一种简易型小功率无线电能 传输系统的研究与设计
无线电能传输系统中的功率优化研究
无线电能传输系统中的功率优化研究随着电子技术的不断发展，无线电能传输系统也应运而生。
无线电能传输系统是一种利用电磁波从一个地方传输电能到另一个地方的技术。
与传统电线传输不同，无线电能传输不需要物理导线，无需插头和插座即可实现电能的传输，具有非常广泛的应用领域。
无线电能传输系统的核心是功率优化。
1. 无线电能传输系统的原理无线电能传输系统是一种利用电磁辐射能量传输电能的技术，主要用于远距离电力传输。
无线电能传输系统由两部分组成，发射器和接收器。
发射器包括一个发生器和一个天线，发生器产生一个高频电场，并通过天线将电场辐射到空间中。
接收器中有一个天线，能够接收空间中的电场，并将其转化为电能。
工作原理：发射器中的高频电场辐射到空间后，会与接收器中的天线形成共振。
接收器中的天线会收集电磁波中的能量并送入整流器。
整流器通过将交流信号转成直流信号来为设备加电。
2. 传输过程中的功率损失电能在传输过程中经常会产生能量损失。
这些损失包括传输线路阻抗、接触阻力、散热等。
在无线电能传输中，功率也会损失。
传输衰减率与距离、天线大小、环境噪音等因素有关。
因此，优化功率是无线电能传输的重要部分。
3. 优化无线电能传输的功率为了提高无线电能传输的效率和稳定性，需要对无线电能传输系统的功率进行优化。
事实上，要优化功率，需要从许多角度入手，包括天线、电路和芯片设计等方面。
3.1 天线设计天线是无线电能传输的重要组成部分。
为了提高无线电能传输的效率，需要设计一种高效率的天线。
天线设计时应根据传输距离、频率和方向性等因素进行选择和设计。
此外，对于无线电能传输系统，天线的大小和形状也是影响功率传输的关键因素。
3.2 电路和芯片设计为了减少电路和芯片的功耗，需要优化它们的设计。
在电路设计过程中应尽量选择低失真、低噪声和低功耗的元件。
在芯片设计过程中应根据功率传输的需求，选择合适的工艺和器件。
此外，设计时还应考虑后期维护和升级的问题，保证系统的可靠性和稳定性。
一种简易无线充电系统的设计
Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ２ ２ ）
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越 来越快 ，能量来 源也是 其发 展过 程 中很 重 要 的一部分 ，传 统充 电方 式的缺 点也更加 明显 ，这 种
充 电方 式 已逐 渐被 人们所 摒 弃 ，所 需 要的就是 一种 可应 用于 电子设 备 的无 线充 电技 术 。设计 了一 种基 于磁 耦合谐 振原理 的无 线充 电技术 ，包 括 变压 、整 流滤 波 、稳压 、Ｐ ＷＭ、发 射和接 收 ６个部 分 ，实现 了能够在 几厘 米 的范 围 内进行 电能传 输 并获 得 比较 稳定 的 电压 ，具有 能量传输 效果 好 、
小型便携式无线电发射装置的设计与实现
小型便携式无线电发射装置的设计与实现在现代科技高度发达的今天，小型便携式无线电发射装置成为了人们越来越关注的热点话题。
这种无线电发射装置体积小、重量轻、功率强大，能够满足人们在移动、野外及应急情况下的通信需求。
因此，本文将介绍小型便携式无线电发射装置的设计过程和实现方法。
一、设计1. 需求分析在设计小型便携式无线电发射装置之前，首先需要对它的使用场景和功能需求进行分析。
如此才能更好地满足实际使用的要求。
使用场景：- 移动通信：如在露天演唱会等大型活动中进行通讯。
- 野外探险：如在登山、徒步等户外运动中使用。
- 应急通信：如天气恶劣、突发事件等紧急情况下进行通信。
功能需求：- 无线发射：具备2至6MHz频段的无线电发射功能。
- 高效功率：具备2至5W的发射功率。
- 能源供给：使用Li-ion电池作为能源供给。
2. 技术实现根据需求分析，小型便携式无线电发射装置采用了以下技术实现方案：主控芯片：使用STM32主控芯片，具备高速运算和多种接口，可实现灵活的系统设计。
射频板：使用高度集成化的收发模块，具备高精度频率合成和自动S级调制等功能。
配备天线，有效增强信号发射和接收。
电源管理模块：通过控制电池供电和充电管理，实现长时间稳定的电源供给。
控制面板：在外观设计过程中，根据实际情况考虑了操作便利性和控制界面美观度，采用LCD液晶显示屏和人机交互按键进行设计。
二、实现1. 硬件连接经过设计后，需要对各个模块进行硬件连接。
这一过程涉及到各种元器件的选型、线路布局和焊接等步骤，需要保证每个模块之间的正常连接和通讯。
