CN115832673A - 用于近场通信的天线、驱动装置及发光二极管灯具 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及用于近场通信的天线、用于发光二极管灯具的驱动装置以及发光二极管灯具。所述天线包括柱状支撑体和绕线，所述绕线缠绕在所述柱状支撑体的侧面上形成多个线圈；所述多个线圈电学上串联或并联；并且所述多个线圈中的相邻线圈之间互相间隔预定距离。所述驱动装置包括印刷电路板；驱动芯片以及所述天线。所述发光二极管灯具包括发光二极管模组，以及所述驱动装置。根据本公开实施例的天线能够在多个方向和位置上实现较好的耦合性能。

Description

用于近场通信的天线、驱动装置及发光二极管灯具

技术领域

本公开涉及一种用于近场通信(NFC)的天线、包括该天线的驱动装置、以及包括该驱动装置的发光二极管(LED)灯具。

背景技术

NFC技术被广泛用于各种应用领域中，例如门禁、交通、支付等。NFC天线是NFC设备的核心部件，其很大程度上决定了NFC设备的通信性能。

因此，设计高性能的NFC天线是本领域技术人员追求的目标。

发明内容

本公开设计一种高性能的NFC天线，其在多个方向和位置上都具有较高的耦合性能。根据本公开的高性能NFC天线尤其适用于LED灯具的驱动装置，其使得LED灯具的驱动装置更方便与诸如手机的外部设备近场通信，例如实现驱动装置的现场编程。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于近场通信的天线，包括柱状支撑体和绕线，其中所述绕线缠绕在所述柱状支撑体的侧面上形成多个线圈；所述多个线圈电学上串联或并联；并且所述多个线圈中的相邻线圈之间互相间隔预定距离。

在一些实施方式中，所述柱状支撑体为圆柱体或棱柱体。

在一些实施方式中，所述柱状支撑体为塑料空心柱体。

在一些实施方式中，所述多个线圈的数量为2个或3个。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于发光二极管灯具的驱动装置，包括：印刷电路板；驱动芯片，安装于所述印刷电路板上，用于驱动所述发光二极管灯具的发光二极管；以及根据本公开实施例的天线，其中所述天线与所述驱动芯片电学连接，用于所述驱动芯片与外部设备通过进场通信交互信息，并且所述天线通过其柱状支撑体安装在所述印刷电路板上。

在一些实施方式中，所述驱动芯片为现场可编程驱动芯片，其通过所述天线从所述外部设备接收编程代码。

在一些实施方式中，所述天线的柱状支撑体垂直地安装在所述印刷电路板上。

根据本公开的另一方面，提供了一种发光二极管灯具，包括发光二极管模组，包括一个或多个发光二极管；以及根据本公开实施例的驱动装置，用于驱动所述发光二极管模组。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些示例性实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1A和图1B示出了基于印刷电路板的NFC天线的耦合性能示意图；

图2示出了根据本公开的实施例的NFC天线的结构示意图；

图3A至图3D示出了根据本公开的实施例的NFC天线的耦合性能示意图；

图4示出了具有一个线圈的NFC天线的耦合性能示意图；

图5示出了根据本公开的另一实施例的NFC天线的结构示意图；

图6示出了根据本公开的另一实施例的NFC天线的结构示意图；以及

图7示出了根据本公开的实施例的发光二极管灯具及其驱动装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使得本公开的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参考附图详细描述根据本公开的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是本公开的全部实施例，应理解，本公开不受这里描述的示例实施例的限制。

在本说明书和附图中，基本上相同或相似的步骤和元素用相同或相似的附图标记来表示，并且对这些步骤和元素的重复描述将被省略。同时，在本公开的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或排序。

如背景技术所述，NFC被广泛应用于各个领域中，设计高性能的NFC天线是本领域技术人员追求的目标。本公开的发明人在研究中发现，对某些应用，NFC设备需要能够从不同的方向和/或位置与NFC的对端NFC设备进行交互，然而，通常的NFC天线难以在多个方向或位置都具有高的耦合性能，即耦合效率。

例如，在LED灯具领域中，LED灯具具有对具有一个或多个LED的LED模组进行供电和控制的驱动装置，例如，可编程开关单元(PSU)。该驱动装置希望能够通过外部的便携设备(例如移动电话)设置驱动参数，现场编程、或者收集其他数据。然而，在很多情况下，例如在室外街边灯的应用中，LED灯具通常并不连接到有线或无线网络。为了对驱动装置写入数据或者进行编程，可以在驱动装置中设置NFC天线，以利用NFC进行数据传输。NFC能够容易地通过靠近驱动器的便携设备向驱动装置发送数据。

