CN206807107U - 一种无线充电的发射装置、接收装置和无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线充电的发射装置，其特征在于，包括：逆变电路，适于接收直流电输入，并将该直流电转换为交流电；无线充电发射天线，与逆变电路连接，适于接收逆变电路输出的交流电，并向无线充电的接收装置发射交流电电能；第一近场通讯天线，适于接收无线充电的接收装置发送的电池电压信号；第一通讯模块，与第一近场通讯天线连接，适于从电池电压信号中提取电池电压值；以及第一微控制器，分别与第一通讯模块和逆变电路连接，适于接收第一通讯模块反馈的电池电压值，并根据该电池电压值调节逆变电路的输出功率。本实用新型还公开了对应的无线充电的接收装置和无线充电系统。

Description

一种无线充电的发射装置、接收装置和无线充电系统

技术领域

本实用新型涉及无线充电领域，特别涉及一种无线充电的发射装置、接收装置和无线充电系统。

背景技术

随着移动通信技术的迅猛发展，手机已经成为人们生活中必备的通讯工具。但在使用手机等移动终端的过程中，电池电量经常很快就会被用完，需要频繁地进行充电，所以用户经常需要带上备用电池或特定型号的有线充电器。这无疑为用户带来了很多繁琐体验，从而降低了用户使用的舒适度。

因此，无线充电技术越来越得到了消费者的广泛青睐。无线充电技术源于无线电能传输技术，小功率无线充电常采用电磁感应式(如对手机充电的Qi方式)，大功率无线充电常采用谐振式(大部分电动汽车充电采用此方式)由供电设备将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。

但是现有的无线充电技术依然存在充电效率过低且充电发热等问题，因此，需要一种新的能够有效解决这一问题的无线充电方案。

实用新型内容

为此，本实用新型提供一种无线充电的发射装置、接收装置和无线充电系统，以力图解决或者至少缓解上面存在的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供一种无线充电的发射装置，包括：逆变电路，适于接收直流电输入，并将该直流电转换为交流电；无线充电发射天线，与逆变电路连接，适于接收逆变电路输出的交流电，并向无线充电的接收装置发射交流电电能；第一近场通讯天线，适于接收无线充电的接收装置发送的电池电压信号；第一通讯模块，与第一近场通讯天线连接，适于从电池电压信号中提取电池电压值；以及第一微控制器，分别与第一通讯模块和逆变电路连接，适于接收第一通讯模块反馈的电池电压值，并根据该电池电压值调节逆变电路的输出功率。

可选地，在根据本实用新型的发射装置中，第一微控制器包括第一通讯模块，采用TI BQ500212A。

可选地，在根据本实用新型的发射装置中，逆变电路被配置为半桥逆变器，采用TICSD97376Q4M*2；以及无线充电发射天线和第一近场通讯天线被配置为符合Qi标准的无线充电线圈。

可选地，在根据本实用新型的发射装置中，第一微控制器适于通过调节逆变电路的交流电频率或输入电源幅值来调节逆变电路的输出功率。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种无线充电的接收装置，包括：无线充电接收天线，适于接收无线充电的发射装置发射的交流电电能；整流电路，与无线充电接收天线连接，适于将接收到的交流电转换为直流电；分压器，与整流电路连接，适于调节整流电路的输出电压值；直充模块，与整流电路和分压器连接，适于监测电池电压值；第二微控制器，分别与分压器和直充模块连接，适于接收直充模块反馈的电池电压值，并根据该电池电压值来调节分压器的分压比例，从而调节整流电路的输出电压；第二通讯模块，与第二微控制器连接，适于接收第二微控制器反馈的电池电压值；以及第二近场通讯天线，与第二通讯模块连接，适于将电池电压值转换为电池电压信号，并将其发送给无线充电的发射装置。

