一種利用nfc天線給無線穿戴設備充電的充電裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置，與無線穿戴設備的電池和NFC天線連接，其包括天線匹配模塊、整流穩壓模塊、能量集獲模塊，NFC天線、天線匹配模塊、整流穩壓模塊、能量集獲模塊和電池依次連接。本發明由NFC天線接收能量信號，通過天線匹配模塊使NFC天線接受的能量信號最大化，之后由整流穩壓模塊進行整流和穩壓處理輸入能量集獲模塊中，由能量集獲模塊將能量信號的電壓轉換為預設充電電壓給電池充電，實現了利用無線穿戴設備已有的NFC天線進行充電，無需在無線穿戴設備上額外增加充電接口或增加天線和專用芯片，避免占用無線穿戴設備有限的空間。
【專利說明】-種利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電子產品充電技術，特別涉及一種利用NFC天線給無線穿戴設備充電 的充電裝置。
【背景技術】
[0002] 無線穿戴設備，如智能手表，是在手表內置智能化系統、搭載智能手機系統連接于 網絡而實現多功能，能同步手機中的電話、短信、郵件、照片、音樂等。目前市場上出現了以 蘋果、索尼公司出產的智能手表，表現極為亮眼，可以說是智能手機的一個有益的補充。
[0003] 雖然智能手表可隨身攜帶，能隨時隨地實現通話、短信、郵件等功能，給用戶提供 了方便，而且還表現為有個性、時尚，倍受年輕消費都的青睞，但其充電是個難題。
[0004] 雖然智能手表的耗電量并不大，但由于它是便攜設備，需戴在手上，這對于智能手 表的體積和重量也有了很大的制約，使得電池容量不可能做大，目前充一次電大約可用1 天左右。如果在時尚漂亮的智能手表上設置充電插頭，會占用智能手表有限的空間，影響了 整體的美感。
[0005] 另外，有部分無線穿戴設備能實現無線充電，但需在設備上增加專用的天線和專 用的充電控制芯片，也需占用無線穿戴設備有限的空間。在充電時，需先進行通訊握手，滿 足通訊協議標準要求才能充電，否則設備表現為待機狀態，只能搜索能量信號，因此現有的 無線充電方式的要求比較高。因此無線穿戴設備的充電方式還有待改進和創新。
【發明內容】
[0006] 鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種利用NFC天線給無線 穿戴設備充電的充電裝置，能利用NFC天線接收能量給無線穿戴設備充電，節省無線穿戴 設備的空間。
[0007] 為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案： 一種利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置，與無線穿戴設備的電池和NFC天 線連接，所述NFC天線，用于收發能量信號；所述充電裝置包括： 天線匹配模塊，用于使NFC天線接受的能量信號最大化； 整流穩壓模塊，用于對天線匹配模塊傳輸的能量信號進行整流和穩壓處理； 能量集獲模塊，用于將所述能量信號的電壓轉換為預設充電電壓給電池充電； 所述NFC天線、天線匹配模塊、整流穩壓模塊、能量集獲模塊和電池依次連接。
[0008] 所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置中，所述能量集獲模塊包 括： 幅度采樣單元，用于采樣所述能量信號的幅度和規律； 電壓轉換單元，用于將幅度采樣單元采樣的能量信號的電壓轉換為預設充電電壓給電 池充電； 過壓設置單元，用于設置過壓保護門限電壓； 低壓設置單元，用于設置低壓保護門限電壓； 存儲升壓單元，用于對輸入電壓進行儲能，并在低電壓輸入時，對輸入電壓進行升壓處 理； 充滿電壓設置單元，用于設置電池充滿電壓和遲滯電壓管理電池的充電狀態； 所述幅度采樣單元、過壓設置單元、低壓設置單元、存儲升壓單元和充滿電壓設置單元 均連接電壓轉換單元，所述幅度采樣單元和存儲升壓單元還連接天線匹配模塊。
[0009] 所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置中，所述天線匹配模塊包 括：第一匹配電阻和第二匹配電阻，所述第一匹配電阻的一端和第二匹配電阻的一端均連 接NFC天線和整流穩壓模塊，第一匹配電阻的另一端和第二匹配電阻的另一端均接地。 [0010] 所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置中，所述整流穩壓模塊包 括：二極管和第一電容；所述二極管的正極連接所述第一匹配電阻的一端、第二匹配電阻 的一端和NFC天線，二極管的負極通過存儲升壓單元連接電壓轉換單元、還通過第一電容 接地。
