CN113991780A - Nfc与无线充电融合系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种NFC与无线充电融合系统及方法；所述系统包括无线充电发射端和无线充电接收端；无线充电发射端包括电源转换模块和发射端通信控制模块；电源转换模块包括转换单元和线圈；转换单元分别与发射端通信控制模块和线圈连接；无线充电接收端与发射端通信控制模块连接，用于通过发射端通信控制模块向转换单元发送控制信号，以使转换单元基于控制信号调整转换单元的输出频率；线圈用于根据不同的输出频率，工作于NFC通讯模式或无线充电模式；本发明通过使用同一个线圈来完成两个动作，即无线充电和NFC，借助硬件电路自动判断是对电池充电，还是通过NFC操作芯片中的相关数据，大大减少了线路布局和线路板面积，提高了电路功能效率。

Description

NFC与无线充电融合系统及方法
技术领域
本发明属于无线充电技术领域，特别是涉及一种NFC与无线充电融合系统及方法。
背景技术
现有技术中的无线充电线圈只能作为无线充电使用，NFC感应线圈只能对芯片数据进行读写操作，因此，当同一电路板中需要同时使用到无线充电和NFC功能时，需要有两个独立的线圈，一个给无线充电使用，另外一个给NFC使用，两个线圈的面积会需要很大的空间，而随着人们对电子设备小型化设计的需求越来越高，空间对于电子设备来说是很宝贵的资源，而且两个线圈放置一起的时候，相互之间还可能存在干扰，从而影响彼此的性能。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种NFC与无线充电融合系统及方法，通过使用同一个线圈来完成无线充电和NFC两个动作，节省了线圈所占空间。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种NFC与无线充电融合系统，包括：无线充电发射端和无线充电接收端；其中，所述无线充电发射端包括：电源转换模块和发射端通信控制模块；所述电源转换模块包括：转换单元和线圈；所述转换单元分别与所述发射端通信控制模块和所述线圈连接，所述转换单元用于将直流电转换为交流电；所述无线充电接收端与所述发射端通信控制模块连接，用于通过所述发射端通信控制模块向所述转换单元发送控制信号，以使所述转换单元基于所述控制信号调整所述转换单元的输出频率；所述线圈用于根据不同的所述输出频率，工作于NFC通讯模式或无线充电模式。
于本发明的一实施例中，所述电源转换模块还包括：电流检测单元；所述电流检测单元分别与所述线圈和所述发射端通信控制模块连接，用于检测所述线圈内的实时电流值，并将所述实时电流值通过所述发射端通信控制模块发送至所述无线充电接收端，以使所述无线充电接收端基于所述实时电流值发送所述控制信号。
于本发明的一实施例中，当所述线圈工作于所述无线充电模式时，所述电源转换模块还用于根据所述无线充电接收端的不同，利用所述发射端通信控制模块调整所述线圈产生电能的传输功率。
于本发明的一实施例中，所述无线充电接收端包括：能量拾取模块和接收端通信控制模块；所述能量拾取模块和所述接收端通信控制模块均与所述发射端通信控制模块连接；所述能量拾取模块用于在所述线圈工作于所述无线充电模式时，接收所述线圈产生的电能。
于本发明的一实施例中，所述能量拾取模块包括：次级线圈和串并联电容；所述次级线圈与所述串并联电容组成双谐振电路，用于提高所述电能的传输效率，及用于谐振检测。
于本发明的一实施例中，所述能量拾取模块还包括：屏蔽层；所述屏蔽层位于所述次级线圈的上方。
于本发明的一实施例中，所述屏蔽层与所述次级线圈的相隔距离不超过2.5mm，所述屏蔽层选用的屏蔽材料为软磁性材料。
于本发明的一实施例中，所述线圈包括同心环结构和叠层结构；其中，所述叠层结构包括至少四个叠层，且所有的所述叠层具有相同的极性。
于本发明的一实施例中，所述NFC与无线充电融合系统还包括：输入电源；所述输入电源为直流电，所述输入电源与所述转换单元连接。
