CN113036947A - 采用半双工模式实时配置的无线充电装置及无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了无线充电装置及无线充电系统。该无线充电装置包括：振荡器，用于产生频率信号；功率放大器，与所述振荡器相连接，对所述频率信号进行放大；第一天线和第一匹配网络，所述第一天线经由所述第一匹配网络与所述功率放大器相连接，将所述频率信号转变为辐射场从而传送电能；以及控制模块，与所述振荡器、所述功率放大器和所述第一匹配网络至少之一相连接以提供相应的调节信号，其中，控制模块在第一天线充电装置传送电能的同时接收数据信号，以及根据数据信号产生振荡器、功率放大器和第一匹配网络至少之一的调节信号。该无线充电装置接收到配置数据时进行实时配置以使无线充电装置与外部的用电设备的工作参数彼此匹配，从而可以支持不同协议并且可以省去专用芯片。

Description

采用半双工模式实时配置的无线充电装置及无线充电系统

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，更具体地，涉及采用半双工模式实时配置的无线充电装置及无线充电系统。

背景技术

无线充电技术是将电能以无线传送的方式从供电设备传送至用电设备的技术。由于无须使用任何物理插头和线缆连接二者，因此，采用无线充电技术的用电设备具有便利且安全地充电的优点。采用无线充电技术的供电设备和用电设备也称为非接触式能量传送设备。例如，无线充电技术已经广泛地用于手机等移动终端中。

然而，各种供电设备分别采用不同的电能传送方式，例如，电磁感应、无线电波和磁共振等，并且各种供电设备分别支持不同的无线充电标准，例如，Qi标准，A4WP标准、iNPOFi技术、Wi-Po技术。对于用电设备而言，只有支持相应的无线充电标准才能与供电设备匹配以获取电能。现有的供电设备和用电设备采用支持至少一种协议的专用芯片，并且还配备有相应的接收天线和发送天线，以实现供电设备和用电设备之间的通信功能和充电控制功能。

在供电设备和用电设备中使用无线充电的专用芯片，不仅导致电路复杂，而且只能支持有限类型的预定协议，并且专用的接收天线和发送天线也会导致设备体积的增大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种采用半双工模式实时配置的无线充电装置及无线充电系统，采用实时配置的工作参数支持不同协议并且可以省去专用芯片。

根据本发明的一方面，提供一种无线充电装置，包括：振荡器，用于产生频率信号；功率放大器，与所述振荡器相连接，对所述频率信号进行放大；第一天线和第一匹配网络，所述第一天线经由所述第一匹配网络与所述功率放大器相连接，将所述频率信号转变为辐射场从而传送电能；以及控制模块，与所述振荡器、所述功率放大器和所述第一匹配网络至少之一相连接以提供相应的调节信号，其中，所述控制模块从所述第一天线接收数据信号，以及根据所述数据信号产生所述调节信号。

优选地，所述无线充电装置处于发送、接收和空闲模式之一。

优选地，在所述控制模块检测到外部的用电设备时，所述无线充电装置处于发送模式，经由所述第一天线传送电能，以及经由所述第一天线接收数据信号。

优选地，在所述控制模块未检测到外部的用电设备时，所述无线充电装置处于空闲模式，所述无线充电装置停止传送电能，以及经由所述第一天线接收数据信号。

优选地，在所述控制模块接收到数据信号时，所述无线充电装置处于接收模式，从所述数据信号中解析出配置数据。

优选地，在所述接收模式中，所述无线充电装置暂停传送电能，直至所述接收模式结束，所述无线充电装置恢复传送电能。

优选地，所述控制模块包括：接收解析器，用于对所述数据信号进行解析以获得配置数据；收发控制器，与所述接收解析器相连接，以及在所述配置数据的接收已经完成时产生使能信号；发送控制器，与所述收发控制器相连接，在所述使能信号有效时将所述配置数据转换为电压控制逻辑信号；以及电压调节器，与所述发送控制器相连接，将所述电压控制逻辑信号转换为所述调节信号，其中，所述振荡器与所述电压调节器相连接，所述调节信号用于控制所述频率信号的工作频率。

优选地，所述无线充电装置接收的数据信号包括至少一个协议相关的配置数据，用于将所述无线充电装置的工作参数实时配置成与外部的用电设备的工作参数彼此匹配。

根据本发明的另一方面，提供一种无线充电系统，包括：供电设备，所述供电设备包括上述的无线充电装置；以及用电设备，所述用电设备与所述供电设备彼此隔开，并且从所述供电设备接收电能，以及向所述供电设备提供数据信号。

