簡易無線充電系統DIY設計方案

　　1、原理簡介

　　無線充電系統主要利用電磁感應原理。 電磁感應方案就是利用變壓器原理， 通過初、次級線圈的感應來實現電能的傳輸。 基于這種方式的無線電能傳輸系統主要有三大部分組成，即能量發送端、無接觸變壓器、能量接收端。當發送線圈中通以交變電流，該電流在將在周圍介質中形成一個交變磁場， 接收線圈中產生的感應電動勢可供電給移動設備或者給電池充電。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，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、系統設計

　　2.1總體設計

　　無線充電系統由電源電路、高頻振蕩電路、高頻功率放大電路、發射、接收線圈和高頻整流濾波電路 5 部分組成，系統框架如下圖（1）所示，最后給可充電電池充電。從無線電路傳輸的原理上看，電能、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 高頻振蕩電路設計

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

　　用CD4069產生高頻振蕩比LC振蕩電路的效果要好

　　2.3 功率放大器的設計

　　電路如圖（3）所示

　　場效應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，場效應晶體管具有輸入阻抗高，輸入功耗小，溫度穩定性好，信號放大穩定性好，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）功率場效應管電路中三個電阻 R1、R2、R3 并聯接到場效應管的柵極 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發射、接收線圈電路流程圖 4 如下所示

　　發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。發射模塊的作用是將直流能量高效率地轉換為射頻功率信號，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、降壓以及穩壓處理，處理之后的直流電壓方可供其他負載使用。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壓集成電路7805 提供。CMOS 電路所有不用的輸入端接上適當的邏輯電平，晶體振蕩接成單門振蕩器，振蕩輸出經二級緩沖后送到功率場效應管的柵極 G，開始為保護場效應管，柵極電路上設置偏壓和泄漏電路，保證電路穩定工作。

　　3、實驗步驟

　　按照下圖連接線路，連接好以后進行調試。

　　4 、設計總結

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

　　5、仿真圖

　　仿真前：

　　仿真后：