北交大電設(shè)無線充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

國家電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)報(bào)告國家電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：無線充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)院：電子信息工程學(xué)院專業(yè)：自動(dòng)化（鐵道信號(hào)）學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：任課教師：高巖2015年4月15日

目錄目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)要求 12設(shè)計(jì)方案及論證 12.1任務(wù)分析 12.2方案比較 12.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22.4具體電路設(shè)計(jì) 63制作及調(diào)試過程 73.1制作與調(diào)試流程 113.2遇到的問題與解決方法 114系統(tǒng)測(cè)試 124.1測(cè)試方法 124.2測(cè)試數(shù)據(jù) 124.3數(shù)據(jù)分析和結(jié)論 145系統(tǒng)使用說明 155.1系統(tǒng)外觀及接口說明 155.2系統(tǒng)操作使用說明 166總結(jié) 176.1本人所做工作 176.2收獲與體會(huì) 176.3對(duì)本課程的意見與建議 187參考文獻(xiàn) 18

1設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)輸入直流電壓12V，輸出為3.6V手機(jī)電池充電（充滿電壓為4.2V）的無線充電系統(tǒng)，系統(tǒng)要求如下：基本部分：發(fā)射器與接收器之間采用電感線圈耦合方式進(jìn)行無線能量傳輸。發(fā)射器采用12V直流單電源供電，接收器供電只能來自耦合線圈。接收器考慮給手機(jī)電池充電，接收器接收到能量后用發(fā)光二極管指示。接收器不接負(fù)載時(shí)輸出電壓4.2V（正負(fù)0.1V）接收器帶載條件下，當(dāng)輸出電壓在0~4VDC變化時(shí)，輸出電流穩(wěn)定在10mA或者更大，要求恒流誤差小于5mA。發(fā)揮部分：當(dāng)接收器給負(fù)載充電時(shí)，充電指示燈亮；充滿后，充滿指示燈亮。盡可能提高恒流充電電流。2設(shè)計(jì)方案及論證2.1任務(wù)分析1.發(fā)射器與接收器之間采用電感線圈耦合方式進(jìn)行無線能量傳輸?；陔姶鸥袘?yīng)的原理，在可分離的初、次級(jí)線圈間利用磁通量傳輸電能。在初級(jí)線圈中通過電流就會(huì)產(chǎn)生磁通，間距較近的次級(jí)線圈在其作用下就會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，這樣初級(jí)線圈就把電能傳送到次級(jí)線圈了。雖然在理論上可傳輸幾百千瓦的電能，但因?yàn)槠潆娔軅鬏斅蕰?huì)隨著兩個(gè)線圈的間距加大而迅速變小，所以傳輸距離非常有限。在通常情況下，由于電磁輻射具有發(fā)散性，所以相隔較遠(yuǎn)的接收線圈只能接收到發(fā)送線圈發(fā)送的電能的極小一部分，而此時(shí)當(dāng)接收線圈的固有頻率與發(fā)送線圈發(fā)送的電磁場(chǎng)頻率一致時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振，使得磁場(chǎng)耦合強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，無線電能的傳輸效率將大幅度提高。這樣，磁場(chǎng)共振式和電磁感應(yīng)式相比，其電能傳輸距離得到了極大的提高。