CN110299751A - 无线充放电电路及无线充放电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线充放电电路及无线充放电方法，电路包括控制模块、充放电模块、可充电电池及一个电感线圈；控制模块与充放电模块电连接，充放电模块与电池和电感线圈电连接；电感线圈用于在感应到无线充电发射终端产生的感应磁场时，产生感应电流并输出至充放电模块；充放电模块用于将感应电流转换为直流电流，并输出至可充电电池为可充电电池充电。本方案的无线充放电电路通过设置一个线圈来实现移动电源无线充放电，简化了无线充放电电路，减小了控制电路板的尺寸，在采用本方案的无线充放电电路作为控制电路，能够在相同的空间中置入更大尺寸的可充电电池电芯，提高电能容量。

Description

无线充放电电路及无线充放电方法

技术领域

本发明涉及到无线充电技术领域，特别是涉及到一种无线充放电电路及无线充放电方法。

背景技术

无线充电(Wireless charging technology/Wireless charge technology)，源于无线电能传输技术，可分为小功率无线充电和大功率无线充电两种方式。小功率无线充电常采用电磁感应方式为无线充电终端进行充电，例如对手机、平板电脑、个人数字助理、智能手环等移动终端进行无线充电的Qi方式。无线充电终端通常包括负载终端及配套的充电座，当负载终端的接收线圈靠近充电底座的发射线圈时，基于电磁感应原理，发射线圈在交流电流作用下产生磁场，负载终端的接收线圈在磁场作用下产生交流电流，从而可以对负载终端进行充电。

现有的负载终端通常仅具备无线充电功能，功能较为单一。

发明内容

为了解决上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种无线充放电电路及无线充放电方法，仅通过一个线圈就能实现无线充电功能和无线放电功能，结构简单，易于实现。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种无线充放电电路，其特征在于，包括控制模块、充放电模块、可充电电池及一个电感线圈；

所述控制模块与所述充放电模块电连接，所述充放电模块与所述电池和所述电感线圈电连接；

所述电感线圈用于在感应到无线充电发射终端产生的感应磁场时，产生感应电流并输出至所述充放电模块；

所述充放电模块用于将所述感应电流转换为直流电流，并输出至所述可充电电池为所述可充电电池充电；

所述控制模块用于在接收到放电控制指令时，控制所述充放电模块将所述可充电电池的电能转换为交流电流并输出至所述电感线圈；

所述电感线圈还用于在输入所述交流电流时产生感应磁场，为位于所述电感线圈的感应磁场范围内的无线充电接收终端充电。

进一步地，还包括与所述控制模块电连接的传感模块；

所述传感模块用于监测所述电感线圈的朝向，并在所述电感线圈朝向第一方向时向所述控制模块发送充电控制指令，在所述电感线圈朝向第二方向时向所述控制模块发送放电控制指令；

所述控制模块还用于在接收到充电控制指令时，控制所述充放电模块将所述感应电流转换为直流电流，并输出至所述可充电电池为所述可充电电池充电。

进一步地，还包括与所述控制模块电连接的切换模块；

所述切换模块用于接收用户输入的充电控制指令或放电控制指令并发送至所述控制模块；

所述控制模块还用于在接收到充电控制指令时，控制所述充放电模块将所述感应电流转换为直流电流，并输出至所述可充电电池为所述可充电电池充电。

进一步地，所述充放电模块包括充电控制单元和放电控制单元，所述充电控制单元和放电控制单元的受控端电连接所述控制模块，所述充电控制单元和放电控制单元的控制端电连接所述可充电电池，

所述充电控制单元，用于将所述感应电流转换为直流电流，并输出至所述可充电电池为所述可充电电池充电；

所述放电控制单元，用于将所述可充电电池的电能转换为交流电流并输出至所述电感线圈。

进一步地，所述充放电模块包括第一电容、第二电容和第三电容，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，第一场效应管和第二场效应管，二极管，第四电阻第一端接所述控制模块，第二端接第二电阻的第一端和二极管的正极，第二电阻的第二端接第三电容和第三电阻的第二端，以及第二场效应管的源极，二极管的负极接第三电容和第三电阻的第一端，以及第二场效应管的栅极，第二场效应管的漏极接第一场效应管的栅极、第一电阻和第五电阻的第一端，第一电阻的第二端和第一场效应管的漏极接第一电容和第二电容的第一端以及所述控制模块，第一电容和第二电容第二端接地。

