【導(dǎo)讀】智能無(wú)線充電器利用電磁感應(yīng)原理，是非接觸充電系統(tǒng)，不再通過(guò)導(dǎo)線（充電線）傳輸電能，而是無(wú)線傳輸方式充電。本文將介紹智能無(wú)線充電設(shè)計(jì)的詳細(xì)思路，本電路具有使用方便、適用面廣的優(yōu)點(diǎn)，有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
因不同的類型電子產(chǎn)品需要使用不同的充電器，充電時(shí)還要尋找合適的插口和理順接線，筆者利用電磁感應(yīng)原理，設(shè)計(jì)了智能無(wú)線充電器。該無(wú)線充電器具有自動(dòng)感應(yīng)充電和充滿電后智能斷電功能，不僅適用于各種不同充電電壓和容量的電子產(chǎn)品，而且能夠?qū)Χ嗯_(tái)不同的電子產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行充電。
1.系統(tǒng)介紹
1.1 當(dāng)前充電模式情況
在電子科技技術(shù)高速發(fā)展的今天，全球范圍內(nèi)的手機(jī)用戶數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了33億，再加上MP3、MP4等其他周邊電子產(chǎn)品，平均不到2人就擁有一個(gè)需要充電的便攜式電子產(chǎn)品。目前普遍使用的都是數(shù)據(jù)線插接式充電，這種充電方式數(shù)據(jù)線接口用久了通常會(huì)有觸不良等現(xiàn)象，而且單個(gè)充電器適應(yīng)面不廣，因不同的類型電子產(chǎn)品需要使用不同的充電器，充電時(shí)還要尋找合適的插口和理順接線，真可謂費(fèi)時(shí)費(fèi)力；各種便攜式電子產(chǎn)品的充電是一件令人頭痛的麻煩事。為了改良上面的現(xiàn)象，研發(fā)智能無(wú)線充電器是很有必要的。
1.2 作品簡(jiǎn)介及優(yōu)點(diǎn)
智能無(wú)線充電器利用電磁感應(yīng)原理，是非接觸充電系統(tǒng)，不再通過(guò)導(dǎo)線（充電線）傳輸電能，而是無(wú)線傳輸方式充電。沒(méi)有充電所用的物理接口，與一般充電器相比，避免了插線或拔電池的麻煩，具有一般充電器的工作原理；作品采用一（充電器）對(duì)多（感應(yīng)負(fù)載）充電、智能充電的設(shè)計(jì)思想；無(wú)線充電器對(duì)負(fù)載充電時(shí)，指示燈將由綠燈轉(zhuǎn)換為七彩燈，手機(jī)也正確顯示充電狀態(tài)并智能完成充過(guò)程（實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品為手機(jī)）。本充電器可以同時(shí)對(duì)多個(gè)負(fù)載充電，可以自動(dòng)感應(yīng)是否有負(fù)載充電，達(dá)到自動(dòng)充電，充滿電后10秒自動(dòng)斷電，達(dá)到智能化；從而大大方便了用戶。智能無(wú)線充電器使用十分方便、一個(gè)充電器就可以滿足一個(gè)家庭的需要，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值、成本低廉（與一般充電器價(jià)格相差不多）等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在世界上許多大公司（如Sony，Intel，apple，飛利普等）也正在火熱研究中；智能無(wú)線充電必將是取代物理直插的發(fā)展方向，將肯定受到人們的歡迎和重視。
基于以上思路，充分運(yùn)用所學(xué)電子技術(shù)知識(shí)，經(jīng)過(guò)老師悉心指導(dǎo)。設(shè)計(jì)、制作智能無(wú)線充電器，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）成本低廉 電路由脈沖產(chǎn)生部分、功率放大部分，濾波部分、比較部分及發(fā)射和接收部分組成，每部分只是幾個(gè)小元件組成，制作簡(jiǎn)單。
