CN210137195U

CN210137195U - 一种智能手机无线充电器

Info

Publication number: CN210137195U
Application number: CN201920974538.0U
Authority: CN
Inventors: 熊建斌; 李春林; 梁琼; 陈育辉
Original assignee: Guangdong Polytechnic Normal University
Current assignee: Guangdong Polytechnic Normal University
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2020-03-10
Anticipated expiration: 2029-06-26

Abstract

本实用新型公开了一种智能手机无线充电器，包括无线发射端和无线接收端，无线发射端包括电源输入端、第一谐振电路、全桥逆变电路、第一控制器以及与第一控制器电连接的buck电路、SPEIC电路、驱动电路、第一采样电路和解调电路，电源输入端分别与buck电路和SPEIC电路电连接，第一谐振电路分别与全桥逆变电路、第一采样电路和解调电路电连接，第一控制器与驱动电路的连接线路上设有驱动隔离电路；无线接收端包括互相电连接的稳压电路和电源输出端以及依次首尾电连接的第二谐振电路、整流电路、第二采样电路、第二控制器和调制电路，稳压电路与整流电路电连接。本实用新型能够根据不同手机的无线充电功率不同，调整无线发射端的输出功率，提高充电效率。

Description

一种智能手机无线充电器

技术领域

本实用新型涉及无线充电技术领域，具体涉及一种智能手机无线充电器。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，无线充电技术已经进入了人们的生活中。一些电子设备，例如手机可以应用无线充电器来充电，给手机充电时直接将手机放在无线充电器上即可。

将手机等支持无线充电的电子设备放到无线充电器的充电表面上，无线充电器检测到电子设备中的无线接收线圈，无线充电器的无线发射线圈与无线接收线圈完成彼此匹配后即可开始充电。在实际的使用过程中，无线发射线圈与无线接收线圈的功率相同时，无线充电的效率最高，当无线发射线圈与无线接收线圈的功率彼此不同时，无线充电效率会降低；另外，不同型号手机的充电功率不同，这就导致了不同型号手机使用同一种无线充电器充电时充电效率也会有所不同。

现有技术的无线充电器并没有根据手机充电功率的不同而自动调节无线充电发射功率的功能，不能很好的适应不同无线充电功率的手机，无法使不同无线充电功率的手机都具有最高的无线充电效率。

实用新型内容

本实用新型针对上述存在的问题，提供一种智能手机无线充电器，能够根据不同手机的无线充电功率不同，调整无线发射端的输出功率，提高充电效率，缩短充电时间。

本实用新型为实现上述目的，采取以下技术方案予以实现：

一种智能手机无线充电器，包括无线发射端和无线接收端，所述无线发射端包括电源输入端、第一谐振电路、全桥逆变电路、驱动隔离电路、第一控制器以及与所述第一控制器电连接的buck电路、SPEIC电路、驱动电路、第一采样电路和解调电路，所述电源输入端分别与buck电路和SPEIC电路电连接，所述第一谐振电路分别与全桥逆变电路、第一采样电路和解调电路电连接，所述驱动隔离电路设于所述第一控制器与驱动电路的连接线路上；所述无线接收端包括互相电连接的稳压电路和电源输出端以及依次电连接的第二谐振电路、整流电路、第二采样电路、第二控制器和调制电路，所述调制电路与第二谐振电路电连接，所述稳压电路与整流电路电连接，所述电源输出端用于向智能手机充电。

