磁共振接收天线402、磁共振接收电源407、第二匹配网络以及整流稳压电路，磁共振接收天线402设置于磁共振发射天线正上方，并与磁共振发射天线磁耦合，磁共振接收电源407、第二匹配网络以及整流稳压电路均固定连接在散热片406上表面，整流稳压电路与磁共振接收天线402电性连接，并通过第二匹配网络与磁共振接收电源407电性连接。

磁感应发射模组用于磁感应电能的发射，其包括磁感应驱动电路409和磁感应发射线圈411，磁感应驱动电路409固定连接在散热片406上表面，磁感应发射线圈411设置于磁感应驱动电路409上方，且磁感应发射线圈411下表面设置有隔磁片410。

磁感应接收模组用于接收电能和给负载设备充电，其包括磁感应接收线圈412和磁感应接收电源413，磁感应接收线圈412设置于磁感应发射线圈411正上方，并与磁感应发射线圈411磁耦合，磁感应接收电源413分别与磁感应接收线圈412以及负载设备414电性连接。

蓝牙控制模组用于控制中继储能模组的充放电过程，其包括蓝牙芯片408以及蓝牙驱动供电电路，蓝牙芯片408和蓝牙驱动供电电路均设置于磁共振接收电源407和磁感应驱动电路409之间，并分别与磁共振接收电源407和磁感应驱动电路409电性连接。

中继储能模组405用于为磁感应发射模组供电，其包括锂电池404和电池管理电路，锂电池404和电池管理电路均设置在磁共振接收天线402上方，且锂电池404和磁共振接收天线402之间设置有铁氧磁体隔离片403，锂电池404分别与磁共振接收电源407、磁感应驱动电路409、蓝牙芯片408以及蓝牙驱动供电电路电性连接，蓝牙芯片408以及蓝牙驱动供电电路还与电池管理电路电性连接。

本发明实施例中，整流稳压电路和磁感应驱动电路409分别用插针连接器连接，并用螺钉固定到散热片406上表面。

如图5所示，本发明实施例中，射频功放源的具体电路结构和实施例一中完全相同，在此不再赘述。

如图6～图9所示，本发明实施例中，磁共振发射天线和磁共振接收天线的具体结构以及几何参数和电气参数的设置与实施例一中完全相同，在此不再赘述。

如图10所示，本发明实施例中，整流稳压电路的具体电路结构和实施例一中完全相同，在此不再赘述。

如图11所示，蓝牙控制模组的具体电路结构和实施例一中完全相同，在此不再赘述。

本发明实施例中，蓝牙控制模组的控制方式具体为：

首先在蓝牙芯片408中设置基准电压U_ref，并在磁共振接收电源407和锂电池404之间设置开关1，在锂电池404和磁感应驱动电路409之间设置开关2。磁共振接收电源407供电后，蓝牙芯片408采集磁共振接收电源407的电压U₁和锂电池404的电压U₂，当磁共振接收电源407的电压U₁大于锂电池404的电压U₂时，蓝牙芯片408打开磁共振接收电源407与锂电池404之间的开关1，锂电池404开始充电，当锂电池404电压的U₂充满时，此时充电电流I₁降低，当检测到充电电流I₁低于蓝牙芯片408设定的最低电流I_min时，蓝牙芯片408关闭开关1，充电结束，作为锂电池404已充满。

若锂电池404的电压U₂高于蓝牙芯片408设置的基准电压U_ref时，蓝牙芯片408不打开开关1，作为锂电池404的过压保护，避免锂电池404损坏。当需要锂电池404放电时，蓝牙芯片408打开锂电池404和磁感应驱动电路409之间的开关2，此时，锂电池404开始放电，给磁感应驱动电路409供电，进而为磁感应接收电源413供电或充电，当蓝牙芯片408采集到锂电池404的电压U₂低于蓝牙芯片408设置的最低电压U_min时，蓝牙芯片408关闭开关2，作为锂电池404的欠压保护，若检测放电电流I₃高于蓝牙芯片408设定的最大电流I_max，则视为过流，蓝牙芯片408关闭开关2，作为锂电池404的过流保护。蓝牙控制模组控制过程中的各电气参数设置如下：

