无线电能传输装置

无线电能传输装置

摘要：本设计是由能量发送单元和能量接收单元两大部分组成，能量发送单元

包括有源晶振振荡模块、功率放大模块、TPS5430辅助电源模块和发射线圈模块，能量接收单元包括接收线圈模块和整流模块。发射部分用直流15V电源供电，使用有源晶振产生振荡信号通过大功率场效应管CSD19535进行放大，经线圈把能量传输到次级对LED灯进行供电。

本系统设计了一种简单实用的磁耦合谐振式无线电能传输装置。通过线圈将电能以无线方式传输给用电设备。只需将用电设备放在供电系统允许的范围内上即可对其进行供电。测试结果表明，该系统能较好的达到题目要求。同时，还扩展了基于MSP430F5529单片机实时测量显示接收端电压电流的功能。

关键词：无线发射 接收能量 MSP430F5529

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2014年TI杯大学生电子设计竞赛题（F题）

【325706组】

1、 系统方案

1.1设计方案论证

1.1.1振荡电路的论证与选择

方案一：使用晶体管振荡。其优点是可以产生稳定准备工作频率，缺点是频率不可调。一般用作固定频率振荡器和要求不太高的场合。

方案二：采用NE555做产生波形电路，调节555的变阻器大小可以再一定范围内改变输出方波的频率及占空比，，当LC振荡电路改变时调节变阻器大小即可以产生相应频率的波形，与LC电路形成谐振。

方案三：使用有源晶振。其振动频率十分稳定，相当于基准频率源。有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的灵活性较差。

综上所述：因能量传输距离较远，线圈发射频率选择为1MHZ，所以最终选择方案三。

1.1.2功率放大电路的论证与选择

方案一：采用大功率开关三极管作为功放元件，但管耗较大，需要大面积的散热 片，成本较高。

方案二：采用场效应管做作功率放大，其功耗低于三极管，驱动功率小，使用方便。

对比考虑，方案二比较适合。

1.1.3辅助电源模块的选择

方案一：采用LM78系列三端稳压器。LM7805稳压电路可以输出稳定的5V电压，可

以在系统中用来给有源晶振，以及MSP430单片机供电。用lm78系列三端稳压

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IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。

方案二：采用TI公司生产的降压型集成芯片TPS5430。此芯片输出电压稳定，带载能力强，功耗低，能够满足题目要求。

TPS5430能够提供更稳定的电压，同时有更好的效率，因此我们选择方案二。

2、 系统理论分析与计算

2.1

LC并联谐振电路的分析

p09u 731C 31LIS1 10mm2 11R 图一 LC并联谐振电路

图一为一LC并联谐振回路，其中R1为线圈的损耗电阻。 该回路的阻抗

Z?1R?jwL

jwC?R?j??1? ?wL?wC??

该回路的谐振频率为

1） 3

（

f?12?LC （2）

L；谐阻RC并联谐振回路的特点是，谐振时回路阻抗最大且为纯电阻，即Z0=R0=抗 为感抗或容抗的Q倍。

即Z0=Qω0L=Q ∕ω0C，式中

1LQ??RC （3）

一般Q远大于1。

当电流一定时，电感或电容两端的电压最大，若偏离谐振频率，回路阻抗及电压将明显减小。

在谐振频率附近，ωL＞＞R，f+f0≈2f，可得电压的幅频特性为：

VsA??Vo1?2?f1???Q?f0?????2 （4）

其频率特性曲线如下图：

图二 并联谐振频率特性曲线

由上图可知，当LC并联谐振频率与振荡器频率一致时，两者达到共振状态，电压最大，发射端线圈发出的功率最大。

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