电子信息工程毕业设计-一种无线充电电源.doc

本科学生毕业论文（设计）题目(中 文):一种无线充电电源(英 文):A kind of wireless charging power supply姓 名学 号院 （系）专业、年级指导教师2014年 4 月 8 日XVI湖南科技学院本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业论文（设计）作者签名： 二一四 年 4月 8日XVI 毕业论文（设计）任务书课题名称：一种无线充电电源学生姓名：系 别：专 业：指导教师： 2013年 11月30日湖南科技学院本科毕业论文（设计）任务书1、主题词、关键词： 无线充电、电磁感应、开关电源、充电效率2、毕业论文（设计）内容要求：（1） 探讨无线充电技术研究的意义（2） 概述无线充电技术理论（3） 无线充电电源发射模块设计研究（4） 无线充电电源接收模块设计研究（5） 无线充电电源效率测试及实验（6） 测试结果分析与无线充电技术展望 3、文献查阅指引：1 陈坚,陈辉明,董文辉. 一种新颖的无接触充电电路J. 电源技术应用. 2005 2 肖志坚,韩震宇,李绍卓. 关于便携式电子设备新型无线充电系统的研究J. 自动化技术与应用. 2007 3 谭林林,黄学良,黄辉,邹玉炜,李慧. 基于频率控制的磁耦合共振式无线电力传输系统传效率优先控制J. 中国科学:技术科学. 20114 周志敏,周纪海,纪爱华编著. 充电器电路设计与应用M. 人民邮电出版社. 2005 5 刘志宇,都东,齐国光. 感应充电技术的发展与应用J. 电力电子技术. 2004 6 牛中奇等编著. 电磁场理论基础M. 电子工业出版社 20017 Bhag Singh Guru,Huseyin R Hiziroglu.Electromagnetic Field and Electromagnetic WaveJ.20008 Qi System Desription of Wireless Power Transfer,Volume I:Low Power,Version1.0J. 2010 9 潘力. 一种锂电池无线充电模块的设计D. 电子科技大学2013 10 孟庆奎. 手机无线充电技术的研究D. 北京邮电大学 2012 4、毕业论文（设计）进度安排：第一阶段：2013年12月19日2013年12月25日，根据自身兴趣特长进行选题；制定计划、查阅相关资料、拟订提纲的基础上进行开题报告；第二阶段：2014年2月15日2014年2月25日，设计硬件电路；第三阶段：2014年3月15日2014年4月30日，完成实物设计，写出论文初稿；第四阶段：2014年5月 8 日2014年5月16日，定稿并打印出合格的毕业论文；第五阶段：2014年5月17日2014年5月18日，完成论文答辩。教研室意见： 负责人签名： 注：本任务书一式三份，由指导教师填写，经教研室审批后一份下达给学生，一份交指导教师，一份留系里存档。湖南科技学院本科毕业论文（设计）开题报告书论文（设计）题目一种无线充电电源作 者 姓 名所属系、专业、年级 电子工程系 电子信息工程专业 2010年级指导教师姓名、职称 副教授预计字数10000开题日期2013.12.19选题的根据：1）说明本选题的理论、实际意义2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解 在科学技术高速发展的今天，以前有很多不可想象的事情也即将成为现实。令人不可思议的无线充电电源便是其中的一例。早在19世纪，物理学家兼电气工程 Nikola Tesla就已经做了无线输电试验，但是，种种原因，这一伟大的科学设想终究没有取得实质性的成果。香港城市大学的许树源教授早在几年前就曾经成功研制出一种“无线电池充电平台”，可将数个电子产品放在一个充电平台上，透过低频电磁场充电。这种无线电池充电平台利用的就是变压器原理变化的磁场中闭合的金属线圈会产生电流。而英国SplashPower公司2005年初上市的无线充电器Splash pads，就是变压器原理商业化的无线充电产品。但是，这种技术虽说无线，但是实质上并没有给用户带来真正意义上的无线充电感受，充电的设备必需放在感应板上。而随后一家名为Powercast的公司推出了一种适合中短距离使用的无线充电装置。Powercast公司的射频充电器不需要充电垫子，电子设备搁置在距离发送器约1m范围内的任何地方都可以充电。但是这一技术在传输功率和距离上都还有很大的限制，可终究给这一领域带来了曙光。基于这一构想的无线充电电源仍然还只是个开始，离走近千家万户的日常生活、给人们带来方便还有一段距离。因此，这一吸引人的技术还有待人们进一步去开拓。 无线充电目前还是一种比较前沿的新兴技术，在有线线路纵横交错的今天，人们试图节省更多的空间以享受更加人性化的电子时代生活。而无线充电技术正是向着人们的这一愿望发展的。一旦无线充电系统建成，人们将省去很多的麻烦，不再为便携式设备的充电问题而担忧，届时人们不再需要繁多的电源插孔，一间房子内，只要一个无线充电发射器，其他的所有设备，手机，笔记本电脑，台灯，MP3等等，都不再需要单独的充电器，而且在一定范围内不受位置的影响，这将给人们带来很大程度的方便与非凡感受。