CN110224466A - 一种智能手机无线充电器及其充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能手机无线充电器及其充电方法，其中，该方法包括：第一谐振电路接收第二谐振电路发送的配置信息并传输至解调电路；解调电路将配置信息进行解码，并将解码后的配置信息传输至第一控制器；第一控制器控制第一谐振电路进行功率输出，无线发射端进入充电状态；当待充电的智能手机充满电之后，第二谐振电路会向第一谐振电路发送充电终止的信息；第一谐振电路将充电终止的信息传输至解调电路；解调电路将充电终止的信息进行解码，并将解码后的充电终止的信息传输至第一控制器；第一控制器控制第一谐振电路终止功率输出，进入待机状态。本发明能够根据不同手机的无线充电功率不同，调整无线发射端的输出功率，提高充电效率。

Description

一种智能手机无线充电器及其充电方法

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，具体涉及一种智能手机无线充电器及其充电方法。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，无线充电技术已经进入了人们的生活中。一些电子设备，例如手机可以应用无线充电器来充电，给手机充电时直接将手机放在无线充电器上即可。

将手机等支持无线充电的电子设备放到无线充电器的充电表面上，无线充电器检测到电子设备中的无线接收线圈，无线充电器的无线发射线圈与无线接收线圈完成彼此匹配后即可开始充电。在实际的使用过程中，无线发射线圈与无线接收线圈的功率相同时，无线充电的效率最高，当无线发射线圈与无线接收线圈的功率彼此不同时，无线充电效率会降低；另外，不同型号手机的充电功率不同，这就导致了不同型号手机使用同一种无线充电器充电时充电效率也会有所不同。

现有技术的无线充电器并没有根据手机充电功率的不同而自动调节无线充电发射功率的功能，不能很好的适应不同无线充电功率的手机，无法使不同无线充电功率的手机都具有最高的无线充电效率。

发明内容

本发明针对上述存在的问题，提供一种智能手机无线充电器及其充电方法，能够根据不同手机的无线充电功率不同，调整无线发射端的输出功率，提高充电效率，缩短充电时间。

本发明为实现上述目的，采取以下技术方案予以实现：

一种智能手机无线充电器，包括无线发射端和无线接收端，所述无线发射端包括电源输入端、第一谐振电路、全桥逆变电路、驱动隔离电路、第一控制器以及与所述第一控制器电连接的buck电路、SPEIC电路、驱动电路、第一采样电路和解调电路，所述电源输入端分别与buck电路和SPEIC电路电连接，所述第一谐振电路分别与全桥逆变电路、第一采样电路和解调电路电连接，所述驱动隔离电路设于所述第一控制器与驱动电路的连接线路上；所述无线接收端包括互相电连接的稳压电路和电源输出端以及依次电连接的第二谐振电路、整流电路、第二采样电路、第二控制器和调制电路，所述调制电路与第二谐振电路电连接，所述稳压电路与整流电路电连接，所述电源输出端口用于向智能手机充电。

