無(wú)線(xiàn)充電原理解析及經(jīng)典設計方案集錦

無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的原理研究可以追溯到19世紀30年代，科學(xué)家邁克爾?法拉第首先發(fā)現了電磁感應原理，即周?chē)艌?chǎng)的變化將使電線(xiàn)中產(chǎn)生電流。到了 19世紀 90年代，愛(ài)迪生光譜輻射能研究項目的一名助手，也是后來(lái)的科學(xué)家尼古拉?特斯拉(Nikola Tesla) 證實(shí)了無(wú)線(xiàn)傳輸電波的可能性，并申請了首個(gè)專(zhuān)利。目前無(wú)線(xiàn)充電存在四種不同的商用技術(shù)，電磁感應技術(shù)、無(wú)線(xiàn)電波技術(shù)和電磁共振技術(shù)、電場(chǎng)耦合技術(shù)，幾種技術(shù)各有特點(diǎn)。

　　無(wú)線(xiàn)充電是指利用電磁波感應原理進(jìn)行充電的設備，原理類(lèi)似于變壓器。在發(fā)送和接收端各有一個(gè)線(xiàn)圈，發(fā)送端線(xiàn)圈連接有線(xiàn)電源產(chǎn)生電磁信號，接收端線(xiàn)圈感應發(fā)送端的電磁信號從而產(chǎn)生電流給電池充電。

　　實(shí)現無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)主要通過(guò)四種方式：電磁感應式、磁場(chǎng)共振式、無(wú)線(xiàn)電波式、電場(chǎng)耦合式。

　　1.電磁感應式充電：初級線(xiàn)圈一定頻率的交流電，通過(guò)電磁感應在次級線(xiàn)圈鐘產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端。目前最為常見(jiàn)的充電墊解決方案就采用了電磁感應，事實(shí)上，電磁感應解決方案在技術(shù)實(shí)現上并無(wú)太多神秘感，中國本土的比亞迪公司，早在2005年12月申請的非接觸感應式充電器專(zhuān)利，就使用了電磁感應技術(shù)。

電磁感應式無(wú)線(xiàn)充電產(chǎn)品示意圖

　　2.磁場(chǎng)共振充電：由能量發(fā)送裝置，和能量接收裝置組成，當兩個(gè)裝置調整到相同頻率，或者說(shuō)在一個(gè)特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，是目前正在研究的一種技術(shù)，由麻省理工學(xué)院(MIT)物理教授Marin Soljacic帶領(lǐng)的研究團隊利用該技術(shù)點(diǎn)亮了兩米外的一盞60瓦燈泡，并將其取名為WiTricity。該實(shí)驗中使用的線(xiàn)圈直徑達到50cm，還無(wú)法實(shí)現商用化，如果要縮小線(xiàn)圈尺寸，接收功率自然也會(huì )下降。相比電磁感應方式，利用共振可延長(cháng)傳輸距離。磁共振方式不同于電磁感應方式，無(wú)需使線(xiàn)圈間的位置完全吻合。

　　3.無(wú)線(xiàn)電波式充電：這是發(fā)展較為成熟的技術(shù)，類(lèi)似于早期使用的礦石收音機，主要有微波發(fā)射裝置和微波接收裝置組成，可以捕捉到從墻壁彈回的無(wú)線(xiàn)電波能量，在隨負載作出調整的同時(shí)保持穩定的直流電壓。此種方式只需一個(gè)安裝在墻身插頭的發(fā)送器，以及可以安裝在任何低電壓產(chǎn)品的“蚊型”接收器。

　　4. 電場(chǎng)耦合式充電：充電模塊是由2個(gè)非對稱(chēng)偶極子按垂直方向排列而成的，這組偶極子各由供電部分和接收部分的活性炭電極和接地電極組成。無(wú)線(xiàn)供電模塊就是通過(guò)這2個(gè)非對稱(chēng)偶極子的電場(chǎng)耦合而產(chǎn)生的感應電場(chǎng)來(lái)供電的。電場(chǎng)耦合方式的特點(diǎn)大致有三：①充電時(shí)可實(shí)現位置自由，②電極薄，③電極部的溫度不會(huì )上升。因此不僅能夠提供便利性，而且還可降低系統成本。目前已試制完成為平板終端及電子書(shū)等便攜終端進(jìn)行無(wú)線(xiàn)供電的供電臺。