本发明提供一种基于上述的NFC与无线充电融合系统实现的NFC与无线充电融合方法，包括以下步骤：通过无线充电接收端向转换单元发送控制信号，以使所述转换单元基于所述控制信号调整所述转换单元的输出频率；不同的所述输出频率作用于线圈，使所述线圈工作于NFC通讯模式或无线充电模式。
如上所述，本发明所述的NFC与无线充电融合系统及方法，具有以下有益效果：
(1)与现有技术相比，本发明通过使用同一个线圈来完成两个动作，即无线充电和NFC，借助硬件电路自动判断是对电池充电，还是通过NFC操作芯片中的相关数据，大大减少了线路布局和线路板面积，提高了电路功能效率。
(2)本发明减少了元器件数量、提高了电路板的空间使用效率、优化了硬件电路工作负荷、减轻了软件资源的占用，大大简化了量产生产工序、缩短了量产周期、提高了量产良品率，为产品本身低功耗提供了源头解决方案，同时易于产品使用过程中的维护保养。
(3)本发明一方面相比现有实现无线充电功能和NFC功能，采用两个独立的线圈来说，节省了空间；另一方面，避免了由于受到电子设备尺寸、形状的限制，两个独立的线圈不可避免地近距离接触，相互之间存在的干扰在狭小的空间内无法有效消除的问题。
附图说明
图1显示为本发明的NFC与无线充电融合系统于一实施例中的结构示意图。
图2显示为本发明的NFC与无线充电融合方法于一实施例中的流程图。
标号说明
1 无线充电发射端
11 电源转换模块
111 转换单元
112 线圈
113 电流检测单元
12 发射端通信控制模块
2 无线充电接收端
21 能量拾取模块
211 次级线圈
212 串并联电容
213 屏蔽层
22 接收端通信控制模块
3 输入电源
S1～S2 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明的NFC与无线充电融合系统及方法，与现有技术相比，本发明通过使用同一个线圈来完成两个动作，即无线充电和NFC，借助硬件电路自动判断是对电池充电，还是通过NFC操作芯片中的相关数据，大大减少了线路布局和线路板面积，提高了电路功能效率；本发明减少了元器件数量、提高了电路板的空间使用效率、优化了硬件电路工作负荷、减轻了软件资源的占用，大大简化了量产生产工序、缩短了量产周期、提高了量产良品率，为产品本身低功耗提供了源头解决方案，同时易于产品使用过程中的维护保养；本发明一方面相比现有实现无线充电功能和NFC功能，采用两个独立的线圈来说，节省了空间；另一方面，避免了由于受到电子设备尺寸、形状的限制，两个独立的线圈不可避免地近距离接触，相互之间存在的干扰在狭小的空间内无法有效消除的问题。
如图1所示，于一实施例中，本发明的NFC与无线充电融合系统包括无线充电发射端1和无线充电接收端2；其中，所述无线充电发射端1包括电源转换模块11和发射端通信控制模块12；所述电源转换模块11包括转换单元111和线圈112，该电源转换模块11通过线圈112产生强电流磁场，并根据无线充电接收端2的要求利用发射端通信控制模块12调整传输的功率(不同的无线充电接收端，其要求接收的功率不一样)。
具体地，所述转换单元111分别与所述发射端通信控制模块12和所述线圈112连接，所述转换单元111用于将直流电转换为交流电；所述无线充电接收端2与所述发射端通信控制模块12连接，用于通过所述发射端通信控制模块12向所述转换单元111发送控制信号(该控制信号用于在发射端形成要求功率的电力)，以使所述转换单元111基于所述控制信号调整所述转换单元111的输出频率；所述线圈112用于根据不同的所述输出频率，工作于NFC通讯模式或无线充电模式。
需要说明的是，该线圈112可作为NFC线圈和无线充电线圈单独使用，利用无线充电频率之间的频率差，实现其作为NFC线圈与无线充电接收端2的频分复用；具体地，通过对NFC线圈信号采用不同频率进行调制的方法，使调制后的各路信号在频率位置上错开，以达到与无线充电的信号同时在一个信道内传输的目的。
