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一种便携式无线充电器的设计

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蔡伊莎黄海松羊宇翔周清琳赵琨杨

【摘?要】本文介绍了一种便携式的无线充电器的设计。该充电器的电路实现部分分为四个模块单元，即电源模块单元、LCD显示模块单元、发送模块单元以及接收模块单元，同时利用STC89C52微控制器对所设计的电路进行控制。其中，发送模块与接收模块单元之间利用线圈的电磁互感耦合作用传送电能，供电部分以及用电部分用没有任何束缚性的有线连接，能保证充电及控制电路单元的全部供电，同时设备的充电电流达到实用要求。

【英文摘要】This?paper?introduces?the?design?of?a?portable?wireless?charger.?The?circuit?realization?part?of?the?charger?is?divided?into?four?module?units，namely?the?power?module?unit，LCD?display?module?unit，sending?module?unit?and?receiving?module?unit.?At?the?same?time，the?STC89C52?microcontroller?is?used?to?control?the?circuit?designed.?Among?them，the?sending?module?and?the?receiving?module?unit?use?the?electromagnetic?mutual?inductance?coupling?action?of?the?coil?to?transmit?electric?energy，the?power?supply?part?and?the?power?consumption?part?are?connected?without?any?bound?wire，which?can?ensure?all?the?power?supply?of?the?charging?and?control?circuit?unit，while?the?charging?current?of?the?equipment?meets?the?practical?requirements.

【关键词】微控制器;电磁感应;无线传能;充电器;互感耦合

1引言

随着科技的不断发展，智能手机日益普遍化，其在我们的日常生活中也扮演着至关重要的角色，人们对手机的续航能力以及充电效率也有了更高的要求。基于此，充电宝应运而生，且得到了极大普及与应用，还呈现出规模化的发展趋势，进而逐渐形成了健全的产业结构。然而随着频繁的插拔对手机进行充电，除了会带来一定的安全隐患，还会降低充电器及手机电池的使用寿命。为解决这一困扰，手机无线充电技术迎来了庞大的发展市场以及广袤的研究空间。但从技术以及专利角度来讲，我国对无线充电技术的研究起步较晚，尚未研发出比较成熟的，极具特色的产品，大部分都停留在实验和理论阶段。

不容忽视的是手机无线充电设备的制造与维修成本都远高于普通充电设备，目前普及范围不高，仅被运用于少数领域，而且由于是非接觸式充电，它在电能传输损耗上也远高于普通充电器，整体而言充电效率要低一些，所以过高的能量损耗成为了无线充电技术普及化急需攻克的一道难题。若这一问题得以解决，无线充电产品将迎来巨大的销售市场。基于此，本文以电磁耦合感应原理为基础，完成了一款无线充电器的设计。

2工作原理

无线充电系统即利用电磁感应原理以及相应的交流感应技术，如下图1所示，系统工作时输入端用24V直流电直接为系统供电。经过电源管理模块后输出的直流电通过有源晶振逆变转换成高频交流电供给初级绕组。再通过在发送和接收端用2个无线连接的原、副线圈进行互感耦合产生感应的交流信号，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，进行电能传送。

本无线充电系统主要分为四个功能模块，即电源模块、显示模块、发送模块和接收模块。无线充电器的发送端由稳压电路、控制电路和发送电路以及一个电磁感应的发射线圈组成，接收端由一个电磁感应的接收线圈、能量转换电路、整流稳压电路以及充电电池组成。

2.1电源电路功能模块

如图2所示电源电路模块，发送模块单元有两种供电电源（220V交流和24V直流），由原理图可以看到，该模块是由24V的电源进行供电，在该模块中运用到了稳压电路。稳压电路由稳压管、电感、电容以及LM2596组成，其中LM2596是降压型电源管理单片集成电路的开关电压调节器，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。

2.2发送电路功能模块

图3发为送电路模块，由STC89C52芯片、74HC00与非门和比较电路组成。其