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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,無(wú)線電能傳輸,插入圖片,無(wú)線能量傳輸背景,早在,1890,年，物理學(xué)家兼電氣工程師尼古拉,特斯拉,(Nikola Tesla),就已經(jīng)做了無(wú)線輸電試驗(yàn)。特斯拉構(gòu)想的無(wú)線輸電方法，是把地球作為內(nèi)導(dǎo)體、地球電離層作為外導(dǎo)體，通過(guò)放大發(fā)射機(jī)以徑向電磁波振蕩模式，在地球與電離層之間建立起大約,8Hz,的低頻共振，再利用環(huán)繞地球的表面電磁波來(lái)傳輸能量,傳輸原理,電磁波無(wú)線能量傳輸技術(shù),感應(yīng)式無(wú)線能量傳輸技術(shù),磁耦合諧振式無(wú)線能量傳輸技術(shù),電磁波無(wú)

2、線能量傳輸原理及優(yōu)缺點(diǎn),原理,電磁波無(wú)線能量傳輸技術(shù)直接利用了電磁波能量可以通過(guò)天線發(fā)送和接收的原理,優(yōu)點(diǎn)：,該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)極高功率的無(wú)線傳輸,缺點(diǎn)：,在能量傳輸過(guò)程中，發(fā)射器必須對(duì)準(zhǔn)接收器，能量傳輸受方向限制，并且不能繞過(guò)或穿過(guò)障礙物,微波在空氣中的損耗也大，效率低，對(duì)人體和其他生物都有嚴(yán)重傷害,感應(yīng)式無(wú)線能量傳輸原理及優(yōu)缺點(diǎn),原理：,感應(yīng)式無(wú)線能量傳輸技術(shù),11-15(InductiVe Power Transfer,簡(jiǎn)稱,IPT),主要利用電磁感應(yīng)原理，采用松耦合變壓器或者可分離變壓器方式實(shí)現(xiàn)功率無(wú)線傳輸。,優(yōu)點(diǎn)：,主要用于惡劣環(huán)境下為大型功率設(shè)備供電，如電動(dòng)汽車，起重機(jī)、電梯、牽引式電

3、力機(jī)車、運(yùn)貨行車及井下、水下設(shè)備,缺點(diǎn)：,該技術(shù)的傳輸距離太近，并不能把人們從電線的束縛中解放出來(lái)，給人們生活帶來(lái)方便，所以這種為小功率型移動(dòng)設(shè)備如手機(jī)、,MP3,等充電的無(wú)線充電器到目前并不普及,磁耦合諧振式無(wú)線能量傳輸原理及優(yōu)缺點(diǎn),原理：,利用兩個(gè)具有相同諧振頻率的線圈，在相距一定的距離時(shí)，由于磁場(chǎng)耦合產(chǎn)生振，進(jìn)行能量傳遞。,優(yōu)點(diǎn),可以在有障礙物的情況下傳輸，傳輸距離可以達(dá)到米級(jí)范圍。,與感應(yīng)式無(wú)線能量傳輸技術(shù)不同之處在于該技術(shù)融合了共振技術(shù)，不僅提高了能量的傳輸距離，而且提高了能量的傳輸效率。,不像微波對(duì)人體產(chǎn)生危害，由于人體作為非磁性物體，暴露在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中不會(huì)有任何影響，,該技術(shù)實(shí)現(xiàn)

4、能量傳輸?shù)幕驹硎枪舱?，只有諧振頻率相同的諧振體才有可能受到影響，所以不必?fù)?dān)心其對(duì)人體及周圍物體產(chǎn)生危害。,磁耦合諧振式無(wú)線能量傳輸,最早是由美國(guó)麻省理工學(xué)院,(MIT),物理系助理教授,Marin Soljacic,的研究小組于,2006,年,11,月在美國(guó),AIP,工業(yè)物理論壇上提出，并于,2007,年,6,月，通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，相隔,2.16m,隔空將一只,60W,燈泡點(diǎn)亮，,傳輸原理,磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸,通過(guò)電磁感應(yīng)，主線圈產(chǎn)生變化磁場(chǎng)，副線圈上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而將主線圈的電能傳到副線圈,。,整體簡(jiǎn)介,本無(wú)線電能傳輸裝置由四部分組成，,驅(qū)動(dòng)線圈，發(fā)射線圈模塊，接收線圈模塊，

