毕业论文--无线电能传输装置设计.doc

HUNAN UNIVERSITY毕 业 论 文论文题目 无线电能传输装置设计 学生姓名 学生学号 专业班级 电子信息工程3班学院名称 电气与信息工程学院指导老师 学院院长 2015 年5 月 20 日1. 湖南大学毕业设计（论文） 第 页 摘要 2007年美国麻省理工大学利用磁耦合谐振模型在一米的距离下以直径60厘米的线圈点亮了一盏60瓦的灯泡。磁耦合谐振技术是中短距离无线能量传输技术高效的技术，它与磁感应式能量传输技术比较有传输效率高、传输条件要求低的优势，目前国内对此项技术的研究多处于探索的阶段。本论文简要叙述了无线电能传输的发展历程，对无线电能传输的三种主要方式进行了介绍。对无线电能传输装置五大电路模块：传输电路、驱动电路、功率放大电路、信号发生电路、整流滤波电路进行了详细的介绍。本设计信号发生电路以555电路产生特定频率方波信号再以脉冲信号驱动MOS管IRF540。将直流电源变为高频交流电之后，利用发射线圈与接收线圈耦合谐振在接收线圈产生感应电动势，再在接收电路感应的交流电进行整流滤波后变为直流电，驱动负载。整个电路结构简单，工作也十分稳定。关键词：无线能量传输，磁耦合谐振式，非接触式能量传输，555电路，全桥整流DESIGN OF WIRELESS POWER TRANSMISSION DEVICEABSTRACTIn 2007 the American University of science and Engineering University of magnetic coupling resonance model in a meter distance of 60 cm in diameter coil light a 60 watt bulb . The magnetic coupling resonant is a kind of middle-distance high-efficiency wireless power transmission technique, which has the advantage of high transmission efficiency and low condition requirement compared with the traditional wireless power transmission technology . But the research on this technique is still in experimental phase. This paper briefly describes the development of radio transmission and introduce the three main ways of wireless power transmission. The five circuit modules of the radio transmission device are introduced, the transmission circuit, the driving circuit, the power amplifying circuit, the signal generating circuit and the rectifying and filtering circuit are introduced in detail.The signal generating circuit takes the 555 circuit to generate a specific frequency square wave signal and then drives the MOSFET with a pulse signal IRF540.After converting the DC source into the high frequency AC, the coupling between the transmitting coil and the receiving coil is coupled with the resonance of the receiving coil to generate an induced electromotive force.After converting the