2014年“TI”杯全国电赛--无线传能作品

2014年天津市TI杯电子设计竞赛

电源类设计报告

摘要

本系统以磁耦合谐振原理为核心，设计了此无线电能传输装置。

本装置采用自激震荡方式触发MOSFET的交替导通，在发射线圈两端产生高频交流电，并通过LC谐振产生电场能和磁场能，接收端线圈通过谐振耦合接收能量，并通过整流滤波变成直流电。同时利用MSP430对输出能量实时监测。

测试结果表明：当接发线圈相距10cm，接收端电流0.5A时负载的电压为41.5V，系统的效率为53.1%。当接收端接2W的LED，间距为61.5cm时，LED的电流为1mA。本设计出色地完成了题目要求，在小功率无线电能传输方向有很好的应用前景。

系统特色：（1）采用自激震荡方式触发MOSFET，实现高频逆变。（2）电感线圈选择了空心线圈，谐振效果更好。（3）用单片机显示接收端负载的电流电压值，可实时监测负载的情况。

关键词：磁耦合谐振电路、高频逆变

目录

1.系统方案论证 (3)

1.1发送模块的论证与选择 (3)

1.2接收模块的论证与选择 (5)

1.3线圈的论证与选择 (7)

2.系统理论分析与计算 (8)

2.1 无线传电系统的工作原理分析 (8)

2.2 无线传电系统的参数计算 (9)

3.电路与程序设计 (9)

3.1系统主体电路图 (9)

3.2电流电压检测图 (10)

3.3辅助电源设计 (11)

4.测试结果及分析 (12)

4.1测试方案 (12)

4.2 测试条件与仪器 (12)

4.3 测试结果 (12)

4.4结果分析与总结 (14)

附录：源程序 (14)

【F组】

1.系统方案论证

本系统主要由无线电能发送模块、无线电能接收模块、单片机显示模块三部分组成，经过分析和论证，下面为我们最终的方案框图。

图1 系统方框图

目前的磁耦合谐振电路拓扑结构主要有：能量注入型谐振式拓扑、自激振荡式谐振拓扑、E类谐振式拓扑等。本方案对这三种谐振拓扑结构进行分析，找出最适合本方案发送端要求的谐振拓扑结构；并对无线接收端的高频交流电整流和滤波电路分析和选型。

1.1发送模块的论证与选择

磁耦合谐振式电能传输以谐振“磁耦合”形式将电能进行传输。基于电磁共振耦合原理，利用非辐射磁场实现电力高效传输。磁耦合谐振式无线电能传输技术在未来有着广阔的应用前景，具有高效率和远距离传输等优点，磁耦合谐振无线传能有以下几种方案。

方案一：能量注入型谐振式拓扑

该方案的波形和频率稳定，但该模块需采用四个场效应管驱动，且工作在高频状态，损耗较大，效率较低，系统中的无功功率太大，从而严重地制约了系统的传输能力和传输效率，故不采纳。

图2 能量注入型谐振式拓扑图

方案二：E类谐振式拓扑

E类DC/AC超高频谐振式变换器, 单管工作, 不存在死区时间的限制, 开关频率可达到2MHz 以上。选取适当的负载谐振网络参数，即使开关转换时间与工作周期相比较已相当长, 也能避免在开关期间内同时产生大的电压或电流, 这就避免了在开关转换期间的器件功耗。MOSFET采用图腾柱推挽驱动, 干路最大电流达1.5A。但起振条件要求太高，不易达到理想起振条件。

图3 E类谐振式拓扑结构图

方案三：自激振荡式谐振拓扑

逆变电路将15V直流电源升压后通过LC谐振转换成电场能和磁场能，电场能量储存在电容中，磁场能量储存在线圈电感中，它们彼此相等，且呈周期性振荡。电场能量在发送线圈的电容和电感之间相互交换，由于二者谐振频率相同，产生共振，将能量源源不断传送到接收端。利用自激振荡原理实现无线传能，无需利用外围芯片与控制器件，且自激频率能够达到本方案所设定的900kHZ频率，效率能超越前面两种方案，解决了在传输效率和传输距离上不可兼得的矛盾,故采用方案三。

图4 自激振荡式拓扑结构

1.2接收模块的论证与选择

谐振接收端谐振电路以及整流滤波电路也有着重要的作用，系统要达到最优化电能传输,各个部分均需满足一定的要求,那么对系统接收部分的整流方案和滤波方案的选择也显得尤为重要。

1.2.1 整流方案选择

高频整流电路是将输入的高频交流电转换成直流电,要求该电路具有稳定性高、效率高、损耗小等特点。整流电路有多种形式,如半波式整流、桥式整流和倍压整流。下面将对其分别作简要介绍和分析,选出适合于谐振耦合系统的整流电路。

方案一：倍压整流

倍压整流电路就是利用滤波电容的储能特性，通过电路中的多个电容和二极管使输出电压几倍于接收端线圈获得的电压。根据其理论原理可以设计出多倍压整流电路，但是该整流电路适用于负载电阻较大的场合，本方案设计的磁耦合谐振电能无线传输系统只是属于小型系统，负载电阻值较小，使用倍压整流电路对其整流效果反而会较差，无法满足负载上电压性能的需求，故不采用。

图5 倍压整流电路

方案二：桥式整流

桥式整流电路实现了全波整流，将接收端电压的负半周也加以利用，所以其输出直流电压的平均值相比于半波整流大很多。桥式整流电路更适合于谐振耦合式电能无线传输系统，它能够让负载获得更高的电压和电流，且具有耦合环节利用率高和脉动较小等优点，故本设计采用桥式整流电路对接收端的高频交流电压进行整流。另外，因系统的工作频率较高，故选择快恢复肖特基二极管搭整流桥。

图6 全桥整流电路结构

1.2.2滤波方案选择

整流电路虽然将高频交流电转换为直流电，但是输出电压中仍然含有较大的脉动成分，当直接连接负载供电会对用电设备造成严重的谐波干扰，因此需在接收电路中加入滤波电路，使输出电压趋于理想的直流电压。常用的滤波电路有电容滤波、LC滤波、π型滤波。

方案一：LC滤波电路在滤波电容之前串联一个铁心电感，由于电感线圈中电流发生变化时，线圈中要产生自感电动势来阻碍电流的变化，而使负载电流和负载电压的脉动大大减小。LC滤波电路适用于要求电流较大、输出电压脉动很小的场合。

图7 LC滤波电路

方案二：π型滤波相当于在LC滤波电路前并联一个滤波电容，这样滤波效果比LC滤波更好。这种滤波电路适用于负载电流较小和输出电压脉动较小的场合。

图8 π型滤波

方案三：电容滤波电路简单，输出电压较高，脉动较小。但是外特性较差且具有电流冲击。电容滤波电路一般用于要求输出电压较高，负载电流较小并且变化也较小的场合。因为本设计接收端整流后的脉动电压较高，并结合电容滤波电路简单的特性，故采用方案三。

图9 电容滤波电路

1.3线圈的论证与选择

发射线圈和接收线圈的谐振耦合是实现电能无线传输的基础，为了提高谐振耦合线圈的传输效率，我们需要考虑耦合线圈的选型。

方案一：平板式。这种结构可看成是压扁了的螺线管式结构，它的线圈厚度较薄，有利于整个系统设计的小型化。但是该结构线圈对发射端与接收端的位置要求严格，一旦偏离线圈中心较远会导致系统的传输特性受较大影响。

方案二：螺线管线圈式。这种结构线圈产生的磁场比较均匀且具有较好的方向性，非常适合于磁场传送电能的系统，同时它具有传输距离远效率高等优点。结合实际参数调试情况，这里我们选择方案二。

