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利用电磁感应原理 实现电能无线传递的充电器

2015-06-27 15:02:55 来源:  作者:
摘要:目前,手机、MP3和笔记本 电脑等便携式电子设备进行充电主要采用的是一端连接交流电源,另一端连接便携式电子设备充电电池的传统充电方式。这种方式有很多不利 的地方,如频繁的插拔很容易损坏接头,可能带来触电的危险等

   目前,手机、MP3和笔记本 电脑等便携式电子设备进行充电主要采用的是一端连接交流电源,另一端连接便携式电子设备充电电池的传统充电方式。这种方式有很多不利 的地方,如频繁的插拔很容易损坏接头,也可能带来触电的危险等。因此,非接触式感应充电器在上个世纪末期诞生。凭借其携带方便、成本低、无需布线等优势迅速受到各界关注。实现无线充电,能量传输效率高,便于携带成为充电系统的研究方向之一。本设计就是一个由能量发送单元和能量接收单元两大部分组成,利用电磁感应原理 实现电能无线传递的充电器。

  1 硬件系统设计

  1.1 器件选择

  本无线充电系统的设计是用线圈耦合方式传递能量,使接收单元接收到足够的电能,以保证后续电路能量的供给。由于无线传电电压随能量发送单元和接收单元耦合线圈的间距D在测试中需要改变,而充电时间相对固定,便于控制,所以充电方式上选择固定电流充电的恒流充电方案。在器件选择上选择有多种省电模式,功耗特别省,抗干扰力特强的 MSP430系列超低功耗单片机MSP430F2274作为无线传能充电器的监测控制核心芯片,电压和充电时间显示采用低功耗OCM126864-9液晶屏,以提高充电电路的能量利用效率。

  1.2 系统框图

  无线充电系统主要采用电磁感应原理,通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。如图1所示,系统工作时输人端将交流市 电经全桥整流电路变换成直流电,或用24V直流电端直接为系统供电。当接收线圈与发射线圈靠近时,在接收线圈中产生感生电压,当接收线圈回路的谐振频率与发射频率相同时产生谐振,电压达最大值,具有最好的能量传输效果。通过 2个电感线圈耦合能量,次级线圈输出的电流经接受转换电路变化成直流电为电池充电。

  1.3 单元电路设计

  1.3.1 电源切换

  直流输入采用单刀双闸继电器,交流上电常开闭合,常闭打开实现交流优先,交流断电继电器断电,常闭闭合,实现自动切换。在切换时,时间很短,C1可提供一定时间的电量,可以实现不断电切换,不影响充电。见图2所示。

  1.3.2发射及接收电路

  发射电路由振荡信号发生器和谐振功率放大器两部分组成, 见图3所示。采用NE555构成振荡频率约为510KHZ信号发生器 ,为功放电路提供激励信号;谐振功率放大器由Lc并联谐振回路和开关管IRF840构成。振荡线圈按要求用直径为0.8mm的漆包线密绕2O圈,直径约为6.5cm,实测电感值约为142uH ,由 , 当谐振在510KHZ时,与其并联的电容c5、c6 约为680P,可用470pF的固定电容并联一个200PF的可调电容,可方便调节谐振频率。

  大功率管TRF840最大电流为8A、完全开启时内阻为0.85欧,管子发热量大,所以需要加装散热片。当功率放大器的选频回路的谐振频率与激励信号频率相同时,功率放大器发生谐振,此时线圈中的电压和电流达最大值,从而产生最大的交变电磁场。当接收线圈与发射线圈靠近时,在接收线圈中产生感生电压,当接收线圈回路的谐振频率与发射频率相同时产生谐振,电压达最大值。构成了如图4所示的谐振回路。实际上,发射线圈回路与接收线圈回路均处于谐振状态时,具有最好的能量传输效果。

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