當(dāng)閉合線圈中的磁通量改變時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)就會(huì)在閉合回路中產(chǎn)生，形成感應(yīng)電流；磁通量對(duì)時(shí)間的變化率與感應(yīng)電勢(shì)的大小成正比，楞次定律確定其實(shí)際方向。楞次定律：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)以及產(chǎn)生的感應(yīng)電流總是企圖阻止與導(dǎo)體回路相交鏈的磁通量的變化。2.因?yàn)橐么艌?chǎng)耦合的形式發(fā)射電能，因此需要在發(fā)射端使直流電源震蕩起來，通過發(fā)射線圈和接收線圈做媒介將能量送給接收端。故發(fā)送端要有一個(gè)震蕩電路，經(jīng)過選擇比較，決定選LM555作為振蕩器將12V直流電壓調(diào)整為一定頻率的方波實(shí)現(xiàn)震蕩。3.要想讓接收端達(dá)到恒流穩(wěn)壓和亮燈指示的充電效果，需要使發(fā)送端的發(fā)送功率能夠滿足接收的要求，而此時(shí)需要考慮震蕩電路的電感電容耦合關(guān)系和匹配效果。首先由LM555的占空比和震蕩頻率調(diào)節(jié)關(guān)系（式2-1）和電感與電容容耦合計(jì)算公式（式2-2），可以調(diào)節(jié)其頻率關(guān)系盡量達(dá)到匹配來實(shí)現(xiàn)較好的諧振關(guān)系，使電路能夠盡可能減少能量的損耗。（式2-1）（式2-2）4.同時(shí)發(fā)射端還增加了功率放大器來實(shí)現(xiàn)功率的放大，盡可能地滿足更高的接收要求。5.接收時(shí)要調(diào)整接收端線圈和電容以及發(fā)送端線圈電容的匹配效果，盡可能地提高接收端的接收功率。6.接收電路的電源要由接收線圈感應(yīng)到的能量提供，需要整流部分將接收到的交流信號(hào)整流為直流給接收器供電。7.充電接收器不接負(fù)載時(shí)輸出電壓4.2V，以及充電恒流要求即需要恒流穩(wěn)壓控制部分來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)該方面的功率要求要盡可能低使更多的能量集中到充電部分。8.同時(shí)，指示燈的點(diǎn)亮也要接收端來提供電能，同時(shí)要滿足充滿指示的要求應(yīng)有電壓比較部分對(duì)充電電壓和設(shè)定的充滿電壓進(jìn)行比較。2.2方案比較發(fā)射部分方案一:由一個(gè)LM555作為振蕩電路，之后由一個(gè)三極管作為功率放大器進(jìn)行功率放大。電路圖見圖2-1。圖2-1振蕩三極管功放電路方案二：由三個(gè)反相器進(jìn)行方波的產(chǎn)生，并用H橋進(jìn)行放大，進(jìn)行全橋或者半橋的功率提升，電路如圖2-2所示。圖2-2反相器振蕩電路方案三：由LM555進(jìn)行方波的產(chǎn)生，之后的功率放大部分采用推挽式驅(qū)動(dòng)MOS管電路來進(jìn)行，電路如圖2-3所示。圖2-3振蕩推挽式驅(qū)動(dòng)MOS管電路方案四：由SG3525A進(jìn)行PWM脈沖信號(hào)的產(chǎn)生，經(jīng)過斯密特觸發(fā)CD40106A整波產(chǎn)生方波信號(hào)，再由IR2110進(jìn)行功率放大的驅(qū)動(dòng)，電路如圖2-4所示。圖2-4PWM脈沖功放電路比較：方案一和方案三的發(fā)射部分是相同的，均能由LM555產(chǎn)生頻率和占空比可以調(diào)節(jié)的震蕩信號(hào)，方案二通過反相器進(jìn)行方波的產(chǎn)生理論上也是可行的，但是仿真產(chǎn)生的波形頻率特別大，而且不太容易調(diào)整，實(shí)際焊接的效果并不理想。功率放大器是無線電能傳輸技術(shù)中非常重要的組成部分，其本質(zhì)就是把直流電能按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為交流電能。其設(shè)計(jì)的好壞將很大程度上將影響系統(tǒng)工作的高效性和穩(wěn)定性，而輸出功率大、效率高的放大器將會(huì)使發(fā)送線圈發(fā)送的電能更大，電能的利用率更高。