本申請涉及無線充電領(lǐng)域，尤其涉及一種小型無線充電設(shè)備及其工作方法。

背景技術(shù)：

相比較現(xiàn)有的有線連接充電方式，無線充電方式代表了一種更新、更先進(jìn)和更方便的充電技術(shù)，隨著無線充電的電能轉(zhuǎn)化率的提高，無線充電達(dá)到并且超過有線充電的電能轉(zhuǎn)化率，無線充電技術(shù)在人們的日常生活中將得到廣泛應(yīng)用。目前存在的無線充電方式有電磁感應(yīng)式、磁共振式、無線電波式、電場耦合式四種，其中電磁感應(yīng)式適合近距離供電。

但是，現(xiàn)有的無線充電設(shè)備需要專用的發(fā)射電路和發(fā)射天線，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，天線體積較大，成本偏高。由于現(xiàn)有無線充電設(shè)備體積較大，所以難以應(yīng)用到小型和便攜設(shè)備中。

另外，通過無線方式充電時(shí)，需要設(shè)計(jì)專用的接收天線，和目前的近場支付天線無法共用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N小型無線充電設(shè)備，包括小型發(fā)射天線、信號發(fā)生電路和調(diào)整電路組成，

所述信號發(fā)生電路產(chǎn)生電壓信號；

所述調(diào)整電路對所述信號發(fā)生電路產(chǎn)生的電壓信號進(jìn)行頻率選擇和放大，產(chǎn)生正弦波信號，發(fā)送給發(fā)所述小型發(fā)射天線；

所述小型發(fā)射天線將所述調(diào)整電路發(fā)送的正弦波信號發(fā)射到外部空間,

進(jìn)一步，所述信號發(fā)生電路包括充電電源、開關(guān)、穩(wěn)壓電路，使用開關(guān)控制充電電源為無線充電系統(tǒng)提供電壓。

進(jìn)一步，所述調(diào)整電路包括依次相連的晶振電路、放大電路、選擇電路和整形電路，

所述晶振電路用于產(chǎn)生一定頻率的振蕩信號；

所述放大電路用于將所述晶振電路產(chǎn)生的振蕩信號進(jìn)行放大；

所述選擇電路去除放大后的振蕩信號中不符合頻率要求的脈沖雜訊；

所述整形電路對去除雜訊后特定頻率的振蕩信號整形，從而輸出正弦波信號。

進(jìn)一步，所述小型發(fā)射天線包括有源天線和無源天線。

進(jìn)一步，所述小型發(fā)射天線是將銅絲繞制若干圈后直接印刷在PCB板上。

進(jìn)一步，基于所述無線充電設(shè)備的無線充電系統(tǒng)，包括所述的無線充電設(shè)備，以及接收端，其中接收端包括接收天線、電流調(diào)整單元、電源管理芯片和可充電電池。

本申請還提出一種無線充電方法，包括如下步驟：

步驟S1：信號發(fā)生電路產(chǎn)生電壓信號；

步驟S2：對產(chǎn)生的電壓信號進(jìn)行頻率選擇和方法；

步驟S3：產(chǎn)生正弦波；

步驟S4：將正弦波發(fā)送給小型發(fā)射天線；

步驟S5：小型發(fā)射天線將接收的正弦波發(fā)射到外部空間。

進(jìn)一步，所述無線充電方法，包括步驟S6：接收天線接收正弦波，產(chǎn)生感應(yīng)電流，存入充電電池。

進(jìn)一步，所述信號發(fā)生電路包括充電電源、開關(guān)、穩(wěn)壓電路，使用開關(guān)控制充電電源為無線充電系統(tǒng)提供電壓。

進(jìn)一步，所述調(diào)整電路包括依次相連的晶振電路、放大電路、選擇電路和整形電路。

上述本發(fā)明提出的一種小型無線充電設(shè)備及其工作方法，獲得了以下技術(shù)效果：

本申請?zhí)岢龅男⌒蜔o線充電設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧，適用于空間有限的小型可充電設(shè)備；僅需波形發(fā)生電路和若干分立元件即可實(shí)現(xiàn)，成本低廉。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本申請小型充電設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是接收端的結(jié)構(gòu)圖；

圖3是信號發(fā)生電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4是振蕩電路方框圖；

圖5是調(diào)整電路的結(jié)構(gòu)圖；

圖6是本申請小型充電設(shè)備的工作流程圖；

圖7是調(diào)整電路的工作流程；

圖8是接收端的工作流程；

圖9是線圈天線的等效電路圖；

圖10是接收天線示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

1-信號發(fā)生電路，2-調(diào)整電路，3-小型發(fā)射天線，4-接收天線，5-電流調(diào)整單元，6-電源管理芯片，7-可充電電池，8-放大環(huán)節(jié)，9-反饋環(huán)節(jié)；10-開關(guān)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本申請實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清除、完整的描述。

