无线电能传输装置
无线电能传输装置
目录1系统方案 (2)1.1系统总体思路 (2)1.2系统方案论证与选择 (2)1.2.1 电源模块论证与选择 (2)1.2.2驱动模块论证与选择 (2)1.2.3线圈的论证与选择 (2)1.2.4整流电路的论证与选择 (2)1.3系统总体方案设计 (3)2理论分析与计算 (3)2.1 TL494应用原理 (3)2.2 IR2110原理 (3)2.3 无线传输原理 (4)2.4 计算公式 (4)3电路设计 (4)3.1电源模块（图3） (4)图3 电源模块 (5)3.2驱动模块（图4） (5)3.3传输模块（图5） (5)4测试方案与测试结果 (6)4.1测试方法与仪器 (6)4.2测试数据与结果 (6)4.3数据分析与结论 (7)参考文献 (8)无线电能传输装置（F题）1系统方案1.1系统总体思路由题我们设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，且用空心线圈制作了直径为20cm的发射和接收线圈；利用信号发生电路将输入的直流15V电转化为PWM脉冲信号，通过驱动电路产生交变电流，对发射线圈进行供电，线圈利用磁耦合谐振式原理，将电能无线传输到接收线圈端，最终在接收线圈端产生电流，达到无线电能的传输的要求。
经过几天的测试，制作出了传输效率达38.3%，x的值最大为26 cm的磁耦合谐振式无线电能传输装置。
1.2系统方案论证与选择1.2.1 电源模块论证与选择方案一：利用双电源，直接对电路进行供电。
方案二：利用单电源，再接入PWM控制器芯片TL494固定频率的脉冲宽度调制电路，能够有效地将直流电转换为高频脉冲。
TL494芯片的功耗低，构成的电路结构简单，调整方便，输出电压脉动小；且IR2110 的电路无需扩展，使电路更加紧凑，工作可靠性高，附加硬件成本也不高，为获取死区时间，可由基本振荡电路、与门电路构成，为方便我们选用TL494，选择方案二。
1.2.2驱动模块论证与选择方案一：利用三极管对无线电能传输装置进行驱动，可以比较经济地进行驱动。
无线插座工作原理
无线插座工作原理
无线插座是一种使用无线技术将电能传输到设备中的装置。
其工作原理是通过电磁感应实现能量的传输。
无线插座由两个主要组件组成：发射端和接收端。
发射端包含一个电源和一个发射线圈，用来产生高频电磁场。
接收端包含一个接收线圈和设备充电接口，用来接收和转换电磁场能量为电能。
当发射端插座接通电源后，电流通过发射线圈产生一个高频交流电磁场。
这个电磁场可以穿透空气并传输能量。
当接收端插座靠近发射端时，接收线圈会感应到电磁场并通过电感耦合将能量接收到接收端。
接收线圈接收到电磁场后，将其转换为低压直流电能，并通过充电接口传输给设备进行充电。
在传输过程中，一部分能量会在电磁场传输过程中损失，因此无线充电通常效率不如有线插座高。
无线插座的工作原理类似于电磁感应原理，其中发射端产生的电磁场相当于传统插座中的电流，而接收端接收到的电磁场能量相当于传统插座中的电压。
这种无线传输方式可以更加便利地为设备充电，避免了插拔电线的繁琐。
无线电能传输装置
无线电能传输装置(F题)-(共19页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--成都工业学院毕业设计论文课题名称：无线电能传输装置设计时间：—系部：电气与电子工程系专业：供用电技术班级： 1202161姓名：刘佳福指导教师：目录1系统方案..................................................................................................................................................... I V 系统总体思路....................................................................................................................................... I V 系统方案论证与选择........................................................................................................................... I V 信号发生方案选择...................................................................................................................... I