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      手機(jī)無線充電收發(fā)設(shè)計(jì)

      2019-09-05 13:40安逸曹玲娟李祖坤戴哲浩陳文軒
      科技與創(chuàng)新 2019年11期
      關(guān)鍵詞:接收端電磁感應(yīng)

      安逸 曹玲娟 李祖坤 戴哲浩 陳文軒

      摘要:雖然手機(jī)獲得了快速穩(wěn)定發(fā)展,但手機(jī)的電量越來越不耐用。這帶動(dòng)了充電寶的發(fā)展,但帶線的充電寶還是有弊端存在。利用信號(hào)的發(fā)射與接收,實(shí)現(xiàn)了電能_磁場(chǎng)能一電能的轉(zhuǎn)換,發(fā)射端和接收端可代替手機(jī)充電線,通過電磁感應(yīng)、磁耦合、無線充電技術(shù)制作無線充電器,實(shí)現(xiàn)了能量的傳輸,從而實(shí)現(xiàn)無線充電。

      關(guān)鍵詞:手機(jī)無線充電;發(fā)射端;接收端;電磁感應(yīng)

      中圖分類號(hào):TM910.6

      文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

      DOI:10.15913/j .cnki.kjycx.2019. 11.052

      1 引言

      大多數(shù)手機(jī)都需要用數(shù)據(jù)線為其充電,繁雜的數(shù)據(jù)線給人們帶來了很多不便,人們希望改變有線充電方式,因此,無線充電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。利用信號(hào)的發(fā)射與接收實(shí)現(xiàn)無線充電,制作兩個(gè)端口,一個(gè)發(fā)射端和一個(gè)接收端,需要充電時(shí)將發(fā)射端置于移動(dòng)電源上,接收端置于手機(jī)殼上,將手機(jī)置于移動(dòng)電源上,把兩端口對(duì)齊即可實(shí)現(xiàn)無線充電,從而減少了充電步驟,降低了接觸不良的可能性[1]。無線充電的概念雖然早已出現(xiàn),但是受益的機(jī)型還是很狹窄的,該研究項(xiàng)目可用于各種型號(hào)的手機(jī)。目的是獲得快速方便的手機(jī)充電方式,去除有線充電線路帶來的不便,實(shí)現(xiàn)手機(jī)與移動(dòng)電源之間的無線充電[l]。

      2 原理與設(shè)計(jì)方案

      無線充電技術(shù)是指不通過物理連接,而是依靠空間磁場(chǎng)傳遞電能量給用電端的技術(shù)。主要采用電磁感應(yīng)原理,及相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)理論可知,導(dǎo)體在磁通量變化的磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),如果導(dǎo)體是閉合回路的一部分,則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。電磁感應(yīng)式充電技術(shù)根據(jù)這個(gè)原理,在供電端線圈接通方向產(chǎn)生交變電流,由于變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),而用電端的線圈也處于該磁場(chǎng)中,并且兩個(gè)線圈近距離平行放置,即可在用電端的線圈產(chǎn)生方向變化的電流,利用信號(hào)的發(fā)射與接收實(shí)現(xiàn)無線充電,制作了兩個(gè)端口,一個(gè)發(fā)射端和一個(gè)接收端,需要充電時(shí)將發(fā)射端置于充電寶上,接收端置于手機(jī)殼上,將手機(jī)置于充電寶上,然后將兩個(gè)端口相互接觸即可實(shí)現(xiàn)手機(jī)與移動(dòng)電源之間的無線充電。無線充電結(jié)構(gòu)主要分為發(fā)射端(供電端)與接收端(用電端)兩部分,無線充電基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

      2.1 電池保護(hù)電路

      IP5306是一款集成升壓轉(zhuǎn)換器、鋰電池充電管理、電池電量指示的多功能電源管理SOC,為移動(dòng)電源提供完整的電源解決方案。DC-DC轉(zhuǎn)換器工作在500 kHz,可以支持低成本電感和電容。它的同步升壓系統(tǒng)提供最大2.4A輸出電流,轉(zhuǎn)換效率高至91%??蛰d時(shí),自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài),靜態(tài)電流降至50 μA。它采用開關(guān)充電技術(shù),提供最大2.IA電流,充電效率高至97%。電路原理如圖2所示。

