CN207320882U - 无线充电系统、发射装置及接收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭露一种无线充电系统、发射装置及接收装置。该无线充电系统包含发射装置以及接收装置。发射装置的驱动电路接收直流输入电源和脉冲宽度调变信号，将直流输入电源转为交流电源，传送至初级线圈。接收装置的次级线圈电磁耦合于初级线圈，通过整流稳压电路将交流电源转换成直流充电电源，对充电电池进行充电。接收装置的接收端控制器接收供电状态信号及充电状态信号，对应产生回传信号，并通过调制电路调制于次级线圈上，再经由发射装置的解调电路对初级线圈所载的回传信号解码后形成输入信号。发射端控制器依据输入信号产生脉冲宽度调变信号，传送至驱动电路，调整发射装置的无线充电电源。本实用新型能提升充电的效率。

Description

无线充电系统、发射装置及接收装置

技术领域

本实用新型是关于一种无线充电系统以及其中的发射装置和接收装置，特别是关于一种可在发射装置和接收装置之间进行无线充电，并由接收装置回传充电状态来调整发射装置供电的无线充电系统。

背景技术

目前各种手持的电子装置，例如电动牙刷、电动刮胡刀、无线麦克风等，多会使用充电电池以提供电子装置所需电源，增加使用上的便利性。对于充电电池进行充电的方法，也从原本须由金属电极接触，发展至无须接触的无线充电。然而，现今的无线充电方式，仍有使用上的各种限制。以现有的电动牙刷为例，其无线充电结构使用的是变压器原理，需要将磁芯插入次级线圈里面，大部分的产品是于底部设置一个凹槽以供磁芯插入，无法将充电结构设置于侧面。即便出现无须凹槽的无线充电结构，但立体形状的线圈，也仅能设置于装置底面，造成产品在设计自由度上有很大的限制。

另外，充电座提供的大多为固定的充电电流，在电子装置充电状态改变时并无法即时调整，针对相同产品元件于制造时形成的误差，也无法进行微调来提供最适当的充电电流。因此，现有的无线充电在充电效率上仍有改善的空间。

综观前所述，本实用新型的创作人思索并设计能进行无线充电及同时调整充电电流量的无线充电系统及装置，以期针对已知技术的缺失加以改善，进而增进产业上的实施利用。

实用新型内容

有鉴于上述已知技艺的问题，本实用新型的其中一目的就是在提供一种无线充电系统及其发射装置和接收装置，以创新的线圈设置及对应的电路结构，让装置在外观设计上有更大的弹性，并通过回传充电和供电状态即时调整供电电流，进一步提升无线充电效率。

根据本实用新型的目的，提出一种无线充电系统，其包含发射装置以及对应发射装置设置的接收装置。其中，发射装置包含驱动电路、初级线圈、解调电路以及发射端控制器。驱动电路连接于电源供应装置，接收直流输入电源，并接收脉冲宽度调变(Pulse WidthModulation,PWM)信号，将直流输入电源转为交流电源。初级线圈连接于驱动电路，接收交流电源。解调电路连接于初级线圈，对初级线圈所载的回传信号解码后形成输入信号。发射端控制器连接于解调电路及驱动电路，接收输入信号并对应产生脉冲宽度调变信号，传送至驱动电路。接收装置包含次级线圈、整流稳压电路、接收端控制器以及调制电路。次级线圈电磁耦合于初级线圈，接收交流电源。整流稳压电路连接于次级线圈，将交流电源转换成直流充电电源，直流充电电源对充电电池进行充电。接收端控制器连接于整流稳压电路及充电电池，接收供电状态信号及充电状态信号并对应产生回传信号。调制电路连接于接收端控制器及次级线圈，将回传信号调制于次级线圈上。