V驱动电路方案选择...................................................................................................................... I V整流电路方案选择 (V)总体方案设计 (V)2理论分析与计算......................................................................................................................................... V I 发射模块分析与计算........................................................................................................................... V I 信号发生电路原理分析与计算................................................................................................. V I驱动电路原理分析与计算......................................................................................................... V I 接收模块分析与计算.......................................................................................................................... V II 参数选择.............................................................................................................................................. V II 3电路设计.................................................................................................................................................... V II 信号发生电路...................................................................................................................................... V II 驱动电路 (X)功率MOSFET的使用 (X)IR2110芯片的使用 (XI)接收电路 (XIII)4测试方案与测试结果............................................................................................................................... X IV 测试方法与仪器................................................................................................................................. X IV 测试数据与结果................................................................................................................................. X IV 5实物制作图片............................................................................................................................................ X V 致谢.......................................................................................................................................................... X VIII 参考文献 (XIX)任务书1.任务根据2014年TI杯大学生电子设计竞赛题F题：无线电能传输装置，设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。
无线电能传输装置的设计与分析
无线电能传输装置的设计与分析作者：林柏林来源：《中国新通信》2015年第06期【摘要】无线电能传输是借助于电磁场或者电磁波进行能量传输的一种技术。
电能给人类带来巨大的发展和便利，然而错综复杂的输电线分布在生活的各个角落，既不美观又不方便，因此人类一直想要摆脱电线的束缚而能够实现电能无线传输的梦想。
本文章介绍了无线电能传输的几种方式，并通过比较他们的利与弊，选择最合适的方式，以追求最大的利益。
【关键词】无线电能传输谐振耦合 MRPT一、系统设计方案及论证1.1 无线电能发射部分发射电路作为无线电能传输传输系统中的重要组成部分该部分设计的好坏对总的传输功率也有着十分重要的影响。
因此在给系统中设计出一个高效的发射电路也是十分重要的一环。
本设计使用门极谐振电路驱动MOS管，其开关速度快，属于软开关，可以实现较低信号，产生较高电压来驱动MOS管，利于能量传输，效率高。
1.2 无线电能传输部分采用两个自谐振线圈。
电感线圈的设计和制作方法中我们了解到在高频状况下，线圈匝间电容和集肤效应将会是导致电阻增加而造成Q值降低，在空心电感的设计上都是应该考虑的。
但这些因素恰恰是引起线圈谐振所必需的，在谐振耦合中好似加以利用的。
另外提到有关线圈电感量计算公式中，都没有关于线圈所用绕线直径方面的内容，这就表明了线圈的电感量与线径无关。
但实际上，线径大小虽然不影响线圈的电感量，却对线圈性能有影响。
也就是说，线径越细，线圈的等效串联电阻就越大，Q值就越低，线圈性能就越差。
1.3 无线电能接收部分无线电能的接受由三大部分组成，分别是整流电路、滤波电路和稳压电路。
整流是为了方便接收线圈将高频率的正弦交流电压转化成我们负载所需要的电压。
整流有半波整流和桥式整流。
通过实验比较可知，桥式电流的效率以及对二极管的保护能力相对于其他方案要占优势一些。
虽然整流可以将高频的交流电压转化为直流电压，但是输出电压会由很大的脉动成分，这样在给谐波进行供电时会受到很大的谐波干扰，因为我们还需要滤波。
基于单片机控制的无线电能传输装置的设计
（ 作者 单位 ：武汉 交通职业 学院 ）
图２磁 耦合 式 无线 电能 传输 系统
三、其他主要 电路设计
（１ ）振 荡 电路 。由５ ５ ５ 定 时器组 成 的多谐 振荡 器 ，其 中 Ｒ 、Ｒ 和电容Ｃ： 为外接 元件 。 电容 ｃ ： 充 电时 ，定时 器输 出 ， 电容 Ｃ ： 放 电时 ， ０ ，电容不 断地 进 行充 、放 电 ，输 出端便 获
Ｓ ＹＳ Ｐ Ｒ ＡＣＴ Ｉ Ｃ Ｅ 系统 实践
基 子单片机 控制 的＿ 无 线 电能传输装 置 的设 计
◆赵
摘 要 ：本 系统利 用大功 率 高频传 输 线共振 变压 器（ 放 大发射 机） 的原理 对 能量进 行 放 大与传 输 ，同 时 应 用 了耦合 强磁 共振 原 理将 电场 能量 转化 为磁 场能 量 ，完成 了无 线 电能传输 装置 的设 计 。 系统 主要 由发射模 块 、传输 模块 、接 收模 块 、Ｓ Ｔ Ｃ１ ２ Ｃ５ Ａ ６ ０ Ｓ ２ 单 片机控 制模 块 、１ ２ ８ ６ ４ 显示模 块 等五部 分构 成 。 发 射 模 块 与接 收 模 块 通 过 磁 场 耦 合 相 联 系 ， 发 射 电路 将 电 能 转 换 为 磁 场 能 量 发 射 出去 ， 通 过 前 后 级 绕 组 的 电磁 感应将磁 场 能量传输 到接 收 电路 。整 个 系统 的 实现 了高精度 、 高性 能 、低 成本 、低 功耗 。 关键 词 ：单 片机 ；无 线 ；接 收 ；磁耦 舍 通 过调 节 电阻Ｒ 可改 变其振 荡频 率 ，其实 质是将 直 流形式 的
Ｓ Ｔ Ｃ １ ２ Ｃ ５ Ａ ６ ０ Ｓ ２ 单 片机控制 模块 、１ ２ ８ ６ ４ 液晶显示 模块 等五 部
分 构成 １ 。 系统 总体 框 图如 图 １ 所示 ：
无线电能传输
单元电路选择
发射端：高频震荡。高频振荡产生的频率远远高于 三极管的频率，而且高频振荡产生的频率范围广， 满足无线电能传输所需的频率。另外，高频自激震 荡电路简单，容易进行电路检测。 接受端：加整流电路和滤波电路，先经过整流电路 将正弦波整流为半波，再将半波经过滤波得到稳定 于某个值的电流。
发 射 线 圈 x
接 收 线 圈
电 能 变 换
I2 U2
理论分析
