無線傳能充電器方案分析

更為方便快捷的充電方式是我們一直所追求的，近年來，一種新型的充電技術開始出現在我們的視野，它就是無線充電。無線充電源于無線電能傳輸技術，小功率無線充電常采用電磁感應式，大功率無線充電常采用諧振式由供電設備(充電器)將能量傳送至用電的裝置，該裝置使用接收到的能量對電池充電，并同時供其本身運作之用。

由于充電器與用電裝置之間以磁場傳送能量，兩者之間不用電線連接，因此充電器及用電的裝置都可以做到無導電接點外露。

本文介紹的是一個簡單實用的無線傳能充電器方案，它是通過線圈將電能以無線方式傳輸給燈泡(電池)。本無線傳能充電器由能量發送單元與能量接收單元兩大部分組成，可以在5cm范圍內對燈泡(電池)進行充電。

電源電路

使用了24V與5V電源分別給場效應管即NE555供電，采用變壓器變電后使用7812與7912穩壓源模塊產生24V點然后再經7805電源穩壓產生5V電。并且一定要注意兩電源共地。

信號產生電路

采用NE555構成振蕩頻率約為500KHZ的信號發生器，為功放電路提供激勵信號。調節555的變阻器大小可以再一定范圍內改變輸出方波的頻率及占空比，調節得到所需要的頻率。

接受端充電控制電路設計

電能經過線圈接收后，高頻交流電壓經過IN4007整流管進行全波整流，2200uf的電容濾波，再用3.3V穩壓二極管驚醒穩壓，輸出直流電為燈泡(電池)提供較穩定的工作電壓。

功放驅動電路

諧振功率放大器由LC并聯諧振回路和開關管IRF640構成。功放驅動電路主要用于放大前級振蕩電路產生的振蕩信號，從而將更高的振蕩信號送入下級高頻功率發大電路。

LC諧振電路設計

能量發送單元射頻輸出端采用發射線圈(電感)和電容并連連構成諧振回路。為了提高能量接收單元獲取更大電壓，是能夠在更遠距離工作，能量接收單元采用并聯諧振回路。

當功率放大器的選頻回路的諧振頻率與激勵信號頻率相同時，功率放大器發生諧振，此時線圈中的電壓和電流達最大值，從而產生最大的交變電磁場。當接收端線圈與發射線圈靠近時，在接收線圈中產生感生電壓，當接收線圈回路的諧振頻率與發射頻率相同時產生諧振，電壓達最大值。所以，發射線圈回路與接收線圈回路均處于諧振狀態時，具有最好的能量傳輸效果。線圈傳遞能量效率較高，傳送間距越大。

接受端充電控制電路設計

電能經過線圈接收后，高頻交流電壓經過IN4007整流管進行全波整流，2200uf的電容濾波，再用3.3V穩壓二極管驚醒穩壓，輸出直流電為燈泡(電池)提供較穩定的工作電壓。

編者結語

編者認為這種無線傳能充電器方案還有以下幾點需要注意改進的地方：

(1)在傳輸距離，線圈參數已定的情況下，發送端要有更高的頻率，發送線圈工作在諧振狀態等使傳輸效率增大。

(2)提高距離的方法可以是提高器發射電路的電壓。

(3)本設計采用IN4007整流管進行整流，管子平均壓降為0.8V。導通損耗大，不適合使用在接收電路中。而若采用肖特基二極管則可以大大降低管子損耗，電能利用率更高。

(4)銅絲直徑，線圈直徑大小，匝數及繞制方法不僅決定了線圈的電感值，也影響著其傳輸效率。