本发明涉及无线充电器的技术领域，特别是一种无线充电的蓝牙音箱以及无线充电器。
背景技术
随着智能手机、平板电脑的出现，人们对智能电子产品的使用越来越频繁，给智能电子产品充电就成为了日常生活中必不可少的一件事。无线充电器的出现给人们的生活带来了更多便捷，但通常无线充电器功能单一，且在为电子设备，诸如蓝牙音箱充电时，无法与蓝牙音箱进行通信，以此来更好地优化充电策略，优化无线充电器对蓝牙音箱的充电控制，从而提高其充电效率，并降低能耗。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明旨在提供一种无线充电的蓝牙音箱以及无线充电器。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种无线充电的蓝牙音箱以及无线充电器；所述蓝牙音箱进行无线充电时置于无线充电器的顶部；
所述无线充电器用于对蓝牙音箱进行充电，包括有：无线充电发射模块、第一整流模块、调压模块、逆变模块、第一蓝牙模块以及无线充电控制模块；
所述蓝牙音箱包括有无线充电接收模块、第二整流模块、第二蓝牙模块以及音箱控制模块；
所述第一整流将外部市电整流成直流经调压模块进行调压后，进入逆变模块转换成高频交流，高频交流通过无线充电发射模块转变成耦合磁场能，所述无线充电接收模块接收该耦合磁场能并将其转换成交流电能，再通过第二整流模块整流成直流为蓝牙音箱的内置电池进行充电；
所述第一蓝牙模块与第二蓝牙模块在无线充电过程中通过蓝牙连接实现相互通信，所述第一蓝牙模块与无线充电控制模块的通信端连接；所述第二蓝牙模块以及音箱控制模块的通信端连接。
优选地，所述无线充电器还包括有位于无线充电器中部的隔磁模块，所述无线充电发射模块、第一整流模块、调压模块以及逆变模块位于隔磁模块的上部，所述第一蓝牙模块以及无线充电控制模块位于隔磁模块的下部，用来隔离所述隔磁模块上部空间内的高频磁场对无线充电控制模块以及第一蓝牙模块的干扰。
优选地，所述第一蓝牙模块包括有：蓝牙射频天线、蓝牙射频控制单元、蓝牙功放单元、蓝牙扬声器；所述蓝牙功放单元用于对第一蓝牙模块接收到的信号进行功率放大，再通过蓝牙扬声器对所述信号进行电声转换，播报出无线充电器的工作状态；所述蓝牙射频控制单元用于控制蓝牙射频天线发射信号强度的强弱。
优选地，所述无线充电器顶部设置有限位模块，对蓝牙音箱所在位置进行限定，用于保证蓝牙音箱的无线充电接收模块与所述无线充电发射模块之间无偏移，耦合完全。
优选地，所述无线充电发射模块包括第一无功补偿模块与发射谐振模块，逆变器输出端的交流通过第一无功补偿模块的补偿再由发射谐振模块将电能转变成电磁场；所述无线充电接收模块包括接收谐振模块以及第二无功补偿模块，接收谐振模块接收发射谐振模块发射出来的电磁场能，将其转换成电能后再通过第二无功补偿模块进行补偿。
优选地，所述无线充电控制模块还用来获取音箱的最大可接收功率，所述最大可接受功率由音箱电池的现存电容量确定，通过音箱的第二蓝牙模块发送至所述第一蓝牙模块；所述无线充电控制模块包括电压调节单元，所述电压调节单元首先计算出无线充电器在调压模块未接入的情况下的可传输的最大可传输功率，将音箱侧电池的最大可接受功率与无线充电器的最大可传输功率进行比较，若所述最大可传输功率满足蓝牙音箱电池的最大可接受功率，则无线充电控制模块控制所述调压模块不工作；若否，则控制调压模块进行工作对逆变器的输入电压进行调节。
优选地，所述在调压模块未接入的情况下无线充电器可传输的最大可传输功率的计算公式为：
式中，pmax为可传输的最大传输功率，w0为无线充电器的发射谐振模块设定的充电谐振频率；l1为发射谐振模块中谐振电感值；l2为接收谐振模块中谐振电感的电感值；lb1为第一无功补偿模块中补偿电感的电感值；lb2为第二无功补偿模块中补偿电感的电感值；g为所述谐振电感与所述对应的补偿电感之间由测试所得的互感影响因子；k为发射谐振模块中的谐振电感与接收谐振模块中谐振电感之间的耦合系数；viqm为不采用调压模块调压时第一无功补偿模块输入端的最大输入电压；vqout为无线充电蓝牙音箱的请求充电电压。
