专项项目设计基础报告

1、电子设计竞赛项目总结技术报告负责人：学号：学院、系：专 业：联系电话1: 联系电话2: 答辩题目：指引教师：年 月 日学生基本信息答辩名称电能无线传播装置项目所属学科A机械工程B电子信息C其他()参姓名性别学号专业项目分工签名加男人男员男二、摘要：文中简介了一种磁耦合谐振式电能无线传播装置。该装置涉及了发射部分和接受部分， 发射装置涉及电源电路、震荡电路、驱动电路和发射线圈；接受部分涉及了接受线圈、整 流电路、稳压电路。测试成果表白：本装置接受线圈，在负载电阻为20欧姆输出电流0.5A 时，输出电压不小于等于8V，传播效率较高；输入直流电压U1=15V，输入直流电流不不小 于1A,接受端负载为

2、2只串联LED灯(白色、1W)时，在保持LED灯不灭日勺条件下，发射 线圈与接受线圈间距离不小于50cm。符合设计勺基本规定，达到较好勺效果。核心词：电能无线传播装置，磁耦合谐振电路，传播效率三、设计报告正文：1、前言：2、总体方案设计：为了实现该设计中勺各项指标，设计并制作了一种磁耦合谐振式无线电能传播装置，其 构造框图如图1所示。驱动电路发射线圈接收线圈电能变换图1 电能无线传播装置构造框图输入电源U1提供系统勺供电，驱动电路负责产生谐振所需勺震荡信号，并放大驱动发射线圈。接受线圈谐振接受发射线圈勺电能通过电能变换电路供应负载。方案比较方案一：使用电磁感应式电能传播。电磁感应现象是电磁学中

3、最重大勺发现之一，它显 示了电、磁现象之间勺互相联系与转化。它由三大部分构成，能量发送部分、变压器、能量接受部分，电磁感应是电磁学中日勺基本原理，输入日勺交流电通过整流、滤波、稳压变为直流 电，之后通过高频逆变换进行逆变，逆变所产生日勺高频交变电流输入分离式变压器日勺初级线 圈，与初级线圈耦合，从而产生感应电动势，再通过高频整流滤波后为负载供电。方案二：磁耦合谐振式电能传播。发射耳谐振线圈接收谐振线圈磁耦合谐振式无线电能传播技术勺工作原理是导线缠绕制成勺发射线圈(空芯电感)与 谐振电容共同并列形成勺谐振体。谐振体所容纳勺能量在电场和磁场之间或者自谐振频率在 一定空间勺随意振动，在此基础上产生勺

4、以线圈为原点，以空气为传播媒介时更换磁场。能 量勺接受端是由接受线圈带有一种单位电容构成勺谐振体，在相似条件下勺谐振频率与能量 发送端频率相似，并可以在所能感应勺磁场与电场之间进行自由勺谐振，实现两个谐振体共 同勺互换，在互换勺同步谐振体之间也存在着相似频率勺震动以及能量勺互换，这就叫做两 个谐振体共同构成勺耦合谐振系统。高频 驱动- 电路图2磁耦合谐振式无线电能传播系统示意图方案选择方案一：使用电磁感应式电能传播。变压器就是运用电磁感应勺基本原理进行工作勺， 运用电磁感应进行短程电力传播。缺陷比较明显，传播距离较短，从本设计来看，该方案无 法达到十几厘米或更远勺距离。故放弃该方案勺选择。方案

5、二：磁耦合谐振式电能传播。该方式以谐振“磁耦合”形式将电能进行传播。它基 于电磁共振耦合原理，运用非辐射磁场实现电力高效传播。磁耦合谐振式无线电能传播技术 在将来有着广阔勺应用前景，具有高效率、远距离等长处，故本设计选择该方案进行研究。方案具体设计与论证于磁场耦合谐振勺无线电能传播装置由高频驱动电路、发射回路和接受回路构成，其中 发射回路涉及驱动线圈和发射谐振线圈，接受回路涉及接受谐振线圈及负载线圈电路。发射 线圈和接受线圈均为两个固有谐振频率相似勺LC电路，当驱动信号频率与线圈固有谐振频率 相似时，发射、接受线圈发生谐振，在磁场勺作用下两线圈之间产生很强勺耦合，实现电能 勺无线传播。示意图如

6、图4所示。QW谕典 gLHlhlbuib图3磁耦合谐振式无线电能传播系统示意图上图中发射线圈S与驱动线圈A耦合，接受线圈D与负载线圈B耦合，A与S、D与BN 间勺距离K S、K d很小，它们之间重要是近距离感应耦合。系统正常工作时，驱动线圈A 周边产生一种高频交变磁场，发射线圈S运用电磁感应从驱动线圈A获得能量，接受线圈D 和发射线圈S具有相似勺频率而发生谐振，两线圈之间形成一条能量传播通道，实现电能勺 无线传播。接受线圈D中存储日勺能量，以感应耦合日勺形式，转移到负载线圈B中，供负载使 用，从而实现了电能在一定日勺距离内持续不断日勺传播。发射线圈S和接受线圈DH勺谐振频率 可以通过接入外部电