      IP5306共有8個(gè)引腳:引腳1為DC5 V充電輸入引腳;引腳2、引腳3、引腳4為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)引腳;引腳5為按鍵輸入,照明燈驅(qū)動(dòng)復(fù)用;引腳6為升壓輸入引腳,連接鋰電池正極;引腳7為升壓輸入引腳,連接鋰電池正極;引腳8為5V升壓輸出引腳[1]。

      2.2 發(fā)射電路

      發(fā)射電磁波電路基本原理圖如圖3所示,在原邊通入交變電流,副邊由于電磁感應(yīng)原理會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),如果與副邊電路連通,即可出現(xiàn)感應(yīng)電流。相對(duì)于無線電源而言,變壓器的原邊相當(dāng)于電源發(fā)射線圈,副邊相當(dāng)于電源接收線圈,這樣就可以實(shí)現(xiàn)電能從發(fā)射線圈到接收線圈的無線傳輸。由單片機(jī)控制4個(gè)開關(guān)管,當(dāng)開關(guān)管2和4導(dǎo)通時(shí),1和3斷開,電流方向由上向下;當(dāng)開關(guān)管1和3導(dǎo)通時(shí),2和4斷開,電流方向由下向上。當(dāng)電流方向周期變化時(shí),電能便由原邊通過變化的磁場(chǎng)傳遞給副邊。

      2.3 接收電路

      接收電路如圖4所示。

      接收端主要采用NE6053芯片為核心器件,NE6053芯片采用32位ARM核,并且使用QNF封裝,整合高精度電流采樣電路、線圈電流幅度檢測(cè)電路、大功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路以及QC/PE/USB-PD協(xié)議控制電路,外圍將會(huì)非常干凈,降低對(duì)外圍高精度電阻,芯片架構(gòu)完全符合WPC系統(tǒng)要求。接收端芯片可做限流可調(diào)功能,給2.5W或5W小功率設(shè)備無線充電。外形輕薄,芯片的最大效率達(dá)79%[1-2]。

      3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

      無線充電系統(tǒng)分為發(fā)射端與接收端,通過電磁感應(yīng),接收端與發(fā)生端通過空間磁場(chǎng),來傳輸電能。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑槟芊駥?shí)現(xiàn)接收端與發(fā)射端的無線充電。在能夠進(jìn)行無線傳輸電能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究解決如何提高電能傳輸之間的效率問題。三極管開關(guān)電壓如圖5所示,發(fā)射和接收線圈波形圖如圖6所示。

      4 總結(jié)

      利用電磁感應(yīng)原理及相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)設(shè)計(jì)了無線充電的接收端和發(fā)射端,發(fā)射端和接受端通過耦合電感實(shí)現(xiàn)電能無線傳輸,擺脫了傳統(tǒng)充電器繁雜數(shù)據(jù)線和插座的弊端,給人們的生活帶來便利。通過電磁感應(yīng),磁耦合等無線充電技術(shù)制作磁片,實(shí)現(xiàn)磁片作為中介實(shí)現(xiàn)能量的傳輸,沒有手機(jī)型號(hào)的困擾,能夠適用于各種型號(hào)的智能手機(jī)[1]。

      參考文獻(xiàn):

      [1]顧偉偉,賈搏睿,王鑫怡,等.手機(jī)鋰電池?zé)o線充電器設(shè)計(jì)[J].電源世界,2017 (6): 26-29.

      [2]吳藝明,王春芳,李政泰,等.無線充電系統(tǒng)發(fā)射和接收線圈優(yōu)化[J].廣東電力,2018,31( ll):79-85.

      [3]邱琳.智能手機(jī)無線充電系統(tǒng)通信方案設(shè)計(jì)研究[J].電子世界,2017 (2): 174-181.

      [4]邱紅.無線充電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016,36( 15):75.

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