無線供電系統(tǒng)論文

1、電子綜合設(shè)計論文題目 簡易無線供電系統(tǒng) 姓名 徐小凱 學號 1312270122 班級 電科131 時間 2016.10 簡易無線供電系統(tǒng)摘要 目前，手機、MP3和筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備進行充電主要采用的是一端連接交流電源。另一端連接便攜式電子設(shè)備充電電池的傳統(tǒng)充電方式。 這種方式有很多不利的地方，首先頻繁的插拔很容易損壞接頭。另外也可能帶來 觸電的危險。因此，非接觸式感應充電器在上個世紀末期誕生，憑借其攜帶方便、 成本低、無需布線等優(yōu)勢迅速受到各界關(guān)注。因此實現(xiàn)無線充電，便于攜帶成 為充電系統(tǒng)的研究方向之一。本文設(shè)計了一種簡單實用的無線供電系統(tǒng)。通過線圈將電能以無線方式傳輸給用電設(shè)備。只

2、需將用電設(shè)備放在供電系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)上即可對其進行供電。實驗證明，該系統(tǒng)能做到將多個供電設(shè)備同一充電平臺上同時充電，免去接線的煩惱關(guān)鍵詞 無線供電 傳能 磁場 三極管Abstract：At present, mobile phones, MP3 and laptop computers and other portable electronic devices are mainly used for charging the end connected to AC power. The other end of the portable electronic devices connected

3、 to the traditional charging method of rechargeable batteries. This approach has many disadvantages, the first frequent plug is easy to damage the connector. There is also a risk of electric shock. Therefore, the non-contact induction charger was born in the late last century, with its easy to carry

4、, low cost, no wiring and other advantages quickly attracted attention from all walks of life. Therefore. To achieve wireless charging, easy to carry the charging system into one of the research.This paper designs a simple and practical wireless power supply system. Through the coil to wirelessly tr

5、ansmit electrical energy to the electrical equipment. Simply put the electrical equipment within the power supply system to allow the scope of its power supply. Experiments show that the system can be more than one power supply equipment on the same charging platform at the same time charging, elimi

6、nating the wiring troubles.Key words：Wireless power supply Transmission Magnetic field Transistor一 系統(tǒng)的方法及辯證。1） 感應式供電技術(shù)：該技術(shù)主要應用電磁感應定律，其典型的應用就是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷淖儔浩鳌D1表示了變壓器的構(gòu)造。將兩個線圈繞制在同一個磁芯上面，線圈通過磁芯進行緊耦合。當初級線圈加上交流電壓的時候，交變電流在磁芯中產(chǎn)生變化的磁場，通過次級線圈并在次級線圈兩端感應出交流電壓。兩個線圈在電氣上是隔離的，這種其實也屬于無線電力傳輸。只不過必須要維持一個暢通的磁路罷了。后來人們把初級

7、和次級線圈分開一小段距離，使得兩個磁芯在物理上也是隔離的。這樣變壓器結(jié)構(gòu)成了真正的無線供電結(jié)構(gòu)。2） 激光式無線供電技術(shù)：激光擁有很強的方向性、能量非常集中,能夠傳送大量的能量,可以在很好的效率下傳送能量4。激光無線供電不存在干擾通信衛(wèi)星的風險使用微波卻存在這種問題4。弊端是是物體出現(xiàn)在傳輸路徑上會影響激光與接收裝置之間的能量交換,激光極強的方向性同時也意味著其能量只能沿著直線傳輸，任何隔在激光傳輸路徑上的障礙物都會導致激光傳輸效率的降低。使用激光可以透過云層,激光能量估計會在傳輸過程中消耗掉一半2。另外，大功率的激光照射在物體上會使物體自身溫度迅速上升，極易引起火災，照射在動物眼睛上則會使眼

8、睛失明。所以激光無線供電一般不適合民用，多用于太空中，衛(wèi)星之間的能量傳輸4。3） 基于強耦合磁諧振式的供電技術(shù):基于強耦合磁諧振式充電技術(shù)是目前民用領(lǐng)域內(nèi)最受歡迎的無線供電技術(shù)。該技術(shù)以其功率適中，傳輸距離適中，生態(tài)友好，對人體無危害，技術(shù)實現(xiàn)較簡單等優(yōu)勢迅速占領(lǐng)市場。并且在2010年期間，由無線充電聯(lián)盟（WPT）聯(lián)合多家國際知名企業(yè)制定了相關(guān)的國際標準-Qi標準。二無線供電的歷史、發(fā)展與現(xiàn)狀實際上無線供電的設(shè)想早在一百多年前就已經(jīng)出現(xiàn)。在1890年，尼古拉·特斯拉，這位現(xiàn)代交流電系統(tǒng)的奠基者就開始構(gòu)想無線供電方法，最后提出了一個非常宏大的方案把地球作為內(nèi)導體、距離地面約60 km的

9、電離層作為外導體，在地球與電離層之間建立起大約8 Hz的低頻共振，再利用環(huán)繞地球的表面電磁波來遠距離傳輸電力。到了20世紀20年代中期，日本的HYagi和sUda論述了無線供電概念的可行性；20世紀30年代美國的學者開始研究不利用導線去點亮電燈的輸電方案。隨著大功率、高效率真空電子管微波源的研制成功，20世紀60-70年代，Raytheon公司的William CBrown做了大量的無線供電方面的研究工作，使得這一概念變成實驗結(jié)果，奠定了現(xiàn)代無線供電的實驗基礎(chǔ)。他所演示的直流直流轉(zhuǎn)換效率在54%左右。2000年以后，無線充供電新技術(shù)越來越頻繁地在各大通信技術(shù)展、電源新技術(shù)展上露面，各大公司也紛

