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1、电子综合设计论文题目 简易无线供电系统 姓名 徐小凯 学号 1312270122 班级 电科131 时间 2016.10 简易无线供电系统摘要 目前，手机、MP3和笔记本电脑等便携式电子设备进行充电主要采用的是一端连接交流电源。另一端连接便携式电子设备充电电池的传统充电方式。 这种方式有很多不利的地方，首先频繁的插拔很容易损坏接头。另外也可能带来 触电的危险。因此，非接触式感应充电器在上个世纪末期诞生，凭借其携带方便、 成本低、无需布线等优势迅速受到各界关注。因此实现无线充电，便于携带成 为充电系统的研究方向之一。本文设计了一种简单实用的无线供电系统。通过线圈将电能以无线方式传输给用电设备。只
2、需将用电设备放在供电系统允许的范围内上即可对其进行供电。实验证明，该系统能做到将多个供电设备同一充电平台上同时充电，免去接线的烦恼关键词 无线供电 传能 磁场 三极管Abstract：At present, mobile phones, MP3 and laptop computers and other portable electronic devices are mainly used for charging the end connected to AC power. The other end of the portable electronic devices connected
3、 to the traditional charging method of rechargeable batteries. This approach has many disadvantages, the first frequent plug is easy to damage the connector. There is also a risk of electric shock. Therefore, the non-contact induction charger was born in the late last century, with its easy to carry
4、, low cost, no wiring and other advantages quickly attracted attention from all walks of life. Therefore. To achieve wireless charging, easy to carry the charging system into one of the research.This paper designs a simple and practical wireless power supply system. Through the coil to wirelessly tr
5、ansmit electrical energy to the electrical equipment. Simply put the electrical equipment within the power supply system to allow the scope of its power supply. Experiments show that the system can be more than one power supply equipment on the same charging platform at the same time charging, elimi
6、nating the wiring troubles.Key words：Wireless power supply Transmission Magnetic field Transistor一 系统的方法及辩证。1） 感应式供电技术：该技术主要应用电磁感应定律，其典型的应用就是我们日常生活中常见的变压器。图1表示了变压器的构造。将两个线圈绕制在同一个磁芯上面，线圈通过磁芯进行紧耦合。当初级线圈加上交流电压的时候，交变电流在磁芯中产生变化的磁场，通过次级线圈并在次级线圈两端感应出交流电压。两个线圈在电气上是隔离的，这种其实也属于无线电力传输。只不过必须要维持一个畅通的磁路罢了。后来人们把初级
7、和次级线圈分开一小段距离，使得两个磁芯在物理上也是隔离的。这样变压器结构成了真正的无线供电结构。2） 激光式无线供电技术：激光拥有很强的方向性、能量非常集中,能够传送大量的能量,可以在很好的效率下传送能量4。激光无线供电不存在干扰通信卫星的风险使用微波却存在这种问题4。弊端是是物体出现在传输路径上会影响激光与接收装置之间的能量交换,激光极强的方向性同时也意味着其能量只能沿着直线传输，任何隔在激光传输路径上的障碍物都会导致激光传输效率的降低。使用激光可以透过云层,激光能量估计会在传输过程中消耗掉一半2。另外，大功率的激光照射在物体上会使物体自身温度迅速上升，极易引起火灾，照射在动物眼睛上则会使眼
8、睛失明。所以激光无线供电一般不适合民用，多用于太空中，卫星之间的能量传输4。3） 基于强耦合磁谐振式的供电技术:基于强耦合磁谐振式充电技术是目前民用领域内最受欢迎的无线供电技术。该技术以其功率适中，传输距离适中，生态友好，对人体无危害，技术实现较简单等优势迅速占领市场。并且在2010年期间，由无线充电联盟（WPT）联合多家国际知名企业制定了相关的国际标准-Qi标准。二无线供电的历史、发展与现状实际上无线供电的设想早在一百多年前就已经出现。在1890年，尼古拉特斯拉，这位现代交流电系统的奠基者就开始构想无线供电方法，最后提出了一个非常宏大的方案把地球作为内导体、距离地面约60 km的电离层作为外
