筆記本實(shí)用無(wú)線充電器設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、下載可編輯實(shí)用無(wú)線充電器設(shè)計(jì) 附電路圖 基本功能是通過(guò)線圈將電能以無(wú)線方式傳輸給電池。只需把電池和接收設(shè)備放在充電平臺(tái)上即可對(duì)其進(jìn)行充電。實(shí)驗(yàn)證明 雖然該系統(tǒng)還不能充電于無(wú)形之中但已能做到將多個(gè)校電器放置于同一充電平臺(tái)上同時(shí)充電。免去接線的煩惱。1 無(wú)線充電器原理與結(jié)構(gòu)無(wú)線充電系統(tǒng)主要采用電磁感應(yīng)原理 ，通過(guò)線圈進(jìn)行能量耦合實(shí)現(xiàn)能量的傳遞 。 如圖 1 所示，系統(tǒng)工作時(shí)輸入端將交流市電經(jīng)全橋整流電路變換成直流電 ，或用 24V 直流電端直接為系統(tǒng)供電 。 經(jīng)過(guò)電源管理 模塊后輸出的直流電通過(guò)2M 有源晶振逆變轉(zhuǎn)換成高頻交流電供給初級(jí)繞組。通過(guò) 2 個(gè)電感線圈耦合能量 ，次級(jí)線圈輸出的電流經(jīng)接受

2、轉(zhuǎn)換電路變化成直流電為電池充電。.專業(yè) .整理 .下載可編輯2 2 發(fā)射電路模塊如圖 3 ，主振電路采用 2 MHz 有源晶振作為振蕩器 。 有源晶振輸出的方波 ，經(jīng)過(guò)二階低通濾波器濾除高次諧波 ，得到穩(wěn)定的正弦波輸出 ，經(jīng)三極管 13003 及其外圍電路組成的丙類放大電路后輸出至線圈與電容組成的并聯(lián)諧振回路輻射出去為接收部分提供能量。2 2 接收電路模塊測(cè)得與電容組成的并聯(lián)諧振回路的空芯耦合線圈的線徑為O 5 mm ，直徑為 7 cm ，電感為 47 uH ，載波頻率為2MHz 。 根據(jù)并聯(lián)諧振公式得匹配電容 C 約為 140 pF 。因而 發(fā)射部分采用 2MHz 有源晶振產(chǎn)生與諧振頻率接近

3、的能源載波頻率 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯2.3充電電路筆記本電腦無(wú)線電源的制作筆記本電腦 無(wú)線電源 面臨的問(wèn)題筆記本電腦的有線電源通常為20V/3A 左右 。對(duì)于一般常見(jiàn)的開關(guān)電源 來(lái)說(shuō)，加上一些損耗 ，這個(gè)電源的貯備功率要求在 70W 以上，這是一個(gè)瓶頸值 。在這個(gè)有線電源的功率接近極限值的情況下 ，要用無(wú)線電源來(lái)實(shí)現(xiàn)與有線電源相同的供電和充電功能 ，無(wú)疑是一個(gè)極大的技術(shù)挑戰(zhàn) ，將面臨以下多方面的技術(shù)問(wèn)題 ：1.功率問(wèn)題2.效率問(wèn)題.專業(yè) .整理 .下載可編輯3.渦流問(wèn)題4.EMC 問(wèn)題5.結(jié)構(gòu)問(wèn)題無(wú)線供電與有線供電在物理上的主要區(qū)別是：無(wú)線供電不與用電器有物理上的連接，如果把有線供電

4、的變壓器耦合看作一個(gè)封閉系統(tǒng)，那么無(wú)線供電必須是一個(gè)開放式系統(tǒng)，即能量不是通過(guò)變壓器磁芯來(lái)耦合，而是以電磁波輻射的方式由發(fā)射端經(jīng)過(guò)一段距離后傳到接收端，因此損耗比有線電源大得多，效率也低得多 ，更為麻煩的是隨之而來(lái)的渦流問(wèn)題、 EMI 和 EMC 問(wèn)題就顯得十分突出 在這樣強(qiáng)大功率的磁場(chǎng)下，渦流可能會(huì)導(dǎo)致筆記本電腦內(nèi)部的元件尤其是芯片類（包括 CPU）嚴(yán)重發(fā)熱 ，甚至損壞 ；同時(shí)，由于巨大的電磁輻射，可能會(huì)對(duì)筆記本電腦本身、電源網(wǎng)絡(luò)以及周邊環(huán)境造成嚴(yán)重干擾 ，甚至威脅 。 另外，筆記本電腦是一個(gè)集成度很高的 便攜式 產(chǎn)品，內(nèi)部空間極為有限 ，因此，要求無(wú)線電源必須重量輕 、體積小 ，才有可能嵌