优选地，所述用电设备包括：第二天线和第二匹配网络；整流器，所述整流器经由所述第二匹配网络与所述第二天线相连接，将所述第二天线接收的电能转换成直流输出电压；以及配置模块，与所述第二天线相连接，以及将至少一个协议相关的配置数据转换成数据信号，经由所述第二天线发送至所述供电设备。

优选地，所述用电设备还包括蓄电池，与所述整流器相连接，采用所述直流输出电压对所述蓄电池进行充电。

根据无线充电装置无需使用支持至少一个协议的专用芯片，而是将至少一个协议相关的配置数据，发送至无线充电装置，使得无线充电装置的工作参数符合至少一个协议。无线充电装置在接收到配置数据时进行实时配置，以使所述无线充电装置与外部的用电设备的工作参数彼此匹配，从而可以支持不同协议并且可以省去专用芯片。进一步地，无线充电装置的天线兼有电能传送和数据通信功能，因此可以省去专用于数据通信的发送天线和接收天线。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据现有技术的无线充电系统的示意性框图。

图2示出根据本发明实施例的无线充电系统的示意性框图。

图3示出根据本发明实施例的无线充电装置的详细框图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下面，参照附图对本发明进行详细说明。

图1示出根据现有技术的无线充电系统的示意性框图。无线充电系统100包括供电设备110和用电设备120，在二者之间采用无线电波方式传送电能。

供电设备110在工作状态产生用于提供能量传送的辐射场。用电设备120耦合到辐射场，从辐射场获取电磁能量并且产生充电电流对蓄电池131进行充电。供电设备110与用电设备120两者隔开距离。在该实施例中，根据相互谐振关系来配置供电设备110与用电设备120。当用电设备120的谐振频率与供电设备110的谐振频率非常接近时，当用电设备120定位于辐射场的“近场”中时，供电设备110与用电设备120之间的电能传输损耗最小。

供电设备110还包括用于提供用于电能发射的装置的天线116，且用电设备120还包括用于提供用于电能接收的装置的天线126。根据应用及待与其相关联的装置来设定天线116和126的参数。供电设备110与用电设备120的电能传送与天线116和126的耦合效率相关，将天线116的近场中的大部分能量耦合到天线126中，而非以电磁波形式将大部分能量传播到远场。天线116与天线126周围的可发生此近场耦合的区域称作耦合模式区。

供电设备110还包括振荡器111、功率放大器112、以及匹配网络113。振荡器111例如为压控振荡器，根据频率调节信号产生期望频率的调节信号。功率放大器112对频率信号进行放大，经由匹配网络113提供至天线116产生辐射场。匹配网络113用于将供电设备110的阻抗与天线116相匹配。

用电设备120还包括匹配网络121、以及整流器122。匹配网络121用于将用电设备120的阻抗与天线126相匹配。整流器122将经由天线126接收的电能转换成直流输出电压，对蓄电池131进行充电，或者直接对用电设备的电路模块进行供电。

在根据现有技术的无线充电系统100中，用电设备120与供电设备110可在单独的通信信道(例如，蓝牙、紫蜂(zigbee)、蜂窝等)上通信，从而符合相关协议的数据通信要求。

图2示出根据本发明实施例的无线充电系统的示意性框图。无线充电系统200包括供电设备210和用电设备220，在二者之间采用无线电波方式传送电能。

供电设备210在工作状态产生用于提供能量传送的辐射场。用电设备220耦合到辐射场，从辐射场获取电磁能量并且产生充电电流对蓄电池131进行充电。供电设备210与用电设备220两者隔开距离。在该实施例中，根据相互谐振关系来配置供电设备210与用电设备220。当用电设备220的谐振频率与供电设备210的谐振频率非常接近时，当用电设备220定位于辐射场的“近场”中时，供电设备210与用电设备220之间的电能传输损耗最小。

供电设备210还包括用于提供用于电能发射的装置的天线116，且用电设备220还包括用于提供用于电能接收的装置的天线126。根据应用及待与其相关联的装置来设定天线116和126的参数。供电设备210与用电设备220的电能传送与天线116和126的耦合效率相关，将天线116的近场中的大部分能量耦合到天线126中，而非以电磁波形式将大部分能量传播到远场。天线116与天线126周围的可发生此近场耦合的区域称作耦合模式区。

