CN112787387A - 无线充电接收设备和电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种无线充电接收设备和电子设备。一种无线充电接收设备，包括定位模组、滤波模组和能量接收模组；定位模组设置在预设位置，用于发射预先设定的第一频率的定位信号；定位信号用于无线充电发射设备定位无线充电接收设备以及响应定位信号向无线充电接收设备发送第二频率的电磁波信号；能量接收模组，用于将接收的第二频率的电磁波信号转换成目标直流电压；滤波模组设置在定位模组和能量接收模组之间，用于抑制第二频率的信号，以隔离定位模组和能量接收模组。本实施例中，定位模组以较小的功率发射定位信号即可达到被准确定位的目的；且能量接收模组可以以较大的功率工作，适于大功率无线输电的场景。

Description

无线充电接收设备和电子设备

技术领域

本公开涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种无线充电接收设备和电子设备。

背景技术

近年来随着移动互联网，物联网等技术的不断发展，各种智能设备，无线传感网络节点的供电问题日渐突出，而微波无线功率传输为该场景提供了有效的解决方案。

目前，相关技术中提供了一种主动式能量接收方案，其中受能天线作为发射天线，发射一个窄带(带宽小于中心频率的10％)的试探信号进行无线信道探测，围绕着受能天线的多个TR天线置于接收状态，各单元接收相应的试探信号，并对各阵元接收到的相位做处理，得到TR信号。然后，各TR天线将相应的信号重新发射回去，根据空时聚焦特性，电磁波集中于受能天线处。之后，进行无线能量的接收，受能天线将空间电磁波转换为高频电流，最后通过整流电路得到直流的输出，为负载供电。

然而，受能天线同时具有试探信号发射和能量接收两个功能，其在接收能量的同时还发射试探信号，容易造成试探信号源的损坏。另外，受能天线输出的直流功率较小，不适用于大功率无线传输的使用场景。

发明内容

本公开提供一种无线充电接收设备和电子设备，以解决相关技术的不足。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种无线充电接收设备，包括：定位模组、滤波模组和能量接收模组；

所述定位模组设置在预设位置，用于发射预先设定的第一频率的定位信号；所述定位信号用于无线充电发射设备定位所述无线充电接收设备以及响应所述定位信号向所述无线充电接收设备发送第二频率的电磁波信号；

所述能量接收模组，用于将接收的所述第二频率的电磁波信号转换成目标直流电压；

所述滤波模组设置在所述定位模组和所述能量接收模组之间，用于抑制第二频率的信号，以隔离所述定位模组和所述能量接收模组。

可选地，所述能量接收模组包括直流稳压电路以及多个整流天线单元构成的整流天线阵列；

各整流天线单元包括接收天线和与其连接的整流电路，其中所述接收天线用于接收所述第二频率的电磁波信号并转换成交流电信号，所述整流电路用于将所述交流电信号转换成所述直流电信号；

所述直流稳压电路，用于对所述整流天线阵列输出的直流电信号进行稳压，得到目标直流电压。

可选地，所述接收天线采用圆极化轴形式，扫描范围为-45度～45度。

可选地，所述整流天线阵列包括第一区域、第二区域和第三区域，其中所述第一区域表示接收能量超过第一设定能量阈值的整流天线单元所在区域，所述第二区域表示接收能量小于所述第一设定能量阈值且超过第二设定能量阈值的整流天线单元所在区域；所述第三区域表示接收能量小于所述第二设定能量阈值的整流天线单元所在区域；

位于所述第一区域内各整流天线单元中整流电路采用第一数量个整流器件形成的整流结构；

位于所述第二区域内各整流天线单元中整流电路采用第二数量个整流器件形成的整流结构；

位于所述第三区域内各整流天线单元中整流电路采用第三数量个整流器件形成的整流结构；

其中，所述第一数量大于所述第二数量，所述第二数量大于所述第三数量。

可选地，所述整流天线阵列还包括切换单元，所述切换单元用于在接收到控制信号时切换各整流天线单元内整流电路的整流结构。

可选地，所述整流天线阵列还包括控制器；所述控制器与所述各整流天线单元连接，用于获取各整流天线单元接收信号的功率，并根据所述功率与设定能量阈值的大小关系生成控制信号，所述控制信号用于指示所述切换单元切换各整流天线单元内整流电路的整流结构。

