微距離無(wú)線(xiàn)充電器方案電路解析—電路精選（21）

　　在幾年前的諾基亞紐約發(fā)布會(huì )上，諾基亞向我們展示了回家以后隨手把手機放上充電墊邊充電邊聽(tīng)音樂(lè )的場(chǎng)景。Lumia920 內置了無(wú)線(xiàn)充電接收器，不久后，在美國本土的香啡繽店面和倫敦希思羅機場(chǎng)都出現無(wú)線(xiàn)充電器可用。

　　無(wú)線(xiàn)充電已從夢(mèng)想步入現實(shí)，從概念變成了商品，這幾年在手機、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域引領(lǐng)著(zhù)新風(fēng)尚。無(wú)不證明著(zhù)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。下文介紹的就是一個(gè)微距離無(wú)線(xiàn)充電器的電路方案，此方案為可行性探索實(shí)驗。

　　電路方案及原理

　　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D所示。

　　無(wú)線(xiàn)電能傳輸方案示意圖

　　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。

　　電能發(fā)送部分

　　如圖，無(wú)線(xiàn)電能發(fā)送單元的供電電源有兩種：220V交流和24V直流（如汽車(chē)電源），由繼電器J選擇。按照交流優(yōu)先的原則，圖中繼電器J的常閉觸點(diǎn)與直流（電池BT1）連接。正常情況下S3處于接通狀態(tài)。

　　無(wú)線(xiàn)電能發(fā)送單元電路圖

　　當有交流供電時(shí)，整流濾波后的約26V直流使繼電器J吸合，發(fā)送電路單元便工作于交流供電方式，此時(shí)直流電源BT1與電能發(fā)送電路斷開(kāi)，同時(shí)LED1（綠色）發(fā)光顯示這一狀態(tài)。

　　經(jīng)繼電器J選擇的+24V直流電主要為發(fā)射線(xiàn)圈L1供電，此外，經(jīng)IC1（78L12）降壓后為集成電路IC2供電，為保證J的動(dòng)作不影響發(fā)送電路的穩定工作，電容C3的容量不得小于 2200uF。

　　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。

　　IC1為CMOS六非門(mén)CD4069，這里只用了三個(gè)非門(mén)，由F1，F2構成方波振蕩器，產(chǎn)生約1.6MHz的方波，經(jīng)F3緩沖并整形，得到幅度約11V的方波來(lái)激勵VMOS功放管IRF640.足以使其工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)（丁類(lèi)），以保證盡可能高的轉換效率。為保證它與L1C8回路的諧振頻率一致?？蓪4定為100pF，R1待調。為此將R1暫定為3K，并串入可調電阻 RP1。在諧振狀態(tài)，盡管激勵是方波，但L1中的電壓是同頻正弦波。

　　由此可見(jiàn)，這一部分實(shí)際上是個(gè)變頻器，它將50Hz的正弦轉變成1.6MHz的正弦。

　　電能接收與充電控制部分

　　正常情況下，接收線(xiàn)圈L2與發(fā)射線(xiàn)圈L1相距不過(guò)幾cm，且接近同軸，此時(shí)可獲得較高的傳輸效率。電能接收與充電控制電路單元的原理如圖2-3所示。

　　L2感應得到的1.6MHz的正弦電壓有效值約有16V（空載）。經(jīng)橋式整流（由4只1N4148高頻開(kāi)關(guān)二極管構成）和C5濾波，得到約 20V的直流。作為充電控制部分的唯一電源。

　　由R4，RP2和TL431構成精密參考電壓4.15V（鋰離子電池的充電終止電壓）經(jīng)R12接到運放IC的同相輸入端3。當IC2的反相輸入端2低于 4.15V時(shí)（充電過(guò)程中），IC3輸出的高電位一方面使Q4飽和從而在LED2兩端得到約2V的穩定電壓（LED的正向導通具有穩壓特性），Q5與 R6、R7便據此構成恒流電路I0=2-0.7R6+R7。另一方面R5使Q3截止，LED3不亮。

　　無(wú)線(xiàn)電能接收器電路圖

　　當電池充滿(mǎn)（略大于4.15V）時(shí)，IC3的反相輸入端2略高于4.15V。運放便輸出低電位，此時(shí)Q4截止，恒流管Q5因完全得不到偏流而截止，因而停止充電。同時(shí)運放輸出的低電位經(jīng)R8使Q3導通，點(diǎn)亮LED3作為充滿(mǎn)狀態(tài)指示。

　　兩種充電模式由R6、R7決定。這個(gè)非序列值可以在E24序列電阻的標稱(chēng)值為918的電阻中找到，就用918的也行。

　　編者結語(yǔ)

　　作為可行性探索實(shí)驗的樣機，本設計僅針對100mAh左右的小容量鋰離子電池和鋰聚合物電池，適用于MP3、MP4和藍牙耳機等袖珍式數碼產(chǎn)品。將它推廣到大容量電池，并不存在原則性的障礙。當然，從實(shí)驗室的樣機到市場(chǎng)中的產(chǎn)品，可能還有比較漫長(cháng)和艱難的工作，如電磁輻射的泄漏問(wèn)題，成本控制與產(chǎn)品工藝，以及市場(chǎng)切入與消費啟動(dòng)等。