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首先我要将交流电化成直流电,这里我们采用桥式整流。桥式整流与半波整流的相比,输出电压的脉动小很多。因为我们对直流的要求不是很高,所以在整流后我们只需加上一个电容进行滤波,以减少整流后直流电中的脉动成分。
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2.1.3 输出电路的分析图为升压电路部分
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LM2577-ADJ 开关电源芯片被整体整合在集成电路中,为反激变换开关调节器和前锋转换开关调节器提供电源并且控制这两个调节器。
LM2577-ADJ需要最少的外部器件,那些调节器有非常高的效率而且 易于使用,被列在数据表上的是基础电感和反激变换开关调节器一起的被设计用来和那些转换调节器相互工作。在芯片中有一个 3.0ANPN开关及其有关保护电路,组成的电流和热限制,锁定和馈线线路(设备)。其他特点包括52千赫的振动,不需要外部的频振元件,一个in-rush电流减少时的软启动方式,启动电流模式控制,有效阻止输入电压和输出负载电涌。
特性:
1.需要很少的外部组件。
2.NPN输出转换3.0A,能避开65V电压。
3.输入电压范围宽度:3.5V-40V搜索。
4.为改善瞬态电流型操作而响应、线、电流限制条例
5. 52千赫内部振荡器.
6. Soft-start功能,减少in-rush起动电流.
7. 输出电流限制开关保护、低、停工、热关机.
2.2 发射驱动回路器件的选择及参数计算驱动电路部分核心为MOS场效应管,按照题目要求,输入电压为15V 电流为1A,因此我们选用型号为IRFZ44N的MOS管,该MOS管55V 49A 94W 0.0175欧姆,完全符合电路的参数要求。
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为了配置自激振荡电路,我们最后选择了47mH的磁环电感。
实际电路中R1、R2为10W 100欧的绕线电阻,因为绕线电阻可以过大电流
该部分我们一共插了8个电容,选择了47nF,100nF的电容来使调谐电容可调,配合发射线圈调整发射频率。
2.3接收电路回路器件的选择及参数计算接收电路部分核心为桥式整流电路,因为要求的输出电压必须大于等于8 V、直流0.5A,因此选择合适反向耐压的整流二极管是关键,经过资料查阅,我们最终选择了1N5819肖特基整流二极管,其主要参数为反向耐压40V,额定正向电流1A,完全符合整流要求。对于滤波部分,我们选用耐压值500V 100pF的独石电容。
2.4 发射与接收线圈的选择及参数计算按照报告2.1 为使系统工作效率最大化,发射与接收部分工作频率必须尽可能的吻合,0f9d96d52c8af17f90aa0cdd8a1b9548.png。首先必须保证发射、接收线圈电感大小一致,于是我们选用1.2mm的漆包线,按照题目要求绕成外径为20cm的圆环,匝数保证严格的各15匝,最后用数字电表测得该线圈电感大小L为110uH.
3电路与程序设计3.1电路的设计3.1.1系统总体框图word/media/image27.png
3.1.2发射驱动电路字系统框图与电路原理图word/media/image28_1.png
如流程图所示,发射部分分为四个模块。原本在设计过程中,我们加入了继电器,如下图所示:
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继电器在该电路的作用是仿真启动低电压。在实际制作过程中,考虑到继电器功率较大、连接上有难度,所以该部分在实际电路中未得到体现
3.1.3接收电路系统框图与电路原理图word/media/image30_1.png
word/media/image31.jpege2为正半周时,对D1、D3和方向电压,Dl,D3导通;对D2、D4加反向电压,D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz 、D3通电回路,在Rfz ,上形成上正下负的半波整流电压,e2为负半周时,对D2、D4加正向电压,D2、D4导通;对D1、D3加反向电压,D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz 、D4通电回路,同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。
如此重复下去,结果在Rfz ,上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出,桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值,比全波整流电路小一半。
3.1.4发射电路原理发射部分由两个放大电路组成的二级放大组成,芯片为LM2577-ADJ,
芯片4脚和地之间集成一个开关管,芯片内部有产生方波的模块,来控制这个开关管导通和关断。
1.当开关导通的时候,输入的电流就通过电感,开关管,给电感充电。
2.然后开关关断,电感就会通过续流二极管5821给负载供电,通输入也通过电感和二极管供电。电感和输入通过叠加的作用就实现了升压。
3.然后输出电压通R1 R2的比例电阻的分压反馈给芯片,芯片通过计算来调节输出方波的占空比,从而是输出电压稳定在合适的范围内。
经过升压电路后,我们直接连入LED,点亮小灯泡。
4测试方案与测试结果4.1测试方案我们在面包板上预留了一些电容的插槽,通过这种方式来改变电容大小从而调整频率,来使传输效率达到最大化。同时利用多用数字表来测量线圈电感大小。
4.2测试条件与仪器测试仪器:示波器、万用表、数字多用表(测电感)、直流电源
4.3测试过程及分析word/media/image32.gifword/media/image33.jpegword/media/image34.jpeg
图1为发射部分的波形。在测试过程中,我们输入了15V 1A的直流电,经过发射驱动电路的变换后,我们在其发射端得到了最大值为48V近乎完美的正弦波,基本符合了我们的发射要求
图2为接收端(未经过整流、滤波)部分的波形。经过测量,发射线圈与接收线圈相距11cm。从图上我们可以看到接收端为正弦波,说明该电路工作正常。但是峰值只有5.3V左右,尚未达到题目要求的8V及以上,在传输过程中,电能损失较多,传输效率较低,因此需要我们进一步进行调试。
于是我们启用备用的升压电路部分,采用LM2577-ADJ作为主芯片,电路连接如上图所示,进行电路升压。
最后成功点亮了LED灯
4.3.1测试数据通过测量输出部分(LED处)两端电压c5bc764c38677d4c03c39cf41ddcc9d6.png,流经电流20b339b1d01b344d8425414a7361b189.png,得到输出功率252e1897fabbee41ba0388f2026297dd.png=c5bc764c38677d4c03c39cf41ddcc9d6.png20b339b1d01b344d8425414a7361b189.png,进而得到电路工作 η=03b300b2bf6dafffe8fce4752c24cc21.png(输入电流 1A,电压15V)
然后改变发射、接收线圈两部分之间的距离d,跟η的关系如下
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4.3.2测试结论
由测试结果可知,电路能实现两侧的无线电能传输,在输出电压在4.0v以上是,发光二极管均能点亮,且亮度变化不大,当距离加到14cm左右时,发光二极管快速熄灭,原因是输出电压不足以驱动我们的升压电路,导致二极管两端电压急剧减小。我们通过调谐(主要是加电容)的形式,使得输出电压有微小的提升。另外,在10cm处我们的传输效率有35%左右,但是之后下降的幅度很大,可以说是急剧降低。总体来说,基本能完成要求,但是还是存在不足,需要进一步深入研究分析。
附录:发射部分:word/media/image21.jpeg
接收部分:word/media/image22.png
输出部分:word/media/image5.jpeg
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