本发明的有益效果为：本发明设计了一种无线充电的蓝牙音箱以及无线充电器，该无线充电器内置蓝牙模块可与蓝牙音箱通信连接，实现充电的智能化；且设计了无线充电器的无线充电发射模块的具体电路构成以及控制模块相关控制策略，使得无线充电器与蓝牙音箱之间进行无线充电的充电功率可调，且充电效率高，整体充电系统的能量损耗小，具有一定的应用前景。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明一个优选实施例中蓝牙音箱与无线充电器组成的充电系统的框架结构图；
图2为本发明一个优选实施例中蓝牙音箱与无线充电器组成的充电系统的功能模块图；
图3为本发明一个优选实施例中第一蓝牙模块与第二蓝牙模块之间交互的通信流程图；
图4为本发明一个优选实施例中无线充电发射模块与无线充电接收模块的电路结构图。
具体实施方式
结合以下应用场景对本发明作进一步描述。
在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参见图1和图2，提供了一种无线充电的蓝牙音箱以及无线充电器；所述蓝牙音箱进行无线充电时置于无线充电器的顶部；
所述无线充电器用于对蓝牙音箱进行充电，包括有：无线充电发射模块、第一整流模块、调压模块、逆变模块、第一蓝牙模块以及无线充电控制模块；
所述蓝牙音箱包括有无线充电接收模块、第二整流模块、第二蓝牙模块以及音箱控制模块；
所述第一整流将外部市电整流成直流经调压模块进行调压后，进入逆变模块转换成高频交流，高频交流通过无线充电发射模块转变成耦合磁场能，所述无线充电接收模块接收该耦合磁场能并将其转换成交流电能，再通过第二整流模块整流成直流为蓝牙音箱的内置电池进行充电；
所述第一蓝牙模块与第二蓝牙模块在无线充电过程中通过蓝牙连接实现相互通信，所述第一蓝牙模块与无线充电控制模块的通信端连接；所述第二蓝牙模块以及音箱控制模块的通信端连接。
本实施例中，所述无线充电器还包括有位于无线充电器中部的隔磁模块，所述无线充电发射模块、第一整流模块、调压模块以及逆变模块位于隔磁模块的上部，所述第一蓝牙模块以及无线充电控制模块位于隔磁模块的下部，用来隔离所述隔磁模块上部空间内的高频磁场对无线充电控制模块以及第一蓝牙模块的干扰。
本实施例中，所述第一蓝牙模块包括有：蓝牙射频天线、蓝牙射频控制单元、蓝牙功放单元、蓝牙扬声器；所述蓝牙功放单元用于对第一蓝牙模块接收到的信号进行功率放大，再通过蓝牙扬声器对所述信号进行电声转换，播报出无线充电器的工作状态；所述蓝牙射频控制单元用于控制蓝牙射频天线发射信号强度的强弱；当无线充电器处于充电即将完成时，无线充电控制模块发出信号给蓝牙功放单元，有蓝牙扬声器发出“充电完成”的声音信号；当无线充电器发射充电故障时，触发蓝牙扬声器报警发出“充电故障”的声音信号。
本实施例中，所述无线充电器顶部设置有限位模块，对蓝牙音箱所在位置进行限定，用于保证蓝牙音箱的无线充电接收模块与所述无线充电发射模块之间无偏移，耦合完全。
本实施例中，参见图3，所述第一蓝牙模块与所述第二蓝牙模块在无线充电过程中进行交互通信的过程为：所述蓝牙音箱放置在无线充电器的顶部经限位装置固定后，蓝牙音箱的第二蓝牙模块与第一蓝牙模块实现配对，并发出请求充电信息给第一蓝牙模块，所述第一蓝牙模块将请求信息发送给无线充电控制模块，无线充电控制模块检测无线充电器的历史充电信息，判断无线充电器是否存在故障，判断后触发第一蓝牙模块发送“充电许可或者充电故障”信息给第二蓝牙模块；当接收到“充电许可”信息时，第二模块发送“准备充电”信息给第一蓝牙模块；此时第一蓝牙模块接收到“准备充电”信息后，将其发送至无线充电控制模块，无线充电控制模块控制无线充电发射模块工作，进行能量传输，同时触发第一蓝牙模块发送“开始充电”信息给第二蓝牙模块；第一蓝牙模块接收“开始充电”信息后，蓝牙音箱对充电数据进行采样并将充电数据发送至第一蓝牙模块；第一蓝牙模块根据充电数据对无线充电器与蓝牙音箱组成的充电系统进行控制，直至充电完成或充电故障，并发送“充电结束或充电故障”信息给第二蓝牙模块。
