基于无线电能传输技术的模块化智能散热装置的制作方法

本实用新型涉及单片机式智能控制与无线电能传输技术，尤其是涉及一种基于无线电能传输技术的模块化智能散热装置。

背景技术：

现今，便携式移动设备以其优于传统PC的便携性、灵活性、个性化特性在工业、生活各方面应用十分广泛，然而便携式移动设备因其体型小、集成化程度高等因素导致系统运行发热严重，系统性能衰减。如何平衡便捷性与解决散热，这一问题一直以来是各大便携式设备厂家解决的难点。各大生产厂家一般采用被动式散热模型，即在发热严重的CPU部加装铜管及涂抹散热膏等物理散热方式。该方式符合便携式设备美观、体型小等特点，但其散热效果不理想。

随着移动通讯技术迅猛发展，移动通讯设备发展也成为继PC技术快速发展以来又一大技术革命，大量个人生活与工作业务信息的处理平台由PC转移到了便携式移动通讯设备——手机或平板电脑上。因此便携式设备技术的发展应该向着更加智能、便携与模块化发展，正如现在Facebook与谷歌公司开发的模块化手机。本控制系统运用电容偶和式无线电能传输技术契合模块化这一特征，系统分为两大模块，内置控制模块与外置工作模块。此系统设计不局限于散热系统设计，外置模块可以换成显示与触控模块等。这一技术应用前景广泛，但当前仍处于探索实验阶段。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于无线电能传输技术的模块化智能散热装置，通过内置控制模块与外置模块进行无线电能传输，进而实现便携式设备在需要时进行主动式散热。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型公开了一种基于无线电能传输技术的模块化智能散热装置，包括设置于便携式设备中的内置控制模块和接收式外置模块；所述内置控制模块包括键盘电路、单片机、温度采集器、报警器、继电器开关电路以及电能发射模块，所述键盘电路、温度采集器、报警器及继电器开关电路均与单片机连接，所述电能发射模块与继电器开关电路连接；所述接收式外置模块包括电能接收模块、稳压电路以及散热电机，所述电能接收模块、稳压电路以及散热电机顺序连接；所述电能发射模块通过无线的方式与接收模块连接；工作时，通过键盘电路向单片机输入温度上限值，之后经温度采集器将温度数据与单片机设定的温度上限值进行比较，当实际经传输的温度数据高于设定的预设值时，单片机向继电器开关电路发出低电平触发信号控制继电器开关电路开关接通，电能开始经无线电能发射模块发出，并通过无线的方式传至无线电能接收模块，经过稳压电路后，由散热电机进行散热。

作为优选的技术方案，所述温度采集器采用DSI8B20数字温度传感器，所述DSI8B20数字温度传感器包括用于采集便携式设备温度的温度传感器和将温度信息转化为数字信息传输给单片机的A/D转换器。

作为优选的技术方案，所述继电器开关电路包括HK4100F-DC5V继电器、NPN三级管和防击穿的单向导通二极管，所述继电器和单向导通二极管并联连接，所述NPN三级管的基极连接单片机，发射极接地，集电极连接单向导通二极管的阳极；所述继电器开关电路实现了从弱电的单片机控制强电的电磁继电器及负载的转变。

作为优选的技术方案，所述电能发射模块包括内置直流电源、CLC高频逆变电路、三极管高频功率放大器、CL谐振补偿网络和电能发射极板；所述内置直流电源提供稳定的直流电流，直流电流经CLC高频逆变电路后变成具有固定震荡频率的交流电，三极管高频功率放大器将此交流电升压以便于在电能发射极板上传送。

作为优选的技术方案，所述电能接收模块包括接收极板、桥式整流电路、DC-DC滤波电路；高频交流电经电容耦合机制传送至电能接收极板，高频交流电经桥式整流电路逆变为直流电，电能接收模块再通过DC-DC滤波电路滤除出此直流电中的谐波成分得出稳定的直流电。

作为优选的技术方案，所述发射极板为N块等大小的正方形极板，根据这些等大小的正方形极板与接收极板的耦合状态，选择与接收极板呈最佳耦合状态的正方形发射极板。

作为优选的技术方案，所述接收极板为面积比正方形极板面积小的圆形极板，两圆形极板之间的间距满足2l<L<2I，其中l为正方形极板的边长，L为接收极板间的间距。

作为优选的技术方案，所述单片机采用AT89C51控制芯片。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型是基于电容耦合式无线电能传输技术，由于该技术为获得较高的耦合程度来提高电能传输效率，在传输时需将直流电变为高频高压交流电，所以传输极板的电流很小，极板发热很小。

