基于无线电传输的研究

梁帅 姚博严 沈文富 曹亚杰 安思彤 山西省朔州市朔城区长宁街中北大学

引言：磁谐振耦合无线电能传输技术的理论基础是“耦合模理论”。假如能量发射装置与接收装置的谐振频率相同，并且激发发射器在这个特定的谐振频率下产生交变磁场，当接收装置靠近发射装置时，也会产生自谐振，接收装置不断集聚能量并传给负载，这样就可以实现了电能的无线传输。通过两路方波驱动全桥逆变电路使线圈两端产生正弦波，通过改变线圈匝数和精调电容就可以使发射端与接收端达到完全谐振。

1 系统构造及其制作

在制作发射端过程中，出于波形和精确控制考虑，采用msp430f149单片机效果将会更好，其包含12位A/D，精密模拟比较器，硬件乘法器，2组频率可达8MHZ 的时钟模块，2个带有大量捕获/比较寄存器的16位定时器，数十个可实现方向设置及中断功能的并行输入、输出端口等。可同时输出两路方波，频率占空比和死区时间可精确调节，输出波形完整，且经过编程设计，可通过按键直接控制波形输出，操作简便灵活。另外我们采用IR2110驱动芯片，该芯片成本低，驱动能力强，芯片体积小，易于调试，同时该芯片有14个引脚，具有独立的高、低端输入通道，导通、关断均非常小；图腾柱输出峰值电流2A，悬浮电源采取自举电路，静态功耗非常小，而且工作频率高。在逆变模块，我们选择全桥逆变，它相当于两个半桥驱动电路，采用四个开关管，用两个2110控制轮流导通，输出极值为VCC的正弦波，这样可将功率放大到最大。并且使用肖特基二极管1N5819组成全桥整流，可以非常大的提高正弦波的利用率。

驱动芯片IR2110的参数

接收过程中，在线圈方面，我们采用螺旋状线圈，相比平面线圈传输距离更远，此外，要合理设置PWM 开关频率和占空比调节范围，并且PWM 的占空比不能达到100%，否则无法给自举电容充电，也就无法自举驱动。通过实验自举电容和自举二极管的选择应考虑以下几点：自举电容的选择与PWM 的频率有关，频率高时自举电容就应该选择小一点的；尽量使自举回路上不经过大阻抗负载，这样就要为自举电容充电提供快速充电通路；此外为了减少电荷损失我们应尽量选用漏电流小的快恢复二极管(高频)，这样当发射和接收端都达到相同谐振频率时即可实现能量的最大传输。

调试过程中如若将单片机的波通到驱动电路中后，两个驱动芯片发烫，高端输出波形不对，低端波形可以，经检测发现，单片机输出波形的最大值为2～3V，则可能是波幅值太低，带不动驱动芯片，所以我们可以在单片机后加了一个2110驱动电路，先把波进行放大在输出驱动电路中，待芯片不发烫，高端输出波形正常，问题就得到了完美的解决；在调试线圈的过程中我们发现，该装置的最佳传输距离与发射端线圈的扎数有一定的关系，一定范围内，线圈扎数越多，最佳传输距离就越远。

发射线圈层数对应的最佳传输距离

2 结束语

科学经济的快速发展带动人们提高了生活水平，随之在人们日常生活中电器也就越来越多，由此，人们对电的需求越来越大同时对电的要求也越来越高，而无线电能传输技术就可以提高设备供电的可靠性、便捷性和安全性从而满足这一需求。无线电能传输解决了传统电能传输的大电能存储和传输材料的问题，因此具有非常大的社会应用价值和市场前景。