無線型手機(jī)充電器設(shè)計(jì)

1、.學(xué) 位 論 文 誠 信 聲 明 書本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究（設(shè)計(jì)）工作及取得的研究（設(shè)計(jì)）成果。除了文中加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文（設(shè)計(jì)）中不包含其他人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或撰寫過的研究（設(shè)計(jì)）成果，也不包含本人或其他人在其它單位已申請學(xué)位或?yàn)槠渌猛臼褂眠^的成果。與我一同工作的同志對本研究（設(shè)計(jì)）所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了致謝。申請學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）與資料若有不實(shí)之處，本人愿承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 學(xué) 位 論 文 知 識 產(chǎn) 權(quán) 聲 明 書本人完全了解學(xué)校有關(guān)保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即：在校期間所做論

2、文（設(shè)計(jì)）工作的知識產(chǎn)權(quán)屬西安科技大學(xué)所有。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版。本人允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱；學(xué)校可以公布本學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容并將有關(guān)內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密論文待解密后適用本聲明。學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日. v.論文題目： 無線型手機(jī)充電器設(shè)計(jì)專 業(yè)： 自動化本 科 生： 曹添成（簽名）指導(dǎo)教師： 王媛彬（簽名）摘 要進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著智能手機(jī)功能越來越多，屏幕也越來越大，耗電量也就越來越大，手機(jī)充電的頻率也就越來越高。數(shù)據(jù)線頻繁插拔讓人在

3、充電過程中不勝其煩，不僅如此，頻繁插拔容易引起充電接口損壞，因此，需要更加便捷的手機(jī)充電方式。無線充電是依靠磁場耦合原理將供電端電能傳給電池從而實(shí)現(xiàn)對手機(jī)的充電，這是一種新的充電方式，克服傳統(tǒng)有線手機(jī)充電方式的弊端，可以讓充電更加的方便。本文對手機(jī)無線充電的原理、電路、磁場耦合進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一種基于磁場耦合諧振無線型手機(jī)充電器。本文研究的主要工作有：闡述用555定時器和初級耦合線圈組成諧振電路，分析手機(jī)無線充電的需求，提出系統(tǒng)的主要的設(shè)計(jì)要求；設(shè)計(jì)手機(jī)無線充電的主電路與諧振電路，選擇控制芯片的型號，并闡述手機(jī)無線充電的控制方法與流程；提高手機(jī)無線充電的可靠性，本設(shè)計(jì)采用無線手機(jī)充電的方式是電

4、磁感應(yīng)，系統(tǒng)有兩部分組成發(fā)射部分與接收部分。本設(shè)計(jì)在12v供電點(diǎn)電源，接收端可以在1.5cm左右輸出穩(wěn)定在4.2v電壓充電，從而實(shí)現(xiàn)手機(jī)無線充電。并且，電路的發(fā)射端有保護(hù)功能，防止MOS被電壓擊穿與短路等問題。整個充電電路結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定，基本的應(yīng)用水平已經(jīng)達(dá)到。關(guān)鍵詞：無線充電,磁場耦合，電路保護(hù). v.Subject：Design of the Wireless Charging System for Mobile PhonesSpecialty： AutomationName：Cao Tiancheng （Signature）Instructor：Wang Yuanbin （Signa

5、ture） ABSTRACT Since entering in twenty-first Century, with more and more smart phones, more and more screens, power consumption is also increasing, the frequency of mobile phone charging is also getting higher and higher. Data line of frequent plugging and let a person in charge of troublesome, not

6、 only so, frequent plugging is easy cause charging interface damage. Therefore, it is necessary to more convenient mobile phone charging. Wireless charging is to rely on the principle of magnetic coupling will power supply end of the power transmission to the battery so as to realize the charging of

7、 mobile phone, which is a new way of charging, overcome traditional wired mobile phone charging shortcomings, so that the charging more convenient. In this paper, the principle, circuit and magnetic field coupling of mobile phone wireless charging are studied, and a wireless phone charger based on m

8、agnetic field coupled resonance is designed. The main work of this paper: describes how to use 555 timer and primary coupling coil to form a resonant circuit. Analysis the needs of mobile wireless charging, put forward the system of the main design requirements; design mobile wireless charging main

