手机无线充电系统课程设计报告.docx
《手机无线充电系统课程设计报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《手机无线充电系统课程设计报告.docx（70页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
手机无线充电系统课程设计报告
国家电工电子实验教课中心电子系统课程设计
设计报告
设计题目：
手机无线充电系统
学
院：
电信学院
专
业：
自动化（信号）
学生姓名：
李一芒
学
号：
12301126
任课教师：
佟毅
2015年04月20日
1
设计任务要求....................................................
2
2
设计方案及论证...................................................
4
任务剖析.................................................
4
方案比较................................................
7
3
制作及调试过程..................................................
17
3.1制作与调试流程............................................
17
碰到的问题与解决方法...................................
20
4
系统测试........................................................
20
4.1测试方法..................................................
20
测试数据...............................................
22
5
系统使用说明....................................................
24
5.1系统外观及接口说明........................................
24
系统操作使用说明.......................................
25
6
总结............................................................
26
6.1自己所做工作..............................................
26
收获与领会.............................................
26
7
参照文件........................................................
27
1.设计任务要求
（1）制作一个输入直流电压12V，输出为3.6V手机电池充电（充满电压为4.2V）的无线充电系统。
（2）发射器与接收器之间采纳电感线圈耦合方式进行无线能量传输。
（3）发射器采纳12V直流单电源供电，接收器供电只好来自耦合线圈。
（4）接收器考虑给手机电池充电，输出电压变换范围0~4.2V，500mA恒流充电。
充电特征以下列图所示。
1.基本部分（50分）
（1）接收器工作指示（20分）
要求：
接受器接收到能量后用发光二极管指示。
测试方法：
发射器采纳12V直流供电。
接收线圈凑近发射线圈时（距离和角度不限），
察看接收器工作指示灯能否点亮。
（2）接收器恒压功能（20分）
要求：
当接收器不接负载时输出电压为
±0.1V。
测试方法：
发射器采纳
12V直流供电。
在接收器不接任何负载条件下，
当接收线圈凑近
发射线圈并固定不动时（距离和角度不限），丈量接收器输出电压能否为
±0.1V。
