非接觸供電系統(tǒng)綜合基礎(chǔ)

《學(xué)科基礎(chǔ)課群課程設(shè)計》任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：周建新工作單位：信息工程學(xué)院題目:非接觸供電系統(tǒng)初始條件：電路基礎(chǔ)規(guī)定完畢的重要任務(wù):在不采用專用器件（芯片）的前提下，設(shè)計一種非接觸供電系統(tǒng)的電路以下圖所示，使其實現(xiàn)對小型電器供電或充電等功效。（1）規(guī)定用仿真軟件對電路進(jìn)行驗證，使其滿足下列功效：供電部分輸入36V下列的直流電壓，含有向多臺電器設(shè)備非接觸供電的功效。在輸出功率≥1W的條件下，轉(zhuǎn)換效率≥15%最大輸出功率≥5W。（2）闡明1．設(shè)計報告必須涉及建模仿真成果參考書：[1]謝自美.電子線路設(shè)計?實驗?測試(第三版).武漢：華中科技大學(xué)出版社[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.高等教育出版社，[3]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分.高等教育出版社，[4]黃翠翠，葉磊．高頻電子線路．北京.北京郵電大學(xué)出版社..12[5]《電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計》，孫梅生等編著，高等教育出版社[6]《新型集成電路的應(yīng)用――電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計》，梁宗善主編，華中科技大學(xué)出版社，

時間安排：1、理論解說，老師布置課程設(shè)計題目，學(xué)生根據(jù)選題開始查找資料；2、課程設(shè)計時間為2周。（1）擬定技術(shù)方案、電路，并進(jìn)行分析計算，時間2天；（2）選擇元器件、安裝與調(diào)試，或仿真設(shè)計與分析，時間6天；（3）總結(jié)成果，寫出課程設(shè)計報告，時間2天。指導(dǎo)教師簽名：12月10日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日目錄摘要 2Abstract 31緒論 42有關(guān)理論知識 52.1無線能量傳輸技術(shù)介紹 52.1.1微波無線能量傳輸 52.1.2電磁感應(yīng)式無線能量傳輸 52.1.3電磁共振式無線能量傳輸 62.2磁耦合諧振式無線能量傳輸系統(tǒng) 62.2.1能量傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成 62.2.2能量傳輸系統(tǒng)的工作原理 62.2.3能量傳輸過程及其遵照的準(zhǔn)則與方程 73系統(tǒng)方案設(shè)計 83.1高頻振蕩電路設(shè)計 83.1.1設(shè)計方案 83.1.2晶振電路的工作原理 93.1.3晶體振蕩器仿真 103.2功率放大器設(shè)計 103.2.1功率放大器原理 113.2.2功率放大器分類 113.2.3設(shè)計方案 123.2.4功率放大器電路圖 133.2.5功率放大器仿真 143.3整流電路設(shè)計 143.3.1整流電路簡述 143.3.2橋式整流分類 153.3.3設(shè)計方案 163.3.4整流電路仿真 163.4耦合線圈 173.4.1線圈電感 173.4.2線圈互感 183.4.3傳輸系統(tǒng)的最佳頻率范疇 184方案實現(xiàn)與測試 204.1系統(tǒng)整體電路 204.2系統(tǒng)各部分電路 204.3仿真成果 234.4實物 255總結(jié) 27參考文獻(xiàn) 28

摘要學(xué)科基礎(chǔ)課群課程設(shè)計有助于我們對基礎(chǔ)知識的理解，將理論知識應(yīng)用到實際應(yīng)用中，提高動手能力；制作工程中查閱資料，提高獲取知識要點的能力；通過課設(shè)有助于提高刻苦專研的學(xué)習(xí)態(tài)度。非接觸供電是一種能以電氣非接觸方式，將功率從功率輸送機提供到功率接受機的供電系統(tǒng)，其中功率輸送組件連接到功率輸送機以及功率接受組件連接到功率接受機。功率輸送組件含有用于輸送功率的多個輸送側(cè)線圈以及用于接通/斷開輸送側(cè)線圈的操作的多個輸送側(cè)開關(guān)。功率接受組件含有用于接受功率的多個接受側(cè)線圈、用于接通/斷開接受側(cè)線圈的操作的多個接受側(cè)開關(guān)，另外，含有用于執(zhí)行控制方便操作在實現(xiàn)最高功率輸送效率的組合中的輸送側(cè)線圈的任何一種和接受側(cè)線圈的任何一種的鑒定電路。本次設(shè)計的非接觸供電系統(tǒng)通過multisim仿真，成果完全符合老師給的三點設(shè)計規(guī)定。核心詞：非接觸供電功率放大器頻率振蕩器

