CN206461442U - 无源遥控器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无源遥控器，包括红外发射单元，还包括无线电能接收单元和无线电能发射单元，所述无线电能接收单元与红外发射单元连接并为其提供电能，所述无线电能接收单元接收无线电能发射单元的电能波。本无源遥控器基于谐振式电磁耦合技术实现了对遥控器的无线充电，充电时间短，每次充电使用时间长，摒弃了传统干电池的大量使用，对环境改善极为有利，并且杜绝电池锈蚀时损坏遥控器的现象，可提高遥控器的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型属于电子技术中的遥控器领域，具体涉及一种基于无线电能充电的无源遥控器。
背景技术
遥控器，是一种用来远控机械的装置，主要是由集成电路电板和用来产生不同讯息的按钮所组成。其使用原理为通过现代的数字编码技术，将按键信息进行编码，通过红外线二极管发射光波，光波经接收机的红外线接收器将收到的红外信号转变成电信号，进处理器进行解码，解调出相应的指令来达到控制机顶盒等设备完成所需的操作要求。常用的红外线遥控系统一般分发射和接收两个部分，遥控器的发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰。因此，红外遥控在家用电器、室内近距离(小于10米)遥控中得到了广泛的应用。
传统的遥控器，绝大多数都采用电池来供电。电池是由电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置。化学电池中，化学能直接转变为电能是靠电池内部自发进行氧化、还原等化学反应的结果，这种反应分别在两个电极上进行。当电流流过电极时，电极电势都要偏离热力学平衡的电极电势，这种现象称为极化，电池在使用过程中可能存在极化，造成电池能量损失；电池使用过程中也存在化学泄漏等安全隐患。
虽然利用电池作为能量来源，可以得到具有稳定电压，稳定电流，长时间稳定供电，受外界影响很小的电流，并且电池结构简单，携带方便，充放电操作简便易行，不受外界气候和温度的影响，性能稳定可靠，在现代社会生活中的各个方面发挥有很大作用。但一次性干电池，在电量用完后被丢弃，废旧电池如果与生活垃圾混合处理，电池腐烂后，其中的汞、镉、铅、镍等重金属溶出会污染水体和土壤，并通过食物链最终危害人类健康。人如果汞中毒，会患中枢神经疾病，死亡率高达40％；镉则被定为ia级致癌物质。使用后的废电池存在严重的环境安全隐患。
而以目前遥控器电池使用时长初步统计，遥控器电池一年更换2节，则一年中废弃电池可多达4亿节左右，电池使用寿命低、废弃电池量大对环境造成了极大的污染，不利于人类长远的可持续发展。同时，遥控器使用寿命也会受到电池端口锈蚀时的影响。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决目前遥控器大都依赖干电池作为电源，产生废弃电池量大的问题，提供一种基于无线电能充电的无源遥控器。
为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种无源遥控器，包括红外发射单元，还包括无线电能接收单元和无线电能发射单元，所述无线电能接收单元与红外发射单元连接，为红外发射单元提供电能；所述无线电能接收单元接收无线电能发射单元发射的电能波。
进一步，所述无线接收单元包括依次连接的降压变压器、整流模块和稳压模块。
更进一步，所述整流模块由快恢复二极管D3、快恢复二极管D4、快恢复二极管D5、快恢复二极管D6依次首尾相接而成，且两个首尾相接的快恢复二极管之间形成节点1、节点2、节点3、节点4；所述节点3接地；稳压模块包括三端稳压芯片U3和与三端稳压芯片U3的输出端连接的电阻R3，所述电阻R3的另一端与三端稳压芯片U3的接地端连接；所述节点4 与三端稳压芯片U3的输入端连接；降压变压器的初级线圈L3的两端外接谐振电容C6；降压变压器的次级线圈L4的两端分别与节点1、节点2连接。
更进一步，所述无线接收单元还包括充放电电路，所述充放电保护电路包括电容C7、稳压二极管D8、超级电容C8和隔离二极管D7，所述电容C7的正极、负极分别接节点4、接地；所述稳压二极管D8的负极、隔离二极管D7正极两者之间的节点与电阻R3的另一端连接，隔离二极管D7负极与超级电容C8的一端连接，二极管D8的正极、超级电容C8的另一端接地。
