手機(jī)無線充電技術(shù)的研究

【摘 要】手機(jī)是用戶群體最大的一個電子產(chǎn)品，但是由于充電器攜帶不便，手機(jī)無電給用戶帶來了很多的麻煩。本文首先分析無線充電技術(shù)中的原理，然后以手機(jī)為實(shí)驗(yàn)對象，將無線充電與有線充電相比較，顯示出無線充電的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，最后分析無線充電器的內(nèi)部構(gòu)造，為以后的無線充電器的開發(fā)與更新提供了理論及數(shù)據(jù)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】手機(jī)充電 無線充電 電磁感應(yīng)

一、前言

電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展促進(jìn)著各式各樣的電子產(chǎn)品，手機(jī)屬于電子產(chǎn)品中的一個大的類別，每個手機(jī)都有其相對應(yīng)的充電器，每換一部手機(jī)，原來的手機(jī)充電器就廢棄了。大量舊充電器給環(huán)境的處理帶來了巨大的負(fù)擔(dān)，主要的原因就是手機(jī)充電器不能通用。對于手機(jī)的使用者而言，攜帶手機(jī)充電器非常得不便。隨著人們對于無線通訊的需求，手機(jī)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)成本的降低使得手機(jī)快速普及，同時支持無線充電功能的手機(jī)會更加受到人們的青睞。

二、無線充電技術(shù)的概述

（一）無線充電原理

無線充電的原理主要就是兩個部分，一個是電磁感應(yīng)，另一個就是感應(yīng)電動勢。電磁感應(yīng)定律其主要原理是閉合電路的一部分在磁場里做切割磁感線運(yùn)動時就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，有了感應(yīng)電動勢就能夠驅(qū)動電子形成電流。通過這個原理我們給線圈提供一個不斷變化的磁通量，線圈內(nèi)就會產(chǎn)生電流，再將這部分電流整合為直流為手機(jī)充電。

感應(yīng)電動勢的模型可以通過下圖可以看出來，線圈1集成在無線充電器端，線圈2集成在手機(jī)端，充電器端的線圈半徑要大于手機(jī)端的線圈。兩者之前存在一定的距離，給線圈1施加一定的正弦電流，就會在線圈2出產(chǎn)生一定的磁感應(yīng)。

（二）無線充電技術(shù)分類

無線充電技術(shù)按照原理和運(yùn)作方式可以分為三種，電磁感應(yīng)、無線電波以及電磁共振。

電磁感應(yīng)就是利用一對線圈之間的電磁感應(yīng)來實(shí)現(xiàn)充電技術(shù)。在發(fā)送端與接收端都有一個線圈，發(fā)送端是無線充電器端，線圈集成為初級線圈也叫做發(fā)射線圈；在手機(jī)端也有一個線圈，線圈集成為次級線圈也叫做接受線圈。當(dāng)電流通過發(fā)射線圈之后，便會產(chǎn)生磁場，接收線圈接受了磁場就會產(chǎn)生電磁感應(yīng)，從而產(chǎn)生電動勢，有了電壓就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，就可以為手機(jī)沖電。這種技術(shù)兩者之間的距離需要小于1cm，用戶需要將待沖設(shè)備放在無線充電器表面上充電。

無線電波由于空間巨大從而耗能高，所以使用比較少，基本原理類似于早期使用的礦山收音機(jī)。其中的微型高效接收器可以接收空間傳輸?shù)臒o線電波。此技術(shù)由于存在巨大的空間損耗，所以一般只是使用在小功率的電子設(shè)備上，接受裝置與發(fā)射裝置之間的距離不能超過幾米。

電磁共振傳輸距離比較大，實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用到的線圈的直徑高達(dá)幾十厘米，此種方法還不能商業(yè)化，因?yàn)樯虡I(yè)化產(chǎn)品中使用的線圈都是幾厘米的，但是尺寸過小接收端接收的功率就會降低。不過隨著技術(shù)的不斷更新，相信在以后的電子產(chǎn)品中電磁共振原理的無線充電器可以得到廣泛的應(yīng)用。

三、無線充電和有線充電的充電時間對比

根據(jù)無線充電器設(shè)計的要求，無線充電器的充電時間不能超過有線充電一小時，而且總時間不能超過4個小時。

我們對同一個手機(jī)分別進(jìn)行了無線充電和有限充電直到充滿，得到了充電時間。有線充電時間為110分鐘，恒流電流為750mA，過程包括滴流充電、恒流充電和恒壓充電。而無線充電的時間為150分鐘，恒流電流為560mA，整個過程也包括滴流充電、恒流電流和恒壓電流。

對此實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，無線充電的時間為150分，只比有線充電時間長40分鐘，而且總的時間沒有超過4個小時，完全符合設(shè)計的需求。

四、無線充電控制電路

（一）功率傳輸流程

功率傳輸流程可以分為充電器端控制流程、手機(jī)端控制流程和手機(jī)充電端流程。

充電器端控制流程主要包括對手機(jī)的檢測、溫度檢測保護(hù)和發(fā)射功率等。充電器檢測手機(jī)是否放置在充電器上，同時還要識別是否是手機(jī)裝置，如果放置的不是手機(jī)只是普通的金屬則會停止充電過程；如果接收到了無線充電器信號的反饋，就進(jìn)行確認(rèn)并開始充電，同時每5秒針檢測手機(jī)是否被拿走，如果手機(jī)拿走則停止充電。

手機(jī)端控制流程包括線圈檢測、接收功率等。手機(jī)一旦接收到無線充電器的信號時，手機(jī)需要打開控制電路并對線圈進(jìn)行檢測，如果線圈的位置沒有問題，就會發(fā)送信號反饋給無線充電器，然后就等待無線充電器確認(rèn)并傳輸電流給手機(jī)。手機(jī)一旦充滿電，就要發(fā)送信號給無線充電器，讓無線充電器停止電流傳輸。

手機(jī)端充電流程包括開始充電、指示燈控制、檢測是否充滿電和停止充電控制等。

（二）硬件電路

（1）充電器端電路。整套充電器電流包括電源部分、線圈、存儲器部分、控制電流部分以及檢測電流電壓部分。電源部分是將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，并經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路得到所需要的電流和電壓；線圈是電流傳輸?shù)暮诵牧慵?，?fù)責(zé)將電流轉(zhuǎn)換成磁場并從空間中傳輸出去；存儲部分是負(fù)責(zé)存儲器充電狀態(tài)和參數(shù)控制等；控制電流部分是是控制線圈電流的開關(guān)，控制輸出功率的大小，檢測電流和電壓的指標(biāo)。

（2）手機(jī)端電路。手機(jī)端電流包括蒸餾部分、線圈和控制電路部分，以及溫度、電流和電壓的檢測?？刂齐娐窞榻邮斩说目刂浦行?，包含功率控制、檢測溫度、電流和電壓的參數(shù)指標(biāo)；線圈是電力傳輸?shù)暮诵牟考?，?fù)責(zé)將接收到的磁能轉(zhuǎn)換為電能。

小結(jié)：無線充電器具有便于攜帶的優(yōu)點(diǎn)，而且與有線充電比較起來，雖然在時間上比有線充電長，但是之間的差距并不是特別大。三種無線充電技術(shù)目前還存在著一定的缺陷，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，不斷解決自身的缺點(diǎn)，將之商業(yè)化，將更加滿足用戶的需求。

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