CN205863996U - 一种小尺寸无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的这种小尺寸无线充电系统，包括无线充电发送设备和无线充电接收设备，所述无线充电发送设备包括供电电源、与供电电源连接的无线功率发送器、与无线功率发送器连接的发送线圈、与发送线圈和无线功率发送器连接的反馈回路，所述无线功率发送器、发送线圈和反馈回路构成一个完整的回路；所述无线充电接收设备包括接收线圈、与接收线圈连接的电流转换线路、与电流转换线路连接的电池充电管理线路和与电池充电管理线路连接的电池。本实用新型设计的电路合理且简单，结构小巧，多种保护功能起到安全可靠的效果，不仅能很方便的植入现有的小型电子产品中，而且不需要对原有的回路进行修改，易于实现产业化，具有很好的实用性。

Description

一种小尺寸无线充电系统

技术领域

本实用新型属于无线充电技术领域，更具体的涉及一种小尺寸无线充电系统。

背景技术

目前市场上存在的小体积电子产品中，多数为有线充电或者不可充电可更换电池的方式，有线充电产品上都预留有专门的充电口，及配备USB充电器或者专门的充电器，使用起来既不方便也不美观；而不可充电的设备需要经常更换电池，这无疑提高了使用成本和浪费资源，外观也需要有专门电池更换口；少数使用无线充电，但充电电压过高，需要增加额外的降压回路，增加了成本，且产品尺寸偏大导致使用不方便，而且无线充电装置多采用单一能源模块，对用户放置待充电设备有诸多要求，不支持多设备同时充电，更不支持不同参数设备同时充电的需求，给用户的使用带来诸多不便。还有，在需要设置多种功能的基础上，无线充电模块占用PCB板的空间较大，为了合理使用有限的PCB板空间，无线充电的硬件线路设计必须做到精简并可实行，才能真正完成无线充电。

中国公开专利：CN203707819.U, 本实用新型通过振荡器产生的交流信号经放大器产生放大的交流信号，放大的交流信号流经发射线圈产生频率为近场通信频率的磁场，在磁场耦合的作用下接收线圈产生交流电流，并在整流模块和稳压模块的作用下将交流电流转换为直流电压以对电池充电，由于接收器的线圈通过PCB板布线实现，不用单独绕制线圈，降低了成本。不过该实用新型充电电压过高，需要增加额外的降压回路，导致产品尺寸偏大，使用起来不方便。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是现有无线充电模块占用PCB板空间大，无线充电电压过高，需要增加额外的降压回路，且产品尺寸偏大导致使用不方便。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

本实用新型提供的这种小尺寸无线充电系统，包括无线充电发送设备和无线充电接收设备，所述无线充电发送设备包括供电电源、与供电电源连接的无线功率发送器、与无线功率发送器连接的发送线圈、与发送线圈和无线功率发送器连接的反馈回路，所述无线功率发送器、发送线圈和反馈回路构成一个完整的回路；所述无线充电接收设备包括接收线圈、与接收线圈连接的电流转换线路、与电流转换线路连接的电池充电管理线路和与电池充电管理线路连接的电池，所述无线充电发送设备与所述无线充电接收设备进行无线充电连接，所述无线充电接收设备安装在所需充电的电子产品上，所述供电电源提供的充电电压通过无线功率发送器转换为交流电，再通过所述发送线圈形成磁场，所述无线充电接收设备的接收线圈在磁场的作用下产生感应电流，通过所述电流转换线路转换为直流电并最终给所述电池充电。

进一步的，所述无线功率发送器可根据自己需要的功能选择专用无线充电发射IC实现，也可以采用频率振荡器驱动MOS管，MOS管做开关管来控制LC谐振回路的方式实现。

进一步的，所述无线充电发送设备采用四层板的方式进行PCB布板：

1.顶层放置发送线圈。发送线圈根据实际应用中的峰值电流，电感感值和品质因数，功率辐射范围等进行选择。

2.中间层1为地层。

3.中间层2为电源层。

4.底层设置供电电源接口,无线功率发送器及反馈回路。供电电源采用5V直流供电，电流根据发射功率进行设置，无线功率发送器可根据自己需要的功能来选择专用无线充电发射IC实现，也可以采用频率振荡器驱动MOS管，MOS管做开关管来控制LC谐振回路的方式实现，这种布板方式的PCB板大小基本和发射线圈的大小相等。

