开发研究
智能无线充电器的设计探讨
高学群
(常州刘国钧高等职业技术学校，江苏常州213000)
摘要:设计了一款用于小功率电子设备的无线充电器，该充电器由发送控制器、接收控制器和充电监测3个部分所组成。整个项目基于电磁耦合方式设计，由能量发送线圈产生磁场，接收线圈感应到电动势之后由接收控制器处理，实现设备的无线充电。发送控制电路由高频大功率供电芯片XKT-412和供电传输芯片T5336为主要器件构成。接收控制器主要由电磁耦合接收电路和供电电路组成，输出稳定的电压和电流。整个项目设计了以STM32单片机为核心的实时充电监测模块，并能在OLED液晶显示屏实时显示充电压，充电电流和功率。
关键词:无线充电；电磁耦合;充电监测；单片机
1硬件设计
1.1发送电路
无线充电器的发送电路采用XKT-412芯片和T5336芯片搭建，采用此搭配可以稳定地提供发射频率。T5336是芯科泰最新开发的廉价优质高频大功率输出集成电路，配合XKT-412芯片工作，体积小,输出功率大,芯片采用最先进的宽电压自适应技术芯片设计工艺，同样的发射电路可以适用于任意电压范围内,可以不改变任何器件，使用极为方便,电路极为简单O T5336芯片的功能弓I脚如图1所示。
图1T5336芯片
LC振荡电路在振荡过程中由于线圈的内阻不能忽略且在能量传输过程的能量损耗导致电路中振荡电流肯定会大幅衰减,这时通过控制T5336的7、8号输出口电压，调整LC振荡电路两端的电压，用以补偿电路中阻抗和能量传输损耗的电压,使发射线圈所发射的电磁波能维持在稳定状态。
1.2接收电路
无线充电器的发送部分制作好之后就是无线接收器的设计，接收器的好坏直接影响到传输效率的高低。无线接收器选用XKT-3169芯片作为主控器件。无线充电器接收原理图如图2所示。L2与C7组成振荡接收电路，与发送端形成耦合机构，相互感应、互相影响而进行能量的传输。通过T3169进行控制,将接收到的感应电动势转换为固定的5V电压，由D1和D2二极管进行整流,电流通过时，阻作者简介：高学群(1963-),男，江苏常州人,天学专科，中职实验师，维修电工高级技术，电工、电子装配工、数控机床装调维修工高级考评员，研究方向：电工电气。止交流电，流过直流电，进行滤波。T3169也进行滤波,并且控制输出充电电压维持在5V O
觇卜
图2无线充电器接收原理图
2软件设计
2.1电压电流测量程序设计
在进行电压测量的时候需要使用到AD转换，硬件系统设计的是使用单片机内部自带的12位AD转换器，所以软件设计中需要配置相应的寄存器，以达到模数转换的效果。首先需要配置ADC的控制寄存器。STM32的ADC 转换时间的公式为：
T=12.5x周期+采样时间(1) 2.2充电功率测量程序设计
在电工学上，根据实际电路所能获取的数据进行电功率的计算方法有许多，常见的计算公式为：
P旦卫11=5=巴=1临(2) t t R
其中P就是电功率，当知道所在一定时间内消耗的总电能时，就可以计算得到电功率,知道电压和电流也可以计算得到电功率。计算公式为：
忌=吧(3)其中饪就是所要得到的充电功率数值。
3总结
本项目基于电磁耦合方式设计了一款用于小功率电子设备的无线充电器，该充电器由发送控制器、接收控制器和充电监测3个部分所组成。通过对无线充电效率与耦合距离的关系进行测试，表面实际测量曲线与理论曲线趋势的吻合。参考文献：
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子商情(基础电子),200&
［2］夏晨阳.感应耦合电能传输系统能效特性的分析与优化研究［D］.重庆:重庆大学图书馆,2010.
［3］杨成英，陈勇冲程距离无线输电的实现⑴.科技信息,2009：410-411.
