試論電磁感應(yīng)技術(shù)下手機(jī)無線充電的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

謝沛倪

【摘 要】本文以電磁感應(yīng)技術(shù)為研究對象，重點(diǎn)考察在電磁感應(yīng)技術(shù)下手機(jī)無線充電技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，以供參考。不同于傳統(tǒng)手機(jī)充電技術(shù)容易導(dǎo)致手機(jī)USB接口端損壞而且在使用過程中容易受到距離的限制，手機(jī)無線充電技術(shù)只需要增加線圈數(shù)，就可以增強(qiáng)線圈周圍的交變磁場，從而便于手機(jī)遠(yuǎn)距離充電。

【關(guān)鍵詞】電磁感應(yīng)技術(shù)；手機(jī)無線充電；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

0 前言

基于電磁感應(yīng)技術(shù)設(shè)計(jì)的手機(jī)無線充電主要是利用一種特殊的電子感應(yīng)設(shè)備，將由總電源傳感來的電力直接轉(zhuǎn)變成能夠直接用于給手機(jī)充電的感應(yīng)電波，從而實(shí)現(xiàn)手機(jī)的無線充電，這也是手機(jī)充電充方式更新的必然發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)的有線手機(jī)充電相比，無線手機(jī)充電更不容易對手機(jī)的USB接口處造成損壞，且傳統(tǒng)充電方式受到充電線距離的限制，而無線充電的使用范圍比較遠(yuǎn)，更利用手機(jī)使用者使用。

1 電磁感應(yīng)技術(shù)的手機(jī)充電原理

（1）電磁感應(yīng)原理

電磁感應(yīng)原理是由一次和二次兩個(gè)線圈通過相互感應(yīng)而產(chǎn)生電流的過程，同時(shí)電磁感應(yīng)將一次線圈上的電流能量帶到二次線圈上，即從電磁波傳輸?shù)脑搭^到接收的終端。在理想的電磁波傳輸過程中，一次線圈和二次線圈彼此是相互分離的，并沒有任何的連接媒介，這也是無線電磁波傳輸?shù)幕灸Ｐ汀６趯?shí)際的傳輸過程中[1]，由于線圈耦合在一次線圈和二次線圈之間存在一定長度的空氣媒介，空氣媒介會(huì)作為電磁波傳輸?shù)闹薪樽璧K部分電磁波的傳輸，因此一次線圈中的電流能量只有一部分能傳遞到二次線圈上，導(dǎo)致充電效率大大下降。因此在目前的手機(jī)無線充電器的使用過程中，建議手機(jī)與電源之間的距離越近越好，從而一次線圈和二次線圈之間的距離更短，電磁感應(yīng)所產(chǎn)生和傳輸?shù)哪芰恳簿驮礁?，從某種程度上來說，距離越近，單位時(shí)間內(nèi)手機(jī)能夠接收的電量也就越多。

（2）電磁感應(yīng)原理充電過程

手機(jī)無線充電在利用電磁感應(yīng)技術(shù)進(jìn)行無線充電的過程中，實(shí)際上是利用線圈內(nèi)的能量傳遞將電源輸出的交流電變成手機(jī)能夠直接接收到的高頻交流電。同時(shí)高頻交流電能夠與一次線圈實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，將線圈附近的單位空間距離內(nèi)的磁場變成電磁場，從而能夠被二次線圈即手機(jī)接收終端的線圈接收到產(chǎn)生高頻電動(dòng)感應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)電量的傳輸。同時(shí)，現(xiàn)階段已經(jīng)在二次線圈附近加設(shè)濾波式電路，實(shí)現(xiàn)鋰、錳離子電池對于手機(jī)的定向供電，從而實(shí)現(xiàn)無線充電的穩(wěn)定、高效。

2 電磁感應(yīng)技術(shù)下的手機(jī)無線充電設(shè)計(jì)

（1）手機(jī)無線充電過程

實(shí)際上，手機(jī)進(jìn)行無線充電的過程中與上述所說的利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行充電的過程基本一致，首先需要利用線圈之間的感應(yīng)對交流電源進(jìn)行轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)電流的整流濾波，從而實(shí)現(xiàn)由諧振變換電路轉(zhuǎn)變成可以被手機(jī)接收的高頻交流電，同時(shí)在線圈附近由于電磁感應(yīng)就會(huì)形成高頻電磁場，此時(shí)就能將電流處的能量轉(zhuǎn)換成能夠被手機(jī)接收的電量[2]。而在日常的充電過程中，為了延長充電器的使用壽命，大部分時(shí)間充電器都是處理休眠狀態(tài)中。為了更快的啟動(dòng)手機(jī)充電器需要在感應(yīng)電路中安裝一定的信號(hào)接收裝置，只有在接收信號(hào)之后，手機(jī)充電器才能啟動(dòng)工作。一般來說，這個(gè)信號(hào)主要是鋰離子即由手機(jī)電池組自行發(fā)射的一種充電信號(hào)。

