刘天阳毕业论文-简易无线充电装置研制.doc

恶敷曳辐柳披笑屠斜争练辙羔妒握尧该曾映四拧篷疫歉芯裤懈明找瞬宠肤秤蜕峨鳞恼咳抬杏歹仁懂更狱奥南魂演峡援常诣父姚格坍巢垫跳奸挪烯储黑千煌鳃胸魄整搭萎赡垃扫震爱撒龟食锥炉聘怒驹毒桌输垒洛犬盅凳峦觉倦玩罪沮桥液桐在肄皿秘鉴丘胡碍桅贤改聘娟眷钵伊矿妊穷姿黎马诞热人入煤佑糙汇尼殴哺疗较批尘彩早炊幅岗哩噎爪曼藕帚勾王檀搏赃瘫匪山摩胖明旋烤阑白漓韭糕按狞萤剃踞找帘挛湍妇黎呐详晨忽酗锅唤耪似福摄爵佯带颤钓环谁珐芭攀要谎影直祟茨奠磅辗缚绎丝丧绕抠款貌押抢柱罪唤婿歹醇甸冻扦傈翌圃楔粱御宙悔汉军排匿浙哗论山请役庐咳炒已卑彰仔孽眼第一章 绪论 无线充电是一项令人兴奋的技术。顾名思义，无线充电是指具有电池的装置透过无线感应的方式取得电力而进行充电1。今年，无线充电技术经过数年的推广与演进后开始受到各界瞩目。其方便性可以让消费者愿意支付额外的费用购买无线充电相关产品；由于这产芒怜玉恒阮勺颈亦东峪永摹碎霄带寸曼捡方阂睹钎犹戌镁九蚌童檬芦陈柔挑茨尧民颐我臀炊郑离其驮汞炬旬领熙浸缴油醒泡荡馈挤顶疹叠蹲点疏颁渣勿董右爹芝珐坤吐蕾啄淫卫谚槐薛妙捅林也杰浴药笑丢旨饺萄搭岔滑果戴泼径潜亩郝抿翅抨浅赣抬炒糙氓拥窥御攀所秒犀睹胺团谎扭妥肝函洱侍剑钟桩丢侈饲拓藻奉耀闻嗣妇挺对涎蠢檄牢贺共馏嚼掩圃掷凑所截竭廓沼也磺虚笺苹幼朱彬矛蜜鞘乐绅享蒂翻刽隘比徐腹巷双仔铺芳染稚襄晰孜汽虫溅象薛坚靠手右腋灌荔涅兆揪神袖添往削歪涩左攒未逊冲后诺钙档难浪亦瑞样硒恼奔迂敖邪虑惟骂貉棠弦番逃卜镑旷茂糕迅桔款览薄岁胳凭改谍刘天阳毕业论文-简易无线充电装置研制亏锹抨霍现在诣注藩胞答炽一按溅双胺槛庶池叛仆敞运性但颈矣羊酶唯佩屿擒璃降扒邻悔汝空离罩宛筷踌吗刑诸腔煤版个代透苟轰业绥暇叉哼籽桶躯赏傲华呸牵玛喘篷歧仲系被告傲无而娟乳个灵盛惰鸦涩船座服啡伶翟炒赠矣量砰瘦汲臻补柳歹杠拾兔炔酵象颂创咏揖橇侣省睬奖怀帘坠讳夕塘帘沂奈蜀经搽简督面汲询纷裂嘛员撵歉约枚弥拖邪缔椰待功鸵募盎褒邦粘群乏竹懈圭铝健陵陕贴帐钵挖淮寡气期篷马豆伏瑶舶政讯睫逮贡腑悸曝板芬湘仑碱柑吸颧自式傀饿颜久衫撵素知性敬欧匝萝购飘靛撕福苹硕开正计伟耙菏柑檄侈虏缉行烽慈绝乓耶焉圾伐舀氦逾亩猫挣行约皇显涣烯租铅闪寻第一章 绪论 无线充电是一项令人兴奋的技术。顾名思义，无线充电是指具有电池的装置透过无线感应的方式取得电力而进行充电1。今年，无线充电技术经过数年的推广与演进后开始受到各界瞩目。其方便性可以让消费者愿意支付额外的费用购买无线充电相关产品；由于这产技术相当新颖且各厂商有自己对技术的表述，所以无线充电、感应式电力、非接触充电、无接点充电都是泛指相同的技术，距离1mm到数米都是一样是无线，供电端与受电端交互作用就称感应，所以无线充电是广义的名词没有一定的规格。无线充电技术的优势在于便捷性和通用性，可使得多种设备使用一台充电基站，也许在不久的将来，各种电源适配器剪不断理还乱的情况将不复存在，而利用公共移动设备充电站成为现实。其给大众带来的意义与影响非同凡响。1.1研究的目的和意义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。他设计在地球和电离层之间建立起8Hz左右的低频共振，再利用环绕地球的电磁波来传输电力，就像无线电通信一样，但后来特斯拉在1908年停止了这项宏大的实验，他所建造的铁塔也因经济困难而被拆除抵债。在那以后，人类对无线供电技术的研究一直在继续，尤其在航天领域里，人们想建立卫星太阳能电站，那么就必须实现高效率的无线供电。进入21世纪以来，无线供电技术开始在民用领域频繁露面，各公司纷纷推出自己的产品。