［4］余发山.单片机原理及应用技术［Ml.徐州：中国矿业大学出版社,2003.(收稿日期=2019-06-16)
《湖北农机化》2019年第仃期
基于单片机的智能充电器设计毕业 论文 目录 1 绪论 (1) 1.1课题研究的背景、目的及意义 (1) 1.2国外研究现状 (2) 1.2.1国外研究现状 (2) 1.2.2国研究现状 (2) 1.3研究容与章节安排 (5) 2 方案比较和选择 (6) 2.1总体设计框图 (6) 2.2电源模块 (7) 2.2.1电源方案的选择 (7) 2.3充电方法 (8) 2.3.1锂电池的充电特性 (8) 2.3.2充电方案的选择 (9) 2.4 SOC估算方法 (10) 2.4.1 SOC估算方法的选择 (10) 2.5通信方式 (11)
2.5.1 通信方式的选择 (11) 2.6本章小结 (12) 3 硬件设计与实现 (13) 3.1单片机电路 (13) 3.2充电电源电路 (16) 3.2.1变压电路 (16) 3.2.2整流、滤波电路 (17) 3.2.3 TL494脉宽调制电路 (17) 3.2.4 DC-DC电路 (19) 3.3电压采集电路 (19)
3.4温度采集电路 (21) 3.5报警电路 (21) 3.6本章小结 (22) 4 软件设计与实现 (23) 4.1软件开发环境 (23) 4.1.1 Qt5.4集成开发环境 (23) 4.2单片机程序设计 (23) 4.2.1 整体设计逻辑概述 (23) 4.2.2 电压、温度数据采集 (24) 4.3上位机软件程序设计 (25) 4.3.1 整体设计概述 (25) 4.3.2 程序逻辑流程图 (25) 4.3.3 UI界面 (25) 4.4 上下位机的通信设计 (27) 4.4.1 通信协议概述 (27) 4.4.2 上下位机通信流程图 (27) 4.5 本章小结 (28) 5 调试与分析 (29) 5.1充电电路检测 (29) 5.2温度电路检测 (30) 5.3电压电路检测 (31) 5.4充电器运行检测 (32)
镍氢电池充电器电路图及原理分析 镍氢电池充电器原理图:由LM324组成，用TL431设置电压基准，用S8550作为调整管，把输入电压降压，对电池进电行充电，电路附图所示.其工作原理是: 1.基准电压Vref形成 外接电源经插座X、二极管VD1后由电容C1滤波。VD1起保护作用，防止外接电源极性反接时损坏TL431。R3、R4、R5和TL431组成基准电压Vref，根据图中参数Vref= 2.5×(100+820)／820=2.80(v)，这个数据主要是针对镍氢充电电池而设计(单节镍氢充电电池充满后电压约 为1.40V)。 2.大电流充电 (1)工作原理 接入电源，电源指示灯LED(VD2)点亮。装入电池(参考图片，实际上是用导线引出到电池盒，电池装在电池盒中)，当电池电压低于Vref时，IC1-1输出低电平，VT1导通，输出大电流给电池充电。此时，VT1处于放大状态-这是因为电池电压和-VD4压降的和约为3.2V(假设开始充 电时电池电压约为2.5V)，而经VD1后的电压大约5.OV，所以，VT1的发射极－集电极压差远大于0.2V，当充电电流为300mA时，VT1发热比较严重，所以最好用PT=625mW的S8550，或者适当增大基极电阻以减小充电电流(注：由于LM324低电平驱动能力较小，实测IC1-2，IC1-4输出低电平并不是0V，而是约为0.8V)。 (2)充电的指示 首先看IC1-3的工作情况：其同相端1O脚通过R13接Vref,R14接成正反馈，反相端9脚外接电容，并有一负反馈通路，所以，它实际上构成了滞回比较器。刚开始时C2上端没有电压，则IC1-3输出高电平。这个高电平有两个放电通路，一个通路是通过R14反馈到10脚，另一通路是经电阻R15对电容C2充电，当充电的电压高于10脚电压V+ 时，比较器翻转输出低电平；与此同时，由于R14的反馈作用，10脚电压立即下跳到V-，这时，电容C2通过电阻R15放电，当放电的电压小于10脚电压V-时，比较器再次翻转输出高电平，由于R14的反馈作用，10脚电压立即上跳到V+，此后电路一直重复上述过程，因此，IC1-3的输出为频率固定的方波信号。 其次看IC1-4的工作情况：电池电压经R2、R16分压，接IC1-4的12脚，因为R2< 引言 §1.1 无线充电技术的背景 随着智能手机、数码相机以及平板电脑等移动电子产品在人们生活中的广泛应用，内置锂电池续航短问题日益凸显，在这种情况下，无线充电技术应运而生。有研究指出，全球无线充电技术将于2017年形成一个70亿美元的市场。 据了解，无线充电技术来源于日本。日本富士通公司2010年9月宣布其研究出了新的无线充电技术，可实现在距离充电器几米远的地方进行无线充电。而所谓的无线充电技术，即不用通过电源线和电缆等一切外接设备，就可给电子设备充电。其原理是利用磁共振在充电器与设备之间的空气中传输电荷，线圈和电容器则在充电器与设备之间形成共振，实现电能高效传输的技术。 综观目前的电子市场，锂电池等电子产品用电池在技术上迟迟没有取得新的突破，导致电池根本满足不了用户的用电需求。而目前出现的移动电源充电器在给电子产品充电时也需要数据线。而且移动电源容量有限，并不能从根本上解决用户移动用电的需求。无线充电技术的出现，或可解决移动电子产品的充电难题。据了解，目前在北美，大批通过近距离无线充电技术解决智能手机充电难题的创业公司开始出现。而随着无线充电网点的完善，无线充电技术有望得到更广泛的应用[1]。 §1.2 无线充电技术的先驱 根据报道和网络检索，世界上各个国家已经投入到这个领域的研究当中[2]。 Palm︱美国 Palm公司是美国老牌智能手机厂商，它最早将无线充电应用在手机上。它推出的充电设备“触摸石”，就可以利用电磁感应原理无线为手机充电。 海尔︱中国 海尔推出的概念性“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。 