摘 要

本文借助Multisim电路仿真软件，研究了手机无线充电器控制电路。基于麦克斯韦方程组，构建了无线电能传输系统，对无线电能传输系统所用的四种基本原理进行研究，最终选定研究了电磁感应方式的手机无线充电器。

论文设计了手机无线充电器的电路，电路分为几个模块：直流稳压源，能量发射端，能量接收端，并且使用甲类功放提高发射端的功率。对每一个模块的原理进行说明，并且利用仿真软件Multisim对每个模块进行仿真，对电路中的参数进行计算，确定使用的器件。

最后对系统开展了功能测试和参数测试，实验结果表明：本文设计的无线充电器可以在空载时输出4.2V左右的电压，有载时的输出功率3W，并且测定输入功率15.6W得到本文无线充电器的工作效率是18.4%。能够对充电功率为3W的苹果手机进行充电。

本设计的特色：使用的元器件较少，成本便宜，结构简单。输出功率满足市面上充电功率为3W的手机。

关键词：手机无线充电器；无线电能传输；电磁感应式充电器；手机充电器

Abstract

With the simulation of Multisim, this paper designs the circuit of phone wireless charger. The radio energy transmission system is constructed by Maxwell equations. Four basic principles of radio energy transmission system are studied. And the principle of electromagnetic induction is selected.

This paper mainly designs the circuit structure of mobile wireless charger. The circuit is divided into the following modules: DC voltage regulator, power transmitter, power receiver. The B-power amplifier is used to amplify the transmitter.The principle of each module is explained, and the multisim is used to simulate each module, calculate the parameters of the circuit, and determine the device used.

The results show that the wireless charger designed in this paper can output 4.2V at no load.With battery load, the output power is 3W and the input power is 15.6W. Charging efficiency is 18.4% About the voltage.It can charge iPhone, whose charging power is 3W.

Features of this paper: fewer components used, cheap and simple structure.The output power is enough to charge the phones in the market, whose charging power is 5W.

Key Words：Wireless phone charger；Wireless power transmission; Electromagnetic inductive charger；Mobile phone charger

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景 1

1.2国内研究现状及发展状况 2

1.3国外相关研究 3

1.4本文的主要研究内容与章节安排 5

1.5本章小结 6

第2章 手机无线充电器方案论证 7

2.1需求分析 7

2.2电磁感应式无线充电器 7

2.3磁共振技术无线充电器 8

2.4无线电波式无线充电器 8

2.5电场耦合式无线充电技术 9

2.6手机无线充电器方案确定 9

2.7本章小结 9

第3章 手机无线充电器硬件系统设计与研究 10

3.1 硬件需求分析 10

3.2 电磁感应无线充电器理论基础 11

3.3 等效电路分析 11

3.4 整流稳压滤波电路结构及分析 13

3.4.1 整流滤波电路 13

3.4.2滤波电路分析 15

3.4.3 稳压电路分析 15

3.4.4驱动电路原理及分析 16

3.4.5高频逆变器结构及原理分析 18

3.5.感应线圈设计 21

3.5 功率放大器设计 23

3.6 本章小结 24

第4章 无线充电器参数设计 25

4.1整流滤波电路参数计算及仿真 25

4.2稳压电路仿真及参数计算 26

4.3高频逆变器和谐振电路的设计 27

4.4接收端电路设计 30

4.5 本章小结 31

第5章 系统实验平台搭建及系统参数测试 32

5.1实验平台需求分析 32

5.2 实验平台组成 32

5.3直流稳压源特性测试与结果分析 35

5.4 驱动电路特性测试与结果分析 35

5.5 发射端电路特性测试与结果分析 37

5.6 接收端电路特性测试与结果分析 37

5.7 本章小结 38

第6章 总结与展望 40

6.1项目研究内容特色与创新点 40

6.2项目研究展望 40

6.3 本章小结 40

参考文献 41

致谢 42

绪论

本章主要介绍国内外关于无线充电技术的研究情况，以及各种无线充电技术的优劣点，并最终选定一种充电技术进行本文的设计。并且对设计需求做出解释。

1.1课题研究的背景

随着经济水平以及科技水平的不断提高，市面上出现了种类繁多的电子数码产品，人们对电子产品的要求也越来越高，包括了电子产品的使用时长，充电方式，充电速度。传统地，在对数码产品进行充电时，一般使用有线充电器。而不同的厂家生产的电子数码产品使用不同的充电接口，充电所需的功率也不同。目前市面上流行的充电接口有Type-C，Lightning，Micro-USB，其中Type-C，Micro-USB常见于安卓系统智能手机，平板电脑，数码相机，笔记本电脑等，而Lightning用于苹果公司生产的产品中。市面上主流的这三种接口遵循不同的通信协议，因此不可相互兼容。并且一般情况下，一个充电设备只能同时对一个设备进行充电，并且各种电子产品需要的充电功率也不一样，充电器不能相互混用。所以来自不同生产厂商生产的电子产品需要特定的充电器^[1]。

使用有线充电器，手机还需要有充电口，但是日常生活中人们充电的频率越来越高，经常拔插充电器，会对手机充电口造成机械损耗，时间一长充电口若损坏，手机口需要维修，会造成资源的浪费以及时间精力的浪费。与此同时，充电线也会有损耗，充电线损坏也会引起漏电等安全隐患。除此之外，充电时需要插线，操作麻烦，使得用户操作麻烦。