智能无线充电系统电路设计详解
一种智能无线充电系统的设计
·145·文章编号：2095－6835（2022）07－0145－04一种智能无线充电系统的设计陈司函，黎雅（武汉理工大学自动化学院，湖北武汉430070）摘要：近年来，无线充电在各方面都取得了较大的成功，比如在手表、手机以及电动牙刷等都取得了商业化的成功。
但市场目前鲜有能适用不同充电功率和充电系统的无线充电设计方案，为此，提出并设计了一种能够自动调节的智能无线充电系统，设计了发射端和接收端的电路和元件选型，选择MSP430主控制器进行软件处理，并设计了无线通讯模块实现无线人机交互界，用户可以通过上位机（如手机APP 、电脑）远程设计充电模式，提高了系统的实用性和便捷性。
关键词：恒功率充电；PWM 调制；PID 控制；无线交互中图分类号：TM910文献标志码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2022.07.0431研究背景近几年来，无线充电技术发展非常迅猛，已经在很多小型低功率等级电器方面成功实现商品化，如无线充电的电动牙刷、手表、手机等[1]。
相较于有线传输，这些小型的电子设备采用无线充电技术可以避免充电线的频繁插拔，避免外露通电接点，降低了触电的风险，增加了安全性，没必要担心侵蚀问题，可用时长增加很多。
在较高功率等级的应用中，无线传输电能的可用领域及前景非常广泛，不仅可以用于小型电子设备的实时充电，还可应用于各类自动巡检机器人以减少人工工作时长[2]，提高整个巡检系统的工作效率[3]，此外无线充电可以在航天飞行器、地下矿井设备、部分医疗植入设备等环境较为特殊的领域发挥极大的作用，具有深远的研究意义。
随着无线充电在各个行业的普及，将无线充电系统智能化不仅可以提高无线充电系统的充电效率，减少了能源损耗，而且可以使同一套无线充电系统满足在各类需求下的个性化使用，提高了无线充电系统应用的广泛性。
2系统整体方案设计设计系统总体设计如图1所示[4]，发射端采用以NE555芯片为核心搭建的硬件电路做振荡器，产生高频振荡信号，此高频振荡信号通过D 类功率放大器进行功率放大。
无线充电方案设计
无线充电方案设计1. 引言无线充电技术是近年来快速发展的一项关键技术，它解决了传统充电方式中存在的插线不便以及充电口易损坏的问题。
本文将介绍一种基于电磁感应原理的无线充电方案设计。
2. 方案概述本方案采用电磁感应原理实现无线充电。
主要包括发射端和接收端两部分。
发射端主要负责产生交变电磁场，而接收端则利用接收线圈接收电磁场能量并供给充电设备。
3. 系统设计3.1 发射端设计发射端由发射线圈、功率放大电路、调制电路和控制电路等组成。
3.1.1 发射线圈发射线圈是将电源提供的直流电转换为交变电磁场的核心组件。
线圈的结构和参数的设计对系统的性能影响很大。
线圈的周长、匝数、直径等参数需要根据充电设备的功率需求进行合理设计。
3.1.2 功率放大电路功率放大电路主要负责将来自电源的低压直流电转换为高频高压交流电，并将其输出到发射线圈上。
该电路需要能够提供稳定且高效的功率输出。
3.1.3 调制电路调制电路用于调节功率放大电路输出的交流电的频率和幅度。
通过调节交流电的频率和幅度，可以实现对充电设备的充电效果的优化。
调制电路通常由微控制器或专用芯片控制。
3.1.4 控制电路控制电路主要负责监测和控制发射端的工作状态，包括输入电压、输出功率、温度等参数的监测和保护。
控制电路还可以实现充电设备的识别和通信功能，以提供更智能化的充电体验。
3.2 接收端设计接收端由接收线圈、整流电路、滤波电路和充电控制电路等组成。
3.2.1 接收线圈接收线圈负责接收发射端发出的交变电磁场，并将其转换为直流电能供给充电设备。
接收线圈的设计参数需要与发射线圈相匹配，以确保能量传输的高效性。
3.2.2 整流电路整流电路负责将接收到的交流电转换为直流电。
采用整流二极管桥式整流电路可以实现高效的电能转换。
3.2.3 滤波电路滤波电路用于对整流电路输出的直流电进行滤波，去除杂散干扰和纹波，并提供稳定的直流电输出。
3.2.4 充电控制电路充电控制电路负责监测充电设备的充电状态，并控制充电电流和电压。