方案四中也是將方波進(jìn)行功率放大，利用SG3525A產(chǎn)生的正脈沖方波信號(hào)適用于驅(qū)動(dòng)N溝道功率MOSFET管，利用集成電路IR2110做MOS管驅(qū)動(dòng)，采用不對(duì)稱式半橋功放結(jié)構(gòu)，極大的減小在MOS管上的直流損耗，提高輸出功率。因?yàn)樾酒容^集成，沒有在軟件進(jìn)行仿真，但是其功率放大的效果更加理想，有利于更高效率的傳輸能量，所以我們對(duì)這個(gè)電路也做了焊接接收充電部分：方案一：用一個(gè)LM317做恒流的設(shè)計(jì)，之后的穩(wěn)壓用基準(zhǔn)電壓源TL431來實(shí)現(xiàn)，使最后達(dá)到恒流穩(wěn)壓的作用，電路圖如圖2-5所示。LM317穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式2-3計(jì)算，僅僅從公式本身看，R1、R2的電阻值可以隨意設(shè)定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計(jì)算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設(shè)定的。（式2-3）首先317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo=1.25V-37V(高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo=1.25V-45V)，所以R2/R1的比值范圍只能是0-28.6。其次是317穩(wěn)壓塊都有一個(gè)最小穩(wěn)定工作電流，有的資料稱為最小輸出電流，也有的資料稱為最小泄放電流。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為1.5mA。由于317穩(wěn)壓塊的生產(chǎn)廠家不同、型號(hào)不同，其最小穩(wěn)定工作電流也不相同，但一般不大于5mA。當(dāng)317穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)，317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。當(dāng)317穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)，317穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。如果用317穩(wěn)壓塊制作穩(wěn)壓電源時(shí)(如圖所示)，沒有注意317穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流，那么你制作的穩(wěn)壓電源可能會(huì)出現(xiàn)下述不正?，F(xiàn)象:穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大。在應(yīng)用中，為了電路的穩(wěn)定工作，在一般情況下，還需要接二極管作為保護(hù)電路，防止電路中的電容放電時(shí)的高壓把317燒壞。圖2-5LM317-TL431恒流穩(wěn)壓電路方案二：兩個(gè)LM317串聯(lián)，前一個(gè)LM317實(shí)現(xiàn)恒流的功能，后一個(gè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)，達(dá)到最后的功能，電路圖如圖2-6所示。圖2-6雙LM317恒流穩(wěn)壓電路方案三：利用TL431做基準(zhǔn)電壓源和三極管的通斷來實(shí)現(xiàn)恒流穩(wěn)壓的效果，電路圖如圖2-7所示。圖2-7TL431-三極管恒流穩(wěn)壓電路正常情況下,接收線圈L2與發(fā)射線圈L1相距不過幾cm,且接近同軸,此時(shí)可獲得較高的傳輸效率。電能接收與充電控制電路單元的原理如圖3所示。L2感應(yīng)得到的1.6MHz的正弦電壓有效值約有16V(空載)。經(jīng)橋式整流(由4只1N4148高頻開關(guān)二極管構(gòu)成)和C5濾波,得到約20V的直流。作為充電控制部分的唯一電源。