优选地，所述第一控制器和第二控制器均采用STM32F 103C8T6芯片。

优选地，所述电源输入端输入的电压为24V，所述buck电路采用MC34063 芯片，用于将所述电源输入端输入的24V的电压转换为5V。

优选地，所述第一谐振电路为串联谐振，所述第一谐振电路中电感的电感量为6.3uH，电容的容值为140nF，电容的耐压为400V，逆变频率为175kHz。

优选地，所述第一采样电路包括电流采样电路和电压采样电路，所述第一采样电路用于将采样电流和采样电压传输至第一控制器，以使第一控制器计算无线发射端的传输视在功率。

优选地，所述解调电路用于对无线接收端的发射信号进行解码以获取编码信息，并将编码信息传输至第一控制器，以使第一控制器控制调节无线发射端的输出功率。

优选地，所述第二谐振电路为并联谐振。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型无线发射端中的buck电路将输入的24V的电源转换为5V，这样当无线充电器未使用处于待机状态时可以降低待机损耗；通过解调电路将接收到的无线接收端的发射信号进行解码以获取无线配置信息，无线充电器开始充电，在充电过程中，解调电路会接收到无线接收端发射的误差数据包，并将解码后的误差数据传输至控制器，同时第一采样电路会实时采集无线发射端的输出端口的输出电压和输出电流并传输至控制器，以使控制器计算无线发射端的输出视在功率，控制器会控制无线发射端的发射功率得到改变，提高与无线接收端的智能手机的无线充电功率的匹配度，进而提高充电效率；通过实时计算无线发射端的输出视在功率，也能在输出功率过高时进行及时的电路保护；当充电结束之后，无线接收端会发射充电结束的信号，当解调电路接收到充电结束的信号之后，控制器就会控制无线发射端停止发射功率，进入待机状态，这就有效的提高了无线充电器的智能性。

附图说明

图1为本实用新型一种智能手机无线充电器的结构示意图；

图2为本实用新型第一控制器和第一控制器的电路原理图；

图3为本实用新型buck电路的电路原理图；

图4为本实用新型SPEIC电路的电路原理图；

图5为本实用新型驱动隔离电路的电路原理图；

图6为本实用新型驱动电路的电路原理图；

图7为本实用新型全桥逆变电路的电路原理图；

图8为本实用新型电流采样电路的电路原理图；

图9为本实用新型电压采样电路的电路原理图；

图10为本实用新型解调电路的电路原理图；

图11为本实用新型稳压电路的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作详细描述。

参见图1，一种智能手机无线充电器，包括无线发射端1和无线接收端2，无线发射端1包括电源输入端10、第一谐振电路11、全桥逆变电路12、驱动隔离电路13、第一控制器14以及与第一控制器14电连接的buck电路15、 SPEIC电路16、驱动电路17、第一采样电路18和解调电路19，电源输入端 10分别与buck电路15和SPEIC电路16电连接，第一谐振电路11分别与全桥逆变电路12、第一采样电路18和解调电路19电连接，驱动隔离电路13设于第一控制器14与驱动电路17的连接线路上；无线接收端2包括互相电连接的稳压电路21和电源输出端20以及依次电连接的第二谐振电路22、整流电路23、第二采样电路24、第二控制器25和调制电路26，调制电路26与第二谐振电路22电连接，稳压电路21与整流电路23电连接，电源输出端20 用于向智能手机充电。

本实施例中，无线发射端的发射功率可以在充电之前根据要充电的智能手机的充电功率进行设定，一旦设定好发射功率，那么智能手机上安装的无线接收端就不需要对无线发射端识别而直接接收无线发射端发射的能量，对智能手机进行无线充电，等到充电完成后，无线充电器要对另一个智能手机进行充电时，再将无线发射端的发射功率调整为新的待充电的智能手机的充电功率。

作为一种可选的实施方式，无线发射端的发射功率可以在充电时进行自动调节，具体为：无线发射端处于等待匹配的阶段，即通过低功率的能量输出，降低无线发射端的空载损耗。待有无线接收端的充电设备进行匹配后，通过解调电路解调接收端发送过来的配置信息，进行功率无线输出，即进入充电阶段。充电过程中，无线接收端会对无线发射端发送传输功率的误差信息进行调制并发送至无线发射端，通过无线发射端的控制器来控制改变无线发射端的功率输出，使得无线发射端的输出功率与无线接收端的充电设备的充电功率相等，这样可以有效的提高传输效率，进而缩短充电时长。当充电完成时，无线接收端发送终止传输信息，使无线发射端停止传送功率，并使无线发射端处于待机模式，等待下一设备进行无线充电。