本发明还提出了一种基于无线充放电方法，基于如上任一项所述的无线充放电电路，包括以下步骤：

控制模块接收充放电控制指令，控制充放电模块进入对应的充电模式/放电模式；

通过充放电模块驱动电感线圈进行对应的充/放电。

进一步地，所述控制模块接收充放电控制指令步骤，包括，

通过传感模块确定移动电源的正反状态信息，并根据正反状态信息生成对应的充放电控制指令，控制模块接收来自传感模块的充放电控制指令；或者，

通过切换模块生成充放电控制指令，控制模块接收来自切换模块的充放电控制指令。

进一步地，所述通过传感模块确定移动电源正反状态信息，步骤，包括，

通过重力加速度传感器获取移动电源的重力加速度方向和大小；

根据重力加速度方向和大小获得移动电源的倾斜角度；

根据倾斜角度确定移动电源的正反状态信息。

进一步地，所述通过传感模块确定移动电源正反状态信息步骤，包括，

通过光传感器获取移动电源两侧的光强度；

对比移动电源两侧的光强度，将光强度较强的侧面作为移动电源的正面；

确定移动电源的正反状态信息。

进一步地，所述通过充放电模块驱动电感线圈进行对应的充/放电步骤之后，包括，

检测移动电源倾斜角度，判断倾斜角度是否超出正常工作倾斜角；

若不超出正常工作倾斜角，则正常进行充/放电；

若超出正常工作倾斜角，则停止移动电源工作。

本发明的有益效果是：本方案的无线充放电电路通过设置一个线圈来实现移动电源无线充放电，简化了无线充放电电路，减小了控制电路板的尺寸，在采用本方案的无线充放电电路作为控制电路，能够在相同的空间中置入更大尺寸的可充电电池电芯，提高电能容量。

附图说明

图1为本发明一实施例一种无线充放电电路的控制原理框图；

图2为本发明另一实施例一种无线充放电电路的控制原理框图；

图3为本发明一种无线充放电电路的电路连接图；

图4为本发明一种无线充放电电路的发射模式原理图；

图5为本发明一种无线充放电电路的接收模式原理图；

图6为本发明一种无线充放电方法的控制流程图；

图7为本发明通过传感模块确定移动电源的正反状态信息步骤的具体流程图；

图8为本发明通过传感模块确定移动电源的正反状态信息步骤的具体流程图；

图9为本发明通过传感模块确定移动电源的正反状态信息步骤的具体流程图；

图10为本发明另一实施例一种无线充放电方法的控制流程图。

具体实施方式

为阐述本发明的思想及目的，下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后等)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如无特别说明，本文中的“/”代表含义为“或”。

参照图1-5，本发明一实施例提出了一种无线充放电电路，包括控制模块10、充放电模块20、可充电电池60及一个电感线圈30，控制模块10与充放电模块20电连接，充放电模块20与可充电电池60和电感线圈30电连接。通过设置一个线圈来实现移动电源无线充放电，简化了无线充放电电路，减小了控制电路板的尺寸，在采用本方案的无线充放电电路作为控制电路，能够在相同的空间中置入更大尺寸的可充电电池60电芯，提高充放电容量。

具体的，电感线圈30用于在感应到无线充电发射终端产生的感应磁场时，产生感应电流并输出至充放电模块20。充放电模块20用于将感应电流转换为直流电流，并输出至可充电电池60为可充电电池60充电。控制模块10用于在接收到放电控制指令时，控制充放电模块20将可充电电池60的电能转换为交流电流并输出至电感线圈30；电感线圈30还用于在输入交流电流时产生感应磁场，为位于电感线圈30的感应磁场范围内的无线充电接收终端充电。

具体的，在本实施例中充放电模块20包括充电控制单元和放电控制单元，充电控制单元和放电控制单元的受控端电连接控制模块10，充电控制单元和放电控制单元的控制端电连接可充电电池60。充电控制单元，用于将感应电流转换为直流电流，并输出至可充电电池60为可充电电池60充电；放电控制单元，用于将可充电电池60的电能转换为交流电流并输出至电感线圈30。通过充电控制单元和放电控制单元分别控制电感线圈30进入充电模式/放电模式进行充放电，能够精准的切换无线充放电电路的电感线圈30的工作状态，提高无线充放电效率。

具体的，控制模块10为STWLC33JRF、STWLC33JR或STWLC30JR芯片中的一种，应该明白的是，控制模块10也可以采用未来具备类似功能的芯片代替。

参考图3，充放电模块20包括第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，第一场效应管T1和第二场效应管T2，二极管D1，第四电阻R4第一端接控制模块10，第二端接第二电阻R2的第一端和二极管D1的正极，第二电阻R2的第二端接第三电容C3和第三电阻R3的第二端，以及第二场效应管T2的源极，二极管D1的负极接第三电容C3和第三电阻R3的第一端，以及第二场效应管T2的栅极，第二场效应管T2的漏极接第一场效应管T1的栅极、第一电阻R1和第五电阻R5的第一端，第一电阻R1的第二端和第一场效应管T1的漏极接第一电容C1和第二电容C2的第一端以及控制模块10，第一电容C1和第二电容C2的第二端接地。

