一种助听器的近距离无线电充电系统及方法

本发明涉及无线充电，具体涉及一种助听器的近距离无线电充电系统及方法。

背景技术：

1、听力损失导致人们交流障碍，由此可能引发能力低下、心理疾病和阿尔兹海莫症等各种问题。目前解决听力障碍的最有效的方式就是佩戴助听器，助听器按照外部结构划分，可以分为耳背式，耳内式和盒式，其中耳内式又可分为普通耳内式、耳道式和深耳道式；按传导方式划分，可以分为气导和骨导式，气导方式是指声音通过外耳、中耳向内耳传输，而骨导方式则是声音直接振动颅骨传输到内耳。为了使助听器更加贴合人耳，使用效果更佳，其体型常常较小，尽管老人可选配外形稍大的耳背式助听器，但不管是充电款还是电池款助听器，对他们来说，仍然较难操作。

2、nfc技术是一种近距离的无线通讯技术，基于非接触式射频识别(rfid)基础发展而来，支持13.56mhz频段。nfc具有双向连接和识别的特点使得任何两个nfc设备之间的通信实现无需有线接插，从而满足信息交换、内容访问等多种需求。因此，本发明将nfc(近场通信)无线充电技术应用于助听器的充电，提供一种助听器的近距离无线电充电方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：针对助听器充电方式约束造成的用户体验效果不佳的问题，本发明提供一种助听器的近距离无线电充电系统及方法。

2、本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种助听器的近距离无线电充电系统，包括充电器端和助听器端，其中，

3、所述充电器端包括电源模块发射端，所述电源模块发射端包括发射端蓝牙模块、发射端微控制器、直流电源模块、ptx130w模块和发射端天线，其中，所述ptx130w模块包括lpcd模块、高频逆变器和发射端匹配模块，所述发射端蓝牙模块与发射端微控制器连接，所述发射端蓝牙模块与接收端蓝牙模块匹配，接收来自接收端蓝牙模块的断电信号，并向发射端微控制器发送断电信号；所述发射端微控制器与直流电源模块和lpcd模块连接，所述发射端微控制器与lpcd模块之间相互通信；所述直流电源模块、lpcd模块、高频逆变器、发射端匹配模块和发射端天线依次连接；所述lpcd模块用于产生lpcd脉冲，检测nfc设备，触发通信交互；所述发射端匹配模块由负载、电容、滤波器组成，用于滤除13.56mhz以外的衍生谐波，调节发射功率和谐振频率；所述发射端天线模块用于产生感应场，为接收端提供射频能量信号；

4、所述助听器端包括电源模块接收端，所述电源模块接收端包括接收端微控制器、接收端蓝牙模块、ptx30w模块、负载识别模块、充电管理模块和锂电池，其中，所述ptx30w模包括接收端天线、接收端匹配模块、调幅模块、整流模块和限制模块，所述接收端微控制器与接收端蓝牙模块和负载识别模块连接，所述接收端天线、接收端匹配模块、调幅模块、整流模块、限制模块、负载识别模块、充电管理模块和锂电池依次连接；所述接收端微控制器用于向负载识别模块发出脉冲检测波检测负载位置，并且向接收端蓝牙模块发送断电信号；所述接收端天线用于接收信号，并向接收端匹配模块传递射频能量信号；所述接收端匹配模块用于调节负载电容和谐振电容，保持射频能量信号的谐振频率13.56mhz；所述调幅模块利用负载调节电压幅度；所述整流模块将射频能量信号的射频功率转换成直流功率；所述限制模块用于过压保护；所述负载识别模块用于识别负载位置发送至接收端微控制器；所述充电管理模块用于管理对锂电池的充电过程。

5、进一步的，所述助听器端还包括麦克风、接收器、处理器和扬声器，所述麦克风、接收器、处理器、扬声器依次信号连接，所述麦克风收集环境中的声音，对声音信号进行预处理，并将预处理后的声音信号送入接收器；接收器将声音信号转换为模拟电信号传输到处理器；处理器将模拟电信号转换为数字信号，并进行增强放大后发送给扬声器；扬声器将处理器处理后的数字信号转化为声音信号进行输出；所述电源模块接收端的锂电池与麦克风、接收器、处理器、扬声器均线路连接为其提供工作电源。

6、一种助听器的近距离无线电充电方法，采用上述的助听器的近距离无线电充电系统，助听器与充电器相互靠近触发nfc通信进行充电，充电过程包括电源模块发射端工作过程和电源模块接收端工作过程，其中，

7、电源模块发射端工作过程为：

8、s1：lpcd模块的发射端nfc读卡器周期间隔的发送lpcd(低功耗卡检测)脉冲，当助听器从远处与充电器靠近，nfc读卡器通过lpcd脉冲检测到tx信号的幅度变化超过检测阈值时，则nfc读卡器检测到nfc设备即助听器，lpcd模块向发射端微控制器发送信号，唤醒发射端微控制器，触发nfc通信交互；ptx130w进入全功率工作模式，lpcd模块通过spi接口与发射端微控制器的nsc接口连接；

