第5题 无线电能传输装置.docVIP

摘要 随着电子产品的快速发展，越来越多的电源连接线开始困扰人们的生活，为改善传统导线电路电能传输的弊端，给出了一种基于近距离无线电能传输原理的传输系统，而电磁谐振耦合无线电能传输技术正可以很好解决对距离有较高要求的这类问题。 本设计主要包括发射模块、传输模块和接收模块三大部分。首先由有源晶振产生1MHZ的方波，通过驱动IR2110及MOS管提高了交流信号，加强后的信号源经发送线圈通过磁耦合谐振感应到接收线圈，再经过半波整流和滤波后得到稳定直流电压,带动负载工作，即实现了无线电能的传输。在本实验中，我们采用单片机STC89C52控制液晶屏LC1602来显示负载短的的实时电压和电流值。 关键字：无线电能 有源晶振 驱动电路 谐振 半波整流 一 方案分析与论证 1.1 系统分析 本课题是基于电磁感应设计无线电能传输装置，该装置是一种近距离 无线电能传输系统，采用磁耦合谐振式无线电能传输。本系统可以分为发射、传输和接收三大模块，整体框图如图1所示。 图1 系统结构框图 其中发送模块由信号产生电路、驱动电路和功率放大电路组成。传输 模块由发送线圈、接受线圈组成，介质为空气；接收模块由整流电路，变压电路、负载电路组成。 1.2方案的论证 本设计要求保持发射线圈与接收线圈间的距离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，并在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。同时尽可能提高该无线电能传输装置的效率η。为了达到实验目的，我们需对电路、元器件进行对比分析。 (1)信号源发生电路 方案一 NE555振荡电路，电路复杂，产生的频率较小。 方案二 1MHZ有源晶振，电路简单，频率较大能够满足实验要求的电磁谐振耦合距离。 综上，选用方案二 (2)驱动电路 方案一 采用BN7960.驱动电路输出信号时有一定的时间，且容易发热。 方案二 IR2110可靠性高、大电压、高速、不需要对供电电源进行隔离。因此采用2110作为驱动芯片，便于实际电路的简易性。 (3)整流、滤波电路 方案一 半波整流电路，电路结构简单，使用元件少但整流效率低，输出电压脉动大，适用于要求不高的场合 。 方案二：桥式整流电，与半波整流相比输出电压提高，脉动成分减小。 基于节能和稳定，选择方案二。 （4）显示模块 方案一 采用LED数码管显示。数码管显示控制简单，调试也方便，但是显示方式单一，有些字符信息难以显示。 方案二 采用液晶模块LCD1602显示。可以显示数字，字符等，显示内容丰富。 综上，选用LCD1602显示系统。 二 原理分析计算与电路的设计 本设计电路的硬件组成为有源晶振、7805降压、IR2110驱动、双MOS管发大功率、桥式电路接电容滤波整流 2.1信号源的产生电路 有源晶振有4只引脚，是一个完整的振荡器，其中除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件。有源晶振如图所示 图2 引脚图 有源晶振通常的用法：1脚悬空，2脚接地，3脚接输出，4脚接电压。 2.2 降压电路 用78系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。本系统采用的15V直流电源经7805后输出5V的电压，起到稳压和降压的作用。 2.3 驱动电路 MOS管需要选取驱动电流较大工作频率较高的驱动电路。本系统选择了IR2110，具有独立的低端和高端输入通道；工作频率高，可达500kHz；开通、关断延迟小。经过实验发现频率可工作在2MHZ。 2.4 功率放大电路 功率放大电路是驱动电路的俩路输出各连接一个MOS管组成， 反相器使俩个MOS管连续工作在开、断的工作状态，由于电路中使用的无源晶振频率很高，哦那个做断开、闭合的频率也很高导致其很容易发烫，因此我们要给MOS管加散热片来降低温度。