一种无线充电电路与系统的制作方法

本实用新型涉及电源领域，具体涉及一种无线充电电路与系统。

背景技术：

无线充电技术，源于无线电能传输技术，在19世纪90年代，尼古拉.特斯拉实用新型了“特斯拉线圈”，便能够通过空气传播电力，从此便开启了无线式电力传播的时代。

如今无线充电最常采用的是电磁感应式技术，其中对于手机等移动设备人们常采用使用“QI”通信协议的无线充电电路。

设备在进行QI握手通信时需要对所传数据进行调制，再将调制信号耦合进接收线圈内，再把接收线圈内的信号耦合到发射线圈上，之后将发射线圈上的数据信息从充电发射信号中分离出来，最后进行解调并传输给控制单元。这一系列的过程对硬件要求比较高，为了传输这些数据信息需要较为复杂的电路，实现难度较高，成本也比较高。

因此，亟待一个电路结构简单同样能进行握手通信的无线充电电路，来克服上述缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的是，提供一种无线充电电路与系统，板卡要求面积要求小、电路简单、成本低廉。

为了达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种无线充电电路，包括无线充电接收模块、无线充电发射模块；

所述无线充电发射模块包括发射控制单元与无线充电发射单元；所述发射控制单元的控制输出端与所述无线充电发射单元的发射控制端连接；所述发射控制单元的负载电流检测端与所述无线充电发射单元的电流反馈端连接；

所述无线充电接收模块包括开关管单元、接收控制单元、电池充电管理芯片以及用于接收所述无线充电发射单元发射的能量并转换为电能的无线充电接收单元；所述无线充电接收单元的输出端与所述电池充电管理芯片的电源端连接，所述电池充电管理芯片的充电输出端用于与充电储能设备的电池连接；所述开关管单元的第一连接端与所述无线充电接收单元的输出端连接；所述开关管单元的第二连接端接地；所述接收控制单元的开关控制端与所述开关管单元的控制端连接；所述接收控制单元的工作电压检测端与所述无线充电接收单元的输出端连接；所述接收控制单元的电池电量检测端与所述电池充电管理芯片的充电输出端连接。

优选地，所述无线充电发射单元包括发射线圈、第一MOS管、第一电容以及第一电阻；所述发射线圈的第一端与直流电源连接，所述发射线圈的第二端与所述第一MOS管的漏极连接；所述第一MOS管的源极通过所述第一电阻接地；所述第一电容与所述发射线圈并联；所述第一MOS管的栅极与所述无线充电发射单元的发射控制端连接；所述第一MOS管的源极为所述无线充电发射单元的电流反馈端；

所述无线充电接收单元包括接收线圈与整流滤波子单元；所述接收线圈与所述发射线圈耦合；所述接收线圈的第一端与所述整流滤波子单元的第一输入端连接；所述接收线圈的第二端与所述整流滤波子单元的第二输入端连接；所述整流滤波子单元的输出端为所述无线充电接收单元的充电电压输出端。

优选地，所述无线充电发射单元还包括第二电容、第二电阻、第三电阻；

所述第一MOS管的栅极通过所述第二电阻与所述无线充电发射单元的发射控制端连接；所述第一MOS管的栅极通过所述第三电阻接地；所述第二电容与所述第三电阻并联。

优选地，所述无线充电发射模块还包括低通滤波单元；所述无线充电发射单元的电流反馈端通过所述低通滤波单元与所述发射控制单元的负载电流检测端连接；其中，所述低通滤波单元的输入端与所述无线充电发射单元的电流反馈端连接，所述低通滤波单元的输出端与所述发射控制单元的负载电流检测端连接。

优选地，所述低通滤波单元包括第四电阻、第三电容；

所述第四电阻的第一端为所述低通滤波单元的输入端，所述第四电阻的第二端为所述低通滤波器的输出端，并通过所述第三电容接地。

优选地，所述无线充电发射模块还包括放大单元；所述低通滤波单元通过所述放大单元与所述发射控制单元的负载电流检测端连接；其中，所述放大单元的输入端与所述低通滤波单元的输出端连接，所述放大单元的输出端与所述发射控制单元的负载电流检测端连接。

优选地，所述放大单元包括运算放大器、第五电阻、第六电阻、第四电容；

所述运算放大器的同相输入端为所述放大单元的输入端；所述运算放大器的反相输入端通过所述第五电阻接地；所述运算放大器的反相输入端通过所述第六电阻与所述运算放大器的输出端连接；所述运算放大器的输出端为所述放大单元的输出端；所述第四电容与所述第六电阻并联。