2.系统理论分析与计算

2.1无线传电系统的工作原理分析

电磁谐振耦合无线电能传输技术的理论基础是“耦合模理论”。当能量发射装置与接收装置的谐振频率相同，发射装置在这个交变磁场下先产生自谐振，并产生相同频率的交变磁场，当接收装置靠近发射装置时，也会产生自谐振，接收装置不断集聚能量并传给负载，这样就实现了能量的无线传输。本设计运用磁耦合自激谐振技术，实现了电能在中等距离的高效传输。

图10 电磁谐振耦合无线电能传输示意图

2.2无线传电系统的参数计算

只要确定振荡频率fo、品质因数Q和电阻Ro,即可计算出Co和Lo。

Q值的取定：本设计方案采用直径21cm的空心铜管，经电感品质测量装置测得品质因数为Q=13。

fo值的取定：初始设定为1mHz高频，经过一系列调试和与电感匹配后的结果为900kHz。

Lo值的取定：此装置谐振电感是所选的空心线圈的电感，经电感测量装置测得电感量Lo为250nH。

Co值的取定：由上述磁耦合谐振电路计算公式与已知fo、Lo，计算得Co 为57nF。

3.电路与程序设计

3.1系统主体电路图

本设计的发射端控制MOSFET的交替导通，在发射线圈两端产生高频交流电，并通过LC谐振发射能量。接收端线圈通过谐振耦合接收能量，并通过整流滤波变成直流电。

图11 发射端主体图

图12 接收端主体图

3.2电流电压检测图

该电流电压检测模块连接在无线电能接收端。通过在输出端并联电阻及分压，来采集负载两端的电压；通过串联康铜丝电阻并通过INA282放大其两端电压，来采集负载的电流。然后通过单片机的AD采样和处理，在显示屏上显示负

载的电压电流值。

图13 电流电压检测系统简图

图14程序流程图

3.3辅助电源设计

该辅助电源为电流电压检测模块供电，方案为选择TI公司的LM2576芯片做成开关降压电路。该芯片性能良好，效率高，外围器件简单，输入端可承受40V电压，输出电压稳定，可满足单片机和LCD的供电需要。

图15 辅助电源图

4．测试结果及分析

4.1测试方案

1、要求一的测试：在发送端输入电压为U1=15V，在相距10cm处放置接收端，调节接收端的负载直至输出电流I2=0.5A，测量负载两端的电压U2，同时记

录发送端的电流I1。通过公式22

11100%

U I

U I

η=?，计算出效率。

2、要求二的测试：保持发送端输出15V电压，接收端接2W的LED灯，从40cm的起始间距逐渐拉开距离，同时记录两线圈的距离和流经LED的电流。

4.2 测试条件与仪器

测试条件：检查多次，硬件电路与仿真电路完全相同，真实无误。

测试仪器：高精度数字毫安表、示波器、数字万用表。

4.3 测试结果

2

3、示波器观测到的发送端波形

图16发送端波形图4、示波器观测到的接收端波形

图17 接收端波形图

5、无线电能传输装置实物图

图18LED发光实物图

4.4结果分析与总结

根据上述测试数据，当接发线圈相距10cm，接收端电流0.5A时负载的电压为41.5V，系统的效率为53.1%。当接收端接2W的LED，间距为61.5cm时，LED 的电流为1mA。并且发挥部分在接收端加入了负载的电流电压显示模块。由此可以得出以下结论：本设计达到方案设计要求并具有了一定的发挥。但该系统的效率还可以通过参数的优化进一步提高，电感线圈也可以有多种选择和测试方案，设计仍存在着不足和改进之处。

附录：源程序

主程序：

#include

#include"1602.h"

unsigned char LCDBuf1[]={"Current:"};

unsigned char LCDBuf2[]={"Voltage:"};

unsigned char i=0;

unsigned int result0=0,result1=0,V0,V1;

unsigned long int X=0,Y=0;

void main(void)

{

WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // Stop WDT

BCSCTL1 = CALBC1_1MHZ; // Set range

DCOCTL = CALDCO_1MHZ;

LCD_init_first();

delay_nms(500);

LCD_init();

delay_nms(500);

LCD_write_string(0,0,LCDBuf1);

delay_nms(10);

LCD_write_string(0,1,LCDBuf2);

delay_nms(10);

P1DIR |= BIT6; // P1.0 output

P1DIR &=~(BIT1+BIT2);

P1SEL|=BIT1+BIT2;

CCTL0 = CCIE; // CCR0 interrupt enabled CCR0 = 50000;

TACTL = TASSEL_2+ID_2 + MC_1; // SMCLK, upmode

while(1)

{

_BIS_SR(LPM0_bits + GIE);

}

}

#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR

__interrupt void Timer_A (void)

{

unsigned char k;

i++;

if(i==4)

{

i=0;

P1OUT^= BIT6;

result0=0;

result1=0;

for(k=0;k<10;k++)

{

ADC10CTL0=ADC10SHT_2+ADC10ON;

ADC10CTL1=ADC10SSEL_3+CONSEQ_2;

ADC10AE0 |=BIT1;

ADC10CTL1|=INCH_1;

ADC10CTL0|=ENC+ADC10SC;//启动ADC

while((ADC10CTL0&ADC10IFG)==0);

result1+= ADC10MEM;

}

ADC10CTL0&=~(ENC+ADC10SC);//关闭采样使能

ADC10CTL1&=~INCH_1; //通道清

for(k=0;k<10;k++)

{

ADC10CTL0=ADC10SHT_2+ADC10ON;

ADC10CTL1=ADC10SSEL_3+CONSEQ_2;

ADC10AE0 |=BIT2;

ADC10CTL1|=INCH_2;

ADC10CTL0|=ENC+ADC10SC;//启动ADC

while((ADC10CTL0&ADC10IFG)==0);

result0+= ADC10MEM;

}

ADC10CTL0&=~(ENC+ADC10SC);//关闭采样使能

ADC10CTL1&=~INCH_2;

X=(unsigned long int)result0*36;

Y=(unsigned long int)result1*36;

V1=X/560;

V0=(Y/1060)*12;

LCD_set_xy( 8, 1);

LCD_write_data((V0/1000)+0x30);

LCD_write_data((V0%1000/100)+0x30);

LCD_write_data('.');

LCD_write_data((V0%100/10)+0x30);

LCD_write_data((V0%1000%100%10)+0x30);

LCD_write_data('V');

LCD_set_xy( 8, 0);

LCD_write_data((V1/100)+0x30);

LCD_write_data((V1%100/10)+0x30);

LCD_write_data((V1%100%10)+0x30);

LCD_write_data('m');

LCD_write_data('A');

}

}

LCD显示程序：

/******************************************************************** * LCD1602显示之高四位相连的方法

* 描述:4线数据宽度，操作Lcd1602

* 硬件电路：MSP430g2553

* MSP430与LCD连接信息

* LCD1602，4位接口，即使用D4-D7数据口，D0-D3不接入MCU

* PIN1 --> 地

* PIN2 --> VCC（一定要接+5V）

* PIN3 -->仿真时悬空，实际电路2K电阻-->地(一定要接好，否则没有任何显示) * PIN4 --> RS --> P2.4

* PIN5 --> R/W --> GND

* PIN6 --> EN --> P2.5

* PIN7 --> D0不接

* PIN8 --> D1不接

* PIN9 --> D2不接

* PIN10 --> D3不接

* PIN11 --> D4 --> P1.4

* PIN12 --> D5 --> P1.5

* PIN13 --> D6 --> P1.6

* PIN14 --> D7 --> P2.7

* PIN15 --> VCC

* PIN16 --> 地

* 调试器：MSP430FET全系列JTAG仿真器

* 调试软件：CCS5.1.1 编译*/

/********************************************

LCD液晶操作函数

*******************************************/

#include"1602.h"

#include

#define CPU_F ((double)16000000)

