基于电磁感应技术的手机无线充电器设计与实现

发布时间：2018-12-13 10:44

【摘要】：随着电子时代的到来,手机屏越来越大,功能和软件逐渐繁多。因此,手机功耗将会越来越大。凌乱的电线和手机充电的频繁让人们感到很不方便。不仅仅如此,频繁的插拔数据线还可能会引起手机接口的损坏,而且长期将充电接口暴露在外,接口会因此潮湿,可能会引起漏电的现象,安全性得不到保障。所以人们更加需要一种便捷可靠的手机充电方法。基于电磁感应技术的手机无线充电是一种依靠空间磁场耦合通过无线充电器发射模块端将电能传输至空间,手机接收端进行接收对其手机电池进行充电的技术,已有一些相关手机无线充电产品面向市场。本文通过对电磁感应技术的原理、电路、通信及线圈耦合等方面进行研究,设计了一种基于电磁感应技术手机的无线充电器。本文所做的研究内容对手机无线充电的推广和应用有一定的促进作用,能为未来手机无线充电器的设计提供一些参考和借鉴。本文的主要研究工作有:首先对无线充电当今的三大标准作了相应的概述,研究了无线充电的四大技术,它们分别是电磁感应技术、磁共振技术、无线电波技术、电磁耦合技术,并将这四大技术应用于手机的无线充电作了对比分析,并此推出电磁感应技术更适合手机的无线充电;其次论述了电磁感应技术的原理、相应参数理论分析及手机无线充电技术的发展情况。依据电磁感应技术的原理将手机无线充电技术相结合,引出了本文主要研究的内容。研究了对于手机无线充电的效率影响因素,分析了无线充电器发射、接收线圈对手机无线充电效率的影响及发射、接收线圈的定位方式;最后给出了所设计的无线充电器总体设计框图,对所需元器件、芯片作出相应的选择,并对其功能的介绍,在multisim13软件上进行了无线充电器发射、接收模块单元电路的仿真设计。本文设计的无线充电器发射模块由振荡信号发生器和谐振功率放大器两部分组成。震荡信号发生器由555芯片构成,功率放大器由LC并联谐振回路和开关管IRF460构成。设计的手机无线充电器接收模块由次级耦合线圈、滤波电路、稳压管、TL431和Q18050组成恒压充电电路、LED灯等电路构成。对耦合线圈进行了设计,并设计出一种无芯PCB圆形螺旋线圈,并对相应参数进行了研究以及仿真。论文也给出了手机多负载无线充电器设计原理框图,本文对于多负载无线充电器不作深入的研究,以后作进一步的研究。在工作室条件下,制作出本文所设计的无线充电器样机,对无线充电器发送、接收模块单元进行了测试。震荡发生器能输出PWM驱动信号,驱动信号的频率为110KHz,生成PWM波的占空比为60%左右。TL431和Q18050组成恒压充电电路能稳定的给予手机充电电压4.2V,当手机电池充满电时,接收模块单元的LED灯由红色转变为绿色作为充电结束的提示。本文所设计的无线充电器,理想状态下手机无线充电的最大有效距离为32mm。对于三星型号GT-C3050C手机的电池从无电到充满电有效时间为1个半小时。对充电状态的监测,本手机无线充电器最大充电电流达到了980mA,最大功率达到了约4W。无线充电的有效充电效率理想状态下达到了50%左右。通过对所设计的无线充电器进行测试,测试数据验证了电路方案的可行。通过将本文所设计的无线充电器与市面上的出现无线充电器产品对比发现所设计的无线充电器具有相对无线距离远、价格低等特性,一旦成产品,将会有较大的经济效益。最后,对手机无线充电进行了展望,就所设计的核心内容进行了相应的总结。
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【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.53;TM910.6

【参考文献】