无线电技能用于通讯,已经在全世界流行了近一百年。从最初的无线电广播和无线电报,开展到现在的卫星和微波通讯,以及遍及到全球简直每一个个人的移动通讯、无线网络、GPS等。无线通讯极大地改变了人们的出产和生活方法,没有无线通讯,信息化社会的方针是不行议的。可是,无线通讯传送的都是弱小的信息,而不是功率较大的/能量。因此许多运用极为便利的便携式的移动产品,都要不定期地衔接电网进行充电,也因此不得不留下各种插口和衔接电缆。这就很难完成具有防水功能的密封工艺,并且这种个性化的线缆使得不同产品的充电器很难通用。假如彻底去掉这些尾巴, 移动终端设备就能够取得实在的自在。也易于完成密封和防水。这个方针有必要要求能量也像信息相同完成无线传输。
能量的传送和信号的传输要求明显不同,后者要求其内容的完好和实在,不太要求功率,而前者要求的是功率和功率。虽然能量的无线传送的主意早已有之,但由于一向无法打破功率这个瓶颈,使它一向不能进入有用范畴现在,这个瓶颈依然没有实质性的打破。可是假如对传输间隔没有严格要求(不跟无线通讯比),比方在数cm(本文称微距)的范围内,其传输功率就很简单提高到满足的程度。假如能用比较简单的设备完成微距条件下的无线传能,并构成商业化的推行应用,当今社会随处可见的移动电子设备将有或许面对一次新的革新。
作业原理
将直流电转化成高频沟通电,然后经过没有任何有有线衔接的原、副线圈之间的互感耦合完成电能的无线馈送。根本计划如图1所示。
本无线充电器由电能发送电路和电能接纳与充电操控电路两部分构成。
电能发送部分
如图2,无线电能发送单元的供电电源有两种:220V沟通和24V直流(如轿车电源),由继电器J挑选。依照沟通优先的准则,图中继电器J的常闭触点与直流(电池BT1)衔接。正常情况下S3处于接通状况。
无线充电模块
当有沟通供电时,整流滤波后的约26V直流使继电器J吸合,发送电路单元便作业于沟通供电方法,此刻直流电源BT1与电能发送电路断开,一起LED1(绿色)发光显现这一状况。经继电器J挑选的+24V直流电首要为发射线圈L1供电,此外,经IC1(78L12)降压后为%&&&&&%IC2供电,为确保J的动作不影响发送电路的安稳作业,电容C3的容量不得小于2200uF。
图2无线电能发送单元电路图
电能的无线传送实际上是经过发射线圈L1和接纳线圈L2的互感效果完成的,这儿L1与L2构成一个无磁芯的变压器的原、副线圈。为确保满足的功率和尽或许高的功率,应挑选较高的调制频率,一起要考虑到器材的高频特性,经试验挑选1.6MHz较为适宜。IC1为CMOS六非门CD4069($0.1125),这儿只用了三个非门,由F1,F2构成方波振荡器,发生约1.6MHz的方波,经F3缓冲并整形,得到起伏约11V的方波来鼓励VMOS功放管IRF640($0.4600).足以使其作业在开关状况(丁类),以确保尽或许高的转化功率。为确保它与L1C8回路的谐振频率共同。可将C4定为100pF,R1待调。为此将R1暂定为3K,并串入可调电阻RP1。在谐振状况,虽然鼓励是方波,但L1中的电压是同频正弦波。由此可见,这一部分实际上是个变频器,它将50Hz的正弦转变成1.6MHz的正弦。
电能接纳与充电操控部分
正常情况下,接纳线圈L2与发射线圈L1相距不过几cm,且挨近同轴,此刻可取得较高的传输功率。电能接纳与充电操控电路单元的原理如图3所示。L2感应得到的1.6MHz的正弦电压有效值约有16V(空载)。经桥式整流(由4只1N4148($0.0054)高频开关二极管构成)和C5滤波,得到约20V的直流。作为充电操控部分的仅有电源。
由R4,RP2和TL431($0.0625)构成精细参阅电压4.15V(锂离子电池的充电中止电压)经R12接到运放IC的同相输入端3。当IC2的反相输入端2低于4.15V时(充电过程中),IC3输出的高电位一方面使Q4饱满从而在LED2两头得到约2V的安稳电压(LED的正导游通具有稳压特性),Q5与R6、R7便据此构成恒流电路I0=2-0.7R6+R7。另一方面R5使Q3截止,LED3不亮。
图3无线电能接纳器电路图
当电池充溢(略大于4.15V)时,IC3的反相输入端2略高于4.15V。运放便输出低电位,此刻Q4截止,恒流管Q5因彻底得不到偏流而截止,因此中止充电。一起运放输出的低电位经R8使Q3导通,点亮LED3作为充溢状况指示。两种充电形式由R6、R7决议。这个非序列值能够在E24序列电阻的标称值为918的电阻中找到,就用918的也行。假如作为产品规划,这部分电路应当尽或许微型化(电流表电压表只是在试验品中调试时用,产品中不需要),最好成为电池的隶属电路。
首要元器材挑选
电源变压器T1:5VA18V,这儿使用现有的双18V的,经整流滤波后得到约24V的直流继电器J:DC24V,经丈量其牢靠吸合电流为13mA,保险管FUSE:快速反应的1A,可调电阻RP1和RP2:用精细可调的,谐振电容C8:瓷介%&&&&&%耐压不小于63V,整流桥D5-D8:用高频开关管1N4148,精细电压源:TL431,运放%&&&&&%3:OPA335($1.1875),TI公司的轨对轨精细单运放,晶体管Q3、Q4和Q5:要求漏电流小于0.1uA,扩大倍数大于200,图中已标类型,发光管LED2:普亮(红),正向VA特性尽或许陡直(动态电阻小,稳压特性好),发送线圈L1:用U1mm的漆包线在U66mm的圆柱体(易拉罐正好)上密绕20匝,用502胶恰当粘接,脱胎成桶形线圈,接纳线圈L2:用U0.4mm的漆包线在相同的圆柱体上密绕20匝,脱胎后整理成密圈形然后粘接固定。这是为了使接纳单元尽或许薄型化。
调试关键
作为可行性探究试验的样机,本规划仅针对100mAh左右的小容量锂离子电池和锂聚合物电池,适用于MP3、MP4和蓝牙耳机等袖珍式数码产品。将它推行到大容量电池,并不存在准则性的妨碍。当然,从试验室的样机到商场中的产品,或许还有比较绵长和困难的作业,如电磁辐射的走漏问题,本钱操控与产品工艺,以及商场切入与消费发动等。