Powermat︱美国 目前 Powermat 推出的充电板有桌面式和便携式等多种，主要由底座和无线接收器组成，售价在100美元左右。 劲量︱美国 前言 (4) 第一章充电器原理 (5) 1.1 蓄电池与充电技术 (5) 1.2 密封铅酸蓄电池的充电特性 (5) 1.3 充电器充电原理 (6) 1.3.1 蓄电池充电理论基础 (6) 1.3.2 充电器的工作原理 (8) 第二章总体设计方案 (10) 2.1 系统设计 (10) 2.2 方案策略 (10) 第三章硬件电路设计 (12) 3.1 电路总体设计 (12) 3.2 芯片介绍 (12) 3.2.1 LM358双运放 (12) 3.2.2 UC3842单管开关电源 (13) 3.2.3 EL817光耦合器 (14) 3.2.4 场效应管K1358 (15) 3.3 电动车充电器原理及各元件作用的概述 (16) 3.3.1 充电器原理图 (16) 图3.5 充电器原理图 (16) 3.3.2 各元器件作用概述 (16) 3.4 功能模块电路设计 (17) 3.4.1 第一路通电开始 (17) 3.4.2 第二路UC3842电路 (17) 3.4.3 第三路LM358（双运算放大器）电路 (18) 3.5 电动车充电器改进方案 (21) 3.5.1 增加充满电发声提示电路 (21) 3.5.2 加散热风扇 (22) 第四章总结与展望 (23) 致谢 (25) 电动车智能充电器设计及应用 中文摘要： 本设计介绍了充电器对蓄电池充电的一般原理，从阀控蓄电池内部氧循环的设计理念出发，研究各种充电方法对铅酸蓄电池寿命的影响。针对蓄电池充电过程中出现的种种问题，分析现有各种充电方法存在的问题，提出一种可对铅酸蓄电池实现四段式慢脉冲充电的智能充电器设计方案。控制开关电源的脉冲频率和占空比，从而调节充电电流和电压，实现对蓄电池的分级慢脉冲充电。这个方案不仅可实现快速充电，同时可以减少析气，消除硫化，进行均衡充电，从而大大地延长了铅酸蓄电池的使用寿命。 关键词：慢脉冲充电；蓄电池；充电器； Abstract: The design describes the charger to the battery charger of the general principles, from the internal oxygen cycle of valve-regulated battery design concepts starting to study a variety of charging methods for lead-acid battery life implications. For battery charging problems arising in the process, analysis of existing problems in a variety of charging methods, proposed a lead-acid batteries could achieve the Four-slow pulse charge of the intelligent charger design. Control the switching power supply pulse frequency and duty cycle, thus regulating charge current and voltage to achieve the classification of the battery charge with slow pulse. This program not only for fast charging, while reducing analysis of gas, to eliminate sulfide, a balanced charge, thus greatly extending the service life of lead-acid batteries. Key words: slow pulse charge; batteries; charger; 基于单片机的无线充电器设计 学生： 学生学号： 院（系）：电气信息工程学院 年级专业：电子信息工程 指导教师： 助理指导教师： 二〇一五年五月 摘要 随着用电设备对供电质量、可靠性、方便性、安全性、特殊场合、特殊地理环境等要求的不断提高，接触式的电能传输方式对于满足实际需要越来越显得捉襟见肘了。与此同时，无线电能传输系统，摆脱了线路的限制，实现电器和电源的完全分离，具有无线传输电能、设备体积小、传输效率高、便于携带和集成等优点。 本课题设计介绍了一种运用新型的能量传输利用电磁波感应原理和有关的交流感应技术，采用STC12C5A60S2低功耗单片机作为无线传能充电器的监测控制核心,实现电流控制和电压控制功能，电能充满后给出充满提示且自动停止充电。基于STC12C5A60S2单片机控制发射端和接收端产生的相应交流信号来进行充电的智能无线充电器。 利用设计通过对系统的硬件部分和软件部分的设计实现无线能量传输，在距离发射线圈的指定围对小型用电器如手机、MP3等直接充电。硬件部分包括高效直流稳压模块、驱动模块、显示模块、控制模块等的设计；软件部分主要根据系统的设计思想设计出了主程序和子程序流程图，并通过C语言实现相应的编程要求。通过理论分析和仿真证明，建立谐振耦合无线电能传输系统模型以及谐振耦合无线电能传输系统模型,通过计算得出了系统中电路参数与输出功率的关系。设计并制作谐振耦合无线电能装置,使用LCD1602设计显示,实时充电电压显示。 