智能无线充电器电路设计
智能无线充电器电路设计
工作原理概述
1.1 系统模块
无线充电器利用电磁感应原理。
通过NE555D芯片产生一个36.7K的脉冲频率（因为经过调试在36.7K频率时，效率达到最高），IRFP460功率放大，使发射线圈产生磁场，当接收线圈靠近时，产生感应电流，经过全波整流和稳压，得到负载（手机）所需要的充电电压和电流。
发射线圈的电流会随着感应负载的增加而增大，通过运放把0.33欧的负载电压23倍放大，再经过
1N4148整流滤波得到电压U1与基准源Uo比较。
充电时，U1大于Uo七彩灯闪亮，表示正在充电；空负载或充满电时，U1小于Uo，绿灯亮，若10秒钟后没有感应负载，自动断电；按一下复位键则充电器重新启动。
具体电路分析如下：
1.1.1 NE555D脉冲发生器模块根据T=（R1+Rp）C1，f=1/T，调节RP 使NE555D输出一个36.7KHZ的脉冲频率。
1.1.2 功率放大及无线发射模块
主要把NE555D产生的一个36.7KHZ的脉冲功率放大，经发射线圈发射出去。
当脉冲为高电平时，Q12栅极为高电平，Q12导通，此时Q8饱和，Uceq电压只有0.67V，经D10-4148后Q1栅极电压为0，Q1截止。
当脉冲为低电平时，Q8、Q12同时截止，电流直接由R16 D10 Q1，Q1导通。
整个过程中Q1与Q12均以一开一关的形式工作。
1.1.3 感应线圈模块当感应线圈靠近发射线圈时，就会产生感应电流，经过全波整流后，根据不同的电子产品的充电电压，可选择不同的稳压二极管。
基于无线充电技术的智能家居系统设计
基于无线充电技术的智能家居系统设计一、引言随着科技的不断发展，智能家居系统作为新生代家居系统正在迅速流行，逐渐普及。
而智能家居系统的核心技术是无线充电技术，因此，探索一种基于无线充电技术的智能家居系统设计是十分必要的。
二、无线充电技术概述无线充电技术是指不需要连接任何电线或者充电器的情况下，通过电磁场实现对物品的充电。
目前，无线充电技术主要分为电磁感应式充电和无线射频式充电两大类。
电磁感应式充电是通过相邻两个电磁线圈之间的电磁感应原理，将电能从一个线圈传到另一个线圈的方式进行充电。
无线射频式充电则是通过RF（无线射频）信号，将电能从发送端传输到接收端。
三、智能家居系统设计智能家居系统是架构在互联网和物联网技术基础上，将智能硬件、智能终端设备和智能物联网云平台整合起来，实现智能设备之间、设备与人之间互相控制和交互的智能化家居系统。
基于无线充电技术的智能家居系统设计主要包括智能终端设备和智能物联网云平台两个方面。
1. 智能终端设备智能终端设备主要包括无线充电智能灯、智能门锁、智能插座、智能摄像头等。
无线充电智能灯的设计需要考虑灯的亮度、颜色、音乐等因素，并在此基础上实现无线充电的功能。
智能门锁的设计需要考虑门锁的开关、密码设置、语音播报等因素，并在此基础上实现无线充电的功能。
智能插座的设计需要考虑插座的能耗、安全性等因素，并在此基础上实现无线充电的功能。
智能摄像头的设计需要考虑摄像头的像素、存储、远程随时观看等因素，并在此基础上实现无线充电的功能。
2. 智能物联网云平台智能物联网云平台的设计需要考虑系统的技术架构、运行效率、数据安全等因素。
在此基础上，需要实现物联网设备的远程控制、数据共享、预测分析等功能，以满足用户的需求。
四、应用前景基于无线充电技术的智能家居系统设计不仅可以提高家居系统的智能化程度，还可以节省用户的能耗成本，实现家居安全、舒适、高效的生活环境。
此外，基于无线充电技术的智能家居系统设计可以扩展到商业和行业领域，实现智能商店、智能厂房等领域的发展，提高生产效率和消费体验。
简易无线充电系统diy设计方案
简易无线充电系统diy设计方案设计简易无线充电系统的方案如下：1. 确定充电器的原理：无线充电系统可以通过电磁感应原理实现。
充电器中的发射线圈产生交变电流，形成交变磁场。
接收线圈放置在需要充电的设备上，接收交变磁场并转换为电流供设备充电。
2. 设计发射线圈：选用导线的匝数和形状来设计发射线圈。
较多匝数的线圈能够产生更强的磁场，并增加电流的传输效率。
