本實(shí)用新型屬于電池?zé)o線充電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰電池?zé)o線充電電路。

背景技術(shù)：

當(dāng)人類社會(huì)發(fā)展到信息化時(shí)代，各種各樣的電子產(chǎn)品如雨后春筍般走進(jìn)了人們的生活。MP3，MP4，智能手機(jī)，平板電腦以及小型移動(dòng)辦公設(shè)備，電子產(chǎn)品正在從單一化走向多元化，隨著功能集成度越來越高，電子產(chǎn)品屏幕越來越大，電子產(chǎn)品的耗電量也與日俱增。而電池技術(shù)卻沒能跟上電子產(chǎn)品的發(fā)展速度，很多智能手機(jī)用戶面對(duì)著每日一充甚至一日多充的窘境無可奈何。此外，現(xiàn)代人類的生活方式和消費(fèi)觀念跟以前相比也發(fā)生了翻天覆地的變化。人們不再滿足于電子產(chǎn)品只具備普通的使用功能，而是希望電子產(chǎn)品同時(shí)具備時(shí)尚的外觀，前衛(wèi)的設(shè)計(jì)，更簡(jiǎn)潔的用戶體驗(yàn)。根據(jù)調(diào)查，許多消費(fèi)者對(duì)于各種繁雜的電源線，數(shù)據(jù)線等電子產(chǎn)品配件的不通用感到十分的苦惱。人們需要隨時(shí)隨地都能使用的方便的充電裝置。

除了由于電子產(chǎn)品耗電量劇增帶來的市場(chǎng)需求之外，現(xiàn)有的電子產(chǎn)品通常有一個(gè)與之一一對(duì)應(yīng)的充電器，由此帶來資源的極大浪費(fèi)和消耗；并且不同電子產(chǎn)品之間的充電器不通用也會(huì)給用戶帶來額外的麻煩。此外，現(xiàn)有的有線充電技術(shù)必須給電子產(chǎn)品專留一個(gè)充電接口，這正是電子產(chǎn)品發(fā)生浸水等故障的潛在威脅。

而無線充電技術(shù)由于沒有充電接口的束縛可以實(shí)現(xiàn)不同種類電子產(chǎn)品共用一個(gè)充電器，并且沒有電線的束縛，從而可以簡(jiǎn)化人們的生活，提供給消費(fèi)者更具現(xiàn)代化的用戶體驗(yàn)。無線充電技術(shù)經(jīng)過了數(shù)年的推廣與演進(jìn)后，到如今終于開始受到人們的關(guān)注。

無線充電是指具有電池的裝置通過電磁感應(yīng)等無線方式取得電力而進(jìn)行充電。無線充電技術(shù)的出現(xiàn)，一是為了解決在現(xiàn)有電池技術(shù)跟不上電子產(chǎn)品發(fā)展的情況下，使用戶得到相對(duì)方便快捷的充電需求；二是可以將現(xiàn)有不統(tǒng)一的電子產(chǎn)品電源接口進(jìn)行統(tǒng)一，解決充電設(shè)備通用性的問題；三是無線充電不需要外接充電接口，從而解決電子產(chǎn)品浸水問題，還可以防止灰塵進(jìn)入電子產(chǎn)品。

無線電能傳輸是通過電磁波進(jìn)行電力傳輸，從而省去電源線和插座的一種新型電源。通過電磁感應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)無線電能的傳輸，其本質(zhì)是變壓器理論，開關(guān)電源理論與現(xiàn)代電磁理論的結(jié)合。通常來講，利用電磁感應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸，應(yīng)包含電能發(fā)射端和電能接收端兩大部分。其示意圖如圖1 所示，如圖所示，首先，交流電通過整流濾波電路變成直流電，直流電再通過諧振變換電路得到高頻交流電，高頻交流電流經(jīng)發(fā)射模塊中的發(fā)射線圈，發(fā)射線圈會(huì)向空中輻射電磁波，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，此時(shí)處于變化磁場(chǎng)中的接收線圈就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)了電能的無線傳播。而在接收線圈得到的同樣是交流電，所以還應(yīng)經(jīng)過一個(gè)整流變換電路得到直流電。

