锂电池无线充电系统设计Word文件下载.docx
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无线充电器运用了一种新型的能量传输技术——无线供电技术。
该技术使充电器摆脱了线路的限制，实现电器和电源完全分离。
在安全性，灵活性等方面显示出比传统充电器更好的优势。
在如今科学技术飞速发展的今天，无线充电器显示出了广阔的发展前景。
本文设计了一种利用电磁感应原理实现的无线充电装置,重点论述了实现此装置系统的结构和磁耦合方案，及对无线电能传输系统的关键部
件—耦合变压器的结构进行了详细分析。
关键词：
无线充电技术；
磁耦合；
电磁感应；
充电器；
逆变整流
Abstract
Wirelesschargerusinganewkindofenergytransmissiontechnology,wireless
technology.Thelimitationofthetechnologymakesthechargeroutofline,electricalappliancesandpowersupplycompleteseparation.Insecurity,flexibility,etc,showsabetteradvantagethantraditionalcharger.Intoday'
srapiddevelopmentofscienceandtechnologytoday,wirelesschargershowsthebroadprospectsfordevelopment.Thispaperdesignsawirelesschargingdeviceusingtheelectromagneticinductionprincipleimplementation,mainlydiscussesthestructureofthisdevicesystemandmagneticcouplingscheme,andthekeycomponentsofradiotransmissionsystem,thestructureofthecouplingtransformerareanalyzedindetail.
Keywords:
wirelesschargingtechnology;
magneticcoupling;
Electromagneticinduction;
TheCharger;
Inverterrectifier
目录
第1章引言4
1.1课题设计的背景和意义4
1.2无线充电器在国内外的发展现状4
1.2.1国外发展及现状5
1.2.2国内发展及现状5
第2章无线充电系统主要原理分析5
2.1无线充电技术的原理5
2.1.1电磁感应5
2.1.2感应电动势6
2.2无线供电技术的实现方式7
2.2.1近场耦合式7
2.2.2磁场共振式7
2.2.3微波辐射式8
2.3无线充电电路模型8
2.4耦合性能分析及功率补偿8
2.5本章小结8
第3章无线充电系统设计9
3.1电能发射模块电路设计9
3.1.1整流滤波电路9
3.1.2电压型全桥逆变电路10
3.1.3信号检测与保护电路12
3.2电能接收模块电路设计13
3.2.1整流与稳压电路13
3.2.2接收端锂电池充电电路14
3.3控制电路设计14
3.4本章小结15
第4章总结与展望16
参考文献17
第1章引言
1.1课题设计的背景和意义
现今几乎所有的电子设备，如手机，MP3和笔记本电脑等进行充电的方式主要是一端连接交流电源,另一端连接便携式电子设备充电电池的有线电能传输。
这种方式有很多不利的地方,首先频繁的插拔很容易损坏主板接口,另外不小心也可能带来触电的危险。
因此,非接触式感应充电器在上个世纪末期诞生,凭借其携带方便、成本低、无需布线等优势迅速受到各界关注。
目前无线充电的技术已经开始在手机中运用。
由于无线传输的距离越远，设备的耗能就越高。
要实现远距离大功率的无线电磁转换，设备的耗能较高。
所以,实现无线充电的高效率能量传输,是无线充电器普及的首要问题。
另一方面要解决的问题是建立统一的标准，使不同型号的无线充电器与不同的电子产品之间能匹配,从而实现无线充电。
我们的生活几乎每天都会有这样一幕幕的场景：
拉出一根数据线，连接手机和插座为手机、数码相机、MP3播放器等充电，完美音质的音响、超清晰超大屏幕的液晶屏电视背后依靠一根长长的电源线„„面对如此多的“电源线”，有没有想过，有一天这些线全部消失，被一种看不见的传输工具所替代？
那样我们就不用再为各种缠绕
在一起的电线影响美好的生活。
其实这样的生活离我们并不遥远。
无线充电技术在2007年就已获得了20项专利，多种设备可以使用一台充电器[1]。
手机、电脑、音乐播放器、电动工具和其他的用电设备的“剪不断理还乱”的有线充电器将会离我们远去。
通过使用线圈之间产生的磁场，神奇的传输电能，电磁耦合技术将会成为连接充电基站和设备的桥梁。
在当前的大部分充电器，都通过金属电线直接接触的方式，给设备内置电池充电的情况下，无线充电器显示了它自己先天的优越性。
无线充电技术的优势在于便捷性和通用性[2]。
目前缺点就是效率低。
现今对便携式电子产品进行充电用的数据线连接器不仅仅可以进行电能的传输，同时还能把音频和视频文件通过USB接口同步传送到设备上。
无线充电技术还是会给WiFi和电池技术带来进步的。
另外，通过采用无线充电技术，移动设备公共充电站将会有可能成为现实。
近年来，随着新方法新材料的应用，无线充电已经实现。
依靠线圈之间的电磁感应的无线充电方式，工作距离短，被充电终端需要放置在充电座上。
需要充电时，发射器和接收芯片会同时自动开始工作，充满电时，同时就会自动关闭。
