智能无线供电系统设计实验报告 发射接收模块
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目录
1.1 研究背景 1.2 研究目的及意义 1.3Multisim10.0 软件简介 1.4 设计框图及整体概述 1.5 各单元电路的设计方案及原理说明 1.6 调试过程及结果分析 1.7 设计总结与体会 1.8 参考文献
1.1 研究背景 无线供电是指通过非物理接触的电能传输方式，是继无线通讯、无线网络之后的第三次无线革命，被业界视为一项具有基础应用性意义的前沿科技，其跨产品应用范围广，有望推动全国乃至世界通信、电子、物联网、新能源等产业的突破和创新。
近年来，随着人们生活水平的不断提高和探索物质世界的逐渐深人，人们对电能的传输方式和传输质量也有了新的要求。传统的电能传输主要是由导线或导体直接接触进行的，接触产生的火花、滑动磨损. 碳积累及带电导体裸露等带来了一系列问题叫。无线输电是- -种利用无线电传输电力能量的技术，最早由尼古拉特斯拉提出,与传统的电能传输方式相比，无线输电的过程中供电和用电之间不存在电的直接连接，避免了裸露导体和接触火花，具有使用安全、方便等优点，因而受到了广大研究工作者的关注和重视。无线输电技术应用领域非常广泛，特别是在军事、矿山、水下、医疗、石油、交通等特殊和恶劣环境下具有广泛的应用前景。因此，对于无线输电技术的研究有着非常深远的意义。
1.2 研究目的及意义 无线供电技术是近年来人们研究的热门话题，它主要是以非接触的方式对供电设备进行电能的传输，主要是电，磁之间的相互联系和转化，如今各种低功耗设备，如手机，医疗仪器,MP3 等越来越多,该技术的出现可以解决一些特殊地方的供电需求，比如密封环境，水下监测,无线供电技术可以很好解决这个问题,随着该技术的不断研究，将会在各个领域发挥其强大的作用。这种近距离的无线供电技术很方便,可以轻易给低功耗设备充电，同时也很安全，只需将手机，PDA 等移动设备放上去，无需插拔连线就可以充电，该技术在很多领域有广泛的应用，比如在电子产品领域，生活医疗领域，交通运输领域等，为人类的生活带来极大的便利。
1.3Multisim10.0 软件简介 Multisim10.0 是加拿大交互图像技术公司推出的.最新电子仿真软件，是 Multisim 系列的改进版。该版使文件管理和操作更方便，元件调用更便捷，元件的标注更加直观实用，增加了仿真的真实感，使虚拟的电子实验平台更加接近实际的实 验平台。Multisim 10.0 是一-种在电子技术界广为应用的优秀计算机仿真设计软件，被誉为“计算机里的电子实验室”。
1.4 设计框图及整体概述 设计的智能无线供电系统，能实现短距离、小功率的无线电力传输。在完成电力的无线传输的同时还有功率测量显示的功能。本系统由无线电能发射电路、无线电能接收电路、功率测量显示电路以及电源电路四大模块组成。
1.5 各单元电路的设计方案及原理说明 1.5.1 原理说明 磁耦合式指有两个相互耦合的线圈在电路中，其中一个线圈若通以交流电，该电流会产生一个交变磁场，该线圈会产生一个感应电动势，同时在另一个线圈也会受到影响，也会产生感应电动势，两个线圈相互磁耦合，相互依赖，据有该现象的电路称为磁耦合感应电路，其中变化的电场产生变化的磁场，又可以转化为变化的电场，它们互相影响，相辅相成。
两音叉的固有频率一致时，在左端施以动能使其发声，这时在右端也能听到声音，这就是共振，本设计中主要把共振技术加入到磁耦合技术中，接下来介绍一个电路，称作串联谐振电路。当电路发生谐振时，其谐振频率为 F0=,F0 是由电路本身的固有参数决定的，即当电源驱动频率和和电路的谐振频率一致时， 其电路才发生谐振，所以要加入谐振回路，这样可以提高能量传输效率。
1.5.2 发射电路设计方案 本系统采用线圈谐振耦合传输能量，发射电路处于谐振时发射效率最高。发射电路的谐振频率与输入信号的频率一致时，整个电路处于谐振状态。
回路谐振的频率计算公式: f=2π√LC LC 电路谐振时，支路电流近似为总电流 的 Q 倍，通常，Q>>1, 所以，谐振时 LC 并联电路的回路电流比输入电流大得多，此时线圈产生的能量最大，接收端耦合得到的能量也最大。建议本设计取 L=103uH，C=660nF，Fo=20KHz。
1.5.3 接收电路设计方案 发射电路采用谐振耦合传输电能，接收电路也采用谐振耦合接收电能，使传输效率达到最高。接收到电能后采用 LED 并联供电。电路中设计有专门的测试口，方便测试流过五个LBD 的总电流。接收线圈的电感为 L=103uH,因为谐振频率为 F0=20KHz,所以计算得到所需电容为 C=660nF，故采用三个 224 电容并联。
总体图如下：
1.6 调试过程及结果分析 发射端和接收端的示波器显示如下图：
结果分析：可以看出，发射和接收回路的电压波形图都是近似为正弦波的交流电，且谐
振频率近似,能量传输中的大部分能量被负载吸收，在近距离下耦合谐振式电能传输效率较高。传输部分的电路波形主要是发射部分线圈两端的电压的波形图和负载两端的电压波形图;发射线圈两端的电压波形图近似为正弦波，由于磁耦合谐振感应，接收电路把能量提供给负载，则负载两单的电压波形图应该和发射线圈两端的波形图相似。
1.7 设计总结与体会 本实验实现了无线供电系统的设计与仿真，通过实验装置的研制，通过理论研究和实验数据分析，得出了提高传动效率的有效途径和方法。将我们所学知识理论与实践相结合，锻炼了我们的动手能力和实操能力，并且以科研小组的形式进行分模块设计，让我们初步体会到了科研的步骤流程，对我们以后的研究与工作都大有裨益。
1.8 参考文献 1.简易无线供电系统设计[J],夏增林;陈启军 2.浅析移动无线电监测测向系统中的供电系统设计[J],宋峰 3.自给自足的无线通信能源供应系统太阳能供电系统和蓄电池供电系统为无线通信供应能源 [J], Benjamin Fiene