参考图2，在本发明一具体实施例中，一种无线充放电电路还包括与控制模块10电连接的传感模块50；传感模块50用于监测电感线圈30的朝向，并在电感线圈30朝向第一方向时，向控制模块10发送充电控制指令，在电感线圈30朝向第二方向时，向控制模块10发送放电控制指令，控制可充电电池60内的电能转换为交流电流并输出至电感线圈30,电感线圈30进入发射模式，将电能传输给接收端70的接收线圈71，进行放电，具体如图4所示；控制模块10还用于在接收到充电控制指令时，电感线圈30进入接收模式，电感线圈30接收来自发射端80的发射线圈81的电能并生成感应电流，控制充放电模块20将感应电流转换为直流电流，并输出至可充电电池60为可充电电池60充电，如图5所示。

具体的，以本发明的一种无线充放电电路应用于移动电源举例，电感线圈30的朝向的第一方向和第二方向可以分别代表移动电源的正面朝上放置时的方向和反面朝上放置时的方向。也即是，电感线圈30/移动电源正面朝上放置时(第一方向)，向控制模块10发送充电控制指令，电感线圈30/移动电源反面朝上放置时(第二方向)，向控制模块10发送放电控制指令。

在本实施例中，传感模块50包括重力加速度传感器，陀螺仪，运动传感器，光传感器或图像传感器中的至少一种，通过不同的传感器来搜集不同的数据，并进一步根据数据来判断采用了本实施无线充放电路的设备的正反状态，或者，电感线圈30的朝向状态。

下面，以本实施例的无线充放电电路应用于移动电源举例：

具体的，使用重力加速度传感器时，通过重力加速度传感器来识别移动电源当前的正反状态，通过重力加速度传感器获取移动电源的重力加速度方向和大小；根据重力加速度方向和大小获得移动电源的倾斜角度；根据倾斜角度确定移动电源当前正反状态信息，进而确定电感线圈30的朝向状态。

具体的，使用光传感器时，通过光传感器获取移动电源两侧的光强度；对比移动电源两侧的光强度，将光强度较强的侧面作为移动电源的正面；确定移动电源的正反状态信息，进而确定电感线圈30的朝向状态。

具体的，使用陀螺仪时，通过陀螺仪获取移动电源的偏转角度；根据偏转角度数据确定移动电源的正反状态信息，进而确定电感线圈30的朝向状态。

本方案列举了上述不同传感器来识别移动电源状态，应该理解的是，本申请传感模块50包括但是不只局限于上述提到的传感元件，也可以是其他能够实现相同或相近功能的传感元件。

参考图2，在本发明一具体实施例中，一种无线充放电电路还包括与控制模块10电连接的切换模块40；切换模块40用于接收用户输入的充电控制指令或放电控制指令并发送至控制模块10；控制模块10还用于在接收到充电控制指令时，控制充放电模块20将感应电流转换为直流电流，并输出至可充电电池60为可充电电池60充电。

具体的，切换模块40包括但是不局限于机械开关、电子开关和/或触摸屏。本实施例通过设置一个实体机械开关来实现电感线圈30工作模式的切换；在本方案的另一实施例中，也可以通过设置电子按键，例如通过在设备上设置一触摸屏或按压感应元件，用户通过触按该触摸屏或者按压感应元件直接实现电感线圈30工作模式的切换。

具体的，本发明的一种无线充放电电路可以应用于移动电源等便携式蓄能设备上，用于通过单个电感线圈30实现可充电电池60的充放电，结构简单，操作方便。

本方案通过设置一个线圈来实现移动电源无线充放电，简化了无线充放电电路，减小了控制电路板的尺寸，在采用本方案的无线充放电电路作为控制电路，能够在相同的空间中置入更大尺寸的可充电电池60电芯，提高充放电容量。

参考图4-10，本发明还提出了一种无线充放电方法，基于应用了如上所述的无线充放电电路的移动电源，包括以下步骤：

S10、控制模块接收充放电控制指令，控制充放电模块进入对应的充电模式/放电模式。

S20、通过充放电模块驱动电感线圈进行对应的充/放电。

对于步骤S10，充放电控制指令包括充电控制指令和放电控制指令，控制模块根据接收到的充放电控制指令来控制充放电模块，切换电感线圈工作模式，例如从充电状态切换成放电状态，也可以从待机状态切换成充/放电。实现通过单个电感线圈来进行充放电。用于通过驱动单元将线圈切换到对应的工作模式，例如从充电状态(接收模式)切换成放电状态(发射模式)，也可以从待机状态切换成充/放电状态。