稍微挪动接收线圈时，丈量该电压应保持在
±0.1V范围内。
（3）接收器恒流功能（
10分）
要求：
接收器带负载条件下，当输出电压在
0~4VDC变化时输出电流稳固在
10mA或大于
10mA（当知足发挥部分时，可直接得分）
，要求恒流偏差小于
5mA（两线圈距离和角度
不限）。
测试方法：
发射器采纳12V直流供电。
当接收线圈凑近发射器线圈时（距离和角度不限），丈量恒流值能否大于10mA及能否知足恒流偏差要求。
2.发挥部分（50分）
（1）充电指示（20分）
要求：
当接收器给负载充电时，充电指示灯亮；充满后，充满指示灯亮。
测试方法：
发射器采纳12V直流供电。
当接收器线圈凑近发射器线圈时（距离和角度不
限），丈量恒流充电阶段充电指示灯能否点亮；丈量当恒流充电电流减小后充满指示灯能否点亮。
（2）扩大充电电流（30分）
要求：
尽可能提高恒流充电电流。
测试方法：
当接收器线圈凑近发射器线圈时（距离和角度不限），丈量所能达到的最大
恒流指标，要求恒流偏差小于5mA，充满后输出电压为4.1~4.2VDC（按下列图计算得分）。
2设计方案及论证
任务剖析
1.发射模块：
由振荡信号发生器和并联谐振功率放大器两部分构成；
（1）功能和指标要求：
1）：
发射器采纳12V直流单电源供电，产生必定频次变化的电流；
2）：
发射器与接收器之间采纳电感线圈耦合方式进行无线能量传输；
接收器感觉到的变化的电流应知足必定的数值，以驱动充电电路正常工作。
（2）理论实现方法：
利用将变化的电流转变为变化的磁场，经过并联谐振的方式，在接收
端产生感觉电流来实现能量的传输，但此方式有很大的能量衰耗，即接收端感觉获得的能量
其实不大，因此需要在发射端采纳功率放大电路提高功率，使得接收端感觉产生的变化的电流达到知足要求必定数值；
1）:
振荡信号发生器电路：
采纳NE555芯片构成振荡频次在必定范围内能够调理的信号发生器，
为功放电路供应激
励信号；频次f1
1.43
；
（R1
2R2）C
U
cc
V
12
R1
4
8
7
3
uo
2
6
555
R
5
2
1
C3
C
2）:
并联谐振功率放大器电路：
由功率放大器电路和
LC并联谐振回路构成。
采纳
LC并联谐振电路知足发射器与接收器之间经过电感线圈耦合方式进行无线能量传
输，频次f2
1
f2：
当功率放大器的并联谐振回路的谐振频
且需要知足f1
2
L1C1
率f2与振荡信号发生器的频次f1同样时，并联谐振功率放大器发生谐振，此时线圈中的电
压和电流达最大值，进而产生最大的交变电磁场。
当发射线圈回路与接收线圈回路均处于谐
振状态时，有最好的能量传输成效，即知足
f
2
f3,此中f
3
1
2L2C2
发射端与接收端的谐振回路
因为场效应管功率放大拥有激励功率小，输出功率大，功耗低等特征，因此采纳场效应管构成的功率放大电路来提高发射端的输出频次；
2.接收模块：
由并联谐振电路、整流及滤波电路、恒流电路、稳压电路和充电指示灯电路五部分构成；
（1）功能和指标要求：
1）：
经过感觉产生知足必定数值要求的感觉电流；
2）：
将感觉过来的沟通电转变为直流电，接收器工作指示灯点亮。
；
3）：
恒流：
接收器带负载条件下，当输出电压在0~4VDC变化时输出电流稳固在大于500mA，
要求恒流偏差小于5mA（两线圈距离和角度不限）。
4）：
稳压：
当接收器不接负载时输出电压为4.2V±0.1V。
5）：
当接收器给负载充电时，充电指示灯亮；充满后，充满指示灯亮。
（2）理论实现方法：
利用将变化的磁场转变为变化的电流，经过并联谐振回路的方式，当
发射线圈回路与接收线圈回路均处于谐振状态时，有最好的能量传输成效，在接收端产生感觉电流；经过单相桥式整流电路将沟通电转变为直流电，再经过电容滤波电路进行滤波，
去除沟通重量，并利用产生的直流电压驱动发光二极管，实现接收器工作指示灯的点亮；利
用LM317芯片进行恒流和稳压的实现；经过LM324电压比较器，将负载端的电压与充电的稳压值进行比较，实现充电指示灯和充满指示灯的点亮；
1）:
并联谐振电路：
