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采用压电能量收集技术的充电器设计

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简介：
本项目专注于开发一种利用压电材料将机械能转换为电能的创新充电器。通过优化结构和算法提高效率，旨在实现便捷、环保的能量采集方案。 为了应对利用压电能量收集技术所获取的电能存储问题，本段落提出了一种充电器的设计方案。该设计方案采用以压电能量收集器与LTC3588—1电源管理芯片为核心的电压变换电路以及基于LTC4071充电控制芯片的充电控制系统，将采集到的能量转换并储存至锂电池中。实验结果显示，设计出的充电器能够提供稳定的4.1V直流输出电压以给锂电池充电，并成功实现了压电能量收集技术与电池储能的有效结合，展现出广阔的应用前景。

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  • 采用压电能量收集技术的充电器设计
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    本项目专注于开发一种利用压电材料将机械能转换为电能的创新充电器。通过优化结构和算法提高效率，旨在实现便捷、环保的能量采集方案。 为了应对利用压电能量收集技术所获取的电能存储问题，本段落提出了一种充电器的设计方案。该设计方案采用以压电能量收集器与LTC3588—1电源管理芯片为核心的电压变换电路以及基于LTC4071充电控制芯片的充电控制系统，将采集到的能量转换并储存至锂电池中。实验结果显示，设计出的充电器能够提供稳定的4.1V直流输出电压以给锂电池充电，并成功实现了压电能量收集技术与电池储能的有效结合，展现出广阔的应用前景。
     
  • 锂电池充电器的DC/DC转换器能量收集方案-电路设计
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    本项目探讨了在锂电池充电器中应用DC/DC转换器的能量收集方案，并详细介绍了相关电路的设计与实现。通过优化能源利用效率，提升了设备性能和续航能力。 本项目基于LTC3331设计了一种能量收集电池充电器的毫微功率降压-升压型DC/DC转换器解决方案。该方案中的DC/DC转换器包括一个集成全波桥式整流器和高电压降压电路，用于从电源、太阳能或磁源中采集能量，并将这些能源转化为电能供给单个输出。 在有收集到的能量可用时，系统会启动降压转换器工作模式，从而降低分流充电器所需的静态电流至200nA。这有助于延长电池寿命并提高效率。而在没有收集能量的情况下，则通过启用升压转换器来单独向VOUT供电。 LTC3331无线电池充电解决方案集成了高电压能量采集电源和一个由可再充式电池驱动的降压-升压型DC/DC转换器，形成了一种适用于替代能源应用的单输出电源。该系统中还包括了一个10mA分流电路以简化利用收集到的能量对电池进行充电的过程，并且具备低电量断开功能来防止深度放电现象的发生。 锂电池充电器能量采集用的DC/DC转换器实物图和原理图可以查看附件内容，其中使用orCAD打开原理图文件，PADS软件用于PCB设计。
     
  • IM1253B交直流电能计量直流充电桩电参数采集电量测量模块技术手册 V1.4.pdf
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    本手册为IM1253B型交直流电能计量直流充电桩电参数采集电量测量模块的技术文档，详述了其功能、规格及应用指南。V1.4版更新优化了性能与兼容性。 IM1253B单相直流电能计量模块可以采集监测直流电压、电流、有功功率、电能以及温度等多种电气参数。该产品采用工业级设计与工艺，使用锰铜采样技术，并支持嵌入式安装方式，确保了产品的便捷性、可靠性和高性价比。 此外，IM1253B还兼容MODbus-RTU和DLT645-2007两种通讯协议，使得数据传输及应用变得更加简单。这款产品已经通过计量院的测试，并获得了RoHS认证。
     
  • IM1281B 电能计量模块用于交流充电桩的电参数监测和电量采集电压电流功率测量模块
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    IM1281B电能计量模块专为交流充电桩设计，精准监测电参数并收集电量数据。适用于电压、电流及功率的精确测量，确保充电系统的高效运行与能耗管理。 IM1281B单相交流电能计量模块能够采集监测交流电压、电流、有功功率、功率因数、频率、电能及温度等多种电气参数。该产品采用工业级设计与制造工艺，具备双隔离采样功能，并支持嵌入式安装，确保使用安全可靠。 此外，IM1281B兼容MODbus-RTU和DL/T645-2007通信协议，便于实现数据传输及应用操作的简化。此产品已通过计量院测试并获得CE认证、RoHS环保标准认证。
     
