引言

目前,，手機,、mp3和筆記本 電腦等便攜式電子設(shè)備進(jìn)行充電主要采用的是一端連 接交流電源，另一端連接便攜式電子設(shè)備充電電池的傳統(tǒng)充電方式,。這種方式有很多不利 的地方,，如頻繁的插拔很容易損壞接頭，也可能帶來觸電的危險等,。因此,，非接觸式感應(yīng)充電器在上個世紀(jì)末期誕生。憑借其攜帶方便,、成本低,、無需布線等優(yōu)勢迅速受到各界關(guān)注。實現(xiàn)無線充電,，能量傳輸,，便于攜帶成為充電系統(tǒng)的研究方向之一 。本設(shè)計就是一個由能量發(fā)送單元和能量接收單元兩大部分組成,，利用電磁感應(yīng)原理 實現(xiàn)電能無線傳遞的充電器,。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

1.1 器件選擇

本無線充電系統(tǒng)的設(shè)計是用線圈耦合方式傳遞能量，使接收單元接收到足夠的電能,，以后續(xù)電路能量的供給,。由于無線傳電電壓隨能量發(fā)送單元和接收單元耦合線圈的間距d在測試中需要改變，而充電時間相對固定,，便于控制,，所以充電方式上選擇固定電流充電的恒流充電方案。在器件選擇上選擇有多種省電模式,，功耗省,，抗干擾力特強的 msp430系列功耗單片機msp430f2274作為無線傳能充電器的監(jiān)測控制芯片，電壓和充電時間顯示采用低功耗ocm126864—9液晶屏，以提高充電電路的能量利用效率,。

1.2 系統(tǒng)框圖

無線充電系統(tǒng)主要采用電磁感應(yīng)原理,，通過線圈進(jìn)行能量耦合實現(xiàn)能量的傳遞。如圖1所示,，系統(tǒng)工作時輸人端將交流市 電經(jīng)全橋整流電路變換成直流電,，或用24v直流電端直接為系統(tǒng)供電。當(dāng)接收線圈與發(fā)射線圈靠近時,，在接收線圈中產(chǎn)生感生電壓,，當(dāng)接收線圈回路的諧振頻率與發(fā)射頻率相同時產(chǎn)生諧振，電壓達(dá)#大值,，具有#好的能量傳輸效果,。通過 2個電感線圈耦合能量，次級線圈輸出的電流經(jīng)接受轉(zhuǎn)換電路變化成直流電為電池充電,。

1.3 單元電路設(shè)計

1.3.1 電源切換

直流輸入采用單刀雙閘繼電器,，交流上電常開閉合，常閉打開實現(xiàn)交流優(yōu)先,，交流斷電繼電器斷電,，常閉閉合，實現(xiàn)自動切換,。在切換時,，時間很短，c1可提供一定時間的電量,，可以實現(xiàn)不斷電切換,，不影響充電。見圖2所示 ,。

1.3.2發(fā)射及接收電路

發(fā)射電路由振蕩信號發(fā)生器和諧振功率放大器兩部分組成,， 見圖3所示,。采用ne555構(gòu)成振蕩頻率約為510khz信號發(fā)生器 ,，為功放電路提供激勵信號；諧振功率放大器由lc并聯(lián)諧振回路和開關(guān)管irf840構(gòu)成,。振蕩線圈按要求用直徑為0.8mm的漆包線密繞2o圈,，直徑約為6.5cm，實測電感值約為142uh ,，由
,， 當(dāng)諧振在510khz時，與其并聯(lián)的電容c5,、c6 約為680p,，可用470pf的固定電容并聯(lián)一個200pf的可調(diào)電容，可方便調(diào)節(jié)諧振頻率,。