与发射端的并联谐振电路构成谐振回路，当发射线圈回路与接收线圈回路均处于谐振状态时，有最好的能量传输成效，即知足：
1
1
f2f3,此中f2
f3
2L1C1
2L2C2
发射端与接收端的谐振回路
2）：
整流及滤波电路：
对沟通电压变为直流电压，滤波电容在滤去沟通重量，获得稳固的直流电压；
因为二极管的单导游电性将沟通电压变换成直流电压，但这部分直流电压仍含有很大的沟通重量，再经过滤波电容的充放电过程，除掉沟通重量，获得安稳的直流重量；选择的二极管
所能蒙受的最大电压要大于2U2，所能蒙受的电流要大于回路里面电路；电容充放电过程：
C越大，RL越大，τ放电将越大，曲线越光滑，脉动越小。
3）：
恒流电路：
利用LM317芯片实现；
4）：
稳压电路：
利用LM317芯片实现；
5）：
充电指示灯电路：
利用TL431供应基准电压，再利用LM324构成电压比较器在输出端点亮发光二极管，此中发光二极管串连一个电阻用来限制电流过大；
方案比较
一、设计方案一
发射电路：
发射电路由振荡信号发生器和睦振功率放大器两部分构成；
由NE555构成振荡出必定频次的信号发生器，为功放电路供应激励信号；
功率放大器由场效应管IRF840构成，当功率放大器的选频回路的谐振频次与激励信号频次同样时，功率放大器发生谐振，此时线圈中的电压和电流达最大值；
接收电路:
1）：
由并联谐振电路与发射端的并联谐振电路构成并联谐振回路，
当发射线圈回路与接收线
圈回路均处于谐振状态时，
拥有最好的能量传输成效；2）：
产生的沟通电压经过整流及滤波
电路变换成直流电压
电源工作的发光二极管指示灯并联在滤波电容的两头，
指示电源工作；
3）：
该直流电压驱动
LM317芯片构成的恒流电路工作，保证了负载的恒流充电；
4）：
TL431
构成稳压电路，供应负载充电的稳压值并接到由一片
LM324构成的电压比较器的同相端，而
反相端接R2采样电阻的电压，这部分作为反应电路，已达到负载充电时的稳压条件，反应
电路的工作原理：
若充电负载两头电压小于稳压值时，因为反相端电压小于同相端的电压，
电压比较器输出高电平，因为二极管导通时其两头电压恒定，因此
R2端电压跟从电压比较
器的输出电压而变大，直至
R2端电压等于稳压值；若充电负载两头电压大于稳压值，因为
反相端电压大于同相端的电压，
电压比较器输出低电平，因为二极管导通时其两头电压恒定，
因此R2端电压跟从电压比较器的输出电压而变小，
直至R2端电压等于稳压值，由此，经过
采样电阻R2的电压反应，使得充电负载两头的电压恒定不变，
已达到稳压的目的；5）：
TL431
构成稳压电路，供应负载充电的稳压值并接到由一片
LM324构成的电压比较器的同相端，而
反相端接充电负载的电压，
当负载充电时，因为反相端的电压小于同相端的电压，
因此LM324
构成的电压比较器输出高电平，
点亮充电指示灯，当负载充满电后，因为反相端的电压不小
于同相端的电压，电压比较器的输出电压发生跳变，熄灭充电指示灯；
6）：
TL431构成稳压
电路，供应负载充电的稳压值并接到由一片
LM324构成的电压比较器的反相端，
而同相端接
充电负载的电压，当负载充电时，因为同相端的电压小于反相端的电压，
因此LM324构成的
电压比较器输出低电平，
充满电指示灯不会亮，当负载充满电后，因为同相端的电压不小于
反相端的电压，电压比较器的输出电压发生跳变，点亮充满电指示灯；
二、设计方案二
发射电路：
由NE555构成振荡出必定频次的信号发生器，为功放电路供应激励信号；
功率放大器由乙类互补推挽功率放大电路和场效应管构成功率放大电路构成，乙类互补推挽
功率放大电路对必定频次的信号进行小功率放大后，再用小功率激励场效应管构成的大功率
放大电路工作；当功率放大器的选频回路的谐振频次与激励信号频次同样时，功率放大器发
生谐振，此时线圈中的电压和电流达最大值；
接收电路：
1）：
由并联谐振电路与发射端的并联谐振电路构成并联谐振回路，当发射线圈回路与接收线
圈回路均处于谐振状态时，拥有最好的能量传输成效；2）：
