无线传能充电器方案中的电路剖析

接线图 2023年01月19日 21:24 289 admin

更为方便快捷的充电方式是我们一直所追求的，近年来，一种新型的充电技术开始出现在我们的视野，它就是无线充电。无线充电源于无线电能传输技术，小功率无线充电常采用电磁感应式，大功率无线充电常采用谐振式由供电设备（充电器）将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。
由于充电器与用电装置之间以磁场传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。
本文介绍的是一个简单实用的无线传能充电器方案，它是通过线圈将电能以无线方式传输给灯泡（电池）。本无线传能充电器由能量发送单元与能量接收单元两大部分组成，可以在5cm范围内对灯泡（电池）进行充电。
电源电路

无线传能充电器方案中的电路剖析第1张

使用了24V与5V电源分别给场效应管即NE555供电，采用变压器变电后使用7812与7912稳压源模块产生24V点然后再经7805电源稳压产生5V电。并且一定要注意两电源共地。
信号产生电路

无线传能充电器方案中的电路剖析第2张

采用NE555构成振荡频率约为500KHZ的信号发生器，为功放电路提供激励信号。调节555的变阻器大小可以再一定范围内改变输出方波的频率及占空比，调节得到所需要的频率。
接受端充电控制电路设计

无线传能充电器方案中的电路剖析第3张

电能经过线圈接收后，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，输出直流电为灯泡（电池）提供较稳定的工作电压。
功放驱动电路
谐振功率放大器由LC并联谐振回路和开关管IRF640构成。功放驱动电路主要用于放大前级振荡电路产生的振荡信号，从而将更高的振荡信号送入下级高频功率发大电路。
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。
接受端充电控制电路设计
电能经过线圈接收后，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，输出直流电为灯泡（电池）提供较稳定的工作电压。
编者结语
编者认为这种无线传能充电器方案还有以下几点需要注意改进的地方：
（1）在传输距离，线圈参数已定的情况下，发送端要有更高的频率，发送线圈工作在谐振状态等使传输效率增大。
（2）提高距离的方法可以是提高器发射电路的电压。
（3）本设计采用IN4007整流管进行整流，管子平均压降为0.8V。导通损耗大，不适合使用在接收电路中。而若采用肖特基二极管则可以大大降低管子损耗，电能利用率更高。
（4）铜丝直径，线圈直径大小，匝数及绕制方法不仅决定了线圈的电感值，也影响着其传输效率。