2. 软件编程在硬件连接完成之后，需要对主控芯片进行软件编程，根据需求分析和技术实现方案，实现完整的控制系统。
主要应用到的软件编程语言包括C语言和汇编语言。
具体来说，需要完成以下功能模块实现：- 无线电发射控制：包括频率和功率调整、信号调制等功能。
- 电源管理：包括电池状态监测、充电和防止过放等功能。
小型无线电能传输装置设计与实现
小型无线电能传输装置设计与实现随着科技的快速发展，无线电能传输技术日益受到人们的。
在这种背景下，设计并实现一种小型无线电能传输装置，具有很高的实际应用价值。
本文将详细阐述这种装置的设计与实现过程。
无线电能传输技术是一种通过空间磁场或电磁波来传输能量的技术。
与传统的有线电能传输方式相比，无线电能传输具有很多优点，比如便捷性、安全性和环保性。
因此，无线电能传输技术在很多领域都有广泛的应用，比如电动汽车、智能家居和医疗设备等。
在小型无线电能传输装置的设计过程中，我们需要以下几个方面：电路设计、软件设计和硬件实现。
电路设计是整个装置的核心部分，它主要包括功率放大电路和振荡电路的设计。
在功率放大电路的设计中，我们需要考虑到放大器的增益、效率和线性度等因素，同时还需要对电路进行必要的测试和优化。
软件设计主要是指对装置的控制程序进行编写，包括对功率放大电路的控制、数据的采集和处理等方面。
硬件实现是指在电路板和元器件的选择、布局和连接等方面进行实际操作。
在实现过程中，我们遇到了很多问题，比如电路板的布局不合理、元器件的损耗过大以及电磁干扰等问题。
针对这些问题，我们采取了相应的解决方案，比如优化电路板的布局、选择低损耗的元器件和增加电磁屏蔽等措施。
最终，我们成功地实现了小型无线电能传输装置的研制。
这种小型无线电能传输装置在很多领域都有广泛的应用前景。
比如，它可以应用于无线充电领域，为手机、平板等移动设备提供便捷的充电方式；还可以应用于医疗设备领域，为植入式电子设备提供持续的电能供应。
这种装置还可以应用于智能家居、工业生产和军事等领域。
它的实现不仅提高了设备的便携性和安全性，还为很多新兴领域的应用提供了可能性。
小型无线电能传输装置的设计与实现具有重要的现实意义和广泛的应用前景。
我们相信，随着科学技术的不断发展和进步，这种装置将会在更多领域得到应用和推广。
我们也期待这种装置在未来能够实现更高的能量传输效率和更广的应用范围，为人们的生活和工作带来更多的便利和效益。
一种小功率无线充电系统的设计
缆也给人们的生活带来许多麻烦。比如常见的各种电线、电缆，这些 线缆会占用很多本可以节省的空间。与此同时，在实际操作过程中， 工程人员要耗费许多时间和精力去优化设备的空间位置和线缆的走线 路径。所以这就大大增加了工程成本和人力物力的消耗。室内外线缆 的摩擦和材料老化也会带来严重的安全隐患。除此之外，如果工作场 地容易引起事故是特殊的工程地点，有线式连接更容易发生危险，在 一些自然灾害发生时，有线传输也使电能质量不稳定（王洪博，朱轶 智，杨军，等.无线供电技术的发展和应用前景：电信技术，2010）。
ELECTRONICS WORLD・技术交流
一种小功率无线充电系统的设计
哈尔滨理工大学 林兴月 李嘉琪 任宗芹 景冰洁 赵容正 于 乐
随着现代生活中各种家用电器及数码产品的普及，无线充电技 术引起了研发热潮。本文采用感应式无线传输的方式，设计了一种 小功率无线充电系统。系统由高频逆变电路、耦合线圈、整流滤波 电路三部分。主要完成了理论推导、系统参数设计与器件选型。利 用Simulink仿真软件，对感应式无线能量传输系统的具体参数进行 仿真分析，最后搭建实物电路验证。
出功率为：
输入功率：
（11）
所以系统的效率为：
（12）
（13）
通过仿真结果可知，所设计的无线充电系统能输出16.6W功 率，传输效率达到62%。
图7 实物实验图 在仿真基础上搭建实物电路进行实验。通过上图可以看出发射 和接收端线圈之间间隔一定距离，负载灯泡能够点亮，实现了能量 的无线传输。
6.结语 本文完成了一套小功率无线充电系统的设计。从理论上对感应式
耦合器是具有较大气隙的松耦合变压器，有两个线圈，为了提
一种简易型小功率无线电能传输系统的研究与设计
一种简易型小功率无线电能传输系统的研究与设计本文设计了一种基于电磁感应原理的无线充电系统，电磁感应耦合充电可以实现电能从电能发射侧到电能接收侧的无线传输。
基于这种方式的无线电能传输系统主要有六个部分，包括变压、整流滤波、稳压、PWM、发射和接收。
本设计收发线圈可以随意移动，并且设计的电路比较简单，也很容易实现，这种设计比较适用于一些对于距离传输不是要求很高的地方。
