簡(jiǎn)易無線充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

肖滟琳　吳昊

摘? 要：本設(shè)計(jì)基于電磁感應(yīng)原理制作的一款簡(jiǎn)易無線充電系統(tǒng)。無線傳輸方案的選擇是經(jīng)查閱資料，在現(xiàn)有的四種方案中選擇了最簡(jiǎn)單易行的電磁感應(yīng)方案。在能量發(fā)送端采用六反向器CD4069的晶體振蕩電路產(chǎn)生高頻振蕩;為保護(hù)CD4069，本設(shè)計(jì)采用三端集成穩(wěn)壓電路7085為CD4069供電;能量接收端主要由整流濾波電路組成，將接收的交流電變?yōu)榭蓪?duì)移動(dòng)設(shè)備、電池進(jìn)行供電的直流電。通過仿真表明，本設(shè)計(jì)是可行的。

關(guān)鍵詞：無線充電，電磁感應(yīng)，能量發(fā)送端，能量接收端，線圈

1總體方案設(shè)計(jì)

結(jié)合自己的實(shí)際知識(shí)，在查閱了大量相關(guān)技術(shù)資料后，本文提出了四種技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。下文將首先分別說明這四種方案的組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理、分析比較它們的特點(diǎn)，進(jìn)而闡述本文最終選擇方案的原因。

1.1方案比較

1.1.1方案一：電磁感應(yīng)方式

電磁感應(yīng)技術(shù)，可看作是分離式的變壓器。將發(fā)射線圈和接收線圈分離放置，當(dāng)發(fā)射端線圈有電能輸入時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)變化的磁場(chǎng)，接收端的線圈感應(yīng)到這一磁場(chǎng)，就產(chǎn)生了電流，這樣就能構(gòu)建一套無線電能傳輸系統(tǒng)。

1.1.2方案二：磁共振方式

相比與電磁感應(yīng)方式，磁共振技術(shù)在距離上更占優(yōu)勢(shì)，它的無線充電支持?jǐn)?shù)厘米至數(shù)米，更加靈活。磁共振也要使用兩個(gè)規(guī)格完全匹配的線圈，給其中一個(gè)線圈通電以產(chǎn)生磁場(chǎng)，另一個(gè)線圈共振，產(chǎn)生電流點(diǎn)亮燈泡或給設(shè)備充電。

1.1.3方案三：電場(chǎng)耦合方式

電場(chǎng)耦合方式分為送電側(cè)與受電側(cè)。兩組電極、一個(gè)振蕩器、一個(gè)放大器和一套升壓電路即組成了送電側(cè)。

1.1.4方案四：無線電波方式

接收電路捕捉從墻壁彈回的無線電波能量，在隨負(fù)載做出調(diào)整的同時(shí)保持穩(wěn)定的直流電壓。

1.2方案論證

基于技術(shù)原理和實(shí)驗(yàn)情況，方案一更可行。方案一的優(yōu)點(diǎn)在于：適合短距離充電，轉(zhuǎn)換效率高，深度貼合電氣工程學(xué)生所學(xué)的一系列專業(yè)知識(shí);缺點(diǎn)在于：必須要擺放在特定位置才能充電，且金屬會(huì)發(fā)熱;實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)在于高頻振蕩電路能否產(chǎn)生合適的頻率信號(hào)。

1.3方案選擇

基于對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解情況、方案的難易程度以及傳輸功率的大小等原因選擇了方案一：電磁感應(yīng)方式。

1.4硬件調(diào)試

1.4.1對(duì)整流濾波模塊的調(diào)試

按照原理圖，在Proteus上畫好電路圖后，接入12V 50HZ的交流電，準(zhǔn)備開始仿真。發(fā)現(xiàn)負(fù)載LED燈不亮，懷疑無線充電是否失敗。經(jīng)查閱資料后發(fā)現(xiàn)，1.7V的電壓還不足以使負(fù)載LED燈發(fā)亮，但無線充電成功，對(duì)更改后的電路進(jìn)行仿真，可見負(fù)載LED燈發(fā)光狀態(tài)良好，無線充電非常成功。仿真情況如圖4—1所示。

2系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)結(jié)論

2.1系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測(cè)試

在系統(tǒng)測(cè)試過程中，對(duì)高頻振蕩模塊進(jìn)行了測(cè)試，通過Proteus仿真軟件里的示波器對(duì)高頻振蕩模塊的輸出進(jìn)行了波形測(cè)試，發(fā)現(xiàn)輸出的振蕩波形為帶有毛刺的方波。并且利用電壓表對(duì)各模塊輸出電壓情況進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表4—1所示。

2.2系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)分析

從本設(shè)計(jì)的參數(shù)結(jié)果來看，基本滿足無線傳輸與充電條件。但充電效率會(huì)很低，因?yàn)閭鬏斶^來的電壓值不高、輸出功率不大。但本設(shè)計(jì)最終輸出的是帶有毛刺的方波，頻率為100HZ，輸出波形有待改善，輸出頻率也有待提高。

3結(jié)論

本設(shè)計(jì)基本達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)，性能達(dá)到中等水平。其優(yōu)點(diǎn)與特色在于無線充電技術(shù)的成功實(shí)現(xiàn)，其創(chuàng)新意義在于對(duì)無線充電技術(shù)的又一次嘗試，無線充電技術(shù)為人類能量傳輸?shù)母镄缕鸬搅送撇ㄖ鸀懙淖饔谩?/p>

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