無線電能傳輸系統(tǒng)報(bào)告.doc

摘要隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，越來越多的電源連接線開始困擾人們的生活，為改善傳統(tǒng)導(dǎo)線電路電能傳輸?shù)谋锥?，給出了一種基于近距離無線電能傳輸原理的傳輸系統(tǒng)，而電磁諧振耦合無線電能傳輸技術(shù)正可以很好解決對(duì)距離有較高要求的這類問題。 本設(shè)計(jì)主要包括發(fā)射模塊、傳輸模塊和接收模塊三大部分。首先由有源晶振產(chǎn)生1mhz的方波，通過驅(qū)動(dòng)ir2110及mos管提高了交流信號(hào)，加強(qiáng)后的信號(hào)源經(jīng)發(fā)送線圈通過磁耦合諧振感應(yīng)到接收線圈，再經(jīng)過半波整流和濾波后得到穩(wěn)定直流電壓,帶動(dòng)負(fù)載工作，即實(shí)現(xiàn)了無線電能的傳輸。在本實(shí)驗(yàn)中，我們采用單片機(jī)stc89c52控制液晶屏lc1602來顯示負(fù)載短的的實(shí)時(shí)電壓和電流值。關(guān)鍵字：無線電能 有源晶振 驅(qū)動(dòng)電路 諧振 半波整流 abstract in this paper, with the rapid development of electronic products, more and more power cables on peoples lives, to improve the disadvantages of traditional power transmission conductor circuit, presents a transmission system based on can close radio transmission principle, and the electromagnetic resonance coupling can radio transmission technology is very good to solve this kind of problem have higher request for the distance. this design mainly includes the transmitting module, transmission module and receiving module three parts. first 1 mhz square wave generated by the active crystals, driven by ir2110 and mos tube improve the signal communication, strengthen the signal source approved by the sending coil magnetic coupling resonant induction to the receiving coil, and after a half-wave rectifier and filter get steady dc voltage, drive the work load, which can realize the radio transmission. in this experiment, we adopt lc1602 stc89c52 mcu lcd screen to display the real-time voltage and current value of load short. key words: radio can active vibration crystal driver circuit resonance half-wave rectifier 目 錄一 方案分析與論證21.1 系統(tǒng)分析21.2方案的論證2(1)信號(hào)源發(fā)生電路3方案一 ne555振蕩電路，電路復(fù)雜，產(chǎn)生的頻率較小。3方案二 1mhz有源晶振，電路簡(jiǎn)單，頻率較大能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求的電磁諧振耦合距離。3二 原理分析計(jì)算與電路的設(shè)計(jì)32.1信號(hào)源的產(chǎn)生電路32.2 降壓電路42.3 驅(qū)動(dòng)電路42.4 功率放大電路42.5 傳輸模塊5諧振耦合無線電能傳輸系統(tǒng)示意圖如圖所示，能量傳輸系統(tǒng)包括發(fā)射端和接受端，發(fā)射端和接受端諧振頻率一致。發(fā)射端與功率放大電路連接，接收端與整流濾波電路連接。52.6接收模塊5三 軟件設(shè)計(jì)6四 實(shí)際測(cè)量7五 總結(jié)7一 方案分析與論證1.1 系統(tǒng)分析本課題是基于電磁感應(yīng)設(shè)計(jì)無線電能傳輸裝置，該裝置是一種近距離無線電能傳輸系統(tǒng)，采用磁耦合諧振式無線電能傳輸。本系統(tǒng)可以分為發(fā)射、傳輸和接收三大模塊，整體框圖如圖1所示。 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖其中發(fā)送模塊由信號(hào)產(chǎn)生電路、驅(qū)動(dòng)電路和功率放大電路組成。傳輸模塊由發(fā)送線圈、接受線圈組成，介質(zhì)為空氣；接收模塊由整流電路，變壓電路、負(fù)載電路組成。1.2方案的論證 本設(shè)計(jì)要求保持發(fā)射線圈與接收線圈間的距離x =10cm、輸入直流電壓u1=15v時(shí)，接收端輸出直流電流i2=0.5a，輸出直流電壓u28 v，并在輸入直流電流不大于1a，接收端負(fù)載為2只串聯(lián)led燈（白色、1w）。