在探讨基于单片机的无线电能传送装置设计之前,需要先了解无线电能传输的概念。无线电能传输,即无线充电技术,是一种利用非接触式感应耦合或者电磁共振方式,实现电能从发射端到接收端的无线传输的技术。这种方式可以使设备在没有物理连接的情况下接收电能,从而减少了电缆和接插件的使用,使得电气设备更加便捷和安全。
在本文献中,作者胡捷介绍了利用89C51单片机设计的磁耦合谐振式无线电能传输装置。该装置能够检测发射线圈电流,并对其进行调节,以保持传输能量的最大化。基于单片机的设计使得整个系统的控制更加简单灵活,并且成本更低,工作也更加可靠稳定。
系统方案方面,本设计分为电能发送和电能接收两个主要部分。电能的发送与接收通过线圈之间的互感耦合来完成,中间无须使用有线连接。本系统能够实现大约10cm的有效传输距离,并且具有高效、低成本、稳定可靠的工作特性。
在发射电路的论证与选择方面,作者对比了三种不同的技术方案。方案一采用晶闸管,其优点为无噪声切换,但缺点是驱动电路复杂,需要散热片;方案二使用继电器,优点是功率大,内阻小,但存在切换噪声;方案三则是采用89C51单片机控制驱动顶部线圈信号的频率,并且通过检测流过顶部线圈电流的大小来调整频率,确保线圈达到最大的传输频率。考虑到单片机操作简单、控制灵活、功能齐全、价格适宜等优点,最终选择了方案三。
频率调节电路部分,作者同样给出了三种方案。方案一使用晶体管振荡产生稳定的工作频率,但频率不可调;方案二采用LC振荡,其频率在一定范围内可调,电路简单且省电;方案三利用89C51单片机对谐振电流进行检测,若发生偏离则进行调整,以达到线圈最大传输频率。鉴于频率要求不很高,频率调节应在一定范围内,故选择方案三。
功率放大电路部分,方案一采用大功率开关三极管作为功放元件,但管耗大,需大面积散热片,成本高;方案二采用场效应管作为功放元件,功耗低、驱动功率小,使用方便,价格适宜,能够更好地满足系统要求。最终系统选择了方案二。
在接收电路的选择上,方案一采用专制集成电路,该电路具有精度高、稳定性好等特点,但最终基于成本和可靠性的考虑,作者选择了自制电路方案。
负载电路的论证与选择方面,作者决定采用两个1瓦特的LED灯串联,配以一个电阻,作为负载电路的组成部分。
系统理论分析与计算部分,作者详细地对发射与接收电路进行了等效电路模型的构建,分析了电流和磁感应强度的关系,并从中导出了接收线圈感应电压的表达式,以及负载得到功率的计算公式。
作者针对功率放大电路进行分析,介绍了典型的E类功率放大电路结构,并指出了其开关管采用MOS管的重要性,以及软开关状态的必要性。
该无线电能传送装置设计的关键点在于单片机的精确控制、线圈之间的互感耦合、以及功率放大电路的优化。这些知识点的应用不仅对无线电能传输领域的研究具有指导意义,也为实际工程应用提供了可靠的技术参考。