2015年02月(下)
工业经济管理
无线电能传输装置设计与实现
陈玉玲
（沈阳工学院，辽宁 抚顺 113122）
摘要：根据电磁感应原理，本文设计了一种简易的无线供电装置，该系统包括发射电路、传输电路、接收电路三部分。LED照明模块是由两个1W的白光LED灯组成，它的供电来自能量发送模块，发送与接收两个模块之间没有任何导线连接，电能的传输通过感应线圈，由能量发送模块以无线方式传输给LED照明模块，线圈间的介质为空气。
关键词：无线电能；传输；设计
中图分类号：TM231 文献标识码：A 文章编号：1671-1009（2015）04-0162-01一、无线电能传输系统原理框图
无线电能传输系统总体设计由发射电路、传输电路、接收电路组成，如图1所示。
图2 无线电能传输系统电路图三、测试结果及分析
线圈在设计过程中由于尺寸的不同 谐振频率也会出现不同的值，如果发送线圈在频率确定的情况下，接收线圈的谐振频率不同，就需要引入能够调节接收线圈谐振频率的方法。根据以前的谐振线圈的等效电路可知，并联电容是最方便的方法，根据发射线圈谐振频率来决定电容的大小。在调试的过程中，我们可以得到在固定的频率下，接收端并联的电容值及传输距离值，所得值如下表1所示。
表1固定频率下接收端并联电容容值与传输距离
谐振频率/KHZ 发送电容/型号 接收电容/型号 传送距离/CM169 333 473 12180 473 473 16185 334 101 15170 332 472 18151 223 473 25
发射电路 传输电路 接收电路图1 无线系统工作原理框图二、硬件设计（一）发射电路
信号发生模块以555芯片为中心，组成一个多谐振荡器的基本电路，它是一个方波发生电路。方波信号从M555芯片的3脚输出。它的波形频率与占空比都可通过滑动变阻来控制，用示波器测试输出3脚，可观察出产生方波的波形和频率。
驱动模块电路由VMOS场效应管和一对互补的射极跟随器组成，驱动电路是用于发射线圈的末级[1]，作用是将产生的已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过发送线圈将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收线圈可以接收到满意的信号电平。驱动电路是无线电能传输装置中发送装置的重要组件。
（二）传输电路
主要是谐振初级线圈与次级线圈。方波信号通过由8550和8505两个VMOS管组成的一对互补的射极跟随器驱动电路，将信号通过电容和电感组成的自激振荡电路变成电磁能量发射出去，同时驱动电路也相当于功率放大电路，从而来满足负载额定功率使得负载可以正常工作，可以响应输入信号，所以对于负载就需要用到驱动电路。
（三）接收电路
接收模块是由桥式整流电路[2]，照明电路组成。当接收线圈收到电磁波后，产生振荡，与发送线圈的振荡频率越接近，传送的能量效率越高，电路性能越好，接收到的交流信号要通过一个桥式整流电路，把交流电转变为直流电，整流电路完成整流、滤波的作用。LED灯照明模块是由两个1W的LED白灯组成，LED灯照明模块是在接收模块的后面，接收模块接收到电流，将其转变为直流电后，给LED灯供电，当LED灯两边的电压和通过它的电流达到一定的要求后，LED灯就会点亮。无线电能传输装置硬件设计如图2所示。
根据表格测得的数据可以看出，将信号发射频率设定为151KHZ，与发射线圈并联的电容和接收线圈并联的电容分别选择223型号和473型号的电容，最后的测试结果取得最佳值，故选此方案。
在最佳频率151KHZ下，采用的方法是估算法，在接收端LED灯的一端，串联1个100欧的电阻，最远距离为25CM，测得它两端的电压值为2.8V，测得接收端的电流约为28mA。在接收端线圈比较近10cm时，测得它两端的电压值为17.8V，电流大约达到50mA以上。
四、总结
本次设计的无线电能传输装置谐振电容与电感的选择非常重要，同时发现要想达到更好的无线电能传输效果，驱动电路的设计也很重要。
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