（2）手機(jī)無線充電過程整體設(shè)計(jì)

無線鋰離子電池如果希望實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的無線充電，首先需要確保手機(jī)無線充電內(nèi)安裝有相關(guān)信號(hào)接收平臺(tái)和管理平臺(tái)。而手機(jī)內(nèi)安裝的軟件在啟動(dòng)之后就會(huì)對手機(jī)內(nèi)的電池組的鋰離子進(jìn)行檢測，同時(shí)對鋰離子電池的電壓信號(hào)強(qiáng)弱進(jìn)行檢測。一旦系統(tǒng)檢測出信號(hào)的異常或者表現(xiàn)出電壓的不穩(wěn)定時(shí)，軟件系統(tǒng)就會(huì)關(guān)閉電量的傳輸渠道，對手機(jī)的電池和手機(jī)實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。并且軟件系統(tǒng)也會(huì)通過燈光或者噪音等方式提示手機(jī)使用者關(guān)閉電量傳輸渠道，這也是手機(jī)智能化的一種體現(xiàn)。

實(shí)際上手機(jī)內(nèi)的電量控制軟件的運(yùn)行過程為，首先將刪除系統(tǒng)內(nèi)的操作設(shè)置使其初始化，其次對手機(jī)電池組內(nèi)的鋰離子進(jìn)行檢測，在確認(rèn)沒有能量電量傳輸之后自行關(guān)閉系統(tǒng)。一旦系統(tǒng)通過對鋰離子的檢測發(fā)現(xiàn)存在電量傳輸，即自行發(fā)生電量的傳輸，則需要對電池距離電源的距離進(jìn)行檢測，如果位置過遠(yuǎn)影響電流傳輸效率則需要用噪音或者燈光提示手機(jī)使用者正確放置手機(jī)的位置。最后，在系統(tǒng)通過檢測后發(fā)現(xiàn)電池的位置擺放正確之后，需要對電磁的電壓進(jìn)行檢測。經(jīng)過相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明，能夠被鋰離子電池正常接收的電壓是在2.9-4.2V[3]的范圍內(nèi)，過大或者過小的電壓都會(huì)影響充電效率。因此一旦充電的電壓不在2.9-4.2V的范圍內(nèi)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警報(bào)聲，并且需要注意電壓不穩(wěn)定的警報(bào)聲與上述電池位置不正確的警報(bào)聲不一樣，在持續(xù)10s后并自行關(guān)閉電量傳輸。除此之外，在檢測并調(diào)整傳輸電壓之后，系統(tǒng)需要檢測電路是否打開，只有在確定上述步驟沒有存在任何問題后，才會(huì)打開傳輸線路進(jìn)行電量傳送。同時(shí)在充電的全過程中，系統(tǒng)可以自行控制充電過程的開啟或者關(guān)閉，或者由手機(jī)使用者隨時(shí)關(guān)閉電量傳輸過程，并不需要等到充滿電后才能關(guān)閉傳輸電路，這也是現(xiàn)階段無線手機(jī)充電器的工作基本過程。

3 結(jié)束語

綜上所述，無線充電技術(shù)已經(jīng)成為未來電子產(chǎn)品的必然發(fā)展趨勢。無論是三星手機(jī)新研發(fā)的手機(jī)產(chǎn)品，還是蘋果公司即將推入市場的蘋果8都宣布已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了手機(jī)的無線充電技術(shù)，而未來的電子產(chǎn)品市場也必然是屬于無線時(shí)代的。從有線到無線，電子產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)翻天覆地的新變化。但是在設(shè)計(jì)手機(jī)無線充電時(shí)，要注意要保持充電電壓的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定、安全、穩(wěn)定的手機(jī)充電。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊小偉.基于電磁感應(yīng)技術(shù)的手機(jī)無線充電器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].大科技，2017（16）：69-71.

[2]顧偉偉，賈搏睿，王鑫怡，等.手機(jī)鋰電池?zé)o線充電器設(shè)計(jì)[J].電源世界，2017（6）：26-29.

[3]劉志強(qiáng)，高大林，薛正躍，等.手機(jī)無線充電技術(shù)的研究[J].科學(xué)中國人，2017（15）：98-100.