具体的，步骤S10包括：

S11，通过传感模块确定移动电源的正反状态信息，并根据正反状态信息生成对应的充放电控制指令，控制模块接收来自传感模块的充放电控制指令。或者，

S12，通过切换模块生成充放电控制指令，控制模块接收来自切换模块的充放电控制指令。

对于步骤S11，单个电感线圈的无线充放电在工作时，可以通过该电感线圈来实现对外放电，也可以用于对可充电电池进行充电，通过传感模块来获取使用该无线充放电电路的移动电源的正反状态。

预先设定当移动电源处于正面朝上(或者反面朝上)的状态时，可切换进入放电模式(如图3所示)，相反的，当移动电源处于反面朝下(或者正面朝下)的状态时，可切换进入充电模式(如图4所示)。具体的，传感模块可以为重力加速度传感器，陀螺仪，运动传感器，光传感器或图像传感器中的一种或多种，通过设置于移动电源内的传感模块监测并获取移动电源的正反状态信息。

参考图7，步骤S11包括以下步骤：

S1111，通过重力加速度传感器获取移动电源的重力加速度方向和大小。

S1112，根据重力加速度方向和大小获得移动电源的倾斜角度。

S1113，根据倾斜角度确定移动电源的正反状态信息。

对于步骤S1111-S1113，使用重力加速度传感器时，通过重力加速度传感器来识别移动电源当前的正反状态，通过重力加速度传感器获取移动电源的重力加速度方向和大小；根据重力加速度方向和大小获得移动电源的倾斜角度；根据倾斜角度确定移动电源当前正反状态信息。

参考图8，步骤S11包括以下步骤：

S1121、通过光传感器获取移动电源两侧的光强度。

S1122、对比移动电源两侧的光强度，将光强度较强的侧面作为移动电源的正面。

S1123、确定移动电源的正反状态信息。

对于步骤S1121-S1123，使用光传感器时，通过光传感器获取移动电源两侧的光强度；对比移动电源两侧的光强度，将光强度较强的侧面作为移动电源的正面；确定移动电源的正反状态信息。

参考图9，步骤S10包括以下步骤：

S1131、通过陀螺仪获取移动电源的偏转角度。

S1132、根据偏转角度确定移动电源的正反状态信息。

对于步骤S1131和S1132，使用陀螺仪时，通过陀螺仪获取移动电源的偏转角度，根据偏转角度数据确定移动电源的正反状态信息。

对于步骤S12，切换模块用于接收用户输入的控制操作，生成充电控制指令或放电控制指令并发送至控制模块，控制充放电模块将感应电流转换为直流电流，并输出至可充电电池为可充电电池充电。

具体的，切换模块包括但是不局限于机械开关、电子开关和/或触摸屏。本实施例通过设置一个实体机械开关来实现电感线圈工作模式的切换；在本方案的另一实施例中，也可以通过设置电子按键，例如通过在设备上设置一触摸屏或按压感应元件，用户通过触按该触摸屏或者按压感应元件直接实现电感线圈工作模式的切换。

对于步骤S20，在接收到充放电控制指令之后，控制模块通过充放电模块将电感线圈切换到对应的工作模式，例如从充电状态切换成放电状态，也可以从待机状态切换成充/放电。

参考图10，在本发明另一具体实施例中，一种无线充放电方法的步骤S20之后，还包括，

S30、检测移动电源倾斜角度，判断倾斜角度是否超出正常工作倾斜角。

S31、若不超出正常工作倾斜角，则正常进行充/放电。

S32、若超出正常工作倾斜角，则停止移动电源工作。

对于步骤S30-S32，在电感线圈进行工作时，通过检测移动电源在竖直方向上的倾斜角，来确定移动电源当前是否适合继续进行充电，在移动电源的倾斜角超过一定的角度时，会存在移动终端与移动电源在充电时接触不稳定的问题，通过检测移动电源倾斜角，来判断移动电源是否处于正常工作倾斜角，当超出正常工作倾斜角时，停止移动电源工作，不管是处于充电还是处于放电状态，否则移动电源继续正常工作。

具体的，正常工作倾斜角范围为0-75°。

本方案的无线充放电电路通过设置一个线圈来实现移动电源无线充放电，简化了无线充放电电路，减小了控制电路板的尺寸，在采用本方案的无线充放电电路作为控制电路，能够在相同的空间中置入更大尺寸的可充电电池电芯，提高电能容量。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无线充放电电路，其特征在于，包括控制模块、充放电模块、可充电电池及一个电感线圈；