供电设备210还包括振荡器111、功率放大器112、匹配网络113、以及控制模块114。振荡器111例如为压控振荡器，根据频率调节信号产生期望频率的调节信号。功率放大器112对频率信号进行放大，经由匹配网络113提供至天线116产生辐射场。匹配网络113用于将供电设备210的阻抗与天线116相匹配。控制模块114与天线116相连接，从用电设备220接收与配置数据相关的数据信号。

用电设备220还包括匹配网络121、整流器122、以及配置模块123。匹配网络121用于将用电设备220的阻抗与天线126相匹配。整流器122将经由天线126接收的电能转换成直流输出电压，对蓄电池131进行充电，或者直接对用电设备的电路模块进行供电。配置模块123与天线126相连接，将配置数据调制成数据信号，经由天线126发送至供电设备210。

根据该实施例的无线充电系统200，供电设备210工作于发送、接收和空闲模式。供电设备210为半双工模式，在发送模式中不仅可以发送电能而且可以接收和解析数据信号。例如，在供电设备210未检测到用电设备220的存在时，供电设备210处于空闲模式，振荡器111停止工作，从而停止电能发送。在供电设备210检测到用电设备220的存在时，供电设备210处于发送模式，振荡器111工作，从而维持电能发送。在供电设备210检测到用电设备220发送数据信号时，供电设备210处于接收模式，振荡器111暂停工作，从而暂停电能发送。

进一步地，在供电设备210的接收模式中，控制模块114从用电设备220接收数据信号，从数据信号中解析出配置数据，以及根据配置数据产生振荡器111、功率放大器112和匹配网络113至少之一的调节信号。供电设备210的工作参数与用电设备220的工作参数相匹配，使得供电设备210与用电设备220之间的电能传输损耗最小。

在该实施例中，无线充电系统200的供电设备210和用电设备220无需使用支持至少一个协议的专用芯片，而是将至少一个协议相关的配置数据，从用电设备220实时地发送至供电设备210，使得二者的工作参数彼此匹配。供电设备210的天线116和用电设备220的天线126兼有电能传送和数据通信功能，因此可以省去专用于数据通信的发送天线和接收天线。

图3示出根据本发明实施例的无线充电装置的详细框图。该无线充电装置310例如作为图2所示的无线充电系统中的供电设备。

无线充电装置310包括振荡器111、功率放大器112、匹配网络113、天线116、以及控制模块114。

振荡器111例如为压控振荡器，根据频率调节信号产生期望频率的调节信号。功率放大器112对频率信号进行放大，经由匹配网络113提供至天线116产生辐射场。匹配网络113用于将供电设备210的阻抗与天线116相匹配。控制模块114与天线116相连接，从用电设备220接收与配置数据相关的数据信号。

控制模块114包括收发控制器11、发送控制器12、电压调节器13和接收解析器14。

在无线充电装置310的空闲模式中，接收解析器14根据收发控制器11的模式信号，接收解析器14对天线116接收到的数据信号进行解析。如果接收解析器14解析出配置数据。无线充电装置310从空闲模式转换为接收模式。

在无线充电装置310的接收模式中，接收解析器14将数据状态信号和配置数据传送至收发控制器11。收发控制器11从接收解析器14接收配置数据后，根据数据状态信号判断配置数据的接收是否完成。在接收配置数据已经完成的情形下，收发控制器11向发送控制器12提供使能信号，发送控制器12将配置数据转换为电压控制逻辑信号。电压调节器13从发送控制器12接收电压控制逻辑信号，将电压控制逻辑信号转换为调节信号。该调节信号为模拟电压信号。振荡器111从电压调节器13接收调节信号，以产生相应工作频率的频率信号，功率放大器112对频率信号进行放大后经由天线116产生辐射场。无线充电装置310从接收模式转换为发送模式。

在无线充电装置310的发送模式中，如果无线充电装置310未检测到用电设备220的存在，则无线充电装置310从发送模式转换为空闲模式。在无线充电装置310的发送模式中，如果无线充电装置310检测到用电设备发送数据信号，则无线充电装置310从发送模式转换为接收模式。此时，无线充电装置310中的振荡器111暂停工作，从而暂停电能发送，直至接收模式结束。

