专利名称：一种小型电子设备无线充电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种小型电子设备无线充电装置，尤其涉及ー种新型的带有充电/待机/过载/短路指示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及以下)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、充电效率还是使用便捷性方面都有了较大的提高。2010年9月I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，并且输出功率大多较之有线充电的输出功率有一定差距。
实用新型内容实用新型目的针对现有技术中存在的问题与不足，本实用新型提供ー种结构简单、效率较高的小型电子设备无线充电装置。技术方案ー种小型电子设备无线充电装置，包括发射装置和接收装置；所述发射装置主要包括外部晶振、分频器、D类功放驱动芯片或互感耦合器、D类功放模块、谐振滤波回路、发射线圏、电平转换模块、电平检测模块、控制模块和预警装置；所述的接收装置主要包括接收线圈、接收端阻抗匹配网络、整流滤波模块及稳压模块；所述外部晶振发出的高频信号经过分频器分频后被送入D类功放驱动芯片或互感耦合器以产生两路反相(相位差180度)的方波信号来驱动D类功放模块；所述D类功放模块的供电电压是直流电，其包括ー对MOS管，所述ー对MOS管由驱动芯片产生的方波信号分别驱动山类功放模块的输出经过ー个谐振滤波回路接地；所述谐振滤波回路包括一个发射线圈L，ー组谐振电容Cl和ー组退耦电容C2，退耦电容C2的大小和谐振电容Cl的大小相同；所述发射线圈L接在D类功放模块的输出端；所述电平检测模块用来检测谐振滤波回路输出电流、输出电压和直流输入电流；所述控制模块根据输出电流、输出电压和直流输入电流的大小来判别发射装置是处于过压状态、过流状态、短路状态、有载状态还是空载状态，在异常状态下控制模块会自动发出控制信号，关闭D类功放驱动芯片的使能端，从而使D类功放模块停止工作，防止电路工作状态异常而损坏或引发事故；所述异常状态为过压状态、过流状态或者短路状态；所述预警装置在控制模块的控制下用于表示小型电子设备无线充电装置工作状态，让用户随时了解整个装置的工作状态；所述发射线圈通过共振耦合使得交流能量近乎无辐射地传递到接收线圈；由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，发射线圈和接收线圈的辐射电阻很小以致可以忽略，因此能量几乎全部被发射端耦合到接收端。所述接收线圈接收到的交流能量通过所述接收阻抗匹配网络被送入整流滤波模块；这里的阻抗匹配网络作用是将经过整流滤波模块和稳压模块之后的带充电负载的阻抗变换到ー个合适的值，使得接收线圈接收到的交流能量高效率地传输到待充电设备中。由于待充电设备需要一个恒压直流电，因此最后需要増加所述整流滤波模块和稳压模块用于将接收线圈接收的交流能量变换为恒压直流电。所述的D类功放模块用于将直流供电转换成交流的正弦波从而供给发射线圈L ；其中D类功放模块中的ー对MOS管分别为第一场效应管Ql和第二场效应管Q2 ；D类功放模块还包括驱动芯片产生的两路驱动信号和谐振滤波回路；所述驱动芯片产生的两路驱动信号为第一驱动信号和第二驱动信号；所述谐振滤波回路中的谐振电容Cl的大小等于I/ 2し其中L是发射线圈L的电感量，ω是系统工作的角频率；其中第一场效应管Ql的漏极经过一个小电阻(O. 001 Ω O. I Ω)接直流供电Vcc，栅极接第一驱动信号，源极接第二场效应管Q2的漏极；所述第二场效应管Q2的栅极接第二驱动信号，源极接地；发射线圈L一端接于第二场效应管Q2的漏极，另一端与谐振电容Cl相连；谐振电容Cl的另一端接地；退耦电容C2 —端接在第一场效应管Ql的漏扱，另一端接在发射线圈L与谐振电容Cl相连的点。所述发射线圈L、接收线圈及接收阻抗匹配网络三个模块组成网络传输部分；定义效率最佳等效接收阻抗Zeqr为“当传输效率最大时从接收线圈向带充电负载看过去的等效阻杭”，则
权利要求1.ー种小型电子设备无线充电装置，其特征在于包括发射装置和接收装置；所述发射装置主要包括外部晶振、分频器、D类功放驱动芯片或互感耦合器、D类功放模块、谐振滤波回路、电平转换模块、电平检测模块、控制模块和预警装置；所述的接收装置主要包括接收线圈、接收端阻抗匹配网络、整流滤波模块及稳压模块； 所述外部晶振发出的高频信号经过分频器分频后被送入D类功放驱动芯片或互感耦合器以产生两路反相的方波信号来驱动D类功放模块；所述D类功放模块的供电电压是直流电，其包括ー对MOS管，所述ー对MOS管由驱动芯片产生的方波信号分别驱动；D类功放模块的输出经过ー个谐振滤波回路接地；所述谐振滤波回路包括ー个发射线圈L，ー组谐振电容Cl和ー组退耦电容C2，退耦电容C2的大小和谐振电容Cl的大小相同；所述发射线圈L接在D类功放模块的输出端；所述电平检测模块用来检测谐振滤波回路输出电流、输出电压和直流输入电流；所述控制模块根据输出电流、输出电压和直流输入电流的大小来判别发射装置是处于过压状态、过流状态、短路状态、有载状态还是空载状态，在异常状态下控制模块会自动发出控制信号，关闭D类功放驱动芯片的使能端，从而使D类功放模块停止工作；所述异常状态为过压状态、过流状态或者短路状态；所述预警装置在控制模块的控制下用于表示小型电子设备无线充电装置工作状态； 所述发射线圈通过共振耦合使得交流能量传递到接收线圈；所述接收线圈接收到的交流能量通过所述接收阻抗匹配网络被送入整流滤波模块；所述整流滤波模块和稳压模块用于将接收线圈接收的交流能量变换为恒压直流电。