所述控制模块与所述充放电模块电连接，所述充放电模块与所述可充电电池和所述电感线圈电连接；

所述电感线圈用于在感应到无线充电发射终端产生的感应磁场时，产生感应电流并输出至所述充放电模块；

所述充放电模块用于将所述感应电流转换为直流电流，并输出至所述可充电电池为所述可充电电池充电；

所述控制模块用于在接收到放电控制指令时，控制所述充放电模块将所述可充电电池的电能转换为交流电流并输出至所述电感线圈；

所述电感线圈还用于在输入所述交流电流时产生感应磁场，为位于所述电感线圈的感应磁场范围内的无线充电接收终端充电。

2.如权利要求1所述的无线充放电电路，其特征在于，还包括与所述控制模块电连接的传感模块；

所述传感模块用于监测所述电感线圈的朝向，并在所述电感线圈朝向第一方向时向所述控制模块发送充电控制指令，在所述电感线圈朝向第二方向时向所述控制模块发送放电控制指令；

所述控制模块还用于在接收到充电控制指令时，控制所述充放电模块将所述感应电流转换为直流电流，并输出至所述可充电电池为所述可充电电池充电。

3.如权利要求1所述的无线充放电电路，其特征在于，还包括与所述控制模块电连接的切换模块；

所述切换模块用于接收用户输入的充电控制指令或放电控制指令并发送至所述控制模块；

所述控制模块还用于在接收到充电控制指令时，控制所述充放电模块将所述感应电流转换为直流电流，并输出至所述可充电电池为所述可充电电池充电。

4.如权利要求1～3任一项所述的无线充放电电路，其特征在于，所述充放电模块包括充电控制单元和放电控制单元，所述充电控制单元和放电控制单元的受控端电连接所述控制模块，所述充电控制单元和放电控制单元的控制端电连接所述可充电电池，

所述充电控制单元，用于将所述感应电流转换为直流电流，并输出至所述可充电电池为所述可充电电池充电；

所述放电控制单元，用于将所述可充电电池的电能转换为交流电流并输出至所述电感线圈。

5.如权利要求4所述的无线充放电电路，其特征在于，所述充放电模块包括第一电容、第二电容和第三电容，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，第一场效应管和第二场效应管，二极管，第四电阻第一端接所述控制模块，第二端接第二电阻的第一端和二极管的正极，第二电阻的第二端接第三电容和第三电阻的第二端，以及第二场效应管的源极，二极管的负极接第三电容和第三电阻的第一端，以及第二场效应管的栅极，第二场效应管的漏极接第一场效应管的栅极、第一电阻和第五电阻的第一端，第一电阻的第二端和第一场效应管的漏极接第一电容和第二电容的第一端以及所述控制模块，第一电容和第二电容第二端接地。

6.一种基于无线充放电方法，基于应用了如权利要求1-5任一项所述的无线充放电电路的移动电源，其特征在于，包括以下步骤：

控制模块接收充放电控制指令，控制充放电模块进入对应的充电模式/放电模式；

通过充放电模块驱动电感线圈进行对应的充/放电。

7.如权利要求6所述的无线充放电方法，其特征在于，所述控制模块接收充放电控制指令步骤，包括，

通过传感模块确定移动电源的正反状态信息，并根据正反状态信息生成对应的充放电控制指令，控制模块接收来自传感模块的充放电控制指令；或者，

通过切换模块生成充放电控制指令，控制模块接收来自切换模块的充放电控制指令。

8.如权利要求7所述的无线充放电方法，其特征在于，所述通过传感模块确定移动电源正反状态信息，步骤，包括，

通过重力加速度传感器获取移动电源的重力加速度方向和大小；

根据重力加速度方向和大小获得移动电源的倾斜角度；

根据倾斜角度确定移动电源的正反状态信息。

9.如权利要求7所述的无线充放电方法，其特征在于，所述通过传感模块确定移动电源正反状态信息步骤，包括，

通过光传感器获取移动电源两侧的光强度；

对比移动电源两侧的光强度，将光强度较强的侧面作为移动电源的正面；

确定移动电源的正反状态信息。

10.如权利要求6所述的无线充放电方法，其特征在于，所述通过充放电模块驱动电感线圈进行对应的充/放电步骤之后，包括，

检测移动电源倾斜角度，判断倾斜角度是否超出正常工作倾斜角；

若不超出正常工作倾斜角，则正常进行充/放电；

若超出正常工作倾斜角，则停止移动电源工作。