基于QI技术的家庭无线充电套装

来源:用户上传      作者:李心宇 汤泽强 梁佩莹

　　摘  要：随着无线充电标准的统一和无线充电技术的成熟， 越来越多的家用电器使用无线充电功能。在这样的背景下，该文设计了一种适用于家庭用的无线充电套装。通过开发基于Qi技术的无线家用供电套装，在产品创新的同时，考虑到安全性、实用性、便捷性和低成本，该产品在未来的无线家电市场具有较好的发展前景。
　　关键词：无线充电  3D打印  QI技术
　　中图分类号：TM724   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）10（c）-0025-02
　　随着智能设备的快速发展，对充电的速度和便利性的要求越来越高，从而使得是否具有无线充电功能成为了消费者衡量产品好坏的重要标准，只有具有安全性、便携性、低成本、应用范围广的作品才能满足现代家庭的要求。然而目前市场上的产品大多不具有或只具有上述特点中的一点。
　　基于QI技术的无线充电桌板，能够替代传统无线充电底座，将有线转换为无线，同时让桌面看起来整洁、宽敞。普通无线手机壳，虽然可以将不具有无线充电功能的手机转换成有线充电，但如果要使用手机壳就没办法使用有线充电，而且价格往往居高难下。在使用传统无线接收贴和无线充电手机壳的过程，由于接口不稳定性，容易造成接口断线、断模块，容易造成资源浪费甚至更严重的是造成火灾事故。再如家用小风扇在持续充电的状况下很容易发生爆炸或起火，造成不可挽回的损失，因此，在这种状况下一种安全、易操作、成本低、应用广泛的产品迫在眉睫。
　　基于ZBrush对所需模型进行建模处理，能按照需求设计出模型。利用3D打印机，PLA材料对模型STL文件进行处理打印，可以将虚拟模型转换为实体模型，以廉价方法打造出所需要物品模型。基于这些要求，开发了一种基于QI技术的家庭无线充电套装，这样就解决了市场需求。
　　1  技术原理
　　利用无线Qi技术设计手机无线充电系统，无线充电以电磁感应原理进行充电，原理类似于电磁耦合[1-2]。在发送和接收端各有一个线圈，发送端线圈前连接有micro安卓口，整流电路和放大电路，电路在线圈内部产生高频交流电，接收端线圈感应发送端的电磁信号从而产生电流。系统工作时输入端将交流市电经全桥整流电路变换成直流电，经过电源管理模块后直流电转换成高频交流电供给初级绕组，通过两个电感线圈耦合，次级线圈输出的电流转换为直流电为电池充电[3-6]。
　　对传统接收器进行接口处理，利用micro接口模块，找出对应接线，将其于Qi无线接收器整合，解决了传统无线充电手机壳无法进行有线充电的问题，也大大降低了人们在拔取无线接收器和电源线所造成的断线断模块的问题。
　　将发射电路中电容进行处理，将50Hz频率的电流转化为特定频率，在接收线圈中同样具有该转换频率的电容处理，将发射线圈和接收线圈的电流频率进行一致化处理，当两个线圈靠在一起的时候，只有两个线圈中的电流交换频率达到一致的时候，发射线圈才会大功率输送交流电，接收线圈也同样处理才能以大功率进行电流能量接收。
　　（1）Qi技术。Qi是全球首个推动无线充电技术的标准化组织——无线充电联盟推出的“无线充电”标准，具备便捷性和通用性两大特征，手机、相机、电脑等产品都可以用Qi无线充电器充电，为无线充电的大规模应用提供可能[7-8]。
　　（2）ZBrush的手机外壳设计。基于ZBrush的三维设计和基于Arduino和步进电机对所需模型的设计和3D打印，能够根据所需打印出模具，节约成本和时间，也更具创意。通过测量，发射模块输出功率最大为10W。通过多次实验测量，在保证接收线圈发热量较小的情况下，接收线圈与发射线圈之间的距离为1～3mm。通过测量计算，此次产品实验所采用MI-4C手机外模型体积为：128mm×67mm×9mm，micro接口长度为6mm，为了满足拓宽接口和无限接收端嵌合的需求，设计出该无线充电手机壳的模型
　　2  机壳的3D打印设计
　　该产品使用三角洲打印机打印符合产品要求的机壳，打印机通过读取文件中的横截面信息，用打印材料将这些截面逐层打印，同时把各层联合在一起形成手机外壳。考虑到材质特殊性和产品的结构，设置如下参数。
　　层厚：1.15mm，壁厚：1.2mm，底层/顶层厚度：0.4mm，填充密度：20%，打印速度：50mm/s，打印温度：210℃，热床温度50℃，打印材料直径：1.75mm，流量设置为100%。通过56min的打印，打印出来的手机外壳尺寸为：长：147mm，宽：74.5mm，厚度：13.0mm。
　　3  结语
　　通过对市场的调研，发现市场上暂时没有对无线产品家用如对学生使用的USB风扇进行无线处理，也没有对传统手机壳进行Qi无线处理，同时也无对无线充电手机壳进行micro接口开发。通过开发基于Qi技术的无线家用供电套装，在产品创新的同时，考虑到安全性、实用性、便捷性，该产品在未来的无线家电市场有较好的发展前景，使生活更加的安全、便捷。
　　参考文献
　　[1] 袁悦，薛文婷.基于Qi标准的无线充电专利技术综述[J].中国科技信息，2019（Z1）：20-21.
　　[3] 许红霞，付益超.无线充电技术的应用[J].电子技术与软件工程，2017（12）：112.
　　[2] 姜闻.共享无线手机充电器设计方案[J].电子技术与软件工程，2018（10）：98.
　　[4] 王西平.电磁感应技术在手机无线充电中的应用[J].电子技术与软件工程，2018（19）：112.
　　[5] 陈跃鸿，林桂江.解决Qi标准中关于手机无线充电断充的方法[J].电子技术与软件工程，2017（3）：115-117.
　　[6] 于思博.手机无线充电器的设计[J].电子技术与软件工程，2019（8）：97.
　　[7] 周路菡.无线充电技术：机遇与挑战[J].新经济导刊，2017（10）：70-74.
　　[8] 叶先万，蒋碧波，李跃伟.一种智能无线充电系统设計[J].计算机测量与控制，2018，26（6）：239-243.
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