無線電能傳輸裝置的設計

呂婧楠 賈婷 許蕓夢 沈陽工學院信息與控制學院

無線傳輸電系統給可充電電池充電。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。

發射電路設計：直流電源向此電路提供一合適的直流電壓便可啟動，加上電源后，由于兩個晶體管的特性有所差異，故假設Q1先導通，此時電感線圈產生感應電動勢，然后由一組線圈反饋回來，使Q1一直導通，Q2截止，直到電感磁芯飽和，此時電動勢為零，導通Q1截止，電動勢反向，便Q2導通。雙管推挽電流饋電，逆變振蕩器產生正弦信號，并用線圈將能量發送出去，即完成發送電路功能。發射電路原理圖如圖1所示。

圖1 發射電路原理圖

接收電路設計：發射LA、接收L線圈、通過電容調諧后固有頻率達到一致，為fr。由于是高頻傳輸（1～20M），其中心頻率等于線圈LA、L的固有頻率fr，最后L線圈通入頻率為fr的正弦波，系統產生共振，向負載傳輸能量。經全橋整流后濾波后輸出直流電源和限流推動發光二極管顯示。

在接收電路中，選用了全波整流電路，全波整流變壓器輸出功率的利用率為100%，輸出直流電壓中的紋波較低。選擇輸出整流二極管時不僅要考慮耐壓值要合適，還要滿足開關特性好、反向恢復時間短的快恢復二極管；電容的選取不僅參考其電容值，還要考慮其耐壓值要高。接收模塊電路原理圖如圖2所示。

圖2 接收模塊電路原理圖

測試數據：當保持發射線圈與接收線圈間距離x=10cm、輸入直流電壓U1=15V時，接收端輸出直流電流I2=0.5A，輸出直流電壓U2≥8V，輸入直流電壓U1=15V，輸入直流電流不大于1A，接收端負載為2只串聯LED燈（白色、1W）。在保持LED燈不滅的條件下，盡可能延長發射線圈與接收線圈間距離，能夠達到35厘米左右的距離。

（1）在發射端輸入800HZ單音信號時，測試在8歐姆電阻負載上，接收端輸出的電壓有效值；

（2）在發射端輸入800HZ單音信號時，減少發射端的輸入信號為0V（即擋住紅外線的傳播路徑），用低頻毫伏表測量此時輸出端的噪聲電壓。

結果分析：由于實驗室提供的能夠模仿音頻信號的且能方便測量的信號只有正弦信號，所以我們用一款比較差點的信號發生器產生信號，然后進行測量，會有誤差，但發現誤差并不大。

結論:由于系統架構設計合理，功能電路實現較好，通信性能優良、穩定，較好地達到了題目要求的基本要求以及部分發揮要求。

（1）傳輸距離達兩米，還原出的音頻信號無明顯失真；

（2）單音頻信號輸入時，輸出電壓的有效值大于0.4V，噪聲電壓小于0.1V；

（3）指示燈能表明信號的有無；

（4）能實現中繼轉發，通信方向改變90度，可繼續傳輸信號，且無明顯失真。

[1]楊素行.模擬電子技術.北京：高等教育出版社，2006年；

[2]樊昌信.通信原理.北京：國防工業出版社，2006年；

[3]曾光宇.光電檢測技術.北京：清華大學出版社，2009年；

[4]張記龍.光電信息技術與應用.北京：國防工業出版社，2008年；