5、電能轉(zhuǎn)換。,驅(qū)動(dòng)電路選擇,方案一：由三極管來(lái)驅(qū)動(dòng),mos,管,H,橋來(lái)提高功率。,方案二：由,MOSFET,驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng),H,橋來(lái)提高功率,方案三：由,ne555,來(lái)驅(qū)動(dòng),H,橋來(lái)提高功率,方案一三極管驅(qū)動(dòng)電流太小不能驅(qū)動(dòng),mos,管，方案三中,ne555,驅(qū)動(dòng)能力較小不易選取，方案二由,MOSFET,驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng),H,橋驅(qū)動(dòng)電流較大功率較高綜合選擇方案二。,驅(qū)動(dòng)電路由單片機(jī)控制電路和,H,橋驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，,單片機(jī)產(chǎn)生特定頻率和特定占空比的,PWM,（脈寬調(diào)制）,信號(hào)控制,H,橋的通斷，將電源直流電變換成特定頻率的交流電信號(hào)，交流電通過(guò),LC,諧振發(fā)射線圈，產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。變化的磁場(chǎng)通過(guò)空氣介

6、質(zhì)傳播，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，交變的磁場(chǎng)激勵(lì)起,LC,諧振接收線圈中的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過(guò)電能變換電路最終形成直流電驅(qū)動(dòng),LED,燈，通過(guò),LED,燈的亮滅來(lái)顯示無(wú)線電傳輸?shù)臓顟B(tài),整體方案,系統(tǒng)由四部分組成，通過(guò)單片機(jī)給出方波來(lái)輸入驅(qū)動(dòng)電路從而產(chǎn)生高頻驅(qū)動(dòng)電流來(lái)驅(qū)動(dòng)主線圈，將能量傳到副線圈給led供電.msp430g2553來(lái)產(chǎn)生方波，H橋由mos管來(lái)搭接增大驅(qū)動(dòng)。接收線圈通過(guò)高頻二級(jí)管整流輸出來(lái)供電。,MCU,的選擇,STC89C52,普通版的,51,單片機(jī),STC12C5A60S2,增強(qiáng)版的,51,單片機(jī),MSP430G2553 TI,公司,430,單片機(jī),STM32F103ZET6,中低端

7、的,32,位,ARM,微控制器,普通版的,51,單片機(jī)、增強(qiáng)版的,51,單片機(jī)都不能我們所需要的（頻率和波形）產(chǎn)生帶死區(qū)保護(hù)的方波。,單片機(jī)信號(hào)產(chǎn)生部分,單片機(jī)采用msp430G2553,1.電源電壓范圍1.8V至3.6V,2.超低功耗,運(yùn)行模式：230A待機(jī)模式：0.5A關(guān)閉模式：0.1A,3.16位RISC架構(gòu)、62.5ns指令周期時(shí)間,4.具有3個(gè)捕獲/比較寄存器的兩個(gè)16位Timer_A,5.用于模擬信號(hào)比較功能或者斜坡式模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換的片上比較器,6.帶內(nèi)部基準(zhǔn)、采樣與保持以及自動(dòng)掃描功能的10位200-ksps模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器,msp430G2553來(lái)產(chǎn)生方波信號(hào)，此信號(hào)可

