无线充电器设计报告

设计报告

参赛题目：无线充电器

参赛单位：电子信息与传媒学院

参赛队员：

无线充电器

摘要：

目前，手机、MP3和笔记本电脑等便携式电子设备进行充电主要采用的是一端连接交流电源，另一端连接便携式电子设备充电电池的传统充电方式。这种方式有很多不利的地方，首先频繁的插拔很容易损坏接头．另外也可能带来触电的危险。因此．非接触式感应充电器在上个世纪末期诞生．凭借其携带方便、成本低、无需布线等优势迅速受到各界关注。因此，实现无线充电，能量传输效率高，便于携带成为充电系统的研究方向之一。

本文设计了一种简单实用的无线充电器，通过线圈将电能以无线方式传输给电池。只需把电池和接收设备放在充电平台上即可对其进行充电。实验证明．虽然该系统还不能充电于无形之中．但已能做到将多个校电器放置于同一充电平台上同时充电。免去接线的烦恼。

关键字：无线；非接触；便于携带

目录

摘要： .................................................................................................................. - 1 - 1 无线充电器原理与结构 ...................................................................................... - 3 -

1.1 理论分析 ................................................................................................... - 3 -

1.2设计结构 .................................................................................................... - 3 - 2硬件设计 ............................................................................................................... - 5 -

2.1 发射模块 ................................................................................................... - 5 -

2.2 LC谐振电路设计 ...................................................................................... - 5 -

3 接受端充电控制电路设计 .................................................................................. - 6 - 参考文献 .................................................................................................................. - 7 - 附录 .......................................................................................................................... - 8 -

1 无线充电器原理与结构

1.1 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。

1.2设计结构

无线充电系统主要采用电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。如图1所示，系统工作时输入端将交流市电经全桥整流电路变换成直流电，或用24V直流电端直接为系统供电。经过电源管理模块后输出的直流电通过2M有源晶振逆变转换成高频交流电供给初级绕组。通过2个电感线圈耦合能量，次级线圈输出的电流经接受转换电路变化成直流电为电池充电。

2硬件设计

2.1 发射模块

如图3，主振电路采用2 MHz有源晶振作为振荡器。有源晶振输出的方波，经过二阶低通滤波器滤除高次谐波，得到稳定的正弦波输出，经三极管13003及其外围电路组成的丙类放大电路后输出至线圈与电容组成的并联谐振回路辐射出去．为接收部分提供能量。

测得与电容组成的并联谐振回路的空芯耦合线圈的线径为O．5 mm，直径为7 cm，电感为47 uH，载波频率为2 MHz。根据并联谐振公式得匹配电容C约为140 pF。因而．发射部分采用2MHz有源晶振产生与谐振频率接近的能源载波频率。

2.2 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。

3 接受端充电控制电路设计

电能经过线圈接收后（如图4），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，输出直流电为电池提供较稳定的工作电压，为电池充电（如图5）。

参考文献

[1]魏忠，蔡勇，雷红卫。嵌入式开发详解.电子工业出版社.2003.

[2张靖，刘少强，检测技术与系统设计。中国电力出版社.2001.

[3]龚沛曾，陆慰民，杨志强。Visual Basic程序设计简明教程。高等教育出版社.2006.

[4] 杨加国，董秀成。单片机原理与应用及C51程序设计.清华大学出版社2008.

[5秦曾煌。电工学. 高等教育出版社.2006.

[6]戴佳，戴卫恒。51单片机C语言应用程序设计实例精讲.电子工业出版社.2006.

附录