3. 设计接收线圈：接收线圈的设计需要根据需要充电的设备的特点来确定。
接收线圈应该能够与发射线圈配对，以获取尽可能高的接收效率。
4. 选择发射和接收电路：为了实现无线充电，我们需要选择合适的发射和接收电路。
发射电路将电源的直流电转换为交流电，供发射线圈产生磁场。
接收电路将接收线圈接收到的磁场转换为直流电，供设备充电。
5. 添加保护措施：为了确保充电过程的安全性，可以添加一些保护措施，如过流保护、过热保护等。
这可以通过添加相应的传感器和保护电路来实现。
6. 调试和测试：完成设计后，需要对系统进行调试和测试。
可以使用多种方法和设备测量充电效率、输出电流等参数，以确保系统的正常运行和满足设计要求。
7. 制作和安装：根据设计图纸和材料清单，制作充电器和接收器的物理结构。
注意遵循安全操作规程，谨慎连接电路和部件。
8. 使用和维护：完成安装后，可以使用该无线充电系统为设备进行充电。
在使用过程中，要注意保持充电器和接收器的清洁，并定期检查和维护系统。
需要说明的是，以上方案只是针对简易的无线充电系统设计的。
如果需要设计更为复杂和高效的无线充电系统，可能涉及更多方面的知识和技术，如功率传输、频率选择、电磁辐射控制等。
因此，在实际设计过程中，需要根据具体需求和预算进行合理选择。
无线充电原理电路
无线充电原理电路嘿，朋友们！今天咱来聊聊无线充电原理电路这个神奇的玩意儿。
你想想看啊，以前咱给手机充电，总得找根线，还得对准接口插进去，多麻烦呀！但有了无线充电，哇塞，就像变魔术一样，把手机往那儿一放，嘿，就开始充电啦！这可真是太方便啦！那无线充电到底是咋工作的呢？其实啊，就好比是一场巧妙的能量传递游戏。
在这个游戏里呢，有发送端和接收端。
发送端就像是一个大力士，它能把电能转化成一种特殊的能量，然后通过看不见的“电波”或者“磁场”，把能量传出去。
接收端呢，就像是一个聪明的小助手，它能把接收到的这种特殊能量再转化回电能，然后给咱的手机呀、手表呀这些设备充电。
这不就跟咱平时玩传球游戏差不多嘛！发送端把“球”扔出去，接收端稳稳地接住。
只不过这个“球”是能量罢了。
无线充电原理电路里啊，有很多关键的元件呢。
比如说线圈，这可是很重要的角色哟！它就像游戏里的道具一样，帮助能量更好地传递。
还有一些电子元件，它们就像是一群小精灵，在背后默默地工作，让整个充电过程顺顺利利的。
你说神奇不神奇？咱不用再为那乱七八糟的充电线烦恼啦！而且无线充电还更安全呢，不用担心接口磨损或者进水啥的。
现在很多地方都有无线充电的设备啦，像咖啡店呀、机场呀，你去那儿，把手机一放，就能轻轻松松充电，多惬意呀！以后说不定家里的各种电器都能无线充电了呢，那可真是太棒啦！想象一下，以后咱家里的桌子、椅子啥的都带有无线充电功能，你随便把手机、平板往哪儿一放，都能充上电。
那咱的生活得多方便呀，再也不用到处找充电线啦！无线充电原理电路就是这么个神奇又实用的东西，它让我们的生活变得更加便捷、更加美好。
咱可得好好感谢那些聪明的科学家们，是他们让这一切成为了现实。
所以呀，让我们一起期待无线充电技术越来越发达，给我们带来更多的惊喜吧！。
无线充电系统的设计与优化
无线充电系统的设计与优化引言：无线充电系统的发展是现代科技进步的产物，它使得人们可以不再依赖有线连接，从而更加便利地享受电子设备带来的便捷。
然而，无线充电系统的设计和优化却成为现在研究的热点。
本文将探讨无线充电系统的设计原则和优化方法。
1. 无线充电技术背景无线充电技术是一种能够将电能传输到电子设备中的技术，通过电磁场或者射频技术实现。
传统有线充电存在线缆连接、构造复杂以及使用不便等问题，而无线充电技术解决了这些问题。
目前，无线充电技术已经广泛应用于电动车、移动智能设备以及医疗器械等领域。
2. 无线充电系统的设计原则2.1 电磁场设计无线充电系统中的电磁场设计是十分重要的。
良好的电磁场设计能够提高能量传输的效率和稳定性。
首先，需要合理选择电磁场的频率和功率。
过高的频率可能会导致能量损失过大，而过低的频率则会增加系统体积和功耗。
其次，需要根据传输距离和功率需求进行电磁场的调整，以确保能量传输的有效性。