优选地，所述整流滤波子单元包括第一稳压二极管、第七电阻、第二稳压二极管、第五电容；

所述第一稳压二极管的正极为所述整流滤波子单元的第一输入端，所述第一稳压二极管的负极与所述第七电阻的第一端连接；所述第七电阻的第二端与第二稳压二极管的负极连接；所述第二稳压二极管的正极为所述整流滤波子单元的第二输入端并且接地；所述第二稳压二极管的负极为所述整流滤波子单元的输出端；所述第五电容与所述第二稳压二极管并联。

优选地，所述开关管单元包括第二MOS管、第八电阻与第九电阻；

所述第二MOS管的漏极为所述开关管单元的第一连接端；所述第二MOS管的源极为所述开关管单元的第二连接端；所述第二MOS管的栅极与所述第八电阻的第一端连接；所述第八电阻的第二端为所述开关管单元的控制端，并通过所述第九电阻接地。

为了达到上述相同的目的，本实用新型还提供了一种无线充电系统，包括充电储能设备、充电座以及上述的无线充电电路；所述无线充电电路中的无线充电发射模块设置在所述充电座中；所述无线充电电路中的无线充电接收模块设置在所述充电储能设备中。

相比于现有技术，本实用新型提供的一种无线充电电路的有益效果在于：所述无线充电电路包括无线充电接收模块、无线充电发射模块；所述无线充电发射模块包括发射控制单元与无线充电发射单元；所述发射控制单元的控制输出端与所述无线充电发射单元的发射控制端连接；所述发射控制单元的负载电流检测端与所述无线充电发射单元的电流反馈端连接；所述无线充电接收模块包括开关管单元、接收控制单元、电池充电管理芯片以及用于接收所述无线充电发射单元发射的能量并转换为电能的无线充电接收单元；所述无线充电接收单元的输出端与所述电池充电管理芯片的电源端连接，所述电池充电管理芯片的充电输出端用于与充电储能设备的电池连接；所述开关管单元的第一连接端与所述无线充电接收单元的输出端连接；所述开关管单元的第二连接端接地；所述接收控制单元的开关控制端与所述开关管单元的控制端连接；所述接收控制单元的工作电压检测端与所述无线充电接收单元的输出端连接；所述接收控制单元的电池电量检测端与所述电池充电管理芯片的充电输出端连接。通过以上的结构，接收控制单元可以通过对开关管单元的开关控制，将对应的负载电流变化反映给发射控制单元；而发射控制单元根据负载电流的变化识别出充电储能设备的状态，并进行相应的操作。当面对非正常充电，如异物接触产生的负载电流变化时，发射控制单元可以识别出为异物，而不会进行充电。相比于现有技术，本实用新型的通信原理更简单，板卡要求面积要求小、电路简单、软件处理简易、成本低廉。相应地，本实用新型还提供了一种无线充电系统。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种无线充电电路的电路原理示意图；

图2是本实用新型实施例提供的无线充电接收模块的电路图；

图3是本实用新型实施例提供的无线充电发射模块中的无线充电接收单元与开关管单元的电路图。

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作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。

请参阅图1，其是本实用新型提供的一种无线充电电路的电路原理图。所述无线充电电路包括无线充电发射模块1与无线充电接收模块2；

所述无线充电发射模块1包括发射控制单元11与无线充电发射单元12；所述发射控制单元11的控制输出端与所述无线充电发射单元12的发射控制端连接；所述发射控制单元11的负载电流检测端与所述无线充电发射单元12的电流反馈端连接；

所述无线充电接收模块2包括开关管单元21、接收控制单元22、电池充电管理芯片23以及用于接收所述无线充电发射单元12发射的能量并转换为电能的无线充电接收单元24；所述无线充电接收单元24的输出端与所述电池充电管理芯片23的电源端连接，所述电池充电管理芯片23的充电输出端用于与充电储能设备的电池连接；所述开关管单元21的第一连接端与所述无线充电接收单元24的输出端连接；所述开关管单元21的第二连接端接地；所述接收控制单元22的开关控制端与所述开关管单元21的控制端连接；所述接收控制单元22的工作电压检测端与所述无线充电接收单元24的输出端连接；所述接收控制单元22的电池电量检测端与所述电池充电管理芯片的充电输出端连接。

其中，所述发射控制单元11通过所述电流反馈端监测所述无线充电发射单元12的负载电流，并根据所述负载电流控制所述无线充电发射单元12的开关状态。而所述接收控制单元22通过所述工作电压检测端监测所述无线充电发射单元12提供给所述电池充电管理芯片23的工作电压，以及通过所述电池电量检测端监测电池电量，并根据所述工作电压与所述电池电量控制所述开关管单元21的开关状态。

整个充电的过程如下:

