杜奕飛簡易無線電臺燈設(shè)計(3)

1、遼寧工程技術(shù)大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計課程設(shè)計名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計 題 目： 簡易無線供電臺燈 學(xué) 期：2016-2017學(xué)年第2學(xué)期 專 業(yè)： 礦業(yè)技術(shù)學(xué)院自動化專業(yè) 班 級： 自中職15-2 姓 名： 杜奕飛 學(xué) 號： 1526560202 指導(dǎo)教師： 陳忠華 遼寧工程技術(shù)大學(xué)課 程 設(shè) 計 成 績 評 定 表評定標(biāo)準(zhǔn)評定指標(biāo)評定標(biāo)準(zhǔn)該項成績畢業(yè)要求指標(biāo)點2.3正確使用文獻(xiàn)分析復(fù)雜電氣工程問題，并獲得有效結(jié)論參數(shù)計算及單元電路的正確性設(shè)計內(nèi)容的合理性結(jié)果評價畢業(yè)要求指標(biāo)3.3掌握電氣工程領(lǐng)域的基本創(chuàng)新方法，在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識設(shè)計方案的可行性設(shè)計的創(chuàng)新性創(chuàng)新意識畢業(yè)要求指標(biāo)：4.3能夠選

2、擇與使用恰當(dāng)?shù)默F(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，解決包括預(yù)測與模擬在內(nèi)的復(fù)雜電氣工程問題，并能夠理解其局限性。仿真或?qū)嶒烌炞C技術(shù)指標(biāo)或性能結(jié)果的正確性畢業(yè)要求指標(biāo)：6.3理解工程倫理的核心理念，了解電氣工程師的職業(yè)性質(zhì)和責(zé)任，在工程實踐中能自覺遵守職業(yè)道德和規(guī)范，具有法律意識設(shè)計態(tài)度與進(jìn)度設(shè)計報告圖表設(shè)計內(nèi)容與文字表達(dá)設(shè)計報告格式與完整性總得分標(biāo)準(zhǔn)說明：以上13個評定標(biāo)準(zhǔn)，每個評定標(biāo)準(zhǔn)5分，總分65分。得分40分以上視為總成績合格?？偝煽?nèi)掌谀?月 日課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目簡易無線供電臺燈二、設(shè)計任務(wù)1. 利用電磁感應(yīng)無線電能傳輸技術(shù)點亮5W的LED臺燈。2. 可調(diào)節(jié)燈的亮和暗。三、設(shè)計計劃電子

3、技術(shù)課程設(shè)計共1周。第1天：選題，查資料；第2天：方案分析比較，確定設(shè)計方案；第34天：電路原理設(shè)計與電路仿真；第5天：編寫整理設(shè)計報告書。四、設(shè)計要求1. 畫出整體電路圖。2. 對所設(shè)計的電路全部或部分進(jìn)行仿真，使之達(dá)到設(shè)計任務(wù)要求。3. 寫出符合設(shè)計格式要求的設(shè)計報告書。指導(dǎo)教師：陳忠華時 間：2017年6月19日摘要1、近年來，由于無線供電技術(shù)廣闊的發(fā)展前景，它又一次引起了人們的關(guān)注。無線供電可以運用于消費電子產(chǎn)品充電、植入式醫(yī)療電子充電、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)充電和無線充電車等方方面面?？梢哉f如果無線充電技術(shù)能夠成熟和普及，那么，他將給人們的生產(chǎn)和生活個個方面帶來巨大的變化。因此，我對無線供電

4、產(chǎn)生了濃厚的興趣，所以就嘗試一下無線供電。2、生活中我們常常會遇到這樣的事：燈光太刺眼，自己視力下降，燈光太暗，看東西費力。所以我想設(shè)計一個簡易的可以根據(jù)人們需要來調(diào)節(jié)亮度的簡易無線臺燈。3無線供電臺燈的出現(xiàn)，是無線供電技術(shù)運用實際的一個體現(xiàn)。我們不用再為臺燈沒插座、線不夠長而煩惱，無線供電臺燈的給生活帶來很大的方便。發(fā)射裝置可以安裝于墻體內(nèi)，節(jié)約了有限的空間。無線供電臺燈技術(shù)也可以運用于水下照明，如金魚罐的水底燈，這樣就不用通過導(dǎo)線連接水底的燈了，增加了美感外，也增加了安全性。還可以用此技術(shù)制作很多奇特的觀賞燈的制作，為我們是生活增加一份新穎。還有市場上此技術(shù)的產(chǎn)品不多，所以完善后的無線供電

