无线供电技术报告

数字电子技术课程设计

技术报告

课程名称：数字电子技术

题目：无线供电系统

院（系）：电气工程学院

专业班级：自动化

姓名：陈颖程哲飞李剑锋

2014.12.18

目录第一章绪论

第二章系统硬件部分

第三章系统软件部分

第四章总结

第一章绪论

无线供电，是一种方便安全的新技术，无需任何物理上的连接，电能可以近距离无接触地传输给负载。实际上近距离的无线供电技术早在一百多年前就已经出现。

该项技术的原理其实非常简单，我们日常所接触到的电磁波都承载着能量。无线电广播在发射时，大部分的能量都四散在了空中，而这项技术就是要用一种非放射性的场来聚集这些能量。我们都知道，特定频率的电磁波会引起物体的震动，两个固有频率相同的物体就可以传递这种震动，从而传递能量。我们可以让一个诸如铜制天线的物体发射电磁波，而让接收器来接收，转化为能量。理论上说，所有现在使用电池的电器都可以换用这种方式供电。实现无线输电的方法大致有两种，一种是利用两个线圈的电磁感应方法，另一种是将电能以激光或者微波的形式，发射到远端的接收天线，然后通过整流、调制等处理后，作用于负载。具体来说有以下几种：

电磁耦合

电磁耦合对电源工程师来说，再也熟悉不过了，变压器就是利用这个原理来传递能量。如果把变压器的两个绕组分开，就是某种意义上的无线供电。电动牙刷的充电就是个典型案例，但是用电磁耦合的方式有很大的缺点，没有高磁导率的磁芯作为介质，磁力线会严重发散到空气中，导致转递效率下降，特别在两个线圈远离的时候，下降的非常厉害。所以不适合大功率，远距离的无线供电。

光电耦合

把电能转化为光能，比如激光，通过光将能量传递到目的地再转化为电能。这种无线供电技术比较直观，而且光电转换技术也相对应用广泛。但是光的传递路径具有缺陷，就是传递路径中不能有障碍物。所以这种技术，也是有很大的应用缺陷。

电磁共振

电磁共振这个名词有点陌生，据说其原理类似声波共振的原理，两种介质具有相同的共振频率，就可以用来传递能量。

无线电力传输的原理并不难理解，但一直没有得到很好的应用。因为电磁波在自由空间传输，能量不太容易集中，定向性差，特别是微波，漫射在空间，使本来不多的能量衰竭得更快。因此无线传输难以输送大量的能量，功率低，整体效率差，而且会对空间造成很大的电磁污染。

我们现在生活中的很多小东西，都已经在使用无线供电。也许不远的未来，我们还会看到远距离和室内距离的无线供电产品，而不会看到电线杆和高压线，“插头”也将会变成一个历史名词。而且当可以在远距离、中等距离和近距离都广泛实现无线供电的时候，人类目前最常用的能量将会变得像空气一样随处可得。无需再抱怨没有合适的充电器，不用再为电子设备准备厚重的电池以尽量延长它们的待机时间。我们可以把手持设备做得更小更薄，甚至可以容易地植入体内。在那时候，生活又是何等一幅模样？

第二章 系统硬件部分

本系统采用的是电磁耦合原理制作的无线供电系统，模块主要分

为三大部分，分别是核心控制电路，发射模块和接收模块。

硬件实物图

stc12

单片机核心控制电路

L298驱动模块 发射线圈

接收线圈

led 灯显示

核心控制电路

核心控制电路采用了STC公司出厂的stc12c5a60s2单片机。此单片机为新一代的51单片机。新一代宏晶芯片具有1个时钟/机器周期，高速、可靠，2路PWM，8路10位高速A/D转换，25万次/秒1T 8051带总线,管脚直接兼容传统89C52,有全球唯一ID号可省复位电路,36-44个I/O内部R/C时钟的新一代宏晶芯片。

核心电路图

电源模块

系统选用12M晶振，利用定时器产生一定频率的方波，控制298驱动产生脉动直流电源。给发射线圈提供交流电流，给次级线圈提供能量。

发射模块

发射模块由L298驱动电路与谐振发射电路组成。

L298简介：

L298N为SGS-THOMSON Microelectronics

所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片( Dual Full-Bridge Driver )，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge 的高电压、

大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、

2A

以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的I O端口来提供模拟时序信号。

谐

振

发

射

电路

谐振的原理：首先谐振电路输入端阻抗Z=R+jX,当X=0时，Z=R为纯电阻。电压，电流同相，电路发生谐振，也就是说谐振对线圈的电感值和电容的电容值要求苛刻。频率

LC电路谐振时，支路电流近似为总电流的Q倍，通常，Q＞＞1，所以，谐振时LC并联电路的回路电流比输入电流大得多。此时线圈产生的能量最大，接收端耦合得到的能量也最大。

LC电路谐振：

接收模块

接收模块由线圈与led灯组成的负载构成。

原

级线圈

次

级线圈

经过实测，原级线圈为192uh，次级线圈为250uh。298驱动在11.98khz的方波信号驱动下，在不接线圈时产生的峰值电压是8v，加上线圈后峰值电压16.8v。经过传递后次级线圈可

以带上4个高亮led的负载。用信号源测试后发现，当频率在10khz到80khz之间，led亮度基本不变，若频率小于10khz 或大于80khz时，亮度出现持续衰减。

系统有效传输距离为1cm左右，原级线圈与次级线圈正面平行放置时磁通量最大，此时功率传输效率较好。若线圈不正面平行放置，线圈包裹的磁通减小，传输效率下降。

第三章系统软件部分