无线射频能量收集系统设计

微型电子设备供电方式仍是以电池为主,更换电池带来的困难使这些设备无法长久运行,无线射频能量技术为低功率微电子设备的供电提供了一种新的方式.文中设计了一套接收2.4 GHz射频信号的射频能量收集系统,该系统主要由微型贴片天线、阻抗匹配电路、整流升压电路和存储电路构成,利用ADS仿真工具验证了系统设计的可行性,当负载电阻在100 kΩ,输入功率在-10 dBm-5 dBm之间时,能量转换效率均在30％以上,可实现低功率微电子设备的持续供电.     

旋转物体上电子设备无线供电技术研究

为了给安装在旋转物体上的电子设备进行无线供电,本文以鼓风机设备为例,提出了一种感应耦合式无线电能传输系统,将接收线圈和传感器固定在鼓风机叶片上,随着叶片一起旋转,发射线圈安装在鼓风机静止部分。接收线圈和叶片的旋转会导致互感变化,从而影响传输能量的平稳性。针对这一问题,本文发射端采用LCC补偿,以实现发射线圈恒流特性。为了使接收侧在旋转的任何位置都能接收到足够的功率,本文采用了两个发射线圈和两个接收线圈的结构。分析了两个接收线圈的两种连接方式对系统传输功率和传输效率的影响。搭建了仿真和实验平台,对比研究了两接收线圈串联和两接收线圈并联两种方式。结果表明,在获得最大功率和提高传输效率方面,并联方式都优于串联方式。     

磁场耦合无线电能传输系统最大功率要素分析

针对无线电能传输系统的功率和效率问题,在特定频率下研究了影响无线电能传输系统最大传输功率的若干要素。以磁场耦合单元为核心建立简化模型,包括发射回路、接收回路,以及两个回路之间的磁场耦合单元。分别研究发射回路电抗、接收回路电抗、互感电抗等在单独变化,或协同变化时,如何影响最大功率传输条件,最大功率值和传输效率等。研究发现,不同情况下的最大功率传输条件之间存在内在联系;在发射回路与接收回路电阻乘积较小时,松耦合谐振才能传输最大功率。此结论不依赖于阻抗补偿形式,并且对感应耦合式和磁场共振式无线电能传输系统均适用。仿真和实验结果与理论分析结果一致。     

宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统特性分析

首先建立电路模型,结合互感计算,对磁耦合谐振式无线电能传输特性进行建模和仿真分析,研究发射线圈和接收线圈电感值的选择对系统传输特性的影响,建立传输距离、谐振频率与负载功率、传输效率等传输特性的关系,为发射和接收谐振回路的参数设计提供详尽的理论依据;其次分析宽频E类功率放大器特性,为电路在宽频带工作状态下保持较高的系统效率提供了解决方案;最后通过实验分析,对理论推导和仿真结果进行验证。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率特性

针对磁耦合谐振式无线电能传输技术的传输效率随着发射设备与接收设备距离的变化而波动的问题,采用频率特性的新方法分析无线电能传输系统得到了对实际系统设计具有关键指导作用的结果,其中包括频率分裂特性和最大传输距离.利用频率分裂规律对不同距离的效率进行频率跟踪补偿可以提高系统传能效率.通过设计的相关的实验电路验证了频率分裂特性与系统最大传输距离(临界耦合点)理论分析的正确性,为提高无线电能传输功率和距离提供有效的参考.     

传输距离对谐振式无线电能传输系统的影响

发射线圈和接收线圈之间的距离是设计无线电能传输系统的一个关键影响因素。距离的变化对于系统的输出功率和效率都会产生影响。先利用两线圈的互感耦合模型,从电路的角度计算出系统输出功率和效率与耦合系数的关系式再通过ansoft软件仿真得到距离和耦合系数的关系,从而得到最大功率点的位置及效率随距离变化的改变情况。最后,设计了相关的实验电路,实验结果与仿真、理论分析具有较好的一致性。这为设计磁耦合谐振式无线电能传输系统时选择合适的耦合系数提供了参考依据。     

面向智能终端的无线电源系统设计与实现研究

无线电源是面向不易更换电池的恶劣环境下工作的移动终端开发的无线充电系统。发射端通过LC电路将交变电能以130 k Hz的电磁波方式传输到接收端的LC电路上再转化为直流电给电池充电。本系统利用安培定律电生磁原理和电磁感应定律的磁生电原理在发射线圈和接收线圈间生成电磁耦合区免除电路直接接触而实现电能无线传输。系统传能过程中发射端和接收端通过电磁波信号实现实时双向通信,通过分析不同负载的阻抗引起的电磁波变化情况而调整相应的工作状态。本系统研究旨在提高无线电源系统的充电效率和高效的智能检测功能。实验证明,本系统已实现对电子设备高效率无线快速和慢速充电,并能对无线电源系统作出高效的智能检测。电路优化设计后接收机可方便地植入电子设备中,在物联网环境下本系统有广泛的工程应用。     

