CN117060598A - 无线充电系统及电子系统 - Google Patents

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CN117060598A
CN117060598A CN202311295041.3A CN202311295041A CN117060598A CN 117060598 A CN117060598 A CN 117060598A CN 202311295041 A CN202311295041 A CN 202311295041A CN 117060598 A CN117060598 A CN 117060598A
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wireless charging
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宋佳祥
黄华
张伟
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Abstract

本申请提供一种无线充电系统及电子系统，涉及终端技术领域，该无线充电系统应用于电子系统，包括：发射装置，位于电子设备中，发射装置至少包括电连接的第一充电模块和第一充电控制模块，第一充电模块包括第一充电结构；接收装置，位于输入设备中，接收装置至少包括电连接的第二充电模块和第二充电控制模块，第二充电模块包括第二充电结构；至少一个中继结构，位于第一充电模块和/或第二充电模块中，中继结构与第一充电结构和/或第二充电结构分立且绝缘，中继结构用于与第一充电结构和第二充电结构无线耦合，以使得电子设备能够向输入设备充电。该无线充电系统的充电效率能够得到提升，且不增加外部电路，简单易实现。

Description

无线充电系统及电子系统
技术领域
本申请涉及终端技术领域，尤其涉及一种无线充电系统及电子系统。
背景技术
随着科技的发展，在平板电脑（pad）、笔记本电脑（notebook）等电子设备上都可以配备输入设备，例如，手写笔。手写笔可用于在电子设备上进行触控、书写等，以使电子设备执行相应的功能，例如，用户可以使用手写笔向电子设备输入文字、图像等信息。
目前，手写笔可以通过有线充电、无线充电两种方式进行充电，大多数手写笔采用无线充电方式充电。具体的，手写笔内具有无线充电装置、且可以被吸附于其他电子设备（例如，pad）的固定位置，该pad在固定位置处也设置有无线充电装置。由此，当手写笔被吸附在pad的固定位置时，pad的无线充电装置能够与手写笔的无线充电装置耦合，以使得电子设备能够对手写笔进行无线充电。
但是，目前的无线充电系统常为双线圈模式，导致充电效率无法得到进一步提升。由此，亟待提供一种新型无线充电系统，以进一步提升充电效率。
发明内容
本申请提供一种无线充电系统及电子系统，该无线充电系统的充电效率能够得到提升，且不增加外部电路，简单易实现。
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
第一方面，提供一种无线充电系统，该无线充电系统应用于平板电脑和手写笔组成的电子系统中；该无线充电系统包括：至少一个中继结构、位于平板电脑中的发射装置、位于手写笔中的接收装置，至少一个中继结构位于发射装置和/或接收装置中；其中，发射装置包括供电模块、升压斩波模块、第一充电控制模块和第一充电模块，供电模块与升压斩波模块电连接、且用于向升压斩波模块提供电信号，升压斩波模块还与第一充电控制模块电连接，升压斩波模块用于接收供电模块提供的电信号、并向第一充电控制模块提供电信号，第一充电控制模块还与第一充电模块电连接，第一充电控制模块用于接收升压斩波模块提供的电信号、并向第一充电模块提供电信号；接收装置包括第二充电模块、第二充电控制模块、储电模块和用电模块，第二充电控制模块分别与第二充电模块和储电模块电连接，第二充电控制模块用于接收第二充电模块提供的电信号、并向储电模块提供电信号，储电模块还与用电模块电连接，储电模块用于接收第二充电控制模块提供的电信号、并向用电模块提供电信号，用电模块用于接收储电模块提供的电信号，并能够实现充电；其中，第一充电模块用于接收第一充电控制模块提供的电信号，第一充电模块中的第一结构与第二充电模块中的第二结构和中继结构三者共同无线耦合，以使得第二充电模块感应到第一充电模块的电信号。
本申请实施例提供了一种无线充电系统，该无线充电系统的中继线圈虽然与第一线圈和第二线圈无物理连接，但中继线圈和中继电容组成的中继网络可以作为中继能量传输结构进行无线充电，且由于中继网络的谐振作用，从而在中继网络、第一线圈、第二线圈互感时，能够有效地提高无线充电系统的充电效率，且不增加外部电路，简单易实现。
在第一方面一种可能的实现方式中，中继结构可以仅位于第一充电模块中，中继结构与第一充电模块中的第一充电结构分立且绝缘，此时中继结构的数量为一个或多个；或者，中继结构可以仅位于第二充电模块中，中继结构与第二充电模块中的第二充电结构分立且绝缘，此时中继结构的数量为一个或多个；或者，中继结构可以同时位于第一充电模块与第二充电模块中，其中，位于第一充电模块的中继结构与第一充电结构分立且绝缘，此时中继结构的数量为一个或多个，同时，位于第二充电模块的中继结构与第二充电结构分立且绝缘，此时中继结构的数量为一个或多个。
在该实现方式中，能够实现多种不同结构的无线充电系统，具有更加广泛的应用。
在第一方面一种可能的实现方式中，一个中继结构位于第一充电模块或第二充电模块中，且该中继结构包括一个中继线圈和一个中继电容，中继线圈具有两组抽头，每组抽头分别与中继电容的两端并联。
在该实现方式中，能够形成一种三线圈无线充电系统，该三线圈无线充电系统的充电效率提升。