更进一步，所述红外发射单元包括发射芯片U4、发射频率调整电阻R4、电阻R6、三极管Q2、红外发光管D9和红外发光管限流电阻R5，所述发射芯片U4的15脚、16脚外接发射频率调整电阻R4，所述发射芯片U4的18脚、电阻R5、红外发射管D9、三极管Q2的集电极依次连接，三极管Q2的发射极、发射芯片U4的1-14脚都接地；超级电容C8的一端与电阻R5一端连接，超级电容C8的另一端接地。
进一步，所述无线电能发射单元包括产生方波信号的多谐振荡器、产生驱动信号的驱动电路、发送方波信号的谐振电路，所述多谐振荡器、驱动电路、谐振电路依次连接，所述多谐振荡器与谐振电路连接。
更进一步，所述多谐振荡器包括斯密特触发器U2、电阻R2和电容C5，所述斯密特触发器U2的5脚、6脚之间接一电阻R2，斯密特触发器U2的6脚与9脚连接，斯密特触发器 U2的5脚、7脚之间外接一电容C5。
更进一步，所述驱动电路包括MOS管驱动芯片U1和电容C4，MOS管驱动芯片U1的 3脚、9脚连接；斯密特触发器U2的8脚与MOS管驱动芯片U1的12脚连接，斯密特触发器U2的7脚、MOS管驱动芯片U1的11脚、13脚、2脚的节点与电容C4一端、电源接口 JP1的负极连接，电容C4另一端、MOS管驱动芯片U1的3脚、斯密特触发器U2的14脚的节点与电源接口JP1的正极连接。
更进一步，所述谐振电路包括功率MOS管Q1、谐振电容C3、谐振电感L2和储能电感L1，所述功率MOS管的栅极与MOS管驱动芯片U1的1脚连接，功率MOS管Q1的源极、电源接口JP1的负极、谐振电感L2一端接地；功率MOS管Q1的漏极与储能电感L1另一端、谐振电容C3一端连接，谐振电容C3另一端与谐振电感L2另一端连接；所述斯密特触发器 U2的14脚与电源接口JP1的正极、储能电感L1一端两者之间的节点连接。
更进一步，所述谐振电路还包括保护电路，所述保护电路包括电容C1、电容C2、反向电压钳位二极管D1、二极管D2和电阻R1，所述二极管D2、电阻R1并联接在功率MOS管的栅极、功率MOS管的源极之间；所述电容C2、反向电压钳位二极管D1并联接在功率MOS 管的漏极、功率MOS管的源极之间，所述电容C1两端分别接在储能电感L1一端、功率MOS 管的源极之间。
本实用新型与现有技术相比，有益效果是：1.本无源遥控器基于谐振式电磁耦合技术实现了对遥控器的无线充电，规避了传统遥控器必须用干电池的缺点，提高了遥控器使用的轻便性；2.整个遥控器使用寿命更长，利用发射线圈与接收线圈处于电磁耦合最佳功率点实现对超级电容的无线充电；3.本遥控器具有充电速度快(几秒至十几秒间)、循环使用寿命长和功率密度高等特点，一次充满可使用3～5天；4.采用无线充电技术，充电时遥控器不需插上电源，只需贴近安装在受控电器内的发射线圈即可；这种技术适用任何款遥控器，并摒弃了电池的大量长期使用，对环境改善极为有利。
附图说明
图1是无线电能发射单元的电路图；
图2是无线电能接收单元及红外发射单元的电路图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述说明。
如图1-2所示，一种无源遥控器，包括红外发射单元、无线电能接收单元和无线电能发射单元，所述无线电能接收单元与红外发射单元连接并为其提供电能，所述无线电能接收单元接收无线电能发射单元的电能波。
如图1所示，无线电能发射单元中，JP1接口的+端接电容C1的正极及储能电感L1的一端，JP1接口-端接电容C1的负极和地TGND；L1另一端和电容C2的一端、功率MOS管 Q1的漏极、D1的负极、谐振电容C3的一端相连,电容C2的另一端、反向电压钳位二极管 D1的正极接TGND；谐振电容C3的另一端接谐振电感L2的一端，而谐振电感L2的另一端接TGND；IRF840的源极接TGND，栅极接U1的1脚；U1的2脚、11脚和13脚接TGND， 3和9脚接JP1+端；R1和D2并联，D2的正极和R1的一端接TGND，D2的负极和R1的另一端接U1的1脚；C4的一端接U1的3脚和JP1+端，C4的另一端接TGND；U1的12脚接 U2的8脚；U2的14脚接JP1+端、7脚接TGND、5脚接R2的一端和电容C5的一端，R2 的另一端接U2的6脚及9脚，电容C5的另一端接7脚及接地TGND。
