【摘要】移动设备的传统充电方式太阳能无线充电器

陈露刘中宝袁启杰杨宗业

【摘要】移动设备的传统充电方式大多采用数据线通过插头直接连接电源。这种计费方式增加了计费的风险和局限性。流行的无线充电技术虽然不需要使用数据线，但仍然需要电能的供应。为了解决上述问题，提出了一种新型的太阳能无线充电器，它同时采用了两种比较成熟的技术：太阳能发电技术和无线充电技术。利用太阳能作为能源发电，利用电感耦合传输电能。结果表明，太阳能无线充电器可以降低充电风险，有效提高充电效率。与传统充电方式相比，太阳能无线充电器具有安全可靠、兼容性高等特点，具有良好的社会和经济价值。

【关键词】无线充电；太阳能发电；感应耦合

中文分类号：TM910.6 证件识别码：A 货号：2095-2457（2019）31-0013-002

DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2019.31.006

0 简介

随着手机等移动电子设备的广泛使用，传统充电器已逐渐无法满足人们的充电需求。与传统充电器相比，具有范围更广、充电速度更快、兼容性更高的优势。它采用流行的无线充电和太阳能发电技术。这两项技术已经成熟，太阳能无线充电技术也将得到广泛应用。

1 系统总体设计

本文设计的太阳能无线充电器主要采用太阳能发电技术[1]和无线充电技术[2]两大成熟技术。一、在目前一些太阳能发电系统中，在改进的MPPT太阳能控制算法[3]的基础上增加了新的控制电路，使整个系统具有太阳能电池最大功率点的自动跟踪功能，从而提高发电系统的工作效率。其次，为了实现手机等一些移动电子设备的安全充电，高压或大电流会对设备造成一定的损坏。在本设计中，在无线充电电路的接收端增加了整流稳压电路。 [4]。为了减少无线传输过程中的功率损耗，采用串联电容[5]的方法进行功率补偿。最后以51单片机[6]为核心控制电路基于单片机太阳能手机充电器，实时检测采集手机充电电压，并显示在外接液晶屏上。如果系统检测到电压异常，界面会显示应该停止充电。

2 硬件组件

2.1 太阳能充电电路

目前有折叠式和平板式太阳能电池板。平板式太阳能电池板[7]具有整体性好、散热片面积大、故障少等特点。与可折叠太阳能电池板相比，为了提高太阳能充电电路的效率，本设计提出了一种改进的MPPT太阳能充电控制算法，即使用增加太阳能发电系统的输出连接采用增量电导法通过BOOST转换器[8]传输到负载，可有效跟踪电路的输出功率。

2.2无线电力传输芯片的选择

无线电力传输芯片传统上可以使用专用的无线电力传输芯片或一些常见的分立元件。如果使用分立元件进行无线电力传输，很容易因为疏忽或误操作而造成一些事故。因此，本设计的无线传输系统核心采用了专用的无线电力传输芯片：XKT-408芯片和T5336芯片相结合。

XKT408集成电路一般用于智能无线充电系统[9]，可以进行电源管理。具有制造精度高、电路稳定性好等优点。 XKT-408电路利用电磁能量转换原理进行电力传输。考虑到太阳能无线充电电路中的无线能量传输过程需要智能电源管理，同时在安全性和稳定性方面也有一定的要求，本设计的智能无线充电[10]电源管理系统将采用XKT-408集成电路。 T5336系列集成电路用于无线电力传输电路，通过T5336端口的输出电压可以控制和补偿电力传输过程中的损耗。补偿电路发射的电磁波波形和电压具有良好的性能。 T5336集成电路与XTK-408系列电路相结合，可以控制线圈电路的电压和频率，是一种性能优良的充电控制电路。

2.3 无线电力接收芯片的选择

在射频功率接收芯片的选择上，本次设计结合芯片的结构设计和实际功能，最终选择了精度高、稳定性好的T3168芯片。无线电力传输电路发出的电磁波和电压被T3168芯片接收，实现无线电力的传输。

2.4 控制片选

太阳能无线充电器在充电过程中还需要监测接收电压，防止过压损坏设备。

本项目充电控制系统采用AT89C51单片机控制PCF8591芯片，实时采集手机充电电压，接电路1602液晶屏显示充电电压，方便用户观察数据。 AT89C51单片机为主控芯片，PCF8591为信号转换功能。在这个电路中，它负责将模拟信号转换成数字信号。