AbstractDisciplinebasiccoursegroupofcurriculumdesignishelpfulforourunderstandingofthebasicknowledge,applytheorytopractice,improvepracticeability;Inproductionengineeringdataaccess,improvetheabilityofacquiringknowledgepoints;Throughtheclasshastoimprovestudyhardlearningattitude.Non-contactpowersupplyisakindofelectricalnon-contactway,toprovidethepowerfrompowerconveyortothepowersupplysystemofthepowerreceiver,includingpowertransmissioncomponentsconnectedtothepowerconveyorandpowerreceivingcomponentsconnectedtothepowerreceiver.Powertransmissioncomponentsareusedforconveyingpowercircleofmultipletransmissionlineusedtoconnect/disconnecttransmissionlineandtheoperationofmultipletransmissionsideswitch.Multiplereceivepowerreceivermoduleisusedtoreceivepower,toconnect/disconnectthereceivesidesidecircleoperationofmultiplereceivingsideswitch,ontheotherhand,isusedtoperformcontrolsoastorealizethecombinationofthemaximumpowertransferefficiencyintheoperationtransmissionlinecirclecircleofanyoneandreceivingsideofanydecisioncircuit.Thedesignofnon-contactpowersupplysystembymultisimsimulation,theresultsfullymeettheteachergivethreedesignrequirements.、Keywords:non-contactpowersupplypoweramplifierfrequencyoscillator

1緒論課程設(shè)計的目的：1、在實踐中對《通信原理》、《微機原理》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《電磁場與電磁波》等學(xué)科基礎(chǔ)課的課堂理論知識做進(jìn)一步鞏固；2、鍛煉對學(xué)科基礎(chǔ)課的綜合運用能力。實驗內(nèi)容和規(guī)定：D功放AC/DC耦合線圈D功放AC/DC耦合線圈耦合線圈振蕩器充電電路電源（2）規(guī)定用仿真軟件對電路進(jìn)行驗證，使其滿足下列功效：供電部分輸入36V下列的直流電壓，含有向多臺電器設(shè)備非接觸供電的功效。在輸出功率≥1W的條件下，轉(zhuǎn)換效率≥15%最大輸出功率≥5W。（3）闡明1．設(shè)計報告必須涉及建模仿真成果