在第一方面一种可能的实现方式中，一个中继结构位于第一充电模块或第二充电模块中，且该中继结构包括一个中继线圈和多个中继电容，中继线圈具有两组抽头，多个中继电容串联和/或并联后，再与每组抽头并联。
在该实现方式中，能够形成一种三线圈无线充电系统，该三线圈无线充电系统的充电效率提升。
在第一方面一种可能的实现方式中，三线圈无线充电系统的等效电路包括：等效交流输入电源的两端分别与原边的补偿谐振电容的一端和原边的等效串联电阻的一端电连接，原边的电感的两端分别与原边的补偿谐振电容的另一端和原边的等效串联电阻的另一端电连接；副边的电感的两端分别与副边的补偿谐振电容的一端和副边的等效串联电阻的一端电连接，等效负载的两端分别与副边的补偿谐振电容的另一端和副边的等效串联电阻的另一端电连接；中继结构的电感的两端分别与中继结构的补偿谐振电容的一端和中继结构的等效串联电阻的一端电连接，中继结构的补偿谐振电容的另一端与中继结构的等效串联电阻的另一端电连接；第一充电结构、第二充电结构与中继结构中的两两之间形成互感。
在该实现方式中，能够得到一种三线圈无线充电系统的电路等效图。
在第一方面一种可能的实现方式中，三线圈无线充电系统的效率η1满足：η1=A/B，A=RL[(-ω2M12M23+ωX2M13)2+(ωM13R2)2] ，B=D+E+G，
D=[(-ω2M12M23+ωX2M13)2+(ωM13R2)2](RL+R3)，
E=R1{[X2(RL+R3)+X3R2]2+[-X2X3+R2(RL+R3)+ω2M232]2}，
G = R2[(-ω2M13M23+ωX3M12)2+(ωM12(RL+R3))2]，其中，ω=2pif，f为无线充电系统的频率，X1=ωL1-(1/ωC1)，X2=ωL2-(1/ωC2)，X3=ωL3-(1/ωC3)，L1为第一线圈的电感值，L2为中继结构的电感值，L3为第二线圈的电感值，C1为第一线圈的补偿谐振电容值，C2为中继结构的补偿谐振电容值，C3为第二线圈的补偿谐振电容值，R1为第一线圈形成的等效阻抗值，R2为中继结构形成的等效阻抗值，R3为第二线圈形成的等效阻抗值，RL为等效负载，M13为第一充电结构与第二充电结构之间形成的互感值，M12为第一充电结构与中继结构之间形成的互感值，M23为第二充电结构与中继结构之间形成的互感值。
在该实现方式中，通过上述公式能够计算三线圈无线充电系统的效率。
第二方面，提供了一种电子系统，包括如第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的无线充电系统。
本申请实施例提供了一种电子系统，其整体的效率能够得到提升。
在第二方面一种可能的实现方式中，电子系统中的电子设备为平板电脑、且输入设备为手写笔。
在该实现方式中，能够通过无线充电系统提升手写笔的充电效率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种手写笔的应用示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种手写笔的应用示意图；
图3为本申请实施例提供的一种手写笔的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种无线充电系统的应用场景图；
图5为本申请实施例提供的另一种无线充电系统的应用场景图；
图6为本申请实施例提供的又一种无线充电系统的应用场景图；
图7为本申请实施例提供的再一种无线充电系统的应用场景图；
图8为本申请实施例提供的一种无线充电系统中线圈的应用场景图；
图9为本申请实施例提供的另一种无线充电系统中线圈的应用场景图；
图10为本申请实施例提供的一种三线圈无线充电系统的电路等效图；
图11为本申请实施例提供的又一种无线充电系统中线圈的应用场景图；
图12为本申请实施例提供的一种无线充电系统的效率随C3变化的示意图；
图13为本申请实施例提供的一种无线充电系统的输出功率随C3变化的示意图；
图14为本申请实施例提供的一种无线充电系统的效率随C1变化的示意图；
图15为本申请实施例提供的一种无线充电系统的输出功率随C1变化的示意图；
图16为本申请实施例提供的一种无线充电系统的效率随C2变化的示意图；
图17为本申请实施例提供的一种无线充电系统的输出功率随C2变化的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、详尽地描述。
其中，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示“或”的意思，例如，A/B可以表示A或B；文本中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示为：单独存在A、单独存在B、同时存在A和B这三种情况。
以下，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为暗示或者暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或者两个以上；“至少一个”的含义是指一个或者一个以上。
下面首先对本申请中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员能够更好的理解。
1、磁棒线圈（magnetic rod coil）
magnetic rod coil是指一种能够用来产生磁场或检测磁场的电磁元件，通常由磁芯和绕在磁芯上的线圈构成，通电后会产生磁场。
其中，magnetic rod coil的电感值取决于线圈的匝数、线径、线圈长度等，可以根据需要调整设置。
2、中继线圈（relay coil）
relay coil通常由铁芯和绕在铁芯上的导线构成。具体的，当电流通过relaycoil时，通过磁场作用吸引铁芯，从而使电气接点开闭。
