非接觸式供電系統(tǒng)

1、目錄TOC o 1-5 h z摘要IAbstractII HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 實驗任務及要求1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 實驗任務1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 實驗要求1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 實驗結果說明1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 非接觸供電系統(tǒng)背景2 HYPERLINK l bookmark14 o

2、 Current Document 無線傳輸原理3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 微波無線能量傳輸3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 電磁感應式無線傳輸4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 電磁共振式無線能量傳輸4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 磁耦合諧振式無線能量傳輸系統(tǒng)6 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 能量傳輸系統(tǒng)的構成6 HYP

3、ERLINK l bookmark26 o Current Document 耦合諧振系統(tǒng)6 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 能量傳輸過程及其遵循的準則與方程6 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 非接觸供電系統(tǒng)方案設計8 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 高頻振蕩電路設計9 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 設計方案9 HYPERLINK l bookmark36 o Current Docum

4、ent 晶振電路的工作原理11 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 功率放大器設計12 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 功率放大器原理12 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 功率放大器分類12 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 設計方案14 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 5.2.4功率放大器電路圖15 HYPERLINK l bookmark4

5、8 o Current Document AC/DC電路方案15 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 耦合線圈17 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 線圈電感17 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 線圈互感18 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 傳輸系統(tǒng)的最佳頻率范圍18 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 5.5電路總圖及單元電路19 HYPERLI

6、NK l bookmark60 o Current Document 6方案實現與測試21 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 直流電源21 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 高頻晶振振蕩電路21 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 高頻功率放大器22 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 6.4橋式整流電路24 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 6.5實

7、現非接觸式供電24 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 6.6實驗結果及說明25 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 六總結與體會27 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 參考文獻29武漢理工大學學科基礎課群設計報告書 摘要非接觸供電是一種能以電氣非接觸方式，將功率從功率輸送機提供到功率接收機的供電系統(tǒng)，其中功率輸送組件連接到功率輸送機以及功率接收組件連接到功率接收機。功率輸送組件具有用于輸送功率的多個輸送側線圈以及用于接通/斷開輸送側線圈的操作的多個

8、輸送側開關。功率接收組件具有用于接收功率的多個接收側線圈、用于接通/斷開接收側線圈的操作的多個接收側開關，另外，具有用于執(zhí)行控制以便操作在實現最高功率輸送效率的組合中的輸送側線圈的任何一個和接收側線圈的任何一個的判定電路。非接觸供電系統(tǒng)是一種通過非機械接觸的方式進行電力和信號輸送的技術，主要應用于agv、起重機和ems單軌輸送系統(tǒng)中。非接觸供電系統(tǒng)的工作原理類似于變壓器的初級/次級線圈的變壓原理。在變壓器中，初級和次級線圈纏繞在一個封閉的磁鐵上，cps系統(tǒng)將初級線圈“延伸”為一個很長的回路，而次級線圈則纏繞在一個開放的磁鐵上并且圍繞著初級線圈，因此可以允許兩個線圈互相之間進行移動，并且通過20

9、khz的高頻傳輸頻率，使傳輸性能達到最優(yōu)化。關鍵詞：非接觸供電功率放大器頻率振蕩器.AbstractNon-contactelectricalpowersupplyisanon-contactmethodcan,willprovidepowerfromthepowertransmissionunittothepowersupplysystemreceiver,whichisconnectedtothepowertransmissionpowerconveyorcomponentsandpowercomponentsconnectedtothepowerreceiverreceives.Powe

10、rtransmissioncomponentsforthetransmissionpowerofatransmissionsideofthecoilaswellasformultipleon/offoperationofthetransmissionsideofthecoilmultipletransmission-sideswitch.Powercomponenthasreceivedmorethanonereceiverforreceivingthepowersideofthecoil,usedforon/offoperationofthereceiversideofmultiplerec

11、eivercoilsideswitch,theotherhasusedtoperformcontroloperationsinordertoachievemaximumpowertransferefficiencycombinationofanyofthedeliverysideofthecoilandthereceivingsideofacoiltodetermineanycircuit.Non-contactpowersupplysystemisanon-mechanicalcontactbywayofpowerandsignaltransmissiontechnology,mainlyu

12、sedagv,cranesandmonorailtransportationsystemems.Non-contactpowersupplysystemworkssimilartothetransformerprimary/secondarycoilofthetransformerprinciple.Inthetransformer,primaryandsecondarywindingswoundonthemagnetinaclosed,cpsprimarycoilsystemextensionforaverylongloop,andthesecondarycoiliswoundinanope

