1、 目錄引言：21 無線充電器在國外的發展現狀31.1 國外發展與現狀41.2 國發展與現狀41.3 建立國際統一標準42 系統硬件電路設計52.1 系統整體框圖52.2 供電電源模塊62.3 發射電路62.4 接收轉換電路72.5 充電電路83 主要元器件選擇94 調試要點94.1 調工作頻率94.2 調基準電壓94.3 調充電控制9結束語10參考文獻10無線充電器的設計電子系本科0902班 學生 XX 指導老師 XXXXXX摘要：無線充電器運用了一種新型的能量傳輸技術無線供電技術。該技術使充電器擺脫了線路的限制，實現電器和電源完全分離。在安全性，靈活性等方面顯示出比傳統充電器更好的優勢。在如

2、今科學技術飛速發展的今天，無線充電器顯示出了廣闊的發展前景。本文設計了一種利用電磁感應原理實現的無線充電裝置,重點論述了實現此裝置系統的結構和磁耦合方案，與對無線電能傳輸系統的關鍵部件耦合變壓器的結構進行了詳細分析。關鍵詞：無線充電技術；磁耦合；電磁感應；充電器引言：現今幾乎所有的電子設備，如手機，MP3和筆記本電腦等進行充電的方式主要是一端連接交流電源,另一端連接便攜式電子設備充電電池的有線電能傳輸。這種方式有很多不利的地方,首先頻繁的插拔很容易損壞主板接口,另外不小心也可能帶來觸電的危險。因此,非接觸式感應充電器在上個世紀末期誕生,憑借其攜帶方便、成本低、無需布線等優勢迅速受到各界關注。目

3、前無線充電的技術已經開始在手機中運用。由于無線傳輸的距離越遠，設備的耗能就越高。要實現遠距離大功率的無線電磁轉換，設備的耗能較高。所以, 實現無線充電的高效率能量傳輸,是無線充電器普與的首要問題。另一方面要解決的問題是建立統一的標準，使不同型號的無線充電器與不同的電子產品之間能匹配,從而實現無線充電。 我們的生活幾乎每天都會有這樣一幕幕的場景：拉出一根數據線，連接手機和插座為手機、數碼相機、MP3 播放器等充電，完美音質的音響、超清晰超大屏幕的液晶屏電視背后依靠一根長長的電源線面對如此多的“電源線”，有沒有想過，有一天這些線全部消失，被一種看不見的傳輸工具所替代？那樣我們就不用再為各種纏繞在一

4、起的電線影響美好的生活。其實這樣的生活離我們并不遙遠。無線充電技術在 2007 年就已獲得了 20 項專利，多種設備可以使用一臺充電器1。手機、電腦、音樂播放器、電動工具和其他的用電設備的“剪不斷理還亂”的有線充電器將會離我們遠去。通過使用線圈之間產生的磁場，神奇的傳輸電能，電磁耦合技術將會成為連接充電基站和設備的橋梁。在當前的大部分充電器，都通過金屬電線直接接觸的方式，給設備置電池充電的情況下，無線充電器顯示了它自己先天的優越性。無線充電技術的優勢在于便捷性和通用性2。目前缺點就是效率低?，F今對便攜式電子產品進行充電用的數據線連接器不僅僅可以進行電能的傳輸，同時還能把音頻和視頻文件通過USB

5、 接口同步傳送到設備上。無線充電技術還是會給 WiFi 和電池技術帶來進步的。另外，通過采用無線充電技術，移動設備公共充電站將會有可能成為現實。近年來，隨著新方法新材料的應用，無線充電已經實現。依靠線圈之間的電磁感應的無線充電方式，工作距離短，被充電終端需要放置在充電座上。需要充電時，發射器和接收芯片會同時自動開始工作，充滿電時，同時就會自動關閉。無線充電設備的效能接收在70%左右，和有線充電設備相當，但是它應具備充滿自動關閉的功能，避免不必要的能耗。1 無線充電器在國外的發展現狀無線充電已從夢想成為現實，從概念變成商用產品。早期就有人發現將繞線式變壓器的“E”型鐵心繞線后接上市電就可以感應傳

