CN207504649U - 一种无线充电装置 - Google Patents

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狄琤
刘贵云
曾保梁
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Abstract

本实用新型公开了一种无线充电装置，包括发射端和接收端，发射端和接收端之间通过发射线圈和接受线圈产生电磁感应；发射端包括依次相连的降压变压器、发射端整流电路、滤波电路、稳压电路、高频逆变电路，降压变压器将220V工频交流电降压为12V交流电，发射端整流电路整流成12V直流电，经过滤波和稳压后输出稳定的12V直流电到高频逆变电路，高频逆变电路逆变为12V交流电，在发射线圈产生磁场；接收端包括依次相连的接收端整流电路、接收端滤波和稳压电路和单片机模块，接收线圈接收到发射线圈电磁感应产生的能量后，经过整流、滤波，得到一个稳定的直流电，单片机模块控制该直流电给负载供电。本实用新型具有充电效率高、速度快、兼容性高的优点。

Description

一种无线充电装置
技术领域
本实用新型涉及充电装置研究领域，特别涉及一种无线充电装置。
背景技术
随着科技迅猛发展，社会不断进步，传统的充电技术已经满足不了人们的要求，国内外许多著名企业已经开始研究并且应用了无线充电技术。与传统充电方式不同，无线充电作为一种新兴的充电技术，它不需要物理接触，而是通过电磁感应、电磁耦合或者磁共振等方式实现电能的传输，从而避免了充电设备插头频繁的插拔，降低了漏电的可能性，使得充电方式变得更加安全、方便、可靠。
现在小功率无线充电技术主要用在智能手机、智能手表、平板电脑和其他小型智能电子设备。原理是把发射端和接收端做成集成电路，放在充电座里面，通过电磁感应或者电磁耦合实现电能的传递。大功率无线充电用在车载充电。
与传统的有线充电技术比较，无线充电技术在传递效率与有线充电技术仍然存在较大的差距，即无线充电技术会损失较多能量；充电速度比有线充电要慢；制作成本略高于有线充电器；兼容性不高，因为标准难统一，不同原理或者不同品牌的无线充电器很可能无法通用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种无线充电装置，该装置具有充电效率高、速度快、兼容性高的优点，特别是针对一些不方便更换电池的设备，通过本实用新型所述的设备可实现自动充电，解决定期电力补充的问题。
本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：一种无线充电装置，包括发射端和接收端，发射端和接收端之间通过发射线圈和接受线圈产生电磁感应；发射端包括依次相连的降压变压器、发射端整流电路、滤波电路、稳压电路、高频逆变电路，降压变压器将220V工频交流电降压为12V交流电，发射端整流电路将12V交流电整流成12V直流电，经过滤波电路滤波和稳压电路后输出稳定的12V直流电到高频逆变电路，高频逆变电路将12V直流电逆变为12V交流电，在发射线圈产生磁场；
接收端包括依次相连的接收端整流电路、接收端滤波和稳压电路和单片机模块，接收线圈接收到发射线圈电磁感应产生的能量后，经过接收端整流电路整流、接收端滤波和稳压电路滤波，得到一个稳定的直流电，单片机模块控制该直流电给负载供电。
优选的，所述发射端整流电路采用单相桥式整流电路，使用四个二极管构成整流桥，二极管型号为1N4007。
优选的，所述滤波电路采用两个电容滤波并联滤波，一个为2200uF的电解电容，用来稳定输出，另一个为0.1uf的独石电容，用于滤去高频干扰。
优选的，所述稳压电路采用一L7812稳压管，并在L7812稳压管输出端并联两个用于滤波和防止L7812稳压管自激振荡引起的电压不稳定的电容。
优选的，所述高频逆变电路包括多谐振荡电路、逆变桥、逆变桥驱动电路和串联谐振网络，多谐振荡电路产生占空比和频率可控的方波，逆变桥驱动电路根据上述方波驱动逆变桥中MOS管的通断。
更进一步的，所述多谐振荡电路采用NE555多谐振荡电路。该电路所用到的元器件较少，原理简单，易于实现，而且频率和占空比都可调。
更进一步的，所述逆变桥采用单相全桥逆变电路。
更进一步的，所述逆变桥中MOS管采用IRF3205MOS管。
更进一步的，所述逆变桥驱动电路采用IR2110驱动芯片，其中IR2110芯片中的自举二极管采用快恢复二极管，型号为1N5819。
优选的，所述接收端整流电路使用快恢复二极管组成的整流桥。
优选的，所述接收端滤波和稳压电路采用L7805稳压管，使输出电压稳定在5V，在L7805稳压管后面接两个用于降低波纹系数和防止自激振荡的电容。使输出电压更加稳定。
