電磁感應(yīng)式智能無線充電器設(shè)計方案

因不同的類型電子產(chǎn)品需要使用不同的充電器，充電時還要尋找合適的插口和理順接線，筆者利用電磁感應(yīng)原理，設(shè)計了智能無線充電器。該無線充電器具有 自動感應(yīng)充電和充滿電后智能斷電功能，不僅適用于各種不同充電電壓和容量的電子產(chǎn)品，而且能夠?qū)Χ嗯_不同的電子產(chǎn)品同時進行充電。作品采用智能無線充電的 設(shè)計思想，具有使用方便、適用面廣的優(yōu)點，有較高的推廣應(yīng)用價值。

1.系統(tǒng)概述

1.1當(dāng)前充電模式情況

在電子科技技術(shù)高速發(fā)展的今天，全球范圍內(nèi)的手機用戶數(shù)量已經(jīng)達到了33億，再加上MP3、MP4等其他周邊電子產(chǎn)品，平均不到2人就擁有一個需要充電 的便攜式電子產(chǎn)品。目前普遍使用的都是數(shù)據(jù)線插接式充電，這種充電方式數(shù)據(jù)線接口用久了通常會有觸不良等現(xiàn)象，而且單個充電器適應(yīng)面不廣，因不同的類型電 子產(chǎn)品需要使用不同的充電器，充電時還要尋找合適的插口和理順接線，真可謂費時費力;各種便攜式電子產(chǎn)品的充電是一件令人頭痛的麻煩事。為了改良上面的現(xiàn) 象，研發(fā)智能無線充電器是很有必要的。

1.2作品簡介及優(yōu)點

智能無線充電器利用 電磁感應(yīng)原理，是非接觸充電系統(tǒng)，不再通過導(dǎo)線(充電線)傳輸電能，而是無線傳輸方式充電。沒有充電所用的物理接口，與一般充電器相比，避免了插線或拔電 池的麻煩，具有一般充電器的工作原理;作品采用一(充電器)對多(感應(yīng)負(fù)載)充電、智能充電的設(shè)計思想;無線充電器對負(fù)載充電時，指示燈將由綠燈轉(zhuǎn)換為七 彩燈，手機也正確顯示充電狀態(tài)并智能完成充過程(實驗產(chǎn)品為手機)。本充電器可以同時對多個負(fù)載充電，可以自動感應(yīng)是否有負(fù)載充電，達到自動充電，充滿電 后10秒自動斷電，達到智能化;從而大大方便了用戶。智能無線充電器使用十分方便、一個充電器就可以滿足一個家庭的需要，具有較高的推廣應(yīng)用價值、成本低 廉(與一般充電器價格相差不多)等優(yōu)點，現(xiàn)在世界上許多大公司(如Sony，Intel，apple，飛利普等)也正在火熱研究中;智能無線充電必將是取 代物理直插的發(fā)展方向，將肯定受到人們的歡迎和重視。

基于以上思路，充分運用所學(xué)電子技術(shù)知識，經(jīng)過老師悉心指導(dǎo)。設(shè)計、制作智能無線充電器，它具有如下優(yōu)點：

(1)成本低廉

電路由脈沖產(chǎn)生部分、功率放大部分，濾波部分、比較部分及發(fā)射和接收部分組成，每部分只是幾個小元件組成，制作簡單。

(2)一對多充電

一臺充電器可以對多個負(fù)載充，一個家庭購買一臺充電器就可以滿足全家人使用，隨著負(fù)載的增加，工作效率也會增高，因此可以節(jié)約用電同時亦可減少不必要的開銷。

(3)方便性

與一般充電器相比，減少了插拔的麻煩，同時亦避免了接口不適用，接觸不良等現(xiàn)象，老年人也能很方便地使用。

(4)智能化

只要把感應(yīng)負(fù)載往充電器上面放，就可以自動感應(yīng)充電，通過信息反饋，當(dāng)感應(yīng)負(fù)載滿電后，自動斷電，實現(xiàn)充電過程智能化。

2.工作原理概述

2.1系統(tǒng)模塊

無線充電器利用電磁感應(yīng)原理。通過NE555D芯片產(chǎn)生一個36.7K的脈沖頻率(因為經(jīng)過調(diào)試在36.7K頻率時，效率達到最高)，IRFP460功 率放大，使發(fā)射線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)接收線圈靠近時，產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)過全波整流和穩(wěn)壓，得到負(fù)載(手機)所需要的充電電壓和電流。發(fā)射線圈的電流會隨著感應(yīng) 負(fù)載的增加而增大，通過運放把0.33歐的負(fù)載電壓23倍放大，再經(jīng)過1N4148整流濾波得到電壓U1與基準(zhǔn)源Uo比較。充電時，U1大于Uo七彩燈閃 亮，表示正在充電;空負(fù)載或充滿電時，U1小于Uo，綠燈亮，若10秒鐘后沒有感應(yīng)負(fù)載，自動斷電;按一下復(fù)位鍵則充電器重新啟動。具體電路分析如下：