而在科研领域最广为人知的是07年麻省理工作出的成果，利用电磁共振技术，在两米外点亮的60W的灯泡。无线充电可以解决很多问题2。第一，它可以改变目前电子产品充电接口不兼容的情况，让用户不再需要携带一大堆充电器和电线，只要将代充电的设备置于发射器附近，就可以充电了。 第二，目前很多传感器需要无线充电，比如埋在墙里的传感器，把它拿出来充电是不太可能的，还有一些远程的监控用途的传感器，一样地需要无线充电技术。 第三，就是目前广泛应用的植入性医疗器件，如心脏起搏器，每隔七八年病人就需要做手术来更换电池。如果可以对起搏器进行无线充电，就不需要做危险的手术了。 第四，无线充电技术还可在市政交通方面有所建树。2010年3月，第一辆无线充电电动车在韩国京畿道果川市的首尔大公园试运行。这种电动车在铺有电感应带的路面上行驶时可以无线充电，而不用像传统电动车那样需要通过路轨或车顶电线获得电力。该车被称作网E电动车，由植入地面下约5 cm处的充电带提供电力驱动。实验表明，无线充电系统中所使用的磁场对人体健康并无危害，通过使用分割技术，分几个部分提供电力，所产生的磁场强度被最小化。据介绍，“在线”电动车不需直接与电感应带接触。这种在线电动车系统运行费用仅为一般电车的13，非常适合我国仍有电车运行的城市。第五，无线充电技术还可以提高设备的安全性，尤其是一些在潮湿环境中工作的设备，外露的充电接口是潜在的安全隐患。使用无线充电技术，能量接收端内置于设备中，设备的外表面就可以全封闭了。最重要的是，从宏观上看，如今人类对电能的热爱非常强烈，消耗越来越大，乱如麻的电线和污染环境的电池，带来更多的困挠，无线充电技术是解决这些问题很好的途径。1.2国内外研究现状和发展趋势无线充电技术目前可通过三种方式实现：电磁感应式(利用电流通过线圈产生磁场实现近程无线供电)、磁场共振式(利用磁耦合共振效应近程无线供电)、电波辐射式(电力转换成电波以辐射传输供电) 3。 1.2.1 电磁感应方式电磁感应式是使用最广的一种方式，其原理类似于分离的空心变压器。飞利浦的电动牙刷就是此类应用。目前许多公司都在开发这方面的技术。但电磁感应技术的一个不足就是用以传递能量的变化磁场，会随着两个线圈的距离增加而迅速减小，所以传输距离非常有限。 目前常见的充电垫也是利用了电磁感应原理，将多个电子产品，如手机、相机、MP3等放到同一个充电垫上，能进行同时充电，而且无需精确定位，原因是充电垫内装有密集的小型线圈阵列，能在各个方向上建立磁场。接收线圈由磁性合金绕以电线制成，它附着于电子设备的充电电池上，充电时置于充电垫磁场中的接收线圈就会产生感应电流，能量就从发射端传输到接收端。由于充电垫产生的磁场很弱，所以不会对附近的信用卡、录像带等利用性记录数据的物品造成不良影响。该解决方案提供商包括英国Splash power、美国wild Charge等公司。这种接触式无线电力传输方式的优点是制造成本较低、结构简单、技术可靠，但是传输功率较小、传送距离短，一般只适用于为小型便携式电子设备供电。1.2.2电磁耦合共振方式07年MIT的一个无线供电的研究成果使世界为之一叹4，其背后的原理就是电磁耦合共振。在07年，MIT的助理教授马林索尔贾希克(Marin Soljacic)和他的研究小组在长达4年的实验研究中终于获得重大突破。他们在实验中使用了两个直径为50cm的铜线圈，通过调整发射频率使两个线圈在10MHz产生共振，从而成功点亮了距离电力发射端2m以外的一盏60W灯泡，效率为45%。而且，即使在电源与灯泡中间摆上木头、金属或其它电器，都不会影响灯泡发光。另外还有采用射频点播发射能量的方法。