#define delay_us(x) __delay_cycles((long)(CPU_F*(double)x/1000000.0))

#define delay_ms(x) __delay_cycles((long)(CPU_F*(double)x/1000.0))

void LCD_init_first(void) //LCD1602液晶初始化函数（热启动）

{

delay_nms(500);

LCD_DATA_DDR|=LCD_DATA; //数据口方向为输出

LCD_EN_DDR|=LCD_EN; //设置EN方向为输出

LCD_RS_DDR|=LCD_RS; //设置RS方向为输出

delay_nms(50);

LCD_write_command(0x30);

delay_nms(50);

LCD_write_command(0x30);

delay_nms(5);

LCD_write_command(0x30);

delay_nms(500);

}

/*****************************************

* LCD1602液晶初始化函数

****************************************/

void LCD_init(void)

{

delay_nms(500);

LCD_DATA_DDR|=LCD_DATA; //数据口方向为输出LCD_EN_DDR|=LCD_EN; //设置EN方向为输出LCD_RS_DDR|=LCD_RS; //设置RS方向为输出delay_nms(500);

LCD_write_command(0x28); //4位数据接口

delay_nms(50);

LCD_write_command(0x28); //4位数据接口

delay_nms(50);

LCD_write_command(0x28); //4位数据接口

delay_nms(50);

LCD_en_write2();

delay_nms(50);

LCD_write_command(0x28); //4位数据接口

delay_nms(500);

LCD_write_command(0x0c); //显示开，关光标，不闪烁LCD_write_command(0x06); //设定输入方式，增量不移位LCD_write_command(0x01); //清屏

delay_nms(50);

}

/*****************************************

* 液晶使能上升沿

****************************************/

void LCD_en_write1(void)

{

LCD_EN_PORT&=~LCD_EN;

delay_nus(10);

LCD_EN_PORT|=LCD_EN;

}

/***************************************** * 液晶使能下降沿

****************************************/ void LCD_en_write2(void)

{

LCD_EN_PORT|=LCD_EN;

delay_nus(10);

LCD_EN_PORT&=~LCD_EN;

}

/***************************************** * 写指令函数

****************************************/ void LCD_write_command(unsigned char command) {

delay_nus(16);

P2SEL=0x00;

LCD_RS_PORT&=~LCD_RS; //RS=0

LCD_en_write1();

LCD_DATA_PORT&=0X0f; //清高四位

LCD_DATA_PORT|=command&0xf0; //写高四位delay_nus(16);

LCD_en_write2();

command=command<<4; //低四位移到高四位LCD_en_write1();

LCD_DATA_PORT&=0x0f; //清高四位

LCD_DATA_PORT|=command&0xf0; //写低四位LCD_en_write2();

}

/***************************************** * 写数据函数

****************************************/ void LCD_write_data(unsigned char data)

{

delay_nus(16);

P2SEL=0x00;

LCD_RS_PORT|=LCD_RS; //RS=1

LCD_en_write1(); //E上升沿

LCD_DATA_PORT&=0X0f; //清高四位

LCD_DATA_PORT|=data&0xf0; //写高四位

delay_nus(16);

LCD_en_write2();

data=data<<4; //低四位移到高四位

LCD_en_write1();

LCD_DATA_PORT&=0X0f; //清高四位

LCD_DATA_PORT|=data&0xf0; //写低四位

LCD_en_write2();

}

/****************************************

* 写地址函数

****************************************/

void LCD_set_xy( unsigned char x, unsigned char y )

{

unsigned char address;

if (y == 0) address = 0x80 + x;

else address = 0xc0 + x;

LCD_write_command( address);

}

/****************************************

*LCD在任意位置写字符串，列x=0~15,行y=0,1

****************************************/

void LCD_write_string(unsigned char X,unsigned char Y,unsigned char *s) {

LCD_set_xy( X, Y ); //写地址

while (*s) //写显示字符

{

LCD_write_data( *s );

s++;

}

}

/*****************************************

* LCD在任意位置写字符,列x=0~15,行y=0,1

****************************************/

最新历届“电源类”赛题的主要知识点

历届“电源类”赛题的主要知识点从历届“电源类”赛题来看，主攻“电源类”赛题方向的同学需要了解的主要知识点如下： z 变频电源、PWM开关电源等工作原理、系统结构和电路组成 z AC电源变压器的设计与制作 z 高频开关电源变压器的设计与制作 z AC整流和滤波电路设计与制作z 斩波和驱动电路设计与制作 z 逆变和驱动电路设计与制作 z 电流、电压检测电路设计与制作 z 过流和过压保护电路设计与制作 z 真有效值检测电路设计与制作 z AC-DC开关电源电路设计与制作 z DC-DC升压型开关电源电路设计与制作 z DC-DC降压型开关电源电路设计与制作 z 直流稳压电路设计与制作 z 单片机、FPGA、ARM最小系统电路设计与制作 z 微控制器外围电路（显示器、键盘、开关等）的设计与制作 z ADC和DAC电路设计与制作 降低二极管等效电阻，并联电阻之后，二极管两端的电压没有降低，但是通过的电流小了， 被并联的电阻分流了，这也是保护二极管的一种方法。 MOS管导通的时候经过单一个电阻，关断的时候经过二极管和电阻串联，快速放掉栅源结 电容上的电荷，使得MOS截止过程中快速（泄流，快速关断）。大大提高开关效率。 mos管栅极可以串联电阻，主要是防止杂波传入输入端，让开关波形更好看。通常可用 100-200欧，

——★1、不同的滤波电路，对电容的大小需求也不一样。高频滤波电路宜使用小容量电容，而低频滤波电路则需要大容量电容。——★2、使用小容量电容器的超高频滤波电路，大多使用瓷片电容； 而使用大容量电容器的低频滤波电路，都使用电解电容的。 旁路电容：滤除杂波 使输出电压均匀化 Rc尖峰吸收，mos管关断时吸收漏感产生的感应电动势

毕业设计(论文)开题报告-无线电能传输装置的硬件设计

本科毕业设计论文 开题报告 题目：电能无线传输装置的硬件设计 作者姓名 指导教师 专业班级 学院信息工程学院 提交日期

电能无线传输装置的硬件设计 姓名：专业班级： 1 课题研究背景及意义 人类社会自第二次工业革命以来，便进入了电气化时代。大至遍布世界各地的高压线、电网，小至各种各样的家用电气设备，传统的电能传输主要通过金属导线点对点，属于直接接触传输。这种传输方式使用电缆线作为媒介，在电能传输的过程中将不可避免的产生一些问题。例如尖端放电、线路老化等因素导致的电火花，不仅会使线路损耗增大，还会大大降低供电的可靠性和安全性[1]，且会缩短设备的寿命。在油田、钻采矿井等场合，用传统的输电方式容易由于摩擦而产生微小电火花，严重时甚至引起爆炸，造成重大的事故。在水下，导线直接接触供电还有电击的危险[2-4]。这一系列的问题都在呼唤着一种摆脱金属电缆的电能传输方式，即无线电能传输。无线电能传输（WPT）是一种有效的新型电能传输方法，通过无线电能传输，不需要使用电缆或其他实物就能进行电能的传输，电能可以通过短距离耦合，中等范围的谐振感应和电磁波感应传输，在很难使用传统电缆的地方也可以实现电能传输[5]。实现无线电能传输，将使人类在电能方面的应用更加宽广和灵活。电能的无线传输技术将开辟人类能源的另一个新时代,给大众带来非同凡响的意义和影响根据传输原理的不同。 无线电能传输方式按传输原理的不同可分为电磁感应式、电磁共振式以及电磁波辐射式三种。作为无线电能传输的三种主流方式，它们都有各自的优势与不足。一般来说，电磁感应技术比较具有实现性，且已应用于当前各种电子产品，它的优点是能量的传输效率较高，但存在传输距离短，发热大，线圈对准困难等问题；电磁波传输能够实现远距离传输，但是现阶段效率过低，另一方面传输过程中的介质也会对电磁波产生影响；磁耦合谐振无线电能传输中和了上述两种传输方式，具有中中等距离传输和较高效率的特点，因而受到的关注较多。

