手机无线充电装置的设计
手机无线充电装置的设计[20200211152252]
摘 要
磁共振无线传能技术是一种新型输电拄术，它克服了电线传能的很多弊端，具有诸多优良特性，本文给出了无线传能技术的定义，简介了电磁耦台，磁共振，微波或激光二种不同传能方式的特点，并对磁共振无线传能进行了详细的介绍，结合了MIT实验，对磁共振技术的理论依据、应用领域、研究现状和主要存在的问题进行了探讨。
无接触电能传输技术具有广泛的应用前景。目前主要的无接触电能传输方式有远场辐射、电磁共振和电磁感应直接耦合三种。远场辐射采取微波或激光来传递能量，频率最高，传输距离最远，效率也较低。电磁共振采用频率为MHz范围的谐振频率实现电能在波长范围内的中等距离高效率传输。基于电磁感应原理的电能传输技术相对比较成熟，频率较低，传输距离相对很小，传输效率较高。本文主要分析了这三种电能传输方式的特点及国内外研究现状，给出了该技术的应用前景及存在问题，也展示了一些研究结果。
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关键字:无线传能磁共振应用无接触感应耦合辐射
目 录
1 引言 1
1.1 电磁感应充电 1
1.2 无线电波充电 1
1.3 电磁共振充电 2
1.4??课题依据及选题依据? 2
2 手机无线充电方案简介 3
2.1 课题的研究现状及研究意义 4
2.2 手机无线充电的优点? 4
2.3 磁耦合共振技术简介 5
2.4 本章小结 5
3 系统硬件电路设计 7
3.1. 系统整体框图 7
3.2 系统模块 7
3.2.1 NE555D脉冲发生器模块 8
3.2.2 功率放大及无线发射模块 8
3.2.3 感应线圈模块 9
3.3线圈的设计 9
3.3.1 感应线圈传输电能基本原则与效率 9
3.3.2基本参数 10
3.3.3 Qi标准系统 14
3.3.4 Rx线圈的电气需求与屏蔽材料 16
3.3.5 Rx线圈的线材规范与匝数选择 17
3.3.6 Rx线圈的调谐与负载线性分析 18
3.4 本章小结 20
4 系统调试 21
4.1 实物调试出现的问题 21
4.2 改进思想 21
5 总结与展望? 19
5.1 总结 19
5.2 展望 19
5.2.1??手机无线充电系统标准化? 19
5.2.2??手机无线充电系统的未来市场? 20
参考文献 22
致 谢 23
附 录 24
1 引言
随着科学技术的发展，手机等一些电子产品得到了广泛运用。为了便于携带从而采用了电池供能，从而进一步产生了对电池供能的一系列需求问题。手机无线电池充电装置的设计这一课题意思就是在不影响手机的正常使用的条件下，利用电磁波作为能量的载体，实现能量的无线传输，来对手机进行充电操作。该装置是对新能源利用的探索。从根本上解决了高能传输所带来的危害，他的成本比较低，不需要大量的导线，电能的热效应也比其他方式少，还能大量减少资源的浪费。磁耦合作为新型的电能传输方式，他的安全性、便捷性以及维护费用与传统的相比有较大的优势。所以，这将给现在的电池技术带来非常广阔的发展前景。而电磁感应充电、无线电波充电和电磁共振充电就是目前最基本的三种无线充电方式。
1.1 电磁感应充电
对于手机的无线充电方式来说，电磁感应充电是最重要的一个方法。它相对于传统的传导式充电方法而言，有很多优势。如：适应性、安全性与自主充电方面。电磁感应式充电是一种能适应于任何天气，能够安全地、高效地进行充电的方式。电磁感应式充电利用了电磁感应原理。它是在初级和次级线圈中产生了感应电流，就是放在变化磁通量中的导体，会产生电动势，随着闭合电路的磁通量而发生变化。那么在闭合的电路中就会产生相应的感应电流，然后将能量从无线充电设备传输的手机的电池当中去。电磁感应在不同频率的物体之间信号是非常弱的，甚至是没有，它只有在两个共振频率完全相同的物体之间才能有效地传输它的能量。
1.2 无线电波充电
相对于电磁感应式充电方式来说，无线电波充电方式是一种相对比较成熟的无线充电方式，无线电充电又称为电波接收型，最大的发送距离为10m。但是，能够接收到的功率很小很小，只有几mW-100mW。因此，其最主要的用途是在便携式终端中提供待机时所需要消耗的功率。他的原理在于，依靠导体中电流强弱的改变来产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波上。它是用相应的线圈来发送和接收所产生感应的交流信号来进行充电的一项技术，用户们只需要将充电设备放在一个“平板”上面即可对设备进行充电。通过变频解调将信息从电流的变化中提取出来，从而达到了信息传递的目的。
1.3 电磁共振充电
电磁共振充电技术现在还处于发展的阶段，但是也可基本上实现无线充电的功能。它的原理是当振荡的电路为非理想的状态而有电阻的时，电阻发热了，成为了阻尼振荡；当振荡的电路中有外加周期性的电动势作用时侯，他将成为受迫振荡；当外加的电动势频率与电路自由振荡的固有频率w相同的时候，振幅达到最大值，叫做电磁共振。2008年，英特尔公司的工程师们经过长时间的共同研究，曾以该项技术作为基础，在距离电源一米多远的地方让一个60瓦的电灯泡发光发亮，其中的传输效率也保持在百分之七十五。手机研究者们的下一个目标将是利用无线方式对经过改装的手机电池进行充电。不过，要想实现这一目标并不是想象中的那么简单的，还需要同时解决好电磁场干扰电脑等一些其它元器件正常工作的问题。
1.4??课题依据及选题依据?
