手机非接触式快速充电系统的制作方法

本发明涉及无线充电技术，具体涉及一种手机非接触式快速充电系统。
背景技术：
：随着手机的功能越来越多，手机已成为人们生活中不可或缺的一部分，但手机电池的技术发展却远远跟不上硬件和软件升级的节奏，使得现代人患上了越来越严重的“续航焦虑症”。为了解决手机的电能问题，一些方便充电的装置陆续被研发出来，比如：快速充电装置和无线充电装置。但现有的快速充电装置仍需要相应的充电线缆和充电器支持，存在携带不便的问题。现有的无线充电装置虽摆脱了充电线限制的问题，但无线充电的功率一直低于有线充电，仅能够实现“江湖救急”，即保证不断电而已。例如：以三星公司为首的无线充电器输出电流不过1A左右，若要充满3000mA·h的电池起码需要4个小时，比有线充电方式耗能更多、充电速率更慢。因此，有必要开发一种新的手机非接触式快速充电系统。技术实现要素：本发明的目的是提供一种手机非接触式快速充电系统，能实现手机非接触式快速充电。本发明所述的手机非接触式快速充电系统，包括发射端和接收端；所述发射端包括可控升降压式变换模块、输入电流检测模块、三线圈LC并联谐振发射模块和第一控制模块，第一控制模块分别与可控升降压式变换模块、输入电流检测模块、三线圈LC并联谐振发射模块、第一蓝牙模块连接，可控升降压式变换模块与输入电流检测模块连接，输入电流检测模块与三线圈LC并联谐振发射模块连接；所述接收端包括三线圈LC并联谐振接收模块、输出电流检测模块、快充识别模块、第二控制模块和第二蓝牙模块；三线圈LC并联谐振接收模块与输出电流检测模块连接，输出电流检测模块与快充识别模块连接，三线圈LC并联谐振接收模块、输出电流检测模块、快充识别模块、第二蓝牙模块分别与第二控制模块连接；所述可控升降压式变换模块用于控制三线圈LC并联谐振发射模块的输入电压，通过改变输入电压来改变三线圈LC并联谐振发射模块的输出功率；所述输入电流检测模块用于检测三线圈LC并联谐振发射模块的输入电流，并以电压的形式反馈给第一控制模块；所述三线圈LC并联谐振发射模块与三线圈LC并联谐振接收模块采用高频磁场耦合，三线圈LC并联谐振发射模块用于将直流电转化为高频交流并将电能发射出去，三线圈LC并联谐振接收模块接收三线圈LC并联谐振发射模块所发送的电能，并进行整流、稳压处理；所述输出电流检测模块用于检测接收端的输出电流，并将测量结果输入给第二控制模块；所述快充识别模块用于与充电设备通过快充协议通信，并根据所确定的充电等级输出对应的电压；所述第一蓝牙模块、第二蓝牙模块用于发送端与接收端建立蓝牙通信连接；所述第二控制模块用于控制接收端接收磁场能量和稳定输出电压，并在接收端的输出电流发生变化时，将输出电流检测模块所检测的电流信号通过所建立的蓝牙连接反馈给第一控制模块，以及在充电等级变化时，发送升降压请求信号给第一控制模块；所述第一控制模块基于输入电流检测模块、输出电流检测模块所检测的电流信号以及所接收的升降压请求信号，对可控升降压式变换模块进行控制，动态调整三线圈LC并联谐振发射模块的输入电压。所述发射端还包括电源去耦模块，用于对输入的直流信号进行去耦处理，该电源去耦模块分别与第一霍尔电流检测模块、第一控制模块连接。所述发射端还包括USB输入接口，该USB输入接口用于接入5V电压源，该USB输入接口与电源去耦模块连接。所述接收端还包括USB输出接口，用于接入待充电设备，该USB输出接口分别与第二控制模块、快充识别模块连接。所述三线圈LC并联谐振发射模块包括三组并联在一起的LC并联谐振发射支路，每一LC并联谐振发射支路包括依次串联在一起的第一电容、LC并联谐振发射电路、第一MOS管。所述三线圈LC并联谐振接收模块包括三组并联在一起的LC并联谐振接收支路，每一组LC并联谐振接收支路包括LC并联谐振接收电路，与LC并联谐振接收电路连接的整流电路，与整流电路连接的降压电路，以及与降压电路连接的隔离电路。