CN211063420U - 一种无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无线充电系统，本申请通过各功能元器件的设置将无线充电技术应用了在TWS等小型化无线耳机方面，得以使无线充电盒可以通过无线的方式为无线充电耳机充电，避免了现有技术采用的触点连接充电方式所存在的一系列问题。同时，无线充电技术的应用也无需在无线充电耳机和无线充电盒的相应部分开设有线充电所需的充电孔，有利于进一步减少设备的开孔面积、提升设备密闭性，从而带来更高的强度和更好的保护内部元器件，提高设备的使用寿命。

Description

一种无线充电系统

技术领域

本申请涉及无线充电技术领域，特别涉及一种无线充电系统。

背景技术

TWS(True Wireless Stereo，真正无线立体声)耳机，其通常基于小型化设计以便于用户随身携带，由于TWS耳机内置电池容量较小，需要频繁入盒充电，而现有的充电方式通常为基于3PIN或2PIN的触点连接充电方式，由于TWS耳机经常置入人耳，导致触点部分经常会受到汗液、分泌物的污染，导致后续很容易在充电方面出现问题，例如需要频繁调整放置位置、充不上电等等。

因此，如何克服上述现有技术存在的技术缺陷，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种无线充电系统，旨在将无线充电技术应用在无线耳机和其配套的充电盒中，从而避免现有技术通过触点连接充电所带来的一系列问题。

为实现上述目的，本申请提供了一种无线充电系统，包括：用于向外以无线方式输出电能的无线充电盒和用于接收以无线方式传入的电能并存储的无线充电耳机；

所述无线充电盒包括：充电盒电池；用于向外以无线方式发射电磁波的无线充电发射模块；与所述充电盒电池和所述无线充电发射模块均相连，用于控制所述无线充电发射模块将所述充电盒电池存储的电能以电磁波的形式发射出去的充电盒MCU；

所述无线充电耳机对应包括：耳机电池；用于接收以无线方式传入的电磁波的无线充电接收模块；与所述耳机电池和所述无线充电接收模块均相连，用于控制所述无线充电接收模块将接收到的电能存进所述耳机电池的耳机MCU。

可选的，该无线充电系统还包括：

第一信号收发模块，所述第一信号收发模块与所述充电盒MCU相连，用于向外广播扫描信号和接收响应所述扫描信号反馈回的耳机入盒响应信号；

第二信号收发模块，所述第二信号收发模块与所述耳机MCU相连，用于在接收到所述扫描信号时返回所述耳机入盒响应信号。

可选的，所述无线充电盒还包括：

与所述充电盒MCU相连，用于对所述耳机入盒响应信号中包含的耳机身份信息进行匹配性验证的耳机身份验证模块。

可选的，所述扫描信号的覆盖范围为3至8毫米。

可选的，所述无线充电盒还包括：

与所述无线充电发射模块相连，用于调整所述电磁波的发射功率的功率调整模块；

所述无线充电耳机对应还包括：

与所述耳机MCU和所述耳机电池均相连，用于通过所述耳机MCU向所述无线充电盒反馈与所述耳机电池的实时电量对应的实时所需功率的实时所需功率反馈模块。

可选的，所述无线充电盒还包括：

与所述充电盒MCU相连，用于提示所述无线充电盒当前正处于为所述无线耳机进行无线充电的状态的充电提示模块。

可选的，所述充电提示模块具体为充电提示灯。

本申请提供的一种无线充电系统包括：用于向外以无线方式输出电能的无线充电盒和用于接收以无线方式传入的电能并存储的无线充电耳机；所述无线充电盒包括：充电盒电池；用于向外以无线方式发射电磁波的无线充电发射模块；与所述充电盒电池和所述无线充电发射模块均相连，用于控制所述无线充电发射模块将所述充电盒电池存储的电能以电磁波的形式发射出去的充电盒MCU；所述无线充电耳机对应包括：耳机电池；用于接收以无线方式传入的电磁波的无线充电接收模块；与所述耳机电池和所述无线充电接收模块均相连，用于控制所述无线充电接收模块将接收到的电能存进所述耳机电池的耳机MCU。

根据本申请所提供的无线充电系统可知，本申请通过上述各功能元器件的设置将无线充电技术应用了在TWS等小型化无线耳机方面，得以使无线充电盒可以通过无线的方式为无线充电耳机充电，避免了现有技术采用的触点连接充电方式所存在的一系列问题。同时，无线充电技术的应用也无需在无线充电耳机和无线充电盒的相应部分开设有线充电所需的充电孔，有利于进一步减少设备的开孔面积、提升设备密闭性，从而带来更高的强度和更好的保护内部元器件，提高设备的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种无线充电系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种无线充电系统的结构示意图；

