CN201349139Y - 感应式无线充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种感应式无线充电装置，包括振荡电路、初级感应模块、控制器、电流检测电路构成的初级单元以及次级感应模块、整流滤波电路、磁敏单元构成的次级单元；所述振荡电路和初级感应模块相连接；所述电流检测电路采集所述初级感应模块中的电流信号并将所述电流信号送至控制器；所述控制器接收来自电流检测电路采集的电流信号，并根据所述电流信号生成控制信号，控制初级感应模块是否产生电磁场。本实用新型可及时控制初级感应模块处于待机状态，有效地降低装置的功耗。

Description

感应式无线充电装置

技术领域

本实用新型涉及充电装置领域，特别涉及一种感应式无线充电装置。

背景技术

便携式电子产品具有便于携带、使用方便等优点，手机、PDA、MP3播放器等大量的便携式电子设备均使用充电电池，一旦电池电量耗尽，就需要及时充电。目前通常使用的充电器在工作时都是通过导体(电源线)与负载相连接，而各个厂商生产的充电器接口各不相同，因此可能存在电安全问题，而且经常会出现插接时接头接触不良，特别是在长期使用后，可能产生接触不良等现象或故障；其次不同设备的充电接口不同，不能通用，如果用户需要对多个设备同时充电，就要连接多个充电器，造成了使用的不便。于是一种感应式无线充电装置应运而生，利用一充电端产生一感应磁场对充电电池进行充电。此充电装置包括：一电源，用以提供电能；一检测模块，位于充电端，用以检测充电电路，并在充电电池存在时发出一激活信号；一激活模块，连接于检测模块，用以接收激活信号后，导通一电源开关；及一感应模块，连接于激活模块，以电磁感应将电能所提供的电能转换为磁能。其中，感应模块由一感应线圈组成，检测模块检测方式为电磁感应检测方式或压电感应检测方式，激活模块由金属氧化半导体开关组成。

现有感应式无线充电装置对充电电池的充电状态无法实施有效监控。当充电电池充完电后，上述无线充电装置仍然处于工作状态，造成了能量的浪费。同时，对于不可进行充电的非法物件缺乏充电管理，有可能会造成对不可进行充电的非法物件充电，从而导致感应式无线充电装置发热，能源的浪费。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型解决现有无线充电装置功耗较高的不足，提供了一种感应式无线充电装置，该充电装置以感应的方式有效地进行电能传输，且装置功耗较低。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案具体是这样实现的：

一种感应式无线充电装置，包括可操作产生电磁场的初级单元；以及至少一个与初级单元分离，且适用于当所述初级单元相接近时，与所述初级单元相耦合，以接收功率的次级单元，其中：所述初级单元包括振荡电路、电流检测电路、初级感应模块、控制器；所述振荡电路和初级感应模块相连接；所述电流检测电路采集所述初级感应模块中的电流信号并将所述电流信号送至控制器；所述控制器接收来自电流检测电路采集的电流信号，并根据所述电流信号生成控制信号，控制初级感应模块是否产生电磁场；所述次级单元包括用于接收功率的次级感应模块、整流滤波电路；所述整流滤波电路连接在次级感应模块和充电电池之间；所述充电电池的充电管理电路与次级感应模块的控制端相连接，所述充电管理电路生成控制信号以控制次级感应模块是否接收功率。

本实用新型通过电流检测电路采集初级感应模块的电流信号，由控制器进行处理，经控制器上的通用输入输出输出高低电平控制信号，控制初级感应模块是否产生电磁场，从而实现当充电完成时，初级感应模块及时地处于待机状态，可以有效地降低装置的功耗。

附图说明

图1为本实用新型包括一初级单元的一实施例的原理示意图；

图2为图1所示实施例初级单元及次级单元的原理示意图；

图3为本实用新型包括一初级单元的另一实施例的原理示意图；

图4为本实用新型的结构示意图；

图5为本实用新型包括两个初级感应模块的一实施例的原理示意图。

本实用新型的目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

请参阅图1，本实用新型一实施例的感应式无线充电装置包括可操作产生电磁场的初级单元1；以及至少一个与初级单元1分离，且适用于当所述初级单元1相接近时，与所述初级单元1相耦合，以接收功率的次级单元2。

