CN114094666A - 一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统，包括发射端和接收端；发射端包括PD诱骗模块、降压模块、STM32主控模块、驱动模块、全桥模块和LC震荡模块，发射端接入市电220V，并处理至12V，再降至3.3V和5V后分别供向STM32主控模块、驱动模块和全桥模块，驱动模块控制驱动全桥模块打开，全桥模块将直流电转换为交流电后输出至LC震荡模块；接收端包括谐振模块、整流模块和调压模块，接收端从发射端获得感应电动势，并进行整流获得直流电后，调整至充电电压输出，为充电宝的蓄电池充电。本发明系统成本低廉、性能稳定可靠、持续充电效率高，充分确保了充电的效果，较好的为无线充电技术在共享充电宝方面的推广提供了良好的保障。

Description

一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统

技术领域

本发明涉及共享充电宝技术领域，具体涉及的是一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统。

背景技术

随着社会科技的不断发展和进步，众多的市场经营模式也得到了井喷式的发展，例如共享模式，就包括共享单车、共享电瓶车、共享电动汽车以及共享充电宝等多种产品投入到市场中，并逐渐成为重要的公共资源之一，深度融入到了民众的生活中。

以共享充电宝为例，现有的公共场合所(如旅游景区、大型商场、机场、火车站等)放置的共享充电宝租赁设施，采用的是将充电宝集中在充电柜的充电宝仓位内的方式。当用户租赁共享充电宝时，需扫码注册、支付押金后才能从充电宝仓位内取出充电宝。为了适应租赁的应用场景，目前，共享充电宝基本没有设置充电用的USB口，而是采用特定的金属触点，当共享充电宝需要充电时，将其归还到充电柜中，充电柜中设置有金属顶针，通过顶针与金属触点接触的方式，由充电柜对充电宝进行充电。

上述这种触点接触充电方式，随着充电宝使用次数的增多，金属触点不仅容易出现磨损，而且易受污染导致金属触点发生锈蚀，从而引发共享充电宝与充电柜之间接触不良，影响了充电的效果，致使后续使用体验越来越差，甚至无法充电。

近年来，无线充电技术开始广泛进入人们的视野，常见的无线充电产品以手机无线充电器居多。无线充电通常采用电磁感应方式，如对手机充电的Qi方式。将无线充电技术应用到充电柜上以实现充电柜与共享充电之间的充电是一种不错的选择，能有效克服因金属触点磨损和锈蚀而导致共享充电宝与充电柜之间接触不良的问题。但目前市面上零星存在的采用无线充电方式的充电柜，由于设计不够合理，不仅无线充电系统电路结构较为复杂，成本较高，而且充电效率不高，难以保证持续充电的效果，易出现充电不稳定、虚充的现象，严重制约了无线充电技术在共享充电宝方面的推广力度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统，旨在解决现有的共享充电宝采用无线充电方式存在系统成本高、难以保证持续充电效果的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统，包括设置在充电柜中的发射端和设置在充电宝中的接收端；所述发射端包括PD诱骗模块、降压模块、STM32主控模块、驱动模块、全桥模块和LC震荡模块，其中：

所述PD诱骗模块接入市电220V电压，并将其处理至12V，再传输至降压模块降至3.3V和5V，3.3V电压供向STM32主控模块，5V电压分别供向驱动模块和全桥模块，所述驱动模块在STM32主控模块控制下驱动全桥模块打开，全桥模块将直流电转换为交流电后输出至LC震荡模块；

所述接收端包括谐振模块、整流模块和调压模块，其中：

所述谐振模块从LC震荡模块获得感应电动势，并传输至整流模块进行整流获得直流电后，由调压模块调整至充电电压输出，为充电宝的蓄电池充电。

具体地，所述降压模块包括型号为MP1471的电源管理芯片，一端接电源管理芯片的SW端口、另一端分别接驱动模块和全桥模块的电感L1，接在电源管理芯片的SW端口和BST端口之间的电容C13，与电感L1串联且相互并联的电容C9、C10、C11，串接在电源管理芯片的SW端口和FB端口之间的电阻R4，一端接电源管理芯片的FB端口、另一端接地的电阻R5，以及一端接电源管理芯片的FB端口、另一端接地的电容C12；所述电源管理芯片的IN端口输入PD诱骗模块输出的12V，并且电压电源管理芯片的FB端口经电阻R3、电阻R2接STM32主控模块，电源管理芯片的EN端口也接STM32主控模块；。

