微距无线充电器设计

3 主要元器件选择

电源变压器T1：5VA18V,这里利用现有的双18V的，经整流滤波后得到约24V的直流
继电器J：DC24V,经测量其可靠吸合电流为13mA
保险管FUSE：快速反应的1A
可调电阻RP1和RP2：用精密可调的
谐振电容C8：瓷介电容耐压不小于63V
整流桥D5-D8：用高频开关管1N4148
精密电压源：TL431
运放IC3：OPA335,TI公司的轨对轨精密单运放
晶体管Q3、Q4和Q5：要求漏电流小于0.1uA,放大倍数大于200,图中已标型号
发光管LED2：普亮（红），正向VA特性尽可能陡直（动态电阻小，稳压特性好）
发送线圈L1：用U1mm的漆包线在U66mm的圆柱体（易拉罐正好）上密绕20匝，用502胶适当粘接，脱胎成桶形线圈
接收线圈L2：用U0.4mm的漆包线在同样的圆柱体上密绕20匝，脱胎后整理成密圈形然后粘接固定。这是为了使接收单元尽可能薄型化

4 调试要点

在发送单元的FUSE1回路上串入电流表，以保持监测。按以下顺序调试。

4.1 调工作频率
调PR1使F1-F2产生的方波频率与C8L1的谐振频率一致。此时电流表的读数最小，接收线圈L2所得的感应电压最大，暂不接被充电池BT2.。

4.2 调基准电压
保持L1与L2相距2cm并同轴，此时C5两端的直流电压应当有18-20V。

调RP2使其两端电压为4.15V,这就是锂离子电池的充电终止电压。改变L1与L2的间距，在0-6cm之间基准电压应当恒定为4.15V。

任何一项调试必须在保证其他条件不变的情况下进行。

4.3 调充电控制
增大L1与L2的间距（约55mm），使C5两端的直流电压降为8V。或者关掉发送单元，在C5两端接上8V的实验电源。

在运放输出高电位的情况下，将R10换成5M的电位器，由大往小调，在能保证Q4完全饱和的情况下，对其电阻的最大值取3/4,成为调定的R10。这是为了即保证控制可靠，又要尽可能省电。

4.4 调充满显示
在运放输出高电位时，保证Q3截止（LED3不亮）的前提下，R5取最大。

在运放输出低电位时，在LED3中串入电流表，调R8使电流表读数为0.5mA,此时LED3有足够的亮度（方法同4-3,目的同4-3）。

这样，接收单元的充电控制电路总耗电不到2mA。其中R4支路有1mA左右，Q3和Q4有0.5mA（Q3和Q4不会同时导通），IC2耗电更小（小于0.01mA）。

5 性能测试

应保证L1与L2附近没有其他金属或磁介质。

5.1 耦合性能
在接收单元空载（不接被充电池）情况下，保持L1与L2同轴，改变L1-L2间距，测量接收单元C5两端电压DCV。

在5cm内，充电控制电路能保证准确可靠的工作，6cm仍可充电。

5.2 充电控制
保持L1与L2同轴并固定于相距2cm,接上待充电池，并接上电压表。

断开SW,电流表读数为10mA,此为慢充电工作方式；接通SW,电流表读数为30mA,此为快充电工作方式。

当充电使电压表读数达到4.15V时，LED3熄且LED2亮，同时电流表读数为零，表明电池BT2已被充满并自动停止充电，并且显示这一状态。

测试时，被充电池可用一只20000uF电容代替，以缩短充电时间便于测试。

5.3 换能效率
仍保持L1与L2同轴相距2cm,充电器分别工作于快充、慢充和停充，测量。

5.4 电源切换
断开S1,继电器复位，由直流电源BT1供电；接通S1,继电器吸合，由交流电源供电，此时BT1被断开。

两种供电方式对以上测试结果完全相同。

S3用于两种供电方式的人工切换或强行用直流，一般处于接通状态。

6 结语

作为可行性探索实验的样机，本设计仅针对100mAh左右的小容量锂离子电池和锂聚合物电池，适用于MP3、MP4和蓝牙耳机等袖珍式数码产品。将它推广到大容量电池，并不存在原则性的障碍。当然，从实验室的样机到市场中的产品，可能还有比较漫长和艰难的工作，如电磁辐射的泄漏问题，成本控制与产品工艺，以及市场切入与消费启动等。