DC source into the high frequency AC, the coupling between the transmitting coil and the receiving coil is coupled with the resonance of the receiving coil to generate an induced electromotive force.The AC current is changed into DC power and the driving load is changed after the AC current is received in the receiving circuit.The structure of the circuit is simple and the work is also very stableKey words:wireless power transmission，magnetic coupling resonant，non-contact power transmission，555 circuit，full bridge rectifier 湖南大学毕业设计（论文） 第 页 目 录第1章 绪论11.1 无线电能传输的发展历史11.2 无线电能传输的分类及其基本原理1 1.2.1 电磁感应式1 1.2.2 电磁辐射式2 1.2.3 磁耦合谐振式21.3 设计要求3第2章 无线电能传输装置设计思路42.1 无线电能传输系统可供选择方案42.3 无线电能传输系统各模块可供选择方案12 2.3.1 驱动电路可供选择方案12 2.3.2 功率放大电路可供选择方案13 2.3.3 波形发生电路可供选择方案13 2.3.4 整流滤波电路可供选择方案142.4 无线电能传输系统各模块方案的对比选择及参数计算15第3章 无线电能传输装置电路硬件设计16 3.1 驱动电路设计163.2 功率放大电路设计173.3 波形发生电路设计183.4 整流滤波电路设计19第4章 无线电能传输装置仿真、电路连接、测试结果与分析20 4.1 电路仿真204.2 实物电路测试方案214.3 实物电路测试条件和仪器选择214.4 实物电路测试结果以及分析21结束语22致谢23参考文献24第1章 绪论本章内容分为三个小节，第一小节从无线电能传输的发展起源到现今各个阶段的典型事件来概述无线电能传输的发展历史。第二小节从无线电能传输原理入手，简要介绍了作为当今热点的无线电能传输的三种分类以及它们的基本原理。第三小节从实际出发，说明本课题的主要任务。1.1 无线电能传输的发展历史 1864年，赫兹运用了VHF和UHF波段的放电发射机证实了电磁辐射的存在。1891年特斯拉改善了他的微博发射器的射频功率供应并申请了专利。 1893年，特斯拉在位于芝加哥的世界博览会上展示了他的无线传输荧光照明灯。 1894年，特斯拉在分别位于纽约第五大道35号和休斯顿街46号的实验室的点亮一个单极白炽灯，他在实验运用了电力感应和无线共振感应耦合等技术。 1897年，马可尼使用超低频无线电发射器传送了6公里的摩尔斯电码信号。 1969年至1975年，布朗在雷神计划中完成在84%传输效率下传输30万千瓦的能量超过1英里。 1988年，鲍尔斯在新西兰的奥克兰大学发明了一个靠感应供电的小推车。 2001，年英国技术公司Splashpower、美国WildCharge和Fulton Innovation等公司用充电垫的方式给手机和相机等充电。 2007年，麻省理工大学的索尔贾希克领导的研究团队利用电磁技术点亮了2米外的一盏60瓦的灯泡，实验中的线圈直径为60厘米，传输效率为40%。2008年，英特尔公司重新进行了1894年特斯拉和1988年鲍尔斯的实验，隔空给60瓦的灯泡提供电力且距离相距为1米传输效率高达75%。1.2 无线电能传输的分类及其基本原理1.2.1 电磁感应式电磁感应式电能传输技术早在100年前就已经为人所知，现在已经广泛应用的变压器是基于电磁感应原理来进行工作的：由一个磁芯、一个初级线圈和一个次级线圈组成；输入的交流电经过整流滤波电路后变为直流电，之后再通过逆变器进行直流电向交流电的转换，在逆变器中所产生的高频交变电流进入变压器的初级线圈，与次级线圈耦合，继而在次级线圈产生感应电动势，再通过整流滤波后为负载供电。