現(xiàn)在市場(chǎng)上電池的種類很多，但是在小功率電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，所用的電池基本上都為鋰電池。而鋰電池之所以會(huì)在小功率電子產(chǎn)品市場(chǎng)占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。將無線電能傳輸理論與鋰電池充電原理相結(jié)合，就構(gòu)成了鋰電池?zé)o線充電的基本理論?，F(xiàn)有的無線電能傳輸理論還處于發(fā)展當(dāng)中，還需不斷完善，尤其是對(duì)鋰電池的無線充電技術(shù)領(lǐng)域。不過，已經(jīng)有公司和科研機(jī)構(gòu)在其熟悉的領(lǐng)域做出了一些無線供電產(chǎn)品的樣品，但這些樣品都具有功率小，傳輸距離短，傳輸效率低等限制，只能在有限的應(yīng)用場(chǎng)合中有其應(yīng)用價(jià)值。相對(duì)于無線電能傳輸理論的不成熟來說，鋰電池充電原理及充電電路已經(jīng)廣泛的被人們所認(rèn)識(shí)，并且也已經(jīng)進(jìn)行了大規(guī)模的運(yùn)用，但急需進(jìn)一步發(fā)展成熟鋰電池的無線充電技術(shù)，使得能夠提供一種功率大，傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸穩(wěn)定且傳輸效率高、安全性能更好以及電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的鋰電池?zé)o線充電技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的對(duì)鋰電池?zé)o線充電存在的傳輸效率低，穩(wěn)定性差、安全性低、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜等技術(shù)不成熟問題，提供一種鋰電池?zé)o線充電電路。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種鋰電池?zé)o線充電電路，包括發(fā)射部分和接收部分，其中發(fā)射部分由振蕩電路、高頻功放電路以及發(fā)射線圈組成；接收部分由接收線圈、整流濾波電路以及充電電路組成；所述振蕩電路與高頻功放電路電連接，高頻功放電路與發(fā)射線圈電連接；接收線圈與整流濾波電路電連接，整流濾波電路與充電電路電連接；發(fā)射線圈與接收線圈為一對(duì)耦合線圈，它們通過電磁感應(yīng)的方式實(shí)現(xiàn)電能的發(fā)送和接收，其特征在于：所述高頻功放電路連接有給其提供工作電壓的直流穩(wěn)壓電路，該直流穩(wěn)壓電路包括變壓器、橋式整流電路、濾波電路以及LM317穩(wěn)壓芯片，其中，變壓器的輸入端連接220V交流電，變壓器的輸出端與橋式整流電路的輸入端電連接，橋式整流電路的輸出端與濾波電路的輸入端電連接，濾波電路的輸出端與LM317穩(wěn)壓芯片電連接，LM317穩(wěn)壓芯片輸出高頻功放電路所需的直流電壓；所述高頻功放電路采用場(chǎng)效應(yīng)管功放電路，其場(chǎng)效應(yīng)管為增強(qiáng)型N-MOS場(chǎng)效應(yīng)管，該場(chǎng)效應(yīng)管的柵極G連接控制信號(hào)，其源極S接地，且源極S與漏極D之間連接穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極與源極S連接；場(chǎng)效應(yīng)管的漏極D連接電容C的一端，電容C的另一端連接LM317穩(wěn)壓芯片輸出的直流電壓端，電容C的兩端分別并聯(lián)有可調(diào)電容Cp以及電感L；所述振蕩電路采用NE555計(jì)時(shí)IC芯片構(gòu)成頻率可調(diào)的多諧振蕩電路；組成耦合線圈的發(fā)射線圈與接收線圈使用多層空芯線圈。

上述LM317穩(wěn)壓芯片輸出的高頻功放電路所需的直流電壓為12V直流電壓。

上述多層空芯線圈具體采用貼片式耦合線圈，其發(fā)射線圈的形狀是圓形，直徑為 9cm; 圈數(shù)為 20；接收線圈的形狀是圓形，直徑為 9cm; 圈數(shù)為 20； 銅線直徑為 0.8mm，線圈高度為3cm,線圈繞線方式為密繞；線圈電感為L(zhǎng)=480uH。