具体实施方式

本申请的目的是提供一种无线充电系统，旨在将无线充电技术应用在无线耳机和其配套的充电盒中，从而避免现有技术通过触点连接充电所带来的一系列问题。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种无线充电系统的结构示意图，该无线充电系统主要包括两部分，即用于向外以无线方式输出电能的无线充电盒，以及用于接收以无线方式传入的电能并存储的无线充电耳机。

其中，为能够向外以无线方式输出电能，该无线充电盒可进一步包括：

充电盒电池；

用于向外以无线方式发射电磁波的无线充电发射模块；

与充电盒电池和无线充电发射模块均相连，用于控制无线充电发射模块将充电盒电池存储的电能以电磁波的形式发射出去的充电盒MCU。

对应的，为能够接收以无线方式传入的电能，该无线充电耳机可进一步包括：

耳机电池；

用于接收以无线方式传入的电磁波的无线充电接收模块；

与耳机电池和无线充电接收模块均相连，用于控制无线充电接收模块将接收到的电能存进耳机电池的耳机MCU。

MCU的英文全称为Microcontroller Unit，中文名为微控制单元，又称单片微型计算机或者单片机，是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口和电路都整合在单一芯片上所形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制，适用于小型化的电子设备。

如图1所示，充电盒MCU在无线充电盒中充当控制器，使得无线充电发射模块在其控制下向外输出电能，对应的，无线耳机MCU在无线充电耳机中充当控制器，使得无线充电接收模块在其控制下将以无线形式传入的电能存入耳机电池，从而共同完成通过无线方式为无线充电耳机的耳机电池充电的目的。

对应于包括上述功能元器件的无线充电系统，本申请还为其提供了一种适配的无线充电方法，包括如下步骤：

无线充电盒检测无线充电耳机是否入盒；

若无线充电耳机入盒，则无线充电盒中的充电盒MCU控制无线充电发射模块向外以无线方式发射电磁波，无线充电耳机中的耳机MCU控制无线充电接收模块将以无线方式传入的电磁波为耳机电池充电。

本申请通过各功能元器件的设置将无线充电技术应用了在TWS等小型化无线耳机方面，得以使无线充电盒可以通过无线的方式为无线充电耳机充电，避免了现有技术采用的触点连接充电方式所存在的一系列问题。同时，无线充电技术的应用也无需在无线充电耳机和无线充电盒的相应部分开设有线充电所需的充电孔，有利于进一步减少设备的开孔面积、提升设备密闭性，从而带来更高的强度和更好的保护内部元器件，提高设备的使用寿命。

进一步的，为了实现无线充电的智能化和无物理按键化，本申请还通过分别在无线充电盒和无线充电耳机中增设如下功能元器件来实现无线充电盒对无线充电耳机的入盒检测：

在无线充电盒中增设第一信号收发模块，该第一信号收发模块与充电盒MCU相连，用于向外广播扫描信号和接收响应扫描信号反馈回的耳机入盒响应信号；

在无线充电耳机中对应的增设第二信号收发模块，该第二信号收发模块与耳机MCU相连，用于在接收到扫描信号时返回耳机入盒响应信号。

简单来说，该方案建立在无线充电盒上并没有设置一个用于明确指示开始为入盒的无线充电耳机进行无线充电的物理按键，在传统通过触点连接的方案下，无线耳机入盒将自动由触点导通充电回路，因此充电回路的导通相当于给出了无线耳机入盒并开始执行充电动作的信号。但由于在本申请采用无线充电方式，无法像现有技术一样自行得到该信号。因此，本申请通过第一信号收发模块向外发出扫描信号，以仅使已放入盒中的无线充电耳机才能够接收到该扫描信号，并进而返回耳机入盒响应信号，以使无线充电盒得知无线充电耳机已入盒。其中，该扫描信号的有效接收范围为3至8毫米，即通过有效距离的限制使得仅有入盒的无线充电耳机才能做出相应的响应。对于无线充电盒来说，接收到耳机入盒响应信号后，就会执行在充电盒MCU的控制下向外输出电能，以为入盒的无线充电耳机充电。

