磁耦合谐振式无线电能传输装置(2)

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1.2 本课题的主要内容和目标

设计一个磁耦合谐振式无线电能传输装置文献综述。用空心线圈制作一个发射线圈（直径为20cm），通过信号发生电路把输入直流电压15V转化为PWM脉冲信号，再经过线圈驱动电路发出交变电流，然后再用空心线圈制作一个接受线圈（直径为20cm），利用磁耦合谐振式原理在接收线圈端产生感应电势和电流，将电能无线传输到接收线圈，实现无线电能的传输。

本次设计的目标是能够制作出线圈之间的距离值最大为31cm和传输效率达62.1%的磁耦合谐振式无线电能传输装置。

2 系统方案论证与选择

2.1系统总体方案设计

磁耦合谐振式无线电能传输装置系统总体框图

图2.1系统总体框图

本系统主要由发射模块和接收模块两部分组成。发射模块信号发生电路产生占空比可调的方波，经过驱动电路提高其驱动能力后为功率电路提供激励信号，再经过发射线圈把能量发射出去。接收电路主要由接收线圈，整流滤波电路以及负载组成。系统总体框图如图2.1所示。

2.2 各模块电路方案的论证与选择

2.1.1 信号发生电路方案选择

采用PWM控制器芯片TL494，TL494具有控制、驱动、监控和各项保护功能，是一个固定频率脉宽调制电路，利用RC串联谐振原理，由内部线性锯齿波振荡器产生正向锯齿波，实现脉冲宽度调制。适用于设计单端或双端开关电源典型电路。这里为什么不考虑石英晶体振荡器。石英晶体的串联谐振频率fs决定此电路的振荡频率，电路中的R，C值不影响它，所以此电路能够得到频率稳定性极高的脉冲波形，但是它的频率不能调节，而且频带窄，不能用于宽带滤波。因此这个电路非常适合秒脉冲发生器的设计，不适合我们的这个实验，所以不采用这个方案。

2.1.2 驱动电路方案选择

选择IR2110驱动全桥电路，IR2110采用HVIC和闩锁抗干扰COM制造工业，具有独立的低端和高端输入通道，输入两个有时间间隔的脉冲后，可输出两路不同的电压，控制全桥驱动MOS管导通，LC串联负载在单电源输入情况下使用IR2110驱动全桥电路，电路稳定，性能好，同时IR2110可以很好的保护电路。这里为什么不考虑MOS管驱动电路，该电路是对电容的充放电，我们需要一个电流对电容进行充电，对电容充电的瞬间我们可以把电容看成短路，因此它的瞬间电流比较大。但本设计LC串联负载在单电源输入下工作，只能选用开关类型的全桥驱动，因此不适用于本电路。

2.1.3 整流电路方案选择

选择桥式整流，四只整流二极管D1~4 和负载电阻RL组成，四只整流二极管接成电桥形式。桥式整流电路克服了全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点，且成本低，效率高，适用于各种电路。这里为什么不考虑二极管半波整流，因为它是利用二极管的单向导电性，二极管承受反压大，整流效果不一定好，直流电源输入时，不能构成放电回路，不适用于本电路。

3 理论分析与计算

根据LC串联谐振的原理设定发射装置与接收装置的参数，让发射线圈与接收线圈以及整个系统的谐振频率都是相同的，在该谐振频率的电源驱动下使得系统可达到一种“电谐振”状态，从而让能量在发射端和接收端传递的更高效。本设计是为了提高无线电能传输装置的效率，整个系统的谐振频率都是相同的，因此发射线圈与接收线圈各项参数和串联的电容均相同，利用LC串联谐振原理，获得最大电流，从而最大效率的将磁能转化成电能，获得最大的效率。