無線充電器電路設(shè)計與BOM全攻略

1、無線充電器電路設(shè)計與BOM全攻略2015年06月04日17:22來源：互聯(lián)網(wǎng)作者：秩名我要評論(0) 標(biāo)簽：智能硬件(684)無線充電(458)電源管理(521)無線電技術(shù)用于通信，已經(jīng)在全世界流行了近一百年。從當(dāng)初的無線電廣播和無線電報， 發(fā)展到現(xiàn)在的衛(wèi)星和微波通信，以及普及到全球幾乎每一個個人的移動通信、無線網(wǎng)絡(luò)、GPS 等。無線通信極大地改變了人們的生產(chǎn)和生活方式，沒有無線通信，信息化社會的目標(biāo)是不 可議的。然而，無線通信傳送的都是微弱的信息，而不是功率較大的/能量。因此許多使用 極為方便的便攜式的移動產(chǎn)品，都要不定期地連接電網(wǎng)進(jìn)行充電，也因此不得不留下各種插 口和連接電纜。這就很難實現(xiàn)

2、具有防水性能的密封工藝，而且這種個性化的線纜使得不同產(chǎn) 品的充電器很難通用。如果徹底去掉這些尾巴，移動終端設(shè)備就可以獲得真正的自由。也 易于實現(xiàn)密封和防水。這個目標(biāo)必須要求能量也像信息一樣實現(xiàn)無線傳輸。能量的傳送和信號的傳輸要求顯然不同，后者要求其內(nèi)容的完整和真實，不太要求效率， 而前者要求的是功率和效率。雖然能量的無線傳送的想法早已有之，但因為一直無法突破效 率這個瓶頸，使它一直不能進(jìn)入實用領(lǐng)域目前，這個瓶頸仍然沒有實質(zhì)性的突破。但是如果 對傳輸距離沒有嚴(yán)格要求(不跟無線通信比)，比如在數(shù)cm (本文稱微距)的范圍內(nèi)，其 傳輸效率就很容易提高到滿意的程度。如果能用比較簡單的設(shè)備實現(xiàn)微距條件下

3、的無線傳 能，并形成商業(yè)化的推廣應(yīng)用，當(dāng)今社會隨處可見的移動電子設(shè)備將有可能面臨一次新的變 革。工作原理將直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電，然后通過沒有任何有有線連接的原、副線圈之間的互感耦 合實現(xiàn)電能的無線饋送?；痉桨溉鐖D1所示。圖1無線電能傳輸裝置方案示圖1無線電能傳輸裝置方案示圖本無線充電器由電能發(fā)送電路和電能接收與充電控制電路兩部分構(gòu)成。電能發(fā)送部分如圖2,無線電能發(fā)送單元的供電電源有兩種：220V交流和24V直流（如汽車電源）， 由繼電器J選擇。按照交流優(yōu)先的原則，圖中繼電器J的常閉觸點與直流（電池BT1）連接。 正常情況下S3處于接通狀態(tài)。無線充電模塊當(dāng)有交流供電時，整流濾波后的約26V直

4、流使繼電器J吸合，發(fā)送電路單元便工作于交 流供電方式，此時直流電源BT1與電能發(fā)送電路斷開，同時LED1 （綠色）發(fā)光顯示這一狀 態(tài)。經(jīng)繼電器J選擇的+24V直流電主要為發(fā)射線圈L1供電，此外，經(jīng)IC1 （78L12）降壓后 為集成電路IC2供電，為保證J的動作不影響發(fā)送電路的穩(wěn)定工作，電容C3的容量不得小 于 2200uF。圖2無線電能發(fā)送單元電路圖電能的無線傳送實際上是通過發(fā)射線圈L1和接收線圈L2的互感作用實現(xiàn)的，這里L(fēng)1 與L2構(gòu)成一個無磁芯的變壓器的原、副線圈。為保證足夠的功率和盡可能高的效率，應(yīng)選 擇較高的調(diào)制頻率，同時要考慮到器件的高頻特性，經(jīng)實驗選擇1.6MHz較為合適。IC1

