本發(fā)明涉及無線充電技術，具體涉及一種手機非接觸式快速充電系統(tǒng)。
背景技術：
：隨著手機的功能越來越多，手機已成為人們生活中不可或缺的一部分，但手機電池的技術發(fā)展卻遠遠跟不上硬件和軟件升級的節(jié)奏，使得現(xiàn)代人患上了越來越嚴重的“續(xù)航焦慮癥”。為了解決手機的電能問題，一些方便充電的裝置陸續(xù)被研發(fā)出來，比如：快速充電裝置和無線充電裝置。但現(xiàn)有的快速充電裝置仍需要相應的充電線纜和充電器支持，存在攜帶不便的問題?，F(xiàn)有的無線充電裝置雖擺脫了充電線限制的問題，但無線充電的功率一直低于有線充電，僅能夠?qū)崿F(xiàn)“江湖救急”，即保證不斷電而已。例如：以三星公司為首的無線充電器輸出電流不過1A左右，若要充滿3000mA·h的電池起碼需要4個小時，比有線充電方式耗能更多、充電速率更慢。因此，有必要開發(fā)一種新的手機非接觸式快速充電系統(tǒng)。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種手機非接觸式快速充電系統(tǒng)，能實現(xiàn)手機非接觸式快速充電。本發(fā)明所述的手機非接觸式快速充電系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端；所述發(fā)射端包括可控升降壓式變換模塊、輸入電流檢測模塊、三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊和第一控制模塊，第一控制模塊分別與可控升降壓式變換模塊、輸入電流檢測模塊、三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊、第一藍牙模塊連接，可控升降壓式變換模塊與輸入電流檢測模塊連接，輸入電流檢測模塊與三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊連接；所述接收端包括三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊、輸出電流檢測模塊、快充識別模塊、第二控制模塊和第二藍牙模塊；三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊與輸出電流檢測模塊連接，輸出電流檢測模塊與快充識別模塊連接，三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊、輸出電流檢測模塊、快充識別模塊、第二藍牙模塊分別與第二控制模塊連接；所述可控升降壓式變換模塊用于控制三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊的輸入電壓，通過改變輸入電壓來改變?nèi)€圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊的輸出功率；所述輸入電流檢測模塊用于檢測三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊的輸入電流，并以電壓的形式反饋給第一控制模塊；所述三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊與三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊采用高頻磁場耦合，三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊用于將直流電轉化為高頻交流并將電能發(fā)射出去，三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊接收三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊所發(fā)送的電能，并進行整流、穩(wěn)壓處理；所述輸出電流檢測模塊用于檢測接收端的輸出電流，并將測量結果輸入給第二控制模塊；所述快充識別模塊用于與充電設備通過快充協(xié)議通信，并根據(jù)所確定的充電等級輸出對應的電壓；所述第一藍牙模塊、第二藍牙模塊用于發(fā)送端與接收端建立藍牙通信連接；所述第二控制模塊用于控制接收端接收磁場能量和穩(wěn)定輸出電壓，并在接收端的輸出電流發(fā)生變化時，將輸出電流檢測模塊所檢測的電流信號通過所建立的藍牙連接反饋給第一控制模塊，以及在充電等級變化時，發(fā)送升降壓請求信號給第一控制模塊；所述第一控制模塊基于輸入電流檢測模塊、輸出電流檢測模塊所檢測的電流信號以及所接收的升降壓請求信號，對可控升降壓式變換模塊進行控制，動態(tài)調(diào)整三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊的輸入電壓。所述發(fā)射端還包括電源去耦模塊，用于對輸入的直流信號進行去耦處理，該電源去耦模塊分別與第一霍爾電流檢測模塊、第一控制模塊連接。