本实施例的无线充电器在充电时会将无线发射端的输出功率匹配为与无线接收端的充电设备的充电功率相同的发射功率，这样可以使充电效率最大，缩短充电时间。

第一采样电路会实时采集无线发射端的输出电压与电流并传输至第一控制器，第一控制器会计算出无线发射端输出的视在功率，如果功率过高，第一控制器就会控制无线发射端降低输出功率，对无线发射端的电路取到保护作用。

可选的，第一控制器14和第二控制器25均采用STM32F 103C8T6芯片。

本实施例中，上述第一控制器和第二控制器均采用STM32F 103C8T6芯片，如图2所示，STM32F 103C8T6芯片具有性能高，成本低，性能强的优点；内部主频高，能够实现高频控制；它有两个12位ADC，多达10个通道，用于采集电压和其他相关信息；拥有多达4个定时器，可以实现多通道输出PWM，用于控制高频逆变电路和SPEIC电路；利用输入捕获的功能进行解码；拥有多通道DMA，不占用CPU进行数据读取。

可选的，电源输入端10输入的电压为24V，buck电路15采用MC34063 芯片，用于将电源输入端10输入的24V的电压转换为5V。

本实施例中，上述buck电路的电路原理图如图3所示，输出电压设定为 5V，由于5脚为芯片的内部比较器的反向输入端，正向输入端为1.25V，根据公式

因此R₁₃选用1K，R₁₂选用3K。设定工作频率为40kHz， c_T＝0.000004T_ON，定时电容C₁₂选择220pF的瓷片电容。电感选择根据公式

因此L₃选用330uH功率电感。输出电容选择根据公式

因此C₁₃选用330uF，耐压为10V的电解电容。续流二极管D₄选用SS34的肖特基二极管。

可选的，上述SPEIC电路16的电路原理图如图4所示，上述SPEIC电路直接使用第一控制器去控制。SPEIC电路的输出电压通过第一控制器的ADC 采样进行分频和采样，并根据采集的电压值与设定值之间的偏差，PID控制算法用于输出PWM信号并控制MOS晶体管的导通和关断，以调节SPEIC电路实现设定值的输出。在不改变逆变电路频率的情况下实现恒定频率电压调节的目的。电路上便于对MOS管进行驱动，可以实现低电压控制，避免像Buck 电路的MOS管需要在高电压下才能控制开关通断的情况，也减小了MOS管的发热量，降低了整体的需求。SPEIC电路可以对输入电压实现降压—升压输出。该电路使用的电感L4和L5，由于在整个工作周期中，两电感两端的电压始终是相等的，因此可以将两个利用磁芯制成变压器，节约整体空间。电容 C12用于对隔离输入与输出，实现对负载的短路保护。

该电路的基本原理为当开关管处于导通状态时，电容C13，电感L4以及开关管Q9形成闭合回路，同时电容C12，电感L5以及开关管Q9形成闭合回路，这个过程中，会对两个电感进行储能充电，由电容C14向负载供电。当开关管处于断开状态时，电感L4，电容C12，二极管D4，电容C14和电阻 R12和R13形成闭合回路，同时，电感L5，二极管D4，电容C14和电阻R12和R13也形成闭合回路，两个电感处于放电状态，此时电源以及两个电感同时向负载供电。

具体参数计算以及型号选择如下所示。

当我们在额定输出下，设定输出电压为5V，占空比计算为

输出电流设定为7A，纹波电流在4输出输入电流的50％的较好确定电感值，电感L4和L5的纹波电流为

开关频率在800KHz，电感L4和L5的电感量为

电感L4和L5的选型上，由于在逆变状态下，输出电流较大，因此选用一体成型电感10040。

10040电感的参数如表1所示。

表1

可以看出在大电流输出时，需选用相对感量较小的电感，此类电感在价格上差异不大，但是能导通的最大电流差异较大，因此选用6.8uH的功率电感。

输入电感的峰值电流为

输出电感的峰值电流为

MOS管的峰值电流为

L_Q(peak)＝L_2(peak)+L_2(peak)＝1.82+8.75＝10.57A

根据耐压以及峰值电流，选用型号为IRF3205作为开关管。

输出二极管的选择根据所需流过的峰值电流，以及反向的电压，流经二极管的平均电流与输出电流相近，由于开关速率也相对较高，为满足效率的需求，因此选用MBRF20100肖特基二极管。