基于DC/DC电路的无线充电系统功率稳定控制方法

在无线电能传输系统中,负载的接收功率对发射线圈与接收线圈之间的互感与负载阻值的变化比较敏感,当接收线圈与发射线圈之间出现偏移或负载等效阻抗变化时,需要通过有效的控制方法较快地保持负载接收功率基本稳定。文中在分析次级侧包含DC/DC电路的无线电能传输系统结构的基础上,给出了互感与负载电压、负载电流之间的关系,并推导出了DC/DC电路的占空比与负载接收功率之间的关系;然后提出通过检测负载电压、电流,调节DC/DC电路的输出功率稳定控制策略;最后,通过Matlab/Simulink仿真以及样机实验,验证了文中理论分析与控制策略的有效性和正确性。     

无接触功率传输耦合机构的研究

本文利用ANSYS软件对一种新型的多线圈抛物面型无接触功率传输发射结构进行了仿真计算,并对多线圈平面型发射结构进行了比较性研究。通过对多线圈抛物面型结构在不同接收距离时耦合机构互感与耦合系数的计算,发现在功率传输过程中,频率变化对传输效率有较大影响,进而从理论上分析了产生影响的原因,并讨论了耦合机构在频率变化时自感和互感参数的变化对无功补偿电容的影响以及接收侧补偿电路的设计问题。     

基于动态匹配法的无线电能传输效率分析

作为无线电能传输(WPT)技术一个新的发展方向,磁耦合谐振式WPT技术具有较大的传输距离、较高的传输功率和效率以及无辐射性和穿透性等优势。然而,在定距离磁耦合谐振式WPT装置中,当发射线圈与接收线圈间的距离由于某种原因发生变化时,电路阻抗需要实时匹配,才能保证系统始终工作在该距离的最大效率。在分析前述问题的基础上,提出了一种动态匹配优化方法,并通过仿真与实验验证了该方法能有效提高系统在变距离环境中的传输效率。     

非接触式超声波流量计收发电路的设计与性能分析

增大信噪比是提高非接触式超声波流量计测量精度的有效措施。 但通过提高发射电压来增大信噪比,会损坏超声波传 感器与接收电路,也会加剧收发电路的相互干扰。 设计了一种针对复合管道流量测量用的超声波收发电路:在发射电路中以中 轴变压器替代阻尼电阻,在接收电路中采用限幅桥电路来保护接收电路,并基于匹配电阻法来平衡收发电路。 实验结果表明, 设计的发射电路能够提高发射电压、减小放电时间,空载时对输出电压可放大 13. 85 倍,带载时对输出电压可放大 4. 5 倍,同 时,接收电路能够有效抑制收发电路的相互干扰,并提高接收支路功率,接收电路对 5 V 以下信号的传输效率超过了 90%。 把 该电路应该到非接触式超声波流量计中,对难于穿透的复合管道中的流体进行多次重复测量,测试结果表明,该流量计的线性 度和重复性都满足实际流量测量要求。     

高压开关柜新型数字式温度在线监测系统

针对高压开关柜的温度在线监测问题,设计了一种基于红外传输的新型实时温度测量系统.该系统以数字温度传感器为温度测量元件,利用红外技术进行数据的传输,供电电源通过电流互感器从高压母线接线排处取得.对信号处理以及通信用发射电路采用微功耗、高精度的设计技术,使整个测量电路功耗小于5mW.实验结果表明该系统工作稳定可靠,具有功耗低、响应速度快、抗电磁干扰能力强等优点.     

三线圈MCR-WPT系统中继线圈轴向位置的优化研究

探究三线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统中继线圈的最优轴向位置对优化系统传输性能至关重要,为此深入研究三线圈MCR-WPT系统的传输特性,应用电路互感耦合理论结合同轴线圈互感计算方法得出了系统最大功率和最大效率传输条件;基于上述最优传输条件,对宽负载范围内中继线圈轴向偏移对系统传输特性的影响进行了电磁仿真。仿真结果表明：中继线圈传输功率和传输效率的最优轴向位置与负载有关,均随负载的增大向接收线圈一侧偏移,当电源内阻与负载相等,中继线圈位于耦合机构中间位置时系统可获得最大传输功率,靠近发射线圈一侧时可获得最大传输效率。最后,搭建了三线圈MCR-WPT系统实验平台,实验验证了理论与仿真的正确性。     

