王西平

摘要

手機(jī)的普及給人們生活帶了便捷，然而不斷增多的手機(jī)應(yīng)用軟件，加大了手機(jī)的耗電功率。繁雜的手機(jī)充電接口和纏擾的充電線給手機(jī)頻繁充電增添許多不便。所以，人們不斷嘗試許多新的充電方式來(lái)提高手機(jī)充電的便捷性。在此背景下，本文通過(guò)對(duì)電磁感應(yīng)技術(shù)原理的研究，提出了運(yùn)用電磁感應(yīng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)手機(jī)無(wú)線充電的技術(shù)應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】電磁感應(yīng) 手機(jī) 無(wú)線充電

1 研究背景

現(xiàn)如今，世間各大大城市幾乎人手一部手機(jī)，數(shù)以億計(jì)的手機(jī)用戶幾乎都配充電設(shè)備，市場(chǎng)上不同的手機(jī)配有不同的充電接口和充電線電線，充電接口繁雜多樣電線胡亂纏擾給手機(jī)用戶充電及帶來(lái)很大不便，同時(shí)也對(duì)資源產(chǎn)生巨大的浪費(fèi)。在此背景下，人們逐漸開(kāi)始對(duì)手機(jī)的無(wú)線充電技術(shù)進(jìn)行研究。

2 最新研究進(jìn)展

國(guó)外機(jī)構(gòu)對(duì)無(wú)線充電技術(shù)的研究相對(duì)較早，美國(guó)、日本和韓國(guó)都相序?qū)κ謾C(jī)無(wú)線充電技術(shù)經(jīng)行研究和技術(shù)測(cè)試，其中，美國(guó)在2009年就推出了第一款Palm Pre無(wú)線充電手機(jī)，通過(guò)線圈運(yùn)用電磁感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)手機(jī)充電，充電端口電壓5伏，電流1安，有效使用距離僅為1厘米。在此之后，陸續(xù)又有多家美國(guó)、日本和韓國(guó)廠商推出多款不同技術(shù)的無(wú)線充電手機(jī)。

3 手機(jī)無(wú)線充電設(shè)計(jì)方案

在手機(jī)的無(wú)線充電技術(shù)中，現(xiàn)階段常通常采用的技術(shù)方法有：電磁感應(yīng)技術(shù)、磁共振技術(shù)、電場(chǎng)耦合技術(shù)、無(wú)線電波技術(shù)。本文將通過(guò)電磁感應(yīng)技術(shù)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)手機(jī)無(wú)線充電功能。

運(yùn)用電磁感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)手機(jī)充電的技術(shù)原理是法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，這也就是所為的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，通過(guò)變化的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生相應(yīng)的電場(chǎng)現(xiàn)象。電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間通過(guò)相互作用，可在同一時(shí)空下產(chǎn)生電磁波，其實(shí)質(zhì)就是在一個(gè)閉合回路的導(dǎo)線中，當(dāng)磁通量在發(fā)生變化時(shí)閉合回路線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，在實(shí)現(xiàn)對(duì)手機(jī)進(jìn)行充電的過(guò)程中換需要將此時(shí)產(chǎn)生的電流進(jìn)行整流，使其成為直流電方可進(jìn)行手機(jī)充電。

電動(dòng)勢(shì)與磁通量換算公式為：

公式里∈為閉合線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，dΦ/dt是時(shí)間變化中的磁通量，N是閉合線圈的匝數(shù)。

閉合線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)

