分享:低價、便捷、自動斷電的智能無線充電器設(shè)計(jì)
發(fā)布時間:2015-01-21 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】智能無線充電器利用電磁感應(yīng)原理,是非接觸充電系統(tǒng),不再通過導(dǎo)線(充電線)傳輸電能,而是無線傳輸方式充電。本文將介紹智能無線充電設(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)了智能無線充電器。該無線充電器具有自動感應(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_不同的電子產(chǎn)品同時進(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有觸不良等現(xiàn)象,而且單個充電器適應(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,充電時還要尋找合適的插口和理順接線,真可謂費(fèi)時費(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)智能無線充電器是很有必要的。
1.2 作品簡介及優(yōu)點(diǎn)
智能無線充電器利用電磁感應(yīng)原理,是非接觸充電系統(tǒng),不再通過導(dǎo)線(充電線)傳輸電能,而是無線傳輸方式充電。沒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)對多(感應(yīng)負(fù)載)充電、智能充電的設(shè)計(jì)思想;無線充電器對負(fù)載充電時,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)并智能完成充過程(實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品為手機(jī))。本充電器可以同時對多個負(fù)載充電,可以自動感應(yīng)是否有負(fù)載充電,達(dá)到自動充電,充滿電后10秒自動斷電,達(dá)到智能化;從而大大方便了用戶。智能無線充電器使用十分方便、一個充電器就可以滿足一個家庭的需要,具有較高的推廣應(yīng)用價值、成本低廉(與一般充電器價格相差不多)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,經(jīng)過老師悉心指導(dǎo)。設(shè)計(jì)、制作智能無線充電器,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,每部分只是幾個小元件組成,制作簡單。
(2)一對多充電 一臺充電器可以對多個負(fù)載充,一個家庭購買一臺充電器就可以滿足全家人使用,隨著負(fù)載的增加,工作效率也會增高,因此可以節(jié)約用電同時亦可減少不必要的開銷。
(3)方便性 與一般充電器相比,減少了插拔的麻煩,同時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,就可以自動感應(yīng)充電,通過信息反饋,當(dāng)感應(yīng)負(fù)載滿電后,自動斷電,實(shí)現(xiàn)充電過程智能化。
2. 工作原理
2.1 系統(tǒng)模塊
無線充電器利用電磁感應(yīng)原理。通過NE555D芯片產(chǎn)生一個36.7K的脈沖頻率(因?yàn)榻?jīng)過調(diào)試在36.7K頻率時,效率達(dá)到最高),IRFP460功率放大,使發(fā)射線圈產(chǎn)生磁場,當(dāng)接收線圈靠近時,產(chǎn)生感應(yīng)電流,經(jīng)過全波整流和穩(wěn)壓,得到負(fù)載 (手機(jī))所需要的充電電壓和電流。發(fā)射線圈的電流會隨著感應(yīng)負(fù)載的增加而增大,通過運(yùn)放把0.33歐的負(fù)載電壓23倍放大,再經(jīng)過1N4148整流濾波得到電壓U1與基準(zhǔn)源Uo比較。充電時,U1大于Uo七彩燈閃亮,表示正在充電;空負(fù)載或充滿電時,U1小于Uo,綠燈亮,若10秒鐘后沒有感應(yīng)負(fù)載,自動斷電;按一下復(fù)位鍵則充電器重新啟動。 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 功率放大及無線發(fā)射模塊
主要把NE555D產(chǎn)生的一個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,Q12柵極為高電平,Q12導(dǎo)通,此時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,Q8、Q12同時截止,電流直接由R16 D10 Q1,Q1導(dǎo)通。整個過程中Q1與Q12均以一開一關(guān)的形式工作。電路如圖2:
圖2: 功率放大及無線發(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,就會產(chǎn)生感應(yīng)電流,經(jīng)過全波整流后,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 充電檢測模塊
當(dāng)有感應(yīng)負(fù)載時,R20(0.33歐)電阻上的電壓會增大,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1N4148整流濾波,得電壓U1與基準(zhǔn)源Uo比較,此時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(或沒有感應(yīng)到負(fù)載),此時U1<Uo,運(yùn)放輸出Ui為低電平,綠燈亮。
圖4:充電檢測模塊
2.1.5 智能斷電模塊
(1)當(dāng)開關(guān)S2斷開時,整充電器處于智能充電過程。充電器啟動時,繼電器K1閉合,同時K2為斷開狀態(tài)。當(dāng)有感應(yīng)負(fù)載時,七彩燈閃爍,Ui為高電平,此時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,同時截止,繼器K1吸合;當(dāng)感應(yīng)負(fù)載充滿電(或無感應(yīng)負(fù)載)時,綠燈亮,即Ui為低電平,此時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,Q2導(dǎo)通,使Q4飽和,此時繼電器工作電壓只有0.67V,繼電器斷開,整個電路處于完全斷電狀態(tài)。
斷電后,繼電器K2閉合,此時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)位開關(guān)時,充電器重新啟動。當(dāng)感應(yīng)負(fù)載充滿電(或無感應(yīng)負(fù)載)時,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)算得斷電時間:t=10S 實(shí)現(xiàn)了10秒自動斷電。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。整個充電過程實(shí)現(xiàn)智能化斷電。
(2)當(dāng)S2閉合時,整個充電電路處于手動斷電過程。
圖5:智能斷電模塊
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圖6:智能無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: 元器件總價格=17.18(元)。
5.作品擴(kuò)展
通過研究,我們發(fā)現(xiàn)無線電磁感應(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)無線供電。其實(shí)除了感應(yīng)充電以外,還可以通過改變脈沖頻率實(shí)現(xiàn)驅(qū)蚊趕鼠等功能。
6.結(jié)束語
本設(shè)計(jì)把目前電子類課程所學(xué)的專業(yè)知識真正應(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)。
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