基于無線電傳輸?shù)难芯?/h1>
2018-08-11 03:34:00梁帥姚博嚴(yán)沈文富曹亞杰安思彤山西省朔州市朔城區(qū)長寧街中北大學(xué)
數(shù)碼世界 2018年7期
梁帥 姚博嚴(yán) 沈文富 曹亞杰 安思彤 山西省朔州市朔城區(qū)長寧街中北大學(xué)
引言：磁諧振耦合無線電能傳輸技術(shù)的理論基礎(chǔ)是“耦合模理論”。假如能量發(fā)射裝置與接收裝置的諧振頻率相同，并且激發(fā)發(fā)射器在這個特定的諧振頻率下產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)接收裝置靠近發(fā)射裝置時，也會產(chǎn)生自諧振，接收裝置不斷集聚能量并傳給負(fù)載，這樣就可以實現(xiàn)了電能的無線傳輸。通過兩路方波驅(qū)動全橋逆變電路使線圈兩端產(chǎn)生正弦波，通過改變線圈匝數(shù)和精調(diào)電容就可以使發(fā)射端與接收端達(dá)到完全諧振。
1 系統(tǒng)構(gòu)造及其制作
在制作發(fā)射端過程中，出于波形和精確控制考慮，采用msp430f149單片機(jī)效果將會更好，其包含12位A/D，精密模擬比較器，硬件乘法器，2組頻率可達(dá)8MHZ 的時鐘模塊，2個帶有大量捕獲/比較寄存器的16位定時器，數(shù)十個可實現(xiàn)方向設(shè)置及中斷功能的并行輸入、輸出端口等。可同時輸出兩路方波，頻率占空比和死區(qū)時間可精確調(diào)節(jié)，輸出波形完整，且經(jīng)過編程設(shè)計，可通過按鍵直接控制波形輸出，操作簡便靈活。另外我們采用IR2110驅(qū)動芯片，該芯片成本低，驅(qū)動能力強(qiáng)，芯片體積小，易于調(diào)試，同時該芯片有14個引腳，具有獨立的高、低端輸入通道，導(dǎo)通、關(guān)斷均非常小；圖騰柱輸出峰值電流2A，懸浮電源采取自舉電路，靜態(tài)功耗非常小，而且工作頻率高。在逆變模塊，我們選擇全橋逆變，它相當(dāng)于兩個半橋驅(qū)動電路，采用四個開關(guān)管，用兩個2110控制輪流導(dǎo)通，輸出極值為VCC的正弦波，這樣可將功率放大到最大。并且使用肖特基二極管1N5819組成全橋整流，可以非常大的提高正弦波的利用率。
驅(qū)動芯片IR2110的參數(shù)
接收過程中，在線圈方面，我們采用螺旋狀線圈，相比平面線圈傳輸距離更遠(yuǎn)，此外，要合理設(shè)置PWM 開關(guān)頻率和占空比調(diào)節(jié)范圍，并且PWM 的占空比不能達(dá)到100%，否則無法給自舉電容充電，也就無法自舉驅(qū)動。通過實驗自舉電容和自舉二極管的選擇應(yīng)考慮以下幾點：自舉電容的選擇與PWM 的頻率有關(guān)，頻率高時自舉電容就應(yīng)該選擇小一點的；盡量使自舉回路上不經(jīng)過大阻抗負(fù)載，這樣就要為自舉電容充電提供快速充電通路；此外為了減少電荷損失我們應(yīng)盡量選用漏電流小的快恢復(fù)二極管(高頻)，這樣當(dāng)發(fā)射和接收端都達(dá)到相同諧振頻率時即可實現(xiàn)能量的最大傳輸。
調(diào)試過程中如若將單片機(jī)的波通到驅(qū)動電路中后，兩個驅(qū)動芯片發(fā)燙，高端輸出波形不對，低端波形可以，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)輸出波形的最大值為2～3V，則可能是波幅值太低，帶不動驅(qū)動芯片，所以我們可以在單片機(jī)后加了一個2110驅(qū)動電路，先把波進(jìn)行放大在輸出驅(qū)動電路中，待芯片不發(fā)燙，高端輸出波形正常，問題就得到了完美的解決；在調(diào)試線圈的過程中我們發(fā)現(xiàn)，該裝置的最佳傳輸距離與發(fā)射端線圈的扎數(shù)有一定的關(guān)系，一定范圍內(nèi)，線圈扎數(shù)越多，最佳傳輸距離就越遠(yuǎn)。
發(fā)射線圈層數(shù)對應(yīng)的最佳傳輸距離
2 結(jié)束語