本实施例中，所述调压模块的两端并联设置有旁路开关模块，所述旁路开关模块用来在最短的时间内降低逆变器的输入电压，进而迅速的降低无线充电器的输出功率，使得关断所需时间极大的缩减。例如，当蓝牙音箱突然抽离时，此时无线充电控制模块立刻接收到充电数据异常产生的报警信号，并产生控制旁路开关模块的动作信号，使得开关模块工作将调压模块进行旁路；或当蓝牙音箱的电量充满时，无线充电控制模块依据充电数据并监控音箱的充电状态，当充满时产生控制旁路开关模块的动作信号，使得开关模块工作将调压模块进行旁路。
本实施例中，所述无线充电发射模块包括第一无功补偿模块与发射谐振模块，逆变器输出端的交流通过第一无功补偿模块的补偿再由发射谐振模块将电能转变成电磁场；所述无线充电接收模块包括接收谐振模块以及第二无功补偿模块，接收谐振模块接收发射谐振模块发射出来的电磁场能，将其转换成电能后再通过第二无功补偿模块进行补偿。
本实施例中，所述无线充电控制模块分别与所述第一驱动模块的受控端、所述第二驱动模块的受控端连接；所述第一驱动模块驱动所述调压模块进行逆变器输入电压的调节；所述第二驱动模块用来产生触发信号驱动逆变器工作；所述音箱控制模块的控制端分别与开路保护继电器的受控端以及第二整流模块的受控端进行连接。
本实施例中，所述调压模块为具有四项交错式pfc电路拓扑结构的boost升压变换器。
参见图4，本实施例中，所述第一无功补偿模块中为lcc型无功补偿电路，具体有：所述逆变器的第一输出端接补偿电感lb1的输入端；补偿电容cb1一端接补偿电感lb1的输出端，另一端接逆变器的第二输出端；第一电容c1的一端连接到补偿电感lb1的输出端，另一端连接至发射谐振模块中谐振电感l1的输入端；所述谐振电感l1的输出端连接至逆变器的第二输出端；可见，所述第一电容c1既用作无功补偿，也参与到与谐振电感l1配合进行谐振脉动的过程中；所述第二无功补偿模块也为lcc型无功补偿电路，所述第一无功补偿模块与第二无功补偿模块在电路结构上对称，且第二无功补偿模块的第二电容c2不仅用作第二无功补偿模块中进行无功补偿，还用于与接收谐振模块中谐振电感l2进行谐磁共振，能量转换。
本实施例中，所述无线充电器与蓝牙音箱内部分别包括有用于采样监测电压、电流信号的第一采样监测模块和第二采样监测模块；无线充电器内部的第一采样监测模块与所述无线充电控制模块连接；所述第二采样监测模块与所述音箱控制模块连接。
本实施例中，所述无线充电控制模块还用来获取音箱的最大可接收功率，所述最大可接受功率由音箱电池的现存电容量确定，通过音箱的第二蓝牙模块发送至所述第一蓝牙模块；所述无线充电控制模块包括电压调节单元，所述电压调节单元首先计算出无线充电器在调压模块未接入的情况下的可传输的最大可传输功率，将音箱侧电池的最大可接受功率与无线充电器的最大可传输功率进行比较，若所述最大可传输功率满足蓝牙音箱电池的最大可接受功率，则无线充电控制模块控制所述调压模块不工作；若否，则控制调压模块进行工作对逆变器的输入电压进行调节。
本实施例中，所述在调压模块未接入的情况下无线充电器可传输的最大可传输功率的计算公式为：
式中，pmax为可传输的最大传输功率，w0为无线充电器的发射谐振模块设定的充电谐振频率；l1为发射谐振模块中谐振电感值；l2为接收谐振模块中谐振电感的电感值；lb1为第一无功补偿模块中补偿电感的电感值；lb2为第二无功补偿模块中补偿电感的电感值；g为所述谐振电感与所述对应的补偿电感之间由测试所得的互感影响因子；k为发射谐振模块中的谐振电感与接收谐振模块中谐振电感之间的耦合系数；viqm为不采用调压模块调压时第一无功补偿模块输入端的最大输入电压；vqout为无线充电蓝牙音箱的请求充电电压。
本实施例中，所述逆变器为全桥逆变器，为保证全桥逆变器的开关管工作在零电压开关状态以节省功耗，无线充电控制模块内设置了用于对所述第一电容以及所述第二电容进行同步修正调节来实现逆变器工作在零电压开关状态的电容调节单元；无线充电控制模块还设置有用于调节第二无功补偿器的输出电流以保证无线充电器在最大传输效率下对蓝牙音箱进行充电的电流调节单元。
