基于LabVIEW RIO無線充電系統的設計

熊姍霞 蔡國順

摘要：本系統利用NI LabVIEW RIO Evaluation Kit單板為主控制器，附加LabVIEW FPGA程序設計。系統采用磁耦合共振對無線充電系統進行電能-磁場-電能的轉化以實現電能的傳輸。本文介紹整體系統設計并展示測試效果。

關鍵詞：無線充電;LabVIEW FPGA;磁耦合共振

隨著電子設備的廣泛應用，生活中出現了許多需要數據線充電的電子設備，各種數據線交織在一起，不僅影響美觀且存在安全隱患。無線充電是通過非接觸式充電的方式以實現電力輸送的一種新型充電技術，無線充電器與設備之間通過電磁耦合的方式實現電能的傳輸，無需數據線連接，可以做到無接觸對充電設備進行充電，解決了數據線充電帶來不便以及各種隱患。同時，利用磁耦合共振的無線充電系統還可以解決因不同移動設備接口的適配器不同等原因在使用上帶來的不便。

一、磁耦合共振式無線充電原理

磁耦合共振式無線充電原理是送電線圈和受電線圈串聯或者并聯小電容構成一個共振器，當送電線圈與受電線圈產生振動的頻率一致時，即使相距一段距離，由于磁耦合產生共振，也能實現送電線圈與受電線圈之間的電能和磁能傳輸[1]。

二、磁耦合共振無線充電系統的電路設計

磁耦合共振無線充電系統由電能輸出部分和電能接收部分組成。電能輸出部分包括交流電源、降壓整流電路、主控制器、驅動電路、高頻開關電路、檢測電路以及發射線圈;電能接收部分由接收線圈、檢測電路以及充電模塊等部分組成。

（一）電能輸出部分電路設計

該部分主要由供電電源、驅動隔離電路以及高頻開關和發射線圈電路組成，本文主要介紹其中關鍵的高頻開關和發射線圈電路設計。

高頻開關和發射線圈電路如圖1所示，高頻開關的頻率是通過驅動器IR2110控制MOS管IRF3205的導通頻率來實現的，而驅動信號是來自主控制器輸出的PWM信號，通過程序控制PWM的頻率來控制高頻開關管開斷的，以提高發射線圈二端的頻率，從而實現發射線圈二端產生起振。

（二）電能接收部分電路的設計

電能接收電路如圖1所示，受電線圈感應到發射線圈產生的磁場時，在受電線圈中會產生感應電動勢。調節受電線圈電抗值，使受電端產生起振，當受電線圈二端的起振頻率和發射線圈二端的固有頻率相同時，受電線圈感應電動勢達到最大值。受電線圈感應的交變電流經過T3168開關型集成穩壓芯片進行整流濾波得到直流電，采用并聯補償的方式確保負載能得到穩定電流。

三、系統測試效果

（一）軟件測試界面

上位機軟件采用NI的LabVIEW，測試界面如圖2所示，憑借Labview強大的界面控件集成功能以及函數庫，可以十分方便的開發出美觀而有效的軟件界面，如圖直觀的顯示了送電線圈二端與負載受電端的電壓幅值的變化、驅動信號PWM的占空比和頻率、負載充電電量及是否充電等功能。

（二）實物測試效果

實物測試效果圖如圖3所示，用直流的LED燈泡代替負載，通過最后的實物測試效果顯示該系統可以在20CM以內可以將多個12V/5W的LED燈泡點亮，完美實現無線充電功能。

四、結語

該系統是利用電磁共振原理，以NI LabVIEW RIO Evaluation Kit單板為主控制器，并附加軟件控制界面的一種新型無線充電裝置。通過以電磁共振技術，設計出實驗樣機，經過大量測試驗證在短距離無接觸狀態下送電線圈和受電線圈二端電能傳輸的可能性。從實物測試效果來看，送電線圈和受電線圈之間可以通過磁共振的方式實現電能的傳輸。同時，附加軟件控制界面可以提高無線充電系統的可操作性，使充電過程更加靈活、方便。該系統方案的設計為無線充電技術提供廣闊的發展空間和應用前景，對推動無線充電技術具有重要理論意義和使用價值，已在全國虛擬儀器設計大賽中獲獎。

參考文獻：

[1]張斌.磁耦合共振型無限輸電系統的研究[D].蘭州理工大學碩士學位論文，2014，10-24.