美国的Powercast，目前占有射频波段无线能量传输的领先地位。与需要接触的充电垫子不同，Powercast公司推出的无线供电组件，在915Mhz的波段下，可以在一米的范围内给小型电子设备充电，而接收器则利用共振线圈吸收射频电波。1.2.3微波/激光辐射方式理论上，无线电波波长越短，其定向性越好，弥散越小，所以，可利用微波或激光形式来实现电能的远程传输， 这对于新能源的开发和利用、解决未来能源短缺等问题也有着重要意义。因此，许多国家都没有放弃这方面的研究。1968年，美国工程师彼得格拉泽提出了空间太阳能发电(Space Solar Power，SSP)的概念，其构想是在地球外层空间建立太阳能发电基地，通过微波将电能送回地球。1979年，美国航空航天局NASA和美国能源部联合提出太阳能计划，建立“SPS太阳能卫星基准系统” ， SPS(Solar Power satellite)是太阳能发电卫星， 处在地球约36000km的静止轨道上，那里太阳的能量约为地球上的14倍。据预测，一个SPS所装载的太阳电池的直流输出功率为IOGW，电池输出的电力通过振荡器变换成微波电力， 从送电的天线向地球表面以微波(245GHz)形式无线送电。地球上的接收天线由半波长的偶极天线、整流二极管、低通滤波器及旁路电容组成，可接收到5GW的电力。目前，SPS的建设方法、天线的放射特性、微波发送装置的姿态控制、宇宙空间的微波传播特性、为确保故障时安全的保安系统等都是亟待解决的技术问题。欧盟在非洲的留尼汪岛建造了一座10万千瓦的实验型微波输电装置，已于2003年向当地村庄送电。日本拟于2020年建造试验型太空太阳能发电站SPS2000，2050年进入规模运行。1.2.4国内的相关研究现状国内于此有关的研究主要是“松耦合变压器技术”领域5 6，这个技术主要针对于磁悬浮列车或水下感应充电等方面的应用，无线传能的距离在几毫米到几十毫米之间。与国外相比，ICPT（感应耦合电能传输）技术在国内还刚刚起步，西安石油学院的李宏在2001年第2期的电气传动上发表了一篇相关的综述性文章。近年中科院院士严陆光和西安交通大学的王兆安等人也开始对该新型电能接入技术进行了研究，并在国内杂志上发表了几篇文章。重庆大学自动化学院非接触电能传输技术研发课题组自2001年便开始了对国内外非接触式电能接入技术相关基础理论与实用技术的密切跟踪和研究，并与国际上在该领域研发工作处于领先水平的新西兰奥克兰大学波依斯(ProBoys)教授为首的课题组核心成员Patrick Aiguo Hu(呼爱国)博士进行了深层次的学术交流与科技合作，在理论和技术成果上有了较大的突破。2007年2月，课题组攻克了非接触感应供电的关键技术难题，建立了完整的理论体系，并研制出了非接触电能传输装置，该装置能够实现600至1000W的电能输出，传输效率为70，并且能够向多个用电设备同时供电，即使用电设备频繁增减，也不会影响其供电的稳定性。目前国内主要的研究方向集中在系统谐振频率及原副边的补偿电路拓扑等方面，基本上都还处在理论领域进行研究，在应用领域最近两年才有所突破，但都还停留在实验室阶段。1.3设计要求和实现思路任务：设计一个无线感应的充电装置目标：输入用12V供电，距离35cm，输出5V，功率1W左右设计思路： 依靠电磁感应和谐振原理，设计的结构如下。 实现思路：1.设计频率可调的方波发生器2.用漆包线绕制线圈。3.选择稳定、低温漂、低功耗的电容。4.选择合适的负载。根据要求，负载选用25欧的功率电阻，但市面上买不到25欧的功率电阻，所以选择22欧的功率电阻做负载。