应当理解的是，发出的扫描信号的作用为：便于接收到该信号的无线充电耳机做出响应，即对无线充电耳机来说，接收到的扫描信号对其意味着自身已经进入了无线充电盒的无线充电覆盖区域，后续根据接收到的扫描信号返回的耳机入盒响应信号则相当于给无线充电盒一个响应，即有无线充电耳机已经入盒，可以开始执行无线充电操作。具体的，该扫描信号和耳机入盒响应信号可以采用基于多种通信交互协议生成，例如基于蓝牙技术的BLE(低功耗蓝牙)信号，也可以其它任何可行的方式，此处并不做具体限定。

对应于上述为实现入盒检测所设置的功能元器件，此处也对应提供了一种适配的入盒检测方法，包括如下步骤：

无线充电盒向外广播扫描信号；

无线充电盒中的充电盒MCU控制第一信号收发模块向外广播扫描信号。

无线充电耳机根据接收到的扫描信号向无线充电盒返回耳机入盒响应信号；

无线充电耳机中的耳机MCU根据由第二信号收发模块接收到的扫描信号，通过该第二信号收发模块向该第一信号收发模块发送耳机入盒响应信号。

无线充电盒根据耳机入盒响应信号确定无线充电耳机已入盒。

无线充电盒中的充电盒MCU根据第一信号收发模块收到的耳机入盒相应信号确定无线充电耳机已入盒。

同时，为了尽可能减少无线充电盒因发出扫描信号所带来的电量损耗，本申请还可以进一步的设置扫描信号的发射频率与无线充电耳机的出盒时长成正比，即出盒时长越长，扫描信号发射频率越高，以对应取出时长越长，就越可能被入盒充电的实际情况。对应的，该出盒时长可以由第一信号收发模块未收到耳机入盒响应信号的时长统计得到。

进一步的，为了验证置无线充电盒中的耳机是否为匹配的无线充电耳机，本申请还在无线充电盒中增设了：与充电盒MCU相连，用于对耳机入盒响应信号中包含的耳机身份信息进行匹配性验证的耳机身份验证模块。应当理解的是，为实现验证，耳机MCU发出的耳机入盒响应信息中也应包含有其耳机身份信息。

为了尽可能的节省电量和延长耳机电池使用寿命，本申请还针对无线充电过程中的两个部分进行了优化，即避免过量的无效充电和耳机电池所存储的电能是否耐用，分别在无线充电盒和无线充电耳机上增设了配套的功能元器件，以实现充电功率的动态调整，可以为：

在无线充电盒中增设：与无线充电发射模块相连，用于调整电磁波的发射功率的功率调整模块；

在无线充电耳机中对应增设：与耳机MCU和耳机电池均相连，用于通过耳机MCU向无线充电盒反馈与耳机电池的实时电量对应的实时所需功率的实时所需功率反馈模块。

为了便于理解上述增设的功能元器件如何实现充电功率的动态调整，本申请还提供了一种适配的无线传输电能的方法，包括如下步骤：

无线充电盒按初始功率向外发射电磁波；

无线充电耳机接收电磁波并将相应的电能存储至耳机电池；

无线充电耳机向无线充电盒实时反馈与耳机电池的已存储电能对应的实时所需功率；

无线充电盒调整实际发射功率为实时所需功率。

应当理解的是，在为电池充电时，根据电池已存储电能的多少，充电功率往往也不同，从而在不浪费电能的情况下为待充电电池充满电。因此，本申请就是通过实时所需功率反馈模块和功率调整模块基于上述过程的信息交互，从而实现充电功率的动态变化。当耳机电池已存满时，无线充电盒也将停止向外发射电磁波。

进一步的，为了让用户切实了解到无线充电盒正在为入盒的无线充电耳机充电，以防止没充上电的情况出现，本申请还在无线充电盒上增设了：与充电盒MCU相连，用于提示无线充电盒当前正处于为无线耳机进行无线充电的状态的充电提示模块，具体的，该充电提示模块可以为充电提示灯等可以实现提示效果的元器件。

为了加深对本方案的理解，本申请还以某款TWS耳机和其配套充电盒为例，给出了一种应用上述方案后得到的一种具体的无线充电系统的结构示意图，请参见如图2所示的结构示意图中。

无线充电耳机中的无线充电接收模块接收到无线充电盒中的无线充电发射模块向外传递的能量，经过Receiver IC(接收端芯片)的AC/DC(交流/直流)转换处理，输出电压VCHG到电源和充电管理模块。VCHG经电源和充电管理模块处理后，向耳机负载系统中各个功能模块提供所需电压。Receiver IC与负载系统中MCU通信交互。负载系统中MCU会获取电池电压、电池电量等信息，MCU将电池状态信息传递给Receiver IC，Receiver IC发送通信包给无线充电发射端，从而完成信息交互。