1、发射控制单元11实时监测所述无线充电发射单元12的负载电流，接收控制单元22也实时监测所述无线充电接收单元24提供的工作电压以及电池电量；

2、在空载情况下，所述发射控制单元11监测到当前的负载电流低于第一电流阈值，因此判定为空载，以低功耗的模式控制所述无线充电发射单元12的开关状态；具体，周期性地打开所述无线充电发射单元12以使得在所述无线充电发射单元12处于打开状态时能够发射能量，并且打开所述无线充电发射单元12的时长远小于关闭所述无线充电发射单元12的时长；而此时所述接收控制单元22则控制所述开关管单元21保持关闭；

3、在所述无线充电接收模块2与所述无线充电发射模块1之间的距离足够小，所述接收控制单元22根据所述充电电压的变化(这个变化由所述无线充电发射单元12的周期性打开引起)，判定可以进行充电，所述接收控制单元22对所述开关管单元21进行“开-关-开”的操作。当所述开关管单元21为关闭状态时，此时所述电池充电管理芯片23正常地对电池充电，所述发射控制单元11监测到的负载电流大于所述第一电流阈值但小于第二电流阈值；当所述开关管单元21为打开状态时，此时所述无线充电接收单元24的输出端接地，负载显著地提高，所述发射控制单元11监测到的负载电流大于所述第二电流阈值。所述发射控制单元11根据所述负载电流的变化，确认当前需要进行充电，即与负载所在的设备握手成功，控制所述无线充电发射单元12一直处于打开状态进行充电。所述接收控制单元22根据所述充电电压的变化(这个变化由所述无线充电发射单元12的一直打开引起)，判定正在进行充电，控制所述开关管单元21保持关闭以使得所述无线充电接收单元24正常地输出电能为负载充电。

4、在所述接收控制单元22监测到电池电量达到最大值时，所述接收控制单元22对所述开关管单元21进行“开-关-开-关-开”的操作。所述发射控制单元11根据负载电流的变化识别到所述接收控制单元22的操作，确认电池已充满电，再次以低功耗的模式控制所述无线充电发射单元12的开关状态。

因此，在本实用新型中，接收控制单元22可以通过对开关管单元21的开关控制，将对应的负载电流变化反映给发射控制单元11；而发射控制单元11根据负载电流的变化识别出充电储能设备的状态，并进行相应的操作。当面对非正常充电，如异物接触产生的负载电流变化时，发射控制单元11可以识别出为异物，而不会进行充电。

需要说明的是，上述接收控制单元22对开关管单元21的控制操作并不是唯一的配置方式，在本实施例中只是举例说明，在握手时并不一定要进行“开-关-开”的操作，可以其他的逻辑操作，同理在电池充满电时，也不一定要进行“开-关-开-关-开”的操作。

请同时参阅图2与图3，其中，图2是本实用新型实施例提供的无线充电接收模块的电路图，图3是本实用新型实施例提供的无线充电发射模块中的无线充电接收单元与开关管单元的电路图。

在本实施例中，所述无线充电发射单元12包括发射线圈L1、第一MOS管Q1、第一电容C1以及第一电阻R1；所述发射线圈L1的第一端与直流电源VCC连接，所述发射线圈L1的第二端与所述第一MOS管Q1的漏极连接；所述第一MOS管Q1的源极通过所述第一电阻R1接地；所述第一电容C1与所述发射线圈L1并联；所述第一MOS管Q1的栅极与所述无线充电发射单元的发射控制端连接；所述第一MOS管Q1的源极为所述无线充电发射单元的电流反馈端；

所述无线充电接收单元24包括接收线圈L2与整流滤波子单元241；所述接收线圈L2与所述发射线圈L1耦合；所述接收线圈L2的第一端与所述整流滤波子单元241的第一输入端连接；所述接收线圈L2的第二端与所述整流滤波子单元241的第二输入端连接；所述整流滤波子单元241的输出端为所述无线充电接收单元的充电电压输出端。

其中，所述发射控制单元11在打开所述无线充电发射单元12时，输出PWM 信号控制所述第一MOS管Q1的开关，配合所述第一电容C1与所述发射线圈L1产生磁场。所述接收线圈L2感应所述磁场并转换为交流电，通过所述整流滤波子单元241将交流电转换为直流电为所述电池充电管理芯片23提供工作电压。所述第一电阻R1为采样电阻，流经所述第一电阻R1的电流即为负载电流。

优选地，所述无线充电发射单元12还包括第二电容C2、第二电阻R2、第三电阻R3；

所述第一MOS管Q1的栅极通过所述第二电阻R2与所述无线充电发射单元的发射控制端连接；所述第一MOS管Q1的栅极通过所述第三电阻R3接地；所述第二电容C2与所述第三电阻R3并联。