5、燈會有較好的經(jīng)濟(jì)實用價值和市場潛力。 關(guān)鍵詞：電磁感應(yīng) 無線供電 臺燈 目 錄1方案論證.12. 綜 述23. 原理及技術(shù)指標(biāo)24. 單元電路設(shè)計及參數(shù)計算45. 仿真66. 設(shè)計小結(jié)87. 參考文獻(xiàn)10一方案論證總的方案是：由AT89S52單片機(jī)作為CPU控制整個電路。無線供電部分通過發(fā)射電路發(fā)射電磁場，接收電路接收電磁場，產(chǎn)生電壓為LED供電。CPU通過電子開關(guān)HCF4066控制無線供電部分電源的通斷。按鍵把信號反饋給單片機(jī)，從而讓單片機(jī)采取行動1、無線供電部分，我采用電磁耦合的方式。電源采用USB線提供5V直流電，由振蕩器產(chǎn)生正弦波形電流，通過初級線圈，再用次級線圈與其進(jìn)行耦合，在次級線

6、圈兩端中就能產(chǎn)生電壓，運用次級線圈產(chǎn)生的電壓給四個高亮LED供電，由于初級線圈和次級線圈可以相隔一定距離，因此可以實現(xiàn)無線供電。2、“燈光想亮則亮”功能的實現(xiàn)：運用51單片機(jī)產(chǎn)生38KHz的方波信號；由單片機(jī)檢測，從而決定是否給無線供電部分提供電源。 二、綜述1、通過框架圖我們可以清晰地了解系統(tǒng)各個部分的功能。從物理上來也可把系統(tǒng)分為發(fā)射電路和接收電路。 2、電源電路直接選用EI型變壓器供電。通過整流橋和三端穩(wěn)壓器7805得到需要的直流+5V電壓。 3、設(shè)計高頻振蕩電路，采用效果較好的CMOS電路六反相器CD4069的晶體振蕩電路或采用高速CMOS電路四與非門74HC00的晶體振蕩電路。 4、

7、功率放大電路的選擇。此電路對輸出波形要求不大，只要波形有足夠的振幅即可。我們采用達(dá)林頓管TIP132或場效應(yīng)管IFR540N設(shè)計功放電路。 5、制作線圈L1、L2。線圈材料采用適當(dāng)粗細(xì)的漆包線。線圈的大小和匝數(shù)據(jù)實際情況而定。接收電路的輸出電壓可以通過L2的匝數(shù)調(diào)整。 6、設(shè)計高頻濾波電路。此電路和普通低頻濾波電路差不多，只是整流二極管要用肖特基二極管或快恢復(fù)二極管，以滿足高頻特性。實際電路我們將用1N4148硅高速開關(guān)二極管。 7、設(shè)計好各子電路后焊接，組裝系統(tǒng)電路。實驗采用洞洞板，為了合理布線、焊接方便，在焊接前也要合理布局元件的分布。 8、通電前仔細(xì)檢查電路，防止焊接錯誤等而導(dǎo)致燒毀元件

8、使實驗失敗。 9、測量輸出電壓，如果輸出電壓太低不能滿足負(fù)載的最低電壓我們可以增加升壓電路。接上負(fù)載測試電路，并總結(jié)改進(jìn)電路。在成功的基礎(chǔ)上努力增加接收效率和接收距離。 10、此外我們了解到現(xiàn)在有一種效率較高的無線供電模塊，專門用于無線供電電路。利用無線供電模塊的方案設(shè)計思路較為簡單。因為它已經(jīng)是集成電路，不用我們自己設(shè)計各個子電路。直接焊接系統(tǒng)。但也有我們要改進(jìn)的地方，如發(fā)射線圈和接收線圈的匝數(shù)、形狀、接收方向等等，從它的信號傳遞方面來分析無線供電的效率問題。 11、最后，通過上述多次實驗，制作出一盞較為滿意的小功率無線供電臺燈三原理及技術(shù)指標(biāo)任何一個具有接收線圈的裝置都可成為接收電路，這里

