专利名称：无线充电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可为小型电子设备进行无线充电的装置，尤其涉及一种带有充电/待机/过载指示的非接触式的高效率无线充电系统，可用于手机、MP3、MP4及照相机等小功率(5w以下)电子设备的无线充电，以实现在设计要求的距离范围提供一定电压及功率，为其充电或者供电。
背景技术：
无线充电是近几年非常热门的研究方向，从早期感应式的能够无线充电的电动牙刷及电动剃须刀到后来能够为手机充电的Powermat (“无线充电毯”)无线充电套装。如今市面上已经有不少品牌的无线充电器，无论从充电功率、充电效率或者使用便捷性方面都有了不小的提高。2010年九月一日，全球首个推动无线充电技术的标准化组织——无线充电联盟在北京宣布将Qi无线充电国际标准率先引入中国，目前也与各大公司联合推出了符合Qi标准的各类型的手机无线充电器。但是，这些产品的有效无线充电距离都很近(在 Icm以内)，即要求待充电设备与发射装置(即充电板)紧贴。我们所发明的一种小型设备无线充电装置将这个有效无线充电距离大大增加，可达到10cm，即待充电设备和充电板相隔IOcm时依然能进行有效地充电。通过调整E类功放、阻抗匹配网络以及线圈中各元件的参数，可以方便地改变整个无线充电装置在一定距离下的传输功率及传输效率，使得本实用新型可以灵活应用于各种小功率电子设备及各种应用场景中。同时本装置带有充电/待机指示功能及异常报警功能，当发射装置没有检测到待充电设备时，会自动进入低功耗状态以节约电能；当待充电设备放在发射装置上时，会自动进入充电状态为其提供电能。当有大面积金属放置在其上时，发射装置将会自动检测到，并关闭其功放模块使其避免受到损坏(同时也避免了金属发热而引发事故)。此时，异常指示及蜂鸣器会启动以提醒用户。
发明内容技术问题本实用新型的目的是提供无线充电装置，该装置能够对手机、MP3、MP4 及照相机等小功率(5w以下)电子设备在一定距离(IOcm以内)下进行有效地无线充电，通过调整E类功放、阻抗匹配网络以及线圈中各元件的参数，可以方便地改变整个无线充电装置在一定距离下的传输功率及传输效率，同时本装置带有充电/待机指示功能及异常报警功能。技术方案一种无线充电装置，该装置包括发射装置和与发射装置耦合的接收装置；所述的发射装置包括分频器，用于将外部晶振发出的高频信号进行分频，并将分频后的信号送入功率开关控制及初级放大模块；功率开关控制及初级放大模块，用于对接收的上述分频后的信号进行初级放大得到方波信号，该模块还包括转换开关，用于选择对前级信号放大或者是关断；E类功放，用于接收所述被初级放大后的方波信号，作为其驱动信号，经过E类功放进行功率放大后得到大功率信号；发射阻抗匹配网络，用于接收所述大功率信号，并直接将该大功率信号直接馈入到发射线圈；发射阻抗匹配网络将发射线圈之后映射过来的等效阻抗变换到E类功放的最佳负载电阻Rs，使得E类功放工作在最佳状态；发射线圈，用于通过共振耦合将大功率信号传递到接收线圈；峰值检测模块，用于峰检测阻抗匹配网络中元件上电压的包络峰值；主控单元，用于根据上述电压的包络峰值来判别E类功放的工作状态，在异常状态下，即峰值电压低于阈值，会发出控制信号令功率开关控制及初级放大模块来关闭E类功放；主控单元还用于发出控制信号来控制功率开关控制及初级放大模块的转换开关，使得发射装置在待机和工作状态灵活切换；主动单元还用于控制指示灯急蜂鸣器；电平转换模块，用于将主控单元输出的CMOS电平转换为TTL电平，以直接控制功率开关控制及初级放大模块；指示灯及蜂鸣器，用于通知用户随时了解该充电装置的工作状态；所述的接收装置包括接收线圈，用于用过耦合接收发射线圈发送的大功率信号；接收阻抗匹配网络，用于将从接收线圈映射过来的等效阻抗变换到接收负载电阻，此处的接收负载电阻表示经过整流模块和稳压模块之后的待充电负载的等效电阻，使得接收线圈接收到的功率传输到待充电设备中；整流模块，用于将接收到的大功率信号变换为直流电；稳压模块，用于将接收的直流电变成恒压直流电。