关键词无线电能传输,谐振耦合,无线充电器, LCD1602,STC12C5A60S2单片机 ABSTRACT This paper introduced the use of a power transmission technology, wireless power supply technology model, using the principle of electromagnetic induction and the induction technology,intelligent wireless charger for charging the AC signal based on the STC12C5A60S2 single-chip microcomputer to control the transmitting end and the environment and other requirements continue to increase, the power transmission mode of contact to meet the actual needs become more and more difficult. At the same time, wireless power transmission system, get rid of the limit line, completely separate electrical and power, with the wireless transmission of electrical energy, the equipment has the advantages of small volume, high transmission efficiency, easy to carry and integration. In the rapid development of science and technology in 21 Century, the prospects for the development of intelligent wireless charger . The design through the design of the hardware part and the software part of the system to achieve the wireless energy transmission, within the specified range of the transmitting coil in small appliances such as mobile phone, MP3 and other direct charge. The hardware part includes efficient DC power module, drive module, display module, control module and so on; the software part is mainly based on the design thought of the system design of the main program and the subprogram flow chart, and through the C language to achieve the corresponding programming requirements. relationship between the circuit parameters and the output power of the system. The design and fabrication of resonant coupling wireless device, using the LCD1602 design draw progress bar shows charging, charging voltage, charging time display. Key words radio transmission, resonant coupling, wireless charger ,LCD1602 STC12C5A60S2 基于MAX1898的智能充电器设计 在人们日常工作和生活中，充电器的使用越来越广泛。从随身听到数码相机，从手机到笔记本电脑，几乎所有用到电池的电器设备都需要用到充电器。充电器为人们的外出旅行和出差办公提供了极大的方便。 单片机在电池充电器领域也有着广泛的应用，利用它的处理控制能力可以实现充电器的智能化。充电器各类繁多，但从严格意义上讲，只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。 1 实例说明 随着手机在世界范围内的普及使用，手机电池充电器的使用也越来越广泛。 本章将通过一个典型实例介绍51单片机在实现手机电池充电器方面的应用。实例所实现的充电器是一种智能充电器，它在单片机的控制下，具有预充、充电保护、自动断电和充电完成报警提示功能。 实例的功能模块如下。 ●单片机模块：实现充电器的智能化控制，比如自动断电、充电完成报警提示等。 ●充电过程控制模块：采用专用的电池充电芯片实现对充电过程的控制。 ●充电电压提供模块：采用电压转换芯片将外部+12V 电压转换为需要的+5V电压， 该电压在送给充电控制模块之前还需经过一个光耦模块。 ●C51程序：单片机控制电池充电芯片实现充电过程的自动化，并根据充电的状态给 出有关的输出指示。 2 设计思路分析 要实现智能化充电器，需要从下面两个方面着手。 （1）充电的实现。它包括两部分：一是充电过程的控制；二是需要提供基本的充电电压。（2）智能化的实现。在充电器电路中引入单片机的控制。 2.1 为何需要实现充电器的智能化 充电器实现的方式不同会导致充电效果的不同。 由于充电器多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充，一般充电到90%就停止大电流快充，而采用小电流涓流补充充电。 手机电池的使用寿命和单次使用时间与充电过程密切相关。锂电池是手机最为常用的一种电池，它具有较高的能量重量比、能量体积比、具有记忆效应，可重复充电多次，使用寿命较长，价格也越来越低。