一种带电能显示的无线充电器论文和设计-胡治波

全文摘要

本实用新型公开了一种带电能显示的无线充电器，包括：主机以及设置在所述主机内部的主控PCB板；所述主控PCB板上设置有电源输入插座、电压ADC采样模块、电流ADC采样模块、MCU可编程芯片、数字显示屏、PWM控制模块以及电能发射线圈；所述电源输入插座、电压ADC采样模块、电流ADC采样模块、PWM控制模块以及电能发射线圈依次连接；所述电压ADC采样模块与所述电流ADC采样模块还分别与所述MCU可编程芯片连接；所述数字显示屏与所述MCU可编程芯片连接。本实用新型的无线充电器线圈裸露无遮挡，充电效率高，采用闭环线圈对人体无辐射，无需提供外壳，成本低，且具有科技感。

主设计要求

1.一种带电能显示的无线充电器，其特征在于，包括：主机(A)以及设置在所述主机(A)内部的主控PCB板(1)；所述主控PCB板(1)上设置有电源输入插座(3)、电压ADC采样模块(4)、电流ADC采样模块(5)、MCU可编程芯片(2)、数字显示屏(10)、PWM控制模块(6)以及电能发射线圈(7)；所述电源输入插座(3)与所述电压ADC采样模块(4)的输入端线路连接；所述电压ADC采样模块(4)的第一输出端与所述电流ADC采样模块(5)的输入端线路连接；所述电流ADC采样模块(5)的第一输出端与所述PWM控制模块(6)的输入端线路连接；所述PWM控制模块(6)的输出端与所述电能发射线圈(7)线路连接；所述电压ADC采样模块(4)的第二输出端与所述电流ADC采样模块(5)的第二输出端分别与所述MCU可编程芯片(2)连接；所述数字显示屏(10)的输入端与所述MCU可编程芯片(2)连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及无线充电技术领域，特别涉及一种带电能显示的无线充电器。

背景技术

目前市场上推出的各种移动数码设备，比如智能手机、平板电脑、儿童手表、手持激光测距仪、测亩仪等内置可充电电池的产品，这些都是工业生产和人们日常生活几乎都离不开的设备，而目前主流的充电方式为Micro USB接口有线充电、Type-C接口有线充电、Lightning接口有线充电这三种充电方式，但有线充电在使用时给人们带来很多不便，并且反复的插入和拔出充电线插头对与手机硬件有不小的损耗。而无线充电方式的出现弥补了有线充电的不足，为使用者提供了更多的便利，且无线充电有助于提升安全性，无线充电方式成为未来主流的充电方式是必然的趋势。

而当前市面上的一些无线充电器使用中，无法知道充电过程中具体的充电速度、电压、电流、功率等情况，给用户带来诸多不便，并且由于是通过电磁感应的方式进行充电，无线充电器发出的电磁辐射对人体也有一定的影响，尤其是充电速度越快，产生的电磁辐射也就更大，对人体的影响也就更大，所以降低无线充电器充电时产生的电磁辐射以减少对人体的危害是更应该注重的；除此之外，虽然是无线充电器，但是还是要给无线充电器供电才能无线给电子设备的电池充电，无法在户外移动时使用，不能满足人们随时随地进行充电的需求。

因此，能否提供一种可以在充电时随时了解充电量的多少、充电速度的快慢与降低辐射减少对人体影响，又能随时随地的进行无线充电是本领域技术人员亟需解决的问题。

因而现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种带电能显示的无线充电器，能够实时显示充电电压、充电电流、充电时间、及容量和温度等监测数据，同时可摆脱数据线的束缚，可随时进行移动无线充电方式的无线充电器。

为解决以上技术问题，本实用新型采取了以下技术方案：

一种带电能显示的无线充电器，包括：主机以及设置在所述主机内部的主控PCB板；所述主控PCB板上设置有电源输入插座、电压ADC采样模块、电流ADC采样模块、MCU可编程芯片、数字显示屏、PWM控制模块以及电能发射线圈；所述电源输入插座与所述电压ADC采样模块的输入端线路连接；所述电压ADC采样模块的第一输出端与所述电流ADC采样模块的输入端线路连接；所述电流ADC采样模块的第一输出端与所述PWM控制模块的输入端线路连接；所述PWM控制模块的输出端与所述电能发射线圈线路连接；所述电压ADC采样模块的第二输出端与所述电流ADC采样模块的第二输出端分别与所述MCU可编程芯片连接；所述数字显示屏的输入端与所述MCU可编程芯片连接。