优选的，发射线圈和接收线圈之间采用共振磁耦合，属于近场耦合。优选的，E类功放是将前级提供的方波信号放大到待充电设备正常充电功率的 1. 3-1. 7倍，E类功放包括N沟道场效应管N-Mosi^et、第一扼流电感L、第二扼流电感Lt、第一电容Cl和第二电容C;其中第二扼流电感Lt位于电源Vcc与N沟道场效应管N-MosFet的漏端之间，第一电容Cl位于N沟道场效应管N-MosFet的漏端与地之间，第二电容C和第一扼流电感L 串联，第二电容C和第一扼流电感L分别位于N-MosFet的漏端与输出端口之间。优选的，发射阻抗匹配网络、发射线圈、接收线圈及接收阻抗匹配网络组成网络传输，定义效率最佳等效发射阻抗为“当传输效率达到最大时从发射线圈向接收线圈看过去的等效阻抗”，
权利要求1.一种无线充电装置，其特征在于该装置包括发射装置和与发射装置耦合的接收装置；所述的发射装置包括分频器用于将外部晶振发出的高频信号进行分频，并将分频后的信号送入功率开关控制及初级放大模块；功率开关控制及初级放大模块用于对接收的上述分频后的信号进行初级放大得到方波信号，该模块还包括转换开关，用于选择对前级信号放大或者是关断；E类功放用于接收所述被初级放大后的方波信号，作为其驱动信号，经过E类功放进行功率放大后得到大功率信号；发射阻抗匹配网络用于接收所述大功率信号，并直接将该大功率信号直接馈入到发射线圈；发射阻抗匹配网络将发射线圈之后映射过来的等效阻抗变换到E类功放的最佳负载电阻Rs，使得E类功放工作在最佳状态；发射线圈用于通过共振耦合将大功率信号传递到接收线圈； 峰值检测模块用于峰检测阻抗匹配网络中元件上电压的包络峰值； 主控单元用于根据上述电压的包络峰值来判别E类功放的工作状态，在异常状态下， 即峰值电压低于阈值，会发出控制信号令功率开关控制及初级放大模块来关闭E类功放； 主控单元还用于发出控制信号来控制功率开关控制及初级放大模块的转换开关，使得发射装置在待机和工作状态灵活切换；主动单元还用于控制指示灯及蜂鸣器；电平转换模块用于将主控单元输出的CMOS电平转换为TTL电平，以直接控制功率开关控制及初级放大模块；指示灯及蜂鸣器用于通知用户随时了解该充电装置的工作状态； 所述的接收装置包括接收线圈用于用过耦合接收发射线圈发送的大功率信号；接收阻抗匹配网络用于将从接收线圈映射过来的等效阻抗变换到接收负载电阻，此处的接收负载电阻表示经过整流模块和稳压模块之后的待充电负载的等效电阻，使得接收线圈接收到的功率传输到待充电设备中；整流模块用于将接收到的大功率信号变换为直流电； 稳压模块用于将接收的直流电变成恒压直流电。
2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于发射线圈和接收线圈之间采用共振磁耦合，属于近场耦合。
3.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于E类功放是将前级提供的方波信号放大到待充电设备正常充电功率的1. 3-1. 7倍，E类功放包括N沟道场效应管N-MosFet、 第一扼流电感L、第二扼流电感Lt、第一电容Cl和第二电容C ；其中第二扼流电感Lt位于电源Vcc与N沟道场效应管N-MosFet的漏端之间，第一电容Cl位于N沟道场效应管N-MosFet的漏端与地之间，第二电容C和第一扼流电感L串联， 第二电容C和第一扼流电感L分别位于N-MosFet的漏端与输出端口之间。