本申請?zhí)峁┮环N小型無線充電設(shè)備，如圖1所示，包括小型發(fā)射天線3、信號發(fā)生電路1和調(diào)整電路2組成。具體的：

所述信號發(fā)生電路1產(chǎn)生電壓信號；

具體的，如圖3所示，所述信號發(fā)生電路1包括充電電源101、開關(guān)102、穩(wěn)壓電路103。

更具體的，開關(guān)102控制充電電源101為無線充電設(shè)備提供電壓，穩(wěn)壓電路103將充電電源101所提供的電源信號穩(wěn)定為所需要的額定電壓。

所述調(diào)整電路2對所述信號發(fā)生電路1產(chǎn)生的電壓信號進(jìn)行頻率選擇和放大，產(chǎn)生正弦波信號，發(fā)送給發(fā)所述小型發(fā)射天線3；

具體的，所述調(diào)整電路2如圖5所示，包括依次相連的晶振電路201、放大電路202、選擇電路203和整形電路204，具體的：

所述振蕩電路201用于產(chǎn)生一定頻率的振蕩信號；

具體的，所述振蕩電路201用于產(chǎn)生正弦波信號，可以是RC振蕩電路、LC振蕩電路或晶體振蕩電路，如圖4所示為一種振蕩電路201的方框圖，包括放大環(huán)節(jié)8和反饋網(wǎng)絡(luò)9。圖中開關(guān)10置于2的位置，當(dāng)U_i去掉后仍有穩(wěn)定的輸出，其中反饋信號代替了放大電路的輸入信號，由下面公式(1)～(3)：

${\stackrel{\·}{U}}_o=A_u{\stackrel{\·}{U}}_f---\left(1\right)$

${\stackrel{\·}{U}}_f=F{\stackrel{\·}{U}}_o---\left(2\right)$

${\stackrel{\·}{U}}_o=A_{u}F{\stackrel{\·}{U}}_o---\left(3\right)$

得出自激振蕩的條件是：

A_uF＝1即：

即需滿足：

(1)幅度條件：A_uF＝1；

(2)相位條件：n是整數(shù)；

具體的，相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋，幅度條件表明反饋放大器要產(chǎn)生自激振蕩，還必須有足夠的反饋量(可以通過調(diào)整放大倍數(shù)A或反饋系數(shù)F達(dá)到)

所述放大電路202用于將所述晶振電路產(chǎn)生的振蕩信號進(jìn)行放大；

所述選擇電路203去除放大后的振蕩信號中不符合頻率要求的脈沖雜訊；

所述整形電路204對去除雜訊后特定頻率的振蕩信號整形，從而輸出正弦波信號。

具體的，所述電壓信號經(jīng)調(diào)整電路2調(diào)整后輸出的正弦波的頻率設(shè)定為13.56±1MHz。

所述小型發(fā)射天線3將所述調(diào)整電路2發(fā)送的正弦波信號發(fā)射到外部空間。

具體的，所述小型發(fā)射天線3是工作頻率在3～15MHz的小型短波天線。

具體的，所述小型發(fā)射天線3可以包括多種形式，可以是帶貼片型、線圈型和偶極子型，如圖1中所示為線圈型天線，采用銅線按照一定的形狀繞制若干圈，在銅線的兩端加激勵(lì)源，同時(shí)直接印刷在PCB板上。

具體的，所述小型發(fā)射天線3的工作原理為：天線線圈中通過變化的電流時(shí)，在它的周圍建立起感應(yīng)磁場，感應(yīng)磁場會影響接收天線的場量，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，接收天線4磁場的變化又會影響線圈上電流的變化，生成感應(yīng)電流。

具體的，所述線圈天線的等效電路圖如圖9所示，其中端口TX1與TX2之間天線線圈的電阻損耗為電阻R，L代表天線線圈電感，C為線圈與TX1和TX2之間的電容損耗，其中電容C與天線線圈串聯(lián)或者并聯(lián)起來組成LC諧振電路，通過此諧振電路，小型發(fā)射天線3與接收天線4進(jìn)行耦合。

所述諧振電路的諧振頻率要求調(diào)制13.56MHz，

具體的，所述小型接收天線9設(shè)計(jì)和選用時(shí)需對電感求值，電感為當(dāng)天線內(nèi)通過交流電時(shí)，在導(dǎo)線的內(nèi)部及其周圍會產(chǎn)生交變磁通，導(dǎo)線的磁通量與生產(chǎn)此磁通的電流之比，用L表示，以RL串聯(lián)電路為例，天線電感的理論計(jì)算公 式如下：

