摘要:討論電力能量無線傳輸的幾種核心關鍵，重點探討磁耦合諧振技術下如何實現電力能量無線遠距離傳輸，以及微處理器在電力能量無線傳輸控制系統中的應用研究。

關鍵詞:磁耦合、電磁諧振、電力能量無線傳輸、微處理器

1引言:電力能量無線傳輸是一個令人振奮的新領域，為世界各地的制造商和消費者提供了新的機遇。這方新領域將在市場細分和產品設計方面發揮主要影響，另外，它將提供環保節能技術，簡化人類與基礎設施的接觸、開創設備及補充產品設計的新方法。隨著該技術達到頂端水平，實現了在消費者中的廣泛應用，工程和設計團隊、電力能量無線傳輸方案提供商、制造商和管理部門也將緊密合作，確保滿足當前和未來消費者的需求。

2電力能量無線傳輸的幾種方法簡介

目前無線電能傳輸技術實現方式有微波、激光、超聲波、電磁感應磁、耦合諧振。

微波：目前我們的無線電波都采用此方式將信號遠距離傳出，此方法傳遞距離遠，但無法無線傳遞大功率的電力能量；

激光：這種造價貴，不適合應用的大功率無線電能傳輸技術；

超聲波：和激光一樣，主要用在小功率的檢測系統中；

電磁感應：利用電磁感應技術實現無線電能傳輸方法一種常見的無線電能傳輸方法，但原副邊在氣息增大時漏感很大，這樣注定了傳輸距離很短，通過目前研究表明，該方法可以適合于在毫米級的范圍內實現大功率的無線電能傳輸。

耦合諧振：利用電磁耦合諧振技術實現無線電能傳輸方法是最近一年內才被眾多研究機構所關注并也實現了在米級范圍內實現大功率的無線電能傳輸，下面我們將重點介紹該方法。

3系統的構成及功能

3.1系統的構成

此系統主要由無線發射磁耦合諧振單元、無線接收單元、微處理控制單元、電壓采集單元、電流采集單元以及上位機監控管理等部分組成。具體框圖見圖一。

圖一

3.2系統功能簡介

無線發射磁耦合諧振單元：主要是將電能通過磁場耦合的形式無線傳遞出去，該單元根據需要以不同的頻率產生諧振，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MOS管驅

圖二

動IC，在需要提高發射功率的情況下可以使用IR2110驅動半橋諧振電路（在此不再闡述）

微處理控制單元：是整個電力能量無線傳輸系統的核心，為控制系統產生高頻驅動信號以及無線能量發射狀態的顯示，同時對采集的電壓/電流/溫度信號進行處理，以及與上位機通訊等功能。

電壓/電流采集單元：該單元也是保障系統穩定運行的重要單元，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實際電路參數進行采集，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據的實時采集。

圖三

輔助電源系統：為了提高系統的穩定性，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芯片將為系統提供穩定可靠的DC15V電源。

圖四

為了提高整個系統的功率因數，應在上述系統前面加PFC電路（在此就不再做具體闡述），通過實驗證明電力能量無線傳輸的功率、效率、距離主要與下列因數有關：

A、無線發射天線直徑：直徑越大無線傳輸距離就越遠；

B、無線發射天線線徑：線徑越粗無線傳輸的功率就越大；

C、無線發射天頻率：頻率越高無線傳遞的距離就越遠；

D、無線發射電壓：電壓越高無線傳遞的距離也就越遠；

E、無線發射線圈匝數：匝數越多無線傳遞的功率越大。通過上述的經驗我們采用了3匝、線徑2.5平方、發射頻率2MHZ、發射電壓600V、天線直徑30CM制作出了電力能量無線傳輸裝置，成功將20CM以外的200W的燈點亮，效果見圖五

圖五

4程序組織結構

由于控制算法非常復雜，下面將簡述部分的控制程序：

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;

}

無線發射主控制程序采用改變PWM占空比多級控制的方式對無線發射進行控制，占空比隨這系統負載的增大而增大，當空載是系統自動進入STOP模式，從而是整個系統的待機電流控制在6mA左右。

5結束語

通過對無線電能傳輸應用研究分析，該技術可以應用到移動機器人以及無法引電源線的裝備上，同時也將推動電動汽車及其相關行業的發展。

參考文獻：

1、邵貝貝單片機嵌入式應用的在線開發方法【M】………清華大學出版社2005版

2、劉勝利現代高頻開關電源實用技術【M】…………電子工業出版社2001版

3、譚浩強C程序設計【M】…………………清華大學出版社1999版

4、Freescale08系列單片機開發與應用實例【M】北航出版社2009版

5、陳龍ABB機器人與TSX57處理器在汽車焊接中的應用研究……………………………………電氣時代2007、9121-124

作者簡介：

陳龍，男，1977年10出生，本科，工業自動化工程師，畢業于武漢大學《電子工程》專業，主要從事電氣自動化系統工程設計與研究工作。