6、電，但距離略為增加后感應效果就會減弱甚至消失3。這是因為在市電50Hz下，電磁波的傳遞會隨著距離增加而出現能量的快速衰退。隨著電子設備產業蓬勃發展，各廠家競爭激烈，紛紛在軟硬件上下功夫。然而不同于產品硬件軟件升級，無線充電技術在產品的功能層面求異，讓人耳目一新，很具有賣點，對消費者也很有吸引力。但是為了充分發揮無線充電的便利性，在較遠距離實現充電則更具有賣點。目前的無線充電技術在2.54厘米圍之的近磁場對電子設備進行無線充電。因為無線電能傳輸的距離越遠，功率的耗損也就會越大，能量傳輸效率就會越低，且會導致設備的耗能較高。對于“大功率的無線充電設備的電磁輻射會對生物造成很多不利的因素?！钡恼f法，

7、相關專家已給出解釋：大功率無線充電的距離限制在5米以，不會太遠，且功率不會達到對人體輻射造成危害的圍。1.1 國外發展與現狀最初的無線充電器由多個密集的小型線圈陣列組成，通電后產生的電磁場，將能量傳送給裝有接收線圈的電子設備，進行充電，但這種充電器傳輸效率較低、成本較高且需購買套件，又不能對手機使用的大容量鋰離子電池進行有效充電。2007年6月麻省理工學院以Marin Soljacic為首的研究團隊首次演示了利用電磁感應原理的燈泡無線供電技術，他們可以在一米距離無線給60瓦的燈泡提供電力,電能傳輸效率高達75%4。研究者由此設想電源可以在這圍為電池進行無線充電，進而推想只需要安裝一個電源，即可

8、為整個屋里的用電器供電。傳輸線圈的工作頻率在兆赫茲圍，接收線圈在非輻射磁場部發生諧振，以一樣的頻率振蕩，然后有效的通過磁感應點亮燈泡。Palm是最早將無線充電技術應用在手機充電器上5。它推出的充電設備“點金石”，就是利用電磁感應原理無線對手機進行充電。日本TDK公司新推出了一款無線充電音箱，用戶可以在享受音樂的同時對手機充電。該無線充電音箱的頂部裝有一塊無線充電板，手機僅需放在音箱頂部即可充電。三星推出新款手機就配備了無線充電器，諾基亞也為其旗艦機型搭上了無線充電器充電器。1.2 國發展與現狀國無線供電器設計起步相對較晚，近年來也得到了蓬勃發展且顯出了欣欣向榮的趨勢，市面上也出現了眾多無線充電

9、產品。從之前在電動牙刷、剃須刀等小功率產品上的應用，發展到現在在手機充電器等方面更大功率的傳輸的巨大突破性的進展。作為Qi標準組織的一員，海爾在2011年CES上推出了概念性“無尾電視”，不需要電源線、信號線和網線。海爾稱該產品采用了與麻省理工學院合作的無線電力傳輸技術。中國的美創公司出品的無線充電器也小有名氣（美創科技是著名的電子元器件獨立分銷商）。的暢客在無線充電器的發展也嶄露頭角。1.3 建立國際統一標準目前主流的無線充電器的標準有三種：Power Matters Alliance（PMA）標準、Qi標準、Alliance for Wireless Power（A4WP）標準6。其中采用

10、了電磁感應技術的Qi標準又最為主流。Qi是全球首個推動無線充電技術的標準化組織無線充電聯盟（Wireless Power Consortium，簡稱WPC）推出的“無線充電”標準，具備便捷性和通用性兩大特點。不同品牌的產品，只要有Qi的標識，就可以用Qi無線充電器進行充電。它攻克了無線充電“通用性”的技術瓶頸7。我們有理由相信在不久的將來，日常生活中常用的電子產品都可以用Qi無線充電器充電，為無線充電技術的大規模應用和普與提供可能。Qi標準的典型代表性產品有：諾基亞Lumia 920、諾基亞Lumia 820、谷歌Nexus 4等。對這些手機進行無線充電時，直接將待充電手機放在任何一款支持 Q

