簡易無線充電系統(tǒng)DIY設(shè)計(jì)方案

1、原理簡介

無線充電系統(tǒng)主要利用電磁感應(yīng)原理。 電磁感應(yīng)方案就是利用變壓器原理， 通過初、次級(jí)線圈的感應(yīng)來實(shí)現(xiàn)電能的傳輸。 基于這種方式的無線電能傳輸系統(tǒng)主要有三大部分組成，即能量發(fā)送端、無接觸變壓器、能量接收端。當(dāng)發(fā)送線圈中通以交變電流，該電流在將在周圍介質(zhì)中形成一個(gè)交變磁場(chǎng)， 接收線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可供電給移動(dòng)設(shè)備或者給電池充電。這種方案的特點(diǎn)是能量接收端和次級(jí)線圈相連，可靈活移動(dòng)，電路簡單，易于實(shí)現(xiàn)，可用于距離要求不高但又不需要機(jī)械和電氣連接的場(chǎng)合。

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1總體設(shè)計(jì)

無線充電系統(tǒng)由電源電路、高頻振蕩電路、高頻功率放大電路、發(fā)射、接收線圈和高頻整流濾波電路 5 部分組成，系統(tǒng)框架如下圖(1)所示，最后給可充電電池充電。從無線電路傳輸?shù)脑砩峡?，電能、磁能隨著電場(chǎng)與磁場(chǎng)的周期變化以電磁波的形式向空間傳播，要產(chǎn)生電磁波首先要有電磁振蕩，電磁波的頻率越高其向空間輻射能力的強(qiáng)度就越大，電磁振蕩的頻率至少要高于 100KHZ，才有足夠的電磁輻射。

2.2 高頻振蕩電路設(shè)計(jì)

用CMOS 電路六反相器 CD4069 的晶體振蕩電路CD4069 構(gòu)成的兩種晶體振蕩電路如圖(2)所示

用CD4069產(chǎn)生高頻振蕩比LC振蕩電路的效果要好

2.3 功率放大器的設(shè)計(jì)

電路如圖(3)所示

場(chǎng)效應(yīng)管屬于電壓控制元件，是一種類似于電子管的三極管，與雙極型晶體管相比，場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有輸入阻抗高，輸入功耗小，溫度穩(wěn)定性好，信號(hào)放大穩(wěn)定性好，信號(hào)失真小，噪聲低等特點(diǎn)，而且其放大特性也比電子三極管好，圖( 3)功率場(chǎng)效應(yīng)管電路中三個(gè)電阻 R1、R2、R3 并聯(lián)接到場(chǎng)效應(yīng)管的柵極 G， 前級(jí)的高頻振蕩電路也接到 G; 原級(jí) S 直接接地; 漏極 D 接LC 振蕩電路，其諧振頻率和前級(jí)的高頻振蕩頻率相同。

2.4發(fā)射、接收線圈電路流程圖 4 如下所示

發(fā)射和接收線圈都采用直徑0.5ram左右的漆包線繞 12 匝， 線圈直徑約為 80r。發(fā)射模塊的作用是將直流能量高效率地轉(zhuǎn)換為射頻功率信號(hào)，以便接收電路能夠充分利用能量接收模塊是在接收到前級(jí)的能量后對(duì)其進(jìn)行處理的模塊。為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，需要將接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行整流、濾波、降壓以及穩(wěn)壓處理，處理之后的直流電壓方可供其他負(fù)載使用。該模塊主要包括整流電路以及降壓電路。

2.5無線供電電路的選擇方案

CD4069 的晶體振蕩電路和功率場(chǎng)效應(yīng)管組成的無線充電電路。

電路如圖(6)所示

該充電電路的 CD400 系列的 CMOS 電路的極限電壓時(shí) 18v，不穩(wěn)的的交流 12v 電壓整流濾波后的空載電壓可能會(huì)超過 18v，所以 CD4069 的電源電壓用三端穩(wěn)壓集成電路7805 提供。CMOS 電路所有不用的輸入端接上適當(dāng)?shù)倪壿嬰娖?，晶體振蕩接成單門振蕩器，振蕩輸出經(jīng)二級(jí)緩沖后送到功率場(chǎng)效應(yīng)管的柵極 G，開始為保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管，柵極電路上設(shè)置偏壓和泄漏電路，保證電路穩(wěn)定工作。

3、實(shí)驗(yàn)步驟

按照下圖連接線路，連接好以后進(jìn)行調(diào)試。

4 、設(shè)計(jì)總結(jié)

該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌螯c(diǎn)亮發(fā)光二極管且能給充電電池充電，基本達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求但發(fā)射線圈與接收線圈之間的感應(yīng)距離不太長，因此具有改進(jìn)余地。例如可以在發(fā)射電路中再接一個(gè)功率放大電路使發(fā)射線圈的功率變大。[!--empirenews.page--]

5、仿真圖

仿真前：

仿真后：