通过测试，能够在几厘米的范围内进行电能传输并获得比较稳定的电压，传输效率高达70%，具有很好的实用价值。
A wireless power charging system is proposed in this paper. Based on the theory of electromagnetism induction, the power transfers from source coil to load coil without metallic contact. T he designed system includes the following components: Voltage transformation, rectifier filter, voltage stabilization, PWM, transmission and reception. T he designed device could be moved without limit and the design of the circuit is relatively simple and very easy to achieve. As the experimental results show, with an air gap of centimeter level, the transfer efficiency is up to 70%.1. 引言随着科学技术的不断进步，手机、MP3、平板电脑、笔记本、穿戴手表等大量的小功率电子产品走进我们的生活。
一种无线电能传输系统的设计
一种无线电能传输系统的设计潘力【摘要】The wireless power is a kind of power supply that uses electromagnetic wave to transmit energy, which can economize the use of power cord and plug heads. This paper introduces an electromagnetic induction wireless charger. It’s combined with magnetic coupling and switching power technology. The system can divide into wireless transmit part and receive part. System efficiency reaches 67 percent with 1.16W output power when supply voltage is 12V and transmission distance is 3 mm. Test shows that the circuit structure is simple and can work stable. And the 4 light-emitting diodes can be lighted in the range of 6 cm.%无线电能传输是通过电磁波进行电力传输,从而省去电源线和插座的一种新型电源.本设计的无线电能传输系统采用电磁感应方式,充分结合了磁耦合技术和开关电源技术.系统分为无线发射部分和接收部分,在12V电源供电下,3mm距离耦合时效率达到了67%,输出功率1.16W.整个电路结构简单,工作稳定,经过检验在6cm范围内能够点亮发光二极管,达到了实际应用水平.【期刊名称】《大众科技》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】3页(P84-86)【关键词】无线充电;电磁感应;耦合效率;开光电源【作者】潘力【作者单位】电子科技大学电子工程学院，四川成都 611731【正文语种】中文【中图分类】TP231 引言无线供电的设想最早由交流电之父特斯拉在一百多年前就已经由此构想了。
小功率短距离无线电能传输技术研究
小功率短距离无线电能传输技术研究发表时间：2019-05-07T11:01:26.713Z 来源：《基层建设》2019年第5期作者：王鹏[导读] 摘要：随着电子技术的发展，无线电能传输技术（WPT）日益受到人们的关注。
身份证号码：1201021986****4130摘要：随着电子技术的发展，无线电能传输技术（WPT）日益受到人们的关注。
本文在无线电能传输技术基本原理的基础上，论述了线圈距离对负载电压、传输效率的影响。