2.如权利要求书I所述的小型电子设备无线充电装置，其特征在于所述的D类功放模块用于将直流供电转换成交流的正弦波从而供给发射线圈L ;其中D类功放模块中的一对MOS管分别为第一场效应管Ql和第二场效应管Q2 ；D类功放模块还包括驱动芯片产生的两路驱动信号和谐振滤波回路；所述驱动芯片产生的两路驱动信号为第一驱动信号(I)和第二驱动信号(2);所述谐振滤波回路中的谐振电容Cl的大小等于1/ 2し其中L是发射线圈L的电感量，Co是系统工作的角频率；其中第一场效应管Ql的漏极经过一个小电阻接直流供电Vcc，栅极接第一驱动信号(I)，源极接第二场效应管Q2的漏极；所述第二场效应管Q2的栅极接第二驱动信号(2)，源极接地；所述小电阻为0. 001 Q 0. I Q的电阻；发射线圈L 一端接于第二场效应管Q2的漏扱，另一端与谐振电容Cl相连；谐振电容Cl的另ー端接地；退耦电容C2—端接在第一场效应管Ql的漏极，另一端接在发射线圈L与谐振电容Cl相连的点。
3.如权利要求书I所述的小型电子设备无线充电装置，其特征在于所述发射线圈L、接收线圈及接收阻抗匹配网络三个模块组成网络传输部分；定义效率最佳等效接收阻抗Zeqr为“当传输效率最大时从接收线圈向带充电负载看过去的等效阻杭”，则 其中RL是接收负载电阻，k是发射线圈L和接收线圈之间的耦合系数，CO是整个无线能量传输装置的工作角频率，Lt是发射线圈L自感，Lr是接收线圈自感，Rpr是接收线圈寄生电阻，Rt是MOS管的导通电阻rDS、发射线圈L寄生电阻Rpt和电容的寄生电阻之和，Reqr是效率最佳等效接收电阻，Xeqr是效率最佳等效接收电抗，j是虚数単位。
4.如权利要求书3所述的小型电子设备无线充电装置，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RL时，接收阻抗匹配网络采用一元件的BI型阻抗匹配网络或B2型阻抗匹配网络。
5.如权利要求书3所述的小型电子设备无线充电装置，其特征在于当效率最佳等效接收电阻Reqr小于接收负载电阻RL时，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；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、ATI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。
6.如权利要求书3所述的小型电子设备无线充电装置，其特征在于当效率最佳等效接收电阻Reqr大于接收负载电阻RL吋，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；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。
7.如权利要求书4-5任一项所述的小型电子设备无线充电装置，其特征在于每种阻抗匹配网络中的第一端ロ Portl用于连接接收装置的接收线圈；第二端ロ Port2用于连接接收装置的负载电阻RL。
8.如权利要求书I所述的小型电子设备无线充电装置，其特征在干电平检测模块用来检测谐振滤波回路输出电流、输出电压和直流输入电流；其中的谐振滤波回路电流和电压检测的电路，交流信号经过整流滤波后输出的直流通过ー个运算放大器组成的低通滤波器，输出给控制模块，控制模块通过判定所获取的电压值的大小来判断D类功放模块的エ作状态；直流输入电流检测的电路通过检测连接直流供电端Vcc和第一场效应管Ql之间的ー个小电阻两端的压降并进行放大从而得到输入电流，再通过ー个运算放大器组成的低通滤波器，输出给控制模块，控制模块通过判定所获取电压值的大小来判断D类功放模块的工作状态；所述控制模块由一个单片机来根据输入电压值来判定工作状态并输出使能信号，交流信号经过整流滤波后输出的直流通过ー个运算放大器组成的低通滤波器，输出给单片机IO ロ，单片机通过判定所获取的电压值的大小来判断D类功放模块的工作状态。
9.如权利要求书I所述的小型电子设备无线充电装置，其特征在于所述整流滤波模块包括整流电路，所述整流电路包括ニ极管全桥整流、无桥Pfc整流和同步全桥整流方式；首先正弦波通过ー个整流电路后变为半波，之后通过ー个滤波电容将半波变为近似直流电平，近似直流电平经稳压模块输出。
10.如权利要求书I所述的小型电子设备无线充电装置，其特征在于所述整流滤波模块和稳压模块为使用具有整流、滤波、稳压功能的芯片；发射线圈L和接收线圈的背面加有磁性介质以防磁场对周围的环境产生影响；所述报警装置为指示灯和蜂鸣器。
专利摘要本实用新型公开了一种小型电子设备无线充电装置，主要由发射装置和接收装置组成。其中发射装置包括外部晶振、分频器、D类功放驱动芯片或互感耦合器、D类功放模块、谐振滤波回路、发射线圈及电平转换模块、电平检测模块、控制模块、指示灯及蜂鸣器；接收装置包括接收线圈、接收端阻抗匹配网络、整流滤波模块及稳压模块。本实用新型可以应用于手机、MP3、MP4及照相机等所有小功率(5W及以下)电子设备的无线充电，可以实现在设计要求的距离范围内为其提供一定电压及功率进行充电或者供电。本实用新型具有结构简单、应用广泛、可以在一定距离内高效充电、安全无辐射等优点。
文档编号H02J7/02GK202405844SQ20122001364
公开日2012年8月29日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者侯宏民, 刘硕, 周小阳, 周永春, 崔铁军, 李鹏, 杨艳, 陈林辉 申请人:东南大学