一种Qi无线充电器的线圈位置检测装置 |
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| 申请号 | CN201710339654.0 | 申请日 | 2017-05-15 | 公开(公告)号 | CN107528391A | 公开(公告)日 | 2017-12-29 |
| 申请人 | 惠州市华阳多媒体电子有限公司; | 发明人 | 袁伟; 陈晓伟; 胡德雄; 陈秋森; 朱妙贤; 骆名灯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种Qi无线充电器的线圈 位置 检测装置，包括线圈位置检测 电路 板和微 控制器 ；所述线圈位置检测 电路板 设有检测 传感器 、通道切换芯片、 信号 处理电路；所述 微控制器 用于通过所述通道切换芯片控制所述检测传感器的接通与断开，并在进行接 收线 圈位置检测时，切断发射线圈的供电；所述检测传感器用于在接通时发送检测脉冲及接收所述接收线圈或发射线圈回传的检测信号；所述 信号处理 电路用于对所述检测信号进行 整理 形成位置检测信号；本发明提供通过检测传感器同时检测接收线圈和发射线圈的位置，便于所述接收线圈与发射线圈实现精确对位，提高充电效率的同时还提高了用户体验度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种Qi无线充电器的线圈位置检测装置，其特征在于：包括线圈位置检测电路板和微控制器；所述线圈位置检测电路板设有检测传感器、通道切换芯片、信号处理电路；所述检测传感器连接所述通道切换芯片和信号处理电路，所述通道切换芯片连接所述微控制器；所述微控制器用于通过所述通道切换芯片控制所述检测传感器的接通与断开，并在进行接收线圈位置检测时，切断发射线圈的供电；所述检测传感器用于在接通时发送检测脉冲及接收所述接收线圈或发射线圈回传的检测信号，并将所述检测信号发送至所述信号处理电路；所述信号处理电路用于对所述检测信号进行整理形成位置检测信号，并将所述位置检测信号发送至所述微控制器。 |
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| 说明书全文 | 一种Qi无线充电器的线圈位置检测装置技术领域[0001] 本发明涉及无线充电器技术领域，尤其涉及一种Qi无线充电器的线圈位置检测装置。 背景技术[0002] Qi无线充电器是基于电磁感应原理进行电能传输的磁感应无线充电器。参看图1，其充电原理为：通过发射线圈1和接收线圈2构成电磁耦合器，并通过发射器线圈1携带的交流电生成磁场，再通过电磁感应在接收器线圈2产生用于充电的电压，实现无线充电。从其充电原理可以看出，所述发射线圈1与所述接收线圈2的相对位置是影响其充电效率的关键因素之一，只有当所述发射线圈1与所述接收线圈2的位置相对时才能进行较高效率的充电，当所述发射线圈1与所述接收线圈2的位置相错，没有对准时，将造成待充电设备的充电状态不稳定、充电效率低，甚至发生电磁干扰，导致待充电设备的触摸屏抖动、电池或其他金属部件发热。在实际应用中，用户进行无线充电时，将发射线圈与接收线圈的位置对准通常比较麻烦，特别是车用手机无线充电器，用户在驾驶汽车时，较难一次性对准所述发射线圈和接收线圈，需反复尝试待充电设备放置在无线充电器表面的位置，才能使所述发射线圈与所述接收线圈处于相对位置，降低了用户体验度。 [0003] 针对这一问题，现有技术中的无线充电设备通过设置待充电设备位置检测器，检测待充电设备整体的位置，所述待充电设备位置检测器包括类似触摸屏方式的手机定位检测器、在自由充电面上增加的线圈矩阵检测传感器或充电坐标传感线；这些位置检测器通常只能检测待充电设备整体的位置，造成无法根据其检测的位置使待充电设备的接收线圈对准无线充电所述发射线圈，另外，这些位置检测器还容易将不具有无线充电功能的手机或其他放置于无线充电设备上的金属制品误检为待充电设备，而对其进行充电，损耗电能的同时还将使这些被误检的金属制品发热，产生安全隐患。 