9、circuit and resonant circuit, choose the model control chip, and expounds the mobile wireless charging control method and procedure; improve the reliability of the mobile wireless charging, this design uses the mobile wireless charging is electromagnetic induction. The system has two parts form the

10、transmitting part and receiving part. At 12V power supply point, the receiving end can be stable in the 1.5cm output voltage of 4.2V charging, so as to realize the wireless charging of mobile phone. In addition, the emission end of the circuit has the protection function, and prevents the MOS from b

11、eing damaged by voltage and short circuit. The whole charging circuit is simple in structure, stable in operation, and the basic application level has been reached. Key words: wireless charging， magnetic coupling，Magnetic couplin. v.目錄第一章 緒論11.1課題研究背景及意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢11.3課題的主要研究內(nèi)容21.4本章小結(jié)3第二章 電磁感

12、應(yīng)電能傳輸基本理論42.1手機(jī)無線充電系統(tǒng)的基本原理42.2 手機(jī)無線充電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)52.2.1能量發(fā)射端52.2.2能量接收端62.3 需求分析及設(shè)計(jì)要求62.3.1需求分析62.3.2主要設(shè)計(jì)要求72.4 本章小結(jié)7第三章 手機(jī)無線充電系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)83.1輔助電源83.2手機(jī)無線充電系統(tǒng)發(fā)射端83.2.1震蕩電路設(shè)計(jì)83.3手機(jī)無線充電系統(tǒng)接收端113.3.1整流變換電路113.3.2手機(jī)無線充電接收端控制123.3.3手機(jī)無線充電系統(tǒng)耦合線圈143.4本章小結(jié)14第四章 手機(jī)無線充電系統(tǒng)仿真164.1信號調(diào)制電路的仿真驗(yàn)證164.2本章小結(jié)19第五章 手機(jī)無線充電系統(tǒng)原邊線圈與副邊

13、線圈設(shè)計(jì)205.1線圈自感的影響因素分析205.1.1線圈尺寸分析205.1.2線圈線寬和線間距分析215.3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證255.4本章小結(jié)25第六章 總結(jié)與展望266.1全文總結(jié)266.2展望26致 27參考文獻(xiàn)28附錄A31附錄B33. v.第1章 緒論在大多數(shù)的電能應(yīng)用場合，主要還是經(jīng)過金屬導(dǎo)線直接傳輸，而目前，另一種傳輸方式:無線電能傳輸，正在慢慢的得到了應(yīng)用。1.1課題研究背景及意義 進(jìn)入21世紀(jì)以后，隨著電子產(chǎn)品的增多，而每個電子產(chǎn)品都有自己有線充電器，非常麻煩，而且充電的接口也容易壞。如果無線的方式進(jìn)行設(shè)備充電，既可以節(jié)約資源而且便利，還減少設(shè)備的損壞率。同時，電子醫(yī)療的技術(shù)也不斷發(fā)

14、展，研制出了放在人體內(nèi)的電子設(shè)備，進(jìn)行對人體的治療以及恢復(fù)，若是能夠以無線的方式，在體外安裝設(shè)備供電，以避免重復(fù)手術(shù)給病人而帶來得痛苦，提高病人的生活質(zhì)量。 隨著手機(jī)的功能越來越多，屏幕的尺寸也越來越大，耗電量也隨之增加。但是電池卻跟不上電子設(shè)備的步伐。所以當(dāng)人們享受著電子設(shè)備所帶來便利的同時，還因?yàn)槌潆姷膯栴}而煩惱。隨之無線充電將會使消費(fèi)者歡迎。 因?yàn)槊總€電子產(chǎn)品都會有自己的配備充電器，充電器和數(shù)據(jù)線多，所以在充電器與數(shù)據(jù)線上消費(fèi)也是非常巨大，但是用無線充電器就可以減少部分損失。另外，由于有線充電需要在電子設(shè)備上有充電口，經(jīng)過多次插拔容易損壞，不僅是這樣，這個充電口還容易進(jìn)去一些雜物，在水環(huán)