符号标识	取值(范围)
		Uref	8.4V
U1	8.4V
		U2	7V-8.4V
Umin	5.4V
		I1	0.06A-1A
Imin	0.06A
		Imax	1.2A

如图12所示，电池管理电路包括运算放大器芯片N6和N12，本发明实施例中，运算放大器芯片N6和N12的型号均为GS8591。芯片N6的OUT引脚分别与芯片N3的P07引脚以及电阻R19的一端连接，芯片N6的V-引脚接地，芯片N6的IN+引脚通过电阻R14分别与接地电阻RS3以及接地电容C42连接，芯片N6的IN-引脚分别与电阻R19的另一端以及接地电阻R18连接，芯片N6的V+引脚连接电源。芯片N12的OUT引脚分别与芯片N3的P06引脚以及电阻R29的一端连接，芯片N12的V-引脚接地，芯片N12的IN+引脚分别与电阻R27的一端、接地电容C55和接地电容C56连接，电阻R27的另一端分别与接地电阻RS5、接地电容C57和接地电容C58连接，芯片N12的IN-引脚分别与电阻R29的另一端以及接地电阻R30连接，芯片N12的V+引脚连接电源。电池管理电路还包括场效应管N14和N15，本发明实施例中，场效应管N14和N15的型号均为WSP4805。场效应管N14的源极分别与电阻R31的一端、电容C67的一端以及电感L10的一端连接，电容C67的另一端分别与电容C66的一端以及接地电阻RS5连接，电感L10的另一端以及电容C66的另一端均与磁共振接收电源连接，场效应管N14的栅极分别与电阻R31的另一端以及电阻R38的一端连接，电阻R38的另一端与三极管N19的集电极连接，三极管N19的发射极接地，其基极通过电阻R43与芯片N3的P11引脚连接，场效应管N14的漏极分别与保险丝FUSE1的一端以及锂电池连接。场效应管N15的源极分别与电阻R32的一端以及保险丝FUSE1的另一端连接，场效应管N15的栅极分别与电阻R32的另一端以及电阻R36的一端连接，电阻R36的另一端与三极管N18的集电极连接，三极管N18的发射极接地，其基极通过电阻R44与芯片N3的P12引脚连接，场效应管N15的漏极分别与磁感应驱动电路以及接地电容C60连接。电池管理电路还包括电阻R37，电阻R37的一端分别与芯片N3的P04引脚以及接地电容C75连接，电阻R37的另一端分别与接地电容C80、接地电阻R41以及电阻R34的一端连接，电阻R34的另一端与锂电池连接。电池管理电路还包括电阻R39，电阻R39的一端分别与芯片N3的P00引脚以及接地电容C76连接，电阻R39的另一端分别与接地电容C81、接地电阻R42以及电阻R35的一端连接，电阻R35的另一端与磁共振接收电源连接。电池管理电路还包括插接件TB1和TOI1，插接件TB1与芯片N3的P01引脚连接，插接件TOI1与芯片N3的P05引脚连接。

如图13所示，磁感应驱动电路的具体电路结构和实施例一中完全相同，在此不再赘述。

如图14所示，磁感应接收电源的具体电路结构和实施例一中完全相同，在此不再赘述。

本发明实施例中，利用磁共振无线充电技术作为中继储能给磁感应发射模组供电，进而为设备充电。无线充电基座401产生频率为6.78MHz的电磁能量，通过磁谐振发射天线发射，然后通过收发天线之间的同频磁共振耦合，定向传递至磁共振接收天线402上，磁共振接收天线402与锂电池404之间用铁氧磁体隔离片403进行隔离，可以起到很好的隔离作用，有助于改善传输效率。磁共振接收天线402连接至磁共振接收电源407，由磁共振接收电源407通过蓝牙芯408控制给锂电池404进行充电，锂电池404连接到蓝牙芯片408和磁感应驱动电路409，由蓝牙芯片408控制给磁感应驱动电路409供电，磁感应驱动电路409将能量传递到磁感应发射线圈411上，采用磁感应耦合技术，磁感应发射线圈411将能量传递到磁感应接收线圈412上，通过磁感应接收电源413的整流稳压给负载设备414进行供电或充电。

