基于无线电能传输装置的设计.docx

基于无线电能传输装置的设计1.引言无线电能传输〔wirelesspowertransmission，WPT〕技术是当前电气工程领域最活泼的研究热点之一，同时正吸引其他学科开展交叉研究与传统供电方式相比，WPT技术的最大优点是实现了电能在电源与负载之间的无接触式传输，从而改变了电源到负载的接入方式而随着小型移动设备的开展和传统有线能量供给问题的突出，传统的电源线供电模式已不能满足人们对移动性及特殊场合的要求，因此无线电能传输技术成了研究热点无线电力传输系统具有能量传递方便、无电源线困扰等特性，在小型移动设备上有较大的应用前景2.整体电路概述本设计由控制电路，振荡级，高频输出级，发射线圈，接收线圈，接收电路组成，其系统根底局部框图如图1所示图1无线电能传输系统根底框图发射局部与接收局部简化电路如图2所示图2无线电能传输系统简化电路2.1无线传输系统的工作原理根据电磁场理论，变化的电厂能够产生变化磁场，变化的磁场也能够产生变化的电场，这样电场和磁场两者互为因果，形成电磁场电磁辐射源产生的交变电磁场按照性质的不同分为远区场和近区场在远区场一局部电磁场能量脱离辐射源以光速向外辐射形成电磁波，因此远区场也成为辐射场;在近区场电磁场能量在辐射源距离小于λ/2π的区域属于近场区，大于λ/2π的区域属于远场区。

谐振耦合是指两个具有相同谐振频率的谐振体，由于频率相同能够高效的实现能量的传递谐振耦合无线能量传输装置正是利用了近场区电磁场强度较大且向外辐射能量小的特点并利用高频电磁场作为能量传递介质，通过电磁谐振耦合实现能量传输磁共振式无线电能传输机构，主要包括整流环节、逆变器及控制电路、耦合线圈和负载四个组成局部，其中耦合线圈是最主要的局部，能量将在它们之间实现转换，以无线的方式从发射端传送到接收端不同于紧密耦合下的传统变压器，存在较大间隙的发射线圈和接收线圈之间的耦合程度比较小，耦合系数一般在0.3以下，并且与线圈之间相对位置变化有很大的关系为获得较大的传输功率和较高的传输效率，在耦合线圈上参加了谐振电容，并且两个LC回路的固有谐振频率根本相同，当输入的鼓励频率与回路的固有频率相同时，便会产生谐振，线圈中产生交变电场和磁场，电能通过耦合线圈的作用进行传递2.2电路参数计算由LC振荡电路产生振荡信号，并运用后面的推挽电路进行波形放大，频率可到达100KHZ这个频率可以实现较短距离内〔0-40cm〕的电能传输再根据收发LC谐振与自激振荡放大频率相等时，传输效率最高，距离最远这一原理，当自激频率确定时，根据LC谐振的计算公式：可以确定LC的乘积，当一方确定时，另一方也就确定了，实际电路会有误差，但是差异不会很大。

用电感表测得发射线圈与接收线圈的电感的数值，由此也就确定了电容的大小3.电路设计3.1发射局部电路设计发射局部电路设计为推挽电路推挽电路就是两不同极性晶体管连接的输出电路推挽电路采用两个参数相同的MOSFET管，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小效率高推挽输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流发射局部电路图如图3所示3.2接收局部电路设计接收局部为全桥整流电路，整流电路主要由变压器、整流主电路和滤波器组成桥式整流电路的工作原理如下：V2为正半周时，对VT1、VT3加正向电压，VT1、VT3导通;对VT2、VT4加反向电压，VT2、VT4截止电路成V2、VTl、R、VT3通电回路，在R上形成上正下负的半波整流电压，V2为负半周时，对VT2、VT4加正向电压，VT2、VT4导通对VT1、VT3加反向电压，VT1、VT3截止电路中构成V2、VT2、R、VT4通电回路，同样在R上形成上正下负的另外半波的整流电压如此重复下去，结果在R上便得到全波整流电压全桥整流电路如图4所示图4全桥整流电路4.结束语无线电波对信息的传输开创了人类通信的新纪元，而一切无线电技术都基于能源供给，因此电能的无线传输技术将开辟人类能源的另一个新时代，其所带来的意义与影响也将非同凡响。

参考文献【1】杨素行.模拟电子技术简明教程〔第3版〕[M].高等教育出版社，2021，5.【2】胡晏如，耿苏燕.高频电子线路[M].高等教育出版社，2021，1.【3】黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计[M].北京航空航天大学出版，2021，12.。