上述振蕩電路采用NE555計(jì)時(shí)IC芯片構(gòu)成頻率可調(diào)的多諧振蕩電路，其NE555計(jì)時(shí)IC芯片的GND腳接地，GND腳即1腳，該1腳還分別連接電容C1及C2的一端，其中電容C1的另一端與5腳連接，C2的另一端同時(shí)連接2腳和6腳以及電阻R1的一端，電阻R1的另一端與可調(diào)電阻R2連接，可調(diào)電阻R2的另一端與NE555計(jì)時(shí)IC芯片的7腳以及R4的一端連接，R4的另一端與可調(diào)電阻R3的一端連接，可調(diào)電阻R3的另一端與8腳連接且同時(shí)連接至4腳。

本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型采用電磁感應(yīng)方式，充分結(jié)合了磁耦合技術(shù)和開關(guān)電源技術(shù)。系統(tǒng)分為發(fā)射部分和接收部分，在12V電源供電下，接收端在2.5cm的距離內(nèi)能穩(wěn)定輸出4.2V充電電壓，實(shí)現(xiàn)了充電電流可調(diào)的鋰電池?zé)o線充電功能。并且，電路發(fā)射端帶有電路保護(hù)功能，能有效防止功率MOS管被尖峰電壓擊穿，短路等問題的產(chǎn)生。在接收端針對(duì)鋰電池充電的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，有效的防止了鋰電池充電過程中可能出現(xiàn)的過充，溫度過高，電流過大等危險(xiǎn)情況的發(fā)生。整個(gè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，接收端實(shí)現(xiàn)了小型化的要求，達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用水平。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是電磁感應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸示意圖；

圖2是互感耦合實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸示意圖；

圖3是LM317工作框圖；

圖4是LM317構(gòu)成+12V電路圖；

圖5是場(chǎng)效應(yīng)管功放電路圖；

圖6是NE555構(gòu)成頻率和調(diào)的多諧振蕩電路。

附圖標(biāo)記說明：1、振蕩電路；2、高頻功放電路；3、發(fā)射線圈；4、接收線圈；5、整流濾波電路；6、充電電路。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

如圖2所示，本實(shí)用新型提供了一種鋰電池?zé)o線充電電路，包括發(fā)射部分和接收部分，其中發(fā)射部分由振蕩電路1、高頻功放電路2以及發(fā)射線圈3組成；接收部分由接收線圈4、整流濾波電路5以及充電電路6組成；所述振蕩電路1與高頻功放電路2電連接，高頻功放電路2與發(fā)射線圈3電連接；接收線圈4與整流濾波電路5電連接，整流濾波電路5與充電電路6電連接；發(fā)射線圈3與接收線圈4為一對(duì)耦合線圈，它們通過電磁感應(yīng)的方式實(shí)現(xiàn)電能的發(fā)送和接收，所述高頻功放電路2連接有給其提供工作電壓的直流穩(wěn)壓電路，如圖3所示，該直流穩(wěn)壓電路包括變壓器、橋式整流電路、濾波電路以及LM317穩(wěn)壓芯片，其中，變壓器的輸入端連接220V交流電，變壓器的輸出端與橋式整流電路的輸入端電連接，橋式整流電路的輸出端與濾波電路的輸入端電連接，濾波電路的輸出端與LM317穩(wěn)壓芯片電連接，LM317穩(wěn)壓芯片輸出高頻功放電路2所需的直流電壓；如圖5所示，所述高頻功放電路2采用場(chǎng)效應(yīng)管功放電路，其場(chǎng)效應(yīng)管為增強(qiáng)型N-MOS場(chǎng)效應(yīng)管，該場(chǎng)效應(yīng)管的柵極G連接控制信號(hào)，其源極S接地，且源極S與漏極D之間連接穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極與源極S連接；場(chǎng)效應(yīng)管的漏極D連接電容C的一端，電容C的另一端連接LM317穩(wěn)壓芯片輸出的直流電壓端，電容C的兩端分別并聯(lián)有可調(diào)電容Cp以及電感L；所述振蕩電路1采用NE555計(jì)時(shí)IC芯片構(gòu)成頻率可調(diào)的多諧振蕩電路；組成耦合線圈的發(fā)射線圈3與接收線圈4使用多層空芯線圈。

