作品亮点：

无线供电技术是最近今年发展起来的的技术，并广泛应用于新能源车无线电能传输领域，然而依旧存在许多问题需要解决，本设计推出一种小功率电能无线传输装置，包括能量发送装置和能量接收装置，其特征是，所述能量发送装置和能量接收装置之间通过磁场耦合非接触方式传输能量，能量发送装置和能量接收装置距离在0-45mm之间，所述能量发送装置包括发送驱动电路和发送谐振模块；所述能量接收装置包括接收谐振模块、整流电路、稳压电路、测量模块、显示模块、通信接口模块。优点：（1）小功率无线充电；（2）携带方便：（3）减少安全隐患。

作品说明：

[b][align=left][b][color=#000000]                                                                          [size=6]无线电能传输装置[/size][/color][/b][/align][align=left][font=Times New Roman][color=#000000]                                   [/color][/font][/align][align=left][size=4][color=#000000][b]摘要：[/b][/color][/size][/align][align=left][color=#000000]       无线供电技术是最近今年发展起来的的技术，并广泛应用于新能源车无线电能传输领域，然而依旧存在许多问题需要解决，[/color][color=#000000]本文主要讲述了运用磁耦合谐振无线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电路，线圈耦合谐振传输电路，磁耦合谐振接收电路，整流滤波电路，采样电路以及上位机的开发与制作。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。[/color][/align][align=left][color=#000000][font=Times New Roman]       [/font]该设备在输入电压[font=Times New Roman]15v2A[/font]的时候传输距离达到[font=Times New Roman]45cm[/font]，可点亮[font=Times New Roman]1W[/font]高亮[font=Times New Roman]LED[/font]最大传递效率可达[font=Times New Roman]30%,[/font]。[/color][/align][align=left][color=#000000][b]关键字：[/b]无线电能传输[font=Times New Roman]  [/font]磁耦合谐振[font=Times New Roman] [/font]发射距离[/color][/align][size=12pt][font=宋体][color=#000000]一、原理分析[/color][/font][/size][/b][b][size=12pt][b][font=宋体][color=#000000]1.1[/color][/font][/b][/size][font=宋体][color=#000000]系统整体框架[/color][/font][/b]
[align=left][font=宋体][color=#000000]    该项目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，以及显示电路等，输入直流电压15v,经发射驱动模块，将直流信号转化为交流信号；发射谐振模块由电感和电容并联组成LC并联谐振电路；接收电路则[/color][/font][font=宋体][color=#000000]采用与发射电路相同的电感电容，使发射电路与接收电路具有相同的频率；整流电路模块将接收到的交流信号转化为直流，经ad采样之后，显示在液晶模块上。具体框架如下：[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]
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[align=left][font=宋体][color=#000000]                              

图1

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[align=left][font=Times New Roman][color=#000000]                              [/color][/font][/align]
[b][size=12pt][b][font=宋体][color=#000000]1.2 [/color][/font][/b][/size][font=宋体]磁耦合谐振原理[/font][/b]
[align=left][font=宋体]    目前根据电能传输原理，无线电能传输大致分为三类：第一类感应耦合式：主要解决了移动电气设备的电能灵活、安全、可靠的接入问题，并已在轨道交通、小家电、大角度旋转机构等方面应用。第二类是微波无线能量传输技术即直接利用电磁波能量可以通过无线发射和接受的原理。第三类是磁耦合谐振方式。[/font][/align]
[align=left][font=宋体]    磁耦合谐振式（又称WiTricity技术）是由麻省理工学院（MIT）物理系、电子工程、计算机科学系，以及军事纳米技术研究所的提出的。系统采用两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，能量在两个物体间交互，利用线圈及放置两端的平板电容，共同组成谐振电路实现能量的无线传输。[/font][/align]
[align=left][font=Times New Roman][color=#000000]                                             [/color][/font][font=Times New Roman][color=#000000]               