11、i 標準的無線充電器上就能進行充電。Qi標準的充電效率更高，在測試中，Qi的充電效率與有線充電方式比較接近，達到了70%以上。Qi的充電器的待機耗電量已經降低到微瓦水平。2 系統硬件電路設計本設計是一種較為簡單實用的無線充電器，通過線圈的電磁感應將電能以電磁轉換的無線傳輸方式對電池進行充電。只需把電池和接收設備放在充電平臺上即可對其進行充電。實驗證明，雖然該系統還不能充電于無形之中，達到充電器與用電設備較長距離的能量傳輸，但已能做到將多個待充用電器放置于同一充電平臺上同時充電，且免去接線的煩惱。2.1 系統整體框圖無線充電系統主要運用電磁感應原理，通過線圈實現能量的傳遞。如圖2.1所示，系統工

12、作時輸入端將交流電經橋式整流電路變換成直流電，或直接用24V直流電源為系統供電。通過電源管理模塊后輸出的直流電再經過2M有源晶振轉換成高頻交流電經發射電路供給初級線圈。通過2個電感線圈耦合能量，次級線圈接收初級線圈傳送的電流后，次級線圈輸出的電流通過接收轉換電路轉化為成直流電對電池充電。直流電交流電電源管理模塊發射電路接收轉換電路充電電路圖2.1 無線充電器設計系統框圖2.2 供電電源模塊系統的供電可以采用220V交流電，也可以采用24V直流電。當采用220V交流電提供電能時，如圖2.2交流電經變壓器變壓降低電壓后，再通過橋式整流電路將交流電轉換成直流電，經C1，C2濾波濾除電路中的少量交流成

13、分，再通過7812，7805穩壓后得到5V電流傳輸給發射電路。實際生活應用中采用220V的交流電提供電能。圖2.2 供電電源電路2.3 發射電路如圖2.3本實驗中的主振電路采用2 MHz有源晶振作為振蕩器。有源晶振輸出的方波，通過二階低通濾波器濾除高次諧波后，得到穩定的正弦波輸出。經三極管Q1與其外圍電路組成的丙類功率放大電路后輸出至T2的發射電感線圈L1（T2左側為發射電感線圈L1，右側為接收電感線圈L2）與電容C7組成的并聯諧振回路輻射出去，為接收端部分提供能量。測得與T2中的電容組成的并聯諧振回路的空芯耦合電感線圈L1的電感為47H。因為載波頻率為2 MHz，根據并聯諧振公式8得匹配電容

14、C7約為140 pF。所以，發射部分選擇采用2MHz有源晶振產生與諧振頻率接近的能源載波頻率。圖2.3 發射電路2.4 接收轉換電路正常情況下, 接收端電感線圈L2與發射端電感線圈L1之間的距離非常近，僅僅幾厘米且又接近同軸,此時傳輸效率較高9。電能接收裝置與充電控制電路單元的原理如圖2.4所示。圖2.4中左邊的端口連接圖2.3發射電路中的L2。L2感應得到的2MHz的振蕩電壓，經D1、D2、D3、D4組成的橋式整流和濾波器C8濾波后得到直流電后，作為充電控制部分的電源。由R11、Rp和TL431構成精密參考電壓4.15V(鋰離子電池的充電終止電壓) 經R12接到運算放大器構成的電壓比較器OP

