无线供电

1.电磁谐振无线供电系统总体框图

2.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） （4）设计报告（20分） 3.说明

1)发射与接收线圈为空心线圈，线圈外径均20±2cm ；发射与接收线圈间介质为空气。

2)I2 = 应为连续电流。

3)测试时，除15V 直流电源外，不得使用其他电源。

在要求（1）效率测试时，负载采用可变电阻器；效率。

22

11

100%U I U I η=

⨯

2)制作时须考虑测试需要，合理设置测试点，以方便测量相关电压、电流。

3.线圈：

因为发射与接收线圈为空心线圈，线圈外径均20±2cm，线圈的绕法有三种方式：缩绕、多层平绕和单层同心圆绕。经过比较单层同心圆绕的传输效率最高，因此选用单层同心圆绕。

，由LC串联谐振，得到电容值为单层同心圆绕，测出电感值约为100H

3300p，因此谐振频率约为80KHz。为了获得最大电流，从而传输效率达到最大值，则发射电路与接收电路中的线圈感值，串联的电容应相等。

4.信号发生电路：

信号发生电路

说明： TL494是一个固定频率脉宽调制电路。由内部线性锯齿波振荡器产生正向锯齿波，实现脉冲宽度调制。它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。芯片TL494内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可以通过外部的一个电阻和一个电容进行调节（见图1）。输出电容的脉冲其实是通过电容上的正极性锯齿波电压与另外2个控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触压器的时钟信号为低电平时才会被通过，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小（见图2，3）。控制信号由集成电路外部输入，一路送至时间死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV 的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波的周期4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区

时间控制输入端接上固定的电压，即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V 变化到3.5时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降为零。2个误差放大器具有从—0.3V 到(vcc —2.0)的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和电流察觉的到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调智器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制电路。

L494是一个固定频率脉宽调制电路。由内部线性锯齿波振荡器产生正向锯齿波，实现脉冲宽度调制。TL494输出方式控制脚13与参考电压脚14相接，功率输出管Q1和Q2受控于或非门，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当

控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。5脚CT 产生的振荡频率为T T osc C R f 1

.1=

（RT 为6脚输出，CT 为5脚输出)。 5.驱动电路：

驱动电路主要由两个IR2110交替控制H 桥桥式驱动电路上管升压，下管原压（保持原来的电压不变），获得相邻时间间隔的脉冲（死区时间），从而产生正弦交变电压，进而利用电磁感应原理将电能转化成磁场能。而最大限度的将电能转

化为磁场能，即线圈中电流最大，则使LC 串联谐振，谐振频率：LC f π21

0=

（L

为电感感值，C 为电容容值）。

6.接收端：接收端要求输入直流电流，而接收线圈与电容谐振后得到高频的交流电流，因此必须整流，得到直流电流。又因为电流是高频的，器件做热功容易损耗电能，因此需要并入六个小电容滤波，减少损耗。

该无线电能传输装置的效率η：

%

100

1

1

2

2⨯

=

I

U

I

U

η

（U1为输入电压，U2为输出电

压，I1为输入电流，I2为输出电流）。

7.测试数据与结果

振荡频率为86.7K，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=14.4 V，无线电能传输装置的效率η=53.9%。

2、输入直流电压U1=15V，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，延长发射线圈与接收线圈间距离x，输入直流电流达到0.97A时，LED灯刚好不熄灭，得到最大距离x=31cm。

3、自主发挥，输入直流电压U1=15V时，保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm不变，通过测试不同负载的输入输出电流电压得到不同距离的输出效率。由表2可知，当R=12Ω时，无线电能传输装置的效率最大η≈63.1%。

表2 X=10cm 时不同负载工作模式下输出效率的情况

2.数控稳压电源

1. 系统设计

设计并制作数控直流电流源。输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。其原理示意图如下所示。

图1.1 数控直流电流源原理示意图

1.1 设计要求

题目要求设计并制作数控直流电流源。输入交流200～240V，50Hz；输出直流电压≤10V。其要求如下:

1.1.1 基本要求

（1）输出电流范围：200mA～2000mA；

（2）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值≤给定值的1％+10 mA；

（3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进≤10mA；

（4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的1％+10 mA；

（5）纹波电流≤2mA；

（6）自制电源。

1.1.2 发挥部分

（1）输出电流范围为20mA～2000mA，步进1mA；

（2）设计、制作测量并显示输出电流的装置(可同时或交替显示电流的给定值和实测值)，测量误差的绝对值≤测量值的0.1％+3个字；

（3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值≤输出电流值的0.1％+1 mA；

（4）纹波电流≤0.2mA；

（5）其他。

1.2 总体设计方案

（1）恒定电流源模块方案

方案：采用开关电源的开关恒流源。其组成方框图如图1.2所示。图中C1、C2为滤波电容；K是开关器件；D是续流二极管；L是扼流圈；PWM是脉宽调制电路；KF是电流反馈电路；R0是电流取样电阻。在原理图电路上，通过精选元器件和采用合理的结构设计，可以使电路的分布参数得到有效控制。采用开关电源的开关恒流源主要特点是：振荡反馈电容小，阻抗大，反馈电流小。