多功能无线充电移动电源的设计毕业设计论文(编辑修改稿)

多功能无线充电移动电源的设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

波使之成为直流电，供给微小型无线充电设备电池 ,即完成充电过程 (如图 21)。 电磁感应的缺点是传输距离短，随着距离的增加，电损耗会变得很大。 图 21 电磁感应 华南理工大学毕业设计（论文） 5 发射端 为适应市场满足各种电子产品的无线充电需求，方便不同客户的产品应用，现大量推出全系 列的无线充电供电芯片，用此芯片设计的电路接收最大可输出800mA以上电流 ,通常 5mm距离持续输出 5V500mA,仅有低微温升 ,小电流工作可达 300mm 距离 ,全面满足市面上小电子产品的充电价格合理低廉 ,有专用的大量实用 PCB,可长期大量提供全套电子器件以方便初次使用此芯片能够一次成功 ,选用芯质量性能稳定 ,装上器件便能工作 ,不用调试 ,工作电压宽 ,可工作在 3~15V。 为了使得发射端和接受端两谐振体能在稳定设定频率下产生谐振并传输功率，驱动源必须有频率可调和功率放大功能，且在高频率下能有较好的输出波形。 在输入波形上 ，我们能选用 TTL 波，因为其在相同的时间内携带的能量较三角波和正弦波都高。 信号源直接采用信号发生器，它能稳定产生可调的最高至 3MHz 的TTL 波。 因此，在功率放大电路中，我们选用 IXDD409(图 22)做为功率放大芯片。 它的上升时间仅为 8~15ns，输出电压 ~25V，持续最大输出电流为 2A，电流峰值可支持 9A。 通过实验测试，其在 500KHz~ 都能稳定的输出较好的TTL 波形。 在无线发射端的管理 芯片选为 :XKT408A、 B、 C（ A 为大电流型， B为微功耗型， C 为低压型）本文选用的 A 型。 图 22 IXDD409 XKT408(图 23)系列集成电路：采用 CMOS 制程工艺，具有精度高、稳定性能好等特点，其专门用于无线感应智能充电、供电管理系统中，可靠性能高。 华南理工大学毕业设计（论文） 6 XKT408 负责处理该系统中的无线电能传输功能，采用电磁能量转换原理并配合接收部分做能量转换及电路的实时监控；负责各种电池的快速充电智能控制，XKT408 只需配合极少的外部元件就可以做成高可靠的无线快速充电器、无线电源供电器。 图 23 XKT408芯片  特点： * 自动频率锁定 * 自动检测负 载 * 自动功率控制 * 高速能量输出传送 * 高效电磁能量转换 * 高密度能量输出 * 智能检测系统，免调试 * 工作电压： DC 3V~15V * 高度集成化，仅几个普通外围元件 * 经过严格测试及批量生产，性能稳定  应用范围： 军用产品、医疗产品、安防产品、防水产品、玩具产品、成人用品、数码产品、 MP MP手机、手持家用电器等的电池无线充电、无线供电。 华南理工大学毕业设计（论文） 7 图 24 发射端原理图 XTK408A 有与 4946 搭配，输出大电流，最高可达 800mA。 C3 为输出滤波电容 ，保障输出电磁波频率在 1M 左右。 L1 为直径 45mm 扁型线圈，大小感值为 35uh。 可在 1590m ㎡面积辐射范围内，匹配 10%15%即可保障有效电能传输。 接收端 将交流量转化为直流量主要包括整流、滤波和稳压三个环节。 本文选择的是吴 XTK408A配套使用的 T3168芯片 (图 24)。 通过实验，相匹配的扁型直径 50mm线圈，电感量为 35uh。 C C2 滤掉掉高频波 ， D1 取 0176。 ~180176。 波形。 R1/R3 比值决定输出电压值为 5V。 R2/R4 作为智能反馈，来调节输出电压的稳定性。 图 25 接收端原理图 本文采用了一种印制板无芯圆形电感线圈传输电能的方法，通过芯泰科专用无线供电方案验证了其可用于电磁感应式无线充电系统中。 在研究过程中也发现，印制板电感线圈的等效串电阻较大，无线传输中存在因功率损耗而产生发热以及能量传输效率低的问题，同时对于发送与接收线圈之间的更复杂的角度失配，以及发送与接收最佳频率的选择等问题还有待于进一步的 研究。 