所述發(fā)射端還包括USB輸入接口，該USB輸入接口用于接入5V電壓源，該USB輸入接口與電源去耦模塊連接。所述接收端還包括USB輸出接口，用于接入待充電設備，該USB輸出接口分別與第二控制模塊、快充識別模塊連接。所述三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊包括三組并聯(lián)在一起的LC并聯(lián)諧振發(fā)射支路，每一LC并聯(lián)諧振發(fā)射支路包括依次串聯(lián)在一起的第一電容、LC并聯(lián)諧振發(fā)射電路、第一MOS管。所述三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊包括三組并聯(lián)在一起的LC并聯(lián)諧振接收支路，每一組LC并聯(lián)諧振接收支路包括LC并聯(lián)諧振接收電路，與LC并聯(lián)諧振接收電路連接的整流電路，與整流電路連接的降壓電路，以及與降壓電路連接的隔離電路。本發(fā)明的有益效果：在磁耦合諧振原理的基礎上，將發(fā)射端和接收端通過藍牙進行通信，接收端所采集的輸出電流信息通過所建立的藍牙連接反饋到發(fā)射端；發(fā)射端通過DC-DC電路自動升降壓，并采用三線圈并接方式，提高了并聯(lián)式諧振輸入電流，從而提高了輸出功率，在接收端采用三線圈并聯(lián)均流的方式，使輸出功率能夠達到18W的高功率，只需花1個多小時就能夠充滿3000mA·h的電池，從而實現(xiàn)了手機非接觸式快速充電。附圖說明圖1為本發(fā)明的原理框圖；圖2為本發(fā)明中發(fā)射端的電路圖；圖3為本發(fā)明中接收端的電路圖；圖4為本發(fā)明中可控升降壓式變換模塊的工作原理圖之一；圖5為本發(fā)明中可控升降壓式變換模塊的工作原理圖之二；圖6為本發(fā)明中可控升降壓式變換模塊的工作原理圖之三；圖7為本發(fā)明中可控升降壓式變換模塊的工作原理圖之四；圖8為本發(fā)明的控制流程圖；圖中：1、USB輸入接口，2、電源去耦模塊，3、可控升降壓式變換模塊，4、輸入電流檢測模塊，5、三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊，6、第一控制模塊，7、第一藍牙模塊，8、三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊，9、輸出電流檢測模塊，10、快充識別模塊，11、USB輸出接口，12、第二藍牙模塊，13、第二控制模塊；圖4-圖7中的箭頭表示電流的流向。具體實施方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示的手機非接觸式快速充電系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端。如圖1所示，所述發(fā)射端包括USB輸入接口1、電源去耦模塊2、可控升降壓式變換模塊3、輸入電流檢測模塊4、三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5和第一控制模塊6，第一控制模塊6分別與電源去耦模塊2、可控升降壓式變換模塊3、輸入電流檢測模塊4、三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5、第一藍牙模塊7連接，USB輸入接口1與電源去耦模塊2連接，電源去耦模塊2與可控升降壓式變換模塊3連接，可控升降壓式變換模塊3與輸入電流檢測模塊4連接，輸入電流檢測模塊4與三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5連接。發(fā)射端通過USB輸入接口1接入5V電源，經(jīng)過電源去耦模塊2去耦處理后進入可控升降壓式變換模塊3，以此控制三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5的輸入電壓VCC。在經(jīng)過輸入電流檢測模塊4將三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5的輸入電流量轉化為電壓量，并通過第一控制模塊6的AD采樣計算出輸入電流。三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5在不同VCC輸入電壓作用下有不同的輸出功率。如圖1所示，所述接收端包括三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊8、輸出電流檢測模塊9、快充識別模塊10、USB輸出接口11、第二控制模塊12和第二藍牙模塊13；三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊8與輸出電流檢測模塊9連接，輸出電流檢測模塊9與快充識別模塊10連接，快充識別模塊10與USB輸出接口11連接，三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊8、輸出電流檢測模塊9、快充識別模塊10、USB輸出接口11、第二藍牙模塊13分別與第二控制模塊12連接。