TWS耳机和充电盒的充电系统、方法及耳机和充电盒

技术领域

本申请涉及TWS耳机和充电盒的充电技术领域，尤其涉及一种TWS耳机和充电盒的充电系统及耳机和充电盒。

背景技术

近年来，随着手机越来越轻薄，手机上的耳机孔被取消已经成为了大趋势。而随着手机上的耳机孔被取消，无线耳机越来越普及。真无线立体声(True Wireless Stereo，TWS)耳机摆脱了主从耳机的设置，不再区分主副耳，实现真正的蓝牙左右声道无线分离使用，延迟低，蓝牙配对更便捷，使用操作更方便。然而对于目前的TWS耳机和充电盒，普通的无线充电方案的充电线圈的尺寸和重量都比较大不适合在TWS耳机和充电盒产品上做小型化和轻量化，而且普通的无线充电方案无法实现耳机和充电盒的双向通讯，使得在对TWS耳机的充电过程中能耗较大，效率较低。

综上所述，需要提供一种无线充电装置更轻、更小，且能够实现耳机和充电盒的双向通讯的TWS耳机和充电盒的充电系统、方法及TWS耳机和充电盒。

发明内容

为解决以上问题，本申请提出了一种TWS耳机和充电盒的充电系统、方法及TWS耳机和充电盒。

一方面，本申请提出一种TWS耳机和充电盒的充电系统，包括：充电盒供电模块和耳机充电模块；

所述耳机充电模块，用于获取电池的电量信息，存储至NFC标签单元；将NFC接收天线接收到的正弦波输生成直流电压输入至电池；

所述充电盒供电模块，用于根据所述电量信息调整NFC发射单元的发射功率和电压；将供电电路传输的电能通过NFC发射天线转换为正弦波后传输至耳机充电模块。

优选地，所述耳机充电模块包括：

蓝牙单元，用于从充电管理电路获取电池的电量信息和充电状态，发送至NFC标签单元；

NFC标签单元，用于存储电池的电量信息和充电状态；

NFC接收天线，用于接收所述充电盒供电模块发送的正弦波，传输至整流滤波电路；

整流滤波电路，用于将所述正弦波转换成直流电压，传输至充电管理电路；

充电管理电路，用于将所述直流电压输入至电池；

电池，用于存储接收到的所述直流电压。

优选地，所述充电盒供电模块包括：

NFC发射天线，用于获取所述NFC标签单元中的电量信息；将电能转换为正弦波后传输至所述NFC接收天线；

控制单元，用于根据所述电量信息调整NFC发射单元的发射功率和电压；

供电电路，用于向NFC发射单元传输的电能；

NFC发射单元，用于根据所述电量信息调整后的发射功率和电压，将电能传输至所述NFC发射天线。

优选地，所述耳机充电模块还包括：第一天线匹配电路；

所述第一天线匹配电路与所述NFC接收天线和整流滤波电路连接，所述第一天线匹配电路包括电容和电感，用于使所述NFC接收天线的谐振频率大于等于13.56MHz。

优选地，所述充电盒供电模块还包括：第二天线匹配电路；

所述第二天线匹配电路与所述NFC发射天线和NFC发射单元连接，所述第二天线匹配电路包括电阻、电容和电感，用于使所述NFC发射天线的谐振频率大于等于13.56MHz。

优选地，所述NFC标签单元，包括：NFC标签、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容；

所述NFC标签的第一天线连接引脚和第二天线连接引脚均与所述第一天线匹配电路连接，所述NFC标签的I2C数据引脚和I2C时钟引脚均与所述充电管理电路连接，场检测引脚与所述第一电阻的一端连接，电源输入引脚与所述第二电阻的一端以及第三电阻的一端连接，电压输出引脚与所述第一电容的一端连接，接地引脚与所述第一电容的另一端连接。

优选地，所述NFC发射单元包括：NFC微控制器和晶振；

所述NFC微控制器与所述晶振、第二天线匹配电路、控制单元和供电电路连接。

第二方面，本申请提出一种TWS耳机和充电盒的充电方法，包括：

蓝牙单元从充电管理电路获取电池的电量信息，发送至NFC标签单元；

控制单元通过NFC发射天线获取NFC标签单元中的电量信息；

控制单元根据所述电量信息调整NFC发射单元的发射功率和电压；

NFC发射单元将供电电路传输的电能通过NFC发射天线转换为正弦波后传输至NFC接收天线；

所述NFC接收天线将所述正弦波输入至整流滤波电路生成直流电压，传输至充电管理电路；

所述充电管理电路将所述直流电压输入至电池。

第三方面，本申请提出一种TWS耳机和充电盒，其TWS耳机和充电盒包括如上所述的TWS耳机和充电盒的充电系统。

优选地，所述TWS耳机中的耳机线路板在所述电池和NFC接收天线之间，所述电池置于靠近耳机导管的一侧，所述NFC接收天线置于靠近充电盒中的NFC发射天线的一侧；所述充电盒中的NFC发射天线置于靠近耳机的一侧。