本发明的有益效果：在磁耦合谐振原理的基础上，将发射端和接收端通过蓝牙进行通信，接收端所采集的输出电流信息通过所建立的蓝牙连接反馈到发射端；发射端通过DC-DC电路自动升降压，并采用三线圈并接方式，提高了并联式谐振输入电流，从而提高了输出功率，在接收端采用三线圈并联均流的方式，使输出功率能够达到18W的高功率，只需花1个多小时就能够充满3000mA·h的电池，从而实现了手机非接触式快速充电。附图说明图1为本发明的原理框图；图2为本发明中发射端的电路图；图3为本发明中接收端的电路图；图4为本发明中可控升降压式变换模块的工作原理图之一；图5为本发明中可控升降压式变换模块的工作原理图之二；图6为本发明中可控升降压式变换模块的工作原理图之三；图7为本发明中可控升降压式变换模块的工作原理图之四；图8为本发明的控制流程图；图中：1、USB输入接口，2、电源去耦模块，3、可控升降压式变换模块，4、输入电流检测模块，5、三线圈LC并联谐振发射模块，6、第一控制模块，7、第一蓝牙模块，8、三线圈LC并联谐振接收模块，9、输出电流检测模块，10、快充识别模块，11、USB输出接口，12、第二蓝牙模块，13、第二控制模块；图4-图7中的箭头表示电流的流向。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步说明。如图1所示的手机非接触式快速充电系统，包括发射端和接收端。如图1所示，所述发射端包括USB输入接口1、电源去耦模块2、可控升降压式变换模块3、输入电流检测模块4、三线圈LC并联谐振发射模块5和第一控制模块6，第一控制模块6分别与电源去耦模块2、可控升降压式变换模块3、输入电流检测模块4、三线圈LC并联谐振发射模块5、第一蓝牙模块7连接，USB输入接口1与电源去耦模块2连接，电源去耦模块2与可控升降压式变换模块3连接，可控升降压式变换模块3与输入电流检测模块4连接，输入电流检测模块4与三线圈LC并联谐振发射模块5连接。发射端通过USB输入接口1接入5V电源，经过电源去耦模块2去耦处理后进入可控升降压式变换模块3，以此控制三线圈LC并联谐振发射模块5的输入电压VCC。在经过输入电流检测模块4将三线圈LC并联谐振发射模块5的输入电流量转化为电压量，并通过第一控制模块6的AD采样计算出输入电流。三线圈LC并联谐振发射模块5在不同VCC输入电压作用下有不同的输出功率。如图1所示，所述接收端包括三线圈LC并联谐振接收模块8、输出电流检测模块9、快充识别模块10、USB输出接口11、第二控制模块12和第二蓝牙模块13；三线圈LC并联谐振接收模块8与输出电流检测模块9连接，输出电流检测模块9与快充识别模块10连接，快充识别模块10与USB输出接口11连接，三线圈LC并联谐振接收模块8、输出电流检测模块9、快充识别模块10、USB输出接口11、第二蓝牙模块13分别与第二控制模块12连接。以下对本发明的各模块进行说明：所述电源去耦模块2用于对输入的直流信号进行去耦处理。所述USB输入接口1用于接入5V电压源。所述可控升降压式变换模块3用于控制三线圈LC并联谐振发射模块5的输入电压，通过改变输入电压来改变三线圈LC并联谐振发射模块5的输出功率。所述输入电流检测模块4用于检测三线圈LC并联谐振发射模块5的输入电流，并以电压的形式反馈给第一控制模块6。所述三线圈LC并联谐振发射模块5与三线圈LC并联谐振接收模块8采用高频磁场耦合，三线圈LC并联谐振发射模块5用于将直流电转化为高频交流并将电能发射出去，三线圈LC并联谐振接收模块8接收三线圈LC并联谐振发射模块5所发送的电能，并进行整流、稳压处理。发射端采用三线圈并联均流的方式，能够增加在空间中交变磁场的总能量。接收端采用三线圈并联均流的方式，能够提高接收的总功率。所述输出电流检测模块9用于检测发射端的输出电流，并将测量结果输入给第二控制模块13。