[0011] 所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置中，所述存儲升壓單元包括 的電感、第二電容和第三容；所述電壓轉換單元包括電壓轉換芯片；所述電感的一端連接 二極管的負極，電感的另一端連接電壓轉換芯片的LBST端；所述第二電容的一端和第三 容的一端均連接電壓轉換芯片的VST0R端，所述第二電容的另一端和第三容的另一端均接 地；所述電池的正極連接電壓轉換芯片的VBAT端。
[0012] 所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置中，所述幅度采樣單元包括 第一米樣電阻和第二米樣電阻，所述第一米樣電阻的一端連接二極管的負極、電感的一端 和電壓轉換芯片的VIN_DC端，所述第一采樣電阻的另一端連接電壓轉換芯片的VDC_SAMP 端、還通過第二采樣電阻接地。
[0013] 所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置中，所述過壓設置單元包括 第一過壓設置電阻和第二過壓設置電阻；所述第一過壓設置電阻的一端連接電壓轉換芯片 的VBAT_0V端、還通過第二過壓設置電阻連接電壓轉換芯片的VRDIV端和充滿電壓設置單 元，第一過壓設置電阻的另一端接地。
[0014] 所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置中，所述低壓設置單元包括 第一低壓設置電阻和第二低壓設置電阻；所述第一低壓設置電阻的一端連接電壓轉換芯片 的VBAT_UV端、還通過第二低壓設置電阻連接電壓轉換芯片的VRDIV端和充滿電壓設置單 元，第一低壓設置電阻的另一端接地。
[0015] 所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置中，所述充滿電壓設置單元 包括第一充滿電壓設置電阻、第二充滿電壓設置電阻和遲滯電阻，所述第一充滿電壓設置 電阻的一端和第二充滿電壓設置電阻的一端均連接電壓轉換芯片的0K_PR0G端，第一充滿 電壓設置電阻的另一端接地，所述第二充滿電壓設置電阻的另一端和遲滯電阻的一端均連 接電壓轉換芯片的〇K_HYST端，所述遲滯電阻的另一端連接電壓轉換芯片的VRDIV端、第二 過壓設置電阻的一端和第二低壓設置電阻的一端。
[0016] 所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置中，所述無線穿戴設備為智 能手表。
[0017] 相較于現有技術，本發明提供的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置， 由NFC天線接收能量信號，通過天線匹配模塊使NFC天線接受的能量信號最大化，之后由整 流穩壓模塊進行整流和穩壓處理輸入能量集獲模塊中，由能量集獲模塊將能量信號的電壓 轉換為預設充電電壓給電池充電，實現了利用無線穿戴設備已有的NFC天線進行充電，無 需在無線穿戴設備上額外增加充電接口或增加天線和專用芯片，避免占用無線穿戴設備有 限的空間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置的結構框圖。
[0019] 圖2為本發明利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置的電路圖。
【具體實施方式】
[0020] 本發明提供一種利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置，能利用無線穿戴 設備已有的NFC天線抓獲能量，并由充電裝置將能量信號電壓轉換為4V和5V電壓給電池 充電。本發明無需采用專用的無線充電芯片和協議，而是普遍接受空間內能接收的任何能 量信號，不受協議限制，無線充電要求低。
[0021] 為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對 本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于 限定本發明。