15、境中容易發(fā)生故障。而若采用無線充電，就可以避免這些問題，廠家可以直接將接收端封裝在電子設(shè)備里邊，實(shí)現(xiàn)手機(jī)安全、可靠、的充電，從而完美的簡化人的生活，給消費(fèi)者更加生活體驗(yàn)。 無線充電的技術(shù)，是利用空間磁場的場感應(yīng)，也是電感耦合，將電能從發(fā)射端傳送到手機(jī)用戶，通過多年發(fā)展推廣后，現(xiàn)在也很受關(guān)注。到二十世紀(jì)末期，隨著電子產(chǎn)品技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們更需要一種新的電能傳輸方式，可以預(yù)見，隨著無線電傳輸技術(shù)不斷的成熟，會在生產(chǎn)和生活中得到更多的應(yīng)用。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢無線充電有廣闊的發(fā)展前景，無線充電幾乎可以應(yīng)用到人類的生活領(lǐng)域。首先，應(yīng)用到小功率用電設(shè)備上MP3，MP4，照相機(jī)，手機(jī)

16、等等；應(yīng)用到家電設(shè)備上冰箱，電視機(jī)，浴霸，抽油煙機(jī)等，都可以用無線充電來實(shí)現(xiàn)；然后，如電動自行車，電動公交車和地鐵；最后，將無線充電技術(shù)與風(fēng)能，太陽能，潮汐能等能源技術(shù)相結(jié)合起來。 人類對無線供電技術(shù)的設(shè)想，是出現(xiàn)在一百多年前，發(fā)明交流電機(jī)，著名克羅地亞物理學(xué)家特斯拉當(dāng)初設(shè)想，用電磁共振技術(shù)來實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸，而不是現(xiàn)在常用到的電磁感應(yīng)達(dá)到無線供電，可惜由于當(dāng)時無線供電會大量的損失發(fā)電廠的利益，所以當(dāng)時都不同意特斯拉研究無線供電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。但是，人們對于無線電能傳輸都有無限的渴望。許多公司也看中了無線充電的市場。例如，美國的Palm公司推出了一種無線充電設(shè)備“點(diǎn)金石”，“點(diǎn)金石”是通過兩個線圈來

17、實(shí)現(xiàn)電能的傳輸，利用電磁感應(yīng)原理來實(shí)現(xiàn)無線充電。當(dāng)今國內(nèi)的一些研究者還是在研究如何提高無線充電的電能傳輸?shù)男剩腿绾翁岣邿o線供電的輸出功率。 目前，無線供電技術(shù)沒有很大范圍使用，因?yàn)檫€有比較多的的技術(shù)難題還沒有攻克： 1相對于有線供電來說，無線供電電能的傳輸?shù)男侍?。無線供電是因?yàn)闆]有用金屬導(dǎo)體直接作為電能的傳輸介質(zhì)，而是以空氣為介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)能量的傳輸。并且，其中設(shè)計(jì)到電能和磁能的相互轉(zhuǎn)化，交流電和直流電的相互轉(zhuǎn)化，在這些電能與磁能轉(zhuǎn)化的過程中與空氣介質(zhì)中損失的能量比較多。在理想情況下，能達(dá)到最大能量傳輸效率有70%，一般情況下無線電能傳輸效率可以達(dá)到50%-60%或是更低。 2有線供電傳輸

18、距離可以達(dá)到幾百公里，但是無線供電不能達(dá)到這么遠(yuǎn)距離的供電，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)中可以達(dá)到最大的電能供電距離是2m左右。3想要大規(guī)模來實(shí)現(xiàn)無線供電，那么就會使人們生活四周都會有遍布電場與磁場。人們長時間在這樣的電場與磁場中會不會存在安全隱患，科學(xué)上還沒有給出一個確定的答案。很多的科研單位與科研機(jī)構(gòu)已開始研究這種新的能量傳輸，但是讓人遺憾的是，無線供電還仍在剛剛起步階段。無線供電將會為人們解決一些目前遇到的一些能源問題，但想要將無線供電技術(shù)真正普及化，還需要一段路要走。盡管如此，現(xiàn)有一些實(shí)驗(yàn)的成果讓人歡欣鼓舞，但是至少說明在短距離，小功率用電設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)無線充電。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷的發(fā)展與進(jìn)步，我相信，無

