无线电能传输系统原理分析与设计
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电流补偿"因此场效应管 两端的 电压 将降低 "当场 效应 管两端的电压降为零时 "开关再次合上"并且重复以上 过程
7 58
! 工作在此模式下的电路 "电流与电压相位差为
#<’ " " 从 而 使 得 场 效 应 管 不 同 时 出 现 电 压 和 电 流 " 功 率
损 耗 接 近 零 ! 除 了 传 输 效 率 高 的 优 点 之 外 ") 类 功 率 放
波信号!
直流电压方可供其他负载使用! 该模块主要包括整流电
!%! %$ 整 流 电 路 的 设 计
!%$"! & 类 功 率 放 大 器 的 设 计 ) 类放大器中 "晶体管利用电路谐振特性"使其工
作在共振开关的状态! 因此相比传统的将晶体管用做电 流 源 的 放 大 器 电 路 " 该 电 路 具 有 更 高 的 附 加 传 输 效 率 7 18 " 其电路如图 ( 所示! 当 输 入 电 压 9:: 大 于 阈 值 电 压 时 " 场 效 应 管 +(’ 工 作在可变电阻区"因为漏源之间电阻 * 很小 "这相当于 开 关 闭 合 ! 当 输 入 电 压 9:: 小 于 阈 值 电 压 时 " 场 效 应 管 截止 "流过漏 极的 电流 为零"此 时相 当于开 关断 开!电 容
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图 1
高精密全波整流电路
! 微 型 机 与 应 用 " !""# 年 第 !$ 期
技术与方法
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所 示 ! 该 电 路 采 用 同 相 端 输 入 " 当 #D& E8 ! )% 截 止 ! 此 时
频 信号 转换为 高频 信号! 经 滤波 电容 ) 后 "得到 直流 电 压"完成了交流信号向直流信号的转变!
等 ! 由 于 半 波 整 流 的 电 压 利 用 率 只 有 5’6 " 有 一 半 用 不
(5
上"因此本系统采用了高 效率 的全波 整流 电路 ! 如图 1
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的模块! 为了满足实际应用的需求"需要将接收到的射 频 信号 进行 整流#滤 波#降 压以及 稳压 处理 "处理之 后的 路 以 及 降 压 电 路 7 >8 !
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技术与方法
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何 茜 #朱 栋 山 #潘 银 松 : 重 庆 大 学 光 电 工 程 学 院 ! 重 庆 ;<<<;;=
摘 要! 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$ 通 过电磁 感应耦 合与 电子电 力技术 #将 9 类功 率放 大器应 用于电 能传输 的途 径#在实 际应 用中有效提高了无线电能传输效率$ 关 键 词 ! 无 线 电 能 传 输 %9 类 放 大 器 % 系 统 设 计
自电磁感应现象及导线可以传输电能被人类发现 至今! 电能的传输主要是由导线直接接触进行输送的! 但是这种方式在使用上存在接触火花和不安全裸露导 体 引 起 触 电 等 安 全 隐 患 " !# ! 感 应 电 力 传 输 技 术 $%&’()*+, E
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!" 正 好 等 于 输 入 电 压 ! ! 时 " 振 荡 幅 度 不 再 增 大 " 振 荡 器 进 入 平 衡 状 态 ! 此 时 反 馈 电 压 !# 恰 好 等 于 放 大 器 所 需 的 输 入 电 压 !" " 振 荡 器 达 到 平 衡 ! 此 时 有 $ $% "# $#% " " " " % !$ & !% ! &’! $ ’ ! ’ # & ( % $&% 式 $#% 为 反 馈 振 荡 器 的 振 幅 平 衡 条 件 " 式 $&% 为 反 馈
) 类放大器的驱动信号来源于驱动电路的振荡电
路! 为了提高能量转换效率以及在实际中的灵活应用" 设计 采用了 反相 晶体振 荡器 "其电 路如图 & 所示 !
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大器还能够在保证输出效率不受影响的前提下"较大范 围的调节输出功率! 经过分析推导可以得到放大器的输 出 功 率 值 " 如 式 $(% 所 示 $
电路实现全波检波"
!"!"! 降 压 及 稳 压 电 路 的 设 计
由于经过整流后的直流信号电压都比较高 !不利于 负 载的 直接利 用 !需 对信号 进 行 降 压 处 理 " 降 压 电 路 如 图 ( 所示" 该电路利用了稳压管的稳压特性!为三极管 的 基极B射极提 供稳 定的导 通电 压 ! 以 此 达 到 稳 定 降 压 的 效果 " 另外 !还可以 更换 不 同 型 号 的 稳 压 管 以 此 调 控 降压后 电压 范围 !方便 后 续 电 路 的 使 用 " 连 接 ! 个 稳 压 电 容 "!使 负载 端能够 有良 好 $稳定 的输 入电 压 "
振荡器的相位平衡条件!