针对小功率短距离的电磁感应无线电能传输技术进行研究，设计了基于该原理的无线电能传输系统，验证了小功率短距离无线电能传输技术具有较高传输效率，体现了该技术的优越性。
为无线电能传输技术的进一步研究提供参考和借鉴。
关键词：无线电能传输；电磁感应式；传输效率；传输距离引言：随着电子工艺技术的提高，电子产品的智能化、微型化成为了趋势。
由于传统电能传输方式存在导线占用空间、导线易老化等一列问题，在电子设备结构日益集成化的今天，无线电能传输这种新型的技术越来越受到国内外相关领域研究人员的关注。
目前主流的无线电能传输技术有三种形式：一是电磁感应式无线电能传输方式。
该方式基于电磁感应原理实现电能无线传输。
该传输方式具有传输效率高的优点，但其传输距离很近，适合短距离传输电能；二是磁耦合谐振式无线电能传输方式，该方式利用电路中电感、电容谐振原理实现电能无线传输，该传输方式具有传输功率大、传输距离较远的优点，但也存在由于频率分裂传输系统容易失谐，导致传输效率较低等问题；三是微波无线电能传输方式，该传输方式利用无线电波收发原理实现电能无线传输，该传输方式具有传输距离远、功率较大的优点，但其效率极低，而且大功率传输时会对人体造成伤害，目前主要应用在空间太阳能电站的无线电能传输。
这三种无线电能传输方式各有其应用局限性，如何提高传输效率是该领域的难点，也是亟待解决的技术瓶颈问题，一直制约着无线电能传输技术的应用和发展[1]。
一种无线电能传输系统和无线电能传输控制方法[发明专利]
![一种无线电能传输系统和无线电能传输控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/442a7cca7375a417876f8f01.png)
专利名称：一种无线电能传输系统和无线电能传输控制方法专利类型：发明专利
发明人：杨民生,李建英,李建奇,孙健,黄丽娟
申请号：CN202010522768.0
申请日：20200610
公开号：CN111654117A
公开日：
20200911
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于无线电能传输技术领域，公开了一种无线电能传输系统和无线电能传输控制方法，包括利用电流传感器检测供电电流；检测无线电能传输状态、中断及相关信息；并确定电能接收端的需求信息；通过电磁发生器产生电磁波；通过发射天线发射无线电磁波；通过接收器接收电磁波；基于接收的无线电能传输状态、中断信息判断传输是否稳定以及当前负载状态；基于判断结果通过功率调节器调节无线电能传输功率；利用电磁转换器将接收的电磁波转化为电能；利用辅助电源存储转化的电能；本发明可以根据负载的变化进而调节系统的通信速率，提高了无线电能传输系统的抗干扰能力。
申请人：湖南文理学院
地址：415000 湖南省常德市洞庭大道3150号
国籍：CN
代理机构：重庆市信立达专利代理事务所(普通合伙)
代理人：陈炳萍
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基于MSP430单片机的小型无线电能传输系统设计
本 设计 是基 于 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０单 片机 控 制 的 小 型无线 电能传输装置 ，其涵盖 了主流单片机控 制 ，磁耦合 ，高频逆变 ，交直流转换等技术 ， 最终可 以点亮接 收端 小灯 ，具有功耗低 ，效率
线圈中心空露，线圈每一匝要更紧密 ，需要接 受线圈与发射线圈匝数相同。耦 合线 圈如图 ４ ， 线 圈为空心线圈 ，线圈外径为 ２ ０ ａ － ： ２ ｃ ｍ。
ＶＯＵＴ
ＣｏＮ
图３ ： 小型 无 线 电能 传 输 系统 接 收 端 电路
２ 系统硬件设计
． ． Ｉ 卜—一 等 于 １
２ ． １发 射 端驱 动 电路 设 计
大于等 于１
小型 无线 电能 传输系 统发 射端 驱动 电路 如图 ２所示，主要有信号源 电路，将直流信号 逆变为正弦波 的电路 。驱动 电路 ，使线 圈发射
路 、稳压 电路等构成。
此 电路需要用直流电点亮小灯 ，接收线 圈 中的交流 电经过整流 、滤波和稳压 ，最后得到
发 射 线
圈
接 收 线
圈
计 并制 作 一个 磁耦 合 谐振 式 小型 无线 电能传 输装置 。把输 入的 １ ５ Ｖ 直 流经过 Ｄ Ｃ —Ａ Ｃ转 换 ， 为 发 射 线 圈 提 供 交 流 电 ，接 收 线 圈 通 过 磁 耦 合 的 方 式 将 交 变 磁 场 变 换 为 交 变 电 流 ， 经 整 流 、 滤 波 后 为接 收 端 负载提供 电能。