虽然利用电磁感应式无线电能传输是非常成熟的技术，但是会收到很多限制：对于初级线圈和次级线圈的距离和错位上有较高的敏感度，磁场会随着距离的增加而快速衰减。而供电的距离的增大，则势必会增大电能的消耗。所以电磁感应式无线电能的传输距离较近。1.2.2 电磁辐射式电磁辐射式无线电能传输主要采用微波波段进行电能传输。由于微波的频率较高，能顺利通过大气层的电离层而不会反射。宇宙空间对微波的传输十分理想，几乎没有能量损耗，而传输过程中的损耗主要为通过大气层时的2%损耗。而电磁辐射式无线电能传输则是在电磁辐射的原理上通过微波转换器将交流电变成微波后利用微波发射天线送到电离层中，然后由微波接收天线将接受到的微波在地面接受站通过转换器再变回交流电。只要合理设计接收机的形状，采用高精度的定向天线或者高质量的平行激光束即可实现远距离的能量传递。利用微波或者激光来实现电能的无线远程输送，这对于新型能源来说有重要意义。但是电磁辐射式的无线电能传输的路径上要求不能有任何障碍物并且它在实际应用中对通信和雷达、射电天文的干扰十分巨大。所以电磁辐射式无线电能的传输还有待改进。1.2.3 磁耦合谐振式 磁耦合谐振式无线电能传输的原理十分简单，我们日常所接触到的电磁波都承载着能量。无线电广播在发射时，大部分的能量都四散在了空中，而磁耦合谐振便利用两个固有频率的物体来聚集能量。因为特定频率的电磁波会引起物体的振动，而两个固有频率相同的物体就可以传递这种振动。于是，在美国麻省理工大学的实验中，发送端和接收端的线圈被校调成了一个磁共振系统，通电后能够以固定频率的振动传递能量。能量的传送不受空间障碍物的影响，较电磁感应式的无线电能传输来说更远，频率更高。因为要使两个线圈和电磁波的频率相同，所以需要使用到电容补偿。磁耦合谐振式和电磁感应式均利用了电磁感应原理，都是电磁场近场的磁耦合无线电能传输方式，是一种技术的两种不同的表现形式。但是在安全性、串扰和效率上还有许多值得考虑的因素。人们佩戴的金属制的项圈、项链也是环形线圈，若在某场合形成谐振回路则会影响系统工作。电磁波与电磁波在同一个场合内产生串扰耦合。线圈垂直时是不存在耦合的，被供电设备的放置会影响到供电效率。1.3 设计要求 任务：设计并且制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置 要求：(1)保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm、输入直流电压U1=15V 时，接收端输出直流电流I2=0.5A，输出直流电压U28 V，尽可能提高该无线电能传输装置的效率；(2).输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED灯（1W）。(3)在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。第2章 无线电能传输装置设计思路本章是对磁耦合谐振式电能传输有两线圈，三线圈，四线圈和多线圈式进行选择以及谐振电路的串并联选择。在选择驱动电路、功放电路、波形发生电路和整流滤波电路上也有许多不同的样式。本章将详述线圈以及各个模块即驱动电路、功放电路、波形发生电路和整流滤波的选择。2.1无线电能传输系统可供选择的方案 本节主要说明两线圈、四线圈以及多线圈的特点。以及串联、并联谐振的选择特点及选择。无线电能传输系统发射和接收模型如图2.1.1所示，它传输效率关键在于电磁的发射系统和接受系统。图2.1.1.无线电能传输系统发射和接收模型2007年，麻省理工大学在无线电能传输上采用的是四线圈结构。从能量传输的角度上来看，电能传输至少要采用两个线圈。两线圈模型的能量流图如图2.1.2所示。利用两个谐振线圈进行无线电能传输的结构称为两线圈结构。在这个基础上，为了进行电源和负载的匹配，麻省理工大学团队又多增加了两个线圈，实现了电源和发射线圈、负载和接受线圈的隔离，利用四个谐振线圈进行无线电能传输的结构成为四线圈结构。四线圈模型如图2.1.3（a）所示，为了分析方便，将激励线圈的电路反射到发射线圈，相当于发射线圈中加入一个感应电动势；将负载现券反射到接收线圈相当于接收线圈增加一个反射阻抗，其等效电路如图2.1.3（b）所示。2.1.2 两线圈模型的能量流图（a）其中为各线圈等效电容；为各线圈损耗电阻；为各线圈的辐射电阻。（b）其中为等效感应电动势；为等效电源阻抗和负载阻抗；为两线圈损耗电阻和辐射电阻的和。图2.1.3.