于一实施例中，所述NFC与无线充电融合系统还包括输入电源3。
具体地，所述输入电源3为直流电，所述输入电源3与所述转换单元111连接。
优选地，该转换单元111为串联电容器，用于将直流的输入电源3转换为交流输出。
于一实施例中，所述线圈112包括同心环结构和叠层结构；其中，所述叠层结构包括至少四个叠层，且所有的所述叠层具有相同的极性。
优选地，该线圈112的叠层结构包括10层以上叠层，可以实现更好传输。
于一实施例中，所述电源转换模块11还包括电流检测单元113。
具体地，所述电流检测单元113分别与所述线圈112和所述发射端通信控制模块12连接，用于检测所述线圈112内的实时电流值，并将所述实时电流值通过所述发射端通信控制模块12发送至所述无线充电接收端2，以使所述无线充电接收端2基于所述实时电流值发送所述控制信号。
于一实施例中，当所述线圈112工作于所述无线充电模式时，所述电源转换模块11还用于根据所述无线充电接收端2的不同，利用所述发射端通信控制模块12调整所述线圈112产生电能的传输功率。
于一实施例中，所述无线充电接收端2包括能量拾取模块21和接收端通信控制模块22，接收端通信控制模块22将控制信号通过感应电场传送给无线充电发射端1，控制无线充电发射端1输出的电力，并最终通过该能量拾取模块21接受电力。
具体地，所述能量拾取模块21和所述接收端通信控制模块22均与所述发射端通信控制模块12连接；所述能量拾取模块21用于在所述线圈112工作于所述无线充电模式时，接收所述线圈112产生的电能。
于一实施例中，所述能量拾取模块21包括次级线圈211和串并联电容212。
具体地，所述次级线圈211与所述串并联电容212组成双谐振电路，用于提高所述电能的传输效率，及用于谐振检测，由整流电路对接收到的交流电压进行全波整流。
需要说明的是，该接收端通信控制模块22用于执行传输控制和收发端交互的功能，控制前端电路中通信调制器的工作，给发送端传递信息包，监测系统各电压电流值，调整输出。
于一实施例中，所述能量拾取模块21还包括屏蔽层213。
具体地，所述屏蔽层213位于所述次级线圈211的上方。
于一实施例中，所述屏蔽层213与所述次级线圈211的相隔距离不超过2.5mm。
于一实施例中，所述屏蔽层213选用的屏蔽材料为软磁性材料。
需要说明的是，上述的发射端通信控制模块12、接收端通信控制模块22是电路的数字部分，这部分同样类似于标识指引式的设计，从接收端接收和解调信息并执行相关的传输控制和通信；在自由放置式方案中，该发射端通信控制模块12、接收端通信控制模块22还应具有主线圈定位控制和次级线圈侦测功能，其中，侦测功能类似于基座表面对接收端的与或判断。
进一步地，本实施例的Qi标准目前不限定使用哪种侦测方法，但是推荐使用接收端谐振检测的方式，即侦测频率fd。其目的是要最低限度的减少主线圈(无线充电线圈)的移动。
如图2所示，于一实施例中，本发明的NFC与无线充电融合方法包括以下步骤：
步骤S1、通过无线充电接收端向转换单元发送控制信号，以使所述转换单元基于所述控制信号调整所述转换单元的输出频率。
步骤S2、不同的所述输出频率作用于线圈，使所述线圈工作于NFC通讯模式或无线充电模式。
需要说明的是，本发明所述的NFC与无线充电融合方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。
需要说明的是，该NFC与无线充电融合方法是基于上述的NFC与无线充电融合系统实现的，其工作原理与上述的NFC与无线充电融合系统的工作原理相同，故在此不再详细赘述。
进一步地，在实现该NFC与无线充电融合方法时，使用上述的NFC与无线充电融合系统，该方法通过将无线充电线圈与NFC线圈融合为一个线圈，利用NFC技术与无线充电频率之间有较大的频率差，通过定制化无线充电接收端实现二者间的频分复用，进而实现充电和数据操作。
