基于电磁共振的无线充电器设计与验证
张宽;李金婧;蒋帆
【摘 要】In order to solve the problem of mobile wireless charging, the author puts forward using magnetic resonance coupling principle of electrical energy efifcient transmission of wireless charging method, through the debugging, you can realize mobile wireless charging, and study the distance of electromagnetic resonance can inlfuence the transmission efifciency.%为解决手机无线充电的问题，文章提出利用电磁共振耦合原理实现电能高效传输的无线充电方式，经过调试验证，可以实现手机无线充电，并研究了距离对电磁共振方式下电能传输效率的影响。 【期刊名称】《无线互联科技》 【年(卷),期】2015(000)009 【总页数】2页(P31-32)
【关键词】电磁共振;无线充电器;传输效率 【作 者】张宽;李金婧;蒋帆
【作者单位】长沙理工大学，湖南 长沙 410000;长沙理工大学，湖南 长沙 410000;长沙理工大学，湖南 长沙 410000 【正文语种】中 文
随着小型移动设备的快速发展，传统有线充电方式的安全性低、充电接口不兼容、电池续航时间短、充电设备携带不便等弊端日益凸显，已经不能满足人们对电子设
备的移动性及特殊场合的需求[1]。因此，研究一款具有能够无线传输电能、传输效率高、设备体积小、便于携带和集成等优点的无线充电器符合市场需求，也将是充电行业未来的发展趋势。
电磁共振耦合的能量传输方式通常在两个同频率的谐振体之间产生强耦合，利用收发两端的线圈及电容组成谐振电路，实现能量的无线传输[2]。电磁共振方式能够实现比电磁感应方式更远距离的能量传输，比微波传输方式产生更小的电能损耗[3]。
3.1 电磁共振无线充电器总体设计
电磁共振无线充电器主要由电源模块、发射模块和接收部分组成[4]。通过电源模块将220V的交流电变换为9V的直流电，为发射模块稳定工作提供所需的电压。最后在接受模块输出5V的电压，用于给小功率的电子设备充电。电磁共振无线充电器整体设计方案如图1所示。 3.2 发射电路设计
发射电路原理如图2所示，电路主要由芯片XKT-408A集成电路和芯片T5336集成晶闸管组成。XKT-408A可以自行配合供电电压的调节，可以让它在很宽的电压下都能进行工作；自动频率锁定；自动负检测负载；自动功率控制；高速能量输电传送；高效电磁能量转换；智能检测系统，免调试；该芯片的集成度比较高，和外部相连只要几个普通外围元件即可工作[5]。 3.3 接收电路设计
接收电路原理如图3所示。当接收线圈与发射线圈靠近时，在接收线圈中产生感应电动势[6]。当接收线圈电路中的起振频率与发射线圈的固有频率相同时，此时的感应电压达到最大值。接收线圈感应得到的交变电流经过T3168开关型集成稳压芯片进行整流滤波稳压得到纹波很小的直流电，并采用并联补偿的方式确保负载能够得到稳定的电流[7]。
通过最后的实物测试结果显示，该充电器在2cm距离以内能实现能量的无线传输，距离越近充电效率越高。这一结果验证了电磁共振无线技术的充电器可行性，可解决设备充电时所要面对乱七八糟的线缆约束问题，使得设备充电时更灵活更方便。 4.1 无线充电模块测试结果
无线充电模块测试结果如图4所示。
输入电压为9V，采用的是路由器上的电源，输出为5V，可以实现对手机的充电或者给LED供电，只是电流很低，然而充电器所需要的充电电流是1安。可是本设计得到的充电电流只有300毫安，即充电效率只是需求的1/3，所以充电效率偏低。
4.2 其他测试结果
线圈距离测量如表1所示。
通过改变发送端和接收端的距离来测量接收端输出电压，当距离大于2cm的时候电压大小有明显的下降，1.5cm的厚度近似于可乐瓶的瓶盖厚度，如何提高使用距离也是目前要研究的问题，无线充电的意义在于没有线，换句话说就是人们想在任何地方都可以使手机充电，这就需要大的功率来驱动这个系统，也是接下来研究的方向。
正对面积测量如表2所示。
从表2中不难看出当正对面积小于40%的时候充电的电压将会不足，所以对应面积越大充电的效果越好，解决这个问题有两个办法，第一种是增加线圈的大小，第二种是在线圈大小不变的情况下增加线圈的数量，使其无论在哪里面积都可以达到50%以上。
该设计采用了一种以电磁共振技术为基础的无线充电器的电路设计方案。经过对电磁共振技术进行深入分析，得到它是通过磁场的近距离的相互作用，引起接收线圈和发射线圈发生共振，从而实现能量的无线传输[8]。根据该技术的原理框架，设
计了无线充电器的原始电路，并且将电路进行实物化制作成样机，进行短距离无接触状态下发射端和接收端能否实现能量传输的测试[9]。通过调试得到的数据可以看出，我们实现了一些基本的功能。但是对于充电效率我们还需要做进一步的改进。当然了，对无线充电器研究可以方便人们的生活以及节约成本。
【相关文献】
[1]丁成功，梅自强，王升鸿.无线充电器的研究与设计[J].黑龙江电力，2013（5）：466-467+470. [2]丁婵娟，魏琪，林国荣，等.基于电磁共振无线充电器的研究[J].经营管理者，2013（21）：387. [3]孟庆奎.手机无线充电技术的研究[D].北京：北京邮电大学，2012. [4]张斌.磁耦合共振型无线输电系统的研究[D].兰州：兰州理工大学，2014.
[5]赵承智，邵昕宇.太阳能无线充电器的设计[J].电子技术与软件工程，2014（22）：125-127. [6]罗陶.智能无线充电器[J].电子世界，2012（4）：24-26.
[7]黄洁琳，章磊.无线充电器的设计[J].山西电子技术，2009（3）：30+57.
[8]周小芹，徐伟，冯德，等.基于电磁耦合原理的无线充电器的设计[J].电子世界，2014（8）：116-117.
