可植入式磁耦合谐振无线电能传输系统研究.docx

可植入式磁耦合谐振无线电能传输系统研究.docx

  1. 1、本文档共9页,可阅读全部内容。
  2. 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
  3. 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载
  4. 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多

?

?

可植入式磁耦合谐振无线电能传输系统研究

?

?

刘新竹李超

摘要:针对目前越来越多电子产品的功耗与体积在不断减小,可植入器件电池的续航问题始终未得到有效的解决。本文主要研究小型磁耦合谐振无线能量传输系统,本着简单、高效、低成本的原则,实现了一种简易的小功率强磁耦合谐振式无线电能传输系统。通过原理分析与实验相结合,研究影响无线能量传输系统的传输距离和效率的诸多因素。

关键词:小型磁耦合谐振;无线电能传输;传输距离;效率

:TP311文献标識码:A

:1009-3044(2019)34-0210-02

1概述

随着科技的进步,越来越多电子产品的功耗与体积在随之不断减小,但能量供应问题即电池的续航能力达不到要求,制约了小功率便携式设备的发展,尤其是可植入器件未得能到广泛应用。针对以上提出的问题,本文主要研究小型磁耦合谐振无线能量传输系统,系统由大规模集成电路组成,使植入器件体积尽可能小,通过原理分析与实验相结合,本着简单、高效、低成本的原则,实现了一种功率小、制作简单的磁耦合谐振式无线电能传输系统,同时进一步研究传输距离和效率等诸多因素对无线能量传输系统的影响情况。

2谐振耦合无线电能传输的工作原理

谐振耦合无线电能传输的工作原理如图1所示,从电网得电后,经过整流电路将交流电变成直流电,后接上滤波电路滤去整流输出电压中的纹波,再经过调压电路、最后经过逆变电路产生所需要频率为交流电。无线电能传输系统最核心的部分是磁耦合部分,能量的传输通过磁耦合进行,使其周围产生交变场主要是由于相同谐振频率的振荡器,当正弦电流通入发射线圈,与此同时向电容充电:接收线圈感应到磁场后,其射频功率经射频,再通过整流电路进行直流变换,其后经过滤波电路转变成负载所需要的直流功率。当通入电路的正弦电流的频率与振荡电路固有谐振频率相等时,此时产生的磁场能量能达到最大值;当改变发射线圈电流方向时,随之改变的有是交变磁场方向,此时接收线圈感生电动势为最大;接收线圈的电流被逐渐放大,直到接收线圈的电磁能达到最大。若此时系统接有负载时,发射线圈就会向接收线圈传递能量,这就是无线能量传输的原理。

3电能传输系统的主要模块电路设计

小功率的磁耦合谐振式无线供电系统,由发射电路和接收电路两部分组成。其中发射电路主要包括整流电路、高频逆变电路、发射线圈。接收电路主要包括线圈、射频到直流变换电路、低通滤波电路和负载组成等。为使电能传输的各种参数达到最优化及系统保持较高的传输效率选取合适的器件类型和参数及电路模型是关键部分。

3.1振荡模块的设计

本模块利用逻辑非门构成RC迟滞多谐振荡器配以快速比较器调节输出,实现频率、占空比的双线可调,RC的振荡频率为fi=1/2πRC,如图2所示,可以通过调节R11的大小来调整振荡模块的频率;在该系统中最重要的是谐振频率的调节,由谐振电路的固有频率的计算公式f2=1/2π√LC可知,频率与L和C的取值有关,但是L的值也不宜过大,当C-定时,大电感线圈在近距离可以传输较大能量,但由于固有频率较低,所以在远距离传输时传输的能量就会很小,当L-定时,电容越大,线圈的固有频率越小,在相同的能量下,它的传输距离越远,所以电容电感的增大是一对矛盾值,两者皆不可取太大,亦不可取太小。

实物如图2所示,图中的C1I和R7构成迟滞多谐振荡器,它控制着发射端的谐振频率,改变其振荡频率可以通过调节R7的阻值大小;LM393AN双限比较器与其输出端相接,滑动变阻器的一端接LM393AN双限比较器的参考电压,改变参考电压的大小可以通过调节滑动变阻器的大小,从而实现输出波形的改变.即其输出的占空比可以得到调节。由此可知,当调节R3和R6的值即可改变占空比的大小。当U2U3时或U6U5时,则输出低电平,当U2

3.2驱动模块的设计

MOSFET的驱动芯片的选取原则是驱动电流较大,工作频率要高,在本设计中采用24路非门阵列输出,驱动能力强,输出驱动信号功率较一般驱动电路大。

其实物图如图3所示,4个SN74HC04N可构成非门阵列,相当于三极管的功能,可以增强驱动能力,而两个MOS管CSD19535KCS相当于开关,驱动控制由开关Q1、Q2半桥驱动芯片电路来实现。当开关Q1处于导通状态时,Q2处于关断状态时,发射谐振线圈上的电压为0;当开关Q2处于导通状态时,Q1处于关断状态时,发射谐振线圈上产生上而下的电压Vin,个交流电产生在发射线圈的电感上,并且接收端发射能量也是通过线圈来实现。

3.3耦合模块的设计

无线电能传输的核心为无线输电线圈,较高的无线电能的传输效率、功率和传输距离与设计合适的线圈有很大的关系。这部分原件主要的作用是将电能转化为交变磁场能量,再将空间中交变磁场能量变换成电能。

设计时可通过AansoftMaxwell和HFSS软件进

文档评论(0)

183****9774 + 关注
实名认证
内容提供者

该用户很懒,什么也没介绍

1亿VIP精品文档

相关文档