无线充电设备的效能接收在70%左右，和有线充电设备相当，但是它应具备充满自动关闭的功能，避免不必要的能耗。
1.2无线充电器在国内外的发展现状
无线充电已从梦想成为现实，从概念变成商用产品。
早期就有人发现将绕线式变压器的“E”型铁心绕线后接上市电就可以感应传电，但距离略为增加后感应效果就会减弱甚至消失[3]。
这是因为在市电50Hz下，电磁波的传递会随着距离增加而出现能量的快速衰退。
随着电子设备产业蓬勃发展，各厂家竞争激烈，纷纷在软硬件上下功夫。
然而不同于产品硬件软件升级，无线充电技术在产品的功能层面求异，让人耳目一新，很具有卖点，对消费者也很有吸引力。
但是为了充分发挥无线充电的便利性，在较远距离实现充电则更具有卖点。
目前的无线充电技术在2.54厘米范围之内的近磁场对电子设备进行无线充电。
因为无线电能传输的距离越远，功率的耗损也就会越大，能量传输效率就会越低，且会导致设备的耗能较高。
对于“大功率的无线充电设备的电磁辐射会对生物造成很多不利的因素。
”的说法，相关专家已给出解释：
大功率无线充电的距离限制在5米以内，不会太远，且功率不会达到对人体辐射造成危害的范围。
1.2.1国外发展及现状
最初的无线充电器由多个密集的小型线圈阵列组成，通电后产生的电磁场，将能量传送给装有接收线圈的电子设备，进行充电，但这种充电器传输效率较低、成本较高且需购买套件，又不能对手机使用的大容量锂离子电池进行有效充电。
2007年6月麻省理工学院以MarinSoljacic为首的研究团队首次演示了利用电磁感应原理的灯泡无线供电技术，他们可以在一米距离内无线给60瓦的灯泡提供电力,电能传输效率高达75%[4]。
研究者由此设想电源可以在这范围内为电池进行无线充电，进而推想只需要安装一个电源，即可为整个屋里的用电器供电。
传输线圈的工作频率在兆赫兹范围，接收线圈在非辐射磁场内部发生谐振，以相同的频率振荡，然后有效的通过磁感应点亮灯泡。
Palm是最早将无线充电技术应用在手机充电器上[5]。
它推出的充电设备“点金石”，就是利用电磁感应原理无线对手机进行充电。
日本TDK公司新推出了一款无线充电音箱，用户可以在享受音乐的同时对手机充电。
该无线充电音箱的顶部装有一块无线充电板，手机仅需放在音箱顶部即可充电。
三星推出新款手机就配备了无线充电器，诺基亚也为其旗舰机型搭上了无线充电器充电器。
1.2.2国内发展及现状
国内无线供电器设计起步相对较晚，近年来也得到了蓬勃发展且显出了欣欣向荣的趋势，市面上也出现了众多无线充电产品。
从之前在电动牙刷、剃须刀等小功率产品上的应用，发展到现在在手机充电器等方面更大功率的传输的巨大突破性的进展。
作为Qi标准组织的一员，海尔在2011年CES上推出了概念性“无尾电视”，不需要电源线、信号线和网线。
海尔称该产品采用了与麻省理工学院合作的无线电力传输技术。
中国香港的美创公司出品的无线充电器也小有名气（美创科技有限公司是著名的电子元器件独立分销商）。
深圳的畅客在无线充电器的发展也崭露头角。
第2章无线充电系统主要原理分析
2.1无线充电技术的原理
2.1.1电磁感应
电磁感应定律是中学时我们就都接触到的物理理论，它的主要原理是闭合电路的一部分导体在磁场中做切C'
IIJ磁感线运动时会产生感应电动势，有了电动势就会驱动电子形成电流。
这种切割磁力线产生电流的现象就是电磁感应现象。
其产生的电流称为感应电流。
导体放在变化磁通量中也会产生电动势，这个电动势被称做感应电动势，进而我们可以推理如果将此导体闭合成一个回路，在此电动势的作用下就会在导体内形成电流。
其实闭合电路的一段导体在做切割磁力线的运动本质上就是整个闭合导体面积范围内磁通量变化了。
我们就是通过这个原理给给线圈一个不断变化的磁通量，线圈中就会产生相应的电流，再将这个电流整流到直流为手机充电。
换句话说无线充电就是一让充电器和被充电设备之间充满磁场，进而利用磁场携带的能量来传输电力。
因为充电和手机之间没有直接的接触，线圈中的电流和电压是通过磁场祸合生成的，本质上讲，它是通过一对距离相对较近的相互藕合的电感线圈来实现电和磁的转化的。
十九世纪三十年代法拉第将一个铁芯套上两个电感线圈，对其中一个线圈接入直流电，另一个线圈串联一个电流表，实验得到的现象是如果接通直流电的线圈在开关通断的情况下，另一个接电流表的线圈中就会产生电流，这种电流是随着开关通断而瞬时产生的。
实验还发现，当他把铁芯取出后，这种现象依然发生。
区别只是，有铁芯比没有铁芯所产生的电流不一样，有铁芯比没有铁芯能得到更大的瞬时电流。
为了深入研究这种奇怪的现象，他又做了很多的实验，之后他向皇家学会提交了关于这种奇怪现象的报告，在报告中他把此种发现的现象日}i做电磁感应现象，他在报告中总结了一共五种一可以产生感应电流的情况，即当有变化的磁场、变化的电流、运动的磁铁、运动的恒定电流、以及在磁场中运动的导体
时，都能产生电磁感应想象，它的这个研究为日后科学家们建立完整的电磁理论奠定了坚实的基础。
以下是感生电动势的计算公式:
E＝nΔΦ/Δt（式2-1）
其中E是我们所说的感生电动势，单位是伏V，n代表着感应线圈的圈数，而八中ΔΦ/Δt反映是磁通量的变化速度。
磁通量Φ=Bs（式2-2）
其中Φ代表着磁通量单位是韦伯，B是在均匀磁场环境下的磁感应强度，S代表面积。
感应电流的流动方向可以判断感生电动势的正负，对于电源本身来说，电流的是从负极向正极流动的。
自感电动势E＝nΔΦ/Δt=LΔi/Δt（式2-3）
其中L被称做自感系数单位是亨，在实际洁况中，线圈中如果没有铁芯结构的话要比有铁芯要小，vi代表电流的变化，vt为时间，而vi/vt的物理
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