所述初级单元包括振荡电路10、电流检测电路12、初级感应模块11、控制器13；所述振荡电路10和初级感应模块11相连接；所述电流检测电路12采集所述初级感应模块11中的电流信号并将所述电流信号送至控制器13；所述控制器13接收来自电流检测电路12采集的电流信号，并根据所述电流信号生成控制信号，控制初级感应模块11是否产生电磁场。

请一并参阅图2，初级感应模块包括初级可控开关110、发射感应线圈112。其中，初级可控开关110的输入端与振荡电路10相连；初级可控开关110的输出端与发射感应线圈112相连；初级可控开关110的控制端与控制器13的输出端相连接；所述电流检测电路12与发射感应线圈112相连；控制器13根据电流检测电路12采集的电流信号，控制初级可控开关110导通或截止，从而控制发射感应线圈112是否工作产生电磁场。

如图4所示，在本实施例中，所述初级单元1被安置于具有一定面积的平板100’内，尤其发射感应线圈112分布于整个平板100’表面，能够提供足够大的充电区域使次级单元2在整个充电区域内都能接收到有效的能量。

振荡电路10将电源11提供的直流电转化为高频的交流电，并输出至发射感应线圈112，所述振荡电路10可以是常见的PWM逆变电路或专用的无线功率传输电路。

所述电流检测电路12由电流检测IC及其外围电路组成，如常见的MAX41XX系列。

所述控制器13为本领域技术人员公知的单片机，有很多种选择，本实施例中优选型号W78LE365A的芯片。

本实施例中的次级单元包括用于接收功率的次级感应模块21、整流滤波电路22；次级感应模块包括接收感应线圈210、次级可控开关212。

其中次级可控开关212连接在接收感应线圈210与整流滤波电路22之间；整流滤波电路22的输出端与充电电池3相连接；次级可控开关212的控制端与充电电池3的充电管理电路31相连接，充电管理电路31生成控制信号以控制次级感应模块21是否接收功率。

所述接收感应线圈210包括接收线圈及其匹配电容；该匹配电容可以与接收线圈并联，也可以和接收线圈串联，只要和接收线圈组成谐振结构即可。

所述的整流滤波电路22由整流二极管、稳压二极管、滤波电容等构成。该整流滤波电路23还可具有稳压作用，即整流滤波电路23可以包括DC-DC转换电路。具体电路结构为本领域技术人员公知常识。

所述次级单元2可以是接收感应线圈210、整流滤波电路23、次级可控开关212组成的薄片，薄片具有较小的尺寸以外置附件的形式连接到充电设备，或直接集成到充电设备内部。

请参阅图3所示，在上述实施例的基础上，更进一步提出了另一感应式无线充电装置。所述充电装置的初级单元还包括磁感应单元14，所述次级单元还包括磁敏单元24。所述磁敏单元24可与磁感应单元14相耦合，所述磁感应单元14的输出端与控制器13相连接，所述控制器13接收来自磁感应单元14的输出信号及电流检测电路12采集的电流信号，并根据上述信号生成控制信号，控制初级感应模块是否产生电磁场。

所述磁感应单元16可以为霍尔开关等本领域技术人员公知的磁敏器件。为了保证当附着有次级单元的充电设备放置在平板上即可由相应的发射感应线圈112工作为充电设备进行良好地充电，在发射感应线圈112的附近可以布置多个磁感应单元14，多个磁感应单元14所构成的感应区域覆盖该发射感应线圈112所占平板的区域。

当然，所述初级单元还可以包括电源11，用以提供电能。所述电源与震荡电路相连接，电源11为振荡电路10及其它电路提供电能。当然，电源11可以是独立的适配器，将220V的市电转化为12V直流电，也可以是为后级电路提供电能的电源转换电路。

基于第一实施例基础上提出了感应式无线充电装置的另一实施例，本实施例的充电装置包括上述第一实施例的所有部件外，次级单元还可以包括充电接口，充电接口连接在整流滤波电路23与充电电池3之间，所述充电接口具有与充电设备一致的接口类型，或者所述的充电接口提供次级单元与充电设备内部电路连接的节点。

当然，初级单元可以包括多个初级感应模块。请参阅图5，基于第一实施例的基础上提出了感应式无线充电装置的另一实施例。在本实施例中，初级单元包括有两个初级感应模块，第一初级感应模块包括第一初级可控开关110和第一发射感应线圈112，第二初级感应模块包括第二初级可控开关110’和第二发射感应线圈112’。相应的，初级单元包括用于采集第一初级感应模块中电流信号的第一电流检测电路12及用于采集第二初级感应模块中电流信号的第二电流检测电路12’电流检测电路12。当然，初级单元可以包括多个磁感应单元(14、14’)。多个磁感应单元(14、14’)分别置于多个初级感应模块发射感应线圈(112、112’)的附近。

第一、第二电流检测电路(12、12’)分别用于采集第一初级感应模块、第二初级感应模块中的发射线圈(112、112’)的电流信号，并将该电流信号送至控制器13，控制器根据电流信号的变化分别控制初级感应模块中的第一初级可控开关110及第二初级可控开关110’的导通和截止。

本实用新型的工作过程如下：

请参阅图1至图4，当附着有次级单元的一个充电设备200放置于包含有初级单元1的平板100上时，次级单元2中的磁敏单元24与初次单元中磁感应单元14相耦合，例如，磁敏单元24采用磁铁，磁感应单元14采用霍尔开关，霍尔开关感应到磁铁的磁力，从而产生一个变化的电平信号600传送给控制器13，控制器13对此信号600进行处理后，判断出为有效充电设备200放置在感应式无线充电装置内，进而生成控制信号610，控制初级单元1中的初级可控开关110闭合，使得发射感应线圈112产生电磁场。

此时，初次单元1发射的电能由次级单元2接收并转化，从而给充电设备200中的充电电池3进行充电。具体的，次级单元2中的接收感应线圈210从发射感应线圈112感应并接收电能。

接收感应线圈210接收的电能经过整流滤波电路22的整流、滤波和稳压处理后变为5V左右的直流电，为充电设备200提供电能，从而进行无线电能传输。

当充电设备200充电完成后，即充电电池3处于电量饱和状态，充电电池3的充电管理电路31检测到电池的上述状态，生成一充电状态信号，根据该充电完成状态信息控制次级可控开关212断开，从而接收感应线圈210与充电电池3断开连接，使得初级单元1中的发射感应线圈112与次级单元2中的接收感应线圈210的互感发生变化，导致发射感应线圈112的电流发生一较大的变化。位于初级单元1中的电流检测电路12实时检测到发射感应线圈112电流的变化，并将此信号410反馈给控制器13，由控制器13进行判断并生成控制信号420控制与该发射感应线圈112相连接的初级可控开关110断开，从而关闭发射感应线圈112，发射感应线圈112不再消耗功率对外输出能量。也就是说，在充电电池3充电结束时，发射感应线圈112及时处于待机状态，降低了充电装置的功耗。

当附着有次级单元的多个充电设备放置于包含有初级单元1的平板100上时，请参阅图5，以初级单元包含了两个初级感应模块为例，当第一充电设备放置在平板100上待充电时，第一磁感应单元14和充电设备200中的磁敏单元24相耦合，生成相应信号600送至控制器15，控制器生成控制信号610控制第一初级感应模块中的初级可控开关110，从而第一初级感应模块工作产生电磁场。当第二充电设备放置在平板100上待充电时，第二磁感应单元14’和充电设备中的磁敏单元24’相耦合，生成相应信号600’送至控制器15，控制器生成控制信号610’控制第二初级感应模块中的初级可控开关110’，从而第二初级感应模块工作产生电磁场。

当其中的任一充电设备充电完成后，即充电电池(3、3’)处于电量饱和状态，充电电池的充电管理电路(31、31’)检测到电池的上述状态，生成相应的充电状态信号(510、510’)，根据该充电完成状态信息控制次级可控开关(212、212’)断开。

初级单元中的多个初级感应模块相互独立，每个初级感应模块都有与其相连接的电流检测电路(12、12’)，电流检测电路(12、12’)能及时相应发射感应线圈(112、112’)中的电流变化，生成检测信号(410、410’)，控制器15根据各路检测信号(410、410’)生成控制信号(420、420’)，在充电设备完成充电后，及时将已经完成充电的充电设备所对应的发射感应线圈调整至待机状态。

相比于现有技术，本实用新型的感应式无线充电装置具有如下优点：

1、充电设备身份识别及定向供电：所述的初级单元置于一可以支持多个充电设备同时充电的平板，其上分布有多个发射感应线圈，每个线圈都对应一个独立的可控开关，由控制器根据发射感应线圈中的电流变化控制导通和关断。当充电设备放置于包含有初级单元平板表面时，磁感应单元和充电设备上的磁敏单元相耦合，感应出充电设备并将充电设备的位置信息提供给控制器，由控制器判断充电设备的位置并导通与其所处位置所在发射感应线圈相连接的可控开关，为充电设备供电。