磁耦合谐振式无线电能传输是目前最常用的无线 传输方式，其原理就是利用电磁效应进行无线电 能传输，在发射端交流电使线圈产生变化的磁场， 变化的磁场使接收端的线圈产生变化的电流即交 流电，从而达到无线电能传输的目的。
发射端原理图
接受端原理图
无线电能传输
题目分析
无线电能传输装置指的是电能从电源到负载的一种 没有经过电气直接接触的能量传输方式，目前常用 的方法为磁场耦合式无线电能传输。根据题目要求 可知输入电压为15V直流电压，输出为8V直流电压， 所以设计重点为将直流逆变为交流的驱动电路和将 交流整流为直流的整流电路。由于无线电能传输所 需的正弦波频率在兆赫兹级，所以需要频率产生芯 片。调试时主要是通过调整线圈的匝数调节传输效 率。
1、设计输出部分电路，电路的功能为将15V直流电压转换为接 近1MHZ的交流电，并给输出线圈供电； 2、设计接收电路，接收电路将接收的交流电变为直流电供给负 载和灯泡； 3、解决线圈与电容的匹配问题，为了达到磁耦合需要两个线圈 和各自的电容达到谐振， 4、对总体电路进行调试并进行测量。
Hale Waihona Puke I1 U1驱 动 电 路
无线电能传输装置
物电学院实训实作电子设计报告项目：无线电能传输装置组员：X同果，X红智，田超逸学院：物理与电子信息学院班级：13级电子班目录一、总系统设计21.设计任务与要求2(1)基本要求2(2)发挥部分22.总系统框图4二、系统方案设计与论证错误!未定义书签。
1.可调占空比方案 (4)2. 电感电容谐振方案 (4)3. 接收部分整流稳压电路方案 (4)4. 发射部分 (5)5. 接收部 (5)三、系统测试 (6)1. 测试设备 (6)2. 数据测试与分析 (7)(1)基本要求测试：3(2)发挥部分测试：33.结果分析7四、设计总结 .. (8)五、附录 (9)附录1 原理图………………………………………………………………9附录2PCB图.......................................................................10附录3 实物图.......................................................................10附录4 元器件清单..................................................................11附录5 参考文献.. (11)无线电能传输装置摘要：所谓无线能量传输（Wireless Power Transmission——WPT）就是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。
无线输电分为:电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。
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。
本文章指出现有的几种无线电能传输的方式，和他们的优点缺点.并且怎么利用这其中的方式，为人类获取一些可节约利益，和能源的节约。
关键词：无线电能；传输；途径引言随着社会飞速前进，用电设备与日俱增。
无线电能传输实验报告
无线电能传输实验报告一、实验目的通过实验探究无线电能传输的原理和应用，并实现无线电能传输。
二、实验原理1.共振传输共振传输是指通过调节发射器和接收器之间的频率使其共振。
当频率匹配时，能量传输效率较高。
共振传输主要应用于近距离的电能传输。
2.辐射传输辐射传输是指利用电磁波的辐射传输能量。
利用传统的天线和接收器可以实现远距离的能量传输。
三、实验器材1.无线电能传输装置：包括发射器和接收器。
2.电池：用于给发射器和接收器供电。
3.示波器：用于观察无线电波信号的频率和幅度。
四、实验步骤1.连接电池和无线电能传输装置，确保发射器和接收器都能正常工作。
2.调节发射器的频率和幅度，使其与接收器匹配。
3.使用示波器观察无线电波信号的频率和幅度，调节发射器和接收器以使其达到最佳传输效果。
4.测试无线电能传输装置的传输距离，记录实验结果。
5.重复以上步骤，对比不同频率和幅度的影响。
五、实验结果与分析根据实验结果可以发现，当发射器和接收器的频率匹配时，能量传输效率较高。
在一定范围内，调节幅度可以影响传输的距离和传输效果。
六、实验总结通过本次实验，我们了解了无线电能传输的原理和应用。
无线电能传输作为一种新型的能量传输方式，具有应用前景广阔。
然而，目前仍面临着距离短、传输效率低等问题，需要进一步研究和改进。
七、改进建议1.进一步优化发射器和接收器的结构设计，以提高传输效率和距离。