5、入筆記本電腦內(nèi)部 。圖 1點(diǎn)磁共振芯片介紹所幸的是 ，芯片 VOX330MP05S 和 VOX20K3A 使筆記本電腦的無(wú)線供電成為可能 。 這是一對(duì)基于電磁共振的專用大功率發(fā)射和大功率接收 IC，具有較高的發(fā)射和接收效率 ，其外觀見(jiàn)圖 1。VOX330MP05S是一塊 3 腳封裝 （與 TO-220 相當(dāng)）的電磁共振專用發(fā)射芯片，具有高達(dá) 100W 的發(fā)射能力 ，而體積只有22mm×12mm×9.5mm，它的第 1 腳為電源端 ，工作電壓 9 12V ，3 腳為地 ， 2 腳為輸出端 ， IC 內(nèi)建振蕩器、電壓比較器 、功率限幅器 、推動(dòng)電路和功率輸出管，其輸出端可承受1

6、000V 以上的高壓脈沖，非常適用于高壓驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用 。 圖 2 就是利用 220V 整流后給電磁共振回路供電的一個(gè)實(shí)例。圖中 C4、 T1 和 C3 組成濾波網(wǎng)絡(luò) ，串聯(lián)于 電網(wǎng)與發(fā)射電路之間，作用是用于吸收發(fā)射電路中的諧波反饋到電網(wǎng)上，也可以防止電網(wǎng)上的浪涌電壓對(duì)發(fā)射電路的影響。4 個(gè)二極管和C2 為整流 、濾波電路 ，直接將 220V 的市電整流得到一個(gè)約 300V 的直流電壓 ，這個(gè)電壓經(jīng)L1 和 C1 組成的并聯(lián)諧振回路加到VOX330MP05S的輸出端 ，圖中 DC 為一個(gè)12V/100mA的電源轉(zhuǎn)換模塊，為 IC1 提供工作電壓 。VOX20K3A 是一塊五腳厚膜封裝電路 ，尺寸為

7、 33mm× 30mm× 6.3mm ，內(nèi)部集中了電磁共振所需要的相位檢測(cè) 、電壓檢測(cè) 、電流檢測(cè) 、功率校正等功能 ，其應(yīng)用的工作原理圖見(jiàn)圖 3。VOX20K3A 需要提供一個(gè)5V 的工作電壓 ，工作電流約30mA ，可由 LM78L05 提供， 2 腳上的硅穩(wěn)壓管決定了整個(gè)電源的輸出電壓 ，關(guān)系為 ：Vout = DW + 1.2V，因此，不同的穩(wěn)壓管將得到不同的輸出電壓，但穩(wěn)壓管必須在9 24V 之間選擇 。 A1 和 A2 分別為補(bǔ)償輸入和輸出端， C1 為輸入電容 ， L1 和 L2 為兩個(gè)串聯(lián)的接收線圈，也可以用一個(gè)線圈代替，VD1 和 VD2 為整流管 ，選用

8、快速管或肖特基管 ，電流大于 3A 即可 。 L3、 L4 及 C4 C9 為濾波電路 ，用于減少 紋波，穩(wěn)定電壓 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯發(fā)射電路圖 2接收電路圖 3發(fā)射和接收的層次關(guān)系底座與筆記本電腦的關(guān)系圖 5圖 4筆記本電腦無(wú)線電源的規(guī)劃無(wú)線電源可以免除電源線頻繁插拔的麻煩 ，也可以隨時(shí)給筆記本電腦電池充電 ，為使用者帶來(lái)方便 。但要使用無(wú)線電源，必須解決上面提及的多方問(wèn)題 。1.空間結(jié)構(gòu)問(wèn)題筆記本電腦在使用中，有一定的發(fā)熱 ，尤其是在夏天 ，發(fā)熱更為明顯 ，不少使用者均為之配上一個(gè)底座，以幫助散熱。無(wú)線電源分為兩部分 ，發(fā)射部分可以裝在底座上 ，接收部分置于筆記本電腦內(nèi)部 ，中