2.2 电能转化效率电能转化效率指的是从充电器传输到接收器端的能量转化效率。
提高电能转化效率是设计无线充电系统时需要解决的核心问题。
一方面，可以通过优化传输距离和电磁场参数来提高电能转化效率。
另一方面，优化接收端和发射端的电子电路设计也可以提高电能转化效率。
2.3 安全性设计无线充电系统的安全性设计不容忽视。
高频电磁场对人体健康可能造成一定的影响，因此需要采取一定的防护措施。
目前，有些无线充电系统在电磁场辐射方面已经进行了优化设计，例如增加电磁屏蔽和限制电磁辐射的范围。
3. 无线充电系统的优化方法3.1 电磁场优化方法为了提高无线充电系统的效率和稳定性，可以采用一些电磁场优化方法。
例如，通过使用高效的电磁感应材料来提高电磁场的传输效率；通过精确控制电磁场的频率和功率，将其与接收器进行匹配，以提高能量传输的效果。
3.2 系统构架优化无线充电系统的构架优化可以使得系统更加紧凑和高效。
例如，可以使用更小尺寸的电磁场发射器和接收器，以便更好地集成到电子设备中。
无线充电系统设计与实现
无线充电系统设计与实现“充电，让电池永不断电”是目前我国智能设备的普遍需求。
随着科技的不断发展，无线充电技术逐渐成为一种新兴的技术趋势，相较于传统有线充电方式，无线充电方式无需耗费电线等物品，且操作简单方便，不易断线，深受消费者喜爱。
为此，本文将详细介绍一款基于无线充电技术的充电系统的设计与实现。
一、基于无线充电技术的充电系统设备1. 硬件设备无线充电系统主要由两个硬件设备组成，分别是无线充电器和无线接收器。
无线充电器通过自身的电源模块提供待充电设备所需的电能，而无线接收器则接收无线充电器的电能并将其转换为待充电设备的电能。
在满足基本功耗需求的同时，需要注意减少损耗、提高充电效率。
2. 软件平台软件平台主要由安卓系统或IOS系统的手机应用程序和微信小程序两个部分组成。
用户可以通过手机应用程序或微信小程序实现在远程控制无线充电器和无线接收器，方便快捷。
二、基于无线充电技术的充电系统原理1. 基本原理基于无线充电技术的充电系统是通过电磁感应成环路传导的原理实现的。
传输线圈一般由空气磁场和电场成的交叉垂直的电子场构成。
一般来说，空气磁场等效于交流磁场，电场等效于直流电场。
其中，允许不同频率的电磁波传输，不仅对充电效率有很大的影响，更会对直流及其它特殊负载有很大的影响。
2. 充电系统电路原理涉及的部分基于无线充电技术的充电系统电路大致分为以下三部分：电源部分、功率换算部分、载波调制和系统控制分析等。
三、基于无线充电技术的充电系统实现步骤1. 接口处理首先，需要通过调试软件对相关设备进行接口的预处理，包括发射端与接收端的控制操作。
在此过程中，需要开发相应驱动程序，实现发射端和接收端之间的数据传输，并集成控制功能模块。
2. 系统硬件实现基于无线充电技术的充电系统需要匹配电感和磁芯，需要确保两种部件的选择能够使充电系统的电感值达到一个良好的匹配。
在电路上，还需要对功率换算模块进行设计，将输入电流转换为适当的电压。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
半导体器件应用网
/news/200515_p1.html 智能无线充电系统电路设计详解【大比特导读】智能无线充电器利用电磁感应原理，是非接触充电系统，不
再通过导线(充电线)传输电能，而是无线传输方式充电。
没有充电所用的物理接
口，与一般充电器相比，避免了插线或拔电池的麻烦。
在电子科技技术高速发展的今天，全球范围内的手机用户数量已经达到了33亿，再加
上MP3、MP4等其他周边电子产品，平均不到2人就拥有一个需要充电的便携式电子产品。
目前普遍使用的都是数据线插接式充电，这种充电方式数据线接口用久了通常会有触不良等
现象，而且单个充电器适应面不广，因不同的类型电子产品需要使用不同的充电器，充电时
还要寻找合适的插口和理顺接线，真可谓费时费力;各种便携式电子产品的充电是一件令人
头痛的麻烦事。
为了改良上面的现象，研发智能无线充电器是很有必要的。
智能无线充电器利用电磁感应原理，是非接触充电系统，不再通过导线(充电线)传输电
能，而是无线传输方式充电。
没有充电所用的物理接口，与一般充电器相比，避免了插线或