本发明实施例设计的工作频率不仅限于6.78MHz，工作频率可在5MHz-20MHz可用频段范围内进行调整。如图15所示，当工作频率为6.78MHz时，磁共振发射天线和磁共振接收天线之间的无线能量传输效率可保持在80％以上，因此本发明实施例中，工作频率优选为6.78MHz。

磁感应接收模组提供3.3V-15V多种电压输出接口，以符合不同用电设备的输入电压要求，系统提供的无线供电总功率可达100W，可为不同电压接口、不同功率的磁感应设备提供稳定、高效的无线电能供给。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.利用磁共振无线充电技术作为中继的磁感应无线充电系统，其特征在于，包括磁共振发射模组、磁共振接收模组、磁感应发射模组、磁感应接收模组和蓝牙控制模组；

所述磁共振发射模组包括依次连接的电源适配器、射频功放源、第一匹配网络以及磁共振发射天线，所述电源适配器、射频功放源、第一匹配网络和磁共振发射天线集成安装在无线充电基座上，所述电源适配器的输入端与220V交流电源连接；

所述磁共振接收模组包括磁共振接收天线、磁共振接收电源、第二匹配网络以及整流稳压电路，所述磁共振接收天线设置于磁共振发射天线正上方，并与磁共振发射天线磁耦合，所述磁共振接收电源、第二匹配网络以及整流稳压电路均固定连接在散热片上表面，所述整流稳压电路与磁共振接收天线电性连接，并通过第二匹配网络与磁共振接收电源电性连接；

所述磁感应发射模组包括磁感应驱动电路和磁感应发射线圈，所述磁感应驱动电路固定连接在散热片上表面，所述磁感应发射线圈设置于磁感应驱动电路上方，且磁感应发射线圈下表面设置有隔磁片；

所述磁感应接收模组包括磁感应接收线圈和磁感应接收电源，所述磁感应接收线圈设置于磁感应发射线圈正上方，并与磁感应发射线圈磁耦合，所述磁感应接收电源分别与磁感应接收线圈以及负载设备电性连接；

所述蓝牙控制模组包括蓝牙芯片以及蓝牙驱动供电电路，所述蓝牙芯片和蓝牙驱动供电电路均设置于磁共振接收电源和磁感应驱动电路之间，并分别与磁共振接收电源和磁感应驱动电路电性连接；

所述磁感应无线充电系统还包括中继储能模组，所述中继储能模组包括锂电池和电池管理电路，所述锂电池和电池管理电路均设置在磁共振接收天线上方，且所述锂电池和磁共振接收天线之间设置有铁氧磁体隔离片，所述锂电池分别与磁共振接收电源、磁感应驱动电路、蓝牙芯片以及蓝牙驱动供电电路电性连接，所述蓝牙芯片以及蓝牙驱动供电电路还与电池管理电路电性连接；

所述蓝牙控制模组包括蓝牙芯片N3，所述芯片N3的DGND-USB引脚接地，所述芯片N3的DVDD-USB引脚连接电源，所述芯片N3的P10引脚与发光二极管LED的负极连接，所述发光二极管LED的正极与电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端连接电源，所述芯片N3的GND引脚接地，所述芯片N3的RBIAS引脚与接地电阻R23连接，所述芯片N3的DCOUPL引脚与接地电容C48连接，所述芯片N3的XOSC32M-Q2引脚分别与接地电容C46以及插接件Y1的第1引脚连接，所述芯片N3的XOSC32M-Q1引脚分别与接地电容C47以及插接件Y1的第3引脚连接，所述插接件Y1的第2引脚和第4引脚均接地，所述芯片N3的RF-N引脚与电容C36的一端连接，所述电容C36的另一端分别与电感L9的一端以及接地电容C43连接，所述芯片N3的RF-P引脚与电容C30的一端连接，所述电容C30的另一端分别与接地电感L8以及电容C31的一端连接，所述电容C31的另一端分别与电感L6的一端以及电感L9的另一端连接，所述电感L6的另一端分别与接地电容C35以及电感L7的一端连接，所述电感L7的另一端与磁感应驱动电路连接；所述芯片N3的AVDD-DREG引脚分别与电源、接地电容C5、接地电容C7、芯片N3的DVDD引脚、芯片N3的AVDD5引脚、接地电容C8、接地电容C9、芯片N3的AVDD3引脚、芯片N3的AVDD2引脚、芯片N3的AVDD1引脚、芯片N3的AVDD4引脚、接地电容C6、接地电容C20、接地电容C10、芯片N3的AVDD-GUARD引脚、接地电容C11以及电感L2的一端连接；