19、線供電技術(shù)將會突破每一個難關(guān)，使人們用到更節(jié)能的無線供電為人們提供更加便捷的生活方式。相對于國外來說，國內(nèi)的無線供電技術(shù)研究起步較晚。無線供電技術(shù)利用感應(yīng)耦合非接觸式的電能傳輸，國內(nèi)有研究該技術(shù)主要有重慶大學(xué)、北京郵電大學(xué)、電子科技大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工 業(yè)大學(xué)、海爾集團(tuán)等高校和企業(yè)。主要是對無線充電器電路結(jié)構(gòu)與補(bǔ)償電路做較詳細(xì)分析，建立發(fā)射端回路閉環(huán)控制以使電路一直可以工作在諧振點(diǎn)的附近，從而提升整個無線電能傳輸?shù)男?。對整個系統(tǒng)在單個負(fù)載與多個負(fù)載情況下而進(jìn)行建模的分析，并且用線性負(fù)載為例對這個系統(tǒng)電路的參數(shù)變化與系統(tǒng)電壓增益變化之間的關(guān)系進(jìn)行探究，給出一種基于電壓的增益系統(tǒng)參數(shù)來設(shè)計(jì)。

20、對于無線充電的能量發(fā)射的線圈進(jìn)行分析研究，分析線寬、線圈大小、線間距、匝數(shù)等對線圈自感與互感影響。1.3課題的主要研究內(nèi)容交流220V市電整流濾波后進(jìn)行高頻逆變，逆變后高頻電壓在經(jīng)過補(bǔ)償后線圈作用下感應(yīng)耦合到二次接收線圈，在進(jìn)行整流濾波輸出直流電壓，該直流電壓進(jìn)行V/I轉(zhuǎn)換輸出穩(wěn)定電流信號給手進(jìn)行充電。研究內(nèi)容具體如下： 1）一次側(cè)、二次側(cè)線圈采用加載電容補(bǔ)償方式； 2)對一次側(cè)、二次側(cè)線圈電感及補(bǔ)償電容參數(shù)并進(jìn)行計(jì)算使一次、二次線圈諧振，使傳輸效率最大化； 3）充電負(fù)載變化時，諧振頻率保持穩(wěn)定，輸出電流保持恒流。1.4本章小結(jié)本章主要描述本次課題研究背景和研究意義，并且對目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和

21、發(fā)展趨勢作詳細(xì)論述，由此得出本次課題研究的方向和目標(biāo)。同時，對本次課題的主要研究內(nèi)容作了詳細(xì)的介紹。第2章 電磁感應(yīng)電能傳輸基本理論本文在對手機(jī)無線充電系統(tǒng)的基本原理、基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，對其在實(shí)際應(yīng)用中需求進(jìn)行分析，并提出主要的設(shè)計(jì)要求，為后面的研究和設(shè)計(jì)。2.1手機(jī)無線充電系統(tǒng)的基本原理本文研究手機(jī)無線充電技術(shù)是不通過物理連接，而是通過空間中的電磁場的變化來將供電端的電能傳輸給手機(jī)電池的技術(shù)。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)理論可知，導(dǎo)體在磁通量變化的磁場中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如果該導(dǎo)體是閉合回路中的一部分，則會產(chǎn)生感應(yīng)電流。電磁耦合式手機(jī)無線充電技術(shù)就是根據(jù)這個原理工作的，與傳統(tǒng)變壓器工作原理類似，區(qū)別在

22、于變壓器的原邊線圈與副邊線圈之間耦合為緊耦合，即原邊線圈與副邊之間耦合非常緊密，往往將原邊線圈與副邊線圈繞在同一個磁芯上，磁芯可以增加磁導(dǎo)通率減少損耗，故變壓器的傳輸效率較高傳輸功率也可以做得很大，但是也正是由于原邊線圈與副邊繞在同一個磁芯上，使得變壓器的原邊線圈與副邊位置相對固定，靈活性差；而手機(jī)無線充電系統(tǒng)的原邊線圈與副邊之間采用松耦合，即原邊線圈與副邊線圈之間的耦合比較弱，為了減小系統(tǒng)的體積和重量，通常不采用磁芯，而且原邊線圈與副邊線圈之間位置不固定，副邊可以在一定范圍內(nèi)自由移動，但是由于空氣磁阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于磁芯，很大一部分磁動勢降分布在空氣磁路上，導(dǎo)致傳輸效率偏低。由于松耦合結(jié)構(gòu)漏磁大、原