2有關(guān)理論知識2.1無線能量傳輸技術(shù)介紹根據(jù)電能傳輸原理，可將WPT技術(shù)分為三種：射頻或微波WPT、電磁感應(yīng)式WPT、電磁共振式WPT，下面分別予以介紹。2.1.1微波無線能量傳輸所謂微波WPT，就是以微波(頻率在300MHz-300GHz之間的電磁波)為載體在自由空間無線傳輸電磁能量的技術(shù)。運用微波源將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉?，由天線發(fā)射，經(jīng)長距離的傳輸后再由天線接受，最后經(jīng)微波整流器等重新轉(zhuǎn)換為電能使用。 微波頻率傳輸所含有的“定向、可穿透電離層”等特性，使得該能量傳送方式早在20世紀(jì)60年代早期就受到人們的關(guān)注，并在遠(yuǎn)程甚至超距能量傳輸場合有著重要的應(yīng)用價值。微波WPT重要用于如微波飛機、衛(wèi)星太陽能電站等遠(yuǎn)距輸電場合，其中衛(wèi)星太陽能電站作為人類應(yīng)對能源危機的有效方略已成為美國、日本等國大力發(fā)展的重要航天項目。 現(xiàn)在，限制微波WPT技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的重要技術(shù)瓶頸在于高效微波整流器件、大功率微波天線以及大功率微波電磁場的生物安全性和生態(tài)環(huán)境的影響問題。然而，由于工作頻率高、系統(tǒng)效率較低，微波WPT并不適合于能量傳輸距離較短的應(yīng)用場合。2.1.2電磁感應(yīng)式無線能量傳輸電磁感應(yīng)式WPT是基于電磁感應(yīng)原理，運用原、副邊分離的變壓器，在較近距離條件下進(jìn)行無線電能傳輸?shù)募夹g(shù)?，F(xiàn)在較成熟的無線供電方式均采用該技術(shù)，典型的應(yīng)用涉及新西蘭國家地?zé)峁珗@的30kW旅客電動運輸車、Splashpower公司的無線充電器等。能夠看出，無論是小功率的消費類電子產(chǎn)品還是大功率EV無線供電系統(tǒng)，電磁感應(yīng)式WPT技術(shù)都可有效實現(xiàn)無線供電。 然而，電磁感應(yīng)式WPT仍存在一系列問題：傳輸距離較短，距離增大時效率急劇下降；傳輸效率對非接觸變壓器的原、副邊的錯位非常敏感等等。2.1.3電磁共振式無線能量傳輸電磁共振式WPT，是美國MITSoljai領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在年提出的突破性技術(shù)。他們使用兩個固有諧振頻率相等的銅線圈(為方便表述，稱其為“變壓器”)，在共振激勵條件下(即激勵頻率等于線圈的固有諧振頻率)，距離2m處，成功點亮了一種60W的燈泡，其中變壓器的效率達(dá)成了40%。 壓器繞組間錯位的敏感度減小，長野日本無線公司給出了原、副邊繞組互相垂直的實驗圖片；另外，運用共振模式對激勵頻率規(guī)定的嚴(yán)格性，可通過合理設(shè)立激勵頻率，向指定電器供電，提高安全性。然而，現(xiàn)在該方向的研究要么過于理論化，要么為實驗研究，缺少對應(yīng)用、工程設(shè)計有定量指導(dǎo)意義的研究成果，但毋庸置疑，電磁共振式WPT由于能量的高效耦合將成為WPT技術(shù)的一種重要研究方向。總而言之，與非接觸感應(yīng)式充電技術(shù)相比，磁耦合諧振式無線能量傳輸?shù)膫鬏斁嚯x更有優(yōu)勢；與電磁波形式的無線能量傳輸技術(shù)相比，磁耦合諧振式無線能量傳輸含有無敏感的方向性、無輻射等優(yōu)點。2.2磁耦合諧振式無線能量傳輸系統(tǒng)2.2.1能量傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成能量傳輸系統(tǒng)涉及電源端與負(fù)載端兩部分。電源端包含導(dǎo)線繞制并與電容并聯(lián)的線圈(源線圈)，以及為線圈提供電能的高頻電源；相隔一段距離的接受端包含另一種導(dǎo)線繞制并與電容并聯(lián)的線圈(接受線圈)，以及消耗線圈電磁能的負(fù)載。2.2.2能量傳輸系統(tǒng)的工作原理導(dǎo)線繞制的線圈可視為電感與電容相連構(gòu)成諧振體，諧振體包含的能量在電場與磁場之間以其自諧振頻率在空間自由振蕩，產(chǎn)生以線圈為中心以空氣為傳輸媒質(zhì)的時變磁場；與該諧振體相隔一定距離的含有相似諧振頻率的諧振體感應(yīng)磁場，所感應(yīng)的磁場能同樣在電場與磁場之間以其自諧振頻率在空間自由振蕩，同時兩個諧振體之間不停地有磁場能交換，因此產(chǎn)生以兩個線圈為中心以空氣為媒質(zhì)的時變磁場。兩諧振體內(nèi)電場能與磁場能振蕩交換的同時諧振體之間也存在著以相似頻率振蕩的能量交換，即兩諧振體構(gòu)成耦合諧振系統(tǒng)。