优选的，所述接收端还包括一电流检测电路，该电流检测电路与单片机模块相连，具体采用MAX471传感器。
优选的，所述接收端还包括一用于显示电压值的数码管，该数码管通过数模转换模块与单片机模块相连。
优选的，所述单片机模块采用ATmega48单片机。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本实用新型所述无线充电装置具有充电效率高、速度快、兼容性高的优点，特别是针对一些不方便更换电池的小型设备，可以实现自动充电，能够解决定期电力补充的问题。
附图说明
图1是本实施例的***框图。
图2是本实施例发射端整流稳压电路的电路图。
图3是本实施例发射端滤波电路和稳压电路的电路图。
图4是本实施例发射端多谐振荡电路的电路图。
图5是本实施例发射端逆变桥的电路图。
图6是本实施例发射端逆变桥中MOS管的电路图。
图7是本实施例发射端逆变桥驱动电路的电路图。
图8是本实施例发射端串联谐振网络的电路图。
图9是本实施例接收端滤波和稳压电路的电路图。
图10是本实施例接收端电流检测电路的电路图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
参见图1，本实施例一种无线充电装置的***架构如图所示，包括发射端和接收端，发射端和接收端之间通过发射线圈和接受线圈产生电磁感应，其中：
发射端包括依次相连的降压变压器、发射端整流电路、滤波电路、稳压电路、高频逆变电路，降压变压器将220V工频交流电降压为12V交流电，发射端整流电路将12V交流电整流成12V直流电，经过滤波电路滤波和稳压电路后输出稳定的12V直流电到高频逆变电路，高频逆变电路将12V直流电逆变为12V交流电，在发射线圈产生磁场；
接收端包括依次相连的接收端整流电路、接收端滤波和稳压电路和单片机模块，接收线圈接收到发射线圈电磁感应产生的能量后，经过接收端整流电路整流、接收端滤波和稳压电路滤波，得到一个稳定的直流电，单片机模块控制该直流电给负载供电。
下面对发射端和接收端的电路进行具体说明。
一、发射端
1、发射端整流电路
本实施例使用的电源为市电，经过220V-12V变压器降压，然后发射端整流电路整流成稳定的12V电压，作为逆变电路的工作电源。常用的整流电路有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流电路。本实施例采用单相桥式整流电路，电路参见图2。
整流桥元件选择：①选用整流桥堆；②用四个二极管组成整流桥。两者各有优劣，整流桥堆所占的体积比四个二极管小，但是整流桥堆的成本比较高；二极管组成的整流桥单管的抗冲击性和散热都优于整流桥堆。经过比较，选择使用四个二极管构成整流桥，二极管型号为1N4007。
2、滤波电路和稳压电路
经过整流桥出来的是脉动直流，因为其波动很大，后面都需要电容或者电感滤波。本实施例采用两个电容滤波并联滤波，如图3所示。一个为2200uF的电解电容，用来稳定输出，原理是电压在电容两端不能够突变，所以这样可以使直流输出变得平滑。另外一个电容为0.1uf的独石电容，能够滤去高频干扰，使输出变得纯正。经过电容滤波后输出电压会升高，输出电压U0的取值为
稳压电路如图3所示，为了获得12V的稳压输出，本实施例使用了L7812稳压管。L7812稳压管是一个三端稳压集成电路IC芯片器件，工作温度范围为-40℃到+125℃，允许输入电源电压最大值为35V，最小电压值为14V，输出电压值为12V，精度大约为2％，它使用简单、操作轻松、输出的稳定性好，内部有限制电流、防止温度过高的保护电路，最大输出电流为1.5A，适用于各种电源稳压电路。7812输出端并联两个电容，作用是滤波和防止L7812稳压管自激振荡引起的电压不稳定。
3、高频逆变电路
高频逆变电路包括多谐振荡电路、逆变桥、逆变桥驱动电路和串联谐振网络，多谐振荡电路产生占空比和频率可控的方波，逆变桥驱动电路根据上述方波驱动逆变桥中MOS管的通断。具体如下。
3.1、多谐振荡电路
多谐振荡电路采用NE555多谐振荡电路，如图4所示。由NE555构成的多谐振荡器能够产生占空比和频率可控的方波，可以通过两个电位器调节。所用到的元器件较少，原理简单，易于实现，而且频率和占空比都可调。
3.2、逆变桥
本实施例逆变桥采用单相全桥逆变电路，参见图5。该电路具有功率密度大、容易控制、转换效率高的优点。
逆变桥中MOS管采用IRF3205MOS管。IRF3205MOS是一种N沟道MOS管，它具有很低的导通阻抗、开关延时小、动态dv/dt率、175℃工作温度、无铅环保、快速的转换效率和坚固的HEXFET设计，使得它成为一种高效可靠、应用范围广的器件。其内部结构如图6所示。其中耐压值VDSS＝55V，导通电阻RDS(on)＝8.0mΩ，通态漏极电流ID＝5A。
