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微距离无线充电器的设计
[发布时间]:2011年8月30日 [来源]:电子变压器资讯网 [点击率]:7681
【导读】: 引言 无线电技术用于通信,已经在全世界流行了近一百年。从当初的无线电广播和无线电报,发展到现在的卫星和微波通信,以及普及到全球几乎每一个个人的移动通信、无线网络、GPS等。无线通信极...

2.2 电能接收与充电控制部分
       正常情况下,接收线圈L2与发射线圈L1相距不过几cm,且接近同轴,此时可获得较高的传输效率。

       电能接收与充电控制电路单元的原理如图3所示。

       L2感应得到的1.6MHz的正弦电压有效值约有16V(空载)。经桥式整流(由4只1N4148高频开关二极管构成)和C5滤波,得到约20V的直流。作为充电控制部分的唯一电源。

       由R4,RP2和TL431构成精密参考电压4.15V(锂离子电池的充电终止电压)经R12接到运放IC的同相输入端3。当IC2的反相输入端2低于4.15V时(充电过程中),IC3输出的高电位一方面使Q4饱和从而在LED2两端得到约2V的稳定电压(LED的正向导通具有稳压特性),Q5与R6、R7便据此构成恒流电路I0=2-0.7R6+R7。另一方面R5使Q3截止,LED3不亮。

图3无线电能接收器电路图

      当电池充满(略大于4.15V)时,IC3的反相输入端2略高于4.15V。运放便输出低电位,此时Q4截止,恒流管Q5因完全得不到偏流而截止,因而停止充电。同时运放输出的低电位经R8使Q3导通,点亮LED3作为充满状态指示。

      两种充电模式由R6、R7决定。这个非序列值可以在E24序列电阻的标称值为918的电阻中找到,就用918的也行。

      如果作为产品设计,这部分电路应当尽可能微型化(电流表电压表只是在实验品中调试时用,产品中不需要),最好成为电池的附属电路。

3 主要元器件选择

电源变压器T1:5VA18V,这里利用现有的双18V的,经整流滤波后得到约24V的直流
继电器J:DC24V,经测量其可靠吸合电流为13mA
保险管FUSE:快速反应的1A
可调电阻RP1和RP2:用精密可调的
谐振电容C8:瓷介电容耐压不小于63V
整流桥D5-D8:用高频开关管1N4148
精密电压源:TL431
运放IC3:OPA335,TI公司的轨对轨精密单运放
晶体管Q3、Q4和Q5:要求漏电流小于0.1uA,放大倍数大于200,图中已标型号
发光管LED2:普亮(红),正向VA特性尽可能陡直(动态电阻小,稳压特性好)
发送线圈L1:用U1mm的漆包线在U66mm的圆柱体(易拉罐正好)上密绕20匝,用502胶适当粘接,脱胎成桶形线圈
接收线圈L2:用U0.4mm的漆包线在同样的圆柱体上密绕20匝,脱胎后整理成密圈形然后粘接固定。这是为了使接收单元尽可能薄型化

4 调试要点

     在发送单元的FUSE1回路上串入电流表,以保持监测。按以下顺序调试。

4.1 调工作频率
     调PR1使F1-F2产生的方波频率与C8L1的谐振频率一致。此时电流表的读数最小,接收线圈L2所得的感应电压最大,暂不接被充电池BT2.。

4.2 调基准电压
     保持L1与L2相距2cm并同轴,此时C5两端的直流电压应当有18-20V。

     调RP2使其两端电压为4.15V,这就是锂离子电池的充电终止电压。改变L1与L2的间距,在0-6cm之间基准电压应当恒定为4.15V。

     任何一项调试必须在保证其他条件不变的情况下进行。

4.3 调充电控制
     增大L1与L2的间距(约55mm),使C5两端的直流电压降为8V。或者关掉发送单元,在C5两端接上8V的实验电源。

     在运放输出高电位的情况下,将R10换成5M的电位器,由大往小调,在能保证Q4完全饱和的情况下,对其电阻的最大值取3/4,成为调定的R10。这是为了即保证控制可靠,又要尽可能省电。

4.4 调充满显示
     在运放输出高电位时,保证Q3截止(LED3不亮)的前提下,R5取最大。

     在运放输出低电位时,在LED3中串入电流表,调R8使电流表读数为0.5mA,此时LED3有足够的亮度(方法同4-3,目的同4-3)。

     这样,接收单元的充电控制电路总耗电不到2mA。其中R4支路有1mA左右,Q3和Q4有0.5mA(Q3和Q4不会同时导通),IC2耗电更小(小于0.01mA)。

5 性能测试

    应保证L1与L2附近没有其他金属或磁介质。

5.1 耦合性能
    在接收单元空载(不接被充电池)情况下,保持L1与L2同轴,改变L1-L2间距,测量接收单元C5两端电压DCV。

    在5cm内,充电控制电路能保证准确可靠的工作,6cm仍可充电。

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