2.2.3能量傳輸過程及其遵照的準(zhǔn)則與方程源線圈通正弦電流，線圈電感周邊產(chǎn)生時變磁場，同時向電容充電；接受線圈感應(yīng)磁場，線圈電感產(chǎn)生電動勢，同時向其電容充電。當(dāng)正弦電流的頻率與線圈的諧振頻率相等時，源線圈電流方向變化的同時，交變磁場方向變化，接受線圈感生電動勢，接受線圈的電容放電。正弦電流的方向周期性變化，接受線圈的電流被逐步放大，直到接受線圈的電磁能達(dá)成最大。若系統(tǒng)沒有負(fù)載(涉及線圈的寄生電阻)消耗能量，源線圈與接受線圈兩側(cè)所包含的能量交替達(dá)成最大值(各時刻兩線圈包含的能量之和)；若根據(jù)全電流定律，源線圈周邊產(chǎn)生磁場應(yīng)遵照方程：▽×H1=J1+dD/dt(2-1)式中J1——源線圈的傳導(dǎo)電流密度；Dt/dt——源線圈的位移電流密度；H1——源線圈周邊產(chǎn)生磁場。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，接受線圈感生電動勢應(yīng)遵照方程：▽×E2=-μ0dB12/dt(2-2)式中E2——接受線圈感應(yīng)電場強度；B12——源線圈與接受線圈鉸鏈的磁場；μ0——真空磁導(dǎo)率。同時，接受線圈需滿足各向同性介質(zhì)的本征方程：J2=γE(2-3)公式(2-3)表達(dá)接受線圈中，電場E2與電流密度J的關(guān)系。若系統(tǒng)沒有負(fù)載消耗能量，應(yīng)用矢量磁位計算源線圈與負(fù)載線圈鉸鏈的電磁能為：W2=∫A12?J2dV(2-4)式中W2——源線圈與接受線圈振蕩交替的磁場能/電場能；A12——源線圈在接受線圈位置產(chǎn)生的矢量磁位。由式(2-4)得到源線圈與接受線圈之間交替的無功功率為：Q2=dW2/dt=(∫A12?J2dV)/dt=d(i2?Ψ12)/dt(2-5)式中Q2——接受線圈包含的無功功率；Ψ12——源線圈與接受線圈的耦合磁鏈。磁場為單一頻率激勵源時，功率體現(xiàn)式(2-5)簡化為集中參數(shù)形式：Q=j?ω1?M?i1?i2(2-6)式中ω1——源線圈激勵的磁場變化角頻率；i1,2——分別為源、接受線圈的電流；

3系統(tǒng)方案設(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、接受線圈和高頻整流濾波電路五部分構(gòu)成。非接觸供電系統(tǒng)框架以下圖1所示，最后給可充電電池充電。從無線電路傳輸?shù)脑砩峡矗娔?、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輸，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，電磁振蕩的頻率最少要高于100KHZ，才有足夠的電磁輻射。圖1非接觸供電系統(tǒng)框圖3.1高頻振蕩電路設(shè)計3.1.1設(shè)計方案方案一：采用LC諧振回路產(chǎn)生所需的頻率。優(yōu)點是能夠產(chǎn)生任意所需載波，缺點是頻率穩(wěn)定度比較低（見圖2）。方案二：采用有源晶振。有源晶振只要加上電源就能夠產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的載波。優(yōu)點是電路簡樸，頻率穩(wěn)定。缺點就是不能產(chǎn)生任意頻率的載波（見圖3）。方案論證：本設(shè)計對頻率沒有具體規(guī)定，并且無需產(chǎn)生多個頻率，因此采用方案二。并且含有電路簡樸，頻率穩(wěn)定的有點。圖2LC諧振回路 圖3晶振電路3.1.2晶振電路的工作原理晶振是晶體振蕩器的簡稱。它用一種能把電能和機械能互相轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在普通工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還能夠由外加電壓在一定范疇內(nèi)調(diào)節(jié)頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。晶振在數(shù)字電路的基本作用是提供一種時序控制的原則時刻。數(shù)字電路的工作是根據(jù)電路設(shè)計，在某個時刻專門完畢特定的任務(wù)，如果沒有一種時序控制的原則時刻，整個數(shù)字電路就會成為“聾子”，不懂得什么時刻該做什么事情了。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。