主要内容：绪论1 无线充电简介2 总体设计方案3 系统模块设计 4 测试分析 5 结论与展望研究方法： 无线充电技术本身极具吸引力，项目通过查阅相关书籍以及网络资源深入了解无线充电的基本原理、发展现状以及该技术现在还存在的主要问题。本文从无线充电的基本原理出发，现阶段无线充电的发展情况，统合分析现阶段无线充电的技术特点，比较分析不同实现的优缺点，进一步提出自己对这些问题的尝试性解决方案。完成期限和采取的主要措施：完成期限：第一阶段：2013年12月19日2013年12月25日，根据自身兴趣特长进行选题；制定计划、查阅相关资料、拟订提纲的基础上进行开题报告；第二阶段：2014年2月15日2014年2月25日，设计硬件电路；第三阶段：2014年3月15日2014年4月30日，完成实物设计，写出论文初稿；第四阶段：2014年5月 8 日2014年5月16日，定稿并打印出合格的毕业论文；第五阶段：2014年5月17日2014年5月18日，完成论文答辩。采取的主要措施：1、密切联系毕业论文指导老师，虚心采纳意见和建议，保证论文设计按时顺利完成。 2、认真阅读参考资料，结合自身所学的专业知识，积极思考，提出设计改进意见，力主创新。主要参考资料：1 陈坚,陈辉明,董文辉. 一种新颖的无接触充电电路J. 电源技术应用. 2005 2 肖志坚,韩震宇,李绍卓. 关于便携式电子设备新型无线充电系统的研究J. 自动化技术与应用. 2007 3 谭林林,黄学良,黄辉,邹玉炜,李慧. 基于频率控制的磁耦合共振式无线电力传输系统传效率优先控制J. 中国科学:技术科学. 20114 周志敏,周纪海,纪爱华编著. 充电器电路设计与应用M. 人民邮电出版社. 2005 5 刘志宇,都东,齐国光. 感应充电技术的发展与应用J. 电力电子技术. 2004 6 牛中奇等编著. 电磁场理论基础M. 电子工业出版社 20017 Bhag Singh Guru,Huseyin R Hiziroglu.Electromagnetic Field and Electromagnetic WaveJ.20008 Qi System Desription of Wireless Power Transfer,Volume I:Low Power,Version1.0J. 2010 9 潘力. 一种锂电池无线充电模块的设计D. 电子科技大学2013 10 孟庆奎. 手机无线充电技术的研究D. 北京邮电大学 2012 指导教师意见： 指导教师签名： 教研室意见：签 名： 年 月 日开 题 报 告 会 纪 要时间 2013月12月19日地点3教603与会人员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）教授副教授讲师助教助教会议记录摘要：一、 无线充电技术的研究意义？ 为了解决不同便携式电子设备有线充电器不匹配而造成的不方便，浪费和环境污染问题，本论文着手设计了一款无线充电器。二、 做了哪些前期工作？ 查阅相关书籍以及网络资源深入了解无线充电的基本原理、发展现状以及该技术现在还存在的主要问题。三、 项目规划进程？第一阶段：2013年12月19日2013年12月25日，根据自身兴趣特长进行选题；制定计划、查阅相关资料；第二阶段：2014年2月15日2014年2月25日，设计硬件电路；第三阶段：2014年3月15日2014年4月30日，完成实物设计。会议主持人：记 录 人：年 月 日指导小组意见负责人签名： 年 月 日系部 意 见负责人签名：年月日注：此表由学生本人填写，一式三份，一份留系里存档，指导老师和本人各保存一份湖南科技学院毕业论文（设计）中期检查表毕业论文（设计）题 目一种无线充电电源学生姓名学 号系 别电子工程系专 业电子信息工程指导教师检查日期2014.4.10指导教师检查情况记载及修改意见： 已完成工作：1、无线充电原理分析；2、无线充电总体框图设计；3、无线充电电路图设计；4、测试与分析。 下一步的工作：1、 文章结构存在问题；2、 绪论和结论叙述不规范；3、 无线充电效率分析不够完善；4、 继续论文的写作，不断完善。签名： 注：此表用于指导教师在学生毕业论文（设计）初稿完成后对学生执行任务书情况进行中期检查时用，由指导教师填写。湖南科技学院毕业设计（论文）指导过程记录表毕业论文(设计)题目一种无线充电电源学生姓名学号专业班级电信1003班指导教师职称副教授系（教研室）电子工程系（电子科学与技术教研室）指导过程记录指导内容记录(一)了解无线充电的设计流程，收集相关资料以及资料的整理，为论文设计做准备学 生 签 名： 2013年12月 20 日 指导教师签名： 2013年12月 20 日指导内容记录(二)分析无线充电的设计方案，提出设计方案的总体方框图学 生 签 名： 2014年3月 10 日 指导教师签名： 2014年3月 10 日指导内容记录（三)无线充电与有线充电的对比，探讨出无线充电技术研究的必要性学 生 签 名： 2014年3月 15日 指导教师签名： 2014年3月 15 日指导内容记录(四)无线充电技术分类对比，选择一种最优的无线充电技术学 生 签 名： 2014年4月 2日 指导教师签名： 2014年4月 2日指导过程记录指导内容记录(五)无线充电功率传输过程学 生 签 名： 2014年4月10日 指导教师签名： 2014年4月 10日指导内容记录(六)发射端与接收段的通信方式学 生 签 名： 2014年4月 25日 指导教师签名： 2014年4月 25日指导内容记录(七)无线充电效率分析学 生 签 名： 2014年4月 28日 指导教师签名： 2014年4月 28日指导内容记录(八)论文初步定稿学 生 签 名： 2014年4月 30日 指导教师签名： 2014年4月30日答辩小组组长意见(对情况是否属实做出意见)组长(签名)： 200 年 月 日注：本表与毕业论文一起装订存档。