由R4,RP2和TL431構(gòu)成精密參考電壓4.15V(鋰離子電池的充電終止電壓)經(jīng)R12接到運(yùn)放IC3的同相輸入端3。當(dāng)IC2的反相輸入端2低于4.15V時(shí)(充電過程中),IC3輸出的高電位一方面使Q4飽和從而在LED2兩端得到約2V的穩(wěn)定電壓(LED的正向?qū)ň哂蟹€(wěn)壓特性),Q5與R6、R7便據(jù)此構(gòu)成恒流電路。另一方面R5使Q3截止,LED3不亮。當(dāng)電池充滿(略大于4.15V)時(shí),IC3的反相輸入端2略高于4.15V。運(yùn)放便輸出低電位,此時(shí)Q4截止,恒流管Q5因完全得不到偏流而截止,因而停止充電。同時(shí)運(yùn)放輸出的低電位經(jīng)R8使Q3導(dǎo)通,點(diǎn)亮LED3作為充滿狀態(tài)指示。分析比較：用一個(gè)LM317的結(jié)構(gòu)是之前在一個(gè)期刊里面看到的，理論計(jì)算是可行的，但是并沒有真正的實(shí)現(xiàn)效果，我們仿真的時(shí)候不能實(shí)現(xiàn)恒流的作用，所以放棄了第一個(gè)方案，將兩個(gè)LM317結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)這一部分的控制。而方案二的仿真中充電會(huì)沒有上線，實(shí)際焊接完以后發(fā)現(xiàn)它不能達(dá)到同時(shí)恒流和穩(wěn)壓的要求，所以放棄了這個(gè)方案，時(shí)間比較緊張就沒有對(duì)它進(jìn)行深入的改動(dòng)，采用了仿真和實(shí)際測(cè)試都可以滿足要求的方案三，不過有要求功率比較高的缺點(diǎn)，之后的調(diào)整中一直都在慢慢修改。LM317穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用式2-3計(jì)算，僅僅從公式本身看，R1、R2的電阻值可以隨意設(shè)定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計(jì)算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設(shè)定的。而且接口比較簡(jiǎn)單，適合我們的題目要求，所以選擇這個(gè)方案進(jìn)行充電部分設(shè)計(jì)。2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)射部分（一）具體說明：用LM555作為振蕩器將直流的十二伏電壓變?yōu)榘匆欢l率震蕩的方波，經(jīng)過功率放大器放大后由發(fā)射線圈發(fā)射。由于LM555芯片的可調(diào)節(jié)特點(diǎn)，可以通過電容、電阻的變化來調(diào)節(jié)產(chǎn)生方波的頻率，而方波的幅值大致等于輸入電壓的大小，之后可以通過三極管的功率放大作用和線圈以及電容的諧振調(diào)節(jié)使電能能夠通過發(fā)射線圈到達(dá)接收線圈，并盡量減少損耗。發(fā)射部分（二）

具體說明：利用集成芯片SG3525A產(chǎn)生PWM信號(hào)，之后利用施密特觸發(fā)器將其調(diào)整成為對(duì)稱的方波信號(hào)輸入到功率放大部分，功率放大部分由驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)MOS管進(jìn)行功率的放大。由于采用了D類不對(duì)稱式半橋功放，其損耗減小，更好地傳輸?shù)桨l(fā)送線圈上。接收部分：具體說明：接收線圈接收到的交流電經(jīng)過整流橋和電容的整流濾波之后變?yōu)橹绷麟?，將此直流電壓供給后面的充電系統(tǒng)進(jìn)行恒流穩(wěn)壓的充電測(cè)試。充電部分由兩個(gè)LM317實(shí)現(xiàn)，并用滑動(dòng)變阻器使其閘值可調(diào)。振蕩器功率放大器振蕩器功率放大器發(fā)射線圈接收線圈接收線圈整流濾波功率轉(zhuǎn)換輔助供電電源恒流限壓控制工作指示充電指示充滿指示輸出電壓取樣電流取樣圖2-8發(fā)射電路原理結(jié)構(gòu)圖2-9接收電路原理結(jié)構(gòu)2.4具體電路設(shè)計(jì)發(fā)射部分（一）電路如圖2-10所示：圖2-10發(fā)射電路原理圖（一）電壓源輸出的十二伏直流電給LM555芯片供電。