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手机无线充电器设计研究

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【摘要】本文对NE555D芯片电路进行设计,由无线供电系统和无线接收系统组成。无线供电系统由系统模块,功率放大以及无线发射模块组成。无线接收系统由感应线圈接收模块,充电检测模块和智能断电模块组成。从而达到无线接收发电能的目的。

【关键词】电磁感应;无线供电;信号传输

在我们的日常生活中,时常会遇到笔记本电脑、智能手机等电量不足急需冲电的问题,由于随身携带的充电器不能及时找到充电电源,导致手机充电很麻烦。但是目前出现了无线充电设备,很有效的解决了这个问题。无线充电的应用范围很广:(1)它可以改变电子产品充电接口不兼容的情况。(2)在物联网时代,作为无线拓扑网络,各种传感器的充电问题和远程视频监控,同样离不开无线充电技术。(3)在医疗设备上,可以为植入人身体的电子器件进行充电。(4)现代化城市建设中,交通灯的无线充电设备,节约了布线问题。(5)这项技术同时可以提高设备的安全性,比如电和水相遇的危险问题也会很大程度得到改善,室外的充电设备是安全的最大问题。

1设计方案

电磁感应方式充电是广大用户和开发者最欢迎的充电方式,它的工作原理就是是利用了电磁感应原理进行无线充电的,和隔空变压的方式很像。Philips公司的的无线电动牙刷就是类似产品。在Send端和Receive端各有一个用铜线缠绕的线圈,接收端线圈通过发送端的感应电磁信号,从而产生电流供给用电设备。而发送端线圈连接有线电源从而产生电磁信号,其中,电流会流过线圈而产生磁场,其他未通电的线圈靠近该磁场会产生电流。无线充电就应用了这种电磁感应的应用。

2硬件设计

无线充电系统是在电磁感应原理的基础上,靠着两个隔空接触的耦合线圈,从而达到了电能的传输。由于接收线圈之间存在较大的不足,电能会漏掉,所以不能忽略,可以将电路等效为如图1所示。其中由发射端线圈以及接收线圈两部分构成。

2.1稳压电路模块

稳压电路是串联的直流稳压电路。它具有以下功能:滤波,整流和变压功能,稳压器部分一般有四个环节,取样电路,基准电压,调节环节和比较放大器。当电网电压或负载变动引起输出电压Vo变化时,取样电路将输出电压Vo的一部分馈送回比较放大器与基准电压进行比较,产生的误差电压经放大后去控制调整管的基准电流,自动地改变调整管的集一射极间电压,补偿Vo的变化,从而维持输出电压基本不变。

2.2高频功率放大及无线发射模块

利用NE555D芯片,将芯片产生的36.7KHZ高频脉冲功率放大,通过缠绕的铜线圈发射出去。2.3感应线圈接收模块当接收线圈靠近发射线圈时,就会产生感应电流,经过整流和稳压之后,不同的电压对应不同的稳压二极管,最后经过三极管放大电流之后提供到不同电子产品中。由于耦合线圈所感应产生的交变电流频率非常高,不能使用普通二极管构成的桥式全波整流电路,并用大电容进行滤波,便可得到较为理想的直流电,通过稳压装置,可以直接给相应的电子设备供电。

3总电路图

整个电路的输入电压为220V的交流电,输入的电压进入到一个稳压电源,随后就会变成5V的直流电。5V的直流电经过NE555D主控后产生一个58.9K的高低电平(经过测试,效率最高的频率就是在58.9K)。随后经过功率放大及无线发射模块,IRFP460功率放大,使发射线圈产生磁场,当发射线线圈接收到磁场时,就会产生感应电流,经过稳压和整流系统,最后得到适合充电的5V电压和电流。无线接收系统中,通过感应线圈接收模块接收电能,然后通过充电检测模块,判断是否需要进行充电。最后是智能断电模块,当检测到手机等设备充电结束时,可以实现自动断电功能。

4结论

无线充电(利用电磁感应式)在当今市场十分受欢迎,目前最广泛的移动便携式领域除外,还在工业控制,医疗领域中,也发挥着特别大的作用,有着很光明的前景。将来,可把无线供电模块植入办公桌,书桌,床头柜,沙发等任何地方,同时,手机,电脑等任何电子设备中植入无线接收模块,而达到这些设备随时方便快捷的充电,我们会告别数据线的时代,迎来无线的时代。

参考文献

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作者:于思博 单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

手机无线充电器设计研究责任编辑:张雨    阅读:人次