[發明專利]一種小型電子設備無線充電裝置

有效

• 申請號: 201210009526.7
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102545354A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 崔鐵軍;周永春;劉碩;陳林輝;周小陽;楊艷;侯宏民;李鵬
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J7/02
• 分類號: H02J7/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種小型電子設備無線充電裝置，尤其涉及一種新型的帶有充電/待機/過載/短路指示的高效率無線充電系統，可用于手機、MP3、MP4及照相機等小功率(5W及以下)電子設備的無線充電，以實現在設計要求的距離范圍提供一定電壓及功率，為其充電或者供電。

背景技術

無線充電是近幾年非常熱門的研究方向，從早期感應式的能夠無線充電的電動牙刷及電動剃須刀到后來能夠為手機充電的Powermat無線充電套裝。如今市面上已經有不少品牌的無線充電器，無論從充電功率、充電效率還是使用便捷性方面都有了較大的提高。2010年9月1日，全球首個推動無線充電技術的標準化組織——無線充電聯盟在北京宣布將Qi無線充電國際標準率先引入中國，目前也與各大公司聯合推出了符合Qi標準的各類型的手機無線充電器。但是，這些產品的有效無線充電距離都很近(在1cm以內)，即要求待充電設備與發射裝置(即充電板)緊貼，并且輸出功率大多較之有線充電的輸出功率有一定差距。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題與不足，本發明提供一種結構簡單、效率較高的小型電子設備無線充電裝置。

技術方案：一種小型電子設備無線充電裝置，包括發射裝置和接收裝置；所述發射裝置主要包括外部晶振、分頻器、D類功放驅動芯片或互感耦合器、D類功放模塊、諧振濾波回路、發射線圈、電平轉換模塊、電平檢測模塊、控制模塊和預警裝置；所述的接收裝置主要包括接收線圈、接收端阻抗匹配網絡、整流濾波模塊及穩壓模塊；

所述外部晶振發出的高頻信號經過分頻器分頻后被送入D類功放驅動芯片或互感耦合器以產生兩路反相(相位差180度)的方波信號來驅動D類功放模塊；所述D類功放模塊的供電電壓是直流電，其包括一對MOS管，所述一對MOS管由驅動芯片產生的方波信號分別驅動；D類功放模塊的輸出經過一個諧振濾波回路接地；所述諧振濾波回路包括一個發射線圈L，一組諧振電容C1和一組退耦電容C2，退耦電容C2的大小和諧振電容C1的大小相同；所述發射線圈L接在D類功放模塊的輸出端；所述電平檢測模塊用來檢測諧振濾波回路輸出電流、輸出電壓和直流輸入電流；所述控制模塊根據輸出電流、輸出電壓和直流輸入電流的大小來判別發射裝置是處于過壓狀態、過流狀態、短路狀態、有載狀態還是空載狀態，在異常狀態下控制模塊會自動發出控制信號，關閉D類功放驅動芯片的使能端，從而使D類功放模塊停止工作，防止電路工作狀態異常而損壞或引發事故；所述異常狀態為過壓狀態、過流狀態或者短路狀態；所述預警裝置在控制模塊的控制下用于表示小型電子設備無線充電裝置工作狀態，讓用戶隨時了解整個裝置的工作狀態；

所述發射線圈通過共振耦合使得交流能量近乎無輻射地傳遞到接收線圈；由于發射線圈和接收線圈之間采用共振磁耦合，屬于近場耦合，發射線圈和接收線圈的輻射電阻很小以致可以忽略，因此能量幾乎全部被發射端耦合到接收端。所述接收線圈接收到的交流能量通過所述接收阻抗匹配網絡被送入整流濾波模塊；這里的阻抗匹配網絡作用是將經過整流濾波模塊和穩壓模塊之后的帶充電負載的阻抗變換到一個合適的值，使得接收線圈接收到的交流能量高效率地傳輸到待充電設備中。由于待充電設備需要一個恒壓直流電，因此最后需要增加所述整流濾波模塊和穩壓模塊用于將接收線圈接收的交流能量變換為恒壓直流電。

所述的D類功放模塊用于將直流供電轉換成交流的正弦波從而供給發射線圈L；其中D類功放模塊中的一對MOS管分別為第一場效應管Q1和第二場效應管Q2；D類功放模塊還包括驅動芯片產生的兩路驅動信號和諧振濾波回路；所述驅動芯片產生的兩路驅動信號為第一驅動信號和第二驅動信號；所述諧振濾波回路中的諧振電容C1的大小等于1/ω²L，其中L是發射線圈L的電感量，ω是系統工作的角頻率；其中第一場效應管Q1的漏極經過一個小電阻(0.001Ω～0.1Ω)接直流供電Vcc，柵極接第一驅動信號，源極接第二場效應管Q2的漏極；所述第二場效應管Q2的柵極接第二驅動信號，源極接地；發射線圈L一端接于第二場效應管Q2的漏極，另一端與諧振電容C1相連；諧振電容C1的另一端接地；退耦電容C2一端接在第一場效應管Q1的漏極，另一端接在發射線圈L與諧振電容C1相連的點。

所述發射線圈L、接收線圈及接收阻抗匹配網絡三個模塊組成網絡傳輸部分；定義效率最佳等效接收阻抗Zeqr為“當傳輸效率最大時從接收線圈向帶充電負載看過去的等效阻抗”，則