综上所述，本发明的NFC与无线充电融合系统及方法，与现有技术相比，本发明通过使用同一个线圈来完成两个动作，即无线充电和NFC，借助硬件电路自动判断是对电池充电，还是通过NFC操作芯片中的相关数据，大大减少了线路布局和线路板面积，提高了电路功能效率；本发明减少了元器件数量、提高了电路板的空间使用效率、优化了硬件电路工作负荷、减轻了软件资源的占用，大大简化了量产生产工序、缩短了量产周期、提高了量产良品率，为产品本身低功耗提供了源头解决方案，同时易于产品使用过程中的维护保养；本发明一方面相比现有实现无线充电功能和NFC功能，采用两个独立的线圈来说，节省了空间；另一方面，避免了由于受到电子设备尺寸、形状的限制，两个独立的线圈不可避免地近距离接触，相互之间存在的干扰在狭小的空间内无法有效消除的问题；所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种NFC与无线充电融合系统，其特征在于，包括：无线充电发射端和无线充电接收端；其中，所述无线充电发射端包括：电源转换模块和发射端通信控制模块；所述电源转换模块包括：转换单元和线圈；所述转换单元分别与所述发射端通信控制模块和所述线圈连接，所述转换单元用于将直流电转换为交流电；
所述无线充电接收端与所述发射端通信控制模块连接，用于通过所述发射端通信控制模块向所述转换单元发送控制信号，以使所述转换单元基于所述控制信号调整所述转换单元的输出频率；
所述线圈用于根据不同的所述输出频率，工作于NFC通讯模式或无线充电模式。
2.根据权利要求1所述的NFC与无线充电融合系统，其特征在于，所述电源转换模块还包括：电流检测单元；
所述电流检测单元分别与所述线圈和所述发射端通信控制模块连接，用于检测所述线圈内的实时电流值，并将所述实时电流值通过所述发射端通信控制模块发送至所述无线充电接收端，以使所述无线充电接收端基于所述实时电流值发送所述控制信号。
3.根据权利要求1所述的NFC与无线充电融合系统，其特征在于，当所述线圈工作于所述无线充电模式时，所述电源转换模块还用于根据所述无线充电接收端的不同，利用所述发射端通信控制模块调整所述线圈产生电能的传输功率。
4.根据权利要求1所述的NFC与无线充电融合系统，其特征在于，所述无线充电接收端包括：能量拾取模块和接收端通信控制模块；
所述能量拾取模块和所述接收端通信控制模块均与所述发射端通信控制模块连接；所述能量拾取模块用于在所述线圈工作于所述无线充电模式时，接收所述线圈产生的电能。
5.根据权利要求4所述的NFC与无线充电融合系统，其特征在于，所述能量拾取模块包括：次级线圈和串并联电容；
所述次级线圈与所述串并联电容组成双谐振电路，用于提高所述电能的传输效率，及用于谐振检测。
6.根据权利要求5所述的NFC与无线充电融合系统，其特征在于，所述能量拾取模块还包括：屏蔽层；
所述屏蔽层位于所述次级线圈的上方。
7.根据权利要求6所述的NFC与无线充电融合系统，其特征在于，所述屏蔽层与所述次级线圈的相隔距离不超过2.5mm，所述屏蔽层选用的屏蔽材料为软磁性材料。
8.根据权利要求1所述的NFC与无线充电融合系统，其特征在于，所述线圈包括同心环结构和叠层结构；其中，所述叠层结构包括至少四个叠层，且所有的所述叠层具有相同的极性。
9.根据权利要求1所述的NFC与无线充电融合系统，其特征在于，所述NFC与无线充电融合系统还包括：输入电源；
所述输入电源为直流电，所述输入电源与所述转换单元连接。
10.一种基于权利要求1至9中任一项所述的NFC与无线充电融合系统实现的NFC与无线充电融合方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过无线充电接收端向转换单元发送控制信号，以使所述转换单元基于所述控制信号调整所述转换单元的输出频率；
不同的所述输出频率作用于线圈，使所述线圈工作于NFC通讯模式或无线充电模式。
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