通过给所述MCU可编程芯片烧录逻辑程序，在运行的过程中接收各样数据并进行逻辑运算后，输送至所述数字显示屏显示充电过程中的电压、电流、功率信息方便用户查看；所述PWM控制模块可以对无线充电器的所述电能发射线圈在工作时的电磁脉冲自行校正和调控，使其工作在安全的范围内保证了充电的安全性。

作为本实用新型的改进，所述主机包括无线充电支撑部分和电能显示部分，所述电能显示部分可收纳于无线充电支撑部分中。

作为本实用新型的改进，所述主机包括无线充电支撑部分和电能显示部分，所述电能显示部分相对无线充电支撑部分可折叠设置。

作为本实用新型进一步的改进，所述主机包括盖板，所述盖板设置于所述主控PCB板的上方，其上开设有用于使电能发射线圈裸露的通孔。

作为本实用新型更进一步的改进，所述盖板上设置有防辐射吸收线路，所述防辐射吸收线路围绕所述电能发射线圈设置。

作为本实用新型再进一步的改进，所述防辐射吸收线路分段设置于盖板上、并围绕成环形。

作为本实用新型再进一步的改进，所述盖板上设置有用于放置待充电设备的支撑垫。

作为本实用新型再进一步的改进，所述主控PCB板与盖板之间设置有支撑柱，所述支撑柱通过螺钉固定所述主控PCB板和盖板，主控PCB板的底面为主机的底壳。

作为本实用新型再进一步的改进，所述主控PCB板的背面设置有若干垫片。

作为本实用新型再进一步的改进，所述盖板上还设置有：防辐射高频吸收磁环以及温度传感器，所述防辐射高频吸收磁环沿所述防辐射吸收线路的边缘设置成环形结构并将所述防辐射吸收线路围在其内侧；所述温度传感器设置在所述电能发射线圈的上方，所述温度传感器与所述MCU可编程芯片连接。

通过在所述电能发射线圈处增加了外层防辐射的电磁吸收闭环回路装置，让充电过程中降低辐射电磁量减少对人体的辐射危害程度，同时所述温度传感器可以检测主机内由于温度变化产生的不同电阻值，并且将这些数据输送至所述MCU可编程芯片并通过所述数字显示屏进行显示。

作为本实用新型再进一步的改进，所述主控PCB板上还设置有：稳压模块，所述电源输入插座与所述稳压模块的输入端连接；所述稳压模块的输出端分别与所述电压ADC采样模块的输入端以及所述MCU可编程芯片连接。

所述稳压模块，可以使在对电压采样过程中以这个基准进行比较和ADC 计算，从而得出精确的放电大小数值，以达到更精准的放电效果，同时保证了线路电压的稳定性。

相较于现有技术，本实用新型提供的一种带电能显示的无线充电器，通过MCU可编程芯片和其匹配的传感器和处理电路，使无线充电器在进行充电时，可以对充电时的各种信息进行查看，为人们的使用提供了便利，同时采用内置可充电电池组供电的方式可摆脱数据线的束缚，可随时进行移动无线充电方式的无线充电器。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种带电能显示的无线充电器的展开状态结构简图。

图2为本实用新型提供的一种带电能显示的无线充电器的收纳状态结构简图。

图3为本实用新型提供的一种带电能显示的无线充电器的结构框图。

图4为本实用新型提供的一种带电能显示的无线充电器的LCD显示屏电路图。

图5为本实用新型提供的一种带电能显示的无线充电器的MCU电路图。

图6为本实用新型提供的一种带电能显示的无线充电器的PWM控制模块电路图。

图7为本实用新型提供的一种带电能显示的无线充电器的电流ADC采样电路图。

图8为本实用新型提供的一种带电能显示的无线充电器的电压ADC采样电路图。

图9为本实用新型提供的一种带电能显示的无线充电器的电源输入口及稳压电路图。

图10为本实用新型的数字显示屏界面图集。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当部件被称为“装设于”、“固定于”或“设置于”另一个部件上，它可以直接在另一个部件上或者可能同时存在居中部件。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者可能同时存在居中部件。