历年电子设计大赛电源类题目汇总

1994 题目一简易数控直流电源 一、设计任务 设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。其原理示意图如下： 二、设计要求 1．基本要求 （1）输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV； （2）输出电流：500mA； （3）输出电压值由数码管显示； （4）由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减； （5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出±15V，＋5V。 2．发挥部分 （1）输出电压可预置在0～9.9V之间的任意一个值； （2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）； （3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。 三、评分意见 项目得分 基本要求方案设计与论证、理论计算与分析、电路图30 实际完成情况50

1997 A题直流稳定电源 一、任务 设计并制作交流变换为直流的稳定电源。 二、要求 1．基本要求 （1）稳压电源在输入电压220V、50Hz、电压变化范围＋15%～－20%条件下： a．输出电压可调范围为+9V～+12V b．最大输出电流为1.5A c．电压调整率≤0.2%（输入电压220V变化范围＋15%～－20%下，空载到满载） d．负载调整率≤1%（最低输入电压下，满载） e．纹波电压（峰-峰值）≤5mV（最低输入电压下，满载） f．效率≥40%（输出电压9V、输入电压220V下，满载） g．具有过流及短路保护功能 （2）稳流电源在输入电压固定为＋12V的条件下： a．输出电流：4～20mA可调 b．负载调整率≤1%（输入电压＋12V、负载电阻由200Ω～300Ω变化时，输出电流为20mA时的相对变化率） （3）DC-DC变换器在输入电压为+9V～+12V条件下： a．输出电压为+100V，输出电流为10mA b．电压调整率≤1%（输入电压变化范围+9V～+12V） c．负载调整率≤1%（输入电压+12V下，空载到满载） d．纹波电压（峰-峰值）≤100mV （输入电压+9V下，满载） 2．发挥部分 （1）扩充功能 a．排除短路故障后，自动恢复为正常状态 b．过热保护 c．防止开、关机时产生的“过冲” （2）提高稳压电源的技术指标 a．提高电压调整率和负载调整率 b．扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值 （3）改善DC-DC变换器 a．提高效率（在100V、100mA下）

无线电能传输装置

目录 1系统方案 (2) 1.1系统总体思路 (2) 1.2系统方案论证与选择 (2) 1.2.1 电源模块论证与选择 (2) 1.2.2驱动模块论证与选择 (2) 1.2.3线圈的论证与选择 (2) 1.2.4整流电路的论证与选择 (2) 1.3系统总体方案设计 (3) 2理论分析与计算 (3) 2.1 TL494应用原理 (3) 2.2 IR2110原理 (3) 2.3 无线传输原理 (4) 2.4 计算公式 (4) 3电路设计 (4) 3.1电源模块（图3） (4) 图3 电源模块 (5) 3.2驱动模块（图4） (5) 3.3传输模块（图5） (5) 4测试方案与测试结果 (6) 4.1测试方法与仪器 (6) 4.2测试数据与结果 (6) 4.3数据分析与结论 (7) 参考文献 (8)

无线电能传输装置（F题） 1系统方案 1.1系统总体思路 由题我们设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，且用空心线圈制作了直径为20cm的发射和接收线圈；利用信号发生电路将输入的直流15V电转化为PWM脉冲信号，通过驱动电路产生交变电流，对发射线圈进行供电，线圈利用磁耦合谐振式原理，将电能无线传输到接收线圈端，最终在接收线圈端产生电流，达到无线电能的传输的要求。 经过几天的测试，制作出了传输效率达38.3%，x的值最大为26 cm的磁耦合谐振式无线电能传输装置。 1.2系统方案论证与选择 1.2.1 电源模块论证与选择 方案一：利用双电源，直接对电路进行供电。 方案二：利用单电源，再接入PWM控制器芯片TL494固定频率的脉冲宽度调制电路，能够有效地将直流电转换为高频脉冲。 TL494芯片的功耗低，构成的电路结构简单，调整方便，输出电压脉动小；且IR2110 的电路无需扩展，使电路更加紧凑，工作可靠性高，附加硬件成本也不高，为获取死区时间，可由基本振荡电路、与门电路构成，为方便我们选用TL494，选择方案二。 1.2.2驱动模块论证与选择 方案一：利用三极管对无线电能传输装置进行驱动，可以比较经济地进行驱动。 方案二：使用两个IR2110对无线电能传输装置进行驱动，因其15V 下静态功耗仅116mW输出的电源端电压范围10～20V,工作频率高，可达500kHz，能够很好地满足线圈进行电能传输的需要。 考虑到线圈所需谐振频率较高，而三极管的通断不是那么灵敏，所以选择较为灵敏的场效应管，又考虑到电路的简便，则选择方案二。 1.2.3线圈的论证与选择 方案一：利用单层同心圆平面绕组，但其输出的频率很高对电容要求过高。 方案二：利用多层绕组。 考虑到多层绕组的频率相对稳定，它对谐振电容的要求较低，还有它对线圈的磁场干扰较小，并且它的电能传输效率能够达到标准，因此选择方案二。 1.2.4整流电路的论证与选择 方案一：二极管半波整流。利用二极管的单向导电性，二极管承受反压大，很有可能会烧毁二极管，直流电源输入时，不能构成放电回路，不适用于本电路。 方案二：桥式整流。四只整流三极管D1~4 和负载电阻RL组成。四只整流三极管接成电桥形式。桥式整流电路克服了全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点，且成本低，效率高，适用于各种电路。 考虑到半波整流对电能的损失，我们选择的损失较小的全波整流，因此选择方案二。

磁耦合谐振式无线电能传输

磁耦合谐振式无线电能传输 DOI：10.16640/jki.37-1222/t.2016.12.137 1磁耦合谐振式无线电能传输 （1）无线电能传输。无线电能传输，简称WP■技术，是根据能量传输过程中中继能量形式的不同，在不使用导线连接的情况下通过电场等进行进行传输的新型技术。其主要包括：磁（场） 耦合式、电（场）耦合式、电磁辐射式（如太阳辐射）、机械波耦合式（超声）。其中，磁耦合式是目前研究最为火热的一种无线电能传输方式，也就是将高频电源加载到发射线圈，使发射线圈在电源激励下产生高频磁场，接收线圈在此高频磁场作用下，耦合产生电流，实现无线电能传输。这项技术开创了人类通信的新纪元，基于能源供给而产生的无线电技术将会创造出人类能源史的新里程，其给大众带来的意义与影响也非同凡响。这项技术的使用具有以下的特点： 1 ）通用性电波的传输不需要导线进行连接一旦普及，将会使电子产品从导线的束缚中解脱出来，电器接口、兼容性的问题将得到解决，供电更方便，便捷人们的生活，提高人们的生活水平，提高人们的生活质量。 2）便携性、实用性目前的生活状况下实现无线电能传输依旧面临这挑战，但这项技术的推广，将会极大的提高传输的速度、传输

的量，对彻底解决人民生活中电力的供给问题提供有力的帮助，方便生活，提高效率。同时，对于目前很多缺乏或者无法布置电线造成的供电困难现象，无线电能传输的普及将会使这难题得到解决，紧急情况下快速地供电模式也是未来发展的必然趋势，例如加拿大等国开始尝试使用辐射式供电驱动的无人飞机作为电视转播台。 3）美观性不以导线连接的无线电能传输，将会推动电子设备的体积进一步的减小，电子设备的数据线将不再需要，便捷人们生活的同时，营造一种美观性。在能效转化效率、电磁人体辐射安全的情况下，无线供电时代的普及，将能够有效解决家庭布线、家电固定化等破坏问题，节省铜、塑料等资源。 4）安全性无线电能传输技术的普及，将会消除电子设备接触产生的电火花、电火花可能引起的爆炸、插头损坏和接触不良等安全隐患。如使用无线充电技术的电动牙刷和电动剃须刀的防水性将进一步得到提高。 5）绿色性、永久性若空间太阳能发电实现真正的商业运作化，人类将能从太阳能得到巨大的能量，在能源不缺乏的基础上，无线电能传输将而真正解决能源问题，实现绿色能源，提高能源供给，解决能源危机，造福后代。 （2）磁耦合谐振式磁耦合谐振式，作为新的无线电能传输方式，主要工作原理是利用物理学的"谐振" 原理，两个振动频率相同的物体能高效传输能量。基于磁场谐振耦合的无线电力传输，实际上是将磁场作为传输的介质，当电源发送端的振荡磁场频率和接收端

(整理)历年安徽省电子设计大赛竞赛题目.