9、只是給出其中一例，它可以實測接收部分的功率，也可以調(diào)整撤回路的諧振狀態(tài)，使之靈敏度最高。零件選擇無線供電的效率與發(fā)射級的工作狀態(tài)有關(guān)，同時也與作為發(fā)射電磁能量的線圈的質(zhì)量也有非常密切的關(guān)系，所以發(fā)射線圈L1我采用360.1mm的李茲線，繞在用光盤作骨架的蛛網(wǎng)板上。線圈的骨架用光盤制作，為了避免渦流損失，光盤上的金屬鍍層應(yīng)當(dāng)去掉。骨架的內(nèi)徑為66mm，用36股0.1的漆包線繞11匝。接收線圈也繞成蛛網(wǎng)式，用24股0.1的多股漆包線繞8匝。高頻輸出級用大功率場效應(yīng)管，如IRF系列的634、630均可，或其它耐壓200V，電流5A，最大損耗功率大于20W以上的VMOS管。使用時需加上面積足夠大的散熱

10、器。諧振電容C4要求用絳綸電容，耐壓200V以上；C11、C12、C13、C14要求耐壓35V以上。定時電容C5、C10要求容量準(zhǔn)確，漏電較小，最好用鉭電容，如果沒有鉭電容則應(yīng)采用耐壓25V以上的鋁電解。C7、C8、C11、C12要緊靠IC4焊接。其他元件沒有什么特殊要求。在調(diào)解時先調(diào)發(fā)射部分。輸入24V的直流電源，當(dāng)調(diào)試開關(guān)處在斷開狀態(tài)時，LED的紅燈會以大約1秒的周期閃亮，這說明IC2工作正常。合上調(diào)試開關(guān) SA，使振蕩部分連續(xù)工作，這時紅燈將一直點亮。檢查各點的直流工作點是否正常，這時整機(jī)電流約50mA，其中VT3的漏極電流約20mA左右。如果 24V和9V兩點的電壓正常，可用示波器檢查

11、各關(guān)鍵點的波形。各點波形基本正常后，用一個2200pF的絳綸電容（耐壓250V）和一個1000pF的可變（可用多連可變并聯(lián)而成），仔細(xì)調(diào)整可變使整機(jī)電流最小。量出并聯(lián)的總電容，將一個或數(shù)個并聯(lián)的固定的等效電容替換原來的固定和可變電容，并在線路板上焊好。斷開維修開關(guān)SA使振蕩器工作于間歇狀態(tài)；旋轉(zhuǎn)Rp到最大使LED綠燈亮，逐漸將Rp減小，使得LED的綠燈熄滅，紅燈剛好閃亮。這時整機(jī)電流在1020mA間擺動。將接收部分靠近發(fā)射線圈，斷開接收部分的負(fù)載開關(guān)SA，則接收器上的指示燈LED會和發(fā)射部分的LED同步閃亮。同樣，用一個0.01F左右的固定電容接到諧振線圈的兩端，逐步拉開發(fā)射線圈和接收線圈的距

12、離，同時適當(dāng)增減諧振電容的大小使指示燈最亮。調(diào)整好后，將電容固定下來，在線路板上焊好。如果用示波器觀察諧振回路的波形，應(yīng)該可以看到與發(fā)射線圈頻率相同的正弦波。合上負(fù)載開關(guān)SA，將接收線圈置于發(fā)射線圈正上方的510mm處，這時發(fā)射部分的雙色LED的綠燈會自動點亮，說明發(fā)射部分己檢測到負(fù)載，并工作在連續(xù)狀態(tài)。如果再次移去接收線圈，綠燈隨即自動熄滅，紅燈再次閃動，說明智能部分的檢測功能正常。如果檢測功能不正常，應(yīng)仔細(xì)調(diào)整Rp。當(dāng)電路檢測到負(fù)載時，發(fā)射部分的總電流約200300mA，視負(fù)載輕重而變。無線供電臺燈電路基本相同，只是將作為假負(fù)載的50電阻換成了1只大功率LED。接收線圈用1.2mm或更粗的

