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。作品采用智能無線充電的設(shè)計思想，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。

?????? 1.系統(tǒng)概述

　　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（實驗產(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、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，實現(xiàn)充電過程智能化。

　　2.工作原理概述

　　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（因為經(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。

　　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：

　　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。

　　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U。比較，此時U1＞U。，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＜U。，運(yùn)放輸出Ui為低電平，綠燈亮。

　　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)計算得斷電時間：t=10S

　　實現(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。

　　2.1.6 流程圖

　　具體工作流程如圖7所示：

　　2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

　　系統(tǒng)實物圖如圖8、圖9、圖10所示。

　　3.主要技術(shù)指標(biāo)

　　該作品主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示

　　4.元件清單

　　本系統(tǒng)所采用的主要元件清單如表2所示：

　　經(jīng)統(tǒng)計得：

　　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，便可實現(xiàn)鼠標(biāo)無線供電。其實除了感應(yīng)充電以外，還可以通過改變脈沖頻率實現(xiàn)驅(qū)蚊趕鼠等功能。

　　6.結(jié)束語

　　本設(shè)計把目前電子類課程所學(xué)的專業(yè)知識真正應(yīng)用到實踐中，由于作品架構(gòu)設(shè)計合理，電路功能實現(xiàn)較好，性能優(yōu)良、穩(wěn)定，較好地達(dá)到了預(yù)期設(shè)計要求的各項指標(biāo)。

　　附：儀器設(shè)備清單

　　函數(shù)信號發(fā)生器

　　數(shù)字萬用表

　　模擬萬用表

　　失真度測量儀

　　數(shù)字示波器

　　穩(wěn)壓電源

　　超高頻毫伏表

　　參考文獻(xiàn)

　　［1］徐守時。信號與系統(tǒng)［M］。合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2003.

　　［2］張桂芬。電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］。北京：人民郵電出版社，2005.

　　［3］趙樹杰，趙建勛。信號檢測與估計理論［M］。北京：清華大學(xué)出版社，2005.

　　作者簡介：

　　羅陶（1981—），男，廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，主要研究方向：電子與通信。