本實(shí)用新型采用電磁感應(yīng)方式，充分結(jié)合了磁耦合技術(shù)和開關(guān)電源技術(shù)。系統(tǒng)分為發(fā)射部分和接收部分，實(shí)現(xiàn)了充電電流可調(diào)的鋰電池?zé)o線充電功能。整個(gè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，接收端實(shí)現(xiàn)了小型化的要求，達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用水平。

實(shí)施例2：

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，如圖4所示，為本實(shí)施例采用LM317構(gòu)成+12V電路圖，則LM317穩(wěn)壓芯片輸出的高頻功放電路2所需的直流電壓為12V直流電壓。所述多層空芯線圈具體采用貼片式耦合線圈，其發(fā)射線圈（3）的形狀是圓形，直徑為 9cm; 圈數(shù)為 20；接收線圈（4）的形狀是圓形，直徑為 9cm; 圈數(shù)為 20； 銅線直徑為 0.8mm，線圈高度為3cm,線圈繞線方式為密繞；線圈電感為L(zhǎng)=480uH。如圖6所示，所述振蕩電路1采用NE555計(jì)時(shí)IC芯片構(gòu)成頻率可調(diào)的多諧振蕩電路，其NE555計(jì)時(shí)IC芯片的GND腳接地，GND腳即1腳，該1腳還分別連接電容C1及C2的一端，其中電容C1的另一端與5腳連接，C2的另一端同時(shí)連接2腳和6腳以及電阻R1的一端，電阻R1的另一端與可調(diào)電阻R2連接，可調(diào)電阻R2的另一端與NE555計(jì)時(shí)IC芯片的7腳以及R4的一端連接，R4的另一端與可調(diào)電阻R3的一端連接，可調(diào)電阻R3的另一端與8腳連接且同時(shí)連接至4腳。

以下詳細(xì)介紹本實(shí)用新型電路各主要電路部分的情況：

1、整流濾波電路

整流電路的作用就是將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟３Ｓ玫恼麟娐酚袉蜗喟氩ㄕ麟娐?單相全波整流電路,單相全波橋式整流電路,單相倍壓整流電路,三相全波整流電路,三相半波整流電路等。濾波電路的作用是除去整流過后電路中可能還存在的交流成分，提高直流電源的質(zhì)量。本實(shí)用新型采用單相橋式整流電路，后接濾波電容。

單相橋式整流電路是利用二極管的單向?qū)ㄌ匦?，用四個(gè)相同的二極管排列成橋式結(jié)構(gòu)（見圖4），達(dá)到將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷哪康?/p>

本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)鋰電池?zé)o線充電是將無線供電技術(shù)中的電磁感應(yīng)方式與現(xiàn)有技術(shù)的鋰電池充電技術(shù)相結(jié)合，通過兩個(gè)耦合線圈來實(shí)現(xiàn)電能的發(fā)送和接收。在電磁感應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸?shù)倪^程中，電能的發(fā)送和接收需要形成快速變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，快速變化的電場(chǎng)是通過電能發(fā)射端所生成的高頻交流電來實(shí)現(xiàn)的，而高頻交流電是通過將市電轉(zhuǎn)換為直流電再通過高頻逆變產(chǎn)生的。而在電能接收端，根據(jù)現(xiàn)有的鋰電池充電理論，本實(shí)用新型加入了一個(gè)鋰電池充電的控制電路，以確保鋰電池只能在處于合適的狀態(tài)下才能進(jìn)行充電，并且在充電過程中，控制電路會(huì)根據(jù)充電過程是否出現(xiàn)異常以及電池是否已經(jīng)充滿等具體情況控制整個(gè)充電過程，其中該控制電路是現(xiàn)有技術(shù)很容做到的，在此不再詳述。本實(shí)用新型基本方案如圖2 所示，無線充電系統(tǒng)主要分為發(fā)射部分和接收部分。發(fā)射部分由振蕩電路、高頻功放電路以及發(fā)射線圈組成；接收部分由接收線圈、整流濾波電路以及充電電路組成，其中充電電路為現(xiàn)有技術(shù)成熟電路，在此對(duì)其電路結(jié)構(gòu)不再做詳細(xì)敘述。