其中，relay coil的电流的强弱程度取决于线圈的匝数、电源电压等。
3、升压斩波电路（boost）
boost电路是指一种开关直流升压电路，能够使输出电压比输入电压高。
4、等效串联电阻（equivalent series resistance，ESR）
ESR是指将多个电阻串联起来的作用能够被一个电阻来代替，这个电阻就是那些电阻的等效串联电阻。
5、原边
原边是指电压的输入侧。
6、副边
副边是指电压的输出侧。
7、等效负载
等效负载是指将所有的负载，例如，电感、电容、电阻等，等效为一个负载。
8、串联补偿电容
串联补偿电容是指由一个或多个电容器组成的电容滤波器，可以将电流从电路中抽出，以防止因电流流动而导致电路出现抖动或噪声等问题。
以上是对本申请实施例所涉及到的名词的简单介绍，以下不再赘述。
本申请实施例提供一种电子设备，对于电子设备的具体类型不做任何限制。在一些实施例中，本申请提供的电子设备可以包括消费性电子产品、家居式电子产品、车载式电子产品、金融终端电子产品和通信电子产品等。
其中，消费性电子产品可以包括手机（mobile phone）、平板电脑（pad）、膝上型计算机（laptop）、笔记本电脑（notebook）、手持计算机、个人计算机（personal computer，PC）、电子阅读器、桌面显示器、蜂窝电话、无人机、个人数字助理（personal digitalassistant，PDA）、智能穿戴设备（例如，智能手环、智能手表、耳机等）、超级移动个人计算机（ultra-mobile personal computer，UMPC）、增强现实（augmented reality，AR）/虚拟现实（virtual reality，VR）设备等物联网（internet of things，IOT）设备等。家居式电子产品可以包括电视、智能门锁、遥控器、冰箱、充电家用小型电器（例如，豆浆机、扫地机器人等）、打印机、投影仪等。车载式电子产品可以包括车载导航仪、车载高密度数字视频光盘（digital video disc，DVD）等。金融终端电子产品可以包括自动取款机（automatedteller machine，ATM）、自助办理业务的终端等。通信电子产品可以包括服务器、存储器、基站等通信设备。
随着科技的发展，上述电子设备的功能越来越丰富，从而可以满足用户在多种不同场景下的使用需求，例如，在日常会议、视频学习等场景下，用户可以通过电子设备本身记录笔记。但是，鉴于习惯的养成，很多人还是喜欢使用传统的纸和笔进行记录，而不擅长和习惯使用电子设备本身，例如，敲字等方式记录笔记。由此，输入设备，例如，手写笔应运而生，手写笔可以相当于传统的笔，电子设备可以相当于传统的纸，以提升用户在电子设备上习惯记录的体验感，进而在用户需要记录时直接使用手写笔在电子设备上记录即可，而省去了携带传统的纸和笔的麻烦。具体的，手写笔可以直接在电子设备的触控屏上进行触控操作，以实现输入，例如，用户可以使用手写笔向电子设备输入文字、图像等信息，在此不作限制。
此外，本申请实施例中，手写笔还可以称为触控笔。
需要说明的是，输入设备与电子设备之间可以通过通信网络进行互联，以实现无线信号的交互，进而实现输入设备的使用。
其中，上述通信网络包括但不限于为：热点网络（wireless fidelity，WI-FI）、WI-FI点对点（peer to peer，P2P）网络、蓝牙网络、紫蜂（zigbee）网络、近场通信（near fieldcommunication，NFC）网络等。
为了方便说明，图1至图3分别示意出了本申请实施例适用的手写笔与不同电子设备搭配使用的示意图。
作为一个示例，如图1所示，手写笔1与平板电脑3搭配使用。此时，手写笔1为磁吸式手写笔，该磁吸式手写笔可以吸附在平板电脑3顶部，从而能够通过平板电脑3实现对磁吸式手写笔的充电。
作为另一个示例，如图2所示，手写笔2搭配平板电脑4、无线键盘一起使用。此时，无线键盘上设置有笔筒，手写笔2可以插入笔筒中，从而能够通过笔筒实现对手写笔2的充电。
下面以图2中的手写笔2为例，具体说明手写笔的结构，这可以参考图3。
如图3所示，手写笔2可以包括笔尖201、按键202、笔杆203和主电路板（图3中未示出）等。
应用中，上述主电路板可以设置于笔杆203内。其中，笔杆203内部为中空结构，笔尖201与笔杆203之间可以通过插接、卡合、螺纹等方式连接，按键202与笔杆203之间可以通过插接、卡合等方式连接，本申请实施例对此不做限制。
下面以上述的pad和手写笔为例，以说明相关技术中的无线充电系统。当然，电子设备不限于是pad，输入设备也不限于是手写笔，本申请实施例对此不做限制。
在相关技术中，pad中设置有发射装置、且手写笔的主电路板中设置有接收装置，该发射装置和接收装置共同构成了无线充电系统，以通过无线充电系统实现平板电脑对手写笔的无线充电。
其中，无线充电系统的核心部分包括发射装置中的TX（transmit）芯片（integrated circuit，IC）和TX线圈，以及，接收装置中的RX（receive）线圈和RX芯片。具体的，TX芯片将收到的电压进行逆变后，送到TX线圈中，那么，RX线圈感应到电压后，通过RX芯片的整流功能给后级充电器（charger）芯片和电池供电，以使得pad实现对手写笔的无线充电。
然而，目前传统的无线充电线圈都是基于原边（发射装置侧）、副边（接收装置侧）的两线圈设计，即相关技术中的无线充电系统大都为双线圈模式，导致充电效率无法得到进一步提升。
有鉴于此，本申请提供了一种无线充电系统，该无线充电系统的中继线圈虽然与第一线圈和第二线圈无物理连接，但中继线圈和中继电容组成的中继网络可以作为中继能量传输结构进行无线充电，且由于中继网络的谐振作用，从而在中继网络、第一线圈、第二线圈互感时，能够有效地提高无线充电系统的充电效率，且不增加外部电路，简单易实现。
