CN110829621A - 无线充电装置和用于控制无线充电装置的方法 - Google Patents

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Abstract

一种无线充电装置，包括：至少一个充电天线(10)；驱动电路(22)，其电连接到所述充电天线(10)并在所述充电天线(10)中注入交流电流(I)，使得所述充电天线(10)产生交变磁场；屏蔽图案(14)，其覆盖所述充电天线(10)并导电地连接到具有固定电位(V0)的点；所述无线充电装置还包括检测电路(24,26,28,30)，所述检测电路被设计为检测所述屏蔽图案(14)的电位是否等于所述固定电位(V0)。还描述了一种用于控制无线充电装置的方法。

Description

无线充电装置和用于控制无线充电装置的方法
技术领域
本发明涉及电子装置的无线充电。
更确切地说，本发明涉及无线充电装置和用于控制无线充电装置的方法。
背景技术
适用于对诸如智能电话的电子装置进行无线充电的装置是已知的。
这种无线充电装置通常至少包括充电天线和电连接到所述充电天线的驱动电路，以在所述充电天线中注入交流电流，使得所述充电天线产生交变磁场。目前，众所周知的标准是例如由无线充电联盟(Wireless Power Consortium)提供的Qi标准。
为了符合ICNIRP(International Commission on Non Ionizing RadiationProtection：国际非电离辐射防护委员会)用于限制暴露于时变电场、磁场和电磁场的指南，无线充电装置包括面向所述充电天线并导电地连接到具有固定电位(通常为地)的点的屏蔽图案(通常称为再辐射天线)。
这种屏蔽图案使得可以显着地降低辐射电场，而不会显着影响用于充电功能的磁场。
发明内容
在此背景下，本发明提供一种无线充电装置，其至少包括：充电天线；驱动电路，其电连接到所述充电天线并在所述充电天线中注入交流电流，使得所述充电天线产生交变磁场；屏蔽图案，覆盖所述充电天线并导电地连接到具有固定电位的点，其特征在于检测电路，该检测电路被设计为检测所述屏蔽图案的电位是否等于所述固定电位。
这种检测电路使得可以检查屏蔽图案具有预期的固定电位(实际上：屏蔽图案正确接地)，并且有效地执行其衰减辐射电场的保护功能。如果屏蔽图案不能正确地执行该保护功能，则可以采取适当的措施(例如使注入充电天线的交流电流无效(nullify))。因此增强了安全性。
根据可行的可选特征：
-所述检测电路包括适于测量测试点的电位的电压测量电路，和/或将所述测试点连接到所述屏蔽图案的导电元件；
-所述检测电路包括产生与所述固定电位不同的上拉电位的电压源，和/或介于所述电压源和所述测试点之间的电阻元件；
-无线充电装置包括适于控制所述交流电流的功率的控制单元；
-所述控制单元包括所述电压测量电路；
-所述测量电路包括所述控制单元的模拟-数字转换器；
-所述控制单元被配置为，如果所述检测电路检测到所述屏蔽图案的所述电位不等于所述固定电位，则使所述交流电流无效；
-所述固定电位是接地电位。
本发明还提供了一种用于控制无线充电装置的方法，所述无线充电装置包括：驱动电路，其电连接到充电天线；和屏蔽图案，其覆盖所述充电天线并导电地连接到具有固定电位的点，所述方法包括以下步骤：
-由所述驱动电路在所述充电天线中注入交流电流，使得所述充电天线产生交变磁场；
-检测所述屏蔽图案的电位是否等于所述固定电位。
该方法还可以包括，如果所述屏蔽图案的所述电位不等于所述固定电位，则使所述交流电流无效的步骤。
通过参考附图阅读本发明的优选实施例，将更好地理解本发明实施例的其他特征和优点。
附图说明
图1示意性地表示根据本发明的无线充电装置的一部分；
图2是图1的无线充电装置的电气图；
图3是根据本发明的无线充电装置的另一个实施例的主要元件的透视图；
图4是图3的无线充电装置的另一个透视图。
具体实施方式
尽管在附图中示出了根据本发明的无线充电装置的两个实施例，但是在这些实施例的描述中将使用相同的附图标记。
图1、3和4示出了根据本发明的无线充电装置2。在本示例中，该无线充电设备2集成在车辆中，例如，集成在车辆的乘客舱内。
无线充电装置2包括印刷电路板16和底架6。印刷电路板16实现必要的硬件和软件以控制无线充电功能，例如由无线电力联盟(Wireless Power Consortium)发布的Qi标准所要求的无线充电功能。
底架6至少具有基部61(在此平行于印刷电路板16延伸)和可选的周边壁62，周边壁62远离基部61(从如下所述的承载天线10的面)延伸，这里周边壁62在底架6的整个周边上延伸。
无线充电装置2还包括铁氧体元件8和充电天线10(这里是线圈天线)。在本示例中，铁氧体元件8由底座6的基部61承载(并与底架6的基部61接触)；充电天线10在铁氧体元件8的顶部上延伸(即，铁氧体元件8位于底座6的基部61和线圈天线10之间)。根据设计者选择的结构，线圈天线10可以或可以不粘到铁氧体上。
在这方面可以注意到，在图1的实施例中，使用单个充电天线，而在图3的实施例中，使用多个充电天线(这里是3个充电天线)。
如图所示，在所述示例中，充电线圈天线10(这里，以及铁氧体元件8)位于形成于底架6中的凹槽中，这里是由底架6的外周壁62界定的凹槽。因此，充电线圈天线10(这里，以及铁氧体元件8)被底架6的外周壁62包围。
