成都工业学院
毕业设计论文
课题名称： 无线电能传输装置
设计时间： —
系 部： 电气与电子工程系 专 业： 供用电技术 班 级： 1202161 姓 名： 刘佳福 指导教师：
目 录
1系统方案 .......................................................................... IV
系统总体思路 ................................................................... IV 系统方案论证与选择 ............................................................. IV
信号发生方案选择 ........................................................... IV 驱动电路方案选择 ........................................................... IV 整流电路方案选择 ............................................................ V 总体方案设计 .................................................................... V 2理论分析与计算 .................................................................... VI
发射模块分析与计算 ............................................................. VI
信号发生电路原理分析与计算 ................................................ VI 驱动电路原理分析与计算 .................................................... VI 接收模块分析与计算 ............................................................. VI 参数选择 ...................................................................... VII 3电路设计 ......................................................................... VII
信号发生电路 .................................................................. VII 驱动电路 ....................................................................... IX
功率MOSFET的使用 ......................................................... IX IR2110芯片的使用 ........................................................... X 接收电路 ...................................................................... XII 4测试方案与测试结果 .............................................................. XIII
测试方法与仪器 ............................................................... XIII 测试数据与结果 ............................................................... XIII 5实物制作图片 ..................................................................... XIV 致 谢 ........................................................................... XVII 参考文献 ........................................................................ XVIII
任务书
1.任务
根据2014年TI杯大学生电子设计竞赛题F题：无线电能传输装置，设计并制
作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图1所示。
I1U1驱动电路发射线圈x接收线圈电能变换I2U2
图1 电能无线传输装置结构框图
2.要求
（1）保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm、输入直流电压U1=15V时，接收端输
出直流电流I2=，输出直流电压U2≥8 V，尽可能提高该无线电能传输装置的效率η。（45分）
（2）输入直流电压U1=15V，输入直流电流不大于1A，接收端负载为2只串联LED灯
（白色、1W）。在保持LED灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线圈间距离x。（45分） （3）其他自主发挥（10分） （4）设计报告（20分）
3.说明
（1） 发射与接收线圈为空心线圈，线圈外径均20±2cm；发射与接收线圈间介质为
空气。
（2） I2 = 应为连续电流。
（3） 测试时，除15V直流电源外，不得使用其他电源。 （4） 在要求（1）效率测试时，负载采用可变电阻器；效率??U2I2?100%。 U1I1（5） 制作时须考虑测试需要，合理设置测试点，以方便测量相关电压、电流。
摘 要
随着技术的不断发展与进步，无线电能传输技术越来越备受关注，尤其在一些特定场合，无线电能传输技术具有传统电缆线供电方式所不及的独特优势，可以极大地提高设备供电的可靠性、便捷性和安全性。在2008年8月的英特尔开发者论坛（IDF，Intel Developer Forum）上，西雅图实验室的约书亚·史密（Joshua R. Smith）领导的研究小组向公众展示了一项新技术——基于“磁耦合共振”原理的无线供电，在展示中成功地点亮了一个一米开外的60瓦灯泡，而在电源和灯泡之间没有使用任何电线。他们声称，在这个系统中无线电力的传输效率达到了75%。本设计主要由电生磁和磁生电两部分主成。第一部分发射电路由PWM集成控制电路TL494为主芯片的开关电源，以IR2110为驱动电路，控制两路输出，将电能传输给发射线圈，产生磁场；第二部分接收电路，接收线圈通过电磁感应将接收到的磁信号，转化成电能，整流滤波后，供负载LED灯正常发光。
关键词：无线电能传输、磁耦合、串联谐振、传送效率、距离
无线电能传输装置装置
1系统方案
系统总体思路
根据任务要求设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，用空心线圈制作了直径为20cm的发射和接收线圈；利用信号发生电路将输入的直流15V电转化为PWM脉冲信号，通过线圈驱动电路产生交变电流，在空间产生交变的磁场，利用磁耦合谐振式原理，在接收线圈端产生感应电势和电流，将电能无线传输到接收线圈，实现无线电能的传输。
经过几天的测试，制作出了传输效率达%，线圈之间的距离x的值最大为31cm的磁耦合谐振式无线电能传输装置，满足了设计要求。
系统方案论证与选择 信号发生方案选择
方案一：石英晶体振荡器。此电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率fs，而与电路中的R、C的值无关。所以此电路能够得到频率稳定性极高的脉冲波形，它的缺点就是频率不能调节，而且频带窄，不能用于宽带滤波。此电路非常适合秒脉冲发生器的设计，故不太适用于本实验，所以不采用此电路。
方案二：采用PWM控制器芯片TL494。TL494是一个固定频率脉宽调制电路。利用RC串联谐振原理，由内部线性锯齿波振荡器产生正向锯齿波，实现脉冲宽度调制。TL494具有控制、驱动、监控和各项保护功能，适用于设计所有的（单端或双端）开关电源典型电路。
综合比较以上两种方法，选择方案二。 驱动电路方案选择
方案一：MOS管驱动电路。实际就是对电容的充放电，对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流比较大。但本设计LC串联负载在单电源输入下工作，只能选用开关类型的全桥驱动，因此不适用于本电路。
方案二：IR2110驱动全桥电路，IR2110采用HVIC和闩锁抗干扰COM制造工业，具有独立的低端和高端输入通道，输入两个有时间间隔的脉冲后，可输出两路不同的电压，控制全桥驱动MOS管导通，LC串联负载在单电源输入情况下使用IR2110驱动全桥电路，电路稳定，性能好，同时IR2110可以很好的保护电路。
无线电能传输装置