较佳者，发射装置可包含过温保护电路，连接于发射端控制器。

较佳者，发射装置可包含发射端显示灯号，连接于发射端控制器，显示发射装置的供电状态。

较佳者，接收装置可包含电机(motor)驱动电路，选择性地由直流充电电源或充电电池供电，并连接于接收端控制器，接收脉冲宽度调变控制信号，驱动电机转动。

较佳者，接收装置可包含接收端显示灯号，连接于电源选择电路，显示接收装置的供电状态及充电状态，并将供电状态信号及充电状态信号传送至接收端控制器。

根据本实用新型的目的，提出一种发射装置，对接收装置进行无线充电，发射装置包含驱动电路、初级线圈、解调电路以及发射端控制器。驱动电路连接于电源供应装置，接收直流输入电源，并接收脉冲宽度调变信号，将直流输入电源转为交流电源。初级线圈连接于驱动电路，接收交流电源。解调电路连接于初级线圈，对初级线圈所载的回传信号解码后形成输入信号。发射端控制器连接于解调电路及驱动电路，接收输入信号并对应产生脉冲宽度调变信号，传送至驱动电路。其中，初级线圈电磁耦合于接收装置的次级线圈，由交流电源对接收装置的充电电池充电，接收装置的供电状态及充电状态通过接收端控制器产生回传信号，并由调制电路调制于次级线圈，通过电磁耦合的初级线圈回传至接收装置。

较佳者，发射装置可包含过温保护电路，连接于发射端控制器。

较佳者，发射装置可包含发射端显示灯号，连接于发射端控制器，显示发射装置的供电状态。

根据本实用新型的目的，提出一种接收装置，通过发射装置进行无线充电，接收装置包含次级线圈、整流稳压电路、接收端控制器以及调制电路。次级线圈电磁耦合于发射装置的初级线圈，接收交流电源。整流稳压电路连接于次级线圈，将交流电源转换成直流充电电源，直流充电电源对充电电池进行充电。接收端控制器连接于整流稳压电路及充电电池，接收供电状态信号及充电状态信号并对应产生回传信号。调制电路连接于接收端控制器及次级线圈，将回传信号调制于次级线圈上。其中，回传信号通过电磁耦合的初级线圈回传至接收装置，经由解调电路解码后形成输入信号，发射装置的发射端控制器对应输入信号产生脉冲宽度调变信号，控制驱动电路调整交流电源。

较佳者，接收装置可包含电机驱动电路，选择性地由直流充电电源或充电电池供电，并连接于接收端控制器，接收脉冲宽度调变控制信号，驱动电机转动。

承上所述，本实用新型的无线充电系统及其发射装置和接收装置，其可具有一个或多个下述优点：

(1)此无线充电系统及其发射装置和接收装置，可将充电线圈设计为平面形状，使充电线圈可装在电子装置以及充电座的侧边，在选择线圈装设位置及装置结构设计上有更大的自由度。

(2)此无线充电系统及其发射装置和接收装置，可使用线圈进行数据通信，接收装置可将充电电流、电池电量等信息，调制于线圈上以回传信息至发射装置，发射装置进而依据收到的信息即时调整充电电流量，达到即时回馈与控制的效果。

(3)此无线充电系统及其发射装置和接收装置，可解决装置批量生产时因出厂元件误差引起的充电电流不一致问题，依据接收装置实际需求状态来进行调整，相较于市面上固定充电电流的充电方式，能以最适当的电量进行无线充电，提升充电的效率。

附图说明

图1为本实用新型的实施例的无线充电系统的方块图。

图2A、图2B为本实用新型的实施例的发射装置的电路示意图。

图3A、图3B为本实用新型的实施例的接收装置的电路示意图。

图4为本实用新型的实施例的电动牙刷的示意图。

附图标号

1：无线充电系统

10：发射装置

11：充电座

20：接收装置

21：电动牙刷

50：电源供应装置

100：驱动电路

101、J1：初级线圈

102：解调电路

103：发射端控制器

104：过温保护电路

111：感应线圈

200、J2：次级线圈

201：整流稳压电路

202：充电电池

203：接收端控制器

204：调制电路

205：电机驱动电路

206：电机

300～308、400～410：区块

C：电容

D：二极管

Q：晶体管

R：电阻

U：控制芯片单元

具体实施方式

为利贵审查员了解本实用新型的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，兹将本实用新型配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本实用新型实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系局限本实用新型于实际实施上的专利范围，合先叙明。