可选地，所述直流稳压电路包括电压平衡控制器；所述电压平衡控制器用于对位于各区域内整流天线单元进行串并联组合，以使组合后的各支路的电压等于目标直流电压。

可选地，所述定位模组包括定位天线、电源、震荡电路和开关器件；

所述开关器件分别与所述电源和所述震荡电路连接，所述定位天线与所述震荡电路连接；

所述开关器件用于在接收到控制信号时导通所述电源和所述震荡电路，所述震荡电路用于在供电的情况下产生第一频率的电信号发送给所述定位天线，所述定位天线用于所述第一频率的电信号转换成电磁波信号辐射到空间中。

可选地，所述预设位置是指所述能量接收模组中整流天线阵列的中心位置。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种电子设备，包括如第一方面任一项所述的无线充电接收设备。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由上述实施例可知，本公开实施例中通过在定位模组和能量接收模组之间设置滤波模组，由该滤波模组抑制第二频率的信号，达到定位模组发射定位信号且能量接收模组接收电磁波信号相互隔离的效果。这样，本实施例中，定位模组可以以较小的功率发射定位信号，即可达到被准确定位的目的；并且，由于定位模组无需接收能量，能量接收模组可以以较大的功率工作，适于大功率无线输电的场景，有利于缩短充电时间。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种无线充电发射设备的结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种能量接收模组的框图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种圆极化柱形式的接收天线的示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种接收天线排列方式的示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的一种接收天线分区的示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的不同整流结构的整流电路；其中图6(a)是4个整流器件形成的整流结构，图6(b)是2个整流器件形成的整流结构，图6(c)是1个整流器件形成的整流结构。

图7是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置例子。

相关技术中受能天线同时具有试探信号发射和能量接收两个功能，其在接收能量的同时还发射试探信号，容易造成试探信号源的损坏；以及受能天线输出的直流功率较小，不适用于大功率无线传输的使用场景。

为解决上述技术问题，本公开实施例提供了一种无线充电接收设备，图1是根据一示例性实施例示出的一种无线充电接收设备的框图。参见图1，一种无线充电接收设备，可以包括：定位模组11、滤波模组12和能量接收模组13。其中，

定位模组11设置在预设位置，用于发射预先设定的第一频率的定位信号；定位信号用于无线充电发射设备定位该无线充电接收设备以及响应定位信号向无线充电接收设备发送第二频率的电磁波信号。

能量接收模组13，用于将接收的第二频率的电磁波信号转换成目标直流电压；

滤波模组12设置在定位模组11和能量接收模组13之间，用于抑制第二频率的信号，以隔离定位模组11和能量接收模组13。

本实施例中，上述预设位置是指无线充电接收模组上的任意一个位置，该位置与能量接收模组13的位置具有相对固定关系，该相对固定关系可以根据定位模组11的空间三维坐标和能量接收模组13的空间三维坐标计算得到，这样，无线充电发射设备在接收到定位信号后，可以根据定位信号的相位和强度来确定定位信号的来波方向和距离，然后根据相对固定关系再确定能量能收模组13的位置，即无线充电发射设备确定出第二频率的电磁波信号的方向和强度。

在一示例中，上述预设位置是指能量接收模组13的中心位置，在后续实施例中会描述到能量接收模组13包括整流天线阵列，此场景下，预设位置可以指整流天线阵列的中心位置。这样，在确定出定位模组11的位置后即可得到能量接收模组13的位置，从而减少数据计算量。

本实施例中，定位模组11可以包括定位天线、电源、震荡电路和开关器件。其中，开关器件分别与电源和震荡电路连接，定位天线与震荡电路连接。这样，开关器件可以在接收到控制信号时导通电源和震荡电路，由电源为震荡电路供电。在供电的情况下，震荡电路可以产生第一频率的电信号，并发送给定位天线，定位天线可以将第一频率的电信号转换成第一频率的电磁波信号辐射到空间中。