2.研究新型的天线设计，减少能量传输过程中的能量损耗。
3.考虑无线电能传输的安全性和环境影响，采取相应的措施进行保护和监测。
以上是本次无线电能传输实验的实验报告。
关于无线电能传输装置(能量转换部分)开发与研制
关于无线电能传输装置（能量转换部分）开发与研制【摘要】无线电能传输是一种利用无线电技术传输电力能量的技术，目前尚在实验阶段。
这款无线电能传输装置，它利用大功率高频传输线共振变压器（放大发射机）的原理对能量进行放大与传输，同时应用了耦合强磁共振原理将电场能量转化为磁场能量让该无线输电装置具有传输效率高，距离远的特点，具有广阔的应用前景。
【关键词】放大发射机耦合强磁共振电磁场同步谐振换能器无线传输1 系统简介无线输电装置的主体包括：升压充电回路、初级谐振回路和次级回路；初级谐振回路由初级线圈、主电容、主振荡器构成。
次级谐振回路次级线圈和放电顶端构成，电容和电感的数值可根据实际制作而定。
但最关键的是两回路的谐振频率要相同。
该无线输电装置由一个感应圈、变压器、振荡器、两个大电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成。
其工作过程为：电源先给主电容充电，当电压达到主振荡器放电阀值时，放电器间隙的空气开始电离打火，近似导通，使初级谐振回路建立，开始振荡，向次级回路传递能量，次级回路随即起振，接收能量。
几个（次数主要与耦合系数有关）周波后，初级回路能量释放完毕。
此时，较大部分的能量都转移到次级回路上，一部分能量损耗在回路上。
次级回路继续振荡，并反客为主，带动初级回路振荡，以相同的方式把刚才得到的能量还给初级回路。
但又一部分能量损耗在回路上，如此反复，直到损耗掉大部分能量。
2 无线电能量转换部分介绍2.1 换流器的介绍反用换流器另外一个含义是高频电桥电路，是一个可将直流电变换成交流电的电路。
根据逆变器的电路形式与输出的交流信号，可分以下三种。
（1）半桥逆变器由两个开关串联组成，输出端位于两个开关的中点，由上下两个开关来决定输出的电压。
半桥逆变器配合两个分压电容，可以输出双端之间的高频交流电。
开关旁一般需要并联续流二极管，以便在感性负载时起到续流作用。
半桥逆变器配合正负双电压源，可以输出双端的完全交流、含有直流分量的交流以及完全直流信号。
电磁谐振耦合无线电能传输实验装置
04
实验装置应用与拓展
应用场景探讨
工业领域
电磁谐振耦合无线电能传输技术可用于工业机器人的无线充电，解决传统线缆充电带来的 限制和安全问题。同时，对于工厂中的移动设备，如AGV小车，采用该技术可实现灵活便 捷的充电方式，提高生产效率。
安全性与稳定性验证
安全性验证
介绍实验装置的安全性验证方法，包括电磁辐射检测、过 热保护测试、绝缘性能测试等，以确保实验装置在正常工 作条件下不会对人员和环境造成危害。
稳定性验证
阐述实验装置的稳定性验证方法，包括长时间运行测试、 恶劣环境适应性测试等，以验证实验装置在各种条件下的 工作稳定性。
问题与改进
传输效率测试
测试方法
阐述电磁谐振耦合无线电能传输效率的测试方法，包括测试环境 搭建、测试参数设置、测试数据采集等。
结果分析
对实验数据进行详细分析，包括传输效率、传输距离、传输功率等 关键指标，以及可能影响传输效率的各种因素。
优化建议
根据测试结果，提出针对实验装置的优化建议，如改进耦合机构设 计、优化控制算法等，以提高传输效率。
智能家居
在智能家居领域，许多设备需要定期充电，如智能手机、平板电脑、智能家居传感器等。 通过电磁谐振耦合无线电能传输技术，可实现这些设备的无线充电，简化充电过程，提升 用户体验。
交通工具
电动汽车、无人机等交通工具的充电过程往往较为繁琐。电磁谐振耦合无线电能传输技术 可为这些交通工具提供无线充电解决方案，降低充电时间成本，提高充电便利性。
渐走向成熟。
应用领域
无线电能传输技术可应用于电动 汽车、消费电子、医疗器械、航 空航天等众多领域，提高供电的
无线电能传输装置
无线电能传输装置摘要无线电能传输是目前被广泛研究的一项具有重大意义的课题，本次设计利用LC磁耦合谐振电路进行无线电能传输，因磁耦合谐振技术作为中距离高效无线能量传输技术，与传统无线能量传输技术相比具有传输效率高，条件要求低等明显优势。
本设计在互感原理和耦合理论的基础上，进行了大量的实验，研究了如何提高谐振无线传输的效率。
通过实验，验证了距离，线径，线圈绕法等对传输效率的影响。
本次设计的发射端，利用了TI公司提供的mps430产生PWM信号经过非门转换成两路互补的pwm信号经过光耦驱动全桥，将直流电压逆变为交流，进行LC谐振，将电能转化为磁能辐射出去；接收端利用LC谐振接收发射端发出的磁能，在利用整流技术将接收到的交流电转化为直流电，供负载使用，并具有较高的传输效率。
