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无线充电器控制板开发设计


作者:丰日科技 时间:2020-08-07 浏览:157


如今智能手机盛行,其耗电量大,充电频繁。传统手机充电器容易造成手机USB接口损坏并且十分麻烦。
而无线手机充电器很好的避免了反复插接USB接口,使用方便、高档。

 

 
一、无线充电器原理简介
 
       利用电磁感应原理,当发射线圈通过交变电流时,在线圈周围会产生一个交变磁场,此时接收线圈中产生的感应电动势经整流、滤波、稳压后便可给手机充电。针对该原理手机无线充电器主要由发送部分和接收部分组成,发送部分包含振荡电路、功放电路和发射线圈,接收部分包含接收线圈和整流滤波电路。振荡电路产生电磁振荡,经功放电路进行功率放大,振荡信号(交变电流)通过发送线圈,在发送线圈周围便会产生交变磁场;接收线圈产生的感应电动势进行整流、滤波、稳压处理,然后即可对手机进行充电。
 
二、无线充电器设计过程
 
2.1框图设计
 
       手机无线充电器由电源电路、振荡电路、功放电路、发射线圈、接收线圈和整流滤波电路5部分组成,系统框架如图1所示,最后给手机电池充电。从无线电路传输的原理上看,电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播,要产生电磁波首先要有电磁振荡,电磁波的频率越高其向空间辐射能力的强度就越大,电磁振荡的频率至少要高于100KHZ,才有足够的电磁辐射。
 
2.2振荡电路设计
 
      起初采用LC振荡电路,但振荡频率不够。后采用CMOS电路六反相器CD4069的晶体振荡电路CD4069构成的晶体振荡电路如图2所示用CD4069产生高频振荡比LC振荡电路的效果要好。
 
2.3功率放大器的设计
 
      起初采用三极管构成功放电路,但温度性能不够稳定,后采用场效应管。场效应管属于电压控制元件,是一种类似于电子管的三极管,与双极型晶体管相比,场效应晶体管具有输入阻抗高,输入功耗小,温度稳定性好,信号放大稳定性好,信号失真小,噪声低等特点,而且其放大特性也比电子三极管好,图3功率场效应管电路中三个电阻R1、R2、R3并联接到场效应管的栅极G,前级的高频振荡电路也接到G;原级S直接接地;漏极D接LC振荡电路,其谐振频率和前级的高频振荡频率相同。电路如图3所示。
 
2.4发射、接收线圈电路设计
 
       发射和接收线圈都采用直径0.5ram左右的漆包线绕12匝,线圈直径约为80r。发射模块的作用是将直流能量高效率地转换为射频功率信号,以便接收电路能够充分利用能量接收模块是在接收到前级的能量后对其进行处理的模块。为了满足实际应用的需求,需要将接收到的射频信号进行整流、滤波、降压以及稳压处理,处理之后的直流电压方可供其他负载使用。该模块主要包括整流电路以及降压电路。
 
2.5手机无线充电器的整体原理图
 
      CD4069的晶体振荡电路和功率场效应管组成的无线充电电路。该充电电路的CD400系列的CMOS电路的极限电压时18v,不稳的的交流12v电压整流滤波后的空载电压可能会超过18v,所以CD4069的电源电压用三端稳压集成电路7805提供。CMOS电路所有不用的输入端接上适当的逻辑电平,晶体振荡接成单门振荡器,振荡输出经二级缓冲后送到功率场效应管的栅极G,开始为保护场效应管,栅极电路上设置偏压和泄漏电路,保证电路稳定工作。
 
总结及展望
 
       该产品已经完成,能够给手机无线充电,无线距离为3cm,若需更大距离,需要增加线圈圈数并增加功放电路级数,以使发射线圈周围产生更强的交变磁场,以便接收线圈在更远的距离接收。接收线圈可以嵌入手机内,线圈可透过后盖接收信号(已测试成功)。若能将该产品生产上市,相信各种手机会在生产时内嵌接收线圈,以迎合手机无线充电器,使用会更方便,甚至会有手机厂商买断无线充电器产权,以无线充电作为手机的特有卖点。
 
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