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基于磁耦合諧振技術(shù)無(wú)線電力能量傳輸應(yīng)用研究

時(shí)間:2014-08-15 16:25:08來(lái)源:陳龍

導(dǎo)語(yǔ):?討論電力能量無(wú)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(wú)線遠(yuǎn)距離傳輸,以及微處理器在電力能量無(wú)線傳輸控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。

摘要:討論電力能量無(wú)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(wú)線遠(yuǎn)距離傳輸,以及微處理器在電力能量無(wú)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(wú)線傳輸、微處理器

1引言:電力能量無(wú)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(wú)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(lái)消費(fèi)者的需求。

2電力能量無(wú)線傳輸?shù)膸追N方法簡(jiǎn)介

目前無(wú)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(wú)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(wú)法無(wú)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(wú)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(wú)線電能傳輸方法一種常見的無(wú)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(guò)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)線發(fā)射磁耦合諧振單元、無(wú)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(wú)線發(fā)射磁耦合諧振單元:主要是將電能通過(guò)磁場(chǎng)耦合的形式無(wú)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(wú)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(wú)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(guò)實(shí)驗(yàn)證明電力能量無(wú)線傳輸?shù)墓β?、效率、距離主要與下列因數(shù)有關(guān):

A、無(wú)線發(fā)射天線直徑:直徑越大無(wú)線傳輸距離就越遠(yuǎn);

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

C、無(wú)線發(fā)射天頻率:頻率越高無(wú)線傳遞的距離就越遠(yuǎn);

D、無(wú)線發(fā)射電壓:電壓越高無(wú)線傳遞的距離也就越遠(yuǎn);

E、無(wú)線發(fā)射線圈匝數(shù):匝數(shù)越多無(wú)線傳遞的功率越大。通過(guò)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(wú)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(wú)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(wú)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(yǔ)

通過(guò)對(duì)無(wú)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(wú)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)

1、邵貝貝單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開發(fā)方法【M】………清華大學(xué)出版社2005版

2、劉勝利現(xiàn)代高頻開關(guān)電源實(shí)用技術(shù)【M】…………電子工業(yè)出版社2001版

3、譚浩強(qiáng)C程序設(shè)計(jì)【M】…………………清華大學(xué)出版社1999版

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。

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