【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 有一定的傳輸距離。②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(guò)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(wú)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(gè)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(cè)電路用來(lái)檢測(cè) DCDC變換電路的輸出電壓，檢測(cè)結(jié)果傳送到控制器，使控制器根據(jù)當(dāng)前的檢測(cè)結(jié)果做出合適的控制決策；檢測(cè)電路主要檢測(cè)發(fā)射線圈工作電流，檢測(cè)結(jié)果傳輸?shù)娇刂?。檢測(cè)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(cè)到發(fā)射線圈電流超過(guò)正常范圍，則可以馬上使系統(tǒng)停止工作。因此對(duì)于發(fā)射線圈電流的檢測(cè)要求有較高的快速性和準(zhǔn)確性。 除了以上介紹的幾個(gè)模塊之外，發(fā)射端還有一個(gè)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(gè)控制器，LM317為DCDC變換電路的控制器，通過(guò)控制 DCDC變換電路控制器用來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，使其穩(wěn)定在12V。，能量接收端由諧振網(wǎng)絡(luò)、ACDC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(chǎng)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(gè)耦合電感和補(bǔ)償電容組。ACDC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(hào)波形的變化而變化。常用的信號(hào)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)，控制接收端的指示燈的工作狀態(tài)。 需求分析及設(shè)計(jì)要求如今隨著智能手機(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(wú)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(guò)程，不需要用手機(jī)的時(shí)候就把手機(jī)放在充電板上 進(jìn)行充電，需要用的時(shí)候只要拿起來(lái)可以停止充電過(guò)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(wú)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(chǎng)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(wú)線充電器發(fā)射端可以自動(dòng) 識(shí)別手機(jī)并對(duì)其進(jìn)行充電，當(dāng)不需要充電時(shí)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)模式；要求手機(jī)充電異常時(shí)有適當(dāng)?shù)奶崾?；要求充電過(guò)程中輸出電壓穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)手機(jī)電池造成損害；要求在充電過(guò)程中，線圈溫度不能過(guò)高。 設(shè)手機(jī)無(wú)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　 ，；3　 工作在額定狀態(tài)時(shí)，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； 本章小結(jié)本章首先對(duì)手機(jī)無(wú)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(wú)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(duì)手機(jī)無(wú)線充電系統(tǒng)的需求進(jìn)行了分析并闡述了系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)要求。第3章 手機(jī)無(wú)線充電系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 手機(jī)無(wú)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、DCDC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DCDC 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。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(duì)主體電路需要經(jīng)過(guò)整流、濾波等階段，并且，還應(yīng)考慮到電壓的穩(wěn)定性問(wèn)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?，F(xiàn)在常用的直流穩(wěn)壓電路有兩個(gè)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(kāi)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（DC—DC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）。 采用NE555構(gòu)成頻率可調(diào)的多諧振蕩器。555計(jì)時(shí)IC芯片是一款使用時(shí)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(shí)IC芯片。而NE555是555計(jì)時(shí)IC芯片大家族中的一個(gè)型號(hào)。與其它的計(jì)時(shí)IC芯片相比，NE555有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。