以下将参照相关图式，说明依本实用新型的无线充电系统及其发射装置和接收装置的实施例，为使便于理解，下述实施例中的相同元件以相同的符号标示来说明。

请参阅图1，其为本实用新型的实施例的无线充电系统的方块图。如图所示，无线充电系统1包含发射装置10和接收装置20，发射装置10可为充电座或充电板，连接如USB供电电源的电源供应装置50，接收直流输入电源。接收装置20可为手持电子装置，例如电动牙刷、电动刮胡刀、美容仪、无线麦克风等，但本实用新型不以上述装置为限。接收装置20对应于发射装置10设置，例如充电座设计对应于电动牙刷外型的底座，使电动牙刷放置于底座上时，接收装置20与发射装置10的感应线圈能互相耦合。

进一步说明，发射装置10包含驱动电路100、初级线圈101、解调电路102、发射端控制器103以及过温保护电路104。驱动电路100连接于电源供应装置50，接收直流输入电源，例如输入电压为5V的直流电源。驱动电路同时接收发射端控制器103所传来的脉冲宽度调变信号，例如开关频率在100kHz-200kHz之间，可根据线圈及功率要求调整。通过脉冲宽度调变信号将直流输入电源转为交流电源，传送至初级线圈101。当发射装置10和接收装置20的线圈耦合时，电能可由发射装置10的线圈传送至接收装置20的线圈，进行无线供电。

除了上述的电能传输部分外，发射装置10还具有与接收装置20进行数据通信的部分。详言之，发射装置10设置解调电路102，连接于初级线圈101，在线圈耦合进行电能传输的同时，检测初级线圈101所载的回传信号，并经由解调、滤波、整形等电路的解码后，形成回传数据的输入信号，传送至发射端控制器103。发射端控制器103可为微控制器，以控制芯片的方式设置于发射装置10当中，接收解调电路102的输入信号后，对应产生脉冲宽度调变信号，传送至驱动电路100。这里所述的回传数据，可包含接收装置20需求的充电电流和实际接收到的充电电流大小，或者是电池电量多寡的信息，而发射端控制器103通过上述信息对应送出脉冲宽度调变信号至驱动电路100，调整充电电流量，提升充电效率并减少必要的电能损耗，例如在电池充满后改以最低电能供电。另外，过温保护电路104连接于发射端控制器103，监测控制器的操作，当温度超过预设值时，送出信号至发射端控制器103，保护发射装置10的运作，避免过热造成装置损坏，提升使用上的安全性。

在接收装置20当中，包含次级线圈200、整流稳压电路201、充电电池202、接收端控制器203、调制电路204以及电机驱动电路205。次级线圈200电磁耦合于发射装置10的初级线圈101，接收交流电源，并通过整流稳压电路201将交流电源转为直流电源，并经由芯片控制电路完成稳压后，形成稳定的直流充电电源对充电电池202进行充电。充电电池连接于整流稳压电路，由直流充电电源对充电电池进行充电。在发射装置10与接收装置20的线圈耦合以进行无线充电的同时，接收装置20的接收端控制器203监测直流充电电源供电状态及充电电池充电状态，并且对应产生回传信号，此处回传信号当中可同时包含经过整流稳压电路201的供电状态和充电电池202的充电状态，也可仅包含单一状态的信息。接收端控制器203将回传信号传送至调制电路204，将要进行通信回传的信号利用调幅技术调制在次级线圈200上，使得接收装置20的次级线圈200与发射装置10的初级线圈101耦合时，除了进行电能传输外，也同时进行数据通信传输，将进行无线充电的实际状态回传至发射装置10，依据前述的方式调整无线充电的电量，达到最佳的充电效率。

在接收装置20当中，还设置电机驱动电路205，连接于整流稳压电路201及充电电池202，在进行无线充电时，电机驱动电路205可以依据充电电池202的充电状态，选择由充电电池202供电或是直接由直流充电电源进行供电。除此之外，电机驱动电路205也连接于接收段控制器203，接收脉冲宽度调变控制信号，进而驱动电机206，调整转动或震动的频率。本实施例是以电动牙刷操作时所需的电机来进行说明，但本实用新型不局限于此，其他利用充电电池202进行操作的电子装置，亦可改用对应的驱动电路来执行。因此，本实用新型所述的技术手段，包含可进行无线充电的各种手持电子装置。