13、nmagnetandaroundtheprimarycoil,itcanallowmovingbetweenthetwocoilstoeachother,andhigh-frequencytransmissionfrequencyby20khz,sothattransmissiontooptimizeperformance.Keywords:non-contactpowersupplyfrequencyoscillatorpoweramplifier武漢理工大學學科基礎課群設計報告書 1實驗任務及要求1.1實驗任務在不采用專用器件（芯片）的前提下，設計一個非接觸供電系統(tǒng)的電路如下圖所示，使其實

14、現對小型電器供電或充電等功能。其結構如圖1所示。耦合線圈耦合線圈圖1非接觸供電系統(tǒng)結構框圖ac/dc1.2實驗要求用仿真軟件對電路進行驗證，使其滿足以下功能：1）供電部分輸入36V以下的直流電壓，具有向多臺電器設備非接觸供電的功能。2）在輸出功率21W的條件下，轉換效率15%3）最大輸出功率25W。1.3實驗結果說明實驗報告必須包括仿真模型。非接觸供電系統(tǒng)背景非接觸式供電系統(tǒng)CPS(Con-tacklessPowerSupport),是指能量通過無線傳輸，實現從能量源傳輸到電負載的一個過程。這個過程不是傳統(tǒng)的用有線來完成，而是通過無線傳輸來實現。電線充斥在我們的生活當中，錯綜復雜的連接方式，給

15、我們帶來很大的不便。長距離的輸電線路需要大量的空間和金屬。科學家們在尋求一種解決方法，可否利用電磁感應原理，通過非接觸式的能量傳輸以達到供電的目的呢？早在了19世紀30年代邁克爾法拉第就發(fā)現，磁場變化后將在電線周圍產生電流，這就為非接觸式傳輸電能提供了理論可能。1913年，既是航海家又是網球選手的法國人羅蘭-加洛斯就提出能否從地面為空中飛行器提供動力。年美國麻省理工學院的研究人員在無線傳輸電力方面取得了新進展，他們用兩米外的一個電源，“隔地”點亮了一盞60瓦的燈泡。年在Intern公司技術峰會上，研究人員聲稱此項技術可以運用到筆記本電腦上，借此擺脫了電線的束縛。如果這項技術得以應用，我們的生活

16、將會發(fā)生巨大的變化：我們不再需要電線、插座，手機充電比打開藍牙還要簡單，只要你處于一定得區(qū)域內，手機就一直可以被充電；同樣筆記本電腦也不用擔心電池沒電了。甚至，可能沒有電網這個概念，我們不需要電線了。這極大的鼓舞著人們去進行研究無線傳輸能量的具體方法。無線傳輸原理根據電能傳輸原理，可將WPT技術分為三種：射頻或微波WPT、電磁感應式WPT、電磁共振式WPT，下面分別予以介紹。微波無線能量傳輸所謂微波WPT，就是以微波（頻率在300MHZ-300GHZ之間的電磁波）為載體在自由空間無線傳輸電磁能量的技術。利用微波源將電能轉變?yōu)槲⒉?，由天線發(fā)射，經長距離的傳播后再由天線接收，最后經微波整流器等重新

17、轉換為電能使用。微波頻率傳輸所具備的“定向、可穿透電離層”等特性，使得該能量傳送方式早在20世紀60年代初期就受到人們的關注，并在遠程甚至超距能量傳輸場合有著重要的應用價值。微波WPT主要用于如微波飛機、衛(wèi)星太陽能電站等遠距輸電場合，其中衛(wèi)星太陽能電站作為人類應對能源危機的有效策略已成為美國、日本等國大力發(fā)展的重要航天項目。目前，限制微波WPT技術進一步發(fā)展的主要技術瓶頸在于高效微波整流器件、大功率微波天線以及大功率微波電磁場的生物安全性和生態(tài)環(huán)境的影響問題然而，由于工作頻率高、系統(tǒng)效率較低，微波WPT并不適合于能量傳輸距離較短的應用場合。電磁感應式無線傳輸電磁感應式WPT是基于電磁感應原理，