进一步地，具有上述无线充电系统的电子系统整体的效率能够得到提升。
下面对本申请实施例提供的无线充电系统进行详细地说明。
如图4所示，本申请实施例提供的无线充电系统包括：至少一个中继结构、位于电子设备中的发射装置、位于输入设备中的接收装置。其中，至少一个中继结构位于发射装置和/或接收装置中。
具体的，如图4所示，上述发射装置包括供电模块、升压斩波模块、第一充电控制模块和第一充电模块。
供电模块与升压斩波模块电连接、且用于向升压斩波模块提供电信号；升压斩波模块还与第一充电控制模块电连接，升压斩波模块用于接收供电模块提供的电信号、并向第一充电控制模块提供电信号；第一充电控制模块还与第一充电模块电连接，第一充电控制模块用于接收升压斩波模块提供的电信号、并向第一充电模块提供电信号。
如图4所示，上述接收装置包括第二充电模块、第二充电控制模块、储电模块和用电模块。
第二充电控制模块分别与第二充电模块和储电模块电连接，第二充电控制模块用于接收第二充电模块提供的电信号、并向储电模块提供电信号；储电模块还与用电模块电连接，储电模块用于接收第二充电控制模块提供的电信号、并向用电模块提供电信号；用电模块用于接收储电模块提供的电信号，并能够实现充电。
其中，第一充电模块用于接收第一充电控制模块提供的电信号，第一充电模块中的第一结构与第二充电模块中的第二结构和中继结构三者共同无线耦合，以使得第二充电模块感应到第一充电模块的电信号。
在一些实施例中，上述中继结构可以仅位于电子设备的发射装置中，具体位于发射装置的第一充电模块中，中继结构与第一充电模块中的第一充电结构分立且绝缘设置，此时中继结构的数量为一个或多个；或者，中继结构可以仅位于输入设备的接收装置中，具体位于接收装置的第二充电模块中，中继结构与第二充电模块中的第二充电结构分立且绝缘设置，此时中继结构的数量为一个或多个；或者，中继结构可以同时位于电子设备的发射装置与输入设备的接收装置中，其中，位于发射装置的第一充电模块中的中继结构与第一充电结构分立且绝缘设置，此时中继结构的数量为一个或多个，同时，位于接收装置的第二充电模块中的中继结构与第二充电结构分立且绝缘设置，此时中继结构的数量为一个或多个，这里不做具体限定。
作为一个示例，当无线充电系统具有一个中继结构时，该中继结构位于第一充电模块或第二充电模块中，此时，这个中继结构可以与第一充电模块和第二充电模块一起构成三线圈系统。
作为另一个示例，当无线充电系统具有两个中继结构时，这两个中继结构可以均位于第一充电模块中；或者，这两个中继结构可以均位于第二充电模块中；或者，这两个中继结构可以一个位于第一充电模块中、且另一个位于第二充电模块中，此时，这两个中继结构可以与第一充电模块和第二充电模块一起构成四线圈系统。
其他数量的中继结构均可以参照上述以此类推，此处不做具体限定。
上述中继结构可以包括并联的中继线圈和中继电容，此时中继线圈的数量可以为一个、且中继电容的数量可以为一个或多个。当中继线圈与中继电容的数量均为一个时，中继线圈缠绕在第一芯体和/或第二芯体上、且与中继电容并联；当中继线圈的数量为一个、且中继电容的数量为多个时，多个中继电容可以串联和/或并联后，再与中继线圈并联。
应理解，当中继结构的数量为多个时，每个中继结构的中继线圈的匝数、材料等可以相同或不同。
应用中，上述中继线圈可以为磁棒式线圈，中继线圈缠绕在第一芯体和/或第二芯体上，每个中继线圈可以具有两组抽头，每组抽头分别与中继电容的两端连接。
应理解，可以根据无线充电系统的需求，绕制不同匝数、层数等的中继线圈，以满足不同的电感需求。
对于磁棒式线圈中的第一芯体、第二芯体的类型不做具体限定，示例性的，第一芯体、第二芯体可以为铁氧体磁棒。
对于上述中继线圈的材料、结构等不做具体限定，示例性的，中继线圈的材料可以为金属，例如，铜（Cu）等，在金属线圈外包覆有绝缘层，例如，绝缘漆。由此，当中继线圈缠绕在第一芯体和/或第二芯体上时，通过绝缘漆能够使得中继线圈与第一线圈和/或第二线圈实现电气隔离。
在一些实施例中，第一充电模块包括与第一充电控制模块电连接的第一充电结构，第一充电结构由第一电感和第一电容组成，第一电感包括第一芯体和缠绕在第一芯体上的第一线圈。
应用中，对于上述第一线圈的数量、第一电容的数量、第一线圈与第一电容的连接方式等不做具体限定，示例性的，第一线圈的数量可以为一个或多个，第一电容的数量可以为一个或多个。
示例性的，第一线圈可以与第一电容串联后，再与第一充电控制模块电连接。
对于上述第一线圈的材料、结构等不做具体限定，示例性的，第一线圈的材料可以为金属，例如，Cu等，在金属线圈外包覆有绝缘层，例如，绝缘漆。由此，当第一线圈缠绕在第一芯体上时，通过绝缘漆能够使得第一线圈与中继线圈实现电气隔离。
上述第二充电模块可以参照第一充电模块设置，此处不再赘述。
需要说明的是，第一线圈、第二线圈和中继线圈的结构、材料等可以相同或不同，第一电容、第二电容、中继电容的结构、材料等可以相同或不同，此处不做具体限定。
示例性的，可以在铁氧体磁棒上绕制独立且绝缘的多组Cu线，以实现中继线圈、第一线圈和第二线圈，这样简单易实现。
在一些实施例中，上述供电模块可以为供电端，具体可以为电源，电源提供的电信号可以为电压，具体可以为交流电，这里不做具体限定。
在一些实施例中，上述第一充电控制模块可以包括TX芯片，第二充电控制模块可以包括RX芯片，这里不做具体限定。
在一些实施例中，上述储电模块可以为charger芯片，这里不做具体限定。
在一些实施例中，上述用电模块可以为电池，这里不做具体限定。
本申请实施例提供的无线充电系统，在第一充电结构和/或第二充电结构中额外设置了中继结构，该中继结构中的中继线圈与第一充电结构中的第一线圈和第二充电结构中的第二线圈电气隔离，无物理连接，但第一线圈、第二线圈和中继线圈能够互感，从而形成一种三线圈及以上线圈的无线充电系统。具体为，中继线圈和中继电容组成了中继网络，可以作为中继能量传输结构进行无线充电，且由于中继网络的谐振作用，能够提高无线充电系统的发射效率、接收效率。
