无线电能传输系统 设计论文

无线电能传输系统由驱动源、线圈、以及接受电路组成。无线传能技术是以高频振荡源作为系统的驱动源，将直流形式的能量转换成高频形式的能量，且自身作为能量传输过程中的能量源，再经电感线圈实现能量之间的相互转换，最后能量由接收电路传递给负载电路的过程。其设计关键为适应源线圈参数以及整个传输系统的阻抗特性，并且在特定频率下实现系统工作的软开关过程。

无线传能系统方案从分析入手，详细讨论了整个系统的硬件电路的功能实现，并给出较为合理的解决方案。为了便于控制的实现和功能的扩展，设计了NE555振荡电路、IFR3205开关电路、IF2101驱动电路、整流电路、滤波电路，

为了满足题目所设要求，设计一种简单实用的无线传能装置，通过线圈将电能以无线方式传输给灯泡。本无线传能装置由能量发送单元与能量接收单元两大部分组成，可以在10cm范围内对灯泡进行充电。

为实现无线电能传输系统，主要是利用电磁感应原理，是初级线圈与次级线圈构成一个可分离的耦合变压器，电能以非接触的方式传送到负载设备。电能磁能是电场与磁场的周期性变化以电磁波的形式向空间传播。

本设计的关键点之一是利用线圈耦合的方式进行能量传递，使接收单元接收到足够的能量，以保证后续电源的能量供给。二是如何提高充电电路的能量利用效率，在满足充电电路正常工作的前提下尽可能采用低功耗。

方案一：使用有源晶振，若载频为2MHz，载频较高，与之谐振电容可能非常小，由于分布电容的影响，调试困难。并且虽然可以产生稳定的工作频率，但频率不可调，很难产生谐振。

方案二：采用NE555做产生波形电路，调节555的变阻器大小可以在一定范围内改变输出方波的频率及占空比，当LC振荡电路改变时调节变阻器大小即可以产生相应频率的波形，与LC电路形成谐振。所以选择（方案二）。

方案一：采用大功率开关三极管作为功放元件，但管耗较大，需要大面积的散热片，成本较高。

方案二：采用场效应管作为功放元件，功耗小于三极管，驱动频率小，使用方便。直接使用NE555的输出就可以直接驱动。所以选择（方案二）。

系统包括能量发送单元和能量接收单元两部分。能量发送单元主要由高频功率放大电路，晶体振荡电路以及耦合线圈四部分组成，能量接收单元主要由整流滤波电路，能量转换部分组成。D为两线圈之间的距离。系统总体图如图

3.2.1电源电路

本项目使用了24V与5V电源分别给场效应管即NE555供电，采用变压器变电后使用7812与7912,稳压源模块产生24V点然后再经7805电源稳压产生5V电。并且一定要注意两电源共地。

3.2.2信号产生电路

采用NE555构成振荡频率约为200KHZ的信号发生器，为功放电路提供激励信号。调节555的变阻器大小可以再一定范围内改变输出方波的频率及占空比，调节得到所需要的频率。

谐振功率放大器由LC并联谐振回路和开关管IRF3205

构成。功放驱动电路主要用于放大前级振荡电路产生的振荡信号，从而将更高的振荡信号送入下级高频功率发大电路。

能量发送单元射频输出端采用发射线圈（电感）和电容并连连构成谐振回路。为了提高能量接收单元获取更大电压，是能够在更远距离工作，能量接收单元采用并联谐振回路。当功率放大器的选频回路的谐振频率与激励信号频率相同时，功率放大器发生谐振，此时线圈中的电压和电流达最大值，从而产生最大的交变电磁场。当接收端线圈与发射线圈靠近时，在接收线圈中产生感生电压，当接收线圈回路的谐振频率与发射频率相同时产生谐振，电压达最大值。所以，发射线圈回路与接收线圈回路均处于谐振状态时，具有最好的能量传输效果。线圈传递能量效率较高，传送间距越大。

电能经过线圈接收后，高频交流电压经过IN4007整流管进行全波整流，2200u的电容滤波，再用3.3V稳压二极管惊醒稳压，输出直流电为灯泡提供较稳定的工作电压。

首先分模块搭建硬件电路并分别测试成功，然后将分立的模块搭建在一起测试整体功能。经测试，我们的驱动源模块、功率放大模块、以及线圈转换模块均工作正常。

输出0-30v和3A电源

带宽40M数字示波器

4位半数字万用表

经过测试，系统各部分均工作正常。电流设置可以做到步进100MA，10MA以及1MA的步进值。在输出电流100MA～700MA时，误差可以控制在1%以内。在大电流工作时，误差小于2%。同时系统具有过压保护功能和开路工作模式，具有测试电源负载变化率功能。