18、利用原、副邊分離的變壓器，在較近距離條件下進行無線電能傳輸的技術。目前較成熟的無線供電方式均采用該技術，典型的應用包括新西蘭國家地熱公園的30kW旅客電動運輸車、Splashpower公司的無線充電器等?？梢钥闯?，無論是小功率的消費類電子產品還是大功率EV無線供電系統(tǒng)，電磁感應式WPT技術都可有效實現無線供電。然而，電磁感應式WPT仍存在一系列問題：傳輸距離較短，距離增大時效率急劇下降；傳輸效率對非接觸變壓器的原、副邊的錯位非常敏感等等。電磁共振式無線能量傳輸電磁共振式WPT，是美國MITSoljai領導的研究小組在2007年提出的突破性技術。他們使用兩個固有諧振頻率相等的銅線圈（為方便表述，

19、稱其為“變壓器”），在共振激勵條件下（即激勵頻率等于線圈的固有諧振頻率），距離2m處，成功點亮了一個60W的燈泡，其中變壓器的效率達到了40%。壓器繞組間錯位的敏感度減小，長野日本無線公司給出了原、副邊繞組相互垂直的實驗圖片；此外，利用共振模式對激勵頻率要求的嚴格性，可通過合理設置激勵頻率，向指定電器供電，提高安全性。然而，目前該方向的研究要么過于理論化，要么為實驗研究，缺乏對應用、工程設計有定量指導意義的研究成果，但毋庸置疑，電磁共振式WPT因為能量的高效耦合將成為WPT技術的一個重要研究方向。綜上所述，與非接觸感應式充電技術相比，磁耦合諧振式無線能量傳輸的傳輸距離更有優(yōu)勢；與電磁波形式的無

20、線能量傳輸技術相比，磁耦合諧振式無線能量傳輸具有無敏感的方向性、無輻射等優(yōu)點。磁耦合諧振式無線能量傳輸系統(tǒng)能量傳輸系統(tǒng)的構成能量傳輸系統(tǒng)包括電源端與負載端兩部分。電源端包含導線繞制并與電容并聯的線圈（源線圈），以及為線圈提供電能的高頻電源；相隔一段距離的接收端包含另一個導線繞制并與電容并聯的線圈（接收線圈），以及消耗線圈電磁能的負載。耦合諧振系統(tǒng)導線繞制的線圈可視為電感與電容相連構成諧振體，諧振體包含的能量在電場與磁場之間以其自諧振頻率在空間自由振蕩，產生以線圈為中心以空氣為傳輸媒質的時變磁場；與該諧振體相隔一定距離的具有相同諧振頻率的諧振體感應磁場，所感應的磁場能同樣在電場與磁場之間以其自諧

21、振頻率在空間自由振蕩，同時兩個諧振體之間不斷地有磁場能交換，因此產生以兩個線圈為中心以空氣為媒質的時變磁場。兩諧振體內電場能與磁場能振蕩交換的同時諧振體之間也存在著以相同頻率振蕩的能量交換，即兩諧振體組成耦合諧振系統(tǒng)。能量傳輸過程及其遵循的準則與方程源線圈通正弦電流，線圈電感周圍產生時變磁場，同時向電容充電；接收線圈感應磁場，線圈電感產生電動勢，同時向其電容充電。當正弦電流的頻率與線圈的諧振頻率相等時，源線圈電流方向改變的同時，交變磁場方向改變，接收線圈感生電動勢，接收線圈的電容放電。正弦電流的方向周期性變化，接收線圈的電流被逐漸放大，直到接收線圈的電磁能達到最大。若系統(tǒng)沒有負載（包括線圈的寄

22、生電阻）消耗能量，源線圈與接收線圈兩側所包含的能量交替達到最大值（各時刻兩線圈包含的能量之和）。若各部系統(tǒng)有負載消耗能量，源線圈將源源不斷的向負載線圈傳遞能量，實現無線能量傳輸。根據全電流定律，源線圈周圍產生磁場應遵循方程：BD公式2-1式中J1源線圈的傳導電流密度；Dt/dt源線圈的位移電流密度；H1源線圈周圍產生磁場。根據電磁感應定律，接收線圈感生電動勢應遵循方程：公式2-2式中E2接收線圈感應電場強度；B12源線圈與接收線圈鉸鏈的磁場；口0一真空磁導率。J2=yE公式2-3公式2-3表示接收線圈中，電場E與電流密度J的關系。若沒有負載消耗能量，應用矢量磁位計算源線圈與負載線圈鉸鏈的電磁能

