无线传能充电器

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本帖最后由 eehome 于 2013-1-5 09:49 编辑

无线传能充电器

摘要：本项目设计了一种简单实用的无线传能充电器，通过线圈将电能以无线方式传输给灯泡（电池）。本无线传能充电器由能量发送单元与能量接收单元两大部分组成，可以在5cm范围内对灯泡（电池）进行充电。

Abstrast:：This project designed a simple and practical wireless energy transfer charger, through the coil to transmit power wirelessly to a lamp (batteries). The wireless transmission to send the charger from the power unit and receiving unit of energy of two major components, can be within 5cm of the bulb (battery) to charge.

一方案设计：

（1）理论分析：为实现无线充电器系统，主要是利用电磁感应原理，是初级线圈与次级线圈构成一个可分离的耦合变压器，电能一非接触的方式传送到负载设备。电能磁能是这电场与磁场的周期性变化以电磁波的形式向空间传播。

本设计的关键点之一是利用线圈耦合的方式进行能量传递，使接收单元接收到足够的能量，以保证后续电源的能量供给。二是如何提高充电电路的能量利用效率，在满足充电电路正常工作的前提下尽可能采用低功耗的设计。

（2 ）设计方案论证

1 主振荡电路：

方案一：使用有源晶振，若载频为2MHz，载频较高，与之谐振电容可能非常小，由于分布电容的影响，调试困难。并且虽然可以产生稳定的工作频率，但频率不可调，很难产生谐振。

方案二：采用NE555做产生波形电路，调节555的变阻器大小可以再一定范围内改变输出方波的频率及占空比，，当LC振荡电路改变时调节变阻器大小即可以产生相应频率的波形，与LC电路形成谐振。

所以选择（方案二）。

2 功率放大电路：

方案一：采用大功率开关三极管作为功放元件，但管耗较大，需要大面积的散热片，成本较高。

方案二：采用场效应管作为功放元件，功耗低于三极管，驱动功率小，使用方便。直接使用NE555的输出就可以直接驱动。

所以选择（方案二）。

二．硬件设计

（1）系统框图

系统包括能量发送单元和能量接收单元两部分。能量发送单元主要由电源电路，高频功率放大电路，晶体振荡电路以及耦合线圈四部分组成，能量接收单元主要由整流滤波电路，能量转换部分组成。D为两线圈之间的距离。系统总体框图如下：

直流电源

能量发送单元

能量接收单元

电源管理

振荡

功放

转换

充电灯泡（电池）

（2）单元电路设计

1 电源电路

本项目使用了24V与5V电源分别给场效应管即NE555供电，采用变压器变电后使用7812与7912稳压源模块产生24V点然后再经7805电源稳压产生5V电。并且一定要注意两电源共地。

2 信号产生电路

采用NE555构成振荡频率约为500KHZ的信号发生器，为功放电路提供激励信号。调节555的变阻器大小可以再一定范围内改变输出方波的频率及占空比，调节得到所需要的频率。

3 功放驱动电路

谐振功率放大器由LC并联谐振回路和开关管IRF640构成。功放驱动电路主要用于放大前级振荡电路产生的振荡信号，从而将更高的振荡信号送入下级高频功率发大电路。

4 LC谐振电路设计

能量发送单元射频输出端采用发射线圈（电感）和电容并连连构成谐振回路。为了提高能量接收单元获取更大电压，是能够在更远距离工作，能量接收单元采用并联谐振回路。

当功率放大器的选频回路的谐振频率与激励信号频率相同时，功率放大器发生谐振，此时线圈中的电压和电流达最大值，从而产生最大的交变电磁场。当接收端线圈与发射线圈靠近时，在接收线圈中产生感生电压，当接收线圈回路的谐振频率与发射频率相同时产生谐振，电压达最大值。所以，发射线圈回路与接收线圈回路均处于谐振状态时，具有最好的能量传输效果。线圈传递能量效率较高，传送间距越大。

5 接受端充电控制电路设计

电能经过线圈接收后，高频交流电压经过IN4007整流管进行全波整流，2200uf的电容滤波，再用3.3V稳压二极管惊醒稳压，输出直流电为灯泡（电池）提供较稳定的工作电压。

三改进思想

（1）在传输距离，线圈参数已定的情况下，发送端要有更高的频率，发送线圈工作在谐振状态等使传输效率增大。

（2）提高距离的方法可以是提高器发射电路的电压。

（3）本设计采用IN4007整流管进行整流，管子平均压降为0.8V。导通损耗大，不适合使用在接收电路中。而若采用肖特基二极管则可以大大降低管子损耗，电能利用率更高。

（4）铜丝直径，线圈直径大小，匝数及绕制方法不仅决定了线圈的电感值，也影响着其传输效率，

四附录