本申请的优点在于：通过NFC发射天线、NFC接收天线、NFC标签单元和NFC发射单元实现耳机和充电盒的双向通讯，蓝牙单元将电池的电量信息发送至NFC标签单元，使得在对TWS耳机的充电过程中，充电盒供电模块能够实时获取电池的充电情况从而调整NFC发射单元的发射功率和电压，从而降低能耗，提供充电效率。NFC接收天线和NFC发射天线使用柔性印刷线路板(Flexible Printed Circuit，FPC)天线，使无线充电装置更轻、更小。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选事实方案的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用同样的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本申请提供的一种TWS耳机和充电盒的充电系统的示意框图；

图2是本申请提供的一种TWS耳机和充电盒的充电系统的第一天线匹配电路、整流滤波电路和充电管理电路的连接示意图；

图3是本申请提供的一种TWS耳机和充电盒的充电系统的第二天线匹配电路的连接示意图；

图4是本申请提供的一种TWS耳机和充电盒的充电系统的NFC发射单元的连接示意图；

图5是本申请提供的一种TWS耳机和充电盒的充电系统的NFC标签单元的连接示意图；

图6本申请提供的一种TWS耳机和充电盒的充电方法的步骤示意图；

图7是本申请提供的一种TWS耳机和充电盒的结构示意图。

附图标记说明

100耳机充电模块 200充电盒供电模块

101NFC接收天线 102第一天线匹配电路

103整流滤波电路 104充电管理电路

105电池 106NFC标签单元

107蓝牙单元 201NFC发射天线

202第二天线匹配电路 203NFC发射单

204控制单元 205供电电路

1耳机 2充电盒

10耳机线路板 20充电盒线路板

U1 NFC微控制器 U2 NFC标签

U3 NFC充电芯片 J1天线连接器

J401第一天线接口 J402第二天线接口

Y1晶振 D1第一二极管

D2第二二极管 D3第三二极管

D4第四二极管 D5第五二极管

D6第六二极管 D7第七二极管

L1第一电感 L2第二电感

L3第三电感 L4第四电感

R1第一电阻 R2第二电阻

R3第三电阻 R4第四电阻

R5第五电阻 R6第六电阻

R7第七电阻 R8第八电阻

R9第九电阻 R10第十电阻

R11第十一电阻 R12第十二电阻

R13第十三电阻 C1第一电容

C2第二电容 C3第三电容

C4第四电容 C5第五电容

C6第六电容 C7第七电容

C8第八电容 C9第九电容

C10第十电容 C11第十一电容

C12第十二电容 C13第十三电容

C14第十四电容 C15第十五电容

C16第十六电容 C17第十七电容

C18第十八电容 C19第十九电容

C20第二十电容 C21第二十一电容

C22第二十二电容 C23第二十三电容

C24第二十四电容 C25第二十五电容

C26第二十六电容 C27第二十七电容

C28第二十八电容 C29第二十九电容

C30第三十电容 C31第三十一电容

C32第三十二电容 C33第三十三电容

C34第三十四电容

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

第一方面，根据本申请的实施方式，提出一种TWS耳机和充电盒的充电系统，如图1所示，包括：耳机充电模块100和充电盒供电模块200。

耳机充电模块100，用于获取电池105的电量信息，存储至NFC标签单元106；将NFC接收天线101接收到的正弦波输生成直流电压输入至电池105。

充电盒供电模块200，用于根据电量信息调整NFC发射单元203的发射功率和电压；将供电电路205传输的电能通过NFC发射天线201转换为正弦波后传输至耳机充电模块100。

耳机充电模块100包括：蓝牙单元107、NFC标签单元106、NFC接收天线101、整流滤波电路103、充电管理电路104和电池105。蓝牙单元107，用于从充电管理电路104获取电池105的电量信息和充电状态，发送至NFC标签单元106。NFC标签单元106，用于存储电池105的电量信息和充电状态。NFC接收天线101，用于接收充电盒供电模块200发送的正弦波，传输至整流滤波电路103。整流滤波电路103，用于将正弦波转换成直流电压，传输至充电管理电路104。充电管理电路104，用于将直流电压输入至电池105。电池105包括可充电锂电池及周边电路，用于存储接收到的直流电压。蓝牙单元107包括蓝牙芯片BT SOC。