2.5 选择5v降压芯片

由以上分析可知，本设计采用51单片机进行电压采集与显示。 51 微控制器需要系统为其供电。因此，使用LM2575芯片设计5v电压电路。 LM2575系列开关电源集成电路可以实现高稳定性、高效率的稳压电路。其内部电路可以限制过电流，当电路过热时能自动关闭电路。为了与外部电路配合，该芯片还具有相应的控制引脚。

3 充电系统软件设计

太阳能无线充电系统软件主要用于控制太阳能无线充电平台，通过对软件的相应操作可以控制太阳能无线充电。系统有自己的特点，迎合市场需求，利用大数据网络下的运行环境，给生活和工作带来极大的便利。该软件易于使用，界面美观。

3.1 主界面设计

软件需要下载到被控制的电脑上才能成功运行软件。下图为充电软件主界面。

主界面显示一些信息，包括电压表信息、电流表信息、模块状态选项等，可以提供充电过程中的电压和电流。

图一

主界面右侧显示充放电电压曲线信息、电流曲线信息和电池电压温度显示信息。可以让用户更轻松直观地看到不同时间段的电压和电流变化。

3.2 太阳能充电监控

用户可以通过相应的功能菜单指令点击太阳能充电监控进入系统操作界面，用户可以根据系统充电监控显示的功能了解太阳能。太阳能充电监控操作根据实际需要从系统进行，以提高用户使用更流畅，系统正常运行。

充电界面有恒流定时信息。在恒流定时界面中，包括充电电流信息、充电时间信息、按设定时间进行恒流充电选项。

3.3 无线充电数据分析

用户可以根据实际需要点击系统中的相关功能按钮，系统会自动跳转到相应的界面，如图所示，用户可以清晰的查看到显示的无线充电数据分析信息界面中的系统，并根据实际需要点击相应按钮进行相关功能设置。详情如下图所示：

图2

监控界面包含一些关于运行状态的信息，包括放电模式信息、状态选项、参数选项、设置选项、电压信息、电流信息等。

点击参数选项进入参数界面，显示部分放电参数信息，包括放电模式信息、设置放电电流信息、设置放电时间信息、放电保护电压信息等。

4 个结论

太阳能无线充电器因其便利性和兼容性将逐渐得到广泛应用，尤其是在一些电力资源极其匮乏、条件不便的偏远地区。太阳能电池板与无线传输相结合的充电器，将在近期取代传统的充电设备，更加环保清洁，充电兼容性也有所提升。本文基于两种成熟的技术，提出了一种简单的太阳能充电器设计方案，能够满足日常充电需求，具有一定的社会和经济价值。

【参考文献】

[1]上官晓英，常海清，梅华强．太阳能发电技术及其发展趋势与前景[J].能源与节能，2019 (03）: 60-63.

[2]傅文铎，吴佩峰，韩新峰，李勇。手机无线充电技术原理及应用前景[J].机电资讯基于单片机太阳能手机充电器，2019（23）:74-76.

[3] 颜国康．太阳能光伏电池工程仿真模型及MPPT控制算法研究[D].重庆大学，2015.

[4] 傅文丽．直流稳压电源整流电路工作原理简述[J].科技创新与应用, 2013 (13）: 147 -148.

[5]钱凯，郭高鹏，张邯郸，李永腾，高飞凌。串补调压技术的调压特性分析与研究[J]．电气技术, 2019, 20 (07）:13-17.

[6] 刘燕佳．基于AT89C51单片机的电池性能检测电路设计[J].通信电源技术, 2019, 36 ( 04）: 206-207.

[7]张志强，王世农．太阳能电池数学模型的仿真与研究[J]．电子世界，2019 (16）:75-76

[8]张玉波，刘星，胡雪峰，姚芷蕾。一种改进的准Z源耦合电感升压变换器[J]．电力电子技术, 2019, 53 (07）:81-84.

[9] 叶贤晚，江碧波，李跃微。一种智能无线充电系统的设计[J].计算机测控, 2018, 26 (06）: 239-243.

[10] 张宇．一种智能高效的无线充电系统[D].东华大学，2017.

技术视野 2019 年第 31 期

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