10、紛推出自己的研究成果。2007年6月，麻省理工大學的Marin Sohjacic和他的研究團隊公開做了一個演示，他們給一個直徑60 cm的線圈通電，點亮了大約2 m之外連接在另一個線圈上的60 w燈泡。在2008年8月的英特爾開發(fā)者論壇上，西雅圖實驗室的約書亞·史密斯(Joshua RSmith)領(lǐng)導的研究小組再次向公眾展示了這項基于“磁耦合共振”原理的無線供電技術(shù)，在展示中成功地點亮了一個1米開外的60 w燈泡，而在電源和燈泡之間沒有使用任何電線，此次系統(tǒng)中無線電力的傳輸效率達到了75。在2009年Windows 7的發(fā)布會上，微軟CEO鮑爾默更是帶來了最新的無線視頻輸出和無線供電

11、技術(shù)。目前廣泛應用的主要有以下4中無線供電方式：電磁耦合、光電耦合、電磁共振、微波方式。三單元電路設(shè)計與計算1、總體設(shè)計 無線供電系統(tǒng)由電源電路、高頻振蕩電路、高頻功率放大電路、發(fā)射、接收線圈和 高頻整流濾波電路 5 部分組成，系統(tǒng)框架如下圖（1）所示，最后給可充電電池充電。 從無線電路傳輸?shù)脑砩峡?，電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形 式向空間傳播，要產(chǎn)生電磁波首先要有電磁振蕩，電磁波的頻率越高其向空間輻射能力 的強度就越大，電磁振蕩的頻率至少要高于 100KHZ，才有足夠的電磁輻射。2 高頻振蕩電路設(shè)計 用 CMOS 電路六反相器 CD4069 的晶體振蕩電路 CD4069 構(gòu)

12、成的兩種晶體振蕩電路如圖（2）所示3 功率放大器的設(shè)計 電路如圖（3）所示 場效應管屬于電壓控制元件，是一種類似于電子管的三極管，與雙極型晶體管相比，場效應 晶體管具有輸入阻抗高，輸入功耗小，溫度穩(wěn)定性好，信號放大穩(wěn)定性好，信號失真小，噪聲低等 特點，而且其放大特性也比電子三極管好，圖（ 3）功率場效應管電路中三個電阻 R1、R2、R3 并 聯(lián)接到場效應管的柵極 G，前級的高頻振蕩電路也接到 G；原級 S 直接接地；漏極 D 接 LC 振蕩電路，其諧振頻率和前級的高頻振蕩頻率相同。4、發(fā)射、接收線圈電路流程圖 4 如下所示。發(fā)射和接收線圈都采用直徑 05ram 左右的漆包線繞 12 匝，線圈直

13、徑約為 80r。 發(fā)射模塊的作用是將直流能量高效率地 轉(zhuǎn)換為射頻功率信號，以便接收電路能夠 充分利用能量接收 模塊是在接收到前級的能量后對其進行處理的模塊。為了滿足實際應用的需求，需要將 接收到的射頻信號進行整流、濾波、降壓以及穩(wěn)壓處理，處理之后的直流電壓方可供其 他負載使用。該模塊主要包括整流電路以及降壓電路5、無線供電電路的選擇方案 CD4069 的晶體振蕩電路和功率場效應管組成的無線充電電路。 電路如圖（6）所示。四 、設(shè)計總結(jié) 該實驗能夠點亮發(fā)光二極管且能給充電電池充電，基本達到實驗要求但發(fā)射線圈與 接收線圈之間的感應距離不太長，因此具有改進余地。例如可以在發(fā)射電路中再接 一個功率放大

14、電路使發(fā)射線圈的功率變大。本設(shè)計達到了預期的目標，實現(xiàn)了各相關(guān)功能。由于時間、水平和經(jīng)驗有限，本設(shè)計中磁場相關(guān)的內(nèi)容沒有做嚴格的計算，只能通過實驗的方法來測試最佳參數(shù)。希望以后能夠有時間彌補相關(guān)知識。（1）實現(xiàn)了距離20mm傳輸效率高于80%的要求。（2）實現(xiàn)了有效充電距離大于50mm的要求。（3）實現(xiàn)了頻率微調(diào)步進值小于500Hz。（4）實現(xiàn)電壓、電流的實時采樣以及上傳PC機的功能。參考文獻1范洪彬.特斯拉的“異端”世界-無線充電構(gòu)想J.電腦迷，1994-2011：88-892宋顯錦，韓如成，宋曉鵬.無線電能傳輸?shù)陌l(fā)展歷史與應用現(xiàn)狀N.山西財經(jīng)大學學報，2010-04(13,1)：104-1053DriesvanWageningen,ToineStaring.TheQiwirelesspowerstandardR.America.EPE-PEMC.20104王歡.基于無芯PCB變壓器的無線充電系統(tǒng)的研究N.20105倪光正，崔翔，邱捷，工程電磁場原理2002，3，78-1106C.Fernadez,O.Garcia,R.Prieto,J.A.Cobos,J.UcedaOverviewofdifferentalternativesforthecontact-lesstransminssionof