摘要:討論電力能量無線傳輸?shù)膸追N核心關(guān)鍵，重點(diǎn)探討磁耦合諧振技術(shù)下如何實(shí)現(xiàn)電力能量無線遠(yuǎn)距離傳輸，以及微處理器在電力能量無線傳輸控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞:磁耦合、電磁諧振、電力能量無線傳輸、微處理器

1引言:電力能量無線傳輸是一個(gè)令人振奮的新領(lǐng)域，為世界各地的制造商和消費(fèi)者提供了新的機(jī)遇。這方新領(lǐng)域?qū)⒃谑袌?chǎng)細(xì)分和產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面發(fā)揮主要影響，另外，它將提供環(huán)保節(jié)能技術(shù)，簡(jiǎn)化人類與基礎(chǔ)設(shè)施的接觸、開創(chuàng)設(shè)備及補(bǔ)充產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新方法。隨著該技術(shù)達(dá)到頂端水平，實(shí)現(xiàn)了在消費(fèi)者中的廣泛應(yīng)用，工程和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、電力能量無線傳輸方案提供商、制造商和管理部門也將緊密合作，確保滿足當(dāng)前和未來消費(fèi)者的需求。

2電力能量無線傳輸?shù)膸追N方法簡(jiǎn)介

目前無線電能傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式有微波、激光、超聲波、電磁感應(yīng)磁、耦合諧振。

微波：目前我們的無線電波都采用此方式將信號(hào)遠(yuǎn)距離傳出，此方法傳遞距離遠(yuǎn)，但無法無線傳遞大功率的電力能量；

激光：這種造價(jià)貴，不適合應(yīng)用的大功率無線電能傳輸技術(shù)；

超聲波：和激光一樣，主要用在小功率的檢測(cè)系統(tǒng)中；

電磁感應(yīng)：利用電磁感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸方法一種常見的無線電能傳輸方法，但原副邊在氣息增大時(shí)漏感很大，這樣注定了傳輸距離很短，通過目前研究表明，該方法可以適合于在毫米級(jí)的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)大功率的無線電能傳輸。

耦合諧振：利用電磁耦合諧振技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸方法是最近一年內(nèi)才被眾多研究機(jī)構(gòu)所關(guān)注并也實(shí)現(xiàn)了在米級(jí)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)大功率的無線電能傳輸，下面我們將重點(diǎn)介紹該方法。

3系統(tǒng)的構(gòu)成及功能

3.1系統(tǒng)的構(gòu)成

此系統(tǒng)主要由無線發(fā)射磁耦合諧振單元、無線接收單元、微處理控制單元、電壓采集單元、電流采集單元以及上位機(jī)監(jiān)控管理等部分組成。具體框圖見圖一。

圖一

3.2系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介

無線發(fā)射磁耦合諧振單元：主要是將電能通過磁場(chǎng)耦合的形式無線傳遞出去，該單元根據(jù)需要以不同的頻率產(chǎn)生諧振，具體諧振電路見圖二，圖二中的L1與C14組成LC諧振電路，IR2110是一個(gè)MOS管驅(qū)

圖二

動(dòng)IC，在需要提高發(fā)射功率的情況下可以使用IR2110驅(qū)動(dòng)半橋諧振電路（在此不再闡述）

微處理控制單元：是整個(gè)電力能量無線傳輸系統(tǒng)的核心，為控制系統(tǒng)產(chǎn)生高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及無線能量發(fā)射狀態(tài)的顯示，同時(shí)對(duì)采集的電壓/電流/溫度信號(hào)進(jìn)行處理，以及與上位機(jī)通訊等功能。

電壓/電流采集單元：該單元也是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要單元，部分采集電路見圖三。該單元采用了精度非常高的采樣芯片對(duì)實(shí)際電路參數(shù)進(jìn)行采集，AD8210輸入電壓范圍是0-250mV,輸出的電壓范圍是DC0-4.5V,采樣頻率為100KHZ，這種高頻率的采樣速度極大地保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。