还需要说明的是，本实用新型实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

请参阅图1、图2和图3，本实用新型实施例公开了一种带电能显示的无线充电器包括：主机A以及设置在所述主机A内部的主控PCB板1；

所述主控PCB板1上设置有电源输入插座3、电压ADC采样模块4、电流ADC采样模块5、MCU可编程芯片2、数字显示屏10、PWM控制模块6以及电能发射线圈7；所述电源输入插座3与所述电压ADC采样模块4的输入端线路连接；所述电压ADC采样模块4的第一输出端与所述电流ADC采样模块5的输入端线路连接；所述电流ADC采样模块5的第一输出端与所述 PWM控制模块6的输入端线路连接；所述PWM控制模块6的输出端与所述电能发射线圈7线路连接；所述电压ADC采样模块4的第二输出端与所述电流ADC采样模块5的第二输出端分别与所述MCU可编程芯片2连接；所述数字显示屏10的输入端与所述MCU可编程芯片2连接。

如图4所示，MCU可编程芯片2可采用SP3100系列或NU1300系列的集成芯片，如型号为SP310002的MCU，其上固化有用于充电控制及功率计算的软件，用于实现相关功能，其为现有技术且不是本实用新型的发明点，此处不作详细描述。

在本实用新型的一具体实施例中，电源输入插座3可为Micro USB接口并配有对应的电源适配器；电压ADC采样模块4和电流ADC采样模块5 分别将充电过程中的电流，电压信息传递到MCU可编程芯片2，经分析处理后可以由数字显示屏10显示出充电的功率和充电的电量信息，供用户进行查看；PWM控制模块6芯片采用NU1007芯片，PWM控制模块6产生充电时需要的脉冲频率和宽度并发送给电能发射线圈7使其产生充电时所需的电磁能，同时还能对电能发射线圈7在工作时的电磁脉冲自行校正和调控，使其工作在安全的范围内保证了充电的安全性，具体实现电路如图4至图9 所示，应当说明的是，如图4至图9所示的电路，仅是本实用新型的带电能显示的无线充电器的相应模块的一种实现方式，不应理解为对本实用新型的限制。

进一步的，请参阅图1和图2，所述主机A包括无线充电支撑部分A2 和电能显示部分A1，所述电能显示部分A1可收纳于无线充电支撑部分A2 中。

在本实施例中，无线充电支撑部分A2的厚度大于电能显示部分A1的厚度，无线充电支撑部分A2与电能显示部分A1通过转动件连接，使电能显示部分A1能够转动收纳至无线充电支撑部分A2中，从而最大限度的节省无线充电器的体积。

具体地，所述无线充电支撑部分A2用于放置待充电设备，电能显示部分A1用于实时监测充电过程中的电压、电流、容量、电量、功率、充电时间等参数，随时确保充电过程的安全，且电能显示部分A1可收纳于无线充电支撑部分A2中，在不需充电时，收纳于无线充电支撑部分A2的空间内，进一步节省了空间，更加便于收纳，而且产品体积小巧，便于携带、且包装成本低。

在其它实施例中，所述主机A包括无线充电支撑部分A2和电能显示部分A1，所述电能显示部分A1相对无线充电支撑部分A2可折叠设置，具体使电能显示部分A1相对无线充电支撑部分A2的背面折叠，也可减少无线充电器的占用空间。

请继续参阅图1，所述主机A包括盖板100，所述盖板100设置于所述主控PCB板1的上方，其上开设有用于使电能发射线圈7裸露的通孔101。

在本实施例中，通过在所述盖板上设置通孔101，将电能发射线圈7裸露于外面，可进一步减少所述电能发射线圈7的发射信号的能量损失，从而提高无线充电的充电效率。

进一步的，所述盖板100上设置有防辐射吸收线路8，所述防辐射吸收线路8围绕所述电能发射线圈7设置，通过在所述电能发射线圈7处增加了外层防辐射的电磁吸收闭环回路装置，让充电过程中降低辐射电磁量减少对人体的辐射危害程度。

更进一步的，请继续参阅图1，所述防辐射吸收线路8分段设置于盖板 100上、并围绕成环形。本实施例所提供的防辐射吸收线路8分三段平均设置于所述盖板100上，美观的同时，更好的达到吸收效果。

更进一步的，所述盖板100上还设置有用于放置待充电设备的支撑垫 102。支撑垫102用于支撑待充电设备，还起到增加摩擦阻力的作用，即使设备响铃、震动也可有效防止待充电设备滑落；并且将设备与盖板100用支撑垫102间隔一定的距离，可有利于设备的散热。

