项目一无线能量传输装置

1、项目一：无线能量传输装置 任务一：无线能量传输单个三极管放大电路的焊接 一、任务背景 无线供电的设想最早由交流电之父特斯拉在一百多年前就已经由此构想了。在那以后，人类对无线供电技术的研究一直在继续。无线充电可以解决很多问题：第一，它可以改变目前电子产品充电接口不兼容的情况，让用户不再需要携带一大堆充电器和电线，只要将代充电的设备置于发射器附近，就可以充电了。第二，目前很多传感器需要无线充电，比如埋在墙里的传感器，把它拿出来充电是不太可能的，还有一些远程的监控用途的传感器， 一样地需要无线充电技术。第三， 就是目前广泛应用的植入性医疗器件， 如心脏起搏器，每隔七八年病人就需要做手术来更换电池。如

2、果可以对起搏器进行无线充电，就不需要做危险的手术了。最重要的是，从宏观上看，如今人类对电能的热爱非常强烈，消耗越来越大，乱如麻的电线和污染环境的电池，带来更多的困挠，无线电能传输技术是解决这些问题很好的途 径。 无线电能传输技术目前可通过三种方式实现：电磁感应式 （利用电流通过线圈产生磁场实现近程无线供电） 、 磁场共振式（利用磁耦合共振效应近程无线供电） 、电波辐射式（电 力转换成电波以辐射传输供电） 。 本任务使用第一种实现方式进行电能传输。 补充任务： 整流滤波的电路的调试 原理框图： 图1 由发射模块和接收模块组成。发射模块中信号发生电路产生占空比可调的方波，经驱动电路提高其驱动能力后

3、为功放电路提供激励信号，再通过发射线圈把能量发射出去。接收电路主要有接收线圈，整流滤波电路以及发光二极管模拟的负载组成。 三、接收模块 1、接收模块电路原理： 图2 接收模块电路原理图 2、发射模块电路原理图： 图3 接收模块电路原理图 1）、将图3连线完成。并连接其实物图。测量并画出三极管输入和输出的波形图。解释原因。 2）、线圈L1两端，接入二极管，画出三极管输入和输出的波形图。（相关知识点，续流二极管） 三级输入波形 三极管输出波形 原因 图4 续流二极管 整机调试 任务1：变换主线圈不同驱动频率，测量负载电流大小。 任务2：1、使用三极管8050驱动初级线圈，测量负载电流大小。 2、使

4、用三极管2383驱动初级线圈，测量负载电流大小。 任务3：1、整流电路使用二极管4008，测量负载电流大小。 2、整流电路使用二极管1N4148，测量负载电流大小。 三级输入波三极原 任务二：无线能量传输H桥电路及程序 一、任务背景 上个任务采用单个三级管放大功率，效率低，传输距离近。本任务为解决此问题，采用H桥驱动。 H桥驱动电路： H桥式电机驱动电路包括4个三极管，因其外形酷似字母H，所以称作H桥驱动电路。 要使线圈处有电流，必须使对角线上的一对三极管导通。例如 当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过线圈，然后再经Q4回到电源负极。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至

5、左流过线圈。 晶体管是最为廉价的控制方法，但在晶体管上有明显的压降，会产生功率的损耗，效率不高，适宜应用在低电压，小功率的场合。 二、驱动芯片： L298N L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，346V，输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制，与单片机管脚直接连接；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作，有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电

6、压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。 VS 位电机驱动电源，VSS为逻辑控制电源。 程序代码： 任务三：无线能量传输谐振电路 一、任务背景 任务任务采用单个三级管放大功率，效率低，传输距离近。本任务采取并联谐振电路解决此问题。 并联谐振的特性： 1.电流与电压相位相同，电路呈电阻性。 2.串联阻抗最小，电流最大：这时Z=R，则I=U/R。 3. 电感端电压与电容端电压大小相等，相位相反，互相补偿，电阻端 电压等于电源电压。 4.谐振时电感（电容）端电压与电源电压的比值称为品质因数Q

7、，也等于感抗（或容抗）和电阻的比值。当Q1时，L和C上的电压远大于电源电压（类似于共振），这称为串联谐振，常用于信号电压的放大；但在供电电路中串联谐振应该避免。 补充任务：RLC并联谐振电路 二、电路连接与调试 发射模块电路原理图： 将图1连线完成。并连接其实物图。将信号发生器接入C1输入端，改变信号发生器频率，寻找谐振点。 图1 补充任务 整流滤波的电路的调试 实验人： 时间： 指导老师： 一、半波整流 1、画出半波整流原理图 2、按照原理图，接线。 3、输入端使用信号发生器提供幅值0.25V的正玄波。画出输入、输出波形。 输入正弦波 输出波形 输出幅值 输出频率4、输入端使用信号发生器提供

8、幅值1V的正玄波。画出输入、输出波形。 幅值：0.25V，频率：1KHz 幅值：1V，频率：1KHz 思考题： 1）请解释输出波形的原因。（二极管单行导通） 2）为何3、4输出波形不同？（相关知识点，二极管的开启电压） 3）输出正弦波的峰值为 V，输入信号的正弦波峰值为 V。为何4的输出的波形和输入波形不同？（相关知识点，二极管的导通压降） 二、全波整流 1、画出全波整流原理图 2输入正弦波 输出波形 输出幅值 输出频率 幅值：0.25V，频率：1KHz 幅值：1V，频率：1KHz 、按照原理图，接线。 3、输入端使用信号发生器提供正玄波。画出输入、输出波形。 补充任务：RLC并联谐振电路 1

9、电路课程设计目的 （1）验证RLC并联电路谐振条件及谐振电路的特点； （2）学习使用EWB仿真软件进行电路模拟。 2仿真电路设计原理 本次设计的RLC串联电路图如下图所示。 图1 RLC并联谐振电路原理图 理论分析与计算： 根据图1所给出的元件参数具体计算过程为 )1(111LCjRLjCjRY? 发生谐振时满足LC?001? ,则RLC并联谐振角频率?0和谐振频率f0分别是 LCLCf?21,100? RLC并联谐振电路的特点如下。 谐振时Y=G, 电路呈电阻性，导纳的模最小GBGY?22. 若外施电流Is 一定，谐振时，电压为最大，GIUSo?,且与外施电流同相。 电阻中的电流也达到最大，且与外施电流相等，IISR?. 谐振时0?IICL,即电感电流和电容电流大小相等，方向相反。 3谐振电路设计内容与步骤 （1）电路发生谐振的条件及验证方法 这里有几种方法可以观察电路发生串联谐振： 利用电流表测量总电流Is和流经R的电流IR，两者相等时即为并联谐振。 利用示波器观察总电源与流经R的电流