图2

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[align=left][font=Times New Roman][color=#000000] [/color][/font][/align]
[b][size=12pt][font=宋体][color=#000000]二、硬件电路设计[/color][/font][/size][/b]
[b][size=12pt][b][font=宋体][color=#000000]2.1 [/color][/font][/b][/size][font=宋体][color=#000000]驱动发射电路[/color][/font][/b]
[align=left][font=宋体][color=#000000]    该驱动电路采用ZVS双管自激振荡电路，利用两个MOS管交替导通的特性，当导通的MOS管的栅极电压通过二极管驱动到零之后另一个MOS管被切断，谐振回路电压上升，当电压上升到某点后促使导通的二极管栅极电压突变为0，该MOS管由导通变为截止，同时另一路MOS管开始工作，如此反复形成交变电压。右半部分电容与电感并联形成LC并联谐振，与接收线圈形成磁场耦合谐振完成能量传输。[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000][font=宋体][color=#000000]
[/color][/font][/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000][font=宋体][color=#000000]    仿真电路图：[/color][/font][/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]
[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]                           

图3

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[align=left][font=Times New Roman][color=#000000] [/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]     原理图：[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]                           

图4

[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]                        [/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000] [/color][/font][/align]
[align=left][font=Times New Roman][color=#000000] [/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]       PCB图：[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]                      [/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]                            [/color][/font]

图5

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[align=left][font=Times New Roman][color=#000000] [/color][/font][/align]
[b][size=12pt][b][font=宋体][color=#000000]2.2 [/color][/font][/b][/size][font=宋体][color=#000000]接收谐振电路[/color][/font][/b]
[align=left][font=宋体][color=#000000]    电容与电感并联形成LC并联谐振，与接收线圈形成磁场耦合谐振完成能量传输。[/color][/font][font=宋体][color=#000000]此模块关键在于发射端谐振频率、自激振荡固有频率与接收谐振频率基本一致，使得接收端接收到平滑的正弦波。我们巧妙的设计了电路，电容可插拔。我们采用2mm漆包线绕制两个相同的电感线圈，直径20cm，六圈。经测量电感值约为15uh，固定电感值，调节电容值的大小，最终实现发射端与接收端达到谐振状态。此时谐振频率130khz,电容容值：94nf。[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]                             

图6

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[b][size=12pt][b][font=宋体][color=#000000]2.3 [/color][/font][/b][/size][font=宋体][color=#000000]整流稳压模块[/color][/font][/b]
[align=left][font=宋体][color=#000000]    桥式整流利用四个二极管两两对接，输入正弦波的正半部分得到整的输出，输入正弦波的负半部分时，另外两个二极管导通，由于这两支管是反接的输出依然是正弦波的正半部分。桥式整流器对输入正弦波的利用率比半波整流高一倍.[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000] [/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]
[/color][/font][/align]                                                

图7

   

[b][size=12pt][b][font=宋体][color=#000000]2.4 [/color][/font][/b][/size][font=宋体][color=#000000]实物图：[/color][/font][/b][b][font=宋体][color=#000000] [/color][/font][/b]
[b][font=宋体][color=#000000]                     [/color][/font][/b]
[b][font=宋体][color=#000000]
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[b][font=宋体][color=#000000]                              

图8

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[font=宋体][color=#000000]                         [/color][/font]



[align=left][font=宋体][color=#000000] [/color][/font][/align]
[b][size=12pt][b][font=宋体][color=#000000]2.6 [/color][/font][/b][/size][font=宋体][color=#000000]系统的调试与测试 ：[/color][/font][/b]


