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无线充电器的设计原理

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无线充电器的设计原理

磁耦合谐振无线传输技术是近几年来备受广泛关注的一个新研究领域。由于其传送距离远、效率高、功率大而取得广泛的使用。无线充电器电能传送可以给普通便携式电子产品提供更加方便、安全的输电方式。市面上出现了“无尾电视”、无线电车充电器、无线手机充电器等商品。
当下,手机已经是不可缺少的通信设备之一,而提供手机电力能源的唯一方式就是充电器。市面上的充电器中有线充电器占到了95%以上。无线手机充电器随意一放就可以对手机进行充电,非常方便、轻松。无线手机充电器摆脱了传统充电器的许多缺陷,有着非常重要的研究价值。
1硬件组成与工作原理
无线手机充电器硬件由发射部分和接收部分组成。为了更好地保证 与原来的充电器接口兼容,发射部分选用USB进行输电,由信号发生器电路、驱动电路、LC发射电路组成,接收部分由LC接收电路、整流滤波电路、稳压滤波电路组成,接收部分选用USB接口形式输出,有利于手机连接充电器。整体系统原理框如图1所示。
图1系统原理框

当系统工作时,信号发生器在连接到USB电源接口后形成方波信号,驱动电路驱动LC发射电路形成交变磁场,在接收线圈中形成感应电压。在接收部分中接收到的感应电压为交流电压,为了更好地给手机稳定可靠的充电电压,需要在USB输出接口与LC接收电路直接接入整流滤波电路、稳压滤波电路。为了更好地最大限度地接收感应电压,LC接收电路应与LC发射电路谐振频率相同。

2硬件系统设计
信号发生器电路设计
为了更好地给无线传输提供谐振源,信号发生器电路可以选用多种方式制作:DDS芯片、单片机信号、集成芯片NE555。系统选用电路结构最为简单的NE555电路形成。NE555555定时器可使用于单稳态触发器、无稳态触发器、双稳态触发器。
本设计中,NE555工作在无稳态触发器模式下,NE555的第1引脚(GND)接地,第2引脚(TRIG)接第6引脚(THR),第3引脚为信号输出引脚,第4引脚(RST)接电源VCC,第5引脚(CTRL)通过1个瓷片电容接地,第7引脚(DIS)与第6引脚间接1个100kΩ可调电阻,第8引脚(VCC)接电源VCC。
驱动电路设计
驱动电路可选择三极管或者MOS管做为驱动LC发送电路的元器件。三极管用电流控制型IC芯片,且耗损大,而MOS管属于电压控制型IC芯片,MOS管耗损较小,常用来电源开关,以及大电流地方开关电路。因此,系统采取MOS管进行驱动LC发送电路。
2.3LC发送与LC接收电路设计
为了促使LC发送电路与LC接收电路谐振频率一致,发送和接收选用一致的电路,本系统选用电感L与电容C并联的方式连接。结合各方面考虑,电感L电感量选择47μH,电容C容量选择0.1μF。发送和接收电容两端电压较高,电容选择630V/104CBB电容。
整流滤波电路设计
整流电路可选择半波整流或全波整流。半波整流电路结构比较简单,只需一个二极管就可以整流,但交流电的正半周期有电流输出,负半周期没有电流输出,这样效率低;全波整流需4个二极管交替工作,整个周期都有电流输出,这样效率高。故本系统选用效率高的全波整流电路进行设计。此外,为了使整流后脉动的波形变得平滑稳定,整流后需增加滤波电容。
稳压滤波电路设计
稳压电路可采取线性稳压电路或开关稳压电路,线性稳压电路的优点输出电压稳定、纹波小,但其转换效率偏低。故本系统选择效率较高的开关电源电路,选择XL4015降压型开关稳压电路。
总体电路设计

依据上述分析并结合电路参数的选择,发送部分电路如图2所示,接收部分电路如图3所示。

3结语
无线手机充电器,老人、小孩不用接触市电220V就可以安全、放心地对手机充电。对于身心疲惫的上班族,下班回家把手机随手一放就可以对手机进行充电,非常方便、比较简单。无线手机充电器克服了传统有线充电器的许多缺陷,具备结构比较简单、使用方便、传送效率高等优点,具备重要的研究价值。

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| 发布时间:2020.12.07    来源:
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