3.3、逆变桥驱动电路
为了避免逆变桥同一个桥臂上下两个MOS管同时导通而造成直通，换流的时候一定要遵从先将开关器件关断再使其导通的原则，在逆变桥同一桥臂的上下两个MOS管的驱动脉冲必须是互补而且留有足够的死区时间，防止上下MOS管因为直通被烧坏。NE555多谐振荡电路产生的方波不存在死区时间，因此必须加入驱动电路。
IR2110驱动芯片是美国International Rectifier Company公司生产的驱动芯片，它具有无门锁CMOS技术和高压集成电路，既有电磁隔离，也有光耦隔离，工作频率最高可达到500KHz，图腾柱输出电流幅值可达2A，高低端输出自带死区时间，防止逆变桥同一桥臂出现直通的情况。开通延迟为1120ns、关断延迟为94ns，是MOS管和IGBT专用的栅极驱动芯片。
IR2110具有逻辑输入、电平平移和输出保护的功能。芯片的高端悬浮电源是通过自举产生的，因此一组电源就能够控制上下端，这就减少的驱动电源的数量。低端输入通道和高端输入通道是相互独立的。
IR2110驱动电路图如图7所示。NE555多谐振荡电路产生的方波一方面输入到U2的高端输入端和U5的低端输入端，另一方面通过CD4069芯片将方波反相，然后输入到U2的低端输入端和U5的高端输入端。VCC是低端固定电源，范围是10V-20V，VDD一个是逻辑电源，范围是5V-15V，两个可以共同使用12V。
IR2110高端自举电路原理：如图7所示，图中的D2和C4分别为自举二极管和自举电容。在逆变桥上桥臂的一个IRF3205关断期间，VS的电位被拉低到地，VCC通过自举二极管D2为自举电容C4充电。IRF3205导通后，自举电容C4在VB和VS之间形成一个悬浮电源给IRF3205供电。自举二极管D2和D4的作用是输出低电压的时候导通，VCC给自举电容充电，输出高电压时候二极管截至，防止自举电容放电。因为NE555多谐振荡电路产生的脉冲频率为100KHz-200KHz，所以自举二极管D2和D4不能选用普通的二极管，要选择快恢复二极管。自举二极管型号为1N5819。
3.4、串联谐振网络
串联谐振的逆变电路拓扑如图8所示。其中，L为负载线圈，R为负载等效电阻，C为串联谐振电容(又称补偿电容)。RLC共同组成串联谐振电路，串联谐振补偿能够器件更加耐久、逆变器的输出效率高、开关损耗较小、电磁干扰EMI较小、容易启动，因此得到广泛使用。
二、接收端
1、接收端整流电路
由于接收线圈由于电磁感应产生的交流电压频率为100KHz-200KHz之间，普通的二极管或者整流桥堆的导通速度根本赶不上交流电压频率，所以需要使用快恢复二极管组成的整流桥。
快恢复二极管具有优良的开关特性和极短的反向恢复时间。它与普通二极管最大的区别是反向恢复时间很短。在整流电路中，交流端的正向电压突然反向，正向电流迅速减少为零，然后电流反向增大。在电压反向的时候，二极管两端的电子和空穴不存在接触，可以等效成了一个电容，如果该时刻改变两端电压的方向，那么等效电容就会存在一个充电的过程，而反向恢复时间其实就是等效电容存储的电荷耗尽的时间，该时间由二极管内部决定。普通的二极管内部有PN结，而快恢复二极管内部并不是PN结，而是PIN结。顾名思义，PIN结与PN结相比，它是在P型半导体和N型半导体之间添加了基区I，从而形成了PIN结。由于基区I的厚度非常薄，只能存储很小的反向恢复电荷，因此快恢复二极管的正向压降更低，反向恢复时间更短，耐压值更高，常应用在开关电源电路上。
1N5819是一种肖特基二极管，它属于快恢复二极管。它的反向击穿电压为40V，峰值电流为25A，正向压0.2V，正向平均可持续电流1A，价格低廉，满足设计的要求。
2、接收端滤波和稳压电路
如图9所示，由1N5819组成的整流桥输出的直流电是脉动直流，需要经过两个电容C2和C4滤波，才能得到具有很好的稳定性和平直的直流电压。由于手机充电的额定电压不能超过5V，单片机的工作电压为1.8Vd-5.5V之间，所以本实施例选取L7805稳压管，使输出电压稳定在5V，为单片机、传感器和USB母座供电。L7805稳压管后面需接两个电容，作用是降低波纹系数和防止自激振荡，使输出电压更加稳定。
L7805是三端稳压IC，其内部不仅有对电流限制和防止过热的功能，还有调整管的保护电路，用法简单，价格低廉。L7805输出的电压为5V，误差精度大约为3％。
3、电流检测电路
为了使充电效果更加直观，接收端电路设计了一个显示电流的电路。电流的大小通过MAX471传感器来采集。MAX471是MAXIM公司生产的芯片，专门用来检测电流大小，它是一个误差精度很小的电流传感放大器。电路图参见图10。
4、单片机模块
