手機無線充電收發設計

安逸　曹玲娟　李祖坤　戴哲浩　陳文軒

摘要：雖然手機獲得了快速穩定發展，但手機的電量越來越不耐用。這帶動了充電寶的發展，但帶線的充電寶還是有弊端存在。利用信號的發射與接收，實現了電能_磁場能一電能的轉換，發射端和接收端可代替手機充電線，通過電磁感應、磁耦合、無線充電技術制作無線充電器，實現了能量的傳輸，從而實現無線充電。

關鍵詞：手機無線充電;發射端;接收端;電磁感應

中圖分類號：TM910.6

文獻標識碼：A

DOI：10.15913/j .cnki.kjycx.2019. 11.052

1 引言

大多數手機都需要用數據線為其充電，繁雜的數據線給人們帶來了很多不便，人們希望改變有線充電方式，因此，無線充電技術應運而生。利用信號的發射與接收實現無線充電，制作兩個端口，一個發射端和一個接收端，需要充電時將發射端置于移動電源上，接收端置于手機殼上，將手機置于移動電源上，把兩端口對齊即可實現無線充電，從而減少了充電步驟，降低了接觸不良的可能性[1]。無線充電的概念雖然早已出現，但是受益的機型還是很狹窄的，該研究項目可用于各種型號的手機。目的是獲得快速方便的手機充電方式，去除有線充電線路帶來的不便，實現手機與移動電源之間的無線充電[l]。

2 原理與設計方案

無線充電技術是指不通過物理連接，而是依靠空間磁場傳遞電能量給用電端的技術。主要采用電磁感應原理，及相關的交流感應技術。根據法拉第電磁感應理論可知，導體在磁通量變化的磁場中產生感應電動勢，如果導體是閉合回路的一部分，則會產生感應電流。電磁感應式充電技術根據這個原理，在供電端線圈接通方向產生交變電流，由于變化的電場產生變化的磁場，而用電端的線圈也處于該磁場中，并且兩個線圈近距離平行放置，即可在用電端的線圈產生方向變化的電流，利用信號的發射與接收實現無線充電，制作了兩個端口，一個發射端和一個接收端，需要充電時將發射端置于充電寶上，接收端置于手機殼上，將手機置于充電寶上，然后將兩個端口相互接觸即可實現手機與移動電源之間的無線充電。無線充電結構主要分為發射端（供電端）與接收端（用電端）兩部分，無線充電基本結構如圖1所示。

2.1 電池保護電路

IP5306是一款集成升壓轉換器、鋰電池充電管理、電池電量指示的多功能電源管理SOC，為移動電源提供完整的電源解決方案。DC-DC轉換器工作在500 kHz，可以支持低成本電感和電容。它的同步升壓系統提供最大2.4A輸出電流，轉換效率高至91%。空載時，自動進入休眠狀態，靜態電流降至50 μA。它采用開關充電技術，提供最大2.IA電流，充電效率高至97%。電路原理如圖2所示。

IP5306共有8個引腳：引腳1為DC5 V充電輸入引腳;引腳2、引腳3、引腳4為LED驅動引腳;引腳5為按鍵輸入，照明燈驅動復用;引腳6為升壓輸入引腳，連接鋰電池正極;引腳7為升壓輸入引腳，連接鋰電池正極;引腳8為5V升壓輸出引腳[1]。

2.2 發射電路

發射電磁波電路基本原理圖如圖3所示，在原邊通入交變電流，副邊由于電磁感應原理會產生感應電動勢，如果與副邊電路連通，即可出現感應電流。相對于無線電源而言，變壓器的原邊相當于電源發射線圈，副邊相當于電源接收線圈，這樣就可以實現電能從發射線圈到接收線圈的無線傳輸。由單片機控制4個開關管，當開關管2和4導通時，1和3斷開，電流方向由上向下;當開關管1和3導通時，2和4斷開，電流方向由下向上。當電流方向周期變化時，電能便由原邊通過變化的磁場傳遞給副邊。

2.3 接收電路

接收電路如圖4所示。

接收端主要采用NE6053芯片為核心器件，NE6053芯片采用32位ARM核，并且使用QNF封裝，整合高精度電流采樣電路、線圈電流幅度檢測電路、大功率MOSFET驅動電路以及QC/PE/USB-PD協議控制電路，外圍將會非常干凈，降低對外圍高精度電阻，芯片架構完全符合WPC系統要求。接收端芯片可做限流可調功能，給2.5W或5W小功率設備無線充電。外形輕薄，芯片的最大效率達79%[1-2]。

3 實驗結果分析

無線充電系統分為發射端與接收端，通過電磁感應，接收端與發生端通過空間磁場，來傳輸電能。搭建實驗平臺進行實驗，實驗目的為能否實現接收端與發射端的無線充電。在能夠進行無線傳輸電能的基礎上進一步研究解決如何提高電能傳輸之間的效率問題。三極管開關電壓如圖5所示，發射和接收線圈波形圖如圖6所示。

4 總結

利用電磁感應原理及相關的交流感應技術設計了無線充電的接收端和發射端，發射端和接受端通過耦合電感實現電能無線傳輸，擺脫了傳統充電器繁雜數據線和插座的弊端，給人們的生活帶來便利。通過電磁感應，磁耦合等無線充電技術制作磁片，實現磁片作為中介實現能量的傳輸，沒有手機型號的困擾，能夠適用于各種型號的智能手機[1]。

參考文獻：

[1]顧偉偉，賈搏睿，王鑫怡，等.手機鋰電池無線充電器設計[J].電源世界，2017 （6）： 26-29.

[2]吳藝明，王春芳，李政泰，等.無線充電系統發射和接收線圈優化[J].廣東電力，2018，31（ ll）：79-85.

[3]邱琳.智能手機無線充電系統通信方案設計研究[J].電子世界，2017 （2）： 174-181.

[4]邱紅.無線充電技術應用現狀及發展前景[J].科技創新與應用，2016，36（ 15）：75.