13、漆包線做成圓盤狀的線圈，其內(nèi)徑為67mm繞8匝，兩端各留25cm的引出線，將來就作為小臺燈的支架。找一個光盤，去掉金屬鍍層，在適當(dāng)?shù)胤姐@兩個小孔，將繞好的線圈引線穿過光盤上的小孔，并將線圈粘合在光盤上。將1個5W的LED裝在自制的散熱器上。另找一個直徑80mm的小光盤（不必去膜）和一個大小適當(dāng)?shù)乃芰掀可w，作為制作臺燈的燈罩的原材料。四單元電路設(shè)計及參數(shù)計算完整電路圖無線供電發(fā)射部分圖中，B772和9014構(gòu)成自激震蕩電路，將電源提供的直流電轉(zhuǎn)化為交流，再通過初級線圈產(chǎn)生電磁波，完成電的發(fā)射。由于B772很容易發(fā)熱，因此我用易拉罐自制了一個散熱片，經(jīng)測試，散熱效果良好。2、無線供電接收部分次級線

14、圈和初級線圈靠得很近，初級線圈產(chǎn)生的變化磁感線在次級線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。臺燈的燈采用高亮的四個LED，能提供較亮的光線。3、 電子開關(guān)HCF4066HCF4066的第1、14腳接5V電源，7腳接地，通過單片機(jī)控制13腳即可控制1腳和2腳的通斷，從而控制無線供電模塊的通斷。4.參數(shù)的計算（RW+R1+RW+R2）/RW+R1+2（RW+R2）=60%069RW+R1+2（RW+R2）C3=10069(R1+2+R2)C3=0.1;R1=5.1KR2=2KRW=1MC1=10fC2=100fC3=330nfC4=910nfR3=R4=R5=（VH-Ug）/It,取VH=5V，則R=40五仿真六設(shè)計

15、小結(jié)1.因制作時間比較倉促，效率顯然是十分低下的，如果改用開關(guān)穩(wěn)壓電源，則可大幅提高驅(qū)動部分的效率，使電路在間歇工作狀態(tài)時更省電。2.本裝置是模擬桌面無線供電系統(tǒng)而設(shè)計的，所以發(fā)射線圈和接收之間的距離大于12mm，這樣也使轉(zhuǎn)換效率有明顯下降，因為兩線圈距離越大，效率必然越低。3.無線臺燈只是無線供電的一種應(yīng)用，接收部分也可以用于無線充電、水下LED燈或旋轉(zhuǎn)LED圖形顯示等領(lǐng)域。4.因為現(xiàn)成的無線供電模塊VOX330不容易買到，所以電源采用了24V直流。如果手邊有高壓無線供電模塊，直接采用220V交流電將會更具實用性。5. 通過本次實驗讓我的動手能力有更加進(jìn)步了，同時我在這次試驗中也體會到了成功

16、的喜悅與思考的充實感，這次試驗會讓我終生難忘。從場效應(yīng)管各點波形來看，輸出級的工作狀態(tài)并不十分理想，尤其是源極電壓波形存在高次諧波，這樣顯然會使電路的轉(zhuǎn)換效率降低。究其原因，應(yīng)該是因為柵極驅(qū)動電壓的波形過寬所致。如果使柵極波形改為更窄些的脈沖，使場效應(yīng)管的導(dǎo)通角更小些，估計效率會得到提高。因制作時間比較倉促，從24V變9V直接采用了7809模擬穩(wěn)壓電路，其效率顯然是十分低下的，如果改用開關(guān)穩(wěn)壓電源，則可大幅提高驅(qū)動部分的效率，使電路在間歇工作狀態(tài)時更省電。本裝置是模擬桌面無線供電系統(tǒng)而設(shè)計的，所以發(fā)射線圈和接收之間的距離大于12mm，這樣也使轉(zhuǎn)換效率有明顯下降，因為兩線圈距離越大，效率必然越低。無線臺燈只是無線供電的一種應(yīng)用，接收部分也完全可以用于無線充電、水下LED燈或旋轉(zhuǎn)LED圖形顯示等領(lǐng)域。因為現(xiàn)成的無線供電模塊VOX330不容易買到，所以電源采用了24V直流。如果手邊有高壓無線供電模塊，直接采用220V交流電將會更具實用性