优选地，所述第一控制器和第二控制器均采用STM32F 103C8T6芯片。

优选地，所述电源输入端输入的电压为24V，所述buck电路采用MC34063芯片，用于将所述电源输入端输入的24V的电压转换为5V。

优选地，所述第一谐振电路为串联谐振，所述第一谐振电路中电感的电感量为6.3uH，电容的容值为140nF，电容的耐压为400V，逆变频率为175kHz。

优选地，所述第一采样电路包括电流采样电路和电压采样电路，所述第一采样电路用于将采样电流和采样电压传输至第一控制器，以使第一控制器计算无线发射端的传输视在功率。

优选地，所述解调电路用于对无线接收端的发射信号进行解码以获取编码信息，并将编码信息传输至第一控制器，以使第一控制器控制调节无线发射端的输出功率。

优选地，所述第二谐振电路为并联谐振。

一种智能手机无线充电器的充电方法，包括以下步骤：

第一谐振电路接收第二谐振电路发送的配置信息并传输至解调电路，所述配置信息为待充电的智能手机的信息；

解调电路将所述配置信息进行解码，并将解码后的所述配置信息传输至第一控制器；

所述第一控制器控制第一谐振电路进行功率输出，无线发射端进入充电状态；

当待充电的智能手机充满电之后，第二谐振电路会向第一谐振电路发送充电终止的信息；

第一谐振电路将所述充电终止的信息传输至解调电路；

解调电路将所述充电终止的信息进行解码，并将解码后的所述充电终止的信息传输至第一控制器；

第一控制器控制第一谐振电路终止功率输出，无线发射端进入待机状态。

优选地，所述第一控制器控制第一谐振电路进行功率输出，无线发射端进入充电状态之后，该方法还包括以下步骤：

所述第二谐振电路将接收到的无线发射端的输出功率的误差信息发送至第一谐振电路；

第一谐振电路将所述输出功率的误差信息传输至解调电路；

解调电路将所述输出功率的误差信息进行解码，并将解码后的所述输出功率的误差信息传输至第一控制器；

第一控制器将解码后的所述输出功率的误差信息耦合进无线发射端的全桥逆变电路中，以调节无线发射端的输出功率。

优选地，该方法还包括以下步骤：

第一采样电路实时采集无线发射端的输出电压和输出电流，并将所述输出电压和输出电流发送至第一控制器；

所述第一控制器根据所述输出电压和输出电流，计算无线发射端的输出视在功率；

所述第一控制器判断无线发射端的所述输出视在功率是否超过安全输出功率；

如果是，则所述第一控制器控制第一谐振电路降低输出功率。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明无线发射端中的buck电路将输入的24V的电源转换为5V，这样当无线充电器未使用处于待机状态时可以降低待机损耗；通过解调电路将接收到的无线接收端的发射信号进行解码以获取无线配置信息，无线充电器开始充电，在充电过程中，解调电路会接收到无线接收端发射的误差数据包，并将解码后的误差数据传输至控制器，同时第一采样电路会实时采集无线发射端的输出端口的输出电压和输出电流并传输至控制器，以使控制器计算无线发射端的输出视在功率，控制器会控制无线发射端的发射功率得到改变，提高与无线接收端的智能手机的无线充电功率的匹配度，进而提高充电效率；通过实时计算无线发射端的输出视在功率，也能在输出功率过高时进行及时的电路保护；当充电结束之后，无线接收端会发射充电结束的信号，当解调电路接收到充电结束的信号之后，控制器就会控制无线发射端停止发射功率，进入待机状态，这就有效的提高了无线充电器的智能性。

附图说明

图1为本发明一种智能手机无线充电器的结构示意图；

图2为本发明第一控制器和第一控制器的电路原理图；

图3为本发明buck电路的电路原理图；

图4为本发明SPEIC电路的电路原理图；

图5为本发明驱动隔离电路的电路原理图；

图6为本发明驱动电路的电路原理图；

图7为本发明全桥逆变电路的电路原理图；

图8为本发明电流采样电路的电路原理图；

图9为本发明电压采样电路的电路原理图；

图10为本发明解调电路的电路原理图；

图11为本发明稳压电路的电路原理图；

图12为本发明一种智能手机无线充电器的充电方法的流程图；

图13为本发明另一种智能手机无线充电器的充电方法的流程图；

图14为本发明的编码解码中的位的示例图；

图15为本发明对输出信息的部分编码的示例图；

图16为本发明的字节编码示例图；

图17为空载下buck电路的启动输出电压波形图；

图18为设定SPEIC电路的输出电压为5V时，SPEIC电路在空载下的输出电压波形图；

图19为全桥逆变电路中MOS管工作状态下的波形图；

图20为第一谐振电路中电感两端的输出电压波形图；

图21为第二谐振电路中电感两端的输出电压波形图；

图22为无线接收端输出电压的波形图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细描述。

参见图1，一种智能手机无线充电器，包括无线发射端1和无线接收端2，无线发射端1包括电源输入端10、第一谐振电路11、全桥逆变电路12、驱动隔离电路13、第一控制器14以及与第一控制器14电连接的buck电路15、SPEIC电路16、驱动电路17、第一采样电路18和解调电路19，电源输入端10分别与buck电路15和SPEIC电路16电连接，第一谐振电路11分别与全桥逆变电路12、第一采样电路18和解调电路19电连接，驱动隔离电路13设于第一控制器14与驱动电路17的连接线路上；无线接收端2包括互相电连接的稳压电路21和电源输出端20以及依次电连接的第二谐振电路22、整流电路23、第二采样电路24、第二控制器25和调制电路26，调制电路26与第二谐振电路22电连接，稳压电路21与整流电路23电连接，电源输出端口20用于向智能手机充电。

