无线电能传输装置的论文设计刘佳福

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1、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：XVIII目录1系统方案51.1系统总体思路51.2系统方案论证与选择51.2.1信号发生方案选择51.2.2驱动电路方案选择51.2.3整流电路方案选择61.3总体方案设计62理论分析与计算72.1发射模块分析与计算72.1.1信号发生电路原理分析与计算72.1.2驱动电路原理分析与计算72.2接收模块分析与计算72.3参数选择83电路设计83.1信号发生电路83.2驱动电

2、路103.2.1功率MOSFET的使用103.2.2IR2110芯片的使用113.3接收电路134测试方案与测试结果144.1测试方法与仪器144.2测试数据与结果145实物制作图片15致谢16参考文献17XVIII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

3、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。（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。XVIII

4、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

5、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XVIII1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

6、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。1.2系统方案论证与选择1.2.1信号发生方案选择方案一：石英晶体振荡器。此电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率fs，而与电路中的R、C的值无关。所以此电路能够得到频率稳定性极高的脉冲波形，它的缺点就是频率不能调节，而且频带窄，不能用于宽带滤波。此电路非常适合秒脉冲发生器的设计

7、，故不太适用于本实验，所以不采用此电路。方案二：采用PWM控制器芯片TL494。TL494是一个固定频率脉宽调制电路。利用RC串联谐振原理，由内部线性锯齿波振荡器产生正向锯齿波，实现脉冲宽度调制。TL494具有控制、驱动、监控和各项保护功能，适用于设计所有的（单端或双端）开关电源典型电路。综合比较以上两种方法，选择方案二。1.2.2驱动电路方案选择方案一：MOS管驱动电路。实际就是对电容的充放电，对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流比较大。但本设计LC串联负载在单电源输入下工作，只能选用开关类型的全桥驱动，因此

8、不适用于本电路。方案二：IR2110驱动全桥电路，IR2110采用HVIC和闩锁抗干扰COM制造工业，具有独