CN207926203U

CN207926203U - 一种激光充电装置

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Publication number: CN207926203U
Application number: CN201720870301.9U
Authority: CN
Inventors: 夏勇锋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2018-09-28
Anticipated expiration: 2027-07-18

Abstract

本实用新型公开了一种激光充电装置，包括发射端和接收端，发射端包括电机和电机控制电路、激光管和激光发射控制电路、镜头，接收端包括硅光板和硅光板接收电路、升压电路和锂电池；电机控制电路与电机相连，控制电机的运行；电机与激光管相连，带动激光管运动；激光发射控制电路与激光管相连，驱动激光管发射激光；激光管发射的激光透过镜头在硅光板上形成光斑；升压电路将硅光板提供的输出电压提升后为锂电池充电。本实用新型实现了激光对电子设备锂电池的无线充电，充电方便，充电距离和效率高。

Description

一种激光充电装置

技术领域

本实用新型属于光电领域，涉及一种使用激光给锂电池充电的激光充电装置。

背景技术

随着无线通信与信息处理技术的发展，手机、平板计算机、笔记本计算机等可以携式电子设备的应用日益普遍。由于人们变得越来越依赖于这些便携式电子设备所带来的好处，因此能够使用户随时使用这些电子设备就变得尤为重要。可以携式电子设备的使用一般要由内置或可替换的锂电池来提供电能，然使用一段时间以后，锂电池电量会耗尽，这时就需对锂电池进行充电。

目前对锂电池的充电必须于有固定电源及充电器的情况下才能进行充电，携带电子设备的充电器的时候，充电器的电线缠绕给人带来困扰，在充电时有线连接也导致充电不方便。

无线充电方面，目前主要的无线充电方式有太阳能充电、电磁充电。太阳能充电方式难以在较小的体积提供较大的电流输出，难以胜任快速充电的要求。电磁波是发散的较容易受干扰，在短距离范围可以提供较高的效率和较大的输出电流，但是在距离稍大之后效率就急剧下降，导致输出电流也随之减小，并且辐射范围较大。

综上所述，现有电子设备的充电方式存在以下缺点：大多数电子设备的充电器为有线的，充电器与电子设备之间必须通过电线连接；采用电磁波的无线充电方式，容易受干扰，有效充电距离短，并且其充电辐射大。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种激光充电装置，目的在于采用激光技术实现远距离的无线充电。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种激光充电装置，包括发射端和接收端，所述发射端包括电机和电机控制电路、激光管和激光发射控制电路、镜头，所述接收端包括硅光板和硅光板接收电路、升压电路和锂电池；所述电机控制电路与电机相连，控制电机的运行；所述电机与激光管相连，带动激光管运动；所述激光发射控制电路与激光管相连，驱动激光管发射激光；所述镜头位于激光管的前端，所述激光管发射的激光透过所述镜头在所述硅光板上形成光斑；所述硅光板接收电路与硅光板相连，将硅光板接收的电能输入到板载电容；所述升压电路与硅光板接收电路及锂电池相连，将所述硅光板提供的输出电压提升后为所述锂电池充电。

依照本实用新型的一个方面，所述电机包括第一电机、第二电机以及第三电机，所述电机控制电路包括第一电机控制电路、第二电机控制电路以及第三电机控制电路；所述第一电机和第一电机控制电路用于激光管平面上X方向的位置控制；所述第二电机和第二电机控制电路用于激光管平面上Y方向的位置控制；所述第三电机和第三电机控制电路用于激光管Z方向上的进退调焦，调整激光管到镜头的距离，控制激光管通过镜头产生的光斑尺寸。

依照本实用新型的一个方面，所述激光发射控制电路包括第一发射控制电路和第二发射控制电路，所述第一发射控制电路和第二发射控制电路分别与激光管相连；所述第一发射电路驱动激光管发射出满功率为1W的880nm红外光不可见光；所述第二发射电路驱动激光管发射出满功率为5MW的红色可见光。

依照本实用新型的一个方面，所述镜头采用D＝5MM，F＝10高透光学玻璃作为聚光透镜；通过调整激光管到镜头的距离，实现光斑的大小调教；调节幅度为一度，相当于成像距离0.5m；光斑设定为5M，直径4cm，最近为0.2m，直径2cm；光辐射为1w/1cm²。

