【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1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)射線圈Mos管驅(qū)動(dòng)芯片IR2110圖37驅(qū)動(dòng)電路實(shí)物圖由上文分析，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箅娏鞒惺苣芰Φ忍攸c(diǎn)，最重要的是它有很高的開(kāi)關(guān)速度，可以滿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)物圖輔助電源電路如圖310所示。 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。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，完全滿足實(shí)驗(yàn)需要。 本章小結(jié)本章先闡述了磁耦合無(wú)線電能傳輸系統(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)射線圈和接收線圈的耦合進(jìn)行傳輸，在傳輸過(guò)程中，兩線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是線圈的線徑，R為線圈的半徑，N為線圈匝數(shù)。可見(jiàn)線圈的電感大小由線徑、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)射及接收線圈參數(shù)相同時(shí)，傳輸距離與線圈匝數(shù)、線圈直徑、線圈線徑、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)射線圈及接收線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)。而諧振頻率又與線圈電感大小和諧振電容的大小有關(guān)，同時(shí)，線圈的匝數(shù)、直徑和線徑又決定線圈的電感大小。 線圈匝數(shù)對(duì)傳輸距離的影響由式（41）可知，線圈的電感大小與線圈匝數(shù)的平方成正比。所以線圈匝數(shù)會(huì)大大影響參數(shù)L，從而影響傳輸距離。三組線圈除了線圈匝數(shù)不同，其它都相同。表41 線圈及電容參數(shù)線圈編號(hào)線圈線徑（mm）線圈直徑（cm）線圈匝數(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 不同線圈匝數(shù)距離特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)線圈1線圈2線圈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)，畫出曲線如圖44。由曲線可以看出，三條曲線的變化趨勢(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)多的大電感線圈，曲線上升速度緩慢，達(dá)到的最高電壓小，曲線的衰減速度緩慢。由此可以得出，在諧振電容及線圈其他參數(shù)相同時(shí)，匝數(shù)小的大電感線圈在近距離時(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不同線圈匝數(shù)距離特性曲線當(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)，緩緩增加兩線圈距離，當(dāng)LED燈熄滅時(shí)，測(cè)量三組線圈此時(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)。 線圈直徑對(duì)傳輸距離的影響線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圈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中選用的三種不同直徑的線圈參數(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 線圈及電容參數(shù)線圈編號(hào)線圈線徑（mm）線圈直徑（cm）線圈匝數(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 不同線圈直徑距離特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)線圈1線圈2線圈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)，畫出曲線如圖45。從曲線上可以看出，當(dāng)諧振頻率近似相等的時(shí)候，傳輸距離相同的情況下，直徑大的線圈傳輸?shù)哪芰枯^大，且傳輸距離特性曲線變化較為緩慢。由此可見(jiàn)，大直徑線圈能傳輸較遠(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），緩緩增加兩線圈距離，當(dāng)LED燈熄滅時(shí)，測(cè)量三組線圈此時(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圈能傳輸較遠(yuǎn)的距離。 圖45 不同線圈直徑距離特性曲線 線圈線徑對(duì)傳輸距離的影響線圈的繞線電阻與線徑有直接關(guān)系，線徑越大，導(dǎo)線越粗，線圈的電阻就越小，相同情況下，諧振產(chǎn)生時(shí)流過(guò)線圈的電流也就越大，轉(zhuǎn)換的磁場(chǎng)能量也就越大，傳輸距離也就越遠(yuǎn)。為了證明這一點(diǎn)，設(shè)計(jì)了三組線徑不同的線圈。如表45所示為實(shí)驗(yàn)所用三種不同線徑的導(dǎo)線繞制而成的線