通常，对手机、笔记本等移动设备的电池进行充电的时侯都是需要一个充电器的，充电器的一端连接在市电的电源上，另外一端连接在移动设备上，而问题是频繁的插拔插头不但造成使用的不便，而且容易损坏充电器触头，同时也存在很多不安全因素。在工作环境相当恶劣的场合，比如水中，有时应该尽可能的避免电器之间的接触。有时，对封闭容器内的传感器等电路供电时，一般采用电池。但是电池的使用寿命毕竟十分有限，当电池电量耗尽的时侯，如果将封闭容器打开再更换电池是非常麻烦的事情，这些有时也是不允许的。对于手机来说，传统的充电方式有许多不便，为此本文提出了一种无线充电方案，是由电能发送端和电能接收端两部分组成，无需任何物理上的连接，通过电磁耦合达到能量传输的目的。这种无线充电技术有着非常广泛的应用前景。只需将手机、PDA等移动设备放上去，无需插拔连线就可以充电，给人们的生活带来了很大的方便。??
2 手机无线充电方案简介
现如今几乎所有的电子设备，比如说手机，MP3和笔记本电脑等进行充电的方式主要是采用一端连接交流电源，另一端连接便携式电子设备充电电池的有线电能传输方式。这种方式有很多不利的地方，首先需要频繁的插拔插头，这样会很容易的损坏主板接口。另外，如果一旦不小心也会带来触电的危险。因此，非接触式感应充电器在上个世纪末期诞生了，他凭借着其携带方便、成本低、无需布线等优势迅速受到各界关注。目前无线充电的技术已经开始在手机中运用了。由于无线传输的距离越远，设备的耗能就越高。所以要实现远距离的大功率无线电磁转换，设备的耗能将会很高。所以，?实现无线充电的高效率能量传输，是无线充电器普及的首要解决问题。另一方面要解决的问题就是建立统一的标准，使得不同型号的无线充电器与不同的电子产品之间能够匹配，从而实现手机的无线充电。
我们的生活几乎每天都会有这样一幕幕的场景：拉出一根数据线，连接手机和插座为手机、数码相机、MP3?播放器等充电，完美音质的音响、超清晰超大屏幕的液晶屏电视背后依靠一根长长的电源线。面对如此繁多的“电源线”，大家有没有到想过，有一天这些线会全部消失，他会被一种看不见的传输工具所替代呢？如果那样的话，我们就不用再为各种缠绕在一起的电线影响美好的生活而烦恼。其实这样的生活离我们并不是很遥远。无线充电技术在2007年就已获得了20项专利，而且多种设备可以使用一台充电器，大大的节约了资源。如今手机、电脑、音乐播放器、电动工具等一些其他的用电设备“剪不断理还乱”的有线充电器将会渐渐离我们远去。通过使用线圈之间所产生的磁场，从而神奇地传输电能，电磁耦合技术将会成为连接充电基站和设备之间的桥梁。当前的大部分充电器，都是通过金属电线直接接触的方式，给设备内置的电池充电。而无线充电器却显示了它自己先天的优越性，吸引了越来越多的人们。无线充电技术的优势在于便捷性和通用性。目前缺点就是效率低。现今对便携式电子产品进行充电用的数据线连接器不仅仅可以进行电能的传输，同时还能把音频和视频文件通过USB?接口同步传送到设备上。无线充电技术还是会给WiFi和电池技术带来进步。另外，通过采用无线充电技术，移动设备公共充电站将会有可能成为现实。?
