【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 直接控制開(kāi)關(guān)管。Q1和Q2為兩個(gè)參數(shù)相同的開(kāi)關(guān)管，加在開(kāi)關(guān)管上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為互補(bǔ)的方波，為防止兩管同時(shí)導(dǎo)通，兩方波之間加有死區(qū)時(shí)間。當(dāng)Q1管閉合時(shí)，Q2管斷開(kāi)，選頻網(wǎng)絡(luò)及負(fù)載上的電壓為電源電壓Vcc減去Q1管的飽和壓降；當(dāng)Q1管斷開(kāi)，Q2管閉合時(shí)，選頻網(wǎng)絡(luò)及負(fù)載上的電壓為Q2管的飽和壓降。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（power MOSFET）具有開(kāi)關(guān)速度快、低導(dǎo)通阻抗、驅(qū)動(dòng)圖36 驅(qū)動(dòng)電路原理圖電路簡(jiǎn)單和和所需驅(qū)動(dòng)功率小的優(yōu)點(diǎn)，故選此作為開(kāi)關(guān)管。在這里選用75N75，它的開(kāi)關(guān)速度快，內(nèi)阻較小(ON) = 。 如圖37為驅(qū)動(dòng)電路實(shí)物圖 Mos管75N7515V直流電源輸入連接發(fā)射線(xiàn)圈Mos管驅(qū)動(dòng)芯片IR2110圖37 驅(qū)動(dòng)電路實(shí)物圖 整流接收電路設(shè)計(jì)由上文分析，整流接收電路采用橋式整流，其電路圖如圖38 所示。圖38 橋式全波整流電路在橋式整流電路中，采用1N5822二極管。它具有正向?qū)妷旱停ǎ?，大電流承受能力等特點(diǎn)，最重要的是它有很高的開(kāi)關(guān)速度，可以滿(mǎn)足此裝置的高頻要求。它在市場(chǎng)上較為常見(jiàn)，關(guān)注度很高。接收線(xiàn)圈的高頻交流電流經(jīng)過(guò)1N5822整流后，就變成了直流電流，供給負(fù)載使用如圖39為整流接收電路實(shí)物圖。中間部分是四只二極管整流，左側(cè)連的是接收線(xiàn)圈和諧振電容，即接收部分的L和C。右側(cè)連一個(gè)濾波電容后與負(fù)載相連，中間的開(kāi)關(guān)可以切換用來(lái)選擇電阻和LED燈。圖39 整流接收電路實(shí)物圖 輔助電源電路設(shè)計(jì) 輔助電源電路如圖310所示。輔助電源需將15V 電壓轉(zhuǎn)換為5V 的電源信號(hào)，在此采用芯片LM2576和AMS1117 各一片。通過(guò)調(diào)節(jié)電位器女R1的大小，可改變輸出電壓值，調(diào)節(jié)電位器產(chǎn)生5V電壓。輸入5V電壓，通過(guò)AMS1117芯片。 輔助電源電路如圖311為輔助電源電路實(shí)物圖。輸出5V輸入15V圖311 輔助電源電路實(shí)物 單片機(jī)控制回路設(shè)計(jì)單片機(jī)控制回路的功能如下： 控制信號(hào)的輸出，通過(guò)產(chǎn)生PWM 信號(hào)，控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和截止。但是為保障兩個(gè)開(kāi)關(guān)管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，需設(shè)置死區(qū)時(shí)間。，并通過(guò)液晶屏顯示當(dāng)前的工作頻率、輸入電流PWM波占空比等。此設(shè)計(jì)采用32位k60單片機(jī)最小系統(tǒng)。K60單片機(jī)處理速度快，處理能力強(qiáng)，且各個(gè)模塊的程序庫(kù)比較完善，使用方便。單片機(jī)使用15MHz的晶振，完全滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)需要。 本章小結(jié) 本章先闡述了磁耦合無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，接著比較詳細(xì)的介紹了磁耦合無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要有驅(qū)動(dòng)電路、接收整流電路、輔助電源電路、單片機(jī)控制回路。并且給出了具體的原理圖、實(shí)物圖及元器件的選擇分析。