无线充电技术-谷海涛.doc

无线充电技术-狄东华、谷海涛、谢建鲁无线充电是指利用电磁波感应原理进行充电的设备，原理类似于变压器。在发送和接收端各有一个线圈，发送端线圈连接有线电源产生电磁信号，接收端线圈感应发送端的电磁信号从而产生电流给电池充电。1、 实现无线充电技术主要通过三种方式1、无线电波式这是发展较为成熟的技术，类似于早期使用的矿石收音机，主要有微波发射装置和微波接收装置组成，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。此种方式只需一个安装在墙身插头的发送器，以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器。2、电磁感应式初级线圈发射一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈钟产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端。目前最为常见的充电垫解决方案就采用了电磁感应。3、磁场共振由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量，是目前正在研究的一种技术。二、矿灯实现无线充电方案现在可以提供批量供货的技术方案为电磁感应式，供电电流最大为800mA，发射模块的成本大约为10元，接收模块的成本约为5元。充电架每个充电位安装一个无线供电发射模块和线圈，矿灯电池外壳内置无线接收线圈和充电管理模块。无线供电收发线圈之间不能存在金属物质，两线圈之间的距离要小于10mm，越近效率越高、可提供的电流越大。这样要求充电架在充电线圈接触区域采用非金属材料，电池外壳放置充电式要能固定位置，尽量让两个线圈同心。3、 无线充电标准化全球首个推动无线充电技术的标准化组织无线充电联盟成立于2008年12月17日，其使命是为了创造和促进市场广泛采用与所有可再充电电子设备兼容的国际无线充电标准Qi。2010年9月1日，无线充电联盟在北京宣布将Qi无线充电国际标准率先引入中国，信息产业部通信电磁兼容质量监督检验中心已加入该组织。联盟确定了低功率（不超过5瓦特）技术规范，标准定义了Qi低耗能规格、性能要求规格以及合规测试规格。目前认证服务已经启动，接收器部分将不收取任何授权费，发射器则收取“水平很低、完全能够接受得起”的授权费。四、产品设计思路在采用该技术的矿灯与充电架在设计时应注意以下几点：1）两者间线圈应尽量靠近，间隙不大于10mm。2）充电设备及矿灯针对线圈及电路放置部分应易拆卸但需要达到要求的IP防护等级，且符合煤矿的使用规律：如防拆卸、防盗等。3）考虑到采用该技术用于矿灯充电，针对矿灯及充电架在结构设计方面有较大的变化。尤其是现有充电架，在设计时应充分考虑产品的构成与分布、制造及维护等诸多方面的问题。1、 矿灯的设计无线充电矿灯构架如下图所示：（1） 矿灯构架为灯头+灯体的设计方案，灯头中由于不再包含充电所需的各种机械结构，仅需要放电电路，因此其机械结构可以得到一定的简化；（2） 灯体部分含无线充电接收模块、充电模块与电池（含保护器部分），其中无线充电接收模块可以采用市场上目前较为成熟的方案（此部分建议进行外购，可以有效提高稳定性及缩短研发周期），无线充电接收模块可以提供5V/800mA（max），利用5V直流电压供电，采用专用充电芯片对矿灯电池进行充电，满足充电需求，按照5Ah矿灯充电需求，600mA*10h=6Ah,可以根据电池容量适当调整充电时间，完全可以满足矿灯充电的需求，同时矿灯原采用的保护器方案无需进行修改，采用公司成熟方案进行设计；（3） 矿灯内部需要放置接收线圈、接收模块及充电管理模块，结合与充电架的配套性，建议将我公司多种型号的矿灯进行整合（尤其是KJ5LM、KL5LM等3种矿灯），共用一款灯体，减少前期投资及制造、工艺的复杂程度，提高产品标准化程度。2、 充电架的设计（1）由于感应式无线充电的局限性，无线供电收发线圈之间不能存在金属物质，两线圈之间的距离要小于10mm，越近效率越高、可提供的电流越大。因此对于充电架的机械设计有较高要求，需要对矿灯充电位置及矿灯摆放有严格规定，否则易出现充电不满的情况。（2）对于采样，在无线充电发射模块的供电部分增加采样电阻进行电流采样，利用充电架计算机板对采样电阻电流进行采样，根据采样值判断矿灯状态（含未放矿灯、充电、充满等状态），由于该种充电类型的局限性，将会对矿灯故障比较难以判断（后期考虑增加多种数据比较进行矿灯故障状态的采集），但是该类型充电架将无法对矿灯电池的实际电压进行有效采样，矿灯电池电压检测在该类型充电架中将会被剔除。（3）在柜式充电架上实施改动较为容易，外观及分布已基本定型，不用过多考虑，只需要在内部增加1处放置无线充电线圈及PCB的塑料盒并设计配套的电池槽定位装置即可实现。3、 灯房信息管理系统的配套根据充电