为确保供电稳定，所述降压模块经第一5V稳压模块分别接驱动模块和全桥模块。

具体地，所述驱动模块包括两个相同结构的半桥驱动模块，每个半桥驱动模块均包括型号为FD2105M的半桥驱动芯片，一端接第一5V稳压模块输出端、另一端接半桥驱动芯片的VB端口的二极管D，以及一端接半桥驱动芯片的VB端口、另一端全桥模块的电容C；所述半桥驱动芯片的VCC端接第一5V稳压模块输出端，HO、LO、VS端口接全桥模块，IN、EN端接STM32主控模块。

具体地，所述全桥模块包括两个型号均为ASDM3020S的开关芯片，其中，开关芯片的G1端口接其中一个半桥驱动芯片的LO端口，开关芯片的G2端口接其中一个半桥驱动芯片的HO端口，开关芯片的D2端口同时接其中一个半桥驱动芯片的VS端口以及LC震荡模块，开关芯片的D1端口接第一5V稳压模块输出端。

为确保供电稳定，所述降压模块经3.3V稳压模块接STM32主控模块。

具体地，所述调压模块包括型号为ASDM3020S的开关芯片，一端接开关芯片的S1端口、另一端接整流模块输出端的二极管D3，以及一端接开关芯片的S1端口、另一端串接一个电容C26的电感L2；所述开关芯片的D1端口接整流模块输出端，且D1端口与S1端口之间串接有电容C27；开关芯片的S1端口输出的电压信号经电感L2、电容C26滤波后形成充电电压输出。

进一步地，本发明还包括用于获取输出的充电电压信号并反馈至调压模块的电压反馈模块。

具体地，所述电压反馈模块包括LM358芯片，以及一端接LM358芯片的IN-端口、另一端经二极管D4接地的电阻R14；该LM358芯片的VCC端口接整流模块，IN+端口用于采集输出的充电电压信号，并经由OUT端口反馈至调压模块中的开关芯片的G1端口。

再进一步地，所述整流模块输出端经第二5V稳压模块接LM358芯片的VCC端口。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过在充电柜和共享充电宝中分别内置发射端和接收端，利用接收端从发射端获得感应电动势的方式，实现共享充电宝的无线充电。这种充电方式，不仅完全避免了因金属触点出现磨损和锈蚀而导致共享充电宝与充电柜之间接触不良的问题，而且系统成本低廉、持续充电效率高、大幅减少虚充现象，确保了充电的效果。

(2)本发明发射端中，通过设计PD诱骗模块，可将220V电压诱骗至12V，然后通过降压模块的设计(由型号为MP1471的电源管理芯片、电容、电感、电阻组成)，将12V分别降至5V和3.3V电压，从而分别为STM32主控模块、全桥驱动模块和全桥模块提供电源，这种降压方式，结合5V稳压模块和3.3V稳压模块的作用，既具有良好的降压效果，又能分别稳定地输出各个模块工作所需的电源，电路结构不仅简单、可靠、成本低廉，而且能保持稳定的工作电压输出，确保了发射端整体的正常工作。

(3)本发明发射端中，以STM32主控模块为核心，通过全桥驱动模块控制全桥模块中的MOS管的闭合与断开，很好地为接收端获得稳定的感应电动势提供了保障。

(4)本发明接收端中，采用谐振感应、整流、调压的方式，当接收到发射电压时，可以输出平滑的直流电压，使得共享充电宝的蓄电池能够持续获得良好的充电效果，进一步避免出现虚充的情况。

(5)本发明接收端中，利用调压模块与电压反馈模块的结合(调压模块由型号为ASDM3020S的开关芯片、二极管、电容、电感组成；电压反馈模块主要由LM358芯片组成)，可以实时调整输出的充电电压，进一步确保了蓄电池充电的稳定性，并起到保护性的作用。