（2）一對(duì)多充電 一臺(tái)充電器可以對(duì)多個(gè)負(fù)載充，一個(gè)家庭購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)充電器就可以滿足全家人使用，隨著負(fù)載的增加，工作效率也會(huì)增高，因此可以節(jié)約用電同時(shí)亦可減少不必要的開(kāi)銷(xiāo)。
（3）方便性 與一般充電器相比，減少了插拔的麻煩，同時(shí)亦避免了接口不適用，接觸不良等現(xiàn)象，老年人也能很方便地使用。
（4）智能化 只要把感應(yīng)負(fù)載往充電器上面放，就可以自動(dòng)感應(yīng)充電，通過(guò)信息反饋，當(dāng)感應(yīng)負(fù)載滿電后，自動(dòng)斷電，實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程智能化。
2. 工作原理
2.1 系統(tǒng)模塊
無(wú)線充電器利用電磁感應(yīng)原理。通過(guò)NE555D芯片產(chǎn)生一個(gè)36.7K的脈沖頻率（因?yàn)榻?jīng)過(guò)調(diào)試在36.7K頻率時(shí)，效率達(dá)到最高），IRFP460功率放大，使發(fā)射線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)接收線圈靠近時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)過(guò)全波整流和穩(wěn)壓，得到負(fù)載 （手機(jī)）所需要的充電電壓和電流。發(fā)射線圈的電流會(huì)隨著感應(yīng)負(fù)載的增加而增大，通過(guò)運(yùn)放把0.33歐的負(fù)載電壓23倍放大，再經(jīng)過(guò)1N4148整流濾波得到電壓U1與基準(zhǔn)源Uo比較。充電時(shí)，U1大于Uo七彩燈閃亮，表示正在充電；空負(fù)載或充滿電時(shí)，U1小于Uo，綠燈亮，若10秒鐘后沒(méi)有感應(yīng)負(fù)載，自動(dòng)斷電；按一下復(fù)位鍵則充電器重新啟動(dòng)。 具體電路分析如下：
2.1.1 NE555D脈沖發(fā)生器模塊 如圖1，根據(jù) T =（R1+Rp）C1，f = 1/T，調(diào)節(jié)Rp使NE555D輸出一個(gè)36.7KHZ的脈沖頻率。
圖1：NE555D脈沖發(fā)生器模塊
2.1.2 功率放大及無(wú)線發(fā)射模塊
主要把NE555D產(chǎn)生的一個(gè)36.7KHZ的脈沖功率放大，經(jīng)發(fā)射線圈發(fā)射出去。當(dāng)脈沖為高電平時(shí)，Q12柵極為高電平，Q12導(dǎo)通，此時(shí)Q8飽和，Uceq電壓只有0.67V，經(jīng)D10-4148后Q1柵極電壓為0，Q1截止。當(dāng)脈沖為低電平時(shí)，Q8、Q12同時(shí)截止，電流直接由R16 D10 Q1，Q1導(dǎo)通。整個(gè)過(guò)程中Q1與Q12均以一開(kāi)一關(guān)的形式工作。電路如圖2：
圖2： 功率放大及無(wú)線發(fā)射模塊
2.1.3 感應(yīng)線圈模塊
如圖3，當(dāng)感應(yīng)線圈靠近發(fā)射線圈時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)過(guò)全波整流后，根據(jù)不同的電子產(chǎn)品的充電電壓，可選擇不同的穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓，再經(jīng)三極管Q100放大電流后供給不同電子產(chǎn)品充電。
圖3：感應(yīng)線圈模塊
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2.1.4 充電檢測(cè)模塊
當(dāng)有感應(yīng)負(fù)載時(shí)，R20（0.33歐）電阻上的電壓會(huì)增大，經(jīng)運(yùn)放U2A放大A=1+R5/R6=23倍后，電壓變化明顯，再經(jīng)過(guò)1N4148整流濾波，得電壓U1與基準(zhǔn)源Uo比較，此時(shí)U1＞Uo，運(yùn)放輸出Ui為高電平，七彩燈閃爍；當(dāng)感應(yīng)負(fù)載充滿電（或沒(méi)有感應(yīng)到負(fù)載），此時(shí)U1＜Uo，運(yùn)放輸出Ui為低電平，綠燈亮。
圖4：充電檢測(cè)模塊
