手机无线充电系统课程设计报告

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）。

2 设计方案及论证

2.1 任务分析

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组成； （1）功能和指标要求：

1）：发射器采用12V 直流单电源供电，产生一定频率变化的电流； 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；

接收器感应到的变化的电流应满足一定的数值，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化成变化的磁场，通过并联谐振的方式，在接收端产生感应电流来实现能量的传输，但此方式有很大的能量衰耗，即接收端感应得到的能量并不大，所以需要在发射端采用功率放大电路提高功率，使得接收端感应产生的变化的电流达到满足要求一定数值；

1):振荡信号发生器电路：

采用NE555芯片构成振荡频率在一定围可以调节的信号发生器，为功放电路提供激励信号；频率C

R R f )2(43

.1211+=

；

V

12+

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。

采用LC 并联谐振电路满足发射器与接收器之间通过电感线圈耦合方式进行无线能量传输，频率1

1221C L f π=

且需要满足21f f = ：当功率放大器的并联谐振回路的谐振频

率2f 与振荡信号发生器的频率1f 相同时，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，从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，有最好的能量传输效果，即满足2

233221其中,C L f f f π=

=

发射端与接收端的谐振回路

由于场效应管功率放大具有激励功率小，输出功率大，功耗低等特性，所以采用场效应管构成的功率放大电路来提高发射端的输出频率；

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组成；

（1）功能和指标要求：

1）：通过感应产生满足一定数值要求的感应电流；

2）：将感应过来的交流电转化成直流电，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 变化时输出电流稳定在大于500mA ，要求恒流误差小于 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化成变化的电流，通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，有最好的能量传输效果，在接收端产生感应电流； 通过单相桥式整流电路将交流电转化成直流电，再通过电容滤波电路进行滤波，去除交流分量，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；通过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；