CN104037918A - 一种磁共振式车载移动终端无线充电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁共振式车载移动终端无线充电系统及方法。所述系统包括：所述车载磁共振无线充电发射装置和移动终端的无线充电接收装置，其中所述车载磁共振无线充电发射装置包括：电源管理电路、发射端短距离无线通讯收发电路、控制电路、高频振荡电路、耦合发射电路及耦合发射线圈；所述移动终端的无线充电接收装置包括：谐振接收电路、整流滤波稳压电路、充电状态检测电路、信息采集电路和接收端短距离无线通讯收发电路。通过短距离无线通讯方式可以在确认移动终端可以充电后再发射充电的能量，从而确保安全及节能，可以直接在车内使用。
Description
技术领域
本发明属于移动终端无线充电技术领域，尤其涉及一种基于磁共振的车内移动终端无线充电系统。
背景技术
目前车内的移动终端充电方式都是采用充电器与车直接连线方式，或者采用基于电磁感应原理的无线充电方式；而前者在没有携带专用的充电器时无法使用，而且通过有线方式连接，在取用移动终端设备时不是很方便；后一充电方式由于受限于感应距离以及所需充电电流大才能正常充电的因素，应用范围受到极大的制约。
磁共振技术当前主要体现在信息传输的应用中，其在电能传输中的应用则一直处于空白。基于磁共振方式的无线充电方式，减去了有线连接方式的拔插烦扰，突破了电磁感应充电方式的充电距离限制。
发明内容
本发明提出了一种基于磁共振的车内移动终端无线充电系统，其包括：车载磁共振无线充电发射装置和移动终端的无线充电接收装置，其中所述车载磁共振无线充电发射装置包括：电源管理电路、发射端短距离无线通讯收发电路、控制电路、高频振荡电路、耦合发射电路及耦合发射线圈；所述移动终端的无线充电接收装置包括：谐振接收电路、整流滤波稳压电路、充电状态检测电路、信息采集电路和接收端短距离无线通讯收发电路。
其中，所述电源管理电路连接到汽车电源；
所述控制电路根据发射装置端的短距离无线通讯收发电路接收来至无线充电接收端的短距离无线通讯收发电路所发射的信息用以控制调节电源管理电路的输出电压；
经电源管理电路转换后的电源供给高频振荡电路，产生相应的谐振能量输入耦合发射电路至耦合发射线圈发射；
通过调节电源管理电路的输出电压来控制耦合发射线圈的输出功率；
其中，所述发射端短距离无线通讯收发电路采用Zigbee、NFC、蓝牙等无线通讯技术实现与移动终端的无线充电接收装置进行信息交换。
其中，所述控制电路通过解码通讯收发电路所得信息，产生频率范围为100KHz～500KHz的方波信号。
其中，所述高频振荡电路由电容和电感组成的谐振电路。
其中，所述耦合发射电路，由H桥或D类放大器构成的功率放大电路和耦合发射线圈组成。
其中，所述控制电路产生的方波信号通过控制调节电源管理的输出电压调整高频振荡电路的能量发送。
其中，所述无线充电接收电路接收所述耦合发射线圈发送的功率，然后通过整流滤波稳压电路转换为4.2V直流电源，从而对移动终端电池12进行充电。
其中，所述充电状态检测电路通过检测移动终端电池12的实时电压和充电电流给信息采集电路计算充电效率功率差比，主要包含电流采集电路结构和电压采集电路结构。
其中，所述信息采集电路通过采集充电状态检测电路传送的电压和充电电流计算当前充电效率、充电损耗以及发射功率和接收功率差比，通过接收端短距离无线通讯收发电路15送至给无线充电发射装置端的发射端短距离无线通讯收发电路，给发射端提供相应的能量调整信息。
本发明还提出了一种磁共振式车载移动终端无线充电方法，其步骤为：
无线充电发射装置发送低功率高频电磁能量给无线充电接收装置；
无线充电接收装置收到谐振能量唤醒其内部的短距离无线通讯收发模块后，将自身ID信号返回给无线充电发射装置；
无线充电发射装置识别到所接收到的ID信息后，确认为有效充电移动终端模块，从而排除其他金属物品；
无线充电发射装置通过获得的无线充电接收装置发送的当前移动终端电池的电量信息及功率差比，给予相应的功率输出；
当充电效率低于35%以下时，不对谐振接收线圈9发射；当效率在充电临界点以上，但低于最优充电范围(如90%左右)时，可以通过增加发射功率来保证移动终端能够被快速充电