本实施例中，所述第一电容与所述第二电容的两侧并联有多个调节电容支路，在本实施例中，设定为2个调节电容支路；所述调节电容支路包括调节电容ck以及与电容对应的可控开关；通过调节可控开关的开关即可实现将调节电容并入第一电容或第二电容的两侧，其中，第一电容与第二电容两侧的多个调节电容支路保持同步调节动作，如此，即可实现对第一电容或第二电容的修正调节。
本实施例中，所述无线充电器刚接收到“准备充电”的信号后，开始以初始工作状态进行预充电，其中初始工作状态为逆变器工作在初始设定频率w0的工作频率上，此时，检测全桥逆变器中的mosfet开关管是否工作在零电压开通的状态，若是，则继续保持该工作状态；若不是，则通过电容调节单元进行调节，具体为：
电容调节单元获取第一采样监测模块采集到的第一无功补偿模块的实际输入电压以及第二无功补偿模块的实际输出电压，计算其电容调节量；根据计算得到的电容调节量去控制并联在第二电容两端的调节电容支路对应的可控开关；相应的也根据所述电容调节量去同步控制并联在第一电容两端的调节电容支路对应的可控开关，以实现对第一电容和第二电容的调节；调节后，其发射谐振模块与接收谐振模块之间传输能量的谐振频率变化，此时，无线充电控制模块监测谐振频率，并通过第二驱动模块驱动全桥逆变器工作在工作频率为wg的状态下，使得全桥逆变器的工作频率w0更新为变化后的谐振频率wg。
本实施例中，所述电容调节量的计算公式为：
式中,δc为电容调节量，w0为无线充电器与蓝牙音箱组成的充电系统工作的设定谐振频率；c1为第一电容；
本优选实施例中，为使得逆变器的可控开关管工作在零电压开通的工作状态下，通过在第一电容以及第二电容两端分别设置电容调节支路，并对电路进行建模，设计了解决该问题的电容调节单元，通过对电容调节量的计算，控制调节电容支路的切入或切除，实现对第一电容和第二电容的调节，进而保证全桥逆变器中的mosfet开关管工作在零电压开通的状态，以此来降低能耗。
本实施例中，所述无线充电器对蓝牙音箱进行不断充电时，蓝牙音箱内电池的电容量不断变化，其内阻也不断变化，且为实现对蓝牙音箱的快充，当电池电量较低时，采用大电流进行恒流充电，当电池电量充至较高后，切换至小电流恒流充电。
本实施例中，当充电电流进行上述切换时，其无线充电器的充电效率会产生变化，故所述电流调节单元在对无线充电器以及蓝牙音箱的充电系统的电路建模的基础上，设计了适应于充电模式下的无线充电器的充电效率的计算方法，并基于该方法，发现所述无线充电器获得最大传输效率的条件为第二无功补偿模块输出端的输出电流达到电流设定值，所述电流设定值的计算公式为：
式中，
故该无线充电器对蓝牙音箱进行充电，想要获取最大的传输效率，首先需要通过蓝牙音箱侧的第二采样监测模块对第二无功补偿模块输出端的输出电流进行实时采集监控，将监控的所述输出电流通过蓝牙发送至第一蓝牙模块，无线充电控制模块中的差控调理电路通过将所述输出电流与所述电流设定值比较获取其差模，经过处理产生反馈信号，第二驱动模块接受反馈信号对全桥逆变器中的开关管在一个开关周期内的开通时间进行调整，使得第二无功补偿模块输出端的输出电流值接近电流设定值，通过如此调节，来保证无线充电器对蓝牙音箱的充电保持在较高的传输效率下工作。
本优选实施例中，探究了如何才能使得充电系统工作在较高的传输效率下工作，发现了充电系统获得最大传输效率的条件；依据该条件对系统中的第二无功补偿模块输出端的输出电流进行检测，并在无线充电控制模块内进行反馈控制，使得充电系统被调节至最大传输效率的工作状态上；采用上述调节控制方法，控制简单以及控制速度快。
本优选实施例中，设计了一种无线充电的蓝牙音箱以及无线充电器，该无线充电器内置蓝牙模块可与蓝牙音箱通信连接，实现充电的智能化；且设计了无线充电器的无线充电发射模块的具体电路构成以及控制模块相关控制策略，使得无线充电器与蓝牙音箱之间进行无线充电的充电功率可调，且充电效率高，整体充电系统的能量损耗小，具有一定的应用前景。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。