Z＝R+jωL (4)

I_m(Z)＝ωL＝2πfL (5)

$L=\frac{I_m\left(z\right)}{2\mathrm{\π}f}---\left(6\right)$

其中，Z為線圈天線的阻抗，R為阻抗實(shí)部，表示電阻，ω是交流信號的角頻率，I_m為阻抗虛部，求出阻抗虛部，就可以獲得電感值，又：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{LC}}---\left(7\right)$

由式(7)可以看出，天線的頻率跟電感L和電容C有關(guān)，天線尺寸越大，則線圈的電感也就越大，相對電容就更小，當(dāng)天線的電感大于5μH時(shí)，則不容易使匹配到合適的電容C值。

具體的，小型發(fā)射天線3包括有源天線和無源天線，

具體的，所述有源天線內(nèi)置放大器，用于信號強(qiáng)度補(bǔ)償，

具體的，所述線圈形狀可以是矩形線圈，也可以是圓形型圈，也包括其他根據(jù)有限空間繞制的其他形狀。

基于所述小型無線充電設(shè)備的無線充電系統(tǒng)包括接收端，所述接收端為小型可穿戴設(shè)備，其中可充電電池的電池容量在100mA左右。

所述接收端包括依次連接的接收天線4、電流調(diào)整單元5、電源管理芯片6和可充電電池7。

所述接收天線4的等效電路如圖10所示：接收發(fā)射天線3傳輸?shù)恼也ㄐ盘?，電磁感?yīng)生成感應(yīng)電動(dòng)勢，并在導(dǎo)體上產(chǎn)生電流，該電流流進(jìn)天線負(fù)載Z_L，使回路中產(chǎn)生電流，將空間電磁波能量轉(zhuǎn)換為電流能量。

所述電流調(diào)整單元5包括整流電路和濾波電路，其中所述整流電路用于將電磁感應(yīng)產(chǎn)生的交流信號轉(zhuǎn)換成直流信號；所述濾波電路用于濾除經(jīng)所述整流電路轉(zhuǎn)換后的直流電流中殘余的高頻干擾。

所述電源管理芯片6包括恒壓單元、恒流單元、過流保護(hù)單元、過壓保護(hù) 單元、過充保護(hù)單元和溫度檢測單元。

具體的，所述接收天線4切割發(fā)射天線3發(fā)出的正弦波信號，感應(yīng)生成電動(dòng)勢，導(dǎo)線內(nèi)有交流電通過，經(jīng)過整流電路，交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再經(jīng)過濾波電路，去除高頻雜訊，所述電流進(jìn)入所述可充電電池7。

更具體的，所述接收天線4可以和進(jìn)場支付天NFC天線共用。

本申請還提出一種無線充電方法，如圖6所示，包括以下步驟，：

步驟S1：信號發(fā)生電路產(chǎn)生電壓信號；

具體的，所述信號發(fā)生電路1包括充電電源101、開關(guān)102、穩(wěn)壓電路103，使用開關(guān)102控制充電電源101為無線充電設(shè)備提供電壓，使用穩(wěn)壓電路103將充電電源101所提供的電源信號穩(wěn)定為所需要的額定電壓。

步驟S2：對產(chǎn)生的電壓信號進(jìn)行頻率選擇和方法；

具體的，如圖5所示，步驟S2包括以下幾個(gè)步驟，

步驟S201：產(chǎn)生特定頻率的振蕩信號；

具體的，所述振蕩電路201用于產(chǎn)生正弦波信號，可以是RC振蕩電路、LC振蕩電路或晶體振蕩電路，如圖4所示為一種振蕩電路201的方框圖，包括放大環(huán)節(jié)8和反饋網(wǎng)絡(luò)9。圖中開關(guān)10置于2的位置，當(dāng)U_i去掉后仍有穩(wěn)定的輸出，其中反饋信號代替了放大電路的輸入信號，由下面公式(1)～(3)：

${\stackrel{\·}{U}}_o=A_u{\stackrel{\·}{U}}_f---\left(1\right)$

${\stackrel{\·}{U}}_f=F{\stackrel{\·}{U}}_o---\left(2\right)$

${\stackrel{\·}{U}}_o=A_{u}F{\stackrel{\·}{U}}_o---\left(3\right)$

得出自激振蕩的條件是：

A_uF＝1即：

即需滿足：

(1)幅度條件：A_uF＝1；

(2)相位條件：n是整數(shù)；

具體的，相位條件意味著振蕩電路必須是正反饋，幅度條件表明反饋放大 器要產(chǎn)生自激振蕩，還必須有足夠的反饋量(可以通過調(diào)整放大倍數(shù)A或反饋系數(shù)F達(dá)到)。