比如，NE555不僅可以作為定時(shí)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(lái)輸出PWM波時(shí)其外圍電路十分簡(jiǎn)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)是不帶電路保護(hù)功能，PWM波輸出需另接驅(qū)動(dòng)電路，且不具備任何擴(kuò)展功能。 NE555計(jì)時(shí)IC芯片一共有8個(gè)引腳。1腳是芯片的公共地端；2腳是一個(gè)觸發(fā)端，當(dāng)2腳電壓處于VCC /3到2VCC /3之間時(shí)，NE555才能啟動(dòng)其時(shí)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(hào)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(gè)低電平時(shí)，系統(tǒng)置位；5 腳是控制電壓端口，此端口的作用是通過(guò)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(gè)系統(tǒng)的供電端口，~16V之間時(shí)，芯片才能正常工作。本設(shè)計(jì)是想利用NE555芯片輸出PWM波，從而驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)MOS管的開(kāi)閉。而PWM波可以看作是無(wú)數(shù)個(gè)高電平和低電平相互轉(zhuǎn)換所形成的一種波形。因而此時(shí)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(gè)狀態(tài)下來(lái)回切換，是依靠其自身的激勵(lì)，系統(tǒng)最后呈現(xiàn)出的實(shí)際上是一種無(wú)穩(wěn)態(tài)的電路，一旦上電開(kāi)始工作，系統(tǒng)就通過(guò)在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的不停切換中輸出PWM波。僅僅需要兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容，NE555計(jì)時(shí)IC芯片就能構(gòu)成振蕩器電路結(jié)構(gòu)。此時(shí)振蕩器能夠自激工作是通過(guò)向振蕩電容C來(lái)回的充電和放電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。此時(shí)，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(guò)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(lái)回轉(zhuǎn)換。一開(kāi)始，當(dāng)系統(tǒng)剛剛上電時(shí)，VCC通過(guò)電阻向振蕩電容充電，此NE555輸出端口輸出為高電平；當(dāng)振蕩電容的電壓達(dá)到高電平出發(fā)的閥值時(shí)，振蕩電容該由通過(guò)電阻R2進(jìn)行放電，此時(shí)NE555輸出端口輸出為低電平，如此來(lái)回反復(fù)，從而達(dá)到振蕩的效果。 NE555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩源由555電路，為功放電路提供激勵(lì)，電源接通時(shí)，555的3腳輸出高電平，同時(shí)電源通過(guò)R1R2向電容c1充電，當(dāng)c1上的電壓到達(dá)555集成電路6腳的閥值電壓（2/3電源電壓）時(shí)，555的7腳把電容里的電放掉，3腳由高電平變成低電平。當(dāng)電容的電壓降到1/3電源電壓時(shí)，3腳又變?yōu)楦唠娖剑瑫r(shí)電源再次經(jīng)R1R2向電容充電。這樣周而復(fù)始，形成振蕩，測(cè)試振蕩器輸出波形 。 NE555構(gòu)成發(fā)射端電路，已知f=(R1+2R2)C1，設(shè)：f=128KHz，確定R1；R2；C1之值信號(hào)，輸出占空比約等于2/3的方波，所以使高頻振蕩電路的工作與間歇時(shí)間比也等于2/3。為了能在小功率的推動(dòng)下也能輸出足夠大的高頻功率，輸出級(jí)選用場(chǎng)效應(yīng)管IRF460，場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制器件，原則上不消耗激勵(lì)功率，但它的極間輸入、輸出電容很大，如果直接接到555的輸出端，會(huì)因?yàn)?55電路的輸出電流很小而使波形的上升時(shí)間和下降時(shí)間變大，而導(dǎo)致效率下降。所以我還在555電路的后面加了一對(duì)互補(bǔ)的三極管，此互補(bǔ)管接成射極輸出，具有極小的輸出電阻，可以使方波的上升和下降時(shí)間大大減小。加上了這級(jí)電路后效率提高。555產(chǎn)生的高頻信號(hào)再通過(guò)C3和R3組成的耦合電路之后被功率開(kāi)關(guān)管功放放大后，的高頻信號(hào)通過(guò)L1 C8組成的諧振電路發(fā)射出去，諧振功率放大器由LC 并聯(lián)諧振回路和開(kāi)關(guān)管IRF460 構(gòu)成。當(dāng)源、漏極接有電感性負(fù)載時(shí)，管子截止時(shí)電感電流不能突變，D2用這個(gè)二極管續(xù)流。防止高壓擊穿管子。由NE555構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率為400KHz，占空比為60%的方波信號(hào)，通過(guò)MOS管的開(kāi)關(guān)作用，將+12V直流信號(hào)轉(zhuǎn)化為交流信號(hào)，再通過(guò)LC 諧振網(wǎng)絡(luò)將能發(fā)射出去。 。其工作原理與前文的整流濾波電路相同，同樣采用單相橋式整流電路，后接濾波電容。利用二極管的單向?qū)ㄌ匦?，用四個(gè)相同的二極管排列成橋式結(jié)構(gòu)，達(dá)到將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷哪康?。整流濾波后的電壓經(jīng)過(guò)TL413和Q18050組成恒壓充電電路給手機(jī)充電。TL431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開(kāi)關(guān)電源等等。 TL431符號(hào)及內(nèi)部方框圖TL431特點(diǎn)：l 可編程輸出電壓為36Vl 電壓參考誤差：177。％l 低動(dòng)態(tài)輸出阻抗，l l 等效全范圍溫度系數(shù)50 ppm/℃典型