“美亚光电”杯安徽省第一届大学生电子设计竞赛题 任意波形发生器（A题） 一、任务 设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。示意图如下： 二、要求 1、基本要求 （1）具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能。 （2）用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形，以及由基波及其谐波（5次以下）线性组合的波形。 （3）具有波形存储功能。 （4）输出波形的频率范围为100 Hz ～ 20 kHz（非正弦波频率按10次谐波计算）；频率可调，频率步进间隔≤100 Hz。 （5）输出波形幅度范围0 ～ 5 V（峰—峰值），可按步进0.1 V（峰—峰值）调整。 （6）具有显示输出波形的类型、频率（周期）的功能。 2、发挥部分 （1）输出波形频率范围扩展至100 Hz～200 kHz。 （2）用键盘或其他输入装置产生任意波形。 （3）增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于±3％（负载电阻变化范围：100 Ω～∞）。 （4）具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置。 （5）特色与创新。 三、评分标准

远程温湿度测量系统（B题） 一、任务 制作一个远程温湿度测量仪，该测试仪具有温湿度测量和远程显示等功能。 其结构框图如下： 二、要求 l、基本要求 （1）通过可编程控制器、变换器和温湿度传感器采集温湿度数据并在LED上显示。 （2）温度误差＜1℃，湿度误差＜1％，温度测量范围0℃～120℃，湿度测量范围1％～99％。 （3）可用电池供电。 2、发挥部分 （1）设计红外二极管发射电路和红外接收电路，实现温湿度数据的准确可靠发送和接收。 （2）设计射频发射电路和接收电路，实现温湿度数据的准确可靠发送和接收。 （3）最好采用微型化的温湿度传感器，无线传输距离＞5米。 （4）特色与创新。 三、评分标准

无线电能传输装置的硬件设计

本科毕业设计论文 本科毕业设计论文题目：电能无线传输装置的硬件设计 作者姓名 指导教师 专业班级 学院信息工程学院 提交日期2016年06月10日

浙江工业大学本科毕业设计论文电能无线传输装置的硬件设计 作者姓名： 指导教师： 2016年6月10日

Dissertation Submitted to ZhejiangUniversity of Technology for the Degree of Bachelor Hardware Design of Wireless Power Transmission Equipment College of Information Engineering Zhejiang University of Technology June 2016

浙江工业大学 本科生毕业设计（论文、创作）任务书 一、设计（论文、创作）题目： 电能无线传输装置的硬件设计 二、主要任务与目标： 根据对电能无线传输装置的要求，设计相应的硬件线路。要求通过单片机控制开关元件，使LC电路发生谐振，实现电能无线传输的要求，并完成整机的调试。 三、主要内容与基本要求： 1.根据无线传输装置的要求完成相关硬件设计，选择合适的谐振电路形式，使无线传输的性能指标处于较好 2. 撰写毕业论文和提交相关设计文挡、图纸等。 四、计划进度： 2015.12.20~2016.3.1 收集相关资料文献，学习相关软硬件基础知识；完成外文翻译、文献综述；熟悉课题，做好开题准备，有初步设计方案；2016.3.2~3.10 完成开题报告，参加开题交流；2016.3.11~4.30 完成电能无线传输装置的硬件设计，接受中期检查；2016.5.1~5.31 制作硬件线路，调试与改进，做出最终设计成品。撰写毕业论文初稿；2016.6.1~6.17 论文修改，毕业答辩，提交相关文档资料。 五、主要参考文献： [1] 傅文珍，张波，丘东元等.自谐振线圈耦合式电能无线传输的最大效率分析与设计,中国电机工程学报[J].2009.6:21-26; [2] 翟渊，孙跃，戴欣等.磁共振模式无线电能传输系统建模与分析,中国电机工程学报[J].2012.4:155-160; [3] 于建阁，吕干云，吴张勇等. 基于松耦合变压器的小功率CPT系统, 电工电能新技术[J].2012.7:93-96。 任务书下发日期2015 年12 月20 日 设计（论文、创作）工作自2015 年12 月20 日至2016 年 6 月20 日 设计（论文、创作）指导教师 系主任（专业负责人） 主管院长

无线电能传输(课程设计)实验报告

实验报告 1.实验原理 与无线通信技术一样摆脱有形介质的束缚，实现电能的无线传输是人类多年的一个美好追求。无线电能传输技术（Wireless Power Transfer, WPT）也称之为非接触电能传输技术（ Contactless PowerTransmission, CPT），是一种借于空间无形软介质（如电场、磁场、微波等）实现将电能由电源端传递至用电设备的一种供电模式，该技术是集电磁场、电力电子、高频电子、电磁感应和耦合模理论等多学科交叉的基础研究与应用研究，是能源传输和接入的一次革命性进步。 无线电能传输技术解决了传统导线直接接触供电的缺陷，是一种有效、安全、便捷的电能传输方法，因而它被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。该技术不仅在军事、航空航天、油田、矿井、水下作业、工业机器人、电动汽车、无线传感器网络、医疗器械、家用电器、RFID识别等领域具有重要的应用价值，而且对电磁理论的发展亦具有重要科学研究价值和实际意义。在中国科协成立五十周年的系列庆祝活动中，无线能量传输技术被列为“10 项引领未来的科学技术”之一。 到目前为止，根据电能传输原理，无线电能传输大致可以分为三类：感应耦合式、微波辐射式、磁耦合谐振式。作为一个新的无线电能传输技术，磁耦合谐振式是基于近场强耦合的概念，基本原理是两个具有相同谐振频率的物体之间可以实现高效的能量交换，而非谐振物体之间能量交换却很微弱。 磁耦合谐振式无线电能传输的传输尺度介于前两者之间，因此也被称之为中尺度（mid-range）能量传输技术，其尺度为几倍的接收设备尺寸（可扩展到几米到几十米）。 除了较大的传输距离，还存在以下优势：由于利用了强耦合谐振技术，可以实现较高的功率（可达到kW）和效率；系统采用磁场耦合（而非电场，电场会发生危险）和非辐射技术，使其对人体没有伤害；良好的穿透性，不受非金属障碍物的影响。因此该技术已经成为无线电能传输技术新的发展方向。

