无线电能传输装置的设计

吕婧楠 贾婷 许芸梦 沈阳工学院信息与控制学院

无线传输电系统给可充电电池充电。从无线电路传输的原理上看，电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播，要产生电磁波首先要有电磁振荡，电磁波的频率越高其向空间辐射能力的强度就越大，电磁振荡的频率至少要高于100KHZ，才有足够的电磁辐射。

发射电路设计：直流电源向此电路提供一合适的直流电压便可启动，加上电源后，由于两个晶体管的特性有所差异，故假设Q1先导通，此时电感线圈产生感应电动势，然后由一组线圈反馈回来，使Q1一直导通，Q2截止，直到电感磁芯饱和，此时电动势为零，导通Q1截止，电动势反向，便Q2导通。双管推挽电流馈电，逆变振荡器产生正弦信号，并用线圈将能量发送出去，即完成发送电路功能。发射电路原理图如图1所示。

图1 发射电路原理图

接收电路设计：发射LA、接收L线圈、通过电容调谐后固有频率达到一致，为fr。由于是高频传输（1～20M），其中心频率等于线圈LA、L的固有频率fr，最后L线圈通入频率为fr的正弦波，系统产生共振，向负载传输能量。经全桥整流后滤波后输出直流电源和限流推动发光二极管显示。

在接收电路中，选用了全波整流电路，全波整流变压器输出功率的利用率为100%，输出直流电压中的纹波较低。选择输出整流二极管时不仅要考虑耐压值要合适，还要满足开关特性好、反向恢复时间短的快恢复二极管；电容的选取不仅参考其电容值，还要考虑其耐压值要高。接收模块电路原理图如图2所示。

图2 接收模块电路原理图

测试数据：当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≥8V，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，能够达到35厘米左右的距离。

（1）在发射端输入800HZ单音信号时，测试在8欧姆电阻负载上，接收端输出的电压有效值；

（2）在发射端输入800HZ单音信号时，减少发射端的输入信号为0V（即挡住红外线的传播路径），用低频毫伏表测量此时输出端的噪声电压。

结果分析：由于实验室提供的能够模仿音频信号的且能方便测量的信号只有正弦信号，所以我们用一款比较差点的信号发生器产生信号，然后进行测量，会有误差，但发现误差并不大。

结论:由于系统架构设计合理，功能电路实现较好，通信性能优良、稳定，较好地达到了题目要求的基本要求以及部分发挥要求。

（1）传输距离达两米，还原出的音频信号无明显失真；

（2）单音频信号输入时，输出电压的有效值大于0.4V，噪声电压小于0.1V；

（3）指示灯能表明信号的有无；

（4）能实现中继转发，通信方向改变90度，可继续传输信号，且无明显失真。

[1]杨素行.模拟电子技术.北京：高等教育出版社，2006年；

[2]樊昌信.通信原理.北京：国防工业出版社，2006年；

[3]曾光宇.光电检测技术.北京：清华大学出版社，2009年；

[4]张记龙.光电信息技术与应用.北京：国防工业出版社，2008年；