論太陽能無線充電器的設(shè)計與制造電子電路設(shè)計與工藝專業(yè)畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 m。 也就是說如果在手機內(nèi)部集成一個接收電路，就可以為用電器內(nèi)的鋰電池進行無線充電而無需電源線連接。 電路的設(shè)計 對于無線充電電路來說，有三部分最主要的電路：振蕩電路、放大電路和無線接收電路。這里主要討論利用多諧振蕩器和模擬達林頓管組成的無線充電電路。 振蕩電路 多諧振蕩器產(chǎn)生振蕩是最簡單的振蕩電路，構(gòu)成振蕩電路有多種方法，常見的有用 COMS 門電路構(gòu)成的多諧振蕩器，電路簡單省電，但在經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)振蕩幅度不夠，高頻 段更是如此。 所以我們選用的是用晶體管組成的多諧振蕩器，用晶體管作多諧振蕩器有兩種電路： 第一種是集電極 — 基極耦合多諧振蕩器，這種多諧振蕩器在低頻段效果還可以，但在高頻段就無法應(yīng)用。因為集電極 — 基極耦合多諧振蕩器的輸出上升沿差，為使輸出幅度穩(wěn)定，兩只晶體三極管工作在飽和狀態(tài)，因而使電路的最高工作頻率受到限制。 第二種是發(fā)射極耦合多諧振蕩器，它可以克服第一種振蕩器的缺點，兩只晶體三極管工作在非飽和狀態(tài)，提高了三極管的開關(guān)速度，從而可以得到更高的振蕩頻率。耦合電容接在發(fā)射極上，能改善輸出波形。最后我們選用的晶體 管多諧振蕩器就是發(fā)射極耦合多諧振蕩器，亦稱射極耦合多諧振蕩器。 下面 圖 1 是三種多諧振蕩器的電路圖： 9 RtRs Ct Rc R R RcCC+ 1 2 V (a) CMOS 門電路構(gòu)成的多諧振蕩器 （ b）集電極 基極耦合多諧振蕩電路 R b 1 R c 1 R c 2R b 2 R e 1 R e 2CCo u t+ 1 2 V (c)發(fā)射極耦合多諧振蕩器 圖 1 多諧振蕩器電路 功率放大電路 由達林頓管組成的功率放大電路僅一級功放就有一定的功率輸出，所以非常適合作為放大器件來用。達林頓管內(nèi)部電路比較簡單，主要由兩級三極管組成，極性只認(rèn)前面的三極管，用法跟三極管一樣，放大倍數(shù)是三極管放大倍數(shù)的乘積。所 以我們可以用兩級三極管模擬搭建，前級用中小功率管 S8050，后級用中大功率管 2SD882，由于中大功率管耗散功率要大一些，所以最好為其加上散熱片。 以下 圖 2 是達林頓管內(nèi)部電路和模擬達林頓管的電路圖： + 1 2 VL1C1505kT I P 1 3 2 + 1 2 VL1CR2R14 . 7 k150V T 1S 8 0 5 0V T 22 S D 8 8 2 (a)達林頓管電路 (b)模擬達林頓管電路 圖 2 達林頓管和模擬達林頓管電路 10 接收電路 次級接收線圈接收的電磁波是高頻電磁波，將高頻交變電流整流為直流電流是不能用普通整流二極管的，將普通整流二極管用于高頻電路，不但效率低下 而且會迅速發(fā)熱燒毀。影響高頻整流效率的主要參數(shù)是二極管的反向恢復(fù)時間（ Reverse Recovery Time）和結(jié)電容（ Junction capacitance）特別是反向恢復(fù)時間影響最大。 從電容二極管的性能來看，肖特基二極管（ Schottky Barrier Rectifiers）最顯著的特點為反向恢復(fù)時間極短（小于 10ns），正向?qū)▔航祪H為 伏左右，屬一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件。但它的反向耐壓值較低，一般不超過 100伏，因此適宜在低壓、大電流情況下工作。 但我們發(fā)現(xiàn)應(yīng)用極為廣泛的硅高速開關(guān) 二極管 1N4148 的反向恢復(fù)時間比肖特基二極管還短，非常適合于高頻整流，其主要缺點是整流電流小。若做成橋式整流電路，整流電流可以大于 200mA，在小電流的無線充電中綽綽有余。 