请继续参阅图1，所述主控PCB板1与盖板100之间设置有支撑柱103，所述支撑柱103通过螺钉固定所述主控PCB板1和盖板100，主控PCB板1 的底面为主机A的底壳。

在本实施例中，所述支撑柱103设置有8个，不均匀对称设置在盖板 100与所述主控PCB板1之间，起到支撑盖板100的作用，同时将盖板100 与所述主控PCB板1分隔一定距离，具有良好的散热作用，以延长产品的使用寿命，且主控PCB板1的底面即为主机A的底壳，不需要再去专门做盖板与底壳，无需开模制作外壳，而且科技感更强，从而更进一步的降低了生产成本，简化了生产过程，且使得外观更富有科技感。

更进一步的，所述主控PCB板1的背面设置有若干垫片(图中未标出)。所述垫片用于支撑所述主控PCB板1，起到防滑的作用。

更进一步的，请参阅图1至图10，所述盖板100上还设置有：防辐射高频吸收磁环9以及温度传感器21，温度传感器21设置在电能发射线圈7 的上方，温度传感器21与MCU可编程芯片2连接，实时将电能发射线圈7 的发热温度反馈给MCU可编程芯片2。所述防辐射高频吸收磁环9沿所述防辐射吸收线路8的边缘设置成环形结构并将所述防辐射吸收线路8围在其内侧；所述温度传感器设置在所述电能发射线圈7的上方，所述温度传感器与所述MCU可编程芯片2连接。

在本实用新型的一具体实施例中，防辐射吸收线路8由三个由小到大的闭合的铜线圈组成，三个闭合铜线圈以环环相套的方式设置；防辐射吸收磁环9为具有一定宽度的长条形薄铜板，从最外侧将闭合铜线圈围起来，铜板的高度大于闭合铜线圈的高度；铜板和闭合铜线圈通过焊接或粘接的方式固定在主控PCB板1上，此种设计方式可以有效的减少电磁辐射对人体的影响，温度传感器中可采用NTC温度传感器，将电能发射线圈7处的温度对应的电阻值信息传递给MCU可编程芯片2，并通过数字显示屏10进行显示，温度传感器的设置可对主机A和与主机A接触的充电设备的温度进行实时监测，并与蜂鸣报警喇叭23和MCU可编程芯片配合对过高的温度进行报警，避免温度过高可能引起的火灾危险。

在本实用新型的另一具体实施例中，闭合铜线圈的中心处还设置有铁氧体磁芯，铁氧体磁芯焊接在主控PCB板1上，与闭合铜线圈和铜板相互配合可以起到更好的防辐射作用。

进一步的，请参阅图1至图9，所述主控PCB板1上还设置有：稳压模块15，所述电源输入插座3与所述稳压模块15的输入端连接；所述稳压模块15的输出端分别与所述电压ADC采样模块4的输入端以及所述MCU可编程芯片2连接。

在本实用新型的一具体实施例中，稳压模块15可为LDO基准稳压芯片，LDO基准稳压芯片的设置可以使MCU可编程芯片2通过快充电压采样模块 12，在对电源输入插座3和移动电源输入口14进入的电压采样过程中以LDO 基准稳压芯片提供的电压为基准进行比较和ADC计算，从而得出精确的放电大小数值，以达到更精准的放电效果，另外稳压模块15与其他模块电路的连接可以起到稳定供电的作用。

移动电源输入口14可为Micro USB\/MiNi USB\/iPhone5\/Type-C\/大电流接线柱等新型USB器件，在没有电源适配器时，备用电源可通过移动电源输入口14给本实用新型的无线充电器提供电源，使本实用新型的无线充电器具有更大的适用范围，为用户提供方便。

为进一步优化该技术方案，主控PCB板1上还设置有：快充触发器18 以及快充电压采样模块12，快充触发器18的输入端与MCU可编程芯片2连接，快充触发器18的输出端分别与电源输入插座3以及移动电源输入口14 连接；快充电压采样模块12的输入端分别与电源输入插座3以及移动电源输入口14连接，快充电压采样模块12的输出端与MCU可编程芯片2连接。