9、s2：直流电源模块将直流电压经lpcd模块输送至高频逆变器，高频逆变器将直流电压变换成高频交流信号，并将转换后的高频交流信号输送至发射端匹配模块，发射端匹配模块通过低通滤波器滤除13.56mhz的衍生谐波，调节发射负载、负载电容、谐振电容，使高频交流信号的发射功率达到最高，并保持13.56mhz的谐振频率发射至发射端天线，发射端天线接收并传递射频功率信号，在射频范围内产生感应电流，将射频功率信号传递给接收端天线；ptx130w以动态传输模式给助听器充电。ptx130w在充电过程中动态调整其输出功率水平。功率水平由接收端使用功率控制回路机制进行调节，通过在发射端和接收端之间连续交换控制状态参数。除动态传输模式外，ptx130w也支持静态传输模式，以恒定功率传输。

10、电源模块接收端工作过程为：

11、s3：接收端天线从感应电场中捕捉信号，获取射频能量，将射频能量传递至接收端匹配模块，接收端匹配模块根据电容的取值改变接收端天线的谐振频率，并调节射频信号的接收功率；接收端匹配模块连接调幅模块，调幅模块通过无源负载控制射频信号电压幅度范围；调幅模块连接整流模块，整流模块将接收端天线上接收到13.56mhz射频功率整流转换为用于锂电池充电和系统供电的直流电源，由此产生的直流输出功率存储在其连接的缓冲电容器中；经过整流模块整流的直流电压经过限制模块，将电压限制在晶体管的最大允许电压值以下，从而保护负载识别模块免受过压的影响；限制模块采用限制器，内置电流传感器感知限制器中被分流的电流。限制器作为该装置的第一个保护点，将多余电流分流到地面，提供esd保(静态二极管保护)，避免长期过流，防止设备过热。

12、s4：接收端微控制器每隔0.5s发送一次脉宽为140μs的脉冲pwm波，对负载识别模块进行检测，当助听器从远处与充电器靠近时，形成交互磁场检测负载的位置。当接收端负载置于充电区域时，负载识别模块中的负载阻抗变大，电流增大，电流检测电阻的反馈电压经放大后送到接收端微控制器，接收端微控制器通过反馈电压的大小来判断是否有负载存在；当检测到负载识别模块上存在负载后，改变脉冲波为同频率pwm波，进入充电模式通过充电管理模块为锂电池充电，同时触发nfc通信过程；

13、s5：当助听器远离充电器时，负载识别模块检测不到负载位置，接收端微控制器发送断电信号，接收端蓝牙模块与发射端蓝牙模块进行匹配通信，向发射端蓝牙模块传递断电信号，发射端蓝牙模块收到断电信号后传递给发射端微控制器，发射端微控制器发出控制信号至lpcd模块，通过lpcd模块控制停止充电，系统进入待机状态。

14、进一步的，步骤s4中为锂电池充电包括以下四个过程：低压预充、快速充电、稳压缓冲以及充电终止，其中，

15、低压预充，充电管理模块检测待充锂电池的电压，当检测到的电压低于快速充电的电压阈值时，进入低压预充，此时充电电流为设定的快充电流的1/10，随着充电时间增加，电池电压逐渐升高；

16、快速充电，当充电管理模块检测检测到电池电压升高到快速充电的电压阈值，进入快速充电过程，快速充电过程以设定的快充电流进行恒流充电，随着充电时间增加，电池电压逐渐升高；

17、稳压缓冲，当充电管理模块检测检测到电池电压升高到稳压缓冲的电压阈值时，充电模式由恒流充电改为恒压充电，进入稳压缓冲过程，此时，保持充电电压为稳压缓冲的电压阈值，充电电流逐渐下降；

18、充电终止，当充电电流下降至设定的快充电流的1/10时，充电终止。

19、进一步的，在低压预充过程中，采用自适应电池充电模式，该自适应电池充电模式具体为：

20、根据电池寿命不同，内阻值不同，提出修正函数：

21、

22、其中，rx是电池内阻，u(x)是快速电压值(即进入快速充电模式的电压值)，a、b是修正参数。

23、根据公式(1)，当电池老化，电池寿命变短，电池内阻增加，导致预充电压下降，为了使电池充电保持理想状态，经过修正函数的自适应调整，预充电压被提升，进而提高对电池充电的高效性。

24、本发明的有益效果是：本发明提供的一种助听器的近距离无线电充电系统及方法，(1)将nfc(近场通信)无线充电技术应用于助听器的充电，使其减少电池的使用，简化充电方式，以提高用户的助听器体验效果；(2)实现快速充电、延长续航时间，无线充电方式减少空间使用，实现随电随冲，能够减少传统充电方式所带来的安全隐患，并且不存在接触损耗和机械磨损；(3)使用nfc技术，利用芯片ptx130w和ptx30w组合模块，使助听器无线充电两个设备间不仅识别速度迅速便捷，且传输距离小可有效降低干扰，提高传输功率，实时调整充电参数，提高对电池充电的高效性和安全性；(4)该方法是对nfc发射端和接收端采用ptx130w发射芯片搭配ptx30w接收芯片的组合提供优化而高效的功率传输，采用极小天线来提高接收端电路的集成度，能够使nfc无线充电的输出功率最高可达1w，并且大大提高了电路的集成度。