基于电磁感应式无线充电的电路设计与应用研究

随着电子设备的不断更新换代及日常使用率的增加,设备功耗越来越大,充电周期越来越频繁。传统的充电线布线复杂,插头频繁插拔容易造成磨损、产生电火花从而产生安全隐患。针对此类弊端,设计了一种基于磁耦合的无线充电传输系统。发射端使用H桥逆变器和振荡电容产生周期性交变信号,通过线圈将电能传输到接收端,经过整流后供负载使用。实验发射板采用140 kHz开关频率,50%的占空比,接收板接负载仪,进行带载实验。实验效果良好,电能转换效率高,带载稳定,从而验证了设计系统的可行性和可靠性。     

基于C51短距离无线供电装置设计

本文在电源发射电路、接收电路、检测显示电路3部分组成的无线供电模块的基础上,主要介绍了基于C51单片机无线传输系统效率检测的应用,较好的实现无线传输的功能,传输效率较高且达到预期目标。     

多线圈无线电能传输系统效率最大化研究

感应式无线电能传输系统主要依靠耦合线圈将能量从电源端传输到负载端。多线圈的耦合特性可以用来构建多输入多输出的无线能量传输网络,目前针对此类网络的稳态特性分析仍然不具有通用性。传输效率作为系统稳态特性之一,是多线圈系统的重要优化目标。由于线圈寄生电阻使得耦合器损耗占据整体系统损耗的大部分,因此,优化系统效率的关键在于最大化耦合线圈效率。首先,建立任意耦合线圈个数的无线充电系统的电路模型,依照输入输出稳态特性分析效率最大化的影响因素以及最优效率点下的功率分配和损耗;其次,仿真验证不同输入端和不同输出端时理论分析的准确性;最后,搭建实验平台验证多发射多接收无线充电系统效率最大化点的稳态特性。     

宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统电源变换器技术

设计了一种宽频磁耦合谐振式无线电能传输系统变换器,采用E类功率放大器为主电路拓扑,对电路性能进行分析,通过优化工作状态和匹配网络,提高系统的负载功率和传输效率。同时对系统的宽频特性进行优化,结合发射、接收谐振器负载网络匹配设计,对变换器在不同谐振频率、不同谐振器下的传输特性进行分析。并利用设计的变换器进行了宽频范围0.15~8MHz、传输距离30cm的仿真和实验研究,在宽频范围内实现零电压开通和关断的工作状态,提高了宽频系统效率,完成了理论、仿真分析和实验的相互验证。     

线圈非同轴时磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率优化

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统的发射线圈与接收线圈非同轴放置时系统的传输效率过低的问题,运用耦合模理论,推导出系统的效率表达式。并以此为基础,分析发射线圈与接收线圈非同轴放置时,系统传输效率的变化规律。为解决发射线圈与接收线圈之间非同轴放置时系统效率过低的问题,提出一种基于混沌优化算法的参数动态调节方法,该方法能使系统几个关键参数实现最优匹配,有效提高系统的传输效率。最后,研制了一套磁耦合谐振式无线电能传输系统装置。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

线圈匝数对磁耦合谐振式WPT输出功率的影响

针对磁耦合谐振式无线电能传输的4线圈模型中线圈匝数对系统传输功率的影响,本文通过建立系统模型,利用电路理论计算得出系统的输出功率公式,并使用MATLAB软件仿真分析了系统的输出功率曲线.分析结果表明在4线圈的结构和材质相同的情况下,接收线圈的匝数增加比发射线圈匝数的增加使系统的输出功率要提高很多.同时,接收线圈匝数的增加使系统功率达到最大值的频率有明显的下降,而发射线圈增加相同匝数时,频率变化不明显.该结果还表明,接收线圈匝数增加时系统输出功率达到最大值对应的负载电阻在变大.因此,在4个线圈结构相同时,增加接受线圈匝数可以提高输出功率.     

磁耦合谐振三线圈无线电能传输的交叉耦合效应及电抗补偿

在具有中继线圈的磁谐振耦合无线电能传输系统中,非相邻线圈的交叉耦合有可能对系统的工作状态产生扰动,这通常导致系统传输功率和效率的降低。针对单中继线圈的无线电能传输系统,从其等效电路归一化模型入手,详细分析发射线圈和接收线圈之间的交叉耦合对各回路电流和系统传输功率、效率的影响。给出了交叉耦合效应是否可忽略的判定条件,并提出了一种简便的在各回路中通过附加串联电抗以补偿三线圈(发射—中继—接收)无线电能传输系统交叉耦合效应的方法,通过数值仿真计算和实验证明了该方法的可行性。