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CN106788616A - 一种适用于移动终端的无线充电和近场通信装置 - Google Patents

一种适用于移动终端的无线充电和近场通信装置 Download PDF

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CN106788616A
CN106788616A CN201611202116.9A CN201611202116A CN106788616A CN 106788616 A CN106788616 A CN 106788616A CN 201611202116 A CN201611202116 A CN 201611202116A CN 106788616 A CN106788616 A CN 106788616A
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CN
China
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wireless charging
coil
nfc coils
nfc
near field
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CN201611202116.9A
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Inventor
谭冠南
何大伟
胡沥
沈林军
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Shanghai Amphenol Airwave Communication Electronics Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Amphenol Airwave Communication Electronics Co Ltd
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/80—Services using short range communication, e.g. near-field communication [NFC], radio-frequency identification [RFID] or low energy communication

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  • Signal Processing (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Abstract

一种适用于移动终端的无线充电和近场通信装置，包括基板(1)、无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)，无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)分别设置于基板(1)上，还包括抑制线圈(4)，抑制线圈(4)置于基板(1)上并位于无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)之间，用于抑制无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)之间的耦合谐振。由于在无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)之间添加抑制线圈(4)，可以提高无线充电及NFC性能，减少无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)之间的耦合谐振，解决了无线充电与NFC线圈的不兼容问题，而且，结构紧凑，占用面积小。

