干电池替代方案制造技术

本发明专利技术是一种干电池替代方案，它由无线充电器和电能存储器两部分组成，无线充电器将电能转化为磁能向外发射能量，电能存储器接收磁能转化为电能并储存在法拉电容中，电能存贮器相当于一个可充电电池，可以直接替代原有的干电池，并采用无线供电的方式为法拉电容快速充电，彻底杜绝了电器使用中因为干电池带来的一系列问题，包括环境污染、接触不良、电池漏液等，为用户节省了使用成本，更为重要的是，如果在心脏起搏器这样的电路中使用，就可以让病人免受因为更换干电池而不得不开刀的痛苦，并节省医疗费，对病人的身心健康都是有益的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种干电池替代方案，特别是一种使用法拉电容储能和无线充电的干电池替代方案。
技术介绍
有不少的低功耗电器，比如说，手表、时钟、遥控器、心脏起搏器、计算器、电话机等，为了使用的方便性，通常使用干电池供电。事实上，由于本身固有的缺陷，干电池对电器的损坏率是相当高的，主要表现为以下几方面1、由于干电池电极氧化，或电器中与干电池相连的电极氧化引起的接触不良；2、干电池外壳破损，电解液泄漏，引起电极腐蚀和电器内部的电路短路；3、使用干电池供电 的电器，因为需要更换电池，不能采用密封结构，导致电器的回潮和霉变；除此以外，使用干电池不但增加了使用成本、而且干电池的生产和使用均不环保，对环境有一定的破坏作用。能否不用干电池而解决此类电器的供电问题，以实现一个既环保、节能，方便、省钱又实用的供电方案？答案是肯定的。
技术实现思路
本专利技术是一种干电池替代方案，它由无线充电器和电能存储器两部分组成，无线充电器将电能转化为磁能向外发射能量，电能存储器接收磁能转化为电能并存储在法拉电容中，电能存储器相当于一个可充电电池，可以直接替代原有的干电池；无线充电器和电能存储器在结构上是完全分离的，两者之间没有物理上的任何电路连接；两者之间的能量传递方式是电磁共振，即谐振状态下的电磁感应，当它们相互靠近时，无线充电器就可以将电能转化为磁能传递给电能存储器，电能存储器内将磁能转化电能为法拉电容充电，实现非接触式充电。具体地说，无线充电器是一个电/磁转化电路，主要由一个并联的LC谐振发射回路与一个功率开关，即发射专用芯片串联组成，这个功率开关元件是一种具有固定频率的功率开关，内置振荡器和功率输出管，夕卜部并联的LC发射回路的频率与发射芯片的频率一致，整个电路工作于谐振状态下，电能在发射线圈L的作用下，转化为磁能，并向线圈的两侧发射出去，传递给电能存储器；电能存储器是一个具有与无线充电器相同谐振频率的磁/电转化电路，由一个接收线圈、一个接收控制芯片、整流滤波电路及法拉电容组成；控制芯片是专用的谐振接收电路，它共有三个引脚，I为输入端，2为地，3为输出端；接收电路采用半波整流，即接收线圈的一端接一个整流二极管，将电能先储存于滤波电容中，再通过一个保护二极管，将电能储存于法拉电容中供电器使用，这里，法拉电容相当于一个电池，它具有体积小、容量大、充电速度快、寿命长、循环充电次数可以万次以上、无污染等特点，是一种理想的储能元件，法拉电容的正极相当于电池的正极，它的负极相当于电池的负极；接收控制芯片的输入端和输出端分别接在整流二极管的输入端和输出端，以控制接收电流的大小，达到稳压输出的目的，因此接收电路不再使用LDO电路。整个电能存储器相当于一个可充电电池，当内部的接收线圈与无线充电器的发射线圈靠近时，通常距离在5CM之内，磁能就从发射线圈传输到接收线圈中，因为发射线圈发出的是一种交变磁场，所以在接收线圈的两端就可以感应出交流电压，整流后就可以为法拉电容充电。由于交变磁场可以穿透所有非金属介质，即可以透过塑料、玻璃、水、空气、木制品等，即可以透过电器的外壳，因此，采用本方案就可以实现非接触充电。 发射芯片的输出频率决定整个方案的中心频率，发射谐振回路的频率，电能接收的谐振频率，均以它为参考。根据不同电器内部的不同结构，发射线圈和接收线圈，有不同的大小和形状，因此线圈的绕制方法有多种，包括I、平面线圈，即用一条漆包线在同一个平面上由内向外绕制，这种线圈面积较大，但厚度很小(通常小于1MM)，适用于要求很薄的电路中使用。2、磁芯线圈，即用一条漆包线在一个磁芯上绕制，这种线圈面积小，但较厚。3、空芯线圈，即用一条漆包线在一个骨架上绕制，之后抽去骨架。4、敷铜线圈和FPC线圈，即印刷电路上的线圈或软电路板上的线圈，属于腐蚀而成的线圈，其最大特点是一致性高、稳定性好。实际应用时,发射线圈和接收线圈的大小、形状存在着固定的关系两个线圈的形状基本一致，并尽量要求大小基本一致，以求得最佳的传递效率。