移动终端的多模式快速充电技术和无线充电技术研究

摘要

当前，各种移动终端如手机、平板电脑等的应用日趋普及，成为人们生活的必需品。然而受限于有限的电池续航时间，如何为其快速高效方便地充电成为业界关注的热点问题。
　　有鉴于此，论文开展了移动终端的有线快速充电和无线充电方案的研究，采用了基于恒流\恒压的多模式高效快速充电和无线充电方式来解决移动终端的充电速度慢、充电时间长问题，改善充电的便捷性。
　　论文的主要内容包括:
　　1、在移动终端的有线充电技术中采用AC-DC开关电源给移动终端充电，开关电源采用反激式变换器，控制方案选择电流反馈PWM调制，变换器工作在恒流\恒压模式，提高了充电的速度和效率，改善了响应性能。设计的多模式控制使得变换器能够在低的工作电流下达到高的效率，变换器的工作电流可以低至2.5mA。
　　控制芯片基于CSMC1μm40V工艺设计，芯片的测试结果验证了本文设计的开关电源实现了对移动终端的快速充电。
　　2、针对实现无线充电的一个技术关键—如何保持系统全过程保持在最佳工作状态，论文提出一种新结构的逆E类功率放大器予以解决。当逆E类功率放大器的MOSFET满足零开关电流导通(Zero Current Switching)和零开关电流导数导通(Zero Current Derivation Switching)条件时，可保持在最佳状态工作。并提出了相应的闭环控制技术，将输出负载视为自变量，当负载变化时，通过调节MOSFET的控制电压的占空比和频率，可实现放大器工作在最佳状态。
　　控制电路使用SMIC0.18μm3.3V的工艺进行设计，仿真结果显示，当输出负载在20％范围内变化时，逆E类功率放大器始终工作在最佳状态。

目录

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论文说明

致谢

摘要

图表目录

第一章 绪论

1．1 移动终端发展背景与现状

1．2 移动终端快速充电技术研究现状

1．3 移动终端无线充电技术现状

1．4 论文的主要研究内容

1．5 论文安排

第二章 移动终端充电基本原理

2．1 移动终端充电方案研究

2．1．1 快速充电技术研究

2．1．2 无线充电技术研究

2．2 开关电源概述

2．2．1 开关电源研究现状和趋势

2．2．2 开关电源原理和构成

2．2．3 开关电源工作方式

2．2．4 开关电源的调制方式

2．2．5 开关电源的控制方式

2．3 逆E类功率放大器工作原理

2．3．1 功率放大器研究现状

2．3．2 逆E类功率放大器工作原理分析

2．3．3 逆E类功率放大器闭环控制

2．4 本章小结

第三章 反激式变换器IC设计

3．1 反激式变换器基本原理

3．2 系统设计

3．3 控制芯片设计要求

3．4 控制芯片内部结构分析与设计

3．4．1 软启动

3．4．2 基准电压

3．4．3 保护控制

3．4．4 误差放大器

3．4．5 恒流＼恒压工作

3．4．6 INV采样

3．4．7 电流检测和前沿消隐

3．4．8 振荡器电路

3．4．9 功率MOS管的工作频率

3．5 控制芯片外围电路设计

3．5．1 功率MOS管的选择

3．5．2 滤波电容的选择

3．5．3 变压器的设计

3．6 本章小结

第四章 反激式变换器仿真与测试

4．1 模块电路仿真与分析

4．1．1 过压保护、欠压锁定电路

4．1．2 带隙基准电路

4．1．3 误差放大器

4．1．4 前沿消隐电路

4．1．5 振荡器电路

4．2 系统仿真与分析

4．2．1 系统仿真电路

4．2．2 系统仿真结果

4．3 反激式变换器控制芯片流片与测试

4．3．1 芯片的版图设计

4．3．2 芯片测试

4．4 本章小结

第五章 逆E类功率放大器IC设计与仿真

5．1 逆E类功率放大器的IC设计

5．1．1 系统设计

5．1．2 具体电路设计

5．2 逆E类功率放大器的仿真与分析

5．2．1 模块电路分析

5．2．2 系统仿真

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 存在的问题

6．3 未来工作展望

参考文献

攻读学位期间科研成果