23、邊線圈和副邊線圈之間耦合系數(shù)小，所以不滿足變壓器原邊線圈與副邊線圈電壓和電流的匝比關(guān)系。根據(jù)楞次定律和電磁感應(yīng)理論可知，可以通過提高原邊線圈電流變化率，即提高原邊線圈電流頻率，來增強(qiáng)原邊線圈與副邊線圈之間的電磁感應(yīng)強(qiáng)度，以提高傳輸功率密度，降低損耗，提高系統(tǒng)效率。但是頻率過高又會增強(qiáng)電磁輻射，給電磁屏蔽設(shè)計(jì)造成困難，所以一般還需對原邊能量發(fā)射機(jī)構(gòu)和副邊能量接收機(jī)構(gòu)的耦合線圈進(jìn)行補(bǔ)償。因此，感應(yīng)耦合式無線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比普通變壓器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1所示。整流濾波DC-DC變換AC高頻逆變整流濾波負(fù)載圖 2.1手機(jī)無線充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖2.1所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖主要分為兩

24、個部分，即能量發(fā)射部分和能量接收部分。能量發(fā)射部分包括整流濾波環(huán)節(jié)、DC-DC變換環(huán)節(jié)高頻逆變環(huán)節(jié)和能量發(fā)射機(jī)構(gòu)。220V的工頻交流電經(jīng)過整流濾波環(huán)節(jié)變換成穩(wěn)定的直流電，然后經(jīng)過DC-DC變換環(huán)節(jié)將電壓調(diào)節(jié)到一個固定值供給高頻逆變電路，本文研究的手機(jī)無線充電系統(tǒng)經(jīng)DC-DC變換后的電壓為12V。高頻逆變電路將12V的直流電逆變成高頻交流電，供給能量發(fā)射機(jī)構(gòu)。能量發(fā)射機(jī)構(gòu)由一個諧振網(wǎng)絡(luò)組成，高頻電信號經(jīng)過諧振網(wǎng)絡(luò)后產(chǎn)生交變磁場分布在耦合電感（線圈）附近的空間中，離耦合電感越近磁感應(yīng)強(qiáng)度就越強(qiáng)。能量接收端包括能量接收機(jī)構(gòu)、能量換環(huán)節(jié)和用電設(shè)備。能量接收機(jī)構(gòu)一般由一個諧振網(wǎng)絡(luò)組成，該諧振網(wǎng)絡(luò)中的振電

25、感可以在發(fā)射端產(chǎn)生的交變磁場中拾取電能，轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l的交流電，該電經(jīng)過能量變換環(huán)節(jié)（如整流、濾波等）后，供給用電設(shè)備，本文中的用電設(shè)備手機(jī)電池。2.2 手機(jī)無線充電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)鋰電池?zé)o線充電是將現(xiàn)有的無線供電技術(shù)中的電磁感應(yīng)方式與現(xiàn)有的鋰電池充電技術(shù)相結(jié)合，通過兩個耦合線圈來實(shí)現(xiàn)電能的發(fā)送和接收。在電磁感應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸?shù)倪^程中，電能的發(fā)送和接收需要形成快速變化的電場和磁場，快速變化的電場是通過電能發(fā)射端所生成的高頻交流電來實(shí)現(xiàn)的，而高頻交流電是通過將市電轉(zhuǎn)換為直流電再通過高頻逆變產(chǎn)生的。而在電能接收端，根據(jù)現(xiàn)有的鋰電池充電理論，本設(shè)計(jì)加入了一個鋰電池充電的控制電路，以確保鋰

26、電池只能在處于合適的狀態(tài)下才能進(jìn)行充電，并且在充電過程中，控制電路會根據(jù)充電過程是否出現(xiàn)異常以及電池是否已經(jīng)充滿等具體情況控制整個充電過程。2.2.1能量發(fā)射端手機(jī)無線充電系統(tǒng)的能量發(fā)射端由整流濾波環(huán)節(jié)、DC-DC變換環(huán)節(jié)、高頻逆變環(huán)節(jié)、諧振網(wǎng)絡(luò)、檢測電路和控制器組成。整流濾波環(huán)節(jié)由整流橋和濾波電路組成，整流橋的作用是220V的工頻交流電轉(zhuǎn)換成單向波動的直流電，其波動的幅值仍然非常大。濾波電路的作用就是將波動較大的直流電轉(zhuǎn)換成比較平穩(wěn)的直流電。經(jīng)過整流濾波后的直流電還需經(jīng)過DC-DC變換電路后才能供給高頻逆變電路。DC-DC變換電路一方面使輸入到高頻逆變電路的電壓為設(shè)定的某一固定值，另一方面使

