非接触式感应充电电路的设计

论文总字数：16163字

摘 要

非接触式感应充电利用电磁感应原理，对设备进行安全有效的充电，在医疗，交通，导弹，卫星和太空方面都有着良好的发展前景，并且作为一种新型的充电方式得到了广泛的关注。无线充电器系统设计主要由非门振荡模块、功率放大模块、耦合线圈能量传递模块、能量转换模块、精准电压比较模块、充电模块几个部分组成，通过线圈与线圈之间的能量耦合来实现无线充电。本次设计低辐射、低损耗、传输效率较高，具有广泛的应用和开发价值。

关键词：电磁感应,无线充电,电能传输,低损耗

Abstract:contactless inductive charing by utilizing the electromagneetic induction principle,equipment for charing, safe and effective in the medical, transportation,missiles,satellites and space have good prospects for development, and as a charging model has been widespread concern.Design of wireless charger system is mainly composed of a NOR gate oscillate module, power amplifier module, coupling coil energy transfer module, energy conversion module, precision voltagecomparison module, a charging module of several parts, through the energy coupling between the coil and the coil to realize wirelesscharging.The design of low radiation, low loss, high transmission efficiency, with the application and development value widely.

Keywords: electromagnetic induction,wrieless charging,power transmission,low loss

目 录

1 绪论 4

1.1 非接触式感应充电的简介 4

1.2 非接触式感应充电的现状和发展前景 4

1.3 研究目的和意义 4

2 非接触式感应充电技术的原理 5

2.1 电磁感应方式 5

2.2 磁共振方式 6

2.3 电场耦合方式 6

2.4 无线电波方式 6

2.5 优缺点 6

3 相关芯片元器件介绍 8

3.1 78L12 8

3.2 CD4069 9

3.3 IRF640N 10

3.4 桥氏整流 11

3.5 TL431 12

3.6 三极管9012 9013 13

3.7 OPA335 14

4 硬件电路设计 15

4.1线圈规格分析与选定 15

4.2 设计方案 15

4.3 振荡电路的工作原理 16

4.4 功放电路的工作原理 17

4.5 发射电路及计算 18

4.6 发送电路的设计 19

4.7 能量耦合部分的设计 21

4.8 接收电路的设计 22

4.9 无线充电器的总电路图 23

结论 24

参考文献 25

致谢 26

1 绪论

当今的电子产品如mp3手机和笔记本电脑等实行充电主要选用的是有线连接的形式。这种方法有很多不利的地方，首先对插头频繁的拔插很容易造成它的损坏，并且随着拥有的电子设备的增多，线越来越多很难理清，并且插孔也需要事先准备好多个，经常不够用。另外电线也可能带来触电的危险。而现在只要借助无线充电器，就能隔空取电，不会再被束手束脚。

1.1 非接触式感应充电的简介

非接触式感应充电技术是由无线电传输技术演变而来，通过电磁感应让充电器和设备之间传输能量，并且调节频率使得发端的频率，使得和接收端的频率达到一致，形成共振，提高传输效率。

1.2 非接触式感应充电的现状和发展前景

2007年麻省理工学院毕业的马林·索尔贾希克（Marin Soljacic）等人在美国《科学》杂志的网站上发表了他们的研究成果。无线电能传输的想法早已被提出，但一直未能实现，因为发射器发出的电磁能传播到四周，不集中，传递能量的效率低，能量转换少。而一种可以通过无线电能传输使得能量转换的理论被教授马林·索尔贾希克提出了。索尔贾希克提出的理论，是使电磁能量发射机和接收机设备产生相同的频率达到共振，从而实现能量的转换效率，减少能量损耗。参照这一理论，研究小组进行了实验，他们用铜质线圈作为电磁共振器，分别装在发送端和接收端。让发送端送出某一特定频率的电磁波，并且接收端的频率也相同。从而使电能得到了无线传输。他们进行了多次实验，成功的将“共振原理”应用到实验当中，并取得了成功。这项技术取得了成功，在两米外隔地点亮了一个60瓦的灯泡。虽然目前最远距离只有2.7米，但研究者相信在2.7米内已经能用电源对电池进行无线充电，这是在整个范围内的。富士通说这个系统可以在同一电源充电，没有了需要配套充电器的问题。研究者相信这一技术在未来将得到广泛的运用。 

随着科技的发展和社会的进步，这种技术的优势开始体现，许多公司都生产无线MP3，手机，剃须刀，计算机等。无线充电逐渐走进了人们的生活中。但无线充电还不很完善，充电效率不是很高，还需进一步改进。 

目前,无线充电技术在小功率家电的范围内具有一定优越性的。但对于实施大功率的无线传输不是很容易。

1.3 研究目的和意义

智能产品耗电快，经常会遇到手机、电脑需要充电的情况，但携带充电器是很麻烦的，也不是随时随地能找到电源。随着智能产品的增多，我们还需要带不同型号的充电器。如果无线充电技术能够普及，我们将没有这样的困扰，减少了许多麻烦，生活更加便利。 

早在几多年前交流电之父特斯拉就提出了无线充电的构想。他设想让地球和电离层之间形成低频共振，并且利用地球周围的电磁波作为传输电能的工具，类似于无线电通信。但由于资金缺乏特斯拉在1908年停止了这项实验，他建造的铁塔也被拆除抵债。 

经研究表明无线充电期间手机电池不会出现过热和漏电现象。由于目前业界主要采用的主要是Qi无线充电技术的低功率部分（5W以下），与一般的USB接口电源充电无异，只是电流比较低，大约500mA（智能机的有线充电器电流一般是1000mA),所以不会产生过热问题，至于漏电问题，由于Qi无线充电技术接收端需要通过线圈将电磁场转换成电力，由此不会出现漏电现象。

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