預(yù)定計劃執(zhí)行情況，項目研究和實踐情況，研究工作中取得的主要成績和收獲，研究工作有哪些不足，有哪些問題尚需深入研究，研究工作中的困難、問題和建議。（字?jǐn)?shù)不限，可加頁面）
一、 預(yù)定計劃執(zhí)行情況
2014年3月，我們自發(fā)成立項目小組，選定研究課題，并向?qū)W校申請了湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目，在校領(lǐng)導(dǎo)和專家的認(rèn)真審核下獲準(zhǔn)立項，立項后便立即開展對該項目的研究。
前期通過對該項目的廣泛調(diào)研和明確應(yīng)用背景，預(yù)先對擬設(shè)計的無線充電系統(tǒng)提出了如下設(shè)計目標(biāo)：充電距離在5mm左右，產(chǎn)品能適用于鹽霧等海上環(huán)境，充電效率達(dá)到70%以上，同時具備異物檢測、金屬物檢測、指示燈指示工作狀態(tài)等功能，項目預(yù)計在九個月內(nèi)完成，并發(fā)表論文一篇，申請專利一項。
本項目無線充電系統(tǒng)采用電磁感應(yīng)原理，實現(xiàn)電能到磁能再到電能的轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到無線傳輸?shù)哪康?，擺脫了物理連線所帶來的一系列麻煩。在發(fā)送和接收部分各有一線圈，當(dāng)發(fā)送端線圈流過高頻振蕩的電流，將產(chǎn)生變化的磁場，根據(jù)楞次定理，接收線圈中的電流會產(chǎn)生阻礙主線圈磁通量的變化的磁場，接收線圈中的電流經(jīng)整流、濾波后變?yōu)橹绷麟妷杭纯山o用電設(shè)備進(jìn)行直流供電。
依據(jù)要求及實現(xiàn)方法項目的實施最初討論方案從現(xiàn)有無線電源聯(lián)盟（WPC）現(xiàn)有無線充電標(biāo)準(zhǔn)Qi開始研究，從中選定合適的芯片bq500212a，bq500212a的選型方案是針對全部WPC1 5V 解決方案的所需器件數(shù)量最少，完全WPC 兼容，其中包括經(jīng)改進(jìn)的外來物體檢測方法，具有充電狀態(tài)和故障狀態(tài)的發(fā)光二級管(LED) 指示，基本符合最初設(shè)定的要求。
選定方案后參考現(xiàn)有資料開始無線充電系統(tǒng)的實際制作，逐步實現(xiàn)其無線充電功能，在初步實現(xiàn)無線充電功能后，對異物檢測功能進(jìn)行調(diào)試，異物檢測部分通過芯片識別線圈中傳遞的阻抗信息來判別，當(dāng)待充電物體電阻過小時則會被視為異物；當(dāng)待充電物體電阻為無窮大時，則表示沒有待充電物體，一旦檢測到長時間沒有待充電物體則芯片需要進(jìn)入休眠狀態(tài)。最終依照其基本原理完成了異物檢測功能，防鹽霧部分具體實施為通過調(diào)研，采用那兩種材質(zhì)進(jìn)行耐鹽霧包裝，并對線圈加封裝進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)不影響兩線圈之間的耦合系數(shù)。
現(xiàn)完成的無線充電系統(tǒng)能夠?qū)?.2V左右的電池充電，充電距離在5mm左右，但效率低于預(yù)期，為60%左右，能夠?qū)崿F(xiàn)異物檢測、指示燈指示工作狀態(tài)等功能。
針對海上特殊的鹽霧環(huán)境，考慮到鹽霧環(huán)境較難制造和模擬，選擇通過研究耐鹽霧材料對該無線充電系統(tǒng)進(jìn)行封裝，并利用Maxwell軟件進(jìn)行有限元分析仿真，研究耐鹽霧材料的封裝對該無線系統(tǒng)性能上的影響。由于對電路調(diào)試部分難度較大，耗費了較長的時間，因此整個項目周期較預(yù)期處于滯后狀態(tài)，耗時約一年兩個月。已申請專利一項《適用于海上等鹽霧環(huán)境的無線充電系統(tǒng)》，專利申請?zhí)枺?/span>2015203948025
二、 項目研究和實踐情況
該無線充電系統(tǒng)主要分為發(fā)射和接收兩個部分。
發(fā)射部分電路主要包括主芯片BQ500212A及外圍電路、 全橋驅(qū)動電
路、通信電路、電源電路。
主芯片BQ500212A及外圍電路如圖2-1所示，主要是根據(jù)LED_MODE和LOSS_THR外接不同的電阻來選擇不同的顯示模式狀態(tài)/轉(zhuǎn)換閾值(具體選擇需根據(jù)芯片手冊)，通過COMM+和COMM-來檢測負(fù)載的不同情況，根據(jù)負(fù)載不同輸出不同的LED的顯示電平、PWM信號和snooze/sleep信號。
