简易无线充电系统DIY设计方案

简易无线充电系统DIY设计方案

i、原理简介

无线充电系统主要利用电磁感应原理。电磁感应方案就是利用变压器原理，通过初、次级线圈的感应来实现电能的传输。基于这种方式的无线电能传输系统主要有三大部分组

成，即能量发送端、无接触变压器、能量接收端。当发送线圈中通以交变电流，该电流在将

在周围介质中形成一个交变磁场，接收线圈中产生的感应电动势可供电给移动设备或者给

电池充电。这种方案的特点是能量接收端和次级线圈相连，可灵活移动，电路简单，易于实

现，可用于距离要求不高但又不需要机械和电气连接的场合。

2、系统设计

2.1总体设计

无线充电系统由电源电路、高频振荡电路、高频功率放大电路、发射、接收线圈和高频整流滤波电路5部分组成，系统框架如下图（1 ）所示，最后给可充电电池充电。从无线

电路传输的原理上看，电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播，

要产生电磁波首先要有电磁振荡，电磁波的频率越高其向空间辐射能力的强度就越大，电磁振荡的频率至少要高于100KHZ，才有足够的电磁辐射。

（图1）

22高频振荡电路设计

用CMOS电路六反相器CD4069的晶体振荡电路CD4069 构成的两种晶体振荡电

路如图（2）所示

（图2）用CD4069产生高频振荡比LC振荡电路的效果要好

2.3功率放大器的设计

电路如图（3）所示

+12V +I2V

（图3）场效应管属于电压控制元件，是一种类似于电子管的三极管，与双极型晶体管相比，场效应晶体管具有输入阻抗高，输入功耗小，温度稳定性好，信号放大稳定性好，信号失真小，噪声低等特点，而且其放大特性也比电子三极管好，图（3）功率场效应管电路中三个电

阻R1、R2、R3并联接到场效应管的栅极G,前级的高频振荡电路也接到G ；原级S直

接接地；漏极D接LC振荡电路，其谐振频率和前级的高频振荡频率相同。

2.4发射、接收线圈电路流程图4如下所示

图

■

郭

电

暗,

-

射

块

（图5）（发射、接收模块）

发射和接收线圈都采用直径0.5ram左右的漆包线绕12匝，线圈直径约为80r。发

射模块的作用是将直流能量高效率地转换为射频功率信号，以便接收电路能够充分利用能量

接收模块是在接收到前级的能量后对其进行处理的模块。为了满足实际应用的需求，需要将接收到的射频信号进行整流、滤波、降压以及稳压处理，处理之后的直流电压方可供其他负

载使用。该模块主要包括整流电路以及降压电路。

2.5无线供电电路的选择方案

CD4069的晶体振荡电路和功率场效应管组成的无线充电电路。

电路如图（6）所示

图⑹

电压整流滤波后的空载电压可能会超过 18v ，所以CD4069的电源电压用三端稳压集成电

路7805提供。CMOS 电路所有不用的输入端接上适当的逻辑电平，晶体振荡接成单门振 荡器，振荡输出

经二级缓冲后送到功率场效应管的栅极 G ,开始为保护场效应管，栅极电

路上设置偏压和泄漏电路，保证电路稳定工作。

3

、实验步骤

14

----- 心 |

2M T -— *

R3

）IC2六反村找（天非门）CD4Q6?

C3

50V 47>i

该充电电路的

CD400系列的CMOS 电路的极限电压时

18v ，不稳的的交流

12v

B

VT

IRI ;540N

7S05

IN4E48X4

1N4I4SX4

按照下图连接线路，连接好以后进行调试。

4 、设计总结

该实验能够点亮发光二极管且能给充电电池充电， 基本达到实验要求但发射线圈与接收 线圈之间

的感应距离不太长，因此具有改进余地。例如可以在发射电路中再接一个功率放大 电路使发射线圈的功

率变大。

5、仿真图

仿真前:

3

1

7805

1 -

*

YT

IRFMQN

£ LED

Cl 50V

枷

B r ——O 1M~2M 2M —C3-f ——

JU

LjT^j LQJjJ

VDS 1N414&

VD1-VD4 IN4007X4

lbU|4«X4

1N414SX4

：2

（A 菲门）口＞4附

« r a iH OO 仿真后: