电磁感应技术之无线电传输.doc

电磁感应技术之无线电能传输 学院：自动化工程学院 专业：电气工程及其自动化 姓名：张建文 第1章 无线充电技术基本概念 1.1 无线充电技术的基本原理 无线充电技术（Wireless charging technology；Wireless charge technology ） 无线充电技术源于无线电力输送技术， 1.2 电磁感应式充电的基本原理及应用 基本原理：在初级线圈通入一定频率的交流电源，通过电磁感应原理将会在次级线圈产生一定的电流，从而实现了将能量从发射端传递到接收端。 电磁感应式充电的原理图如下图： 图1.1 电磁感应式无线充电原理图 第2章 硬件系统设计 2.1 系统的整体框图及总体描述 整个系统的具体框图如图2.1所示，整个系统的硬件电路主要包括电源管理模块、高频振荡电路模块、高频发射电路模块、高频接收电路模块、整流转换电路模块和充电电路即负载模块等。 图2.1 结构框图 要实现无线电能的传输，只有通过线圈才能将交流信号从发射单元传递到接收单元，而且理论证明，频率越高，传递的能量和效率越高。因此，此处通过使用高频振荡电路来产生所需要的高频信号。但高频振荡电路产生的只是起信号作用，无线充电需要传递的是能量，所以还需要将信号放大即功率放大。高频功率放大电路目的就是放大传递的功率，此处用的是功率管IRF540。通过IRF540的通断来切换直流电源的通断，由此加在发射线圈的便是有电源模块产生的高频信号，即能量来自电源，从而实现了高频功率的放大。当初级线圈获得高频交流信号后，发射线圈与接收线圈之间便会建立起一个变化的磁场，由电磁感应原理则次级高频接收线圈将产生同样的高频信号。次级线圈获得的能量及电压幅值由电源电压，高频振荡频率，发射线圈与接收线圈匝数，以及发射线圈和接收线圈之间的距离相对位置共同来决定的。次级获得的交流信号是不能直接加到负载上的，要经过整流稳压后才能接到负载上，整流桥必须有快恢复二极管组成，因为传递过来的是高频信号，普通二极管由于其反向恢复时间过大而不能满足要求，然后经过稳压芯片的稳压获得稳定的电压输出，后面接入负载，电路方可正常的工作。 2.2 高频振荡电路模块 2.2.1 振荡器原理 在正弦波振荡电路中，要想能够产生振荡，通常需要两个条件：一是要有正反馈，通过正反馈信号来取代输入信号；二是要有外加的滤波器即选频网络，通过选频网络滤出自己所需要的振荡频率来。 通常可以将正弦振荡电路分解为图3.2所示的方框图。上面一个方框图为放大电路，下面一个方框为正反馈网络，并且由图可知反馈极性为正。当输入量为零时，净输入量就等于反馈量。工作时，由于电磁干扰（如合闸通电），电路将产生一个幅值很小的输入量，这个输入量一般会含有丰富的正弦信号。而输入量会在选频网络的作用下只留下频率为f0的正弦信号通过，其他信号则无法通过，那么输出信号 图2.2 正弦波振荡电路的方框图 虽然是正反馈，但输出不会无限制增大的。当输出达到一定幅值时，由于晶体管本身的非线性特性，正弦波幅值将会变化的越来越小，直到达到某一特定幅值。因此，不会一直增大的，当增大到某一数值时，电路便达到了动态平衡。这时输出量通过正反馈网络产生反馈量作为放大电路的输入信号，而输入量又通过放大电路维持着输出量，写成表达式为 由上式可知正弦波振荡的平衡条件为 将其写成模与相角的形式为 且 上面两式分别为幅值平衡条件和相位平衡条件。为了保证使输出量在合闸后产生一个幅值逐渐变大直至达到稳定的正弦信号，电路的起振条件为 振荡系统会把除频率以外的其它输出量都逐渐衰减为零，因此输出量为的正弦波。 采用有源晶振构成高频振荡器，电路原理图如下图所示。在此处先介绍一下有源晶振与无源晶振区别。在电子学上，通常将有晶体管构成的电路称为有源电路。而仅有阻容性原件电阻电容等器件组成的电路称为无源电路。识别有源晶振与无源晶振时，名称上有源晶振称作oscillator而无源晶振通常称为crytal，拿到起器件后，可以很方便的区别出来，无源晶振通常只有两个管脚，需要通过外接