发明内容[0004] 本发明提供一种Qi无线充电器的线圈位置检测装置，通过对检测传感器进行逐个扫描式检测，分别获取接收线圈和发射线圈的具体位置，具有位置检测结果精确、检测效果好的特点，便于所述接收线圈与发射线圈实现精确对位，无需用户反复尝试待充电设备放置在无线充电器表面的位置，提高了用户体验度。 [0005] 为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为： [0006] 本发明提供一种Qi无线充电器的线圈位置检测装置，包括线圈位置检测电路板和微控制器；所述线圈位置检测电路板设有检测传感器、通道切换芯片、信号处理电路；所述检测传感器连接所述通道切换芯片和信号处理电路，所述通道切换芯片连接所述微控制器；所述微控制器用于通过所述通道切换芯片控制所述检测传感器的接通与断开，并在进行接收线圈位置检测时，切断发射线圈的供电；所述检测传感器用于在接通时发送检测脉冲及接收所述接收线圈或发射线圈回传的检测信号，并将所述检测信号发送至所述信号处理电路；所述信号处理电路用于对所述检测信号进行整理形成位置检测信号，并将所述位置检测信号发送至所述微控制器。所述通道切换芯片用于扩展所述为控制器的IO口。 [0008] 进一步地，所述检测信号包括接收线圈回传的阻尼谐振信号和发射线圈回传的感应电压信号。 [0009] 进一步地，所述信号处理电路包括阻尼信号处理电路和感应电压信号处理电路，所述阻尼信号处理电路用于对所述接收线圈回传的阻尼谐振信号进行谐振频率放大与整形，形成接收线圈位置检测信号并发送至所述微控制器；所述感应电压信号处理电路用于对所述发射线圈回传的感应电压信号进行整流与滤波，形成发射线圈位置检测信号并发送至所述微控制器。 [0010] 进一步地，所述微控制器包括频率检测单元和感应电压信号检测单元，所述频率检测单元用于将接收的多组接收线圈位置检测信号进行频率检测，获取所述检测线圈接收的多组阻尼谐振信号的频率，并根据所述频率判断所述接收线圈的位置；所述感应电压信号检测单元包括AD转换电路，所述AD转换电路用于将接收的所述发射线圈位置检测信号进行模数转换，获取所述发射线圈位置检测信号的电压，并根据所述电压判断所述发射线圈的位置。 [0011] 又进一步地，所述微控制器预先设置有阻尼谐振信号频率判定范围和电压门限值。 [0012] 进一步地，所述线圈位置检测电路板还设有连接器，所述连接器用于将所述线圈位置检测电路板与所述微处理器进行连接。 [0014] 本发明提供一种Qi无线充电器的线圈位置检测装置，通过对设置在线圈位置检测电路板上按矩阵排布的检测传感器进行逐个扫描式检测，获取所述检测传感器接收的阻尼谐振信号和感应电压信号，进而同时检测接收线圈和发射线圈的位置，具有位置检测结果精确、检测效果好的特点，便于所述接收线圈与发射线圈实现精确对位，无需用户反复尝试待充电设备放置在无线充电器表面的位置，提高了用户体验度；本发明还通过设置阻尼谐振频率判定范围及感应电压门限值，不仅判定了接收线圈或发射线圈是否位于相应的检测线圈上方或下方，还判定了放置于所述线圈位置检测电路板上的产品是否为具有无线充电功能的设备，避免了将不具有无线充电功能的手机或其他放置于无线充电设备上的金属制品误检为待充电设备，而对其进行充电，产生安全隐患。另外，本发明还通过对金属异物的检测及报警，提醒用户手机等无线充电设备与所述Qi无线充电器之间存在影响充电效果的金属异物，以提高所述Qi无线充电器的充电效率，同时还避免了所述金属异物发热产生安全隐患，保证了所述Qi无线充电器的使用安全。