锂电池对于充电器的要求比较苛刻，需要保护电路。为了有效利用电池容量，需将锂电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电器最好带有热保护和时间保护，为电池提供附加保护。 一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对电池起到一定的维护作用，修复由于使用不当造成的记忆效应，即容量下降（电池活性衰退）现象。设计比较科学的充电器往往采用专用充电控制芯片配合单片机控制的方法。专用的充电芯片具备业界公认较好的－△V 检测，可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，比较精确地结束充电工作，通过单片机对这些芯片的控制，可以实现充电过程的智能化，例如，在充电后增加及时关断电源、蜂鸣报警和液晶显示等功能。充电器的智能化可以缩短充电的时间，同时能够维护电池，延长电池使用寿命。 2.2 如何选择电池充电芯片 目前市场上存在大量的电池充电芯片，它们可直接用于进行充电器的设计。在选择具体的电池充电芯片时，需要参考以下标准。 ●电池类型：不同的电池（锂电池、镍氢电池、镍镉电池等）需选择不同的充电芯片。 ●电池数目：可充电池的数目。 ●电流值：充电电流的大小决定了充电时间。 ●充电方式：是快充、慢充还是可控充电过程。 本例要实现的是手机的单节锂离子电池充电器，要求充电快速且具有优良的电池保护能力，据此选择Maxim公司的MAX1898作为电池充电芯片。 手机充电器电路设计 摘要：通过对课程的学习设计。了解手机充电器的工作原理及设计流程，确定相关参数和电路图。 关键字：隔离变压器频率绝缘电阻绝缘强度可燃性自由跌落湿热试验工作原理工作流程 1 前言（李洋） 1 电路设计思想 从手机锂离子二次电池的恒流／恒压充电控制出发，用220V 交流电通过配置的内置储能锂电池对手机锂离子电池充电。电路的具体工作流程如图1所示。 图1 工作流程图 2 电路设计方案 充电芯片选用美信半导体公司的锂电池充电芯片，这款充电芯片具 有很强的充电控制特性，可外接限流型充电电源和P沟道场效应管，能对单节锂电池进行安全有效的快充。其最大特点是在不使用电感的情况下仍能做到很低的功率耗散，且充电控制精度达0.75％；可以实现预充电；具有过压保护和温度保护功能，其浮充方式能够充至最大电池容量。当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，接通电源将启动一次充电过程。充电结束的条件是平均的脉冲充电电流达到快充电流的1％，或时间超出片上预置的充电时间。所选用的充电芯片能够自动检测充电电源，在没有电源时自动关断以减少电池的漏电。启动快充后打开外接的P型场效应管，当检测到电池电压达到设定的门限时进入脉冲充电方式，充电结束时，外接LED指示灯将会进行闪烁提示。 电路工作原理 内置储能电池的充电及其保护电路其中包括：LED显示、热敏电阻，电流反向保护。ADJ引脚通过10kΩ的电阻与内部1.4V的精密基准源相连接，当ADJ对地没有连接电阻时，电池充电电压阈值为缺省值：VBR ＝4.2V；当需要自行设置充电阈值时，可在ADJ引脚与GND间接一精度为1％的电阻RADJ，阻值由式(1)确定：RADJ＝10kΩ/(VBR/VBRC-1) (1) 由图3可知，充电阈值为4.1V，可得RADJ＝410k 做手机充电器电路设计，需先对其工作环境进行分析，了解其工作原理。 电源供应器网 https://www.doczj.com/doc/d416594884.html,/news/194465_p2.html 电磁感应式智能无线充电器设计方案 【大比特导读】因不同的类型电子产品需要使用不同的充电器，充电时还要 寻找合适的插口和理顺接线，笔者利用电磁感应原理，设计了智能无线充电器。 该无线充电器具有自动感应充电和充满电后智能断电功能，不仅适用于各种不 同充电电压和容量的电子产品，而且能够对多台不同的电子产品同时进行充电。 因不同的类型电子产品需要使用不同的充电器，充电时还要寻找合适的插口和理顺接 线，笔者利用电磁感应原理，设计了智能无线充电器。该无线充电器具有自动感应充电和 充满电后智能断电功能，不仅适用于各种不同充电电压和容量的电子产品，而且能够对多台 不同的电子产品同时进行充电。作品采用智能无线充电的设计思想，具有使用方便、适用 面广的优点，有较高的推广应用价值。 1.系统概述 1.1当前充电模式情况 在电子科技技术高速发展的今天，全球范围内的手机用户数量已经达到了33亿，再加 上MP3、MP4等其他周边电子产品，平均不到2人就拥有一个需要充电的便携式电子产品。 目前普遍使用的都是数据线插接式充电，这种充电方式数据线接口用久了通常会有触不良等 现象，而且单个充电器适应面不广，因不同的类型电子产品需要使用不同的充电器，充电 时还要寻找合适的插口和理顺接线，真可谓费时费力;各种便携式电子产品的充电是一件令 人头痛的麻烦事。为了改良上面的现象，研发智能无线充电器是很有必要的。 1.2作品简介及优点 智能无线充电器利用电磁感应原理，是非接触充电系统，不再通过导线(充电线)传输 电能，而是无线传输方式充电。没有充电所用的物理接口，与一般充电器相比，避免了插线 或拔电池的麻烦，具有一般充电器的工作原理;作品采用一(充电器)对多(感应负载)充电、 智能充电的设计思想;无线充电器对负载充电时，指示灯将由绿灯转换为七彩灯，手机也正 确显示充电状态并智能完成充过程(实验产品为手机)。本充电器可以同时对多个负载充电， 可以自动感应是否有负载充电，达到自动充电，充满电后10秒自动断电，达到智能化;从 而大大方便了用户。智能无线充电器使用十分方便、一个充电器就可以满足一个家庭的需要， 具有较高的推广应用价值、成本低廉(与一般充电器价格相差不多)等优点，现在世界上许 多大公司(如Sony，Intel，apple，飞利普等)也正在火热研究中;智能无线充电必将是取代 物理直插的发展方向，将肯定受到人们的欢迎和重视。 