充电盒供电模块200包括：NFC发射天线201、控制单元204、供电电路205和NFC发射单元203。NFC发射天线201，用于获取NFC标签单元106中的电量信息；将电能转换为正弦波后传输至NFC接收天线101。控制单元204，用于根据电量信息调整NFC发射单元203的发射功率和电压。供电电路205，用于向NFC发射单203元传输的电能。NFC发射单元203，用于根据电量信息调整后的发射功率和电压，将电能传输至NFC发射天线201。

耳机充电模块100还包括：第一天线匹配电路102。第一天线匹配电路102与NFC接收天线101和整流滤波电路103连接，第一天线匹配电路102包括电容C和电感L，用于使NFC接收天线101的谐振频率大于等于13.56MHz。

如图2所示，第一天线匹配电路102通过天线接口(J401和J402)与NFC接收天线101连接。

如图2所示，第一天线匹配电路102包括：第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、第二十电容C20、第二十一电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第二十六电容C26、第二十七电容C27、第三电感L3和第四电感L4。第一天线匹配电路102的第二天线接口J402、第一天线匹配电路102的第十四电容C14的一端、第十五电容C15的一端和第十六电容C16的一端均与第十七电容C17的一端连接，第十七电容C17的另一端、第十九电容C19的一端、第二十电容C20的一端均与第十八电容C18的一端连接，第十八电容C18的另一端与NFC标签U2的引脚LA连接。第十九电容C19的另一端、第二十电容C20的另一端和第三电感L3的一端均与第二十六电容C26的一端连接。第一天线匹配电路102的第一天线接口J401、第一天线匹配电路102的第十四电容C14的另一端、第十五电容C15的另一端和第二十一电容C21的一端均与第二十二电容C22的一端连接，第二十二电容C22的另一端、第二十一电容C21的另一端、第二十四电容C24的一端和第二十五电容C25的一端均与第二十三电容C23的一端连，第二十三电容C23的另一端与NFC标签U2的引脚LB连接。第二十四电容C24的另一端、第二十五电容C25的另一端和第四电感L4的一端均与第二十七电容C27的一端连接。第二十六电容C26的另一端和第二十七电容C27的另一端均接地GND，第三电感L3的另一端与整流滤波电路103的第一二极管D1的阳极连接，第四电感L4的另一端与整流滤波电路103的第四二极管D4的阳极连接。

如图2所示，整流滤波电路103包括：第一二极管D1、第一二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第十电阻R10。第一二极管D1的阳极和第一二极管D2的阳极均与第十电阻R10的一端连接，第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阳极均与第十电阻R10的另一端连接。第一二极管D1的阴极和第三二极管D3的阴极连接，通过节点A与充电管理电路104连接。第一二极管D2的阴极和第四二极管D4的阴极连接，通过节点B与充电管理电路104连接。

如图2所示，充电管理电路104包括：第二十八电容C28、第二十九电容C29、第三十电容C30、第三十一电容C31、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13和NFC充电芯片U3。第二十八电容C28的一端、第二十九电容C29的一端以及NFC充电芯片U3的引脚11、引脚14和引脚15均与整流滤波电路103的节点A连接。引脚11还与测试点VRECT、测试点TP401以及测试点TP402连接。第二十八电容C28的另一端、第二十九电容C29的另一端、整流滤波电路103的节点B以及NFC充电芯片U3的引脚1均接地GND。NFC充电芯片U3的引脚2(引脚SCL)与NFC标签U2的引脚3连接，NFC充电芯片U3的引脚3(引脚SDA)与NFC标签U2的引脚5连接。第五二极管D5的阴极和第六二极管D6的阴极均与NFC充电芯片U3的引脚4连接，第五二极管D5的阳极和第六二极管D6的阳极均与蓝牙单元107连接。第五二极管D5的阳极还与第十三电阻R13第一端连接，第十三电阻R13的另一端施加1.7V上拉电压VBUCK。充电芯片U3的引脚8施加辅助LDO电压VPWR，并且还与第十一电阻R11的一端已经第三十电容C30的一端连接。辅助LDO电压VPWR，用于没有电池时输出电压。第十一电阻R11的另一端与第七二极管D7的阳极连接，第七二极管D7的阴极、第三十一电容C31的一端和充电芯片U3的引脚10均与电池105连接，用于对电池105进行充电。第三十电容C30的另一端和第三十一电容C31的另一端均接地GND。充电芯片U3的引脚7是电池温度保护检测输入脚，其与第十二电阻R12的一端连接。充电芯片U3的引脚9接地GND。充电芯片U3的引脚6与蓝牙单元107连接。NFC充电芯U3的引脚4是I2C中断输出，引脚6是使其自身进入睡眠模式的引脚。NFC充电芯U3的型号为PCA9430HK。