附图说明 [0015] 图1是Qi无线充电器充电原理示意图； [0016] 图2是本发明的一种Qi无线充电器的线圈位置检测装置的线圈位置检测电路板结构示意图； [0017] 图3是本发明的一种Qi无线充电器的线圈位置检测装置的整体电路框图； [0018] 图4是本发明的一种Qi无线充电器的线圈位置检测装置的接收线圈位置检测信号收发示意图； [0019] 图5是本发明的一种Qi无线充电器的线圈位置检测装置的接收线圈、检测线圈、发射线圈位置示意图； [0020] 图6是本发明的一种Qi无线充电器的线圈位置检测装置的检测传感器各通道示意图； [0021] 图7是本发明的一种Qi无线充电器的线圈位置检测装置的信号处理电路原理图； [0022] 图8是本发明的一种Qi无线充电器的线圈位置检测装置的接收线圈、检测线圈、发射线圈的另一个位置示意图。 具体实施方式[0024] 本发明实施例提供一种Qi无线充电器的线圈位置检测装置，如图2和图3所示，包括设于所述Qi无线充电器内的线圈位置检测电路板3和微控制器4；所述线圈位置检测电路板3上设有盖板，用户通过将具有无线充电功能的手机等无线充电设备放在所述盖板上，进行无线充电；如图3所示，所述线圈位置检测电路板3设有检测传感器、通道切换芯片32、信号处理电路33；所述检测传感器31连接所述通道切换芯片32和信号处理电路33，所述通道切换芯片32连接所述微控制器4；所述微控制器4用于通过所述通道切换芯片32控制所述检测传感器的接通与断开，并在进行接收线圈位置检测时，切断发射线圈1的供电；所述检测传感器31用于在接通时发送检测脉冲，及接收所述接收线圈或发射线圈回传的检测信号，并将所述检测信号发送至所述信号处理电路；所述信号处理电路用于对所述检测信号进行整理形成位置检测信号，并将所述位置检测信号发送至所述微控制器。具体的，在本实施例中，所述通道切换芯片32为三线转八线的转换芯片，用于扩展所述为控制器的IO口，在其他实施例中，所述通道切换芯片还可以为其他更多扩展接口的通道切换芯片。 [0025] 其中，所述发射线圈1为设于所述线圈位置检测电路板下方并与所述微控制器连接的无线充电线圈；接收线圈2为设于待充电设备上的无线充电线圈。优选地，所述检测传感器为设于所述线圈位置检测电路板上按矩阵排布的至少一组检测线圈，每组检测线圈包括多个检测线圈，每个检测线圈连接一个检测开关，所述检测开关连接通道切换芯片。具体的，本发明按行进行分组，即排布在所述线圈位置检测电路板上的一行检测线圈为一组，本发明以在所述线圈位置检测电路板上排布有一组检测线圈，并且一组检测线圈包括7个检测线圈为例进行说明，如图2、图3、图6示出的一组检测线圈31，所述检测线圈31连接检测开关311，所述检测开关311与通道切换芯片连接。 [0026] 优选地，所述检测信号包括接收线圈回传的阻尼谐振信号和发射线圈回传的感应电压信号。需要说明的是，所述接收线圈与所述无线充电设备充电电路的电容组成LC振荡回路，所述LC振荡回路接收到所述检测传感器发送的检测脉冲进行电能存储后将产生所述阻尼谐振，即为所述检测传感器接收的所述接收线圈回传的阻尼谐振信号；所述发射线圈通电后，根据无线充电联盟(Wireless Power Consortium，简称WPC)推出的“无线充电”协议输出较大能量的Ping信号；所述发射线圈输出所述Ping信号后，位于所述发射线圈上方的所述检测传感器将产生较强的交流充电电压，即为所述感应电压信号。 [0027] 如图3、图7所示，所述信号处理电路33包括阻尼信号处理电路331和感应电压信号处理电路332，所述阻尼信号处理电路331用于对所述接收线圈回传的阻尼谐振信号进行谐振频率放大与整形，形成接收线圈位置检测信号，并由L2端发送至所述微控制器；所述感应电压处理电路用于对所述发射线圈回传感应电压处理信号进行整流与滤波，形成发射线圈位置检测信号，并由L4端发送至所述微控制器，另外，所述信号处理电路33的L1端连接所述检测线圈，所述L2端连接所述微控制器，经L2端向所述检测线圈输入检测脉冲信号。 [0028] 优选地，所述微控制器包括频率检测单元和感应电压信号检测单元，所述频率检测单元用于将接收的多组接收线圈位置检测信号进行频率检测，获取所述检测线圈接收的多组阻尼谐振信号的频率，判断所述接收线圈的位置；所述感应电压信号检测单元包括AD转换电路，所述AD转换电路用于将接收的所述发射线圈位置检测信号进行模数转换，获取所述发射线圈位置检测信号的电压，判断所述发射线圈的位置。 [0029] 优选地，所述微控制器预先设置有阻尼谐振信号频率判定范围和电压门限值。 [0030] 优选地，所述线圈位置检测电路板1还设有连接器，所述连接器用于将所述线圈位置检测电路板与所述微处理器进行连接。 [0031] 在进行无线充电时，如图3和图4所示，首先进行接收线圈的位置检测，具体的为：所述微控制器4通过所述通道切换芯片32控制所述检测传感器的接通与断开，进行接收线圈位置的扫描式检测，同时切断发射线圈1的供电。例如，所述微控制器4通过所述通道切换芯片32控制所述检测传感器31的第一个检测线圈coil1接通，其他检测线圈断开，由所述检测线圈coil1在接通时发送检测脉冲a；此时，所述检测线圈coil1接收所述接收线圈回传的检测信号b，并将所述检测信号b发送至所述信号处理电路33；所述信号处理电路33用于对所述检测信号b进行整理形成位置检测信号，并将所述位置检测信号发送至所述微控制器。 具体地，所述检测信号b为阻尼谐振信号，所述信号处理电路33的阻尼信号处理电路对所述接收线圈回传的阻尼谐振信号进行谐振频率放大与整形，形成接收线圈位置检测信号并发送至所述微控制器；所述微控制器的频率检测单元将接收的接收线圈位置检测信号进行频率检测，获取所述检测线圈接收的阻尼谐振信号的频率，并根据所述频率判断所述接收线圈的位置；具体地，通过所述检测线圈coil1在接通时多次发送多次(如20次)检测脉冲a，使得所述微控制器获取多个所述检测线圈coil1接收的阻尼谐振信号的频率，并通过冒泡法对所述频率大小进行排序，去除所述频率的最大值和最小值，求取所述频率的平均值，所述频率的平均值即为所述检测线圈coil1在此次接通时，通过向所述接收线圈发送检测脉冲获得的用于判断所述接收线圈位置的频率；接着，所述微控制器所述微控制器4通过所述通道切换芯片32控制所述检测传感器31的第二个检测线圈coil2接通，其它检测线圈断开，由所述检测线圈coil2在接通时发送检测脉冲a后接收所述接收线圈回传的检测信号b，并将所述检测信号b发送至所述信号处理电路33；所述信号处理电路33用于对所述检测信号b进行整理形成位置检测信号，并将所述位置检测信号发送至所述微控制器；所述微控制器的频率检测单元将接收的接收线圈位置检测信号进行频率检测，获取所述检测线圈接收的阻尼谐振信号的频率，并根据所述频率判断所述接收线圈的位置；再接着，所述微控制器4通过所述通道切换芯片32控制所述检测传感器31的第三个检测线圈coil3接通，其它检测线圈断开，依次类推，通过对所述线圈位置检测电路板上排布的每组检测线圈的每个检测线圈进行扫描式检测，获取所述线圈位置检测电路板上排布的每组检测线圈的每个检测线圈向所述接收线圈发送检测脉冲时回传的频率。 [0032] 当所述微控制器对每个检测线圈进行扫描式检测完成后，根据标准接收线圈阻尼谐振频率设定值，判断所述接收线圈是否位于所述检测线圈上方，具体地，现有的接收线圈回传的阻尼谐振频率大约在1MHz左右，但是由于不同厂家生产的接收线圈略有不同，本实施例的频率门限设定为1MHz±300KHz；当所述微控制器获取的检测线圈向所述接收线圈发送检测脉冲时回传的频率在所述频率门限设定范围内，则判断所述接收线圈位于所述检测线圈上方；如图5所示，当判断所述接收线圈同时位于所述检测线圈coil4、coil5、coil6时，即认定所述接收线圈的中心位于所述检测线圈coil5的上方((coil 4+coil 5+coil 6)/3＝coil5)。另外，判断所述接收线圈同时位于所述检测线圈coil4、coil5时，即认定所述接收线圈的中心位于所述检测线圈coil4与检测线圈coil5中间的上方；需要说明的是，本实施例仅以在所述线圈位置检测电路板上排布有一组检测线圈，并且一组检测线圈包括7个检测线圈为例进行说明，在具体应用中，所述线圈位置检测电路板上按需进行检测线圈的排布，所述检测线圈可以为多组检测线圈，每组检测线圈包含多个检测线圈，形成多行多列的矩阵排布，所述微控制器以上述同样的方式对所述多行多列矩阵排布的检测线圈逐个扫描，获取所述检测线圈向所述接收线圈发送检测脉冲时回传的频率，判断所述接收线圈是否位于相应的检测线圈上方，并最终判定所述接收线圈具体位置。