以下對本發(fā)明的各模塊進行說明：所述電源去耦模塊2用于對輸入的直流信號進行去耦處理。所述USB輸入接口1用于接入5V電壓源。所述可控升降壓式變換模塊3用于控制三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5的輸入電壓，通過改變輸入電壓來改變?nèi)€圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5的輸出功率。所述輸入電流檢測模塊4用于檢測三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5的輸入電流，并以電壓的形式反饋給第一控制模塊6。所述三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5與三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊8采用高頻磁場耦合，三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5用于將直流電轉化為高頻交流并將電能發(fā)射出去，三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊8接收三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5所發(fā)送的電能，并進行整流、穩(wěn)壓處理。發(fā)射端采用三線圈并聯(lián)均流的方式，能夠增加在空間中交變磁場的總能量。接收端采用三線圈并聯(lián)均流的方式，能夠提高接收的總功率。所述輸出電流檢測模塊9用于檢測發(fā)射端的輸出電流，并將測量結果輸入給第二控制模塊13。所述快充識別模塊10用于與充電設備通過快充協(xié)議通信，并根據(jù)所確定的充電等級(比如：快充，普充)輸出對應的電壓，給待充電設備充電。所述第一藍牙模塊7、第二藍牙模塊12用于發(fā)送端與接收端建立藍牙通信連接。所述第二控制模塊12用于控制接收端接收磁場能量和穩(wěn)定輸出電壓，并在接收端的輸出電流發(fā)生變化時，將輸出電流檢測模塊9所檢測的電流信號通過所建立的藍牙連接反饋給第一控制模塊6，以及在充電等級變化時，發(fā)送升降壓請求信號給第一控制模塊6。所述第一控制模塊6基于輸入電流檢測模塊4、輸出電流檢測模塊9所檢測的電流信號以及所接收的升降壓請求信號，對可控升降壓式變換模塊3進行控制，動態(tài)調(diào)整三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5的輸入電壓，最后達到增加或減少空間中交變磁場的能量的結果。所述接收端還包括USB輸出接口11，用于接入待充電設備，該USB輸出接口11分別與第二控制模塊12、快充識別模塊10連接。如圖2所示，所述電源輸入去耦模塊包括電容C1、電容C2、電容C3、電容C4和電容C5，電容C1、電容C2、電容C3、電容C4和電容C5的一端均與USB座的3腳連接，電容C1、電容C2、電容C3、電容C4和電容C5的另一端均接地。如圖2所示，所述可控升降壓式變換模塊3包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q6、MOS管Q7、電容C6和電感L4，MOS管Q1的源極與MOS管Q6的漏極連接，MOS管Q2的源極與MOS管Q7的漏極連接，電感L4的一端和MOS管Q1的源極與MOS管Q6的漏極的連接點連接，電感L4的另一端和MOS管Q2的源極與MOS管Q7的漏極的連接點連接，電容C6的正極與MOS管Q2的漏極連接，電容C6的負極接地。MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q6、MOS管Q7的柵極分別與第一控制模塊連接。用于可控升降壓式變換模塊3能夠更大效率地控制三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5的輸入電壓，以產(chǎn)生不同的輸出功率。如圖4和圖5所示，降壓時，MOS管Q2導通，MOS管Q7截止，MOS管Q1、MOS管Q6和電感L4共同組成BUCK電路。工作時MOS管Q1與MOS管Q6交替導通。如圖4所示，MOS管Q1導通、MOS管Q6截止時：電源通過MOS管Q1給電感L4充電，同時電感L4穩(wěn)定輸出電流，電容C6穩(wěn)定輸出電壓。如圖5所示，MOS管Q6導通、MOS管Q1截止時，此時MOS管Q6作續(xù)流二極管用，通過電感L4的電流通過MOS管Q6穩(wěn)定輸出電流，電容C6穩(wěn)定輸出電壓。MOS管Q1的導通時間為th,MOS管Q6的導通時間為tl，則輸出電壓為如圖6和圖7所示，升壓時，MOS管Q1導通，MOS管Q6截止，MOS管Q2、MOS管Q7和電感L4共同組成BOOST電路。工作時MOS管Q2與MOS管Q7交替導通。如圖6所示，MOS管Q7導通、MOS管Q2截止時：電源通過MOS管Q7給電感L4充電，同時電容C6穩(wěn)定電壓輸出。