可选地，在根据本实用新型的接收装置中，无线充电的接收装置为移动终端，第二微控制器为移动终端的处理器。

可选地，在根据本实用新型的接收装置中，整流电路和第二通讯模块采用TIBQ51221，无线充电接收天线和第二近场通讯天线被配置为符合Qi标准的无线充电线圈。

可选地，在根据本实用新型的接收装置中，直充模块采用TI BQ25871；分压器采用TI TPL0102数字分压器，其通过I2C调节电阻来实现分压比例的调节。

根据本实用新型的又一个方面，提供一种无线充电系统，包括如上所述的无线充电的发射装置和接收装置。

根据本实用新型的技术方案，采用低压直充的充电方案，在无线充电的接收端中，直充模块实时监测充电电池的电压，并将其反馈给第二微控制器，第二微控制器根据该电池电压值，调节分压器的分压比例，使得整流电路的输出电压值为该电池电压值。也就是，本实用新型通过即时调整输出电压值，使充电器直接对电池充电，而不需要再经过BUCK等降压技术。另一方面，接收端将该电池电压值反馈给无线充电的发射端，发射端中的第一微控制器根据该电池电压值来调节逆变电路的交流电频率或输出电压幅值，从而调节逆变电路的输出功率。这样，本实用新型根据接收端的电池电压值，实时地调整发射端中逆变电路的输出功率和接收端中整流电路的输出电压，使得这两个值都恰好满足当前的电池电压值，从而有效保证输入电源的能量利用效率，避免了充电电能的冗余浪费，从而有效地提高充电效率，且解决了电子产品的充电发热问题。

附图说明

为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的无线充电系统100的示意图；

图2A示出了根据本实用新型一个实施例的无线充电的发射装置200的示意图；以及

图2B示出了根据本实用新型一个实施例的无线充电的接收装置300的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本实用新型一个示例性实施例的无线充电系统100的示意图。如图1所示，无线充电系统100包括无线充电的发射装置200和无线充电的接收装置300，其中发射装置200和接收装置300之间通过通讯网络连接。

无线充电的发射装置200包括逆变电路210、无线充电发射天线220、第一近场通讯天线230、第一通讯模块240和第一微控制器250。

逆变电路210适于接收直流电输入，并将直流电转换为交流电。其可根据第一微控制器的控制指令，调节交流电源的输出功率。根据一个实施例，逆变电路210可以为半桥逆变器，具体可以采用TI CSD97376Q4M*2半桥逆变器。

无线充电发射天线220与逆变电路210连接，适于接收逆变电路210输出的交流电，并向无线充电的接收装置300发射交流电电能。

第一近场通讯天线230适于接收无线充电的接收装置300发送的电池电压信号。

根据不同的无线充电和近场通讯协议，无线充电发射天线220和第一近场通讯天线230可为线圈、印制天线或其他类型天线等。根据一个实施例，这两种天线均可被配置为符合Qi标准的无线充电线圈。

第一通讯模块240与第一近场通讯天线230连接，适于从第一近场通讯天线230接收到的电池电压信号中提取电池电压值，并将该电池电压值反馈给第一微控制器250。第一通讯模块240可以通过第一近场通讯天线230与无线充电的接收装置300进行通讯。

第一微控制器250即MCU，分别与逆变电路210和第一通讯模块240连接，适于接收第一通讯模块240反馈的电池电压值，并根据该电池电压值对逆变电路210的输出功率进行调节，使得该输出功率恰好满足当前无线充电的接收装置中的需求电压值。

进一步地，第一微控制器250可以通过调节逆变电路210的交流电频率或输入电源幅值来调节逆变电路210输出功率。而且，以上模块还可根据实际方案进行整合，如第一微控制器250可以包括第一通讯模块240，其被配置为可支持无线充电控制和WPC通讯方式的无线充电管理器，如采用TIBQ500212A无线电源芯片。

无线充电的接收装置300包括无线充电接收天线310、整流电路320、分压器330、直充模块340、第二微控制器350、第二通讯模块360和第二近场通讯天线370。通过这些设置对接收装置300中的负载(如电池)进行充电。

无线充电接收天线310适于接收无线充电的发射装置200所发射的交流电电能，其可被配置为符合Qi标准的无线充电线圈。

整流电路320与无线充电接收天线310连接，适于将接收到的交流电转换为直流电。

分压器330与整流电路320连接，适于调节整流电路320的输出电压值。根据一个实施例，分压器330可采用TI TPL0102数字分压器，其通过I2C调节电阻来实现分压比例的调节。

直充模块340与整流电路320和分压器330连接，适于监测电池电压值，并将检测到的电池电压值反馈给第二微控制器350。直充模块340可被配置为具有高功率MOS且同时包含电压检测和安全保护的电池充电器，如使用TIBQ25871。直充模块340还可以用于特殊情况下的MOS充电保护，当检测到的电池电压值过高时，直充模块340可以控制充电电路切断，从而实现充电保护。应当注意，直充模块340的电压采集功能和充电保护功能可以各自独立设置，也可以独立于一个模块。

