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对比万向充电器与无线充电器

2022-07-01 汽车电子设计 阅读:
万向充电器作为一种通用供电接口装置,具有结构简单、成本低廉、充电功率大、供电无方向的优点,能够在运动状态和静止状态下为手机、移动电器、机器人、无人机等移动用电设备充供电,其工作方式与无线充电器有诸多相似之处,本文将对他们的异同点进行比较。

作者介绍0rSednc

贾凤斌,毕业于四川大学计算机专业,网络工程师(软件),熟悉计算机、电子电器、电机、电动车、新能源等技术,在熟悉的技术领域有所创见,较深入研究了新型充电器、电动车充电技术和网络异步交易系统。0rSednc

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引言:万向充电器作为一种通用供电接口装置,具有结构简单、成本低廉、充电功率大、供电无方向的优点,能够在运动状态和静止状态下为手机、移动电器、机器人、无人机等移动用电设备充供电,其工作方式与无线充电器有诸多相似之处,本文将对他们的异同点进行比较。0rSednc

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万向充电器原理与创新0rSednc

下面以应用二极管桥式整流方案的万向充电器(多充电接触线多相整流充电器,以下简称:万向充电器)为例,说明万向充电器原理。为减少压降和功耗,万向充电器的整流模块也可使用MOS管整流模组替换二极管整流模组。0rSednc

图10rSednc

图20rSednc

图1、图2是手机万向充电器电气原理图,万向充电器的充电头11贴装在用电设备7的电源输入端上,充电接触线6安装在充电板上,充电头11上的交错换向式受电滑板1与充电接触线6交互接触传输电力,当充电接触线6与任意方向的交错换向式受电滑板1摩擦滑动时,其电流将通过多相整流器8整流为直流电,按照整流器的极性分布,电流将根据其极性的不同分别传输到直流母线的正负极线路。0rSednc

由于多相整流器8的单向导通和整流作用,即使任意一根充电接触线6同时接触到两个及两个以上交错换向式受电滑板1,也不会引起短路故障,电流仍然可以通过多相整流器8的整流器件被分别送往直流母线的正负极上。万向充电器是应用多充电接触线多相整流交错换向原理实现万向充电和防短路功能,这是也一种电源防反接电路。0rSednc

万向充电器的充电接触线为2根及2根以上的充电接触线,充电接触线可传输直流电或单相交流电、两相交流电、三相交流电。万向充电器是对直流电源输入防反接保护电路的普适性推广,安全可靠。0rSednc

采用万向多相整流充电头的万向充电器可任意方向放在充电板上进行供电,用户无需准确对位电源(模糊对位),即可供电,非常便捷。由于其使用方式与无线充电器类似,有利于应用和推广。下面,图3、图4是采用多相整流的手机万向充电头实例图。0rSednc

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图50rSednc

图60rSednc

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无线充电技术催生万向充电技术0rSednc

目前,有线充电器的接口类型较为复杂,连接程序繁琐,不适合充电器与用电设备之间进行快速便捷的连接。因此,改进有线充电器具有重要意义,那么我们能否结合无线充电器及其他充电器的优点,设计一种像无线充电器那样,能够在任意位置与用电设备进行自由充电的设备呢?所以,万向充电器就应运而生。0rSednc

随着iPhone 8/X等手机开始支持无线充电,小米、华为等手机厂商相继推出支持无线充电的手机。实践证明,无线充电器因其无连接导线,无需复杂的拔插过程,具有连接简单、使用便捷、通用性好、用户体验好等优势,无线充电方式越来越来受到人们的喜爱。但是,无线充电器仍然存在充电效率低下、充电功率小、生产成本高、价格昂贵的缺点。0rSednc

一项用于电动车充电的专利技术“多充电接触线多相整流交错换向式受电弓”,能够在电动车行驶过程中为其充电,把这项技术适用范围扩展后,我们就能实现移动充供电,这就是非传统意义且无连接线的万向充电器。0rSednc

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万向充电器与无线充电器之比较0rSednc

无线充电是通过近场感应,由无线充电设备将能量传导到充电终端设备,有三种常见的无线充电方式:电磁感应式、磁场共振式、无线电波式。电磁感应无线充电是应用最多的无线充电解决方案,当初级线圈施加一定频率的交流电,通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流,从而将能量从传输端转移到接收端,其缺点是转换环节多、装置复杂、磁损率大、成本高、效率低、功率小0rSednc

下面,通过表格来比较一下三种典型充电方式的优缺点。0rSednc

表10rSednc

从上表可以看出,虽然无线充电发明时间早,但是其装置复杂、成本高、效率低、功率低,适用范围较窄,万向充电器作为一种改良过后的移动充电装置,正好可以弥补无线充电器的应用缺口。0rSednc

图70rSednc

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群集充电是未来移动充电的主流应用方向0rSednc

从原理上讲,无线充电器最适合为移动设备(如:无人机集群,机器人,移动电器)充电,但是无线充电的缺点是成本高、重量大、充电功率小、充电效率低、充电区域小,实际上无线充电是无法从技术上实现同时为大量移动设备充电。0rSednc

尽管如此,人们对移动充电新技术的期望是相当迫切的,比如:美国无人机公司——WiBotic公司,他为美国资本市场所青睐,原因他为空中、移动、船舶和工业机器人市场提供一种无线充电和功率优化解决方案(图8,无人机无线自动充电方案),但是他的无线充电技术是有缺陷的,他无法解决如何高效、自动化的为无人机群充电——仍然是“一机一充”。0rSednc

图80rSednc

万向充电器,能够仿真实现低成本、大功率充供电的“虚拟化无线充电”,不仅能够方便的单个移动设备(手机、平板)充电,还能够从技术上和商业成本方面实现同时为大量设备充电,这是万向充电器的最大优势。0rSednc

每一个无人机只需安装一个轻量化、高效率的多相整流充电头,然后再低成本建设一个大面积的充电场(充电板),充电场由平行布置的大量导线组成,交流直流均可,电压等级建议使用12V或24V,若干无人机就可随时起降、随时充电。因此,使用万向充电器为集群无人机充电,上述问题就得到最终解决,如图9、10所示。0rSednc

图90rSednc

图100rSednc

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万向充电器在无人机(机器人)0rSednc

集群领域的应用0rSednc

如果无人机(机器人)数量足够多,集群足够大,当无人机(机器人)都安装上万向充电器,这时仅需建设一个或几个大面积的充电场,我们就能为成百上千的无人机同时自动充电。0rSednc

现有无人机已经具有自动定点着陆(起飞)和自动避让障碍的能力,也具有自动归巢、自动充电能力。当我们建设好面积足够大的充电场,充电场可直接铺装在地面、道路、屋顶、车顶上,可同时供几十到几百个无人机充电。当安装有万向多相整流充电头的无人机群,在程序控制下,就能长航时自动起降、自动工作、自动充电,反复来回于工作区和充电场,为我们自动巡视空间、消防救火(灾)、运输物质——这是现有任何一种充电系统都无法匹及的,具有巨大的技术优势。0rSednc

参考资料:0rSednc

1、林佳萍、林锐、吴明煌、李秋怡,基于STM32的智能多手机无线充电器的设计,福建农机,2019 (01)0rSednc

2、毕建忠、叶天国,无线充电技术原理及应用浅析[J], 电脑知识与技术. 2019(27)0rSednc

3、李冰冰,无线充电技术的发展和应用[J],科技视界, 2015(23)0rSednc

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者微信号:ht892564750rSednc

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