圖2-1 主芯片BQ500212外部電路
全橋驅(qū)動和通信部分電路如圖2-2，BQ500212A通過COM+/-端來采集信號區(qū)分不同狀態(tài)從而執(zhí)行各種操作。電路中4個100nf的電容與發(fā)射線圈組成諧振，其值大小需根據(jù)具體的線圈進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，否則系統(tǒng)的效率會受到影響，值得注意的是，通信部分的信號采集在它們的下面，連接它們的導(dǎo)線不宜過長。
圖2-2 全橋驅(qū)動部分和通信
電源部分電路設(shè)計見圖2-3，可以看出電路中有snooze和sleep兩個控制端通過電阻電容接到主芯片上，電容電阻的阻值大小決定了定時的時長，功能相同。當(dāng)芯片需斷開供電時，產(chǎn)生一個脈沖信號，此時MOS管導(dǎo)通，電容儲存的電荷釋放，穩(wěn)壓芯片使能端變?yōu)榈碗娖剑€(wěn)壓芯片失能，輸出電壓為0V，主芯片不工作，MOS管斷開，電容充電，當(dāng)電容兩端電壓達(dá)到穩(wěn)壓芯片使能閾值時，芯片使能，主芯片工作，檢測是否還需休眠，重復(fù)上述步驟。
圖2-3 電源部分電路
芯片正常工作時對外界不同情況有以下幾種工作狀態(tài)：
（1） 接收部分正常且位置正確，負(fù)載已接上：當(dāng)接收線圈放在發(fā)射線圈
上時，由待機狀態(tài)切換到充電狀態(tài)，電路指示LED由LED1、LED2常亮變?yōu)?/span>LED1較慢的閃爍。實現(xiàn)電路原理為：接收線圈放在發(fā)射線圈上時芯片通過通信端的COMM+和COMM-端采集到由接收端負(fù)載帶來的映射電阻變化的信號，確認(rèn)后改變工作狀態(tài)，LED顯示變化，PWM輸出端輸出一組3.3V互補的PWM（頻率在100kHz到200kHz內(nèi)）信號來驅(qū)動H橋，而后H橋?qū)?span style="font-family: Times New Roman;">5V的PWM輸出到發(fā)射線圈，促使發(fā)射部分工作。
（2） 無負(fù)載或是其他絕緣物體放在發(fā)射線圈上：此時芯片通過通信部分
檢測到接收部分映射電阻過大，將切換到待機狀態(tài)，snooze端周期性的輸出脈沖以失能穩(wěn)壓芯片切斷供電，在恢復(fù)通電后芯片產(chǎn)生一個PWM波，以檢測接收端是否變化，此狀態(tài)下指示燈表現(xiàn)為LED1、LED2常亮。
（3）金屬異物放在發(fā)射線圈上: 此時芯片通過通信部分檢測到接收部分的映射電阻過小，此時損耗很高，芯片將切換到異物警告狀態(tài)，芯片內(nèi)置的蜂鳴器發(fā)出聲音，同時LED1不亮，LED2快速閃爍指示當(dāng)前為異物警告狀態(tài)。若此狀態(tài)持續(xù)，芯片sleep端發(fā)出脈沖來失能穩(wěn)壓芯片，主芯片將進(jìn)入休睡眠狀態(tài)，直至金屬異物移開才恢復(fù)為待機狀態(tài)。
接收部分主要實現(xiàn)以下兩個功能：
（1） 整流，濾波
（2）與發(fā)射部分進(jìn)行通信，使之區(qū)分不同狀態(tài)。
圖2.4為接收部分的電路圖。
圖2.4 接收部分的電路圖
下圖2.5為接收芯片的內(nèi)部部分電路，接收芯片根據(jù)負(fù)載的情況來控制Comm的電平高低，進(jìn)而是MOS管導(dǎo)通或斷開，這兩種狀態(tài)的阻值差別很大，經(jīng)接收線圈映射到發(fā)射線圈上，來表明狀態(tài)。
圖2.5 接收芯片的內(nèi)部
二、研究中取得的主要成就以及尚需完善的地方
1.主要成就
（1）完成無線充電系統(tǒng)的設(shè)計及成品制作
（2）申請一項實用新型專利
（3）撰寫一篇論文（修改中，暫未發(fā)表）
2.尚需完善的地方
（1）本項目在防鹽霧設(shè)計方面僅進(jìn)行仿真實驗，對其現(xiàn)實情況未進(jìn)行實驗。
（2）經(jīng)實驗分析，本無線充電系統(tǒng)的充電效率最高為60%，并未達(dá)到初期設(shè)想中的70%。
（3）實際充電過程中，接收端對電池充電的輸入電流較低，實際充電時間較長。
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