(6)本发明芯片选型合理，整体电路设计简单，成本低廉，系统性能稳定、可靠，非常适合共享充电宝当前的应用场景，较好的为无线充电技术在共享充电宝方面的推广提供了保障。

附图说明

图1为本发明-实施例的系统原理框图。

图2为本发明-实施例中LC震荡模块的电路原理图。

图3为本发明-实施例中谐振模块的电路原理图。

图4为本发明-实施例中降压模块的电路原理图。

图5为本发明-实施例中全桥驱动模块的电路原理图。

图6为本发明-实施例中全桥模块的电路原理图。

图7为本发明-实施例中调压模块的电路原理图。

图8为本发明-实施例中电压反馈模块的电路原理图。

图9为本发明-实施例中STM32主控模块的电路原理图。

图10为本发明-本实施例发射端的测试情况示意图。

图11为本发明-实施例接收端的测试情况示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种无线充电系统，用于实现充电柜为共享充电宝无线充电的目的，不仅可以避免传统金属触点与顶针接触的充电方式易受外界影响而降低充电效果的问题，而且具有系统成本低廉、能保证持续充电效果的特点。下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明。

实施例

图1～9示出了本发明的一种优选实施例，该无线充电系统包括设置在充电柜中的发射端和设置在充电宝中的接收端；所述发射端包括PD诱骗模块、降压模块、STM32主控模块、驱动模块、全桥模块和LC震荡模块；

所述PD诱骗模块接入市电220V电压，并将其处理至12V，再传输至降压模块降至3.3V和5V，3.3V电压供向STM32主控模块，5V电压分别供向驱动模块和全桥模块，所述驱动模块在STM32主控模块控制下驱动全桥模块打开，全桥模块将直流电转换为交流电后输出至LC震荡模块。

所述接收端包括谐振模块、整流模块、调压模块和电压反馈模块，其中：

所述谐振模块从LC震荡模块获得感应电动势，并传输至整流模块进行整流获得直流电后，由调压模块调整至充电电压输出，为充电宝的蓄电池充电。本实施例中，LC震荡模块和谐振模块的电路原理图如图2、3所示。图2中，电容C1～C4的容值均为0.1uF；图3中，电容C5～C8的容值均为0.1uF。

所述电压反馈模块用于获取输出的充电电压信号并反馈至调压模块，由调压模块实时调整充电电压，确保蓄电池充电的稳定性。

此外，为确保供电稳定，所述降压模块经第一5V稳压模块分别接驱动模块和全桥模块。所述降压模块则经3.3V稳压模块接STM32主控模块。

如图4所示，本实施例中，所述降压模块包括型号为MP1471的电源管理芯片，一端接电源管理芯片的SW端口、另一端经电阻R1接第一5V稳压模块的电感L1，接在电源管理芯片的SW端口和BST端口之间的电容C13，与电感L1串联且相互并联的电容C9、C10、C11，串接在电源管理芯片的SW端口和FB端口之间的电阻R4，一端接电源管理芯片的FB端口、另一端接地的电阻R5，以及一端接电源管理芯片的FB端口、另一端接地的电容C12。所述电源管理芯片的IN端口输入PD诱骗模块输出的12V，并且电压电源管理芯片的FB端口经电阻R3、电阻R2接3.3V稳压模块。降压模块中还另外设置了电容C14和电容C15，均接电源管理芯片的IN端口并接地。图4中，电容C9～C15的容值分别为22uF、22uF、0.1uF、1nF、1uF、22uF、0.1uF；电感L1亨利值为6.8uH；电阻R1～R5的阻值分别为0.05K、22K、40.2K、40.2K、13K。

如图5所示，所述驱动模块包括两个相同结构的半桥驱动模块，其中，第一个半桥驱动模块包括型号为FD2105M的半桥驱动芯片，一端接第一5V稳压模块输出端、另一端接半桥驱动芯片的VB端口的二极管D1，以及一端接半桥驱动芯片的VB端口、另一端全桥模块的电容C16。该半桥驱动芯片的VCC端接第一5V稳压模块输出端。

