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近距离无线充电设计揭秘:详解+原理图

作者:时间:2013-11-19来源:网络

  想要摆脱插口和连接电缆吗?这里有详细的近距离器设计过程哦!在数厘米的范围内,能量的传输效率很容易提高到满意的程度。本设计针对100mAh左右的小容量和锂聚合物电池,适用于MP3、MP4和蓝牙耳机等袖珍式数码产品。当然,将此推广到大容量电池,并不存在原则性的障碍。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/227931.htm

  无线电技术用于通信,已经在全世界流行了近一百年。但是,无线通信传送的都是微弱的信息,而不是功率较大的能量,因此许多使用极为方便的便携式的移动产品,都要不定期地连接电网进行充电,也因此不得不留下各种插口和连接电缆。这就很难实现具有防水性能的密封工艺,而且这种个性化的线缆使得不同产品的充电器很难通用。如果彻底去掉这些尾巴,移动终端设备就可以获得真正的自由,也易于实现密封和防水。这个目标必须要求能量也像信息一样实现无线传输。

近距离无线充电设计揭秘:详解+原理图

  能量的传送和信号的传输要求显然不同,后者要求其内容的完整和真实,不太要求效率,而前者要求的是功率和效率。虽然能量的无线传送的想法早已有之,但因为一直无法突破效率这个瓶颈,使它一直不能进入实用领域。

  如果对传输距离没有严格要求(不跟无线通信比),比如在数厘米(本文称微距)的范围内,其传输效率就很容易提高到满意的程度。如果能用比较简单的设备实现微距条件下的无线传能,并形成商业化的推广应用,当今社会随处可见的移动电子设备将有可能面临一次新的变革。

  作为样机,本设计仅针对100mAh左右的小容量和锂聚合物电池,适用于MP3、MP4和蓝牙耳机等袖珍式数码产品。将它推广到大容量电池,并不存在原则性的障碍。当然,从实验室的样机到市场中的产品,可能还有比较漫长和艰难的工作,如电磁辐射的泄漏问题,成本控制与产品工艺,以及市场切入与消费启动等。

  近距离工作原理

  将直流电转换成高频交流电,然后通过没有任何有有线连接的原、副线圈之间的互感耦合实现电能的无线馈送。基本方案如图1所示。

近距离无线充电设计揭秘:详解+原理图

图1 无线电能传输方案

  本器由电能发送电路和电能接收与充电控制电路两部分构成。

  1 无线充电器电能发送部分

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图2无线电能发送单元电路图  如图2,无线电能发送单元的供电电源有两种:

  220V交流和24V直流(如汽车电源),由继电器选择。按照交流优先的原则,图中继电器的常闭触点与直流(电池BT1)连接。正常情况下S3处于接通状态。

  当有交流供电时,整流滤波后的约26V直流使继电器吸合,发送电路单元便工作于交流供电方式,此时直流电源BT1与电能发送电路断开,同时LED1(绿色)发光显示这一状态。

  经继电器选择的+24V直流电主要为发射线圈L1供电,此外,经IC1(78L12)降压后为集成电路IC2供电,为保证的动作不影响发送电路的稳定工作,电容C3的容量不得小于2200uF。

  电能的无线传送实际上是通过发射线圈L1和接收线圈L2的互感作用实现的,这里L1与L2构成一个无磁芯的变压器的原、副线圈。为保证足够的功率和尽可能高的效率,应选择较高的调制频率,同时要考虑到器件的高频特性,经实验选择1.6MHz较为合适。

  IC1为CMOS六非门CD4069,这里只用了三个非门,由F1,F2构成方波振荡器,产生约1.6MHz的方波,经F3缓冲并整形,得到幅度约11V的方波来激励VMOS功放管IRF640.足以使其工作在开关状态(丁类),以保证尽可能高的转换效率。为保证它与L1C8回路的谐振频率一致。可将C4定为100pF,R1待调。为此将R1暂定为3K,并串入可调电阻RP1.在谐振状态,尽管激励是方波,但L1中的电压是同频正弦波。

  由此可见,这一部分实际上是个变频器,它将50Hz的正弦转变成1.6MHz的正弦。

  2 无线充电器电能接收与充电控制部分

  正常情况下,接收线圈L2与发射线圈L1相距不过几cm,且接近同轴,此时可获得较高的传输效率。电能接收与充电控制电路单元的原理如图3所示。

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