四线圈的基本结构模型和其等效两线圈电路图 对于上述两类线圈，如四线圈结构，列出电路的方程组 （1）对两线圈电路列公式可得（2）令 （3） （4）可解的 （5）根据表2-1-1选取参数表2-1-1 四线圈磁谐振无线传输电路各元件取值实际电路中通常源线圈-发射线圈间的距离与接收线圈-负载线圈间的距离是固定的,而发射端和接收端的距离是改变的,所以仿真时将与固定,而单独改变的值。代入各原件的数值,仿真频率为8兆赫兹到12兆赫兹,计算电压传输效率与和仿真频率的曲线图如图2.1.3。图2.1.3 与和仿真频率的关系由图我们可以看到，图中的虚线内部分为过耦合状态，当时在仿真频率为10兆赫兹时很小，而在10兆赫兹附近的频率点可以使有最大值。因为虚线框内有两个谐振峰，所以若是继续采用单个线圈作为传输电路的工作频率，是无法达到系统最大的能量传输效率，合理利用两个谐振峰的频率作为工作频率则会继续将传输效率处于一个很高的值；当系统处在虚线中的状态时，系统处在临界耦合状态，此时系统谐振的频率和单个线圈的谐振频率是一样的，的峰值可以在系统谐振频率下达到最大值；当系统处在虚线外状态时，为欠耦合状态，系统的谐振频率和单个线圈的谐振频率随着的减小，也随着不断的减小，系统的能量传输效率减小。若将固定取值，其他的仿真数据和表2-1-1一样，得到仿真结果如图2.1.4图2.1.4 四线圈系统固定后传输效率和频率的关系曲线对于两线圈谐振系统，列出方程可得可得可以解得的值为了和四线圈进行比较，取发射、接收线圈一样的等效电容值、等效电感值和等效电阻值，取值如表2-1-2。表2-1-2 两线圈磁谐振无线传输电路各元件取值仿真频率由1兆赫兹提升至100兆赫兹，那么和频率的关系如图2.1.4所示。图2.1.4 双线圈系统和频率的关系曲线由图2.1.4，我们可以得到，在1兆赫兹到2兆赫兹附近的值达到最大值，为近似0.275。然后随着频率不断的增大，的值不断的减小，传输效率不断的减小，最终趋近于0。和四线圈结构进行比较，四线圈结构在选择频率合适和合适的基础上，它是远大于两线圈结构的。因此可以得出结论，在理想的状况下，四线圈谐振电路的传输效率高于两线圈谐振电路的传输效率。四线圈结构优于两线圈结构，因为四线圈结构可进行电源和负载的匹配，在很大程度上隔离了电源和负载对谐振线圈的影响，所以四线圈结构的传输效率会远远高于两线圈结构的传输效率。但两线圈结构在数学分析和物理模型的简便上都远远大于四线圈结构。在传输结构的选择上，出现了更多的传输结构。例如两线圈的发射和接受线圈之间多加一个中继线圈而形成三线圈，如图2.1.3。同样在四线圈中加入一个中继线圈而形成五线圈模型。增加一个中继谐振线圈可以使得传输距离增大，同时也可以在增加小型的中继线圈来改变传播路径为曲线路径。图2.1.5 两线圈模型增加一个中继谐振线圈S由于本次线圈手工制作，线圈数量增加会使误差增大，加大了调制的难度。对比四线圈和两线圈方案，我们选取数学分析和物理模型稍易的两线圈模型进行分析。两线圈模型如图2.1.5。图 2.1.6 两线圈模型对于谐振电路，我们可以选择串联谐振和并联谐振。对于串联谐振则将电容阻抗按照，对于并联谐振，则将电容导纳按照来计算。串、并联谐振如图2.1.6，图2.1.7所示。 图2.1.7 串联谐振电路其中为电源电压，为电感，为电阻，为电阻。串联谐振电路的电路结构如图2.1.7。电路的总阻抗为。电阻两端电压和电源电压的比值为。以为变量，为因变量求导可以得出当时，电路的总阻抗达到最小值，即。电源电压全部加在负载上，调节信号源的频率，当电阻两端的电压达到最大值时信号源的频率就是线圈的谐振频率。图2.1.8 并联谐振电路根据图2.2.4所示并联谐振电路模型，图中的总阻抗为。电阻两端电压和电压源电压的比值为。以为变量，为因变量求导得到当时，电路的阻抗达到最大值，即。调节信号源的频率，当电阻两端的电压达到最小值时信号源频率就是线圈的谐振频率。 在此我们回顾一下并联谐振和串联谐振的概念。在电阻、电容、电感并联电路中，出现电路端电压和总电流同相位的现象，叫做并联谐振。其特点是：并联谐振是一种完全的补偿，电源无需提供无功功率，只提供电阻所需要的有功功率，谐振时，电路的总电流最小，而支路电流往往大于电路中的总电流，为了进一步在发射端提高发射效率，根据高频电路里的知识可以知道，当电路处在谐振状态下线圈发射的效率最大 ，其谐振频率计算公式为：。 在电阻、电感及电容所组成的串联电路内，当容抗与感抗相等时，即，电路中的电压与电流的相位相同，电路呈现纯电阻性，这种现象叫串联谐振。