手機(jī)無線充電收發(fā)設(shè)計(jì)

安逸　曹玲娟　李祖坤　戴哲浩　陳文軒

摘要：雖然手機(jī)獲得了快速穩(wěn)定發(fā)展，但手機(jī)的電量越來越不耐用。這帶動(dòng)了充電寶的發(fā)展，但帶線的充電寶還是有弊端存在。利用信號(hào)的發(fā)射與接收，實(shí)現(xiàn)了電能_磁場(chǎng)能一電能的轉(zhuǎn)換，發(fā)射端和接收端可代替手機(jī)充電線，通過電磁感應(yīng)、磁耦合、無線充電技術(shù)制作無線充電器，實(shí)現(xiàn)了能量的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)無線充電。

關(guān)鍵詞：手機(jī)無線充電;發(fā)射端;接收端;電磁感應(yīng)

中圖分類號(hào)：TM910.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.15913/j .cnki.kjycx.2019. 11.052

1 引言

大多數(shù)手機(jī)都需要用數(shù)據(jù)線為其充電，繁雜的數(shù)據(jù)線給人們帶來了很多不便，人們希望改變有線充電方式，因此，無線充電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。利用信號(hào)的發(fā)射與接收實(shí)現(xiàn)無線充電，制作兩個(gè)端口，一個(gè)發(fā)射端和一個(gè)接收端，需要充電時(shí)將發(fā)射端置于移動(dòng)電源上，接收端置于手機(jī)殼上，將手機(jī)置于移動(dòng)電源上，把兩端口對(duì)齊即可實(shí)現(xiàn)無線充電，從而減少了充電步驟，降低了接觸不良的可能性[1]。無線充電的概念雖然早已出現(xiàn)，但是受益的機(jī)型還是很狹窄的，該研究項(xiàng)目可用于各種型號(hào)的手機(jī)。目的是獲得快速方便的手機(jī)充電方式，去除有線充電線路帶來的不便，實(shí)現(xiàn)手機(jī)與移動(dòng)電源之間的無線充電[l]。

2 原理與設(shè)計(jì)方案

無線充電技術(shù)是指不通過物理連接，而是依靠空間磁場(chǎng)傳遞電能量給用電端的技術(shù)。主要采用電磁感應(yīng)原理，及相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)理論可知，導(dǎo)體在磁通量變化的磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果導(dǎo)體是閉合回路的一部分，則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。電磁感應(yīng)式充電技術(shù)根據(jù)這個(gè)原理，在供電端線圈接通方向產(chǎn)生交變電流，由于變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而用電端的線圈也處于該磁場(chǎng)中，并且兩個(gè)線圈近距離平行放置，即可在用電端的線圈產(chǎn)生方向變化的電流，利用信號(hào)的發(fā)射與接收實(shí)現(xiàn)無線充電，制作了兩個(gè)端口，一個(gè)發(fā)射端和一個(gè)接收端，需要充電時(shí)將發(fā)射端置于充電寶上，接收端置于手機(jī)殼上，將手機(jī)置于充電寶上，然后將兩個(gè)端口相互接觸即可實(shí)現(xiàn)手機(jī)與移動(dòng)電源之間的無線充電。無線充電結(jié)構(gòu)主要分為發(fā)射端（供電端）與接收端（用電端）兩部分，無線充電基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 電池保護(hù)電路

IP5306是一款集成升壓轉(zhuǎn)換器、鋰電池充電管理、電池電量指示的多功能電源管理SOC，為移動(dòng)電源提供完整的電源解決方案。DC-DC轉(zhuǎn)換器工作在500 kHz，可以支持低成本電感和電容。它的同步升壓系統(tǒng)提供最大2.4A輸出電流，轉(zhuǎn)換效率高至91%?？蛰d時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，靜態(tài)電流降至50 μA。它采用開關(guān)充電技術(shù)，提供最大2.IA電流，充電效率高至97%。電路原理如圖2所示。

IP5306共有8個(gè)引腳：引腳1為DC5 V充電輸入引腳;引腳2、引腳3、引腳4為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)引腳;引腳5為按鍵輸入，照明燈驅(qū)動(dòng)復(fù)用;引腳6為升壓輸入引腳，連接鋰電池正極;引腳7為升壓輸入引腳，連接鋰電池正極;引腳8為5V升壓輸出引腳[1]。

2.2 發(fā)射電路

發(fā)射電磁波電路基本原理圖如圖3所示，在原邊通入交變電流，副邊由于電磁感應(yīng)原理會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果與副邊電路連通，即可出現(xiàn)感應(yīng)電流。相對(duì)于無線電源而言，變壓器的原邊相當(dāng)于電源發(fā)射線圈，副邊相當(dāng)于電源接收線圈，這樣就可以實(shí)現(xiàn)電能從發(fā)射線圈到接收線圈的無線傳輸。由單片機(jī)控制4個(gè)開關(guān)管，當(dāng)開關(guān)管2和4導(dǎo)通時(shí)，1和3斷開，電流方向由上向下;當(dāng)開關(guān)管1和3導(dǎo)通時(shí)，2和4斷開，電流方向由下向上。當(dāng)電流方向周期變化時(shí)，電能便由原邊通過變化的磁場(chǎng)傳遞給副邊。

2.3 接收電路

接收電路如圖4所示。

接收端主要采用NE6053芯片為核心器件，NE6053芯片采用32位ARM核，并且使用QNF封裝，整合高精度電流采樣電路、線圈電流幅度檢測(cè)電路、大功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路以及QC/PE/USB-PD協(xié)議控制電路，外圍將會(huì)非常干凈，降低對(duì)外圍高精度電阻，芯片架構(gòu)完全符合WPC系統(tǒng)要求。接收端芯片可做限流可調(diào)功能，給2.5W或5W小功率設(shè)備無線充電。外形輕薄，芯片的最大效率達(dá)79%[1-2]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

無線充電系統(tǒng)分為發(fā)射端與接收端，通過電磁感應(yīng)，接收端與發(fā)生端通過空間磁場(chǎng)，來傳輸電能。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑槟芊駥?shí)現(xiàn)接收端與發(fā)射端的無線充電。在能夠進(jìn)行無線傳輸電能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究解決如何提高電能傳輸之間的效率問題。三極管開關(guān)電壓如圖5所示，發(fā)射和接收線圈波形圖如圖6所示。

4 總結(jié)

利用電磁感應(yīng)原理及相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)設(shè)計(jì)了無線充電的接收端和發(fā)射端，發(fā)射端和接受端通過耦合電感實(shí)現(xiàn)電能無線傳輸，擺脫了傳統(tǒng)充電器繁雜數(shù)據(jù)線和插座的弊端，給人們的生活帶來便利。通過電磁感應(yīng)，磁耦合等無線充電技術(shù)制作磁片，實(shí)現(xiàn)磁片作為中介實(shí)現(xiàn)能量的傳輸，沒有手機(jī)型號(hào)的困擾，能夠適用于各種型號(hào)的智能手機(jī)[1]。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧偉偉，賈搏睿，王鑫怡，等.手機(jī)鋰電池?zé)o線充電器設(shè)計(jì)[J].電源世界，2017 （6）： 26-29.

[2]吳藝明，王春芳，李政泰，等.無線充電系統(tǒng)發(fā)射和接收線圈優(yōu)化[J].廣東電力，2018，31（ ll）：79-85.

[3]邱琳.智能手機(jī)無線充電系統(tǒng)通信方案設(shè)計(jì)研究[J].電子世界，2017 （2）： 174-181.

[4]邱紅.無線充電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，36（ 15）：75.