所述无线充电接收设备采用双层板的方式进行PCB布板：

1.顶层放置接收线圈。根据发射设备的功率和驱动频率来选择适合的接收线圈，由于充电端为低电压和小电流的设备，所以可根据发送设备的驱动频率，发送功率等综合因素来选择接收线圈，一旦接收线圈的的参数确定后可采用定制的方式来减小线圈尺寸。

2.底层放置电流转换线路和电池充电管理线路。可以选择将两个线路集成到一起的专用无线充电接收IC，以节省空间。同时考虑充电电压是否适合电池电压，将PCB板的尺寸控制在与线圈尺寸相当。

更进一步的，所述选择相应功能的芯片使其具有以下功能：

无线充电发送设备：发射功率最大可达5W,驱动频率可根据谐振电容和发送线圈电感进行自适应，驱动频率的范围为50KHZ-250KHZ，发射功率可根据无线充电接收设备的负载自动调节，可编程输入电流限值和监视器，异物检测，内部芯片过热保护，发送线圈温度控制。

无线充电接收设备：超小尺寸，适用镍氢电池（1.5V）的恒定电流和恒定电压线性充电，充电电流最高可达25mA，通过温度补偿型充电电压功能来保护镍氢电池并防止发生过度充电。如果发生电池极性接反，放入电池为不可充电电池（如锌空电池），内部温度过高或者过低，设备都会暂停充电，并进行提醒。

有益效果：

本实用新型设计的电路合理且简单，结构小巧，多种保护功能起到安全可靠的效果，不仅能很方便的植入现有的小型电子产品中，而且不需要对原有的回路进行修改，易于实现产业化，具有很好的实用性。

附图说明

图1为本实用新型无线充电发送设备内部电路原理框图。

图2为本实用新型无线充电接收设备内部电路原理框图。

图3为本实用新型无线充电接收设备PCB布板图。

图4为本实用新型无线充电发送设备内部电路图。

图5为本实用新型无线充电接收设备内部电路图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1-图2所示，本实用新型提供的这种小尺寸无线充电系统，包括无线充电发送设备和无线充电接收设备，所述无线充电发送设备包括供电电源100、与供电电源100连接的无线功率发送器101、与无线功率发送器101连接的发送线圈102、与发送线圈102和无线功率发送器101连接的反馈回路103，所述无线功率发送器101、发送线圈102和反馈回路103构成一个完整的回路；所述无线充电接收设备包括接收线圈104、与接收线圈104连接的电流转换线路105、与电流转换线路105连接的电池充电管理线路106和与电池充电管理线路106连接的电池107，所述无线充电发送设备与所述无线充电接收设备进行无线充电连接，所述无线充电接收设备安装在所需充电的电子产品上，所述供电电源100提供的充电电压通过无线功率发送器101转换为交流电，再通过所述发送线圈102形成磁场，所述无线充电接收设备的接收线圈104在磁场的作用下产生感应电流，通过所述电流转换线路105转换为直流电并最终给所述电池107充电。

本实施例中，所述无线功率发送器101可根据自己需要的功能选择专用无线充电发射IC实现，也可以采用频率振荡器驱动MOS管，MOS管做开关管来控制LC谐振回路的方式实现。

本实施例中，所述无线充电发送设备采用四层板的方式进行PCB布板，顶层放置发送线圈102；第二层为地层；第三层为电源层；底层设置供电电源100接口、无限功率发送器101和反馈回路103。

