[发明专利]一种基于磁共振耦合的小微功率无线充电装置

说明书

本发明提供了一种基于磁共振耦合的小微功率无线充电装置，属于磁共振耦合无线充电领技术领域，包括磁共振发射模块以及与所述磁共振发射模块连接的磁共振接收模块，本发明中磁共振发射模块采用E类差分功放，可以显著减少功放产生的电磁干扰，降低接收电路的输出纹波，发明中磁共振接收模块采用多路线圈输入，多路整流稳压电路，在同样的电路面积下，均衡了每路的负载功率，减少了接收电路的热耗，提升了整流稳压的效率。解决现有可用于小微功率小型电子设备无线充电的磁共振无线充电设计方案中系统电路体积大，功耗大，效率低，稳定性差，干扰严重，发热严重等技术问题，满足小微功率低电压供电、低纹波、大电流输出以及小型化的使用场景。

技术领域

本发明属于磁共振耦合无线充电领技术术领域，尤其涉及一种基于磁共振耦合的小微功率无线充电装置。

背景技术

随着科技创新和互联网技术的不断发展，消费类电子产品、智能家居系统以及物联网产品的普及应用，都离不开使用电源，传统的电器和电子设备通常采用有线电源直接供电和内置电池，有线电源供电使用供电线不仅占据空间错综复杂，同时也带来了一定的安全隐患。而内置电池供电的设备又待机时间短，需要多次充电，大大影响了用户使用体验。使用无线充电技术在各类电子应用中不断增长，对于无线充电技术的研究与应用也成为了国内外科技应用和学术界的新方向。

目前业内公认的无线充电技术主要分为三类，一种是WPC联盟主推的QI标准，也称为磁感应耦合技术，另一种是Airfuel联盟主推的磁共振耦合技术，还有一种是电磁辐射式无线输能技术。相比于磁感应技术，磁共振耦合技术在充电距离、空间自由度、一对多充和功率扩展上有明显优势；而相比于电磁辐射式无线输能技术，磁共振耦合技术在能量转化效率、传输功率和电磁安全方面更具备实际应用价值。目前，该技术已逐渐被应用于智能穿戴、扫地机器人、AGV、智能门锁等设备中，赋予设备无线充电的功能，并提高设备的安全性和智能化程度，提升用户的使用体验。另外磁共振耦合技术在智能家居领域的应用也将颠覆传统家电及移动通信设备、消费电子产品的使用模式，以住宅为平台，利用磁谐振无线充电技术、隐藏布线技术以及自动控制技术彻底移除家居生活区域内所有电源线，对设备进行无线充电或者持续电能供给，提升家居的安全性、便利性和舒适性，构建高效、环保、节能的居住环境。

目前针对小微功率的无线充电设备存在供电电压受限，负载需求的电流较大，可达到300mA至500mA,且设备对传输效率、发热、电磁干扰及纹波、电路尺寸等都有较高的要求。目前已公开的用于小微功率电子设备的磁共振无线充电设计均采用的单路发射单路接收的设计方案，存在以下弊端：(1)单路功放电路所需要的供电电压较高，自身所需要承载的功率较大，且功放电路体积偏大，不能满足小微化的需求；(2)单路功放电路系统的谐波等EMI问题很难控制，导致接收端整流稳压后的纹波大，影响负载设备的正常工作；(3)单路功放输出功率有限，发热严重，效率低，很难满足小微功率功放端低电压输入、接收端大电流负载的应用场景；(4)单路接收整流稳压电路面积较大、整流稳压效率低、发热严重。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于磁共振耦合的小微功率无线充电装置，解决了现有可用于小微功率小型电子设备无线充电的磁共振无线充电设计方案中系统电路体积大、功耗大、效率低、稳定性差、干扰严重以及发热严重等技术问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种基于磁共振耦合的小微功率无线充电装置，包括磁共振发射模块以及与所述磁共振发射模块连接的磁共振接收模块；

所述磁共振发射模块包括无线通信模块主机、频率源、射频功率放大电路、磁共振耦合发射天线以及电源转换电路；所述频率源与所述射频功率放大电路连接，所述射频功率放大电路与所述磁共振耦合发射天线连接；所述无线通信模块主机分别与频率源、电源转换电路以及磁共振接收模块连接；所述电源转换电路为磁共振发射模块提供电源，所述电源转换电路分别为频率源、射频功率放大电路以及无线通信模块主机提供电电压；