关键词：无线电能传输；LC磁耦合谐振；传输效率高；驱动全桥；整流技术。
1 任务设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。
图1 电能无线传输装置结构框图要求（1）保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm、输入直流电压U1=15V时，接收端输出直流电流I2=0.5A，输出直流电压U2≥8 V，尽可能提高该无线电能传输装置的效率η。
（45分）（2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED灯（白色、1W）。
在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。
（45分）（3）其他自主发挥（10分）2系统总体方案设计2.1方案一采取磁耦合感应式电能传输磁耦合感应式电能传输无线电能传输机理类似于可分离变压器，气隙部分代替了铁芯，导致了磁力线没有定向的通道和负载侧的线圈相铰链。
因此只有在较短的距离下，才能实现较高频率和较大功率的传输。
当距离增加后，传输效率急剧下降。
该无线电能传输方式一般只有在小于传输线圈直径的传输距离下，才能达到较高的效率和较大的功率。
2.2 方案二采用磁耦合谐振式无线电能传输利用谐振原理，使得其在中等距离(传输距离一般为传输线圈直径的几倍）传输时，仍能得到较高的效率和较大的功率，并且电能传输不受空间非磁性障碍物的影响【6]。
电磁谐振耦合无线电能传输实验装置
电磁谐振耦合实验数据报告
• 当发射器和接收器距离较近时，传输效率较高。这是由于在近距离下，电磁波的耦合效应较强。 • 随着发射器和接收器之间距离的增加，传输效率逐渐降低。这是由于电磁波在传播过程中逐渐减弱，导致
能量损失增大。 • 当发射器和接收器之间的角度发生变化时，传输效率也会受到影响。角度的变化会导致电磁波的极化状态
该实验装置采用了可靠的硬件 和软件设计，具有较高的稳定 性和可靠性，能够保证长时间
的正常运行。
通用性强
该实验装置可以适用于不同的 应用场景，如电动汽车充电、 家用电器充电等，具有较广泛
的通用性。
实验装置的应用场景
电动汽车充电
利用电磁谐振耦合无线电能传输实验装置为电动汽车进行无线充 电，避免了传统有线充电方式的繁琐和安全隐患。
发生变化，从而影响传输效率。 • 结论：电磁谐振耦合实验结果表明，通过调整发射器和接收器的参数以及优化系统配置，可以实现高效、
稳定的无线电能传输。同时，实验也揭示了电磁波在空气中的传播规律以及能量转换机制，为进一步研究 无线电能传输技术提供了有力支持。
无线电能传输实验数据报告
实验目的
通过对无线电能传输系统的实验，探究不同传输模式下的传输效率、影响因素以及优化方法，为无线电能传输 技术的实际应用提供参考。
家用电器充电
将该实验装置应用于家用电器中，实现无线充电，提高了充电的 便利性和使用体验。
其他应用
该实验装置还可以应用于工业生产、医疗设备等领域，为各种不 同设备提供无线充电服务。
02
实验装置的设计
电磁谐振耦合部分设计
01
02
03
电磁谐振耦合器
设计用于产生强烈谐振的 电磁场，以便与接收设备 进行高效能量传输。
2014大学生电子设计竞赛一等奖--电能无线传输装置
全国大学生电子设计竞赛2014年大学生电子设计TI杯竞赛论文设计报告题目：电能无线传输装置（F题）学校：西安交通大学城市学院指导老师：张参赛队员姓名：李佑辰日期：2014年8月15日F题：电能无线传输装置摘要：本文设计了一套基于磁耦合串联谐振原理的无线电能传输装置。
利用具有低功耗、内部资源丰富的单片机作为控制芯片，产生互补的PWM波，通过TPS28225驱动芯片，驱动一个15VDC供电的H桥激励源，将直流电压逆变成方波电压。
经过串联谐振耦合接收线圈，再通过电容滤波的全桥整流电路向负载LED供电。
关键词：磁耦合谐振；无线供电；驱动电路；Abstract:This paper designs a series resonant magnetic coupling-based wireless power transmission system. TPS28225 is used as a control chip due to its low power consumption and rich internal resources. Complementary PWM waves generated by TPS28225 drives a H-bridge circuit, and then inverts the 15V DC voltage into a