依照本实用新型的一个方面，所述硅光板采用4片1cm*1cm的硅光片以2*2排列方式，组合成2cm*2cm见方的硅光板；4片硅光片串联形成4x0.5v＝2.0v的硅光板，所述4片硅光片串联通过所述硅光板接收电路中的二极管输入电能到板载电容用于处理器以及后期升压；所述升压电路将所述硅光板提供的最高2v的输出电压提升到4.2v，为所述锂电池充电。

依照本实用新型的一个方面，还包括2.4G无线模块，所述2.4G 无线模块由安装于接收端的2.4G无线发射模块和安装于发射端的2.4G 无线接收模块组成，通过所述2.4G无线模块形成接收端至发射端的单向通讯。

本实用新型实施的优点：

本实用新型采用电机、激光管和镜头配合电路形成发射端，取代一般固定电源；采用硅光板配合电路形成接收端，取代一般充电器；通过电机控制激光在硅光板上形成光斑，硅光板将激光信号转化成电信号，电信号通过硅光板接收电路存储能量、通过升压电路放大电压，实现对锂电池的充电。在终端未连接充电器的状态下进行充电，实现通过激光对电子设备的锂电池进行充电的无线充电模式，从而无需充电器，进而充电方便。激光的方式充电避免了电线的连接；由于激光的单色性好不易受干扰，因此更利于能量的集中，充电距离和效率显著提高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的原理图。

图2是激光发射控制电路图。

图3是硅光板接收电路图。

图4是升压电路图。

图5是硅光板图。

图6是硅光板感应图。

图7是激光管空间图。

图8是激光头摆动图。

图9是激光管与硅光板空间图。

图10是形成光斑图。

图11是全场景扫描图。

图12是扫描频率图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一、原理说明：

原理概述：如图1所示，包括发射端和接收端，发射端包括电机和电机控制电路、激光管和激光发射控制电路、镜头，接收端包括硅光板和硅光板接收电路、升压电路和锂电池；电机控制电路与电机相连，控制电机的运行；电机与激光管相连，带动激光管运动；激光发射控制电路与激光管相连，驱动激光管发射激光；镜头位于激光管的前端，激光管发射的激光透过所述镜头在硅光板上形成光斑；硅光板感应得电；硅光板接收电路与硅光板相连，将硅光板接收的电能输入到板载电容；升压电路与硅光板接收电路及锂电池相连，将硅光板提供的输出电压提升后为锂电池充电。

发射端原理：

电机控制电路，包括三个电机MOTOA、MOTOB、MOTOC的控制电路，使用电机型号为28BYJ-48步进电机。电机MOTOA及其控制电路对应于激光管的X方向，电机MOTOB及其控制电路对应于激光管的Y方向，电机MOTOC及其控制电路对应于激光管的进退用于调焦。使用的MOS型号为MH3400。

激光发射控制电路，如图2所示。包括两个发射控制电路LASERA 和LASERB。发射控制电路LASERA使用满功率为1W的880nm红外光，眼睛不可见光路。发射控制电路LASERB使用满功率为5MW的红色可见光，用于引导和指示。图2中使用的MOS型号为MH3400。

接收端原理：

硅光板接收电路，如图3所示。四块硅光板SILIPA、SILIPB、 SILIPC、SILIPD串联通过二极管输入电源到板载电容，用于处理器以及后期升压。VIN_VLOT_CHECK用于检测硅光板串联后的总电压， VIN_CUR_CHECK用于检测硅光板提供电流，VIN_CHECK_A、 VIN_CHECK_B、VIN_CHECK_用于配置放电电阻用来检测启动信号 9.6KHZ。图3中使用的MOS型号为MH3400。

升压电路，如图4所示。4片硅光片最高能提供2v 0.5a的输出，给锂电池充电，需要提升到4.2v电压。图4中采用的DC/DC升压芯片型号为34063。

其他部分：包括2.4G无线模块、发射端的处理器AVRMEGA128、接受端的处理器ATNY13等配套电路，采用现有技术。

二、机械部件：

方位电机控制：采用电机MOTOA、MOTOB实现激光管的平面上 X、Y两个方位。

光斑控制：固定镜片，通过电机MOTOC调整激光管与镜片的距离，实现目标光斑尺寸控制。

光强度控制：采用D＝5MM F＝10高透光学玻璃作为聚光透镜；通过调整激光管到镜头的距离，从而实现光斑的大小调教；调节幅度为一度，相当于成像距离0.5m，光斑设定为5M，直径4cm，最近为0.2m，直径2cm；光辐射为1w/1cm²，对人体无伤害。