拔电池的麻烦，具有一般充电器的工作原理;作品采用一(充电器)对多(感应负载)充电、智
能充电的设计思想;无线充电器对负载充电时，指示灯将由绿灯转换为七彩灯，手机也正确
显示充电状态并智能完成充过程(实验产品为手机)。
本充电器可以同时对多个负载充电，可
以自动感应是否有负载充电，达到自动充电，充满电后10秒自动断电，达到智能化;从而大
大方便了用户。
智能无线充电器使用十分方便、一个充电器就可以满足一个家庭的需要，具
有较高的推广应用价值、成本低廉(与一般充电器价格相差不多)等优点，现在世界上许多大
公司(如Sony，Intel，apple，飞利普等)也正在火热研究中;智能无线充电必将是取代物理
直插的发展方向，将肯定受到人们的欢迎和重视。
NE555D脉冲发生器模块
如图1，根据 T =(R1+Rp)C1，f = 1/T，调节Rp使NE555D输出一个36.7KHZ的脉冲频
率。
图1 NE555D脉冲发生器模块
功率放大及无线发射模块
主要把NE555D产生的一个36.7KHZ的脉冲功率放大，经发射线圈发射出去。
当脉冲为高电平时，Q12栅极为高电平，Q12导通，此时Q8饱和，Uceq电压只有0.67V，经D10-4148后Q1栅极电压为0，Q1截止。
当脉冲为低电平时，Q8、Q12同时截止，电流直接由R16 D10 Q1，Q1导通。
整个过程中Q1与Q12均以一开一关的形式工作。
电路如图2：
图2 功率放大及无线发射模块
感应线圈模块
如图3，当感应线圈靠近发射线圈时，就会产生感应电流，经过全波整流后，根据不同的电子产品的充电电压，可选择不同的稳压二极管稳压，再经三极管Q100放大电流后供给不同电子产品充电。
图3 感应线圈模块
无线充电器利用电磁感应原理。
通过NE555D芯片产生一个36.7K的脉冲频率(因为经过调试在36.7K频率时，效率达到最高)，IRFP460功率放大，使发射线圈产生磁场，当接收
线圈靠近时，产生感应电流，经过全波整流和稳压，得到负载 (手机)所需要的充电电压和电流。
发射线圈的电流会随着感应负载的增加而增大，通过运放把0.33欧的负载电压23
倍放大，再经过1N4148整流滤波得到电压U1与基准源Uo比较。
充电时，U1大于Uo七彩灯闪亮，表示正在充电;空负载或充满电时，U1小于Uo，绿灯亮，若10秒钟后没有感应负载，自动断电;按一下复位键则充电器重新启动。
充电检测模块
当有感应负载时，R20(0.33欧)电阻上的电压会增大，经运放U2A放大A=1+R5/R6=23倍后，电压变化明显，再经过 1N4148整流滤波，得电压U1与基准源Uo比较，此时U1>Uo，运放输出Ui为高电平，七彩灯闪烁;当感应负载充满电(或没有感应到负载)，此时 U1<Uo，运放输出Ui为低电平，绿灯亮。
图4 充电检测模块
智能断电模块
当开关S2断开时，整充电器处于智能充电过程。
充电器启动时，继电器K1闭合，同时K2为断开状态。
当有感应负载时，七彩灯闪烁，Ui为高电平，此时Q5饱和，电压Uceq为0.67V，低于Q2+Q4的导通电压之和(1.34V)，Q2与Q4构成达林顿，同时截止，继器K1吸合;当感应负载充满电(或无感应负载)时，绿灯亮，即Ui为低电平，此时Q3截止，电容C5与R9构成RC充电电路，当电容充电电压到达Q2与Q4的导通电压时，Q2导通，使Q4饱和，此时继电器工作电压只有0.67V，继电器断开，整个电路处于完全断电状态。
断电后，继电
器K2闭合，此时C5与R13构成RC放电电路，给C5快速放电。
当按一下轻触复位开关时，充电器重新启动。
当感应负载充满电(或无感应负载)时，电容C5充电，其电压为Ut 当S2闭合时，整个充电电路处于手动断电过程。
图5 智能断电模块
图6 智能无线充电器原理电路图
通过研究，我们发现无线电磁感应充电的应用领域十分广泛，除了应用于最基本的手机、MP3、MP4、笔记本电脑，数码相机等便携设备充电外，还可以应用在医疗、工业领域中，特别对于那些完全密封式的设备有着更重要的意义;如果把发射线圈装进鼠标垫里面，便可实现鼠标无线供电。
其实除了感应充电以外，还可以通过改变脉冲频率实现驱蚊赶鼠等功能。