基于pcb电路板绕组的无线充电系统

基于pcb电路板绕组的无线充电系统

1无线充电系统的原理目前，传统的充电工具主要用于手机、p3、计算机等便携式设备的充电，一端连接工频交流电源，另一端连接便携式电子充电池。这种充电方式有很多不利的地方,首先频繁的插拔很容易损坏接头,另外也可能带来触电的危险。因此,非接触式感应充电器在上个世纪末期诞生,它利用了普通线圈绕组的可分离式变压器作为能量转换装置,不需物理上的连接,就能将电能以电磁感应方式传送给电子设备,然而这种用铁素体作为磁芯的可分离式变压器体积大,不方便携带。因此,实现无线充电,能量传输效率高,便于携带成为充电系统的研究方向之一。本文设计了一种便携式电子设备新型无线充电系统,通过新型无核PCB线圈,将电能以无线方式传输给电池。只需把手机、笔记本电脑等便携式电子设备放在充电平台上,便可充电。2固定电机的串联振幅电路无线充电系统主要采用电磁感应原理,实现电源与电池之间不需要物理连接进行的能量耦合。如图1所示,系统工作时,在输入端将工频交流电经全桥整流电路变换成直流电、然后逆变转换成高频交流电流供给初级绕组。通过一对形状和结构各不相同的PCB线路板绕组进行耦合,次级端口输出的电流为高频电流,再经过全桥整流电路变换成直流电,为电池充电。由于采用PCB绕组线圈变压器,容易产生很大的漏磁电感,致使能量损失巨大,效率很低。为了降低损耗,提高无线充电系统的效率,电容C1与PCB绕组线圈的漏磁电感Llk构成串联谐振电路。根据谐振时:因此,只要逆变电路工作在谐振频率,就能保证PCB初、次级绕组在耦合时能量损失最小,效率最高。3初、次级绕组耦合方案在无线充电系统中,最重要的环节就是进行能量传递的部件—PCB变压器。它的设计成功与否,直接关系到能量能否通过无线方式进行传递。现在国际上出现了一种无核PCB变压器,它采用PCB线路板结构,上下两层分别为变压器的初、次级绕组,每层都布上圆形螺旋线,实现耦合。而初、次级都为相同形状和结构的螺旋绕组,产生的磁动势在圆心最高,周围很低,电路板表面的磁动势不均匀,所以并不是最佳耦合方案。因此,如图2所示,我们采用了一种新型的PCB变压器,它具有不同形状和结构的初、次级绕组。把初、次级绕组分别布在两块PCB线路板上,这样使初、次级绕组分离,就可以实现电能通过绕组无线传递。初级采用四层电路板形式,上面三层采用六边行螺旋绕组,最下面一层作为各层连线。当高频交流电流流过六形行螺旋绕组时,其中心磁动势最高,六个角最低,三层六边行螺旋绕组结构都一样,只是采用交错布局,上面一层的螺旋中心正好布局在下面一层六边形绕组的其中一个角上。这样的三层交错布局,刚好在每一个六边形绕组的其中一个角都跟另外一层的螺旋绕组的一个中心重叠。相当于在每一个磁动势的最低点都跟一个磁动势的最高点重叠。因此,电路板表面产生的磁动势很均匀,能够为次级绕组提供能量,以至于无论次级PCB绕组在任何方向,放在初级绕组上面的任何位置,都能进行耦合,且能量传递效率也最高。而次级采用双面电路板形式,上层采用圆形螺旋绕组,下层作为各层连线,这种结构简单,非常适合作为次级绕组,能够安装在便携式电子设备内部,为充电电池提供能量。新型的无核PCB变压器利用了多层和双层PCB绕组变压器各自的优势,为便携式电子设备新型无线充电系统的能量传输提供了保证。4proelxp的二次开发我们采用最常用的PCB设计软件-ProtelDXP来设计PCB绕组,由于PCB初、次级绕组分别是四层和双层螺旋结构PCB线路板,而ProtelDXP并未提供画平面六边形螺旋线和平面圆形螺旋线的工具模块,如果用手工逐笔来画,得到的精度不高,而且要浪费很多时间,因此,决定对ProtelDXP进行二次开发,来实现画平面六边形螺旋线和平面圆形螺旋线的功能。ProtelDXP有一个强大的宏语言服务器,可以创建在任何服务器上工作的宏脚本文件。ProtelDXP中使用的脚本语言为ClientBasic,这种语言是建立在VB基础上的。而ClientBasic属于解释语言,所以,宏文件不需要编译就可以运行。宏语言提供了实现参数在EDA环境和宏文件中的传递的函数。通过ProtelDXP?的宏语言服务器功能,我们实现了二次开发。画平面六边形螺旋线的程序如下:5逆变电路振幅频率范围a根据上述无线充电系统的原理,制作了简易实验系统进行实验,实验环境为:220V交流工频市电;逆变电路谐振频率范围控制在100Hz—9MHz;可充电电池为锂电池,额定功率3.6W,额定电压为4.2V。6无线充电系统的应用本文分析了实现无线充电系统的意义,并对无线充电系统的结构和原理进行了详细的分析。对PCB变压器的原理和设计方法进行了分析和实验,并获得满意的实验结果。利用PCB变压器,使得无物理连接的电能传输得以进行。由于其安全、方便等特点,适用范围非常广泛,无线充电系统有着非常广泛的应用前景。得到谐振频率:图3表明了无线充电系统的效率与频率的关系。从图中的实验曲线可以看出,逆变电路谐振频率小于1MHz时,效率逐渐上升,其斜率很大;当频率在1