在本示例中，底座6由金属形成并且接地，以便形成屏蔽过滤电磁波。
在本示例中，底架6(以及因此铁氧体元件8和充电线圈天线10)安装在印刷电路板16上，这里借助于金属端子65，该金属端子65联接到底架6并接合焊接到印刷电路板16上的金属夹19(例如，X形夹)。例如，金属端子65可以与底架6一体形成(通过弯曲)。
接地电位可以部分地经由金属夹19和金属端子65连接到印刷电路板16到底架6。
印刷电路板16承载外部连接器18，用于将无线充电装置2的电子部件，即图2中所示的部件(特别是控制电路20)连接到外部电路，例如本示例中的车辆的电子控制单元。
无线充电装置2还包括屏蔽印刷电路板12，其承载屏蔽图案14(通常称为“再辐射天线”)。充电线圈天线10在此直接连接到印刷电路板16(经由下面提到的互连连接器17)。然而，根据可行的变型，充电线圈天线10可以安装到屏蔽印刷电路板12(在屏蔽印刷电路板12的与承载屏蔽图案14的面相对的面上)和/或连接到屏蔽印刷电路板12。
无线充电装置2还包括互连连接器17，互连连接器17连接由印刷电路板16(这里是驱动电路22)承载的电子部件和充电线圈天线10。在刚刚提到的其中充电线圈天线10由屏蔽印刷电路板12承载的变型中，该互连连接器17连接印刷电路板16和屏蔽印刷电路板12。
如图3中可见，在其中充电线圈天线10位于底架6上的本示例中，连接板4可以固定到底架6，以在互连连接器17和充电天线10之间形成电连接。确切地说，充电天线10可以连接到形成在连接板4上的导电焊盘，每个导电焊盘连接到互连连接器17的导电线(所述导电线将它们连接到驱动电路22)。
印刷电路板16承载驱动电路22(也在图2中可见)。该驱动电路22电连接到充电线圈天线10(这里经由互连连接器17，如上所述)并在充电线圈天线10中注入交流电流I以产生交变磁场，这里沿着方向A(如图1所示并对应于充电天线10的旋转轴线)。
该交变磁场用于为放置在无线充电装置2附近的(优选地在上述方向A上定位的)电子装置供电和充电。
屏蔽印刷电路板12安装在充电线圈天线10之上(这里不接触充电线圈天线10)。在本示例中，屏蔽印刷电路板12安装在底架6上，确切地说，通过邻接底架6的外周壁62而安装在底架6上。
因此，屏蔽印刷电路板12延伸超出底架6的外周壁62(在垂直于轴线A的至少一个横向方向上)，因此覆盖面向充电线圈天线10的整个区域。在本示例中，如上所述，屏蔽印刷电路板12封闭形成在底架6中并接收充电天线10(和这里的铁氧体元件8)的凹槽。
屏蔽图案14在屏蔽印刷电路板12的面的主要部分之上延伸(这里在屏蔽印刷电路板12的整个面之上)，使得屏蔽图案14横向延伸(沿着垂直于轴线A的至少一个方向)超出充电线圈天线10，因此也覆盖充电线圈天线10。如图2中示意性地所示，屏蔽图案14可以设计成例如具有例如梳子的形式。
如图1中可见，在本示例中，屏蔽图案14在屏蔽印刷电路板12的背离充电线圈天线10指向的面上延伸。然而，根据可行的变型，屏蔽图案14可以在屏蔽印刷电路板12的面向充电线圈天线10的面上延伸。当适用时，它也可以嵌入屏蔽印刷电路板12内层中。
屏蔽图案14接地：屏蔽图案14导电地连接到具有接地电位V0的点，这里借助于在图中以参考标号15示意性地示出的导体。
实际上，例如，该导体15可以通过介于底架6和屏蔽印刷电路板12之间的夹子(clip)来实现。导体15可以是安装在屏蔽印刷电路板12的侧边缘上的X形夹，X形夹的第一端接触屏蔽图案14，并且X形夹的第二端接触底架6(确切地说，这里是底架6的侧壁62)。
当屏蔽图案14接地并在充电天线10之上延伸时，屏蔽图案14衰减与由充电天线10产生的磁场共同发生的电场，而不会显着影响该磁场。其目的是最小化逃离应用的电场，从而提高附近人员的安全性。
图2是示出已经提到的一些元件的电气图。
如图2所示，控制电路20连接到驱动电路22，并设计成控制由驱动电路22注入充电线圈天线10中的交流电流I的幅度(并因此控制功率)。
如已经说明的那样，屏蔽图案14通过经由导体15连接到接地电位V0而接地。
控制单元20包括电连接到测试点T的电压测量电路24(这里是模拟-数字转换器)，以便测量该测试点T的电位。
无线充电装置2包括将测试点T连接到屏蔽图案14的导电元件30，使得测试点T的电位代表屏蔽图案14的电位。导电元件30的至少一部分例如是互连连接器17的导电线。
因此，电压测量电路24可以检测屏蔽图案14的电位是否等于接地电位V0，如对于屏蔽图案14的有效操作所预期的接地电位V0。
在本示例中，无线充电装置2还包括产生与接地电位V0不同的上拉电位V1的电压源28，以及介于电压源28和测试点T之间的电阻元件26。
电压源28例如还可以为由应用印刷电路16(例如控制电路20)承载的电子部件供电。
电压源28和电阻元件26提供示例性结构，以确保当屏蔽图案14未正确接地时(并且因此可能是非有效的)，测试点T的电位偏离接地电位V0。
电压测量电路24、导电元件30、电压源28和电阻元件26因此形成适于检测屏蔽图案14的电位是否等于预期的固定电位(这里是接地电位V0)的检测电路。
如果电压测量电路24检测到屏蔽图案14的电位不等于接地电位V0(即实际上与接地电位V0相比偏差大于预定阈值)，则在此提出控制电路20使注入充电天线10中的交流电流I无效，以防止电场泄漏(其幅度可能不会被屏蔽图案14减小，因为该屏蔽图案14被认为在这种情况下是非有效的，如上所述)。