电容C12的选择10uF，耐压为50V的陶瓷电容。输出电容C14选择220uF，耐压为35V的电解电容。输入电容C13选择470uF，耐压为50V的电解电容。

可选的，驱动隔离电路13的电路原理图如图5所示，驱动隔离电路选用 74HC573锁存器作为隔离芯片，与普通三极管搭建的达林顿或者推挽电路相比，具有整体电路更加简单的优势，控制起来相对简单方便，价格相对较低的优点。同时，输出电流大，能够使输出电压快速驱动MOS管，避免了在用控制器输出PWM信号直接驱动MOS管时，存在驱动电流不足的现象，在开关周期内不能快速驱动MOS管的问题。同时，该芯片是一款具有三态输出的八路控制芯片，能有效防止MOS管的反电动势烧坏核心控制器的缺陷。

可选的，驱动电路17的电路原理图如图6所示，驱动电路选用IR2104 芯片作为驱动芯片。IR2104是一个具有高驱动能力的半桥驱动芯片，能够在 HO脚和LO脚输出相反电位的电平。栅极驱动电压随着VB脚电压而变化，在驱动MOS管时，能够避免全桥逆变电路的MOS管处于不完全导通的状态下，MOS管发热严重的现象，相对于用幅值为5V的PWM信号控制有了较好的提高。

可选的，全桥逆变电路12的电路原理图如图7所示，全桥逆变电路能够降低对MOS管应力的要求，满足相对较大功率传输的需求。功率管选择 IRF3205，其耐压在60V左右，导通电流最大可以达到70A，导通压降在8mW 左右，相对小功率MOS管，例如AO4828等，具有更高的耐压等优势。

可选的，第一谐振电路11为串联谐振，第一谐振电路中电感的电感量为 6.3uH，电容的容值为140nF，电容的耐压为400V，逆变频率为175kHz。

本实施例中，上述第一谐振电路的线圈采用多股丝包线绕制而成，可以减小趋肤效应带来的增大交流阻抗。

可选的，第一采样电路18包括电流采样电路和电压采样电路，第一采样电路用于将采样电流和采样电压传输至第一控制器，以使第一控制器计算无线发射端的传输视在功率。

本实施例中，上述电流采样电路的电路原理图如图8所示，通过对全桥逆变电路的接地端接入0.05欧的合金电阻进行采样，通过对3.3V的电压进行分压，下端的分压电阻接到电流采样点，流过线圈的电流通过分压电阻器的中点电压的变化的A/D采样获得。

上述电压采样电路的电路原理图如图9所示，对电感两端的电压进行采样，经过电容C17进行耦合隔直，再经电阻进行分压，最后由肖特基二极管 SS 14进行半波整流，电阻R18和电容C18进行滤波，将输出电压接入控制器的进行A/D采样，求解电感两端的电压。C17选用0.1uF的瓷片电容，电阻 R16选用47K的电阻，R17选用1K电阻，整流二极管选用肖特基二极管SS 14，电阻R18选用680K电阻，电容C18选用0.1uF。