23、為:W2=jA12J2dV公式2-4式中W2一一源線圈與接收線圈振蕩交替的磁場能/電場能；A12一一源線圈在接收線圈位置產生的矢量磁位。由式2-4得到源線圈與接收線圈之間交替的無功功率為：Q2=dW2/dt=(/A12J2dV)/dt=d(i2甲12)/dt公式2-5式中Q2一一接收線圈包含的無功功率；甲12一源線圈與接收線圈的耦合磁鏈。磁場為單一頻率激勵源時，功率表達式2-5簡化為集中參數形式：公式2-6式中31源線圈激勵的磁場變化角頻率；i1,2分別為源、接收線圈的電流；線圈的磁場作用可看作是兩線圈之間的互感抗。構成耦合諧振系統(tǒng)的分參數包括：線圈自感、互感、諧振電容、線圈電阻，以及消耗電能

24、的負載電阻。5非接觸供電系統(tǒng)方案設計無線供電系統(tǒng)由電源電路、高頻振蕩電路、高頻功率放大電路、發(fā)射、接收線圈和高頻整流濾波電路五部分組成。非接觸供電系統(tǒng)框架如下圖i所示，最后給可充電電池充電。從無線電路傳輸的原理上看，電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播，要產生電磁波首先要有電磁振蕩，電磁波的頻率越咼其向空間輻射能力的強度就越大，電磁振蕩的頻率至少要咼于100KHZ，才有足夠的電磁輻射。圖2非接觸供電系統(tǒng)框圖非接觸供電系統(tǒng)由電源電路、高頻振蕩電路、高頻功率放大電路、發(fā)射、接收線圈和高頻整流濾波電路5部分組成，最后給可充電電池充電。從無線電路傳輸的原理上看，電能、磁能隨著電場

25、與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播，要產生電磁波首先要有電磁振蕩，電磁波的頻率越高其向空間輻射能力的強度就越大，電磁振蕩的頻率至少要高于100KHZ，才有足夠的電磁輻射。5.1高頻振蕩電路設計5.1.1設計方案振蕩電流是一種交變電流，是一種頻率很高的交變電流，它無法用線圈在磁場中轉動產生，只能是由振蕩電路產生。振蕩電路有以下兩個個過程：充電過程：電場能在增加，磁場能在減小，回路中電流在減小，電容器上電量在增加。從能量看：磁場能在向電場能轉化。放電過程：電場能在減少，磁場能在增加，回路中電流在增加，電容器上的電量在減少。從能量看：電場能在向磁場能轉化。在正弦波振蕩器中，主要有LC振蕩電路、

26、石英晶體振蕩電路和RC振蕩電路等幾種。RC振蕩電路由于工作頻率較低，頻率穩(wěn)定度不高，故不予考慮。下面武漢理工大學學科基礎課群設計報告書武漢理工大學學科基礎課群設計報告書 圖4有源晶振振蕩電路 著重比較LC振蕩電路、石英晶體振蕩電路兩種方案。方案一:采用LC諧振回路產生所需的頻率。優(yōu)點是可以產生任意所需載波，缺點是頻率穩(wěn)定度比較低，如圖3所示。方案二:采用有源晶振。有源晶振只要加上電源就可以產生頻率穩(wěn)定的載波。優(yōu)點是電路簡單，頻率穩(wěn)定。缺點就是不能產生任意頻率的載波，如圖4所示。圖3LC諧振振湯回路1Ydrt-2Y汨刖二、扎譏VSE-evP5Viwa|QVDD方案論證：本設計對頻率沒有具體要求，

27、而且無需產生多個頻率，所以采用方案二。而且具有電路簡單，頻率穩(wěn)定的優(yōu)點。晶振電路的工作原理晶振是晶體振蕩器的簡稱。它用一種能把電能和機械能相互轉化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內調整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。晶振在數字電路的基本作用是提供一個時序控制的標準時刻。數字電路的工作是根據電路設計，在某個時刻專門完成特定的任務，如果沒有一個時序控制的標準時刻，整個數字電路就會成為“聾子”，不知道什么時刻該做什么事情了。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系

28、統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調整頻率的方法保持同步。晶振，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯再串聯一個電容的二端網絡，電工學上這個網絡有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯諧振，較高的頻率是并聯諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當的接近，在這個極窄的頻率范圍內，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯上合適的電容它就會組成并聯諧振電路。這個并聯諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。晶振有一