此时与处于其它位置的感应发射线圈相连接的初级可控开关仍处于断开装置，从而处于其他位置的感应发射线圈不工作，处于待机状态，从而实现充电装置定向供电。

2、充电过程实时控制及低功耗状：所述次级可控开关在充电过程中处于导通状态，当接收到充电设备充电结束的控制信号时，次级可控开关断开，从而接收感应线圈与充电电池部分断开连接，实现对充电过程的控制。

当充电完成后，接收感应线圈与充电电池断开连接，位于初级单元的发射感应线圈与接收感应线圈的互感发生变化，并导致发射感应线圈的电流发生变化，电流检测电路实时检测到发射感应线圈电流的变化，并将此信息反馈给控制器，控制器根据发射感应线圈中电流的变化判断并控制相应的初级可控开关断开，从而关闭对应的发射感应线圈，实现充电结束时及时让发射感应线圈处于待机状态，降低系统功耗。

由上述可知，充电结束后，发射感应线圈和接收感应线圈均被关闭，即使充电设备仍位于平板上，也不会重复充电，从而保证了充电设备的安全。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1、一种感应式无线充电装置，包括可操作产生电磁场的初级单元；以及至少一个与初级单元分离，且适用于当所述初级单元相接近时，与所述初级单元相耦合，以接收功率的次级单元，其特征在于：

所述初级单元包括振荡电路、电流检测电路、初级感应模块、控制器；所述振荡电路和初级感应模块相连接；所述电流检测电路采集所述初级感应模块中的电流信号并将所述电流信号送至控制器；所述控制器接收来自电流检测电路采集的电流信号，并根据所述电流信号生成控制信号，控制初级感应模块是否产生电磁场；

所述次级单元包括用于接收功率的次级感应模块、整流滤波电路；所述整流滤波电路连接在次级感应模块和充电电池之间；所述充电电池的充电管理电路与次级感应模块的控制端相连接，所述充电管理电路生成控制信号以控制次级感应模块是否接收功率。

2、根据权利要求1所述的感应式无线充电装置，其特征在于，所述初级感应模块包括发射感应线圈、初级可控开关；初级可控开关的输入端与振荡电路相连；初级可控开关的输出端与发射感应线圈相连；初级可控开关的控制端与控制器的输出端相连接；所述电流检测电路与发射感应线圈相连；控制器根据电流检测电路采集的电流信号，控制初级可控开关导通或截止。

3、根据权利要求1所述的感应式无线充电装置，其特征在于，所述次级感应模块包括接收感应线圈、次级可控开关；所述次级可控开关连接在接收感应线圈与整流滤波电路之间；次级可控开关的控制端与充电电池的充电管理电路相连接，所述充电管理电路生成控制信号控制次级可控开关导通或截止。

4、根据权利要求1所述的感应式无线充电装置，其特征在于：所述初级单元还包括电源，用以提供电能；所述电源与振荡电路相连接。

5、根据权利要求1所述的感应式无线充电装置，其特征在于，所述初级单元还包括磁感应单元，所述次级单元还包括磁敏单元；所述磁敏单元可与磁感应单元相耦合；所述磁感应单元的输出端与控制器相连接，所述控制器接收来自磁感应单元的输出信号及电流检测电路采集的电流信号，并根据上述信号生成控制信号，控制初级感应模块是否产生电磁场。

6、根据权利要求5所述的感应式无线充电装置，其特征在于，所述磁感应单元为霍尔开关，所述磁敏单元为磁铁。

7、根据权利要求1所述的感应式无线充电装置，其特征在于，初级单元包括多个初级感应模块，以及和多个初级感应模块一一对应的多个电流检测电路；所述电流检测电路采集与其相连接的初级感应模块中的电流信号并将所述电流信号送至控制器，所述控制器分别接收来自电流检测电路采集的电流信号，并根据所述电流信号生成控制信号，控制与电流检测电路相对应的初级感应模块是否产生电磁场。

8、根据权利要求6所述的感应式无线充电装置，其特征在于，所述初级单元还包括多个磁感应单元。

9、根据权利要求1所述的感应式无线充电装置，其特征在于，次级单元还包括充电接口，充电接口连接在整流滤波电路与充电电池之间。

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