第二微控制器350分别与分压器330和直充模块340连接，适于处理和控制充电信息，具体适于接收直充模块340反馈的电池电压值，并根据该电池电压值来调节分压器330的分压比例，从而调节整流电路320的输出电压。一般地，可以调节整流电路320的输出电压略高于电池电压，从而避免能量的冗余浪费以缓解充电加热问题。另外，第二微控制器340还可以将其接收到的电池电压值反馈给第二通讯模块360，其可以为系统主芯片或独立MCU。

第二通讯模块360与第二微控制器350连接，适于接收第二微控制器350反馈的电池电压值，其可以通过第二近场通讯天线370与无线充电的发射装置200进行通讯。根据一个实施例，整流电路320和第二通讯模块360均可被配置为可支持无线充电接收和WPC通讯方式的无线电源接收器，如采用TI BQ51221。

第二近场通讯天线370与第二通讯模块360连接，适于将该电池电压值转换为电池电压信号，并将其发送给无线充电的发射装置200。具体地，将该电池电压信号发送给接收装置200中的第一近场通讯天线230。同样地，第二近场通讯天线370也可被配置为符合Qi标准的无线充电线圈。

根据一个实施例，无线充电的接收装置300可以为移动终端，此时第二微控制器340为移动终端的处理器，如可采用MTK MT6797处理器。

根据本实用新型中的无线充电系统100中，在无线充电的接收装置300中，直充模块340实时监测充电电池的电压值，并将其反馈给第二微控制器350。之后，第二微控制器350一方面根据该电池电压值，调节分压器330的分压比例，使得整流电路320的输出电压值为该电池电压值。另一方面，第二微控制器350将该电池电压值依次经过第二通讯模块360、第二近场通讯天线370、第一近场通讯天线230、第一通讯模块240后传输给第一微控制器250。之后，第一微控制器250根据接收到的电池电压值来调节逆变电路210的交流电频率或输出电压幅值，从而调节逆变电路的输出功率，使得该输出功率恰好匹配整流电路320所需的输入功率。这样，逆变电路210输出的交流电电能依次经过无线充电发射天线220和无线充电接收天线230传输到整流电路320的输入端，通过控制使得整流电路320输入端的电能恰为(或略高于)其目前所需的能量值，因此不会造成能量的过多浪费，从而有效缓解电池充电发热问题。

也就是，本实用新型根据接收端的电池电压值，通过即时调整发射端中逆变电路的输出功率和接收端中整流电路的输出电压，使得这两个值都恰好满足当前的电池电压值。这样，实现了充电器直接对电池充电，而不需要再经过BUCK等降压技术，从而有效保证输入电源的能量利用效率，避免了充电电能的冗余浪费，从而有效地提高充电效率，且解决了电子产品的充电发热问题。

此外，虽然这里未明确说明各模块的工作原理及交互过程，如通讯天线之间如何进行传输信号，通讯模块之间如何进行信号通讯，电能在整个流程中如何传递，逆变电路和整流电路如何进行交直流电的转换，但本领域技术人员应该理解这些采用现有的常规方式即可实现，这里不再赘述。

图2A和图2B分别示出了根据本实用新型另一个示例性实施例的200的无线充电的发射装置200和接收装置300的示意图，其中，粗箭头为充电大电源路径，细箭头为通讯、控制或者IC供电路径。

如图2A所示，LDO是一种低压差线性稳压器，使用在其线性区域内运行的晶体管或FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。BQ500212A代表第一通讯模块240和第一微控制器250，CSD973766 1/2Bridge代表逆变电路210，发射线圈包括无线充电发射天线220和第一近场通讯天线230。

如图2B所示，接收线圈包括无线充电接收天线310和第二近场通讯天线370，BQ51221代表整流电路320和第二通讯模块360，BQ25871代表直充模块340，电池为接收装置300的充电电池，TPL1020代表分压器330，MT6797代表第二微控制器350。TPL0102调节区间很大，对应输出电压区间为2.052～5.013V，涵盖手机电池的正常使用电压范围。