图1所示电路中，各元件的作用是：JP1为电源输入端插座，12V直流电通过JP1引入；电容C1、电容C2、电容C4起电源滤波作用；反向电压钳位二极管D1为防止电池反接损坏电路的保护二极管；U2为斯密特触发器，和电阻R2、电容C5组成多谐振荡器，产生700kHz 频率的方波信号，输入给U1；U1为MOS管驱动芯片，采用IR2110型号,它和其外围电路构成的电路可产生700kHz的驱动信号驱动单个MOS管；功率MOS管Q1采用IRF840型号，它和谐振电容C3、谐振电感L2构成谐振电路，并向外发射700kHz的电磁波；二极管D2可防止反向电压输入到MOS管的栅极，保护MOS管；电阻R1使芯片不工作时Q1栅极为低电平，防止Q1在偶尔出现干扰电压时误导通。L1为储能电感，为功率Q1MOS管所在的谐振电路提供能量，电阻R1为MOS管栅极电阻，电阻R2为定时电阻，C5为定时电容。
无线电能发射单元中，利用电感与电容组成谐振电路，产生1MHz频率的电磁波。斯密特触发器CD40106产生1MHz频率的信号，经过MOS管驱动芯片IR2110驱动MOS管。
无线发射部分安装在独立绝缘PVC盒子中，或者在受控电器内。发射线圈(即谐振电感) L2可以采用直径为0.5mm漆包线绕21圈,构成长为9cm，宽为4.8cm的矩形作为发射电路的谐振电感，其电感量为67.5uH，并将它放置在绝缘PVC盒子中或固定在被遥控的电器内部。谐振电感L2、谐振C3发射电路谐振电容和辅助元件组成发射电路，产生700kHz电磁波。
如图2所示，无线电能接收单元接收无线电能发射单元发送的电磁波，初级线圈(接收电路谐振电感)L3与谐振电容C6首尾串联；次级线圈L4的一端接快恢复二极管D3的负极和D4的正极，另一端接快恢复二极管D5的负极和D6的正极；快恢复二极管D4、D6的负极接滤波电容C7的正极、稳压芯片U3的3脚，快恢复二极管D3、D5的正极接C7的负极及GND；稳压芯片U3的2脚接R3的一端，R3的另一端接U3的1脚、D8的负极和隔离二极管D7的正极；D8的正极接GND；隔离二极管D7的负极接C8的一端，C8的另一端接 GND；发射芯片U4的18脚接R5的一端及隔离二极管D7的负极，R5的另一端接D9的正极；发射芯片U4的1～14脚均接GND,16脚接R4的一端，15脚接R4的另一端；发射芯片 U4的17脚接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接三极管Q2的基极；三极管Q2的集电极接红外发光管D9的负极，发射极接GND。
图2的电路中，各元件的作用是：接收电路谐振电感L3为无线接收线圈，与谐振电容 C6组成接收部分的谐振电路；降压后的次级线圈L4与接收电路谐振电感L3组成一个降压变压器，保证整流后的电压不超过50V。D3～D6是由四个快恢复二极管组成的整流电路，将降压后的交流电整流成直流电，快恢复二极管D3～D6采用FR207型号。滤波电容C7能够起到平稳电压的作用。U3为三端稳压集成芯片，采用LM317型号，它和限流电阻R3组成的电路组成限流电路。稳压二极管D8起着限幅作用，能使超级电容充电最终稳定在5.8V左右。隔离二极管D7防止不充电时超级电容向充电回路放电。超级电容C8为整个无线电能接收单元电路的充电对象，起着储能作用，为遥控器的无线电能发射单元发射红外信号提供能量。U4为遥控器的发射芯片，可实现编码发射。R4为发射芯片的频率选择电阻。Q2起到放大发射信号作用，电阻R6为Q2的基极电阻，提供合适的基极电流。D9为红外发光管，向遥控接收器发射信号。R5为限流电阻，提供合适的发射电流。
无线接收部分：接收线圈(即初级线圈)L3利用变压器原理降压，经过整流电路形成直流电，然后经过LM317构成的限流电路给超级电容C8充电，最高可充至5.8V。接收线圈和超级电容安装在在遥控器(壳体)中，形成日常的遥控器结构。接收线圈L3采用与发射线圈 L2同规格的技术参数，将放入接收线圈L3遥控器(壳体)内。L4为降压线圈，和L3无间隙的绕在一起。L4采用0.5mm的漆包线，可以采用绕成2圈的矩形，长为9cm，宽为4.5cm。