本实施例中，滤波模组12可以采用相关技术中的滤波器实现，在滤波器能够滤除第二频率的电磁波信号且保留第一频率的电信号的情况下，各滤波器落入本公开的保护范围。

本实施例中，能量接收模组13可以包括整流天线阵列和直流稳压电路。参见图2，整流天线阵列包括多个整流天线单元130，即整流天线阵列由多个整流天线单元130构成。各整流天线包括接收天线1301和与其连接的整流电路1302，其中接收天线1301用于接收第二频率的电磁波信号并转换成交流电信号(图2中采用虚线表示交流电信号)，整流电路1302用于将交流电信号转换成直流电信号(图2中采用实线表示交流电信号)。直流稳压电路131，用于对整流天线阵列输出的直流电信号进行稳压，得到目标直流电压。

本实施例中，各接收天线1301可以采用圆极化轴形式实现，其扫描范围为-45度～+45度，从而可以接受宽角度的电磁波信号。

本实施例中，多个接收天线1301形成天线阵列，其排列方式可以如图4所示，这样可以增加接受电磁波信号的面积，有利于提高接收效率。参见图4，接收天线1301可以按照行列式排列，在该天线阵列的中心位置设置有定位天线。

考虑到无线充电发射设备的发射线圈辐射能量的特点，中心轴区域的能量大，距离中心轴越远则能量越小，导致天线阵列中不同位置的接收天线所接收的能量不同。以发射线圈的中心轴与定位天线的中心轴位于同一直线为例，距离定位天线越远，接收天线所接收的能量越小，即接收的能量分布不同。

因此，本实施例中，将整流天线阵列划分为多个区域，具体可高速。以划分三个区域为例，参见图5，整流天线包括第一区域132、第二区域133和第三区域134，其中第一区域132表示接收能量超过第一设定能量阈值的整流天线单元所在区域，第二区域133表示接收能量小于第一设定能量阈值且超过第二设定能量阈值的整流天线单元所在区域；第三区域134表示接收能量小于第二设定能量阈值的整流天线单元所在区域。

并且，位于第一区域132内各整流天线单元中整流电路采用第一数量个整流器件形成的整流结构；位于第二区域133内各整流天线单元中整流电路采用第二数量个整流器件形成的整流结构；位于第三区域134内各整流天线单元中整流电路采用第三数量个整流器件形成的整流结构。

其中，第一数量大于第二数量，第二数量大于第三数量。在一示例中，第一数量选用4个，第二数量选用2个，第三数量选用1个。需要说明的是，不同数量整流器件形成的整流电路可以参见相关技术，在此不再赘述。

可理解的是，本实施例中，通过选择不同整流结构的整流电路可以在不同能量分布的情况下，使各整流单元均有较高的整流效率。

需要说明的是，在无线充电接收设备组装或者制备过程中，由于各接收天线的位置已经确定，因此可以通过大量实验来确定无线充电接收设备在不同的接收角度下各接收天线所接收的电磁波信号的功率，然后根据该功率来确定整流电路的整流结构。换言之，在制备完成后，各接收天线对应的整流电路的整流结构已经确定，这样可以简化整流天线阵列的电路。

考虑到无线充电发射设备的辐射角度和辐射功率不同，为保证无线充电接收设备始终保持在最优的接收效率下工作，在一实施例中，整流天线阵列还可以包括切换单元(图中未示出)。该切换单元可以在接收到控制信号时切换各整流天线单元内整流电路的整流结构。换言之，在控制信号表示接收天线位于第一区域时，切换单元将该接收天线对应的整流电路切换到第一数量个整流器件形成的整流结构；在控制信号表示接收天线位于第二区域时，切换单元将该接收天线对应的整流电路切换到第二数量个整流器件形成的整流结构；在控制信号表示接收天线位于第三区域时，切换单元将该接收天线对应的整流电路切换到第三数量个整流器件形成的整流结构。

在一示例中，参见图6，在图6(a)中整流电路可以由4个整流器件构成的整流桥，该整流桥中每个整流器件的两端并联一个开关器件，甚至各桥臂和输入输出端上也可以设置一个开关器件，图6中未示出各开关器件。在接收天线从第一区域切换到第二区域时，切换单元可以将导通二极管D3和D4并联的开关器件，以使二极管D3和D4短路，而断开位于D3和D4之间输入端的开关器件以及位于D3和D4之间输出端的开关器件，以使输入端和输出端无电流通过，这样切换单元可以将整流电路从图6(a)所示的整流结构切换到图6(b)所示的整流结构。

在接收天线从第二区域切换到第三区域时，切换单元可以断开二极管D1、D4或D3所在桥臂上的开关器件，仅使二极管D2参与整流，这样切换单元可以将整流电路从图6(b)所示的整流结构切换到图6(c)所示的整流结构。