所述蓝牙控制模组还包括稳压芯片N1，所述芯片N1的Vin引脚分别与接地电容C14、二极管D2的负极以及二极管D3的负极连接，所述二极管D2的正极连接电源，所述二极管D3的正极与锂电池连接，所述芯片N1的GND引脚分别与电容C12的一端以及电容C13的一端连接并接地，所述电容C13的另一端连接电源，所述芯片N1的Vout引脚分别与电容C12的另一端以及电感L2的另一端连接；

所述电池管理电路包括运算放大器芯片N6和N12，所述芯片N6的OUT引脚分别与芯片N3的P07引脚以及电阻R19的一端连接，所述芯片N6的V-引脚接地，所述芯片N6的IN+引脚通过电阻R14分别与接地电阻RS3以及接地电容C42连接，所述芯片N6的IN-引脚分别与电阻R19的另一端以及接地电阻R18连接，所述芯片N6的V+引脚连接电源；

所述芯片N12的OUT引脚分别与芯片N3的P06引脚以及电阻R29的一端连接，所述芯片N12的V-引脚接地，所述芯片N12的IN+引脚分别与电阻R27的一端、接地电容C55和接地电容C56连接，所述电阻R27的另一端分别与接地电阻RS5、接地电容C57和接地电容C58连接，所述芯片N12的IN-引脚分别与电阻R29的另一端以及接地电阻R30连接，所述芯片N12的V+引脚连接电源；

所述电池管理电路还包括场效应管N14和N15，所述场效应管N14的源极分别与电阻R31的一端、电容C67的一端以及电感L10的一端连接，所述电容C67的另一端分别与电容C66的一端以及接地电阻RS5连接，所述电感L10的另一端以及电容C66的另一端均与磁共振接收电源连接，所述场效应管N14的栅极分别与电阻R31的另一端以及电阻R38的一端连接，所述电阻R38的另一端与三极管N19的集电极连接，所述三极管N19的发射极接地，其基极通过电阻R43与芯片N3的P11引脚连接，所述场效应管N14的漏极分别与保险丝FUSE1的一端以及锂电池连接；

所述场效应管N15的源极分别与电阻R32的一端以及保险丝FUSE1的另一端连接，所述场效应管N15的栅极分别与电阻R32的另一端以及电阻R36的一端连接，所述电阻R36的另一端与三极管N18的集电极连接，所述三极管N18的发射极接地，其基极通过电阻R44与芯片N3的P12引脚连接，所述场效应管N15的漏极分别与磁感应驱动电路以及接地电容C60连接；

所述电池管理电路还包括电阻R37，所述电阻R37的一端分别与芯片N3的P04引脚以及接地电容C75连接，所述电阻R37的另一端分别与接地电容C80、接地电阻R41以及电阻R34的一端连接，所述电阻R34的另一端与锂电池连接；

所述电池管理电路还包括电阻R39，所述电阻R39的一端分别与芯片N3的P00引脚以及接地电容C76连接，所述电阻R39的另一端分别与接地电容C81、接地电阻R42以及电阻R35的一端连接，所述电阻R35的另一端与磁共振接收电源连接；

所述电池管理电路还包括插接件TB1和TOI1，所述插接件TB1与芯片N3的P01引脚连接，所述插接件TOI1与芯片N3的P05引脚连接；

所述射频功放源包括稳压芯片N16、功放管N17、输入匹配子电路、栅极偏置子电路、漏极偏置子电路以及输出匹配子电路；

所述芯片N16的ADJ引脚分别与电源负极、电容C77的一端以及电容C78的一端连接，所述芯片N16的Vout引脚分别与电容C78的另一端、电感L11的一端以及+5V电源连接，所述芯片N16的Vin引脚分别与电容C77的另一端以及+15V电源连接；