27、該電壓更加穩(wěn)定可控。手機(jī)無線充電系統(tǒng)中使用的 DC-DC變換電路實(shí)現(xiàn)的功能主要是降壓，將經(jīng)過整流濾波后的直流電降為12V的穩(wěn)定直流電。把DC-DC變換電路的輸出（12V直流電）作為高頻逆變電路的輸入。高頻逆變電路的作用是在控制信號的驅(qū)動下，將12V直流電變換頻率為高頻交流電。這種高頻交流電作用于諧振網(wǎng)絡(luò)后就會產(chǎn)生高頻的交變磁場，能量發(fā)射機(jī)構(gòu)和接受機(jī)構(gòu)之間的電能感應(yīng)耦合就是通過這種高頻的磁場變化來實(shí)現(xiàn)的，因此為能量發(fā)射機(jī)構(gòu)提供高頻交流信號的逆變電路就是系統(tǒng)電路的關(guān)鍵部分之一，同時該逆變電路的效率和穩(wěn)定性對整個系統(tǒng)的性能也有很大的影響。因此，要求逆變電路有如下特征： 能為能量發(fā)射機(jī)構(gòu)提供足夠大的勵

28、磁電流。只有發(fā)射機(jī)構(gòu)上的勵磁電流足夠大才能允許發(fā)射端和接收端之間有一定的傳輸距離。具有較低的瞬間電壓峰值、損耗值。保持較低的瞬間電壓峰值有利于保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保持較低的損耗值有利于提高系統(tǒng)的傳輸效率。12V直流電經(jīng)過高頻逆變電路后輸出給發(fā)射端諧振網(wǎng)絡(luò)，發(fā)射端的諧振網(wǎng)絡(luò)由耦合電感和補(bǔ)償電容組成。由于手機(jī)無線充電系統(tǒng)的發(fā)射端線圈和接收端線圈耦合方式為松耦合，兩個線圈之間存在一段空氣間隙，為了使系統(tǒng)保持較高的傳輸效率，減少損耗，除了采用高頻逆變電路提高發(fā)射線圈電流頻率外，還需采用電容補(bǔ)償，補(bǔ)償電容可以與發(fā)射線圈串聯(lián)或并聯(lián)。檢測電路用來檢測 DC-DC變換電路的輸出電壓，檢測結(jié)果傳送到控制器，使控制

29、器根據(jù)當(dāng)前的檢測結(jié)果做出合適的控制決策；檢測電路主要檢測發(fā)射線圈工作電流，檢測結(jié)果傳輸?shù)娇刂?。檢測發(fā)射線圈的工作電流一方面可以了解發(fā)射端電路當(dāng)前的工作狀態(tài)，便于控制器計(jì)算控制誤差，以實(shí)現(xiàn)更精確的控制；另一方面可以了解系統(tǒng)的工作是否正常，一旦檢測到發(fā)射線圈電流超過正常范圍，則可以馬上使系統(tǒng)停止工作。因此對于發(fā)射線圈電流的檢測要求有較高的快速性和準(zhǔn)確性。 除了以上介紹的幾個模塊之外，發(fā)射端還有一個非常重要的模塊，即控制模塊。發(fā)射端電路控制模塊包含兩個控制器，LM317為DC-DC變換電路的控制器，通過控制 DC-DC變換電路控制器用來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，使其穩(wěn)定在12V。2.2.2能量接收端由2.