5、為 CMOS六非門CD4069（$ 0.1125），這里只用了三個非門，由F1，F(xiàn)2構(gòu)成方波振蕩器，產(chǎn)生約 1.6MHz的方波，經(jīng)F3緩沖并整形，得到幅度約11V的方波來激勵VMOS功放管 IRF640（$ 0.4600）.足以使其工作在開關(guān)狀態(tài)（丁類），以保證盡可能高的轉(zhuǎn)換效率。為保 證它與L1C8回路的諧振頻率一致?？蓪4定為100pF，R1待調(diào)。為此將R1暫定為3K，并 串入可調(diào)電阻RP1。在諧振狀態(tài)，盡管激勵是方波，但L1中的電壓是同頻正弦波。由此可 見，這一部分實際上是個變頻器，它將50Hz的正弦轉(zhuǎn)變成1.6MHz的正弦。電能接收與充電控制部分正常情況下，接收線圈L2與發(fā)射線圈L1

6、相距不過幾cm,且接近同軸，此時可獲得較 高的傳輸效率。電能接收與充電控制電路單元的原理如圖3所示。L2感應(yīng)得到的1.6MHz的 正弦電壓有效值約有16V （空載）。經(jīng)橋式整流（由4只1N4148（$ 0.0054）高頻開關(guān)二極管 構(gòu)成）和C5濾波，得到約20V的直流。作為充電控制部分的唯一電源。由R4, RP2和TL431 （ $ 0.0625）構(gòu)成精密參考電壓4.15V （鋰離子電池的充電終止電壓） 經(jīng)R12接到運(yùn)放IC的同相輸入端3。當(dāng)IC2的反相輸入端2低于4.15V時（充電過程中）， IC3輸出的高電位一方面使Q4飽和從而在LED2兩端得到約2V的穩(wěn)定電壓（LED的正向?qū)?具有穩(wěn)壓

7、特性），Q5與R6、R7便據(jù)此構(gòu)成恒流電路I0=2-0.7R6+R7。另一方面R5使Q3截 止，LED3不亮。圖3無線電能接收器電路圖當(dāng)電池充滿（略大于4.15V）時，IC3的反相輸入端2略高于4.15V。運(yùn)放便輸出低電 位，此時Q4截止，恒流管Q5因完全得不到偏流而截止，因而停止充電。同時運(yùn)放輸出的低 電位經(jīng)R8使Q3導(dǎo)通，點亮LED3作為充滿狀態(tài)指示。兩種充電模式由R6、R7決定。這個非 序列值可以在E24序列電阻的標(biāo)稱值為918的電阻中找到，就用918的也行。如果作為產(chǎn)品 設(shè)計，這部分電路應(yīng)當(dāng)盡可能微型化（電流表電壓表只是在實驗品中調(diào)試時用，產(chǎn)品中不需 要），最好成為電池的附屬電路。主要

8、元器件選擇電源變壓器T1： 5VA18V，這里利用現(xiàn)有的雙18V的，經(jīng)整流濾波后得到約24V的直流 繼電器J： DC24V，經(jīng)測量其可靠吸合電流為13mA，保險管FUSE：快速反應(yīng)的1A，可調(diào)電阻 RP1和RP2:用精密可調(diào)的，諧振電容C8：瓷介電容耐壓不小于63V，整流橋D5-D8：用高 頻開關(guān)管1N4148，精密電壓源：TL431，運(yùn)放IC3： OPA335（ $ 1.1875），TI公司的軌對軌精 密單運(yùn)放，晶體管Q3、Q4和Q5：要求漏電流小于0.1uA，放大倍數(shù)大于200，圖中已標(biāo)型 號，發(fā)光管LED2：普亮（紅），正向VA特性盡可能陡直（動態(tài)電阻小，穩(wěn)壓特性好），發(fā) 送線圈L1：用U1mm的漆包線在U66mm的圓柱體（易拉罐正好）上密繞20匝，用502膠適 當(dāng)粘接，脫胎成桶形線圈，接收線圈L2:用U0.4mm的漆包線在同樣的圓柱體上密繞20匝， 脫胎后整理成密圈形然后粘接固定。這是為了使接收單元盡可能薄型化。調(diào)試要點作為可行性探索實驗的樣機(jī)，本設(shè)計僅針對100mAh左