由此，本申请实施例提供的无线充电系统可以在不增加外部电路的前提下，有效地提高充电效率，并使得输入设备的功耗较低，从而能够延长输入设备的续航，提高用户满意度的同时，还不增加硬件设备的成本，有利于广泛应用。
下面以电子设备为pad、输入设备为手写笔为例，对多种不同情形的无线充电系统进行示例性说明。
可选地，作为一种可实现的方式，如图5所示，本申请实施例提供的发射装置包括：供电端、boost、TX芯片、绕在第一芯体（图5中未示出）上的一个第一线圈L1、一个第一电容C1、绕在第一芯体（图5中未示出）上的一个中继线圈L2和一个中继电容C2。
上述boost分别与供电端和TX芯片电连接；第一线圈L1与第一电容C1串联后、与TX芯片电连接；中继线圈L2与中继电容C2并联组成回路后，独立设置在第一充电结构中，中继线圈L2与第一线圈L1电气隔离。
本申请实施例提供的接收装置包括：绕在第二芯体（图5中未示出）上的一个第二线圈L3、一个第二电容C3、RX芯片、charger芯片和电池。
上述第二线圈L3与第二电容C3串联后、与RX芯片电连接；charger芯片分别与RX芯片和电池电连接。
具体的，如图8所示，发射装置中的第一线圈L1具有抽头11和抽头12，抽头11与抽头12分别与第一电容（图8中未示出）连接；中继线圈L2具有抽头21和抽头22，抽头21与抽头22分别与中继电容（图8中未示出）连接。接收装置中的第二线圈L3具有抽头31和抽头32，抽头31与抽头32分别与第二电容（图8中未示出）连接。
由此，图5结合图8所示的链路结构中，供电端向boost提供电压，boost将该电压进行升压后提供给TX芯片，TX芯片将送过来的电压进行逆变后，送到TX线圈中，在电池感应下，RX线圈感应到交流电，再通过RX芯片的整流功能给后级charger芯片和电池供电。
本申请实施例提供的无线充电系统，应用于pad和手写笔中，该无线充电系统通过在第一芯体上额外绕制的、与第一线圈电气隔离的中继线圈，能够与第一线圈和第二线圈能够形成一种三线圈无线充电系统。其中，中继线圈和中继电容组成的中继网络可以作为中继能量传输结构进行无线充电，且由于中继网络的谐振作用，从而在中继网络、第一线圈、第二线圈互感时，能够提高三线圈无线充电系统的充电效率，且该三线圈无线充电系统是在相关技术的手写笔架构中，不增加外部电路，仅修改线圈就达到了提升无线充电效率的作用，进而使得手写笔具有低功耗，延长了手写笔的续航，提高了用户满意度，且成本较低。
可选地，作为一种可实现的方式，图6 提供了本申请实施例的一种无线充电系统。图6 的无线充电系统与图5的无线充电系统的区别在于：
图6的中继结构位于接收装置而非发射装置中。具体为，图6的中继线圈L2缠绕在第二芯体（图6中未示出）上，中继线圈L2与中继电容C2并联组成回路后，独立设置在第二充电结构中，中继线圈L2与第二线圈L3电气隔离。
需要说明的是，其余结构及电连接关系等与图5相同，这里不再赘述。
具体的，如图9所示，发射装置中的第一线圈L1具有抽头11和抽头12，抽头11与抽头12分别与第一电容（图9中未示出）连接。接收装置中的第二线圈L3具有抽头31和抽头32，抽头31与抽头32分别与第二电容（图9中未示出）连接；中继线圈L2具有抽头21和抽头22，抽头21与抽头22分别与中继电容（图9中未示出）连接。
由此，图6结合图9所示的链路结构中，供电端向boost提供电压，boost将该电压进行升压后提供给TX芯片，TX芯片将送过来的电压进行逆变，送到TX线圈中，通过电池感应下RX线圈感应到交流电，然后通过RX芯片的整流功能给后级charger芯片和电池供电。
本申请实施例提供的无线充电系统，应用于pad和手写笔中，该无线充电系统通过在第二芯体上额外绕制的、与第二线圈电气隔离的中继线圈，能够与第一线圈和第二线圈能够形成一种三线圈无线充电系统。其中，中继线圈和中继电容组成的中继网络可以作为中继能量传输结构进行无线充电，且由于中继网络的谐振作用，从而在中继网络、第一线圈、第二线圈互感时，能够提高三线圈无线充电系统的充电效率，且该三线圈无线充电系统是在相关技术的手写笔架构中，不增加外部电路，仅修改线圈就达到了提升无线充电效率的作用，进而使得手写笔具有低功耗，延长了手写笔的续航，提高了用户满意度，且成本较低。
下面对图5和图8、图6和图9组成的三线圈无线充电系统的电路等效图、不同参数变化得到的效率、输出功率等进行详细地说明。
图10为图5和图8、图6和图9组成的三线圈无线充电系统的电路等效图。
如图10所示，逆变后的等效交流输入电源V01的两端分别与原边的补偿谐振电容C01的一端和原边的等效串联电阻R01的一端电连接，原边的电感L01的两端分别与原边的补偿谐振电容C01的另一端和原边的等效串联电阻R01的另一端电连接。副边的电感L03的两端分别与副边的补偿谐振电容C03的一端和副边的等效串联电阻R03的一端电连接，等效负载R0L的两端分别与副边的补偿谐振电容C03的另一端和副边的等效串联电阻R03的另一端电连接。中继结构的电感L02的两端分别与中继结构的补偿谐振电容C02的一端和中继结构的等效串联电阻R02的一端电连接，中继结构的补偿谐振电容C02的另一端与中继结构的等效串联电阻R02的另一端电连接。
其中，上述每两个线圈之间都存在互感。如图10所示，形成的互感分别为M12、M13和M23。
图10的三线圈无线充电系统的效率η1满足：η1=A/B。
A=RL[(-ω2M12M23+ωX2M13)2+(ωM13R2)2]。
B=D+E+G，D=[(-ω2M12M23+ωX2M13)2+(ωM13R2)2](RL+R3)。
E=R1{[X2(RL+R3)+X3R2]2+[-X2X3+R2(RL+R3)+ω2M232]2}。