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将 电 能 传 输 到 所 用 产 品 的 新 型 技 术 " 7# ! 可 以 为 手 提 电 脑 等移动设备#电热水器#电动工具#照明#医疗 等设备 随 时无线充电! 特别是在医疗领域可以为人体植入式芯 片 # 内 窥 镜 成 像 系 统 提 供 电 能 " 8# " 本文研究了一种近距离无线电能传输系统!采用感 应式电能传输技术对无线电能传输系统的发射 #传输和 接收 8 大模块进行分析与设计"
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) 类放大器电路图
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式 中 " 012 为 直 流 电 源 9** 提 供 的 电 流 ( (3-41 为 实 部 输
接收模块是在接收到前级的能量后对其进行处理
接收到的射频信号首先要对其进行整流处理 "使射
来自百度文库
常用的 整流 电路有 全波 整流 #半波整 流和 桥式整 流
" 无线电能传输系统电路设计
"#! 发 射 模 块
发射模块的作用是将直流能量高效率地转换为射 频功率信号!以便接收电路能 够充分 利用 能量 " 发 射模 块主要由 8 部分组成$振荡电路#占空 比调节 电路 和 9 类功率放大电路"由于 9 类功率放大器影响了发射电路 与接收 电路 之间的 能量 传输 效率 !因 此 9 类 功率放 大器
! 微 型 机 与 应 用 " !""# 年 第 !$ 期
欢 迎 网 上 投 稿 !!!"#$%$&’(%)$*+
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技术与方法
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的设计是发射模块设计的难点和关键所在!
!"#"$ 放 大 器 信 号 驱 动 电 路 的 设 计
振荡电 路作 为振荡 信号 源 "产 生正弦 信号 作为本 振 信号! 采用一般反馈电路"振荡回路内的各种频率信号 经 选频 网络 选频后 "将其 中某 一 特 定 频 率 的 信 号 反 馈 到 输入端"再经放大#反馈#放大#反馈的循环 "使该 信号 的 幅度 不断 增大"振 荡幅 度由 小 到 大 ! 随 着 信 号 振 幅 的 增大"放 大器 将进 入非线 性状 态 "增 益下降 "当反 馈 电 压
图 ! 无线能源传输方案基本结构图
形式!从 而达 到了非 接触 式电 能传输 的目 的"
! 无线电能传输系统原理及其结构
非接触式电能传输系统的基本结构如图 ! 所示!其 主要由发射模块# 传输模块和接收模块 8 部分所组 成 !发射模 块与 接收 模块通 过 磁 场 耦 合 相 联 系 " 发 射 电 路把电能转换为磁场能量发射 !通过 前后 级绕组 的电 磁 感应将磁场能量传输到接收电路!经过相应的能量调节 装置!将 能量 变换 为应用 场 合 负 载 可 以 直 接 使 用 的 电 能
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! 工作在此模式下的电路 "电流与电压相位差为
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作在共振开关的状态! 因此相比传统的将晶体管用做电 流 源 的 放 大 器 电 路 " 该 电 路 具 有 更 高 的 附 加 传 输 效 率 7 18 " 其电路如图 ( 所示! 当 输 入 电 压 9:: 大 于 阈 值 电 压 时 " 场 效 应 管 +(’ 工 作在可变电阻区"因为漏源之间电阻 * 很小 "这相当于 开 关 闭 合 ! 当 输 入 电 压 9:: 小 于 阈 值 电 压 时 " 场 效 应 管 截止 "流过漏 极的 电流 为零"此 时相 当于开 关断 开!电 容
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"#! 发 射 模 块
发射模块的作用是将直流能量高效率地转换为射 频功率信号!以便接收电路能 够充分 利用 能量 " 发 射模 块主要由 8 部分组成$振荡电路#占空 比调节 电路 和 9 类功率放大电路"由于 9 类功率放大器影响了发射电路 与接收 电路 之间的 能量 传输 效率 !因 此 9 类 功率放 大器
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非接触式电能传输系统的基本结构如图 ! 所示!其 主要由发射模块# 传输模块和接收模块 8 部分所组 成 !发射模 块与 接收 模块通 过 磁 场 耦 合 相 联 系 " 发 射 电 路把电能转换为磁场能量发射 !通过 前后 级绕组 的电 磁 感应将磁场能量传输到接收电路!经过相应的能量调节 装置!将 能量 变换 为应用 场 合 负 载 可 以 直 接 使 用 的 电 能