【正文】 響因素分析影響線圈之間的互感的主要因素為兩線圈之間垂直距離、中心點(diǎn)水平距離以及兩線圈各自的自感。 ，當(dāng)線圈的外徑和線寬保持不變，通過使線圈的內(nèi)半徑減小來(lái)增加圈數(shù)時(shí)，線圈的自感隨匝數(shù)的增加先變大后變小。仿真模型為圓形線圈，其外半徑固定為35mm。本節(jié)分兩種情況對(duì)線圈的匝數(shù)影響進(jìn)行分析：線圈的內(nèi)尺寸和外尺寸保持不變，通過改變線寬來(lái)改變?cè)褦?shù)；線圈的線寬保持不變，內(nèi)尺寸隨著匝數(shù)的增多而變小。 圖 自感隨外徑變化曲線 圖 圖 自感隨線圈尺寸的變化曲線，當(dāng)線圈的內(nèi)徑不變時(shí)，隨著外徑的增大，線圈自感幾乎保持不變；當(dāng)線圈外徑不變，隨著線圈內(nèi)徑的增大，線圈自感也隨之增大；當(dāng)線圈的內(nèi)徑和外徑同步增大時(shí)，線圈的自感也隨之增大。 本節(jié)主要分析線圈的外尺寸和內(nèi)尺寸對(duì)線圈電感值的影響，假設(shè)線圈匝數(shù)保持不變，對(duì)圓形線圈進(jìn)行仿真，分別分析線圈內(nèi)徑不變外徑改變時(shí)線圈自感的變化規(guī)律、線圈外徑不變內(nèi)徑變化時(shí)線圈自感的變化規(guī)律和線圈內(nèi)外徑同時(shí)變化時(shí)線圈自感的變化規(guī)律。為了解決上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種線圈，不僅解決了成本問題，而且簡(jiǎn)化了制造的復(fù)雜度，可以一次成型，同時(shí)也可以克服機(jī)械繞制線圈一致性差的缺點(diǎn)，使線圈的可靠性大大提高，并減輕整個(gè)系統(tǒng)的重量。而對(duì)于手機(jī)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，線圈需要滿足體系小、質(zhì)量輕、傳輸效率高等特點(diǎn)。此外，線圈的耦合系數(shù)直接影響著接收端接收能量的效果，隨著耦合系數(shù)的變小，電能傳輸效率會(huì)大幅度下降，在實(shí)際的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)盡可能的減小電能在傳輸過程中的損耗。而接收端負(fù)載功率為：圖 k= 時(shí)接收端負(fù)載功率 當(dāng)電路工作穩(wěn)定后，接收端負(fù)載的的負(fù)載功率約為70mW，此時(shí)，接收端由于接收到的功率太小，已經(jīng)無(wú)法正常工作。而接收端負(fù)載功率為： k= 時(shí)接收端端負(fù)載功率由圖可知，在12V直流供電下，開關(guān)管頻率為40k Hz時(shí)，當(dāng)電路工作穩(wěn)定后。由于電磁感應(yīng)方式屬于松耦合方式，因此，在所有的仿真結(jié)果中，取耦合系數(shù)k=，k=。在電路的接收端，電池部分由一個(gè)負(fù)載代替，仿真原理圖如下所示：為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的信號(hào)調(diào)制電路的調(diào)制效果。在電路的發(fā)射端，220V交流電經(jīng)過整流電路得到直流電的部分直接用一個(gè)12V理想直流源代替。第4章 手機(jī)無(wú)線充電系統(tǒng)仿真為了使手機(jī)無(wú)線充電系統(tǒng)的接收端接收端之間有能量傳輸，為此，本章首先設(shè)計(jì)了接收端的調(diào)制電路。本章首先介紹了常用的高頻逆變電路和諧振網(wǎng)絡(luò)，分析了各種網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，并根據(jù)手機(jī)無(wú)線充電系統(tǒng)的實(shí)際需求確定了合適的電路分析。當(dāng)接收線圈與發(fā)射線圈靠近時(shí)，在接收線圈中產(chǎn)生感生電壓，當(dāng)接收線圈回路的諧振頻率與發(fā)射頻率相同時(shí)產(chǎn)生諧振，電壓達(dá)最大值。R1是取樣電阻，R2 R4分壓電阻調(diào)整R4阻值值到基準(zhǔn)電壓，R5為限流電阻，調(diào)整它可以得到不同的充電電流. 振蕩線圈按要求用直徑13cm 1mm的漆包線密繞10 圈，接收線圈13cm 1mm的漆包線密繞15 圈實(shí)測(cè)電感值約為32uH。％l 低動(dòng)態(tài)輸出阻抗，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。整流濾波后的電壓經(jīng)過TL413和Q18050組成恒壓充電電路給手機(jī)充電。其工作原理與前文的整流濾波電路相同，同樣采用單相橋式整流電路，后接濾波電容。由NE555構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率為400KHz，占空比為60%的方波信號(hào)，通過MOS管的開關(guān)作用，將+12V直流信號(hào)轉(zhuǎn)化為交流信號(hào)，再通過LC 諧振網(wǎng)絡(luò)將能發(fā)射出去。