【正文】 若電容值太大，反而會在某些情況（負載開路、輸入端斷開）對器件造成損害。A。 具體電路圖如 41所示： 圖 41 220v/50Hz的市電經(jīng)過變壓器降壓，再通過晶體整流橋的整流獲得約為 26v的直流，用來驅(qū)動繼電器的工作，為了獲得穩(wěn) 定的 24v直流電，只需通過 c cc3這三個濾波電容即可實現(xiàn)。 能量接收端的簡單介紹 相對 于發(fā)射單元，能量接受單元的電路就相對簡單多了，接受的能量通過簡單的整流濾波和穩(wěn)壓之后供給發(fā)光二極管或者簡單得給電池充電，甚至可以再接收單元加載上單片機控制單元從而控制整個電路中的電流電壓，實現(xiàn)市場充電電池所需的充電方式。 綜上所述 ：要實現(xiàn) 本電路的 交直流自動切換， 且 由于工作電流 較 大，切換 頻率不高， 所 以選擇 方案 2。 該 系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵點一是用線圈耦合方式傳遞能量，使接收單元接受到足夠的電能，以保證后續(xù)電路能量的供給；二是如何提高充電電路的能量利用效率，在滿足充電電路正常工作的前提下盡可能采用低功耗設(shè)計。 從接收端角度，我們知道從接收線 圈得到的是交變的電流，為了給待充電設(shè)備進行充電，則需要將交變的電流變成直流，因此需要經(jīng)過整流、濾波的過程。由此得到的頻率為我們所需的振蕩頻率。 L0， RO， L R1是由線圈特性 (物理特性 )決定。 圖 34 系統(tǒng)等價電路 為了提高發(fā)射線圈的輸出效率，根據(jù)上述線圈的等價電路，決定調(diào)整電 容 C1。并且，線圈的厚度也會增加。在水平距離上，充電過程中，充電臺端和電子設(shè)備端的位置對準問題要解決。從而達到超薄、超輕、低成本的目的。屏蔽體的有效半徑越小，其整體性能就越好。大部分屏蔽體用的模型是基于圓形或無限長的圓柱體幾何形狀的。本論文研究的無線充電系統(tǒng)中，發(fā)送、接收線圈沒有任何物理上的連接接觸，相對與緊密耦合的變壓器來說，這種疏松耦合的結(jié)構(gòu)具有相對較大的漏磁。平面結(jié)構(gòu)線圈，導線大多采用銅箔 。下面將從線圈自身的屬性進行分析。 平面線圈的磁場對稱分布這一特性，對于電磁能量耦合產(chǎn)生了兩種有效 現(xiàn)象 。由于對稱關(guān)系， dB? 互相抵消，而 dB 互相加強，所以 式子 33 式子 34 電子科技大學學士學位論文 16 令 xR?? ， 那么 320 2(1 )2uIB R ? ??? 式子 35 函數(shù) 32 2( ) (1 )fx ? ??? 有兩個拐點， 它們位于 12??? 處， 即線圈軸線上的 磁感應(yīng)強度在線圈平面內(nèi)兩邊距線圈中心 的 2R 處。實現(xiàn)了電磁之間的 能 量轉(zhuǎn)化， 也就 可實現(xiàn)電能的傳輸。 在一個鐵芯上纏上一個線圈，對所流的電流突然關(guān)閉開關(guān)，產(chǎn)生向維持即將消失的磁力的方向流放電流的電壓。目標的價位每平方米約 100美元。電動牙刷經(jīng)常接觸水，不采用直接充電方案，在充電座和牙刷 中 各有 — 個線圈，當牙刷放在充電座上時就有磁耦合作用，類似一個變壓器，感應(yīng)電壓整流后就可對鎳鎘電池充電，整個電路消耗功率約 3w，如圖 26所示。根據(jù)磁路的歐姆定律及安培環(huán)路定律，考慮到空氣的磁阻遠大于鐵芯的磁阻，因此磁路的磁動勢降 主要分布在空氣磁路部分，隨著空氣段磁路磁阻的增加，需要在耦 合變壓器的原邊產(chǎn)生較大的激磁電流，而激磁電流的增大一方面會增加整個變壓器的體積，另一方面會降低整個變壓器的能量傳送效率。 