无线电能传输装置设计报告

无线电能传输装置设计报告 摘要 磁耦合谐振式无线电能传输是众多短距离电能特殊传输技术之一，它因其便捷，节 能环保而受到广泛关注。现在磁耦合谐振式无线电能传输距离已经可以达到米级的范围，甚至有些技术还能穿透障碍物，相信当无线传输距离问题解决以后该技术无疑对无线电能技术的发展具有重大的意义。该文主要讲述了运用磁耦合谐振无限能量传输的原理设计制作的小型无线电能传输设备。该设备主要包括驱动发射线圈电路，磁耦合谐振传输电路，磁耦合谐振接收电路，整流滤波电路，以及显示电路模块等。当发射和接收端都达到谐振频率时即可实现能量的最大传输。该设备在题目要求下可实现10cm以上，效率高达26%的能量传输，并且可以实现点亮30cm以外的2W的灯泡。 关键词磁耦合谐振无线电能传输发射距离接收效率 一、设计任务 设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。 要求：（1）保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm、输入直流电压U1=15V时，调整负载使接收端输出直流电流I2=，输出直流电压U2≥8 V，尽可能提高该无线电能传输装置的效

率η。（2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED 灯（白色、1W）。在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。 二、方案论证 驱动发射线圈电路 方案一 ：采用集成发射芯片XKT408和T5336搭建发射驱动电路。无线充电/供电主控制芯片XKT-408A，采用CMOS制程工艺，具有精度高稳定性好等特点，其专门用于无线感应智能充电、供电管理系统中，可靠性能高。XKT-408A芯片负责处理该系统中的无线电能传输功能，采用电磁能量转换原理并配合接收部分做能量转换及电路的实时监控。 其主要特点为：

无线电能传输装置电路原理分析

无线电能传输装置电路原理分析 一、发射端 1.H桥工作原理及驱动分析 要控制线圈内产生交流信号，需要给线圈提供正反向电压，这就需要四路开关去控制线圈两个输入端的电压。H桥驱动原理等效原理图图如图3-5所示，当开关S1和S3闭合时，电流从线圈左端流向线圈的右端；当开关S2和S4闭合时，电流从线圈右端流向线圈左端。 图3-5H桥驱动原理等效电路 图 常用可以作为H桥的电子开关器件有继电器，三极管，MOS管，IGBT管等。普通继电器属机械器件，开关次数有限，开关频率上限一般在30HZ左右，而且继电器内部为感性负载，对电路的干扰比较大，但继电器可以把控制部分与被控制部分分开，实现由小信号控制大信号，所以高压控制中一般会用到继电器。三极管属于电流驱动型器件，设基极电流为I B，集电极电流为I C，三极管的放大系数为β，电源电压VCC，集电极偏置电阻R C，如果I B*β>=I C,则三极管处于饱和状态，可以当作开关使用，集电极饱和电流I C=VCC/R C，由此可见集电极的输出电流受到R C的限制，不适合应用于电流要求较高的场合。MOS管属于电压驱动型器件，对于NMOS来说，只要V DS≥V GS-V T即可实现NMOS的饱和导通，MOS管开启与关断的能量损失仅是对栅极和源极之间的寄生电容的充放电，对MOS管驱动端要求不高，同时MOS端可以做到很大的电流输出，因此一般用于需要大电流的场所。IGBT则是结合了三极管和MOS管的优点制造的器件，一般用于高压控制电路中。综合考虑，本设计选用了4只NMOS管组成H桥，其具有导通电阻R DS小，，电流I D大等优点。NMOS组成的H桥模型如图3-6所示。

无线电能传输技术

所谓无线电能传输，就是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。无线 输电分为：电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。电磁感应可用于低功率、近距离传输；电磁共振适于中等功率、中等距离传输；电磁辐射则可用于大功率、远距离传输。近年来，一些便携式电器如笔记本电脑、手机、音乐播放器等移动设备都需要电池和充电。电源电线频繁地拔插，既不安全，也容易磨损。一些充电器、电线、插座标准也并不完全统一，这样即造成了浪费，也形成了对环境的污染。而在特殊场合下，譬如矿井和石油开釆中，传统输电方式在安全上存在隐患。孤立的岛屿、工作于山头的基站，很困难采用架设电线的传统配电方式。在上述情形下，无线输电便愈发显得重要和迫切，因而它被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。在此旨在阐述当前的技术进展，分析无线输电原理。 1无线电能传输技术的发展历程 最早产生无线输能设想的是尼古拉?特斯拉(NikolaTesla),因而有人称之为无线电能 传输之父。1890年，特斯拉就做了无线电能传输试验。特斯拉构想的无线电能传输方法是把地球作为内导体，把地球电离层作为外导体，通过放大发射机以径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8 Hz的低频共振，利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。最终因财力不足，特斯拉的大胆构想没能实现。 其后，古博(Goubau)、施瓦固(Sohweing)等人从理论上推算了自由空间波束导波可达到近100%的传输效率，并随后在反射波束导波系统上得到了验证。20世纪20 年代中期，日本的H.Yagi和S.Uda发明了可用于无线电能传输的定向天线，乂称为八木一宇田天 线。20世纪60年代初期雷声公司(Raytheon)的布iM(W.C.Brown)做了大量的无线电能传输研究工作，从而奠定了无线电能传输的实验基础，使这一概念变成了现实。在实验中设计了一种效率高、结构简单的半波电偶极子半导体二极管整流天线，将频率2.45GHz的微 波能量转换为了直流电。1977年在实验中使用GaAs—Pt 肖特基势垒二极管，用铝条构造 半波电偶极子和传输线，输入微波的功率为8 W,获得了90.6%的微波一一直流电整流效率。后来改用印刷薄膜，在频率2.45 GHz时效率达到了85%o 自从Brown实验获得成功以后，人们开始对无线电能传输技术产生了兴趣。1975 年，在美国宇航局的支持下，开始了无线电能传输地面实验的5 ail'划。喷气发动机实验室和Lewis科研中心曾将30 kW的微波无线输送1.6 km,微波一一直流的转换效率达83%。1991

无线电能传输装置F题

无线电能传输装置F题 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#

成都工业学院 毕业设计论文课题名称：无线电能传输装置 设计时间：2015.2.05—2015.5.18 系部：电气与电子工程系 专业：供用电技术 班级：1202161 姓名：刘佳福 指导教师： 目录

任务书 1.任务 根据2014年TI杯大学生电子设计竞赛题F题：无线电能传输装置，设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。 图1电能无线传输装置结构框图 2.要求 （1）保持发射线圈与接收线圈间距离x=10cm、输入直流电压U1=15V时，接收端输出直流电流I2=0.5A，输出直流电压U2≥8V，尽可能提高该无线电能传输装置 的效率η。（45分） （2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED 灯（白色、1W）。在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。（45分） （3）其他自主发挥（10分） （4）设计报告（20分） 3.说明

（1）发射与接收线圈为空心线圈，线圈外径均20±2cm；发射与接收线圈间介质为空气。 （2）I2=应为连续电流。 （3）测试时，除15V直流电源外，不得使用其他电源。 （4）在要求（1）效率测试时，负载采用可变电阻器；效率22 11100% U I U I η=?。（5）制作时须考虑测试需要，合理设置测试点，以方便测量相关电压、电流。 摘要 随着技术的不断发展与进步，无线电能传输技术越来越备受关注，尤其在一些特定场合，无线电能传输技术具有传统电缆线供电方式所不及的独特优势，可以极大地提高设备供电的可靠性、便捷性和安全性。在2008年8月的英特尔开发者论坛（IDF，Intel?Developer?Forum）上，西雅图实验室的约书亚·史密（Joshua?R.?Smith）领导的研究小组向公众展示了一项新技术——基于“磁耦合共振”原理的无线供电，在展示中成功地点亮了一个一米开外的60瓦灯泡，而在电源和灯泡之间没有使用任何电线。他们声称，在这个系统中无线电力的传输效率达到了75%。本设计主要由电生磁和磁生电两部分主成。第一部分发射电路由PWM集成控制电路TL494为主芯片的开关电源，以IR2110为驱动电路，控制两路输出，将电能传输给发射线圈，产生磁场；第二部分接收电路，接收线圈通过电磁感应将接收到的磁信号，转化成电能，整流滤波后，供负载LED灯正常发光。 关键词：无线电能传输、磁耦合、串联谐振、传送效率、距离 无线电能传输装置装置 1系统方案 1.1系统总体思路 根据任务要求设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，用空心线圈制作了直径为20cm的发射和接收线圈；利用信号发生电路将输入的直流15V电转化为PWM 脉冲信号，通过线圈驱动电路产生交变电流，在空间产生交变的磁场，利用磁耦合谐振式原理，在接收线圈端产生感应电势和电流，将电能无线传输到接收线圈，实现无线电能的传输。 经过几天的测试，制作出了传输效率达63.1%，线圈之间的距离x的值最大为 31cm的磁耦合谐振式无线电能传输装置，满足了设计要求。