第4章 磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸裝置優(yōu)化改進(jìn) 研究實(shí)驗(yàn)總體介紹在這個(gè)研究實(shí)驗(yàn)中，主要對(duì)磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸效率展開(kāi)研究，最后達(dá)到提升傳輸距離與傳輸效率的目標(biāo)，改進(jìn)裝置。在此系統(tǒng)中，能量是通過(guò)發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈的耦合進(jìn)行傳輸，在傳輸過(guò)程中，兩線(xiàn)圈之間耦合的效率決定了傳輸效率，同時(shí)也決定了傳輸距離的大小。諧振頻率是非常重要的一個(gè)指標(biāo)。諧振頻率的大小取決于L和C，即電感和電容的大小。而 [18,19] （41）其中μ0是真空中的磁導(dǎo)率，a是線(xiàn)圈的線(xiàn)徑，R為線(xiàn)圈的半徑，N為線(xiàn)圈匝數(shù)。可見(jiàn)線(xiàn)圈的電感大小由線(xiàn)徑、半徑、匝數(shù)決定。因此，本研究采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法，分別研究發(fā)射及接收線(xiàn)圈參數(shù)相同時(shí)，傳輸距離與線(xiàn)圈匝數(shù)、線(xiàn)圈直徑、線(xiàn)圈線(xiàn)徑、電容大小之間的關(guān)系，以及傳輸效率與以上參數(shù)的關(guān)系。如圖41為實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)圖。圖41 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖 Uo為由穩(wěn)壓電源提供的15v電源電壓，Cs、Ls、Ct、Lt分別為發(fā)射線(xiàn)圈及接收線(xiàn)圈的諧振電容和電感，末端負(fù)載根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要接電阻R或小燈泡。如圖42為實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖?？梢钥吹阶髠?cè)的小燈泡發(fā)出了耀眼的光。圖42 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖如圖43為實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)測(cè)波形圖。圖a為單片機(jī)輸出的兩列互補(bǔ)PWM波，圖b為諧振產(chǎn)生時(shí)發(fā)射線(xiàn)圈兩端的電壓波形。此時(shí)PWM波的占空比為30%和70%?？梢钥吹街C振時(shí)線(xiàn)圈兩端是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。（a）（b）圖43 實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)波形 傳輸距離特性實(shí)驗(yàn) 據(jù)磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能的傳輸原理，影響電能傳輸距離的最直接因素是系統(tǒng)的諧振頻率，提高諧振頻率可增大電流的變化率，使發(fā)射的磁場(chǎng)變強(qiáng)，傳輸距離變遠(yuǎn)。而諧振頻率又與線(xiàn)圈電感大小和諧振電容的大小有關(guān)，同時(shí)，線(xiàn)圈的匝數(shù)、直徑和線(xiàn)徑又決定線(xiàn)圈的電感大小。 線(xiàn)圈匝數(shù)對(duì)傳輸距離的影響由式（41）可知，線(xiàn)圈的電感大小與線(xiàn)圈匝數(shù)的平方成正比。所以線(xiàn)圈匝數(shù)會(huì)大大影響參數(shù)L，從而影響傳輸距離。三組線(xiàn)圈除了線(xiàn)圈匝數(shù)不同，其它都相同。表41 線(xiàn)圈及電容參數(shù)線(xiàn)圈編號(hào)線(xiàn)圈線(xiàn)徑（mm）線(xiàn)圈直徑（cm）線(xiàn)圈匝數(shù)電感（μH）諧振電容（nF）諧振頻率（kHz）140410024031003402100當(dāng)負(fù)載接100歐姆的電阻，分別測(cè)量三組線(xiàn)圈在不同傳輸距離的接收端電壓，數(shù)據(jù)如下表42。