無線傳能充電器方案中的電路剖析

更為方便快捷的充電方式是我們一直所追求的，近年來，一種新型的充電技術(shù)開始出現(xiàn)在我們的視野，它就是無線充電。無線充電源于無線電能傳輸技術(shù)，小功率無線充電常采用電磁感應(yīng)式，大功率無線充電常采用諧振式由供電設(shè)備(充電器)將能量傳送至用電的裝置，該裝置使用接收到的能量對(duì)電池充電，并同時(shí)供其本身運(yùn)作之用。

由于充電器與用電裝置之間以磁場(chǎng)傳送能量，兩者之間不用電線連接，因此充電器及用電的裝置都可以做到無導(dǎo)電接點(diǎn)外露。

本文介紹的是一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的無線傳能充電器方案，它是通過線圈將電能以無線方式傳輸給燈泡(電池)。本無線傳能充電器由能量發(fā)送單元與能量接收單元兩大部分組成，可以在5cm范圍內(nèi)對(duì)燈泡(電池)進(jìn)行充電。

電源電路

使用了24V與5V電源分別給場(chǎng)效應(yīng)管即NE555供電，采用變壓器變電后使用7812與7912穩(wěn)壓源模塊產(chǎn)生24V點(diǎn)然后再經(jīng)7805電源穩(wěn)壓產(chǎn)生5V電。并且一定要注意兩電源共地。

信號(hào)產(chǎn)生電路

采用NE555構(gòu)成振蕩頻率約為500KHZ的信號(hào)發(fā)生器，為功放電路提供激勵(lì)信號(hào)。調(diào)節(jié)555的變阻器大小可以再一定范圍內(nèi)改變輸出方波的頻率及占空比，調(diào)節(jié)得到所需要的頻率。

接受端充電控制電路設(shè)計(jì)

電能經(jīng)過線圈接收后，高頻交流電壓經(jīng)過IN4007整流管進(jìn)行全波整流，2200uf的電容濾波，再用3.3V穩(wěn)壓二極管驚醒穩(wěn)壓，輸出直流電為燈泡(電池)提供較穩(wěn)定的工作電壓。

功放驅(qū)動(dòng)電路

諧振功率放大器由LC并聯(lián)諧振回路和開關(guān)管IRF640構(gòu)成。功放驅(qū)動(dòng)電路主要用于放大前級(jí)振蕩電路產(chǎn)生的振蕩信號(hào)，從而將更高的振蕩信號(hào)送入下級(jí)高頻功率發(fā)大電路。

LC諧振電路設(shè)計(jì)

能量發(fā)送單元射頻輸出端采用發(fā)射線圈(電感)和電容并連連構(gòu)成諧振回路。為了提高能量接收單元獲取更大電壓，是能夠在更遠(yuǎn)距離工作，能量接收單元采用并聯(lián)諧振回路。

當(dāng)功率放大器的選頻回路的諧振頻率與激勵(lì)信號(hào)頻率相同時(shí)，功率放大器發(fā)生諧振，此時(shí)線圈中的電壓和電流達(dá)最大值，從而產(chǎn)生最大的交變電磁場(chǎng)。當(dāng)接收端線圈與發(fā)射線圈靠近時(shí)，在接收線圈中產(chǎn)生感生電壓，當(dāng)接收線圈回路的諧振頻率與發(fā)射頻率相同時(shí)產(chǎn)生諧振，電壓達(dá)最大值。所以，發(fā)射線圈回路與接收線圈回路均處于諧振狀態(tài)時(shí)，具有最好的能量傳輸效果。線圈傳遞能量效率較高，傳送間距越大。

接受端充電控制電路設(shè)計(jì)

電能經(jīng)過線圈接收后，高頻交流電壓經(jīng)過IN4007整流管進(jìn)行全波整流，2200uf的電容濾波，再用3.3V穩(wěn)壓二極管驚醒穩(wěn)壓，輸出直流電為燈泡(電池)提供較穩(wěn)定的工作電壓。

編者結(jié)語

編者認(rèn)為這種無線傳能充電器方案還有以下幾點(diǎn)需要注意改進(jìn)的地方：

(1)在傳輸距離，線圈參數(shù)已定的情況下，發(fā)送端要有更高的頻率，發(fā)送線圈工作在諧振狀態(tài)等使傳輸效率增大。

(2)提高距離的方法可以是提高器發(fā)射電路的電壓。

(3)本設(shè)計(jì)采用IN4007整流管進(jìn)行整流，管子平均壓降為0.8V。導(dǎo)通損耗大，不適合使用在接收電路中。而若采用肖特基二極管則可以大大降低管子損耗，電能利用率更高。

(4)銅絲直徑，線圈直徑大小，匝數(shù)及繞制方法不僅決定了線圈的電感值，也影響著其傳輸效率。