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无线充电实验.pdf

无线充电实验.pdf

上传者: tony 2011-05-09 评分1 评论0 下载107 收藏0 阅读量618 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《无线充电实验pdf》,可适用于电信技术领域,主题内容包含口口.总第期文/姜立中看到前面的报道你别以为自己拥有一个无线充电器还遥遥无期自己动手丰衣足食在市场上还没有出售无线充电器之前就先体会一下无线充电实验符等。

口口.总第期文/姜立中看到前面的报道你别以为自己拥有一个无线充电器还遥遥无期自己动手丰衣足食在市场上还没有出售无线充电器之前就先体会一下无线充电实验的乐趣吧!无线电爱好者都可以利用自己手头的电子元器件来搭建一个简易的无线充电器。下面介绍无线充电的思路和解决方案。无线充电器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部分组成如图所示最后给可充电电池充电。下面分别介绍这几部分:频率的选择无线电力传输的原理并不复杂从原理上电能、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量强度就越大电磁振荡的频率至少要高于kHz才有足够的电磁辐射。国产的无线供电发射模块VOXMP的频率大于kHzPowercast(电客)利用MHz频段还有MHz频段、.GHz频段的等。限于手头的振荡晶体我在无线充电实验中的晶体振荡器采用MHz的石英晶体在无振荡晶体时用kHz振荡电路。发射、接收线圈的选择发射和接收线圈都采用直径.ram左右的漆包线绕匝线圈直径约为ram。图CD构成的晶体振荡电路振荡电路的选择.用CMOS电路六反相器CD的晶体振荡电路CD构成的晶体振荡电路如图所示图(a)中用了CD的三个反相器一个反相器产生振荡二个反相器作缓冲。还有一种振荡电路如图(b)所示它与图(a)的不同在于石英晶体的接法在使用中似比图(a)的接法更容易起振。.用高速CMOS电路四与非门HC的晶体振荡电路高速CMOS电路做的晶体振荡电路广泛应用于各种电子电路中它起振容易特别在高频段。HC构成的晶体振荡电路如图所示它有三种接法图(a)是利用一个门电路构成的晶体振荡电路图(b)是增加一级缓冲图(c)是振荡晶体跨接在两个门电路的输入输出端。.多谐振荡器产生振荡多谐振荡器产生振荡是最简单的电路构成多谐振荡器有多种办法常见的有用CMOS门电路构成的多谐振荡图HC构成的晶体振荡电路毛l维普资讯http:wwwcqvipcomvvvvvv.rdio.corn.cn图多谐振荡器电路器电路简单而省电但在实验过程中发现振荡幅度不够高频段更甚。我们选用的是晶体管做的多谐振荡器用晶体管做多谐振荡器有两种电路:第一种是集电极一基极耦合多谐振荡器这种多谐振荡器在低频段效果还可以但在高频段就无法应用。因为集电极一基极耦合多谐振荡器的输出上升沿差为使输出幅度稳定两只晶体三极管工作在饱和状态因而使电路的最高工作频率受到限制。第二种是发射极耦合多谐振荡器它可以克服第一种振荡器的缺点两只晶体三极管工作在非饱和状态提高了三极管的开关速度从而可以得到更高的振荡频率。耦合电容接在发射极上能改善输出波形。最后我们选用的晶体管附表高频整流二极管的主要参数藿黧嚣爨lFRllll快恢复:极管FRll.快恢复二极管UFlll快恢复二极管MBRl<IOns自特基二极管MBRl<lOns特基二极管MBRl<lns自特基二极管lN<lOns自特基二极管lNmAns.硅高速开关::极管lNlmAns.硅高速开关二极管llNllmAns.硅高速开关二极管多谐振荡器是发射极耦合多谐振荡器亦称射极耦合多谐振荡器多谐振荡器电路如图所示。高频功率放大电路由于放大后的振荡输出是用于能量功率而不是信号波形的失真并不重要不但要有足够的振幅电路还要简单。这里选用功率场效应管电路和达林顿管两种电路。这两种电路仅一级功放就有一定的功率输出限于手头的电子元器件功率场效应管选用IRFN和BUZ达林顿管选用TIP和SC。如手头没有上述晶体管也可模仿达林顿管内部电路搭建第一级用中小功率管第二级用中大功率管如用S和SD、S和SDB等。各种电路如图所示。高频功率放大电路的负载是初级发射线圈L接在集电极或漏极(D)电路上。二极管的选用如果电源电路用次级为V的Hz交流电源变压器可用普通整流二极管。次级接收线圈L接收的电磁波是高频电磁波将高频交变电流整流为直流电流是不能用普通整流二极管的将普通整流二极管用于高频电路不但效率低下而且会迅速发热烧毁。