然而，驱动装置的NFC天线一般需要被设置在驱动装置的壳体中，驱动装置的壳体往往包括金属部分，其对NFC产生影响，因而，需要设计一种NFC天线，其能够在不同方向和/或位置都具有较高的耦合效率，以便在驱动装置的某些部位被金属壳体遮蔽的情况下，可以从其他位置或方向进行通信。此外，由于LED灯具安装方式和位置的多样性，在不同安装方式或位置下，便携装置能够方便接触到NFC天线的方向和位置也不同，因此，设计能够在多个方向和/或位置都具有较高耦合效率的NFC天线是所期望的。

传统的NFC天线通常仅在一个方向或位置上具有较高的耦合效率，而在其他位置和方向上的耦合效率较低。例如，印刷电路板(PCB)上通过印刷导线形成的平面天线仅对垂直于PCB的方向上的磁力线具有较高的耦合效率，而对平行于PCB的方向上的磁力线耦合效率较低。图1A和图1B分别示出了PCB上的平面天线在垂直方向上和平行方向上的耦合性能示意图。在图1A和图1B中，天线101为PCB 100上通过印刷导线形成的平面天线，天线102为与天线101近场通信的对端天线，其可以是与天线101相同的PCB天线或其他类似天线，例如便携设备上常用的其他平面天线。在图1A中，天线101和天线102平行放置，在此情况下，天线102发出的中心磁力线与天线101垂直，从而能够很好地穿过天线101，如图1A中的虚线M所示，同样，天线101发出的磁力线也能够很好地穿过天线102，从而它们之间具有较高的耦合效率。相反，在图1B中，天线101和天线102垂直放置，并且天线101大致对准天线102的中心位置。在此情况下，天线102发出的中心磁力线与天线101平行，几乎不能穿过天线101，如图1B中的虚线M所示，而天线102发出的边缘磁力线向外弯曲也几乎不能穿过天线101，从而它们之间具有较低的耦合效率，难以达到通信要求。

鉴于以上问题，本公开的实施例提供一种能够在不同方向和位置上实现较高耦合效率的NFC天线(即，用于近场通信的天线)。

图2示出了根据本公开的实施例的NFC天线200的结构示意图。NFC天线200包括柱状支撑体201和绕线202。绕线202缠绕在柱状支撑体201的侧面上形成多个线圈202a和202b。所述绕线可以是任意适于制作线圈的导线，例如铜芯漆包线。每个线圈可以具有多匝绕线。图2的实施例示例性地示出了两个线圈202a和202b，但本公开的实施例也可以采用更多个线圈，例如3个、4个等。多个线圈电学上串联或并联，串联或并联的选择可以根据具体应用确定。在多个线圈电学上串联的情况下，多个线圈感应的电势可以累加。本领域技术人员可以根据实际应用的需求设计多个线圈的绕线方向和/或连接关系，以达到实际应用所要求的电势或电流累加关系，例如，在某些场景下，相邻两个线圈的绕向可以设计为相反以便累加电势。此外，多个线圈中的相邻线圈之间互相间隔预定距离。图2的示例中仅有两个线圈202a和202b，它们是相邻的线圈，两者之间的间隔距离为d，该预定距离可以根据天线200的具体应用而预先确定，例如可以根据所使用的对端NFC天线的形状和尺寸进行确定。在具有3个或以上的线圈的情况下，具有多组相邻线圈，不同组相邻线圈之间的预定距离可以相同或不同。

图2所示的NFC天线200是立体(3D)线圈天线(下文也称为“立体天线”)，其柱状支撑体201可以是任意形状的柱状体，例如，圆柱体或棱柱体，该棱柱体可以是任意横截面形状的棱柱体，例如横截面为正方形的棱柱体。此外，柱状支撑体201可以采用空心结构和/或轻质材料，以降低NFC天线200的重量，例如，柱状支撑体201可以是塑料空心柱体。NFC天线200的多线圈立体结构使得磁场耦合形式更丰富，从而使得天线可以在不同方向和位置上具有较高的耦合效率。

下面参照图3A至图3D说明根据本公开的实施例的NFC天线在不同方向和位置上的耦合性能。图3A至图3D以图2中具有两个线圈的立体天线200为例进行说明。作为示例，图3A至图3D以立体天线200作为接收天线、以图1所示的平面天线102作为发射天线来说明它们之间的耦合性能；本领域的技术人员可以理解，将立体天线200作为发射天线、而将平面天线102作为接收天线的耦合性能类似。在本公开的实施例中选择平面天线102作为立体天线200的对端天线的原因在于便携设备中的NFC天线通常为平面天线。