經(jīng)典微距離無(wú)線(xiàn)充電器創(chuàng )新設計方案

本設計方案主要介紹了微距離無(wú)線(xiàn)充電器設計的基本方案，主要分析無(wú)線(xiàn)電能發(fā)送單元電路、無(wú)線(xiàn)電能接收器電路等。

　　將直流電轉換成高頻交流電，然后通過(guò)沒(méi)有任何有有線(xiàn)連接的原、副線(xiàn)圈之間的互感耦合實(shí)現電能的無(wú)線(xiàn)饋送?；痉桨溉鐖D1所示。

　　本無(wú)線(xiàn)充電器由電能發(fā)送電路和電能接收與充電控制電路兩部分構成。電能的無(wú)線(xiàn)傳送實(shí)際上是通過(guò)發(fā)射線(xiàn)圈L1和接收線(xiàn)圈L2的互感作用實(shí)現的，這里L(fēng)1與L2構成一個(gè)無(wú)磁芯的變壓器的原、副線(xiàn)圈。為保證足夠的功率和盡可能高的效率，應選擇較高的調制頻率，同時(shí)要考慮到器件的高頻特性，經(jīng)實(shí)驗選擇1.6MHz較為合適。

　　圖2無(wú)線(xiàn)電能發(fā)送單元電路圖

圖3無(wú)線(xiàn)電能接收器電路圖

　　文章詳情：經(jīng)典微距離無(wú)線(xiàn)充電器創(chuàng )新設計方案詳解

電磁感應式智能無(wú)線(xiàn)充電器設計方案

　　智能無(wú)線(xiàn)充電器利用電磁感應原理，是非接觸充電系統，不再通過(guò)導線(xiàn)(充電線(xiàn))傳輸電能，而是無(wú)線(xiàn)傳輸方式充電。沒(méi)有充電所用的物理接口，與一般充電器相比，避免了插線(xiàn)或拔電池的麻煩，具有一般充電器的工作原理;作品采用一(充電器)對多(感應負載)充電、智能充電的設計思想;無(wú)線(xiàn)充電器對負載充電時(shí)，指示燈將由綠燈轉換為七彩燈，手機也正確顯示充電狀態(tài)并智能完成充過(guò)程(實(shí)驗產(chǎn)品為手機)。本充電器可以同時(shí)對多個(gè)負載充電，可以自動(dòng)感應是否有負載充電，達到自動(dòng)充電，充滿(mǎn)電后10秒自動(dòng)斷電，達到智能化;從而大大方便了用戶(hù)。

　　無(wú)線(xiàn)充電器利用電磁感應原理。通過(guò)NE555D芯片產(chǎn)生一個(gè)36.7K的脈沖頻率(因為經(jīng)過(guò)調試在36.7K頻率時(shí)，效率達到最高)，IRFP460功率放大，使發(fā)射線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當接收線(xiàn)圈靠近時(shí)，產(chǎn)生感應電流，經(jīng)過(guò)全波整流和穩壓，得到負載 (手機)所需要的充電電壓和電流。發(fā)射線(xiàn)圈的電流會(huì )隨著(zhù)感應負載的增加而增大，通過(guò)運放把0.33歐的負載電壓23倍放大，再經(jīng)過(guò)1N4148整流濾波得到電壓U1與基準源Uo比較。充電時(shí)，U1大于Uo七彩燈閃亮，表示正在充電;空負載或充滿(mǎn)電時(shí)，U1小于Uo，綠燈亮，若10秒鐘后沒(méi)有感應負載，自動(dòng)斷電;按一下復位鍵則充電器重新啟動(dòng)。 本設計方案主要從NE555D脈沖發(fā)生器模塊、功率放大及無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊、感應線(xiàn)圈模塊、充電檢測模塊、充電檢測模塊進(jìn)行分析。部分電路分析及工作流程圖如下：

　　如圖1，根據T=(R1+Rp)C1，f=1/T，調節Rp使NE555D輸出一個(gè)36.7KHZ的脈沖頻率。

　　設計、制作智能無(wú)線(xiàn)充電器，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)成本低廉

