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無線充電器控制板開發設計


如今智能手機盛行,其耗電量大,充電頻繁。傳統手機充電器容易造成手機USB接口損壞并且十分麻煩。而無線手機充電器避免了反復插接USB接口,使用方便、高檔。

一、無線充電器原理簡介

利用電磁感應原理,當發射線圈通過交變電流時,在線圈周圍會產生一個交變磁場,此時接收線圈中產生的感應電動勢經整流、濾波、穩壓后便可給手機充電。針對該原理手機無線充電器主要由發送部分和接收部分組成,發送部分包含振蕩電路、功放電路和發射線圈,接收部分包含接收線圈和整流濾波電路。振蕩電路產生電磁振蕩,經功放電路進行功率放大,振蕩信號(交變電流)通過發送線圈,在發送線圈周圍便會產生交變磁場;接收線圈產生的感應電動勢進行整流、濾波、穩壓處理,然后即可對手機進行充電。

二、無線充電器設計過程

2.1框圖設計

手機無線充電器由電源電路、振蕩電路、功放電路、發射線圈、接收線圈和整流濾波電路5部分組成,系統框架如圖1所示,最后給手機電池充電。從無線電路傳輸的原理上看,電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播,要產生電磁波首先要有電磁振蕩,電磁波的頻率越高其向空間輻射能力的強度就越大,電磁振蕩的頻率至少要高于100KHZ,才有足夠的電磁輻射。

無線充電器電路圖

2.2振蕩電路設計

起初采用LC振蕩電路,但振蕩頻率不夠。后采用CMOS電路六反相器CD4069的晶體振蕩電路CD4069構成的晶體振蕩電路如圖2所示用CD4069產生高頻振蕩比LC振蕩電路的效果要好。

2.3功率放大器的設計

起初采用三極管構成功放電路,但溫度性能不夠穩定,后采用場效應管。場效應管屬于電壓控制元件,是一種類似于電子管的三極管,與雙極型晶體管相比,場效應晶體管具有輸入阻抗高,輸入功耗小,溫度穩定性好,信號放大穩定性好,信號失真小,噪聲低等特點,而且其放大特性也比電子三極管好,圖3功率場效應管電路中三個電阻R1、R2、R3并聯接到場效應管的柵極G,前級的高頻振蕩電路也接到G;原級S直接接地;漏極D接LC振蕩電路,其諧振頻率和前級的高頻振蕩頻率相同。電路如圖3所示。

無線充電器功率放大電路

2.4發射、接收線圈電路設計

發射和接收線圈都采用直徑0.5ram左右的漆包線繞12匝,線圈直徑約為80r。發射模塊的作用是將直流能量高效率地轉換為射頻功率信號,以便接收電路能夠充分利用能量接收模塊是在接收到前級的能量后對其進行處理的模塊。為了滿足實際應用的需求,需要將接收到的射頻信號進行整流、濾波、降壓以及穩壓處理,處理之后的直流電壓方可供其他負載使用。該模塊主要包括整流電路以及降壓電路。

2.5手機無線充電器的整體原理圖

CD4069的晶體振蕩電路和功率場效應管組成的無線充電電路。該充電電路的CD400系列的CMOS電路的極限電壓時18v,不穩的的交流12v電壓整流濾波后的空載電壓可能會超過18v,所以CD4069的電源電壓用三端穩壓集成電路7805提供。CMOS電路所有不用的輸入端接上適當的邏輯電平,晶體振蕩接成單門振蕩器,振蕩輸出經二級緩沖后送到功率場效應管的柵極G,開始為保護場效應管,柵極電路上設置偏壓和泄漏電路,保證電路穩定工作。

總結及展望

該產品已經完成,能夠給手機無線充電,無線距離為3cm,若需更大距離,需要增加線圈圈數并增加功放電路級數,以使發射線圈周圍產生更強的交變磁場,以便接收線圈在更遠的距離接收。接收線圈可以嵌入手機內,線圈可透過后蓋接收信號(已測試成功)。若能將該產品生產上市,相信各種手機會在生產時內嵌接收線圈,以迎合手機無線充電器,使用會更方便,甚至會有手機廠商買斷無線充電器產權,以無線充電作為手機的特有賣點。

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