充电盒供电模块200还包括：第二天线匹配电路202。第二天线匹配电路202与NFC发射天线201和NFC发射单元203连接，第二天线匹配电路202包括电阻R、电容C和电感L，用于使NFC发射天线201的谐振频率大于等于13.56MHz。

如图3所示，NFC发射天线201通过天线连接器J1与第二天线匹配电路202连接。第二天线匹配电路202包括：第一电感L1、第二电感L2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12和第十三电容C13。

如图3所示，第四电阻R4的一端与NFC发射天线201的天线连接器J1的引脚4至引脚6连接，第四电阻R4的另一端与第二电容C2的一端、第三电容C3的一端、第四电容C4的一端、第八电容C8的一端、第九电阻R9的一端、第六电阻R6的一端、第七电容C7的一端和第一电感L1的一端连接。第六电阻R6的另一端和第七电阻R7的另一端均与第十二电容C12的一端连接。第五电阻R5的一端与NFC发射天线201的天线连接器J1的引脚1至引脚3连接，第五电阻R5的另一端与第五电容C5的一端、第六电容C6的一端、第七电容C7的一端、第十电容C10的一端、第十一电容C11的一端、第八电阻R8的一端、第九电阻R9的一端和第二电感L2的一端连接。第八电阻R8的另一端和第九电阻R9的另一端均与第十三电容C13的一端连接。第二电容C2的另一端、第三电容C3的另一端、第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端、第八电容C8的另一端、第九电容C9的另一端、第十电容C10的另一端和第十一电容C11的另一端均接地GND。如图4所示，第四电容C4的另一端与NFC发射单元203的NFC微控制器U1的引脚ANT1连接，第七电容C7的另一端与NFC发射单元203的NFC微控制器U1的引脚ANT2连接，第十二电容C12的另一端与NFC发射单元203的NFC微控制器U1的引脚RXP连接，第十三电容C13的另一端与NFC发射单元203的NFC微控制器U1的引脚RXN连接，第一电感L1的另一端与NFC发射单元203的NFC微控制器U1的引脚TX1连接，第二电感L2的另一端与NFC发射单元203的NFC微控制器U1的引脚TX2连接。NFC发射天线201的天线连接器J1的引脚7和引脚8均接地GND。天线连接器J1的型号为AYF530635。

如图4所示，NFC发射单元203包括：第三十二电容C32、第三十三电容C33、第三十四电容C34、NFC微控制器U1和晶振Y1。NFC微控制器U1与晶振Y1、第二天线匹配电路202、控制单元204和供电电路205连接。NFC微控制器U1的型号为PN7362AUEV。NFC微控制器U1的引脚XTAL1与晶振Y1的引脚1连接，引脚XTAL2与晶振Y1的引脚3连接，晶振Y1的引脚3和引脚4均接地GND。NFC微控制器U1的引脚ATX_A、引脚ATX_B和引脚IRQ均与控制单元204连接，引脚TVDD_OUT和引脚TVDD_IN与NFC发射天线201的驱动连接，为NFC发射天线201的驱动提供5V的电压。NFC微控制器U1的引脚VMID与第三十二电容C32的一端连接，引脚XTAL1与第三十三电容C33的一端连接，引脚XTAL2与第三十四电容C34连接，第三十二电容C32的另一端、第三十三电容C33的另一端和第三十四电容C34的另一端均接地GND。NFC微控制器U1的引脚PVSS-1至PVSS-6、DVSS-1至DVSS-3和AVSS-1至AVSS-3均接地GND。NFC微控制器U1的引脚RST_IN、PVDD_IN、PVDD_OUT、PVDD_M_IN、VBUS、ATX_C、GPIO1、GPIO4、GPIO9、GPIO11和GPIO12均施加3.3V的PVDD电压，用于给芯片内部供电。