步驟S202：將晶振電路產(chǎn)生的振蕩信號進(jìn)行放大；

步驟S203：去除放大后的振蕩信號中不符合頻率要求的脈沖雜訊；

步驟S204：對去除雜訊后特定頻率的振蕩信號整形，從而輸出正弦波信號；

步驟S3：產(chǎn)生正弦波；

步驟S4：將正弦波發(fā)送給小型發(fā)射天線；

具體的，所述輸出正弦波的頻率設(shè)定為13.56±1MHz，

步驟S5：小型發(fā)射天線將接收的正弦波發(fā)射到外部空間，

具體的，所述小型發(fā)射天線3是工作頻率在3～15MHz的小型短波天線。

具體的，所述小型發(fā)射天線3可以包括多種形式，可以是帶貼片型、線圈型和偶極子型，如圖1中所示為3為線圈型天線，采用銅線按照一定的形狀繞制若干圈，在銅線的兩端加激勵(lì)源，同時(shí)直接印刷在PCB板上。

具體的，所述小型發(fā)射天線3的工作原理為：天線線圈中通過變化的電流時(shí)，在它的周圍將建立起感應(yīng)磁場，感應(yīng)磁場會影響接收天線的場量，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，接收天線4磁場的變化又會影響線圈上電流的變化，生成感應(yīng)電流。

具體的，所述線圈天線的等效電路圖如圖9所示，其中端口TX1與TX2之間天線線圈的電阻損耗為電阻R，L代表天線線圈電感，C為線圈與TX1和TX2之間的電容損耗，其中電容C與天線線圈串聯(lián)或者并聯(lián)起來組成LC諧振電路，通過此諧振電路，小型發(fā)射天線與接收天線進(jìn)行耦合。

具體的，所述小型接收天線9設(shè)計(jì)和選用時(shí)需對電感求值，電感為當(dāng)天線內(nèi)通過交流電時(shí)，在導(dǎo)線的內(nèi)部及其周圍會產(chǎn)生交變磁通，導(dǎo)線的磁通量與生產(chǎn)此磁通的電流之比，用L表示，以RL串聯(lián)電路為例，天線電感的理論計(jì)算公式如下：

Z＝R+jωL (4)

I_m(Z)＝ωL＝2πfL (5)

$L=\frac{I_m\left(z\right)}{2\mathrm{\π}f}---\left(6\right)$

其中，Z為線圈天線的阻抗，R為阻抗實(shí)部，表示電阻，ω是交流信號的角頻率，I_m為阻抗虛部，求出阻抗虛部，就可以獲得電感值，又：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{LC}}---\left(7\right)$

由式(7)可以看出，天線的頻率跟電感L和電容C有關(guān)，天線尺寸越大，則線圈的電感也就越大，相對電容就更小，當(dāng)天線的電感大于5μH時(shí)，則不容易使匹配到合適的電容C值。

具體的，小型發(fā)射天線3包括有源天線和無源天線。

具體的，所述有源天線內(nèi)置放大器，用于信號強(qiáng)度補(bǔ)償，。

具體的，所述線圈形狀可以是矩形線圈，也可以是圓形型圈，也包括其他根據(jù)有限空間繞制的其他形狀。

具體的，基于所述無線充電設(shè)備的無線充電系統(tǒng)還包括接收端充電過程：

步驟S6：小型接收天線接收正弦波，產(chǎn)生感應(yīng)電流，存入充電電池。

具體的，所述接收端包括依次連接的接收天線4、電流調(diào)整單元5、電源管理芯片6和可充電電池7組成。

具體的，如圖8所示，所述步驟S6包括以下幾個(gè)步驟

步驟S601：收天線接收正弦波，感應(yīng)生成交流；

步驟S602：交流電經(jīng)過整流電路，轉(zhuǎn)變成直流電；

步驟S603：直流電經(jīng)過濾波電路，去除高頻雜訊；

步驟S604：流入可充電電池。

更具體的，所述接收天線4可以和進(jìn)場支付NFC天線共用。

更具體的，所述可充電電池7的電池容量在100mA左右，應(yīng)用在小型可充電的便攜設(shè)備中。

盡管已描述了本申請的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了 基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本申請范圍的所有變更和修改。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本申請進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本申請的精神和范圍。這樣，倘若本申請的這些修改和變型屬于本申請權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本申請也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。