需要说明的是，上述实施例仅描述了从图6(a)到图6(b)所示整流结构，以及图6(b)到图6(c)所示整流结构的过程，可理解的是，切换单元还可以控制整流电路从图6(c)到图6(b)所示整流结构，或者图6(b)到图6(a)所示整流结构，其控制过程与上述相应实施例的方案相反，在此不再赘述。

本实施例中，整流天线阵列还可以包括控制器(图中未示出)。该控制器与各整流天线单元连接，用于获取各整流天线单元接收信号的功率(电压和电流的乘积)，并根据功率与设定能量阈值的大小关系生成控制信号，其中控制信号用于指示切换单元切换各整流天线单元内整流电路的整流结构。切换过程可以参考图6所示实施例的内容，在此不作限定。当然，上述控制信号还可以由无线充电接收设备所在电子设备的处理器来获取，即由电子设备的处理器来替代上述控制器，技术人员可以根据具体场景来选择，相应方案落入本公开的保护范围。

需要说明的是，控制器输出的控制信号可以是一组指令，各指令对整流桥中的各开关器件；还可以是一个指令，切换单元可以解析该指令，得到各开关器件的开关控制电压，从而控制开关器件导通或者断开。本实施例对控制信号的形式不作限定，在能够切换整流结构的情况下，各形式的控制信号均落入本公开的保护范围。

继续参见图2，由于各整流电路1302的整流结构不同，因此其输出的直流电压也不相同，例如第一区域内的整流电路的输出电压为15V，第二区域的整流电路的输出电压为9-11V，第三区域内的整流电路的输出电压为6-9V。本实施例中，直流稳压电路131可以包括电压平衡控制器(图中未示出)，该电压平衡控制器可以对整流天线单元进行串并联组合，以使组合后各支路的电压等于目标直流电压。例如，第一区域内有3个整流电路的输出电压为15V，第二区域内有3个整流电路的输出电压为9V，第三区域内有3个整流电路的输出电压为6V，则电压平衡控制器可以从第二区域内选取1个整流电路和第三区域内选取1个整流电路串联，串联支路的电压为9+6＝15V，这样可以得到3个15V的串联支路，然后再与第一区域内的各整流电路进行并联，最终直流稳压电路可以将6个支路并联，输出15V的目标直流电压。

需要说明的是，电压平衡控制器可以选取不同输出电压的整流电路进行组合，最终使得各串并联支路的输出电压相同。当然，在串并联支路的输出电压高于(或低于)目标直流电压时，直流稳压电路131内还可以包括一个换流器(图中未示出)，通过该换流器将串并联支路的输出电压转换到目标直流电压。其中换流器的电路结构可以参考相关技术，在此不作限定。

至此，本公开实施例中通过在定位模组和能量接收模组之间设置滤波模组，由该滤波模组抑制第二频率的信号，达到定位模组发射定位信号且能量接收模组接收电磁波信号相互隔离的效果。这样，本实施例中，定位模组可以以较小的功率发射定位信号，即可达到被准确定位的目的；并且，由于定位模组无需接收能量，能量接收模组可以以较大的功率工作，适于大功率无线输电的场景，有利于缩短充电时间。

图7是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。例如，电子设备700可以是设置有图1～图6所示的无线充电接收设备的智能手机，计算机，数字广播终端，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等。

参照图7，电子设备700可以包括以下一个或多个组件：处理组件702，存储器704，电源组件706，多媒体组件708，音频组件710，输入/输出(I/O)的接口712，传感器组件714，通信组件716，以及图像采集组件718。

处理组件702通常电子设备700的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件702可以包括一个或多个处理器720来执行指令。此外，处理组件702可以包括一个或多个模块，便于处理组件702和其他组件之间的交互。例如，处理组件702可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件708和处理组件702之间的交互。

存储器704被配置为存储各种类型的数据以支持在电子设备700的操作。这些数据的示例包括用于在电子设备700上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器704可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

电源组件706为电子设备700的各种组件提供电力。电源组件706可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为电子设备700生成、管理和分配电力相关联的组件。

多媒体组件708包括在所述电子设备700和目标对象之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示屏(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自目标对象的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。