LM555可以用電阻電容的調(diào)整來調(diào)節(jié)占空比和輸出頻率，3管腳輸出一個(gè)幅值與電壓源輸入相同的方波，之后將該方波經(jīng)過由三極管反相器組成的推挽式結(jié)構(gòu)推動(dòng)MOS管形成的放大器，使輸出頻率達(dá)到最大。我們初步選定的傳輸頻率定為100KHZ左右，帶人LM555和諧振頻率計(jì)算的表達(dá)式來求出各個(gè)電阻，電容的值。LM555輸出頻率為：，設(shè)定一個(gè)合適的頻率，我們計(jì)算的時(shí)候定為100KHZ左右，然后調(diào)節(jié)電阻電容的值來進(jìn)行調(diào)整。之后利用并聯(lián)諧振公式將100KHZ帶入，線圈電感已知為24UH來計(jì)算與線圈并聯(lián)的電容值，不過在之后的調(diào)節(jié)測(cè)試過程中，對(duì)個(gè)別參數(shù)進(jìn)行了更改，最后調(diào)節(jié)出來的最終頻率與計(jì)算值有一點(diǎn)偏差。為了提高電能的轉(zhuǎn)換效率，一般采用提高開關(guān)頻率，但在硬開關(guān)條件工作下，開關(guān)管的開關(guān)損耗會(huì)隨著頻率的提高而增大，這樣電能的轉(zhuǎn)換效率就會(huì)大幅度下降，甚至在導(dǎo)通和關(guān)閉的瞬間，產(chǎn)生的毛刺電流和毛刺電壓將會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，干擾開關(guān)管的開關(guān)動(dòng)作，甚至?xí)p壞開關(guān)管，影響其可靠性。為了解決這一問題，可以采取增加緩沖電路，緩沖電路其實(shí)是將高的開關(guān)電流或電壓消耗掉，這樣開關(guān)管的開關(guān)損耗減小了，但整個(gè)電路的損耗沒有下降，可能會(huì)加大。為了解決這一矛盾，出現(xiàn)了有源無損緩沖電路。但有源無損緩沖電路復(fù)雜，隨之而來，就有了無源無損緩沖電路即“軟開關(guān)”技術(shù)。我們采用的“軟開關(guān)”就是采用諧振的原理，使得開關(guān)管中的電壓或者電流，以準(zhǔn)正弦或者正弦的規(guī)律變化；當(dāng)電流過零時(shí)，器件就關(guān)閉；而當(dāng)電壓過零時(shí)，器件便開通。這種開關(guān)方式讓開關(guān)管的開關(guān)損耗顯著地減小了，開關(guān)頻率可以更高，變壓器可以更小，轉(zhuǎn)換效率可以更大。發(fā)射部分（二）原理如圖2-11所示：圖2-11發(fā)射電路原理圖（二）利用集成芯片SG3525A產(chǎn)生PWM信號(hào)，之后利用施密特觸發(fā)器將其調(diào)整成為對(duì)稱的方波信號(hào)輸入到功率放大部分，功率放大部分由驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)MOS管進(jìn)行功率的放大。由于采用了D類不對(duì)稱式半橋功放，其損耗減小，更好地傳輸?shù)桨l(fā)送線圈上。電路圖如圖2-12所示。圖2-12發(fā)射電路（二）電路圖斜坡發(fā)生器的基本頻率受控于固定時(shí)基振蕩器，它與調(diào)理后的輸入端的模擬信號(hào)送到電壓比較器輸入端的進(jìn)行比較，電壓比較器的輸出即為與輸入信號(hào)幅度成正比的PWM信號(hào)。如圖3-9所示。加在功率MOSFET管的驅(qū)動(dòng)電路上即為其驅(qū)動(dòng)信號(hào)?；赟G3525A的PWM電路的設(shè)計(jì)如下：頻率計(jì)算：改變引腳5的對(duì)地連接電容CT、引腳6的對(duì)地連接電阻RT以及引腳5和7之間的電阻RD來調(diào)節(jié)芯片的PWM輸出頻率。引腳5和7之間的電阻RD同時(shí)也有調(diào)整輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)死區(qū)時(shí)間的作用，若不用此功能，則引腳5和7之間短接，其輸出頻率則變?yōu)椋骸蝹€(gè)MOSFET的開關(guān)頻率為f/2,占空比范圍為0～49%。