最早的有關(guān)感應(yīng)電能傳輸技術(shù)是日本國家研究院與 Yaskawa電氣公司于 20世紀八十年代聯(lián)合提出的，到了九十年代初期，新西蘭奧克蘭大學電子與電氣工程系電力電子學研究中心以 對其展開研究，并將 其正式定名為感應(yīng)耦合 電能傳輸技術(shù) (Inductive Coupled Power Transfer，簡稱 ICPT〕。在 19世紀八十 年代， 由 加拿大的通信研究中心制造了一個小型飛機 如圖 ，這種飛機能夠接收從地球而來的能量源 。 (4)惡劣氣象條件下的可靠性問題 。所有其它的能源，如燃料電池，電池組，核能，甚至可以吸收太陽能的天線陣列都必須克服重力才能傳輸?shù)教罩小? 作為一種點對點的能量傳輸方式，微波 WPT具有以下特點 : (l)能量源和耗能點之間的能量傳輸系統(tǒng)是無質(zhì)量的 。在靜止環(huán)境下，如果不考慮多徑效應(yīng)以及多普 勒效應(yīng)，電波傳播特性則簡單一些。由于移動體周圍的局部散射體引起的多路徑傳播，使到達接收機輸入端的信號相互疊加，其合成的信號幅度表現(xiàn)為快速起伏變化，即快衰落，或稱短期衰落。物體對信號的影響與它到接收機、發(fā)射機之間的距離有密切關(guān)系 :當?shù)孛婊蚪ㄖ锏任挥?Fresnel 區(qū)域 (一個以發(fā)射機和接收機為橢圓焦點形成的旋轉(zhuǎn)橢圓體 )外，物體對接收點的總電場產(chǎn)生額外的反射和散射貢獻，只會引起接收信號產(chǎn)生較小的畸變，而當物體處于 Fresnel 區(qū)域特別是第一 Fresnel 區(qū)域時，會對接收信號產(chǎn)生一個明顯的擾動。在接收點，反射波既能減少又能增強信號強度，這主要取決于它們的相位。 高頻繞射，同反射一樣，與物體的幾何形狀以及在繞射點的 入射波的相位、幅度、極化都有關(guān)系，繞射現(xiàn)象可以用惠更斯原理來解釋，該原理認為在一個波前的所有點能認為是能產(chǎn)生二次小波的點源，這些小波在傳播方向集合起來產(chǎn)生新的波前。 無線電波的傳播與傳播經(jīng)歷的路徑、發(fā)射機頻率、收發(fā)天線高度等諸多因素有關(guān)，它是一個相當 復雜的問題。 該課題可應(yīng)用于以下領(lǐng)域： 1． 手持設(shè)備： PDA， PDA尋呼機， PDA手機等。一次無線充電將是未來的發(fā)展趨勢，該技術(shù)有非常廣泛的市場和商業(yè)前景。 無線充電技術(shù)的前景 與應(yīng)用 無線充電技術(shù)已經(jīng)在無繩電話等設(shè)備中投入實際應(yīng)用。從 1996 年開始已將有關(guān)回旋波整流器的技術(shù)提供給日本京都大學的 Mat 一 sumoto、 Shinohara 等人，計劃在“自由號”國際空間站的日本模塊上進行試驗。這兩個頻率點的大氣穿透性都很好，相應(yīng)元器件的轉(zhuǎn)換效率都很高，價格也便宜。他們設(shè)想用圓波導傳輸?shù)奈⒉芰縼眚?qū)動城市交通工具 (如封閉的有軌電車或地鐵 )。隨著大功率、高效率真空電子管微波源的研制成功， 20世紀 60 年代初期 Raytheon 公司的 做了大量的無線輸電研究工作，從而奠定了無線輸電的實驗基礎(chǔ)，使這一概念變成了現(xiàn)實 。另一方面，國家頒布的手機充電器的統(tǒng)一標準，在具體實施中遇到技術(shù)問題，遲遲不能普及。通過針對該設(shè)計存在的不 足，對未來的無線充電技術(shù)進行展望。摘 要 I 摘 要 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，各種不同功能的便攜式電子產(chǎn)品充斥著當今社會，如手機、 PDA、數(shù)碼播放器和相機、筆記本電腦等。