基于超级电容的无线充电遥控器

翁羽涵 吴渊

指导教师：丁良峰

研究背景

普通遥控器的干电池是一次性的，用完就要换。如果很久不用，就会生锈、漏液，进而损坏电池盒，致使遥控器失灵。如果使用蓄电池，那么蓄电池经常使用时，其寿命一般在2-3年，如果长时间处于馈电状态的话，在数月内就会无法使用，并且电池充电时需要取放电池也是一件挺麻烦的事情。因此，设计一款可以实现无线充电且不用电池的遥控器就成了我们的研究项目。

研究目标

1.基于无线充电技术实现无线电力传输;

2.采用超级电容进行电能存储;

3.设计一款可以实现无线充电的遥控器架。

研究过程

1.现状分析

现有的遥控器主要采用干电池或纽扣电池供电的方式，电池需要定期进行更换。如果长时间不使用时，会出现漏液，腐蚀电池连接的金属极片，造成生锈，严重时会腐蚀线路板，致使遥控器损坏。

现有的充电技术有有线充电和无线充电的方式，主要是针对铅蓄电池、锂电池等进行充电。有线充电稳定性好、充电速度快，适合大容量的电池充电，缺点是需要进行连线才能实现充电。无线充电避免了连线的麻烦，充电相对慢一些，适合于一些小容量的蓄电池充电。铅蓄电池、锂电池体积大、蓄电量大，缺点是使用时间一般在两三年，如果长时间不用会出现馈电现象。超级电容作为一种储存电能的元件，其特点是体積小，容量相对较大，并且充电速度快，适合在一些耗电量较少的电器上使用。

结合现有的充电方式和储电材料，对于耗电量很少的遥控器而言，选择无线充电的方式对超级电容进行充电来实现供电，这样可以避免干电池带来的不便，也减少了生产和废弃电池处理带来的污染等一系列问题。

研究思路

基于超级电容的无线充电遥控器的设计主要是将220V降压至12V（样品采用12V电池盒供电）给无线充电模块供电，经无线传输稳压输出为5V，再经降压模块降至3V给遥控器供电，其控制原理图如图1所示。

1.无线充电模块（如图2所示），电磁感应式的原理：初级线圈有一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端（如图3所示），经稳压模块处理可输出为5V。

2.降压模块。由于遥控器芯片的工作电压为3V，所以需要对5V电压进行降压处理。在设计时采用自动升降压稳压电源模块，输出为3V，这时可以满足需要，如图4所示。

3.超级电容。超级电容器（如图5所示）是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。其特点是：循环寿命长。在几秒钟的高速深度充放电循环50万次至100万次后，超级电容器的特性变化很小，容量和内阻仅降低10%-20%;免维护。超级电容器充放电效率高，对过充电和过放电有一定的承受能力，可稳定地反复充放电，在理论上是不需要进行维护的;绿色环保。超级电容器在生产过程中不使用重金属和其他有害的化学物质，且自身寿命较长，因而是一种新型的绿色环保电源。

设计过程

材料与工具：遥控器、无线充电模块、自动升降压稳压电源模块、超级电容、接触开关、亚克力板、铜箔双面胶、电池盒、激光切割机、热胶枪、电烙铁、焊锡丝等。

制作过程：首先是对现有的遥控器进行改装，拆除原有遥控器中安装电池的弹片，焊接超级电容和自动稳压模块，再连接无线充电模块的接收端。将超级电容和自动稳压模块置于遥控器中原来放置电池的空间，无线接收模块的线圈固定在遥控器背面适当位置。为便于观察遥控器是否工作，在遥控器红外发射管处并联一个红色的发光二极管，以便于观察其工作情况（如图6-9所示）。

制作无线充电的发射装置，使用激光切割机加工亚克力板，在合适的位置固定无线充电模块的发射线圈，底板上面安装接触开关，使得遥控器放在支架上时，发射线圈和接收线圈处于同一高度，为正对状态。放置遥控器位置两侧安装辅助板，背面安置电池盒，最后完成作品（如图10-14所示）。

实验测试

将遥控器放置在充电底座上，接通开关，无线充电模块开始工作，对超级电容进行充电，充电10-600秒可达到其额定容量的95%以上。取下遥控器进行按键测试，指示灯闪烁，表示超级电容已经存储电能（如图15所示）。

研究结论

基于超级电容的无线充电遥控器放置在充电底座上，接通电源，实现无线充电，利用超级电容体积小、充电容量大、反复使用次数多，实现了绿色环保的理念。

（责任编辑：曹伟）