試論電磁感應技術下手機無線充電的設計與實現(xiàn)

謝沛倪

【摘 要】本文以電磁感應技術為研究對象，重點考察在電磁感應技術下手機無線充電技術的實現(xiàn)，以供參考。不同于傳統(tǒng)手機充電技術容易導致手機USB接口端損壞而且在使用過程中容易受到距離的限制，手機無線充電技術只需要增加線圈數(shù)，就可以增強線圈周圍的交變磁場，從而便于手機遠距離充電。

【關鍵詞】電磁感應技術；手機無線充電；設計；實現(xiàn)

0 前言

基于電磁感應技術設計的手機無線充電主要是利用一種特殊的電子感應設備，將由總電源傳感來的電力直接轉(zhuǎn)變成能夠直接用于給手機充電的感應電波，從而實現(xiàn)手機的無線充電，這也是手機充電充方式更新的必然發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)的有線手機充電相比，無線手機充電更不容易對手機的USB接口處造成損壞，且傳統(tǒng)充電方式受到充電線距離的限制，而無線充電的使用范圍比較遠，更利用手機使用者使用。

1 電磁感應技術的手機充電原理

（1）電磁感應原理

電磁感應原理是由一次和二次兩個線圈通過相互感應而產(chǎn)生電流的過程，同時電磁感應將一次線圈上的電流能量帶到二次線圈上，即從電磁波傳輸?shù)脑搭^到接收的終端。在理想的電磁波傳輸過程中，一次線圈和二次線圈彼此是相互分離的，并沒有任何的連接媒介，這也是無線電磁波傳輸?shù)幕灸Ｐ汀６趯嶋H的傳輸過程中[1]，由于線圈耦合在一次線圈和二次線圈之間存在一定長度的空氣媒介，空氣媒介會作為電磁波傳輸?shù)闹薪樽璧K部分電磁波的傳輸，因此一次線圈中的電流能量只有一部分能傳遞到二次線圈上，導致充電效率大大下降。因此在目前的手機無線充電器的使用過程中，建議手機與電源之間的距離越近越好，從而一次線圈和二次線圈之間的距離更短，電磁感應所產(chǎn)生和傳輸?shù)哪芰恳簿驮礁撸瑥哪撤N程度上來說，距離越近，單位時間內(nèi)手機能夠接收的電量也就越多。

（2）電磁感應原理充電過程

手機無線充電在利用電磁感應技術進行無線充電的過程中，實際上是利用線圈內(nèi)的能量傳遞將電源輸出的交流電變成手機能夠直接接收到的高頻交流電。同時高頻交流電能夠與一次線圈實現(xiàn)聯(lián)動，將線圈附近的單位空間距離內(nèi)的磁場變成電磁場，從而能夠被二次線圈即手機接收終端的線圈接收到產(chǎn)生高頻電動感應，從而實現(xiàn)電量的傳輸。同時，現(xiàn)階段已經(jīng)在二次線圈附近加設濾波式電路，實現(xiàn)鋰、錳離子電池對于手機的定向供電，從而實現(xiàn)無線充電的穩(wěn)定、高效。

2 電磁感應技術下的手機無線充電設計

（1）手機無線充電過程

實際上，手機進行無線充電的過程中與上述所說的利用電磁感應原理進行充電的過程基本一致，首先需要利用線圈之間的感應對交流電源進行轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)電流的整流濾波，從而實現(xiàn)由諧振變換電路轉(zhuǎn)變成可以被手機接收的高頻交流電，同時在線圈附近由于電磁感應就會形成高頻電磁場，此時就能將電流處的能量轉(zhuǎn)換成能夠被手機接收的電量[2]。而在日常的充電過程中，為了延長充電器的使用壽命，大部分時間充電器都是處理休眠狀態(tài)中。為了更快的啟動手機充電器需要在感應電路中安裝一定的信號接收裝置，只有在接收信號之后，手機充電器才能啟動工作。一般來說，這個信號主要是鋰離子即由手機電池組自行發(fā)射的一種充電信號。

（2）手機無線充電過程整體設計

無線鋰離子電池如果希望實現(xiàn)自動的無線充電，首先需要確保手機無線充電內(nèi)安裝有相關信號接收平臺和管理平臺。而手機內(nèi)安裝的軟件在啟動之后就會對手機內(nèi)的電池組的鋰離子進行檢測，同時對鋰離子電池的電壓信號強弱進行檢測。一旦系統(tǒng)檢測出信號的異常或者表現(xiàn)出電壓的不穩(wěn)定時，軟件系統(tǒng)就會關閉電量的傳輸渠道，對手機的電池和手機實現(xiàn)雙重保護。并且軟件系統(tǒng)也會通過燈光或者噪音等方式提示手機使用者關閉電量傳輸渠道，這也是手機智能化的一種體現(xiàn)。

實際上手機內(nèi)的電量控制軟件的運行過程為，首先將刪除系統(tǒng)內(nèi)的操作設置使其初始化，其次對手機電池組內(nèi)的鋰離子進行檢測，在確認沒有能量電量傳輸之后自行關閉系統(tǒng)。一旦系統(tǒng)通過對鋰離子的檢測發(fā)現(xiàn)存在電量傳輸，即自行發(fā)生電量的傳輸，則需要對電池距離電源的距離進行檢測，如果位置過遠影響電流傳輸效率則需要用噪音或者燈光提示手機使用者正確放置手機的位置。最后，在系統(tǒng)通過檢測后發(fā)現(xiàn)電池的位置擺放正確之后，需要對電磁的電壓進行檢測。經(jīng)過相關實驗證明，能夠被鋰離子電池正常接收的電壓是在2.9-4.2V[3]的范圍內(nèi)，過大或者過小的電壓都會影響充電效率。因此一旦充電的電壓不在2.9-4.2V的范圍內(nèi)，系統(tǒng)就會發(fā)出警報聲，并且需要注意電壓不穩(wěn)定的警報聲與上述電池位置不正確的警報聲不一樣，在持續(xù)10s后并自行關閉電量傳輸。除此之外，在檢測并調(diào)整傳輸電壓之后，系統(tǒng)需要檢測電路是否打開，只有在確定上述步驟沒有存在任何問題后，才會打開傳輸線路進行電量傳送。同時在充電的全過程中，系統(tǒng)可以自行控制充電過程的開啟或者關閉，或者由手機使用者隨時關閉電量傳輸過程，并不需要等到充滿電后才能關閉傳輸電路，這也是現(xiàn)階段無線手機充電器的工作基本過程。

3 結束語

綜上所述，無線充電技術已經(jīng)成為未來電子產(chǎn)品的必然發(fā)展趨勢。無論是三星手機新研發(fā)的手機產(chǎn)品，還是蘋果公司即將推入市場的蘋果8都宣布已經(jīng)實現(xiàn)了手機的無線充電技術，而未來的電子產(chǎn)品市場也必然是屬于無線時代的。從有線到無線，電子產(chǎn)品實現(xiàn)翻天覆地的新變化。但是在設計手機無線充電時，要注意要保持充電電壓的穩(wěn)定，實現(xiàn)快速穩(wěn)定、安全、穩(wěn)定的手機充電。

【參考文獻】

[1]楊小偉.基于電磁感應技術的手機無線充電器設計與實現(xiàn)[J].大科技，2017（16）：69-71.

[2]顧偉偉，賈搏睿，王鑫怡，等.手機鋰電池無線充電器設計[J].電源世界，2017（6）：26-29.

[3]劉志強，高大林，薛正躍，等.手機無線充電技術的研究[J].科學中國人，2017（15）：98-100.