high-frequency square-wave voltage. The square-wave voltage drives a series LC circuit. The energy is received by the receiving coil and then the AC voltage is rectified into an output DC voltage, which drives a LED.Keyword:magnetic resonant coupling；wireless power supply；driver circuit；一、方案论证与比较1.1 整体方案选择首先，通过单片机TM4C123G输出PWM波，将其输入给一个全桥驱动电路，全桥电路将直流变成交流。
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无线电能传输装置
摘要
无线电能传输是目前被广泛研究的一项具有重大意义的课题，本次设计利用LC磁耦合谐振电路进行无线电能传输，因磁耦合谐振技术作为中距离高效无线能量传输技术，与传统无线能量传输技术相比具有传输效率高，条件要求低等明显优势。
本设计在互感原理和耦合理论的基础上，进行了大量的实验，研究了如何提高谐振无线传输的效率。
通过实验，验证了距离，线径，线圈绕法等对传输效率的影响。
本次设计的发射端，利用了TI公司提供的mps430产生PWM信号经过非门转换成两路互补的pwm信号经过光耦驱动全桥，将直流电压逆变为交流，进行LC谐振，将电能转化为磁能辐射出去；接收端利用LC谐振接收发射端发出的磁能，在利用整流技术将接收到的交流电转化为直流电，供负载使用，并具有较高的传输效率。
关键词：无线电能传输；LC磁耦合谐振；传输效率高；驱动全桥；整流技术。
1 任务
设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。
图1 电能无线传输装置结构框图
要求
（1）保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm、输入直流电压U1=15V时，接收端输出直流电流I2=0.5A，输出直流电压U2≥8 V，尽可能提高该无线
电能传输装置的效率η。
（45分）
（2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED灯（白色、1W）。
在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈
与接收线圈间距离x。
（45分）
（3）其他自主发挥（10分）
2系统总体方案设计
2.1方案一采取磁耦合感应式电能传输
磁耦合感应式电能传输无线电能传输机理类似于可分离变压器，气隙部分代替了铁芯，导致了磁力线没有定向的通道和负载侧的线圈相铰链。
因此只有在较短的距离下，才能实现较高频率和较大功率的传输。
当距离增加后，传输效率急剧下降。
该无线电能传输方式一般只有在小于传输线圈直径的传输距离下，才能达到较高的效率和较大的功
率。
2.2 方案二采用磁耦合谐振式无线电能传输
利用谐振原理，使得其在中等距离(传输距离一般为传输线圈直径的几倍）传输时，仍能得到较高的效率和较大的功率，并且电能传输不受空间非磁性障碍物的影响【6]。
相比于感应式，该方法传输距离较远；相比于辐射式，其对电磁环境的影响较小，且功率较大。
正是由于这些优点，磁耦合谐振式无线电能传输得到越来越多的研究。
综上所述我们选择方案二。
利用LC磁耦合谐振原理进行无线电能的传输，
其设计原理如下图所示。
发射部分
接收部分
3 方案论证
3.1 基本结构
从能量传输的观点出发，电能的传输至少需要两个线圈。
利用两个谐振线圈进行无线电能传输结构，为MCR —WPR 的第一种基本拓扑结构，称为两线圈结构。
另外在两个谐振线圈的基础上增加两个感应线圈，使电源线圈与发射线圈隔离，负载与接收线圈相隔离，为MCR —WPR 的第二种基本拓扑结构这种结构被称作四线圈结构。
这两种拓扑结构的抽象模型如图1所示。
图1
为了有效的传输电能，发射线圈与接收线圈的自谐振频率设置为同一频率，即为系统的谐振频率。
根据题目要求我们决定采用两线圈结构。
3.2 工作原理
从能量流动的观点出发，分析两线圈结构MCR—WPR的电能传输机理。
电源给发电线圈供电，频率为系统谐振频率。
此时发射线圈发生谐振。
即使在不高的供电电压下，因为发生谐振，也能产生较大的电流，从而建立起较强的电磁场。
发射线圈中电容的电场能因为谐振与电感线圈中的磁场能不断地进行交换。
而发射端电感线圈中磁场有一部分铰链到接收端的电感线圈，交变的磁场在接收线圈