  • 2009年电子设计竞赛获奖作品——电能收集充电器
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    本作品为2009年电子设计竞赛中的获奖项目，旨在通过创新技术有效收集和转换环境中的微弱能量以实现对设备进行无线充电。 设计并制作了一种宽范围的电能收集充电器。该充电器可根据输入电压的不同选择升压、降压或直通输出三种工作模式，提高了直流变换电路的工作效率；监测与控制电路采用间歇运行方式以降低功耗，并进一步提升转换效率。经实际测试验证，在0.9V至20V的范围内均能正常运作，并可为模拟电池充电，其电路设计稳定可靠、成本低廉且满足了任务需求。 【电能收集充电器】是一种高效低能耗电源解决方案，特别适用于从环境热能、光能或机械振动等不稳定能源中获取微小电力并将其转换成可用的电量，以供小型电子设备使用。该项目在2009年的电子设计大赛上获奖，由袁强、谭伟和周伟组成的参赛团队完成。 ### 1. 系统方案设计与论证 #### 总体设计方案 项目设计师考虑了多种选项，包括线性稳压器、开关式电源管理策略以及混合型解决方案。最终选择了具有升压、降压及直通输出功能的电能收集充电器，因为它能够适应广泛的输入电压范围，并提高了系统的灵活性和工作效率。 ### 2. 理论分析与计算 #### 电路结构 该充电器由升压变换器、降压变换器以及监控电路组成。这些组件共同作用以满足不同工作条件下的需求。 #### 元器件选型 团队精心选择了耐高压且低损耗的开关元件及具有高效率和极低静态电流的控制器，从而进一步降低整体能耗并优化性能。 ### 3. 各单元电路设计与实现 #### 升压变换器 升压变换器用于将较低电压提升至所需较高水平。通过利用电感储能技术和对开关组件的有效控制，在输入电压偏低时仍能提供足够的输出功率。 #### 降压变换器 当输入电压高于所需的输出值时，降压变换器启动工作，并根据需求调整频率和占空比来维持稳定的电力供应。 #### 监控电路 监控电路负责实时监测并调控系统状态。它能够决定何时切换至最佳的工作模式，在间歇运行期间进一步降低能耗，从而提高整体效率。 ### 4. 系统软件设计及流程 #### 功能分析与实现 程序逻辑注重于自动选择最合适的操作方式以及优化性能算法的开发，确保在各种条件下都能保持稳定性和高效性。 #### 软件实施 编写了微控制器代码以精确控制开关元件。根据输入电压和负载需求动态调整PWM波形，从而保证系统的稳定性与效率。 ### 5. 整体测试及结果分析 经过一系列实验室试验表明，在不同环境下电能收集充电器均表现出色，并能够在0.9V至20V的范围内稳定工作并成功为模拟电池进行充电。其低成本和高可靠性满足了实际应用的需求，展现了创新性的电源管理和高效的能源转换策略，对微能源领域的发展具有积极意义。
     
  • 锂电池充电器模块：采用两阶段充电技术的锂离子电池充电器-MATLAB开发
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    本项目为一款基于MATLAB开发的锂电池充电器模块设计，专精于运用先进的两阶段充电技术优化锂离子电池的充电过程。 Rodney Tan（PhD）开发的锂电池充电器块1.00版于2019年8月发布。该充电器通过两个阶段为锂离子电池进行充电：首先是从恒流（CC）充电阶段接收输入电流，当电池达到设定电压时切换到饱和充电（CV）的恒压充电阶段。
     
  • 基于智能技术的交直流电压数据采集系统设计
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    本项目旨在设计并实现一个集成智能技术的交直流电压数据采集系统，该系统能够高效、准确地收集电力系统的电压信息，并支持数据分析与处理。通过运用先进的传感技术和智能化算法，此系统可显著提升电力监控和管理效率，为电网安全稳定运行提供强有力的技术支撑。 为了满足数据采集与电子测量仪器领域对宽动态范围及高精度电压参数值的需求，设计了一种智能交直流电压数据采集系统。该系统采用了基于电压衰减电路的设计，并利用单片机STC89C52控制电压衰减器的系数来实现量程自动切换；同时采用真有效值测量方案以完成AC/DC转换功能；通过12位A/D转换器进行电压数据采集，在软件处理中分别应用限幅平均滤波法和线性拟合修正误差技术，从而降低随机干扰及系统非理想特性引入的误差。经实际运行测试表明：该系统具备高精度、低误差、操作简便以及读数直观等优点，并展现出广阔的应用前景。
     