其特点是：电路的阻抗小，电压一定时候，电流最大，电容或电感两端的电压为电源电压的Q倍。回路固有损耗电阻和负载的接入将使Q值下降，从而使频带增宽，对带外干扰信号的抑制能力减弱。因此为了保证良好的选择性，应在通频带的限制下力求增大Q值，在选用高电感的情况下还应该减小电源内阻和负载大小，在串联谐振回路中采用小内阻的电源激励可以限制负载的值。在本次设计中，我们采用并联谐振。2.3 无线电能传输设计各模块可供选择方案本节主要介绍驱动电路，功率放大电路，信号发生电路，整流滤波电路可供选择的方案及介绍。2.3.1 驱动电路可供选择方案方案一：三极管驱动电路电流驱动型，价格较低但是损耗大，速度快，放大倍数灵活。对信号发生电路输出的控制脉冲信号进行放大，并给功率放大电路提供开关驱动信号。方案二：MOS管驱动电路电压驱动型，价格高但是损耗低，极强的大功率和大电流处理能力，极低的导通内阻，极低的栅极电荷，良好的抗雪崩击穿能力，较强的驱动能力。2.3.2 功率放大电路可供选择方案方案一：A类功率放大电路A类放大器的静态工作点在负载线的中点处附近，三极管在输入信号的整个周期内均是导通的。放大器可以一个管工作，也可以两个管作推挽工作。因为放大器工作在特性曲线的线性范围之中，所以瞬态和交替失真小。电路简单，调试方便。但是效率很低，晶体管功率消耗很大，理论最大值只有25%，并且伴随有很强烈的非线性失真。方案二：B类功率放大电路B类放大器的静态工作点在处，当信号没有输入时，输出端不消耗功率。在输入信号的正半周期，导通截止，输出端输出正弦波正半轴；在输入信号的负半周期，两管推挽工作。B类放大器效率很高，约78%左右。当放大器输入端的电压在6伏特至0.6伏特之间时，均无法导通，使得放大器工作在非线性区域内，“交越失真”较大。方案三：AB类功率放大电路AB类放大器三极管的导通时间稍多于半周期，所以必须用到两个管子作推挽工作。它可以避免交越失真但是交替失真比较大，但是可以抵消偶次谐波失真。它的效率很高，晶体管功率消耗也比较小。方案四：谐振功率放大器谐振功率放大器由LC并联谐振回路和开关管构成。功放驱动电路主要用于放大前级振荡电路产生的振荡信号，从而将更高的振荡信号送入下级高频功率放大电路。谐振功率放大器采用谐振网络作为负载，一般工作在丙类或者乙类的状态，工作的频率和相对通频带相差是很大的，它的输出功率很大、效率也很高。2.3.3 信号发生电路可供选择方案方案一：555定时器产生方波555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，应用十分的广泛。不仅用于信号的产生和变换，还常用于控制与检测电路中。555定时器内部电路结构是由分压电阻、电压比较电容、简单的锁存器、放电三极管T以及缓冲器G组成。三个5千欧电阻通过串联组成分压器，为电压比较器提供合适的参考电压。电压比较器的基准电压分别为。555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。方案二：TL494产生方波TL494是一种频率固定的脉冲调制控制电路，集成了开关电源控制所需要的主要模块。内部线性的锯齿波振荡器频率由两个外部元器件决定，。近似的振荡频率可以用公式决定。当放电时，在死区时间比较器的输出端产生一个正脉冲，并且截至晶体管。当输入控制端接到参考电平时，脉冲控制的双稳态触发器工作在推挽式，交替控制输出晶体管的开通，输出频率是振荡器频率的一半。当在单端模式下需要高的输出电流驱动时，可以并联使用，此时输出控制管脚必须接地来禁止双稳态触发，输出频率等于振荡器频率。方案三：无源晶振和“非门”以及其他电路原件组成振荡电路若要求产生频率稳定性很高的脉冲波形，可以采用石英晶体组成的石英振荡器。此电路的振荡频率仅取于石英晶体的串联谐振频率而与电路中的的值无关。所以石英振荡器的选频特性非常的好，但是只有频率为的信号最容易通过，其他频率的信号均会被晶体所衰减。方案四：RC正弦波振荡电路采用RC电路作为移相网络的振荡器统称为RC正弦波振荡器，主要工作在几十个千赫兹以下的低频段。采用的移向网络有RC导前移相电路、RC滞后移相电路和RC串并联选频网络。由于RC相移电路的选频特性并不理想，因而它的输出波形失真大，选频稳定度低，只能用在性能不高的设备中。