8、以達(dá)到互補(bǔ)輸出。需求頻率達(dá)到要求。,功率驅(qū)動(dòng)模塊,由IR2104驅(qū)動(dòng)由mos管IRF840來(lái)增大線圈功率,mos管開關(guān)條件,NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況（低端驅(qū)動(dòng)），只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。,PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接VCC時(shí)的情況（高端驅(qū)動(dòng)）。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)格貴，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是使用NMOS。,普遍用于高端驅(qū)動(dòng)的NMOS，導(dǎo)通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動(dòng)的MOS管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓（VCC）相同，所以這時(shí)柵極電壓要比

9、VCC大4V或10V。4V或10V是常用的MOS管的導(dǎo)通電壓，設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)然需要有一定的余量。而且電壓越高，導(dǎo)通速度越快，導(dǎo)通電阻也越小。,影響傳輸距離的因素,輸距離特性，即發(fā)射線圈和接收線圈參數(shù)相同時(shí)，傳輸距離與頻率、線圈線徑、線圈直徑、線圈電感、電容的關(guān)系，以及發(fā)射線圈與接收線圈參數(shù)不同時(shí)，傳輸距離與接收線圈直徑的關(guān)系,載流線圈之間通過(guò)彼此的磁場(chǎng)相互聯(lián)系的物理現(xiàn)象稱為磁耦合。耦合的效率決定了能量傳輸?shù)男?，同時(shí)也決定了能量傳輸?shù)木嚯x。,諧振頻率的提高直接影響著能量傳輸距離的遠(yuǎn)近，為了提高線圈品質(zhì)因數(shù)，減小線圈的繞阻，就要選用線徑較粗的導(dǎo)線制作線圈，但是當(dāng)線圈固有頻率較高時(shí)，粗導(dǎo)線線圈會(huì)受到趨膚

10、效應(yīng)的影響，而使導(dǎo)線的利用率降低,系統(tǒng)諧振頻率即系統(tǒng)共振時(shí)的信號(hào)驅(qū)動(dòng)頻率，該頻率由線圈的固有頻率決定，理論上當(dāng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)頻率與線圈固有頻率相等時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到共振狀態(tài)；,線圈固有頻率越高傳輸距離越遠(yuǎn)；線圈的線徑與繞線電阻有關(guān)，,導(dǎo)線越粗，電阻越小，相同條件下，諧振時(shí)通過(guò)的線圈電流就越大，用于與電容轉(zhuǎn)換的磁場(chǎng)能量也就越大；,大電感線圈在近距離可以傳輸較大能量，由于其固有頻率較低，傳輸距離特性曲線衰減較快，在遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪芰烤秃苄。‰姼芯€圈，其諧振頻率較高，曲線衰減緩慢，遠(yuǎn)距離傳 輸能量較大。,提高傳輸距離,加入增強(qiáng)器,提高電源電壓,采用多股導(dǎo)線并聯(lián)線圈,線圈選擇,串聯(lián)電容諧振,1.總阻抗值最小,2.

11、電源電壓一定時(shí)，電流最大,3.電路呈電阻性，電容或電感上的電壓可能高于電源電壓.,并聯(lián)電容諧振和串聯(lián)電容諧振,并聯(lián)電容諧振,1.電壓一定時(shí)，諧振時(shí)電流最小,2.總阻抗最大,3.電路程電阻性，支路電流可能大于總電流,整流部分,1.全橋整流,2.,電容續(xù)流,Ti公司各類無(wú)線電源發(fā)送器,-BQ500215 固定頻率 10W WPC1.1 無(wú)線電源發(fā)送器,-bq51025 10W 兼容 WPC 的單芯片無(wú)線電源接收器,BQ500414Q,-自由定位、符合 Qi 標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線電源發(fā)送器管理器，汽車類,-符合 Qi 無(wú)線電源聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的高集成無(wú)線接收器電源,無(wú)線電能傳輸應(yīng)用,無(wú)線供電技術(shù)主要運(yùn)用于手機(jī)、醫(yī)療和家庭供電部分,手機(jī)充電：,供電系統(tǒng)：,為家里所有電器進(jìn)行供電,