在图3A中，平面天线102位于立体天线200的顶部，且平面天线102垂直于立体天线200的柱状支撑体(即垂直于柱状支撑体的轴)。在此情况下，平面天线102发出的中心磁力线与立体天线200的线圈大致垂直(即平行于柱状支撑体的轴)，从而能够穿过立体天线200的线圈，获得较高的耦合效率。

在图3B中，平面天线102位于立体天线200的侧面且平行于立体天线200的柱状支撑体。并且，平面天线102的中心大致与立体天线200的两个线圈202a和202b的中间对准。在此情况下，线圈202a和线圈202b都不与平面天线102的中心对准，因此，平面天线102发出的针对线圈202a和线圈202b的磁力线不平行于各自的线圈，从而能够实现较好的耦合。如图3B所示，对应于线圈202a的磁力线M1不平行于线圈202a，从而能够穿过线圈202a；对应于线圈202b的磁力线M2不平行于线圈202b，从而能够穿过线圈202b。因而，立体天线200与平面天线102之间形成较高的耦合效率。

在图3C中，平面天线102同样位于立体天线200的侧面且平行于立体天线200的柱状支撑体，但平面天线102的中心大致与立体天线200的线圈202a的中部对准。在此情况下，平面天线102发出的针对线圈202a的中心磁力线M1大致平行于线圈202a(即垂直于柱状支撑体)，从而不能有效地穿过线圈202a与其耦合。然而，线圈202b与平面天线102的中心不对准，因此，平面天线102发出的针对线圈202b的磁力线M2不平行于线圈202b，能够穿过线圈202b实现较好的耦合。因而，立体天线200仍能与平面天线102之间获得较高的耦合效率。

在图3D中，平面天线102同样位于立体天线200的侧面且平行于立体天线200的柱状支撑体，但平面天线102的中心大致与立体天线200的线圈202b的中部对准。在此情况下，平面天线102发出的针对线圈202b的中心磁力线M2大致平行于线圈202b(即垂直于柱状支撑体)，从而不能有效地穿过线圈202b与其耦合。然而，线圈202a与平面天线102的中心不对准，因此，平面天线102发出的针对线圈202a的磁力线M1不平行于线圈202a，能够穿过线圈202a实现较好的耦合。因而，立体天线200仍能与平面天线102之间获得较高的耦合效率。

根据以上针对图3A至图3D的说明可知，根据本公开实施例的NFC天线能够在不同方向和位置上实现较高的耦合效率，这相对于图1中所示的平面天线具有明显的优势，图1中所示的平面天线仅在对端天线与其平行的情况下才具有较好的耦合效率。而且，根据本公开实施例的NFC天线由于具有多个相互间隔的线圈，使得对端天线在位于其侧面的多个位置处都具有较好的耦合效率，这是因为多个相互间隔的线圈可以避免对端天线在所有线圈处发射的磁力线都与线圈的磁场接收方向垂直而导致NFC天线无法有效地接收对端天线发送的磁场。作为对比，如果立体天线仅有一个线圈，则当平面天线102位于其侧面且平面天线102的中心大致与该一个线圈的中部对准时，平面天线102发出的中心磁力线与该一个线圈平行(即，与线圈的接收方向垂直)，从而立体天线在此情况下具有较差的耦合性能。

图4示出了仅具有一个线圈的立体天线400与对端平面天线102的耦合性能示意图。图4中的立体天线400与图2中的立体天线200的区别仅在于立体天线400仅有一个线圈402，而图2中的立体天线200具有两个相互间隔的线圈202a和202b。与图3A至图3D类似，图4以立体天线400作为接收天线、以平面天线102作为发射天线。在图4中，平面天线102位于立体天线400的侧面且平行于立体天线400的柱状支撑体，并且平面天线102的中心大致与立体天线400的线圈402的中部对准。在此情况下，天线102发出的中心磁力线与线圈402基本平行，从而难以穿过线圈402以实现较好的耦合。对比图3B至图3D，根据本公开实施例的具有多个相互间隔的线圈的立体天线不会出现对端平面天线102的中心与所有线圈都对准的情况，从而相对于仅具有一个线圈的立体天线，具有多个线圈的立体天线能够使得对端线圈在更多的位置都具有较高的耦合效率。

需要说明的是，如上文所述，根据本公开实施例的NFC天线不限于仅具有两个线圈，还可以有3个或更多个线圈。更多线圈可以使得具有较高耦合效率的位置更多，天线的使用更方便。图5示出了具有3个互相间隔的线圈502a、502b和502c的NFC天线500，3个线圈中有两组相邻线圈，分别为线圈502a和502b以及线圈502b和502b。线圈502a和502b之间的距离d1和与线圈502b和502b之间的距离d2可以相同或不同。此外，根据本公开实施例的NFC天线的柱状支撑体不限于圆柱体，还可以是任意横截面形状的棱柱体，图6示出了横截面为正方形的棱柱体作为柱状支撑体的NFC天线600，其具有两个线圈602a和602b。线圈602a和602b之间的距离为d。