普通一種系統(tǒng)共用一種晶振，便于各部分保持同時。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)節(jié)頻率的辦法保持同時。晶振，在電氣上它能夠等效成一種電容和一種電阻并聯(lián)再串聯(lián)一種電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體本身的特性致使這兩個頻率的距離相稱的靠近，在這個極窄的頻率范疇內(nèi)，晶振等效為一種電感，因此只要晶振的兩端并聯(lián)上適宜的電容它就會構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。這個并聯(lián)諧振電路加到一種負(fù)反饋電路中就能夠構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范疇很窄，因此即使其它元件的參數(shù)變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。晶振有一種重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就能夠得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。晶振是為電路提供頻率基準(zhǔn)的元器件，普通分成有源晶振和無源晶振兩個大類。3.1.3晶體振蕩器仿真圖4晶體振蕩器仿真通過大概測算，晶體振蕩器在輸出頻率在1.5MHz左右，電路圖達(dá)成預(yù)期目的。3.2功率放大器設(shè)計運用三極管的電流控制作用或場效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號變化的電流。由于聲音是不同振幅和不同頻率的波，即交流信號電流，三極管的集電極電流永遠(yuǎn)是基極電流的β倍，β是三極管的交流放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點，若將小信號注入基極，則集電極流過的電流會等于基極電流的β倍，然后將這個信號用隔直電容隔離出來，就得到了電流(或電壓)是原先的β倍的大信號，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。通過不停的電流放大，就完畢了功率放大。3.2.1功率放大器原理高頻功率放大器用于發(fā)射級的末級，作用是將高頻已調(diào)波信號進(jìn)行功率放大，以滿足發(fā)送功率的規(guī)定，然后通過天線將其輻射到空間，確保在一定區(qū)域內(nèi)的接受級能夠接受到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。高頻功率放大器的重要技術(shù)指標(biāo)有：輸出功率、效率、功率增益、帶寬和諧波克制度（或信號失真度）等。這幾項指標(biāo)規(guī)定是互相矛盾的，在設(shè)計放大器時應(yīng)根據(jù)具體規(guī)定，突出某些指標(biāo)，兼顧其它某些指標(biāo)。例如實際中有些電路，避免干擾是重要矛盾，對諧波克制度規(guī)定較高，而對帶寬規(guī)定可適宜減少等。功率放大器的效率是一種突出的問題，其效率的高低與放大器的工作狀態(tài)有直接的關(guān)系。放大器的工作狀態(tài)可分為甲類、乙類和丙類等。為了提高放大器的工作效率，它普通工作在乙類、丙類，即晶體管工作延伸到非線性區(qū)域。3.2.2功率放大器分類功率放大器可分為A類放大器、B類放大器、AB類放大器、D類放大器及T類放大器等五大類。A類放大器的重要特點是：放大器的工作點Q設(shè)定在負(fù)載線的中點附近，晶體管在輸入信號的整個周期內(nèi)均導(dǎo)通。放大器可單管工作，也能夠推挽工作。由于放大器工作在特性曲線的線性范疇內(nèi)，因此瞬態(tài)失真和交替失真較小。電路簡樸，調(diào)試方便。但效率較低，晶體管功耗大，功率的理論最大值僅有25%，且有較大的非線性失真。由于效率比較低現(xiàn)在設(shè)計基本上不在再使用。B類放大器的重要特點是：放大器的靜態(tài)點在(VCC，0)處，當(dāng)沒有信號輸入時，輸出端幾乎不消耗功率。在Vi的正半周期內(nèi)，Q1導(dǎo)通Q2截止，輸出端正半周正弦波；同理，當(dāng)Vi為負(fù)半波正弦波(如圖虛線部分所示)，因此必須用兩管推挽工作。其特點是效率較高(78%)，但是因放大器有一段工作在非線性區(qū)域內(nèi)，故其缺點是"交越失真"較大。