如圖7所示，MOS管Q2導通、MOS管Q7截止時：此時MOS管Q2作續(xù)流二極管用，電源與電感L4串聯(lián)通過MOS管Q2穩(wěn)定輸出，電容C6穩(wěn)定輸出電壓。MOS管Q2的導通時間為th,MOS管Q7的導通時間為tl，則輸出電壓為在需要VCC＝USBin時，由于BUCK電路和BOOST電路均不能使輸出電壓VCC＝USBin，所以，本發(fā)明的解決方法是讓升降壓電路在BUCK和BOOST交替切換，使輸出電壓VCC在輸出值附近小幅度振蕩。在經(jīng)過延遲環(huán)節(jié)電容后，電壓近似穩(wěn)定。如圖2所示，所述三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5包括三組并聯(lián)在一起的LC并聯(lián)諧振發(fā)射支路(分別為第一LC并聯(lián)諧振發(fā)射支路、第二LC并聯(lián)諧振發(fā)射支路和第三LC并聯(lián)諧振發(fā)射支路)，每一LC并聯(lián)諧振發(fā)射支路包括依次串聯(lián)在一起的第一電容、LC并聯(lián)諧振發(fā)射電路、第一MOS管。其中：第一LC并聯(lián)諧振發(fā)射支路中的第一電容為電容C9，LC并聯(lián)諧振發(fā)射電路由電容C10、電感L1并聯(lián)而成，第一MOS管為MOS管Q3；電容C10與電感L1的一個連接點經(jīng)電容C9后接地，電容C10與電感L1的另一個連接點與MOS管Q3的漏極連接，MOS管Q3的源極接地，MOS管Q3的柵極與第一控制模塊連接。第二LC并聯(lián)諧振發(fā)射支路中的第一電容為電容C11，LC并聯(lián)諧振發(fā)射電路由電容C25、電感L2并聯(lián)而成，第一MOS管為MOS管Q4；電容C25與電感L2的一個連接點經(jīng)電容C11后接地，電容C25與電感L2的另一個連接點與MOS管Q4的漏極連接，MOS管Q4的源極接地，MOS管Q4的柵極與第一控制模塊連接。第三LC并聯(lián)諧振發(fā)射支路中的第一電容為電容C12，LC并聯(lián)諧振發(fā)射電路由電容C26、電感L3并聯(lián)而成，第一MOS管為MOS管Q5；電容C26與電感L3的一個連接點經(jīng)電容C12后接地，電容C26與電感L3的另一個連接點與MOS管Q5的漏極連接，MOS管Q5的源極接地，MOS管Q5的柵極與第一控制模塊連接。LC并聯(lián)諧振時，阻抗最大時，電流最小，要提高輸出功率，將LC并聯(lián)諧振電流增大，需提高輸入電壓，為達到大功率輸出，可通過所述可控升降壓式變換模塊3提高三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5的輸入電壓。本發(fā)明中使用三線圈并聯(lián)的方式，能夠增大發(fā)射端總輸出功率。如圖2所示，所示輸入電流檢測模塊4包括芯片ACS712、電容C7和電容C8，芯片ACS712的8腳經(jīng)電容C7后接地。芯片ACS712的7腳與第一控制模塊連接。芯片ACS712的6腳經(jīng)電容C8后接地。芯片ACS712的5腳接地。芯片ACS712的1腳和2腳接VCC，芯片ACS712的3腳和4腳接VCC1。如圖3所示，所述三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊8包括三組并聯(lián)在一起的LC并聯(lián)諧振接收支路(分別為第一LC并聯(lián)諧振接收支路、第二LC并聯(lián)諧振接收支路、第三LC并聯(lián)諧振接收支路)，每一組LC并聯(lián)諧振接收支路包括LC并聯(lián)諧振接收電路，與LC并聯(lián)諧振接收電路連接的整流電路，與整流電路連接的降壓電路，以及與降壓電路連接的隔離電路。每一組LC并聯(lián)諧振先經(jīng)過整流，然后經(jīng)過兩個MOS管組成的BUCK電路降壓，再經(jīng)過二極管隔離，最后將三組電路并聯(lián)后輸出。其中：第一LC并聯(lián)諧振接收支路中包括電感L4、電容C14，電容C17、電容C18、MOS管Q16、MOS管Q17、MOS管Q18、MOS管Q19、二極管D1、二極管D2、二極管D3和電感L7組成。以上各元器件的連接關系如下：電感L4和電容C14并聯(lián)，電感L4和電容C14的一連接點依次經(jīng)二極管D2、二極管D3與電感L4和電容C14的另一連接點連接。MOS管Q18的源極、MOS管Q19的源極均接地。MOS管Q18的柵極、MOS管Q19的柵極均與第二控制模塊連接。電容C17的負極接地，電容C17的正極依次經(jīng)MOS管Q17、MOS管Q16后接地，MOS管Q17的源極與MOS管Q16漏極的連接點依次經(jīng)電感L7、電容C18后接地，且電感L7與電容C18的連接點與二極管D1的正極連接。第二LC并聯(lián)諧振接收支路包括電感L5、電容C15，電容C19、電容C20、MOS管Q8、MOS管Q9、MOS管Q14、MOS管Q15、二極管D5、二極管D6、二極管D4和電感L8組成。