本实施例单片机模块采用ATmega48单片机。
5、数码管
数码管通过数模转换模块与单片机模块相连。用于显示电压值。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线充电装置，其特征在于，包括发射端和接收端，发射端和接收端之间通过发射线圈和接受线圈产生电磁感应；发射端包括依次相连的降压变压器、发射端整流电路、滤波电路、稳压电路、高频逆变电路，降压变压器将220V工频交流电降压为12V交流电，发射端整流电路将12V交流电整流成12V直流电，经过滤波电路滤波和稳压电路后输出稳定的12V直流电到高频逆变电路，高频逆变电路将12V直流电逆变为12V交流电，在发射线圈产生磁场；
接收端包括依次相连的接收端整流电路、接收端滤波和稳压电路和单片机模块，接收线圈接收到发射线圈电磁感应产生的能量后，经过接收端整流电路整流、接收端滤波和稳压电路滤波，得到一个稳定的直流电，单片机模块控制该直流电给负载供电。
2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述发射端整流电路采用单相桥式整流电路，使用四个二极管构成整流桥，二极管型号为1N4007。
3.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述滤波电路采用两个电容滤波并联滤波，一个为2200uF的电解电容，用来稳定输出，另一个为0.1uf的独石电容，用于滤去高频干扰。
4.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述稳压电路采用一L7812稳压管，并在L7812稳压管输出端并联两个用于滤波和防止L7812稳压管自激振荡引起的电压不稳定的电容。
5.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述高频逆变电路包括多谐振荡电路、逆变桥、逆变桥驱动电路和串联谐振网络，多谐振荡电路产生占空比和频率可控的方波，逆变桥驱动电路根据上述方波驱动逆变桥中MOS管的通断。
6.根据权利要求5所述的无线充电装置，其特征在于，所述多谐振荡电路采用NE555多谐振荡电路；
所述逆变桥采用单相全桥逆变电路；
所述逆变桥驱动电路采用IR2110驱动芯片，其中IR2110芯片中的自举二极管采用快恢复二极管，型号为1N5819；
所述接收端整流电路使用快恢复二极管组成的整流桥。
7.根据权利要求6所述的无线充电装置，其特征在于，所述逆变桥中MOS管采用IRF3205MOS管。
8.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述接收端滤波和稳压电路采用L7805稳压管，使输出电压稳定在5V，在L7805稳压管后面接两个用于降低波纹系数和防止自激振荡的电容。
9.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述接收端还包括一电流检测电路，该电流检测电路与单片机模块相连，具体采用MAX471传感器。
10.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述接收端还包括一用于显示电压值的数码管，该数码管通过数模转换模块与单片机模块相连；
所述单片机模块采用ATmega48单片机。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108808882A (zh) * 2018-07-16 2018-11-13 中惠创智无线供电技术有限公司 无线供电控制装置和方法
CN109061653A (zh) * 2018-07-26 2018-12-21 中国民用航空飞行学院 一种基于无人机的高度测量装置及方法
CN109103965A (zh) * 2018-10-10 2018-12-28 上海应用技术大学 一种无线充电器及方法
CN109966052A (zh) * 2019-03-21 2019-07-05 南京理工大学 基于无线供电的智能敷料
CN110957815A (zh) * 2019-12-11 2020-04-03 国网山东省电力公司济南供电公司 一种低功耗无线自供电传感器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108808882A (zh) * 2018-07-16 2018-11-13 中惠创智无线供电技术有限公司 无线供电控制装置和方法
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