29、個重要的參數，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。晶振是為電路提供頻率基準的元器件，通常分成有源晶振和無源晶振兩個大類。功率放大器設計利用三極管的電流控制作用或場效應管的電壓控制作用將電源的功率轉換為按照輸入信號變化的電流。因為聲音是不同振幅和不同頻率的波，即交流信號電流，三極管的集電極電流永遠是基極電流的B倍，B是三極管的交流放大倍數,應用這一點，若將小信號注入基極，則集電極流過的電流會等于基極電流的B倍,然后將這個信號用隔直電容隔離出來，就得到了電流（或電壓）是原先的B倍的大信號，這現象成為三極管的放大作用。經過不斷的電流放大，就完成了功率放大。

30、5.2.1功率放大器原理高頻功率放大器用于發(fā)射級的末級，作用是將高頻已調波信號進行功率放大以滿足發(fā)送功率的要求，然后經過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內的接收級可以接收到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。高頻功率放大器的主要技術指標有：輸出功率、效率、功率增益、帶寬和諧波抑制度（或信號失真度）等。這幾項指標要求是互相矛盾的，在設計放大器時應根據具體要求，突出一些指標，兼顧其他一些指標。例如實際中有些電路，防止干擾是主要矛盾，對諧波抑制度要求較高，而對帶寬要求可適當降低等。功率放大器的效率是一個突出的問題，其效率的高低與放大器的工作狀態(tài)有

31、直接的關系。放大器的工作狀態(tài)可分為甲類、乙類和丙類等。為了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙類、丙類，即晶體管工作延伸到非線性區(qū)域。功率放大器分類功率放大器可分為A類放大器、B類放大器、AB類放大器、D類放大器及T類放大器等五大類。A類放大器的主要特點是：放大器的工作點Q設定在負載線的中點附近，晶體管在輸入信號的整個周期內均導通。放大器可單管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲線的線性范圍內，所以瞬態(tài)失真和交替失真較小。電路簡單，調試方便。但效率較低，晶體管功耗大，功率的理論最大值僅有25%，且有較大的非線性失真。由于效率比較低現在設計基本上不在再使用。B類放大器的主要特點是：放大器

32、的靜態(tài)點在（VCC，0）處，當沒有信號輸入時，輸出端幾乎不消耗功率。在Vi的正半周期內，Q1導通Q2截止，輸出端正半周正弦波；同理，當Vi為負半波正弦波（如圖虛線部分所示），所以必須用兩管推挽工作。其特點是效率較高（78%），但是因放大器有一段工作在非線性區(qū)域內，故其缺點是交越失真較大。即當信號在-0.6V0.6V之間時，Q1Q2都無法導通而引起的。所以這類放大器也逐漸被設計師摒棄。AB類放大器的主要特點是：晶體管的導通時間稍大于半周期，必須用兩管推挽工作?？梢员苊饨辉绞д?。交替失真較大，可以抵消偶次諧波失真。有效率較高，晶體管功耗較小的特點。D類放大器是一種將輸入模擬音頻信號或PCM數字信息

33、變換成PWM（脈沖寬度調制）或PDM（脈沖密度調制）的脈沖信號,然后用PWM或PDM的脈沖信號去控制大功率開關器件通/斷音頻功率放大器，也稱為開關放大器。具有效率高的突出優(yōu)點：1具有很高的效率，通常能夠達到85%以上。2體積小，可以比模擬的放大電路節(jié)省很大的空間。3無裂噪聲接通。4低失真，頻率響應曲線好。外圍元器件少，便于設計調試。T類功率放大器的功率輸出電路和脈寬調制D類功率放大器相同，功率晶體管也是工作在開關狀態(tài)，效率和D類功率放大器相當。它和普通D類功率放大器不同的是：1、它不是使用脈沖調寬的方法，2、它的功率晶體管的切換頻率不是固定的，無用分量的功率譜并不是集中在載頻兩側狹窄的頻帶內，