所述快充识别模块10用于与充电设备通过快充协议通信，并根据所确定的充电等级(比如：快充，普充)输出对应的电压，给待充电设备充电。所述第一蓝牙模块7、第二蓝牙模块12用于发送端与接收端建立蓝牙通信连接。所述第二控制模块12用于控制接收端接收磁场能量和稳定输出电压，并在接收端的输出电流发生变化时，将输出电流检测模块9所检测的电流信号通过所建立的蓝牙连接反馈给第一控制模块6，以及在充电等级变化时，发送升降压请求信号给第一控制模块6。所述第一控制模块6基于输入电流检测模块4、输出电流检测模块9所检测的电流信号以及所接收的升降压请求信号，对可控升降压式变换模块3进行控制，动态调整三线圈LC并联谐振发射模块5的输入电压，最后达到增加或减少空间中交变磁场的能量的结果。所述接收端还包括USB输出接口11，用于接入待充电设备，该USB输出接口11分别与第二控制模块12、快充识别模块10连接。如图2所示，所述电源输入去耦模块包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和电容C5，电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和电容C5的一端均与USB座的3脚连接，电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和电容C5的另一端均接地。如图2所示，所述可控升降压式变换模块3包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q6、MOS管Q7、电容C6和电感L4，MOS管Q1的源极与MOS管Q6的漏极连接，MOS管Q2的源极与MOS管Q7的漏极连接，电感L4的一端和MOS管Q1的源极与MOS管Q6的漏极的连接点连接，电感L4的另一端和MOS管Q2的源极与MOS管Q7的漏极的连接点连接，电容C6的正极与MOS管Q2的漏极连接，电容C6的负极接地。MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q6、MOS管Q7的栅极分别与第一控制模块连接。用于可控升降压式变换模块3能够更大效率地控制三线圈LC并联谐振发射模块5的输入电压，以产生不同的输出功率。如图4和图5所示，降压时，MOS管Q2导通，MOS管Q7截止，MOS管Q1、MOS管Q6和电感L4共同组成BUCK电路。工作时MOS管Q1与MOS管Q6交替导通。如图4所示，MOS管Q1导通、MOS管Q6截止时：电源通过MOS管Q1给电感L4充电，同时电感L4稳定输出电流，电容C6稳定输出电压。如图5所示，MOS管Q6导通、MOS管Q1截止时，此时MOS管Q6作续流二极管用，通过电感L4的电流通过MOS管Q6稳定输出电流，电容C6稳定输出电压。MOS管Q1的导通时间为th,MOS管Q6的导通时间为tl，则输出电压为如图6和图7所示，升压时，MOS管Q1导通，MOS管Q6截止，MOS管Q2、MOS管Q7和电感L4共同组成BOOST电路。工作时MOS管Q2与MOS管Q7交替导通。如图6所示，MOS管Q7导通、MOS管Q2截止时：电源通过MOS管Q7给电感L4充电，同时电容C6稳定电压输出。如图7所示，MOS管Q2导通、MOS管Q7截止时：此时MOS管Q2作续流二极管用，电源与电感L4串联通过MOS管Q2稳定输出，电容C6稳定输出电压。MOS管Q2的导通时间为th,MOS管Q7的导通时间为tl，则输出电压为在需要VCC＝USBin时，由于BUCK电路和BOOST电路均不能使输出电压VCC＝USBin，所以，本发明的解决方法是让升降压电路在BUCK和BOOST交替切换，使输出电压VCC在输出值附近小幅度振荡。在经过延迟环节电容后，电压近似稳定。如图2所示，所述三线圈LC并联谐振发射模块5包括三组并联在一起的LC并联谐振发射支路(分别为第一LC并联谐振发射支路、第二LC并联谐振发射支路和第三LC并联谐振发射支路)，每一LC并联谐振发射支路包括依次串联在一起的第一电容、LC并联谐振发射电路、第一MOS管。