孔德琛，胡海寧，王 瑩

（上海電力學(xué)院，上海 201300）

一種無(wú)線充電裝置的設(shè)計(jì)與制作

孔德琛，胡海寧，王 瑩?

（上海電力學(xué)院，上海 201300）

設(shè)計(jì)并制作了一套手機(jī)用的無(wú)線充電裝置，通過(guò)該裝置可以對(duì)手機(jī)進(jìn)行無(wú)線充電，該裝置也可以用來(lái)給移動(dòng)電源、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行無(wú)線充電。

無(wú)線充電；手機(jī)；電源線；移動(dòng)數(shù)碼產(chǎn)品

21世紀(jì)是通訊的時(shí)代，人們對(duì)信息交流的移動(dòng)通信要求越來(lái)越高，隨著4G網(wǎng)絡(luò)和智能手機(jī)的推廣，手機(jī)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，屏幕也越來(lái)越大。但是，手機(jī)的耗電量也急速攀升。增加電池的體積，固然可增加手機(jī)待機(jī)的時(shí)間，但是同時(shí)手機(jī)的便攜性降低了。另一方面，盡管諸如藍(lán)牙、Wi-Fi、等無(wú)線通訊技術(shù)發(fā)展，但要享受完全的無(wú)線生活，還要跨越一道障礙:電源線。因此，人們對(duì)無(wú)線充電方案的興趣日益濃厚。

1　無(wú)線充電主流技術(shù)及其基本原理

到目前為止三種無(wú)線充電主流技術(shù)主要有三種分別為電磁感應(yīng)式、磁場(chǎng)共振式、電波輻射式。（1）電磁感應(yīng)充電式是使用最廣的一種方式，其主要原理是利用電流通過(guò)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)無(wú)線供電。（2）磁場(chǎng)共振充電技術(shù)，該技術(shù)可以發(fā)送高達(dá)幾千瓦的大功率［1］，同時(shí)電能可以發(fā)送3～4 m的距離。（3）無(wú)線電充電技術(shù)，又稱為電波接收型，最大發(fā)送距離長(zhǎng)為10 m，但是能夠接收功率很小，不超過(guò)一百毫瓦［1-3］。

感應(yīng)充電技術(shù)，是一種安全性較高無(wú)線充電方式，這種技術(shù)在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，比如智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)數(shù)碼產(chǎn)品。它由無(wú)線發(fā)送模塊和無(wú)線接收模塊組成。充電模塊內(nèi)有許多小型線圈，向不同方向產(chǎn)生磁場(chǎng)，可以將電能以磁場(chǎng)的形式發(fā)送出去。而安裝在在電子產(chǎn)品上的接收線圈里，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線傳輸。圖1所示為電磁感應(yīng)無(wú)線充電原理。

圖1　電磁感應(yīng)無(wú)線充電原理圖

2　無(wú)線充電接收模塊的設(shè)計(jì)與制作

無(wú)線充電已經(jīng)在電動(dòng)牙刷、電動(dòng)剃須刀、無(wú)線電話等部分家電產(chǎn)品中實(shí)用化，現(xiàn)在其應(yīng)用范圍又?jǐn)U大到了智能手機(jī)領(lǐng)域。支持無(wú)線充電的智能手機(jī)從2011年夏季前后開始上市。但由于其價(jià)格高昂，沒有得到廣大消費(fèi)者的青睞。筆者設(shè)想為手機(jī)（或移動(dòng)電源）等數(shù)碼設(shè)備制作一種簡(jiǎn)單實(shí)用的無(wú)線傳能充電器，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，免去接線的煩惱，同時(shí)可以對(duì)多種數(shù)碼設(shè)備（手機(jī)、移動(dòng)電源等）進(jìn)行無(wú)線充電。其中，主要設(shè)計(jì)、制作電能的接收模塊，并將所制作的接收模塊安裝在智能手機(jī)上，電能的發(fā)送模塊直接購(gòu)買無(wú)線充電手機(jī)專用的充電基座。

第一步設(shè)計(jì)出接收電路（圖2）:

圖2　接收端電路圖3銅制接收線圈和微型電路板

第二步，制作出相應(yīng)的電路板，銅制接收線圈，如圖3所示。

圖3　銅制接收線圈和微型電路板

第三步，拆下手機(jī)主板，找到主板的電源接入處的正負(fù)極，如圖4所示

圖4　主板電源正負(fù)極

第四步，將接收線圈接入主板電源的正負(fù)極上。

第五步，將接收線圈粘貼在手機(jī)后蓋上，如圖5所示。

圖5　將接收線圈與主板電源正負(fù)極連接

第六步，合上后蓋，檢驗(yàn)無(wú)線充電效果。如圖6所示。

圖6　將接收模塊安裝在手機(jī)后蓋上圖7無(wú)線模塊安裝成功

3　結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果，無(wú)線充電效果良好，1小時(shí)左右電池充滿。本文設(shè)計(jì)的手機(jī)用無(wú)線充電模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理清晰，將本模塊手工安裝在手機(jī)背板內(nèi)部，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)的無(wú)線充電效果。在制作過(guò)程中，無(wú)線充電接收模塊從電路設(shè)計(jì)，到電路板的制作以及與手機(jī)電源的連接都有我們制作完成。手機(jī)用無(wú)線充電模塊的制作使學(xué)生對(duì)電磁感應(yīng)中常見的互感現(xiàn)象有了更加深入的理解，激發(fā)了學(xué)生的思維創(chuàng)新能力、動(dòng)手實(shí)踐的能力以及參與實(shí)驗(yàn)的熱情和興趣。

［1］ Chih-Jung Chen，Tah-Hsiung Chu，Chih-Lung Lin，ed. A Study of Loosely Coupled Coils for Wireless Power Transfer［J］.IEEE Transactions on Circuits and Systems II:Express Briefs，2010 vol.58 no.7，PP. 536-540.

［2］ 何秀，顏國(guó)正，馬官營(yíng).互感系數(shù)的影響因素及其對(duì)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)效率的影響［J］.測(cè)控技術(shù)，2007，26（11）:57-60.

［3］ Meyer，P.，Germano，P.，Markovic，ed.Design of a Contactless Energy-Transfer System for Desktop Peripherals［J］.2011 vol.47 no.4，PP.1643-1651.

The Design and Manufacture of a Wireless Charging Device

KONG De-chen，HU Hai-ning，WANG Ying
（Shanghai Electric Power College，Shanghai 201300）

It designed and manufactured a set of wireless charging device of mobile phone by oneself.The device can carry out wireless charging for mobile phone，and it can also be used to give mobile power，tablet PC and other mobile devices for wireless charging.

wireless charging；mobile phones；the power cord；mobile digital products

O4-33

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2015.02.009

1007-2934（2015）02-0035-02

2014-11-13

上海電力學(xué)院課程建設(shè)項(xiàng)目（YKJ-2014010）；上海電力學(xué)院大學(xué)生科創(chuàng)項(xiàng)目（2012-10256-129）

?通訊聯(lián)系人