無線手機萬能充電器的設(shè)計和制作

董秀英，瞿緒龍

（1.阜陽師范學院物理與電子信息科學學院，安徽阜陽236037；2.阜陽供電公司，安徽阜陽236000）

無線手機萬能充電器的設(shè)計和制作

董秀英1，瞿緒龍2

（1.阜陽師范學院物理與電子信息科學學院，安徽阜陽236037；2.阜陽供電公司，安徽阜陽236000）

采用線圈耦合進行能量交換設(shè)計無線手機萬能充電器，通過振蕩器、功率放大和初級線圈將交流電能發(fā)送出去，接收端通過次級線圈接收交流能量后，整流變?yōu)橹绷麟娔芙o智能充電管理芯片CT3582供電，該管理芯片具有充電指示、檢測電池好壞、自動識別電池極性和充滿指示的功能，經(jīng)過硬件制作和調(diào)試，滿足設(shè)計的要求.

線圈耦合；振蕩器；功率放大；整流；CT3582

隨著社會的不斷發(fā)展，手機也從最初音頻單一的大哥大發(fā)展到今天具有多種功能即拍照、游戲、GPRS移動上網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理、音樂、視頻播放等的觸摸屏智能手機.手機功能越多，其耗電量也在不斷增加，雖可通過改變電池容量來延長待機時間，但增加電池容量，手機體積就增大，不便于攜帶.因此，可通過無線充電方式給手機隨時隨地充電，不必擔心電源接口匹配，以及經(jīng)常插拔電源線帶來的充電器和插板的損壞等問題[1].本文設(shè)計的手機無線萬能充電器采用電磁耦合原理，通過振蕩器、功率放大和初級線圈將交流電能發(fā)送出去，接收端經(jīng)過次級線圈接收交流能量后，通過整流變?yōu)橹绷麟娔芄┦謾C充電[2].

1 無線充電原理

無線充電手機充電器主要是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，通過線圈耦合進行能量交換的系統(tǒng)[3]，其主要由電能的發(fā)送和電能接收兩部分電路組成.電能發(fā)送部分由輸入直流電源、振蕩器、功率放大、初級線圈組成；電能的接收部分由次級線圈、整流和輸出端電源管理.如圖1所示.

圖1 無線手機充電原理圖

2 硬件電路的設(shè)計

2.1 電能發(fā)送部分電路設(shè)計

電能發(fā)送部分電路主要包括直流供電模塊、晶體振蕩、功率放大和并聯(lián)諧振發(fā)送電能.

2.1.1 直流供電模塊電路設(shè)計

供電模塊電路主要是采用220 V交流作為輸入電能，經(jīng)過1∶10變壓器和橋式整流后，在C1端測得電壓約為30 V，通過LM317構(gòu)成直流電壓可調(diào)的直流穩(wěn)壓源.如圖2所示.

圖2 直流電源供電模塊電路

2.1.2 晶體振蕩和功率放大電路設(shè)計

晶體振蕩器采用的1M的有源晶體振蕩器，晶體振蕩器和功率放大器電路如圖3所示，有源晶振的VCC需要5 V直流電壓，所以通過穩(wěn)壓芯片W 7805轉(zhuǎn)換為5 V的直流電壓.5 V的直流電壓經(jīng)過一個電感L1和電容C3構(gòu)成的PI型電源濾波網(wǎng)絡(luò)，得到紋波小、比較穩(wěn)定的5 V直流電源后作為有源晶振的輸入電源，輸出端約4.2 V經(jīng)過一個小電阻R3后作為高頻功率管IRF3205的輸入，高頻功率管的輸出通過并聯(lián)諧振回路將電能發(fā)送出去，并聯(lián)諧振回路的頻率和高頻功率管的輸入頻率相同1MHz.在能量發(fā)送過程中有電磁輻射，因此要做好電磁屏蔽和給功率管增加散熱片.

電感線圈的選擇：直徑為4mm的線圈，繞直徑為4 cm的圓20N，電感量約為30μH.

圖3 電能發(fā)送部分電路圖

2.2 電能接收部分電路設(shè)計

接收部分電路通過電感接收到交流電能后，經(jīng)過1N4148管半波整流后作為CT3582的輸入直流電源.CT3582是手機的智能充電管理芯片，LED2紅色發(fā)光管與R5和CT3582的第3腳組成充電指示電路；LED1和CT3582的第4腳組成電池好壞檢測電路；LED3藍色發(fā)光二極管和CT3582第2腳組成充電飽和指示電路；CT3582的第1腳OUT1接電池負極，第7腳OUT2接電池正極；由于CT3582能夠自動識別極性電路，若電池極性接反，也能夠保證充電回路自動工作[4-6].電能接收部分電路設(shè)計如圖4所示.