本实施例中，无线发射端的发射功率可以在充电之前根据要充电的智能手机的充电功率进行设定，一旦设定好发射功率，那么智能手机上安装的无线接收端就不需要对无线发射端识别而直接接收无线发射端发射的能量，对智能手机进行无线充电，等到充电完成后，无线充电器要对另一个智能手机进行充电时，再将无线发射端的发射功率调整为新的待充电的智能手机的充电功率。

作为一种可选的实施方式，无线发射端的发射功率可以在充电时进行自动调节，具体为：无线发射端处于等待匹配的阶段，即通过低功率的能量输出，降低无线发射端的空载损耗。待有无线接收端的充电设备进行匹配后，通过解调电路解调接收端发送过来的配置信息，进行功率无线输出，即进入充电阶段。充电过程中，无线接收端会对无线发射端发送传输功率的误差信息进行调制并发送至无线发射端，通过无线发射端的控制器来控制改变无线发射端的功率输出，使得无线发射端的输出功率与无线接收端的充电设备的充电功率相等，这样可以有效的提高传输效率，进而缩短充电时长。当充电完成时，无线接收端发送终止传输信息，使无线发射端停止传送功率，并使无线发射端处于待机模式，等待下一设备进行无线充电。

本实施例的无线充电器在充电时会将无线发射端的输出功率匹配为与无线接收端的充电设备的充电功率相同的发射功率，这样可以使充电效率最大，缩短充电时间。

第一采样电路会实时采集无线发射端的输出电压与电流并传输至第一控制器，第一控制器会计算出无线发射端输出的视在功率，如果功率过高，第一控制器就会控制无线发射端降低输出功率，对无线发射端的电路取到保护作用。

可选的，第一控制器14和第二控制器25均采用STM32F103C8T6芯片。

本实施例中，上述第一控制器和第二控制器均采用STM32F103C8T6芯片，如图2所示，STM32F103C8T6芯片具有性能高，成本低，性能强的优点；内部主频高，能够实现高频控制；它有两个12位ADC，多达10个通道，用于采集电压和其他相关信息；拥有多达4个定时器，可以实现多通道输出PWM，用于控制高频逆变电路和SPEIC电路；利用输入捕获的功能进行解码；拥有多通道DMA，不占用CPU进行数据读取。

可选的，电源输入端10输入的电压为24V，buck电路15采用MC34063芯片，用于将电源输入端10输入的24V的电压转换为5V。

本实施例中，上述buck电路的电路原理图如图3所示，输出电压设定为5V，由于5脚为芯片的内部比较器的反向输入端，正向输入端为1.25V，根据公式因此R₁₃选用1K，R₁₂选用3K。设定工作频率为40kHz，c_T＝0.000004T_ON，定时电容C₁₂选择220pF的瓷片电容。电感选择根据公式因此L₃选用330uH功率电感。输出电容选择根据公式

因此C₁₃选用330uF，耐压为10V的电解电容。续流二极管D₄选用SS34的肖特基二极管。

可选的，上述SPEIC电路16的电路原理图如图4所示，上述SPEIC电路直接使用第一控制器去控制。SPEIC电路的输出电压通过第一控制器的ADC采样进行分频和采样，并根据采集的电压值与设定值之间的偏差，PID控制算法用于输出PWM信号并控制MOS晶体管的导通和关断，以调节SPEIC电路实现设定值的输出。在不改变逆变电路频率的情况下实现恒定频率电压调节的目的。电路上便于对MOS管进行驱动，可以实现低电压控制，避免像Buck电路的MOS管需要在高电压下才能控制开关通断的情况，也减小了MOS管的发热量，降低了整体的需求。SPEIC电路可以对输入电压实现降压—升压输出。该电路使用的电感L4和L5，由于在整个工作周期中，两电感两端的电压始终是相等的，因此可以将两个利用磁芯制成变压器，节约整体空间。电容C12用于对隔离输入与输出，实现对负载的短路保护。