以下将以图2A和图2B为例说明无线充电系统100的实现流程：

1)无线充电的接收装置300与发射装置200发生无线充电需求；

2)接收装置300通过BQ25871采集电池电压值，反馈给MT6797；

3)MT6797根据负载信息，通过I2C调节TPL0102至对应状态，确保BQ51221的输出电压为需求值，如略高于电池电压值；

4)MT6797I2C控制BQ51221开始执行无线充电动作；

5)BQ51221开始供电动作，通过接收线圈和发射线圈通知BQ500212开始执行充电动作，BQ500212调节CSD973766输出为合适的功率；

6)BQ500212输出PWM信号，控制CSD973766进行交流电转换动作；

7)交流电源信号通过发射线圈耦合到接收线圈；

8)BQ51221将接收到的交流电源信号转换为对应幅值的直流电源信号，通过BQ25871的MOS给电池充电；

9)BQ25871持续监控电池电压，更新电池电压值给MT6797；

10)MT6797根据电池电压值，通过I2C通讯调节TPL0102值，以便保持输入直流电源信号略高于电池电压，达到充电目的。

根据本实用新型的技术方案，直接将无线充电传输的高频信号整流为需求电压值来对电池进行直接供电，而且直充模式能让充电端较少地使用BUCK进行调压，从而有效提高充电效率，且降低了充电发热。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该实用新型的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本实用新型，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本实用新型的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本实用新型的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本实用新型的范围，对本实用新型所做的公开是说明性的，而非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种无线充电的发射装置，其特征在于，包括：

逆变电路，适于接收直流电输入，并将该直流电转换为交流电；

无线充电发射天线，与所述逆变电路连接，适于接收所述逆变电路输出的交流电，并向无线充电的接收装置发射交流电电能；

第一近场通讯天线，适于接收无线充电的接收装置发送的电池电压信号；

第一通讯模块，与所述第一近场通讯天线连接，适于从所述电池电压信号中提取电池电压值；以及

第一微控制器，分别与所述第一通讯模块和逆变电路连接，适于接收所述第一通讯模块反馈的电池电压值，并根据该电池电压值调节所述逆变电路的输出功率。

2.如权利要求1所述的发射装置，其特征在于，所述第一微控制器包括所述第一通讯模块，采用TI BQ500212A。

3.如权利要求1所述的发射装置，其特征在于，

所述逆变电路被配置为半桥逆变器，采用TI CSD97376Q4M*2；以及

所述无线充电发射天线和第一近场通讯天线被配置为符合Qi标准的无线充电线圈。

4.如权利要求1所述的发射装置，其特征在于，所述第一微控制器适于通过调节所述逆变电路的交流电频率或输入电源幅值来调节所述逆变电路的输出功率。

5.一种无线充电的接收装置，其特征在于，包括：

无线充电接收天线，适于接收无线充电的发射装置发射的交流电电能；

整流电路，与所述无线充电接收天线连接，适于将接收到的交流电转换为直流电；

分压器，与所述整流电路连接，适于调节所述整流电路的输出电压值；

直充模块，与所述整流电路和分压器连接，适于监测电池电压值；

第二微控制器，分别与所述分压器和直充模块连接，适于接收所述直充模块反馈的电池电压值，并根据该电池电压值来调节所述分压器的分压比例，从而调节所述整流电路的输出电压；

第二通讯模块，与所述第二微控制器连接，适于接收所述第二微控制器反馈的电池电压值；以及

第二近场通讯天线，与所述第二通讯模块连接，适于将所述电池电压值转换为电池电压信号，并将其发送给无线充电的发射装置。

6.如权利要求5所述的接收装置，其特征在于，所述无线充电的接收装置为移动终端，所述第二微控制器为移动终端的处理器。

7.如权利要求5所述的接收装置，其特征在于，所述整流电路和第二通讯模块采用TIBQ51221，所述无线充电接收天线和第二近场通讯天线被配置为符合Qi标准的无线充电线圈。

8.如权利要求5所述的接收装置，其特征在于，所述直充模块采用TIBQ25871；所述分压器采用TI TPL0102数字分压器，其通过I2C调节电阻来实现分压比例的调节。

9.一种无线充电系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-4中任一项所述的无线充电的发射装置；和

如权利要求5-8中任一项所述的无线充电的接收装置。