30、1節(jié)可知，能量接收端由諧振網(wǎng)絡(luò)、AC-DC變換模塊、控制模塊和用電設(shè)備組成。接收端的諧振網(wǎng)絡(luò)主要作用為從發(fā)射端諧振網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的交變磁場中拾取電能，并將該電能轉(zhuǎn)換為高頻交變電流。與電能發(fā)射端的諧振網(wǎng)絡(luò)類似，為了增強(qiáng)電能拾取能力，提高系統(tǒng)傳輸效率，電能接收端的諧振網(wǎng)絡(luò)也采用了補(bǔ)償電容，即該諧振網(wǎng)絡(luò)也由一個耦合電感和補(bǔ)償電容組。AC-DC變換模塊用于將接收線圈接收到的高頻交流電轉(zhuǎn)換成較為平穩(wěn)的直流電，并輸送給用電設(shè)備。隨信號波形的變化而變化。常用的信號調(diào)制電路有電容式調(diào)制電路和電阻式調(diào)制電路。接收端的控制器是接收端的重要組成部分，監(jiān)視用電設(shè)備電池的充電狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)做出相應(yīng)的反應(yīng)，控制接收端的指

31、示燈的工作狀態(tài)。2.3 需求分析及設(shè)計(jì)要求2.3.1需求分析如今隨著智能手機(jī)的普及，手機(jī)電量消耗快，充電次數(shù)逐漸增多，每次都要使 用數(shù)據(jù)線進(jìn)行充電不免有些麻煩，本文研究的手機(jī)無線充電系統(tǒng)可以隨放隨充， 隨取隨停，大大地方便了充電過程，不需要用手機(jī)的時候就把手機(jī)放在充電板上 進(jìn)行充電，需要用的時候只要拿起來可以停止充電過程，不僅可以保證手機(jī)電量 充足，也可以讓人免受邊充電邊打電話所遭受的輻射。本文設(shè)計(jì)的手機(jī)無線充電系統(tǒng)要求電能發(fā)射端小巧、輕薄，放置在桌面上不占空間，或者可以方便的嵌入安裝在公共場合的桌面上；要求電能接收端嵌入到手 機(jī)內(nèi)部而不明顯地增加手機(jī)的體積和重量；要求手機(jī)無線充電器發(fā)射端可以

32、自動 識別手機(jī)并對其進(jìn)行充電，當(dāng)不需要充電時自動進(jìn)入待機(jī)模式；要求手機(jī)充電異常時有適當(dāng)?shù)奶崾荆灰蟪潆娺^程中輸出電壓穩(wěn)定，不會對手機(jī)電池造成損害；要求在充電過程中，線圈溫度不能過高。2.3.2主要設(shè)計(jì)要求 設(shè)手機(jī)無線充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求如下：1 發(fā)射端的輸入為220V工頻交流電；2 接收端輸出電壓為穩(wěn)定的4.2V直流電，額定輸出電流為0.5A；3 工作在額定狀態(tài)時，有較高的傳輸效率； 4 不同的工作狀態(tài)有不同的指示燈提示；2.4 本章小結(jié)本章首先對手機(jī)無線充電系統(tǒng)的基本工作原理進(jìn)行分析，然后分別介紹了手機(jī)無線充電器發(fā)射端和接收端的基本結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)的功能，最后對手機(jī)無線充電系統(tǒng)的需求進(jìn)行了分析并闡述

33、了系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)要求。第3章 手機(jī)無線充電系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)手機(jī)無線充電系統(tǒng)主要分為發(fā)射端和接收端兩部分，發(fā)射電路主要是由整流濾波電路、DC-DC變換電路、高頻逆變電路和諧振網(wǎng)絡(luò)組成，接收端電路主要由諧振網(wǎng)絡(luò)、整流濾波電路和負(fù)載組成。整流濾波技術(shù)和DC-DC 變換技術(shù)已比較成熟，故本文電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)為高頻逆變電路和諧振網(wǎng)絡(luò)電路。3.1輔助電源正常穩(wěn)定的工作，都需要使用合適的直流電為其供電，因此，有必要在對主體電路需要經(jīng)過整流、濾波等階段，并且，還應(yīng)考慮到電壓的穩(wěn)定性問題，因此還必須有合適的變壓電路和穩(wěn)壓電路等。人們習(xí)慣上把實(shí)現(xiàn)這種穩(wěn)定供應(yīng)直流電壓和電流功能的電路通稱直流穩(wěn)壓電路。現(xiàn)在常用的直流穩(wěn)壓