可选的，解调电路19用于对无线接收端的发射信号进行解码以获取编码信息，并将编码信息传输至第一控制器，以使第一控制器控制调节无线发射端的输出功率。

本实施例中，上述解调电路的电路原理图如图10所示，通过对电感两端的电压进行采样，将输入信号进行电阻分压，再经电容C19进行隔直，再利用R31和电容C22搭建低通滤波器，滤除175kHz的高频信号，并保留2kHz 的低频信号，利用运算放大器NE5532搭建电压跟随电路，将信号输入，减小输出阻抗，由于对运算放大器采用单电源供电，因此利用分压电阻，对输入信号叠加2V左右的直流偏置。将电压跟随电路的输出电压接入电压比较电路的同向输入端，在电压比较器的反向输入端输入2V的电压，最后将电压比较器的输出电压接入控制器的I/O口，利用输入捕获的功能进行解码处理，获取编码信息。

电阻R23和R25分别选用100K和1K的电阻，C19选用0.1uF的电容，电阻R31选用100K的电阻，电阻R21和电阻分别选用680K和910K的电阻。电阻R22和R24分别选用680K和910K的电阻。

可选的，第二谐振电路22为并联谐振。

可选的，稳压电路21的电路原理图如图11所示，整流输出电压经过buck 电路输出5V，使用MP1584EN芯片进行降压，该芯片具有输入电压范围宽，使用简单方便等优势。

芯片的6脚是频率控制引脚，推荐工作频率为500KHz。根据公式

可以计算得出R₁₄为200K。

该芯片的4脚FB为反馈控制的引脚，基准电压为0.8V，根据公式

可以计算得出由于R₆的推荐值为40.2K，以此R₄选用 210K。

电感的选择根据公式

因此电感选择4.7uH。

该芯片的2脚的EN脚使能电压在1.5V左右，为了满足宽电压输入的需求，因此R₃选择100K，R₅选择24.9K。

根据该芯片数据手册，C₁₄选择22uF,C₁₅选择150pF，R₁₅选择100K，续流二极管的型号选择SS34。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

惟以上所述者，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施之范围，即大凡依本实用新型权利要求及实用新型说明书所记载的内容所作出简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型权利要求所涵盖范围之内。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本实用新型之权利范围。

Claims

1.一种智能手机无线充电器，包括无线发射端和无线接收端，其特征在于，所述无线发射端包括电源输入端、第一谐振电路、全桥逆变电路、驱动隔离电路、第一控制器以及与所述第一控制器电连接的buck电路、SPEIC电路、驱动电路、第一采样电路和解调电路，所述电源输入端分别与buck电路和SPEIC电路电连接，所述第一谐振电路分别与全桥逆变电路、第一采样电路和解调电路电连接，所述驱动隔离电路设于所述第一控制器与驱动电路的连接线路上；所述无线接收端包括互相电连接的稳压电路和电源输出端以及依次电连接的第二谐振电路、整流电路、第二采样电路、第二控制器和调制电路，所述调制电路与第二谐振电路电连接，所述稳压电路与整流电路电连接，所述电源输出端用于向智能手机充电。

2.根据权利要求1所述的一种智能手机无线充电器，其特征在于，所述第一控制器和第二控制器均采用STM32F 103C8T6芯片。

3.根据权利要求1所述的一种智能手机无线充电器，其特征在于，所述电源输入端输入的电压为24V，所述buck电路采用MC34063芯片，用于将所述电源输入端输入的24V的电压转换为5V。

4.根据权利要求1所述的一种智能手机无线充电器，其特征在于，所述第一谐振电路为串联谐振，所述第一谐振电路中电感的电感量为6.3uH，电容的容值为140nF，电容的耐压为400V，逆变频率为175kHz。

5.根据权利要求1所述的一种智能手机无线充电器，其特征在于，所述第一采样电路包括电流采样电路和电压采样电路，所述第一采样电路用于将采样电流和采样电压传输至第一控制器，以使第一控制器计算无线发射端的传输视在功率。

6.根据权利要求1所述的一种智能手机无线充电器，其特征在于，所述解调电路用于对无线接收端的发射信号进行解码以获取编码信息，并将编码信息传输至第一控制器，以使第一控制器控制调节无线发射端的输出功率。

7.根据权利要求1所述的一种智能手机无线充电器，其特征在于，所述第二谐振电路为并联谐振。