影响高频整流效率的主要参数是二极管的反向恢复时间t(ReverseRecoveryTime)和结电容(junctioncapacitance)特别是反向恢复时间影响最大。附表列出了高频整流二极管的主要参数。从整流二极管的性能来看肖特基二极管(SchottkyBarrierRectifiers)最显著的特点为反向恢复时间极短(小图高频功率放大电路于ns)正向导通压降仅.V左右属一种低功耗、超高速半导体器件。但它的反向耐压值较低一般不超过V因此适宜在低压、大电流情况下工作。UF、FRl和FRl系列快恢复二极管中UF系列更适宜选用。但我们发现应用极为广泛的硅高速开关二极管N的反向恢复时间比肖特基二极管还短非常适合于高频整流其主要缺点是整流电流维普资讯http:wwwcqvipcom小。若做成桥式整流电路整流电流可大于mA在小电流的无线充电实验中绰绰有余。电源电路整机的电源电路用次级为V的交流电源变压器供电。也可用输出是V的开关电源供电。如选用小巧的电子变压器供电可用输出是V的电子变压器电子变压器自制较困难外购比较方便是为白炽射灯配套巳口口B.口总第期的输出应选V、W的规格价格不超过元但整流二级管必需选用快恢复二极管普通整流二极管不能用。有人介绍可用电子镇流器或电子变压器来改装成无线供电装置我也试验过但未成功这可能是电子镇流器的开关频率仅kHzkHz向空间辐射的电磁波能量太小所致。如想改装成功首先要提高振荡频率可用等电路作他激式半桥逆变电路来得到无线功率输出。无线充电电路将上述振荡电路、高频功率放大电路和电源电路配上发射、接收线圈就可构成无线充电电路。不同的振荡电路和高频功率放大电路加以组合就有了以下各种电路:.CD的晶体振荡电路和功率场效应管组成的无线充电电路无线充电实验开始时搭建的电路如图所示CD图无线充电器毒系列的CMOS电路的极限电压是V不稳的交流V电压整流滤波后的空载电压可能会超过V所以CD的电源电压另用稳压二极管提供。CMOS电路所有不用的输入端应接上适当的逻辑电平(Vdd或Vss)不得悬空否则电路的工作状态将不确定并且会增加电路的功耗。因此CD的不用的输入端通过R接到电源端。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在场效应管的栅极电路上设置偏压和泄漏电路后来看到电路能稳定工作在图中就放松警惕把场效应管栅极上的其它元件都取消了。CD的电源也可由三端稳压集成电路提供。图中晶体振荡器改变了接法跨接在两个门电路之间改变了接法就会有不同的效果。实验开始时为了能直接看到效果在接收线圈L的输出端接上整流二极管和滤波电容整流后的直流电流仅图无线充电器点亮发光二极管见图只要能看到发光二极管发光就知道实验有了眉目。振荡电路和高频功率放大电路都能工作下一步就要了解能输出多少功率在接收线圈L的输出端上接图中()的输出电路使输出电路能点亮更多的发光二极管然后再接上图中()的充电电路再在充电电路中串接电流表测定I了解充电情况同时在电源供应端串接电流表测定I以了解充电时电路的效率也可及时防止功率场效应管过流过热现象。本文所提供的元器件数据仅是多次实验中效果较好的数据在不同的外界毛电I维普资讯http:wwwcqvipcomiVV'VVVV.r,dio.COrn.cn条件下会有所不同一定要反复实验比较以得到最好的结果。影响实验效果的因素有振荡电路的类型振荡输出波形振荡电路的输出和高频功率放大电路的耦合电路高频功率放大电路的谐振电容大小发射、接收线圈的耦合程度等。.CD的晶体振荡电路和达林顿管组成的无线充电电路图无线充电器这种充电电路图如图所示。采用CMOS电路的晶体振荡电路可直接驱动达林顿管带动负载达林顿管(Darlington)就是两个三极管接在一起极性只认前面的三极管。用法跟三极管一样放大倍数是两个三极管放大倍数的乘积。晶体振荡电路与图相同其他实验步骤也与图、图的电路图中的一样只是晶体振荡输出与达林顿管的基极之问用电容耦合如直接耦合会使功率放大电路的直流功耗增大电容大小的选择以电源供应电流n小而充电电流大为准。:田电图无线充电器图无线充电器维普资讯http:wwwcqvipcom巳口口日.口总第期在由达林顿管组成的功率放大电路中随着达林顿管温度的升高集电极的电流将急剧增加以至烧毁达林顿管所以在达林顿管的发射极上要接上限流电阻而功率场效应管的通态电阻具有正温度系数所以在源极(S)电路图图一般不用接限流电阻。.高速CMOS电路的晶体振荡电路和功率场效应管组成的无线充电电路按图所示的高速CMOS电路HC构成的晶体振荡电路与功率场效应管组成无线充电电路有三种如图、图和图。