该电路的基本原理为当开关管处于导通状态时，电容C13，电感L4以及开关管Q9形成闭合回路，同时电容C12，电感L5以及开关管Q9形成闭合回路，这个过程中，会对两个电感进行储能充电，由电容C14向负载供电。当开关管处于断开状态时，电感L4，电容C12，二极管D4，电容C14和电阻R12和R13形成闭合回路，同时，电感L5，二极管D4，电容C14和电阻R12和R13也形成闭合回路，两个电感处于放电状态，此时电源以及两个电感同时向负载供电。

具体参数计算以及型号选择如下所示。

当我们在额定输出下，设定输出电压为5V，占空比计算为

输出电流设定为7A，纹波电流在4输出输入电流的50％的较好确定电感值，电感L4和L5的纹波电流为

开关频率在800KHz，电感L4和L5的电感量为

电感L4和L5的选型上，由于在逆变状态下，输出电流较大，因此选用一体成型电感10040。

10040电感的参数如表1所示。

表1

可以看出在大电流输出时，需选用相对感量较小的电感，此类电感在价格上差异不大，但是能导通的最大电流差异较大，因此选用6.8uH的功率电感。

输入电感的峰值电流为

输出电感的峰值电流为

MOS管的峰值电流为

L_Q(peak)＝L_2(peak)+L_2(peak)＝1.82+8.75＝10.57A

根据耐压以及峰值电流，选用型号为IRF3205作为开关管。

输出二极管的选择根据所需流过的峰值电流，以及反向的电压，流经二极管的平均电流与输出电流相近，由于开关速率也相对较高，为满足效率的需求，因此选用MBRF20100肖特基二极管。

电容C12的选择10uF，耐压为50V的陶瓷电容。输出电容C14选择220uF，耐压为35V的电解电容。输入电容C13选择470uF，耐压为50V的电解电容。

可选的，驱动隔离电路13的电路原理图如图5所示，驱动隔离电路选用74HC573锁存器作为隔离芯片，与普通三极管搭建的达林顿或者推挽电路相比，具有整体电路更加简单的优势，控制起来相对简单方便，价格相对较低的优点。同时，输出电流大，能够使输出电压快速驱动MOS管，避免了在用控制器输出PWM信号直接驱动MOS管时，存在驱动电流不足的现象，在开关周期内不能快速驱动MOS管的问题。同时，该芯片是一款具有三态输出的八路控制芯片，能有效防止MOS管的反电动势烧坏核心控制器的缺陷。

可选的，驱动电路17的电路原理图如图6所示，驱动电路选用IR2104芯片作为驱动芯片。IR2104是一个具有高驱动能力的半桥驱动芯片，能够在HO脚和LO脚输出相反电位的电平。栅极驱动电压随着VB脚电压而变化，在驱动MOS管时，能够避免全桥逆变电路的MOS管处于不完全导通的状态下，MOS管发热严重的现象，相对于用幅值为5V的PWM信号控制有了较好的提高。

可选的，全桥逆变电路12的电路原理图如图7所示，全桥逆变电路能够降低对MOS管应力的要求，满足相对较大功率传输的需求。功率管选择IRF3205，其耐压在60V左右，导通电流最大可以达到70A，导通压降在8mW左右，相对小功率MOS管，例如AO4828等，具有更高的耐压等优势。

可选的，第一谐振电路11为串联谐振，第一谐振电路中电感的电感量为6.3uH，电容的容值为140nF，电容的耐压为400V，逆变频率为175kHz。

本实施例中，上述第一谐振电路的线圈采用多股丝包线绕制而成，可以减小趋肤效应带来的增大交流阻抗。

可选的，第一采样电路18包括电流采样电路和电压采样电路，第一采样电路用于将采样电流和采样电压传输至第一控制器，以使第一控制器计算无线发射端的传输视在功率。

本实施例中，上述电流采样电路的电路原理图如图8所示，通过对全桥逆变电路的接地端接入0.05欧的合金电阻进行采样，通过对3.3V的电压进行分压，下端的分压电阻接到电流采样点，流过线圈的电流通过分压电阻器的中点电压的变化的A/D采样获得。

