无线电能传输-555定时器.docx

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1、编号（学号）：201109440925四季眸怆去T本科学生毕业论文（设计）题目：无线电能传输装置学院名称：电子信息工程学院专业名称：电子信息科学与技术年级：2011级9班学生姓名：刘伟学号：201109440925指导教师：冯正勇职称/学历：副教授/博士教务处制无线电能传输装置刘伟电子信息工程学院电子信息科学与技术专业20级指导老师：冯正勇摘要：本设计主要利用电磁耦合原理，通过初、次级线圈的感应来实现电能的传输。基于这种方式的无线电能传输系统主要有三大部分，即能量发送端、收发线圈、能量接收端组成。本设计收发线圈可以随意移动，并且设计的电路比较简单，也很容易实现，这种设计可以适用于一些对于距离传

2、输不是要求很高的地方。通过测试，在一定距离测试范围内，传输效率高达30乐具有很好的实用价值。关键词：无线充电，电磁感应，耦合效率，传输效率DesignofradiotransmissionDevice1iuweiCo11egeofE1ectronicInformationengineer,E1ectronicInformationScienceandTechno1ogy,Grade2011Instructor:FengZhengyongAbstract：Thisdesignusese1ectromagneticcoup1ingprincip1es,throughprimaryandsecond

3、cirywindingsofinductiontoachieveenergytransfer;Basedonthiswayofwire1esspowertransmissionsystemhasthreemainparts,name1y,theenergytransmitter,receivingcoi1,theenergyreceivingendcomponents.Thedesignreceivingcoi1canbemoved,andthedesignofthecircuitisre1ative1ysimp1e,andveryeasytoimp1ement,suchadesigncanb

4、eapp1iedtosomeofthetransmissiondistanceisnotademandingp1ace.Throughtesting,thetestrangewithinacertaindistance,thetransmissionefficiencyofupto30%,hasgoodpractica1va1ue.Keywords:wire1esscharging,e1ectromagneticinduction,coup1ingefficiency,Transmissionefficiency1 .引言错误!未定义书签。11课题的来源和意义112总体方案介绍12 .单元电路

5、设计错误!未定义书签。2.1 波形发生电路方案选择错误!未定义书签。2.2 2谐振电路的方案选择错误!未定义书签。2.3 驱动电路的方案选择32.4 接收线圈电路32.5 线圈的选择与论证53 .理论分析53.1 电磁谐振耦合无线电能传输系统的理论基础53.2 电磁谐振耦合无线电能传输系统的工作原理63.3 3耦合模的正频率幅度73.3.1 无损耗系统两谐振器模式的耦合83.3.2 有损耗系统两谐振器模式的耦合93.4 无线传输系统工作原理分析及效率计算103.4.1 耦合线圈电感计算103.4.2 耦合线圈互感计算103.4.3 线圈间耦合因素计算113.4.4 耦合线圈电阻计算113.4.

6、5 耦合线圈高频电容计算114 .硬件与程序设计114.1 系统总体原理图114.2 2电源转换电路设计124.3 3发射单元硬件电路设计134.4 接受单元硬件电路设计144.5 发射的接收线圈的设计145 .测试方案与测试结果151 .1系统实物155 .2距离范围测试16结论17参考文献1819随着科技的进步，笔记本、手机、MP3等大量的电子产品正不断影响着我们的生活，这些电器设备大多通过有线的电源获取电能，即电器与电源之间一般都需要导线连接才能正常工作，然而，电源线的频繁插接和拔出，很容易损坏，并且也是十分的不安全，时间久了难免会发生一些安全事故，繁琐的电线不仅影响了设备的灵活性，而且

7、还很大程度上影响了环境整体的美观，所以，在这个时候,我们需要一些新技术来替代一些传统的老技术，而无线电能传输能好解决了我们遇到的问题，所以无线电能传输装置具有很好的实用性，和推广性。1.1 课题的来源和意义首先无线电能传输可以给我们带来我们最想要的方便和效率，利用无线电能传输我们不再担心有限的限制和我在我们手机没电的时候一直处于关机状态，以及我们骑电瓶车在马路上没有电的情况，还有我们在外面自己的笔记本电脑因为没有电而无法打开，是我们错过了一些很重要的文件或者资料，那么我们该怎么样去解决这些问题呢，本毕业设计论文全面讲述了我们如何去实现利用无线电能的方法和设计，虽然这次试验我闷得传输距离还不是很

8、远，但是也不代表着未来无线电能传输达不到我们想要的要求，因为社会在不断进步,科技也不断在进步,我相信不久的将来我们的装置一定会走向市场，我们不会再为有限的限制而烦恼，一旦我们实现这样的电力传输，那么我们就不会再为一些小的装置就可以永久的摆脱电池的束缚，同事无线电能传输是利用电磁耦合的方式去实现无线电能的传输，不仅可以改变我们的电脑和手机都需要电池充电，既不安全又容易磨损的现状，还可以利用无线电能传输技术来制造电动车无线充电，电子遥控门锁，梦幻彩灯等一些有价值的应用，极大的改变了我们的甚或方式，所以实现无线电能传输是我们未来发展的方向，我们要朝这个方向，不懈努力。1.2 总体方案介绍磁谐振耦合无

9、线电能传输技术的理论基础是“耦合模理论”。假如能量发射装置与接收装置的谐振频率相同，并且激发发射器在这个特定的谐振频率下产生交变磁场，发射装置在这个交变磁场下先产生自谐振，并产生相同频率的交变磁场，当接收装置靠近发射装置时，也会产生自谐振，接收装置不断集聚能量并传给负载，这样就实现了能量的无线传输，其传输示意图如图1I所示：2单元电路设计1.1 波形发生电路方案选择方案一：石英晶体振荡器,它又叫做晶振，它的制作原理是根据压电效应，什么叫压电效应呢，就是把它放置在交变电场中，当加入的频率和它的固有频率相同时，这时候我们就把这种现象叫做是它的主要特性，它的体积小，可靠性也好,它产生的频率稳定性也好