在实际使用过程中虽然依然有着各种各样的不足，比如成本高、充电效率低、充电时基本需华南理工大学毕业设计（论文） 8 要紧挨充电底座等，但是不容否认的是，无线充电技术正在移动设备领域加速普及。 对于一 种面向未来的技术，我们不能仅从负面的角度来看问题。 如果换一种角度，我们也许可以看到无线充电技术的庞大活力。 太阳能电池板 进入新的世纪，随着城市化进程的加快和人口的快速增长，能源和环境问题的日益突出。 作为清洁能源的太阳能越来越受到重视。 加上不可再生的化石燃料如煤、石油和天然气等的加速开采，能源危机越来越严重，制约了当今世界的发展。 据统计，按照目前已经探明的化石能源储量及开采速度计算，最常用的不可再生能源将在本世纪消耗殆尽。 此外，化石燃料在使用时所排放的二氧化碳会导致全球气候变暖，这也将成为人类未来生 存和发展的巨大挑战。 为此，人类开始努力寻求开发新的可替代能源，为人类社会未来可持续的发展提供新的动力。 为此，人类开始努力寻求开发新的可替代能源，为人类社会未来可持续的发展提供新的动力。 在目前已知的如太阳能、风能、潮汐能、生物质能、地热能等这些替代能源中太阳能因其清洁安全并且取之不尽，被认为是最理想的可再生能源之一。 太阳能发电具有很好的发展前景，既环保又节能，而且取之不尽用之不竭。 太阳能发电具有很好的发展前景，既环保又节能，而且取之不尽用之不竭。 迄今为止，太阳能主要被应用在两个重要领域，一个是光能利用，另一 个就是光伏发电。 太阳能作为几大可再生能源之一，具备很多的优点：太阳能在开发和利用过程当中具有清洁没有污染的特性，这是其它任何能源无法与之相比的、太阳光照射的区域广泛，无论是平原，山区或是海洋都不受任何影响，不受地域限制、太阳能辐射量大，能源充足、太阳能具有长久性。 近年来，太阳能光伏发电的研究和应用有了突飞猛进的增长，成为新能源的研究热点之一。 目前制约太阳能光伏发电系统进一步发展的主要因素有高昂的制作成本和较低的转换效率。 DC/DC 变换器 在前两节中已经对三种不同的 DC/DC 变换器的原 理功能进行详细的分析比较，本论文所研究的家用太阳能光伏发电系统中适合使用 Boost 变换器。 因为据分析得知在光伏发电系统中，光伏电池板转化的电能一般情况下是比较低的，需要做升压处理的，而且 Boost 变换器的电路相对于 BuckBoost 电路要简单，转换效率也是比较高的，操作起来比较容易，而 Buck 变换器主要是进行降压的，这不能满足光伏电池板升压的要求。 本论文所研究的家用太阳能光伏发电系统是处于室外的，而室外环境是不能认为控制的，而环境温度光照等都会对光伏电池板产生影响，受到外界影响时电压会变低，如果使用 Buck 变换器将无法华南理工大学毕业设计（论文） 9 正常工作。 除此之外， BuckBoost 变换器虽然既能够升压又能够降压，其效率也非常高，但是其控制过程要复杂很多，这就加大了系统的难度，应用比较麻烦。 所以本论文中采用 XL6009 BOOST DEMO BOARD MANUAL 升压电路 变换器。 图 26 XL6009功能方框 图 27 XL6009的引脚配置 表 21 XL6009的引脚说明 硬件方案 华南理工大学毕业设计（论文） 10 XL6009 是一颗升压型 DC/DC 转换器 ,输入电压范围 ,内置 N 沟道的 MOSFET,试用于本实验的太阳能电池板 ,最低电压输出 2V。 那么 XL6009 的开关电流最大是 4A，开关频率是 400Khz，内置 OCP、 OTP 等保护电路，工作温度 40℃ +125℃ ，内置软启动功能，效率可达 90%；主要应用于 PDA 供电、便携式设备太阳能、车载适配器等领域。 如图 27,对各个管脚说明。 本实验所应用的太阳能电池板为 2V5V，适用于 XL6009 的智能调压输出。 原理图为图 28： 图 28 升压原理图 太阳能电池板工作流程图 在实际使用过程中，由于光线的强弱，紫 外线大小等问题，太阳能电池板不会总是为我们提供电能。 虽然对电压和门槛电压都做了优化，不可避免的是冷光源下以及低光照强度是本太阳能电池板的地区。 下面的流程图（图 29）示意出实际使用过程阈值对能否充电的影响。 华南理工大学毕业设计（论文） 11 光 照 强 度 大 于 X开 始电 池 是 否 饱 和。 