3 結(jié)果測試和分析

通過上述硬件電路的設(shè)計，制作了以線圈耦合的無線手機智能充電器，發(fā)送端輸入電壓220 V，通過調(diào)節(jié)電阻R2，輸出直流電壓8 V，即在發(fā)送端恒定電壓為8 V.現(xiàn)測試電路耦合性能、充電控制部分和充電效率.

圖4 接收部分電路圖

3.1 耦合性能的測試

在接收端空載時，即在OUT1和OUT2間不接鋰電池，保持電感L2和L3同軸，通過改變兩線圈的距離，測量接收部分電路中C6兩端的直流電壓，記錄數(shù)據(jù)如表1.由表中數(shù)據(jù)可知，當L2、L3兩同軸線圈距離在0.5 cm時，輸出直流為8.2 V，滿足充電芯片CT3582的直流供電.

表1 兩電感距離改變時輸出電壓變化表

3.2 充電控制

接上負載電池，保持電感L2和L3同軸，距離在0.5 cm，此時，LED1和LED2紅色發(fā)光二極管亮，表示已經(jīng)開始充電，經(jīng)過90min后，電池充滿后LED3藍色發(fā)光二極管亮.

3.3 換能效率測試

要求L2、L3兩同軸線圈距離在0.5 cm處，接上負載手機鋰電池，發(fā)送端直流電壓恒為8 V，記錄電池兩端的直流電壓，充電時間，發(fā)送端L2兩端的電流.記錄如表2所示.

從表2中可看出，經(jīng)過90分鐘的時間，電池充滿.通過換能效率計算公式η=計算，平均換能效率約為52%.

4 結(jié)語

目前，隨著智能手機功能的不斷增多，電池容量有限，需要隨時通過有線的充電器充電，有線充電器經(jīng)常插拔，容易損壞充電器和插板，因此，提出不需要電源接口匹配的無線充電方式.該無線充電通過線圈耦合原理，振蕩器，功率放大，整流和充電管理電路等幾部分組成，與市場上同類型的無線充電器相比較，該款無線充電器的優(yōu)點是在0～0.5 cm的距離安全充電，充電效率52%，但電磁感應(yīng)充電能量利用率還不夠高，希望能尋求更好的充電方式.

[1]肖志堅,韓震宇,李紹卓.關(guān)于便攜式電子設(shè)備新型無線充電系統(tǒng)的研究[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用,2007,26(12):114-116.

[2]孫新.基于電磁感應(yīng)手機無線充電器的研究[J].管理學家,2011 (10):327-328.

[3]周功明,周陳琛.基于MSP430單片機的無線充電器設(shè)計[J].綿陽師范學院學報,2011,30(8):33-37.

[4]鄒士洪.集成單芯片充電電路CT3582[J].電子世界,2011(2):52-53.

[5]竇延軍.一種磁耦合諧振式無線充電系統(tǒng)的設(shè)計[D].成都:電子科技大學,2013.

[6]梁美富.非接觸式感應(yīng)充電電路的研制[D].武漢:武漢科技大學,2010.

【編校：王露】

Design and Production ofW ireless Phone Universal Charge

DONGXiuying1,QUXulong2
(1.School ofPhysics&Electronic Engineering,Fuyang TeachersCollege,Fuyang,Anhui236037,China;2.Fuyang Power Supply Bureau,Fuyang,Anhui236000,China)

Thewirelessphone universal chargerwasdesigned by using the coupling coil to exchangeenergy.The AC power is sent by the primary coil through the oscillator and power amplifier.The passage of the secondary coil receives the AC energy that changes the direct current by the rectification.It gives the power to the intelligentmanagement chip CT3582.Themanagement chip has the functions of charging indicator,bad battery detection,automatic identification of cellpolarityand full instructions.Itmeets the design requirementsafter thehardware production and debugging.

coupling coil;oscillator;poweramplifier;rectified;CT3582

TM919

A

1671-5365(2014)12-0053-03

2014-06-15修回：2014-07-05

安徽省科技攻關(guān)項目（12010302080）；阜陽師范學院自然科學一般項目（2012FSKJ05）；阜陽師范學院碩士科研啟動資金

董秀英(1984-)，女，助教，碩士研究生，研究方向為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用及開發(fā)

時間：2014-07-11 09:33

http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1630.Z.20140711.0933.001.htm l