[0022] 本發明提供的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置與無線穿戴設備的 電池和NFC天線連接，能利用無線穿戴設備已有的NFC天線抓獲能量完成充電。所述的無 線穿戴設備為智能手表等穿戴設備，所述充電裝置利用了智能手表中的NFC天線（由于大 部分智能手表都配置NFC天線，用來短距離傳輸和手機快速藍牙配對)，接收NFC信號和無 線充電信號，把接收到的無線信號經過整流穩壓給智能手表充電，由于智能手表本身耗電 量極小，這樣就不用線纜充電，直接在任何有無線充電的場所給智能手表充電，甚至可以用 手機的NFC功能給智能手表充電，實現了隨時隨地給智能手機充電，而且其充電方式極為 方便。
[0023] 請參閱圖1，所述的充電裝置包括：天線匹配模塊20、整流穩壓模塊30和能量集 獲模塊40,所述NFC天線10、天線匹配模塊20、整流穩壓模塊30、能量集獲模塊40和電池 Battery依次連接。
[0024] 移動終端的NFC天線10用于收發能量信號，在充電時，由NFC天線10抓獲無線能 量信號，之后由天線匹配模塊20使NFC天線10接受的能量信號最大化，再由整流穩壓模塊 30對天線匹配模塊20傳輸的能量信號進行整流和穩壓處理，使能量信號的電壓穩定到固 定的值，再由能量集獲模塊40將所述能量信號的電壓轉換為預設充電電壓給電池Battery 充電，從而實現了利用無線穿戴設備已有的NFC天線10進行充電，無需在無線穿戴設備額 外增加充電接口或增加天線和專用芯片，避免占用無線穿戴設備有限的空間。
[0025] 其中，所述能量集獲模塊40包括幅度采樣單元401、電壓轉換單元402、過壓設置 單元403、低壓設置單元404、存儲升壓單元405和充滿電壓設置單元406。所述幅度采樣 單元401用于采樣所述能量信號的幅度和規律。所述電壓轉換單元402用于將幅度采樣單 元401采樣的能量信號的電壓轉換為預設充電電壓給電池Battery充電。所述過壓設置單 元403用于設置過壓保護門限電壓，所述低壓設置單元404用于設置低壓保護門限電壓。 所述存儲升壓單元405用于對輸入電壓進行儲能，并在低電壓輸入時，對輸入電壓進行升 壓處理。所述充滿電壓設置單元406用于設置電池Battery充滿電壓和遲滯電壓管理電池 Battery的充電狀態。
[0026] 所述幅度采樣單元401、過壓設置單元403、低壓設置單元404、存儲升壓單元405 和充滿電壓設置單元406均連接電壓轉換單元402,電壓轉換單元402由其控制工作狀態， 所述幅度采樣單元401和存儲升壓單元405還連接天線匹配模塊20,所述幅度采樣單元 401采樣天線匹配模塊20獲取到能量電壓信號傳輸至電壓轉換單元402,所述存儲升壓單 元405在天線匹配模塊20獲取到能量開始儲能，并在低電壓輸入時，對輸入電壓進行升壓 處理。
[0027] 請一并參閱圖2,所述天線匹配模塊20包括：第一匹配電阻R1和第二匹配電阻 R2,所述第一匹配電阻R1的一端和第二匹配電阻R2的一端均連接NFC天線10和整流穩壓 模塊30,第一匹配電阻R1的另一端和第二匹配電阻R2的另一端均接地。所述第一匹配電 阻R1和第二匹配電阻R2可根據無線穿戴設備(如智能手表）的具體電磁環境調試，使接受 能量最大化。在其它實施例中，該第一匹配電阻R1和第二匹配電阻R2的功能也可以采用 電容或電感實現。
[0028] 所述整流穩壓模塊30包括：二極管D1和第一電容C1 ;所述二極管D1的正極連接 所述第一匹配電阻R1的一端、第二匹配電阻R2的一端和NFC天線10,二極管D1的負極通 過存儲升壓單元405連接電壓轉換單元402、還通過第一電容C1接地。在整流穩壓模塊30 中，所述第一電容C1的容值為4. 7uF，由二極管D1對第一匹配電阻R1和第二匹配電阻R2 調試的能量信號進行整流處理，再由第一電容C1進行升壓和濾波處理，使不穩定的能量信 號穩定至0. 8V左右。
[0029] 請繼續參閱圖2,所述存儲升壓單元405包括的電感L1、第二電容C2和第三電容 C3,所述電壓轉換單元402包括電壓轉換芯片，所述第二電容C2和第三電容C3的耐壓為 6V。所述電感L1的一端連接二極管D1的負極，電感L1的另一端連接電壓轉換芯片的LBST 端；所述第二電容C2的一端和第三電容C3的一端均連接電壓轉換芯片的VST0R端，所述第 二電容C2的另一端和第三電容C3的另一端均接地；所述電池Battery的正極連接電壓轉 換芯片的VBAT端。由電感L1電升后，通過第二電容C2和第三電容C3儲能，以保證低電壓 輸入時有穩定的符合要求的高電平輸出給電池Battery充電。
[0030] 所述電壓轉換芯片的型號為bq25504,主要用于將整流穩壓模塊30輸出的0. 8V及 以上的信號儲能并轉換為4. 2V或5V的充電電壓信號給電池Battery充電。
