法拉电容充电器

摘要

本发明是一种无线充电器，一种针对法拉电容充电的无线充电器，能将电能转化为磁能对外发射，它由一个LC谐振发射回路、一个发射驱动器、一个定时器、一个干簧管和一组电子开关组成，谐振发射回路受控于发射驱动器，发射驱动器受控于定时器，定时器受控于电子开关，电子开关受控于干簧管；LC谐振发射回路是一个并联型谐振发射电路，这个回路的一端与电源正极相连，另一端与发射驱动器的输出端相联，发射驱动器的电源端与定时器的输出端相连，发射驱动器的地端与定时器的负极相连，定时器的电源端与电源正极相连，电子开关串联在电源负极与定时器负极之间，干簧管接在电源正极和电子开关的控制端。

权利要求

1.法拉电容充电器，其特征在于，该充电器由一个LC谐振发射回路、一个发射驱动器、一个定时器、一个干簧管和一组电子开关组成，谐振发射回路受控于发射驱动器，发射驱动器受控于定时器，定时器受控于电子开关，电子开关受控于干簧管；LC谐振发射回路是一个并联型谐振发射电路，这个回路的一端与电源正极相连，另一端与发射驱动器的输出端相联，发射驱动器的电源端与定时器的输出端相连，发射驱动器的地端与定时器的负极相连，定时器的电源端与电源正极相连，电子开关串联在电源负极与定时器负极之间，干簧管接在电源正极和电子开关的控制端之间；

所述法拉电容充电器是一个独立结构，与被充电的法拉电容之间，没有任何物理上连接，通过无线的方式给法拉电容充电；

当外部的磁铁靠近无线充电器时，充电器中的干簧管被触发，无线充电器开始工作，当磁铁移走后，无线充电器停止工作；

其中：在磁铁靠近所述干簧管时，所述干簧管接通，所述电子开关同步接通，所述定时器得电工作，并输出高电平控制所述发射驱动器工作，发射驱动器输出固定频率和脉宽的方波，驱动所述LC谐振发射回路工作，将电能转化为磁能向接收线圈的两侧发射，由所述接收线圈吸收磁能并转化为电能，经电能接收芯片IC2处理后给所述法拉电容快速充电；在所述定时器到达设定的时间时，所述定时器的输出由高电平变为低电平，所述发射驱动器停止工作，停止对所述法拉电容的充电；

发射线圈和干簧管的位置要求：发射线圈的位置与接收线圈上下对齐，干簧管的位置与磁铁上下对齐；

所述发射驱动器的型号为VOX05MP01。

说明书

法拉电容充电器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种无线充电器，一种针对法拉电容充电的无线充电器。

背景技术

[0002] 法拉电容又叫超级电容，与电池比较，它有如下特性：

[0003] 充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95％以上；超低串联电阻，功率密度是锂离子电池的数十倍以上，适合大电流放电；超长寿命，充放电大于50万次，是Li-Ion电池的约500倍，是Ni-MH和Ni-Cd电池的约1000倍；可以大电流充电，充放电时间短，对充电电路要求简单，无记忆效应；免维护，可密封；产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保贮能器，用法拉电容做成万用干电池，可取代传统的锰锌电池、锂电池、镍-氢和镍-锰电池。

[0004] 鉴于法拉电容的超低电阻这一特性，如果采用传统的有线充电方式来给法拉电容充电，在接通电源的瞬间，法拉电容如同短路，这样就很容易导致充电器的损坏。如何解决？发明内容

[0005] 本发明是一种无线充电器，一种针对法拉电容充电的无线充电器，简称法拉电容充电器，能将电能转化为磁能对外发射，它由一个LC谐振发射回路、一个发射驱动器、一个定时器、一个干簧管和一组电子开关组成，谐振发射回路受控于发射驱动器，发射驱动器受控于定时器，定时器受控于电子开关，电子开关受控于干簧管，具体结构及工作原理如下：

[0006] 发射驱动器有三个端：电源端、输出端和地端，输出端可以输出方波；

[0007] 定时器有三个端：电源端、输出端和地端，输出端可以输出高/低电平；

[0008] 电子开关有三个端：输入端、控制端和输出端，输入和输出端具有通/断功能；

[0009] LC谐振发射回路是一个并联型谐振发射电路，这个回路的一端与电源正极相连，另一端与发射驱动器的输出端相联，发射驱动器的电源端与定时器的输出端相连，发射驱动器的地端与定时器的负极相连，定时器的电源端与电源正极相连，电子开关串联在电源负极与定时器负极之间，干簧管接在电源正极和电子开关的控制端；

[0010] 当一个外来的磁铁靠近干簧管时，干簧管接通，电子开关也同步接通，定时器得电工作，开始计时，并输出一个高电平给发射驱动器工作，发射驱动器输出一个固定频率和脉宽的方波，驱动LC谐振发射回路工作，将电能转化为磁能，向线圈L的两侧发射；在这个磁场内，接收线圈吸收磁能转化为电能，经处理后就可以给法拉电容快速充电；