2、本实用新型极板的设计方案自由度极高而且极板可以做地极薄。电容偶无线电能传输技术这些特点使得其十分适合在便携嵌入式设备上进行无线传能应用。

3、本实用新型设计采用划小分割式发射极板设计，这一设计通过选取某一发射极板与接收极板的最佳耦合状态，来实现最佳地传输效率。

附图说明

图1是本实用新型装置的结构示意图；

图2是本实用新型装置中NPN三极管驱动继电器电路；

图3是电能发射模块的结构示意图；

图4(a)、图4(b)是本实用新型发射极板与接收极板的示意图；

图5(a)、图5(b)是极板在第一位置和第二位置进行逐行扫描检测方式示意图；

图6(a)、图6(b)是极板在第一位置和第二位置进行逐列扫描检测方式示意图；

图7(a)、图7(b)是极板在第一位置和第二位置进行斜向扫描检测方式示意图；

图8(a)、图8(b)是极板在第一位置和第二位置进行斜向隔一扫描检测方式示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本实验新型基于单片机与电容耦合式无线电能传输的模块化智能化散热系统，包括用于接收温度数字数据与处理及对温度数字数据比较进行相应的单片机、用于对弱电单片机指令转换成强电通断开关的继电器、无线电能传输模块以及键盘电路，无线电能传输模块包括设备内置的直流电源、三极管高频功率放大器、高频LC谐振电路、发射极板；所述键盘电路、温度采集器、报警器及继电器开关电路均与单片机连接，所述电能发射模块与继电器开关电路连接；所述接收式外置模块包括电能接收模块、稳压电路以及散热电机，所述电能接收模块、稳压电路以及散热电机顺序连接。另外，电路中还包括接收式外置模块，由电能接收极板、桥式整流电路、滤波电路以及直流散热机构成。接收式外置模块是由具体的上下接收极板、桥式整流电路以及滤波电路组成。由极板接收到电能后，经由桥式整流电路整流之后，电路中的电流方向虽然变成统一方向流向，但是整流后的电流不稳定，具有较大幅度的脉动和谐波成分，仍需进行滤波器滤波才能稳定地对负载进行供。

另外电路中，还包括温度收集装置与温度数据A/D转化器电路。外部温度数据经温度收集电路记录，并将温度模拟数据转换成数字数据，传输至单片机处理中心，温度数字信息在单片机处理中心与键盘电路键入的温度设定程序相比较，如果温度信号高于单片机程序设定的温度参数，则单片机做出响应，发出低电平触发信息，传输给外部继电器电路，继电器被触发导通，电能传输开始。

所述温度收集与温度数据模数转化器采用DSI8B20数字温度收集装置，它能实时采集温度模拟数据，并且具有能将收集到的模拟数据转化为数字数据的A/D转化器功能。

如图2所示NPN三极管驱动继电器电路。由于单片机属于弱电元器件无法驱动强电元器件电路通断，所以需要通过驱动电路来控制电路通断。单片机响应输出低电平驱动电流经电阻流入三极管使得三极管处于饱和状态，电流经集电极和发射极，继电器吸合，电路导通；反之。

如图3所示为内置电能传输模块，依次为内置直流电源、CLC高频逆变电路、三级管高频功率放大电路、CL谐振补偿网络和电能发射极板。直流电源电流经CLC高频逆变电路变成交流电，CLC电路比LC电路具有更大的谐振容量，而且更加稳定。

本实例中，所述接收与发射极板接收方式是将传输发射极板分为几块等大小的正方形极板，每一块极板都可能是理论上下极板中任一块，接收极板可以设计成面积相对小的圆形极板，两圆形极板之间的间距满足2l<L<2l(其中l为发射正方形的边长，L为接收极板间的间距)，发射与接收极板简化示意图如图4(a)、图4(b)所示。如图所示的任一可能的发射极板上都接有相应的逻辑开关。

在实际无线电能传输应用当中，接收的两块极板可以是任一位置，所以如何获得最佳耦合效应和避免交叉耦合效应从而获得最佳传输效率是问题的关键。当发射端检测到耦合电流的异动信息或已无耦合效果时，外置工作模块可能已经移走不充电。

如图5(a)、图5(b)所示，当将被分成正方形块的发射极板进行每行依次两两发射上下极板分配时，红蓝色分别代表上下极板，如果由内置发射模块中检测到某位置处于最佳耦合状态时，则此两两方块为能进行电能传输最佳耦合状态，那么没有检测到最佳耦合状态的其他发射极板将会被极板上的逻辑开关断开。

反之情形如图6(a)、图6(b)所示，如果逐行检测没有检测到最佳耦合状态位置时，进行每列两两依次上下极板传输分配。每列进行逐列依次检测时，如果检测到两两上下对应极板处于最佳耦合状态时，则取此位置检测到的最佳耦合状态进行电能传输，逻辑开关将断开其它耦合情况不佳的电能传输极板来避免带来的交叉耦合情况。

如图7(a)、图7(b)所示，在逐列进行最佳耦合状态检测没有检测到最佳耦合状态时，极板进行斜行逐次极板检测，如果能在相应位置检测到最佳耦合状态，逻辑开关断开其他进行耦合的发射机极板，取最佳耦合状态位置进行电能传输。由于斜行有两个方向，还需进行一次斜行检测。

如图8(a)、图8(b)所示，当以上双向斜行没有检测到最佳耦合状态时，在斜向极板进行隔个极板检测，即在斜方向上逐次相隔一个进行极板检测，由于斜方向有两个方向，进行两次检测，原理与图8相似。当检测到最佳耦合时，通过逻辑开关断开耦合状态不佳的发射极板线路，取最佳耦合状态位置进行电能传输。

所述外置接收工作模块是由具体的上下接收极板、桥式整流电路以及滤波电路组成。由极板接收到电能后，经由桥式整流电路整流之后，电路中的电流方向虽然变成统一方向流向，但是整流后的电流不稳定，具有较大幅度的脉动和谐波成分，仍需进行滤波器滤波才能稳定地对负载进行供能。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。