湖南科技学院本科毕业论文（设计）评审表论文题目一种无线充电电源作者姓名所属系、专业、年级电子工程 系 电子信息工程 专业 2010年级指导教师姓名、职称 副教授字 数10000定稿日期2014.5.3中文摘要无线充电技术是通过电磁感应进行电力传输，将无线电能传输技术与锂电池管理技术相结合，实现移动便携电子设备的无线充电。在发射端，利用开关电源技术实现高效率ACDC变换为发射系统提供电能，利用bq500410A位置自由数字无线电源控制芯片与电压/电流检测模块对无线电能传输进行控制管理，使用三个线圈发射阵列的扩展实现位置自由。在接收端，利用bq5105x无线电源接收器来实现高效ACDC电能转换，对便携电子设备应用的锂电池进行充电控制。该技术能够实现在指定区域内的无线充电，从而省去电源线和插座的一种新型电源，并且符合Qi标准(全球首个无线充电标准)解决了不同类型便携电子设备的兼容性问题。关键词无线充电，电磁感应，开关电源，充电效率英文摘要The wireless charging technology completing the electricity transmission aims at achieving the wireless charging for the mobile portable electronics devices by combining the technology of the wireless power transmission and the lithium cell.On the transmitting terminal, it achieves the electricity supply for the transmission system via actualizing the high-efficiency convert of the AC-DC using the technology of the power switch. It achieves the administration of the wireless electricity transmission through utilizing bq500410A position-free digital wireless power-control chips and the module of the voltage/current detection and actualizes the position free by using the spread of the transmission array of three coils. On the receiving terminal, the power convert and the power charging for the backup lithium cells of the portable electronic devices is realized by utilizing the bq5105x wireless power receiver to actualize the AC-DC power convert.The technology is able to realize the wireless charging in the appointed area when there is no electrical source and sockets and solve the compatibility problems of the different portable electronics, for it is accordance with the Qi standard (the first standard of the wireless charging all over the world ).关键词wireless charging，electromagnetic induction，switch power, charging efficiency 指导教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分指导教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 指导教师评审意见： 指导教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。