根据该实施例的无线充电装置310，无线充电装置310工作于发送、接收和空闲模式。无线充电装置310为半双工模式，在发送模式中不仅可以发送电能而且可以接收和解析数据信号。例如，在无线充电装置310未检测到用电设备220的存在时，无线充电装置310处于空闲模式，振荡器111停止工作，从而停止电能发送。在无线充电装置310检测到用电设备220的存在时，无线充电装置310处于发送模式，振荡器111工作，从而维持电能发送。在无线充电装置310检测到用电设备220发送数据信号时，无线充电装置310处于接收模式，振荡器111暂停工作，从而暂停电能发送。

进一步地，在无线充电装置310的接收模式中，控制模块114从用电设备220接收数据信号，从数据信号中解析出配置数据，以及根据配置数据产生振荡器111、功率放大器112和匹配网络113至少之一的调节信号。无线充电装置310的工作参数与用电设备的工作参数相匹配，使得无线充电装置310与用电设备之间的电能传输损耗最小。

在该实施例中，无线充电装置310无需使用支持至少一个协议的专用芯片，而是将至少一个协议相关的配置数据，实时地发送至无线充电装置310，使得无线充电装置310的工作参数符合至少一个协议。无线充电装置310的天线116兼有电能传送和数据通信功能，因此可以省去专用于数据通信的发送天线和接收天线。

应当说明的是，在本发明的描述中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种无线充电装置，包括：

振荡器，用于产生频率信号；

功率放大器，与所述振荡器相连接，对所述频率信号进行放大；

第一天线和第一匹配网络，所述第一天线经由所述第一匹配网络与所述功率放大器相连接，将所述频率信号转变为辐射场从而传送电能；以及

控制模块，与所述振荡器、所述功率放大器和所述第一匹配网络至少之一相连接以提供相应的调节信号，

其中，所述控制模块从所述第一天线接收数据信号，以及根据所述数据信号产生所述调节信号。

2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述无线充电装置处于发送、接收和空闲模式之一。

3.根据权利要求2所述的无线充电装置，其中，在所述控制模块检测到外部的用电设备时，所述无线充电装置处于发送模式，经由所述第一天线传送电能，以及经由所述第一天线接收数据信号。

4.根据权利要求2所述的无线充电装置，其中，在所述控制模块未检测到外部的用电设备时，所述无线充电装置处于空闲模式，所述无线充电装置停止传送电能，以及经由所述第一天线接收数据信号。

5.根据权利要求3或4所述的无线充电装置，其中，在所述控制模块接收到数据信号时，所述无线充电装置处于接收模式，从所述数据信号中解析出配置数据。

6.根据权利要求5所述的无线充电装置，其中，在所述接收模式中，所述无线充电装置暂停传送电能，直至所述接收模式结束，所述无线充电装置恢复传送电能。

7.根据权利要求3或4所述的无线充电装置，其中，所述控制模块包括：

接收解析器，用于对所述数据信号进行解析以获得配置数据；

收发控制器，与所述接收解析器相连接，以及在所述配置数据的接收已经完成时产生使能信号；

发送控制器，与所述收发控制器相连接，在所述使能信号有效时将所述配置数据转换为电压控制逻辑信号；以及

电压调节器，与所述发送控制器相连接，将所述电压控制逻辑信号转换为所述调节信号，

其中，所述振荡器与所述电压调节器相连接，所述调节信号用于控制所述频率信号的工作频率。

8.根据权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述无线充电装置接收的数据信号包括至少一个协议相关的配置数据，用于将所述无线充电装置的工作参数实时配置成与外部的用电设备的工作参数彼此匹配。

9.一种无线充电系统，包括：

供电设备，所述供电设备包括根据权利要求1至8中任一项所述的无线充电装置；以及

用电设备，所述用电设备与所述供电设备彼此隔开，并且从所述供电设备接收电能，以及向所述供电设备提供数据信号。

10.根据权利要求9所述的无线充电系统，其中，所述用电设备包括：

第二天线和第二匹配网络；

整流器，所述整流器经由所述第二匹配网络与所述第二天线相连接，将所述第二天线接收的电能转换成直流输出电压；以及

配置模块，与所述第二天线相连接，以及将至少一个协议相关的配置数据转换成数据信号，经由所述第二天线发送至所述供电设备。

11.根据权利要求10所述的无线充电系统，其中，所述用电设备还包括蓄电池，与所述整流器相连接，采用所述直流输出电压对所述蓄电池进行充电。

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