9、間有通風(fēng)層以便空氣對(duì)流 ，結(jié)構(gòu)分布見(jiàn)圖 4。筆記本電腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)是很充實(shí)的，根本沒(méi)有空間來(lái)放置無(wú)線電源的接收電路，因此，若要實(shí)用 ，必須通過(guò)工程設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)整筆記本電腦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但作為實(shí)驗(yàn) ，可以作如下調(diào)整：將筆記本電腦的光驅(qū)取出，將無(wú)線電源的接收部分置于光驅(qū)的位置 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯2.渦流的解決方法當(dāng)大面積的金屬 （電和熱的良導(dǎo)體 ）置于電磁波中 ，就會(huì)產(chǎn)生渦流而發(fā)熱 ，電磁爐就是利用這個(gè)原理做成的 。在筆記本電腦中 ，是絕對(duì)不允許這種情況存在的 。 筆記本電腦中的高密度電路 ，特別是 CPU 等內(nèi)部有許多回路 ，若將它們置于電磁場(chǎng)中 ，無(wú)異于一塊大面積金屬 ，勢(shì)必發(fā)熱嚴(yán)重 ！如何

10、解決它 ？要消除渦流 ，關(guān)鍵是不能讓CPU 等高密度器件工作于電磁場(chǎng)中，因此必須在接收線圈的上方增加一層隔離層，阻止電磁波進(jìn)一步往上面?zhèn)鞑?，隔離層可以用反波材料，要求有一定的厚度，如圖 5 所示。 防護(hù)層可以是金屬片，以吸收經(jīng)過(guò)隔離層后的剩余電磁波，當(dāng)然它會(huì)因此發(fā)熱，所以隔離層的品質(zhì)不僅影響發(fā)熱，也嚴(yán)重影響電源的整體效率。防護(hù)層兼做散熱片 ，所有發(fā)熱元件全部用散熱膠貼于上面。EMI 和 EMC 解決方法3.EMI 主要有兩方面 ，即傳導(dǎo)干擾和輻射干擾 ，圖 2 中的 C4、T1 和 C3 可以很好地消除前者 。至于后者 ，也可在發(fā)射線圈的下方 ，增加隔離層和防護(hù)層 ，以最大限度地減少電磁波的對(duì)

11、外輻射 。 當(dāng)然，接收電路的品質(zhì) ，特別是材料的品質(zhì)，是減少電磁輻射、提高效率的關(guān)鍵，而 PCB 的質(zhì)量與線圈的品質(zhì)在減少二次諧振和諧振輻射方面起著重要的作用。發(fā)射板（仰視） 發(fā)射板（俯視） 圖 7圖 6筆記本電腦無(wú)線電源的制作1.發(fā)射器和底座的制作發(fā)射器主要由發(fā)射線路板和發(fā)射線圈板兩部分組成。發(fā)射線圈板共有4 層，從上到下分別是：表面絕緣防護(hù)層、線圈層 、隔離層和底面金屬防護(hù)層，每一層之間均用膠粘劑貼牢 。發(fā)射線圈板的大小約為10cm 見(jiàn)方，但底部的金屬隔離層必須長(zhǎng)些，為 13cm 左右，多出的面積主要用于安裝發(fā)射芯片 VOX330MP05S并作為芯片的散熱器。發(fā)射線路板上的DC 模塊選用體

12、積小的AC/DC ， AC220V 輸入， 12V/200mA輸出即可 ，這個(gè)電源除了為發(fā)射芯片提供 20 30mA 工作電流 ，也是外接風(fēng)扇的電源 。 發(fā)射芯片必須臥裝 ，以便全面貼在散熱片上 ，即底面金屬防護(hù)層上 ，如圖6和圖7所示。.專業(yè) .整理 .下載可編輯發(fā)射底座 （仰視） 發(fā)射底座 （俯視） 圖 9圖 8取一塊塑料板 ，大小與筆記本電腦相當(dāng)，在對(duì)應(yīng)于光驅(qū)的位置，用螺絲將發(fā)射板固定于下方，在靠近發(fā)射板的附近挖一個(gè)孔 ，用于安裝風(fēng)扇 。 當(dāng)然還得裝上4 個(gè)膠質(zhì)腳墊 ，同時(shí)別忘了將電源線的輸入端固定，以免使用中脫落或斷裂而導(dǎo)致事故 ，如圖 8 和圖 9 所示 。2.接收器的制作接收器也由