G = R2[(-ω2M13M23+ωX3M12)2+(ωM12(RL+R3))2]。
其中，ω=2pif，f为无线充电系统的频率。
X1=ωL1-(1/ωC1)，X2=ωL2-(1/ωC2)，X3=ωL3-(1/ωC3)。
L1为第一线圈的电感值，L2为中继结构的电感值，L3为第二线圈的电感值，C1为第一线圈的补偿谐振电容值，C2为中继结构的补偿谐振电容值，C3为第二线圈的补偿谐振电容值，R1为第一线圈形成的等效阻抗值，R2为中继结构形成的等效阻抗值，R3为第二线圈形成的等效阻抗值，RL为等效负载，M13为第一充电结构与第二充电结构之间形成的互感值，M12为第一充电结构与中继结构之间形成的互感值，M23为第二充电结构与中继结构之间形成的互感值。
需要说明的是，中继线圈如何增加，可以根据TX线圈和RX线圈的尺寸、架构约束尺寸等确定。
本申请实施例提供的三线圈无线充电系统应用在pad和/或手写笔的线圈上，即通过在磁棒线圈第一线圈和/或第二线圈上绕制单独的中继线圈，并通过优化设计，实现了无线充电系统效率的提升。
当图10中的线圈匝数、相对位置确定后，即三线圈无线充电系统的效率公式中的L1、L2、L3、M12、M13、M23、R1、R2、R3是确定的，而f一般也是确定的。那么，在一定的RL下，三线圈无线充电系统的效率就只跟C1、C2、C3相关了。
由此，可以通过调整C1、C2、C3的大小，选择出较优以及最优的三线圈无线充电系统的效率。
表1中给出了确定的L1、L2、L3、M12、M13、M23、R1、R2和R3的数值。
下面以表1中的参数为例，探讨C1、C2、C3对三线圈无线充电系统的效率的影响。
表1
在一些实施例中，先保持C1和C3不变，例如，可以保持C1=103nF、C3=32nF，仅变化C2，分别得到了如图12所示的无线充电系统的效率随C2的变化示意图，以及，如图13所示的无线充电系统的输出功率（Pout）随C2的变化示意图。在图12中，横坐标代表C2的相对值、单位是纳法（nF），纵坐标代表效率、单位是百分比（%）。在图13中，横坐标代表C2的相对值、单位是nF，纵坐标代表Pout、单位是瓦特（W）。
如图12所示，C2的相对值在1-100nF范围内时，效率随C2的变化不大；而C2的相对值在100-10000nF范围内时，无线充电系统的效率随C2急剧减小。
如图13所示，C2的相对值在1-200nF范围内时，无线充电系统的Pout随C2的变化不大；C2的相对值在100-10000nF范围内时，无线充电系统的Pout随C2急剧减小。
结合图12和图13可知，在当前环境下，C2不应过大，否则无线充电系统的效率和Pout都可能急剧下降。那么，为了能够提升效率和Pout，C2要尽可能小一些。
示例性的，可以选择C2=1nF。
在一些实施例中，先保持C2和C3不变，例如，可以保持C2=1nF、C3=32nF，仅变化C1，分别得到了如图14所示的无线充电系统的效率随C1的变化示意图，以及，如图15所示的无线充电系统的Pout随C1的变化示意图。在图14中，横坐标代表C1的相对值、单位是纳法（nF），纵坐标代表效率、单位是百分比（%）。在图15中，横坐标代表C1的相对值、单位是nF，纵坐标代表Pout、单位是瓦特（W）。
如图14所示，C1的相对值在1-10000nF范围内时，无线充电系统的效率随C1的变化非常小，近似于不变。
如图15所示，C1的相对值在1-20nF范围内时，无线充电系统的Pout随C1的变化不大，近似于不变；C1的相对值在20-100nF范围内时，无线充电系统的Pout随C1的变化急剧增大；C1的相对值在100-10000nF范围内时，无线充电系统的Pout随C1急剧减小。
结合图14和图15可知，在当前环境下，C1几乎不会对无线充电系统的效率产生影响，但会对无线充电系统的Pout产生影响。由此，需要根据实际需要选择合适的C1，例如，选择C1=103nf是其中一个比较合适的值，此时无线充电系统的Pout能够满足需求。
在一些实施例中，先保持C1和C2不变，例如，可以保持C1=103nF、C2=1nF，仅变化C3，分别得到了如图16所示的无线充电系统的效率随C3的变化示意图，以及，如图17所示的无线充电系统的Pout随C3的变化示意图。在图16中，横坐标代表C3的相对值、单位是纳法（nF），纵坐标代表效率、单位是百分比（%）。在图17中，横坐标代表C3的相对值、单位是nF，纵坐标代表Pout、单位是瓦特（W）。
如图16所示，C3的相对值在1-20nF范围内时，无线充电系统的效率随C3的变化急剧增大；C3的相对值在20-10000nF范围内时，无线充电系统的效率随C3的变化急剧减小。
如图17所示，C3的相对值在1-80nF范围内时，无线充电系统的Pout随C3的变化急剧增大；C3的相对值在80-10000nF范围内时，无线充电系统的Pout随C3的变化急剧减小。
结合图16和图17可知，在当前环境下，C3对于无线充电系统的效率和Pout都有影响。由此，需要根据实际需要选择合适的C3，例如，选择C3=32nf是其中一个比较合适的值，此时无线充电系统的输出功率能够满足需求。
下面提供了相关技术中的双线圈无线充电系统的效率η2公式为：η2=H/I。
H=ω2m2rL，I =r1[(r3+ rL)2+(ωL30-1/ωC30)2]+ω2m2(r3+ rL)。
其中，ω=2pif，f为双线圈无线充电系统的频率。
L30为第二线圈的电感值，C30为第二线圈的补偿谐振电容值，r1为第一线圈形成的等效阻抗值，r3为第二线圈形成的等效阻抗值，rL为等效负载，m为第一充电结构与第二充电结构之间形成的互感值。
在同样负载下，通过上述双线圈无线充电系统的效率公式计算出的效率，与本申请实施例的三线圈无线充电系统的效率公式计算出的效率进行对比，结果如下表2所示。
表2
由上述表2可以得到，与相关技术的双线圈无线充电系统相比，本申请实施例提供的三线圈系统的充电效率提升了约0.5%。