它们各有相同之处也有不同之处如晶体振荡电路的接法、耦合电路和谐振电容这些都可不断调整完善。在我的实验中高速CMOS电路HC构成的晶体振荡电路与达林顿管的配合效果并不好这里就不列出电路了。图为图中的()的实际装配板电源电流为mA时接收线圈耦合得到的高频电压整流滤波后直流电压V点亮三只发光二极管。图为图()电路特写。图为图()电源电流I为mA.V锂电池充电电流I为mA的实际电路。.D的晶体振荡电路和模拟达林顿管组成的无线充电电路如手头没有现成的达林顿管也可模仿达林顿管内部电路搭建模拟达林顿管。在图所示电路中用$和SD两只三极管模仿达林顿管内部电路搭建的电路也能正常工作。读者可以根据自己手头现有的三极管来搭建除了要注意三极管的极性外达林顿管的前级要用中小功率管后级用中大功率管晶体振荡电路还用CMOS电路CD。.射极耦合多谐振荡器和达林顿管组成的无线充电电路图毛也J田维普资讯http:wwwcqvipcom、^Ⅳ^W."dio.corn.cn图无线充电器有许多电子爱好者初学电子技术手头既没有石英振荡晶体又没有集成电路能否做无线充电的实验呢回答是肯定的。在图中我们选用的晶体管发射极耦合多谐振荡器和达林顿管组成无线充电电路发射极耦合多谐振荡器用两个小功率三极管组成按图l中的元器件数据振荡频率约为kHz改变电容器C的大小可改变振荡频率C为pF时振荡频率约为kHz。虽然继续减小C可增加振荡频率如C为pF时振荡频率约为MHz但用示波器观察输出波形的振幅将大大减小不利直接推动达林顿管继续实验时可以再增加一级放大来推动末级。图中的多谐振荡器没有采用稳压电源电源电压的波动虽然对振荡频率的稳定会产生影响但无线充电电路对频率的精确度要求不高所以就采用最简单的电路接法。图(a)和图(b)分别接不同型号的达林顿管但不同型号的达林顿管耦合电路和谐振电容也要改变以得到最大功率输出。.射极耦合多谐振荡器和模拟达林顿管组成的无线充电电路图所示的电路是所有无线充电实验中最为简单的电路所用元器件也容易得到仅最后一级功率放大三极管的田l电耗散功率要大些其他都是最普通的元器件。图是电源电流I为.mA时.V锂电池充电电流I为mA的充电电路。充电电流的变化充电电流的变化与前面提到的影响实验效果的因素如振荡电路的类型振荡输出波形振荡电路的输出和高频功率放大电路的耦合电路高频功率放大电路的谐振电容大小发射接收线圈的耦合程度有关。要增加充电电流就要在这许多方面反复实验有条件的实验者可用示波器观察和测定振荡输出波形和频率有时电源电流很大而充电电流很小主要有两个原因:一是驱动信号的直流成分太多直流功耗比例大可用电容器隔离二是输出波形变差谐波成分多转换效率低可以从改变振荡电路的类型、改变振荡电路元件图无线充电器维普资讯http:wwwcqvipcom巳口口.口总第期文/魏坤王卫洁笔者在做年大学生电子设计竞赛的本科组B题(见文末)时需要用无线的方式将电能进行无线传输。当做出这个电路的时候觉得这个电路稍加改进便可以作为无线充电器使用给一些不能有电路接口的设备充电比如防水手电筒防水剃须刀等。在做竞赛时因为这个电路还要进行ASK调制。但作为一个充电器用就不需要ASK的调制电路所以将这个电路简化为图所示。市电经过变压器变压后得到V交流电压进行整流滤波后得到的电压约为V的直流电压作为主供电电压。进行能量传输的电磁场的频率为MHz由Lu发射电路SS接收电路VGB一块MHz的有源晶体模块产生晶体模块用LM将V电压进行稳压后得到V电压为其供电从晶体模块输出的图电路原理图MHz信号电压可以达到.Vpp所以直接用来推动功率场效应管IRF进行谐振放大。电感Ll与电容C的谐振图无线充电器参数、改变高频功率放大电路的谐振电容大小等方面来考虑。我们这里介绍的电路并不是很完善只以简单、易学为主如多谐振荡器本身以谐波成分多而著称转换效率不会很高但实验效果还是很明显的。上述无线充电电路的功率放大三极管在使用中都要加散热器以免过热。无线充电实验的改进.提高无线充电效率:精选振荡电路和各级放大电路筛选各电路的元器件减小波形失真。.进一步简化电路不用电源变压器用电子镇流器或电子变压器来改装成无线供电装置的实验还可再继续。.提高工作频率减少电磁辐射对人体的影响:提高工作频率说起来简单但实现还会遇到许多困难如Powercast(电客)利用MHz频段器件和电路设计就不是普通爱好者能胜任的。以上是我在做了数十个无线充电实验以后的一些粗浅体会希望能起到抛砖引玉的作用大家都动动手完善无线充电功能使无线电力传输能更快地普及。圆维普资讯http:wwwcqvipcom

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