上述电压采样电路的电路原理图如图9所示，对电感两端的电压进行采样，经过电容C17进行耦合隔直，再经电阻进行分压，最后由肖特基二极管SS14进行半波整流，电阻R18和电容C18进行滤波，将输出电压接入控制器的进行A/D采样，求解电感两端的电压。C17选用0.1uF的瓷片电容，电阻R16选用47K的电阻，R17选用1K电阻，整流二极管选用肖特基二极管SS14，电阻R18选用680K电阻，电容C18选用0.1uF。

可选的，解调电路19用于对无线接收端的发射信号进行解码以获取编码信息，并将编码信息传输至第一控制器，以使第一控制器控制调节无线发射端的输出功率。

本实施例中，上述解调电路的电路原理图如图10所示，通过对电感两端的电压进行采样，将输入信号进行电阻分压，再经电容C19进行隔直，再利用R31和电容C22搭建低通滤波器，滤除175kHz的高频信号，并保留2kHz的低频信号，利用运算放大器NE5532搭建电压跟随电路，将信号输入，减小输出阻抗，由于对运算放大器采用单电源供电，因此利用分压电阻，对输入信号叠加2V左右的直流偏置。将电压跟随电路的输出电压接入电压比较电路的同向输入端，在电压比较器的反向输入端输入2V的电压，最后将电压比较器的输出电压接入控制器的I/O口，利用输入捕获的功能进行解码处理，获取编码信息。

电阻R23和R25分别选用100K和1K的电阻，C19选用0.1uF的电容，电阻R31选用100K的电阻，电阻R21和电阻分别选用680K和910K的电阻。电阻R22和R24分别选用680K和910K的电阻。

可选的，第二谐振电路22为并联谐振。

可选的，稳压电路21的电路原理图如图11所示，整流输出电压经过buck电路输出5V，使用MP1584EN芯片进行降压，该芯片具有输入电压范围宽，使用简单方便等优势。

芯片的6脚是频率控制引脚，推荐工作频率为500KHz。根据公式

可以计算得出R₁₄为200K。

该芯片的4脚FB为反馈控制的引脚，基准电压为0.8V，根据公式

可以计算得出由于R₆的推荐值为40.2K，以此R₄选用210K。

电感的选择根据公式因此电感选择4.7uH。

该芯片的2脚的EN脚使能电压在1.5V左右，为了满足宽电压输入的需求，因此R₃选择100K，R₅选择24.9K。

根据该芯片数据手册，C₁₄选择22uF,C₁₅选择150pF，R₁₅选择100K，续流二极管的型号选择SS34。

实施例一

本实施例提供一种智能手机无线充电器的充电方法，如图12所示，图12是根据本发明实施例一的一种智能手机无线充电器的充电方法的流程图，包括以下步骤：

S101、第一谐振电路接收第二谐振电路发送的配置信息并传输至解调电路；

本发明实施例中，上述配置信息为待充电的智能手机的信息；

S102、解调电路将配置信息进行解码，并将解码后的所述配置信息传输至第一控制器；

作为一种可选的实施方式，本发明是通过编码解码的方式，利用调制解调的硬件电路进行信息传递。编码类型的选择使用差分双相编码将信号调制到传输的电能上以进行通信。差分双相编码的实现采用两块STM32F 103C8T6的核心板进行实现，一个核心板用于对差分双相编码进行编码，另一个核心板用于对编码信息进行解码。将编码的时钟频率设定在2kHz，位信号的表示方式即在一个周期内信号电平跳变则表示为1，没有跳变则表示为0。每个时钟周期结束后，信号电平自动发生跳变。位的示例如图14所示；

利用STM32的定时器实现对2kHz的差分双相编码进行编码，编码的方式根据编码规则进行编写。2khz的频率，意味着每半个周期为250us，对其定时器进行配置，计时每个周期为250us的定时器中断，根据输出的位信息是1或者0，决定是否将输出电平进行取反，当时定时器每计时到500us时，自动取反输出电平。用以此种方式实现对输出信息的编码。部分编码如图15所示；

一个字节由11位0或1组成，主要由1个起始位，8个数据位，1个校验位和1个停止位组成。起始位设置为0，停止位设置为1。根据奇偶校验规则，数据位包含偶数1，奇偶校验位为1，否则为0。无线发射端接收的信息，判断起始位和停止位是否正确，无线发射端通过对接收端的字节对校验位进行判断，正确则接收该字节，否则处于继续接收的状态。字节编码示例如图16所示；