2.1.1NE555D脈沖發(fā)生器模塊

如圖1，根據(jù)T=(R1+Rp)C1，f=1/T，調(diào)節(jié)Rp使NE555D輸出一個36.7KHZ的脈沖頻率。

2.1.2功率放大及無線發(fā)射模塊

主要把NE555D產(chǎn)生的一個36.7KHZ的脈沖功率放大，經(jīng)發(fā)射線圈發(fā)射出去。當(dāng)脈沖為高電平時，Q12柵極為高電平，Q12導(dǎo)通，此時Q8飽 和，Uceq電壓只有0.67V，經(jīng)D10-4148后Q1柵極電壓為0，Q1截止。當(dāng)脈沖為低電平時，Q8、Q12同時截止，電流直接由 R16D10Q1，Q1導(dǎo)通。整個過程中Q1與Q12均以一開一關(guān)的形式工作。電路如圖2：

2.1.3感應(yīng)線圈模塊

如圖3，當(dāng)感應(yīng)線圈靠近發(fā)射線圈時，就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)過全波整流后，根據(jù)不同的電子產(chǎn)品的充電電壓，可選擇不同的穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓，再經(jīng)三極管Q100放大電流后供給不同電子產(chǎn)品充電。

2.1.4充電檢測模塊

當(dāng)有感應(yīng)負(fù)載時，R20(0.33歐)電阻上的電壓會增大，經(jīng)運 放U2A放大A=1+R5/R6=23倍后，電壓變化明顯，再經(jīng)過1N4148整流濾波，得電壓U1與基準(zhǔn)源U。比較，此時U1>U。，運放輸出Ui為高 電平，七彩燈閃爍;當(dāng)感應(yīng)負(fù)載充滿電(或沒有感應(yīng)到負(fù)載)，此時U1

2.1.5智能斷電模塊

(1)當(dāng)開關(guān)S2斷開時，整充電器處于智能充電過程。充電器啟動時，繼電器K1閉合，同時K2為斷開狀態(tài)。當(dāng)有感應(yīng)負(fù)載時，七彩燈閃爍，Ui為高電平， 此時Q5飽和，電壓Uceq為0.67V，低于Q2+Q4的導(dǎo)通電壓之和(1.34V)，Q2與Q4構(gòu)成達林頓，同時截止，繼器K1吸合;當(dāng)感應(yīng)負(fù)載充滿 電(或無感應(yīng)負(fù)載)時，綠燈亮，即Ui為低電平，此時Q3截止，電容C5與R9構(gòu)成RC充電電路，當(dāng)電容充電電壓到達Q2與Q4的導(dǎo)通電壓時，Q2導(dǎo)通， 使Q4飽和，此時繼電器工作電壓只有0.67V，繼電器斷開，整個電路處于完全斷電狀態(tài)。斷電后，繼電器K2閉合，此時C5與R13構(gòu)成RC放電電路，給 C5快速放電。當(dāng)按一下輕觸復(fù)位開關(guān)時，充電器重新啟動。當(dāng)感應(yīng)負(fù)載充滿電(或無感應(yīng)負(fù)載)時，電容C5充電，其電壓為Ut

由公式Ut=12*(1-e-t/R9C5)得：t=-R9C5ln(1-Ut/12)

其中C5=100UF，R9=1MΩ，Ut=1.34V，

經(jīng)計算得斷電時間：t=10S

實現(xiàn)了10秒自動斷電。在綠燈亮的10秒內(nèi)只要有感應(yīng)負(fù)載，則Ui為高電平，Q3飽和，電容C5放電。整個充電過程實現(xiàn)智能化斷電。

(2)當(dāng)S2閉合時，整個充電電路處于手動斷電過程。[!--empirenews.page--]

2.1.6流程圖

具體工作流程如圖7所示：

2.2系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)實物圖如圖8、圖9、圖10所示。

3.主要技術(shù)指標(biāo)

該作品主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示

4.元件清單

本系統(tǒng)所采用的主要元件清單如表2所示：

經(jīng)統(tǒng)計得：

元器件總價格$=17.18(元)。

5.作品擴展

通過研究，我們發(fā)現(xiàn)無線電磁感應(yīng)充電的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，除了應(yīng)用于最基本的手機、MP3、MP4、筆記本電腦，數(shù)碼相機等便攜設(shè)備充電外，還可以應(yīng)用在醫(yī)療、工業(yè)領(lǐng)域中，特別對于那些完全密封式的設(shè)備有著更重要的意義;如果把發(fā)射線圈裝進鼠標(biāo)墊里面，便可實現(xiàn)鼠標(biāo)無線供電。其實除了感應(yīng)充電以外，還可以通過改變脈沖頻率實現(xiàn)驅(qū)蚊趕鼠等功能。

6.結(jié)束語

本設(shè)計把目前電子類課程所學(xué)的專業(yè)知識真正應(yīng)用到實踐中，由于作品架構(gòu)設(shè)計合理，電路功能實現(xiàn)較好，性能優(yōu)良、穩(wěn)定，較好地達到了預(yù)期設(shè)計要求的各項指標(biāo)。

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