4.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于发射阻抗匹配网络、发射线圈、 接收线圈及接收阻抗匹配网络组成网络传输，定义效率最佳等效发射阻抗为“当传输效率达到最大时从发射线圈向接收线圈看过去的等效阻抗”，
5.根据权利要求4所述的无线充电装置，其特征在于当效率最佳等效接收电阻Reqr 等于接收负载电阻&时，或当效率最佳等效发射电阻Reqt等于功率源最佳负载电阻&时， 发射阻抗匹配网络和接收阻抗匹配网络采用一元件的Bl型阻抗匹配网络或B2型阻抗匹配网络。
6.根据权利要求4所述的无线充电装置，其特征在于当效率最佳等效接收电小于接收负载电阻&时，或当效率最佳等效发射电阻小于功率源最佳负载电阻&时， 发射阻抗匹配网络和接收阻抗匹配网络采用两元件的ALl型阻抗匹配网络、AL2型阻抗匹配网络、AL3型阻抗匹配网络、及AL4型阻抗匹配网络中的任一种；或者当效率最佳等效接收电阻Rwff小于接收负载电阻&时，或当效率最佳等效发射电阻小于功率源最佳负载电阻&时，发射阻抗匹配网络和接收阻抗匹配网络采用三元件的APil 型阻抗匹配网络、APi2型阻抗匹配网络、APi3型阻抗匹配网络、APi4型阻抗匹配网络、ATl 型阻抗匹配网络、AT2型阻抗匹配网络、AT3型阻抗匹配网络、AT4型阻抗匹配网络、及AT5 型阻抗匹配网络中的任一种。
7.根据权利要求4所述的无线充电装置，其特征在于当效率最佳等效接收电阻大于接收负载电阻&时，或当效率最佳等效发射电阻Rrait大于功率源最佳负载电阻&时，发射阻抗匹配网络和接收阻抗匹配网络采用两元件的CLl型阻抗匹配网络及CL2型阻抗匹配网络；或者当效率最佳等效接收电阻Rwff大于接收负载电阻&时，或当效率最佳等效发射电阻大于功率源最佳负载电阻&时，发射阻抗匹配网络和接收阻抗匹配网络采用三元件的CPil 型阻抗匹配网络、CPi2型阻抗匹配网络、CTl型阻抗匹配网络、CT2型阻抗匹配网络、CT3型阻抗匹配网络、及CT4型阻抗匹配网络中的任一种。
8.根据权利要求5-7任一所述的无线充电装置，其特征在于每种类型的阻抗匹配网络中的第一端口 Portl用于连接接收线圈或者发射线圈；第二端口 Port2用于连接接收装置的接收负载电阻&或者发射装置的功率源最佳负载电阻Rs。
9.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于峰值检测模块用来拾取发射阻抗匹配网络上元件的电压峰值，通过一个峰值检测电路来拾取阻抗匹配网络上元件的电压峰值，输出的直流先经过一个运算放大器来提高带负载能力，之后再通过另外一个运算放大器组成的反向放大器加减法器后，输出给单片机输入/输出口，单片机通过判定所获取值的大小来判断功放的工作状态；其中正向放大器正输入端连接的一个可变电阻用于在实际电路中根据实际情况对检测电路进行调节，以便正确地检测电路的工作状态。
专利摘要本实用新型涉及一种无线充电装置，其特征在于该装置包括发射装置和与发射装置耦合的接收装置；所述的发射装置包括分频器，用于将外部晶振发出的高频信号进行分频，并将分频后的信号送入功率开关控制及初级放大模块；功率开关控制及初级放大模块，用于对接收的上述分频后的信号进行初级放大得到方波信号，该模块还包括转换开关，用于选择对前级信号放大或者是关断；E类功放，用于接收所述被初级放大后的方波信号，作为其驱动信号，经过E类功放进行功率放大后得到大功率信号；本实用新型具有结构简单，应用广泛，可以在近距离高效充电和远距离有效充电这两个特点之间灵活选择，安全无辐射等优点。
文档编号H02J7/02GK202309183SQ20112042470
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者刘硕, 周小阳, 周永春, 崔铁军, 杨艳, 陈林辉 申请人:东南大学