无线充电器两端的通信通过数据包的方式来实现，数据包由四部分组成：前导、报头、信息和校验和；

前导由24个1组成，主要用于发射端获取数据包的信息并同步信号，只要发射端接收到超过连续12个1组成，便识别为数据包的前导，防止数据包其他数据误识别。报头由定义数据包类型的字节组成。信息指一个字节的传递信息内容。检验和由一个字节组成，用于校验传递的信息内容是否错误，无误则表示传递的信息正确，对信息进行处理，否则放弃该信息。校验的算法采用异或的方式，对数据位进行异或运算，作为校验和发送；

对于前导码的检测，由于前导码的编码是1，即在每个时钟周期中电平都会变化，所以每个高电平或低电平的宽度都是250us。通过连续捕获电平宽度，我们可以检测到是否有24个连续电平宽度为250us的信号。如果是，成功识别前导，否则检测将继续。在搜索了前导码之后，则开始查找报头。当水平宽度为500us时，我们可以确定位的数据为0。如果我们连续接收两个250us的电平宽度，我们可以确定位的数据是1。根据差分双相编码的规则搜索报头。找到报头后，继续搜索信息，查找信息的方式与查找报头的方式相同。在成功找到信息后搜索校验和。除了根据编码规则查找字节外，校验和的搜索还需要基于报头和信息的字节异或来判断校验和是否正确，以确认数据包是否被使用。

当无线充电器工作时，各数据包如表2所示。在等待阶段，无线发射端等待接收配置包；在电能传输阶段，无线发射端等待无线接收接收端发送的误差包；在传输终止阶段，无线发射端等待接收无线接收端发射的终止包；

表2

在等待阶段，无线发射端持续低功率发射的175khz的能量，达到降低空载功耗的作用。待接收到配置包时，无线发射端根据无线接收端发送的配置信息增加输出功率，达到负载输出的需求；

在电能传输的阶段，无线接收端不断发送误差数据包。无线发射端通过接收的信息连续调整SPEIC电路的输出电压，以满足负载端的要求。提高整体的传输效率。

传输终止阶段，手机负载充电完毕后，无线接收端会发送终止传输包。使无线发射端处于等待状态；

S103、第一控制器控制第一谐振电路进行功率输出，无线发射端进入充电状态；

本发明实施例中，对于电路控制，采用PID控制算法输出200kHz脉冲信号，通过改变占空比控制该电路输出电压。PID控制算法通过控制比例偏差(P)，积分偏差(I)和微分偏差(D)来实现设定控制器。该算法使用相对简单，原理也相对容易理解，使用范围广泛，在实际工程上也有较多的应用。PID控制器使用过程中是是对一个连续系统进行最优控制的有效方法，只需对参数进行整定，便可实现对系统的连续控制；

S104、当待充电的智能手机充满电之后，第二谐振电路会向第一谐振电路发送充电终止的信息；

S105、第一谐振电路将充电终止的信息传输至解调电路；

S106、解调电路将充电终止的信息进行解码，并将解码后的充电终止的信息传输至第一控制器；

S107、第一控制器控制第一谐振电路终止功率输出，无线发射端进入待机状态。

本发明在设计完成之后还进行了调试，具体的调试包括以下步骤：

步骤1：24V转5Vbuck电路的调试；

对buck电路的调试和测试，通过计算，匹配好该电路的相关元器件，测试空载下该电路的启动输出电压波形如图17所示。可以看出，buck电路在空载下，输出电压能够稳定在所需要的5V，输出电压的响应时间较快，超调量小；

步骤2：SPEIC电路的调试；

对SPEIC电路的调试和测试，利用PID算法对SPEIC的输出进行控制，对输出电压利用电阻分压的原理进行ADC采集电压。实现对输出电压的精确控制。如图18所示为设定SPEIC电路的输出电压为5V时，电路在空载下的输出电压波形；可以看出，SPEIC电路在空载下，输出电压能够快速稳定在5V，输出电压的响应时间较快，超调量小；