以上为本实用新型的优选实施方式，并不限定本实用新型的保护范围，对于本领域技术人员根据本实用新型的设计思路做出的变形及改进，都应当视为本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.无源遥控器，包括红外发射单元，其特征在于，还包括无线电能接收单元和无线电能发射单元，所述无线电能接收单元与红外发射单元连接，为红外发射单元提供电能；所述无线电能接收单元接收无线电能发射单元发射的电能波。
2.根据权利要求1所述的无源遥控器，其特征在于，所述无线接收单元包括依次连接的降压变压器、整流模块和稳压模块。
3.根据权利要求2所述的无源遥控器，其特征在于，所述整流模块由快恢复二极管D3、快恢复二极管D4、快恢复二极管D5、快恢复二极管D6依次首尾相接而成，且两个首尾相接的快恢复二极管之间形成节点1、节点2、节点3、节点4；所述节点3接地；稳压模块包括三端稳压芯片U3和与三端稳压芯片U3的输出端连接的电阻R3，所述电阻R3的另一端与三端稳压芯片U3的接地端连接；所述节点4与三端稳压芯片U3的输入端连接；降压变压器的初级线圈L3的两端外接谐振电容C6；降压变压器的次级线圈L4的两端分别与节点1、节点2连接。
4.根据权利要求3所述的无源遥控器，其特征在于，所述无线接收单元还包括充放电电路，所述充放电保护电路包括电容C7、稳压二极管D8、超级电容C8和隔离二极管D7，所述电容C7的正极、负极分别接节点4、接地；所述稳压二极管D8的负极、隔离二极管D7正极两者之间的节点与电阻R3的另一端连接，隔离二极管D7负极与超级电容C8的一端连接，二极管D8的正极、超级电容C8的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的无源遥控器，其特征在于，所述红外发射单元包括发射芯片U4、发射频率调整电阻R4、电阻R6、三极管Q2、红外发光管D9和红外发光管限流电阻R5，所述发射芯片U4的15脚、16脚外接发射频率调整电阻R4，所述发射芯片U4的18脚、电阻R5、红外发射管D9、三极管Q2的集电极依次连接，三极管Q2的发射极、发射芯片U4的1-14脚都接地；超级电容C8的一端与电阻R5一端连接，超级电容C8的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的无源遥控器，其特征在于，所述无线电能发射单元包括产生方波信号的多谐振荡器、产生驱动信号的驱动电路、发送方波信号的谐振电路，所述多谐振荡器、驱动电路、谐振电路依次连接，所述多谐振荡器与谐振电路连接。
7.根据权利要求6所述的无源遥控器，其特征在于，所述多谐振荡器包括斯密特触发器U2、电阻R2和电容C5，所述斯密特触发器U2的5脚、6脚之间接一电阻R2，斯密特触发器U2的6脚与9脚连接，斯密特触发器U2的5脚、7脚之间外接一电容C5。
8.根据权利要求6所述的无源遥控器，其特征在于，所述驱动电路包括MOS管驱动芯片U1和电容C4，MOS管驱动芯片U1的3脚、9脚连接；斯密特触发器U2的8脚与MOS管驱动芯片U1的12脚连接，斯密特触发器U2的7脚、MOS管驱动芯片U1的11脚、13脚、2脚的节点与电容C4一端、电源接口JP1的负极连接，电容C4另一端、MOS管驱动芯片U1的3脚、斯密特触发器U2的14脚的节点与电源接口JP1的正极连接。
9.根据权利要求6或8所述的无源遥控器，其特征在于，所述谐振电路包括功率MOS管Q1、谐振电容C3、谐振电感L2和储能电感L1，所述功率MOS管Q1的栅极与MOS管驱动芯片U1的1脚连接，功率MOS管Q1的源极、电源接口JP1的负极、谐振电感L2一端接地；功率MOS管的漏极与储能电感L1另一端、谐振电容C3一端连接，谐振电容C3另一端与谐振电感L2另一端连接；所述斯密特触发器U2的14脚与电源接口JP1的正极、储能电感L1一端两者之间的节点连接。
10.根据权利要求9所述的无源遥控器，其特征在于，所述谐振电路还包括保护电路，所述保护电路包括电容C1、电容C2、反向电压钳位二极管D1、二极管D2和电阻R1，所述二极管D2、电阻R1并联接在功率MOS管的栅极、功率MOS管的源极之间；所述电容C2、反向电压钳位二极管D1并联接在功率MOS管的漏极、功率MOS管的源极之间，所述电容C1两端分别接在储能电感L1一端、功率MOS管的源极之间。
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