基于以上思路，充分运用所学电子技术知识，经过老师悉心指导。设计、制作智能无线 充电器，它具有如下优点： (1)成本低廉 8-bit Microcontrollers Application Note Rev. 8080A-AVR-09/07 AVR458: Charging Lithium-Ion Batteries with ATAVRBC100 Features ? Fully Functional Design for Charging Lithium-Ion Batteries ? High Accuracy Measurement with 10-bit A/D Converter ? Modular “C” Source Code ? Easily Adjustable Battery and Charge Parameters ? Serial Interface for Communication with External Master ? One-wire Interface for Communication with Battery EEPROM ? Analogue Inputs for Reading Battery ID and Temperature ? Internal Temperature Sensor for Enhanced Thermal Management ? On-chip EEPROM for Storage of Battery and Run-Time Parameters 1 Introduction This application note is based on the ATAVRBC100 Battery Charger reference design (BC100) and focuses on how to use the reference design to charge Lithium-Ion (Li-Ion) batteries. The firmware is written entirely in C language (using IAR ? Systems Embedded Workbench) and is easy to port to other AVR ? microcontrollers. This application is based on the ATtiny861 microcontroller but it is possible to migrate the design to other AVR microcontrollers, such as pin-compatible devices ATtiny261 and ATtiny461. Low pin count devices such as ATtiny25/45/85 can also be used, but with reduced functionality. 国家电工电子实验教学中心 电子系统课程设计 设计报告设计题目：手机无线充电系统 目录 1设计任务要求 (2) 2 设计方案及论证 (4) 2.1 任务分析 (4) 2.2 方案比较 (7) 3 制作及调试过程 (17) 3.1 制作与调试流程 (17) 3.2 遇到的问题与解决方法 (20) 4 系统测试 (21) 4.1 测试方法 (21) 4.2 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) 5.2 系统操作使用说明 (26) 6 总结 (26) 6.1 本人所做工作 (26) 6.2 收获与体会 (27) 7 参考文献 (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用电感线圈耦合方式进行无线能量传输。 （3）发射器采用12V直流单电源供电，接收器供电只能来自耦合线圈。 （4）接收器考虑给手机电池充电，输出电压变换围0~4.2V，500mA恒流充电。充电特性如下图所示。 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：发射器采用 12V直流供电。接收线圈靠近发射线圈时（距离和角度不限），观察接收器工作指示灯是否点亮。 （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 4.2V±0.1V。 测试方法：发射器采用 12V直流供电。在接收器不接任何负载条件下，当接收线圈靠近发射线圈并固定不动时（距离和角度不限），测量接收器输出电压是否为 4.2V±0.1V。 轻微移动接收线圈时，测量该电压应保持在 4.2V±0.1V围。 （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变化时输出电流稳定在10mA或大于10mA（当满足发挥部分时，可直接得分），要求恒流误差小于 5mA（两线圈距离和角度不限）。 测试方法：发射器采用 12V直流供电。当接收线圈靠近发射器线圈时（距离和角度不限），测量恒流值是否大于10mA及是否满足恒流误差要求。 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：发射器采用 12V直流供电。当接收器线圈靠近发射器线圈时（距离和角度不限），测量恒流充电阶段充电指示灯是否点亮；测量当恒流充电电流减小后充满指示灯是否点亮。 （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：当接收器线圈靠近发射器线圈时（距离和角度不限），测量所能达到的最大恒流指标，要求恒流误差小于 5mA，充满后输出电压为 4.1~4.2VDC（按下图计算得分）。 