当移动终端电池的电量已达满态时，关闭电磁能量的传输。
确认上述过程后，耦合发射电路5持续经过耦合发射线圈8发送充电功率给谐振接收线圈9；
无线充电接收端充电状态检测电路监控电池当前状态，当电池充电完成后，通过无线充电接收端的接收端短距离无线通讯收发电路向无线充电发射装置发送充电结束请求。
与现有技术相比，本发明的磁共振式车载移动终端无线充电系统的有益效果如下：
通过短距离无线通讯方式可以在确认移动终端可以充电后再传送充电的能量，从而确保安全及节能。可以直接在车内使用。
安装方便，可在车内任一位置安装。
使用方便，突破电磁感应式无线充电的距离限制，在车内使用移动终端充电不需放置固定位置充电。
可以对已有无线充电接收装置的移动终端充电。
可以为无无线充电接收装置的移动终端提供无线充电接收装置，实现无线充电功能。
应用广泛，可以提供其他不同功率的移动电子产品的无线充电接收装置，实现无线充电功能。
附图说明
图1为与本发明实施例一致的磁共振式车载移动终端无线充电系统的原理图。
具体实施例
本发明的提供一种基于磁共振的车载移动终端无线充电的系统。利用车载无线充电发射装置和移动终端的无线充电接收装置为移动终端在车内进行无线充电。车载无线充电发射装置包括：电源管理电路、发射端短距离无线通讯收发电路、控制电路、高频振荡电路、耦合发射电路及耦合发射线圈；移动终端无线充电接收装置包括：谐振接收电路、整流滤波稳压电路、充电状态检测电路、信息采集电路和接收端短距离无线通讯收发电路。
本发明涉及磁共振式车载移动终端无线充电发射装置连接到汽车电源，在检测到移动终端可以接收充电时将其转换为高频无线波后通过耦合发射线圈发送出去；移动终端首先需要发射信息通知无线充电装置可以充电，同时无线充电接收装置接收无线充电发射装置发出的相应能量，经整流滤波稳压后转换为恒定直流电给移动终端充电，充电连接成功后实时回传无线充电发射装置所需的信息用于调整能量发射。
本发明的磁共振式车载无线充电装置能够对已集成无线充电接收装置的移动终端直接充电；对于未集成无线充电接收装置的移动终端可以配置无线充电接收装置后充电。
如附图1所示，车载移动终端无线充电系统由汽车电源1供电，电源管理电路2是一个Buck-Boost电路，它将+12V的汽车电源转换为3.3V～20V的直流电。这个电压可以通过控制电路3根据发射端短距离无线通讯收发电路6收到的信号来调节；经电源管理电路2转换后的直流电源给高频振荡电路4供电；由于电源管理电路2可以调节电压，因此可以通过调节电源管理电路2的输出电压来控制由H桥或D类放大器构成的耦合发射电路5上的输出功率。
控制电路3可以产生频率范围为100KHz～500KHz的方波信号，该信号通过调节电源管理输出的电压,供给高频振荡电路,再经过高频振荡电路4产生高频无线电波后输送耦合发射电路5，经耦合发射电路5进行相应的功率放大并送至给耦合发射线圈8，耦合发射线圈8再将谐振电磁波发射至相应的充电空间范围。
发射端短距离无线通讯收发电路6获取当前移动终端的充电状态及功率需求信息，通过控制电路3将该信息解码后，发出相应的命令来控制调节电源管理电路2的输出电压值，从而实现闭环控制耦合发射电路5的发射功率。
谐振线圈9和调谐电容10组成无线充电接收电路，接收无线充电发射装置中的耦合发射电路5发送的功率，然后通过整流滤波稳压电路11中的桥式整流电路转换为4.2V直流电源，从而可以对移动终端电池12进行充电。此外，信息采集电路14通过采集电池状态检测电路13传送的电压和充电电流，计算相应的功率差比、充电损耗及充电效率，并送至接收端短距离无线通讯收发电路15，最后经收发天线16来传送给无线充电发射装置的发射端短距离无线通讯收发电路6。
充电的具体步骤如下：
耦合发射电路5经耦合发射线圈8发送低功率高频能量给谐振线圈9。
谐振线圈9收到有效电磁能量后，唤醒无线充电接收装置的电路功能，将自身ID信号给接收端短距离无线通讯收发电路15送至给无线充电发射装置验证识别。
发射端短距离无线通讯收发电路6收到相应的ID信号后提供给控制电路解码来验证识别ID，待ID识别后，确认为有效充电移动终端模块，从而排除其他金属物品；此外，无线充电发射装置通过回传的无线充电接收装置发射的当前移动终端电池的电量信息、损耗及功率差比，给予相应的功率输出；当效率低于临界值时（如35%以下），不对耦合发射电路5发射；当效率在充电临界点以上，但低于最优充电范围(如90%左右)时，可以通过增加发射功率来保证移动终端能够被快速充电。