2、輔助電源的設(shè)計(jì)

不管是單片機(jī)還是其他的電子集成芯片，要想其正常穩(wěn)定的工作，都需要使用合適的直流電為其供電，因此，有必要在對(duì)主體電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)設(shè)計(jì)出與之相對(duì)應(yīng)的直流電供電電路。要將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，至少需要經(jīng)過整流、濾波等階段，并且，還應(yīng)考慮到電壓的穩(wěn)定性問題，因此還必須有合適的變壓電路和穩(wěn)壓電路等。人們習(xí)慣上把實(shí)現(xiàn)這種穩(wěn)定供應(yīng)直流電壓和電流功能的電路通稱直流穩(wěn)壓電路。

本實(shí)用新型所提供的電源主要有給振蕩電路提供的 5V 直流電和給功放電路提供的12V直流電。其主要組成部分有變壓器、橋式整流電路和濾波電路。首先接入220V交流電，經(jīng)變壓器降壓，然后由橋式整流電路進(jìn)行全波整流，經(jīng)電容濾波后，將得到的直流進(jìn)行穩(wěn)壓（DC-DC 轉(zhuǎn)換）。由于振蕩電路的工作電壓為 5V,且功放電路的工作電壓為12V。變壓器選擇輸出 100W，15V和8V的環(huán)形變壓器；整流管選擇 3A 肖特基二極管 IN5822；電源轉(zhuǎn)換芯片可選用三端可調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器LM317。輔助電源（以正12V穩(wěn)壓為例）的系統(tǒng)框圖如圖3所示。

芯片 LM317 是一款使用簡(jiǎn)單，功能穩(wěn)定的集成電路，它的主要功能是在電路中起到穩(wěn)壓的作用。這款芯片的電壓輸出范圍非常的廣泛，在理想的情況下最高可以達(dá)到 37V，最低可以達(dá)到1.2V，如此大范圍的輸出電壓使LM317能夠在許多的電路應(yīng)用場(chǎng)合都能勝任，因此LM317的應(yīng)用可以說相當(dāng)?shù)膹V泛，設(shè)計(jì)者對(duì)于LM317 的各種設(shè)計(jì)方法早已經(jīng)駕輕就熟，可以說，LM317已經(jīng)是一塊應(yīng)用非常成熟的芯片了，利用成熟的芯片可以達(dá)到減小電路風(fēng)險(xiǎn)的作用，這也是本實(shí)用新型選擇LM317的因素之一。不僅如此，LM317所需的外圍電路還十分的簡(jiǎn)單，這無疑可以大大的簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)難度，并且也降低了后期檢查和調(diào)試電路的難度。

通常情況下，LM317實(shí)現(xiàn)其輸出電壓的變化是通過改變其外圍電路的兩個(gè)外接電阻的阻值來實(shí)現(xiàn)的，此外，LM317還自帶各種電路和芯片保護(hù)功能。以正12V輔助電源為例，電路原理圖如圖 4 所示，取 R1 為 1K，可計(jì)算得到 R2=8.6K，R2 選用 20K 可調(diào)電阻。

3、功放電路的設(shè)計(jì)

功率放大器是指輸出大功率信號(hào)的放大電路。放大器的種類很多，比如常用的有分立元件放大器和集成放大器。而不管是哪一種放大器，在電路的末級(jí)都需要接實(shí)際的負(fù)載。通常情況下負(fù)載消耗的功率都比較大，因?yàn)橐话闱闆r下流經(jīng)負(fù)載的電流和負(fù)載兩端要求的電壓都比較大。也就是說，要想成功驅(qū)動(dòng)負(fù)載，放大器必須輸出較大的功率，因此將這類放大器稱為功率放大器。在本實(shí)用新型中，同樣需要用到功率放大器。由于放大后的振蕩輸出是用于能量功率，而不是信號(hào)，波形失真并不重要，這里選用功率場(chǎng)效應(yīng)管電路。