摘 要
磁共振无线传能技术是一种新型输电拄术，它克服了电线传能的很多弊端，具有诸多优良特性，本文给出了无线传能技术的定义，简介了电磁耦台，磁共振，微波或激光二种不同传能方式的特点，并对磁共振无线传能进行了详细的介绍，结合了MIT实验，对磁共振技术的理论依据、应用领域、研究现状和主要存在的问题进行了探讨。
无接触电能传输技术具有广泛的应用前景。目前主要的无接触电能传输方式有远场辐射、电磁共振和电磁感应直接耦合三种。远场辐射采取微波或激光来传递能量，频率最高，传输距离最远，效率也较低。电磁共振采用频率为MHz范围的谐振频率实现电能在波长范围内的中等距离高效率传输。基于电磁感应原理的电能传输技术相对比较成熟，频率较低，传输距离相对很小，传输效率较高。本文主要分析了这三种电能传输方式的特点及国内外研究现状，给出了该技术的应用前景及存在问题，也展示了一些研究结果。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:无线传能磁共振应用无接触感应耦合辐射
目 录
1 引言 1
1.1 电磁感应充电 1
1.2 无线电波充电 1
1.3 电磁共振充电 2
1.4??课题依据及选题依据? 2
2 手机无线充电方案简介 3
2.1 课题的研究现状及研究意义 4
2.2 手机无线充电的优点? 4
2.3 磁耦合共振技术简介 5
2.4 本章小结 5
3 系统硬件电路设计 7
3.1. 系统整体框图 7
3.2 系统模块 7
3.2.1 NE555D脉冲发生器模块 8
3.2.2 功率放大及无线发射模块 8
3.2.3 感应线圈模块 9
3.3线圈的设计 9
3.3.1 感应线圈传输电能基本原则与效率 9
3.3.2基本参数 10
3.3.3 Qi标准系统 14
3.3.4 Rx线圈的电气需求与屏蔽材料 16
3.3.5 Rx线圈的线材规范与匝数选择 17
3.3.6 Rx线圈的调谐与负载线性分析 18
3.4 本章小结 20
4 系统调试 21
4.1 实物调试出现的问题 21
4.2 改进思想 21
5 总结与展望? 19
5.1 总结 19
5.2 展望 19
5.2.1??手机无线充电系统标准化? 19
5.2.2??手机无线充电系统的未来市场? 20
参考文献 22
致 谢 23
附 录 24
1 引言
随着科学技术的发展，手机等一些电子产品得到了广泛运用。为了便于携带从而采用了电池供能，从而进一步产生了对电池供能的一系列需求问题。手机无线电池充电装置的设计这一课题意思就是在不影响手机的正常使用的条件下，利用电磁波作为能量的载体，实现能量的无线传输，来对手机进行充电操作。该装置是对新能源利用的探索。从根本上解决了高能传输所带来的危害，他的成本比较低，不需要大量的导线，电能的热效应也比其他方式少，还能大量减少资源的浪费。磁耦合作为新型的电能传输方式，他的安全性、便捷性以及维护费用与传统的相比有较大的优势。所以，这将给现在的电池技术带来非常广阔的发展前景。而电磁感应充电、无线电波充电和电磁共振充电就是目前最基本的三种无线充电方式。
1.1 电磁感应充电
对于手机的无线充电方式来说，电磁感应充电是最重要的一个方法。它相对于传统的传导式充电方法而言，有很多优势。如：适应性、安全性与自主充电方面。电磁感应式充电是一种能适应于任何天气，能够安全地、高效地进行充电的方式。电磁感应式充电利用了电磁感应原理。它是在初级和次级线圈中产生了感应电流，就是放在变化磁通量中的导体，会产生电动势，随着闭合电路的磁通量而发生变化。那么在闭合的电路中就会产生相应的感应电流，然后将能量从无线充电设备传输的手机的电池当中去。电磁感应在不同频率的物体之间信号是非常弱的，甚至是没有，它只有在两个共振频率完全相同的物体之间才能有效地传输它的能量。
1.2 无线电波充电
相对于电磁感应式充电方式来说，无线电波充电方式是一种相对比较成熟的无线充电方式，无线电充电又称为电波接收型，最大的发送距离为10m。但是，能够接收到的功率很小很小，只有几mW-100mW。因此，其最主要的用途是在便携式终端中提供待机时所需要消耗的功率。他的原理在于，依靠导体中电流强弱的改变来产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波上。它是用相应的线圈来发送和接收所产生感应的交流信号来进行充电的一项技术，用户们只需要将充电设备放在一个“平板”上面即可对设备进行充电。通过变频解调将信息从电流的变化中提取出来，从而达到了信息传递的目的。
1.3 电磁共振充电
电磁共振充电技术现在还处于发展的阶段，但是也可基本上实现无线充电的功能。它的原理是当振荡的电路为非理想的状态而有电阻的时，电阻发热了，成为了阻尼振荡；当振荡的电路中有外加周期性的电动势作用时侯，他将成为受迫振荡；当外加的电动势频率与电路自由振荡的固有频率w相同的时候，振幅达到最大值，叫做电磁共振。2008年，英特尔公司的工程师们经过长时间的共同研究，曾以该项技术作为基础，在距离电源一米多远的地方让一个60瓦的电灯泡发光发亮，其中的传输效率也保持在百分之七十五。手机研究者们的下一个目标将是利用无线方式对经过改装的手机电池进行充电。不过，要想实现这一目标并不是想象中的那么简单的，还需要同时解决好电磁场干扰电脑等一些其它元器件正常工作的问题。
1.4??课题依据及选题依据?