产生的沟通电压经过整流及滤波
电路变换成直流电压并驱动电源指示灯工作；3）：
由两片LM317芯片构成了恒流稳压功能的
充电电路；4）：
TL431作为协助电源，给两片LM324构成的电压比较器供应基准电压，两个
电压比较器驱动充电指示灯和充满电指示灯工作；
三、两种方案进行比较：
1）：
发射电路：
方案一的发射电路直接由场效应管IRF840进行功率发大，但因为场效
应管栅极所加信号是必定频次的信号，因此仅在半个周期内对信号有功率放大作用，可能不
够驱动充电电路恒流500mA以上的成效，因此第二种方案的发射电路采纳乙类互补推挽功率
放大电路将完好周期的信号先进行小功率放大，再利用小功率激励场效应管放大电路，在信
号的完好周期里面输出大功率，使得功率放大的成效更好；
2）：
接收电路：
方案一由LM317构成的恒流电路实现恒流并采纳了LM324构成的电压比
较器，经过对采样电阻的电压反应实现稳压，可是因为电压比较器反相和同相两头电压相差
较小时，会有必定的偏差产生，使实现的稳压有细小的变化，而方案二是由两片LM317构成
的恒流稳压电路实现恒流稳压功能，不一样于前一种方案经过电压比较器反应电压实现稳压，
它没有电压比较器带来的细小偏差，稳压成效相对更好一些；
因此由以上比较，我们组采纳了第二种方案。
系统构造设计
1、构造框图：
2、系统原理：
1）:
发射电路：
振荡信号发生器电路：
采纳NE555芯片构成振荡频次在必定范围内能够调理的信号发生器，
为功放电路供应激
励信号；频次f1
1.43
；
2R2）C
（R1
U
cc
V
12
R1
48
7
3uo
R26555
5
2
1
C3
C
2）：
乙类互补推挽和场效应管构成的功率放大电路：
乙类互补推挽功率放大电路将
555的必定频次的信号进行整个周期的小功率放大，
而后此小
功率激励场效应管大功率放大电路输出大功率；当功率放大器的并联谐振回路的谐振频次
f2与振荡信号发生器的频次
f1同样时，并联谐振功率放大器发生谐振，此时线圈中的电压
和电流达最大值，进而产生最大的交变电磁场。
接收电路：
1）：
由并联谐振电路与发射端的并联谐振电路构成并联谐振回路，当发射线圈回路与接收线圈回路均处于谐振状态时，有最好的能量传输成效，即知足：
1
1
f2f3,此中f2
f3
2L1C1
2L2C2
发射端与接收端的谐振回路
2）：
产生的沟通电压经过整流及滤波电路变换成直流电压并驱动电源指示灯LED1工作，LED1
与R4电阻串连后并联到直流电压源两头，指示电源工作；
3）：
由两片LM317芯片构成了恒流稳压功能的充电电路，因为LM317芯片Vout和ADJ两头
电压差恒定不变，因此利用第一片LM317这两头电压恒定的特征，串入电阻R1，使第一片
LM317在VOUT端输出的电流i1
U
LM317的Vin
端,即i2=i1，
恒定不变，流入下一片
R1
再利用下一片
LM317芯片Vout和ADJ两头电压差恒定不变的特征，串入电阻
R2，并与此外
一电阻R3串连，使Vout端稳压U
U
i2，因此VOUT
*（R2R3）,此外VIN流入的恒流
R2
端也恒流:
i3
U
实现了恒流稳压的功能；
i2i1
R1
4）：
TL431作为协助电源，给两片LM324构成的电压比较器供应基准电压，两个电压比较器
输出端驱动充电和充满电指示灯工作；
5）：
当TL431供应的基准电压接到由一片LM324构成的电压比较器的同相端，而反相端接充电负载的电压，当负载充电时，因为反相端的电压小于同相端的电压，因此LM324构成的电
压比较器输出高电平，点亮充电指示灯，当负载充满电后，因为反相端的电压不小于同相端的电压，电压比较器的输出电压发生跳变，熄灭充电指示灯；当TL431供应的基准电压接到由一片LM324构成的电压比较器的反相端，而同相端接充电负载的电压，当负载充电时，因为同相端的电压小于反相端的电压，因此LM324构成的电压比较器输出低电平，充满电指示灯不会亮，当负载充满电后，因为同相端的电压不小于反相端的电压，电压比较器的输出电压发生跳变，点亮充满电指示灯；