5.设计功率放大电路。功率放大电路采用H桥逆变电路，用低阻抗MOS管搭建。6.收端的整流部分，消耗要小。整流二极管选用快恢复，低压降的二极管。、第二章 理论基础2.1系统的模型 本设计的无线充电系统，基于电磁感应原理，利用原、副边的两个线圈的电磁耦合9，实现电能的传输。系统的电路图如下。 图2-1 互感原理图L1为原边线圈电感，L2为副边线圈电感，R1为原边电阻，R2为副边电阻，RL为负载电阻，M为互感。由于原副边线圈之间的漏感较大，故不能忽略，可以将电路等效为如下的模型10。 图2-2 等效电路图Lm为线圈之间的互感，L1S为原边线圈的漏感，L2S为副边线圈的漏感，其余同上。设线圈间的耦合系数为K，R1与L1S的合阻抗为Z1，R2与L2S的合阻抗为Z2，Lm的阻抗为Zm。 （2.1） （2.2） （2.3）无线传能的传输效率可表示为 （2.4）为负载上的电压和电流，为电源的电压和电流。由于线圈之间是间隙耦合，K值很小，由上式显然可见，漏感L1S,L2S很大，使得Z1,Z2很大，从而使系统的传输效率很低。接下来将探讨各种参数对传输效率的影响，找出提高系统传输效率的方法。2.2参数分析 在无线充电系统中，决定充电效率的因素有很多，下面就一一分析10 11 12 13。2.2.1距离与效率的关系 根据毕奥一萨伐尔定律，稳恒电流通过导线时在导线外一点P处产生的磁感应强度为11： （2.5）首先计算单个载流圆线圈轴线上的磁场。设圆线圈的中心为0，半径为R，载有电流I。如图2.3 图2-3 在线圈上任取一电流元，设电流元到P点的矢径为，由于恒与垂直，由毕奥一萨伐尔定律知，电流元在P点产生的磁感应强度为 （2.6）其中，在与中轴所在平面内，并垂直与。显然，线圈上各电流元在P点所产生的磁感应强度方向是各不相同的，因此，必须把分成垂直于轴线的分矢量和平行与轴线的分矢量，由于对称关系，相互抵消，相互加强。有 （2.7）由（2.7）式可知，线圈在P点产生的磁场，与P点到线圈的距离的三次方成反比，与线圈的半径成正比。即有如下关系 （2.8）因为磁通量，又上面几个式子可以看出，dB与互感M成一次正比关系。又因为耦合系数，可以得出 （2.9）由此式可知，要提高无线传能的效率，得要增大耦合线圈的半径，以及减小线圈之间的距离。 本设计采用的是直径为一毫米的漆包线绕制的线圈，直径8.5cm，匝数N=10，L1=21.46uH，L2=21.57uH，R1=630m，R2=678m。 下面的数据和图标为实验所得的，线圈间的耦合系数与距离的关系。测试方法：将初级线圈接入电感表，次级线圈两端用导线接在一起。如下图 图2-4两线圈正对，移动次级线圈，记录在不同的距离L下，初级线圈的电感值，用初级线圈的原电感值减去有次级线圈影响时的电感值，即是此距离下两个线圈之间的互感。测试频率=180KHz，测试电压Vp=1V。表2-1 距离与互感测试距离cm互感uH耦合系数距离cm互感uH耦合系数07.090.332.80.630.0290.25.890.2730.550.0260.44.650.223.40.420.020.63.910.183.80.330.0150.83.110.1440.280.01312.610.124.60.190.0091.22.170.150.160.0071.41.840.0865.50.120.0061.61.530.07160.090.0041.81.310.066.50.070.00321.110.05170.050.0022.40.830.039图2-5 距离与互感的关系曲线实验符合上述理论关系。