即當(dāng)信號在-0.6V~0.6V之間時，Q1Q2都無法導(dǎo)通而引發(fā)的。因此這類放大器也逐步被設(shè)計師摒棄。AB類放大器的重要特點是：晶體管的導(dǎo)通時間稍不小于半周期，必須用兩管推挽工作。能夠避免交越失真。交替失真較大，能夠抵消偶次諧波失真。有效率較高，晶體管功耗較小的特點。D類放大器是一種將輸入模擬音頻信號或PCM數(shù)字信息變換成PWM(脈沖寬度調(diào)制)或PDM(脈沖密度調(diào)制)的脈沖信號,然后用PWM或PDM的脈沖信號去控制大功率開關(guān)器件通/斷音頻功率放大器，也稱為開關(guān)放大器。含有效率高的突出優(yōu)點。1．含有很高的效率，普通能夠達(dá)成85%以上。2．體積小，能夠比模擬的放大電路節(jié)省很大的空間。3．無裂噪聲接通。4．低失真，頻率響應(yīng)曲線好。外圍元器件少，便于設(shè)計調(diào)試。T類功率放大器的功率輸出電路和脈寬調(diào)制D類功率放大器相似，功率晶體管也是工作在開關(guān)狀態(tài)，效率和D類功率放大器相稱。它和普通D類功率放大器不同的是：1、它不是使用脈沖調(diào)寬的辦法，2、它的功率晶體管的切換頻率不是固定的，無用分量的功率譜并不是集中在載頻兩側(cè)狹窄的頻帶內(nèi)，而是散布在很寬的頻帶上,3、T類功率放大器的動態(tài)范疇更寬，頻率響應(yīng)平坦。3.2.3設(shè)計方案方案一，采用集成芯片。現(xiàn)有許多高頻大功率的集成放大器(如AD815)能夠用來設(shè)計高頻功放。集成功放含有穩(wěn)定度高，需要調(diào)節(jié)的參數(shù)少的特點，缺點是效率較低（集成功放普通采用線性放大），不滿足系統(tǒng)對功耗及傳輸距離的規(guī)定。方案二，采用分立元件的功率放大器。采用分立元件的高頻電路受分布參數(shù)影響大，并且不易調(diào)節(jié)，但其電路構(gòu)造比較靈活，對應(yīng)于不同規(guī)定的信號，能夠設(shè)計不同構(gòu)造的放大器以獲得最大的效率，并且輸出功率能夠設(shè)計的較大，價格也相對低廉。采用功放管，前級的緩沖級，一是控制能量發(fā)射模塊的增益，二是給提供足夠的驅(qū)動功率。方案論證：本題目規(guī)定不能采用專用芯片和模塊。能量發(fā)射模塊功率上限為5W，需要較大功率的功放管，故選用方案二。3.2.4功率放大器電路圖圖5功率放大器原理電路圖3.2.5功率放大器仿真圖6功率放大器仿真3.3整流電路設(shè)計3.3.1整流電路簡述整流電路把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等構(gòu)成。其作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路重要由整流二極管構(gòu)成。通過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓，習(xí)慣上稱單向脈動性直流電壓。整流電路有半波整流、全波整流、橋式整流。半波整流電路最為簡樸，但是性能較全波整流和橋式整流不好。橋式整流電路與全波整流電路相比，前者電源變壓器五中心抽頭，構(gòu)造簡樸，且伏安容量小。3.3.2橋式整流分類下面介紹運用晶體二極管構(gòu)成的多種整流電路。1、半波整流電路半波整流電路是一種最簡樸的整流電路。它由電源變壓器B、整流二極管D和負(fù)載電阻Rfz，構(gòu)成。變壓器把市電電壓（多為220伏）變換為所需要的交變電壓e2，D再把交流電變換為脈動直流電。2、全波整流電路如果把整流電路的構(gòu)造作某些調(diào)節(jié)，能夠得到一種能充足運用電能的全波整流電路。圖7是全波整流電路的電原理圖。圖7全波整流電路原理圖全波整流電路，能夠看作是由兩個半波整流電路組合成的。變壓器次級線圈中間需要引出一種抽頭，把次組線圈分成兩個對稱的繞組，從而引出大小相等但極性相反的兩個電壓e2a、e2b，構(gòu)成e2a、D1、Rfz與e2b、D2、Rfz，兩個通電回路。3、橋式整流電路橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成“橋”式構(gòu)造，便含有全波整流電路的優(yōu)點，而同時在一定程度上克服了它的缺點。