【文章內(nèi)容簡介】 波使之成為直流電，供給微小型無線充電設(shè)備電池 ,即完成充電過程 (如圖 21)。電磁感應(yīng)的缺點是傳輸距離短，隨著距離的增加，電損耗會變得很大。 圖 21 電磁感應(yīng) 華南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 發(fā)射端 為適應(yīng)市場滿足各種電子產(chǎn)品的無線充電需求，方便不同客戶的產(chǎn)品應(yīng)用，現(xiàn)大量推出全系 列的無線充電供電芯片，用此芯片設(shè)計的電路接收最大可輸出800mA以上電流 ,通常 5mm距離持續(xù)輸出 5V500mA,僅有低微溫升 ,小電流工作可達(dá) 300mm 距離 ,全面滿足市面上小電子產(chǎn)品的充電價格合理低廉 ,有專用的大量實用 PCB,可長期大量提供全套電子器件以方便初次使用此芯片能夠一次成功 ,選用芯質(zhì)量性能穩(wěn)定 ,裝上器件便能工作 ,不用調(diào)試 ,工作電壓寬 ,可工作在 3~15V。 為了使得發(fā)射端和接受端兩諧振體能在穩(wěn)定設(shè)定頻率下產(chǎn)生諧振并傳輸功率，驅(qū)動源必須有頻率可調(diào)和功率放大功能，且在高頻率下能有較好的輸出波形。在輸入波形上 ，我們能選用 TTL 波，因為其在相同的時間內(nèi)攜帶的能量較三角波和正弦波都高。信號源直接采用信號發(fā)生器，它能穩(wěn)定產(chǎn)生可調(diào)的最高至 3MHz 的TTL 波。 因此，在功率放大電路中，我們選用 IXDD409(圖 22)做為功率放大芯片。 它的上升時間僅為 8~15ns，輸出電壓 ~25V，持續(xù)最大輸出電流為 2A，電流峰值可支持 9A。通過實驗測試，其在 500KHz~ 都能穩(wěn)定的輸出較好的TTL 波形。在無線發(fā)射端的管理 芯片選為 :XKT408A、 B、 C（ A 為大電流型， B為微功耗型， C 為低壓型）本文選用的 A 型。 圖 22 IXDD409 XKT408(圖 23)系列集成電路：采用 CMOS 制程工藝，具有精度高、穩(wěn)定性能好等特點，其專門用于無線感應(yīng)智能充電、供電管理系統(tǒng)中，可靠性能高。華南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 XKT408 負(fù)責(zé)處理該系統(tǒng)中的無線電能傳輸功能，采用電磁能量轉(zhuǎn)換原理并配合接收部分做能量轉(zhuǎn)換及電路的實時監(jiān)控；負(fù)責(zé)各種電池的快速充電智能控制，XKT408 只需配合極少的外部元件就可以做成高可靠的無線快速充電器、無線電源供電器。 圖 23 XKT408芯片 ? 特點： * 自動頻率鎖定 * 自動檢測負(fù) 載 * 自動功率控制 * 高速能量輸出傳送 * 高效電磁能量轉(zhuǎn)換 * 高密度能量輸出 * 智能檢測系統(tǒng)，免調(diào)試 * 工作電壓： DC 3V~15V * 高度集成化，僅幾個普通外圍元件 * 經(jīng)過嚴(yán)格測試及批量生產(chǎn)，性能穩(wěn)定 ? 應(yīng)用范圍： 軍用產(chǎn)品、醫(yī)療產(chǎn)品、安防產(chǎn)品、防水產(chǎn)品、玩具產(chǎn)品、成人用品、數(shù)碼產(chǎn)品、 MP MP手機、手持家用電器等的電池?zé)o線充電、無線供電 。 華南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 24 發(fā)射端原理圖 XTK408A 有與 4946 搭配，輸出大電流，最高可達(dá) 800mA。 C3 為輸出濾波電容 ，保障輸出電磁波頻率在 1M 左右。 L1 為直徑 45mm 扁型線圈，大小感值為 35uh?？稍?1590m ㎡面積輻射范圍內(nèi)，匹配 10%15%即可保障有效電能傳輸 。 接收端 將交流量轉(zhuǎn)化為直流量主要包括整流、濾波和穩(wěn)壓三個環(huán)節(jié)。本文選擇的是吳 XTK408A配套使用的 T3168芯片 (圖 24)。