表42 不同線(xiàn)圈匝數(shù)距離特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)圈1線(xiàn)圈2線(xiàn)圈3傳輸距離/cm接收端電壓/V傳輸距離/cm接收端電壓/V傳輸距離/cm接收端電壓/V33355573177101010151515202020222222252525根據(jù)以上數(shù)據(jù)，畫(huà)出曲線(xiàn)如圖44。由曲線(xiàn)可以看出，三條曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)大致相同，隨著傳輸距離的變大，接收端電壓先變大后變小。匝數(shù)多的大電感線(xiàn)圈，曲線(xiàn)上升速度緩慢，達(dá)到的最高電壓小，曲線(xiàn)的衰減速度緩慢。由此可以得出，在諧振電容及線(xiàn)圈其他參數(shù)相同時(shí)，匝數(shù)小的大電感線(xiàn)圈在近距離時(shí)可傳輸較大的能量，但由于遠(yuǎn)距離時(shí)衰減較快，所以遠(yuǎn)距離時(shí)匝數(shù)多的大電感線(xiàn)圈能傳輸較大能量。匝數(shù)越多，傳輸距離越遠(yuǎn)。圖44 不同線(xiàn)圈匝數(shù)距離特性曲線(xiàn)當(dāng)接收端負(fù)載接2只串聯(lián)LED燈（白色、1W），在保持LED燈不滅的條件下，盡可能延長(zhǎng)發(fā)射線(xiàn)圈。測(cè)量LED完全熄滅的距離即為最遠(yuǎn)亮燈距離x。通過(guò)單片機(jī)控制調(diào)節(jié)，緩緩增加兩線(xiàn)圈距離，當(dāng)LED燈熄滅時(shí)，測(cè)量三組線(xiàn)圈此時(shí)的距離分別為為45cm、52cm、60cm。這個(gè)數(shù)據(jù)再次證明了匝數(shù)越多，傳輸距離越遠(yuǎn)。 線(xiàn)圈直徑對(duì)傳輸距離的影響線(xiàn)圈直徑也是影響傳輸距離的重要因素，從理論上分析，產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用的范圍會(huì)隨著線(xiàn)圈直徑變大而變大，相應(yīng)的，能量傳輸?shù)木嚯x也會(huì)變遠(yuǎn)，本實(shí)驗(yàn)選用三組不同直徑的線(xiàn)圈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)中選用的三種不同直徑的線(xiàn)圈參數(shù)如表43所示，為了排除諧振頻率對(duì)傳輸距離的影響，匹配相應(yīng)的電容使諧振頻率近似相等。表43 線(xiàn)圈及電容參數(shù)線(xiàn)圈編號(hào)線(xiàn)圈線(xiàn)徑（mm）線(xiàn)圈直徑（cm）線(xiàn)圈匝數(shù)電感（μH）諧振電容（nF）諧振頻率（kHz）1404682304823204150當(dāng)負(fù)載接100歐姆的電阻，分別測(cè)量三組線(xiàn)圈在不同傳輸距離的接收端電壓，數(shù)據(jù)如下表44。表44 不同線(xiàn)圈直徑距離特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)圈1線(xiàn)圈2線(xiàn)圈3傳輸距離/cm接收端電壓/V傳輸距離/cm接收端電壓/V傳輸距離/cm接收端電壓/V111222333555101071212815151020201225251430301635184020 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，畫(huà)出曲線(xiàn)如圖45。從曲線(xiàn)上可以看出，當(dāng)諧振頻率近似相等的時(shí)候，傳輸距離相同的情況下，直徑大的線(xiàn)圈傳輸?shù)哪芰枯^大，且傳輸距離特性曲線(xiàn)變化較為緩慢。由此可見(jiàn)，大直徑線(xiàn)圈能傳輸較遠(yuǎn)的距離，能傳輸較大的能量。當(dāng)接收端負(fù)載接2只串聯(lián)LED燈（白色、1W），緩緩增加兩線(xiàn)圈距離，當(dāng)LED燈熄滅時(shí)，測(cè)量三組線(xiàn)圈此時(shí)的距離分別為為54cm、47cm、42cm。這個(gè)數(shù)據(jù)再次證明了大直徑線(xiàn)圈能傳輸較遠(yuǎn)的距離。 圖45 不同線(xiàn)圈直徑距離特性曲線(xiàn) 線(xiàn)圈線(xiàn)徑對(duì)傳輸距離的影響線(xiàn)圈的繞線(xiàn)電阻與線(xiàn)徑有直接關(guān)系，線(xiàn)徑越大，導(dǎo)線(xiàn)越粗，線(xiàn)圈的電阻就越小，相同情況下，諧振產(chǎn)生時(shí)流過(guò)線(xiàn)圈的電流