15、A335的同相輸入端。當OPA353的反相輸入端電壓U5低于4.15V時，運放輸出的高電平10，一方面使Q1 飽和從而在LED D13兩端得到約2V 的穩定電壓點亮充電指示燈。另一方面R5 使Q2截止, LED D12不亮。當電池充滿(略大于4. 15V )時,反相輸入端電壓U5略高于4. 15V。運放便輸出低電位,此時Q1 截止, 恒流管Q3因完全得不到偏流而截止,因而停止充電。同時運放輸出的低電位經R9 使Q2 導通,點亮LED D12作為充滿狀態指示。圖2.4 接收轉換電路2.5 充電電路 如圖2.5從接收電路的端口引出電源。利用撥碼開關S0改變負載電阻（R=R14+R13或R=R14）

16、的大小調節充電的快慢。同時在充電電池前并聯兩個串聯的貼片發光二極管D15、D16(一個發光二極管的導通電壓是1.5V,串聯后,導通電壓為3V)，實現充滿指示功能。圖2.5 充電電路3 主要元器件選擇 電源變壓器T15VA18V, 這里選用22018V 的降壓變壓器, 經整流濾波后得到約24V 的直流電。 保險管FUSE1快速反應的1A。 可調電阻Rp用精密可調的。諧振電容C7瓷介電容耐壓不小于63V。濾波電容C30.1F/60V濾波電容C4100F/25V 整流橋D8、D9、D10、D11用高頻開關管1N4148。 精密電壓源TL431。 運算放大器OPA 335, TI公司的軌對軌精密單運放

17、。 晶體管Q2、Q3 和Q4要求漏電流小于0.1A, 放大倍數大于200。發光管LED D13普亮(紅) , 正向VA 特性盡可能陡直(動態電阻小, 穩壓特性好)。發光管LED D12普亮（綠），正向VA 特性盡可能陡直(動態電阻小, 穩壓特性好)。4 調試要點4.1 調工作頻率 調Rp使F1- F2 產生的方波頻率與C7、L1的諧振頻率一致。此時電流表的讀數最小, 接收線圈L2所得的感應電壓最大, 暫不接被充電池BT2。4.2 調基準電壓 保持L1與L2相距2cm 并且同軸, 調Rp使其兩端電壓為4. 15V, 這就是鋰離子電池的充電終止電壓。改變L1與L2的間距, 在0- 3cm之間基準電

18、壓應當恒定為4.15V。任何一項調試必須在保證其他條件不變的情況下進行。4.3 調充電控制增大L1與L2的間距(約50mm ), 在運放輸出高電平的情況下, 將R10換成5M 的電位器, 由大往小調, 在能保證Q1 完全飽和的情況下, 對其電阻的最大值取3 /4, 成為調定的R10。這是為了既保證控制可靠, 又要盡可能省電。結束語無線傳能充電器的主要設計目標是提高充電設備的功率和效率, 以與較完善的充電控制功能,設計傳輸距離為1-5厘米,即微距離傳送。在信息的無線傳送的移動通信盛行了百年之后, 在一定條件下和圍的電能無線傳送將會開始流行。本裝置將在電能無線傳送方面提供一個實驗應用方案。作為可行

19、性探索實驗的樣機,本設計僅用于100mAh左右的小容量鋰離子電池和鋰聚合物電池的無線充電,適用于MP3、MP4和藍牙耳機等袖珍式數碼產品。將它推廣到大容量電池的無線充電,并不存在原則性的障礙。當然,從實驗室的樣機到市場中的產品,還有比較漫長和艱難的工作要做,如電磁輻射的泄漏問題,成本控制與產品工藝, 以與市場切入與消費啟動等。參考文獻 1 立中.無線充電實驗 J .2008,2326. 10 尚賢.交通大學電子學教研室編.電子技術導論.：高等教育，1985年. 3 K· J·賓斯, P·J· 勞倫松. 電場與磁場問題的分析與計算 M . : 人民教育,1

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21、rgerDepartment of electronics 0902Student XXXXTutor XXXXXAbstract:Wireless charger using a new kind of energy transmission technology, wireless technology. The limitation of the technology makes the charger out of line, electrical appliances and power supply complete separation. In security, flexibility, etc, shows a better advantage than traditional charger. In today's rapid development of science and technology today, wireless charger shows the broad prospects f