第二个半桥驱动模块也包括型号为FD2105M的半桥驱动芯片，一端接第一5V稳压模块输出端、另一端接半桥驱动芯片的VB端口的二极管D2，以及一端接半桥驱动芯片的VB端口、另一端全桥模块的电容C17。该半桥驱动芯片的VCC端接第一5V稳压模块输出端。图5中，电阻R6、R10的阻值均为22K；电容C16～C19的容值分别为0.1uF、1uF、0.1uF、1uF。

如图6所示，所述全桥模块包括两个型号均为ASDM3020S的开关芯片，其中，第一个开关芯片的G1端口接其中一个半桥驱动芯片的LO端口，该开关芯片的G2端口接其中一个半桥驱动芯片的HO端口，开关芯片的D2端口同时接其中一个半桥驱动芯片的VS端口(SW1)以及LC震荡模块，开关芯片的D1端口接第一5V稳压模块输出端。另一个开关芯片的接法与第一个开关芯片的接法相同，即第二个开关芯片的G1端口接另一个半桥驱动芯片的LO端口，该开关芯片的G2端口接另一个半桥驱动芯片的HO端口，开关芯片的D2端口同时接另一个半桥驱动芯片的VS端口(SW2)以及LC震荡模块，且该开关芯片的D1端口也接第一5V稳压模块输出端。ADSDM3020S内部包含两个MOS管，两对桥臂相互交替连接形成交流脉冲信号，完成DC到AC的转变。图6中，电容C20～C25的容值分别为0.1uF、22uF、0.1uF、0.1uF、22uF、0.1uF。

如图7所示，所述调压模块包括型号为ASDM3020S的开关芯片，一端接该开关芯片的S1端口、另一端接整流模块输出端的二极管D3，以及一端接开关芯片的S1端口、另一端串接一个电容C26的电感L2。本实施例中，开关芯片的D1端口接整流模块输出端，且D1端口与S1端口之间串接有电容C27；开关芯片的S1端口输出的电压信号经电感L2、电容C26滤波后形成充电电压输出。图7中，电容C26、C27的容值分别为1uF、0.1uF；电感L2的亨利值为10uH。

如图8所示，所述电压反馈模块包括LM358芯片，以及一端接LM358芯片的IN-端口、另一端经二极管D4接地的电阻R14。本实施例中，LM358芯片的VEE端口接地；LM358芯片的VCC端口经第二5V稳压模块接整流模块输出端；LM358芯片的IN+端口经电阻R16接输出的充电电压，用于采集输出的充电电压信号，并经由OUT端口反馈至调压模块中的开关芯片的G1端口。图8中，电阻R14～R16的阻值分别为1K、1K、6K。

如图9所示，本实施例采用的STM32主控模块，包括型号为STM32F103C8T6的主控芯片，以及配套的复位电路、晶振电路等辅助电路，其中，主控芯片的引脚18接电源管理芯片的EN端口，引脚9接3.3V稳压模块输出的3.3V电压；引脚19接其中一个半桥驱动芯片的EN端口，引脚39接该半桥驱动芯片的IN端口；引脚20接另一个半桥驱动芯片的EN端口，引脚40接该半桥驱动芯片的IN端口。

本发明使用过程中，当共享充电宝放入充电柜时，共享充电宝中的接收端从充电柜中的发射端获得感应电动势，在将其进行整流、调压后，输出充电电压，即可为充电宝的蓄电池充电，并且在充电过程中不断根据充电电压进行反馈和调整，确保其稳定的充电。

图10示出了本实施例发射端的测试情况，谐振电容容值为0.4uF，将220V的交流电接入发射端，图10中的通道1是上述所述的SW1、通道2是上述所述的SW2，可以看出，驱动信号的频率为127.8kHz，驱动信号波形的占空比为50％左右。

图11示出了利用示波器所测的输出端的波形图。可以看出，当接收端接收到发射电压时，能够正常输出平滑的5V直流电，此电压可直接为充电宝的蓄电池进行充电。

利用输入电流的大小来模拟负载，根据实验可以观察到，输出电压可以基本保持稳定，其变化结果见表1。

表1输出电压值

根据表1可以看出，随着电流的增大，电压波动为2.6％左右，纹波较小，稳定性符合工程要求。

本发明采用的无线充电方式，系统成本低廉、性能稳定可靠、持续充电效率高，充分确保了充电的效果，有利于突破共享充电宝与充电柜之间采用无线充电方式所存在的制约，为无线充电技术在共享充电宝方面的推广提供了良好的保障。