　　電路由脈沖產(chǎn)生部分、功率放大部分，濾波部分、比較部分及發(fā)射和接收部分組成，每部分只是幾個(gè)小元件組成，制作簡(jiǎn)單。

　　(2)一對多充電

　　一臺充電器可以對多個(gè)負載充，一個(gè)家庭購買(mǎi)一臺充電器就可以滿(mǎn)足全家人使用，隨著(zhù)負載的增加，工作效率也會(huì )增高，因此可以節約用電同時(shí)亦可減少不必要的開(kāi)銷(xiāo)。

　　(3)方便性

　　與一般充電器相比，減少了插拔的麻煩，同時(shí)亦避免了接口不適用，接觸不良等現象，老年人也能很方便地使用。

　　(4)智能化

　　只要把感應負載往充電器上面放，就可以自動(dòng)感應充電，通過(guò)信息反饋，當感應負載滿(mǎn)電后，自動(dòng)斷電，實(shí)現充電過(guò)程智能化。

文章詳情：電磁感應式智能無(wú)線(xiàn)充電器設計方案

基于MSP43O單片機的無(wú)線(xiàn)充電器設計

　　無(wú)線(xiàn)充電系統主要采用電磁感應原理，通過(guò)線(xiàn)圈進(jìn)行能量耦合實(shí)現能量的傳遞。如圖1所示，系統工作時(shí)輸人端將交流市 電經(jīng)全橋整流電路變換成直流電，或用24V直流電端直接為系統供電。當接收線(xiàn)圈與發(fā)射線(xiàn)圈靠近時(shí)，在接收線(xiàn)圈中產(chǎn)生感生電壓，當接收線(xiàn)圈回路的諧振頻率與發(fā)射頻率相同時(shí)產(chǎn)生諧振，電壓達最大值，具有最好的能量傳輸效果。通過(guò) 2個(gè)電感線(xiàn)圈耦合能量，次級線(xiàn)圈輸出的電流經(jīng)接受轉換電路變化成直流電為電池充電。

　　本設計方案就是一個(gè)由能量發(fā)送單元和能量接收單元兩大部分組成，利用電磁感應原理實(shí)現電能無(wú)線(xiàn)傳遞的充電器。如下圖是整機電路原理圖。

　　文章詳情：基于MSP430單片機的無(wú)線(xiàn)充電器設計

便攜醫療設備的無(wú)線(xiàn)充電設計

　　本文主要介紹便攜醫療設備的無(wú)線(xiàn)充電設計與實(shí)現。

　　想象一下，你是一家大城市急救室的醫療技師。你在各個(gè)病房之間穿梭，使用便攜式診斷設備協(xié)助醫護人員做診斷。工作壓力大，病人源源不斷，你根本沒(méi)時(shí)間去找插座，把你的設備插上去。你大概愿意把設備放到一個(gè)地方，讓它自動(dòng)充電。這樣你就能到下一個(gè)病人或傷者那里，他們需要動(dòng)作迅速和高效的醫護人員。對你和病人來(lái)說(shuō)幸運的是，無(wú)線(xiàn)充電已經(jīng)是一種現成的技術(shù)。

　　行業(yè)標準規范正在引領(lǐng)無(wú)線(xiàn)充電的發(fā)展。無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟(WPC)的標準也被稱(chēng)為Qi(發(fā)音“奇”)。這個(gè)規范又分為系統的三個(gè)核心部分：功率發(fā)射器、功率接收器以及這兩個(gè)器件之間的通信協(xié)議。這個(gè)標準的主要特點(diǎn)是(見(jiàn)圖1)：

　　圖1：無(wú)線(xiàn)充電系統方塊圖(來(lái)源：無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟網(wǎng)站)

　　(1)一種從底座到便攜式設備的非接觸式功率傳輸方法，這種方法的物理基礎是線(xiàn)圈之間的近場(chǎng)電磁感應。

　　(2)使用一個(gè)次級(或接收)線(xiàn)圈傳輸大約5W功率。

　　(3)工作頻率范圍為110Hz至 205kHz。

　　(4)在底座表面擺放便攜式設備的方式有兩種：一種方式是在底座表面的指定位置擺放便攜式設備，底座通過(guò)該表面的一個(gè)或幾個(gè)固定的位置提供能量;自由定位允許便攜式設備隨意擺放在充電站表面，從該表面的任何地方提供能量。

　　(5)可以達到非常低的待機功耗，這取決于具體的實(shí)現方法。

　　(6)能夠靈活地把系統集成到便攜式設備。