CN203734358U - 一种基于无线电能传输的无线充电装置 - Google Patents

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郝义国
罗林波
谭婷
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Abstract

本实用新型涉及移动电子产品的充电，具体地指一种基于无线电能传输的无线充电装置，它包括电能发射部分和电能接收部分，所述电能发射部分包括依次设置的：电源管理模块，用于提供直流电；振荡源模块，用于将直流电转换成高频交流电；功放单元，用于高频交流电的功率放大；以及发射单元；所述电能接收部分包括：接收单元，与所述发射单元相配置，用于通过互感耦合实现能量接收；能量转换单元，与接收单元相连，用于将高频交流电转换成直流电；控制单元，与能量转换单元相连，用于控制能量转换单元输出电压和电流的大小；充电电池，与能量转换单元相连，用于实现其直流充电。与现有技术相比，本装置通过简单的电路结构即实现了微距下的无线充电。

Description

一种基于无线电能传输的无线充电装置
技术领域
本实用新型涉及移动电子产品的充电，具体地指一种基于无线电能传输的无线充电装置，尤其适用于工作环境恶劣的野外环境数据采集设备。
背景技术
许多使用极为方便的便携式移动产品，都要不定期地与电网连接进行充电，因此在产品设计上不得不设置各种插口和连接线缆。对于工作环境较恶劣的野外环境数据采集设备，这样就很难实现具有防水性能的密封工艺，而且多种产品的个性化插口和线缆使得不同产品的充电器很难通用。只有彻底解决这些问题，野外环境数据采集设备才能够获得真正的自由，也易于实现其密封和防水。这个目标必须要求能量也像信息一样实现无线传输。
能量的传送和信号的传输要求显然不同，后者要求其内容的完整和真实，不太要求效率，而前者要求的是功率和效率。虽然能量无线传送的想法早已有之，但因为一直无法突破效率这个瓶颈，使其一直不能进入实用领域。
虽然近几年的电子展上总有新的无线产品面世，上述瓶颈仍然没有实质性的突破。如果对能量无线传送的距离没有严格要求，比如在数厘米（下文称微距）范围内，其传送效率就很容易提高到满意的程度。然而现有无线充电装置的结构相对复杂，难以形成商业化推广应用。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种基于无线电能传输的无线充电装置，能够利用简单的电路结构实现微距下的无线充电，从而使野外环境数据采集设备等移动电子产品可以取消各种插口和充电线缆，实现防水密封结构，同时摆脱了需携带多个充电器的不便，实现了良好的通用性。
为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种基于无线电能传输的无线充电装置，包括电能发射部分和电能接收部分，其特别之处在于，所述电能发射部分包括依次设置的：
电源管理模块，用于提供直流电；
振荡源模块，用于将直流电转换成高频交流电；
功放单元，用于高频交流电的功率放大；
以及发射单元；
所述电能接收部分包括：
接收单元，与所述发射单元相配置，用于通过互感耦合实现能量接收；
能量转换单元，与接收单元相连，用于将高频交流电转换成直流电；
控制单元，与能量转换单元相连，用于控制能量转换单元输出电压和电流的大小；
充电电池，与能量转换单元相连，用于实现其直流充电。
上述技术方案中，所述电能发射部分包括xkt-408芯片和T5336芯片；所述电源管理模块为直流稳压电源，直流稳压电源的正极与xkt-408芯片的引脚8相连；电阻R1的两端分别与xkt-408芯片的引脚1和引脚2相连，构成振荡源模块；电容C1的一端与xkt-408芯片的引脚1相连，另一端与xkt-408芯片的引脚3和引脚7相连；xkt-408芯片的引脚4接地，xkt-408芯片的引脚6与T5336芯片的引脚2相连；电容C2的一端与直流稳压电源的正极相连，另一端与T5336芯片的引脚1相连并接地；T5336芯片的引脚3和引脚4相连；电容C3、电容C4和电感L1并联后，其一端与直流稳压电源的正极相连，另一端与T5336芯片的引脚7和引脚8相连；T5336芯片构成功放单元，电感L1构成发射单元。
上述技术方案中，所述电能接收部分包括td1583芯片，构成能量转换模块；所述接收单元为电感L3，电感L3的一端与td1583芯片的引脚2相连，另一端与td1583芯片的引脚4相连并接地；肖特基二极管D1的正极与td1583芯片的引脚3相连，负极接地；td1583芯片的引脚4和引脚5之间连有电阻R2，td1583芯片的引脚3和引脚5之间依次连有电感L2和电阻R3，电阻R2和电阻R3构成控制单元；电阻R3与电容C6并联，其两端用于直流输出，与充电电池相连。
进一步地，所述电感L3两端并联有电容C5，用于增大互感耦合接收效率。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：能够将直流电转换成高频交流电，然后通过没有任何有线连接的原、副线圈之间的互感耦合实现电能的无线馈送，在接收部分将接收到的高频交流电转换成直流电对电池进行充电，从而取消了移动电子产品的插口和充电线缆，并可为多种移动设备提供微距充电；xkt-408芯片的选用，仅需配合极少的外部元件就可构成高可靠性的无线电能发射器，使得整个充电装置结构简单、体积小；精确的原、副线圈耦合电路，配合xkt-408芯片使整个充电装置的能量转换效率可达70%以上。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例的结构暨工作原理框图；
图2为图1中电能发射部分的电路图；
图3为图1中电能接收部分的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施例作进一步的详细描述：
如图1所示，本实用新型的一种基于无线电能传输的无线充电装置，包括电能发射部分和电能接收部分。其中，电能发射部分包括依次设置的电源管理模块、振荡源模块、功放单元以及发射单元；电能接收部分包括接收单元、能量转换单元、控制单元以及充电电池。电源管理模块提供充电所需的直流电，经振荡源模块后转换成高频交流电，再经功放单元放大后发射谐振，接收单元与发射单元通过互感耦合实现能量接收，通过能量转换单元将高频交流电转换成直流电，实现充电电池的直流充电，控制单元则用以控制能量转换单元输出电压和电流的大小，从而决定充电的快慢。
如图2所示，本实施例的电能发射部分包括xkt-408芯片和T5336芯片。电源管理模块为直流稳压电源，其供电范围为9～12V，供电电流为500mA，直流稳压电源的正极与xkt-408芯片的引脚8相连。电阻R1的两端分别与xkt-408芯片的引脚1和引脚2相连，构成上述振荡源模块。电容C1的一端与xkt-408芯片的引脚1相连，另一端与xkt-408芯片的引脚3和引脚7相连。xkt-408芯片的引脚4接地，xkt-408芯片的引脚6与T5336芯片的引脚2相连。电容C2的一端与直流稳压电源的正极相连，另一端与T5336芯片的引脚1相连并接地。T5336芯片的引脚3和引脚4相连。电容C3、电容C4和电感L1并联后，其一端与直流稳压电源的正极相连，另一端与T5336芯片的引脚7和引脚8相连。T5336芯片构成功放单元，电感L1构成发射单元，为获得最高的能量转换效率，根据所用功放模块的最佳负载计算，其发射线圈线径Φ0.5mm，线圈外径38mm，电感量30μH，上述耦合电容C3和C4均为39nF。
直流稳压电源提供直流电，xkt-408芯片与电阻R1构成振荡电路，形成频率为66.46Hz的方波，控制功率放大器T5536芯片的通断，电容C3、电容C4和电感L1构成的振荡回路在此频率下放大发射。
如图3所示，本实施例的电能接收部分包括td1583芯片，构成能量转换模块。接收单元则为电感L3，为获得最高的能量转换效率，通过阻抗匹配计算，其线圈线径Φ0.5mm，线圈外径38mm，电感量30μH，电感L3两端并联有电容C5，可增大互感耦合接收效率，进一步提高了能量转换效率。电感L3的一端与td1583芯片的引脚2相连，另一端与td1583芯片的引脚4相连并接地。肖特基二极管D1的正极与td1583芯片的引脚3相连，负极接地。td1583芯片的引脚4和引脚5之间连有电阻R2，td1583芯片的引脚3和引脚5之间依次连有电感L2和电阻R3。电阻R3与电容C6并联，其两端用于直流输出，与充电电池相连。经过精心设计，电阻R2和电阻R3构成控制单元，二者的比例能够改变输出电压与电流的大小，当输出电流最大时，装置具有最高的能量转换效果，同时电阻R2和电阻R3的比例也可以控制充电的快慢。
电感L3与电感L1通过互感耦合实现能量接收，输入频率为66.46Hz的交流电，DC-DC芯片td1583进行电压的整流输出，改变电阻R2和电阻R3的比例可改变电阻R3两端输出电压和电流的大小。
本实用新型利用简单的电路结构实现了微距下的无线充电，从而使野外环境数据采集设备等移动电子产品可以取消各种插口和充电线缆，实现防水密封结构，并具有良好的通用性，可为多种移动电子产品充电，易形成商业推广。

