太阳能手机充电器的设计与制造毕业设计论文(编辑修改稿)

太阳能手机充电器的设计与制造毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

制线路板。 英文名称是 Printed Circuit Board（也有称 Printed Wiring Board），缩写是 PCB（ PWB）。 印制电路板是电子工业的重要部件之一。 几乎每种电子设备，小到电子手表、计算器，大到计算机、通信电子设备、军用武器系统，只要有集成电路等电子元器件，为了电器互联，都要使用印制电路板。 印制电路板的设计和制造质量直接影响到整个产品的质量和成本，甚至影响到商业竞争的成败。 焦作大学机电工程学院毕业设计（论文） 1 引言 4 印制电路板的基板一般是由绝缘、隔热并 且不容易弯曲的材料 所制作而成。 在表面可以看到的细小线路材料就是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部分铜箔被蚀刻掉，留下来的铜箔就变成网格状的细小线路。 这些 线路被做成导线（ Conductor Pattern），用来提供印制电路板上元器件的电路连接。 为了将元器件固定在印制电路板上面，可将管脚直接焊在焊盘 上。 焊盘用于固定元器件引脚或引出连线等，焊盘有圆形、矩形等多种形状。 在最基本的印制电路板（单面板）上，元器件都集中在其中的一面，导线则集中在另一面。 这么一来就需要在板子上打孔，这样管脚才能穿过 板子 到另一面，所以元器件是焊在另一面上的。 因此，印制电路板正反面分别被称为元器件面（ Component side）与焊接面（ Solder Side）。 电子元器件的发展促进 了印制电路的形成与发展。 印制电路的批量生产和大量使用是由于电子工业发展到了晶体管时代，这期间主要是单面印制电路板。 当发展到集成电路时代后，就出现了双面和多层板。 随着半导体元器件集成度的逐渐提高，引线数增多以及 SMT 的冲击，在一块印制电路板上容纳的元器件越来越多，因此要求印制电路板布线需要高密度化。 在电性能方面，为了使传输的延迟时间最短，要限制布线长度。 为降低杂音、抗电磁干扰及散热等要提高设计水平。 在制造工艺方面，从设计、各种原材料、设备到工艺和产品检查技术都有了长足进步。 对于专业的印制板厂，目前趋向于生产上 档次产品，并向大规模和自动化方向发展。 即依靠科技进步和技术改造，进行工艺、设备的更新和自动化来大量生产表面安装印制板，参与市场竞争和获取更大利润。 在电子整机设备中由于采用了印制电路板，避免了人工接线的差错，实现了自动插装、焊接、和检测。 从而保证了电子整机产品质量的可靠性，还提高了劳动生产效率，降低了生产成本，方便了维修。 焦作大学机电工程学院毕业设计（论文） 2 无线 充电电路 5 2 无线充电电路 无线充电的原理 无线电力传输的原理并不复杂，从原理上，电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播，要产生电磁波首先要有电磁振 荡，电磁波的频率越高其空间辐射能量强度就越大，电磁振荡的频率至少要高于 100kHz，才有足够的电磁辐射。 接着利用功率放大电路提高其振幅以获得更大的能量，通过发射和接收线圈的耦合、对接收的电能进行整流滤波，这样就可以进行电能的无线传输了。 无线充电系统一般由电源电路，高频振荡电路，高频功率放大电路，发射、接收线圈和高频整流滤波电路 5 部分组成。 电路设计前的分析 无线充电系统的电源部分可以用次级为 12V的 50Hz交流电源变压器结合普通的整流滤波二极管组成的整流滤波电路组成。 而这部分电路完全可以用太阳能充电 电路代替。 高频振荡电路的核心是振荡器，我们可以使用 2M 的石英晶体来产生振荡，也可以用比较简单的 300kHz 的振荡电路来产生振荡。 放大电路的作用是将高频信号的能量提升到足以进行无线输送电能的程度。 由于放大后的振荡输出是用于能量功率，而不是信号，所以波形失真并不重要。 输出信号不但要有足够的振幅，放大电路还要简单，符合这些条件的器件和电路有许多，在这里，选用功率场效应管电路或者达林顿管两种电路比较适合。 发射接收线圈是无线充电器的重要桥梁，次级线圈接收到的交流电能信号后要转换成直流信号才能用于锂电池的充电。 发 射和接收线圈都可选用直径 左右的漆包线绕 12 匝，线圈直径约为 8mm。 也就是说如果在手机内部集成一个接收电路，就可以为用电器内的锂电池进行无线充电而无需电源线连接。 电路的设计 对于无线充电电路来说，有三部分最主要的电路：振荡电路、放大电路和无线接收电路。 这里主要讨论利用多谐振荡器和模拟达林顿管组成的无线充电电路。 焦作大学机电工程学院毕业设计（论文） 2 无线 充电电路 6 多谐振荡器产生振荡是最简单的振荡电路，构成振荡电路有多种方法，常见的有用 COMS 门电路构成的多谐振荡器，电路简单省电，但在经过实验发现振荡幅度不够，高频段更 是如此。 所以我们选用的是用晶体管组成的多谐振荡器，用晶体管作多谐振荡器有两种电路： 第一种是集电极 — 基极耦合多谐振荡器，这种多谐振荡器在低频段效果还可以，但在高频段就无法应用。 因为集电极 — 基极耦合多谐振荡器的输出上升沿差，为使输出幅度稳定，两只晶体三极管工作在饱和状态，因而使电路的最高工作频率受到限制。 