最后就本論文涉及的核心內(nèi)容進行總結(jié)，旨在說明本課題研究的成果、價值 以及 意義。人們需要隨時隨地 使用方便的充電裝置。在他的實驗中設(shè)計了結(jié)構(gòu)簡單、高效率的半波電偶極子 半導體二極管整流天線，把它放在用來反射電磁波的導電平板之上，純電阻作為負載，用低噪聲、高效率的放大管和磁空管作為微波源，將頻率 為 的微波能量轉(zhuǎn)換為直流電。據(jù)估計，如果傳輸頻率 1OGHz 的 TEO01 波模，每傳輸 10O0km 的損耗約 5%。 1998 年 印刷電偶極子整流天線陣轉(zhuǎn)換效率達到了 82%。 2021 年 6 月，麻省理工學院 (MIT)以 MarinSolijaeic 為首的研究團隊首次演示了燈泡的無線供電技術(shù)，他們從 6 英尺的距離成功地點亮了一個 60W 燈泡。目前，面向手機的非接觸式充電器，正在積極開發(fā) 2W3W級供電技術(shù)。 課題依據(jù)及選題依據(jù) 通常，對手機、筆記本等移動設(shè)備的電池充電時 都是 需要一個充電器， 一端連在市電電源上，另外一端連在移動設(shè)備上，頻繁的插拔不但使用不便，而且容易損壞 充電器 ，同時也不安全。 2． 多媒體產(chǎn)品：數(shù)碼相機， MP3，機頂盒，筆記本電腦等。對傳播機制深入了解，并掌握傳播特性是研究傳播規(guī)律的基礎(chǔ)。繞射是由二次小波傳到陰影區(qū)域而產(chǎn)生的。當許多反射波存在，接收信號很不穩(wěn)定，該現(xiàn)象可稱為多徑衰落。因此，在室內(nèi)無線設(shè)備安裝時，應(yīng)使第一 Fresnel 區(qū)域內(nèi)的障礙物盡可能少，以保障信號有效傳輸?？焖ヂ涞慕y(tǒng)計特性 : (l)遠離 發(fā)射機的情況移動臺遠離發(fā)射機情況下，快衰落信號包絡(luò)統(tǒng)計，是指在無直射波的 N個路徑傳播時接收信號的包絡(luò)統(tǒng)計特性。 (4)應(yīng)用情況： 電磁波奠定了廣播、電視和現(xiàn)代通信技術(shù)的基礎(chǔ)。 (2)以光速傳輸能量 。但是微波供能方式將主要的功率源置于地面，在太空中只留有 只 占系統(tǒng)質(zhì)量很小部分的微波接收和整流設(shè)備，從而避免了這個缺點 。 (5)現(xiàn)有可用元件的先進性 。 電子科技大學學士學位論文 10 圖 基于微波供電的小型飛機照片 利用這一能量，這架小飛機能夠以 21公里海拔的高度，在 2公里的范圍內(nèi)飛行。即變壓器耦合 無線供電。為了提高整個電源系統(tǒng)的電能傳輸效率，縮小器件的體積，提高能量 密度，這就要求在耦 合變壓器的原邊中通過高頻電流，利用高頻化來提高整個電源系統(tǒng)的能量密度，在電路中加入整流及高頻逆變環(huán)節(jié)，提高 耦 合變壓器的原邊中的電流頻率，從而減小激磁電流， 從而 達到縮小電源體積提高電能傳輸效率的目的。 日本東京大學的教授們設(shè)計了一種塑料薄膜電源，很有創(chuàng)意，用途也十分廣泛。 圖 26 磁耦合方案研制的無線充電牙刷 電子科技大學學士學位論文 14 第 3章 無線充電系統(tǒng)原理解析 引言 電流是由線圈旋轉(zhuǎn)切割磁場產(chǎn)生的，這個常識讓我們得之 當兩個設(shè)備中分別使用了一個具備振蕩電路特性的線圈組成一對收發(fā)天線，讓其中一個天線發(fā)送能量，另一個天線則接收能量。把電流時而 打開 時 而 關(guān)閉，增加或減小線圈的磁力線時，誘發(fā)產(chǎn)生向妨礙其變化方向流放電流的電壓。 為了更好的理解無線充電技術(shù)并最終完成無線充電系統(tǒng)的設(shè)計，下面從理論第三章 無線充電系統(tǒng)原理解析 15 上 分析平面線圈的電磁場分布情況。 