Claims (4)

1.一种基于无线电能传输的无线充电装置，包括电能发射部分和电能接收部分，其特征在于，所述电能发射部分包括依次设置的：
电源管理模块，用于提供直流电；
振荡源模块，用于将直流电转换成高频交流电；
功放单元，用于高频交流电的功率放大；
以及发射单元；
所述电能接收部分包括：
接收单元，与所述发射单元相配置，用于通过互感耦合实现能量接收；
能量转换单元，与接收单元相连，用于将高频交流电转换成直流电；
控制单元，与能量转换单元相连，用于控制能量转换单元输出电压和电流的大小；
充电电池，与能量转换单元相连，用于实现其直流充电。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线电能传输的无线充电装置，其特征在于：所述电能发射部分包括xkt-408芯片和T5336芯片；所述电源管理模块为直流稳压电源，直流稳压电源的正极与xkt-408芯片的引脚8相连；电阻R1的两端分别与xkt-408芯片的引脚1和引脚2相连，构成振荡源模块；电容C1的一端与xkt-408芯片的引脚1相连，另一端与xkt-408芯片的引脚3和引脚7相连；xkt-408芯片的引脚4接地，xkt-408芯片的引脚6与T5336芯片的引脚2相连；电容C2的一端与直流稳压电源的正极相连，另一端与T5336芯片的引脚1相连并接地；T5336芯片的引脚3和引脚4相连；电容C3、电容C4和电感L1并联后，其一端与直流稳压电源的正极相连，另一端与T5336芯片的引脚7和引脚8相连；T5336芯片构成功放单元，电感L1构成发射单元。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于无线电能传输的无线充电装置，其特征在于：所述电能接收部分包括td1583芯片，构成能量转换模块；所述接收单元为电感L3，电感L3的一端与td1583芯片的引脚2相连，另一端与td1583芯片的引脚4相连并接地；肖特基二极管D1的正极与td1583芯片的引脚3相连，负极接地；td1583芯片的引脚4和引脚5之间连有电阻R2，td1583芯片的引脚3和引脚5之间依次连有电感L2和电阻R3，电阻R2和电阻R3构成控制单元；电阻R3与电容C6并联，其两端用于直流输出，与充电电池相连。
4.根据权利要求3所述的一种基于无线电能传输的无线充电装置，其特征在于：所述电感L3两端并联有电容C5，用于增大互感耦合接收效率。
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