2.3.4 整流滤波电路可供选择的方案方案一：桥式整流电容滤波桥式整流电路保证了负载上的电压和电流方向始终不变，桥式整流电路实现了全波整流电路，所以在变压器副边电压有效值相同的情况下，输出电压的平均值是半波整流电路的两倍，单相桥式整流电路具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点。电容滤波电路简单易行，输出电压平均值高，适用于负载较小且变化也较小的场合。方案二：半波整流电容滤波半波整流的电压利用率只有50%，有一半用不上。虽然电路简单易行，二极管数量少，功耗也降低。但是只利用半个周期所以输出电压低，脉动大，效率低。这种电路仅仅适用于整流电流小，脉动要求低的场合。2.4 无线电能传输系统各模块方案的对比选择及参数计算考虑到多方面原因，在驱动电路方面，我们选择价格虽高，但效果好、功耗低的MOS管来驱动；在功率放大电路方面，我们选择由MOS管和LC并联谐振电路构成的谐振功率放大器来作为功率放大电路；在信号发生方面，我们选择由555定时器来产生方波，调频简单，电路也简单；在整流滤波方面，我们选择整流效率高的桥式整流电容滤波，使得输出电压高、变压器利用率高、脉动小的特点，并且简单易行。参数计算：（1） 传输效率： 其中为负载的电压和电流，为发射线圈端的输入电压和电流。（2） 耦合线圈等效电感： 其中为耦合线圈的匝数，耦合线圈的半径，为真空中的磁导率为，为线圈截面的几何平均距离，计算公式为，0.2236，为耦合线圈的导线半径。（3） 两空心圆线圈之间互感：其中分别为发射、接收线圈的匝数，为真空中的磁导率为，为两线圈之间的距离，分别为发射、接受线圈的半径。（4） 耦合线圈等效电阻：（5） 耦合线圈辐射电阻：在高频条件下，耦合线圈等效电阻包括线圈欧姆损耗电阻和辐射损耗电阻，在1-50兆赫兹下，辐射损耗电阻远大于欧姆损耗电阻，所以可以忽略辐射损耗电阻，为铜的电导率，其大小为西门子。（5） 发射、接受线圈固有频率:第3章 无线电能传输装置电路硬件设计本章是对驱动电路、功率放大电路、波形发生电路、整流滤波电路的硬件设计的具体分析。系统总框图如图3.1所示图3.1 系统总框图本系统的发射、接收线圈采用半径相同、匝数相同的线圈。这样发射线圈的等效电感和等效阻抗和接收线圈的是一样的，对于互感的计算也变得相对简单。线圈的半径均为75毫米，匝数为34圈，导线的半径为0.2毫米，经过计算电感为43微亨利。线圈不能绕太少，不然电感不够。线圈也不能绕太多，绕太多并联时电感的感抗过大，产生的磁场相应的变小。3.1 驱动电路设计驱动电路采用MOS管IRF540构成驱动电路，因为IRF540开关管开启时间为4纳秒，关闭时间为3纳秒。理论上开关频率可以达到几十兆，并且功率低通过电流大完全符合要求。具体的电路图如图3.1.1所示。图3.1.1 IRF540作驱动电路3.2 功率放大电路设计功率放大电路，由于放大后的振荡输出时用于能量功率，而不是信号，波形失真并不重要，不但要有足够的振幅，电路还要简单。这里选用谐振功率放大电路，MOS管需要工作频率和耐压值满足条件并且MOS内的寄生电容要尽量小，最终选用了IRF540作为功放MOS器件，LC并联电路的C选用4个103纳法的电容并联作为并联谐振电路与线圈的等效电感相匹配。具体电路图如3.2.1所示图3.2.1 IRF540作功率放大器3.3 波形发生电路设计 波形发生电路采用555定时电路构成频率可调的多谐振荡器，通过改变滑动变阻器的大小来改变外部元器件的大小从而来改变定时器内充电的电压大小，进而改变电容器充放电的时间，其中充电时间，放电时间。因而振荡频率为。本系统采用400千赫兹的振荡频率，再进行电阻电容的匹配，微法微法，设计的555定时电路多谐振荡器如图3.3.1所示。图3.3.1 555定时多谐振荡器3.4 整流滤波电路本设计采用LC并联谐振结构，因为工作的频率在400千赫兹以上，输出的最大电流可以达到0.5安，所以整流二极管采用1N5819。滤波采用2200微法和0.1微法的电容并联进行滤波。全桥电路如图3.4.1所示，滤波电路如图3.4.2所示。图3.4.1 全桥整流电路图3.4.2 双电容滤波电路第4章 无线电能传输装置仿真、电路连接、测试结果与分析本章主要描述电路仿真的结果，实物电路连接、以及电路连接后的测试结果与数据分析。4.1 电路仿真基于以上模型分析，采用Protues电路仿真软件进行仿真，仿真总电路如图4.1.1所示，实际电路图如4.1.2所示。