太阳能无线充电器说明书概论

太阳能无线充电器

设计者：程鲁，崔佳林，曹灿，王旸

指导教师：施悦

（哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨，150001）

作品内容简介

进入21世纪以来，节能、环保成为了全世界各国对于可持续发展战略把握的重点，近年来我国也在大力倡导低碳节能的生活方式。随着现代电力革命的不断深入，关于新的电能利用方式的发展方向已成为各国关注的焦点。传统电能传输和使用方式限制了电能技术的发展，繁杂的电线不仅占据大量空间，也为人们的生活带来了很大的烦扰与不便，同时还存在一定安全隐患。据统计，我国每年因电线老化、电线杂乱引发的事故所造成的经济损失高达20亿元，人员伤亡及潜在威胁更是无法预计。为了解决以上问题，我们设计了一种基于电磁谐振的太阳能无线充电器。装置基本思路：太阳能电池板蓄电池振荡信号发生模块宽频带高频功率放大模块谐振的发射线圈谐振接受线圈高频整流滤波电路负载。太阳能电池板将太阳能转化为电能，并储存在蓄电池中，蓄电池再将电能供给振荡信号发生模块，振荡信号发生模块发出3.1MH左右高频频率信号，经过功放模块后输出10W功率给发射线圈，发射线圈和接收线圈具有相同的固有频率，当发射线圈所发射的频率达到固有频率时，即皆为3.1MHz左右的频率时，接、发射线圈间实现电磁谐振，能量就从发射极线圈以隧道方式传输至接受级线圈，从而实现了电能的无线传输，然后经过高频整流滤波电路将高频交流变成直流，供给手机等小功率电子设备。创新点：(1)采用太阳能作为装置的能量来源，环保节能；(2)采用谐磁共振的方式实现无线电能传输，比一般的电磁感应式无线电能传输方式效率更高，传输距离更远；实验显示，在发射接收线圈匹配的情况下，晴天情况下，将太阳能电池板正对南方，与地面成30-40度夹角，BSM100-36型平板多晶硅太阳能电池板额定输出电压18V、功率5W，可在14h左右将12V-4AH松下免维护蓄电池电量充满。在5-24V范围内调节第二路DC直流转换器输出电压，发现三星I9300手机可以在30mm-40mm距离内，与线圈轴线成300度范围内正常充电。当手机充电基座距离发射基座近时，输出电压大；距离远时输出电压小，多余能量以驻波形式通过谐振电路返回功放，自动调节输出电流大小。与手机连接的线圈具有稳压电路，可稳定输出4.2V-5V电压。保证手机充电过程的稳定性。装置不受非铁磁类介质影响，且对人体无伤害。基于谐振耦合的无线供电装置，能解除电线对人类生活的约束，减少因电线老化引起的事故的发生，提高用电的安全性；在提倡环保的今天，本项目的研究成果积极的响应了保护环境和节能降耗号召，具有很强的推广性。

目录

1.研究背景 (3)

2.方案设计 (4)

2.1设计方案的确定 (4)

2.2 太阳电池板和蓄电池的选择 (8)

2.3振荡信号发生模块的设计制作 (9)

2.3.1 MAX038芯片介绍 (9)

2.3.2 MAX038做成的正弦波信号输出电路图 (10)

2.3.3 MAX038的波形输出控制 (11)

2.4 功率放大模块的设计制作[11] (11)

2.5 谐振匹配的初、次级线圈的设计制作 (12)

2.6高频整流滤波电路........................................................................................................... .13

3.实验部分 (15)

3.1调谐 (15)

3.2实验结果及其分析 (17)

3.2.1 传输效率 (17)

3.2.2 线圈的品质因数 (22)

4.经济分析 (23)

4.1经济效益分析 (23)

4.2 环保效益分析 (24)

4.3实验运行成本分析 (25)

5.创新点及优点 (25)

5.1创新点 (25)

5.2优点 (26)

5.3应用前景 (26)

参考文献 (27)

1 研制背景及意义

无线电技术用于通信, 已经在全世界流行了近一百年。从当初的无线电广播和无线电报, 发展到现在的卫星和微波通信,以及普及到全球几乎每一个人的移动通信、无线网络、GPS等。无线通信极大地改变了人们的生产和生活方式,没有无线通信, 信息化社会的目标是不可议的。然而,无线通信传送的都是微弱的信息而不是功率较大的能量。因此许多使用极为方便的便携式的移动产品, 都要不定期地连接电网进行充电,也因此不得不留下各种插口和连接电缆。传统的电气设备都是通过插头或插座等电连接器的接触进行供电，这就很难实现具有防水性能的密封工艺,并且存在较大安全隐患，而且这种个性化的线缆使得不同产品的充电器很难通用。如果彻底去掉这些尾巴,移动终端设备就可以获得真正的自由。也易于实现密封和防水。这个目标必须要求能量也像信息一样实现无线传输。

国际无线充电联盟（Wireless Power Consortium，WPC ）Qi无线充电国际标准规定：Qi无线充电系统需由基站和移动设备组成。基站包含一个或多个发射器，发射器将提供用以接收的能量。移动设备包含一个接收器用来提供电能给负载(如手机)，接收器还将为发射器提供信息。发射器内有能量转换单元，将电能转换为无线能源信号，接收器内的能量收集单元则将无线能源信号转换为电能。接收器将根据需要将电能输送至负载，发射器根据接收器的需要适配能量传递。

诺基亚、飞利浦、LG、三星、索尼爱立信以及RIM等众多国际知名手机厂商都很支持这一技术，按照Qi标准要求，相继推出支持Qi标准的无线充电器产品，并首先为苹果iPhone3GS和黑莓Blackberry Curve 8900用户带来无线充电的全新体验。同时市场调研数据显示，无线充电设备市场在2013年将达到140亿美元的规模。飞利浦已经开始生产含有无线充电设置新型手机了，该机将标配无线充电器Xenium Q1（Qi无线充电联盟标准）。

Qi基于电磁感应原理进行输电。感应耦合电能传输系统的由发射器线圈和接收器线圈组成，两个线圈共同构成一个电磁耦合感应器。发射器线圈所携带的交流电生成磁场，并通过感应使接收器线圈产生电压。