便携式小功率移动终端无线充电模块研究

发布时间：2017-10-05 12:23

  本文关键词：便携式小功率移动终端无线充电模块研究

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【摘要】：目前小功率电子设备随处可见,智能手机,数码相机等便携式移动终端的功能也越来越强大,这也使得对锂电池的便捷充电越发重要,传统的电能传输主要是通过导线来传输,由于其自身的缺点,使得有线充电在潮湿、易燃、医用植入式等特殊环境下有其局限性,在日常生活中也会带来诸多不便。无线充电技术避免了传统充电方式的不足,受到越来越多人的关注,在家居,工业,医疗等各方面的领域有着广泛的应用前景。本文使用感应耦合式无线充电技术作为能量传输方式来分析设计便携式小功率无线充电器,它具有传输效率高,成本低等优点。本文首先总结了当前无线充电的发展历程与市场前景,深入分析了国内外的研究现状,阐述了本文的研究内容及意义。接着对影响便携式设备无线充电的传输效率的一些电路进行理论分析,如可分离式变压器电容的各种补偿型结构,不同逆变电路的对比,以及电感线圈的趋肤效应和形状对充电效率的影响等。对基于AVR单片机ATmega16控制的单负载小功率便携式设备锂电池无线充电器的硬件电路按照模块设计对比各个方案进行详细的分析,并对基于集成控制芯片BQ500211的小功率无线充电器的一些不同电路设计进行描述,总体上从电源电路,电压型全桥逆变电路,逆变电路驱动电路,单片机控制电路,发射模块负载检测电路,接收模块锂电池充电保护电路等各个模块的不同方案对比,选取相对最优电路。最后,还分析了绘制无线充电器PCB版图的注意事项,说明了采用模数隔离的原因。对基于单片机方案的无线充电器的软件设计按照有无负载的情况进行分别说明,并对基于集成控制芯片的通信方式做了介绍。在系统调试过程中,对基于单片机ATmega16方案的小功率便携式设备无线充电器按照模块进行细致的测试和分析,确保方案的安全性和可靠性,并记录在整个无线充电过程中的锂电池充电电压,充电电流,输入端电流等随着时间的变化的一系列数据,并进行分析。
【关键词】：无线充电 感应耦合 双边补偿拓扑 逆变电路
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM910.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 小功率移动终端无线充电概述9-14
• 1.1.1 小功率无线充电研究背景、目的及意义9
• 1.1.2 国内外发展现状和发展趋势9-14
• 1.1.2.1 便携式设备无线充电经济效益9-10
• 1.1.2.2 国外发展状况10-12
• 1.1.2.3 国内研究现状12-14
• 1.2 小功率无线充电的电能传输方式对比14-17
• 1.2.1 微波传输14
• 1.2.2 电感耦合14-15
• 1.2.3 磁耦合15
• 1.2.4 电场耦合15-16
• 1.2.5 四种无线电能传输耦合方式对比16-17
• 1.3 本文主要研究内容及章节安排17-19
• 第2章 便携式小功率移动终端无线充电传输效率影响因数分析19-28
• 2.1 小功率无线电能传输分离式变压器拓扑结构19-23
• 2.1.1 可分离变压器线圈电路基本模型19-20
• 2.1.2 双边串联补偿电容20-22
• 2.1.3 其它形式双边补偿电容22-23
• 2.2 逆变器结构选择23-25
• 2.2.1 电压型逆变电路与电流型逆变电路对比23
• 2.2.2 电压型半桥逆变电路与电压型全桥逆变电路对比23-25
• 2.3 线圈的影响25-27
• 2.3.1 线圈趋肤效应的影响25-26
• 2.3.2 线圈缠绕方式的影响26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 便携式设备无线充电方案硬件模块设计28-42
• 3.1 基于单片机Atmega16控制的便携式设备无线充电器硬件设计28-39
• 3.1.1 发射端电源模块电路29
• 3.1.2 电压型全桥逆变电路29-31
• 3.1.3 全桥逆变驱动电路31-33
• 3.1.4 发射模块采样反馈电路33
• 3.1.5 单片机控制电路33-34
• 3.1.6 JTAG接口电路34-35
• 3.1.7 接收模块整流稳压电路35-36
• 3.1.8 接收模块锂电池充电保护电路36-39
• 3.1.9 PCB版图布线注意事项39
• 3.2 基于TI公司集成芯片BQ500211的发射模块补充39-41
• 3.2.1 电源模块补充设计40
• 3.2.2 BQ500211外围电路补充40-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第4章 便携式设备无线充电方案软件设计42-52
• 4.1 基于单片机ATmega16的锂电池无线充电器软件设计42-46
• 4.1.1 软件总体设计方案42-43
• 4.1.2 负载检测状态43-44
• 4.1.3 充电状态44-45
• 4.1.4 PWM波的产生45-46
• 4.2 基于集成管理芯片BQ500211无线充电器的软件分析46-51
• 4.2.1 发射模块与接收模块的四个通信阶段46-48
• 4.2.2 四个通信阶段的具体数据时序48-51
• 4.2.2.1 从发射模块角度出发49-50
• 4.2.2.2 从接收模块角度出发50-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第5章 系统调试与实验结果52-59
• 5.1 实验环境52-53
• 5.2 无负载接近时发射模块电路测试53-54
• 5.3 带负载时发射模块电路测试54-56
• 5.4 接收模块电路测试56-57
• 5.5 锂电池充电效率测试57-58
• 5.6 本章小结58-59
• 第6章 总结与展望59-61
• 6.1 论文总结59
• 6.2 论文中的不足与展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-64

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 曲立楠;磁耦合谐振式无线能量传输机理的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 刘伟达;便携式设备锂电池充电技术研究[D];杭州电子科技大学;2014年

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本文编号：976781