无线电能传输系统报告

1、摘要随着电子产品的快速发展，越来越多的电源连接线开始困扰人们的生活，为 改善传统导线电路电能传输的弊端，给出了一种基于近距离无线电能传输原理的 传输系统，而电磁谐振耦合无线电能传输技术正可以很好解决对距离有较高要求 的这类问题。本设计主要包括发射模块、传输模块和接收模块三大部分。首先由有源晶振 产生1MHZ的方波，通过驱动IR2110及MOS管提高了交流信号，加强后的信号源经 发送线圈通过磁耦合谐振感应到接收线圈，再经过半波整流和滤波后得到稳定直 流电压，带动负载工作，即实现了无线电能的传输。在本实验中，我们采用单片 机STC89C52控制液晶屏LC1602来显示负载短的的实时电压和电流值。关

2、键字：无线电能有源晶振驱动电路谐振半波整流AbstractIn 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

3、, 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

4、by the active crystals, driven by IR2110and 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 ca

5、n realize the radio transmission. In this experiment, we adopt LC1602 STC89C52 MCU LCD screen to display the real-time voltage and currentvalueofloadshort.Key words: radio can active vibration crystal driver circuit resonance half-wave rectifier TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document

6、 一 方案分析与论证4 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 1.1系统分析4 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.2方案的论证4 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document (1)信号源发生电路5方案一 NE555振荡电路，电路复杂，产生的频率较小。5方案二1MHZ有源晶振，电路简单，频率较大能够满足实验要求 的电磁谐振耦合距离。5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 二原理分析计算与电路的设计5 HYPERL

7、INK l bookmark25 o Current Document 2.1信号源的产生电路5 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 2.2降压电路6 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 2.3驱动电路6 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 2.4功率放大电路6 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 2.5传输模块7谐振耦合无线电能传输系统示意图如图所示，能量传输系统包括 发射端和接受端，发射端和接受端谐振

8、频率一致。发射端与功率 放大电路连接，接收端与整流滤波电路连接。7 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 2.6接收模块7 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 三软件设计8 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 四实际测量9 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 五总结9一方案分析与论证1.1系统分析本课题是基于电磁感应设计无线电能传输装置，该装置是一种近距离 无线电能传输系统，采用磁耦合谐振式无线电能传输。本

9、系统可以分为发射、传 输和接收三大模块，整体框图如图1所示。图1系统结构框图其中发送模块由信号产生电路、驱动电路和功率放大电路组成。传输 模块由发送线圈、接受线圈组成，介质为空气；接收模块由整流电路，变压电路、 负载电路组成。1.2方案的论证本设计要求保持发射线圈与接收线圈间的距离x =10cm、输入直流电压 U1=15V时，接收端输出直流电流I2=0.5A，输出直流电压U2N8V，并在输入直 流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED灯（白色、1W）。在保持LED灯 不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。同时尽可能提高该无 线电能传输装置的效率n。为了达到实验目的，我们需对电

10、路、元器件进行对比 分析。(1)信号源发生电路方案一 NE555振荡电路，电路复杂，产生的频率较小。方案二1MHZ有源晶振，电路简单，频率较大能够满足实验要求的电磁谐振耦合 距离。综上，选用方案二驱动电路方案一采用BN7960.驱动电路输出信号时有一定的时间，且容易发热。方案二IR2110可靠性高、大电压、高速、不需要对供电电源进行隔离。因此采用2110作为驱动芯片，便于实际电路的简易性。(3)整流、滤波电路方案一半波整流电路，电路结构简单，使用元件少但整流效率低，输出电压脉 动大，适用于要求不高的场合。方案二：桥式整流电，与半波整流相比输出电压提高，脉动成分减小。基于节能和稳定，选择方案二。

11、(4)显示模块方案一采用LED数码管显示。数码管显示控制简单，调试也方便，但是显 示方式单一，有些字符信息难以显示。方案二采用液晶模块LCD1602显示。可以显示数字，字符等，显示内容丰田。综上，选用LCD1602显示系统。二原理分析计算与电路的设计本设计电路的硬件组成为有源晶振、7805降压、IR2110驱动、双MOS管发大 功率、桥式电路接电容滤波整流2.1信号源的产生电路有源晶振有4只引脚，是一个完整的振荡器，其中除了石英晶体外，还有晶 体管和阻容元件。有源晶振如图所示Vcc .NCOUTGND图2引脚图有源晶振通常的用法：1脚悬空，2脚接地，3脚接输出，4脚接电压。2.2降压电路用78

12、系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过 流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。本系统采 用的15V直流电源经7805后输出5V的电压，起到稳压和降压的作用。2.3驱动电路MOS管需要选取驱动电流较大工作频率较高的驱动电路。本系统选择了 IR2110，具有独立的低端和高端输入通道；工作频率高，可达500kHz；开通、关 断延迟小。经过实验发现频率可工作在2 MHZ。2.4功率放大电路功率放大电路是驱动电路的俩路输出各连接一个MOS管组成，反相器使俩个MOS 管连续工作在开、断的工作状态，由于电路中使用的无源晶振频率很高，哦那个 做断开、闭合的频率

13、也很高导致其很容易发烫，因此我们要给MOS管加散热片来 降低温度。图3功率放大电路2.5传输模块谐振耦合无线电能传输系统示意图如图所示，能量传输系统包括发射端和接受 端，发射端和接受端谐振频率一致。发射端与功率放大电路连接，接收端与整流 滤波电路连接。fTttfr皆瞥图4无线能量传输示意图接收线圈和发射线圈我们采用电磁谐振耦合电路，电感电容连接图如下：图5电感电容连接图上述电路满足相互耦合的一介微分方程：了 di u = L dt. dui = c dt26接收模块接收模块是在接收到前级的能量后对其进行处理的模块。为了满足实际应用 的需求，需要将接收到的交流信号进行整流、滤波处理，处理之后的直

14、流电压 方可供其负载使用。该模块主要包括整流电路以及变压电路。整流电路由于接受线圈接受的电压为交流电且电压比较小，所以要经过整流滤波电路 整流滤波。图6桥式整流电路三软件设计由于实验对输入输出的电压、电流的大小有一定的要求，所以我们设计了显 示电路来显示负载端的实时电压、电流的大小。程序流程图如图图7显示电路流程图通过按键控制输入到模数转换器TLC2543的模拟量，经过单片机处理在显示 屏上显示出对应的电压电流值。其仿真图如图所示图8仿真图四实际测量在测量中存在能量的损失，其效率公式为根据实际电路，我们测量了一组输出电压和两个线圈距离的关系数据并用 matlab绘制出其关系曲线。表1负载电压和两个线圈距离关系距离67891011121314负载电压0.280.210.170.200.1550