經(jīng)比較和篩選，及考慮成本因素，最終選用了IRF640，作為功放MOS 器件。IRF640是IR公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一款低阻抗，快速開關(guān)管，特別適合應(yīng)用高頻功率放大電路。其主要性能如下：

1）低導(dǎo)通電阻：180毫歐 ；

2）低門電壓：+4V ；

3）工作溫度：-55到150攝氏度 ；

4）極快的開關(guān)速度：開延時(shí)13nS,上升時(shí)間50nS, 關(guān)延時(shí)46nS,下降時(shí)間35nS。

圖5為設(shè)計(jì)的場(chǎng)效應(yīng)管功放電路圖，調(diào)節(jié)CP的大小可以微調(diào)LC的諧振頻率，使其諧振頻率更接近控制信號(hào)的頻率，這樣可以提高傳輸效率。

4、震蕩電路的設(shè)計(jì)

本實(shí)用新型采用NE555構(gòu)成頻率可調(diào)的多諧振蕩器。555計(jì)時(shí)IC芯片是一款使用時(shí)間十分久遠(yuǎn)，使用范圍十分廣泛，設(shè)計(jì)方案十分成熟的計(jì)時(shí) IC 芯片。而NE555是555計(jì)時(shí)IC芯片大家族中的一個(gè)型號(hào)。與其它的計(jì)時(shí)IC芯片相比，NE555有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。比如，NE555不僅可以作為定時(shí)器使用，還可以作為施密特觸發(fā)器使用，并且還不需另外的元器件。此外，當(dāng)NE555用來輸出PWM波時(shí)其外圍電路十分簡(jiǎn)單，其本身的工作也十分穩(wěn)定。NE555可穩(wěn)定輸出1MHz以下的方波，并且占空比可調(diào)，電路調(diào)試容易，成本較低。NE555計(jì)時(shí)IC芯片一共有8個(gè)引腳，其中1腳是芯片的公共地端；2腳是一個(gè)觸發(fā)端，當(dāng)2腳電壓處于VCC/3到2VCC/3之間時(shí)，NE555才能啟動(dòng)其時(shí)間周期；3腳是輸出端，在本方案中最終輸出的PWM波信號(hào)就是經(jīng)由3腳輸出的；4腳是重新置位端，其工作原理是當(dāng)輸入此端口的電平是一個(gè)低電平時(shí)，系統(tǒng)置位；5腳是控制電壓端口，此端口的作用是通過調(diào)整輸入到此端口的電壓，可以調(diào)整輸出PWM波的頻率；6腳是重置鎖定端口；7 腳是放電端口；8腳則是整個(gè)系統(tǒng)的供電端口，當(dāng)VCC的值為4.5V~16V之間時(shí)，芯片才能正常工作。