[0011] 特别指出，接收线圈仅仅位于发射线圈的磁场内，只有位置上的关系，没有物理上的任何连接，因此法拉电容充电器是一个独立的无线充电器。

[0012] 当定时器到达设定的时间后，输出端由高电平变为低电平，发射驱动器停止工作，LC谐振发射回路被迫停振，停止对法拉电容充电。

[0013] 这里，用于触发磁控开关的磁铁来自充电器的外部，这个磁铁与被充电的法拉电容及接收电路绑定在一起，这样，当它们靠近无线充电器时，无线充电器开始工作给法拉电容充电，当它们移走后，无线充电器停止工作。

[0014] 本发明的实际效果：法拉电容充电器，与被充电的法拉电容之间没有任何导线连接，这样不仅方便法拉电容及其所在电器的充电，减少了机械接触带来的火花干扰和磨损等问题，也避免了由于法拉电容的低内阻给充电器带来的大电流冲击；同时定时器的加入，防止了对法拉电容的过度充电，保护了法拉电容并有利于节能。

附图说明

[0015] 图1是法拉电容充电器的原理示意图。

[0016] 图2是法拉电容充电器及充电接收电路的工作原理示意图。

[0017] 图3是法拉电容充电器的结构示意图。

[0018] 图1中，RD为干簧管，K为电子开关，T为定时器，IC1为发射驱动器，L1为发射线圈，C1为谐振电容，Vd表示电源正极，0V表示电源负极。

[0019] 图2中，RD为干簧管，K为电子开关，T为定时器，IC1为发射驱动器，L1为发射线圈，C1为谐振电容，Vd表示电源正极，0V表示电源负极；L2为接收线圈，IC2为电能接收芯片，FC为法拉电容，SN为磁铁。

[0020] 图3中，RD表示干簧管，L1表示发射线圈，P表示塑料外壳，H表示一个空腔。

具体实施方式

[0021] 以下结合实例对法拉电容充电器作进一步说明。

[0022] 例一、法拉电容充电器的工作原理

[0023] 在附图1中，法拉电容充电器，它包括以下结构：一个L1C1谐振发射回路、一个发射驱动器IC1、一个定时器T、一个干簧管RD和一组电子开关K组成；谐振发射回路L1C1受控于发射驱动器IC1，发射驱动器IC1受控于定时器T，定时器T受控于磁控开关，具体结构及工作原理如下：

[0024] 在附图1和附图2中，L1C1谐振发射回路是一个并联型谐振发射电路，这个回路的一端与电源正极Vd相连，另一端与发射驱动器IC1的输出端相联，发射驱动器IC1的即电源端与定时器T的输出端相连，发射驱动器IC1的地端与定时器T的负极相连，定时器T的电源端与电源正极Vd相连，电子开关K串联在电源负极与定时器负极之间；

[0025] 在附图2中，箭头左侧为电能发射部分即充电器部分，是一个独立的部分；箭头右侧部分为电能接收及电能的贮存部分，是另一个独立部分，它可以组成一个整体，外形如干电池，关于这一部分将另案申报，这里不作赘述。

[0026] 当一个外来的磁铁SN靠近干簧管RD时，干簧管RD接通，电子开关K也同步接通，定时器T得电工作，开始计时，并输出一个高电平给发射驱动器IC1工作，发射驱动器IC1输出一个固定频率和脉宽的方波，驱动L1C1谐振发射回路工作，将电能转化为磁能向线圈L1的两侧发射；在这个磁场内，接收线圈L2吸收磁能转化为电能，经电能接收芯片IC2处理后就可以给法拉电容FC快速充电；当定时器T到达设定的时间时，它的输出端由高电平变为低电平，发射驱动器IC1停止工作，L1C1谐振发射回路被迫停振，停止对法拉电容FC充电。

[0027] 这里，用于触发干簧管RD的磁铁SN与被充电的法拉电容绑定在一起，这样，当它们靠近无线充电器时，无线充电器开始工作给法拉电容FC充电，当它们移走后，无线充电器停止工作。

[0028] 定时器T可用VOXT001，发射驱动器IC1可用VOX05MP01，电能接收芯片IC2可用VOXR002等。

[0029] 例二、法拉电容充电器的另一种原理

[0030] 实现例一的法拉电容充电器还有另外的可选方案：

[0031] 方案1：用一个单片机MCU，写入定时程序和发射所需要的振荡、驱动程序并在MCU的外部增加一个功率输出管，用于代替例一中的定时器T和发射驱动器IC1。

[0032] 方案2：用Hall(霍尔)传感器代替干簧管RD实现磁控功能。

[0033] 例三、法拉电容充电器的结构布局

[0034] 如图3，塑料外壳P分为上下两个壳体，空腔H用于放置一块PCB，PCB上的元件包括：电子开关K、定时器T、谐振电容C1和发射驱动器IC1等，发射线圈L1和干簧管RD放置在空腔的另一侧；

[0035] 发射线圈L1和干簧管RD的位置要求：发射线圈L1的位置与接收线圈L2上下对齐，干簧管RD的位置与磁铁SN上下对齐，以保证当磁铁SN靠近时干簧管RD接通，同时，当发射电路工作时，接收线圈L2能很好地接收来自发射线圈L1的能量。

[0036] 特别声明，这里所列举的几个例子是本发明的几个典型示范，本发明包含它们在内，但不局限于此，比如，用作传感器的干簧管可用霍尔元件代替，也可以用其它传感器如光敏电阻、光电管等代替，只要根据本发明的原理制作的法拉电容充电器，均属于本发明的保护范围。