基于超級電容的無線充電遙控器

翁羽涵 吳淵

指導(dǎo)教師：丁良峰

研究背景

普通遙控器的干電池是一次性的，用完就要換。如果很久不用，就會生銹、漏液，進而損壞電池盒，致使遙控器失靈。如果使用蓄電池，那么蓄電池經(jīng)常使用時，其壽命一般在2-3年，如果長時間處于饋電狀態(tài)的話，在數(shù)月內(nèi)就會無法使用，并且電池充電時需要取放電池也是一件挺麻煩的事情。因此，設(shè)計一款可以實現(xiàn)無線充電且不用電池的遙控器就成了我們的研究項目。

研究目標

1.基于無線充電技術(shù)實現(xiàn)無線電力傳輸;

2.采用超級電容進行電能存儲;

3.設(shè)計一款可以實現(xiàn)無線充電的遙控器架。

研究過程

1.現(xiàn)狀分析

現(xiàn)有的遙控器主要采用干電池或紐扣電池供電的方式，電池需要定期進行更換。如果長時間不使用時，會出現(xiàn)漏液，腐蝕電池連接的金屬極片，造成生銹，嚴重時會腐蝕線路板，致使遙控器損壞。

現(xiàn)有的充電技術(shù)有有線充電和無線充電的方式，主要是針對鉛蓄電池、鋰電池等進行充電。有線充電穩(wěn)定性好、充電速度快，適合大容量的電池充電，缺點是需要進行連線才能實現(xiàn)充電。無線充電避免了連線的麻煩，充電相對慢一些，適合于一些小容量的蓄電池充電。鉛蓄電池、鋰電池體積大、蓄電量大，缺點是使用時間一般在兩三年，如果長時間不用會出現(xiàn)饋電現(xiàn)象。超級電容作為一種儲存電能的元件，其特點是體積小，容量相對較大，并且充電速度快，適合在一些耗電量較少的電器上使用。

結(jié)合現(xiàn)有的充電方式和儲電材料，對于耗電量很少的遙控器而言，選擇無線充電的方式對超級電容進行充電來實現(xiàn)供電，這樣可以避免干電池帶來的不便，也減少了生產(chǎn)和廢棄電池處理帶來的污染等一系列問題。

研究思路

基于超級電容的無線充電遙控器的設(shè)計主要是將220V降壓至12V（樣品采用12V電池盒供電）給無線充電模塊供電，經(jīng)無線傳輸穩(wěn)壓輸出為5V，再經(jīng)降壓模塊降至3V給遙控器供電，其控制原理圖如圖1所示。

1.無線充電模塊（如圖2所示），電磁感應(yīng)式的原理：初級線圈有一定頻率的交流電，通過電磁感應(yīng)在次級線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)移到接收端（如圖3所示），經(jīng)穩(wěn)壓模塊處理可輸出為5V。

2.降壓模塊。由于遙控器芯片的工作電壓為3V，所以需要對5V電壓進行降壓處理。在設(shè)計時采用自動升降壓穩(wěn)壓電源模塊，輸出為3V，這時可以滿足需要，如圖4所示。

3.超級電容。超級電容器（如圖5所示）是指介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，它既具有電容器快速充放電的特性，同時又具有電池的儲能特性。其特點是：循環(huán)壽命長。在幾秒鐘的高速深度充放電循環(huán)50萬次至100萬次后，超級電容器的特性變化很小，容量和內(nèi)阻僅降低10%-20%;免維護。超級電容器充放電效率高，對過充電和過放電有一定的承受能力，可穩(wěn)定地反復(fù)充放電，在理論上是不需要進行維護的;綠色環(huán)保。超級電容器在生產(chǎn)過程中不使用重金屬和其他有害的化學(xué)物質(zhì)，且自身壽命較長，因而是一種新型的綠色環(huán)保電源。

設(shè)計過程

材料與工具：遙控器、無線充電模塊、自動升降壓穩(wěn)壓電源模塊、超級電容、接觸開關(guān)、亞克力板、銅箔雙面膠、電池盒、激光切割機、熱膠槍、電烙鐵、焊錫絲等。

制作過程：首先是對現(xiàn)有的遙控器進行改裝，拆除原有遙控器中安裝電池的彈片，焊接超級電容和自動穩(wěn)壓模塊，再連接無線充電模塊的接收端。將超級電容和自動穩(wěn)壓模塊置于遙控器中原來放置電池的空間，無線接收模塊的線圈固定在遙控器背面適當位置。為便于觀察遙控器是否工作，在遙控器紅外發(fā)射管處并聯(lián)一個紅色的發(fā)光二極管，以便于觀察其工作情況（如圖6-9所示）。

制作無線充電的發(fā)射裝置，使用激光切割機加工亞克力板，在合適的位置固定無線充電模塊的發(fā)射線圈，底板上面安裝接觸開關(guān)，使得遙控器放在支架上時，發(fā)射線圈和接收線圈處于同一高度，為正對狀態(tài)。放置遙控器位置兩側(cè)安裝輔助板，背面安置電池盒，最后完成作品（如圖10-14所示）。

實驗測試

將遙控器放置在充電底座上，接通開關(guān)，無線充電模塊開始工作，對超級電容進行充電，充電10-600秒可達到其額定容量的95%以上。取下遙控器進行按鍵測試，指示燈閃爍，表示超級電容已經(jīng)存儲電能（如圖15所示）。

研究結(jié)論

基于超級電容的無線充電遙控器放置在充電底座上，接通電源，實現(xiàn)無線充電，利用超級電容體積小、充電容量大、反復(fù)使用次數(shù)多，實現(xiàn)了綠色環(huán)保的理念。

（責(zé)任編輯：曹偉）