本方案利用NE555芯片輸出PWM波，從而驅(qū)動(dòng)開關(guān)MOS管的開閉。而PWM波可以看作是無數(shù)個(gè)高電平和低電平相互轉(zhuǎn)換所形成的一種波形。因而此時(shí)NE555不應(yīng)工作在穩(wěn)態(tài)而是應(yīng)該工作在振蕩狀態(tài)。此外，系統(tǒng)在輸出高電平和輸出低電平兩個(gè)狀態(tài)下來回切換，是依靠其自身的激勵(lì)，系統(tǒng)最后呈現(xiàn)出的實(shí)際上是一種無穩(wěn)態(tài)的電路，一旦上電開始工作，系統(tǒng)就通過在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的不停切換中輸出 PWM 波。僅僅需要兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容，NE555計(jì)時(shí)IC芯片就能構(gòu)成振蕩器電路結(jié)構(gòu)。此時(shí)振蕩器能夠自激工作是通過向振蕩電容C來回的充電和放電來實(shí)現(xiàn)的。此時(shí)，將NE555的 2腳和6腳相連并與振蕩電容的非接低端連在一起，這樣就能通過振蕩電容電壓的變化使系統(tǒng)在2/3 Vcc觸發(fā)和1/3 Vcc觸發(fā)來回轉(zhuǎn)換。一開始，當(dāng)系統(tǒng)剛剛上電時(shí)，VCC通過電阻R1向振蕩電容充電，此時(shí)NE555輸出端口輸出為高電平；當(dāng)振蕩電容的電壓達(dá)到高電平出發(fā)的閾值時(shí)，振蕩電容該由通過電阻R2進(jìn)行放電，此時(shí)NE555輸出端口輸出為低電平，如此來回反復(fù)，從而達(dá)到振蕩的效果。本實(shí)用新型的電路中NE555多諧振蕩器原理圖如圖6所示；調(diào)節(jié) R2 和 R3 的阻值大小可以調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的頻率及占空比。本方案取400KHz，60%占空比的方波，取C2為100pF，經(jīng)計(jì)算，可以得到R2≈6K，R3≈12K，如果僅僅以 NE555 輸出的方波驅(qū)動(dòng)后級(jí)功放電路會(huì)由于驅(qū)動(dòng)能力不足使場(chǎng)管不導(dǎo)通，所以需要加一級(jí)驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路的作用就是放大控制信號(hào)，使得控制信號(hào)足夠驅(qū)動(dòng)功率MOS管。因此，驅(qū)動(dòng)電路在整個(gè)系統(tǒng)中的位置應(yīng)該處于控制電路和主電路的中間。本系統(tǒng)采用專用高低端驅(qū)動(dòng)芯片IR2181構(gòu)成后級(jí)功放驅(qū)動(dòng)電路。芯片IR2181 內(nèi)部由兩個(gè)通道構(gòu)成。其中一個(gè)通道叫做低壓通道，另外一個(gè)通道叫做高壓通道，這兩個(gè)通道互相之間并不干擾，各自獨(dú)立工作。

5、耦合線圈的設(shè)計(jì)

本方案使用多層空芯線圈，主要是考慮到在手機(jī)等電子產(chǎn)品中不適合使用有磁芯的線圈?？紤]到無線充電的特殊性，耦合線圈要集成到手機(jī)等電子設(shè)備內(nèi)部，這就對(duì)耦合線圈的大小進(jìn)行了限制。同時(shí)，與此矛盾的是，為了增大磁通量的變化，使得更多的能量能夠耦合到次級(jí)線圈之中，提高系統(tǒng)能量傳輸效率又要盡可能的擴(kuò)大線圈的面積。因此，對(duì)于本方案來說，最好的方法是采用特殊工藝制成的貼片式耦合線圈，它在盡可能的保證線圈面積的同時(shí)，盡可能的減小了線圈的厚度，使耦合線圈能夠塞進(jìn)手機(jī)外殼之中，節(jié)約手機(jī)體積。

由于貼片式線圈需要特殊的工藝才能制成，從節(jié)約成本的角度考慮，本方案的兩套線圈均采用漆包線密繞而成。

第一套線圈參數(shù)為：

發(fā)射線圈：形狀是圓形，直徑為 9cm; 圈數(shù)為 20；

接收線圈：形狀是圓形，直徑為 9cm; 圈數(shù)為 20；

銅線直徑為 0.8mm，線圈高度為 3cm, 方式為密繞；經(jīng)測(cè)試可得線圈電感為L(zhǎng)=480uH。

第二套線圈參數(shù)為：

發(fā)射線圈：形狀是方形，尺寸為 8cm*6cm; 圈數(shù)為 25；

接收線圈：形狀是方形，尺寸為 8cm*6cm; 圈數(shù)為 25；

銅線直徑為 0.3mm，方式為密繞；經(jīng)測(cè)試可得線圈電感為 L=230uH。

6、接收電路

作為最終的無線充電電路設(shè)計(jì)方案，接收電路的設(shè)計(jì)必須要考慮到為鋰電池充電的電壓穩(wěn)定限制，還要考慮到鋰電池充電保護(hù)問題，主要是要防止充電時(shí)電流過大和過充，此外，設(shè)計(jì)方案還必須選擇合適的鋰電池充電策略。