在本实用新型的一具体实施例中，快充触发器18为高通与PD快充协议触发器，从电源输入插座3和移动电源输入口14接入的电源适配器或其他供电设备具备快充功能的，MCU可编程芯片2通过高通与PD协议快充触发器激活电源适配器或其他备有电源的快充模式，从而实现高压高功率给无线充电器供电，实现更大功率更快充电速度。

快充电压采样模块12为USB数据D+\/D-电压ADC采样器件，用于采样的电压值送往MCU可编程芯片2中进行模数转换后计算出快充协议电压值，并通过数字显示屏10进行显示。从而方便用户查看无线充电器是否在快充状态。

进一步的，请参阅图3，所述主控PCB板1上还提供电池充电与供电双向控制芯片16以及电池组17，电池充电与供电双向控制芯片16的输入端与电源输入插座3连接；电池充电与供电双向控制芯片16的输出端与电池组17的输入端连接；电池组17的输出端与电压ADC采样模块4的输入端连接。

请继续参阅图3，主控PCB板1上还设置有：电池电量ADC采样模块 19；电池组17的输出端与电池电量ADC采样模块19的输入端连接；电池电量ADC采样模块19的输出端与MCU可编程芯片2连接。

在本实施例中，电池组由多节可充电锂电池通过并联和串联的方式组成为无线充电器提供电能，让用户在到户外也能随时随地的进行无线充电，电池充电与供电双向控制芯片16使用户在用电源适配器通过电源输入插座 3给无线充电器供电的同时还可以给内置充电池组进行充电续航，以便用户在户外离线使用无线充电器时让电池组有足够的电量给充电器供电。

进一步地，所述主控PCB板上1还设置有：存储器13、按键11、电脑联机串口模块25、无线蓝牙模块24、以及电流电压精度校准口20；存储器 13、按键11、电脑联机串口模块25、无线蓝牙模块24、电流电压精度校准口20分别与MCU可编程芯片2连接。

在本实用新型的一些具体实施例中，存储器13可以采用EEPROM断电记忆芯片，通过MCU可编程芯片2将充电过程中的容量、电量、时间等数据传输至EEPROM断电记忆芯片里面，上次的断电记忆数据在下次在通电后可以随时调用方便用户的查看；按键11的设置可以方便主机的校准、数据清零复位、界面切换等操作，使用更加方便快捷。

当输入电压过高、过低、充电故障、过流或者超功率情况时，MCU可编程芯片的第5脚输出高电平，驱动喇叭23输出报警声音。电流电压精准度校准口20通过与EEPROM断电记忆芯片、MCU可编程芯片2以及按键11配合对无线充电器内部器件的电压，电流等信息进行校准；通过电脑联机串口模块25以及无线蓝牙模块24与电脑或手机联机，可将MCU可编程芯片2 中的数据传送到电脑或者手机显示，并且根据所传送的数据可以进行放电曲线的绘制，方便技术人员对无线充电器的相关信息的查看；LED指示灯 22与MCU可编程芯片2配合，通过显示不同的颜色可对无线充电器的正在充电和充电完成状态分别进行提示。

在本实用新型的一具体实施例中，存储器13与MCU可编程芯片2采用I2C总线的连接方式进行通信。

为进一步优化该技术方案，主控PCB板1上设置的各组成部分均由电源输入插座3和\/或电池组17进行供电。

在本实用新型的一具体实施例中，电源输入插座3和\/或电池组17通过稳压模块15为主控PCB板1上的各个需要用电的模块提供稳定可靠的电源。

请参照图10，在本实用新型的一些具体实施例中，通过给MCU可编程芯片2烧录逻辑程序，在运行的过程中接收各样数据并进行逻辑运算后，输送至数字显示屏显示充电过程中的电压、电流、功率、容量、电量、温度、内阻、充电时间、快充协议状态的D+D-电压测量显示、容量系数设置、充电时间、倒计时充电时间等数据的显示；通过按键11用户可选择显示的语言和显示的内容。

综上所述，本实用新型提供的一种带电能显示的无线充电器，通过防辐射吸收线路和防辐射吸收磁环相互配合的设置，在电能发射线圈处形成了一个磁场闭环路吸收电磁辐射，有效的减小了充电时电磁辐射对人体的影响；MCU可编程芯片和其匹配的传感器和处理电路，使无线充电器在进行充电时，可以对充电时的各种信息进行查看，为人们的使用提供了便利，可充电电池组的设置使用户可随时随地进行充电。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

设计图

一种带电能显示的无线充电器论文和设计

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