如图5所示，NFC标签单元106，包括：NFC标签U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1。NFC标签U2的第一天线连接引脚(引脚LB)和第二天线连接引脚(引脚LA)均与第一天线匹配电路102连接，NFC标签U2的I2C数据引脚(引脚SDA)和I2C时钟引脚(引脚SCL)均与充电管理电路104连接，场检测引脚(引脚FD)与第一电阻R1的一端连接，电源输入引脚(引脚VCC)与第二电阻R2的一端以及第三电阻R3的一端连接，电压输出引脚(VOUT)与第一电容C1的一端以及第三电阻R3的另一端连接，接地引脚(引脚VSS)与第一电容C1的另一端连接。第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的另一端均施加1.7V上拉电压VBUCK。NFC标签U2的型号为NT3H2111W0FHKH。

天线连接器调整第一天线匹配电路102和第二天线匹配电路202天线匹配电路中电感L和电容C的值，可以让天线谐振在13.56MHz频率上，提升充电效率。NFC接收天线101和NFC发射天线201均为FCP天线，其重量和尺寸更小，厚度也只有0.1-0.2mm，并且更适合小电流充电。

第二方面，据本申请的实施方式，提出一种TWS耳机和充电盒的充电方法，如图6所示，包括：

S101，蓝牙单元从充电管理电路获取电池的电量信息，发送至NFC标签单元；

S102，控制单元通过NFC发射天线获取NFC标签单元中的电量信息；

S103，控制单元根据电量信息调整NFC发射单元的发射功率和电压；

S104，NFC发射单元将供电电路传输的电能通过NFC发射天线转换为正弦波后传输至NFC接收天线；

S105，NFC接收天线将正弦波输入至整流滤波电路生成直流电压，传输至充电管理电路；

S106，充电管理电路将直流电压输入至电池。

第三方面，根据本申请的实施方式，提出一种TWS耳机和充电盒，其TWS耳机和充电盒包括上述的TWS耳机和充电盒的充电系统。

如图7所示，TWS耳机1中的耳机线路板10在电池105和NFC接收天线101之间，电池105置于靠近耳机导管的一侧，NFC接收天线101置于靠近充电盒2中的NFC发射天线201的一侧；充电盒2中的NFC发射天线201置于靠近耳机1的一侧。充电盒2中还包括充电盒线路板20。

当耳机放入充电盒内，并且NFC发射天线201和NFC接收天线101靠近时，NFC发射单元203先读取耳机中NFC标签单元106中的电池105的电量信息，根据电池105的电量来调整NFC发射单元203的发射功率和电压，从而提升充电效率。

耳机和充电盒通信成功后，控制单元204通过IIC(I2C通信总线)控制NFC发射单元203进入能量传输模式，NFC发射天线201通过磁场耦合方式把能量传输到NFC接收天线101。NFC接收天线101将接收到的13.56MHz正弦波传输到整流滤波电路103中进行整流滤波后，得到一个4.7V-5V直流电压，输入到充电管理电路104，通过充电管理电路104对电池105中的可充电锂电池进行预充电，恒流，恒压三个阶段充电。

充电过程中，蓝牙单元107通过IIC读取充电管理电路104的充电状态，再把充电状态发到NFC标签单元106中，并且让NFC标签单元106进入点对点模式把充电状态发送到NFC发射单元203中，控制单元204读取到NFC发射单元203获取的充电状态后，根据电池105的电压和充电阶段控制NFC发射单元203的发射功率来提升充电系统的效率。充满后，NFC标签单元106也通过点对点模式通知充电盒的控制单元204，使控制单元204控制NFC发射单元203退出能量传输模式达到省电效果。

在通信模式中还能够升级控制单元204的固件，固件通过蓝牙下载到蓝牙单元107本地，再通过NFC点对点模式把数据发送到充电盒的控制单元204后进行固件升级。

本申请的方法中，通过NFC发射天线、NFC接收天线、NFC标签单元和NFC发射单元实现耳机和充电盒的双向通讯，蓝牙单元将电池的电量信息发送至NFC标签单元，使得在对TWS耳机的充电过程中，充电盒供电模块能够实时获取电池的充电情况从而调整NFC发射单元的发射功率和电压，从而降低能耗，提供充电效率。NFC接收天线和NFC发射天线使用柔性印刷线路板(Flexible Printed Circuit，FPC)天线，使无线充电装置更轻、更小。调整第一天线匹配电路和第二天线匹配电路天线匹配电路中电感和电容的值，可以让天线谐振在13.56MHz频率上，提升充电效率。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。