无线电力传输技术的发展

无线电力传输技术的发展 人类追逐自由的本能，在现实面前屡屡受挫。自从广泛使用电能以来，许多人都为了那些电器拖着的长长电线而绞尽脑汁，但无线供电却一直只能作为一个在前方远远招手的梦想。现在，我们也许看到了一线曙光。 在2008年8月的英特尔开发者论坛（IDF，Intel Developer Forum）上，西雅图实验室的约书亚·史密斯（Joshua R. Smith）领导的研究小组向公众展示了一项新技术——基于“磁耦合共振”原理的无线供电，在展示中成功地点亮了一个一米开外的60瓦灯泡，而在电源和灯泡之间没有使用任何电线。他们声称，在这个系统中无线电力的传输效率达到了75%。 大刘在《三体II·黑暗森林》中描绘了一个两百年后的世界。因为人们掌握了可控核聚变技术，可以提供极大丰富的能源，无线供电的损失在可接受范围之内，所以大部分电器都可以采用无线方式来供电，从电热杯一直到个人飞行器都是如此。电像空气一样无处不在，人类再也不用受电线的拖累了。 正如书中所提到的那样，无线供电技术现在也已经出现了。实际上，近距离的无线供电技术早在一百多年前就已经出现，而我们现在生活中的很多小东西，都已经在使用无线供电。也许不远的未来，我们还会看到远距离和室内距离的无线供电产品，而不会看到电线杆和高压线，“插头”也将会变成一个历史名词。 好兆头 英特尔的这种无线供电技术，是基于麻省理工大学的一项研究成果而开发的。 2007年6月，麻省理工大学的物理学助理教授马林·索尔贾希克（Marin Soljacic）和他的研究团队公开做了一个演示。他们给一个直径60厘米的线圈通电，6英尺（约1.9米）之外连接在另一个线圈上的60瓦灯泡被点亮了。这种马林称之为“WiTricity”技术的原理是“磁耦合共振”，而他本人也因为这一发明获得了麦克阿瑟基金会2008年的天才奖。

浅谈无线电能传输的发展趋势

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/ae8980235.html, 浅谈无线电能传输的发展趋势 作者：李晨晨 来源：《科教导刊·电子版》2013年第36期 摘要文章叙述了无线电能传输的概念和发展历程，着重对电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式三种无线电能传输进行了分析。同时，也总结概括了无线电能传输对我国经济发展的优势以及发展前景。 关键词无线电能传输能量传输感应电能 中图分类号：TM472 文献标识码：A 1无线电能传输的概念及优势 无线电能传输（Wirelss Power Transmission——WPT）是指借助于一种特殊的设备将电源的电能转变为电磁场或电磁波等无线传播的能量，在接收端又将无线能量转变回电能进行传递的一种技术。无线输电分为：电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。电磁感应可用于低功率、近距离传输；电磁共振适于中等功率、中等距离传输；电磁辐射则可用于大功率、远距离传输。 传统的直接接触式电能传输存在例如产生接触火花，影响供电的安全性和可靠性，甚至引起爆炸，造成重大事故等弊端。同时，近年来，一些便携式电器如笔记本电脑、手机、音乐播放器等移动设备都需要电池和充电。电源电线频繁地拔插，既不安全，也容易磨损，并且错综复杂的电线既限制了设备移动的灵活性，又影响了环境的美观。一些充电器、电线、插座标准也并不完全统一，这样既造成了浪费，也形成了对环境的污染。无线电能传输技术有效克服了传统导体物理接触传输方式带来的磨损、火花、不灵活等一系列缺点和不足，目前得到了广泛关注和研究。 同时随着能源问题的突出，怎样能最好地利用现有的能源，已经越来越多地引起人们的重视和关注，无线电能传输技术作为新型的电能传输技术，是实现能源高效利用的重要途径之一。 2无线电能传输技术分类 到目前为止，根据电能传输原理，无线电能传输可以分为以下三类：（1）电磁感应式，通过一个线圈给另外一个线圈供电，虽然具有传输效率高的优点，但传输距离被限制在厘米级范围内，效率受位置偏差的影响较大，还存在当异物进入时会发热和高频波泄露等问题。这种非接触式充电技术在许多便携式终端里应用日益广泛。（2）谐振耦合式，发射和接收装置通过磁场或电场建立的传输通道相互耦合，在谐振频率下传输效率达到最大，适合用于中等距离的无线电能传输；谐振技术在电子领域应用广泛，但是，在供电技术中应用的不是电磁波或者

无线电能传输装置

成都工业学院 毕业设计论文 课题名称：无线电能传输装置 设计时间：— 系部：电气与电子工程系 专业：供用电技术 班级： 1202161 姓名：刘佳福 指导教师：

目录 1系统方案.......................................................................... IV 系统总体思路................................................................... IV 系统方案论证与选择............................................................. IV 信号发生方案选择........................................................... IV 驱动电路方案选择........................................................... IV 整流电路方案选择............................................................ V 总体方案设计.................................................................... V 2理论分析与计算.................................................................... VI 发射模块分析与计算............................................................. VI 信号发生电路原理分析与计算 ................................................ VI 驱动电路原理分析与计算.................................................... VI 接收模块分析与计算............................................................. VI 参数选择...................................................................... VII 3电路设计......................................................................... VII 信号发生电路.................................................................. VII 驱动电路....................................................................... IX 功率MOSFET的使用......................................................... IX IR2110芯片的使用........................................................... X 接收电路...................................................................... XII 4测试方案与测试结果.............................................................. XIII 测试方法与仪器............................................................... XIII 测试数据与结果............................................................... XIII 5实物制作图片..................................................................... XIV 致谢........................................................................... XVII 参考文献........................................................................ XVIII

