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2010电子设计大赛

非接触供电的LED照明系统

闽江学院---------- 王晓腾陈岩峰曾建兴

目录

摘要-------------------------

一：系统方案

（1）无线识别装置总体方案设计

（2）各模块方案选择和论证

二：理论分析与计算

三：电路与程序设计

四：测试方案与测试结果

（一）调试方法与仪器

（二）测试数据完整性

（三）测试结果分析

五、总结

参考文献

附录

2010-9-11

摘要：本系统是基于一种简易的无线供电LED照明系统，无需任何物理上的连接，电能可以近距离无接触地传输点亮LED。能点亮LED的所需的能量从能量发送模块中线圈谐振产生获得，两线圈系统相当于一个分离式疏松耦合变压器

关键词：耦合变压器，无线供电能量发送模块LED照明系统

Summary ：This system is based on a simple wireless power LED lighting system, without any physical connection, you can close non-contact power transmission of light LED. LED can light up the energy required to send the module from the energy generated in the coil resonance obtained two separate coil system is equivalent to a loose coupling transformerKeywords: coupling transformer, wireless power energy transmission module LED lighting system

一、系统方案

（一）无线识别装置总体方案设计

系统可以分为能量发送模块和LED照明模块，LED照明模块又可分为一个带能量接受单元和五个LED灯，发送模块：用振荡器产生高频讯号，经各级倍频放大线路将讯号功率放大至需要的发射功率。高频电磁波经由最后一级功放的谐振线圈发送。接收模块：与发射频率相同的谐振接收线圈（LC组合），将电磁波转换为高频交流电力经检波二级管将高频交流电力检出并整流、滤波为直流电源，推动LED灯并发光。

（二）各模块方案选择和论证

（1）、调制方式选择

方案1：模拟调制方式

模拟调制比较容易实现的是AM调制，传播距离长。但是效率低，其对发射装置的功率要求比较高不易利用耦合能量。

方案2：数字调制方式

数字方式的调制可以很好的克服或减小模拟调制的非线性带来的失真、衰落等， ASK 最易实现。

具体到我们的题目，我们选择数字调制方式中的ASK。

（2）、能量发送模块的设计

方案一：用PWM KA3525驱动4个Mos管，使LC发生谐振，发送能量，KA3525结构复杂难于调至可控频率

方案二：用单片机控制输出5v的方波信号，经三极管的单管放大，驱动4个Mos管，使LC发生谐振，发送能量，结构简单，但无法调式产生高频

方案三：用74LS04产生1MHZ的频率，用8050、irf830等来驱动线圈产生谐振，谐振可以产生很大的电流，易可供电点亮LED

经过大量的实验调试，我们最后选择了方案三

（3）、LED照明系统的设计

用检波二级管将高频交流电力检出并整流、滤波为直流电源，推动5个并联LED灯并发光

二、理论分析与计算

线圈匝数n 频率f

（KHZ）电感量

L（uH）

品质因

数Q

线径mm

4 80 3.681 35.61 1.00

4 100 3.671 39.60 1.00

4 200 3.64

5 57.61 1.00

4 300 3.634 68052 1.00

L=(k*μ0*μs*N2*S)/l

其中

μ0 为真空磁导率=4π*10(-7)。（10的负七次方）

μs 为线圈内部磁芯的相对磁导率，空心线圈时μs=1

N2 为线圈圈数的平方

S 线圈的截面积，单位为平方米

l 线圈的长度，单位为米

k 系数，取决于线圈的半径（R)与长度(l)的比值。

计算出的电感量的单位为亨利（H）。L=(k*μ0*μs*N2*S)/l

其中

μ0 为真空磁导率=4π*10(-7)。（10的负七次方）

μs 为线圈内部磁芯的相对磁导率，空心线圈时μs=1

N2 为线圈圈数的平方

S 线圈的截面积，单位为平方米

l 线圈的长度，单位为米

k 系数，取决于线圈的半径（R)与长度(l)的比值。

计算出的电感量的单位为亨利（H）。

由f=可知用两个并联的电容3n3产生谐振，频率在1MHZ 左右，产生的电流

最大

三、电路与程序设计

四、测试方案与测试结果

（一）调试方法与仪器

（

波形，频率不正确，检查各引脚是接错

（2）用数字示波器、直流稳压电压观察能量发送模块产生的电流是否达到最大，若不出现，调节频率，以至输出更大的能量

（二）测试数据完整性

9.6 3.816W 97.1%

30 10.0 3.840W 95.8%

9.3 3.864W 97.3%

9.0 3.816W 97.6%

（三）测试结果分析

当线圈的相距越来越远时，灯越变越暗，直至熄灭，当线圈相距越来越远时，灯就会越来越亮

五、总结

经过紧张的三天四夜的奋力拼搏，与小组其他成员的通力协作，团结互助，终于完成了实验项目。

在本次竞技中，我们深刻体会到理论知识的重要性，也发现我们理论知识的不足，在确定方案那天，我们就开始按着方案不断测试，不断更新电路，在此过程，问题也不断出现。但通过团队的仔细分析和自我调整状态后我们解决了很多问题，取得了不错的成绩，经过此次电子大赛让我们对电路的设计、调试有了深刻的印象，加深了对无线供电技术的理解，同时也深刻的体会到了共同协作和团队精神的重要性，提高了我们解决问题的能力，设计中还有欠缺的方面，今后的学习工作中我们会加以注意。

参考文献：

[1]童诗白华成英、《模拟电子技术基础》北京：高等教育出版社 2006年5月

[2] 燕庆明、《电路分析教程》北京：高等教育出版社 2006年10月

[3] 黄智伟、《无线发射与接收电路设计》北京：北京航空航天大学出版社2004年5月

[4]铃木雅臣、《晶体管电路设计》北京：科学出版社 2005年2月

[5]李朝青、《单片机原理及接口技术》(第3版) 北京航空航空出版社2006年

附录一