大功率管trf840#大電流為8a,、完全開啟時內(nèi)阻為0.85歐,，管子---量大，所以需要加裝散熱片,。當(dāng)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(fā)生諧振，此時線圈中的電壓和電流達(dá)#大值,，從而產(chǎn)生#大的交變電磁場,。當(dāng)接收線圈與發(fā)射線圈靠近時，在接收線圈中產(chǎn)生感生電壓,，當(dāng)接收線圈回路的諧振頻率與發(fā)射頻率相同時產(chǎn)生諧振,，電壓達(dá)#大值。構(gòu)成了如圖4所示的諧振回路,。實際上,，發(fā)射線圈回路與接收線圈回路均處于諧振狀態(tài)時，具有#好的能量傳輸效果,。

1.3.3 充電電路

如圖5所示,，電能經(jīng)過線圈接收后，高頻交流電壓經(jīng)快速二極1n4148進(jìn)行全波整流,，3300f的電容濾波,，再用5.1v壓二極管穩(wěn)壓，輸出直流電為充電器提供較為穩(wěn)定的工作電壓,。

因為
,， 為了準(zhǔn)確控制充電時間，我們在設(shè)計中采用恒流充電的方法,，可以充電電流大致為一常數(shù)i,，上述電容電壓與時間的關(guān)系可表示為：
。 根據(jù)題設(shè)要求,，充電時間應(yīng)滿足快充小于30s,，慢充控制在100到140s ， 計算出快充,、慢充所需 電流大小快i1慢i2： 分別為 ：

圖 5中二極管 d1,、 d2的導(dǎo)通電壓基本不變 ，故可作為電壓基準(zhǔn) ,， 約為 1.4 v,。各電壓關(guān)系為：


可見在恒流充電電路中，充電電流僅由電阻r1,、r2確定,。計算中約定u=0.7充電電流ic 三極管集電極電流ie，計算出快充、慢充所需電阻r1,、r2分別為 ：




設(shè)計中采用可調(diào)電阻,， 可調(diào)節(jié)充電電流的大小 。
 
1 .3. 4 整機電路原理圖

2 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計 的主要任務(wù)是對充電過程的監(jiān)視及充電電路的控制,。具體方法是：利用 msp430單片機 自帶的a d轉(zhuǎn)換器實時檢測充電電池上的電壓,，到規(guī)定電壓時發(fā)出控制信號，斷充電電路,�,；�于msp430較高的速度、的ad轉(zhuǎn)換器,、功能豐富的定時器等資源特點,， 我們在lcd上設(shè)計了充電進(jìn)度條的繪制、實時充電電壓顯示,、充電時間顯示等內(nèi)容,。其中進(jìn)度條的繪制需要定性反映實時電壓大小，我們采用的方法是根據(jù)電壓值計算出坐標(biāo),，并調(diào)用自己設(shè)計的畫直線函數(shù)進(jìn)行實時繪制,，效果逼真 見圖7、圖8 ,。

3 功能的實現(xiàn)情況

本無線充電系統(tǒng)設(shè)計使用220v /50hz交流供電,，24v直流供電，自動切換交,、直流供電電源,； 具有快充、慢充功能,，當(dāng)距離d> 2cm時,， 快充時間<30s，當(dāng)距離d>2cm時,，慢充時間 <120s,。系統(tǒng)充滿后顯示，自動關(guān)斷充電,。如表1所示 ,。

4 結(jié) 語

充電效率是一個不得不考慮的問題,。本設(shè)計系統(tǒng)可以在發(fā)射接收電路的能量傳輸部分做適當(dāng)改進(jìn),，以獲得更高的效率和更遠(yuǎn)的距離；也可以設(shè)計充電設(shè)備檢測電路,，在沒有能量接收電路時能量發(fā)送部分處于睡眠狀態(tài),，當(dāng)能量接收電路靠近發(fā)送部分時，發(fā)射電路開始充電。本設(shè)計系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計要求,，具有無線充電,、攜帶方便、成本低,、無需布線等優(yōu)勢,，有著廣泛的應(yīng)用前景。