无线手机万能充电器的设计和制作

董秀英，瞿绪龙

（1.阜阳师范学院物理与电子信息科学学院，安徽阜阳236037；2.阜阳供电公司，安徽阜阳236000）

无线手机万能充电器的设计和制作

董秀英1，瞿绪龙2

（1.阜阳师范学院物理与电子信息科学学院，安徽阜阳236037；2.阜阳供电公司，安徽阜阳236000）

采用线圈耦合进行能量交换设计无线手机万能充电器，通过振荡器、功率放大和初级线圈将交流电能发送出去，接收端通过次级线圈接收交流能量后，整流变为直流电能给智能充电管理芯片CT3582供电，该管理芯片具有充电指示、检测电池好坏、自动识别电池极性和充满指示的功能，经过硬件制作和调试，满足设计的要求.

线圈耦合；振荡器；功率放大；整流；CT3582

随着社会的不断发展，手机也从最初音频单一的大哥大发展到今天具有多种功能即拍照、游戏、GPRS移动上网、数据处理、音乐、视频播放等的触摸屏智能手机.手机功能越多，其耗电量也在不断增加，虽可通过改变电池容量来延长待机时间，但增加电池容量，手机体积就增大，不便于携带.因此，可通过无线充电方式给手机随时随地充电，不必担心电源接口匹配，以及经常插拔电源线带来的充电器和插板的损坏等问题[1].本文设计的手机无线万能充电器采用电磁耦合原理，通过振荡器、功率放大和初级线圈将交流电能发送出去，接收端经过次级线圈接收交流能量后，通过整流变为直流电能供手机充电[2].

1 无线充电原理

无线充电手机充电器主要是应用电磁感应原理，通过线圈耦合进行能量交换的系统[3]，其主要由电能的发送和电能接收两部分电路组成.电能发送部分由输入直流电源、振荡器、功率放大、初级线圈组成；电能的接收部分由次级线圈、整流和输出端电源管理.如图1所示.

图1 无线手机充电原理图

2 硬件电路的设计

2.1 电能发送部分电路设计

电能发送部分电路主要包括直流供电模块、晶体振荡、功率放大和并联谐振发送电能.

2.1.1 直流供电模块电路设计

供电模块电路主要是采用220 V交流作为输入电能，经过1∶10变压器和桥式整流后，在C1端测得电压约为30 V，通过LM317构成直流电压可调的直流稳压源.如图2所示.

图2 直流电源供电模块电路

2.1.2 晶体振荡和功率放大电路设计

晶体振荡器采用的1M的有源晶体振荡器，晶体振荡器和功率放大器电路如图3所示，有源晶振的VCC需要5 V直流电压，所以通过稳压芯片W 7805转换为5 V的直流电压.5 V的直流电压经过一个电感L1和电容C3构成的PI型电源滤波网络，得到纹波小、比较稳定的5 V直流电源后作为有源晶振的输入电源，输出端约4.2 V经过一个小电阻R3后作为高频功率管IRF3205的输入，高频功率管的输出通过并联谐振回路将电能发送出去，并联谐振回路的频率和高频功率管的输入频率相同1MHz.在能量发送过程中有电磁辐射，因此要做好电磁屏蔽和给功率管增加散热片.

电感线圈的选择：直径为4mm的线圈，绕直径为4 cm的圆20N，电感量约为30μH.

图3 电能发送部分电路图

2.2 电能接收部分电路设计

接收部分电路通过电感接收到交流电能后，经过1N4148管半波整流后作为CT3582的输入直流电源.CT3582是手机的智能充电管理芯片，LED2红色发光管与R5和CT3582的第3脚组成充电指示电路；LED1和CT3582的第4脚组成电池好坏检测电路；LED3蓝色发光二极管和CT3582第2脚组成充电饱和指示电路；CT3582的第1脚OUT1接电池负极，第7脚OUT2接电池正极；由于CT3582能够自动识别极性电路，若电池极性接反，也能够保证充电回路自动工作[4-6].电能接收部分电路设计如图4所示.