所述输入匹配子电路包括并联的电容C69和电容C79，所述电容C69和电容C79并联后一端与功放管N17的栅极连接，其另一端通过插接件Y2与电感L11的另一端、电容C73的一端以及电容C74的一端连接，所述C73的另一端和电容C74的另一端均与电源负极连接；

所述栅极偏置子电路包括电容C84，所述电容C84的一端与电源负极连接，其另一端分别与芯片N16的Vout引脚以及电阻R45的一端连接，所述电阻R45的另一端通过电阻R46分别与电容C85的一端、电阻R47的一端以及电阻R40的一端连接，所述电容C85的另一端和电阻R47的另一端均与电源负极连接，所述电阻R40的另一端与功放管N17的栅极连接；

所述漏极偏置子电路包括电感L13，所述电感L13的一端与功放管N17的漏极连接，其另一端分别与电容C82的一端、电容C83的一端、极性电容C86的正极以及+11.2V电源连接，所述电容C82的另一端、电容C83的另一端以及极性电容C86的负极均与电源负极连接；

所述功放管N17的源极与电源负极连接，其漏极还分别与电容C61的一端、电容C63的一端、电容C64的一端、电容C65的一端以及电容C70的一端连接，所述电容C63的另一端、电容C64的另一端和电容C65的另一端均与电源负极连接；

所述输出匹配子电路包括并联的电容C62和电感L12，所述电容C62和电感L12并联后一端分别与电容C61的另一端以及电容C70的另一端连接，其另一端分别与电容C68的一端、电容C71的一端以及电容C72的一端连接，所述电容C68的另一端通过第一匹配网络与磁共振发射天线连接，所述电容C71的另一端和电容C72的另一端均通过第一匹配网络与磁共振发射天线连接，并连接电源负极。

2.根据权利要求1所述的磁感应无线充电系统，其特征在于，所述磁共振发射天线为平板型结构，其正面为第一发射谐振线圈(602)，其背面为第二发射谐振线圈(702)，所述第一发射谐振线圈(602)和第二发射谐振线圈(702)均为带缺口的四方螺旋环形线圈，所述第一发射谐振线圈(602)上设置有第一连接点(601)，所述第二发射谐振线圈(702)上设置有第二连接点(701)，所述第一连接点(601)和第二连接点(701)之间设置有通孔；所述磁共振发射天线的几何参数和电气参数设置如下：

所述第一发射谐振线圈(602)的外部长度L_{res_TX1}为50mm-150mm；

所述第一发射谐振线圈(602)的外部宽度H_{res_TX1}为50mm-150mm；

所述第一发射谐振线圈(602)中微带线的宽度W_{res_TX1}为3mm-5mm；

所述第一发射谐振线圈(602)中微带线之间的距离S_{res_TX1}为1mm-3mm；

所述第二发射谐振线圈(702)的外部长度L_{res_TX2}为50mm-150mm；

所述第二发射谐振线圈(702)的外部宽度H_{res_TX2}为50mm-150mm；

所述第二发射谐振线圈(702)中微带线的宽度W_{res_TX2}为3mm-5mm；

所述第二发射谐振线圈(702)中微带线之间的距离S_{res_TX2}为1mm-3mm；

所述磁共振发射天线的谐振电容值为100pF-500pF；

所述磁共振发射天线的匹配电容值为100pF-500pF。

3.根据权利要求1所述的磁感应无线充电系统，其特征在于，所述磁共振接收天线为平板型结构，其正面为接收谐振线圈(802)，其背面包括微带线(901)和焊盘(903)，所述接收谐振线圈(802)为带缺口的四方螺旋环形线圈，其上设置有第三连接点(801)，所述微带线(901)分为三段，第一段微带线和第二段微带线相互垂直连接，第二段微带线和第三段微带线之间设置有两个焊盘(903)，且所述微带线(901)通过焊盘(903)与整流稳压电路连接，所述第一段微带线和第三段微带线上设置有第四连接点(902)，所述第三连接点(801)和第四连接点(902)之间设置有通孔；所述磁共振接收天线的几何参数和电气参数设置如下：

