無(wú)線充電走進(jìn)生活*

候喜靜，孟凡波，張海濤,王哲，潘興民

(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154000)

0 引言

人們外出時(shí)總會(huì)遇到忘記給手機(jī)充電和帶手機(jī)充電器的這種情況，即使有充電器也不一定能找到充電插座，所以很多人便攜帶移動(dòng)電源，其體積和質(zhì)量都不小，對(duì)于女孩子來(lái)說(shuō)攜帶很不方便。而本文則將無(wú)線充電技術(shù)引入生活，從此便不需要攜帶移動(dòng)電源了。

從1820年電流可以產(chǎn)生磁場(chǎng)被安培發(fā)現(xiàn)開(kāi)始，許多物理學(xué)家便開(kāi)始關(guān)注電與磁，1831年電磁感應(yīng)現(xiàn)象被法拉第發(fā)現(xiàn)；1864年電磁場(chǎng)方程被麥克斯韋建立，用數(shù)學(xué)的方法描述了電磁輻射。1988年翰鮑爾斯教授完成了“在1米的距離給60 W的燈泡充電，效率高達(dá)75%”這一實(shí)驗(yàn)。從此無(wú)線充電技術(shù)出現(xiàn)。

1 什么是無(wú)線充電

無(wú)線充電是什么，類(lèi)似與WiFi一樣，可想而知就是充電不用插線，很方便。理論上可以隨時(shí)隨地給手機(jī)等電子設(shè)備供電。但無(wú)線充電暫時(shí)還不能像WiFi一樣傳輸那么遠(yuǎn)的距離，現(xiàn)在成熟的方案只能在10 mm以內(nèi)的距離實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電，一般為3～5 mm左右的距離比較好，這類(lèi)無(wú)線充電的技術(shù)采用的是磁感應(yīng)無(wú)線充電技術(shù)。以后還會(huì)有一些新的技術(shù)方案會(huì)量產(chǎn)。

2 無(wú)線充電方式比較

隨著越來(lái)越多的科學(xué)家開(kāi)始研究無(wú)線充電技術(shù)，隨之四種無(wú)線充電方式誕生。

1) 磁共振方式，通過(guò)變化的磁場(chǎng)傳遞能量，接收端因?yàn)榇磐ǖ淖兓袘?yīng)出電流。用諧振器件(電感和電容)使發(fā)射端和接收端達(dá)到特定頻率從而產(chǎn)生磁場(chǎng)共振，其特點(diǎn)是傳輸效率高，缺點(diǎn)是成本較高，很難實(shí)現(xiàn)。

2) 無(wú)線電波方式，在電源處安置一個(gè)電磁波發(fā)生器，再通過(guò)發(fā)射天線將能量傳輸至接收天線，再將電磁波信號(hào)重新轉(zhuǎn)成電能供設(shè)備使用。可這種電力傳輸方式也有著明顯的弱點(diǎn)，缺點(diǎn)是電磁波受干擾大、傳輸效能低、對(duì)人體有輻射等。

3) 電場(chǎng)耦合方式，電場(chǎng)耦合無(wú)線充電方式具備電極薄、電極發(fā)熱低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是電場(chǎng)耦合無(wú)線充電都是采用整塊極板的方式，提升充電效率是目前無(wú)線充電最核心的問(wèn)題,終端與電源端充電接口未精確對(duì)準(zhǔn)時(shí)充電效率會(huì)大幅降低，因此不考慮使用。

4) 電磁感應(yīng)方式，通過(guò)線圈進(jìn)行能量耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。工作時(shí)輸入端將交流市電經(jīng)全橋整流電路變換成直流電。經(jīng)過(guò)有源晶振逆變轉(zhuǎn)換成高頻交流電供給初級(jí)繞組。通過(guò)線圈耦合能量，次級(jí)線圈輸出的電流經(jīng)接收轉(zhuǎn)換電路變化成直流電為電池充電[1]。

3 無(wú)線充電設(shè)計(jì)

對(duì)于采用電磁感應(yīng)原理的無(wú)線充電技術(shù)，我們采用基于XKT-412和T31681728芯片的無(wú)線供電模塊。T31681728和XKT-412芯片專(zhuān)門(mén)用于接收端和發(fā)射端。發(fā)射端產(chǎn)生振蕩，而接收端的振蕩頻率與發(fā)射端一致，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振，傳輸電能。因此采用電磁感應(yīng)方式中基于XKT-412和T31681728芯片的無(wú)線供電模塊。

圖1 XKT-412和T3168172

“變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)”是一個(gè)磁與電之間的相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的關(guān)系，是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的體現(xiàn)。我們知道閉合電路和穿過(guò)閉合

電路的磁通量發(fā)生變化是電磁感應(yīng)的兩個(gè)必要條件。

由于磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象。近代物理領(lǐng)域中最偉大的成就之一便是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。其發(fā)現(xiàn)不僅為電、磁之間相互轉(zhuǎn)化奠定了基礎(chǔ)，而且為揭示電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系，使人類(lèi)獲取巨大而廉價(jià)的電能做出貢獻(xiàn)，帶來(lái)了一場(chǎng)重大的技術(shù)和工業(yè)革命。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)線充電不僅解決了家庭中線路問(wèn)題，為人們的出行提供方便，使我們的生活越來(lái)越智能化。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)已經(jīng)完成從有線通訊時(shí)代成功步入到無(wú)線通訊時(shí)代，以此類(lèi)推普及無(wú)線充電的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，無(wú)線充電技術(shù)目前有四種較為成熟的方式，無(wú)線充電的市場(chǎng)已經(jīng)被電磁感應(yīng)式成功地開(kāi)辟了，更為牢固的是電磁共振式的理論基礎(chǔ)，隨著技術(shù)的發(fā)展共振式原理也可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電。相信在不久的將來(lái)，無(wú)線充電會(huì)走進(jìn)千家萬(wàn)戶，人們也不會(huì)為“線”所煩惱。