一种复合电源的制作方法

1.本发明涉及一种用于电子设备充电的复合电源接口的复核电源的实现方式，尤其是输出连接器为具有输出直流电和电磁耦合能量输出用线圈模组的复合电源接口。


背景技术：

2.众多采用8字型、梅花形或者usb连接器进行充电的移动电子设备，比如电动牙刷、电动剃须刀、电动理发剪、电动按摩仪等，为了解决充电接口容易导致进水、充电接口容易积灰等现有安全风险或功能失效风险，正在逐步升级具备无线充电功能。
3.考虑到无线充电功能存在稳定性与可靠性较差、不能兼容旧型号同款产品进行充电——比如家中有旧型号同款电动剃须刀，也需要采用新型号同款剃须刀配备的电源进行充电，因此新型号产品销售时需要配备兼容旧型号同款产品的有线充电器，同时新型号产品本身也会保留有线充电连接器。
4.因此，相关电子产品的发展会遵循“仅有线充电、有线充电与无线充电同时存在、仅无线充电”三个阶段。
5.基于这一发展背景，在第二阶段最直观的技术思路是保留旧型号产品的有线充电器，同时配备一个采用所述有线充电器进行直流供电、具有适配所述有线充电器的受电连接器的独立无线充电器。
6.但是因为相关电子产品的成本敏感性非常高，而且往往体积较小而不具备较大的散热表面积，并且原本直流充电时功率较大，因此采用上述独立无线充电器路线同时保持相同的充电功率，必然会面临除了增加无线充电电路外还需要增加高密封性壳体与密封工艺的明显额外成本、充电时温升接近或者超过阈值导致用户触摸会被惊吓、需要增加包装尺寸引起仓储与运输成本增加这三条不利无线充电功能实施的情况。
7.因此，有必要设计一种新型的电源，具有输出直流输出和无线充电输出功能，同时仅增加必要的无线充电电路成本，而且满功率无线充电时温升很低，以及体积相比旧型号的有线充电器几乎不变。