Claims (10)

1.一种无线充电装置(2)，包括：
至少一个充电天线(10)；
驱动电路(22)，其电连接到所述充电天线(10)并在所述充电天线(10)中注入交流电流(I)，使得所述充电天线(10)产生交变磁场；
屏蔽图案(14)，其覆盖所述充电天线(10)并导电地连接到具有固定电位(V0)的点；
其特征在于检测电路(24,26,28,30)，所述检测电路被设计为检测所述屏蔽图案(14)的电位是否等于所述固定电位(V0)。
2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述检测电路包括适于测量测试点(T)的电位的电压测量电路(24)，和将所述测试点(T)连接到所述屏蔽图案(14)的导电元件(30)。
3.根据权利要求2所述的无线充电装置，其中，所述检测电路包括产生与所述固定电位(V0)不同的上拉电位(V1)的电压源(28)，和介于所述电压源(28)和所述测试点(T)之间的电阻元件(26)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的无线充电装置，包括适于控制所述交流电流(I)的功率的控制单元(20)。
5.当权利要求4从属于权利要求2或3时，根据权利要求4所述的无线充电装置，其中，所述控制单元(20)包括所述电压测量电路(24)。
6.根据权利要求5所述的无线充电装置，其中，所述测量电路(24)包括所述控制单元(20)的模拟-数字转换器。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的无线充电装置，其中，所述控制单元(20)被配置为，如果所述检测电路(24,26,28,30)检测到所述屏蔽图案(14)的所述电位不等于所述固定电位(V0)，则使所述交流电流(I)无效。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的无线充电装置，其中，所述固定电位(V0)是接地电位。
9.一种用于控制无线充电装置(2)的方法，所述无线充电装置包括：驱动电路(22)，其电连接到充电天线(10)；和屏蔽图案(14)，其覆盖所述充电天线(10)并导电地连接到具有固定电位(V0)的点，所述方法包括以下步骤：
-由所述驱动电路(22)在所述充电天线(10)中注入交流电流(I)，使得所述充电天线(10)产生交变磁场；
-检测所述屏蔽图案(14)的电位是否等于所述固定电位(V0)。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括如果所述屏蔽图案(14)的所述电位不等于所述固定电位(V0)则使所述交流电流(I)无效的步骤。
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