硅光板感应：如图5和图6所示，采用4片1cm*1cm的硅光片组合2X2排列方式，组合成2cm*2cm见方的硅光板；4片硅光片串联形成4x0.5v＝2.0v的硅光板。

无线反馈：发射端使用2.4G无线接受模块；接收端使用2.4G无线发射模块，从而构成硅光片至激光管的单向通讯。

三、功能说明

如图7所示，X空间的水平位置，Y空间的垂直位置，Z空间的纵向位置。如图8所示，b垂直角度45度，在X、Z夹角为b方向。其中，发射的激光头位置为X＝0，Y＝0，Z＝0；正前方a＝0，b＝0；激光管的激光头本身中心点不动，只是实现水平垂直方向的摆动。

全场景扫描模式：如图9所示，上端方块为硅光板，下面为激光管：(1)发射端：打开激光管，频率9.6Khz开关频率50％；总功100mw，预设目标距离为0.50m，光斑直径设置为10mm，如图10所示；(2) 水平扫描：水平从左往右为6度/30ms，扫描角度为180度，耗时900ms； (3)垂直扫描：当水平扫描到右端，开始垂直方向下调5度；(4) 水平逆向扫描：水平从右往左为6度/30ms，扫描角度为180度；重复 (2)；如图11所示，整体平面扫描耗费时间大概27S；(5)纵向扫描：预设目标距离增加0.50m，即将光斑大小预设置为3mm，直径在0.6m；然后重复(2)～(4)，大概耗费时间27S；(6)重复(2)～ (5)，最终距离设置为5m，总计重复10次；实现全环境的3维度，完全扫描耗费时间为270S。

设备定位扫描：发射端接受反馈信号，定位当前空间位置X Y Z；然后在空间上从a＝-15～15，b＝-15～15度角度扫描；扫描采用以目标位置为中心，圆形扫描方式；调整目标光斑大小，Z＝0.5～5M，步进为0.5M 调整；通过读取接受端的信息，计算输出功率与接受端的实际输入功率；输入到输出的功率配置，当两者功率能匹配Pin＝N*Pout,n>0.4，即可认为调整到合理状态；当反复调整，接收端效率太低，n<0.2，放弃充电。

扫描频率：光开关频率为9.6KHz，其中光通为48us，闭合为48us；如图12所示，Output为发射端的输出9.6Khz，Input为接受端的有效电压信号；光通量预设面为3mm，当发射与硅光板完全正对其中感应电压为0.5V，电流变化为100mA；硅光板光响应设置电压0.5v，负载 500R，有效电流为1ma；硅光板法线与发射光线的夹角为0～75度，其中0度意味硅光板正对光线，90度为两者平行。

硅光板感应：检测光通量的变化；光压变化为10mv，两次亮度最大值变化为100us，为有效计数1；连续检测到4个有效计数，就发送感应的无线信号。

光通讯说明：扫描过程采用9.6K开关信号，光通为52us，有效为 (40us～64us)，闭合为52us(40us～64us)；硅光板驱动检测光强度，采用三路开关管控制分为三量级：1ma，10ma，0.1ma；驱动电流为 1ma，等效电流为1ma即(500mv/500R)，电压变化幅值为400mv ～500mv，其中400mv为自然光或者残留电压；驱动电流为10ma，等效电流为10ma即(500mv/50R)，电压变化幅值为400mv～500mv，其中400mv为自然光或者残留电压；驱动电流为0.1ma(100ua)电流为100ua即(500mv/5000R)，电压变化幅值为400mv～500mv，其中 400mv为自然光或者残留电压；信号1说明，电压>450mv，为有效高电压H，开始时间为T1，结束时间为T2，持续时间>24us；检测次数为8次，两次检测时间为6us，连续4次为高电压H，既可为有效信号1；信号0说明，电压<450mv，为有效低电压L，信号10时间>20us 为有效0，检测次数为8次，两次检测时间为6us，连续4次为低电压 L，既可为有效信号0；字节通讯参考RS232通讯，10bit方式；两字节间隔2bit时间即204us。

