单线圈在无线充电和NFC双应用中的切换电路的制作方法

本发明涉及无线充电技术领域，具体涉及单线圈在无线充电和NFC双应用中的切换电路。

背景技术：

随着无线充电技技术的不断进步，具有无线充电功能的无线充电器及被充电设备也日新月异。现有的无线充电器通常采用电磁感应的方式对被充电设备进行充电，在一些运用场景中，由于无线充电能量电磁场内出现其他负载时，该无线充电器通常也会持续给予能量，从而导致加热而损坏设备，甚至产生安全隐患。再者，为了保证无线充电的时效性，通常无线充电器的充电发射端时时处于开启状态，这就导致了在没有负载的情况下能耗的浪费。

技术实现要素：

为此，本发明提供了一种单线圈在无线充电和NFC双应用中的切换电路，运用在无线充电发射端系统中，操作简便，性能稳定，无线充电和NFC相互切换，互不干扰，共同保证无线充电过程的高效稳定。

为实现上述目的，本发明提供了单线圈在无线充电和NFC双应用中的切换电路，其包括无线充电模块、微控制器、NFC模块、切换电路和线圈，所述微控制器、无线充电模块、NFC模块和线圈均和切换电路电性连接，所述微控制器发送控制信号至切换电路，控制切换电路在第一电路通道和第二电路通道之间进行切换，所述第一电路通道连通NFC模块和线圈，所述第二电路通道连通无线充电模块和线圈。

进一步的，所述切换电路包括第一光耦合器U1、第二光耦合器U2、第三光耦合器U3和第四光耦合器U4，所述微控制器为型号为nRF52832的MCU，所述无线充电模块为型号为MAP7201的WP，

其中第一光耦合器U1和第四光耦合器U4的控制端相连，且该端由MCU的第一IO口SW1控制，所述第一光耦合器U1的第一负载端连接到线圈的一端ANT1，所述第一光耦合器U1的第二负载端连接到无线充电模块的WP_ANT1脚，所述第四光耦合器U4的第一负载端连接到无线充电模块的WP_ANT2脚，所述第四光耦合器U4的第二负载端连接到线圈的另一端ANT2，且无线充电模块的WP_ANT1脚和WP_ANT2脚之间连接匹配电容C1，所述第二光耦合器U2和第三光耦合器U3的控制端相连，且该端由MCU的第二IO口SW2控制，所述第二光耦合器U2的第一负载连接到NFC模块的第一脚NFC_ANT1，所述第二光耦合器U2的第二负载连接到线圈的一端ANT1，所述第三光耦合器U3的第一负载连接到线圈的另一端ANT2，所述第三光耦合器U3的第二负载连接到NFC模块的第二脚NFC_ANT2，且NFC模块的第一脚NFC_ANT1和第二脚NFC_ANT2之间连接匹配电容C2。

进一步的，所述切换电路采用继电器及其外围电路构成。

进一步的，所述切换电路采用半导体开关及其外围电路构成。

区别于现有技术，上述技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的技术方案通过设计一个切换电路，该切换电路连接分别连接微控制器、无线充电模块、NFC模块和线圈，并通过微控制器的控制信号控制切换电路在第一电路通道和第二电路通道之间进行切换。本发明通过精准的控制，在无线充电能量电磁场内部出现负载的时候，整个充电电路从第二电路通道自动切换至第二电路通道，避免能量的持续给予，从而避免整个无线充电系统由于不断处在工作过程中发热而损坏或产生安全隐患。