并聯(lián)后的MOSFET，其開關(guān)頻率就為f,占空比范圍為0%～98%。占空比的調(diào)節(jié)：占空比隨著2號(hào)腳電壓（2號(hào)腳電壓在0.6V～3.2V范圍內(nèi)）變化而變化。只要2號(hào)腳電壓大于3.2V，輸出占空比達(dá)到最大，再不會(huì)隨著2號(hào)腳的電壓變化而變化。2號(hào)腳低于0.6V時(shí)11腳或14腳無方波輸出。PWM脈沖信號(hào)鎖存功能：當(dāng)引腳10的電壓大于2.5V時(shí)，可以及時(shí)封鎖脈沖輸出，防止出現(xiàn)過壓過流等故障。所以，如果不用此功能，需對(duì)地接一個(gè)2K歐姆以上的電阻。PWM電路及其波形如圖2-13所示：（a）PWM信號(hào)產(chǎn)生的電路（b）相應(yīng)的波形圖2-13PWM信號(hào)產(chǎn)生電路及波形同樣基于IR2110的半橋驅(qū)動(dòng)電路也非常簡(jiǎn)潔，但設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：自舉電容的選?。阂话銇碇v，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)自舉電容選取0.1～10uf以上，在本設(shè)計(jì)中，經(jīng)實(shí)驗(yàn)取C13=0.47uf的瓷片電容完全滿足了要求。柵極電阻的選?。阂话銝艠O電阻選取的阻值從幾歐到幾百歐，主要就是看柵極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是否有振蕩，若上升沿的波形有振蕩，則應(yīng)串接電阻，使振蕩迅速衰減；但由于串接了電阻，就會(huì)使得MOSFET管關(guān)斷延遲，所以在串接電阻上反并一個(gè)開關(guān)二極管以加速M(fèi)OSFET管的關(guān)斷,來消除電阻的影響。柵極電阻小，MOSFET管通斷快，開關(guān)損耗?。环粗畡t慢，同時(shí)開關(guān)損耗大。但驅(qū)動(dòng)速度過快將使MOSFET管的電壓和電流變化率大大提高，從而產(chǎn)生較大的干擾，嚴(yán)重的將使整個(gè)裝置無法工作，因此必須統(tǒng)籌兼顧。這里柵極電阻（R16、R17）取100Ω，開關(guān)二極管（D2、D3）為1N4148。接收部分電路如圖2-14所示：圖2-14接收電路原理圖接收線圈接受的能量經(jīng)過整流濾波以后由兩個(gè)LM317進(jìn)行充電控制，第一個(gè)LM317可以實(shí)現(xiàn)恒流的輸出，恒流電流I=1.25V/R3，第二個(gè)LM317進(jìn)行了穩(wěn)壓的設(shè)計(jì)，通過電壓的反饋使輸出電壓穩(wěn)定，但是由于這個(gè)電路圖第一開始充電指示的兩個(gè)燈不能比較干脆的明暗變化，因此由之前的設(shè)計(jì)方案改成了由TL431控制的通過比較器實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的控制，兩個(gè)燈是取反的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)干脆的變化。其中用R7的大小實(shí)現(xiàn)TL431的控制使其輸出的電壓為4.2V，將這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值加到之后的比較器中控制兩個(gè)燈。3制作及調(diào)試過程3.1制作與調(diào)試流程發(fā)射部分（一）：方波發(fā)生部分：利用LM555產(chǎn)生方波，之后可以從LM555三口輸出的地方接一個(gè)排針連在示波器上，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使頻率達(dá)到理想。發(fā)射部分（二）在芯片SG3525A，CD40106A，IR2110之后分別接入示波器探針觀測(cè)其波形和頻率。其余部分：發(fā)射線圈波形：在發(fā)射線圈兩端接入示波器探頭，可以測(cè)得發(fā)射電壓的幅值和頻率。