图4.1.1 仿真电路图图4.1.2 实际电路图4.2 实物电路测试方案（1）保持发射线圈与接收线圈间的距离X=10cm、输入直流电压U1=15V，接收端输出直流电流I2=0.5A，输出直流电压U28V,负载采用可变电阻器；效率，尽可能提高该无线电能传输装置的效率。（2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED灯（白色、1W）。在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离X。4.3 实物电路测试条件及仪器选择测试条件：仿真电路和实际电路必须与系统的原理图完全相同，检查确认无误后，保证硬件电路无虚焊。测试仪器：健CS-5400 100M双踪示波器、安捷伦六位半数字万用表、直尺。4.4实物电路测试结果以及数据分析表4-4-1为收发线圈10cm距离时传输功率及效率测试结果：表4-4-1 收发线圈10cm距离时传输功率及效率测试V1示数（V）A1示数（mA）V2示数（V）A2示数（mA）输出功率P(W)效率159208.75064.4031.88%以距离步进1cm的高度，测得不同电压、电流及功率的大小如表4-4-2所示。表4-4-2 距离范围测试线圈距离（cm）输出电压（V）输出电流（mA）输出功率P（W）108.75064.40118.34723.92128.04453.56137.54093.07146.93682.54156.1 324 1.98165.22891.50174.12431.00结束语 本论文从理论和实验两个方面着手，对无线电能传输这一前沿技术进行了简单粗略的研究。概述了无线电能装置的发展历程和具体种类，通过理论推导分析了两线圈和四线圈的理论值区别。从设计着手进行了具体的电路研究，每个模块的每种方案都进行了详细的考虑，结合实际从而选择了最能表现出原理的方法。通过电路仿真和实际电路的搭建，分析了实际和理论之间的差距。看到了具体的实验现象，得到了与仿真值很接近的的实验数值。不仅锻炼理论推导的能力，也锻炼实际电路焊接的能力。同时回顾大学学习过的大学物理、电路、模拟电路、数字电路、微机原理及应用、电磁场与电磁波、高频电子线路等多门学门核心课程。更加牢固了所学的基础知识并将所学知识都结合起来，也回顾了Matlab理论仿真和Protues电路仿真等仿真知识，不仅增加了所学，同时也增加了所用。致谢本论文的工作是在我的毕业设计导师黎福海老师的悉心指导下完成的，黎福海老师严格的治学态度和科学的工作方法在这四年里给我的影响不仅仅局限于毕业设计，他给我在学习方法和人生规划上的建议则使我醍醐灌顶，让我的人生有了更加具体和准确的奋斗目标，更教会了我应该怎么做人，应该怎么做一个男人。大学四年匆匆过去了，在写致谢的这一刻便标志着我和这算学校就此别离了。感谢大学期间传授我知识的老师，每一位老师的教导都是我完成好毕业设计的基础。特别是感谢邹老师和石老师，不仅在学习上是我的老师，在生活中对我的关心也是无微不至。在我陷入困境时给我有力的帮助，不时对我的关心和照顾让我少走了许多弯路。师恩伟大，无以为报。感谢我的父母和家人，不是你们一直以来的良苦用心和支持鼓励，我是无法成为一名大学生的。四年来，快乐的事情因为有你们分享而更加的快乐，难过的事情因为有你们的关怀而擦掉眼泪继续前行。我失败的时候，你们鼓励我要我爬起来重新再来；我成功的时候，你们要我小心脚下，戒骄戒躁。谢谢你们！大学四年接触最多的就是同学，感谢武子菡同学和周洋同学对我的支持和鼓励，有你们的陪伴让我在人生的道路上不仅多了动力更多了榜样。感谢我的室友黄轶琨、谢骐宇、王郡实和张永睿的四年陪伴，让我的宿舍生活充满了生机和活力。感谢一起做毕业设计的谭梦石同学，我在谭同学身上学习到了许多优点，比如沉下心来认真做一件事，时间要合理的规划等等。最后感谢湖南大学给我一个平台，让我不仅学到了知识，也学习到了如何做人。悄悄是别离的笙箫，夏虫也为我沉默，沉默是今晚的湖大！时光匆匆，我将离开母校湖大，走向更宽广的社会！ 参考文献1张茂春，王进华，石亚伟无线电能传输技术综述J重庆工商大学学报，2009，26(5)：4854882张小壮磁耦合谐振式无线能量传输距离特性及其实验装置研究哈尔滨：哈尔滨工业大学，.3哈尔滨工业大学磁耦合谐振式无线能量传输装置：中国，2008100646672 EP，200812034哈尔滨工业大学基于磁耦合谐振式无线能量传输技术的装饰灯：中国，2009100715959P2009-08-1 95Barrett J P Electrici