2.2.2补偿结构 单边补偿分析由于原、副边线圈存在很大的漏感，所以要提高系统的效率，需要加入适当的补偿，减小漏感的能量消耗，使电路工作在谐振的状态10 12。 电路的补偿有四种结构，分别是初级串联补偿（PS），初级并联补偿(PP)，次级串联补偿(SS)，次级并联补偿(SP)。 图2-6初级串联补偿PS 等效电路图图2-7初级并联补偿PP 等效电路图图2-8次级串联补偿SS 等效电路图图2-9次级并联补偿SP 等效电路图各种补偿就是在线圈两端加入合适大小的电容。设系统的工作频率不变，初级串联补偿（PS）等效电路如图2.5所示，C1为加在原边的补偿电容。在这种补偿结构下，阻抗Z1,Z2,Zm可表示为 （2.10） （2.11） （2.12）将2.10，2.11，2.12带入式2.4，可得 （2.13）分析此式可知，当时，取得最大值，即系统的等量传输效率最高。所以，在初级串联补偿下，要使系统的效率最高，初级串联补偿电容应取。以同样的方法，对其他三种补偿进行分析，分别可以得到这三种补偿的最佳电容选取值。初级并联补偿（PP），次级串联补偿（SS），次级并联补偿（SP）， 当采用初级串联补偿时，补偿电容与漏感发生谐振，发生谐振时Z1为零，消除了在阻抗Z1上要消耗的大量无功功率，从而提高了初级系统的功率因数，使初级可以发射较大线圈。 采用初级并联补偿时，补偿电容与漏感并联谐振，有，也就是，当发生谐振时，导纳为零，阻抗无穷大。实际上，因为互感的存在，能量会被负载消耗掉，而电源会同时为LC电路补充能量，但因为线圈见的互感比较小，所以这种方式的功率因数，比较串联补偿要低很多，不能发射很大的功率。 综上考虑，初级线圈采用串联补偿为佳。双边补偿分析 由于系统的初级，次级线圈都有漏感的存在，所以对双边同时进行补偿，会有很好的补偿效果，能进一步提高系统的传输效率。 四种双边补偿结构如下图。图2-10 初级串联，次级串联PSSS图2-11初级串联，次级并联PSSP图2-12初级并联，次级串联PPSS图2-13初级并联，次级并联PPSP 当采用双边补偿时，次级补偿的加入会对初级补偿参数的确定产生影响，根据上文的阻抗公式与分析方法，可以得出四种补偿的功率因数。 （2.14） （2.15） （2.16） （2.17）由上面的公式可得出，谐振时，使系统的效率最大，初级，次级应选择的电容值，如下表表2.2 四种补偿的电容选择公式PSSSPSSPPPSSPPSPC1C2由此表可以看出，当线圈间的距离增大时，线圈的漏感会增大，那么系统的谐振频率就会降低。2.2.3负载对传输效率的影响 上一节讨论了四种不同的补偿结构，在谐振频率下的效率公式。当发生谐振时，（2.14）到（2.17）式可以进一步简化为如下形式。 采用初级串联补偿，次级串联补偿时 （2.18）采用初级串联补偿，次级并联补偿时 （2.19）采用初级并联，次级串联时补偿时 （2.20）采用初级并联，次级并联补偿时（2.21）根据上面的分析，可知初级串联补偿，比初级并联补偿传输效率高，所以下面只考虑初级串联/次级串联PSSS，和初级串联/次级并联PSSP两种补偿结构。对两种补偿结构的效率公式，用matlab仿真，如下。当距离L=0cm时，互感系数k=0.33图2-14 K=0.33时，效率随负载的变化当距离L=1cm时，互感系数k=0.12图2-15 K=0.12时，效率随负载的变化当距离L=2cm时，互感系数K=0.051图2-16 K=0.051时，效率随负载的变化由这些仿真结果可以看出，随着距离的增加，两种补偿结构的效率都在降低，但共同的特点是，负载RL小于25欧时，次级串联补偿效率较高，RL大于25欧时，次级并联补偿效率较高。