當(dāng)源、漏極接有電感性負(fù)載時(shí)，管子截止時(shí)電感電流不能突變，D2用這個(gè)二極管續(xù)流。加上了這級(jí)電路后效率提高。為了能在小功率的推動(dòng)下也能輸出足夠大的高頻功率，輸出級(jí)選用場(chǎng)效應(yīng)管IRF460，場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制器件，原則上不消耗激勵(lì)功率，但它的極間輸入、輸出電容很大，如果直接接到555的輸出端，會(huì)因?yàn)?55電路的輸出電流很小而使波形的上升時(shí)間和下降時(shí)間變大，而導(dǎo)致效率下降。這樣周而復(fù)始，形成振蕩，測(cè)試振蕩器輸出波形 。 NE555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩源由555電路，為功放電路提供激勵(lì)，電源接通時(shí)，555的3腳輸出高電平，同時(shí)電源通過R1R2向電容c1充電，當(dāng)c1上的電壓到達(dá)555集成電路6腳的閥值電壓（2/3電源電壓）時(shí)，555的7腳把電容里的電放掉，3腳由高電平變成低電平。此時(shí)，將NE555的2腳和6腳相連并與振蕩電容的非接低端連在一起，這樣就能通過振蕩電容電壓的變化使系統(tǒng)在2/3 Vcc觸發(fā)和1/3 Vcc觸發(fā)來(lái)回轉(zhuǎn)換。僅僅需要兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容，NE555計(jì)時(shí)IC芯片就能構(gòu)成振蕩器電路結(jié)構(gòu)。因而此時(shí)NE555不應(yīng)工作在穩(wěn)態(tài)而是應(yīng)該工作在振蕩狀態(tài)。本設(shè)計(jì)是想利用NE555芯片輸出PWM波，從而驅(qū)動(dòng)開關(guān)MOS管的開閉。 NE555計(jì)時(shí)IC芯片一共有8個(gè)引腳。NE555可穩(wěn)定輸出1MHz以下的方波，并且占空比可調(diào)，電路調(diào)試容易，成本較低。比如，NE555不僅可以作為定時(shí)器使用，還可以作為施密特觸發(fā)器使用，并且還不需另外的元器件。而NE555是555計(jì)時(shí)IC芯片大家族中的一個(gè)型號(hào)。 采用NE555構(gòu)成頻率可調(diào)的多諧振蕩器。變壓器選擇輸出100W，15V和8V的環(huán)形變壓器；整流管選擇3A肖特基二極管IN4007；電源轉(zhuǎn)換芯片可選用三端可調(diào)的穩(wěn)壓器LM317。首先接220V交流電，經(jīng)變壓器降壓，然后由橋式整流電路進(jìn)行全波整流，經(jīng)電容濾波后，將得到的直流進(jìn)行穩(wěn)壓（DC—DC轉(zhuǎn)換）。本課題所設(shè)計(jì)的電源主要有給振蕩電路提供的5V直流電和給功放電路提供的12V直流電?，F(xiàn)在常用的直流穩(wěn)壓電路有兩個(gè)種類，一類是調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下，成本低，紋波小，但是工作效率也較低的線性穩(wěn)壓電源。正常穩(wěn)定的工作，都需要使用合適的直流電為其供電，因此，有必要在對(duì)主體電路需要經(jīng)過整流、濾波等階段，并且，還應(yīng)考慮到電壓的穩(wěn)定性問題，因此還必須有合適的變壓電路和穩(wěn)壓電路等。第3章 手機(jī)無(wú)線充電系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 手機(jī)無(wú)線充電系統(tǒng)主要分為發(fā)射端和接收端兩部分，發(fā)射電路主要是由整流濾波電路、DCDC變換電路、高頻逆變電路和諧振網(wǎng)絡(luò)組成，接收端電路主要由諧振網(wǎng)絡(luò)、整流濾波電路和負(fù)載組成。本文設(shè)計(jì)的手機(jī)無(wú)線充電系統(tǒng)要求電能發(fā)射端小巧、輕薄，放置在桌面上不占空間，或者可以方便的嵌入安裝在公共場(chǎng)合的桌面上；要求電能接收端嵌入到手 機(jī)內(nèi)部而不明顯地增加手機(jī)的體積和重量；要求手機(jī)無(wú)線充電器發(fā)射端可以自動(dòng) 識(shí)別手機(jī)并對(duì)其進(jìn)行充電，當(dāng)不需要充電時(shí)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)模式；要求手機(jī)充電異常時(shí)有適當(dāng)?shù)奶崾荆灰蟪潆娺^程中輸出電壓穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)手機(jī)電池造成損害；要求在充電過程中，線圈溫度不能過高。接收端的控制器是接收端的重要組成部分， 監(jiān)視用電設(shè)備電池的充電狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)做出相應(yīng)的反應(yīng)，控制接收端的指示燈的工作狀態(tài)。