其中，第三电阻R3为下拉电阻，在发射控制单元11没有稳定之前，给第一MOS管Q1的栅极一个稳定的低电平状态。第二电容C2起到滤波作用。

优选地，所述无线充电发射模块1还包括低通滤波单元13；所述无线充电发射单元12的电流反馈端通过所述低通滤波单元13与所述发射控制单元11的负载电流检测端连接；其中，所述低通滤波单元13的输入端与所述无线充电发射单元12的电流反馈端连接，所述低通滤波单元13的输出端与所述发射控制单元11的负载电流检测端连接。通过所述低通滤波单元13，可以对采集到的负载电流信号中的高频部分进行滤除。

在一种可选的实施方式中，所述低通滤波单元13包括第四电阻R4、第三电容R3；

所述第四电阻R4的第一端为所述低通滤波单元13的输入端，所述第四电阻R4的第二端为所述低通滤波器的输出端，并通过所述第三电容R3接地。

优选地，所述无线充电发射模块1还包括放大单元14；所述低通滤波单元13通过所述放大单元14与所述发射控制单元11的负载电流检测端连接；其中，所述放大单元14的输入端与所述低通滤波单元13的输出端连接，所述放大单元14的输出端与所述发射控制单元11的负载电流检测端连接。由于采集到的负载电流信号可能信号比较弱，通过所述放大单元14可以对其进行信号放大。

在一种可选的实施方式中，所述放大单元14包括运算放大器A1、第五电阻R5、第六电阻R6、第四电容C4；

所述运算放大器A1的同相输入端为所述放大单元14的输入端；所述运算放大器A1的反相输入端通过所述第五电阻R5接地；所述运算放大器A1的反相输入端通过所述第六电阻R6与所述运算放大器A1的输出端连接；所述运算放大器A1的输出端为所述放大单元的输出端；所述第四电容C4与所述第六电阻R6并联。

优选地，所述整流滤波子单元241包括第一稳压二极管D1、第七电阻R7、第二稳压二极管D2、第五电容C5；所述第一稳压二极管D1的正极为所述整流滤波子单元241的第一输入端，所述第一稳压二极管D1的负极与所述第七电阻R7的第一端连接；所述第七电阻R7的第二端与第二稳压二极管D2的负极连接；所述第二稳压二极管D2的正极为所述整流滤波子单元241的第二输入端并且接地；所述第二稳压二极管D2的负极为所述整流滤波子单元241的输出端；所述第五电容C5与所述第二稳压二极管D2并联。其中，所述第一稳压二极管D1起到半波整流的作用；所述第七电阻R7起到限流的作用；所述第二稳压二极管D2可以给后面的电路提供稳定的电压；第五电容C5起到滤波作用。

优选地，所述开关管单元21包括第二MOS管Q2、第八电阻R8与第九电阻R9；所述第二MOS管Q2的漏极为所述开关管单元21的第一连接端；所述第二MOS管Q2的源极为所述开关管单元21的第二连接端；所述第二MOS管Q2的栅极与所述第八电阻R8的第一端连接；所述第八电阻R8的第二端为所述开关管单元21的控制端，并通过所述第九电阻R9接地。

同时，本实用新型还提供了一种无线充电系统，包括充电储能设备、充电座以及上述的无线充电电路；所述无线充电电路中的无线充电发射模块设置在所述充电座中；所述无线充电电路中的无线充电接收模块设置在所述充电储能设备中。

相比于现有技术，本实用新型提供的一种无线充电电路的有益效果在于：所述无线充电电路包括无线充电接收模块、无线充电发射模块；所述无线充电发射模块包括发射控制单元与无线充电发射单元；所述发射控制单元的控制输出端与所述无线充电发射单元的发射控制端连接；所述发射控制单元的负载电流检测端与所述无线充电发射单元的电流反馈端连接；所述无线充电接收模块包括开关管单元、接收控制单元、电池充电管理芯片以及用于接收所述无线充电发射单元发射的能量并转换为电能的无线充电接收单元；所述无线充电接收单元的输出端与所述电池充电管理芯片的电源端连接，所述电池充电管理芯片的充电输出端用于与充电储能设备的电池连接；所述开关管单元的第一连接端与所述无线充电接收单元的输出端连接；所述开关管单元的第二连接端接地；所述接收控制单元的开关控制端与所述开关管单元的控制端连接；所述接收控制单元的工作电压检测端与所述无线充电接收单元的输出端连接；所述接收控制单元的电池电量检测端与所述电池充电管理芯片的充电输出端连接。通过以上的结构，接收控制单元可以通过对开关管单元的开关控制，将对应的负载电流变化反映给发射控制单元；而发射控制单元根据负载电流的变化识别出充电储能设备的状态，并进行相应的操作。当面对非正常充电，如异物接触产生的负载电流变化时，发射控制单元可以识别出为异物，而不会进行充电。相比于现有技术，本实用新型的通信原理更简单，板卡要求面积要求小、电路简单、成本低廉。相应地，本实用新型还提供了一种无线充电系统。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。