所述接收谐振线圈(802)的外部长度L_{res_RX}为30mm-50mm；

所述接收谐振线圈(802)的外部宽度H_{res_RX}为30mm-50mm；

所述接收谐振线圈(802)中微带线的宽度W_{res_RX}为0.5mm-1.5mm；

所述接收谐振线圈(802)中微带线之间的距离S_{res_RX}为0.3mm-0.7mm；

所述第一段微带线的长度L_{res_RX1}为3mm-5mm；

所述第一段微带线的宽度W_{res_RX1}为0.5mm-1.5mm；

所述第二段微带线的长度L_{res_RX2}为5mm-7mm；

所述第二段微带线的宽度W_{res_RX2}为0.5mm-1.5mm；

所述第三段微带线的长度L_{res_RX3}为5mm-7mm；

所述第三段微带线的宽度W_{res_RX3}为0.5mm-1.5mm；

所述焊盘(903)的长度L_{pad_RX}为3mm-5mm；

所述焊盘(903)的宽度W_{pad_RX}为1mm-3mm；

所述磁共振接收天线的谐振电容值为100pF-500pF；

所述磁共振接收天线的匹配电容值为100pF-500pF。

4.根据权利要求1所述的磁感应无线充电系统，其特征在于，所述整流稳压电路包括匹配子电路、桥式整流子电路、稳压子电路、滤波子电路以及限流子电路；

所述匹配子电路包括电容C34、电容C38、电容C40和电容C41，所述电容C34的一端分别与电容C38的一端、电容C40的一端以及电容C41的一端连接，其另一端分别与电容C38的另一端以及磁共振接收天线连接，所述电容C40的另一端和电容C41的另一端相连，并与磁共振接收天线连接；

所述桥式整流子电路包括二极管D4、二极管D5、二极管D6和二极管D7，所述二极管D4的正极与二极管D6的负极相连，并与电容C34的一端连接，所述二极管D5的正极与二极管D7的负极相连，并与电容C34的另一端连接，所述二极管D4的负极与二极管D5的负极相连，并分别与电容C18的一端、接地电容C15以及接地电容C16连接，所述二极管D6的正极与二极管D7的正极相连，并与电容C18的另一端连接并接地；

所述稳压子电路包括稳压芯片N5，所述芯片N5的AAM引脚与电阻R3的一端连接，所述芯片N5的IN引脚分别与电阻R3的另一端、电阻R6的一端、接地电容C17以及二极管D4的负极连接，所述芯片N5的SW引脚分别与电感L5的一端以及电容C19的一端连接，所述芯片N5的GND引脚接地，所述芯片N5的BST引脚通过电阻R4与电容C19的另一端连接，所述芯片N5的EN引脚分别与电阻R6的另一端以及接地电阻R8连接，所述芯片N5的VCC引脚与接地电容C39连接，所述芯片N5的FB引脚分别与电阻R15的一端以及电容C33的一端连接，所述电阻R15的另一端分别与电阻R16的一端以及接地电阻R17连接，所述电容C33的另一端与电阻R12的一端连接，所述电阻R12的另一端与电阻R16的另一端连接；

所述滤波子电路包括接地电容C27、接地电容C28以及接地电容C29，所述接地电容C27、接地电容C28和接地电容C29均与电感L5的另一端连接；

所述限流子电路包括限流芯片N9，所述芯片N9的REF引脚和GND引脚均接地，所述芯片N9的V+引脚分别与接地电容C51、电阻RS2的一端、芯片N9的IN+引脚、电阻R12的另一端以及电感L5的另一端连接，所述芯片N9的IN-引脚与电阻RS2的另一端连接，并通过第二匹配网络与磁共振接收电源连接，所述芯片N9的OUT引脚与二极管D9的正极连接，所述二极管D9的负极与接地电阻R17连接。