其中：第一LC并联谐振发射支路中的第一电容为电容C9，LC并联谐振发射电路由电容C10、电感L1并联而成，第一MOS管为MOS管Q3；电容C10与电感L1的一个连接点经电容C9后接地，电容C10与电感L1的另一个连接点与MOS管Q3的漏极连接，MOS管Q3的源极接地，MOS管Q3的栅极与第一控制模块连接。第二LC并联谐振发射支路中的第一电容为电容C11，LC并联谐振发射电路由电容C25、电感L2并联而成，第一MOS管为MOS管Q4；电容C25与电感L2的一个连接点经电容C11后接地，电容C25与电感L2的另一个连接点与MOS管Q4的漏极连接，MOS管Q4的源极接地，MOS管Q4的栅极与第一控制模块连接。第三LC并联谐振发射支路中的第一电容为电容C12，LC并联谐振发射电路由电容C26、电感L3并联而成，第一MOS管为MOS管Q5；电容C26与电感L3的一个连接点经电容C12后接地，电容C26与电感L3的另一个连接点与MOS管Q5的漏极连接，MOS管Q5的源极接地，MOS管Q5的栅极与第一控制模块连接。LC并联谐振时，阻抗最大时，电流最小，要提高输出功率，将LC并联谐振电流增大，需提高输入电压，为达到大功率输出，可通过所述可控升降压式变换模块3提高三线圈LC并联谐振发射模块5的输入电压。本发明中使用三线圈并联的方式，能够增大发射端总输出功率。如图2所示，所示输入电流检测模块4包括芯片ACS712、电容C7和电容C8，芯片ACS712的8脚经电容C7后接地。芯片ACS712的7脚与第一控制模块连接。芯片ACS712的6脚经电容C8后接地。芯片ACS712的5脚接地。芯片ACS712的1脚和2脚接VCC，芯片ACS712的3脚和4脚接VCC1。如图3所示，所述三线圈LC并联谐振接收模块8包括三组并联在一起的LC并联谐振接收支路(分别为第一LC并联谐振接收支路、第二LC并联谐振接收支路、第三LC并联谐振接收支路)，每一组LC并联谐振接收支路包括LC并联谐振接收电路，与LC并联谐振接收电路连接的整流电路，与整流电路连接的降压电路，以及与降压电路连接的隔离电路。每一组LC并联谐振先经过整流，然后经过两个MOS管组成的BUCK电路降压，再经过二极管隔离，最后将三组电路并联后输出。其中：第一LC并联谐振接收支路中包括电感L4、电容C14，电容C17、电容C18、MOS管Q16、MOS管Q17、MOS管Q18、MOS管Q19、二极管D1、二极管D2、二极管D3和电感L7组成。以上各元器件的连接关系如下：电感L4和电容C14并联，电感L4和电容C14的一连接点依次经二极管D2、二极管D3与电感L4和电容C14的另一连接点连接。MOS管Q18的源极、MOS管Q19的源极均接地。MOS管Q18的栅极、MOS管Q19的栅极均与第二控制模块连接。电容C17的负极接地，电容C17的正极依次经MOS管Q17、MOS管Q16后接地，MOS管Q17的源极与MOS管Q16漏极的连接点依次经电感L7、电容C18后接地，且电感L7与电容C18的连接点与二极管D1的正极连接。第二LC并联谐振接收支路包括电感L5、电容C15，电容C19、电容C20、MOS管Q8、MOS管Q9、MOS管Q14、MOS管Q15、二极管D5、二极管D6、二极管D4和电感L8组成。以上各元器件的连接关系如下：电感L5和电容C15并联，电感L5和电容C15的一连接点依次经二极管D5、二极管D6与电感L5和电容C15的另一连接点连接。MOS管Q9的源极、MOS管Q8的源极均接地。MOS管Q9的栅极、MOS管Q8的栅极均与第二控制模块连接。电容C19的负极接地，电容C19的正极依次经MOS管Q15、MOS管Q14后接地，MOS管Q15的源极与MOS管Q14漏极的连接点依次经电感L8、电容C20后接地，且电感L8与电容C20的连接点与二极管D4的正极连接。