音频组件710被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件710包括一个麦克风(MIC)，当电子设备700处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器704或经由通信组件716发送。在一些实施例中，音频组件710还包括一个扬声器，用于输出音频信号。

I/O接口712为处理组件702和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。

传感器组件714包括一个或多个传感器，用于为电子设备700提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件714可以检测到电子设备700的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为电子设备700的显示屏和小键盘，传感器组件714还可以检测电子设备700或一个组件的位置改变，目标对象与电子设备700接触的存在或不存在，电子设备700方位或加速/减速和电子设备700的温度变化。

通信组件716被配置为便于电子设备700和其他设备之间有线或无线方式的通信。电子设备700可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件716经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件716还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。

在示例性实施例中，电子设备700可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的方案后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖公开方案的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种无线充电接收设备，其特征在于，包括：定位模组、滤波模组和能量接收模组；

所述定位模组设置在预设位置，用于发射预先设定的第一频率的定位信号；所述定位信号用于无线充电发射设备定位所述无线充电接收设备以及响应所述定位信号向所述无线充电接收设备发送第二频率的电磁波信号；

所述能量接收模组，用于将接收的所述第二频率的电磁波信号转换成目标直流电压；

所述滤波模组设置在所述定位模组和所述能量接收模组之间，用于抑制第二频率的信号，以隔离所述定位模组和所述能量接收模组。

2.根据权利要求1所述的无线充电接收设备，其特征在于，所述能量接收模组包括直流稳压电路以及多个整流天线单元构成的整流天线阵列；

各整流天线单元包括接收天线和与其连接的整流电路，其中所述接收天线用于接收所述第二频率的电磁波信号并转换成交流电信号，所述整流电路用于将所述交流电信号转换成所述直流电信号；

所述直流稳压电路，用于对所述整流天线阵列输出的直流电信号进行稳压，得到目标直流电压。

3.根据权利要求2所述的无线充电接收设备，其特征在于，所述接收天线采用圆极化轴形式，扫描范围为-45度～+45度。

4.根据权利要求2所述的无线充电接收设备，其特征在于，所述整流天线阵列包括第一区域、第二区域和第三区域，其中所述第一区域表示接收能量超过第一设定能量阈值的整流天线单元所在区域，所述第二区域表示接收能量小于所述第一设定能量阈值且超过第二设定能量阈值的整流天线单元所在区域；所述第三区域表示接收能量小于所述第二设定能量阈值的整流天线单元所在区域；

位于所述第一区域内各整流天线单元中整流电路采用第一数量个整流器件形成的整流结构；

位于所述第二区域内各整流天线单元中整流电路采用第二数量个整流器件形成的整流结构；

位于所述第三区域内各整流天线单元中整流电路采用第三数量个整流器件形成的整流结构；

其中，所述第一数量大于所述第二数量，所述第二数量大于所述第三数量。

5.根据权利要求4所述的无线充电接收设备，其特征在于，所述整流天线阵列还包括切换单元，所述切换单元用于在接收到控制信号时切换各整流天线单元内整流电路的整流结构。

6.根据权利要求5所述的无线充电接收设备，其特征在于，所述整流天线阵列还包括控制器；所述控制器与所述各整流天线单元连接，用于获取各整流天线单元接收信号的功率，并根据所述功率与设定能量阈值的大小关系生成控制信号，所述控制信号用于指示所述切换单元切换各整流天线单元内整流电路的整流结构。

7.根据权利要求4～6任一项所述的无线充电接收设备，其特征在于，所述直流稳压电路包括电压平衡控制器；所述电压平衡控制器用于对位于各区域内整流天线单元进行串并联组合，以使组合后的各支路的电压等于目标直流电压。

8.根据权利要求1所述的无线充电接收设备，其特征在于，所述定位模组包括定位天线、电源、震荡电路和开关器件；

所述开关器件分别与所述电源和所述震荡电路连接，所述定位天线与所述震荡电路连接；

所述开关器件用于在接收到控制信号时导通所述电源和所述震荡电路，所述震荡电路用于在供电的情况下产生第一频率的电信号发送给所述定位天线，所述定位天线用于所述第一频率的电信号转换成电磁波信号辐射到空间中。

9.根据权利要求8所述的无线充电接收设备，其特征在于，所述预设位置是指所述能量接收模组中整流天线阵列的中心位置。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的无线充电接收设备。

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