随 着科 技迅 猛 发展 ，人们 越 来越 关注 无 线 电能传输 技术。传统供 电方式存在输 电线容 易老化 、漏 电及在 高温高压环境 下出现 过热烧
坏或爆炸等 ，这给 人们未来的生活带来 了隐藏
１总体设计
Multisim仿真-无线电能传输项目设计
无线电能传输项目设计预备知识(一)项目设计的目的：(1)在实践中对现代电工技术的理论知识做进一步巩固;(2)锻炼对综合运用能力。
(二)实验内容和要求:在不采用专用器件(芯片)的前提下，设计一个非接触供电系统。
原理电路如下图所示，实现对小型电器供电或充电等功能。
电源(三)要求用仿真软件对电路进行验证，使其满足以下功能：(1)供电部分输入36V以下的直流电压，具有向多台电器设备非接触供电的功能。
(2)在输出功率》1W的条件下，转换效率》15%最大输出功率》5W(3)设计报告必须包括建模仿真结果(4)利用multisim 生成PCB板无线电能传输技术（一）无线能量传输技术介绍根据电能传输原理，可将WPT技术分为三种：射频或微波WPT电磁感应式WPT电磁共振式WPT下面分别予以介绍。
1 微波无线能量传输所谓微波WPT就是以微波（频率在300MHz-300GHz之间的电磁波）为载体在自由空间无线传输电磁能量的技术。
利用微波源将电能转变为微波，由天线发射，经长距离的传播后再由天线接收，最后经微波整流器等重新转换为电能使用。
微波频率传输所具备的“定向、可穿透电离层”等特性，使得该能量传送方式早在20 世纪60 年代初期就受到人们的关注，并在远程甚至超距能量传输场合有着重要的应用价值。
微波WPT主要用于如微波飞机、卫星太阳能电站等远距输电场合，其中卫星太阳能电站作为人类应对能源危机的有效策略已成为美国、日本等国大力发展的重要航天项目。
目前，限制微波WPT 技术进一步发展的主要技术瓶颈在于高效微波整流器件、大功率微波天线以及大功率微波电磁场的生物安全性和生态环境的影响问题。
然而，由于工作频率高、系统效率较低，微波WPT 并不适合于能量传输距离较短的应用场合。
2 电磁感应式无线能量传输电磁感应式WPT 是基于电磁感应原理，利用原、副边分离的变压器，在较近距离条件下进行无线电能传输的技术。
目前较成熟的无线供电方式均采用该技术，典型的应用包括新西兰国家地热公园的30kW 旅客电动运输车、Splash power 公司的无线充电器等。
小功率微波无线能量传输系统关键技术的研究
式中，ƒ为工作频率，c
将ƒ=2.45GHz
而介质的有效介电常数
若要求得单个介质基片的长度
效辐射缝隙的长边度数
以及FR4板的有效介电常数
(4)
将上述(3)(4)，代入求解
(5)
可得出考虑边际效应后的介质基片的长度
和ΔL
有效介电常数ε
e
而在通过传输线对天线进行馈电时，主要需要考虑
可得出天线的壁导纳值Y W 。
设天线也作为传输线时的特性阻抗值为Z 0 (Z 0=1/Y 0)单位为欧姆在长为L p 的介质贴片上距贴片两端的距离为天线输入阻抗的公式如下：
L
i n i n j X Y Y Z +==
1
11 (8)
3 微带天线3D 增益方向图
仿真后微带天线的回波损耗S 11的波形如图2所示。
从仿真结果中可以看出，天线在频率为2.45GHz 时
5 阵列天线3D 增益方向图
数波形图。
图中在
6 微波无线电能传输系统发射端天线实物图
通过上述计算及仿真，对本设计中发射端
天线进行制作，其实物图如图6所示。
通过对发射端天线的类型进行选择与分析，确定了微带天线阵列的形式，随后根据设计的频率与要求对微。
一种无线电能传输系统[实用新型专利]
![一种无线电能传输系统[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/c67def1dba0d4a7303763a79.png)
专利名称：一种无线电能传输系统专利类型：实用新型专利
发明人：霍晓楠
申请号：CN201120356265.7
申请日：20110922
公开号：CN202276298U
公开日：
20120613
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种无线电能传输系统，特别涉及一种利用激光进行无线电能传输的系统。
该无线电能传输系统，包括发电厂，其特征是：发电厂产生的电能传送给中转站，中转站包含激光发射器，激光发射器发射激光束照射接收站的硅光电池。
该无线电能传输系统以激光束作为载体，激光发射器发射激光束，将电能转换为光能，硅光电池将光能再转换为电能。
该无线电能传输系统不受地理环境限制，大大降低建造维护成本和电能的损耗，可用于高空、高山、水下等条件下的电能传输。