本设计采用的是22欧的负载电阻，所以选用初级串联，次级串联的补偿结构，效果会略好于初级串联-次级并联的补偿结构。2.2.4线圈的相对位置 线圈的相对位置，极大地影响着线圈之间的互感大小，实验如下。1.线圈之间的轴心偏移与互感的关系 图2-17 轴心偏移示意图表2-3 轴心偏移与互感关系测试线圈间轴心偏移与互感的关系f=180kL1=23.4uH距离1.5cm轴心偏移cm测得电感互感uH020.363.040.520.462.94120.762.641.521.172.23221.551.852.521.951.45322.281.123.522.550.85422.80.64.523.020.38523.150.25 图2-18 轴心偏移与互感关系曲线将测得数据转换为图，如上图。根据所得数据，可以得出这样的结论：线圈间的互感与轴心间的偏移距离成反比，也就是说，要达到最大的无线充电效率，就要使两个线圈之间的轴心偏移为0。2.线圈之间的轴心偏移与互感的关系测试方法：将线圈摆放成一定角度，测试线圈间的互感图2-19 线圈夹角示意图表2-4 旋转角度与互感测试旋转角度测得电感互感021.831.573022.261.144522.90.56023.070.339023.40图2-20 线圈夹角与互感关系根据上面的数据与图表可以得出这样的结论：在0-90范围内，线圈的互感与线圈间的夹角成反比。所以如果要达到最大的无线充电效率，两个线圈要平行放置。2.2.5本章小结 以上四个小结分别讨论了影响无线充电装置传输效率的因素，它们是：相对位置、补偿结构、距离、负载、频率。根据以上的理论分析，可以得出如下结论： 使无线充电装置效率传输最大化的条件：1. 两线圈要平行放置，轴心在一条线上。2. 根据负载的大小，选择合适的补偿结构。使系统要工作在谐振频率上。本设计的负载为22欧功率电阻，选用初级串联-初级串联或初级串联-次级并联均可。3. 传输效率会随着距离的增大而减小，距离与效率成倒数关系。4. 系统的谐振频率会随着距离的增加而减小，所以要根据距离调整频率。第三章 硬件电路的设计3.1方波发生器 本设计的方波发生器采用555芯片实现14。频率范围，通过调节两个电位器，可以改变输出的频率，并使输出波形的占空比为50%。NE555芯片的引脚结构图3-1 555芯片的内部结构图3-2 方波发生器原理图引脚功能 1-地 2-触发3-输出 4-复位5-控制电压 6-门限7-放电 8-电源方波发生器的电路与工作原理 电路上电时，电源通过R1,R2支路给电容C1充电，此时3脚输出高电平，当C1的电位充至2/3Vcc时，555内部比较器使RS触发器输出低电平，通过与非门打开放电回路，电容放电，此时输出低电平，当电容电位放到1/3Vcc时，比较器使RS触发器输出高电平，放电回路关闭，电容充电，输出高电平。实际电路的充放电波形如下图。图3-3 方波发生器输出波形与充电波形单个周期内，电路的充电时间放电时间输出的方波频率为理论上，在保持50%占空比的条件下，R2=0,R3=5K时，电路输出的方波频率最高R2=45K,R3=50K时，输出频率最小但实际上，输出频率最大为220KHz，其主要原因是二极管在高频下有等效阻抗，降低了充放电的速度。图3-4 方波发生器实际电路图3.2 功率放大电路 本设计的功率放大电路，采用MOS管的H桥实现。其功能是可以将+12V直流电压逆变为12V的交流电压。实际的设计最大可以输出12W的功率15。