2.1.5 智能斷電模塊
（1）當(dāng)開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)時(shí)，整充電器處于智能充電過(guò)程。充電器啟動(dòng)時(shí)，繼電器K1閉合，同時(shí)K2為斷開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)有感應(yīng)負(fù)載時(shí)，七彩燈閃爍，Ui為高電平，此時(shí)Q5飽和，電壓Uceq為0.67V，低于Q2+Q4的導(dǎo)通電壓之和（1.34V），Q2與Q4構(gòu)成達(dá)林頓，同時(shí)截止，繼器K1吸合；當(dāng)感應(yīng)負(fù)載充滿電（或無(wú)感應(yīng)負(fù)載）時(shí)，綠燈亮，即Ui為低電平，此時(shí)Q3截止，電容C5與R9構(gòu)成RC充電電路，當(dāng)電容充電電壓到達(dá)Q2與Q4的導(dǎo)通電壓時(shí)，Q2導(dǎo)通，使Q4飽和，此時(shí)繼電器工作電壓只有0.67V，繼電器斷開(kāi)，整個(gè)電路處于完全斷電狀態(tài)。
斷電后，繼電器K2閉合，此時(shí)C5與R13構(gòu)成RC放電電路，給C5快速放電。當(dāng)按一下輕觸復(fù)位開(kāi)關(guān)時(shí)，充電器重新啟動(dòng)。當(dāng)感應(yīng)負(fù)載充滿電（或無(wú)感應(yīng)負(fù)載）時(shí)，電容C5充電，其電壓為Ut 由公式Ut=12*（1-e-t/R9C5）得：t=-R9C5ln（1-Ut/12） 其中C5=100UF，R9=1MΩ，Ut=1.34V， 經(jīng)計(jì)算得斷電時(shí)間：t=10S 實(shí)現(xiàn)了10秒自動(dòng)斷電。在綠燈亮的10秒內(nèi)只要有感應(yīng)負(fù)載，則Ui為高電平，Q3飽和，電容C5放電。整個(gè)充電過(guò)程實(shí)現(xiàn)智能化斷電。
（2）當(dāng)S2閉合時(shí)，整個(gè)充電電路處于手動(dòng)斷電過(guò)程。
圖5：智能斷電模塊
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圖6：智能無(wú)線充電器原理電路圖
2.1.6 流程圖
具體工作流程如圖7所示：
圖7：工作流程圖
2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)實(shí)物圖如圖8、圖9、圖10所示。
圖8：作品實(shí)物圖
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3.主要技術(shù)指標(biāo)
表1：該作品主要技術(shù)指標(biāo)
4.元件清單
表2：本系統(tǒng)所采用的主要元件清單
經(jīng)統(tǒng)計(jì)得： 元器件總價(jià)格=17.18（元）。
5.作品擴(kuò)展
通過(guò)研究，我們發(fā)現(xiàn)無(wú)線電磁感應(yīng)充電的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，除了應(yīng)用于最基本的手機(jī)、MP3、MP4、筆記本電腦，數(shù)碼相機(jī)等便攜設(shè)備充電外，還可以應(yīng)用在醫(yī)療、工業(yè)領(lǐng)域中，特別對(duì)于那些完全密封式的設(shè)備有著更重要的意義；如果把發(fā)射線圈裝進(jìn)鼠標(biāo)墊里面，便可實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)無(wú)線供電。其實(shí)除了感應(yīng)充電以外，還可以通過(guò)改變脈沖頻率實(shí)現(xiàn)驅(qū)蚊趕鼠等功能。
6.結(jié)束語(yǔ)
本設(shè)計(jì)把目前電子類課程所學(xué)的專業(yè)知識(shí)真正應(yīng)用到實(shí)踐中，由于作品架構(gòu)設(shè)計(jì)合理，電路功能實(shí)現(xiàn)較好，性能優(yōu)良、穩(wěn)定，較好地達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)指標(biāo)。
