基于超級電容的無線充電遙控器

翁羽涵 吳淵

指導教師：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，在數月內就會無法使用，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，設計一款可以實現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.基于無線充電技術實現無線電力傳輸;

2.采用超級電容進行電能存儲;

3.設計一款可以實現無線充電的遙控器架。

研究過程

1.現狀分析

現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。

現有的充電技術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饋電現象。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。

結合現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供電，這樣可以避免干電池帶來的不便，也減少了生產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，經無線傳輸穩(wěn)壓輸出為5V，再經降壓模塊降至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），電磁感應式的原理：初級線圈有一定頻率的交流電，通過電磁感應在次級線圈中產生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端（如圖3所示），經穩(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。超級電容器在生產過程中不使用重金屬和其他有害的化學物質，且自身壽命較長，因而是一種新型的綠色環(huán)保電源。

設計過程

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、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，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，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，表示超級電容已經存儲電能（如圖15所示）。

研究結論

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，實現無線充電，利用超級電容體積小、充電容量大、反復使用次數多，實現了綠色環(huán)保的理念。

（責任編輯：曹偉）