近距離無線充電設(shè)計(jì)揭秘：詳解+原理圖

　　想要擺脫插口和連接電纜嗎？這里有詳細(xì)的近距離無線充電器設(shè)計(jì)過程哦！在數(shù)厘米的范圍內(nèi)，能量的傳輸效率很容易提高到滿意的程度。本設(shè)計(jì)針對100mAh左右的小容量鋰離子電池和鋰聚合物電池，適用于MP3、MP4和藍(lán)牙耳機(jī)等袖珍式數(shù)碼產(chǎn)品。當(dāng)然，將此推廣到大容量電池，并不存在原則性的障礙。

　　無線電技術(shù)用于通信，已經(jīng)在全世界流行了近一百年。但是，無線通信傳送的都是微弱的信息，而不是功率較大的能量，因此許多使用極為方便的便攜式的移動產(chǎn)品，都要不定期地連接電網(wǎng)進(jìn)行充電，也因此不得不留下各種插口和連接電纜。這就很難實(shí)現(xiàn)具有防水性能的密封工藝，而且這種個(gè)性化的線纜使得不同產(chǎn)品的充電器很難通用。如果徹底去掉這些尾巴，移動終端設(shè)備就可以獲得真正的自由，也易于實(shí)現(xiàn)密封和防水。這個(gè)目標(biāo)必須要求能量也像信息一樣實(shí)現(xiàn)無線傳輸。

　　能量的傳送和信號的傳輸要求顯然不同，后者要求其內(nèi)容的完整和真實(shí)，不太要求效率，而前者要求的是功率和效率。雖然能量的無線傳送的想法早已有之，但因?yàn)橐恢睙o法突破效率這個(gè)瓶頸，使它一直不能進(jìn)入實(shí)用領(lǐng)域。

　　如果對傳輸距離沒有嚴(yán)格要求(不跟無線通信比)，比如在數(shù)厘米(本文稱微距)的范圍內(nèi)，其傳輸效率就很容易提高到滿意的程度。如果能用比較簡單的設(shè)備實(shí)現(xiàn)微距條件下的無線傳能，并形成商業(yè)化的推廣應(yīng)用，當(dāng)今社會隨處可見的移動電子設(shè)備將有可能面臨一次新的變革。

　　作為樣機(jī)，本設(shè)計(jì)僅針對100mAh左右的小容量鋰離子電池和鋰聚合物電池，適用于MP3、MP4和藍(lán)牙耳機(jī)等袖珍式數(shù)碼產(chǎn)品。將它推廣到大容量電池，并不存在原則性的障礙。當(dāng)然，從實(shí)驗(yàn)室的樣機(jī)到市場中的產(chǎn)品，可能還有比較漫長和艱難的工作，如電磁輻射的泄漏問題，成本控制與產(chǎn)品工藝，以及市場切入與消費(fèi)啟動等。

　　近距離無線充電工作原理

　　將直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電，然后通過沒有任何有有線連接的原、副線圈之間的互感耦合實(shí)現(xiàn)電能的無線饋送?；痉桨溉鐖D1所示。

圖1 無線電能傳輸方案

　　本無線充電器由電能發(fā)送電路和電能接收與充電控制電路兩部分構(gòu)成。

　　1 無線充電器電能發(fā)送部分

圖2無線電能發(fā)送單元電路圖　　如圖2，無線電能發(fā)送單元的供電電源有兩種：

　　220V交流和24V直流(如汽車電源)，由繼電器選擇。按照交流優(yōu)先的原則，圖中繼電器的常閉觸點(diǎn)與直流(電池BT1)連接。正常情況下S3處于接通狀態(tài)。

　　當(dāng)有交流供電時(shí)，整流濾波后的約26V直流使繼電器吸合，發(fā)送電路單元便工作于交流供電方式，此時(shí)直流電源BT1與電能發(fā)送電路斷開，同時(shí)LED1(綠色)發(fā)光顯示這一狀態(tài)。

　　經(jīng)繼電器選擇的+24V直流電主要為發(fā)射線圈L1供電，此外，經(jīng)IC1(78L12)降壓后為集成電路IC2供電，為保證的動作不影響發(fā)送電路的穩(wěn)定工作，電容C3的容量不得小于2200uF。

　　電能的無線傳送實(shí)際上是通過發(fā)射線圈L1和接收線圈L2的互感作用實(shí)現(xiàn)的，這里L(fēng)1與L2構(gòu)成一個(gè)無磁芯的變壓器的原、副線圈。為保證足夠的功率和盡可能高的效率，應(yīng)選擇較高的調(diào)制頻率，同時(shí)要考慮到器件的高頻特性，經(jīng)實(shí)驗(yàn)選擇1.6MHz較為合適。

　　IC1為CMOS六非門CD4069，這里只用了三個(gè)非門，由F1，F(xiàn)2構(gòu)成方波振蕩器，產(chǎn)生約1.6MHz的方波，經(jīng)F3緩沖并整形，得到幅度約11V的方波來激勵(lì)VMOS功放管IRF640.足以使其工作在開關(guān)狀態(tài)(丁類)，以保證盡可能高的轉(zhuǎn)換效率。為保證它與L1C8回路的諧振頻率一致?？蓪4定為100pF，R1待調(diào)。為此將R1暫定為3K，并串入可調(diào)電阻RP1.在諧振狀態(tài)，盡管激勵(lì)是方波，但L1中的電壓是同頻正弦波。

　　由此可見，這一部分實(shí)際上是個(gè)變頻器，它將50Hz的正弦轉(zhuǎn)變成1.6MHz的正弦。

　　2 無線充電器電能接收與充電控制部分

　　正常情況下，接收線圈L2與發(fā)射線圈L1相距不過幾cm，且接近同軸，此時(shí)可獲得較高的傳輸效率。電能接收與充電控制電路單元的原理如圖3所示。