科學(xué)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶動人們提高了生活水平，隨之在人們?nèi)粘Ｉ钪须娖饕簿驮絹碓蕉啵纱?，人們對電的需求越來越大同時對電的要求也越來越高，而無線電能傳輸技術(shù)就可以提高設(shè)備供電的可靠性、便捷性和安全性從而滿足這一需求。無線電能傳輸解決了傳統(tǒng)電能傳輸?shù)拇箅娔艽鎯蛡鬏敳牧系膯栴}，因此具有非常大的社會應(yīng)用價值和市場前景。
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1 系統(tǒng)構(gòu)造及其制作
在制作發(fā)射端過程中，出于波形和精確控制考慮，采用msp430f149單片機(jī)效果將會更好，其包含12位A/D，精密模擬比較器，硬件乘法器，2組頻率可達(dá)8MHZ 的時鐘模塊，2個帶有大量捕獲/比較寄存器的16位定時器，數(shù)十個可實現(xiàn)方向設(shè)置及中斷功能的并行輸入、輸出端口等。可同時輸出兩路方波，頻率占空比和死區(qū)時間可精確調(diào)節(jié)，輸出波形完整，且經(jīng)過編程設(shè)計，可通過按鍵直接控制波形輸出，操作簡便靈活。另外我們采用IR2110驅(qū)動芯片，該芯片成本低，驅(qū)動能力強(qiáng)，芯片體積小，易于調(diào)試，同時該芯片有14個引腳，具有獨立的高、低端輸入通道，導(dǎo)通、關(guān)斷均非常小；圖騰柱輸出峰值電流2A，懸浮電源采取自舉電路，靜態(tài)功耗非常小，而且工作頻率高。在逆變模塊，我們選擇全橋逆變，它相當(dāng)于兩個半橋驅(qū)動電路，采用四個開關(guān)管，用兩個2110控制輪流導(dǎo)通，輸出極值為VCC的正弦波，這樣可將功率放大到最大。并且使用肖特基二極管1N5819組成全橋整流，可以非常大的提高正弦波的利用率。
驅(qū)動芯片IR2110的參數(shù)
接收過程中，在線圈方面，我們采用螺旋狀線圈，相比平面線圈傳輸距離更遠(yuǎn)，此外，要合理設(shè)置PWM 開關(guān)頻率和占空比調(diào)節(jié)范圍，并且PWM 的占空比不能達(dá)到100%，否則無法給自舉電容充電，也就無法自舉驅(qū)動。通過實驗自舉電容和自舉二極管的選擇應(yīng)考慮以下幾點：自舉電容的選擇與PWM 的頻率有關(guān)，頻率高時自舉電容就應(yīng)該選擇小一點的；盡量使自舉回路上不經(jīng)過大阻抗負(fù)載，這樣就要為自舉電容充電提供快速充電通路；此外為了減少電荷損失我們應(yīng)盡量選用漏電流小的快恢復(fù)二極管(高頻)，這樣當(dāng)發(fā)射和接收端都達(dá)到相同諧振頻率時即可實現(xiàn)能量的最大傳輸。
調(diào)試過程中如若將單片機(jī)的波通到驅(qū)動電路中后，兩個驅(qū)動芯片發(fā)燙，高端輸出波形不對，低端波形可以，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)輸出波形的最大值為2～3V，則可能是波幅值太低，帶不動驅(qū)動芯片，所以我們可以在單片機(jī)后加了一個2110驅(qū)動電路，先把波進(jìn)行放大在輸出驅(qū)動電路中，待芯片不發(fā)燙，高端輸出波形正常，問題就得到了完美的解決；在調(diào)試線圈的過程中我們發(fā)現(xiàn)，該裝置的最佳傳輸距離與發(fā)射端線圈的扎數(shù)有一定的關(guān)系，一定范圍內(nèi)，線圈扎數(shù)越多，最佳傳輸距離就越遠(yuǎn)。
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2 結(jié)束語
科學(xué)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶動人們提高了生活水平，隨之在人們?nèi)粘Ｉ钪须娖饕簿驮絹碓蕉啵纱?，人們對電的需求越來越大同時對電的要求也越來越高，而無線電能傳輸技術(shù)就可以提高設(shè)備供電的可靠性、便捷性和安全性從而滿足這一需求。無線電能傳輸解決了傳統(tǒng)電能傳輸?shù)拇箅娔艽鎯蛡鬏敳牧系膯栴}，因此具有非常大的社會應(yīng)用價值和市場前景。
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