Description

一种适用于移动终端的无线充电和近场通信装置
技术领域
本发明涉及无线充电和近场通信技术领域，具体涉及一种适用于移动终端的无线充电和近场通信装置。
背景技术
无线充电技术源自无线电能传输，可以避免用电设备与充电设备的直接连接，具有灵活、安全、可靠等特点，克服了电接触的不稳定性、电气设备移动的局限性等问题，成为有线供电模式的重要补充。无线充电技术主要借助电磁近场感应、磁场谐振和微波能量传输等方式，通过非接触的方式传输电能。目前，以电磁近场感应为代表的Qi标准是当前主流的无线充电技术，通过发射端和接收端的线圈相互感应产生电流，从而实现电力传输。
NFC的全称为Near Field Communication，即近场通信，源于射频识别(RFID，Radio Frequency ldentify Detection)技术，是一种非接触式识别和互联技术，由索尼和飞利浦公司共同开发的，用来实现各种设备之间点对点的近距离通信。NFC技术广泛的应用于无线支付、数据传输等领域，近年来随着智能手机设备的普及，NFC天线越来越多的被设计到无线终端中。
在无线充电及NFC技术中，线圈的性能很大程度上决定了传输效率和距离。当前设计中，针对无线充电和NFC功能，一般会采用两个独立的线圈，一个用来无线充电，另一个用作NFC，独立的线圈设计占用较大的面积，而无线终端的设计是趋于轻、薄，因此需求无线充电结合NFC功能的线圈。
为了减小线圈的面积，通常的方法是将无线充电和NFC线圈设计在一起，分别放置在内、外部。对于此种结构，由于无线充电与NFC线圈靠近，在靠近NFC通信频率附近会产生耦合谐振频率，影响NFC的通信性能，且产生的耦合谐振对于其他器件会造成电磁干扰。
发明内容
为了解决无线充电线圈和NFC线圈之间的耦合问题，本申请提供一种适用于移动终端的无线充电和近场通信装置，包括基板、无线充电线圈和NFC线圈，无线充电线圈和NFC线圈分别设置于所述基板上，还包括抑制线圈，抑制线圈置于基板上并位于无线充电线圈和NFC线圈之间，用于抑制无线充电线圈和NFC线圈之间的耦合谐振。
一种实施例中，无线充电线圈和NFC线圈螺旋式的设置于基板上，无线充电线圈与NFC线圈之间设有间隙，抑制线圈围绕间隙设置成一闭合形状。
一种实施例中，无线充电线圈和NFC线圈设置于基板的同一侧，所述基板的背侧面设有铁氧体介质板。
一种实施例中，无线充电线圈和NFC线圈为双层结构，上下两层分别对称设置于基板的两侧，基板的背侧面的无线充电线圈和NFC线圈的外则设有铁氧体介质板。
一种实施例中，无线充电线圈置于NFC线圈外部。
一种实施例中，无线充电线圈置于NFC线圈内部。
一种实施例中，无线充电线圈和NFC线圈为圆形螺旋形状，抑制线圈的闭合形状为圆形环。
一种实施例中，无线充电线圈和NFC线圈为方形螺旋形状，抑制线圈的闭合形状为方形环。
一种实施例中，抑制线圈至少为单匝线圈。
一种实施例中，无线充电线圈和NFC线圈分别为多匝线圈。
依据上述实施例的无线充电和近场通信装置，由于在无线充电线圈和NFC线圈之间添加抑制线圈，可以提高无线充电及NFC性能，减少无线充电线圈和NFC线圈之间的耦合谐振，解决了无线充电与NFC线圈的不兼容问题，而且，结构紧凑，占用面积小。
附图说明
图1为实施例一的无线充电和近场通信装置的结构示意图；
图2为实施例一的无线充电和近场通信装置的侧示图；
图3(a)为现有无线充电和近场通信装置未加入抑制线圈的测试示意图；
图3(b)为实施例一的无线充电和近场通信装置测试示意图；
图4为实施例二的无线充电和近场通信装置的结构示意图；
图5为实施例二的无线充电和近场通信装置的侧示图；
图6(a)为现有无线充电和近场通信装置未加入抑制线圈的测试示意图；
图6(b)为实施例二的无线充电和近场通信装置测试示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
本例提供一种适用于移动终端的无线充电和近场通信装置，其结构图如图1所示，本例的移动终端可以是手机、ipad等可以进行无线充电和近场通信的设备。
本例的无线充电和近场通信装置包括基板1、无线充电线圈2和NFC线圈3，由于无线充电线圈2与NFC线圈3靠近处产生有耦合谐振，为了抑制该耦合谐振，本例在无线充电线圈2和NFC线圈3之间引入抑制线圈4，根据楞次定理，抑制线圈4通过无线充电线圈2感应出感应磁场，该感应磁场与无线充电线圈2在NFC线圈3附近处产生的磁场方向相反，减弱无线充电线圈2产生的磁场，达到抑制无线充电线圈2与NFC线圈3之间的耦合谐振。具体的，抑制线圈4能减小无线充电线圈2和NFC线圈3之间的互相干扰，提高NFC线圈3的性能，另外，抑制线圈4能减小无线充电线圈2和NFC线圈3之间的耦合谐振幅度，防止耦合谐振频率对其他器件的干扰。
具体的，无线充电线圈2和NFC线圈3螺旋式的设置于基板上，无线充电线圈2与NFC线圈3之间设有间隙，抑制线圈4围绕间隙设置成一闭合形状。其中，无线充电线圈2和NFC线圈3设置于基板1的同一侧，且同中心设计，使得无线充电线圈2和NFC线圈3面积共用，结构紧凑，如，无线充电线圈2和NFC线圈3分别利用金属过孔连接到基板1底部，然后，通过带线连接到顶部焊盘处。
在其他实施例中，无线充电线圈2和NFC线圈3可以为双层结构，上下两层分别对称设置于基板1的两侧，基板1的背侧面的无线充电线圈2和NFC线圈3的外则设有铁氧体介质板5。
本例的无线充电线圈2、NFC线圈3和抑制线圈4位于基板1的同一平面，使得加工方面，进一步，本例在基板1的背侧面设有铁氧体介质板5，铁氧体介质板5用于屏蔽磁场，提高无线充电线圈2和NFC线圈3的性能，其侧视图如图2所示。
本例的无线充电线圈2置于NFC线圈3外部，无线充电线圈2和NFC线圈3为圆形螺旋形状，抑制线圈4的闭合形状为圆形环；本例的无线充电线圈2和NFC线圈3分别为多匝线圈，抑制线圈4至少为单匝线圈，本例的抑制线圈4为单匝线圈。在其他实施例中，无线充电线圈2和NFC线圈3为方形螺旋形状，抑制线圈4的闭合形状为方形环，匝数为多匝线圈。
当无线充电线圈2和NFC线圈3之间未引入抑制线圈4时，NFC线圈3的Smith圆图的测试结果如图3(a)所示，由图3(a)可知，由于外部的无线充电线圈2对于内部的NFC线圈3的耦合，在14.86MHz时出现谐振，且谐振圆圈很大，耦合谐振强度很强，在13.56MHz上，品质因子Q仅为3.08，自感量为2.83uH。