第三LC并联谐振接收支路包括电感L6、电容C16，电容C21、电容C22、MOS管Q12、MOS管Q13、MOS管Q11、MOS管Q10、二极管D8、二极管D9、二极管D7和电感L9组成。以上各元器件的连接关系如下：电感L6和电容C16并联，电感L6和电容C16的一连接点依次经二极管D8、二极管D9与电感L6和电容C16的另一连接点连接。MOS管Q13的源极、MOS管Q12的源极均接地。MOS管Q13的栅极、MOS管Q12的栅极均与第二控制模块连接。电容C21的负极接地，电容C21的正极依次经MOS管Q10、MOS管Q11后接地，MOS管Q10的源极与MOS管Q11漏极的连接点依次经电感L9、电容C22后接地，且电感L9与电容C22的连接点与二极管D7的正极连接。二极管D7的负极、二极管D4的负极、二极管D1的负极分别与输出电流检测模块9连接。如图3所示，输出电流检测模块9包括三个电流检测支路，分别为第一电流检测支路、第二电流检测支路和第三电流检测支路。其中：第一电流检测支路用于检测第一LC并联谐振接收支路的输出电流，第二电流检测支路用于检测第二LC并联谐振接收支路的输出电流，第三电流检测支路用于检测第三LC并联谐振接收支路的输出电流。第一电流检测支路包括芯片U2(ACS712)、电容C23和电容C24，芯片ACS712的1脚和2脚与三线圈LC并联谐振接收模块8连接，芯片ACS712的5脚接地，芯片ACS712的6脚经电容C24后接地，芯片ACS712的8脚经电容C23后接地。芯片ACS712的7脚与第二控制模块13连接。利用芯片ACS712将点流量转化为电压量，在电路上电压不会产生降压。第二电流检测支路包括芯片U3(ACS712)、电容C27和电容C28，芯片ACS712的1脚和2脚与三线圈LC并联谐振接收模块8连接，芯片ACS712的5脚接地，芯片ACS712的6脚经电容C28后接地，芯片ACS712的8脚经电容C27后接地。芯片ACS712的7脚与第二控制模块13连接。第三电流检测支路包括芯片U3(ACS712)、电容C29和电容C30，芯片ACS712的1脚和2脚与三线圈LC并联谐振接收模块8连接，芯片ACS712的5脚接地，芯片ACS712的6脚经电容C28后接地，芯片ACS712的8脚经电容C29后接地。芯片ACS712的7脚与第二控制模块13连接。如图3所示，所述快充识别模块10包括MOS管Q20，MOS管Q20分别与第二控制模块、USB输出接口11连接。在快充识别电路中，初始状态为MOS管Q19导通默认D-和D+短接。根据高通QC2.0协议，在AD2，AD3检测到D-,D+上有0.325V电压超过1.25s后，控制MOS管Q19截止，D+,D-断开。根据表1控制输出不同的电压，此协议兼容目前最新的QC3.0协议。表1QC2.0协议D+D-Output0.6V0.6V12V3.3V0.6V9V3.3V3.3V20V0.6VGND5V如图8所示，在接收端开始充电时，接收端的单片机(即第一控制模块)和发射端的单片机(即第二控制模块)通过蓝牙进行通信，初始默认输出5V电压。在接收端识别到高通快充后，接收端先提高输出电压至标准值，并通过蓝牙与发射端进行通信，使发射端的可控升降压式变换模块3(即图8中的BUCK-BOOST电路)提高输出电压，即提高三线圈LC并联谐振发射模块5的输入电压，使得发射端输出总功率提高。以此来使得接收端电流稳定，最后使得移动设备充电功率提高。在无线充电器工作时，两单片机在控制工作方式时，同时检测各点的电压和电流是否为安全值。在快充方式改变时，如果为升压：先提升接收端的电压，再提升发射端的电压，接收端输出电流稳定。若为降压：先降低发射端的电压，再降低接收端的电压，接收端输出电压稳定。然后根据此控制方式，接收端实时检测移动设备的充电模式，以此来实时控制整个无线充电器的工作模式。当前第1页1 2 3