安徽建筑大学 毕业设计(论文) 专业电子信息工程 班级城建电子二班 学生姓名马吉智 学号09290060216 课题无线充电设备的设计与制作 ———无线充电发射部分 指导教师花海安 2013年6 月 基于现在中国市场上还没有真正的无线充电的产品，我们利用电磁感应的基本原理结合模拟数字基础理论设计制作了智能无线充电系统。此作品内部应用电流控制型脉宽调制集成电路来驱动场效应管从而产生高频振荡脉冲，通过电磁感应向外界传送能量，通过接收电路把磁场能转化成电能从而实现对用电设备的充电（此作品以手机电池充电为例）。其系统经济实用，市场前景极其广阔。 Abstract Based on the Chinese market now has not really wireless rechargeable products, we use the basic principles of electromagnetic induction combination of analog and digital design based on the theory of intelligent wireless charging system. This works the use of current-controlled pulse width modulation to drive the field effect transistor integrated circuits resulting in high frequency oscillation pulse, electromagnetic induction through the transmission of energy to the outside world, through the receiving circuit to the magnetic field can be converted into electricity to power equipment in order to achieve charge ( This mobile phone battery works as an example). The system economical and practical, market prospect is extremely broad. 关键字（Keyword）: 电磁感应（Electromagnetic induction）无线充电（WirelessCharging） 锂离子电池智能充电器硬件方案 锂离子电池智能充电器硬件的设计 锂离子电池具有较高的能量重量和能量体积比，无记忆效应，可重复充电次数多，使用寿命长，价格也越来越低。一个良好的充电器可使电池具有较长的寿命。利用C8051F310单片机设计的智能充电器，具有较高的测量精度，可很好的控制充电电流的大小，适时的调整，并可根据充电的状态判断充电的时间，及时终止充电，以避免电池的过充。 本文讨论使用C8051F310器件设计锂离子电池充电器的。利用PWM脉宽调制产生可用软件控制的充电电源，以适应不同阶段的充电电流的要求。温度传感器对电池温度进行监测，并经过AD转换和相关计算检测电池充电电压和电流，以判断电池到达哪个阶段。使电池具有更长的使用寿命，更有效的充电方法。 设计过程 1 充电原理 电池的特性唯一地决定其安全性能和充电的效率。电池的最佳充电方法是由电池的化学成分决定的<锂离子、镍氢、镍镉还是SLA电池等）。尽管如此，大多数充电方案都包含下面的三个阶 段： ● 低电流调节阶段 ● 恒流阶段 ● 恒压阶段/充电终止 所有电池都是经过向自身传输电能的方法进行充电的，一节电池的最大充电电流取决于电池的额定容量 专门找了几个例子，让大家看看。自己也一边学习。 分析一个电源，往往从输入开始着手。220V交流输入，一端经过一个4007半波整流，另一端经过一个10欧的电阻后，由10uF电容滤波。这个10欧的电阻用来做保护的，如果后面出现故障等导致过流，那么这个电阻将被烧断，从而避免引起更大的故障。右边的4007、4700pF电容、82KΩ电阻，构成一个高压吸收电路，当开关管13003关断时，负责吸收线圈上的感应电压，从而防止高压加到开关管13003上而导致击穿。13003为开关管(完整的名应该是MJE13003)，耐压400V，集电极最大电流1.5A，最大集电极功耗为14W，用来控制原边绕组与电源之间的通、断。当原边绕组不停的通断时，就会在开关变压器中形成变化的磁场，从而在次级绕组中产生感应电压。由于图中没有标明绕组的同名端，所以不能看出是正激式还是反激式。 不过，从这个电路的结构来看，可以推测出来，这个电源应该是反激式的。左端的510KΩ为启动电阻，给开关管提供启动用的基极电流。13003下方的10Ω电阻为电流取样电阻，电流经取样后变成电压(其值为10*I)，这电压经二极管4148后，加至三极管C945的基极上。当取样电压大约大于1.4V，即开关管电流大于0.14A时，三极管C945导通，从而将开关管13003的基极电压拉低，从而集电极电流减小，这样就限制了开关的电流，防止电流过大而烧毁(其实这是一个恒流结构，将开关管的最大电流限制在140mA左右)。 变压器左下方的绕组(取样绕组)的感应电压经整流二极管4148整流，22uF电容滤波后形成取样电压。为了分析方便，我们取三极管C945发射极一端为地。那么这取样电压就是负的(-4V左右)，并且输出电压越高时，采样电压越负。取样电压经过6.2V稳压二极管后，加至开关管13003的基极。前面说了，当输出电压越高时，那么取样电压就越负，当负到一定程度后，6.2V稳压二极管被击穿，从而将开关13003的基极电位拉低，这将导致开关管断开或者推迟开关的导通，从而控制了能量输入到变压器中，也就控制了输出电压的升高， 半导体器件应用网 https://www.doczj.com/doc/d416594884.html,/news/200515_p1.html 智能无线充电系统电路设计详解【大比特导读】智能无线充电器利用电磁感应原理，是非接触充电系统，不 再通过导线(充电线)传输电能，而是无线传输方式充电。