申请人：霍晓楠
地址：274700 山东省菏泽市郓城县育才路东段117号
国籍：CN
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基于软件无线电的小型化MIMO无线传输系统设计与应用
基于软件无线电的小型化MIMO无线传输系统设计与应用基于软件无线电的小型化MIMO无线传输系统设计与应用摘要：随着无线通信技术的发展，多输入多输出（MIMO）系统作为一种重要的无线通信技术，在提高无线信号传输质量和提升系统容量方面具有巨大的潜力。
然而，传统MIMO系统设备体积庞大且成本较高，这制约了其在实际应用中的普及。
本文通过利用软件无线电（SDR）技术，针对MIMO系统的小型化设计与应用进行了研究。
首先介绍了MIMO系统的基本原理，然后详细论述了软件无线电技术的基本概念及其在无线通信领域的应用。
接着，本文提出了一种基于软件无线电的小型化MIMO无线传输系统的设计方案，并对其各个模块进行了详细分析和说明。
最后，通过实验证明，基于软件无线电的小型化MIMO无线传输系统可以在保证传输质量的同时减小设备体积和降低成本，具有较好的应用前景。
关键词：软件无线电；MIMO系统；无线传输；小型化设计；应用1.引言无线通信技术正在不断发展和进步，MIMO系统作为一种重要的无线通信技术，在提高无线信号传输质量和提升系统容量方面表现出了巨大的潜力。
传统MIMO系统一般使用硬件技术实现，设备体积庞大且成本较高，不利于在实际应用中的推广和普及。
解决这一问题的方法之一是利用软件无线电（SDR）技术，通过软件定义的方式实现MIMO系统，从而实现系统的小型化。
本文基于软件无线电技术，对小型化MIMO无线传输系统的设计和应用进行了研究。
2.MIMO系统的基本原理MIMO系统利用多个发射天线和接收天线来实现并行传输，通过在多个路径上进行数据传输，同时可在空间域上进行信号处理。
这样可以显著提高无线信号传输质量，提高系统容量和抗干扰性能。
MIMO系统中的发射天线和接收天线的数量决定了系统的阶数。
3.软件无线电技术的基本概念及应用3.1 软件无线电技术的基本概念软件无线电技术是一种利用软件定义的方式实现无线通信系统的技术。
它通过将无线信号的处理和调制过程用软件来实现，提高了系统的灵活性和可扩展性。
小功率无线电能传输系统研究
小功率无线电能传输系统研究
高辉;杨江利;王栋
【期刊名称】《伺服控制》
【年(卷),期】2014(0)7
【摘要】无线电能传输技术因其突出的优势在近年来得到很大发展。
本文首先从几类无线电能传输技术的背景、研究现状和原理入手,建立了能量传输的模型,研究了它们的主要作用原理,比较了它们的优缺点。
然后选取电磁感应式和谐振耦合式两种技术设计了两种小功率无线电能传输系统。
最后基于实验结果和数据,分析、研究了系统的能量传输特性。
【总页数】4页(P72-74,76)
【作者】高辉;杨江利;王栋
【作者单位】山东大学控制科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN92
【相关文献】
1.小功率短距离无线电能传输技术研究
2.小功率短距离无线电能传输技术研究
3.一种简易型小功率无线电能传输系统的研究与设计
4.宽负载恒压的小功率无线电能传输系统研究
5.小功率无线电能传输系统谐振线圈设计优化
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Open Journal of Circuits and Systems 电路与系统, 2018, 7(4), 126-133Published Online December 2018 in Hans. /journal/ojcshttps:///10.12677/ojcs.2018.74016Study and Design of a Low Power WirelessPower Transfer SystemJian He, Xiaoqing Ou, Yu Wang, Wei Peng, Minsheng Yang*School of Electrical and Information Engineering, Hunan University of Arts and Sciences, Changde HunanReceived: Nov. 26th, 2018; accepted: Dec. 10th, 2018; published: Dec. 17th, 2018AbstractA