公式中的C是線圈

通過(guò)電磁感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)手機(jī)充電，首先需要搭建無(wú)線電磁感應(yīng)接口電路，其電路主要分為：發(fā)射端口電路和接受端口電路，發(fā)射端和接受端分別是閉合線圈，發(fā)射端外接交流電源，交流電再通過(guò)整流電路將交流電變成直流電，再對(duì)直流電進(jìn)行濾波，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路與高頻逆變電路產(chǎn)生高頻交流電，所產(chǎn)生的高頻交流電再經(jīng)過(guò)放大器放大其能量，再將放大后的高頻交流電通過(guò)閉合回路線圈將能量發(fā)射出去。接收端是和手機(jī)相連，接受端也是一個(gè)閉合回路線圈，在接收端與發(fā)射端在有效距離內(nèi)時(shí)，當(dāng)發(fā)送端發(fā)送能量時(shí)就會(huì)在與手機(jī)相連的接收端閉合線圈才生變化的磁通量，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)閉合的線圈產(chǎn)生變化的磁通量的同時(shí)會(huì)在閉合的線圈中才生感應(yīng)電流，此時(shí)，與手機(jī)相連的接收端閉合線圈中就有了感應(yīng)交流電，而此時(shí)的電流是交流電，需要經(jīng)過(guò)發(fā)送端同樣的方法將其電流經(jīng)過(guò)整流，將閉合線圈中的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再經(jīng)過(guò)濾波處理，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的直流電，其直流電可直接輸入到手機(jī)充電器的輸入端口，這就是電磁感應(yīng)接口部分電量傳輸過(guò)程。圖1是電磁感應(yīng)接口框圖。

通過(guò)電磁感應(yīng)接口電路出來(lái)的直流電可以直接接入手機(jī)充電電路的電流輸入端，經(jīng)過(guò)濾波穩(wěn)壓處理，生成穩(wěn)定的直流電，其通過(guò)充電控制器對(duì)手機(jī)鋰電池充電?，F(xiàn)在手機(jī)產(chǎn)品通常用的是鋰電子，手機(jī)鋰電池的能量密度很高，反復(fù)充放電使用次數(shù)高、使用壽命長(zhǎng)，在高低溫的環(huán)境下有很強(qiáng)的適用性同時(shí)其自放電率低。但是，手機(jī)鋰電池對(duì)充電條件要求很高，錯(cuò)誤的使用充電器或是未按照充電要求充電都會(huì)出現(xiàn)安全事故，所以現(xiàn)在各個(gè)手機(jī)廠商都會(huì)配備自己的手機(jī)充電器，雖然現(xiàn)在市面上有了標(biāo)準(zhǔn)化的通用手適配器或?qū)ν饨涌诮y(tǒng)一的USB接口。但充電過(guò)程中時(shí)常還是會(huì)才生電壓或電流過(guò)高和電池過(guò)充放等現(xiàn)象出現(xiàn)，使充電過(guò)程帶有很大隱患。因此，電磁感應(yīng)接口電路輸出端的電流在接入手機(jī)充電電路時(shí)還需要外圍控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)手機(jī)的充電。圖2為無(wú)線手機(jī)充電的系統(tǒng)總框圖。

4 結(jié)論

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外關(guān)于手機(jī)無(wú)線充電的技術(shù)還不成熟，但是相關(guān)的產(chǎn)品已經(jīng)上市。本文指出了幾種現(xiàn)有無(wú)線充電技術(shù)，根據(jù)實(shí)際情況選用電磁感應(yīng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)手機(jī)進(jìn)行無(wú)線充電，電磁感應(yīng)技術(shù)在現(xiàn)階段家用電器無(wú)線充電技術(shù)中較為常用，但也都是很成熟，與使用電磁感應(yīng)技術(shù)給手機(jī)充電一樣，都存在工作有效距離短，充電時(shí)間長(zhǎng)和能效低等缺陷。雖然手機(jī)無(wú)線充電技術(shù)還不成熟，但相信隨著今后新技術(shù)新材料的不斷發(fā)展，手機(jī)無(wú)線技術(shù)會(huì)有新的突破，屆時(shí)會(huì)大大提高手機(jī)用戶使用的便捷性。

參考文獻(xiàn)

[1]陳新.電磁感應(yīng)無(wú)線充電的聯(lián)合仿真研究[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2014.

[2]畢道治.21世紀(jì)電池技術(shù)展望[J].電池工業(yè)，2002，7（3-4）：205-210.

[3]鄭如定鋰離子電池和鋰聚合物電池概述[J].通信電源技術(shù)，2002（05）.

[4]Patrick Heyer.先進(jìn)的鋰離子電池系統(tǒng)充電管理和保護(hù)[J].中國(guó)電子商情（基礎(chǔ)電子），2011（08）.