圖三

輔助電源系統(tǒng)：為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須保證輔助電源的可靠，輔助電源的部分原理圖見圖四，該電路采用了成熟的UC3842芯片將為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的DC15V電源。

圖四

為了提高整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)，應(yīng)在上述系統(tǒng)前面加PFC電路（在此就不再做具體闡述），通過實(shí)驗(yàn)證明電力能量無線傳輸?shù)墓β省⑿?、距離主要與下列因數(shù)有關(guān)：

A、無線發(fā)射天線直徑：直徑越大無線傳輸距離就越遠(yuǎn)；

B、無線發(fā)射天線線徑：線徑越粗無線傳輸?shù)墓β示驮酱螅?/p>

C、無線發(fā)射天頻率：頻率越高無線傳遞的距離就越遠(yuǎn)；

D、無線發(fā)射電壓：電壓越高無線傳遞的距離也就越遠(yuǎn)；

E、無線發(fā)射線圈匝數(shù)：匝數(shù)越多無線傳遞的功率越大。通過上述的經(jīng)驗(yàn)我們采用了3匝、線徑2.5平方、發(fā)射頻率2MHZ、發(fā)射電壓600V、天線直徑30CM制作出了電力能量無線傳輸裝置，成功將20CM以外的200W的燈點(diǎn)亮，效果見圖五

圖五

4程序組織結(jié)構(gòu)

由于控制算法非常復(fù)雜，下面將簡(jiǎn)述部分的控制程序：

部分初始化程序如下：

voidMCU_init()

{

if(*(unsignedchar*far)0xFFAF!=0xFF)

{

MCGTRM=*(unsignedchar*far)0xFFAF;

MCGSC=*(unsignedchar*far)0xFFAE;

}

MCGC2=0x24;

MCGC1=0xB8;

while(!MCGSC_OSCINIT){

}

while(MCGSC_IREFST){

}

while((MCGSC&0x0C)!=0x08){

}

MCGC2=0x2C;

MCGC1=0x90;

MCGC3=0x4A;

MCGC2&=(unsignedchar)~0x08;

while(!MCGSC_PLLST){

}

while(!MCGSC_LOCK){

}

MCGC1=0x10;

while((MCGSC&0x0C)!=0x0C){}

if(SPMSC2&0x08)

{

SPMSC2|=0x04;

}

}

voidTPM_init(byten)

{

(void)(TPM1C0SC==0);

TPM1C0SC=0x28;

TPM1C0VH=0;

TPM1C0VL=n;//占空比

TPM1SC=0x00;

TPM1MODH=0x0;

TPM1MODL=0x51;//周期值

(void)(TPM1SC==0);

TPM1SC=0x28;

}

voidADC_init(void)

{

APCTL2=0x20;//13通道PTB5

ADCCFG=0x24;

ADCCV=0x00U;

ADCSC2=0x00;

ADCSC1=0x2d;

}

無線發(fā)射主控制程序采用改變PWM占空比多級(jí)控制的方式對(duì)無線發(fā)射進(jìn)行控制，占空比隨這系統(tǒng)負(fù)載的增大而增大，當(dāng)空載是系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入STOP模式，從而是整個(gè)系統(tǒng)的待機(jī)電流控制在6mA左右。

5結(jié)束語

通過對(duì)無線電能傳輸應(yīng)用研究分析，該技術(shù)可以應(yīng)用到移動(dòng)機(jī)器人以及無法引電源線的裝備上，同時(shí)也將推動(dòng)電動(dòng)汽車及其相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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4、Freescale08系列單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用實(shí)例【M】北航出版社2009版

5、陳龍ABB機(jī)器人與TSX57處理器在汽車焊接中的應(yīng)用研究……………………………………電氣時(shí)代2007、9121-124

作者簡(jiǎn)介：

陳龍，男，1977年10出生，本科，工業(yè)自動(dòng)化工程師，畢業(yè)于武漢大學(xué)《電子工程》專業(yè)，主要從事電氣自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與研究工作。