34、而是散布在很寬的頻帶上,3、T類功率放大器的動態(tài)范圍更寬，頻率響應平坦。設計方案方案一，采用集成芯片?，F有許多高頻大功率的集成放大器（如AD815）可以用來設計高頻功放。集成功放具有穩(wěn)定度高，需要調整的參數少的特點，缺點是效率較低（集成功放一般采用線性放大），不滿足系統(tǒng)對功耗及傳輸距離的要求。方案二，采用分立元件的功率放大器。采用分立元件的高頻電路受分布參數影響大，而且不易調整，但其電路結構比較靈活，對應于不同要求的信號，可以設計不同結構的放大器以獲得最大的效率，而且輸出功率可以設計的較大，價格也相對低廉。采用功放管，前級的緩沖級，一是控制能量發(fā)射模塊的增益，二是給提供足夠的驅動功率。方案論證

35、：本題目要求不能采用專用芯片和模塊。能量發(fā)射模塊功率上限為5W,需要較大功率的功放管，故選用方案二。524功率放大器電路圖15V4血-F圖5采用分立元件的功率放大器AC/DC電路方案AC/DC(AlternatingCurrent/DirectCurrent)其作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉換成單向脈動性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成。其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。整流電路有半波整流、全波整流、橋式整流。半波整流電路最為簡單，但是性能較全波整流和橋式整流不好。橋式整流電路與全波整流電

36、路相比，前者電源變壓器五中心抽頭，結構簡單，且伏安容量小。由此可大致得到以下三種濾波整流電路方案。方案一：采用半波整流濾波電路。半波整流電路是一種最簡單的整流電路。它由電源變壓器B、整流二極管D和負載電阻RL,組成。變壓器把市電電壓（多為220伏）變換為所需要的交變電壓e2,D再把交流電變換為脈動直流電。如圖6所示。方案二：采用全波整流電路。全波整流電路，可以看作是由兩個半波整流電路組合成的。變壓器次級線圈中間需要引出一個抽頭，把次組線圈分成兩個對稱的繞組，從而引出大小相等但極性相反的兩個電壓e2a、e2b，構成e2a、DI、RL與e2b、d|、RL：兩個通電回路。如圖7所示。C二D2WKJL

37、圖6半波整流濾波電路圖7全波整流濾波電路i,jCt町口乩方案二：橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成“橋”式結構，便具有全波整流電路的優(yōu)點，而同時在一定程度上克服了它的缺點。如圖6所示。橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時，對D1、D3和方向電壓，D1,D3導通；對D2、D4加反向電壓,通電回路，在RL，2、D4截止。電路中構成e2、D1、RLDj.DiD4加正向電壓，D2、D4導通;，e2為負半周時，對:寸DikD3加反向、D3D2、，D1、D3截止。電路中構成e2、D2Rfz、D4通電回路，同樣在RL上形成上正下負的另外半波的整流電壓。圖8橋式整

38、流電路方案論證：半波整流電路最為簡單，但是性能較全波整流和橋式整流不好。橋式整流電路與全波整流電路相比，前者電源變壓器五中心抽頭，結構簡單，且伏安容量小。綜此比較，整流電路選擇橋式整流電路。耦合線圈磁耦合諧振式無線能量傳輸是以時變磁場為媒介，當外加激勵源的頻率與系統(tǒng)的諧振頻率相等時，諧振體耦合諧振實現能量傳遞達到最好狀態(tài)。因此，兩諧振體諧振頻率相同，是實現系統(tǒng)耦合諧振的前提。耦合模理論，不計損耗情況下，具有相同諧振頻率的諧振體之間可實現能量的完全交換；當KT時，即耦合能力遠大于自身損耗的情況下，具有相同諧振頻率的諧振體之間“強耦合”作用，可實現無線能量傳輸。耦合系數體現了諧振體之間的耦合能力，

39、對實現無線能量傳輸起到至關重要的作用。損耗系數在能量傳輸系統(tǒng)中的作用絲毫不遜于耦合系數，二者共同決定了系統(tǒng)的耦合程度。系統(tǒng)中損耗功率增加，則通過磁場從一端耦合到另一端的功率所占比重減小，因此，損耗系數的減小與耦合系數的增加均可以增大系統(tǒng)的耦合程度。5.4.1線圈電感從幾何形狀看，線圈的種類繁多，如圓形線圈、方形線圈、環(huán)形線圈等。相對于其他幾何形狀的線圈，圓柱線圈具有的最大優(yōu)勢在于：每單位體積繞線所產生的磁場最大。對于采用密繞的圓柱單層螺旋線圈，導線采用電導率較大的銅芯漆包線，以減小線圈自身電阻。根據傳輸距離、功率的不同要求，采用不同尺寸的線圈。5.4.2線圈互感磁耦合諧振式無線能量傳輸是多方位