接收線圈波形：在接收線圈兩端接入示波器探頭，可以測(cè)得發(fā)射電壓的幅值和頻率。整流之后的電壓及功率測(cè)量：將整流之后的電壓加載在一個(gè)20歐姆的電阻上，利用萬用表測(cè)量其上面的電壓，之后利用功率P=U^2/R來得到接收到的功率大致為多少。充電控制部分：空載穩(wěn)壓部分，亮燈部分，穩(wěn)流部分。對(duì)于這部分的測(cè)量，首先是空載時(shí)測(cè)量接線圈的位置兩點(diǎn)之間的電壓值是多大，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使空載穩(wěn)壓為4.2V，之后調(diào)節(jié)R7，使該電壓與亮燈控制電壓一直，從而可以再充滿電的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)不同燈的變化。而對(duì)于穩(wěn)流的測(cè)試比較復(fù)雜，一開始是用一個(gè)1F的電容進(jìn)行充放電來測(cè)量的，串聯(lián)一個(gè)一歐姆的電阻，由電阻上面的電壓來判斷其電流值，但是隨著我們發(fā)射功率的不斷增大，充電電流不斷提高，使充電時(shí)間越來越快而且難以達(dá)到我們想要看到的曲線情況，所以之后我們請(qǐng)教了老師，改進(jìn)了充放電方法，多并聯(lián)幾個(gè)法拉電容或者調(diào)試過程也用可調(diào)電阻代替法拉電容，這樣更容易調(diào)試電路。用電容的好處是容易觀察整個(gè)放電過程，但對(duì)于電路調(diào)試不一定很方便，但可以方便地檢測(cè)充電效果及充電特性。3.2遇到的問題與解決方法問題一：之前的發(fā)射電路發(fā)射線圈發(fā)射的功率比較小，而且作為功放的三極管特別燙，總是燒壞。產(chǎn)生原因：發(fā)射線圈和電容的諧振頻率與LM555的震蕩頻率不一致，使功率大部分損耗到了三極管上，降低了發(fā)射功率。解決方法：將LM555的發(fā)射頻率按照公式中的參數(shù)調(diào)整相應(yīng)的電阻電容，參照發(fā)射線圈和電容計(jì)算的耦合頻率，觀察示波器中發(fā)射部分的波形，當(dāng)震蕩幅度最大的時(shí)候位置，此時(shí)震蕩功率最大而且三極管發(fā)熱現(xiàn)象明顯減少。問題二：接收部分一開始一個(gè)LM317的電路圖進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)但是不能實(shí)現(xiàn)理論上的恒流穩(wěn)壓功能，問題三：將接受電路用電壓源輸出的電壓測(cè)試時(shí)功能可以達(dá)到，但是用我們的發(fā)射進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候并不能正常工作。產(chǎn)生原因：發(fā)射的功率不夠，而且發(fā)射部分到接收部分的功率損耗比較大，帶不動(dòng)充電部分的很多負(fù)載，因此無法實(shí)現(xiàn)理想的效果。解決方法：1、接收部分的元器件盡量選擇低功耗，并在發(fā)射端不斷調(diào)整功率使發(fā)射端功率最大，同時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)射端和接收端的諧振頻率匹配，減少傳輸損耗。最終實(shí)現(xiàn)了指示燈亮，恒壓等功能。2、多次改良發(fā)射電路各種參數(shù)，嘗試推挽式結(jié)構(gòu)的兩級(jí)功率放大，盡量加大發(fā)射功率。問題三：自己充電的時(shí)候測(cè)量恒流的時(shí)候充電很快，一法拉電容200毫安只要幾秒就充滿了，觀察不到恒流過程，但是按照計(jì)算值500毫安也要八秒。產(chǎn)生原因：一個(gè)是我們之前買的電容容量并不夠大，還有一個(gè)是電流大的時(shí)候恒流充電的曲線并不能夠很好的保證能夠產(chǎn)生明顯的充電曲線出來，發(fā)射功率還是不足夠大使效果理想。解決方法：咨詢了老師相關(guān)的問題（1）首先電容的容量本身存在一定誤差，可以多并聯(lián)幾只。