3 结果测试和分析

通过上述硬件电路的设计，制作了以线圈耦合的无线手机智能充电器，发送端输入电压220 V，通过调节电阻R2，输出直流电压8 V，即在发送端恒定电压为8 V.现测试电路耦合性能、充电控制部分和充电效率.

图4 接收部分电路图

3.1 耦合性能的测试

在接收端空载时，即在OUT1和OUT2间不接锂电池，保持电感L2和L3同轴，通过改变两线圈的距离，测量接收部分电路中C6两端的直流电压，记录数据如表1.由表中数据可知，当L2、L3两同轴线圈距离在0.5 cm时，输出直流为8.2 V，满足充电芯片CT3582的直流供电.

表1 两电感距离改变时输出电压变化表

3.2 充电控制

接上负载电池，保持电感L2和L3同轴，距离在0.5 cm，此时，LED1和LED2红色发光二极管亮，表示已经开始充电，经过90min后，电池充满后LED3蓝色发光二极管亮.

3.3 换能效率测试

要求L2、L3两同轴线圈距离在0.5 cm处，接上负载手机锂电池，发送端直流电压恒为8 V，记录电池两端的直流电压，充电时间，发送端L2两端的电流.记录如表2所示.

从表2中可看出，经过90分钟的时间，电池充满.通过换能效率计算公式η=计算，平均换能效率约为52%.

4 结语

目前，随着智能手机功能的不断增多，电池容量有限，需要随时通过有线的充电器充电，有线充电器经常插拔，容易损坏充电器和插板，因此，提出不需要电源接口匹配的无线充电方式.该无线充电通过线圈耦合原理，振荡器，功率放大，整流和充电管理电路等几部分组成，与市场上同类型的无线充电器相比较，该款无线充电器的优点是在0～0.5 cm的距离安全充电，充电效率52%，但电磁感应充电能量利用率还不够高，希望能寻求更好的充电方式.

[1]肖志坚,韩震宇,李绍卓.关于便携式电子设备新型无线充电系统的研究[J].自动化技术与应用,2007,26(12):114-116.

[2]孙新.基于电磁感应手机无线充电器的研究[J].管理学家,2011 (10):327-328.

[3]周功明,周陈琛.基于MSP430单片机的无线充电器设计[J].绵阳师范学院学报,2011,30(8):33-37.

[4]邹士洪.集成单芯片充电电路CT3582[J].电子世界,2011(2):52-53.

[5]窦延军.一种磁耦合谐振式无线充电系统的设计[D].成都:电子科技大学,2013.

[6]梁美富.非接触式感应充电电路的研制[D].武汉:武汉科技大学,2010.

【编校：王露】

Design and Production ofW ireless Phone Universal Charge

DONGXiuying1,QUXulong2
(1.School ofPhysics&Electronic Engineering,Fuyang TeachersCollege,Fuyang,Anhui236037,China;2.Fuyang Power Supply Bureau,Fuyang,Anhui236000,China)

Thewirelessphone universal chargerwasdesigned by using the coupling coil to exchangeenergy.The AC power is sent by the primary coil through the oscillator and power amplifier.The passage of the secondary coil receives the AC energy that changes the direct current by the rectification.It gives the power to the intelligentmanagement chip CT3582.Themanagement chip has the functions of charging indicator,bad battery detection,automatic identification of cellpolarityand full instructions.Itmeets the design requirementsafter thehardware production and debugging.

coupling coil;oscillator;poweramplifier;rectified;CT3582

TM919

A

1671-5365(2014)12-0053-03

2014-06-15修回：2014-07-05

安徽省科技攻关项目（12010302080）；阜阳师范学院自然科学一般项目（2012FSKJ05）；阜阳师范学院硕士科研启动资金

董秀英(1984-)，女，助教，硕士研究生，研究方向为嵌入式系统应用及开发

时间：2014-07-11 09:33

http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1630.Z.20140711.0933.001.htm l