接着，图2A、图2B和图3A、图3B将更进一步介绍图1的无线充电系统1当中发射装置10和接收装置的电路设计示意图，其包含有多个电容C、晶体管Q、电阻R、二极管D、控制芯片单元U、放大器等串并联组合而成，但应了解到，图2A、图2B和图3A、图3B只是本实用新型的一示例，使用者可在达成相同的功能下自行弹性规划其内部的被动元件组合方式。

请参阅图2A、图2B，其为本实用新型的实施例的发射装置的电路示意图，请同时参阅图1，图2A对应于发射装置10当中的驱动电路100、初级线圈101以及解调电路102，图2B对应于发射装置10中的发射端控制器103及过温保护电路104。图2A当中的区块300对应于发射装置10的驱动电路100，其中的控制芯片接收脉冲宽度调变信号(PWM)及直流输入电源(+5V)，调整输出的电源，传送至区块301的LC震荡器，即传送至初级线圈J1。初级线圈J1所载的回传信号经撷取(CAP0)后传送至区块302的解调电路102，再经由区块303的RC滤波器、区块304的放大器及区块305的比较器等电路，形成输入信号(DATA_IN)。

图2B当中，输入信号经由区块306对应的发射端控制器103的芯片接脚接收，对应产生脉冲宽度调变信号(PWM)，传送至区块300的驱动电路100。另外，发射端控制器还连接至区块307的过温保护电路104以及区块308的发射端显示灯号。过温保护电路包含热敏性电阻，在温度超过预设值时传送信号(ADC_IN)至发射端控制器103，避免发射装置过热损坏。发射端显示灯号则可包含不同颜色的LED，显示发射装置的供电状态。

请参阅图3A、图3B，其为本实用新型的实施例的接收装置的电路示意图。同时参阅图1，图3A对应于接收装置20当中的次级线圈200、整流稳压电路201、接收端控制器202以及调制电路204，图3B对应于接收装置20中的充电电池202、电机驱动电路205、电源选择电路及接收端显示灯号。图3A当中的区块400，为接收装置20的LC震荡器，包含次级线圈J2。与发射装置10的线圈耦合后接收交流电源，经由区块401的整流电路、区块402的输入电压检测电路以及区块403的降压电路，转换成直流充电电源(+5V)。此处的直流电源可对区块404所对应的接收端控制器203供电(VIN)，而供电状态也可通过回传信号(DATA)传送至区块405的调制电路，将信号调制于次级线圈J2上，以进行数据通信，将数据回传至发射装置10。

图3B当中，区块406为接收装置20的电机驱动电路，其连接于充电电池(BAT1)，通过电池电源或充电电源供电，加上接收端控制器202所传送的脉冲宽度调变控制信号，驱动电机(MOTOR)转动。接收装置20还可包含区块407的充电电流控制电路、区块408的电池电压检测电路以及区块409的电源选择电路，经由电源选择电路所判断的供电电压(VCC)，可通过区块410的接收端5显示灯号呈现接收装置的供电状态，并将供电状态信号传送至接收端控制器202。

请参阅图4，其为本实用新型的实施例的电动牙刷的示意图。如图所示，无线充电系统的发射装置可为充电座11，而接收装置可为电动牙刷21，充电座11可连接于USB供电装置或市电，并且对应电动牙刷21外型设计置放空间，让电动牙刷21能置于充电座11上进行无线充电。此外，充电座11的感应线圈111是平面形状，可设置于装置的侧边，无须如现有的充电装置在底部设计插槽、凹槽等结构，因此在装置的结构设计上有更大的自由度。同样地，电动牙刷21的感应线圈也是对应的平面形状，同样设置于装置侧边，对于手持装置外观造型的设计上能有更多的选择，不再局限于凹槽结构。同时，线圈的尺寸也可比现有技术进一步缩减，例如小于15mm，使得产品外观设计及内部结构配置上有更大的变化空间。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本实用新型的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于权利要求中。