13、接收線路板和接收線圈板兩部分組成。接收線路板的尺寸約為10cm × 3cm ，板上有幾個(gè)元器件必須安裝在散熱器上，即整流管VD1 、 VD2 和接收芯片VOX20K3A 。如圖 10 和圖 11 所示 。接收線路板 （俯視） 接收線路板 （仰視） 圖 11圖 10接收線圈板的結(jié)構(gòu)與發(fā)射線圈板相同 ，也分為 4 層，但排列方向剛好相反 ，從上到下分別是 ：頂面金屬防護(hù)層 、隔離層、線圈層和表面絕緣防護(hù)層 。金屬防護(hù)層也用作散熱片 ，幾個(gè)易熱的元件緊貼其上 ，見(jiàn)圖 12 。接收板 （俯視）圖 123.筆記本電腦的改造筆記本電腦內(nèi)部需要作以下兩方面的改造：.專業(yè) .整理 .首先將筆記本電腦

14、的外殼開啟下載可編輯，將光驅(qū)的固定螺絲取下，這樣光驅(qū)可以隨時(shí)取下，以便為接收模塊留出空間，要使用光驅(qū)時(shí) ，重新插回去即可。模塊與光驅(qū)的大小如圖13 所示。另外，筆記本電腦的外殼的內(nèi)側(cè)有一層電鍍層 ，是用來(lái)防止外部電磁干擾的 ，電磁波是不能 （或不易 ）透過(guò)的 ，必須將光驅(qū)對(duì)應(yīng)位置的電鍍層刮去 ，以適合于無(wú)線供電的要求 。 這個(gè)位置的電鍍層被刮去后不會(huì)影響筆記本電腦的使用 ，因?yàn)楣怛?qū)本身是金屬結(jié)構(gòu) ，當(dāng)光驅(qū)插回去后 ，就彌補(bǔ)了原來(lái)的電鍍層的位置 。上述處理能最大限度地保持筆記本電腦的原有外觀和性能，不致于因?yàn)檫@個(gè)實(shí)驗(yàn)而被破壞。最后將接收模塊插入筆記本電腦中 ，將電源輸出端與筆記本電腦插好 ，并將

15、筆記本電腦置于發(fā)射底座上 ，讓發(fā)射模塊和接收模塊上下對(duì)齊 ，保持約 2cm 距離（注：距離太大 ，幅射增大 ，效率降低 ；距離太小 ，筆記本電腦與底座之間沒(méi)有間隙 ，不利于散熱 ）即可通電工作 ，見(jiàn)圖 14 。用無(wú)線電源的筆記本電腦模塊與光驅(qū)的比較圖14圖 13總結(jié)筆記本電腦無(wú)線電源實(shí)際上是一個(gè)集功率問(wèn)題、效率問(wèn)題 、渦流問(wèn)題 、 EMC 問(wèn)題和結(jié)構(gòu)問(wèn)題于一體的綜合解決方案，這些問(wèn)題是相互影響、相互制約的 ，單獨(dú)考慮其中的任何一個(gè)問(wèn)題都是沒(méi)有實(shí)際意義的。比如，渦流的處理實(shí)際上是減少輻射 、提高效率的過(guò)程，二次輻射少了 ，渦流也就小了 ，效率就相應(yīng)提高了；而結(jié)構(gòu)問(wèn)題是一個(gè)首要問(wèn)題，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)直接影響到無(wú)線電源的的實(shí)用性，如果結(jié)構(gòu)不合理 ，可能導(dǎo)致筆記本電腦內(nèi)部器件被干擾、發(fā)熱，甚至于燒毀 。經(jīng)過(guò)上述處理后的筆記本電腦無(wú)線電源，接收模塊可以直接插入筆記本電腦內(nèi)部（先將光驅(qū)拔出 ），實(shí)現(xiàn)了無(wú)線供電和無(wú)線充電的功能。實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)附表 。附 表項(xiàng)目參數(shù)備注天線厚度5mm包括隔離層和防護(hù)層在內(nèi)PCB 厚度15mm含散熱片厚度 1mm尺寸135m