通過實驗，相匹配的扁型直徑 50mm線圈，電感量為 35uh。 C C2 濾掉掉高頻波 ， D1 取 0176。~180176。波形 。 R1/R3 比值決定輸出電壓值為 5V。 R2/R4 作為智能反饋，來調(diào)節(jié)輸出電壓的穩(wěn)定性。 圖 25 接收端原理圖 本文采用了一種印制板無芯圓形電感線圈傳輸電能的方法，通過芯泰科專用無線供電方案驗證了其可用于電磁感應(yīng)式無線充電系統(tǒng)中。在研究過程中也發(fā)現(xiàn)，印制板電感線圈的等效串電阻較大，無線傳輸中存在因功率損耗而產(chǎn)生發(fā)熱以及能量傳輸效率低的問題，同時對于發(fā)送與接收線圈之間的更復(fù)雜的角度失配，以及發(fā)送與接收最佳頻率的選擇等問題還有待于進一步的 研究。在實際使用過程中雖然依然有著各種各樣的不足，比如成本高、充電效率低、充電時基本需華南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 要緊挨充電底座等，但是不容否認(rèn)的是，無線充電技術(shù)正在移動設(shè)備領(lǐng)域加速普及。對于一 種面向未來的技術(shù)，我們不能僅從負(fù)面的角度來看問題。如果換一種角度，我們也許可以看到無線充電技術(shù)的龐大活力。 太陽能電池板 進入新的世紀(jì)，隨著城市化進程的加快和人口的快速增長，能源和環(huán)境問題的日益突出。作為清潔能源的太陽能越來越受到重視。加上不可再生的化石燃料如煤、石油和天然氣等的加速開采，能源危機越來越嚴(yán)重，制約了當(dāng)今世界的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，按照目前已經(jīng)探明的化石能源儲量及開采速度計算，最常用的不可再生能源將在本世紀(jì)消耗殆盡。此外，化石燃料在使用時所排放的二氧化碳會導(dǎo)致全球氣候變暖，這也將成為人類未來生 存和發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)。為此，人類開始努力尋求開發(fā)新的可替代能源，為人類社會未來可持續(xù)的發(fā)展提供新的動力。 為此，人類開始努力尋求開發(fā)新的可替代能源，為人類社會未來可持續(xù)的發(fā)展提供新的動力。在目前已知的如太陽能、風(fēng)能、潮汐能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿冗@些替代能源中太陽能因其清潔安全并且取之不盡，被認(rèn)為是最理想的可再生能源之一。太陽能發(fā)電具有很好的發(fā)展前景，既環(huán)保又節(jié)能，而且取之不盡用之不竭。太陽能發(fā)電具有很好的發(fā)展前景，既環(huán)保又節(jié)能，而且取之不盡用之不竭。迄今為止，太陽能主要被應(yīng)用在兩個重要領(lǐng)域，一個是光能利用，另一 個就是光伏發(fā)電。太陽能作為幾大可再生能源之一，具備很多的優(yōu)點：太陽能在開發(fā)和利用過程當(dāng)中具有清潔沒有污染的特性，這是其它任何能源無法與之相比的、太陽光照射的區(qū)域廣泛，無論是平原，山區(qū)或是海洋都不受任何影響，不受地域限制、太陽能輻射量大，能源充足、太陽能具有長久性。近年來，太陽能光伏發(fā)電的研究和應(yīng)用有了突飛猛進的增長，成為新能源的研究熱點之一。目前制約太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進一步發(fā)展的主要因素有高昂的制作成本和較低的轉(zhuǎn)換效率。 DC/DC 變換器 在前兩節(jié)中已經(jīng)對三種不同的 DC/DC 變換器的原 理功能進行詳細(xì)的分析比較，本論文所研究的家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中適合使用 Boost 變換器。