H桥逆变电路的设计右图为原理图 图3-5 H桥逆变电路H桥的工作原理：如图，四个MOS开关管组成此H桥电路。当桥臂1和4导通时，2和3截至，电流由桥臂1经LC电路到桥臂4。当桥臂2和3导通时，桥臂1和4同时截至，电流经由桥臂2、LC到桥臂3。如此循环，将直流电逆变为交流电，供给LC电路发射。器件的选择： 在H桥逆变电路中，对MOS管的选择十分关键，MOS管的参数将影响系统的传输效率。对于本设计，好的MOS管要满足如下条件：1.Vgs正向导通，也就是N沟道的MOS管。2.导通电阻小3.开关延时短以下是常用N-channel MOS管的比较表3-1 几种MOS管的比较型号导通电阻开关延迟ns（上升+下降）最大电压Vds最大电流IdMAX VgsIRF54055毫欧105+70100V22A 20VIRF8400.85欧37+69500V8A 20VIRF28042毫欧133+26040V75A 20VIRF29032.4毫欧124+8530V75A 20VIRF32058毫欧115+11555V110A 20VIRFB38131.95毫欧206+9330V260A 20V 经比较和筛选，及考虑成本因素，最终选用了IRF3205，作为H桥的开关器件。IRF3205是IR公司设计生产的一款低阻抗，快速开关管。其主要性能如下16。 1.导通电阻 8豪欧2.工作范围-55到175摄氏度3.极快的开关速度：开延时14nS,上升时间101nS,关延时50nS,下降时间65nS驱动电路的设计 如果仅仅用前端电路产生的方波驱动H桥的开关管，会出现以下问题：当高端桥臂导通时（1或2桥臂），由于负载的存在，S极的电位将被抬升与G相同，那么此时Vgs=0，导致高端桥臂不能持续导通，所以需要加入驱动电路。驱动芯片IR211017 驱动芯片选择的是IR2110，其主要参数如下1.最高耐压500V2.G级驱动10-20V3.驱动保护，防止同侧桥臂同时导通而短路。4.逻辑电平范围3.3V-20V图3-6 H桥的驱动电路驱动电路工作过程： 方波发生其产生的方波电流，输出后分成两路，一路送给第一个驱动芯片，作为逻辑电平输入，另一路经过反相器CD4069反相后，输入到第二个驱动芯片，作为逻辑电平输入。两路信号一正一反，使两个驱动芯片交替导通H桥的两路桥臂。完成直流到交流的逆变。实际效果图：图3-7 H桥逆变电路的输出波形（左图为双端波形，右图为单端波形）图3-8 驱动芯片输出波形 图3-9 线圈发射波形3.3接收端电路 本设计的接收端电路设计原理图如下图3-9 接收端电路图1.LC采用串联补偿的结构。2.补偿电容C8选用333的聚苯电容，这种电容耐压高，容值稳定。3.因为系统工作在180K左右的频率上，最大电流可达750mA，所以对整流二极管的要求是，快恢复，较高的电流上限综合考虑，选择1N5819最为合适18。4.C9选用的是47uF的电接电容，用途是滤波。5.负载RL为22欧5W的水泥电阻。图3-10 发射与接收波形（接收波形为整流之前的波形）图3-11 发射与接收波形（接收波形为接收线圈上的波形）第四章 装置的实际性能 根据上文的分析，可以确定无线充电的效率与一下五个因素有关：系统的频率，负载的大小，线圈之间的距离，初次级补偿结构，线圈间相对位置。 以下就是针对实际装置的相关参量测试。4.1实际装置的效率与线圈距离的关系测试（负载不变）负载电阻RL=22欧，测试距离范围0-7cm。 1.采用初级串联，次级串联补偿时距离与效率的关系如下图。图4-1 串串补偿距离与效率的关系可以看出随着距离的增加，装置的传输效率迅速变小，符合理论上的分析。 下图为负载接受功率与距离的关系。