橋式整流電路的工作原理以下：e2為正半周時，對D1、D3和方向電壓，Dl，D3導(dǎo)通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、Dl、Rfz、D3通電回路，在Rfz，上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓，e2為負(fù)半周時，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2Rfz、D4通電回路，同樣在Rfz上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。 圖8橋式整流電路3.3.3設(shè)計方案半波整流電路最為簡樸，但是性能較全波整流和橋式整流不好。橋式整流電路與全波整流電路相比，前者電源變壓器五中心抽頭，構(gòu)造簡樸，且伏安容量小。綜此比較，整流電路選擇橋式整流電路，橋式整流電路圖見圖8。3.3.4整流電路仿真圖9整流電路圖10整流前后對比3.4耦合線圈磁耦合諧振式無線能量傳輸是以時變磁場為媒介，當(dāng)外加激勵源的頻率與系統(tǒng)的諧振頻率相等時，諧振體耦合諧振實現(xiàn)能量傳遞達(dá)成最佳狀態(tài)。因此，兩諧振體諧振頻率相似，是實現(xiàn)系統(tǒng)耦合諧振的前提。耦合模理論，不計損耗狀況下，含有相似諧振頻率的諧振體之間可實現(xiàn)能量的完全交換；當(dāng)κ>>τ時，即耦合能力遠(yuǎn)不小于本身損耗的狀況下，含有相似諧振頻率的諧振體之間“強耦合”作用，可實現(xiàn)無線能量傳輸。耦合系數(shù)體現(xiàn)了諧振體之間的耦合能力，對實現(xiàn)無線能量傳輸起到至關(guān)重要的作用。損耗系數(shù)在能量傳輸系統(tǒng)中的作用絲毫不遜于耦合系數(shù)，兩者共同決定了系統(tǒng)的耦合程度。系統(tǒng)中損耗功率增加，則通過磁場從一端耦合到另一端的功率所占比重減小，因此，損耗系數(shù)的減小與耦合系數(shù)的增加均能夠增大系統(tǒng)的耦合程度。3.4.1線圈電感從幾何形狀看，線圈的種類繁多，如圓形線圈、方形線圈、環(huán)形線圈等。相對于其它幾何形狀的線圈，圓柱線圈含有的最大優(yōu)勢在于：每單位體積繞線所產(chǎn)生的磁場最大。對于采用密繞的圓柱單層螺旋線圈，導(dǎo)線采用電導(dǎo)率較大的銅芯漆包線，以減小線圈本身電阻。根據(jù)傳輸距離、功率的不同規(guī)定，采用不同尺寸的線圈。密繞環(huán)形電感線圈的電感可由下式計算：3.4.2線圈互感磁耦合諧振式無線能量傳輸是多方位的能量傳輸，諧振體(諧振線圈)之間沒有嚴(yán)格的方向?qū)?yīng)關(guān)系，又線圈互感與線圈的尺寸、方位有關(guān)。同軸平行的線圈之間的互感圖9中線圈模型的互感計算：式中N1,2——分別為線圈1,2的匝數(shù)；r1,2——分別為線圈1,2的半徑；d——兩線圈兩軸線中心距離。圖11同軸平行的線圈模型3.4.3傳輸系統(tǒng)的最佳頻率范疇兩個諧振線圈的尺寸完全相似，諧振電容相等，且諧振線圈在同軸線上“強耦合”關(guān)系式：式中μ0——真空磁導(dǎo)率，μ0=4π×10-7；σ——取銅導(dǎo)線的電導(dǎo)率σ銅=5.998×107S/m。中距離的無線能量傳輸，線圈半徑r與傳輸距離d是同一數(shù)量級的，線圈導(dǎo)線線徑D為是10-3m數(shù)量級。因此，若要“強耦合”(κ>>τ)關(guān)系式成立，則系統(tǒng)的諧振頻率f最少為106Hz上下。另首先，磁耦合諧振無線能量傳輸系統(tǒng)是以時變磁場為傳輸媒介，不向外輻射電磁能，因此電磁波久遠(yuǎn)不小于傳輸距離(λ>>d)。中距離無線能量傳輸?shù)木嚯x傳輸范疇大致為幾十厘米到幾米，因此能量傳輸系統(tǒng)典型頻率f范疇為0.5~25MHz最佳。

4方案實現(xiàn)與測試根據(jù)上章原理，運用multisim仿真實現(xiàn)方案的設(shè)計。4.1系統(tǒng)整體電路圖12非接觸供電系統(tǒng)電路原理總圖4.2系統(tǒng)各部分電路非接觸供電系統(tǒng)由電源電路、高頻振蕩電路、高頻功率放大電路、發(fā)射、接受線圈和高頻整流濾波電路五部分構(gòu)成。 高頻振蕩電路圖14晶體振蕩器仿真 圖15高頻功率放大電路圖16功率放大器仿真圖17高頻整流濾波電路圖18整流前后對比 圖19接受電路4.3仿真成果（1）最大輸出功率≥5W：圖20輸出最大功率不小于5W，符合實驗規(guī)定。（2）供電部分輸入36V下列的直流電壓，含有向多臺電器設(shè)備非接觸供電