第頁手機無線充電器的硬件方案設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u25918手機無線充電器的硬件方案設計案例 1238791.1總體框架 191671.2發(fā)射端電路的選擇 281901.2.1主控單元硬件設計 2268941.2.2電路供電電源的選擇 336401.2.3LC振蕩電路設計 3128281.2.4MOS控制電路 438371.2.5設計單片機與按鍵接口的電路 5221771.2.6液晶顯示模塊 6320131.2.7電流檢測電路 623561.2.8電壓檢測電路 7164291.3接收端電路的選擇 8153311.1.1整流電路設計 836011.1.2濾波電路設計 846161.1.3穩(wěn)壓電路設計 91.1總體框架本設計由51單片機、發(fā)射及接收主回路還有穩(wěn)壓組成?？傮w設計結構框架如圖3-1所示。圖3-1總體設計結構框架圖1.2發(fā)射端電路的選擇1.2.1主控單元硬件設計STC12C2052AD單片機是由宏晶科技設計所研究出來，它是一種市面上極其少見的8051單片機，它具有單元時鐘/機器周期（1T）。與此同時，該單片機還具有許多明顯的特征：超強加密，損耗十分低，成本超級低，而且其抗靜電能力強，抗干擾能力強，普通的8051單片機可以被該類單片機完全兼容。并且該類單片機的速度遠遠快過于普通的8051單片機，其速度約為普通型的8-12倍。由此可以看出STC12C2052AD單片機的速度之快。這種類型的單片機還擁有專門的集成復位電路。STC12C2052AD單片機的實物如圖3-2所示。圖3-2STC12C2052AD單片機實物1.2.2電路供電電源的選擇電路采用7805芯片，該芯片搭建穩(wěn)壓電源僅需極少的原件，該電路包含保護電路，其輸出的電壓值穩(wěn)定。因要考慮功率損耗問題，故我們首先考慮將輸入電壓設置為9-15v。該電路中，電流流過負載后相較于同一點點位變化為2.5v，完全符合要求即可以運用。7805應用電路如圖3-3所示。圖3-37805應用電路1.2.3LC振蕩電路設計無線充電也就是電磁波的發(fā)射與接收，為了有效地發(fā)射電磁波，可將普通的LC電路改成開放電路。原因一是為了將電場和磁場敞開，原因二提高LC電路的振蕩頻率，振蕩頻率提高有助于發(fā)送電磁波。電磁感應式和磁共振式分別如圖3-4和3-5所示。圖3-4電磁感應電磁感應即初級線圈發(fā)射交變磁場被次級線圈切割，產(chǎn)生感應電動勢。這種現(xiàn)象類似于琴弦震動，震動波會傳遞給周邊的物體，但是距離遠了傳遞效果就會變得極差。圖3-5磁共振磁共振是在次級線圈上再并或串一個電容，初級線圈交流電頻率和次級線圈諧振頻率相同，就可產(chǎn)生共振。這種現(xiàn)象就像兩根一模一樣的弦，撥動一根，另一個很容易跟著振。為了使距離拉開后依然可以快速高效的傳輸電力，因此本設計有別于上述的電磁感應原理。本設計采用LC振蕩電路，如圖3-6所示。圖3-6LC并聯(lián)網(wǎng)絡1.2.4MOS控制電路Q1為N溝道場效應管IRF540（110v/33A/40mΩ），啟動電壓小于5V，MOS可直接被單片機內的PWM端口直接控制。將L2線圈做出調整，C20電容與該線圈并聯(lián)，即可使電路處在諧振的狀態(tài)。由于MOS工作時所散發(fā)出的熱量不多，因此我們不必加大散熱片的使用，這樣也有效的縮減了成本。接收端作用于發(fā)射端，因此當接收端不在時，發(fā)射端的能量將無法發(fā)送，所以此時系統(tǒng)將處于低待機功耗的狀態(tài)。在放大電路中放置電阻R4來減小瞬間電流。此方法可以保護PWM端口免遭破壞。下拉電阻R6的作用是預防MOS管意外打開。功率放大電路和IRF540的柵極電壓與漏極電流的關系分別如圖3-7和3-8所示。