2、采用切换电路进行识别，能够智能在第一电路通道和第二电路通道之间进行自动切换，无线充电模块的发射端无需时刻处于开启状态，有效节省了功率消耗。

3、本发明中的电路通过NFC介面，可以在充电过程中不断的精准反馈被充电设备的电池和温度等状态，从而更可靠且更安全的调节发射端。

4、通过反馈机制，无线充电模块的发射端可以可以动态的调整功率, 适应发射和接收端各种不同的无线充电距离, 并且减少功率的浪费和接收端可能出现的过载或温度隐患。

5、本发明通过一切换电路连通一线圈，通过切换电路在第一电路通道和第二电路通道之间的切换，从而实现在无线充电NFC之间进行智能切换，从而实现了采用同一线圈自适应无线充电的大功率和NFC小功率通道的切换。无需另对NFC线圈和线路做保护，又能够避免NFC线路暴露于大功率无线充电电磁场能量下可能造成的损坏。同时由於大功率无线充电能量将对NFC通信造成干扰，必需在使用NFC通信时暂停无线充电的能量发射，故单一线圈共用切换可以完全解决以上的各种问题。

6、本发明应用在无线充电发射端系统中，操作简便，性能稳定，无线充电和NFC相互切换，互不干扰，共同保证无线充电过程的高效稳定。本发明例中使用光偶合器在无线充电电路，和NFC电路之间对共用单一线圈进行切换。同理，该光偶合器可以是其他电子控制的开关器件，如继电器，或半导体开关等。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的电路原理图。

附图标记说明：

1.无线充电模块，2.微控制器，3.NFC模块，4.切换电路，5.微控制器。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

实施例1：

请参阅图1所示，本实施例1的单线圈在无线充电和NFC双应用中的切换电路，其包括无线充电模块1、微控制器2、NFC模块3、切换电路4和线圈5，所述微控制器2、无线充电模块1、NFC模块3和线圈4均和切换电路4电性连接，所述微控制器2发送控制信号至切换电路，控制切换电路4在第一电路通道和第二电路通道之间进行切换，所述第一电路通道连通NFC模块和线圈，所述第二电路通道连通无线充电模块和线圈。NFC模块技术成熟稳定价格便宜。

实施例2：

参考图1和图2所示，为了进一步说明发明，在实施例2的单线圈在无线充电和NFC双应用中的切换电路，列举了一个详细的电路原理来进行本发明原理的阐述，在本实施例2中，是对实施例1的更为详细的展开，因此本实施例2中包含了实施例1中的所有电路结构，而在本实施例2的更为详细的方案中，所述切换电路包括第一光耦合器U1、第二光耦合器U2、第三光耦合器U3和第四光耦合器U4，所述微控制器为型号为nRF52832的MCU，所述无线充电模块为型号为MAP7201的WP，当然在另外一些实施例中，也可以采用其他型号的微控制器和无线充电模块。

其中第一光耦合器U1和第四光耦合器U4的控制端相连，且该端由MCU的第一IO口SW1控制，所述第一光耦合器U1的第一负载端连接到线圈的一端ANT1，所述第一光耦合器U1的第二负载端连接到无线充电模块的WP_ANT1脚，所述第四光耦合器U4的第一负载端连接到无线充电模块的WP_ANT2脚，所述第四光耦合器U4的第二负载端连接到线圈的另一端ANT2，且无线充电模块的WP_ANT1脚和WP_ANT2脚之间连接匹配电容C1，所述第二光耦合器U2和第三光耦合器U3的控制端相连，且该端由MCU的第二IO口SW2控制，所述第二光耦合器U2的第一负载连接到NFC模块的第一脚NFC_ANT1，所述第二光耦合器U2的第二负载连接到线圈的一端ANT1，所述第三光耦合器U3的第一负载连接到线圈的另一端ANT2，所述第三光耦合器U3的第二负载连接到NFC模块的第二脚NFC_ANT2，且NFC模块的第一脚NFC_ANT1和第二脚NFC_ANT2之间连接匹配电容C2。

在另一些实施例中，所述切换电路还可以采用其他电子控制的开关器件，如继电器，或半导体开关等。采用继电器或其他半导体开关的电路跟本实施例的电路一样，只是内部实现原理光耦是通过光来控制后级开关，继电器是用电磁来控制后级开关。电路上只需将U1/U2/U3/U4换成对应的器件即可。相比与继电器，光耦的开关动作更快，适合用于高频信号的切换。