无线电力传输技术复习课程

无线电力传输技术

无线电力传输技术 无线电力传输技术 人类追逐自由的本能，在现实面前屡屡受挫。自从广泛使用电能以来，许多人都为了那些电器拖着的长长电线 而绞尽脑汁，但无线供电却一直只能作为一个在前方远远招手的梦想。现在，我们也许看到了一线曙光。 在2008年8月的英特尔开发者论坛(IDF , Intel Developer Forum )上，西雅图实验室的约书亚史密斯(Joshua R. Smith )领导的研究小组向公众展示了一项新技术一一基于磁耦合共振”原理的无线供电， 在展示中成功地点亮了一个一米开外的60瓦灯泡，而在电源和灯泡之间没有使用任何电线。他们声称，在 这个系统中无线电力的传输效率达到了75%。 大刘在《三体II黑暗森林》中描绘了一个两百年后的世界。因为人们掌握了可控核聚变技术，可以提供极大丰富的能源，无线供电的损失在可接受范围之内，所以大部分电器都可以采用无线方式来供电，从电热杯一直到个人飞行器都是如此。电像空气一样无处不在，人类再也不用受电线的拖累了。 正如书中所提到的那样，无线供电技术现在也已经岀现了。实际上，近距离的无线供电技术早在一百多年前就已经出现，而我们现在生活中的很多小东西，都已经在使用无线供电。也许不远的未来，我们还会看到远距离和室内距离的无线供电产品，而不会看到电线杆和高压线，插头”也将会变成一个历史名词。 好兆头 英特尔的这种无线供电技术，是基于麻省理工大学的一项研究成果而开发的。 2007年6月，麻省理工大学的物理学助理教授马林索尔贾希克(Marin Soljacic )和他的研究团队公开做 了一个演示。他们给一个直径60厘米的线圈通电，6英尺(约1.9米)之外连接在另一个线圈上的60瓦灯 泡被点亮了。这种马林称之为WiTricity ”技术的原理是磁耦合共振”，而他本人也因为这一发明获得了麦 克阿瑟基金会2008年的天才奖。 新技术所消耗的电能只有传统电磁感应供电技术的百万分之一，不由让人们对室内距离的无线供电重新燃起了希望。而它的关键在于共振”。 科学家们早就发现，共振是一种非常高效的传输能量方式。我们都听过诸如共振引起的铁桥坍塌、雪崩或者高音歌唱家震碎玻璃杯的故事。无论这些故事可信度如何，但它们的基本原理是正确的：两个振动频率相同的物体之间可以高效传输能量，而对不同振动频率的物体几乎没有影响。在马林的这种新技术中，将发送端和接收端的线圈调校成了一个磁共振系统，当发送端产生的振荡磁场频率和接收端的固有频率相同时，接收端就产生共振，从而实现了能量的传输。根据共振的特性，能量传输都是在这样一个共振系统内部进行，对这个共振系统之外的物体不会产生什么影响。这就像是几个厚度不同的玻璃杯不会因为同一频率的声音而同时炸碎一样。 最妙的就是这一点了。当发射端通电时，它并不会向外发射电磁波，而只是在周围形成一个非辐射的磁场。这个磁场用来和接收端联络，激发接收端的共振，从而以很小的消耗为代价来传输能量。在这项技术中，磁场的强度将不过和地球磁场强度相似，人们不用担心这种技术会对自己的身体和其他设备产生不良影响。

无线电能传输装置

无线电能传输装置 摘要 无线电能传输是目前被广泛研究的一项具有重大意义的课题，本次设计利用LC磁耦合谐振电路进行无线电能传输，因磁耦合谐振技术作为中距离高效无线能量传输技术，与传统无线能量传输技术相比具有传输效率高，条件要求低等明显优势。本设计在互感原理和耦合理论的基础上，进行了大量的实验，研究了如何提高谐振无线传输的效率。通过实验，验证了距离，线径，线圈绕法等对传输效率的影响。本次设计的发射端，利用了TI公司提供的mps430产生PWM信号经过非门转换成两路互补的pwm信号经过光耦驱动全桥，将直流电压逆变为交流，进行LC谐振，将电能转化为磁能辐射出去；接收端利用LC谐振接收发射端发出的磁能，在利用整流技术将接收到的交流电转化为直流电，供负载使用，并具有较高的传输效率。 关键词：无线电能传输；LC磁耦合谐振；传输效率高；驱动全桥；整流技术。

1 任务 设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。 图1 电能无线传输装置结构框图 要求 （1）保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm、输入直流电压U1=15V时，接收端输出直流电流I2=0.5A，输出直流电压U2≥8 V，尽可能提高该无线 电能传输装置的效率η。（45分） （2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED灯（白色、1W）。在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈 与接收线圈间距离x。（45分） （3）其他自主发挥（10分） 2系统总体方案设计 2.1方案一采取磁耦合感应式电能传输 磁耦合感应式电能传输无线电能传输机理类似于可分离变压器，气隙部分代替了铁芯，导致了磁力线没有定向的通道和负载侧的线圈相铰链。因此只有在较短的距离下，才能实现较高频率和较大功率的传输。当距离增加后，传输效率急剧下降。该无线电能传输方式一般只有在小于传输线圈直径的传输距离下，才能达到较高的效率和较大的功 率。 2.2 方案二采用磁耦合谐振式无线电能传输 利用谐振原理，使得其在中等距离(传输距离一般为传输线圈直径的几倍）传输时，仍能得到较高的效率和较大的功率，并且电能传输不受空间非磁性障碍物的影响【6]。相比于感应式，该方法传输距离较远；相比于辐射式，其对电磁环境的影响较小，且功率较大。正是由于这些优点，磁耦合谐振式无线电能传输得到越来越多的研究。 综上所述我们选择方案二。利用LC磁耦合谐振原理进行无线电能的传输，

无线电能传输技术-基础理论

一基础理论 1. 非接触感应式电能传输系统的基本原理 无接触感应式电能传输（Contactless Inductive Power Transfer)是利用变压器的感应耦合的特点(如图1)，将传统变压器的感应耦合磁路分开，初、次级绕组分别绕在不同的磁性结构上，电源和负载单元之间不需要机械连接进行能量耦合传输。这种初、次级分离的感应耦合电能传输技术不仅消除了摩擦、触电的危险，而且大大提高了系统电能传输的灵活性，显著减小了负载系统的体积和重量。正因为感应式电能传输系统的功能性好、可靠性高、柔性好，加上无接触,无磨损的特性，能够满足各种不同条件下电工设备用电需求，同时兼顾了信息传输功能的需求。在十九世纪末二十世纪初，特斯拉就提出交流磁场驱动小灯，但是由于技术和材料的限制，效率很低。随着电力电子技术、高频技术和磁性材料的巨大发展以及多种场合下电工设备感应式供电需求的增长，这种新型的能量传输技术正逐步兴起。 图1 非接触感应式电能传输系统 2.非接触感应式电能传输系统的结构及工作原理 相对于传统的感应电能传输系统，非接触感应式电能传输系统耦合程度较小，为了增加磁能积利用率，减小体积，提高系统的功率传输能力，初级电路通常采用高频变流/逆变技术，使交流电压在较高的频率上工作。如图2所示，非接触感应式电能传输系统的基本结构包括：初、次级电路以及感应耦合电磁结构。初级交流电压经初级变换器，由初级绕组与次级绕组耦合，次级绕组耦合得到的电能经次级变换器供给负载使用，同时利用初次级绕组还可以实现信号的双向传输。

图2 非接触感应式电能传输系统构成框图 系统工作时，在输入端将经整流、逆变的单相低频交流电转换成高频交流电流供给初级绕组。次级端口输出的电流为高频电流，根据负载用电需要，若为直流负载，则将高频电流经过整流为负载电能传输；若为交流负载，则根据需要进行交交变频或交直交逆变处理。这种能量传输方式有以下优点：1、没有裸露导体存在，感应耦合系统的能量传输能力不受环境因素，如尘土、污物、水等的影响。因此这种方式比起通过电气连接来传输能量，更为可靠、耐用，且不发生火花，不存在机械磨损和摩擦；2、系统各部分之间相互独立，可以保证电气绝缘；3、能够采用多个次级绕组接收能量时可为多个用电负载电能传输；4、变压器初、次级可以相互分离，配合自由，可以处于相对静止或运动状态，适用范围也更广泛。 二无接触电能传输系统的拓扑结构模型 非接触感应式电能传输系统有三个环节：即作为供能和接收环节的初级和次级电路，以及传输环节的耦合电路，在此基础上对三大环节进行分析，得到非接触感应式电能传输系统性能的影响因素，得出非接触感应式电能传输系统的选型和参数匹配的方法。具体表现在通过结构创新，提高磁能积利用率，减少体积，提高效率。 1.供能环节－初级电路 初级端供电质量将直接影响传输性能，它是非接触感应式电能传输系统中的重要构件。提高变换器效率，减小输出谐波分量，实现正弦波电压或电流供电是初级变换器的研究和发展的方向。初级变换器一般包括整流电路与高频逆变电路两部分。为了提高变换效率，常采用谐振技术，利用初级绕组漏电感实现谐振变换。 （a）