而本例的提供的无线充电和近场通信装置，其NFC线圈3的Smith圆图测试结果如图3(b)所示，耦合谐振频率移动到14.71MHz，且谐振圆圈变小，耦合谐振强度很小，在13.56MHz上，品质因子Q提高到9.1，自感量降低到1.73uH。而无线充电线圈2在加入抑制线圈4之后，其品质因子Q从6.26降低到5.09，自感量从8.28uH降低到7.58uH，可见对无线充电线圈2的充电效率影响较小。但是总体来看，无线充电线圈2和NFC线圈3之间的耦合谐振得到了抑制，提高了NFC线圈3的性能。
通过测试结果可知，本例提供的无线充电和近场通信装置因增加了抑制线圈4，减小了无线充电线圈2和NFC线圈3之间的耦合谐振，解决了无线充电线圈2与NFC线圈3的兼容问题。
实施例二：
基于实施例一，本例提供另外一种结构的无线充电和近场通信装置，与实施例一不同的是：本例的无线充电线圈2置于NFC线圈3内部，无线充电线圈2和NFC线圈3为方形螺旋形状，抑制线圈4的闭合形状为方形环，抑制线圈4置于无线充电线圈2和NFC线圈3之间，优选的，无线充电线圈2和NFC线圈3为双层结构，上下两层分别对称设置于基板1的两侧，通过金属过孔连接，并引出到顶部焊盘处，基板1的背侧面的无线充电线圈2和NFC线圈3的外则设有铁氧体介质板5，铁氧体介质板5用于屏蔽磁场，提高NFC线圈3的性能。其结构图如图4所示，侧视图如图5所示。
本例的抑制线圈4抑制无线充电线圈2和NFC线圈3之间的耦合谐振的原理与实施例一相同，即：根据楞次定理，抑制线圈4通过无线充电线圈2感应出感应磁场，该感应磁场与无线充电线圈2在NFC线圈3附近处产生的磁场方向相反，减弱无线充电线圈2产生的磁场，达到抑制无线充电线圈2与NFC线圈3之间的耦合谐振。
当无线充电线圈2和NFC线圈3之间未引入抑制线圈4时，NFC线圈3的Smith圆图的测试结果如图6(a)所示，由图6(a)可知，由于内部的无线充电线圈2对于外部的NFC线圈3的耦合，在12.09MHz时出现谐振，且谐振圆圈很大，表明耦合谐振的强度很强，在NFC频率13.56MHz上，品质因子Q仅为4.2，自感量为1.33uH。
而本例的提供的无线充电和近场通信装置，其NFC线圈3的Smith圆图测试结果如图6(b)所示，耦合谐振频率偏移到12.07MHz，但是谐振圆圈变小，耦合谐振强度很小，且在13.56MHz上，品质因子Q提高到10.4，自感量降低到1.09uH。而无线充电线圈2在加入抑制线圈4之后，其品质因子Q值从17.6降低到10.7，自感量从9.05uH降低到7.62uH，对与无线充电线圈2的充电效率影响较小，通过实测仅有2％～3％的降低。但是总体来看，无线充电线圈2和NFC线圈3之间的耦合谐振得到了抑制，NFC线圈的Q值得到了提高，性能明显得到了提高。
通过测试结果可知，本例提供的无线充电和近场通信装置因增加了抑制线圈4，减小了无线充电线圈2和NFC线圈3之间的耦合谐振，解决了无线充电线圈2与NFC线圈3的兼容问题。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种适用于移动终端的无线充电和近场通信装置，包括基板(1)、无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)，所述无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)分别设置于所述基板(1)上，其特征在于，还包括抑制线圈(4)，所述抑制线圈(4)置于所述基板(1)上并位于所述无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)之间，用于抑制所述无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)之间的耦合谐振。
2.如权利要求1所述的无线充电和近场通信装置，其特征在于，所述无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)螺旋式的设置于所述基板(1)上，所述无线充电线圈(2)与所述NFC线圈(3)之间设有间隙，所述抑制线圈(4)围绕所述间隙设置成一闭合形状。
3.如权利要求2所述的无线充电和近场通信装置，其特征在于，所述无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)设置于所述基板(1)的同一侧，所述基板(1)的背侧面设有铁氧体介质板(5)。
4.如权利要求2所述的无线充电和近场通信装置，其特征在于，所述无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)为双层结构，上下两层分别对称设置于所述基板(1)的两侧，所述基板(1)的背侧面的无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)的外则设有铁氧体介质板(5)。
5.如权利要求2所述的无线充电和近场通信装置，其特征在于，所述无线充电线圈(2)置于所述NFC线圈(3)外部。
6.如权利要求2所述的无线充电和近场通信装置，其特征在于，所述无线充电线圈(2)置于所述NFC线圈(3)内部。
7.如权利要求2所述的无线充电和近场通信装置，其特征在于，所述无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)为圆形螺旋形状，所述抑制线圈(4)的闭合形状为圆形环。
8.如权利要求2所述的无线充电和近场通信装置，其特征在于，所述无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)为方形螺旋形状，所述抑制线圈(4)的闭合形状为方形环。
9.如权利要求2所述的无线充电和近场通信装置，其特征在于，所述抑制线圈(4)至少为单匝线圈。
10.如权利要求2所述的无线充电和近场通信装置，其特征在于，所述无线充电线圈(2)和NFC线圈(3)分别为多匝线圈。
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