根据本公开的实施例的NFC天线可以用于各种具有NFC功能的设备，以方便用户的便携设备(例如手机)从不同的方向和位置与该设备接触来实现良好的NFC交互。特别地，本公开的实施例提供了一种利用该NFC天线的LED灯具的驱动装置。

图7示出了根据本公开的实施例的驱动装置701以及具有该驱动装置701的LED灯具700。如图所示，LED灯具700包括驱动装置701和LED模组702。驱动装置701用于驱动LED模组702，例如，为LED模组702供电，和/或控制LED模组702的开关、发光亮度、颜色等。LED模组702可以包括一个或多个LED。驱动装置701包括印刷电路板7011，印刷电路板7011上安装有驱动芯片7012和根据本公开的实施例的天线7013。驱动芯片7012用于驱动LED灯具700中的LED。天线7013与驱动芯片7012电学连接，用于驱动芯片7012与外部设备(例如，便携设备)通过NFC交互信息。驱动芯片7012与外部设备的交互例如包括从外部设备获得驱动参数或其他数据，或者在驱动芯片7012为现场可编程驱动芯片的情况下，通过天线7013从外部设备接收编程代码，实现现场编程。此外，在需要的情况下，驱动芯片7012也可以通过NFC向便携设备发送数据，例如向便携设备发送LED灯具的状态数据。天线7012通过其柱状支撑体安装在印刷电路板7011上，例如可以如图7所示地垂直安装在印刷电路板7011上。需要说明的是，根据本公开的实施例，驱动装置701可以与LED模组702集成在一个外壳中，也可以作为分离部件分别位于各自的壳体中。此外，根据本公开的实施例的驱动装置701以及LED灯具700还可以包括图中未示出的其他部件。

根据本公开的实施例的驱动装置701可以方便地在生产线上进行编程以及在现场中进行编程。当驱动装置701在生产线上时，驱动装置701的印刷电路板7011通常平行于传送带，而用于编程的外部设备通常设置在传送带的侧面，在此情况下，外部设备的天线可以在驱动装置的天线7012的侧面进行耦合。当驱动装置701在现场使用中时，虽然由于其安装位置和方式的多样性，用户方便接触驱动装置701的位置和方向可能存在变化，但由于根据本公开的驱动装置701的NFC天线可以在多个方向和位置上都具有较高的耦合性能，因此，用户可以用便携设备在多个不同的位置和方向与天线进行耦合，从而大大提高了现场编程或传输数据的方便性。

本领域技术人员应该理解，上述的具体实施例仅是例子而非限制，可以根据设计需求和其它因素对本公开的实施例进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在所附权利要求或其等同的范围内，即属于本公开所要保护的权利范围。

本公开中涉及的电路、单元、器件、装置、设备、系统的方框图仅作为示例性的例子并不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些电路、单元、器件、装置、设备、系统，只要能够实现所期望的目的即可。本公开中涉及的电路、单元、器件、装置可以采用任何合适的方式实现，例如采用专用集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)等，也可以采用通用处理器结合程序的方式实现。

Claims (8)

1.一种用于近场通信的天线，包括柱状支撑体和绕线，其中

所述绕线缠绕在所述柱状支撑体的侧面上形成多个线圈；

所述多个线圈电学上串联或并联；并且

所述多个线圈中的相邻线圈之间互相间隔预定距离。

2.根据权利要求1所述的天线，其中

所述柱状支撑体为圆柱体或棱柱体。

3.根据权利要求1所述的天线，其中

所述柱状支撑体为塑料空心柱体。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的天线，其中

所述多个线圈的数量为2个或3个。

5.一种用于发光二极管灯具的驱动装置，包括：

印刷电路板；

驱动芯片，安装于所述印刷电路板上，用于驱动所述发光二极管灯具的发光二极管；以及

如权利要求1-4中的任一项所述的天线，其中

所述天线与所述驱动芯片电学连接，用于所述驱动芯片与外部设备通过进场通信交互信息，并且

所述天线通过其柱状支撑体安装在所述印刷电路板上。

6.根据权利要求5所述的驱动装置，其中，

所述驱动芯片为现场可编程驱动芯片，其通过所述天线从所述外部设备接收编程代码。

7.根据权利要求5所述的驱动装置，其中，

所述天线的柱状支撑体垂直地安装在所述印刷电路板上。

8.一种发光二极管灯具，包括

发光二极管模组，包括一个或多个发光二极管；以及

如权利要求5-7中的任一项所述的驱动装置，用于驱动所述发光二极管模组。

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