因為據(jù)分析得知在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池板轉(zhuǎn)化的電能一般情況下是比較低的，需要做升壓處理的，而且 Boost 變換器的電路相對于 BuckBoost 電路要簡單，轉(zhuǎn)換效率也是比較高的，操作起來比較容易，而 Buck 變換器主要是進行降壓的，這不能滿足光伏電池板升壓的要求。本論文所研究的家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是處于室外的，而室外環(huán)境是不能認(rèn)為控制的，而環(huán)境溫度光照等都會對光伏電池板產(chǎn)生影響，受到外界影響時電壓會變低，如果使用 Buck 變換器將無法華南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 正常工作。除此之外， BuckBoost 變換器雖然既能夠升壓又能夠降壓，其效率也非常高，但是其控制過程要復(fù)雜很多，這就加大了系統(tǒng)的難度，應(yīng)用比較麻煩。所以本論文中采用 XL6009 BOOST DEMO BOARD MANUAL 升壓電路 變換器。 圖 26 XL6009功能方框 圖 27 XL6009的引腳配置 表 21 XL6009的引腳說明 硬件方案 華南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 XL6009 是一顆升壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 ,輸入電壓范圍 ,內(nèi)置 N 溝道的 MOSFET,試用于本實驗的太陽能電池板 ,最低電壓輸出 2V。那么 XL6009 的開關(guān)電流最大是 4A，開關(guān)頻率是 400Khz，內(nèi)置 OCP、 OTP 等保護電路，工作溫度 40℃ +125℃ ，內(nèi)置軟啟動功能，效率可達(dá) 90%；主要應(yīng)用于 PDA 供電、便攜式設(shè)備太陽能、車載適配器等領(lǐng)域。如圖 27,對各個管腳說明。 本實驗所應(yīng)用的太陽能電池板為 2V5V，適用于 XL6009 的智能調(diào)壓輸出。原理圖為圖 28： 圖 28 升壓原理圖 太陽能電池板工作流程圖 在實際使用過程中，由于光線的強弱，紫 外線大小等問題，太陽能電池板不會總是為我們提供電能。雖然對電壓和門檻電壓都做了優(yōu)化，不可避免的是冷光源下以及低光照強度是本太陽能電池板的地區(qū)。下面的流程圖（圖 29）示意出實際使用過程閾值對能否充電的影響。 華南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 光 照 強 度 大 于 X開 始電 池 是 否 飽 和 ？太 陽 能 充 電結(jié) 束N OY E S 圖 29 充電流程圖 太陽能轉(zhuǎn)化電路仿真及實物 圖 210 電池板仿真圖 圖 211 示波器測紋波 華南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 212 電池板轉(zhuǎn)化概率圖 太陽能在正常室內(nèi)光線下可 以提供電能， 但是太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換率低，不能完全的滿足人們的用電需求，阻礙了太陽能技術(shù)的推廣。而本文針對太陽能電池板的特性提出了采用靈活性的方法來提高太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換率。實際使用中本文由圖 29 仿真效果，推算出圖 212 的實際功率圖。太陽能追光系統(tǒng)它具有輕巧、廉價、高效、便于使用的特性。較強的機械性能可直接用于移動電源外殼。用于多種場合給移動電源充電。關(guān)于太陽能利用的研究近幾年來已經(jīng)成為炙手可熱的話題 而提高光電轉(zhuǎn)換率一直是人們重點研究的對象，采用先進的智能跟蹤系統(tǒng)將會掀起太陽能電池在各個領(lǐng)域應(yīng) 用的高潮，市場前景廣闊。 鋰電池充放電管理 隨著各種智能手機、平板電腦的普及，讓越來越多的人已經(jīng)開始發(fā)現(xiàn)各種數(shù)碼產(chǎn)品，尤其是以手機為主的設(shè)備自身的電力已經(jīng)無法滿足我們在日常使用中對續(xù)航時間的需要。