激光充电过程：硅光板需要充电，开始发射无线信号通知发射端；发射端定时扫描寻找接受端；发射端监听无线充电请求信号；发射端启动，用9.6k低功率信号全方位扫描；接收端通过硅光板，先开启弱光检测功能，搜寻9.6K信号，当发现有效的扫描信号(9.6k)通知发射端；接受端收到位置信号后，开始缩减范围，进入细致定位；精准对位，接受端通过无线持续发射电流、频率、硅光板温度；发射端根据收到的电流大小，不断调整发射角度、光斑大小、输出功率，然后多次采样后，计算出最佳发射角度和光斑大小；两者协商发射的功率，设置匹配模的充电模式，然后进入充电过程；充电过程，发射端定时 (5s)发送数据到接收端；充电过程，发射端主动检测环境情况以及本身的温度，防止过热；接受端持续检测接受的功率变化，当光电压衰减，0.5v即输入能量变化降低20％，然后通知发射端，防止传输过程中间有阻碍；接收端定时检测电池电压、电池温度，并且根据电池状态通知发射端调整发射的功率；接收端时刻检测硅光板电压、温度，预防硅光板的过热。

传输效率说明：采用880nm红外线，属于眼睛不可见，一般相机可以检测到；激光管的光转效率为50％；硅光板接收880nm红外线，转换效率33％；硅光电压--电池转换效率75％。

充电协议说明：设计为三种模式：1、固定模式，发射端锁定，方位0角度、功率100mw，恒流(无开关)，无数据，光斑设置为 10X10mm，距离为30CM始终输出光源，不做任何检测；2、扫描模式，通过全方位扫描查找接收端，然后通过协商输出光源，从而给接受端充电；3、引导模式，在输出不可见的光斑同时，也输出一个5mw 的不可调的红色光斑，作为用户手动调整接收端。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种激光充电装置，其特征在于：包括发射端和接收端，所述发射端包括电机和电机控制电路、激光管和激光发射控制电路、镜头，所述接收端包括硅光板和硅光板接收电路、升压电路和锂电池；所述电机控制电路与电机相连，控制电机的运行；所述电机与激光管相连，带动激光管运动；所述激光发射控制电路与激光管相连，驱动激光管发射激光；所述镜头位于激光管的前端，所述激光管发射的激光透过所述镜头在所述硅光板上形成光斑；所述硅光板接收电路与硅光板相连，将硅光板接收的电能输入到板载电容；所述升压电路与硅光板接收电路及锂电池相连，将所述硅光板提供的输出电压提升后为所述锂电池充电。

2.根据权利要求1所述的激光充电装置，其特征在于：所述电机包括第一电机、第二电机以及第三电机，所述电机控制电路包括第一电机控制电路、第二电机控制电路以及第三电机控制电路；所述第一电机和第一电机控制电路用于激光管平面上X方向的位置控制；所述第二电机和第二电机控制电路用于激光管平面上Y方向的位置控制；所述第三电机和第三电机控制电路用于激光管Z方向上的进退调焦，调整激光管到镜头的距离，控制激光管通过镜头产生的光斑尺寸。

3.根据权利要求1所述的激光充电装置，其特征在于：所述激光发射控制电路包括第一发射控制电路和第二发射控制电路，所述第一发射控制电路和第二发射控制电路分别与激光管相连；所述第一发射控制电路驱动激光管发射出满功率为1W的880nm红外光不可见光；所述第二发射控制电路驱动激光管发射出满功率为5MW的红色可见光。

4.根据权利要求1所述的激光充电装置，其特征在于：所述硅光板采用4片1cm*1cm的硅光片以2*2排列方式，组合成2cm*2cm见方的硅光板；4片硅光片串联形成4x0.5v＝2.0v的硅光板，所述4片硅光片串联通过所述硅光板接收电路中的二极管输入电能到板载电容用于处理器以及后期升压；所述升压电路将所述硅光板提供的最高2v的输出电压提升到4.2v，为所述锂电池充电。

5.根据权利要求1所述的激光充电装置，其特征在于：还包括2.4G无线模块，所述2.4G无线模块由安装于接收端的2.4G无线发射模块和安装于发射端的2.4G无线接收模块组成，通过所述2.4G无线模块形成接收端至发射端的单向通讯。