  • 电源技术中高能效手机充电器的设计探讨
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    本文深入探讨了在电源技术领域中设计高能效手机充电器的重要性、挑战及解决方案，旨在提高能源使用效率和减少环境影响。 随着移动设备如媒体播放器、PDA 和手机的广泛使用，外部电源（EPS）和充电器在家庭电力消耗中的比重显著增加。为了减少能源浪费并提升电器效率，国际监管机构，例如欧盟委员会的行为准则(CoC) 和美国的能源之星(Energy Star)，已制定了更为严格的效率与空载功耗标准，并且这些标准未来可能会进一步提高。 高能效手机充电器的一个关键指标是其在没有负载时消耗的能量——即空载功耗。全球大型手机制造商已经要求充电器供应商提供空载功耗仅为30毫瓦的充电器，这不仅是一个技术挑战，也成为了衡量企业社会责任的重要标准，并有助于吸引注重环保的消费者。根据能源之星EPS规范2.0版的要求，目前只有少数产品达到了这一高标准。 为了满足这些严格的标准，电源设计师需要创新设计以确保在全负荷和无负载条件下都能实现良好的电压与电流调节同时符合电磁干扰(EMI) 标准，并且生产成本具有竞争力。Power Integrations公司的LinkSwitch-II系列集成电路为此类应用提供了有效的解决方案。这款集成开关IC能实现恒压恒流(CVCC)功能，适用于电池充电和LED驱动。 通过使用PI的2.75W充电器设计，在采用LinkSwitch-II后，不仅带载效率高而且空载功耗始终低于30毫瓦，远优于能源之星V2.0标准。这表明在一年内可以显著节约能源，并且大部分节能来自于空载状态下的功率降低。 LinkSwitch-II集成电路整合了700V 功率MOSFET、控制逻辑、电流限制和热保护等功能，简化了隔离式低功耗CVCC充电器的设计流程。它能够提供精确的输出电压与电流调节，在面对输入电压变化及内部参数容差时仍能保持稳定性能。在恒压阶段，通过调整开关周期来维持输出电压；而在恒流模式下，则是通过降低输出电压下降所对应的开关频率以确保持续稳定的电流供应。 高能效手机充电器的电源设计涉及多个复杂的技术层面，包括空载功耗优化、效率提升、负载与电压调节以及电磁兼容性等。创新集成电路如LinkSwitch-II提供了有效的解决方案，帮助设计师满足日益严格的能源标准，并同时降低整体能耗。这样的技术不仅对环境保护有益，也是推动电子行业向可持续发展方向迈进的重要步骤。
     
  • 12V电压充电器电路设计图
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    本设计提供了一套详细的12V电压充电器电路图，包括关键元器件的选择与布局，适用于电子设备电池充电应用。 对于胶体电介质铅酸蓄电池而言，该电路是一个高性能的充电器。它可以快速地为电池充电，并且在电池充满后会迅速断开以防止过度充电。初始阶段的充电电流限制为2A，随着电池电压和电流上升至一定水平时（即电流降至150mA），充电器将调整到较低漂浮电压状态。 标题中的“12V电压充电器电路图”指的是用于给12伏特电池进行充电的设计方案。这种充电设备特别适合胶体电介质铅酸蓄电池，这类电池广泛应用于汽车、UPS系统及太阳能储能等领域，并且相比传统液体电解质的铅酸电池具有更优秀的耐久性和维护性能。 描述中的“高性能充电器”意味着该电路设计注重效率和保护功能。在初始阶段，充电电流设定为2A以迅速补充电池能量；随着电压升高至接近满电状态时（即电流降至150mA），则调整到较低漂浮电压水平来维持电池的完全充盈而不造成过量充电。 虽然标题中提到“锂电池”，但文中所描述的充电策略更适合铅酸电池，因为锂电池需要更精确的恒流-恒压(CC-CV)模式以及精细控制接近满电时的电流以防止过充。然而，理解这种铅酸电池充电器的工作原理对设计锂电池充电器也有一定参考价值。 在电源类项目中（如文章、课设或毕设），这个12V电压充电器电路图可以作为一个基础模型进行研究和改进。通过学习如何控制充电电流、监测电池状态以及实现自动切换到漂浮充电状态，学生与工程师能够掌握关键的电源设计技能。 为了构建这种类型的充电器，需要包括以下组件：用于将市电或其他高电压源转换为12V的电源转换器（如开关电源或线性稳压器）；电流感应电阻以测量充电电流；电压检测电路来监控电池电压；以及控制器（如微处理器或专用集成电路）处理信号并控制整个充电过程。此外，还需要适当的保护措施，例如熔断器或过流保护装置，在异常情况下确保设备和电池的安全。 12V电压充电器电路图涉及的知识点包括：电池充电原理、电源转换技术、电流与电压检测方法以及自动控制策略等。深入理解和设计该类型的充电器不仅有助于提升电子工程的基本技能，也是解决实际能源存储问题的关键步骤。