34、電路有兩個種類，一類是調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下，成本低，紋波小，但是工作效率也較低的線性穩(wěn)壓電源。另一類叫做開關(guān)型穩(wěn)壓電源。本課題所設(shè)計(jì)的電源主要有給振蕩電路提供的5V直流電和給功放電路提供的12V直流電。其主要組成部分有變壓器、橋式整流電路和濾波電路。首先接220V交流電，經(jīng)變壓器降壓，然后由橋式整流電路進(jìn)行全波整流，經(jīng)電容濾波后，將得到的直流進(jìn)行穩(wěn)壓（DCDC轉(zhuǎn)換）。由于振蕩電路的工作電壓為5V,且功放電路的工作電壓為12V。變壓器選擇輸出100W，15V和8V的環(huán)形變壓器；整流管選擇3A肖特基二極管IN4007；電源轉(zhuǎn)換芯片可選用三端可調(diào)的穩(wěn)壓器LM317。輔助電源（以正12V穩(wěn)壓為例）的

35、系框圖如圖3.1所示。 圖3.1穩(wěn)壓電源原理圖3.2手機(jī)無線充電系統(tǒng)發(fā)射端3.2.1震蕩電路設(shè)計(jì)采用NE555構(gòu)成頻率可調(diào)的多諧振蕩器。555計(jì)時IC芯片是一款使用時間十分久遠(yuǎn)，使用范圍十分廣泛，設(shè)計(jì)方案十分成熟的計(jì)時IC芯片。而NE555是555計(jì)時IC芯片大家族中的一個型號。與其它的計(jì)時IC芯片相比，NE555有其獨(dú)特的優(yōu)勢。比如，NE555不僅可以作為定時器使用，還可以作為施密特觸發(fā)器使用，并且還不需另外的元器件。此外，當(dāng)NE555用來輸出PWM波時其外圍電路十分簡單，其本身的工作也十分穩(wěn)定。NE555可穩(wěn)定輸出1MHz以下的方波，并且占空比可調(diào)，電路調(diào)試容易，成本較低。NE555的缺點(diǎn)

36、是不帶電路保護(hù)功能，PWM波輸出需另接驅(qū)動電路，且不具備任何擴(kuò)展功能。 NE555計(jì)時IC芯片一共有8個引腳。1腳是芯片的公共地端；2腳是一個觸發(fā)端，當(dāng)2腳電壓處于VCC /3到2VCC /3之間時，NE555才能啟動其時間周期；3腳是輸出端，在本設(shè)計(jì)中最終輸出的PWM波信號就是經(jīng)由3腳輸出的；4腳是重新置位端，其工作原理是當(dāng)輸入此端口的電平是一個低電平時，系統(tǒng)置位；5 腳是控制電壓端口，此端口的作用是通過調(diào)整輸入到此端口的電壓，可以調(diào)整輸出PWM波的頻率；6腳是重置鎖定端口；7腳是放電端口；8腳則是整個系統(tǒng)的供電端口，當(dāng)VCC的值為4.5V16V之間時，芯片才能正常工作。本設(shè)計(jì)是想利用NE5

37、55芯片輸出PWM波，從而驅(qū)動開關(guān)MOS管的開閉。而PWM波可以看作是無數(shù)個高電平和低電平相互轉(zhuǎn)換所形成的一種波形。因而此時NE555不應(yīng)工作在穩(wěn)態(tài)而是應(yīng)該工作在振蕩狀態(tài)。此外，系統(tǒng)在輸出高電平和輸出低電平兩個狀態(tài)下來回切換，是依靠其自身的激勵，系統(tǒng)最后呈現(xiàn)出的實(shí)際上是一種無穩(wěn)態(tài)的電路，一旦上電開始工作，系統(tǒng)就通過在兩個暫穩(wěn)態(tài)的不停切換中輸出PWM波。僅僅需要兩個電阻和兩個電容，NE555計(jì)時IC芯片就能構(gòu)成振蕩器電路結(jié)構(gòu)。此時振蕩器能夠自激工作是通過向振蕩電容C來回的充電和放電來實(shí)現(xiàn)的。此時，將NE555的2腳和6腳相連并與振蕩電容的非接低端連在一起，這樣就能通過振蕩電容電壓的變化使系統(tǒng)在2/3 Vcc觸發(fā)和1/3 Vcc觸發(fā)來回轉(zhuǎn)換。一開始，