无线充电盒主要包括无线充电发射模块、电源和充电管理模块和系统MCU等。电源和充电管理模块向无线充电发射模块提供DC power(直流电源)，无线充电发射模块基于电磁感应原理向相应的接收模块传递能量，并与接收模块完成信息交互。即发射模块和接收模块均兼具信息传输和能量传输的能力。

无线充电盒内的无线充电发射端发送通信包尝试与耳机内无线充电接收端进行握手通信，当无线充电耳机置于无线充电盒中时，也会返回相应的握手响应信息，从而完成握手过程，无线充电盒确认无线充电耳机已入盒。待无线充电建立好整个通信过程后，无线充电盒先以较小的初始功率发射电磁波，无线充电耳机接受到小功率的电磁波后与自己当前剩余电量所需要的电功率进行对比，若接受的功率小于需求的功率，无线充电耳机发射需求更改信号给无线充电盒，无线充电盒加大发射功率，无线充电耳机再次进行对比，直到无线充电盒发射的功率满足无线充电耳机的需求，此时整个产品充电过程建立完成。

上述过程中无线充电耳机(receiver IC)将加载着通信信号的能量信号发送出去，无线充电盒会从能量信号上解调通信信号，获取接收端的需求信号(即接收端请求的电功率值)。无线充电发射模块将输入该模块的DC power，经过无线充电盒controller IC的DC/AC(直流/交流)转换处理，输出交流电流到发射端线圈。交流电流通过线圈产生磁场，接收端线圈感应到这个磁场，进而完成接收端所需能量的传输。接收端获得的能量经过Receiver IC的AC/DC(交流/直流)转换处理，输出直流电压VCHG，通过电源和充电管理模块处理后，对耳机电池进行充电。

当无线充电盒的MCU需要获取耳机的电量信息且需要获取耳机是否充电完成时，无线充电盒发射私有通信协议信号，当无线充电耳机接受到无线充电盒的信号时，进行系统的检测，把耳机的电量信息以及是否充电完成发送给无线充电盒，当充电完成时，无线充电盒关闭无线充电功能，避免充电盒电池电量的损耗。通过耳机与充电盒增加的私有协议，在保证充电盒能够给耳机充电的情况下，能够通过私有协议进行耳机与充电盒的通信。

因为情况复杂，无法一一列举进行阐述，本领域技术人员应能意识到根据本申请提供的基本方法原理结合实际情况可以存在很多的例子，在不付出足够的创造性劳动下，应均在本申请的保护范围内。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (7)

1.一种无线充电系统，其特征在于，包括：用于向外以无线方式输出电能的无线充电盒和用于接收以无线方式传入的电能并存储的无线充电耳机；

所述无线充电盒包括：充电盒电池；用于向外以无线方式发射电磁波的无线充电发射模块；与所述充电盒电池和所述无线充电发射模块均相连，用于控制所述无线充电发射模块将所述充电盒电池存储的电能以电磁波的形式发射出去的充电盒MCU；

所述无线充电耳机对应包括：耳机电池；用于接收以无线方式传入的电磁波的无线充电接收模块；与所述耳机电池和所述无线充电接收模块均相连，用于控制所述无线充电接收模块将接收到的电能存进所述耳机电池的耳机MCU。

2.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，还包括：

第一信号收发模块，所述第一信号收发模块与所述充电盒MCU相连，用于向外广播扫描信号和接收响应所述扫描信号反馈回的耳机入盒响应信号；和

第二信号收发模块，所述第二信号收发模块与所述耳机MCU相连，用于在接收到所述扫描信号时返回所述耳机入盒响应信号。

3.根据权利要求2所述的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电盒还包括：

与所述MCU相连，用于对所述耳机入盒响应信号中包含的耳机身份信息进行匹配性验证的耳机身份验证模块。

4.根据权利要求2所述的无线充电系统，其特征在于，所述扫描信号的覆盖范围为3至8毫米。

5.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电盒还包括：

与所述无线充电发射模块相连，用于调整所述电磁波的发射功率的功率调整模块；

所述无线充电耳机对应还包括：

与所述耳机MCU和所述耳机电池均相连，用于通过所述耳机MCU向所述无线充电盒反馈与所述耳机电池的实时电量对应的实时所需功率的实时所需功率反馈模块。

6.根据权利要求1至5任一项所述的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电盒还包括：

与所述充电盒MCU相连，用于提示所述无线充电盒当前正处于为所述无线充电耳机进行无线充电的状态的充电提示模块。

7.根据权利要求6所述的无线充电系统，其特征在于，所述充电提示模块具体为充电提示灯。

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