基于無線電傳輸?shù)难芯?/h1>
2018-08-11 03:34:00梁帥姚博嚴沈文富曹亞杰安思彤山西省朔州市朔城區(qū)長寧街中北大學
數(shù)碼世界 2018年7期 關鍵詞：單片機
梁帥 姚博嚴 沈文富 曹亞杰 安思彤 山西省朔州市朔城區(qū)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(fā)射裝置與接收裝置的諧振頻率相同，并且激發(fā)發(fā)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(fā)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(xiàn)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(shù)和精調電容就可以使發(fā)射端與接收端達到完全諧振。
1 系統(tǒng)構造及其制作
在制作發(fā)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(shù)十個可實現(xiàn)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(qū)時間可精確調節(jié)，輸出波形完整，且經(jīng)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(tài)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(shù)
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(jié)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(jīng)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(fā)射和接收端都達到相同諧振頻率時即可實現(xiàn)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(fā)燙，高端輸出波形不對，低端波形可以，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，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(fā)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(fā)現(xiàn)，該裝置的最佳傳輸距離與發(fā)射端線圈的扎數(shù)有一定的關系，一定范圍內，線圈扎數(shù)越多，最佳傳輸距離就越遠。
發(fā)射線圈層數(shù)對應的最佳傳輸距離
2 結束語
科學經(jīng)濟的快速發(fā)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(tǒng)電能傳輸?shù)拇箅娔艽鎯蛡鬏敳牧系膯栴}，因此具有非常大的社會應用價值和市場前景。
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1 系統(tǒng)構造及其制作
在制作發(fā)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(shù)十個可實現(xiàn)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(qū)時間可精確調節(jié)，輸出波形完整，且經(jīng)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(tài)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(shù)
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(jié)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(jīng)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(fā)射和接收端都達到相同諧振頻率時即可實現(xiàn)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(fā)燙，高端輸出波形不對，低端波形可以，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，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(fā)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(fā)現(xiàn)，該裝置的最佳傳輸距離與發(fā)射端線圈的扎數(shù)有一定的關系，一定范圍內，線圈扎數(shù)越多，最佳傳輸距離就越遠。
發(fā)射線圈層數(shù)對應的最佳傳輸距離
2 結束語
科學經(jīng)濟的快速發(fā)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(tǒng)電能傳輸?shù)拇箅娔艽鎯蛡鬏敳牧系膯栴}，因此具有非常大的社會應用價值和市場前景。
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