评阅教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分评阅教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 评阅教师评审意见： 评阅教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。湖南科技学院本科毕业论文（设计）答辩记录表论文题目一种无线充电电源作者姓名所属系、专业、年级电子工程系 电子信息工程专业 2010年级指导教师姓名、职称 副教授答 辩 会 纪 要时间2014年5月18日地点3教603答辩小组成员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）李春树教授副教授廖朝阳讲师唐锟助教陈光辉 助教答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录：一、 给手机充电的波形是什么波？ 手机端接收的波形是正弦波，先通过同步整流，再电压调节后给手机直流充电。充电过程的不同阶段电流的大小不同。二、无线充电电源是否有辐射？ 以目前的技术来看无线充电电源辐射问题已经解决得差不多了，不会对人体造成伤害。三、无线充电技术还有哪些不足之处？ 无线充电最大的不足之处在于它的充电时间和充电效率，这两个方面是无线充电技术应该改进的地方。会议主持人：记 录 人：年 月 日答辩小组意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年 月 日系学位委员会意见评语：论文（设计）最终评定等级：负责人（签名）： 系部（公章） 年月 日校学位委员会意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年月 日N目 录绪论11 无线充电技术简介21.1 无线充电原理21.2 无线充电技术分类和对比3 1.2.1 无线充电技术分类3 1.2.2 无线充电技术对比51.3 无线充电与有线充电技术对比52 总体方案设计62.1 系统方案框图62.2 控制流程7 2.2.1 功率传输控制流程7 2.2.2 功率传输停止流程83 系统模块电路设计93.1 发射端设计93.1.1 发射端原理框图93.1.2 控制器与控制电路103.1.3 电源部分电路113.1.4 监控电路123.1.5 发射电路133.2 接收端设计143.2.1 接收端原理框图143.2.2 控制器与接收端电路153.2.3 接收端通信电路163.2.4 接收端金属物检测17 4 测试分析194.1 充电效率194.1.1 影响充电效率的因素194.1.2 实际线圈的选取214.2 测试结果与分析245结论与展望26参考文献27致 谢28插图索引图 1 感应电动势示意图3图 2 电磁感应方式实现电能传输示意图4图 3 电波辐射传输系统组成方框图4图 4 系统方框图6图 5 功率传输控制电路图7图 6 功率传输停止流程图8图 7 充电端原理图9图 8 充电器端控制芯片框图10图 9 控制单元图11图 10 充电器端ACDC电路图12图 11 充电器端DCDC电路图12图 12低功耗监控电路图13图 13电流检测电路图13图 14 发射电路图14图 15接收端原理框图14图 16 接收端控制芯片内部框图15图 17 接收端电路图16图 18 接收端通信方式图16图 19 充电前金属物检测流程图17图 20 充电中金属物检测流程图18图 21 金属物检测原理图18图 22 接发线圈电磁传输示意图19图 23 在Q值为100时发射线圈与接收线圈之间的距离与发射线圈直径的比值之比和传输效率之间的关系图20图 24 线圈相对位置关系和间距与耦合度之间的关系图21图 25 初次级线圈距离和耦合系数关系图22图 26 初次级线圈距离和传输损耗关系图23图 27 初次级线圈距离和接收损耗关系图23图 28 初次级线圈距离和效率关系图23图 29 无线充电器充电效率图24图 30 无线充电器充电时间图24一种无线充电电源摘 要无线充电技术是通过电磁感应进行电力传输，将无线电能传输技术与锂电池管理技术相结合，实现移动便携电子设备的无线充电。在发射端，利用开关电源技术实现高效率ACDC变换为发射系统提供电能，利用bq500410A位置自由数字无线电源控制芯片与电压/电流检测模块对无线电能传输进行控制管理，使用三个线圈发射阵列的扩展实现位置自由。在接收端，利用bq5105x无线电源接收器来实现高效ACDC电能转换，对便携电子设备应用的锂电池进行充电控制。该技术能够实现在指定区域内的无线充电，从而省去电源线和插座的一种新型电源，并且符合Qi标准(全球首个无线充电标准)解决了不同类型便携电子设备的兼容性问题。 