本实施例中，所述无线充电接收设备采用双层板的方式进行PCB布板，顶层放置接收线圈104；底层放置电流转换线路105和电池充电管理线路106。

本实施例中，所述无线充电发送设备可与多个无线充电接收设备同时进行无线充电连接。

本实施例中，所述电池107为锂离子电池或锂聚合物电池。

如图4所示，所述无线充电发送设备采用的是一款可满足以上功能无线充电的专用芯片，其封装尺寸为4*5mm。所述无线充电发送设备是由5V直流电源供电，无线功率发送IC(U1)连接LC谐振回路，其中L(电感)同时作为发送线圈102。U1通过频率自适应调节寻找到LC谐振回路的谐振频率并进行驱动，不需额外设置U1的驱动频率。FB(引脚13)把LC谐振回路产生的电压值经过分压反馈到U1内部，在此期间U1会进行功率搜索，并对FB脚的电压进行监控，以确定何时满足或超过了负载接收器的负载要求，据此进行对接收器负载的功率调节。直流电源通过发送功率IC和LC谐振回路将直流电流转换为交流电流，通过发送线圈102形成磁场。

如图5所示，所述无线充电接收设备采用的是一款无线充电专用的接收IC（U2）,包括电流转换线路105及电池充电管理线路106，并且充电管理线路106专门针对镍氢电池。该IC封装尺寸为2*2mm，外围线路也比较少。为提高传输效率，需要将LC谐振回路的的振荡频率和发射设备的谐振频率设置相同。根据这一特性，选择接收线圈104的感值就取决于谐振电容的选择，电容选择越大电感越小，但是电容值也不能过大，会导致接收线圈104感值过低影响接收效率，这个要根据实际测试进行选择。

如图3所示，本实用新型的接收线圈104的直径约为6mm，采用特殊定制方式，PCB板108尺寸控制在6.5mm左右，由于采用定制方式，所以线圈尺寸可以根据实际情况做成更小面积或者其他形状（例如长方形），PCB板108也随之减小。PCB板108可以直接安装在现有的电子产品中，只要把充电输出端和接地端接到电池的正极和负极即可，不需要修改原有线路。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种小尺寸无线充电系统，包括无线充电发送设备和无线充电接收设备，其特征在于：所述无线充电发送设备包括供电电源、与供电电源连接的无线功率发送器、与无线功率发送器连接的发送线圈、与发送线圈和无线功率发送器连接的反馈回路，所述无线功率发送器、发送线圈和反馈回路构成一个完整的回路；所述无线充电接收设备包括接收线圈、与接收线圈连接的电流转换线路、与电流转换线路连接的电池充电管理线路和与电池充电管理线路连接的电池，所述无线充电发送设备与所述无线充电接收设备进行无线充电连接，所述无线充电接收设备安装在所需充电的电子产品上，所述供电电源提供的充电电压通过无线功率发送器转换为交流电，再通过所述发送线圈形成磁场，所述无线充电接收设备的接收线圈在磁场的作用下产生感应电流，通过所述电流转换线路转换为直流电并最终给所述电池充电。

2.根据权利要求1所述的小尺寸无线充电系统，其特征在于：所述无线功率发送器可根据自己需要的功能选择专用无线充电发射IC实现，也可以采用频率振荡器驱动MOS管，MOS管做开关管来控制LC谐振回路的方式实现。

3.根据权利要求1所述的小尺寸无线充电系统，其特征在于：所述无线充电发送设备采用四层板的方式进行PCB布板，顶层放置发送线圈；第二层为地层；第三层为电源层；底层设置供电电源接口、无限功率发送器和反馈回路。

4.根据权利要求1所述的小尺寸无线充电系统，其特征在于：所述无线充电接收设备采用双层板的方式进行PCB布板，顶层放置接收线圈；底层放置电流转换线路和电池充电管理线路。

5.根据权利要求1所述的小尺寸无线充电系统，其特征在于：所述无线充电发送设备可与多个无线充电接收设备同时进行无线充电连接。

6.根据权利要求1所述的小尺寸无线充电系统，其特征在于：所述电池为锂离子电池或锂聚合物电池。