本实施例将NFC功能整合到无线充电中，作为无线充电的通讯接口，保证无线充电的安全稳定；默认NFC工作模式，有效的节约了能耗；单线圈通过光耦合器的切换，分别连接到两个不同的应用电路中，通过调整各自的匹配电容，保证两个电路都能有效的工作。

本实施例的工作原理：

默认情况下，MCU的控制口SW1为低而SW2为高，这时线圈COIL通过光耦合器U2、U3和NFC电路相连，与C2组成震荡电路，这时无线充电底座处于NFC工作模式，通过NFC与外界通讯，检测是否有设备需要充电。如检测到有设备需要充电，则系统自动切换到无线充电模式，同时每隔一段时间切回NFC模式，确认充电设备是否还在无线充电底座上；如没有检测到充电设备，则系统始终处于NFC模式，这时系统处于低功耗阶段，能有效节能。当SW1为高而SW2为低时，线圈通过光耦合器U1、U4和无线充电电路相连，与C1组成震荡电路，系统处于无线充电模式，给放置在无线充电底座上的设备充电。

本实施例运用于无线充电底座，并将该无线充电底座默认处于NFC工作模式，检测是否有设备需要充电，大大降低了系统功耗，节约能源。当NFC模块检测到有设备需要充电时，识别设备的ID并记录电量等信息同时切换到无线充电的模式，这样当有多套无线充电设备同时进行充电时，各发射端能准确识别与其连接的设备，保证多套设备同时充电而不会相互影响。

区别于现有技术，本实施例具有以下有益效果：

1、本发明的技术方案通过设计一个切换电路，该切换电路连接分别连接微控制器、无线充电模块、NFC模块和线圈，并通过微控制器的控制信号控制切换电路在第一电路通道和第二电路通道之间进行切换。本发明通过精准的控制，在无线充电能量电磁场内部出现负载的时候，整个充电电路从第二电路通道自动切换至第二电路通道，避免能量的持续给予，从而避免整个无线充电系统由于不断处在工作过程中发热而损坏或产生安全隐患。

2、采用切换电路进行识别，能够智能在第一电路通道和第二电路通道之间进行自动切换，无线充电模块的发射端无需时刻处于开启状态，有效节省了功率消耗。

3、本发明中的电路通过NFC介面可以在充电过程中不断的精准反馈被充电设备的电池电压和温度等状态，进而更可靠且更安全的调节发射端。调节功能是软件上的实现的，以单电芯锂离子或锂聚合物电池为例，当检测到电池电压小于3v或大于4.1v时，此时电池处于涓流或恒压充电模式，降低发射端的功率；当检测到电池电压在3v-4.1v之间时，此时电池处于恒流充电模式，提高发射端的功率。

4、通过反馈机制，无线充电模块的发射端可以可以动态的调整功率, 适应发射和接收端各种不同的无线充电距离, 并且减少功率的浪费和接收端可能出现的过载或温度隐患。例如当检测到接收端与发射端的距离为3cm时，可以降低发射功率即可满足接收端的供电需求；而当接收端与发射端的距离为8cm时，此时需要提高发射端的功率才能满足接收端的供电需求。

5、本发明通过一切换电路连通一线圈，通过切换电路在第一电路通道和第二电路通道之间的切换，从而实现在无线充电NFC之间进行智能切换，从而实现了采用同一线圈自适应无线充电的大功率和NFC小功率通道的切换。无需另对NFC线圈和线路做保护，又能够避免NFC线路暴露于大功率无线充电电磁场能量下可能造成的损坏。同时由於大功率无线充电能量将对NFC通信造成干扰，必需在使用NFC通信时暂停无线充电的能量发射，故单一线圈共用切换可以完全解决以上的各种问题。

6、本发明应用在无线充电发射端系统中，操作简便，性能稳定，无线充电和NFC相互切换，互不干扰，共同保证无线充电过程的高效稳定。本发明例中使用光偶合器在无线充电电路，和NFC电路之间对共用单一线圈进行切换。

需要说明的是，在本文中，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”或者其任何其他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、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。