將另一個結(jié)構(gòu)完全相同的線圈平行共軸放置，通以相同的同方向電流，那么兩個線圈產(chǎn)生的磁場在軸線上將疊加。由于磁場集中分布于兩個平面線圈形成的柱形空間體內(nèi)部，一方面能量集中分布，即實現(xiàn)近場能量耦合，漏磁小，根據(jù)能量守恒定律，磁能轉(zhuǎn)化為電能，損失小，從而提高電磁轉(zhuǎn)換效率；另一方面 也 降低電磁噪聲，減少了電磁輻射。隨著電子變壓器整體結(jié)構(gòu)的發(fā)展，線圈結(jié)構(gòu)主要的發(fā)展方向是平面線圈、片式線圈和薄膜線圈，其中又包括多層結(jié)構(gòu)。 基于上述分析，在本系統(tǒng)設(shè)計中，耦合線圈選用多股銅線、平面空芯結(jié)構(gòu)，另外考慮耦合程度和空間電磁密度等因素，發(fā)送端線圈、接收 端線圈的規(guī)格參考如下結(jié)合參數(shù)： 振蕩 線圈 按 要 求 形狀為圓形， 用直 徑 為 的 漆包 線 密繞 20 圈，直 徑約 為 。發(fā)射、接收線圈之間的空隙越來，則漏磁越大。在實際應(yīng)用中，所給定屏蔽體的實 際 形狀由器件結(jié)構(gòu)和屏蔽體自身的可利用空間所決定。但是，設(shè)計屏蔽體的目的是使其包絡(luò)試圖屏蔽的組件和空間，并應(yīng)該靠得很近。通過上面的原理分析可知，能量的無線傳輸主要是通過線圈間的耦合來實現(xiàn)的。當發(fā)射線圈的中心軸和接收線圈中心軸的位置一致時，發(fā)射端對于接收端的電能供給效率 最 高。為了將線圈的面積縮 小到 可以裝入便攜式設(shè)備的程度， 這類 無線充電系統(tǒng)的發(fā)射和接收線圈都采 用細 導線。在發(fā)射線 圈 瑞 ， 電容 1C 和電感 0L 兩類元 件 同時出現(xiàn)在發(fā)射端電路中，如果滿足 如下： 0 11L C? ?? 式子 37 就會產(chǎn)生振蕩。關(guān)于 0C? 、 0L? ，則主要考慮由環(huán)境兩變化的特點。由于該振蕩頻率的選取受非確定因素的影響，因此該頻率的選取一般需要通過試驗的方法得到。不難理解，在電流從交流轉(zhuǎn)換成直流的過程中，首先經(jīng)過整流電路，如利用橋式整流，雖然利用橋式整流電路可以輕而易舉的將交變的電流變成直流，但它的主要缺點是使用的二極管的數(shù)量較多，由于二極管 自 身的結(jié)電壓 和正 向電阻，使得整流電路內(nèi)阻較大，當然損耗也較大。 設(shè)計方案論證 供電電源的切換 器件選擇 方 案 1：采用晶 閘管 ，由于 普通晶閘管最基本的用途就是可控 整流 。 能量發(fā)射單元的振蕩電路 方 案 1：使用晶 體管 構(gòu)建 振蕩 電路 ， 雖然 可以 產(chǎn)生 穩(wěn)定 的 準備工作 頻 率， 但由于電路設(shè)計比較復雜，而且設(shè)計好的電路 頻 率不可 調(diào) 。 無線充電系統(tǒng)的實現(xiàn)方案是上述 論證 的整合 ，下面將詳細得介紹能量發(fā)射單元與能量接收單元的構(gòu)造與原理。經(jīng)過這一系列的整流濾波后，我們就得到了比較穩(wěn)定的 24v直流電，此壓降用來驅(qū)動由 LM2576芯片構(gòu)成的三端穩(wěn)壓集成電路正常工作，也就能在輸出端獲得穩(wěn)定的 5v壓降，獲得的 5v壓降還可以提供給 NE555，使其正常工作。 LM2576外圍元件的選擇： 1） 輸入電容 CIN： 要選低 ESR的鋁或鉭電容作為旁路電容，防止在輸入 端出現(xiàn)大的瞬態(tài)電壓。COUT用來輸出濾波 以及提高環(huán)路的穩(wěn)定性。 4） 輸出端電容 COUT： 推薦使用 1μF470μF之間的低 ESR的鉭電容。 LM2576的管腳 介紹： 1） VIN輸入電壓端，為減小輸入瞬態(tài)電壓和給