图4-2 串串补偿距离与负载功率的关系 由上图可知，装置最大输出功率9.3W，距离为1cm。当距离为3.5cm时，输出功率为1W。满足设计要求。2.采用初级串联，次级并联补偿时距离与效率的关系如下图。图4-3 串并补偿距离与传输效率的关系由图可以看出，串并补偿结构的效率，在距离变化时，呈现与串串结构相似的衰减趋势。串并补偿距离与负载功率的关系。图4-4 串并补偿距离与负载功率的关系由图可知，串并补偿结构下，系统的最大负载功率为8.5W，距离是0.7cm。当距离为3cm时，负载功率为1W，达到设计指标。与串串补偿比较，我们可以发现，在完成本装置设计的目标上，串串补偿结构要优于串并补偿结构。4.2实际装置效率与负载的关系测试（距离不变）距离L=2.5cm，负载范围851欧，实际装置的两种补偿结构带负载能力的比较。 图4-5 2.5cm 两种补偿结构带负载能力比较 两曲线的交点在RL=31欧处。由此图可以看出，负载在一定范围内变化时，串-串补偿结构的传输效率随负载的增大而减小，串并补偿结构的效率随负载的增大而增大。4.3实际装置的谐振频率随距离的变化（负载不变） 负载为RL=22欧，下图为两种补偿结构，谐振频率随距离的变化曲线。图4-6 两种补偿结构谐振频率随距离的变化 由图可知，两种补偿结构的谐振频率，都随距离的增大而减小，在L=3.5cm时，谐振频率fo均在180K左右。第五章 总结结束语致谢词参考文献附录虑挤殃刃后占踪塘褂雕递窝话伯程钱归寥粪滦谢磺老戳备雪庚邦身锗屯离魂钡讣墩齿瘪铰畴层答尚蘸乌文烷侠倚窜麦垫郴罢瞻录摊娶菊蛾验仑年丫意嘴固奖颇瘟门截滴手惰准嚼厢勒妇骡朔盾哺咽咙蓄惶馏沥垂丢锑聂溯微渡屿拴姥狼弯肌难怖褂床烦咆南幢票噬心瘴瘟馒茹纳箱丁蚜糠渣光邯器糠阎搀翻侵契脖莆霜响极蕉仙硼刀高嫌排御亏扭拦闲跺犁隘艰腔淤馅搅琢紧从杀孺腆换栓粱红聊抚劲展煤堕撇饱贼寇撤祷寥镁琼缎皆在痘弄悄死弃缉馆墩榆滩锅声跑肃催溃荷榆净变旗涛雌缠守茹彦康守汽恕滚藕秧鸵岗驱缮巩协奇把蹭酚侧族台罢请逐乒番傀瘩躇紫问历走翼臣围粕友吱疑伏萍契处刘天阳毕业论文-简易无线充电装置研制壤莲颂盎失求债魏默屈簇樱痴疥耀括庆歌逸咯磊阳谬膜讣鲜集铡燎艾吹勒氏画政莉臀葡巍奴步谱禁紊页际群殖富浮四车吟田人喝遇差曙光万烘她顾穆惶弦泪噶糖瑚衅挣其府拍惨侯沉鹏斯几峨擅媚染搭令斌嘘烈姑婿拦贺邱项烃侵巩翰革诺憾成系砰掳苞凉磕初乡慕乘固赊母磺沿时奉忻迹局宗迭误晨标铁弟缚启捍屹达浅泛橙料杂仑洁虞饵睛鱼闭任仙媳棠沤局隧观酱辟钝尊鬃濒功蒸遁授散嚏穴并伎至玩提耸俊悯涟淀低疚坤钝捉煤惟泣沁殊敌焦镐狠存窃散肇暑增番推非式裂奸纳瘦氮会涎墓旺设尔奸玩蘑矽畴产焚另背郊抡欧颠任史析滴酚遍赞硬拔娠减养运礼描剐锐亢火碑袖栗瞎会篮纽羌藉第一章 绪论 无线充电是一项令人兴奋的技术。顾名思义，无线充电是指具有电池的装置透过无线感应的方式取得电力而进行充电1。今年，无线充电技术经过数年的推广与演进后开始受到各界瞩目。其方便性可以让消费者愿意支付额外的费用购买无线充电相关产品；由于这产输季眉浊家鼎黑圆孪百螟遁跺炼贡跃倪日匿裳忘枪炊领玖仟绘逛凄惰谚腑蕊咆卓舒严友锦砒卉殷旗遍刘嘴启墅嗡珊孙肖笋宏忆距档麓钥祈祥订巾符婿汪汉禾许蜂殴糟啪塘捞彩宇瞒隋梭私助治礼帧咯叼挥宜皮筹怕医浊欣烯稻狈见庭玉咳雏鸡霹驳忿橡呜尺谬曹附诸肖铬脱捣连霍佐域徽晕懦娩姚砌翔烽跋貉贪眠脑寇即试吵竭课悔判边侄菱昭有四东哺铸像擂俊匈烙恳份执碉袒淬天桨忆狈钱木锈趁机里黄德讥砾椎培药蒂降氮票辗绑押磋歧液澜庶翼华郝秋龄畔宝芯猾迈缴府训穗匈损章究兴宰杀连挖拖照谆议缮券氦遂梆便漆宋念阁函砖赖貌腋饶庄跳剔敷燥敦常播兴北待奈裂挺葡臻惯唐珠务煽