[align=left][font=宋体][color=#000000]   1、驱动电路调试[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]
[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]   根据zvs电路自激振荡原理可知两个MOS管交替导通，因而我们在静态电路设计时，将另个静态偏执电路的组织分别采用100Ω，10KΩ，仿真效果无误。然而当调试时发现，选用 10KΩ电阻的MOS管，不振荡。经分析，[/color][/font][font=宋体][color=#000000]MOS管与三极管最大的区别[/color][/font][font=宋体][color=#000000]：三极管为电流驱动型，MOS管为电压驱动型,在驱动电路中我们采用10k与20K电阻串联分压偏执，15v输入电压，尽管分压10v但是因电路中电流过小，导致MOS管无法正常工作。换为100欧姆电阻之后，驱动电路工作正常。然而仿真电路中选择两个100Ω电阻时，输出电压却为0.由此可见仿真与真实电路之间还是有区别的。[/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000] [/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]    2、谐振频率[/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]    最初我们采取的谐振频率为14Khz，各个模块电路正常，然而接收端的电压缓慢上升，最终虽然可以达到7V左右，一旦接入负载，电压瞬间降低至2.3v.显然由于驱动电路频率过低导致电感的等效感抗过低，其两端电压过低。经不断改变电容容值，最终频率达到133khz,取得明显效果。我们有制作了第二套系统，将电感值降低到2uh,最终频率达到300khz,传输距离明显由之前最大45cm，增加到50cm。[/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000] [/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]   调试成功[/color][/font][font=宋体][color=#000000]:[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]
[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]                             

图9

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[align=left][font=宋体][color=#000000] [/color][/font][/align]
[b][size=12pt][font=宋体][color=#000000]三、采样电路设计[/color][/font][/size][/b]
[b][size=12pt][b][font=宋体][color=#000000]3.1 [/color][/font][/b][/size][font=宋体][color=#000000]电压采集电路的设计[/color][/font][/b]
[align=left][font=宋体][color=#000000]    根据公式P=UI；想要采集电路的功率，那么就需要电路的电压以及电流。以这个电路情况为基础想要直接采集到功率所指定的电压和电流是很难的。电路电压呈交流正弦变化，并且电压过大无法直接使用单片机的 AD采集，所以我们使用大电阻并联电路加上等比例采集电压的方法采集电路的实时电压。[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]
[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]                             

图10

[/color][/font][/align]
[b][size=12pt][b][font=宋体][color=#000000]3.2 [/color][/font][/b][/size][font=宋体][color=#000000]电流采集电路的设计[/color][/font][/b]
[align=left][font=宋体][color=#000000]    利用模拟电路采集电路电流并且达到在单片机上显示是十分麻烦的一件事。通过查阅资料，我们选择在主回路放置一个采样电阻，通过采集采样电阻两端的电压差值，利用欧姆定律算出电路的电流大小。[/color][/font][/align]
[align=left][font=Times New Roman][color=#000000] [/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]    最终采样效果：[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]
[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]                              

图11

[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000] [/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]               [/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000] [/color][/font][/align]
[b][size=12pt][font=宋体][color=#000000]四、上位机软件开发[/color][/font][/size][/b]


[align=left][font=宋体][color=#000000]   （1）开发环境与工具介绍[/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]        软件开发环境：Vs2013。[/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]        软件开发语言/工具：C#[/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]        开发环境运行平台：Windows操作系统[/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]   (2) 功能介绍[/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]       显示各个采样点电压、电流值；[/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]       显示发送功率、接收功率、传递效率[/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]       远程控制无线充电装置的开启与关断[/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]       统计传输电能[/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]   （3）模块划分[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]                          

图12

[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]                  [/color][/font][/align]
[align=left][font=Times New Roman][color=#000000]       [/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]   （4）上位机界面：[/color][/font][/align]
[align=left][font=宋体][color=#000000]    示波器能够显示五个采样值的波形图，并且显示出当前值。当鼠标放在线上的时候还能显示坐标。五个采样值分别是传输电压、电流值，接收电压、电流值，以及传输效率。[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]
[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]
[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]                              

图13

[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]
[/color][/font][/align][align=left][font=宋体][color=#000000]
[/color][/font][/align][align=left][font=Tahoma][color=#000000]                  [media=x,800,600]http://v.youku.com/v_show/id_XMTU5OTcxODc0NA==.html[/media]　 [/color][/font][/align]
[font=宋体][color=#000000]
[/color][/font]
[font=Tahoma][color=#000000]                              [/color][/font][font=宋体][color=#000000]

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[align=left][font=宋体][color=#000000] [/color][/font][/align]
[b][font=楷体][size=12pt][b][color=#000000]
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