wireless power charging system is proposed in this paper. Based on the theory of electromag-netism induction, the power transfers from source coil to load coil without metallic contact. The designed system includes the following components: Voltage transformation, rectifier filter, vol-tage stabilization, PWM, transmission and reception. The designed device could be moved without limit and the design of the circuit is relatively simple and very easy to achieve. As the experimental results show, with an air gap of centimeter level, the transfer efficiency is up to 70%.KeywordsWireless Charging, Electromagnetic Induction, Transmission Efficiency一种简易型小功率无线电能传输系统的研究与设计何建，欧晓晴，王宇，彭伟，杨民生*湖南文理学院电气与信息工程学院，湖南常德收稿日期：2018年11月26日；录用日期：2018年12月10日；发布日期：2018年12月17日摘要本文设计了一种基于电磁感应原理的无线充电系统，电磁感应耦合充电可以实现电能从电能发射侧到电能接收侧的无线传输。
基于这种方式的无线电能传输系统主要有六个部分，包括变压、整流滤波、稳压、*通讯作者。
何建 等PWM 、发射和接收。
本设计收发线圈可以随意移动，并且设计的电路比较简单，也很容易实现，这种设计比较适用于一些对于距离传输不是要求很高的地方。
通过测试，能够在几厘米的范围内进行电能传输并获得比较稳定的电压，传输效率高达70%，具有很好的实用价值。
关键词无线充电，电磁感应，传输效率Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/1. 引言随着科学技术的不断进步，手机、MP3、平板电脑、笔记本、穿戴手表等大量的小功率电子产品走进我们的生活。
这些电子产品基本都是通过连接电源线来获取电能，然而电源线在很长一段时间内频繁的插合[1]，极易损坏，长期以往非常的不安全，而且充电标准不同的电子产品需要不同接口的电源线，在易燃、易爆、高温、潮湿的环境下还容易发生安全事故。
在有线充电过程中繁杂的电线不仅影响了设备的灵活性，整体环境也比较难看。
对此，国内外专家学者做了大量的研究实验。
2006年7月麻省理工研究团队利用电磁共振器和电源隔空点亮了一盏2 m 开外的60 W 的电灯泡[2]。
2009年，日本昭和飞机工业公司在AT international 会展上展出了基于电磁感应原理无线传输电力的非接触式电源供应系统。
通过国内外的研究我们对于小功率系统也萌生了用无线充电来代替有线充电的想法。
同时，本设计致力于采用简单的结构搭建整个系统、减小了体积、降低制造成本、在一定程度上提升了效率。
2. 基本原理图1所示为无线电能传输系统的等效电路图，图中R 1是一次侧发射线圈的寄生电阻，R 2是二次侧能量接收线圈的寄生电阻，Rs 是电源内阻，R L 是负载等效电阻，L 1是发射线圈自感，L 2是接收线圈自感，C Tx 表示一次侧谐振电容器，其电容大小为C 1，C Rx 表示接收侧谐振电容器，其电容大小为C 2，M 是发射线圈和接收线圈之间互感，I 1是系统向能量发射线圈的输入电流，I 2是能量接收线圈向系统负载的输出电流。
Figure 1. Equivalent circuit diagram of wireless power transmission图1. 无线电能传输的等效电路图何建 等3. 硬件设计根据理论分析，系统的总体结构框架如图2所示。
Figure 2. Overall design block diagram 图2. 整体设计框图通过查阅相关资料及了解各芯片的性能指标和相关技术参数，综合比较，决定使用STM32单片机输出PWM 信号驱动高速MOS 管，电源、MOS 管和LC 线圈组成谐振变换电路，高速MOS 管工作于开关状态，产生的交流电通过谐振变换电路转换为高频交流信号后驱动初级发送线圈，使发送线圈在周围一定距离的空间范围内产生交变的电磁场。