详细电路设计
1、发射电路：
电路构造选择的原由及元件型号及参数的选择：
采纳555芯片产生振荡信号频次f1
（
1.43
）2
102.2kHz，此中R2取约2
R1
2
R2
C
千欧；
采纳C1电容使加到该端口处的瞬时或高或低的扰乱信号惹起的电压的变化迟缓下来，
能够说汲取了瞬时的扰乱，能够使该引脚获得的信号更为安稳，就是为了滤除干，防备外界输入的扰乱影响电路工作；
利用乙类互补推挽功率放大电路对整个周期信号进行小功率放大，而后激励场效应管构
成的大功率放大电路输出大功率；在乙类互补推挽功率放大电路中要求：
两个晶体三极管的
反向击穿电压应知足：
Uceo
2
24因为NPN管2N2222型号的参数为
Vceo=30；
Ucc
V
Vcbo=60；Ic（max）=0.8；hFE（min）=35
；hFE（max）=300；PNP管
2N2904型号的参数为
Vceo=40；Vcbo=60；
；hFE（min）=20；能够知道它们都切合要求，因此采纳这两
个型号的晶体三极管；两个三极管同意的最大集电极电流应知足：
ICMIcmax
Ucc
，
RL
因此负载采纳R5
1k已知足条件；
R3采纳滑变电阻，能够控制输入信号的大小，与
R4
电阻一同为晶体三极管供应直流偏置，为晶体三极管供应基极电流；
R3滑动阻值随意，对
电路没什么影响，这里采纳常有的滑动变阻器阻值
10千欧；因为要让
Q3场效应管的栅极电
压5V左右，R5两头电压要知足达到7V左右，且R4和R5分得的电压总和也为7V左右，所
以需要知足
R4两头电压值
U4=R4*Ib（
基极电流
）远小于
R5两头电压值
U5=R5*Ie=R5*Ic
（集
电极电流），两个晶体三极管最小的放大倍数是
20，因此能够选择
R4阻值小于或是等于
R5
阻值，因此这里选择R4=R5=1千欧；选择C3电容充电后当电路电压变化时其两头电压不会
马上变化来稳压；因为场效应管IRF540的功率为150W，电流为28A，因此用它来构成大功率放大电路，输出功率大而且发热量还能够，不简单烧，因此选择它构成功率放大电路；注意：
电路中为它加上散热片来散热；
依据已供应的线圈，并联电容构成并联谐振电路，和接收端的并联谐振构成回路传达能
量；发射端的并联谐振频次f2
1
kHz，知足f1
f2：
当功率放大
102.7
2
L1C4
器的并联谐振回路的谐振频次f2与振荡信号发生器的频次f1同样时，并联谐振功率放大器
发生谐振，此时线圈中的电压和电流达最大值，进而产生最大的交变电磁场。
2、接收电路：
电路构造选择的原由及元件型号及参数的选择：
接收端的并联谐振频次f3
1
102.7kHz
102.5kHzf2
2
L1C3
由并联谐振电路与发射端的并联谐振电路构成并联谐振回路，当发射线圈回路与接收线圈回
路均处于谐振状态时，有最好的能量传输成效，即知足
依据二极管的单导游电性将沟通电压变换成直流电压；
二极管的选择：
二极管能够蒙受的电压大于2U217V，可蒙受电流大于700mA,而二极管1N5819最大可
蒙受电压40V，电流1A，知足要求，因此采纳1N5819构成单向桥式整流；
但这部分直流电压仍含有很大的沟通重量，再经过滤波电容的充放电过程，除掉沟通重量，
获得安稳的直流重量，并驱动电源指示灯工作，电源指示灯为黄灯，串接一个1千欧电阻限
制电流，在一同并联在电源两头；
电容充放电过程：
C越大，RL越大，τ放电将越大，
曲线越光滑，脉动越小,往常滤波电容应知足：
RLC=（3~5）*0.5*T而且C越大，沟通重量越少，滤波成效越好；因此C>20nF,因此选择C=0.1uF知足条件；
采纳两片LM317构成恒流稳压电路，因为LM317的Vout端和ADJ端的电压差值恒定不变，
一直等于1.25V，因此第一片LM317芯片流过R1电阻的电流等于mA,
即有500mA电流流入第二片LM317芯片的Vin端口，因为Vin流入的电流等于Vout流出的
电流，因此流入充电负载的电流也恒定不
升级会员 