隨信號(hào)波形的變化而變化。與電能發(fā)射端的諧振網(wǎng)絡(luò)類似，為了增強(qiáng)電能拾取能力，提高系統(tǒng)傳輸效率，電能接收端的諧振網(wǎng)絡(luò)也采用了補(bǔ)償電容，即該諧振網(wǎng)絡(luò)也由一個(gè)耦合電感和補(bǔ)償電容組。，能量接收端由諧振網(wǎng)絡(luò)、ACDC變換模塊、控制模塊和用電設(shè)備組成。 除了以上介紹的幾個(gè)模塊之外，發(fā)射端還有一個(gè)非常重要的模塊，即控制模塊。檢測(cè)發(fā)射線圈的工作電流一方面可以了解發(fā)射端電路當(dāng)前的工作狀態(tài)，便于控制器計(jì)算控制誤差，以實(shí)現(xiàn)更精確的控制；另一方面可以了解系統(tǒng)的工作是否正常，一旦檢測(cè)到發(fā)射線圈電流超過正常范圍，則可以馬上使系統(tǒng)停止工作。由于手機(jī)無(wú)線充電系統(tǒng)的發(fā)射端線圈和接收端線圈耦合方式為松耦合，兩個(gè)線圈之間存在一段空氣間隙，為了使系統(tǒng)保持較高的傳輸效率，減少損耗，除了采用高頻逆變電路提高發(fā)射線圈電流頻率外，還需采用電容補(bǔ)償，補(bǔ)償電容可以與發(fā)射線圈串聯(lián)或并聯(lián)。保持較低的瞬間電壓峰值有利于保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保持較低的損耗值有利于提高系統(tǒng)的傳輸效率。只有發(fā)射機(jī)構(gòu)上的勵(lì)磁電流足夠大才能允許發(fā)射端和接收端之間有一定的傳輸距離。這種高頻交流電作用于諧振網(wǎng)絡(luò)后就會(huì)產(chǎn)生高頻的交變磁場(chǎng)，能量發(fā)射機(jī)構(gòu)和接受機(jī)構(gòu)之間的電能感應(yīng)耦合就是通過這種高頻的磁場(chǎng)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此為能量發(fā)射機(jī)構(gòu)提供高頻交流信號(hào)的逆變電路就是系統(tǒng)電路的關(guān)鍵部分之一，同時(shí)該逆變電路的效率和穩(wěn)定性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能也有很大的影響。把DCDC變換電路的輸出（12V直流電）作為高頻逆變電路的輸入。DCDC變換電路一方面使輸入到高頻逆變電路的電壓為設(shè)定的某一固定值，另一方面使該電壓更加穩(wěn)定可控。濾波電路的作用就是將波動(dòng)較大的直流電轉(zhuǎn)換成比較平穩(wěn)的直流電。手機(jī)無(wú)線充電系統(tǒng)的能量發(fā)射端由整流濾波環(huán)節(jié)、DCDC變換環(huán)節(jié)、高頻逆變環(huán)節(jié)、諧振網(wǎng)絡(luò)、檢測(cè)電路和控制器組成。在電磁感應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳輸?shù)倪^程中，電能的發(fā)送和接收需要形成快速變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，快速變化的電場(chǎng)是通過電能發(fā)射端所生成的高頻交流電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而高頻交流電是通過將市電轉(zhuǎn)換為直流電再通過高頻逆變產(chǎn)生的。能量接收機(jī)構(gòu)一般由一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)組成，該諧振網(wǎng)絡(luò)中的振電感可以在發(fā)射端產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)中拾取電能，轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l的交流電，該電經(jīng)過能量變換環(huán)節(jié)（如整流、濾波等）后，供給用電設(shè)備，本文中的用電設(shè)備手機(jī)電池。能量發(fā)射機(jī)構(gòu)由一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)組成，高頻電信號(hào)經(jīng)過諧振網(wǎng)絡(luò)后產(chǎn)生交變磁場(chǎng)分布在耦合電感（線圈）附近的空間中，離耦合電感越近磁感應(yīng)強(qiáng)度就越強(qiáng)。220V的工頻交流電經(jīng)過整流濾波環(huán)節(jié)變換成穩(wěn)定的直流電，然后經(jīng)過DCDC變換環(huán)節(jié)將電壓調(diào)節(jié)到一個(gè)固定值供給高頻逆變電路，本文研究的手機(jī)無(wú)線充電系統(tǒng)經(jīng)DCDC變換后的電壓為12V。整流濾波DCDC變換AC高頻逆變整流濾波負(fù)載 圖 ，即能量發(fā)射部分和能量