技术实现要素：

8.首先，为了满功率无线充电时充电区域温升很低的目标，因此采用“无线充电用交流电输出模块通过专用电缆电连接到输出交变磁场的线圈模组”的电路拓扑，并且将工作时产生大部分热量的所述交流电输出模块与旧型号有线充电器的直流电输出模块共同装入已有的壳体内，从而实现了这个目标。
9.其次，为了体积尽可能不变以及使用时的便捷性与美观性，不仅需要保持已有壳体尺寸不变，而且还需要尽可能减小线圈模组的尺寸与将线圈模组设置在旧型号有线充电器的直流电输出连接器附近。
10.再者，考虑到本发明面对的应用场景中，一个电源同时只能给一个目标设备充电，也就是说一个电源要么输出直流电、要么输出电磁耦合能量的交变磁场，而不会同时输出，
因此最大输出功率值与旧型号有线充电器是一致的，因此需要设计一个控制模块，采用“先输出先保持”、“功率均衡以保持总功率不超过阈值”或者“设定优先级”的方式控制直流电输出模块与交流电输出模块的工作模式。
11.根据所述思路，本发明揭示的一种复合电源，其特征是，具有复合电源模块、复合电缆、复合电源接口；所述复合电源模块具有输出直流电输出模块和交流电输出模块，还具有控制所述直流电输出模块和所述交流电输出模块工作模式的控制模块，所述复合电源模块设置在第一壳体内；所述复合电缆具有低阻抗传输直流电能的第一子电缆、低阻抗传输交流电能的第二子电缆和高频低阻导体；所述复合电源接口具有直流电输出连接器和用于输出电磁耦合能量的输出线圈模组，所述输出线圈模组设置在所述直流电输出连接器的第二壳体内；所述直流电输出连接器通过所述第一子电缆与所述直流电输出模块的直流电能输出端电连接；所述输出线圈模组具有线圈、第一软磁材料、稳定电势涡流阻尼器，所述线圈通过所述第二子电缆与所述交流电能输出模块的交流电能输出端电连接，所述稳定电势涡流阻尼器通过所述高频低阻导体与所述交流电能输出模块的一稳定电平vee通过高频低阻电路电连接，所述第一软磁材料设置在所述线圈远离电磁耦合能量输出方向的一侧面。
12.所述稳定电势涡流阻尼器为一连续片状导体且在所述线圈靠近电磁耦合能量输出方向的一侧面所在的平面上的投影与所述线圈在所述线圈靠近电磁耦合能量输出方向的一侧面所在的平面上的投影存在交叠且交叠面积大于等于所述线圈在所述线圈靠近电磁耦合能量输出方向的一侧面所在的平面上的投影的2/3，所述稳定电势涡流阻尼器设置在所述线圈靠近电磁耦合能量输出方向的一侧面，或者设置在所述线圈与所述第一软磁材料之间，或者设置在所述第一软磁材料远离电磁耦合能量输出方向的一侧面；或者，所述稳定电势涡流阻尼器为一连续带状导体，与卷绕成所述线圈的导线相互缠绕，且所述稳定电势涡流阻尼器的长度与卷绕成所述线圈的导线的长度之比≥2/3。
13.所述线圈模组的电磁耦合能量输出方向与所述直流电输出连接器插入对应直流输入连接器的方向基本垂直，且所述线圈在所述线圈靠近电磁耦合能量输出方向的一侧面所在的平面上的投影具有长短径，且所述长径与所述直流电输出连接器插入对应直流输入连接器的方向基本平行；或者所述线圈模组的电磁耦合能量输出方向与所述直流电输出连接器插入对应直流输入连接器的方向基本平行。
14.所述复合电源模块具有控制模块，所述控制模块通过所述直流电输出模块的第一工作状态输出信号监视所述直流电输出模块和通过所述交流电输出模块的第二工作状态输出信号监视所述交流电输出模块输出状态。当所述直流电输出模块首先输出直流电能时，所述控制模块控制所述交流电输出模块停止工作；或者，当所述交流电输出模块首先输出交流电能时，所述控制模块控制所述直流电输出模块停止工作。
15.或者所述控制模块通过第一电流采样电阻监视所述直流电输出模块和通过第二电流采样电阻监视所述交流电输出模块输出状态。当所述直流电输出模块、所述交流电输出模块单独或者同时输出电能时，所述控制模块控制所述直流电输出模块和所述交流电输出模块输出的电能之和不超过设定的阈值。
16.或者所述控制模块通过所述直流电输出模块的第一工作状态输出信号监视所述直流电输出模块和通过所述交流电输出模块的第二工作状态输出信号监视所述交流电输出模块输出状态，所述交流电输出模块的能量输入端连接到所述直流电输出模块的输出
端，所述直流电输出模块的输出端与所述第一子电缆通过第一可控开关电连接。当所述直流电输出模块首先输出直流电能时，所述控制模块控制所述交流电输出模块停止工作；或者，当所述交流电输出模块首先输出交流电能时，所述控制模块控制所述第一可控开关保持断开状态。
17.为了降低成本，所述高频低阻导体是所述第一子电缆中的任一线芯，较优的是与所述直流电输出模块的负极电连接的线芯。
18.为了增强所述复合电源接口进行无线充电输出时与被充电设备之间的稳定性，如果电磁耦合能量输出方向与所述直流电输出连接器基本垂直时，所述复合电源接口的靠近电磁耦合能量输出方向的一侧面设置有至少一个磁铁单元，至少一个所述磁铁单元朝向电磁耦合能量输出方向的一侧面有两个异性磁极s和n。
19.本发明的有益效果是实现了新型电源设备同时具有兼容旧型号连接器的直流电输出连接器和无线充电输出功能，并且保持新型电源的尺寸与旧型号电源的尺寸几乎不变，而且无线充电时给被充电设备造成的最高温升非常低。
附图说明
20.图1是基于旧型号直流电源为独立的无线充电器供电的工作示意图。
21.图2是本发明复合电源的第一种实施例与工作示意图。
22.图3是本发明复合电源接口的第二种实施例与工作示意图。
23.图4是本发明复合电源模块的第一种实施例。
24.图5是本发明复合电源模块的第二种实施例。
25.图6是本发明复合电源模块的第三种实施例。
26.图7是本发明复合电缆的第一种实施例。
27.图8是本发明复合电缆的第二种实施例。
28.图9是本发明复合电源接口设置磁铁的第一种实施例。
29.图10是本发明复合电源接口设置磁铁的第二种实施例。
30.图11是本发明复合电源模块的第三种实施例的控制模块工作流程图。
具体实施方式