通常，对手机、笔记本等移动设备的电池进行充电的时侯都是需要一个充电器的，充电器的一端连接在市电的电源上，另外一端连接在移动设备上，而问题是频繁的插拔插头不但造成使用的不便，而且容易损坏充电器触头，同时也存在很多不安全因素。在工作环境相当恶劣的场合，比如水中，有时应该尽可能的避免电器之间的接触。有时，对封闭容器内的传感器等电路供电时，一般采用电池。但是电池的使用寿命毕竟十分有限，当电池电量耗尽的时侯，如果将封闭容器打开再更换电池是非常麻烦的事情，这些有时也是不允许的。对于手机来说，传统的充电方式有许多不便，为此本文提出了一种无线充电方案，是由电能发送端和电能接收端两部分组成，无需任何物理上的连接，通过电磁耦合达到能量传输的目的。这种无线充电技术有着非常广泛的应用前景。只需将手机、PDA等移动设备放上去，无需插拔连线就可以充电，给人们的生活带来了很大的方便。??
2 手机无线充电方案简介
现如今几乎所有的电子设备，比如说手机，MP3和笔记本电脑等进行充电的方式主要是采用一端连接交流电源，另一端连接便携式电子设备充电电池的有线电能传输方式。这种方式有很多不利的地方，首先需要频繁的插拔插头，这样会很容易的损坏主板接口。另外，如果一旦不小心也会带来触电的危险。因此，非接触式感应充电器在上个世纪末期诞生了，他凭借着其携带方便、成本低、无需布线等优势迅速受到各界关注。目前无线充电的技术已经开始在手机中运用了。由于无线传输的距离越远，设备的耗能就越高。所以要实现远距离的大功率无线电磁转换，设备的耗能将会很高。所以，?实现无线充电的高效率能量传输，是无线充电器普及的首要解决问题。另一方面要解决的问题就是建立统一的标准，使得不同型号的无线充电器与不同的电子产品之间能够匹配，从而实现手机的无线充电。
我们的生活几乎每天都会有这样一幕幕的场景：拉出一根数据线，连接手机和插座为手机、数码相机、MP3?播放器等充电，完美音质的音响、超清晰超大屏幕的液晶屏电视背后依靠一根长长的电源线。面对如此繁多的“电源线”，大家有没有到想过，有一天这些线会全部消失，他会被一种看不见的传输工具所替代呢？如果那样的话，我们就不用再为各种缠绕在一起的电线影响美好的生活而烦恼。其实这样的生活离我们并不是很遥远。无线充电技术在2007年就已获得了20项专利，而且多种设备可以使用一台充电器，大大的节约了资源。如今手机、电脑、音乐播放器、电动工具等一些其他的用电设备“剪不断理还乱”的有线充电器将会渐渐离我们远去。通过使用线圈之间所产生的磁场，从而神奇地传输电能，电磁耦合技术将会成为连接充电基站和设备之间的桥梁。当前的大部分充电器，都是通过金属电线直接接触的方式，给设备内置的电池充电。而无线充电器却显示了它自己先天的优越性，吸引了越来越多的人们。无线充电技术的优势在于便捷性和通用性。目前缺点就是效率低。现今对便携式电子产品进行充电用的数据线连接器不仅仅可以进行电能的传输，同时还能把音频和视频文件通过USB?接口同步传送到设备上。无线充电技术还是会给WiFi和电池技术带来进步。另外，通过采用无线充电技术，移动设备公共充电站将会有可能成为现实。?
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