【正文】 若電容值太大，反而會在某些情況（負(fù)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(shí)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(jī)控制單元從而控制整個電路中的電流電壓，實(shí)現(xiàn)市場充電電池所需的充電方式。 綜上所述 ：要實(shí)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(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)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(jì)。 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(jìn)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(zhǔn)問題要解決。從而達(dá)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(dǎo)線大多采用銅箔 。下面將從線圈自身的屬性進(jìn)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(qiáng)，所以 式子 33 式子 34 電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)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(diǎn)， 它們位于 12??? 處， 即線圈軸線上的 磁感應(yīng)強(qiáng)度在線圈平面內(nèi)兩邊距線圈中心 的 2R 處。實(shí)現(xiàn)了電磁之間的 能 量轉(zhuǎn)化， 也就 可實(shí)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(biāo)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(dāng)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(yuǎn)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(jì)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(xué)電子與電氣工程系電力電子學(xué)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(jì)八十 年代， 由 加拿大的通信研究中心制造了一個小型飛機(jī) 如圖 ，這種飛機(jī)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(diǎn)對點(diǎn)的能量傳輸方式，微波 WPT具有以下特點(diǎn) : (l)能量源和耗能點(diǎn)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(dá)接收機(jī)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(jī)、發(fā)射機(jī)之間的距離有密切關(guān)系 :當(dāng)?shù)孛婊蚪ㄖ锏任挥?Fresnel 區(qū)域 (一個以發(fā)射機(jī)和接收機(jī)為橢圓焦點(diǎn)形成的旋轉(zhuǎn)橢圓體 )外，物體對接收點(diǎn)的總電場產(chǎn)生額外的反射和散射貢獻(xiàn)，只會引起接收信號產(chǎn)生較小的畸變，而當(dāng)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(diǎn)，反射波既能減少又能增強(qiáng)信號強(qiáng)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(diǎn)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(rèn)為在一個波前的所有點(diǎn)能認(rèn)為是能產(chǎn)生二次小波的點(diǎn)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(jī)頻率、收發(fā)天線高度等諸多因素有關(guān)，它是一個相當(dāng) 復(fù)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(jī)， PDA手機(jī)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(shí)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(xué)的 Mat 一 sumoto、 Shinohara 等人，計(jì)劃在“自由號”國際空間站的日本模塊上進(jìn)行試驗(yàn)。這兩個頻率點(diǎn)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(dǎo)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(jì) 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(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，使這一概念變成了現(xiàn)實(shí) 。另一方面，國家頒布的手機(jī)充電器的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在具體實(shí)施中遇到技術(shù)問題，遲遲不能普及。通過針對該設(shè)計(jì)存在的不 足，對未來的無線充電技術(shù)進(jìn)行展望。摘 要 I 摘 要 隨著科學(xué)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(dāng)今社會，如手機(jī)、 PDA、數(shù)碼播放器和相機(jī)、筆記本電腦等。最后就本論文涉及的核心內(nèi)容進(jìn)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(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)簡單、高效率的半波電偶極子 半導(dǎo)體二極管整流天線，把它放在用來反射電磁波的導(dǎo)電平板之上，純電阻作為負(fù)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(jì)，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(dá)到了 82%。 2021 年 6 月，麻省理工學(xué)院 (MIT)以 MarinSolijaeic 為首的研究團(tuán)隊(duì)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(diǎn)亮了一個 60W 燈泡。目前，面向手機(jī)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(jī)、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(jī)， MP3，機(jī)頂盒，筆記本電腦等。對傳播機(jī)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(dāng)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。快衰落的統(tǒng)計(jì)特性 : (l)遠(yuǎn)離 發(fā)射機(jī)的情況移動臺遠(yuǎn)離發(fā)射機(jī)情況下，快衰落信號包絡(luò)統(tǒng)計(jì)，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(jì)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(diǎn) 。 (5)現(xiàn)有可用元件的先進(jìn)性 。 電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 圖 基于微波供電的小型飛機(jī)照片 利用這一能量，這架小飛機(jī)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(dá)到縮小電源體積提高電能傳輸效率的目的。 日本東京大學(xué)的教授們設(shè)計(jì)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(xué)學(xué)士學(xué)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(dāng)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(jì)，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(shí)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(jì)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(shí)際應(yīng)用中，所給定屏蔽體的實(shí) 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(jì)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(shí)現(xiàn)的。當(dāng)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(xì) 導(dǎo)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(diǎn)。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(yàn)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(diǎn)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(dāng)然損耗也較大。 設(shè)計(jì)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(zhǔn)備工作 頻 率， 但由于電路設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，而且設(shè)計(jì)好的電路 頻 率不可 調(diào) 。 無線充電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案是上述 論證 的整合 ，下面將詳細(xì)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