太 阳 能 充 电结 束N OY E S 图 29 充电流程图 太阳能转化电路仿真及实物 图 210 电池板仿真图 图 211 示波器测纹波 华南理工大学毕业设计（论文） 12 图 212 电池板转化概率图 太阳能在正常室内光线下可 以提供电能， 但是太阳能电池板的光电转换率低，不能完全的满足人们的用电需求，阻碍了太阳能技术的推广。 而本文针对太阳能电池板的特性提出了采用灵活性的方法来提高太阳能电池板的光电转换率。 实际使用中本文由图 29 仿真效果，推算出图 212 的实际功率图。 太阳能追光系统它具有轻巧、廉价、高效、便于使用的特性。 较强的机械性能可直接用于移动电源外壳。 用于多种场合给移动电源充电。 关于太阳能利用的研究近几年来已经成为炙手可热的话题 而提高光电转换率一直是人们重点研究的对象，采用先进的智能跟踪系统将会掀起太阳能电池在各个领域应 用的高潮，市场前景广阔。 锂电池充放电管理 随着各种智能手机、平板电脑的普及，让越来越多的人已经开始发现各种数码产品，尤其是以手机为主的设备自身的电力已经无法满足我们在日常使用中对续航时间的需要。 而移动电源的出现可以说在一定程度上解决了各种数码产品自身电量不够用的情况。 那么没有接触过移动电源的消费者来说，到底什么是移动电源呢。 简单的来说，我们可以把移动电源看成一块同时具备充、放电功能的大容量电池。 充电是指可以像普通手机电池那样，在电量不足的时候进行充电操作。 而放电，则是可以为各种不同的数码设备 提供电力的能力，目前市面上绝大多数移动电源的输出接口电压为 5V，接口类型为标准的 USB 接口。 华南理工大学毕业设计（论文） 13 图 213 充放电示意图 移动电源是由电芯（锂离子或锂聚合物电池）、具有升压（或降压）以及稳压电路、外壳等三大部分组合而成 (如图 214)。 其中一些移动电源内部电芯或者电路板上还配有过流、过充、过温等功能的保护电路。 移动电源内部的电芯就好比是汽车的油箱和传动系统，负责为整个移动电源提供源源不断的动力。 而移动电源的电路板则可以看成是控制系统，主要用来负责动力的分配及转换。 将锂电芯所提供的 （或者更高）电压转换成标准的 5V（或者更高）电压，来为被充电设备提供电力。 对于内部电芯来说，目前市面上所售的多数移动电源都是使用圆柱形（通常为 18650 电池，图 215）的锂离子电池或者块状的锂聚合物电池。 由于锂聚合物电池可以设计成任何形状及厚度，所以在移动电源的整体外观上，使用锂聚合物电芯的产品体积普遍要薄于使用圆柱形电芯的产品。 图 214 电路板 图 215 锂电池 在对移动电源结构以及内部组成部分进行一定的了解之后，移动电源上使用的各种接口。 既然是具有可以充、放电功能的产品，那么输入和输出接口则是比不可少的。 可以将移动电源的各种接口看成能量传输之间的桥梁，负责将移动电源内部的电能输送到被充电设备，或者反过来为移动电源本身进行充电。 电路板是图 214 这样的。 硬件 华南理工大学毕业设计（论文） 14 本设计硬件框图结构如图 216 所示，电源箱有太阳光和常规市电两路能量来源。 当蓄电池馈电时，在阳光充足的情况下首先利用太阳能充电，其次通过220V 电源给蓄电池充电。 两种输入方式相结合，方便而且环保。 将两种输入能量通过滤波稳压电路，然后给蓄电池进行充电。 其中的过充过放保护电 路主要是利用继电器电路模块检测蓄电池的电量；当过充的时候断开充电主回路；当蓄电池电压降到一定范围的时候接通充电回路；当检测到过放的时候断开用电器电路，防止过充过放，起到对蓄电保护的作用，整个电路都是由蓄电池供电。 该系统有多路输出端口，既可供 LED 照明和为手机、 MP收音机等多种数码产品充电还可输出 220V 交流电压供小功率家用电器工作。 本设计所有电路均基于Multisim 仿真软件的应用。 图 215 为市电充电模块电路当电源接通后红色指示灯 LED1 点亮，否则熄灭。 此电路通过变压器和电桥电路将 220V市电转为 直流电压，再经过 RC 振荡电路进行滤波稳压后送入 LM7815 三端稳压模块，输出稳定的直流 15V电压，然后通过过冲保护电路给蓄电池充电。 图 216 电池输入输出示意图 图 217 市电转化模块 本设计所有电路均基于 Multisim 仿真软件的应用。 图 217。