[0031] 具體地，所述幅度采樣單元401包括第一采樣電阻和第二采樣電阻Rre2，所述 第一米樣電阻Ron的一端連接二極管D1的負極、電感L1的一端和電壓轉換芯片的VIN_DC 端，所述第一采樣電阻的另一端連接電壓轉換芯片的VDC_SAMP端、還通過第二采樣電 阻1^ 2接地。其中，第一采樣電阻的阻值為4. 42兆歐，第二采樣電阻1^2的阻值為15. 62 兆歐，用于輸入能量采取相應的算法，以獲得最大的能量。
[0032] 所述過壓設置單元403包括第一過壓設置電阻RQV1和第二過壓設置電阻R QV2 ;所述 第一過壓設置電阻RW1的一端連接電壓轉換芯片的VBAT_0V端、還通過第二過壓設置電阻 R QV2連接電壓轉換芯片的VRDIV端和充滿電壓設置單元406,第一過壓設置電阻RQV1的另一 端接地。本實施例中，所述第一過壓設置電阻RW1的阻值為5. 9兆歐和第二過壓設置電阻 RQV2的阻值為4. 02兆歐，主要用于設置過壓保護的門限電壓，從而保護整個充電裝置。
[0033] 相應地，所述低壓設置單元404包括第一低壓設置電阻Rm和第二低壓設置電阻 R OT2 ;所述第一低壓設置電阻RW1的一端連接電壓轉換芯片的VBAT_UV端、還通過第二低壓 設置電阻R OT2連接電壓轉換芯片的VRDIV端和充滿電壓設置單元406,第一低壓設置電阻 RW1的另一端接地。所述第一低壓設置電阻R UV1的阻值為5. 6兆歐和第二低壓設置電阻ROT2 的阻值為4. 42兆歐，主要用于設置低壓保護的門限電壓，從而保護整個充電裝置。
[0034] 所述充滿電壓設置單元406包括第一充滿電壓設置電阻RQK1、第二充滿電壓設置 電阻R? 2和遲滯電阻R?3，所述第一充滿電壓設置電阻IVi的一端和第二充滿電壓設置電阻 的一端均連接電壓轉換芯片的0K_PR0G端，第一充滿電壓設置電阻的另一端接地，所 述第二充滿電壓設置電阻R〇 K2的另一端和遲滯電阻IV3的一端均連接電壓轉換芯片的〇K_ HYST端，所述遲滯電阻R QK3的另一端連接電壓轉換芯片的VRDIV端、第二過壓設置電阻RQV2 的一端和第二低壓設置電阻rOT2的一端。
[0035] 其中，所述第一充滿電壓設置電阻RQK1的阻值為4. 42兆歐和第二充滿電壓設置電 阻RQK2的阻值為4. 22兆歐，用于設置電池Battery充滿電壓，遲滯電阻RQK3的阻值為1. 43兆 歐，用于設置遲滯電壓，通過電池Battery充滿電壓和遲滯電壓來管理電池Battery的充電 狀態，以免頻繁開關影響充電裝置的使用壽命。譬如，設置電池Battery充電到4. 2伏時，表 示電池Battery充滿電壓，此時遲滯電壓就可以設定為4. 0V，這樣，在充電時電池Battery 到4. 2伏停止充電，等降到4. 0伏再重啟充電，如果兩個電壓都設置4. 2V，有可能充電裝置 在4. 2V不斷的關閉/重啟從而影響電路壽命。
[0036] 綜上所述，本發明提供的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置，由NFC 天線接收能量信號，通過天線匹配模塊使NFC天線接受的能量信號最大化，之后由整流穩 壓模塊進行整流和穩壓處理輸入能量集獲模塊中，由能量集獲模塊將能量信號的電壓轉換 為預設充電電壓給電池充電；實現了利用無線穿戴設備已有的NFC天線進行充電，無需在 無線穿戴設備額外增加充電接口或增加天線和專用芯片，避免占用無線穿戴設備有限的空 間。
[0037] 另外，本發明在充電時無需使用專用芯片和協議，只需普遍接收空間內能接受的 任何能量信號，不受協議限制，充電要求低，充電方便。而且bq25504電壓轉換芯片比無線 充電芯片多了電源管理功能，比較適合在小巧且電源管理要求簡單的智能手表等無線穿戴 設備上使用。
[0038] 可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發 明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發明所附的權利要求的保 護范圍。
【權利要求】
1. 一種利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置，與無線穿戴設備的電池和NFC 天線連接，所述NFC天線，用于收發能量信號；其特征在于，所述充電裝置包括： 天線匹配模塊，用于使NFC天線接受的能量信號最大化； 整流穩壓模塊，用于對天線匹配模塊傳輸的能量信號進行整流和穩壓處理； 能量集獲模塊，用于將所述能量信號的電壓轉換為預設充電電壓給電池充電； 所述NFC天線、天線匹配模塊、整流穩壓模塊、能量集獲模塊和電池依次連接。