31.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，并不限定本发明的应用范围，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图将本发明应用于其他类似场景；如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词语并非特指单数，也可以包括复数。一般来说，术语“包括”或“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。
32.如图1所示，旧型号直流电源100的直流电输出连接器101插入独立的无线充电器200的直流电受电连接器201后为无线充电器200的交流电输出模块202提供直流电能，交流
电输出模块202输出的交流电能驱动线圈模组203产生交变磁场并通过电磁耦合能量传输的方式将能量传递给受电设备300。无线充电器200具有壳体204，还可能为了防水防尘放跌落而在壳体204内填充了密封物205，因此相比图2的本发明复合电源增加了壳体204、密封物205、直流电受电连接器201的材料成本、装配成本、检测成本、包装成本、运输成本。而无线充电器200工作时交流电输出模块202和线圈模组203产生的热量会通过壳体204快速传递到受电设备300上，并且交流电输出模块202产生的以箭头虚线表示的热量占据了总体的大部分，因此相比图2的本发明复合电源为受电设备300进行无线充电时，受电设备300的温升必然高很多。受电设备300内设置有接收线圈模组302用于接收电磁耦合能量。
33.如图2所示，复合电源400具有复合电源模块410、复合电缆430、复合电源接口450三个部分。复合电源模块410包括直流电输出模块411、交流电输出模块412、控制模块413，复合电源模块410设置在第一壳体420内。如图7，复合电缆430包括第一子电缆431、第二子电缆432和高频低阻导体433；如图8，复合电缆包括第一子电缆431、第二子电缆432和与第一子电缆431中连接直流输出模块411的负极gnd电连接的线芯复用的高频低阻导体433，并且直流电输出模块411的负极gnd和交流电输出模块412的稳定电平vee是相同的电平，或者直流电输出模块411的负极gnd和交流电输出模块412的稳定电平vee之间存在高频低阻电路实现电连接。复合电源接口450包括直流电输出连接器451、线圈模组452，其中线圈模组452又包括线圈453、第一软磁材料454、稳定电势涡流阻尼器455，其中直流电输出连接器451与第一子电缆431的相应线芯电连接、线圈453的引线与第二子电缆432的相应线芯电连接、稳定电势涡流阻尼器455与高频低阻导体433电连接。
34.由于有的受电设备300是板状，有的是柱状，因此复合电源接口450的线圈模组452适合如图2所示设置在直流电输出连接器451的侧面以适配板状的受电设备300，或者如图3所示设置在直流电输出连接器451的同侧以适配形状为柱状且直流电受电连接器301与接收线圈模组302都设置在受电设备300一端的受电设备300。
35.为了增强复合电源接口450与受电设备300之间的临时固定可靠性，如图9或图10所示，复合电源接口450内设置有具有磁吸功能的磁吸单元460，磁吸单元460是软磁性材料或者磁铁，受电设备300内对应磁吸单元460的位置上设置有磁吸单元360，磁吸单元360是软磁性材料或者磁铁，且磁吸单元360和磁吸单元460中至少有一个是磁铁。进一步，为了避免磁吸单元360和磁吸单元460中的磁铁的磁场干扰电磁耦合能量传输中交变磁场的特性造成无线充电的效率降低，磁吸单元360和磁吸单元460中的磁铁在朝向电磁耦合能量传输方向的侧面具有两个几乎相同磁通量的异性磁极。
36.在图4中，控制模块413监视直流电输出模块411和交流电输出模块412的状态并根据“任意一方先输出就关闭另一方”控制直流电输出模块411和交流电输出模块412是否允许对外输出。为了降低成本，控制模块413与直流电输出模块411或交流电输出模块412复用。在图4中，左侧图例是控制模块413与直流电输出模块411复用的示意图例，右侧图例是控制模块413与交流电输出模块412复用的示意图例。
37.在图5中，直流电输出模块411为交流电输出模块412供电，控制模块413与交流电输出模块412复用，直流电输出模块411的直流电输出端的正极通过可控开关415与第一子电缆431对应的线芯实现电连接。当直流电输出连接器451插入受电设备300的直流电受电连接器301向受电设备300提供直流电能时，控制模块413也就是交流电输出模块412停止输
出交流电，直到受电设备300被移除；当复合电源接口450贴在受电设备300表面向受电设备300提供电磁耦合能量时，控制模块413控制可控开关415断开，直到受电设备300被移除。
38.在图6中，交流电输出模块412的输出端电连接切换开关模块416，切换开关模块416的第一组输出端电连接整流模块417，整流模块417与第一子电缆431电连接，切换开关模块416的第二组输出端电连接第二子电缆432；控制模块413与交流电输出模块412复用，在受电设备300未与复合电源400进行电磁连接时，控制模块413控制切换开关模块416的公共输入端循环反复与第一组输出端或第二组输出端进行电连接。在某一时刻，交流电输出模块412对外输出交流电、控制模块413控制切换开关模块416将公共输入端与第一组输出端电连接，且直流电输出连接器451插入受电设备300的直流电受电连接器301向受电设备300提供直流电能时，控制模块413保持控制切换开关模块416将公共输入端与第一组输出端电连接，直到受电设备300被移除；在另一时刻，交流电输出模块412对外输出交流电、控制模块413控制切换开关模块416将公共输入端与第二组输出端电连接，且复合电源接口450贴在受电设备300表面向受电设备300提供电磁耦合能量时，控制模块413保持控制切换开关模块416将公共输入端与第二组输出端电连接，直到受电设备300被移除。
39.图11是图6所示的控制模块413的内部程序流程图。