确认上述过程后，耦合发射电路5持续发送优化的充电功率给谐振接收线圈9。
无线充电接收端监控电池状态，当电池充电完成后；由信息采集电路14通过接收端短距离无线通讯收发电路15向无线充电发射装置中的发射端短距离无线通讯收发电路6发送充电结束请求。
发射器结束充电，进入监控待机状态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种磁共振式车载移动终端无线充电系统，其包括：车载磁共振无线充电发射装置和移动终端的无线充电接收装置，其中所述车载磁共振无线充电发射装置包括：电源管理电路、发射端短距离无线通讯收发电路、控制电路、高频振荡电路、耦合发射电路及耦合发射线圈；所述移动终端的无线充电接收装置包括：谐振接收电路、整流滤波稳压电路、充电状态检测电路、信息采集电路和接收端短距离无线通讯收发电路。
2.如权利要求1所述的磁共振式车载移动终端无线充电系统，其中
所述电源管理电路连接汽车电源；
所述控制电路根据发射端短距离无线通讯收发电路接收来自无线充电接收装置中的接收端短距离通讯收发电路所发射的信息用以控制调节电源管理电路的输出电压；
经电源管理电路转换后的直流电供给高频振荡电路，产生相应的谐振能量输入耦合发射电路发射；
通过调节电源管理电路的输出电压来控制耦合发射线圈上的输出功率；
所述发射端短距离无线通讯收发电路和接收端短距离通讯收发电路采用如Zigbee、NFC、蓝牙、无线局域、红外等短距离无线通讯收发电路结构完成无线充电发射装置和接收装置的信息交换。
3.如权利要求1所述的磁共振式车载移动终端无线充电系统，其中所述控制电路产生频率范围为100KHz～500KHz的方波信号。
4.如权利要求1所述的磁共振式车载移动终端无线充电系统，其中所述高频振荡电路是由电容和电感组成的谐振电路。
5.如权利要求1所述磁共振式车载移动终端无线充电系统，其中所述控制电路产生的方波信号经过所述电源管理电路调整电压输出供给高频振荡电路，产生高频电波输送给耦合发射电路和耦合发射线圈。
6.如权利要求1所述磁共振式车载移动终端无线充电系统，其中所述谐振接收电路接收所述耦合发射线圈发送的功率，然后通过整流滤波稳压电路转换为4.2V直流电源，从而对移动终端电池进行充电。
7.如权利要求1所述的磁共振式车载移动终端无线充电系统，其中所述信息采集电路采用A/D电路采集充电状态检测电路的电压和充电电流发送给无线充电发射装置相应的功率差比、充电损耗及充电效率。
8.一种磁共振式车载移动终端无线充电方法，其采用如权利要求1所述的磁共振式车载移动终端无线充电系统，所述方法包括如下步骤：
耦合发射电路发送低功率高频信号给谐振接收电路；
谐振线圈收到有效电磁能量后，唤醒无线充电接收装置的电路功能，并将自身ID信号经过接收端短距离无线通讯收发电路发送给无线充电发射装置验证识别；
发射端短距离无线通讯收发电路收到相应的ID信号后提供给控制电路解码来验证识别ID，待ID识别后，确认为有效充电移动终端模块，从而排除其他金属物品；此外，无线充电发射装置通过得到的无线充电接收装置发送的当前移动终端电池的电量信息、充电损耗及功率差比，给予相应的功率输出；当效率低于临界值时，不对耦合发射电路发射；当效率在所述临界值以上，但低于最优充电范围时，通过增加发射功率来保证移动终端能够被快速充电；
确认上述过程后，耦合发射电路持续发送优化的充电功率给谐振接收电路；
无线接收端监控电池状态，当电池充电完成后，由信息采集电路通过接收端短距离无线通讯收发电路向无线充电发射装置中的发射端短距离无线通讯收发电路发送充电结束请求；
无线充电发射装置结束充电，进入监控待机状态。
9.如权利要求8所述的磁共振式车载移动终端无线充电方法，所述临界值优选为35%。
10.如权利要求8所述的磁共振式车载移动终端无线充电方法，所述最优充电范围优选为90%。
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