9、导体，在地球与电离层之间建立起大约8 Hz的低频共振，再利用环绕地球的表面电磁波来远距离传输电力。到了20世纪20年代中期，日本的HYagi和sUda论述了无线供电概念的可行性；20世纪30年代美国的学者开始研究不利用导线去点亮电灯的输电方案。随着大功率、高效率真空电子管微波源的研制成功，20世纪60-70年代，Raytheon公司的William CBrown做了大量的无线供电方面的研究工作，使得这一概念变成实验结果，奠定了现代无线供电的实验基础。他所演示的直流直流转换效率在54%左右。2000年以后，无线充供电新技术越来越频繁地在各大通信技术展、电源新技术展上露面，各大公司也纷纷推出自己的
10、研究成果。2007年6月，麻省理工大学的Marin Sohjacic和他的研究团队公开做了一个演示，他们给一个直径60 cm的线圈通电，点亮了大约2 m之外连接在另一个线圈上的60 w灯泡。在2008年8月的英特尔开发者论坛上，西雅图实验室的约书亚史密斯(Joshua RSmith)领导的研究小组再次向公众展示了这项基于“磁耦合共振”原理的无线供电技术，在展示中成功地点亮了一个1米开外的60 w灯泡，而在电源和灯泡之间没有使用任何电线，此次系统中无线电力的传输效率达到了75。在2009年Windows 7的发布会上，微软CEO鲍尔默更是带来了最新的无线视频输出和无线供电技术。目前广泛应用的主要
11、有以下4中无线供电方式：电磁耦合、光电耦合、电磁共振、微波方式。三单元电路设计与计算1、总体设计 无线供电系统由电源电路、高频振荡电路、高频功率放大电路、发射、接收线圈和 高频整流滤波电路 5 部分组成，系统框架如下图（1）所示，最后给可充电电池充电。 从无线电路传输的原理上看，电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形 式向空间传播，要产生电磁波首先要有电磁振荡，电磁波的频率越高其向空间辐射能力 的强度就越大，电磁振荡的频率至少要高于 100KHZ，才有足够的电磁辐射。2 高频振荡电路设计 用 CMOS 电路六反相器 CD4069 的晶体振荡电路 CD4069 构成的两种晶体振荡电路如图
12、（2）所示3 功率放大器的设计 电路如图（3）所示 场效应管属于电压控制元件，是一种类似于电子管的三极管，与双极型晶体管相比，场效应 晶体管具有输入阻抗高，输入功耗小，温度稳定性好，信号放大稳定性好，信号失真小，噪声低等 特点，而且其放大特性也比电子三极管好，图（ 3）功率场效应管电路中三个电阻 R1、R2、R3 并 联接到场效应管的栅极 G，前级的高频振荡电路也接到 G；原级 S 直接接地；漏极 D 接 LC 振荡电路，其谐振频率和前级的高频振荡频率相同。4、发射、接收线圈电路流程图 4 如下所示。发射和接收线圈都采用直径 05ram 左右的漆包线绕 12 匝，线圈直径约为 80r。 发射模
13、块的作用是将直流能量高效率地 转换为射频功率信号，以便接收电路能够 充分利用能量接收 模块是在接收到前级的能量后对其进行处理的模块。为了满足实际应用的需求，需要将 接收到的射频信号进行整流、滤波、降压以及稳压处理，处理之后的直流电压方可供其 他负载使用。该模块主要包括整流电路以及降压电路5、无线供电电路的选择方案 CD4069 的晶体振荡电路和功率场效应管组成的无线充电电路。 电路如图（6）所示。四 、设计总结 该实验能够点亮发光二极管且能给充电电池充电，基本达到实验要求但发射线圈与 接收线圈之间的感应距离不太长，因此具有改进余地。例如可以在发射电路中再接 一个功率放大电路使发射线圈的功率变大
14、。本设计达到了预期的目标，实现了各相关功能。由于时间、水平和经验有限，本设计中磁场相关的内容没有做严格的计算，只能通过实验的方法来测试最佳参数。希望以后能够有时间弥补相关知识。（1）实现了距离20mm传输效率高于80%的要求。（2）实现了有效充电距离大于50mm的要求。（3）实现了频率微调步进值小于500Hz。（4）实现电压、电流的实时采样以及上传PC机的功能。参考文献1范洪彬.特斯拉的“异端”世界-无线充电构想J.电脑迷，1994-2011：88-892宋显锦，韩如成，宋晓鹏.无线电能传输的发展历史与应用现状N.山西财经大学学报，2010-04(13,1)：104-1053DriesvanW
15、ageningen,ToineStaring.TheQiwirelesspowerstandardR.America.EPE-PEMC.20104王欢.基于无芯PCB变压器的无线充电系统的研究N.20105倪光正，崔翔，邱捷，工程电磁场原理2002，3，78-1106C.Fernadez,O.Garcia,R.Prieto,J.A.Cobos,J.UcedaOverviewofdifferentalternativesforthecontact-lesstransminssionofenergy20022-107程丽敏，崔玉龙磁耦合谐振式无线电能传输技术研究进展2012.121-58CK.Lee&W.X.ZhongRecentProgressinMid-RangeWirelessPowerTransfer20129HaoLing,AliYilmaz,APlanarized,Capacitor-l