2. 根據權利要求1所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置，其特征在于， 所述能量集獲模塊包括： 幅度采樣單元，用于采樣所述能量信號的幅度和規律； 電壓轉換單元，用于將幅度采樣單元采樣的能量信號的電壓轉換為預設充電電壓給電 池充電； 過壓設置單元，用于設置過壓保護門限電壓； 低壓設置單元，用于設置低壓保護門限電壓； 存儲升壓單元，用于對輸入電壓進行儲能，并在低電壓輸入時，對輸入電壓進行升壓處 理； 充滿電壓設置單元，用于設置電池充滿電壓和遲滯電壓管理電池的充電狀態； 所述幅度采樣單元、過壓設置單元、低壓設置單元、存儲升壓單元和充滿電壓設置單元 均連接電壓轉換單元，所述幅度采樣單元和存儲升壓單元還連接天線匹配模塊。
3. 根據權利要求2所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置，其特征在于， 所述天線匹配模塊包括：第一匹配電阻和第二匹配電阻，所述第一匹配電阻的一端和第二 匹配電阻的一端均連接NFC天線和整流穩壓模塊，第一匹配電阻的另一端和第二匹配電阻 的另一端均接地。
4. 根據權利要求3所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置，其特征在于， 所述整流穩壓模塊包括：二極管和第一電容；所述二極管的正極連接所述第一匹配電阻的 一端、第二匹配電阻的一端和NFC天線，二極管的負極通過存儲升壓單元連接電壓轉換單 元、還通過第一電容接地。
5. 根據權利要求4所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置，其特征在于， 所述存儲升壓單元包括的電感、第二電容和第三容；所述電壓轉換單元包括電壓轉換芯片； 所述電感的一端連接二極管的負極，電感的另一端連接電壓轉換芯片的LBST端；所述第二 電容的一端和第三容的一端均連接電壓轉換芯片的VSTOR端，所述第二電容的另一端和第 三容的另一端均接地；所述電池的正極連接電壓轉換芯片的VBAT端。
6. 根據權利要求5所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置，其特征在于， 所述幅度采樣單元包括第一采樣電阻和第二采樣電阻，所述第一采樣電阻的一端連接二極 管的負極、電感的一端和電壓轉換芯片的VIN_DC端，所述第一采樣電阻的另一端連接電壓 轉換芯片的VDC_SAMP端、還通過第二采樣電阻接地。
7. 根據權利要求5所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置，其特征在 于，所述過壓設置單元包括第一過壓設置電阻和第二過壓設置電阻；所述第一過壓設置電 阻的一端連接電壓轉換芯片的VBAT_OV端、還通過第二過壓設置電阻連接電壓轉換芯片的 VRDIV端和充滿電壓設置單元，第一過壓設置電阻的另一端接地。
8. 根據權利要求7所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置，其特征在 于，所述低壓設置單元包括第一低壓設置電阻和第二低壓設置電阻；所述第一低壓設置電 阻的一端連接電壓轉換芯片的VBAT_UV端、還通過第二低壓設置電阻連接電壓轉換芯片的 VRDIV端和充滿電壓設置單元，第一低壓設置電阻的另一端接地。
9. 根據權利要求8所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置，其特征在于， 所述充滿電壓設置單元包括第一充滿電壓設置電阻、第二充滿電壓設置電阻和遲滯電阻， 所述第一充滿電壓設置電阻的一端和第二充滿電壓設置電阻的一端均連接電壓轉換芯片 的OK_PROG端，第一充滿電壓設置電阻的另一端接地，所述第二充滿電壓設置電阻的另一 端和遲滯電阻的一端均連接電壓轉換芯片的〇K_HYST端，所述遲滯電阻的另一端連接電壓 轉換芯片的VRDIV端、第二過壓設置電阻的一端和第二低壓設置電阻的一端。
10. 根據權利要求1-9任意一項所述的利用NFC天線給無線穿戴設備充電的充電裝置， 其特征在于，所述無線穿戴設備為智能手表。
【文檔編號】H02J17/00GK104113119SQ201410365086
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】陳長榮 申請人:Tcl通訊（寧波）有限公司