40、的能量傳輸，諧振體（諧振線圈）之間沒有嚴格的方向對應關系，又線圈互感與線圈的尺寸、方位有關。同軸平行的線圈之間的互感圖9中線圈模型的互感計算:式中N1,2分別為線圈1,2的匝數；r1,2分別為線圈1,2的半徑；d兩線圈兩軸線中心距離。圖9同軸平行的線圈模型5.4.3傳輸系統(tǒng)的最佳頻率范圍兩個諧振線圈的尺寸完全相同，諧振電容相等，且諧振線圈在同軸線上“強耦合”關系式：式中口0真空磁導率，口0=4nX10-7；。取銅導線的電導率。銅=5.998X107S/m。中距離的無線能量傳輸，線圈半徑r與傳輸距離d是同一數量級的，線圈導線線徑D為是10-3m數量級。因此，若要“強耦合”（kt）關系式成立，則系

41、統(tǒng)的諧振頻率f至少為106Hz上下。另一方面，磁耦合諧振無線能量傳輸系統(tǒng)是以時變磁場為傳輸媒介，不向外輻射電磁能，所以電磁波長遠大于傳輸距離（入d）。中距離無線能量傳輸的距離傳輸范圍大體為幾十厘米到幾米，因此能量傳輸系統(tǒng)典型頻率f范圍為0.525MHz最好。5.5電路總圖及單元電路無線供電系統(tǒng)由電源電路、高頻振蕩電路、高頻功率放大電路、發(fā)射、接收線圈和高頻整流濾波電路五部分組成。非接觸供電系統(tǒng)框架如下圖10和圖11所示，最后給可充電電池充電。從無線電路傳輸的原理上看，電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播，要產生電磁波首先要有電磁振蕩，電磁波的頻率越高其向空間輻射能力的強度

42、就越大，電磁振蕩的頻率至少要高于100KHZ，才有足夠的電磁輻射。 圖11直流電源設計武漢理工大學學科基礎課群設計報告書 6方案實現與測試6.1直流電源O&cillocope-XSC1圖12直流電源波形圖如圖12所示，下面的正弦波為輸入的電流波形，上面的直線為輸出的直流電流。6.2高頻晶振振蕩電路-VEJDX12HC9_1.5MHzYnncmrvh00OmilIi丈ope-XSC1ChErnel_AChin5.000V5.OODVO.OODV口13閩T2FTime352.725ue353.18U473.85nsTimebas亡Scaie:1Cham亡IAScale:5V/brvrrc.mvV0

43、圖13晶振震蕩波形圖由示波器可看出，振蕩器輸出頻率為2.14MHz左右的方波信號。滿足要求。6.3咼頻功率放大器十T-5UIRFJ40NR&R4R3十t-su二IRFJ40N,R3Rfi4JJUJHO：X5C1X5C1毎一Hllq.軒一圖14功率放大器波形圖由示波器可看出輸入信號幅度為5.000V,輸出信號幅度為7.564V,功率放大器設計符合要求。6.4橋式整流電路Oscilloscope-XSC2圖15次級電路、整流電路波形圖65實現非接觸式供電XMMiXMM1LED1D1圖16供電電路仿真圖電路中，電能經功率放大器放大，由變壓器傳送，經整流電路進行整流，最終到達發(fā)光二級管，Vo=2.17

44、6V0.7V,使二極管發(fā)光，實現非接觸式供電.6.6實驗結果及說明供電部分輸入12v的直流電壓，實現讓兩個接收部分的發(fā)光二極管發(fā)光，說明具有向多臺電器設備非接觸供電的功能，符合預期目標如圖16所示，初級：P1=7.289*2.048=14.927w次級：P2=5.153*2.89=14.89w1w輸出功率：p3=2.89*2.177=6.30w轉換效率：P1/P3=6.30/14.927=42.21%15%上述數據符合設計要求。2.3SAZiilflBrXMM3DQSH1MQHG-43IU1.5MHZ:HEfis:i&呂DZ卄1Q3卄1N4001L=-lXKM2.4卄LED1L?tlLED20圖17輸入與輸出電壓和電流輸出功率最大可達到Po=2.893*2.177=6.300w5w，符合設計要求D3D3-D1-4-1N40011N40011N4001D2D21N40Q11N4OQ11N40Q1