7、容调节到相似勺频率。谐振电路方案选择本设计使用并联式谐振电路其基本电路如图所示，该电路具有回路Q值越高，回路选择 信号能力强。为了使电路达到“磁耦合”必须选择合适勺线圈和匹配电容。线圈采用单股铜 芯，直径1mm勺漆包线绕制而成，绕4圈，其电感量约为17uH。考虑到电子器件勺性能， 系统勺工作频率越高对器件勺规定也越高，为了平衡这一关系，同步达到系统勺频率规定， 本系统在实际设计中并联谐振电容，以减少谐振线圈勺谐振频率。为使线圈谐振频率在100khz 左右，采用在线圈两端并联电容。电容量、电容损耗、工作电压、绝缘电阻、频率特性和温 度系数是电容器选择时需要考虑勺特性参数。由于本文所选电容需要工作

8、在较高频率，因此 电容高频工作时勺特性需要考虑。在高频工作时，电容损耗增长工作稳定性变差，因此电解 电容和纸质电容不适合高频电路。综合考虑瓷片电容具有较好勺高频性能，其是一种用陶瓷 材料作介质，在陶瓷表面涂覆一层金属薄膜，再经高温烧结后作为电极而成勺电容器。瓷片 电容不仅有体积小勺长处，其在高频电路中使用时，可靠性好、耐高温，且能抗高电压和大 电流勺冲击。由于瓷片电容器非常合用于高频电路，本设计选用瓷片电容器作为谐振耦合无 线电能传播系统勺谐振电容。高频信号发生电路比较与选择方案一：采用单片机与DAC0832实现波形。数模转换器构成信号发生器，由于是软件滤波，因此一 般不会有寄生日勺高次谐波分

9、量，生成勺波形比较好。它日勺长处是性能较高，在低频信号范畴内稳定性能好、 操作很以便、体积小、功耗低等。但去输出日勺频率较低，难以达到1MHz日勺方波。故本设计放弃该方案日勺 选择。方案二：采用FPGA产生波形。近年来，随着科学技术迅猛发展，先进日勺FPGA不久成为现代电子信 息时代日勺主导控制核心。其波形控制灵活，可编程逻辑能力被广泛应用于医学仪器、航天测控、民用家电 等领域。考虑到本构成员日勺知识层次还较低，驾驭fpga日勺能力尚浅，放弃了该方案勺选择。方案三：采用分立元件NE555来实现非稳态勺多谐振荡器，产生频率可调日勺方波信号发生器。这种信 号发生器勺输出频率范畴比较窄，并且电路参数

10、设定比较简朴，其频率大小日勺测量需要通过硬件电路日勺调 试与切换即可实现，操作实在是很以便。实现电路简朴，以便易操作，成本较低，故本设计采用该方案进 行产生高频信号。3、单元模块设计(1)发射部分电路设计发射电路重要由、NE555多谐振荡器电路、驱动芯片IRF540、发射线圈等构成。其电路 如图6所示。图4无线电能发射电路输入15V,重要作用是提供NE555、驱动芯片IRF540、发射线圈等系统所需要日勺合适电压。NE555构成勺多谐振荡器电路为系统提供所需要勺震荡波形。NE555功能强大，其各个引 脚功能如下：Pin 1 （接地）-地线（或共同接地），一般被连接到电路共同接地。Pin 2 （

11、触发点）-这个脚位是触发NE555使其启动它勺时间周期。触发信号上缘电压须 不小于2/3 VCC,下缘须低于1/3 VCC。Pin 3 （输出）-当时间周期开始555勺输出脚位，移至比电源电压少1.7伏勺高电位。 周期勺结束输出回到O伏左右勺低电位。于高电位时勺最大输出电流大概200 mA。Pin 4 （重置）-一种低逻辑电位送至这个脚位时会重置定期器和使输出回到一种低电位。 它一般被接到正电源或忽视不用。Pin 5 （控制）-这个接脚准许由外部电压变化触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或 振荡勺运作方式下，这输入能用来变化或调节输出频率。Pin 6 （重置锁定）-Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚勺电压从1/3 VCC电 压如下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。Pin 7 （放电）-这个接脚和重要勺输出接脚有相似勺电流输出能力，当输出为ON时为 LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。Pin 8 （V +）-这是555个计时器IC勺正电源电压端。供应电压勺范畴是+4.5伏特（最 小值）至+16伏特（最大值）。（2）接受部分电路设