（2）充電前需要放干凈電荷（有時(shí)用電阻放完電后，斷開后測(cè)量會(huì)發(fā)現(xiàn)還有殘壓，所以需要放電時(shí)間長一點(diǎn)，或多次放電）。（3）調(diào)試過程也可以用可調(diào)電阻代替法拉電容，這樣更容易調(diào)試電路。用電容的好處是容易觀察整個(gè)放電過程，但對(duì)于電路調(diào)試不一定很方便，但可以方便地檢測(cè)充電效果及充電特性。4系統(tǒng)測(cè)試4.1測(cè)試方法接好電路連接學(xué)生電源輸出+12V直流電壓，觀察學(xué)生電源輸出電壓電流值；將示波器探頭接在555芯片3號(hào)管腳測(cè)試555芯片輸出方波的頻率、振幅；將示波器探頭接在發(fā)送線圈兩側(cè)測(cè)試發(fā)送正弦波的振幅頻率；將示波器探頭接在接受線圈兩側(cè)測(cè)試接收正弦波的振幅頻率；用萬用表接在整流橋后濾波電容兩端測(cè)試整流后的電壓；充電電容一端接一1歐姆電阻測(cè)試電阻兩端電壓即充電電流，用萬用表測(cè)試電容兩端充電電壓。發(fā)射電路方案一測(cè)試連接示意圖如圖4-1所示：測(cè)試3測(cè)試測(cè)試3測(cè)試1測(cè)試2圖4-1發(fā)射電路方案一測(cè)試連接示意圖發(fā)射電路方案二測(cè)試連接示意圖如圖4-2所示：測(cè)試3測(cè)試2測(cè)試3測(cè)試2測(cè)試1圖4-2發(fā)射電路方案二測(cè)試連接示意圖接收電路測(cè)試連接示意圖如圖4-3所示:測(cè)試6測(cè)試5測(cè)試6測(cè)試5測(cè)試4圖4-3接收電路測(cè)試連接示意圖4.2測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)如表4-1所示：測(cè)試參數(shù)仿真值實(shí)驗(yàn)值誤差發(fā)射端（一）輸入電壓12V11.8V0.2V輸入電流95mA1.32A1.31A輸出方波頻率100KHz76KHz24KHz輸出方波振幅12V14.2V2.2V發(fā)射線圈輸出頻率100KHz83.9KHz16.1KHz發(fā)射線圈輸出峰峰值11.7V39.7V28V發(fā)射端（二）輸入電壓\11.6\輸入電流\0.8A\輸出方波頻率\93KHz\輸出方波振幅\11..26\發(fā)射線圈輸出頻率\93KHz\發(fā)射線圈輸出峰峰值\>49.49V\接收端(一)接收線圈頻率\83KHz\接收線圈峰峰值\30.2V\整流電壓16V17.6V1.6V充電電流501mA313mA188Ma充電電壓4.2V4.23V0.03V接收端（二）接收線圈頻率\97.2KHz\接收線圈峰峰值\34.9V\整流電壓\24.5V\充電電流\460mA\充電電壓\4.2V\表4-1實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表555芯片振蕩頻率：（式4-1）發(fā)射線圈諧振頻率：（式4-2）接收線圈諧振頻率：（式4-3）穩(wěn)壓數(shù)值：（式4-4）恒流數(shù)值：（式4-5）SG3525A頻率：（式4-6）4.3數(shù)據(jù)分析和結(jié)論通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)在發(fā)射端，我們實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)要明顯優(yōu)于仿真數(shù)據(jù)，這是因?yàn)樵趯?shí)際的電路修改了部分參數(shù)，而且由于實(shí)際電路功率不夠，我們將發(fā)射端的三級(jí)管改為了推挽式結(jié)構(gòu)又使用了MOS管實(shí)現(xiàn)了功率的放大；在接收端的數(shù)據(jù)基本上與仿真值相符合，但是充電電流與仿真值相差較大，產(chǎn)生誤差原因是接收線圈接收到的功率不能滿足電容充電的需要。5系統(tǒng)使用說明5.1系統(tǒng)外觀及接口說明發(fā)射電路（一）外觀及接口示意圖如圖5-1所示：圖5-1發(fā)射電路外觀及接口示意圖發(fā)射電路（二）外觀及接口示意圖如圖5-2所示：圖5-2發(fā)射電路外觀及接口示意圖整流電路外觀及接口示意圖如圖5-3所示：圖5-3整流電路外觀及接口示意圖接收電路外觀及接口示意圖如圖5-