要滿足以上要求，可以采用模擬電路實(shí)現(xiàn)，例如將穩(wěn)壓電路與開關(guān)管保護(hù)電路相結(jié)合，理論上能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。也可以采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電路保護(hù)，但是如此做的話電路成本較高且體積較大?？紤]到接收端電路要集成到手機(jī)等小型電子設(shè)備之中，所以電路體積應(yīng)該盡可能的小，電路結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡可能的簡(jiǎn)單，電路工作應(yīng)該盡可能的穩(wěn)定，所以相比于模擬電路和單片機(jī)來講，利用專門的充電管理芯片是一個(gè)更好的選擇?，F(xiàn)在市場(chǎng)上可用的鋰電池充電管理芯片多種多樣，既有便宜的國(guó)產(chǎn)芯片，也有昂貴的國(guó)外進(jìn)口芯片。通常來講，一般的國(guó)產(chǎn)芯片就能滿足鋰電池充電要求，但是，作為無線充電來講，由于接收端接收到的能量具有很大的可變性，與耦合線圈相對(duì)距離，相對(duì)位置等因素都有極大的關(guān)系，因此接收端的電壓和電流的動(dòng)態(tài)范圍比較廣，而普通的鋰電池充電管理芯片工作電壓范圍大多在4.5V-6V之間，對(duì)于無線充電來說可能就不太合適了。經(jīng)過選擇和實(shí)驗(yàn)，最終選定用德州儀器生產(chǎn)的bq24002鋰電池充電管理芯片，與其他的鋰電池充電芯片相比，bq24002最大的優(yōu)勢(shì)在于它能穩(wěn)定輸出4.2V的充電電壓，充電電流可由設(shè)計(jì)者自己設(shè)定，并且具有4.5V-10V范圍較廣的典型工作電壓，而它的最大工作電壓則可以達(dá)到 13V，比較適合用來進(jìn)行無線沖充電，缺點(diǎn)是價(jià)格比較昂貴，該充電管理芯片電路具體結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)很容易做到的，這里不再詳述。

經(jīng)測(cè)試，本實(shí)用新型接收端模塊能穩(wěn)定輸出4.2V充電電壓，無線充電有效距離達(dá)到2.5cm。同時(shí)，發(fā)射模塊和接收模塊都附帶電路保護(hù)功能，接收端還帶有充電保護(hù)功能，從而保證了電路的安全性。最后，接收端模塊集成到2.5cm*5cm 的 PCB 版上，實(shí)現(xiàn)了小型化的要求，使之更符合為小型電子產(chǎn)品無線充電的要求。

本實(shí)用新型通過將電磁感應(yīng)原理，高頻開關(guān)技術(shù)與鋰電池充電技術(shù)相結(jié)合，成功設(shè)計(jì)出一種適用于小功率，便攜式電子產(chǎn)品的鋰電池?zé)o線充電電路。在電路發(fā)射端用NE555實(shí)現(xiàn)了頻率和占空比可調(diào)的 PWM 波輸出功能。在電路接收端，實(shí)現(xiàn)了充電電壓穩(wěn)壓，充電電流可調(diào)功能，并且實(shí)現(xiàn)了鋰電池充電時(shí)的電壓監(jiān)控和溫度監(jiān)控，從而避免出現(xiàn)電池過壓和溫度過高等危險(xiǎn)情況?？偟膩碚f，設(shè)計(jì)出的鋰電池?zé)o線充電電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，成本低廉，并且達(dá)到了小型化的要求。

本實(shí)施方式中沒有詳細(xì)敘述的部分屬本行業(yè)的公知的常用手段，這里不一一敘述。以上例舉僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的舉例說明，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍的限制，凡是與本實(shí)用新型相同或相似的設(shè)計(jì)均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。