手机无线充电收发设计

安逸　曹玲娟　李祖坤　戴哲浩　陈文轩

摘要：虽然手机获得了快速稳定发展，但手机的电量越来越不耐用。这带动了充电宝的发展，但带线的充电宝还是有弊端存在。利用信号的发射与接收，实现了电能_磁场能一电能的转换，发射端和接收端可代替手机充电线，通过电磁感应、磁耦合、无线充电技术制作无线充电器，实现了能量的传输，从而实现无线充电。

关键词：手机无线充电;发射端;接收端;电磁感应

中圖分类号：TM910.6

文献标识码：A

DOI：10.15913/j .cnki.kjycx.2019. 11.052

1 引言

大多数手机都需要用数据线为其充电，繁杂的数据线给人们带来了很多不便，人们希望改变有线充电方式，因此，无线充电技术应运而生。利用信号的发射与接收实现无线充电，制作两个端口，一个发射端和一个接收端，需要充电时将发射端置于移动电源上，接收端置于手机壳上，将手机置于移动电源上，把两端口对齐即可实现无线充电，从而减少了充电步骤，降低了接触不良的可能性[1]。无线充电的概念虽然早已出现，但是受益的机型还是很狭窄的，该研究项目可用于各种型号的手机。目的是获得快速方便的手机充电方式，去除有线充电线路带来的不便，实现手机与移动电源之间的无线充电[l]。

2 原理与设计方案

无线充电技术是指不通过物理连接，而是依靠空间磁场传递电能量给用电端的技术。主要采用电磁感应原理，及相关的交流感应技术。根据法拉第电磁感应理论可知，导体在磁通量变化的磁场中产生感应电动势，如果导体是闭合回路的一部分，则会产生感应电流。电磁感应式充电技术根据这个原理，在供电端线圈接通方向产生交变电流，由于变化的电场产生变化的磁场，而用电端的线圈也处于该磁场中，并且两个线圈近距离平行放置，即可在用电端的线圈产生方向变化的电流，利用信号的发射与接收实现无线充电，制作了两个端口，一个发射端和一个接收端，需要充电时将发射端置于充电宝上，接收端置于手机壳上，将手机置于充电宝上，然后将两个端口相互接触即可实现手机与移动电源之间的无线充电。无线充电结构主要分为发射端（供电端）与接收端（用电端）两部分，无线充电基本结构如图1所示。

2.1 电池保护电路

IP5306是一款集成升压转换器、锂电池充电管理、电池电量指示的多功能电源管理SOC，为移动电源提供完整的电源解决方案。DC-DC转换器工作在500 kHz，可以支持低成本电感和电容。它的同步升压系统提供最大2.4A输出电流，转换效率高至91%。空载时，自动进入休眠状态，静态电流降至50 μA。它采用开关充电技术，提供最大2.IA电流，充电效率高至97%。电路原理如图2所示。

IP5306共有8个引脚：引脚1为DC5 V充电输入引脚;引脚2、引脚3、引脚4为LED驱动引脚;引脚5为按键输入，照明灯驱动复用;引脚6为升压输入引脚，连接锂电池正极;引脚7为升压输入引脚，连接锂电池正极;引脚8为5V升压输出引脚[1]。

2.2 发射电路

发射电磁波电路基本原理图如图3所示，在原边通入交变电流，副边由于电磁感应原理会产生感应电动势，如果与副边电路连通，即可出现感应电流。相对于无线电源而言，变压器的原边相当于电源发射线圈，副边相当于电源接收线圈，这样就可以实现电能从发射线圈到接收线圈的无线传输。由单片机控制4个开关管，当开关管2和4导通时，1和3断开，电流方向由上向下;当开关管1和3导通时，2和4断开，电流方向由下向上。当电流方向周期变化时，电能便由原边通过变化的磁场传递给副边。

2.3 接收电路

接收电路如图4所示。

接收端主要采用NE6053芯片为核心器件，NE6053芯片采用32位ARM核，并且使用QNF封装，整合高精度电流采样电路、线圈电流幅度检测电路、大功率MOSFET驱动电路以及QC/PE/USB-PD协议控制电路，外围将会非常干净，降低对外围高精度电阻，芯片架构完全符合WPC系统要求。接收端芯片可做限流可调功能，给2.5W或5W小功率设备无线充电。外形轻薄，芯片的最大效率达79%[1-2]。

3 实验结果分析

无线充电系统分为发射端与接收端，通过电磁感应，接收端与发生端通过空间磁场，来传输电能。搭建实验平台进行实验，实验目的为能否实现接收端与发射端的无线充电。在能够进行无线传输电能的基础上进一步研究解决如何提高电能传输之间的效率问题。三极管开关电压如图5所示，发射和接收线圈波形图如图6所示。

4 总结

利用电磁感应原理及相关的交流感应技术设计了无线充电的接收端和发射端，发射端和接受端通过耦合电感实现电能无线传输，摆脱了传统充电器繁杂数据线和插座的弊端，给人们的生活带来便利。通过电磁感应，磁耦合等无线充电技术制作磁片，实现磁片作为中介实现能量的传输，没有手机型号的困扰，能够适用于各种型号的智能手机[1]。

参考文献：

[1]顾伟伟，贾搏睿，王鑫怡，等.手机锂电池无线充电器设计[J].电源世界，2017 （6）： 26-29.

[2]吴艺明，王春芳，李政泰，等.无线充电系统发射和接收线圈优化[J].广东电力，2018，31（ ll）：79-85.

[3]邱琳.智能手机无线充电系统通信方案设计研究[J].电子世界，2017 （2）： 174-181.

[4]邱红.无线充电技术应用现状及发展前景[J].科技创新与应用，2016，36（ 15）：75.