应用于便携式电子设备的小功率无线充电系统的研究与开发

发布时间：2019-10-15 13:53

【摘要】：近年来,消费者在享受诸如智能手机、平板电脑等各种便携式电子设备给他们的生活带来诸多乐趣与便利的同时,却都一直被这些电子产品电池的续航能力所困扰。在电池大容量小型化技术取得有效创新之前,对便携式电子设备充电方式的革新就成为一个能够解决电池续航问题的可能方法。将无线电能传输(Wireless Power Transmission,WPT)技术应用于便携式电子设备的小功率无线充电技术为此提供了一种全新的充电方式。由于电能在能量发射端与能量接收端之间的传输是以空气为介质,不使用充电数据线,无线充电技术可以有效地避免传统有线充电方式存在的充电接口不尽相同导致的充电数据线繁多、数据线插拔麻烦与插拔安全隐患等问题,还能够充分利用“碎片化”时间进行充电,做到“随放随充,随取随停”。同时,目前应用于便携式电子设备的无线充电系统(Wireless Charging System,WCS)也存在成本较高,耦合机构绕制一致性较差、机械强度不高等问题。因此,论文设计了一种小功率无线充电系统,在为便携式电子设备电池续航问题提供一种解决方式的同时,降低了系统成本,优化了耦合机构。论文以应用普及较为广泛的便携式电子设备——智能手机为对象,基于感应耦合式WPT技术设计了一种小功率WCS,为此主要进行了以下工作:首先,在与传统有芯变压器进行简单对比的基础上,对无芯感应耦合式WCS的基本工作原理进行了阐述,对系统的整体结构、能量发射端的基本结构、能量接收端的基本结构以及各结构模块的功能作用进行了介绍。然后,根据系统结构、功能以及成本的需求,分析对比了三种高频逆变电路以及两种谐振电容补偿网络的结构特点,确定了高频逆变电路和谐振补偿方式,设计了电压、电流、温度检测电路,完成了系统主电路的设计,介绍了系统的控制,包括系统四个控制阶段主要进行的行为活动以及功率控制流程,完成了控制芯片的选型。其次,在考虑系统成本、外观体积的情况下,研究解决了在既保证电能传输又不增设专门的信号发射模块与信号接收模块情况下的系统通信问题,设计了信号调制电路,定义了包括位、字节、数据包在内的编码方案以及相关的简单通信、控制协议。最后,对系统的耦合机构进行了仿真分析,依据给出的设计流程设计了一种应用于手机的PCB耦合机构。
【图文】：

自感,外径,便携式电子设备,尺寸分析

应用于便携式电子设备的小功率无线充电系统的研究与开发对线圈的品质因数有一定的影响。而在实际的结构设计过程中，应该观、性能要求等具体应用情况来选取合适的线圈绕制形状。构尺寸分析以平面圆形线圈为对象，在线圈匝数及线宽保持不变的条件下分别分寸变化的规律，，仿真结果如图 5.3，5.4 和 5.5 所示。

自感,外径,内径

自感与内径的关系
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM910.6

【参考文献】