Claims (10)

1.一种无线充电系统，其特征在于，其包含：

一发射装置，其包含：

一驱动电路，连接于一电源供应装置，接收一直流输入电源，并接收一脉冲宽度调变信号，将该直流输入电源转为一交流电源；

一初级线圈，连接于该驱动电路，接收该交流电源；

一解调电路，连接于该初级线圈，对该初级线圈所载的一回传信号解码后形成一输入信号，以及

一发射端控制器，连接于该解调电路及该驱动电路，接收该输入信号并对应产生该脉冲宽度调变信号，传送至该驱动电路；以及

一接收装置，设置对应于该发射装置，其包含：

一次级线圈，电磁耦合于该初级线圈，接收该交流电源；

一整流稳压电路，连接于该次级线圈，将该交流电源转换成一直流充电电源，该直流充电电源对一充电电池进行充电；

一接收端控制器，连接于该整流稳压电路及该充电电池，接收一供电状态信号及一充电状态信号并对应产生该回传信号；以及

一调制电路，连接于该接收端控制器及该次级线圈，将该回传信号调制于该次级线圈上。

2.如权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，该发射装置包含一过温保护电路，连接于该发射端控制器。

3.如权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，该发射装置包含一发射端显示灯号，连接于该发射端控制器，显示该发射装置的供电状态。

4.如权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，该接收装置包含一电机驱动电路，选择性地由该直流充电电源或该充电电池供电，并连接于该接收端控制器，接收一脉冲宽度调变控制信号，驱动一电机转动。

5.如权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，该接收装置包含一接收端显示灯号，连接于一电源选择电路，显示该接收装置的供电状态及充电状态，并将该供电状态信号及该充电状态信号传送至该接收端控制器。

6.一种发射装置，其特征在于，对一接收装置进行无线充电，其包含：

一驱动电路，连接于一电源供应装置，接收一直流输入电源，并接收一脉冲宽度调变信号，将该直流输入电源转为一交流电源；

一初级线圈，连接于该驱动电路，接收该交流电源；

一解调电路，连接于该初级线圈，对该初级线圈所载的一回传信号解码后形成一输入信号，以及

一发射端控制器，连接于该解调电路及该驱动电路，接收该输入信号并对应产生该脉冲宽度调变信号，传送至该驱动电路；

其中，该初级线圈电磁耦合于该接收装置的一次级线圈，由该交流电源对该接收装置的一充电电池充电，该接收装置的供电状态及充电状态通过一接收端控制器产生该回传信号，并由一调制电路调制于该次级线圈，通过电磁耦合的该初级线圈回传至该接收装置。

7.如权利要求6所述的发射装置，其特征在于，进一步包含一过温保护电路，连接于该发射端控制器。

8.如权利要求6所述的发射装置，其特征在于，进一步包含一发射端显示灯号，连接于该发射端控制器，显示该发射装置的供电状态。

9.一种接收装置，其特征在于，通过一发射装置进行无线充电，其包含：

一次级线圈，电磁耦合于该发射装置的一初级线圈，接收一交流电源；

一整流稳压电路，连接于该次级线圈，将该交流电源转换成一直流充电电源，该直流充电电源对一充电电池进行充电；

一接收端控制器，连接于该整流稳压电路及该充电电池，接收一供电状态信号及一充电状态信号并对应产生一回传信号；以及

一调制电路，连接于该接收端控制器及该次级线圈，将该回传信号调制于该次级线圈上；

其中，该回传信号通过电磁耦合的该初级线圈回传至该接收装置，经由一解调电路解码后形成一输入信号，该发射装置的一发射端控制器对应该输入信号产生一脉冲宽度调变信号，控制一驱动电路调整该交流电源。

10.如权利要求9所述的接收装置，其特征在于，进一步包含一电机驱动电路，选择性地由该直流充电电源或该充电电池供电，并连接于该接收端控制器，接收一脉冲宽度调变控制信号，驱动一电机转动。