10、，缺点就是不容易调节它所产生的频率。方案二：单片机+DDS芯片产生PWM信号，利用单片机在比较模式下输出的脉宽调试(PWM)波，来实现D/A转换的工作原理。此法产生的PWM信号数字可调，但是电路复杂成本高。方案三：利用555时基电路产生PWM信号，它的原理就是在NE555的基础上加入二极管和电位计，用这种方式就能产生一种可以调节的宽频调制器，此方法中NE555,价格便宜，设计简单，稳定可靠，最主要是它能产生我们想要的频率。综合以上三种方案，方案一产生的频率稳定，但是不好调节，方案二结构复杂，成本偏高，方案三工作原理简单，经济实惠，所以我们选择方案三。1.2 谐振电路的方案选择方案一：串联谐振电

11、路，它是要是由电阻、电容和电感串联组成，串联电阻的特性是，当串联阻抗之和为0,使得整个电路呈现为一种纯电阻性，串联谐振电路中，容抗和感抗又相互抵消的作用，W1T/WC=O,串联协整电路中它的阻抗为0,电流和电压的相位也是相同的，它的设计也简单，但是耗能比较高。方案二：并联谐振电路，同样它也是由电容、电阻和电感经过并联组成，我们知道串联阻抗中，交流阻抗为0,但是在并联阻抗中，电路谐振时，它的阻抗最大，当并联谐振时，它的路端电压和电流处在同一相位，谐振频率计算公式：F=2n根号1/(1C)通过计算，F=2n根号1/(1C)=85KHZo(其中线圈电感1=46UH,并联电容为304PF)如图2.3在

12、电感两端段并电容即可，由于计算值和实际值有一定误差，电容标称值和实际值也不同，经过测试在430KHZ频率下，如上图即可产生谐振。综合以上两种方案的比较，方案一耗能高，稳定性不好，方案二设计简单，购材方便，简单易用，所以我们选择方案二。1.3 驱动电路的方案选择方案一：三极管驱动，这是我们常见的驱动方式，它可以驱动1ED、数码管、蜂鸣器等，三极管有两种，一种是PNP型，另一种是NPN型，它有三个极，即发射极、基极和集电极，三极管驱动一般要加入一些电阻来完成，它的原理总体就是通过小的交流电压，控制大的静态电流，能量都是遵守能量守恒原理，所以三极管驱动不会无缘无故产生能量，由它产生的驱动适用于一些单

13、片机外围电路，它的结构简单，只需要三极管即行，但是稳定性欠佳。方案二：mos管驱动，场效应管是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MoS场效应管的工作原理。MOS场效应管也被称为MoSFET,它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的是增强型MoS场效应管，其内部结构见图2.1。它可分为NPN型和PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型通常称P沟道型，我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流，对于一般的场效应管，它的输出电流是根据输入电压决定的，所以，我们可以把场效应管中的电流认为很小，或者说它基本趋于0,根据它的这个特性，使得场效应管有了很高的输入抗性，它的特点是对它

14、可以输入大电流，它的处理能力很强，一般它的抗电击能力也很强，目前常用的MOS管为IRF540N,它的能力强，但是价格却很便宜，对于电路设计者来说，是一个很好的选择。用IRF540构成驱动电路，IRF540开关管开启时间为4NS,关闭时间为3NS,理论上开关频率可以达到几十M,并且功耗低通过电流大完全符合要求，具体设计如图：图2.3放大电路的设计综合以上，方案一稳定性差，抗干扰能力差，方案二设计简单，价格实惠,所以通过比较，我们选择用IRF540型MOS管作为我们电路的驱动。1.4 接收线圈电路方案一：全桥整流，如图全桥整理的结构图：我们知道电子产品的最核心部分除了它的功能外，还有一部分更重要，

15、就是电源部分，除了在某些特定场合下采用太阳能电池或化学电池作电源外，多数电路的直流电是由电网的交流电转换来的。一般交流电压转化为直流电压要经过以下几个步骤，首先是经过电源变压器吧高电压转化为低电压，然后是通过整流电路整流，其次是滤波，通过滤波电路，排除干扰，最后是稳压，设计整流电路可以利用二极管的单向流通特性来设计，它可以把交流电压变为单向脉动电压，我们再设计的时候是把二极管的电阻看做是0电阻，但是在一一般情况下，都会有一些误差，这种直流电源的组成以及各处的电压波形也有误差。但输入电压小时，例如输入为3V,则输出只有2V多，需要考虑二极管正向压降的影响。整流（和滤波）电路中既有交流量，又有直流量。对这些量经常采用不同的表述方法：输入（交流）一一用有效值或最大值；输出（直流）一一用平均值；二极管正向电流一一用平均值；二极管反向电压一一用最大值，此设计系统复杂。方案二：半桥整流，它是主要将桥式整流的两个二极管封在一起，用两只二极管，利用变压器线圈的中心抽头形成对称回路。它的特点是结构简单，成本低。综合以上两种方案，方案一全桥整流的设计结构复杂，不以实现，方案二半桥整流设计简单，成本低，通过比较我们还是选择方案二。2. 5线圈的选择与论证方案1：用铜管（空心），这种空心铜管方便一般都有成品，但是规格和大小不好计算，而且价钱比较贵，一般的店铺都不