无线充电器使用直流供电，电压通常在DC24V以下，推荐使用DC5V供电，即USB电压模式，因为这种供电模式中民用电器中的比例最大，兼容性强，使用起来更为方便。无线充电器是完全独立的，由于元件少，可集中在一个小小的PCB上，发射线圈置于PCB的旁边，整个电路可以装入一个扁平外壳内；电能存储器通常不是一个独立的结构，而是整合在电器中，法拉电容的两端直接为电器供电。本方案中，法拉电容的充电时间，主要由法拉电容的容量决定，对于微功耗的电器如，遥控器、钟表和起搏器等，用IF的法拉电容，充电一次可以工作至少数周，甚至一年的时间，而每次充电的时间则只需要数秒至几分钟。本专利技术的实际效果本方案用电能存储器取代了传统的干电池，并采用无线供电的方式为法拉电容充电，既能快速充电，又彻底杜绝了电器使用中因为干电池带来的一系列问题，包括环境污染、接触不良、电池漏液等，为用户节省了使用成本，更为重要的是，如果在心脏起搏器这样的电路中使用，就可以让病人免受因为更换干电池而不得不开刀的痛苦，还可以为病人省下不少的医疗费，对病人的身心健康都是有益的。附图说明图I是干电池替代方案的工作原理图。图I中，虚框TX表示无线充电器，虚框RX表示电能存储器，箭头表示磁场方向，LI为发射线圈，Cl为谐振电容，ICl为发射芯片，Rl为电阻，C2为电源滤波电容；L2为接收线圈，IC2为接收控制芯片，C3为滤波电容，Dl为整流二极管，D2保护二极管，FC为法拉电容，T+为正极，T-为负极。具体实施例方式以下结合实例对干电池替代方案作进一步说明。例一、遥控器的干电池替代方法。如图I所示，干电池替代方案由两部分组成无线充电器TX和电能存储器RX，电能存储器相当于一个干电池，用于代替原来的干电池为遥控器供电。无线充电器包括发射线圈LI，谐振电容Cl，发射芯片IC1，电阻R1，滤波电容C2 ；电能存储器包括接收线圈L2，接收控制芯片IC2，滤波电容C3，整流二极管D1、保护二极管D2，法拉电容FC，采用法拉电容FC作为储能元件，直接为遥控器提供电能。无线充电器和电能存储器是完全分离的，两者之间没有物理上的电路连接，实际应用中，无线充电器作为一个独立的供电底座置于遥控器的外部，电能存储器包括法拉电容FC，置于遥控器的内部，与遥控器整合成一体。 这里，电能发射芯片ICl是一个具有固定频率并带有功率输出开关器件，型号为V0X05MP0U V0X12MP05等，它是一个三端功率器件，三个端口分别是电源正端、电源负端和功率输出端；发射回路是由一个发射线圈LI与一个谐振电容Cl并联组成的，这个回路的一端与电源Vc相连，另一端与电能发射芯片ICl的输出端相连，当电流从发射线圈LI中流过，由于电能发射芯片ICl的激励作用，线圈LI将电流转化为交变磁场，磁场向线圈的两侧发射出去；R1是发射芯片ICl的供电电阻，C2是供电电源的滤波电容；接收线圈L2的一端经整流二极管Dl整流后，在滤波电容C3上变为直流电，然后通过二极管D2给法拉电容FC充电，二极管D2的作用是防止法拉电容FC中的电流倒流。IC2是一个谐振接收的专用芯片，如型号V0XR10D，它的输入端和输出端分别接收整流二极管Dl的输入端和输出端，以控制接收电流的大小，达到稳压输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种干电池替代方案，方案由无线充电器和电能存储器两部分组成，其特征是，无线充电器和电能存储器在结构上是完全分离的，两者之间没有物理上的任何电路连接，无线充电器就可以将电能转化为磁能传递给电能存储器，电能存储器内将磁能转化电能并储存在法拉电容中；电能存储器相当于一个充电电池，可以直接替代原来的干电池；具体地说，无线充电器是一个电/磁转化电路，主要由一个并联的LC谐振发射回路与一个功率开关，即发射专用芯片串联组成，这个发射专用芯片是一种具有固定频率的功率开关，内置振荡器和功率输出管，外部并联的LC发射回路的频率与发射芯片的频率一致，整个电路工作于谐振状态下，电能在发射线圈L的作用下，转化为磁能，并向线圈的两侧发射出去，传递给电能存储器；电能存储器是一个具有与无线充电器相同谐振频率的磁/电转化电路，由一个接收线圈、一个接收控制芯片、整流滤波电路及法拉电容组成；接收电路采用半波整流，即接收线圈的一端接一个整流二极管，将电能先贮存于滤波电容中，再通过一个保护二极管，将电能储存于法拉电容中供电器使用，法拉电容的正极相当于电池的正极，它的负极相当于电池的负极；接收控制芯片的输入端和输出端分别接在整流二极管的输入端和输出端，以控制接收电流的大小，达到稳压输出的目的。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱斯忠，
申请(专利权)人：朱斯忠，谢伟强，
类型：发明
国别省市：