5.根据权利要求1所述的磁感应无线充电系统，其特征在于，所述磁感应驱动电路包括单片机芯片N21以及运算放大器芯片N22，所述芯片N21的Vcc引脚分别与电源以及接地电容C94连接，所述芯片N21的GND引脚接地，所述芯片N21的PA2引脚分别与晶体管Q5的栅极以及接地电阻R59连接，所述晶体管Q5的源极连接5V电源，并通过电阻R56与其漏极连接，所述芯片N21的PA0引脚分别与电阻R61的一端以及接地电容C99连接，所述芯片N21的PC1引脚分别与电阻R58的一端以及接地电阻R60连接，所述电阻R58的另一端分别与接地电容C100、电容C108的一端以及二极管D12的负极连接，所述二极管D12的正极与电阻R53的一端连接，所述芯片N21的PB5引脚通过电阻R57与二极管D11的正极连接，所述二极管D11的负极接地，所述芯片N21的PB6引脚与芯片N22的Out2引脚连接，所述芯片N21的PB7引脚与晶体管Q3的栅极连接，所述晶体管Q3的源极通过电阻R55与其栅极连接，所述晶体管Q3的漏极分别与电阻R51的一端、晶体管Q5的漏极以及电容C93的一端连接，所述电容C93的另一端分别与磁感应发射线圈以及电阻R53的另一端连接，所述电阻R51的另一端分别与晶体管Q1的栅极以及晶体管Q6的栅极连接，所述晶体管Q1的漏极接地，其源极分别与晶体管Q2的栅极以及电阻R54的一端连接，所述晶体管Q2的源极接地，其漏极分别与磁感应发射线圈以及晶体管Q4的漏极连接，所述晶体管Q4的源极连接5V电源，其栅极分别与电阻R54的另一端以及晶体管Q6的源极连接，所述晶体管Q6的漏极连接电源；

所述芯片N22的Out1引脚分别与电阻R61的另一端以及电阻R64的一端连接，所述芯片N22的1-引脚分别与电阻R64的另一端以及电阻R63的一端连接，所述电阻R63的另一端与接地电容C103连接，所述芯片N22的1+引脚分别与接地电容C109、接地电阻R69、电容C108的另一端以及电阻R66的一端连接，所述电阻R66的另一端连接电源，所述芯片N22的GND引脚接地，所述芯片N22的Vcc引脚分别与接地电容C101以及锂电池连接，所述芯片N22的Out2引脚与电阻R65的一端连接，所述芯片N22的2-引脚分别与电阻R65的另一端以及电阻R67的一端连接，所述芯片N22的2+引脚分别与电阻R68的一端以及电容C110的一端连接，所述电阻R68的另一端分别与电容C110的另一端、电阻R67的另一端、晶体管Q3的源极以及接地电阻R70连接。

6.根据权利要求1所述的磁感应无线充电系统，其特征在于，所述磁感应接收电源包括无线电源芯片N20，所述芯片N20的AC1引脚分别与电容C95的一端、电容C96的一端、电容C97的一端、电容C98的一端、电容C102的一端、电容C106的一端以及电容C107的一端连接，所述电容C97的另一端和电容C98的另一端均与磁感应接收线圈连接，所述芯片N20的AC2引脚分别与磁感应接收线圈、电容C95的另一端、电容C96的另一端、电容C90的一端、电容C91的一端以及电容C92的一端连接，所述芯片N20的BOOT1引脚与电容C102的另一端连接，所述芯片N20的BOOT2引脚与电容C90的另一端连接，所述芯片N20的CLAMP1引脚与电容C106的另一端连接，所述芯片N20的CLAMP2引脚与电容C91的另一端连接，所述芯片N20的COMM1引脚与电容C107的另一端连接，所述芯片N20的COMM2引脚与电容C92的另一端连接，所述芯片N20的OUT引脚分别与电阻R62的一端、接地电容C104以及接地电容C105连接，所述电阻R62的另一端与负载设备连接，所述芯片N20的RECT引脚分别与电阻R49的一端、接地电容C87、接地电容C88以及接地电容C89连接，所述芯片N20的FOD引脚分别与接地电阻R48、电阻R49的另一端以及电阻R50的一端连接，所述芯片N20的TS/CTRL引脚与接地电阻R52连接，所述芯片N20的ILIM引脚与电阻R50的另一端连接。