簡易無線充電系統(tǒng)DIY設(shè)計方案

　　1、原理簡介

　　無線充電系統(tǒng)主要利用電磁感應(yīng)原理。 電磁感應(yīng)方案就是利用變壓器原理， 通過初、次級線圈的感應(yīng)來實現(xiàn)電能的傳輸。 基于這種方式的無線電能傳輸系統(tǒng)主要有三大部分組成，即能量發(fā)送端、無接觸變壓器、能量接收端。當(dāng)發(fā)送線圈中通以交變電流，該電流在將在周圍介質(zhì)中形成一個交變磁場， 接收線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢可供電給移動設(shè)備或者給電池充電。這種方案的特點是能量接收端和次級線圈相連，可靈活移動，電路簡單，易于實現(xiàn)，可用于距離要求不高但又不需要機械和電氣連接的場合。

　　2、系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1總體設(shè)計

　　無線充電系統(tǒng)由電源電路、高頻振蕩電路、高頻功率放大電路、發(fā)射、接收線圈和高頻整流濾波電路 5 部分組成，系統(tǒng)框架如下圖（1）所示，最后給可充電電池充電。從無線電路傳輸?shù)脑砩峡矗娔?、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播，要產(chǎn)生電磁波首先要有電磁振蕩，電磁波的頻率越高其向空間輻射能力的強度就越大，電磁振蕩的頻率至少要高于 100KHZ，才有足夠的電磁輻射。

　　2.2 高頻振蕩電路設(shè)計

　　用CMOS 電路六反相器 CD4069 的晶體振蕩電路CD4069 構(gòu)成的兩種晶體振蕩電路如圖（2）所示

　　用CD4069產(chǎn)生高頻振蕩比LC振蕩電路的效果要好

　　2.3 功率放大器的設(shè)計

　　電路如圖（3）所示

　　場效應(yīng)管屬于電壓控制元件，是一種類似于電子管的三極管，與雙極型晶體管相比，場效應(yīng)晶體管具有輸入阻抗高，輸入功耗小，溫度穩(wěn)定性好，信號放大穩(wěn)定性好，信號失真小，噪聲低等特點，而且其放大特性也比電子三極管好，圖（ 3）功率場效應(yīng)管電路中三個電阻 R1、R2、R3 并聯(lián)接到場效應(yīng)管的柵極 G， 前級的高頻振蕩電路也接到 G； 原級 S 直接接地； 漏極 D 接LC 振蕩電路，其諧振頻率和前級的高頻振蕩頻率相同。

　　2.4發(fā)射、接收線圈電路流程圖 4 如下所示

　　發(fā)射和接收線圈都采用直徑0.5ram左右的漆包線繞 12 匝， 線圈直徑約為 80r。發(fā)射模塊的作用是將直流能量高效率地轉(zhuǎn)換為射頻功率信號，以便接收電路能夠充分利用能量接收模塊是在接收到前級的能量后對其進行處理的模塊。為了滿足實際應(yīng)用的需求，需要將接收到的射頻信號進行整流、濾波、降壓以及穩(wěn)壓處理，處理之后的直流電壓方可供其他負(fù)載使用。該模塊主要包括整流電路以及降壓電路。

　　2.5無線供電電路的選擇方案

　　CD4069 的晶體振蕩電路和功率場效應(yīng)管組成的無線充電電路。

　　電路如圖（6）所示

　　該充電電路的 CD400 系列的 CMOS 電路的極限電壓時 18v，不穩(wěn)的的交流 12v 電壓整流濾波后的空載電壓可能會超過 18v，所以 CD4069 的電源電壓用三端穩(wěn)壓集成電路7805 提供。CMOS 電路所有不用的輸入端接上適當(dāng)?shù)倪壿嬰娖?，晶體振蕩接成單門振蕩器，振蕩輸出經(jīng)二級緩沖后送到功率場效應(yīng)管的柵極 G，開始為保護場效應(yīng)管，柵極電路上設(shè)置偏壓和泄漏電路，保證電路穩(wěn)定工作。

　　3、實驗步驟

　　按照下圖連接線路，連接好以后進行調(diào)試。

　　4 、設(shè)計總結(jié)

　　該實驗?zāi)軌螯c亮發(fā)光二極管且能給充電電池充電，基本達(dá)到實驗要求但發(fā)射線圈與接收線圈之間的感應(yīng)距離不太長，因此具有改進余地。例如可以在發(fā)射電路中再接一個功率放大電路使發(fā)射線圈的功率變大。

　　5、仿真圖

　　仿真前：

　　仿真后：