可选地，作为一种可实现的方式，图7 提供了本申请实施例的一种无线充电系统。图7的无线充电系统与图5的无线充电系统的区别在于：
图7的接收装置中具有中继结构、且发射装置中也具有中继结构。具体为，发射装置中的中继线圈L21绕在第一芯体（图7中未示出）上，该中继线圈L21与其对应的中继电容C21并联组成回路后，设置在第一充电结构中，中继线圈L21与第一线圈L1电气隔离。
接收装置中的中继线圈L22绕在第二芯体（图7中未示出）上，该中继线圈L22与其对应的中继电容C22并联组成回路后，设置在第二充电结构中，中继线圈L22与第二线圈L3电气隔离。
需要说明的是，其余结构及电连接关系等与图5相同，这里不再赘述。
具体的，如图11所示，第一线圈L1具有抽头11和抽头12，抽头11与抽头12分别与第一电容（图11中未示出）连接；位于第一充电结构中的中继线圈L21具有抽头211和抽头212，抽头211与抽头212分别与中继电容（图11中未示出）连接。
第二线圈L3具有抽头31和抽头32，抽头31与抽头32分别与第二电容（图11中未示出）连接；位于第二充电结构中的中继线圈L22具有抽头221和抽头222，抽头221与抽头222分别与中继电容（图11中未示出）连接。
由此，图7结合图11所示的链路结构中，供电端向boost提供电压，boost将该电压进行升压后提供给TX芯片，TX芯片将送过来的电压进行逆变，送到TX线圈中，通过电池感应下RX线圈感应到交流电，然后通过RX芯片的整流功能给后级charger芯片和电池供电。
本申请实施例提供的无线充电系统，应用于pad和手写笔中，该无线充电系统通过在第一芯体上额外绕制的、与第一线圈电气隔离的中继线圈，以及第二芯体上额外绕制的、与第二线圈电气隔离的中继线圈，能够与第一线圈和第二线圈能够形成一种四线圈无线充电系统。其中，中继线圈和中继电容组成的中继网络可以作为中继能量传输结构进行无线充电，且由于中继网络的谐振作用，从而在中继网络、第一线圈、第二线圈互感时，能够提高四线圈无线充电系统的充电效率，且该四线圈无线充电系统是在相关技术的手写笔架构中，不增加外部电路，仅修改线圈就达到了提升无线充电效率的作用，进而使得手写笔具有低功耗，延长了手写笔的续航，提高了用户满意度，且不会大幅增加硬件设备的成本。
需要说明的是，四线圈以上的无线充电系统可以参照上述实施例，这里不再赘述。
本申请实施例提供了一种电子系统，包括上述的无线充电系统。该无线充电系统的中继线圈和中继电容组成了中继网络，从而能够作为中继能量传输结构进行无线充电，当与第一线圈、第二线圈互感时，能够有效地提高无线充电系统的充电效率，且不增加外部电路，进而使得电子系统整体的效率得到了提升。
应理解，上述只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非要限制本申请实施例的范围。本领域技术人员根据所给出的上述示例，显然可以进行各种等价的修改或变化，例如，可以新加入某些制备步骤等；或者，可以是上述任意两种或任意多种实施例的组合，这样的修改、变化或者组合后的方案也落入本申请实施例的范围内。
还应理解，上文对本申请实施例的描述着重于强调各个实施例之间的不同之处，未提到的相同或者相似之处可以互相参考，为了简洁，这里不再赘述。
还应理解，本申请实施例中的方式、情况、类别以及实施例的划分仅是为了描述的方便，不应构成特别的限定，各种方式、类别、情况以及实施例中的特征在不矛盾的情况下可以相结合。
还应理解，在本申请的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的关系可以组合形成新的实施例。
最后应说明的是：以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种无线充电系统，其特征在于，应用于电子系统，所述电子系统包括电子设备和输入设备；
所述无线充电系统包括：
发射装置，位于所述电子设备中，所述发射装置至少包括电连接的第一充电模块和第一充电控制模块，所述第一充电模块包括第一充电结构，所述第一充电结构与所述第一充电控制模块电连接；
接收装置，位于所述输入设备中，所述接收装置至少包括电连接的第二充电模块和第二充电控制模块，所述第二充电模块包括第二充电结构，所述第二充电结构与所述第二充电控制模块电连接；
至少一个中继结构，位于所述第一充电模块和/或所述第二充电模块中，所述中继结构与所述第一充电结构和/或所述第二充电结构分立且绝缘，所述中继结构用于与所述第一充电结构和所述第二充电结构无线耦合，以使得所述电子设备能够向所述输入设备充电。
2.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述至少一个中继结构位于所述第一充电模块中；
所述第一充电结构包括第一电感和第一电容，所述第一电感包括第一芯体和第一线圈，所述第一线圈缠绕在所述第一芯体上，所述第一线圈与所述第一电容串联后与所述第一充电控制模块电连接；
所述中继结构包括并联的中继线圈和中继电容，所述中继线圈缠绕在所述第一芯体上、且与所述第一线圈分立且绝缘。
3.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述至少一个中继结构位于所述第二充电模块中；
所述第二充电结构包括第二电感和第二电容，所述第二电感包括第二芯体和第二线圈，所述第二线圈缠绕在所述第二芯体上，所述第二线圈与所述第二电容串联后与所述第二充电控制模块电连接；
所述中继结构包括并联的中继线圈和中继电容，所述中继线圈缠绕在所述第二芯体上、且与所述第二线圈分立且绝缘。
4.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，在所有中继结构中，至少一个所述中继结构位于所述第一充电模块中、且其余所述中继结构位于所述第二充电模块中；