步骤3：全桥逆变电路的调试；

对全桥逆变电路输出电压的调试，要求输出电压为相位互补的电压，各自占空比为50％。才能够使LC谐振电路产生足够大的谐振电压。测试MOS管工作状态下的波形如图19所示。MOS管的正常工作下输出电压基本处于相反相位的状态，在各个MOS管导通下，输出基本等于输入电压；

步骤4：发射端谐振电路的调试；

发射端谐振电路主要是将较小的交流电逆变为高幅值的交流电，如图20所示电感两端的输出电压波形。电感两端的波形的基本如正弦波，电压的峰峰值在90V左右，处于稳定的状态，频率在175kHz左右；

步骤5：接收端电感的调试；

接收端的LC谐振电路，通过电磁感应的原理，利用在感应电动势，在接收端线圈获取能量，电感两端的波形如图21所示。在接收端带额定负载的情况下，副边的线圈的电压接近为正弦波，频率在175kHz左右；

步骤6：接收端输出电压的调试；

无线接收端输出电压的测试，一般手机充电电压为5V左右，因此本发明的输出电压设置在5V，输出电压波形如图22所示。输出电压基本上为5V稳定。纹波相对较小；

本发明的无线充电器的充电系统的测试结果主要包括以下两个部分。

结果1：负载对输出电压的测试

利用本发明的无线充电器，测试系统在接收侧有不同的负荷的情况下，系统的输出电压变化。将发送端和接收端的线圈距离设定为10mm，中心垂直距离在0mm左右。测试结果如表3所示；如上述所示，当无线充电系统的负荷从0.1A变为1A时，输出电压大体上保持恒定，输出功率随着输出电流的增加而增大。输出电压的变动在要求范围内，符合本发明的设计需要。

表3

结果2：充电距离对输出电压的测试

表4

测试无线充电系统的充电距离对输出电压的影响，发射端线圈和接收端垂直距离从5mm到30mm，中心相对距离从靠左侧10mm到靠右侧10mm，测试结果如表4所示。从表4数据可以看出，输出电压并不是在两线圈距离最近时传输功率最大，而是距离10mm处获得最大的输出电压，水平距离上也并非中心距离处接收到的功率最大，偏离中心点附近可获得最大传输功率。输出变化规律基本符合Biot-Savar的电磁场定律。

实施例二

本实施例还提供了另一种智能手机无线充电器的充电方法，如图13所示，图13是根据本发明实施例二的另一种智能手机无线充电器的充电方法的流程图，包括以下步骤：

S201、第一谐振电路接收第二谐振电路发送的配置信息并传输至解调电路；

本发明实施例中，上述配置信息为待充电的智能手机的信息；

S202、解调电路将配置信息进行解码，并将解码后的所述配置信息传输至第一控制器；

S203、第一控制器控制第一谐振电路进行功率输出，无线发射端进入充电状态；

S204、第二谐振电路将接收到的无线发射端的输出功率的误差信息发送至第一谐振电路；

S205、第一谐振电路将输出功率的误差信息传输至解调电路；

S206、解调电路将输出功率的误差信息进行解码，并将解码后的输出功率的误差信息传输至第一控制器；

S207、第一控制器将解码后的输出功率的误差信息耦合进无线发射端的全桥逆变电路中，以调节无线发射端的输出功率；

S208、当待充电的智能手机充满电之后，第二谐振电路会向第一谐振电路发送充电终止的信息；

S209、第一谐振电路将充电终止的信息传输至解调电路；

S210、解调电路将充电终止的信息进行解码，并将解码后的充电终止的信息传输至第一控制器；

S211、第一控制器控制第一谐振电路终止功率输出，无线发射端进入待机状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明无线发射端中的buck电路将输入的24V的电源转换为5V，这样当无线充电器未使用处于待机状态时可以降低待机损耗；通过解调电路将接收到的无线接收端的发射信号进行解码以获取无线配置信息，无线充电器开始充电，在充电过程中，解调电路会接收到无线接收端发射的误差数据包，并将解码后的误差数据传输至控制器，同时第一采样电路会实时采集无线发射端的输出端口的输出电压和输出电流并传输至控制器，以使控制器计算无线发射端的输出视在功率，控制器会控制无线发射端的发射功率得到改变，提高与无线接收端的智能手机的无线充电功率的匹配度，进而提高充电效率；通过实时计算无线发射端的输出视在功率，也能在输出功率过高时进行及时的电路保护；当充电结束之后，无线接收端会发射充电结束的信号，当解调电路接收到充电结束的信号之后，控制器就会控制无线发射端停止发射功率，进入待机状态，这就有效的提高了无线充电器的智能性。

惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书所记载的内容所作出简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求所涵盖范围之内。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明之权利范围。

Claims (10)

1.一种智能手机无线充电器，包括无线发射端和无线接收端，其特征在于，所述无线发射端包括电源输入端、第一谐振电路、全桥逆变电路、驱动隔离电路、第一控制器以及与所述第一控制器电连接的buck电路、SPEIC电路、驱动电路、第一采样电路和解调电路，所述电源输入端分别与buck电路和SPEIC电路电连接，所述第一谐振电路分别与全桥逆变电路、第一采样电路和解调电路电连接，所述驱动隔离电路设于所述第一控制器与驱动电路的连接线路上；所述无线接收端包括互相电连接的稳压电路和电源输出端以及依次电连接的第二谐振电路、整流电路、第二采样电路、第二控制器和调制电路，所述调制电路与第二谐振电路电连接，所述稳压电路与整流电路电连接，所述电源输出端口用于向智能手机充电。

2.根据权利要求1所述的一种智能手机无线充电器，其特征在于，所述第一控制器和第二控制器均采用STM32F103C8T6芯片。

3.根据权利要求1所述的一种智能手机无线充电器，其特征在于，所述电源输入端输入的电压为24V，所述buck电路采用MC34063芯片，用于将所述电源输入端输入的24V的电压转换为5V。

4.根据权利要求1所述的一种智能手机无线充电器，其特征在于，所述第一谐振电路为串联谐振，所述第一谐振电路中电感的电感量为6.3uH，电容的容值为140nF，电容的耐压为400V，逆变频率为175kHz。

5.根据权利要求1所述的一种智能手机无线充电器，其特征在于，所述第一采样电路包括电流采样电路和电压采样电路，所述第一采样电路用于将采样电流和采样电压传输至第一控制器，以使第一控制器计算无线发射端的传输视在功率。

6.根据权利要求1所述的一种智能手机无线充电器，其特征在于，所述解调电路用于对无线接收端的发射信号进行解码以获取编码信息，并将编码信息传输至第一控制器，以使第一控制器控制调节无线发射端的输出功率。

7.根据权利要求1所述的一种智能手机无线充电器，其特征在于，所述第二谐振电路为并联谐振。

8.一种智能手机无线充电器的充电方法，应用于权利要求1～7所述的智能手机无线充电器中，其特征在于，包括以下步骤：

第一谐振电路接收第二谐振电路发送的配置信息并传输至解调电路，所述配置信息为待充电的智能手机的信息；

解调电路将所述配置信息进行解码，并将解码后的所述配置信息传输至第一控制器；

所述第一控制器控制第一谐振电路进行功率输出，无线发射端进入充电状态；

当待充电的智能手机充满电之后，第二谐振电路会向第一谐振电路发送充电终止的信息；

第一谐振电路将所述充电终止的信息传输至解调电路；

解调电路将所述充电终止的信息进行解码，并将解码后的所述充电终止的信息传输至第一控制器；

第一控制器控制第一谐振电路终止功率输出，无线发射端进入待机状态。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一控制器控制第一谐振电路进行功率输出，无线发射端进入充电状态之后，还包括以下步骤：

所述第二谐振电路将接收到的无线发射端的输出功率的误差信息发送至第一谐振电路；

第一谐振电路将所述输出功率的误差信息传输至解调电路；

解调电路将所述输出功率的误差信息进行解码，并将解码后的所述输出功率的误差信息传输至第一控制器；

第一控制器将解码后的所述输出功率的误差信息耦合进无线发射端的全桥逆变电路中，以调节无线发射端的输出功率。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

第一采样电路实时采集无线发射端的输出电压和输出电流，并将所述输出电压和输出电流发送至第一控制器；

所述第一控制器根据所述输出电压和输出电流，计算无线发射端的输出视在功率；

所述第一控制器判断无线发射端的所述输出视在功率是否超过安全输出功率；

如果是，则所述第一控制器控制第一谐振电路降低输出功率。