在保持led燈不滅的條件下，盡可能延長(zhǎng)發(fā)射線圈與接收線圈間距離x。同時(shí)盡可能提高該無線電能傳輸裝置的效率。為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模覀冃鑼?duì)電路、元器件進(jìn)行對(duì)比分析。(1)信號(hào)源發(fā)生電路方案一 ne555振蕩電路，電路復(fù)雜，產(chǎn)生的頻率較小。方案二 1mhz有源晶振，電路簡(jiǎn)單，頻率較大能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求的電磁諧振耦合距離。綜上，選用方案二 (2)驅(qū)動(dòng)電路 方案一 采用bn7960.驅(qū)動(dòng)電路輸出信號(hào)時(shí)有一定的時(shí)間，且容易發(fā)熱。 方案二 ir2110可靠性高、大電壓、高速、不需要對(duì)供電電源進(jìn)行隔離。因此采用2110作為驅(qū)動(dòng)芯片，便于實(shí)際電路的簡(jiǎn)易性。 (3)整流、濾波電路 方案一 半波整流電路，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用元件少但整流效率低，輸出電壓脈動(dòng)大，適用于要求不高的場(chǎng)合 。 方案二：橋式整流電，與半波整流相比輸出電壓提高，脈動(dòng)成分減小。 基于節(jié)能和穩(wěn)定，選擇方案二。 （4）顯示模塊 方案一 采用led數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管顯示控制簡(jiǎn)單，調(diào)試也方便，但是顯示方式單一，有些字符信息難以顯示。 方案二 采用液晶模塊lcd1602顯示?？梢燥@示數(shù)字，字符等，顯示內(nèi)容豐富。 綜上，選用lcd1602顯示系統(tǒng)。二 原理分析計(jì)算與電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)電路的硬件組成為有源晶振、7805降壓、ir2110驅(qū)動(dòng)、雙mos管發(fā)大功率、橋式電路接電容濾波整流2.1信號(hào)源的產(chǎn)生電路 有源晶振有4只引腳，是一個(gè)完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件。有源晶振如圖所示 圖2 引腳圖 有源晶振通常的用法：1腳懸空，2腳接地，3腳接輸出，4腳接電壓。2.2 降壓電路 用78系列三端穩(wěn)壓ic來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。本系統(tǒng)采用的15v直流電源經(jīng)7805后輸出5v的電壓，起到穩(wěn)壓和降壓的作用。2.3 驅(qū)動(dòng)電路 mos管需要選取驅(qū)動(dòng)電流較大工作頻率較高的驅(qū)動(dòng)電路。本系統(tǒng)選擇了ir2110，具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道；工作頻率高，可達(dá)500khz；開通、關(guān)斷延遲小。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)頻率可工作在2mhz。2.4 功率放大電路功率放大電路是驅(qū)動(dòng)電路的倆路輸出各連接一個(gè)mos管組成， 反相器使倆個(gè)mos管連續(xù)工作在開、斷的工作狀態(tài)，由于電路中使用的無源晶振頻率很高，哦那個(gè)做斷開、閉合的頻率也很高導(dǎo)致其很容易發(fā)燙，因此我們要給mos管加散熱片來降低溫度。 圖3功率放大電路2.5 傳輸模塊 諧振耦合無線電能傳輸系統(tǒng)示意圖如圖所示，能量傳輸系統(tǒng)包括發(fā)射端和接受端，發(fā)射端和接受端諧振頻率一致。發(fā)射端與功率放大電路連接，接收端與整流濾波電路連接。 圖4無線能量傳輸示意圖接收線圈和發(fā)射線圈我們采用電磁諧振耦合電路，電感電容連接圖如下：圖5電感電容連接圖 上述電路滿足相互耦合的一介微分方程： 2.6接收模塊接收模塊是在接收到前級(jí)的能量后對(duì)其進(jìn)行處理的模塊。為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需求， 需要將接收到的交流信號(hào)進(jìn)行整流、濾波處理， 處理之后的直流電壓方可供其負(fù)載使用。該模塊主要包括整流電路以及變壓電路。整流電路由于接受線圈接受的電壓為交流電且電壓比較小，所以要經(jīng)過整流濾波電路整流濾波。 圖6 橋式整流電路三 軟件設(shè)計(jì)由于實(shí)驗(yàn)對(duì)輸入輸出的電壓、電流的大小有一定的要求，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了顯示電路來顯示負(fù)載端的實(shí)時(shí)電壓、電流的大小。程序流程圖如圖 圖7 顯示電路流程圖通過按鍵控制輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器tlc2543的模擬量，經(jīng)過單片機(jī)處理在顯示屏上顯示出對(duì)應(yīng)的電壓電流值。其仿真圖如圖所示 圖8 仿真圖四 實(shí)際測(cè)量在測(cè)量中存在能量的損失，其效率公式為 根據(jù)實(shí)際電路，我們測(cè)量了一組輸出電壓和兩個(gè)線圈距離的關(guān)系數(shù)據(jù)并用matlab繪制出其關(guān)系曲線。 表1 負(fù)載電壓和兩個(gè)線圈距離關(guān)系 距離67891011121314負(fù)載電