简易无线充电系统DIY设计方案

　　1、原理简介

　　无线充电系统主要利用电磁感应原理。 电磁感应方案就是利用变压器原理， 通过初、次级线圈的感应来实现电能的传输。 基于这种方式的无线电能传输系统主要有三大部分组成，即能量发送端、无接触变压器、能量接收端。当发送线圈中通以交变电流，该电流在将在周围介质中形成一个交变磁场， 接收线圈中产生的感应电动势可供电给移动设备或者给电池充电。这种方案的特点是能量接收端和次级线圈相连，可灵活移动，电路简单，易于实现，可用于距离要求不高但又不需要机械和电气连接的场合。

　　2、系统设计

　　2.1总体设计

　　无线充电系统由电源电路、高频振荡电路、高频功率放大电路、发射、接收线圈和高频整流滤波电路 5 部分组成，系统框架如下图（1）所示，最后给可充电电池充电。从无线电路传输的原理上看，电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播，要产生电磁波首先要有电磁振荡，电磁波的频率越高其向空间辐射能力的强度就越大，电磁振荡的频率至少要高于 100KHZ，才有足够的电磁辐射。

　　2.2 高频振荡电路设计

　　用CMOS 电路六反相器 CD4069 的晶体振荡电路CD4069 构成的两种晶体振荡电路如图（2）所示

　　用CD4069产生高频振荡比LC振荡电路的效果要好

　　2.3 功率放大器的设计

　　电路如图（3）所示

　　场效应管属于电压控制元件，是一种类似于电子管的三极管，与双极型晶体管相比，场效应晶体管具有输入阻抗高，输入功耗小，温度稳定性好，信号放大稳定性好，信号失真小，噪声低等特点，而且其放大特性也比电子三极管好，图（ 3）功率场效应管电路中三个电阻 R1、R2、R3 并联接到场效应管的栅极 G， 前级的高频振荡电路也接到 G； 原级 S 直接接地； 漏极 D 接LC 振荡电路，其谐振频率和前级的高频振荡频率相同。

　　2.4发射、接收线圈电路流程图 4 如下所示

　　发射和接收线圈都采用直径0.5ram左右的漆包线绕 12 匝， 线圈直径约为 80r。发射模块的作用是将直流能量高效率地转换为射频功率信号，以便接收电路能够充分利用能量接收模块是在接收到前级的能量后对其进行处理的模块。为了满足实际应用的需求，需要将接收到的射频信号进行整流、滤波、降压以及稳压处理，处理之后的直流电压方可供其他负载使用。该模块主要包括整流电路以及降压电路。

　　2.5无线供电电路的选择方案

　　CD4069 的晶体振荡电路和功率场效应管组成的无线充电电路。

　　电路如图（6）所示

　　该充电电路的 CD400 系列的 CMOS 电路的极限电压时 18v，不稳的的交流 12v 电压整流滤波后的空载电压可能会超过 18v，所以 CD4069 的电源电压用三端稳压集成电路7805 提供。CMOS 电路所有不用的输入端接上适当的逻辑电平，晶体振荡接成单门振荡器，振荡输出经二级缓冲后送到功率场效应管的栅极 G，开始为保护场效应管，栅极电路上设置偏压和泄漏电路，保证电路稳定工作。

　　3、实验步骤

　　按照下图连接线路，连接好以后进行调试。

　　4 、设计总结

　　该实验能够点亮发光二极管且能给充电电池充电，基本达到实验要求但发射线圈与接收线圈之间的感应距离不太长，因此具有改进余地。例如可以在发射电路中再接一个功率放大电路使发射线圈的功率变大。

　　5、仿真图

　　仿真前：

　　仿真后：