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短距离非接触供电LED照明系统设计 　　【摘要】本系统为非接触供电的LED照明系统，该系统包括能量发送模块和LED照明模块。发射和接收模块通过谐振耦合实现LED照明所需的电能无线传输方式。发射模块包括供电可调模块、LC谐振模块、电流采集模块和语音播报模块，接收模块包括谐振耦合模块和整流模块构成。本文设计方案实现了在30mm的距离下提供50mA以上电流，整个电路功耗低于5W。 　　【关键词】非接触供电；LED照明；能量无线传输；STC12C5A16S2；LC谐振 　　电能给人类带来巨大的发展，然而错综复杂的输电线分布在生活的各个角落，给人们带来极大的不便，因此人类一直有摆脱电线的束缚实现电能无线传输的梦想。迄今为止，人们提出了三种电能无线传输方式：一是微波线电能传输方式。该方式利用无线电波收发原理传输电能，传输功率只能在几毫瓦至一百毫瓦之间，应用范围不大；二是电磁感应无线电能传输方式。该方式利用变压器原副边耦合原理传输电能，传输功率大，效率高，但距离很近，仅在1cm内，目前已在轨道交通方面应用；三是谐振耦合电能无线传输方式。该方式利用电路中电感电容谐振原理传输电能，电能的传输功率、传输距离会有较好的表现。本文采用STC12C5A16S单片机作为主控器，输出PWM信号和LC电路构成谐振控制输出模块，并通过继电器切换LC谐振电路供电，改变输出功率，实现功率可调，进而实现接收部分的LED亮度可调，并实现了功率播报功能。最后经过实际制作并试验证该设计达到较好的结果，该成果对短距离非接触供电提供了重要的指导意义。 　　1 系统原理介绍 　　主系统通过输出62.5KHZ的PWM信号给谐振功率放大电路使得它谐振，因而电感线圈通过最大的电流，产生最大的能量发射，谐振匹配电路和谐振功率放大电路匹配的LC谐振参数相同。通过按键切换调整供电切换电路的电压输出，使得电感线圈的电流可调，进而接收模块的收到的感应电流发生变化，然后通过整流滤波电路输出给LED照明电路，实现调光。为了实现功率可控，我们设计了电流采集放大电路，并通过LCD1602液晶显示器和ISD1760进行显示和语音播报。系统原理框图见图1 　　2 系统硬件设计 　　2.1微处???器控制及键盘模块硬件设计 　　由于主系统须要多个I/O口线与PWM的两路经选择及AD采集，采用单片机STC12C5A16S2来实现。单片机STC12C5A16S2含有16K字节Flash闪速存储器，1280字节内部RAM，1个时钟/机器周期，高速，高可靠，2路PWM，8路10位高速A/D转换，44个I/O口线，具有超强抗干扰 性，宽电压，不怕电源动。内部集成高可靠复位电路，外部复位电路可彻底省掉，也可继续使用。 　　主控系统通过四个按键加上拉电阻进行不同功能的切换和功率报警的设定。当没键按下时P24、P25、P26、P27对应得到高电平，当S2按下时主控STC12C5A16S2的引脚P24短路到地，主控会检测到低电平，则判断出S2有键按下，一次类推，可以判断出S3、S4和S5是否有键按下。原理电路如图2所示。 　　2.2供电切换电路 　　供电电源我们采用了两路任选一起输出VDD电压给谐振电路，其中一路是固定的12V，一路是可以通过DAC进行电压调节，进而实现VDD输出电压的可调。电压两选一电路我们采用P23控制信号发出高低电平控制9012三级管通断，进而使得继电器K1发生触点常开和常闭两个状态的变化来实现12V电压和可调电压输出的切换。 　　TLC5615是一个串行10位DAC芯片，只需要通过3根串行总线就可以完成10位数据的串行输入易于和工业标准的微处理器或微控制器接口，5V电源工作；3线串行接口；高阻抗基准输入端DAC输出的最大电压为2倍基准输入电压；上电时内部自动复位；低功率，最大功率为1.75mw，转换速率快，更新率为1.21MHz。使用单片机输出数字量给10位DAC芯片TLC5615，TLC5615输出模拟电压信号给LM317来实现可调电压的控制，因为才用了DAC芯片控制LM317输出的电源非常稳定，且可达到千分之一精度的电压量变化调节。供电切换电路如图3 　　2.3谐振功率放大电路 　　谐振功率放大电路由LC并联谐振回路和开关管IRF840构成，单片机输出62.5KHZ的振荡频率。振荡线圈按要求用0.8mm的漆包线密卷16圈，直径为10cm，实际电感值为268uH，当谐振频率在62.5KHz时，根据谐振频率计算公式f=1/（2π■），算得与其并联的电容C3，C4，C5的和约为680pF，可用C5为470pF的固定电容并联一个C4为200pF的固定电容再并联一个C3为20pF的可调电容，方便调节谐振频率。 　　大功率管IRF840最大电流为8A，管子发热量大，需加散热片。当功率放大器的选频回路的谐振