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所属分类:电源电路 充电电路CHARGE
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[导读] 现阶段无线充电系统主要采用的是电磁感应原理,即通过线圈进行能量耦合实现能量的传递.充电系统的结构简单,系统工作状态时输入端将交流电经全桥整流电路变换成直流电。
       随着科技的不断发展,手机等通讯设备的种类不断增多,人类已经不再满足传统式的充电方式.这种方式的弊端就是循环使用充电设备会导致插头的损坏或者不牢固,产生漏电的危险.虽然现在已经出现了手机无线充电系统,但是还不够完善.本文通过对手机无线充电系统的剖析,让读者进一步的了解无线充电系统。
引言
早在上个世纪末期,手机无线充电设备就已经诞生了.当时,它以小巧便携等特点受到了很多年轻人的关注.但是当时的手机充电系统还是存在着很多弊端,例如传输距离短,难以让不同厂商出产的手机充电设备兼容等因素导致手机无线充电系统并没有广泛应用.

1,手机无线充电的发展史
自从两个世纪前的三十年代,迈克尔·法拉第在试验的过程中发现了随着周围磁场的变化就会产生电流.时隔六十年后,尼古拉·特斯拉以爱迪生助手的身份在光谱辐射研究时成功申请了一个专利.当时的科技非常落后,所以最终以效率低且存在危险而放弃.又经过了一个世纪的滞后,香港城市大学电子工程学系许树源教授对手机无线充电系统又做出了贡献,但是此充电系统必须让手机和充电器相接触.2007年初,美国麻省理工学院的马林·索尔贾希克(MarinSoljacic)带领一些学生对无线充电又登上了一个更大的台阶,他们在两米以外成功通过无线电流点亮了一盏家用灯泡.最近,英国一家公司根据电磁感应发明了一种新型无线充电器,它看上去就像一块塑料鼠标垫,将手机等放在垫上就能充电,并且可以同时给多个手机设备充电。
 2,手机无线充电的特点
手机无线充电最大的优点就是不需要手机连线进行充电,它是利用磁共振在手机无线充电器和手机之间通过空气进行充电,手机与充电器相感应,那么线圈就会与电容器在手机充电器和手机之间形成磁共振.同时,无线充电可以节省空间,只要进入到无线充电器的覆盖区域就会进行自动充电.在未来的发展中,还可以发展为通过电脑对手机芯片的控制来进行充电,预计每秒中充电的电量是现在的一百五十倍.所以,这一系统可以在未来得到广泛应用.
从根本上说,虽然这一系统对处在充电场的人生命没有危害的,其中的原因是电量是可以控制在同一频率的共振中的线圈进行传输.但对于这种新型的无线充电技术,很多人还会产生担忧,就像几年前对Wi-Fi和手机天线杆不放心一样.现阶段的手机无线充电技术只是刚刚的开始,并没有成熟的技术与先例.我们面临的缺点主要有距离短、功率小、效率差等因素.并且假如一些无安全保证的手机电池进入充电区可能会导致火灾意外,所以从最初出现无线充电设备到现在还没有成熟的技术.新设计的无线充电系统想要达到目标,那么解决效率与安全的问题势在必行。
3,手机无线充电的实现方式
3.1 电磁感应
对于手机无线充电方式来说,最重要的方法之一就是通过电磁感应原理.只有在两个共振频率相同的物体之间才能有效地传输能量,而不同频率物体之间的信号是非常弱甚至是没有的,无线充电技术中的电磁感应正是利用了这个原理.它是在初级和次级线圈中产生感应电流,然后将能量从无线充电设备传输的手机电池当中.具体来说,就是放在变化磁通量中的导体,会产生电动势.也就是说只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,那么在闭合电路中就会产生感应电流.电磁感应不近揭示了电与磁之间的关系,还为电与磁之间的相互转化奠定了基础.
3.2 无线电波
相对于电磁感应来说,无线电波是一种比较成熟的无线充电方式,无线电技术的原理在于,导体中电流强弱的改变会产生无线电波.利用这一现象,通过调制可将信息加载于无线电波之上.它是用相应的线圈来发送和接收产生感应的交流信号来进行充电的的一项技术,用户只需要将充电设备放在一个“平板”上即可进行充电.通过解调将信息从电流变化中提取出来,就达到了信息传递的目的.
3.3 电磁共振
电磁共振技术正处于发展阶段,但是也可实现无线充电功能.当振荡电路为非理想状态而有电阻时,电阻发热,成为阻尼振荡;当振荡电路中有外加的周期性电动势作用时,将成为受迫振荡;当外加电动势的频率与电路自由振荡的固有频率ω相同时,振幅达最大值,叫电磁共振.2008年,英特尔公司的工程师们共同研究,曾以该项技术作为基础,在距电源一米多远的地方让一个60瓦的灯泡发光,其中传输效率也保持在了百分之七十五.手机研究者的下一个目标将是利用无线方式对经过改装的手机进行充电.不过,要想实现这一目标并不是那么简单的,还需要同时解决好电磁场干扰电脑其它元器件正常工作的问题.
本文设计了一种简单实用的无线传能充电器,通过线圈将电能以无线方式传输给电池。只需把电池和接收设备放在充电平台上即可对其进行充电。实验证明.虽然该系统还不能充电于无形之中.但已能做到将多个校电器放置于同一充电平台上同时充电,免去接线的烦恼。
4 无线充电器原理与无线充电器方案
现阶段无线充电系统主要采用的是电磁感应原理,即通过线圈进行能量耦合实现能量的传递.充电系统的结构如图1所示,系统工作状态时输入端将交流电经全桥整流电路变换成直流电。


以上是无线充电系统结构的框架,那么具体来分其中包括发射电路,接收电路以及充电电路.
4.1 发射电路
现阶段的主振电路都是采用2MHz的有源晶振作为首选振荡器,经过有源晶振的处理后的波形信息,通过滤波器的进一步过滤,这样就可以只剩下高层次的波形,这样不近有利于更稳定的波形输出,还可以增大输出效率.紧接着,波形信息传输到了三极管,最后输出到了线圈和电容组成的并联谐振的回路当中,向接收电路提供信息和能量.具体发射电路系统结构如图2所示。



图2 发射电路
测得与电容组成的并联谐振回路的空芯耦合线圈的线径为O.5 mm,直径为7 cm,电感为47 uH,载波频率为2 MHz。根据并联谐振公式得匹配电容C约为140 pF。因而.发射部分采用2MHz有源晶振产生与谐振频率接近的能源载波频率。
4.2 接收电路
接收电路相对于发射电路要简单的多,具体连接方式如图3所示.

4.3 充电电路
充电电路就是对发射电路传输到接收电路的能量经过一系列的转化后形成电流,从而达到对手机充电的目的,系统原理在图4中展示。

图4 充电电路
 5 结束语
无线充电技术在很久以前就已经出现,但还是不够成熟,不够完善.本文通过对手机无线充电设备的发展和特点进行研究,和讨论进一步的了解了无线充电系统的工作原理.实验证明,虽然该系统还并不能应用于实际当中,但已能做到将多个手机放置于同一充电平台上进行充电.随着科技的发展,人才素质的不断提高,相信不远的将来,无论什么品牌的手机无时无刻都可以充电.那样,无线电流就会像空气一样存在于整个世界.


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