【关键词】：无线充电 电磁感应 开关电源 充电效率A kind of wireless charging power supplyAbstract The wireless charging technology completing the electricity transmission aims at achieving the wireless charging for the mobile portable electronics devices by combining the technology of the wireless power transmission and the lithium cell.On the transmitting terminal, it achieves the electricity supply for the transmission system via actualizing the high-efficiency convert of the AC-DC using the technology of the power switch. It achieves the administration of the wireless electricity transmission through utilizing bq500410A position-free digital wireless power-control chips and the module of the voltage/current detection and actualizes the position free by using the spread of the transmission array of three coils. On the receiving terminal, the power convert and the power charging for the backup lithium cells of the portable electronic devices is realized by utilizing the bq5105x wireless power receiver to actualize the AC-DC power convert.The technology is able to realize the wireless charging in the appointed area when there is no electrical source and sockets and solve the compatibility problems of the different portable electronics, for it is accordance with the Qi standard (the first standard of the wireless charging all over the world ).【Keywords】:wireless charging electromagnetic induction switch power charging efficiency VI绪论 随着电子信息产业的蓬勃发展促使着各种各样的便携式电子产品如手机、平板电脑、随身听、数码相机等越来越多的出现。每一个便携电子设备都需要配一个充电器，每换一次电子产品，旧的充电器也就基本被废弃，这即造成了很大的浪费，也对环境也照成更严重的负担，其主要原因是不同电子产品的充电器不兼容。根据调查，许多消费者对于各种繁杂的电源线，数据线等电子产品配件的不通用感到十分苦恼，人们需要随时随地都能使用的方便的充电装置。 在科学技术高速发展的今天，以前有很多不可想象的事情也即将成为现实。令人不可思议的无线充电电源便是其中的一例。早在19世纪，物理学家兼电气工程 Nikola Tesla就已经做了无线输电试验，但是，种种原因，这一伟大的科学设想终究没有取得实质性的成果。香港城市大学的许树源教授早在几年前就曾经成功研制出一种“无线电池充电平台”，可将数个电子产品放在一个充电平台上，透过低频电磁场充电，这种无线电池充电平台利用的就是变压器原理变化的磁场中闭合的金属线圈会产生电流，而英国SplashPower公司2005年初上市的无线充电器Splash pads，就是变压器原理商业化的无线充电产品1。但是，这种技术虽说无线，但是实质上并没有给用户带来真正意义上的无线充电感受，充电的设备必需放在感应板上。而随后一家名为Powercast的公司推出了一种适合中短距离使用的无线充电装置，Powercast公司的射频充电器不需要充电垫子2，电子设备搁置在距离发送器约1m范围内的任何地方都可以充电，但是这一技术在传输功率和距离上都还有很大的限制，可终究给这一领域带来了曙光。基于这一构想的无线充电电源仍然还只是个开始，离走近千家万户的日常生活、给人们带来方便还有一段距离。因此，这一吸引人的技术还有待人们进一步去开拓。无线充电目前还是一种比较先进的科学技术，在有线电路纵横交错的今天，人们不断进行实验，试图节省更多的空间以享受更加人性化的电子生活时代。而无线充电技术正是向着人们的这一愿望发展的。一旦无线充电系统建成，人们将省去很多的麻烦，不再为便携式设备的充电问题而担忧，届时人们不再