没有充电所用的物理接 口，与一般充电器相比，避免了插线或拔电池的麻烦。 在电子科技技术高速发展的今天，全球范围内的手机用户数量已经达到了33亿，再加 上MP3、MP4等其他周边电子产品，平均不到2人就拥有一个需要充电的便携式电子产品。 目前普遍使用的都是数据线插接式充电，这种充电方式数据线接口用久了通常会有触不良等 现象，而且单个充电器适应面不广，因不同的类型电子产品需要使用不同的充电器，充电时 还要寻找合适的插口和理顺接线，真可谓费时费力;各种便携式电子产品的充电是一件令人 头痛的麻烦事。为了改良上面的现象，研发智能无线充电器是很有必要的。 智能无线充电器利用电磁感应原理，是非接触充电系统，不再通过导线(充电线)传输电 能，而是无线传输方式充电。没有充电所用的物理接口，与一般充电器相比，避免了插线或 拔电池的麻烦，具有一般充电器的工作原理;作品采用一(充电器)对多(感应负载)充电、智 能充电的设计思想;无线充电器对负载充电时，指示灯将由绿灯转换为七彩灯，手机也正确 显示充电状态并智能完成充过程(实验产品为手机)。本充电器可以同时对多个负载充电，可 以自动感应是否有负载充电，达到自动充电，充满电后10秒自动断电，达到智能化;从而大 大方便了用户。智能无线充电器使用十分方便、一个充电器就可以满足一个家庭的需要，具 有较高的推广应用价值、成本低廉(与一般充电器价格相差不多)等优点，现在世界上许多大 公司(如Sony，Intel，apple，飞利普等)也正在火热研究中;智能无线充电必将是取代物理 直插的发展方向，将肯定受到人们的欢迎和重视。 NE555D脉冲发生器模块 如图1，根据 T =(R1+Rp)C1，f = 1/T，调节Rp使NE555D输出一个36.7KHZ的脉冲频 率。 恒流恒压充电器的原理与设计 2009-09-22 09:26 随着高新电子技术的发展各类充电电子产品不断上升，为此云峰电子为朋友们提供些相关恒流充电器的制作与原理分析，请仔细阅读！详情咨询https://www.doczj.com/doc/d416594884.html, 第一类、lm317恒流源电路图 图１、图２分别是用７８××和ＬＭ３１７构成的恒流充电电路，两种电路构成形式一致。对于图１的电路，输出电流Ｉｏ＝Ｖｘｘ／Ｒ＋ＩQ，式中Ｖｘｘ是标称输出电压，ＩQ是从ＧＮＤ端流出的电流，通常ＩQ≤５ｍＡ。当ＶＩ、Ｖｘｘ及环境温度变化时，ＩＱ的变化较大，被充电电池电压变化也会引起ＩQ的变化。ＩQ是Ｉｏ的一部分，要流过电池，ＩQ的值与Ｉｏ相比不可忽略，因而这种电路的恒流效果比较差。对于图２的电路，输出电流Ｉｏ＝ＶREF／Ｒ＋ＩADJ，式中ＶREF是基准电压，为１．２５Ｖ，ＩADJ是从调整端ＡＤＪ流出的电流，通常ＩADJ≤５０μＡ。虽然ＩADJ也随ＶI及环境条件的变化而变化，且也是Ｉｏ的一部分，但由于ＩADJ仅为７８××的ＩQ的１％，与Ｉｏ相比，ＩQ可以忽略。可见ＬＭ３１７的恒流效果较好。 对可充电电池进行恒流充电，用三端稳压集成电路构成恒流充电电路具有元件易购、电路简单的特点。有些读者在设计电路时采用７８××稳压块，如《电子报》２００１年第２期第十一版刊登的《简单可靠的恒流充电器》及今年第６期第十版的《恒流充电器的改进》一文，均采用７８０５。７８××虽然可接成恒流电路，但恒流效果不如ＬＭ３１７，前者是固定输出稳压ＩＣ，后者是可调输出稳压ＩＣ，两种芯片的售价又相近，采用ＬＭ３１７才是更为合理的改进。 ＬＭ３１７采用Ｔ０－３金属气密封装的耗散功率为２０Ｗ，采用ＴＯ－２２０塑封结构的耗散功率为１５Ｗ，负载电流均可达１．５Ａ，使用时需配适当面积的散热器。由于ＬＭ３１７的ＶREF＝１．２５Ｖ，其最小压差为３Ｖ，因此输入电压ＶI达４．２５Ｖ就能正常工作。但应注意输出电流Ｉｏ调得较大时，输入电压ＶI的范围将减小，超出范围会进入安全保护区工作状态，使用时可从图３的安全工作区保护曲线上查明输入—输出压差（ＶI－Ｖｏ）的范围。 ７８××与ＬＭ３１７内部均有限流、过热保护功能，后者还有安全工作区保护功能。７８××不允许ＧＮＤ端悬空，否则器件极易损坏。ＬＭ３１７即使ＡＤＪ端悬空，各种保护功能仍然 无线充电器技术原理简介 无线充电技术利用了电磁波感应原理，及相关的交流感应技术，在发送和接收端用相应的线圈来发送和接收产生感应的交流信号来进行充电的的一项技术，用户只需要将充电设备放在一个“平板”上即可进行充电，这样的充电方式过去曾经出现在手表和剃须刀上，但是当时无法针对大容量锂离子电池进行有效充电。无线充电器技术原理构图如图2所示 最初由英国一家公司发明了一种新型无线充电器，它看上去就像一块塑料鼠标垫，这个“鼠标垫”里装有密集的小型线圈阵列，可产生磁场，将能量传输给装有专用接收线圈的电子设备，进行充电。接收线圈由磁性合金绕以电线制成，大小和形状都与口香糖相似，可以很方便地贴在电子设备上。将手机等放在垫上就能充电，并能同时给多个设备充电。 无线充电技术此前已经出现，但这项新发明更为方便实用。手机等设备只要贴上接收线圈，放置在“鼠标垫”上的任一位置都可充电，不像以前的一些技术那样需要精确定位。几个设备同时放在垫子上，可以同时进行充电。充电器产生的磁场很弱，能够给设备充电但不会影响附近的信用卡、录像带等利用磁性记录数据的物品。 电磁感应无线输电技术(无线充电技术) 电磁感应无线输电技术已经在诸如电动牙刷等小功率产品上获得了应用,但更大功率的传输目前还不现实。Intel日前则在会场上演示了无线公供电驱动一枚60W电灯泡。该项研究是由Intel西雅图实验室的Joshua R. Smith领导的,部分技术基于麻省理工学院物理学家Marin Soljacic的研究。可以在一米距离内无线给60W灯泡提供电力,效率高达75%。Intel 首席技术官Justin Rattner表示,未来可以将无线充电装置安装在办公桌内部,只要将笔记本或PDA等电器放在桌上就能够立即供电。无线充电器的设计
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