中感应出电流，因此能量传送到接收端。
在接收端，
中的磁场能不断地进行能量交换，最终把能量传递给负载。
3.3 参数计算
想要实现谐振，两个LC网络必须要有相同的参数，以保证网络可以发生谐振，并且要能找到合适的谐振频率，只有在两网络发生谐振时，能量才能以最大的效率传递。
因此对于电路参数的计算十分的重要。
本次实验中，以电感量为定值，首先选取电感的参数，然后再根据谐振频率来计算电容的大小
谐振频率： f=1/2∏√LC·····························（式 1）
电容值： C=1/(2∏f)^2*L·························（式 2）
3.4线圈方案论证
根据资料显示，不同的线圈对于磁耦合无线传输的效率有着很重要的影响，因此在此次设计中，对于线圈的绕发对效率的影响做了较多的研究与实验，的处理一下一系列结论。
3.4.1 谐振频率在一切条件与参数均固定不变时，仅改变电源的频率，得到实验结果如图（2）所示。
接受功率的极值出现在f,f/2,f/3......处，其中f为装置的固有频率，即发射接收端的固有频率。
图（2）图（3）
3.4.2 线圈距离在保持其他条件不变的情况下改变发射线圈与接收线圈
间的距离，发现并非离得越近传输效果越好。
得到了如图（3）所示的曲线，可见当发射线圈和接收线圈保持一定距离是传输效果最理想。
3.4.3 线径在其他条件不变的情况下，改变绕制线圈所用的导线线径，发
现其对接受效率有着明显的影响，通过实验得出，发射端线径大好，接收端线径小好。
3.4.4线圈形状在其他条件不变的情况下，对饼状，环状等多种形势的线
圈进行了测试，最终发现饼状比较好。
4 电路设计说明
4.1 发射部分
4.1.1 PWM输出
本次设计采用TI的mps430作为控制中心，利用其产生逆变所需要的PWM 信号，并显示输出的PWM频率，利用外部按键实现步进，方便设备的调试。
4.1.2 逆变及驱动
为了驱动LC串联网络发生谐振，必须要产生交流信号，此次设计利用电力电子中的逆变技术，将15V的直流电压，变为 15V的方波交流电压，然后去驱动LC网络，实现谐振。
逆变及驱动电路图如图
驱动部分
逆变部分
4.2 接收部分
整流电路
利用LC谐振网络接收到的是高频的交流电，而我们所要使用的负载却为直流负载，如LED灯，因此利用整流电路将接收到的交流变为直流，是无线电能传输中的一个重要环节，利用电力电子知识，我们设计如图（4）所示的整流电路。
图（4）整流电路
5 测试结果及分析
5.1 测试结果
LED显示效果
在负载为LED灯，输入电压15V,PWM频率为500KHZ时，线圈距离从10cm开始增加到70cm的过程中可看到LED灯持续发光。
5.2 数据分析
经过多次测量显示，带动LED灯发光的效果非常好，且距离可以达到很远。
但在用划变为负载时效果不太好，带载能力比较差。
可能原因是接收能量后的整流桥里的二极管选型不好，开关频率太低。
6 设计总结
通过从8月12号到15号的日夜奋战，我们完成了一个磁耦合谐振式无线电能传输装置系统，系统部分达到试题要求，系统各个模块的制作和选择都是经过详细的计算，尽管在制作中精益求精，但系统仍存在许多需要改善的地方。
例如谐振频率点的调节，造成系统误差；软件设计不够完善，算法欠佳，精度不够等。
操作简单是此系统一大优点。
7 参考文献
【1】阎石数学电子技术基础[M].清华大学.高等教育出版社.2006.
【2】童诗白华成英模拟电子技术基础[M].清华大学.高等教育出版社.2006. 【3】王兆安刘进军电力电子技术西安交通大学机械工业出版社2009 【4】党宏社.电路、电子技术实验与电子实训[M].电子工业出版社.2008.
目录
1 任务 (1)
2系统总体方案设计 (1)
2.1方案一采取磁耦合感应式电能传输 (1)
2.2 方案二采用磁耦合谐振式无线电能传输 (1)
3 方案论证 (2)
3.1 基本结构 (2)
3.2 工作原理 (3)
3.3 参数计算 (4)
3.4线圈方案论证 (4)
4 电路设计说明 (5)
4.1 发射部分 (5)
4.1.1 PWM输出 (5)
4.1.2 逆变及驱动 (5)
4.2 接收部分 (6)
5 测试结果及分析 (7)
5.1 测试结果 (7)
5.2 数据分析 (7)
7 参考文献 (8)
2014年TI杯竞赛陕西赛区
设计报告封面
说明
1.本页作为竞赛设计报告的封面和设计报告一同装订；
2. “参赛队编号”由参赛学校编写，其中“学校编号”应按照巡视员提供的组委会统一编排的编号填写，“组（队）编号”由参赛学校根据本校参赛队数按顺序编排，“选题编号”由参赛队员根据所选试题编号填写，例如：“0105B”或“3367F”。
5. 本页允许各参赛学校复印。