圖3-7發(fā)射端功率放大電路圖3-8IRF540的柵極電壓與漏極電流的關系圖1.2.5設計單片機與按鍵接口的電路方案一：按鍵。按鍵的輸入值不夠多樣化，因此使用按鍵來控制電路的方法不夠靈活。方案二：電位器?？奢斎攵鄠€數(shù)值，且數(shù)值易于設計人員觀察。綜上所述，方案二更優(yōu)。按鍵電路如圖3-9所示。圖3-9按鍵電路1.2.6液晶顯示模塊本設計采用的是1602液晶顯示。當有很小的電流流經(jīng)液晶時，大量的信息就可以被顯示，因此只需簡單電路即可。該液晶顯示屏上可以顯示輸入電壓Ui、輸出電壓Uo、電流I和工作狀態(tài)。LCD1602液晶顯示如圖所示。圖3-101602液晶顯示1.2.7電流檢測電路方案一：使用霍爾電流傳感器檢測電路。當電流流過傳感器時，線圈產(chǎn)生磁場，當電流變化時，磁場也跟著變化。因此通過檢測電壓值的變化就可知道電流值的大小。方案二：采用電阻分壓檢測電路。采用“串聯(lián)分壓”的原理，計算出電阻兩端的電壓值，從而獲得電流值。該方法淺顯易懂，容易操作。本設計采用電流檢測電路對輸出電壓和電流進行實時監(jiān)測，為了方便MCU數(shù)據(jù)收集，電路采用放大電路，將電壓放大并輸入到MCU的ADC端口。電流檢測電路如圖3-11所示。圖3-11電流檢測電路LM358模塊適用范圍很廣，不僅常運用在對電壓限度要求很低的單電源上，也可用于雙電源工作。LM358引腳圖及其功能如圖3-12所示。圖3-12LM358引腳圖及引腳功能圖安全前提下，設保護電流1A，5V電壓供電，電壓差為1.2V，故輸出最大電壓：(3-1)1A電流流過0.05Ω電阻所得電壓為：(3-2)因此運放電路中的放大倍數(shù)應該小于：(3-3)假設R22=33K，R20=1K，放大倍數(shù)為：(3-4)滿足，故當電流為2A時，輸出電壓為：(3-5)1.2.8電壓檢測電路輸入電壓9V>最高電壓5V，所以電壓采樣使用電阻比例：(3-6)假設R11=22K，R16=2.7K，放大倍數(shù)為：(3-7)滿足，故當輸入電壓為9V時，電壓為：(3-8)電壓檢測電路如圖3-13所示。圖3-13電壓檢測電路1.3接收端電路的選擇1.1.1整流電路設計整流電路的作用就是把電路中的交流電轉換成直流電。整流濾波電路如圖3-14所示，L1為次級線圈，當輸入電壓在正半周期，電流方向：L1-D2-負載-D12,當輸入電壓在負半周期，電流方向：L1-D3-負載-D11。電路中的2個二極管同時導通，可用肖特基組成的整流橋進行全波整流。無線充電效率之所以不高是因為單個肖特基壓降為0.55V，因此電路中將產(chǎn)生1.1V的電壓降。圖3-14整流濾波電路肖特基二極管簡稱SBD，其特點是：反向恢復時間極短，正向導通電壓降僅約0.4V。1.1.2濾波電路設計交流單極脈沖信號是通過調節(jié)交流電來實現(xiàn)的，用來得到平緩的直流電壓信號，濾波電路可將直流電壓中的交流成分降到最低，便于得到平滑波形。有了濾波電路，負載電流和電壓波動變小，波形變平滑。濾波電容大小和負載電阻的大小與電容放電的速度成反比。本設計需要依照被整流電壓周期和負載電阻的大小來確定濾波電容荷壓比的數(shù)值。由于本設計中的開關頻率為23KHz，為確保電路能夠正常運行，需要用到2個大小為100μF的電容。1.1.3穩(wěn)壓電路設計穩(wěn)壓電路需要穩(wěn)壓二極管，簡稱穩(wěn)壓管。當穩(wěn)壓二極管反向擊穿時，其兩端的電壓基本保持不變，這種特性被稱為穩(wěn)壓特性。該二極管應用范圍廣泛如：穩(wěn)壓電源、限幅電路。為在高壓上使用穩(wěn)壓管，我們可以將多個穩(wěn)壓二極管并聯(lián)使用，由“并聯(lián)分壓”可知：每個穩(wěn)壓二極管將分得所需要的電壓。ZM4733A的電壓電流特性如圖3-15所示。圖3-15ZM4733A的電壓電流特性圖將7個1W的1N4733穩(wěn)壓器并聯(lián)。不充電時，二極管發(fā)熱消耗能量。