当所述微控制器判定接收线圈回传的阻尼谐振频率不在1MHz±300KHz范围内时，则判定所述盖板上不存在具有无线充电功能的无线充电设备，不对其进行无线充电，避免了所述Qi无线充电器将不具有无线充电功能的手机或其他放置于无线充电设备上的金属制品误检为待充电设备，而对其进行充电，产生安全隐患。 [0033] 在检测完所述接收线圈的具体位置后，所述检测线圈还用于检测所述发射线圈的位置，具体的为：当所述微控制器对每个检测线圈进行扫描式检测完成后，所述微控制器接通所述发射线圈的供电，所述发射线圈通电后根据无线充电联盟(Wireless Power Consortium，简称WPC)推出的“无线充电”协议输出较大能量的Ping信号；所述发射线圈输出所述Ping信号后，位于所述发射线圈上方的所述检测传感器将产生较强的感应电压信号，所述感应电压信号经所述信号处理电路的感应电压处理电路整流与滤波，形成发射线圈位置检测信号并发送至所述微控制器的AD转换电路，所述AD转换电路将接收的所述发射线圈位置检测信号进行模数转换，获取所述发射线圈位置检测信号的电压，并将所述电压与设定的电压门限值比较，当所述电压大于设定的电压门限值时，判断所述发射线圈位于相应检测线圈位置的下方。在进行所述发射线圈位置检测时，所述微控制器仍然通过对每个检测线圈的感应电压信号进行扫描式检测，例如，在对所述检测线圈coil1进行感应电压信号检测时，所述微控制器通过所述通道切换芯片32控制所述检测线圈coil1接通，其他检测线圈断开；当所述检测线圈coil1的感应电压信号的电压大于设定的电压门限值时，判断所述发射线圈位于检测线圈coil1位置的下方，否则，所述发射线圈不在检测线圈coil1位置的下方。如图5所示，当判断所述发射线圈同时位于所述检测线圈coil3、coil4、coil5时，即认定所述发射线圈的中心位于所述检测线圈coil4的下方((coil 3+coil 4+coil5)/3＝coil 4)。需要说明的是，本实施例仅以在所述线圈位置检测电路板上排布有一组检测线圈，并且一组检测线圈包括7个检测线圈为例进行说明，在具体应用中，所述线圈位置检测电路板上按需进行检测线圈的排布，所述检测线圈可以为多组检测线圈，每组检测线圈包含多个检测线圈，形成多行多列的矩阵排布，所述微控制器以上述同样的方式对所述多行多列矩阵排布的检测线圈逐个扫描，获取所述检测线圈接收的感应电压信号的电压，判断所述发射线圈是否位于相应的检测线圈下方，并最终判定所述接收线圈具体位置。 [0034] 需要说明的是，由于所述感应电压信号与所述接收线圈回传的阻尼谐振信号相比，所述感应电压信号为较大能量的电压信号，因此，所述接收线圈回传的阻尼谐振信号不会对所述接收线圈的位置判定产生干扰。 [0035] 需要说明的是，所述Qi无线充电器还包括与所述微控制器连接报警单元，所述报警单元包括设于所述Qi无线充电器上的LED灯或喇叭中的一种或其组合；如图8所示，当判断所述接收线圈同时位于所述检测线圈coil3和检测线圈coil5上方时，则判断所述手机等无线充电设备与所述Qi无线充电器之间存在影响充电效果的金属异物6(如硬币等)，当所述微控制器判断所述手机等无线充电设备与所述Qi无线充电器之间存在影响充电效果的金属异物6时，所述微控制器控制所述报警单元的LED灯或喇叭输出灯光报警信号或声音报警信号，提醒用户手机等无线充电设备与所述Qi无线充电器之间存在影响充电效果的金属异物，以提高所述Qi无线充电器的充电效率，同时还避免了所述金属异物发热产生安全隐患，保证了所述Qi无线充电器的使用安全。 [0036] 以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。 |
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