而移動電源的出現(xiàn)可以說在一定程度上解決了各種數(shù)碼產(chǎn)品自身電量不夠用的情況。那么沒有接觸過移動電源的消費者來說，到底什么是移動電源呢？ 簡單的來說，我們可以把移動電源看成一塊同時具備充、放電功能的大容量電池。充電是指可以像普通手機電池那樣，在電量不足的時候進行充電操作。而放電，則是可以為各種不同的數(shù)碼設(shè)備 提供電力的能力，目前市面上絕大多數(shù)移動電源的輸出接口電壓為 5V，接口類型為標(biāo)準(zhǔn)的 USB 接口。 華南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 213 充放電示意圖 移動電源是由電芯（鋰離子或鋰聚合物電池）、具有升壓（或降壓）以及穩(wěn)壓電路、外殼等三大部分組合而成 (如圖 214)。其中一些移動電源內(nèi)部電芯或者電路板上還配有過流、過充、過溫等功能的保護電路。移動電源內(nèi)部的電芯就好比是汽車的油箱和傳動系統(tǒng)，負(fù)責(zé)為整個移動電源提供源源不斷的動力。而移動電源的電路板則可以看成是控制系統(tǒng)，主要用來負(fù)責(zé)動力的分配及轉(zhuǎn)換。將鋰電芯所提供的 （或者更高）電壓轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 5V（或者更高）電壓，來為被充電設(shè)備提供電力。對于內(nèi)部電芯來說，目前市面上所售的多數(shù)移動電源都是使用圓柱形（通常為 18650 電池，圖 215）的鋰離子電池或者塊狀的鋰聚合物電池。由于鋰聚合物電池可以設(shè)計成任何形狀及厚度，所以在移動電源的整體外觀上，使用鋰聚合物電芯的產(chǎn)品體積普遍要薄于使用圓柱形電芯的產(chǎn)品。 圖 214 電路板 圖 215 鋰電池 在對移動電源結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部組成部分進行一定的了解之后，移動電源上使用的各種接口。 既然是具有可以充、放電功能的產(chǎn)品，那么輸入和輸出接口則是比不可少的?？梢詫⒁苿与娫吹母鞣N接口看成能量傳輸之間的橋梁，負(fù)責(zé)將移動電源內(nèi)部的電能輸送到被充電設(shè)備，或者反過來為移動電源本身進行充電。電路板是圖 214 這樣的。 硬件 華南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 本設(shè)計硬件框圖結(jié)構(gòu)如圖 216 所示，電源箱有太陽光和常規(guī)市電兩路能量來源。當(dāng)蓄電池饋電時，在陽光充足的情況下首先利用太陽能充電，其次通過220V 電源給蓄電池充電。兩種輸入方式相結(jié)合，方便而且環(huán)保。將兩種輸入能量通過濾波穩(wěn)壓電路，然后給蓄電池進行充電。其中的過充過放保護電 路主要是利用繼電器電路模塊檢測蓄電池的電量；當(dāng)過充的時候斷開充電主回路；當(dāng)蓄電池電壓降到一定范圍的時候接通充電回路；當(dāng)檢測到過放的時候斷開用電器電路，防止過充過放，起到對蓄電保護的作用，整個電路都是由蓄電池供電。該系統(tǒng)有多路輸出端口，既可供 LED 照明和為手機、 MP收音機等多種數(shù)碼產(chǎn)品充電還可輸出 220V 交流電壓供小功率家用電器工作。本設(shè)計所有電路均基于Multisim 仿真軟件的應(yīng)用。圖 215 為市電充電模塊電路當(dāng)電源接通后紅色指示燈 LED1 點亮，否則熄滅。此電路通過變壓器和電橋電路將 220V市電轉(zhuǎn)為 直流電壓，再經(jīng)過 RC 振蕩電路進行濾波穩(wěn)壓后送入 LM7815 三端穩(wěn)壓模塊，輸出穩(wěn)定的直流 15V電壓，然后通過過沖保護電路給蓄電池充電。 圖 216 電池輸入輸出示意圖 圖 217 市電轉(zhuǎn)化模塊 本設(shè)計所有電路均基于 Multisim 仿真軟件的應(yīng)用。圖 217