所以次級接收電路可以設(shè)計成以下 的 電路： L21234V D 1 ~ V D 41 N 4 1 4 8 * 4C47u GB3 . 7 V1 16RA150 I50V 圖 3 次級接收電路 在上面的電路中， L2 為接收線圈，四個硅二極管 1N4148 組成橋式整流電路，電容 C 作為整流電容，電源信號通過整流濾波后成為直流電源通過 RA 為鋰電池充電， RA 為限流電阻， I 為充電電流。 無線充電 電路的 電路圖 綜合以上的分析和設(shè)計，無線充電電路可以設(shè)計成如 圖 4 電路 。 在圖 4中我們選用的晶體管發(fā)射極耦合多諧振蕩器和模擬達林頓管組成無線充電電路，發(fā)射極耦合多諧振蕩器用兩個小功率三極管組成，按圖 4 中的元器件數(shù)據(jù)，振蕩頻率約為 350kHz。圖 4 中的元器件中僅最后一級三極管 VT4 的耗散功率大些，其他的都是比較簡單并且容易得到的元器件。 11 12V 的電源由太陽能充電電路提供，電源信號通過射極耦合多諧振蕩電路變成高頻信號再通過 C3 和 R7 組成的耦合電路之后被模擬達林頓管功放電路放大，L1 和 L2 分別是初級和次級耦合線圈，放大后的信號通過 L1 和 L2 的耦合被無線傳送到次級接收電路，高頻交流信號 被整流濾波后變成直流電能給 的鋰電池進行充電。 L21234V D 1 ~ V D 41 N 4 1 4 8 * 4C47uGB3 . 7 V1 16RA150 I2V T 42 S D 8 8 2V T 3S 8 0 5 0116R 9 A150116R 8 A4 . 7 KL1C40 . 0 1 u+ 1 2 V I1116R 5 A3 . 3 K116R 3 A3 . 3 K116R 1 A47K116R 6 A680116R 4 A680116R 2 A3 . 3 KC14 7 0 u 3 5 V C3 1uV T 2S 8 0 5 0V T 1S 8 0 5 0C2470p50V射極耦合多諧振蕩器 模達林頓管功放1 16R 7 A1MS 8 0 5 0E B C2 S D 8 8 21 2 3B C E 圖 4 無線充電電路 3 太陽能充電電路 太陽能充電的原理 太陽能充電電路由太陽能電池、充電電路、蓄電池或可充電電池三部分組成。 簡單地說，太陽能發(fā)電的原理主要是由太陽能電池板接收太陽光，在太陽能電池板的基板上發(fā)生光電效應(yīng)，從而將光能轉(zhuǎn)換成電能；然后將電能通過蓄電池儲存起來。 太陽能充電的關(guān)鍵是太陽能電池， 太陽能電池其實是一個 PN 結(jié)或者說是一個半導(dǎo)體光電二極管，太陽光照在半導(dǎo)體 PN 結(jié)上，形成新的空穴 電子對，在PN 結(jié)電場的作用下，空穴由 N 區(qū)流向 P 區(qū)，電子由 P 區(qū)流向 N 區(qū)，接通電路就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。 目前大部分的太陽能電池的 12 光電轉(zhuǎn)換效率都不是太高，大概在 15%左右。但是 當(dāng)許多個 太陽能 電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。 太陽能電池的主要參數(shù)一般有空載電壓 U(V)和短路電流 I(A)、兩者的乘積P(W)即太陽能電池的功率；其次還有工作電壓和工作電流，由于太陽能電池的內(nèi)阻較大工作電壓一般為空載電壓的 80%~90%，工作電流一般為短路電流的80%~90%。不同功率的太陽能電池對電池的充電時長 不同，當(dāng)然，充電時間 與電池的容量也有關(guān)系。 電路設(shè)計前的分析 無線充電電路所需要的電源電壓在 8V 到 15V 之間，所以，太陽能充電電路作為無線充電電路的電源供應(yīng)，輸出電壓也要在這之間。所以我們可以選用 12V的太陽能電池，而儲能方面，考慮到鉛酸蓄電池體積太大，所以選用了使用 8顆 容量 1200mAH 的 7 號鎳氫電池串接組成 的電池組，用這組電池組給無線充電電路供電完全滿足無線充電電路的電壓需求。 由于太陽能板不是時時都能接收到太陽光，所