上述所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做出适配性的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的保护范围。

Claims (10)

1.一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统，其特征是，包括设置在充电柜中的发射端和设置在充电宝中的接收端；所述发射端包括PD诱骗模块、降压模块、STM32主控模块、驱动模块、全桥模块和LC震荡模块，其中：

所述PD诱骗模块接入市电220V电压，并将其处理至12V，再传输至降压模块降至3.3V和5V，3.3V电压供向STM32主控模块，5V电压分别供向驱动模块和全桥模块，所述驱动模块在STM32主控模块控制下驱动全桥模块打开，全桥模块将直流电转换为交流电后输出至LC震荡模块；

所述接收端包括谐振模块、整流模块和调压模块，其中：

所述谐振模块从LC震荡模块获得感应电动势，并传输至整流模块进行整流获得直流电后，由调压模块调整至充电电压输出，为充电宝的蓄电池充电。

2.根据权利要求1所述的一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统，其特征是，所述降压模块包括型号为MP1471的电源管理芯片，一端接电源管理芯片的SW端口、另一端分别接驱动模块和全桥模块的电感L1，接在电源管理芯片的SW端口和BST端口之间的电容C13，与电感L1串联且相互并联的电容C9、C10、C11，串接在电源管理芯片的SW端口和FB端口之间的电阻R4，一端接电源管理芯片的FB端口、另一端接地的电阻R5，以及一端接电源管理芯片的FB端口、另一端接地的电容C12；所述电源管理芯片的IN端口输入PD诱骗模块输出的12V，并且电压电源管理芯片的FB端口经电阻R3、电阻R2接STM32主控模块，电源管理芯片的EN端口也接STM32主控模块。

3.根据权利要求2所述的一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统，其特征是，所述降压模块经第一5V稳压模块分别接驱动模块和全桥模块。

4.根据权利要求3所述的一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统，其特征是，所述驱动模块包括两个相同结构的半桥驱动模块，每个半桥驱动模块均包括型号为FD2105M的半桥驱动芯片，一端接第一5V稳压模块输出端、另一端接半桥驱动芯片的VB端口的二极管D，以及一端接半桥驱动芯片的VB端口、另一端全桥模块的电容C；所述半桥驱动芯片的VCC端接第一5V稳压模块输出端，HO、LO、VS端口接全桥模块，IN、EN端接STM32主控模块。

5.根据权利要求4所述的一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统，其特征是，所述全桥模块包括两个型号均为ASDM3020S的开关芯片，其中，开关芯片的G1端口接其中一个半桥驱动芯片的LO端口，开关芯片的G2端口接其中一个半桥驱动芯片的HO端口，开关芯片的D2端口同时接其中一个半桥驱动芯片的VS端口以及LC震荡模块，开关芯片的D1端口接第一5V稳压模块输出端。

6.根据权利要求5所述的一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统，其特征是，所述降压模块经3.3V稳压模块接STM32主控模块。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统，其特征是，所述调压模块包括型号为ASDM3020S的开关芯片，一端接开关芯片的S1端口、另一端接整流模块输出端的二极管D3，以及一端接开关芯片的S1端口、另一端串接一个电容C26的电感L2；所述开关芯片的D1端口接整流模块输出端，且D1端口与S1端口之间串接有电容C27；开关芯片的S1端口输出的电压信号经电感L2、电容C26滤波后形成充电电压输出。

8.根据权利要求7所述的一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统，其特征是，还包括用于获取输出的充电电压信号并反馈至调压模块的电压反馈模块。

9.根据权利要求8所述的一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统，其特征是，所述电压反馈模块包括LM358芯片，以及一端接LM358芯片的IN-端口、另一端经二极管D4接地的电阻R14；该LM358芯片的VCC端口接整流模块，IN+端口用于采集输出的充电电压信号，并经由OUT端口反馈至调压模块中的开关芯片的G1端口。

10.根据权利要求9所述的一种实现充电柜为共享充电宝充电的无线充电系统，其特征是，所述整流模块输出端经第二5V稳压模块接LM358芯片的VCC端口。

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