无线充电器的设计制作

    本无线充电器由电能发送电路和电能接收与充电控制电路两部分构成。将直流电转换成高频交流电，然后通过没有任何有线连接的原、副线圈之间的互感耦合实现电能的无线馈送。基本方案如下图所示。   　　1．电能发送部分
　　
　　如下图．无线电能发送单元的供电电源有两种：220V交流和24V直流（如汽车电源），由继电器J选择。按照交流优先的原则，图中继电器J的常闭触点与直流（电池BT1）连接。正常情况下S3处于接通状态。 　　当有交流供电时，整流滤波后的约26V直流使继电器J吸合，发送电路单元便工作于交流供电方式，此时直流电源BT1与电能发送电路断开，同时LED1（绿色）发光显示这一状态。经继电器J选择的+24V直流电，主要为发射线圈L1供电，此外，经ICl(78L12)降压后为集成电路IC2供电，为保证J的动作不影响发送电路的稳定工作，电容C2的容量不得小于2200μF。电能的无线传送实际上是通过发射线圈Ll和接收线圈L2的互感作用实现的，这里L1与L2构成一个无磁芯的变压器的原、副线圈。为保证足够的功率和尽可能高的效率，应选择较高的调制频率，同时要考虑到器件的高频输出的高电位一方面使Q4饱和，从而在LED2两端得到约2V的稳定电压特性，经实验选择1.6MHz较为合适。 　　IC2为CMOS六非门CD4069，这里只用了三个非门，由Fl、F2构成方波振荡器，产生约1.6MHz的方波，经F3缓冲并整形，得到幅度约11V的方波来激励VMOS功放管IRF640，足以使其工作在开关状态（丁类），以保证尽可能高的转换效率。为保证它与L1C8回路的谐振频率一致，可将C4定为l00pF，Rl待调。为此将Rl暂暂为3kΩ，并串人可调电阻RP1。在谐振状态，尽管激励是方波，但Ll中的电压是同频正弦波。 　　由此可见，这一部分实际上是个变频器，它将50Hz的正弦波转变成1.6MHz的正弦波。 　　2．电能接收与充电控制部分
　　
　　在正常情况下，接收线圈L2与发射线圈Ll相距不过几cm，且接近同轴，此时可获得较高的传输效率。电能接收与充电控制电路单元的原理如下图所示。L2感应得到的1.6MHz的正弦电压有效值约有16V（空载）。经桥式整流（由4只1N4148高频开关二极管构成）和C5滤波，得到约20V的直流。作为充电控制部分的唯一电源。由R4，RP2和TL431构成精密参考电压4.15V（锂离子电池的充电终止电压）经R12接到运放IC3的同相输入端③。当IC2的反相输入端②低于4.15V时（充电过程中），IC3输出的高电位一方面使Q4饱和，从而在LED2两端得到约2V的稳定电压（LED的正向导通具有稳压特性），Q5与R6、R7便据此构成恒流电路I0=(2-0.7)/(R6+R7)。另一方面R5使Q3截止，LED3不亮。 　　当电池充满（略大于4.15V）时，IC3的反相输入端②略高于4.15V。运放便输出低电位，此时Q4截止，恒流管Q5因完全得不到偏流而截止，因而停止充电。同时运放输出的低电位经R8使Q3导通，点亮LED3作为充满状态指示。 　　两种充电模式由R6、R7决定。快充Ic=30mA，此时R7被充电模式选择开关SW短路。此时R6=(2-07y0.03×438；慢充（SW断开）I0=10mA，因而R6+R7=(2-0.7)/0.01×1308，这样R7=130-43=87。这个非序列值可以在E24序列电阻的标称值为918的电阻中找到，就用918的也行。     　　主要元器件选择
　　
　　电源变压器T1。5VA/18V，这里利用现有的双18V的，经整流滤波后得到约24V的直流。 　　继电器J供电DC24V，经测量其可靠吸合电流为13mA。 　　保险管FUSE。快速反应的1A。 　　可调电阻RP1和RP2。用精密可调的。 　　谐振电容C8。瓷介电容耐压不小于63V。 　　整流桥D5-D8。用高频开关管1N4148。 　　精密电压源。TL431。 　　运放IC3。OPA335，TI公司的轨对轨精密单运放。 　　晶体管Q3、Q4和Q5。要求漏电流小于0.lμA，放大倍数大于200，图中已标型号。 　　发光管LED2。普亮（红），正向VA特性尽可能陡直（动态电阻小，稳压特性好）。 　　发送线圈L1。用Ulmm的漆包线在U66mm的圆柱体（易拉罐正好）上密绕20匝，用502胶适当粘接，脱胎成桶形线圈。 　　接收线圈L2。用U0.4mm的漆包线在同样的圆柱体上密绕20匝，脱胎后整理成密圈形然后粘接固定。这是为了使接收单元尽可能薄型化。 　　无线传能充电器的主要设计目标是提高传能设备的功率和效率，以及较完善的充电控制功能，不追求较远的传输距离，设计传输距离为lcm～5cm，即所谓微距传送。在信息的无线传送盛行了百年之后，在一定条件和范围内的电能无线传送将会开始流行。本装置将在电能无线传送方面提供一定的引导和启发作用。