基于無線電傳輸的研究

梁帥 姚博嚴 沈文富 曹亞杰 安思彤 山西省朔州市朔城區長寧街中北大學

引言：磁諧振耦合無線電能傳輸技術的理論基礎是“耦合模理論”。假如能量發射裝置與接收裝置的諧振頻率相同，并且激發發射器在這個特定的諧振頻率下產生交變磁場，當接收裝置靠近發射裝置時，也會產生自諧振，接收裝置不斷集聚能量并傳給負載，這樣就可以實現了電能的無線傳輸。通過兩路方波驅動全橋逆變電路使線圈兩端產生正弦波，通過改變線圈匝數和精調電容就可以使發射端與接收端達到完全諧振。

1 系統構造及其制作

在制作發射端過程中，出于波形和精確控制考慮，采用msp430f149單片機效果將會更好，其包含12位A/D，精密模擬比較器，硬件乘法器，2組頻率可達8MHZ 的時鐘模塊，2個帶有大量捕獲/比較寄存器的16位定時器，數十個可實現方向設置及中斷功能的并行輸入、輸出端口等。可同時輸出兩路方波，頻率占空比和死區時間可精確調節，輸出波形完整，且經過編程設計，可通過按鍵直接控制波形輸出，操作簡便靈活。另外我們采用IR2110驅動芯片，該芯片成本低，驅動能力強，芯片體積小，易于調試，同時該芯片有14個引腳，具有獨立的高、低端輸入通道，導通、關斷均非常小；圖騰柱輸出峰值電流2A，懸浮電源采取自舉電路，靜態功耗非常小，而且工作頻率高。在逆變模塊，我們選擇全橋逆變，它相當于兩個半橋驅動電路，采用四個開關管，用兩個2110控制輪流導通，輸出極值為VCC的正弦波，這樣可將功率放大到最大。并且使用肖特基二極管1N5819組成全橋整流，可以非常大的提高正弦波的利用率。

驅動芯片IR2110的參數

接收過程中，在線圈方面，我們采用螺旋狀線圈，相比平面線圈傳輸距離更遠，此外，要合理設置PWM 開關頻率和占空比調節范圍，并且PWM 的占空比不能達到100%，否則無法給自舉電容充電，也就無法自舉驅動。通過實驗自舉電容和自舉二極管的選擇應考慮以下幾點：自舉電容的選擇與PWM 的頻率有關，頻率高時自舉電容就應該選擇小一點的；盡量使自舉回路上不經過大阻抗負載，這樣就要為自舉電容充電提供快速充電通路；此外為了減少電荷損失我們應盡量選用漏電流小的快恢復二極管(高頻)，這樣當發射和接收端都達到相同諧振頻率時即可實現能量的最大傳輸。

調試過程中如若將單片機的波通到驅動電路中后，兩個驅動芯片發燙，高端輸出波形不對，低端波形可以，經檢測發現，單片機輸出波形的最大值為2～3V，則可能是波幅值太低，帶不動驅動芯片，所以我們可以在單片機后加了一個2110驅動電路，先把波進行放大在輸出驅動電路中，待芯片不發燙，高端輸出波形正常，問題就得到了完美的解決；在調試線圈的過程中我們發現，該裝置的最佳傳輸距離與發射端線圈的扎數有一定的關系，一定范圍內，線圈扎數越多，最佳傳輸距離就越遠。

發射線圈層數對應的最佳傳輸距離

2 結束語

科學經濟的快速發展帶動人們提高了生活水平，隨之在人們日常生活中電器也就越來越多，由此，人們對電的需求越來越大同時對電的要求也越來越高，而無線電能傳輸技術就可以提高設備供電的可靠性、便捷性和安全性從而滿足這一需求。無線電能傳輸解決了傳統電能傳輸的大電能存儲和傳輸材料的問題，因此具有非常大的社會應用價值和市場前景。