所述第一充电结构包括第一电感和第一电容，所述第一电感包括第一芯体和第一线圈，所述第一线圈缠绕在所述第一芯体上，所述第一线圈与所述第一电容串联后与所述第一充电控制模块电连接；所述第二充电结构包括第二电感和第二电容，所述第二电感包括第二芯体和第二线圈，所述第二线圈缠绕在所述第二芯体上，所述第二线圈与所述第二电容串联后与所述第二充电控制模块电连接；
所述中继结构包括并联的中继线圈和中继电容，位于所述第一充电模块中的中继线圈缠绕在所述第一芯体上、且与所述第一线圈分立且绝缘，位于所述第二充电模块中的中继线圈缠绕在所述第二芯体上、且与所述第二线圈分立且绝缘。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的无线充电系统，其特征在于，所述中继结构包括中继电容和一个中继线圈，所述中继线圈具有两组抽头，每组抽头分别与所述中继电容的两端连接；
一个所述中继结构位于所述第一充电模块中，或者，一个所述中继结构位于所述第二充电模块中。
6.根据权利要求5所述的无线充电系统，其特征在于，所述中继电容的数量为一个，所述第一充电结构、所述第二充电结构与所述中继结构共同构成三线圈无线充电系统。
7.根据权利要求6所述的无线充电系统，其特征在于，所述三线圈无线充电系统的等效电路包括：等效输入电源、第一充电结构的补偿谐振电容、第一充电结构的等效电阻、第一充电结构的等效电感、中继结构的补偿谐振电容、中继结构的等效电阻、中继结构的等效电感、第二充电结构的补偿谐振电容、第二充电结构的等效电阻、第二充电结构的等效电感和等效负载；
所述等效输入电源的两端分别与所述第一充电结构的补偿谐振电容的一端和所述第一充电结构的等效电阻的一端电连接，所述第一充电结构的等效电感的两端分别与所述第一充电结构的补偿谐振电容的另一端和所述第一充电结构的等效电阻的另一端电连接；
所述第二充电结构的等效电感的两端分别与所述第二充电结构的补偿谐振电容的一端和所述第二充电结构的等效电阻的一端电连接，所述等效负载的两端分别与所述第二充电结构的补偿谐振电容的另一端和所述第二充电结构的等效电阻的另一端电连接；
所述中继结构的等效电感的两端分别与所述中继结构的补偿谐振电容的一端和所述中继结构的等效电阻的一端电连接，所述中继结构的补偿谐振电容的另一端与所述中继结构的等效电阻的另一端电连接；
其中，所述第一充电结构与所述中继结构之间形成互感，所述第二充电结构与所述中继结构之间形成互感，所述第一充电结构与所述第二充电结构之间形成互感。
8.根据权利要求6所述的无线充电系统，其特征在于，所述三线圈无线充电系统的效率η1满足：η1=A/B，
A=RL[(-ω2M12M23+ωX2M13)2+(ωM13R2)2]，
B=D+E+G，
D=[(-ω2M12M23+ωX2M13)2+(ωM13R2)2](RL+R3)，
E=R1{[X2(RL+R3)+X3R2]2+[-X2X3+R2(RL+R3)+ω2M232]2 }，
G = R2[(-ω2M13M23+ωX3M12)2+(ωM12(RL+R3))2]；
其中，ω=2pif，f为所述无线充电系统的频率，X1=ωL1-(1/ωC1)，X2=ωL2-(1/ωC2)，X3=ωL3-(1/ωC3)，L1为第一线圈的电感值，L2为所述中继结构的电感值，L3为第二线圈的电感值，C1为所述第一线圈的补偿谐振电容值，C2为所述中继结构的补偿谐振电容值，C3为所述第二线圈的补偿谐振电容值，R1为所述第一线圈形成的等效阻抗值，R2为所述中继结构形成的等效阻抗值，R3为所述第二线圈形成的等效阻抗值，RL为等效负载，M13为所述第一充电结构与所述第二充电结构之间形成的互感值，M12为所述第一充电结构与所述中继结构之间形成的互感值，M23为所述第二充电结构与所述中继结构之间形成的互感值。
9.根据权利要求5所述的无线充电系统，其特征在于，所述中继电容的数量为多个，多个中继电容串联和/或并联后与所述中继线圈的两组抽头连接。
10.根据权利要求2至4中任一项所述的无线充电系统，其特征在于，所述中继线圈包括第三金属线圈和第三绝缘层，所述第三绝缘层包裹所述第三金属线圈的所有表面。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的无线充电系统，其特征在于，所述电子设备为平板电脑，所述输入设备为手写笔。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的无线充电系统，其特征在于，所述发射装置还包括供电模块和升压斩波模块，所述接收装置还包括储电模块和用电模块；
所述供电模块与所述升压斩波模块电连接，所述供电模块用于向所述升压斩波模块提供电信号；
所述升压斩波模块还与所述第一充电控制模块电连接，所述升压斩波模块用于接收所述供电模块提供的所述电信号，并向所述第一充电控制模块提供所述电信号；
所述第一充电控制模块用于接收所述升压斩波模块提供的所述电信号，并向所述第一充电模块提供所述电信号；
所述第一充电模块用于接收所述第一充电控制模块提供的所述电信号，并与所述第二充电模块和所述中继结构无线耦合，以使得所述第二充电模块感应到所述电信号；
所述第二充电控制模块还与所述储电模块电连接，所述第二充电控制模块用于接收所述第二充电模块感应到的所述电信号，并向所述储电模块提供所述电信号；
所述储电模块还与所述用电模块电连接，所述储电模块用于接收所述第二充电控制模块提供的所述电信号，并向所述用电模块提供所述电信号；
所述用电模块用于接收所述储电模块提供的所述电信号，并能够实现充电。
13.一种电子系统，其特征在于，包括如权利要求1至12中任一种所述的无线充电系统。
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