当次级接收线圈位于这个电磁场中，发送线圈的磁通量高频变化在接收线圈中产生一定幅值的高频感应电动势[3]。
通过全波整流滤波后为了减小输入充电模块的电压的波动，采用12 V 的稳压电路进行稳压。
因此，最终确定了小功率无线充电系统的研究与设计，硬件电路模块可分为电源电路模块、单片机最小系统、功率放大电路模块、发射线圈、接收线圈、接收电路模块、充电模块等。
3.1. STM32最小应用系统Figure 3. Design of minimum system of single chip microcomputer 图3. 单片机最小系统的设计此系统以STM32F103RCT6为主控芯片。
通过软硬件设计，可达到智能化的控制，此控制器的内部何建 等存储的字节数为256 K ，它还具有1个SDIO 接口及51个通用I/O 口、30路PWM 波的输出、3路12位模数转换、1路12位数模转换。
这款单片机抗干扰能力强，抗静电能力强，成本非常低，功耗小，性价比相对比较高。
本设计的单片机最小系统图如图3所示，根据程序设计方案，STM32单片机的PA8口在该系统中是输出高频的方波。
程序刚进入时，PA8口便发射100 KHz 的高频方波，在PA15口接一个按键，按键每按下一次频率递增20 KHz 。
此最小系统和按键一起构成一个最为简单的人机接口，能够实现发射高频方波的功能。
3.2. 电源电路的设计由于系统采用12 V 直流供电，因此需要将市电进行转换。
要把220 V 的交流电转换为12 V 直流电，本设计采用对市电进行变压、整流、滤波、稳压等操作。
如图4所示电源输入电压为220 V 频率为50 Hz 的交流电，利用220:12的变压器将220 V 交流电转换为12 V 交流电[4]，利用桥式整流对输出的12 V 的交流电整流。
电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用，整流输出的电压再在电容C1的作用下使电压变得更加平滑。
采用3端正稳压电路7812，7812系列集成稳压器的典型应用电路是一个输出正12V 直流电压的稳压电源电路，IC 采用集成稳压器LM7812，C2为输出端滤波电容，此时因输出电压较大，7812应配上散热板。
Figure 4. Power circuit图4. 电源电路Figure 5. Transmitting circuit 图5. 发射电路3.3. 发射电路的设计发射电路由MOS 管IRF540N 和串联谐振电路组成。
如图5所示。
IRF540在52℃下的开启上沿时间和关闭下沿时间分别39 ns 和24 ns ，经过换算能承受的最大开关频率的典型值是15.8 MHz [5]。
串联谐振电路由两个CBB 电容并联再与线圈串联而成，这样可以将谐振点调整到谐振频率，能起到滤除谐波的作用[6]。
3.4. 接收电路的设计接收电路就是简单的整流滤波稳压电路，它只需将接收线圈感应到的能量进行转换。
因为充电时需要直流电，所以只需在后级加上整流滤波电路即可[7]。
如图6所示，线圈入口有一个串联的CBB 电容构成LC 振荡电路，在高频电路当中滤除交流波需要用无极性CBB 电容，经过滤波的高频交流电通过由四只整流二极管组成的桥式整流输出单向脉动性直流电[8]，再在电解电容的作用下进行滤波，滤波电容降何建等低了交流脉动波纹系数，直流输出更加高效平滑，输出的直流电再在12 V稳压二极管1N4742N的作用下输出稳定的12 V电压。
Figure 6. Receiving circuit图6.接收电路3.5. 充电电路的设计此电路模块为降压型DC-DC电源电路，如图7所示，本模块采用降压芯片MP4560，最高输入电压为55 V，固定输出，最大输出电流为2 A，此设计输出电压为5 V，以给手机等5 V电子充电设备充电而设计，设计工作频率高达500 KHZ。
一般手机等电子产品的充电电流都不会超过2 A，输入电流的大小由负载而定。
Figure 7. Charging circuit图7.充电电路4. 软件设计在软件设计方面，本系统以STM32F103RCT6单片机作为核心控制器，先查阅收集到的各相关模块的技术手册，了解硬件部分的基本功能及相关的性能指标，然后利用Keil uvision5编译软件来设计系统整体的C语言程序。
4.1. 接口定义在硬件设计的基础上，对主控制器的引脚对应的功能进行列表说明，接口定义如表1所示。