第二种是发射极耦合多谐振荡器，它可以克服第一种振荡器的缺点，两只晶体三极管工作在非饱和状态，提高了三极管的开关速度，从而可以得到更高的振荡频率。 耦合电容接在发射极上，能改善输出波形。 最后我们选用的晶体管多 谐振荡器就是发射极耦合多谐振荡器，亦称射极耦合多谐振荡器。 下面 图 1 是三种多谐振荡器的电路图： RtRs Ct Rc R R RcCC+ 1 2 V (a) CMOS 门电路构成的多谐振荡器 （ b）集电极 基极耦合多谐振荡电路 R b 1 R c 1 R c 2R b 2 R e 1 R e 2CCo u t+ 1 2 V (c)发射极耦合多谐振荡器 图 1 多谐振荡器电路 功率放大电路 焦作大学机电工程学院毕业设计（论文） 2 无线 充电电路 7 由达林顿管组成的功率放大电路仅一级功放就有一定的功率输出，所以非常适合作为放大器件来用。 达林顿管内部电路比较简单，主要由两级三极管组成，极性只认前面的三极管，用法跟三极管一样，放大倍数是三极管放大倍数的乘积。 所以我 们可以用两级三极管模拟搭建，前级用中小功率管 S8050，后级用中大功率管 2SD882，由于中大功率管耗散功率要大一些，所以最好为其加上散热片。 以下 图 2 是达林顿管内部电路和模拟达林顿管的电路图： + 1 2 VL1C1505kT I P 1 3 2 + 1 2 VL1CR2R14 . 7 k150V T 1S 8 0 5 0V T 22 S D 8 8 2 (a)达林顿管电路 (b)模拟达林顿管电路 图 2 达林顿管和模拟达林顿管电路 接收电路 次级接收线圈接收的电磁波是高频电磁波，将高频交变电流整流为直流电流是不能用普通整流二极管的，将普通整流二极管用于高频电路，不但效率低下而且会迅速发热烧毁。 影响高频整流效率的主要参数是二极管的反向恢复时间（ Reverse Recovery Time）和结电容（ Junction capacitance）特别是反向恢复时间影响最大。 从电容二极管的性能来看，肖特基二极管（ Scotty Barrier Rectifiers）最显著的特点为反向恢复时间极短（小于 10ns），正向导通压降仅为 伏左右，属一种低功耗、 超高速半导体器件。 但它的反向耐压值较低，一般不超过 100 伏，因此适宜在低压、大电流情况下工作。 但我们发现应用极为广泛的硅高速开关二极管 1N4148 的反向恢复时间比肖特基二极管还短，非常适合于高频整流，其主要缺点是整流电流小。 若做成桥式整流电路，整流电流可以大于 200mA，在小电流的无线充电中绰绰有余。 所以次级接收电路可以设计成以下 的 电路： 焦作大学机电工程学院毕业设计（论文） 2 无线 充电电路 8 L21234V D 1 ~ V D 41 N 4 1 4 8 * 4C47u GB3 . 7 V1 16RA150 I50V 图 3 次级接收电路 在上面的电路中， L2 为接收线圈，四个硅二极管 1N4148 组成桥式整流电路，电容 C 作为整流电容，电源信号通过整流滤波后成为直流电源通过 RA 为锂 电池充电， RA 为限流电阻， I 为充电电流。 无线充电电路的电路图 综合以上的分析和设计，无线充电电路可以设计成如图 4 电路。 在图 4 中我们选用的晶体管发射极耦合多谐振荡器和模拟达林顿管组成无线充电电路，发射极耦合多谐振荡器用两个小功率三极管组成，按图 4 中的元器件数据，振荡频率约为 350kHz。 图 4 中的元器件中仅最后一级三极管 VT4 的耗散功率大些，其他的都是比较简单并且容易得到的元器件。 12V 的电源由太阳能充电电路提供，电源信号通过射极耦合多谐振荡电路变成高频信号再通过 C3 和 R7 组成的耦合电路之后被模 拟达林顿管功放电路放大，L1 和 L2 分别是初级和次级耦合线圈，放大后的信号通过 L1 和 L2 的耦合被无线传送到次级接收电路，高频交流信号被整流滤波后变成直流电能给 的锂电池进行充电。 焦作大学机电工程学院毕业设计（论文） 2 无线 充电电路 9 L21234V D 1 ~ V D 41 N 4 1 4 8 * 4C47uGB3 . 7 V1 16RA150 I2V T 42 S D 8 8 2V T 3S 8 0 5 0116R 9 A150116R 8 A4 . 7 KL1C40 . 0 1 u+ 1 2 V I1116R 5 A3 . 3 K116R 3 A3 . 3 K116R 1 A47K116R 6 A680116R 4 A680116R 2 A3 . 3 KC14 7 0 u 3 5 V C3 1uV T 2S 8 0 5 0V T 1S 8 0 5 0C2470p50V射极耦合多谐振荡器 模达林顿管功放1 16R 7 A1MS 8 0 5 0E B C2 S D 8 8 21 2 3B C E 图 4 无线充电电路 焦作大学机电工程学院毕业设计（论文） 3 太阳能充电电路 10 3 太阳能充电电路 太阳能充电的原理 太阳能充电电路由太阳能电池、充电电路、蓄电池或可充电电池三部分组成。 简单地说，太阳能发电的原理主要是由太阳能电池板接收太阳光，在太阳能电池板的基板上发生光电效应，从而将光能转换成电能；然后将电能通。