以上各元器件的連接關系如下：電感L5和電容C15并聯(lián)，電感L5和電容C15的一連接點依次經(jīng)二極管D5、二極管D6與電感L5和電容C15的另一連接點連接。MOS管Q9的源極、MOS管Q8的源極均接地。MOS管Q9的柵極、MOS管Q8的柵極均與第二控制模塊連接。電容C19的負極接地，電容C19的正極依次經(jīng)MOS管Q15、MOS管Q14后接地，MOS管Q15的源極與MOS管Q14漏極的連接點依次經(jīng)電感L8、電容C20后接地，且電感L8與電容C20的連接點與二極管D4的正極連接。第三LC并聯(lián)諧振接收支路包括電感L6、電容C16，電容C21、電容C22、MOS管Q12、MOS管Q13、MOS管Q11、MOS管Q10、二極管D8、二極管D9、二極管D7和電感L9組成。以上各元器件的連接關系如下：電感L6和電容C16并聯(lián)，電感L6和電容C16的一連接點依次經(jīng)二極管D8、二極管D9與電感L6和電容C16的另一連接點連接。MOS管Q13的源極、MOS管Q12的源極均接地。MOS管Q13的柵極、MOS管Q12的柵極均與第二控制模塊連接。電容C21的負極接地，電容C21的正極依次經(jīng)MOS管Q10、MOS管Q11后接地，MOS管Q10的源極與MOS管Q11漏極的連接點依次經(jīng)電感L9、電容C22后接地，且電感L9與電容C22的連接點與二極管D7的正極連接。二極管D7的負極、二極管D4的負極、二極管D1的負極分別與輸出電流檢測模塊9連接。如圖3所示，輸出電流檢測模塊9包括三個電流檢測支路，分別為第一電流檢測支路、第二電流檢測支路和第三電流檢測支路。其中：第一電流檢測支路用于檢測第一LC并聯(lián)諧振接收支路的輸出電流，第二電流檢測支路用于檢測第二LC并聯(lián)諧振接收支路的輸出電流，第三電流檢測支路用于檢測第三LC并聯(lián)諧振接收支路的輸出電流。第一電流檢測支路包括芯片U2(ACS712)、電容C23和電容C24，芯片ACS712的1腳和2腳與三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊8連接，芯片ACS712的5腳接地，芯片ACS712的6腳經(jīng)電容C24后接地，芯片ACS712的8腳經(jīng)電容C23后接地。芯片ACS712的7腳與第二控制模塊13連接。利用芯片ACS712將點流量轉化為電壓量，在電路上電壓不會產(chǎn)生降壓。第二電流檢測支路包括芯片U3(ACS712)、電容C27和電容C28，芯片ACS712的1腳和2腳與三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊8連接，芯片ACS712的5腳接地，芯片ACS712的6腳經(jīng)電容C28后接地，芯片ACS712的8腳經(jīng)電容C27后接地。芯片ACS712的7腳與第二控制模塊13連接。第三電流檢測支路包括芯片U3(ACS712)、電容C29和電容C30，芯片ACS712的1腳和2腳與三線圈LC并聯(lián)諧振接收模塊8連接，芯片ACS712的5腳接地，芯片ACS712的6腳經(jīng)電容C28后接地，芯片ACS712的8腳經(jīng)電容C29后接地。芯片ACS712的7腳與第二控制模塊13連接。如圖3所示，所述快充識別模塊10包括MOS管Q20，MOS管Q20分別與第二控制模塊、USB輸出接口11連接。在快充識別電路中，初始狀態(tài)為MOS管Q19導通默認D-和D+短接。根據(jù)高通QC2.0協(xié)議，在AD2，AD3檢測到D-,D+上有0.325V電壓超過1.25s后，控制MOS管Q19截止，D+,D-斷開。根據(jù)表1控制輸出不同的電壓，此協(xié)議兼容目前最新的QC3.0協(xié)議。表1QC2.0協(xié)議D+D-Output0.6V0.6V12V3.3V0.6V9V3.3V3.3V20V0.6VGND5V如圖8所示，在接收端開始充電時，接收端的單片機(即第一控制模塊)和發(fā)射端的單片機(即第二控制模塊)通過藍牙進行通信，初始默認輸出5V電壓。在接收端識別到高通快充后，接收端先提高輸出電壓至標準值，并通過藍牙與發(fā)射端進行通信，使發(fā)射端的可控升降壓式變換模塊3(即圖8中的BUCK-BOOST電路)提高輸出電壓，即提高三線圈LC并聯(lián)諧振發(fā)射模塊5的輸入電壓，使得發(fā)射端輸出總功率提高。以此來使得接收端電流穩(wěn)定，最后使得移動設備充電功率提高。在無線充電器工作時，兩單片機在控制工作方式時，同時檢測各點的電壓和電流是否為安全值。在快充方式改變時，如果為升壓：先提升接收端的電壓，再提升發(fā)射端的電壓，接收端輸出電流穩(wěn)定。若為降壓：先降低發(fā)射端的電壓，再降低接收端的電壓，接收端輸出電壓穩(wěn)定。然后根據(jù)此控制方式，接收端實時檢測移動設備的充電模式，以此來實時控制整個無線充電器的工作模式。當前第1頁1 2 3