基于电磁感应的无线供电装置设计

2013-04-29祝佳芳宋俊蓉龙剑

科协论坛·下半月 2013年5期

关键词：电磁感应线圈

祝佳芳　宋俊蓉　龙剑

摘要：利用电磁感应原理设计一套无线供电装置，对装置的发射单元电路、耦合线圈与LC振荡电路以及接收单元电路进行设计，进行系统频率、线圈不同绕制方式的传输效果以及工作稳定性测试。利用该装置，可稳定地对小型直流设备进行无线供电。

关键词：无线供电高频振荡电路电磁感应线圈

中图分类号：TM910.6 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-102-02

1 引言

随着移动设备、无线数据传输、无线网络技术的普及，传统的供电方式已不能满足需求，无线供电方式开始渗透到我们的生活。“无线供电”是指，在不使用物理连接的情况下，利用特殊装置传输电能。至2012年，全球约有上百家设备商已掌握了构建无线供电系统的方法，无限传能技术拥有着巨大的发展潜能。现阶段无线供电的方式有三种：电磁感应式（利用电流通过线圈产生磁场实现近程无线供电）、电磁共振式（利用电磁耦合共振效应近程无线供电）以及电磁波辐射式（电力转换成电波以辐射方式传输供电）。由于电磁共振所需试验线圈太大，目前还处于试验阶段。而电磁波辐射方式又存在电路复杂、成本高的问题。因此本装置采用主流的电磁感应式，电路设计简单、成本低且效果好。

2 无线供电装置结构框图

本装置主要利用电磁感应原理，依靠两个非接触的空心耦合线圈，实现电能无线传输。如图1所示。装置主要分为发射端单元、耦合线圈以及接收单元。发射单元由220V/50Hz交流电作为电源，经整流滤波稳压后为NE555供电。利用NE555接成高频振荡电路，在发射线圈中激发磁场。接收线圈与发射线圈相互耦合，由变化的磁场而产生交变感应电流与感应电动势，经过整流滤波稳压，便可以给电子设备供电。

3 无线供电装置电路设计

3.1 发射单元电路设计

3.1.1 电源电路设计

电源电路主要由变压器和整流滤波电路组成。由变压器将220V/50Hz的交流电转换为7V/50Hz的交流电。通过四个普通二极管1N4007组成的整流桥整成直流，如图2所示。

3.1.2 高频振荡放大电路设计

该部分电路主要由稳压电路、高频振荡电路与功率放大电路组成。高频振荡电路主要是用于产生高频振荡电流供下一单元使用。555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，该电路功能灵活、适用范围广，只要外围电路稍作配置，即可构成多谐振荡器。不同型号的555组成的高频振荡电路最高频率在500kHz～1MHz不等，完全可以满足设计要求。LM7805组成的三端稳压集成电路，由于其结构简单、稳压性能好，输出电压可以直接为NE555芯片供电。功率放大则由功率管IRF540N来实现，如图3。

3.2 耦合线圈与LC振荡电路设计

4.2 线圈在不同绕制方式传输效果测试

在保持线圈直径、线圈电感以及测试距离相同的情况下，用同心圆式线圈代替螺旋式线圈。调节匹配的电容，通过试验，测得最大的感应电压在6V左右。在同样情况下，改变两种方式的传输距离，记录下感应电压，对比数据后可得：同心圆式线圈传输效果不如螺旋式。

4.3 工作稳定性测试

利用稳压电路将输出稳压后，可以点亮LED灯以及直流小彩灯。并且接收端三端稳压电路输出为5V直流电，通过USB线可以直接给手机充电。通过多次试验证明，该装置可以持续稳定工作数小时以上。

5 结束语

无线供电是当今研究的热点问题之一，发展前景非常宽广。本装置成功地实现了电能的无线传输；改变了线圈绕制方式，在一定程度上提高了传输性能。最大输出电压可达到11V左右，但是电能的最大传输距离仅在7cm左右，属于微距传输。通过试验证明，本装置具有电路简单、安装方便、性能稳定、运行效果良好等优点。

（资助项目：西南大学本科生科技创新基金，项目编号（1215004））

参考文献：

[1] 古丽萍.令人期待的无线电力传输及其发展[J].中国无线电，2012（1）：27-30.

[2] Gozalvez，J.First Wireless Electric Vehicle Charging Trial [Mobile Radio][J].TVehicular Technology Magazine，IEEE，2012，7（2）：10-17.

[3] 王洪博，朱轶智，杨军，等.无线供电技术的发展和应用前景[J].电信技术，2010（9）：56-59.