【電動自行車諧振式無線充電系統(tǒng)設計（論文）10000字】

-PAGEIII--PAGEIV-電動自行車諧振式無線充電系統(tǒng)設計摘要對公共電動自行車的諧振式無線充電系統(tǒng)進行設計，區(qū)別于普通有線充電技術，是為了提高公共電動自行車的充電可靠性和高效性，方便人們出行。隨著人們出行次數(shù)的日益增多，公共電動自行車的使用次數(shù)也逐漸增多，其種類也趨于多元化，如何為人們提供方便、快捷的電動車充電技術成為當今社會的熱點問題。本設計以諧振式無線充電技術對公共電動自行車進行充電，該技術是一種比較先進的充電技術，大多以感應式傳輸電能為主，距離較近，它能夠較好地為人們提供更加方便、更加快捷的電動自行車充電方式，方便人們出行。而且無線充電技術還可以實現(xiàn)電動自行車充電的智能化與便捷化，進而提高電動自行車的工作效率和可靠性，最大限度方便人們對電動自行車的使用。其中本設計以諧振補償電路為控制核心設計了一個公共電動自行車諧振式無線充電系統(tǒng)，后通過Proteus仿真軟件對本系統(tǒng)的理論正確性和實踐可行性進行驗證。本文主要介紹了諧振式無線充電技術原理，其中包括主要電路設計、應用場景及其優(yōu)勢。關鍵詞：公共電動自行車；諧振式無線充電技術；單元電路設計目錄摘要………………………. I1緒論……………………. 11.1課題的背景與研究意義……………... 11.2課題問題的描述……………………... 41.3本文的工作…………... 41.4論文結構簡介………………………... 42系統(tǒng)總體設計………………. 62.1設計思路……………... 62.2設計原則……………... 62.3總體方案設計………………………... 73系統(tǒng)單元電路設計…………. 83.1高頻逆變電路………………………... 83.2諧振補償電路………………………. 113.3高頻整流電路………………………. 143.4升壓及其負載電路…………………. 154系統(tǒng)軟件設計……………... 164.1Proteus仿真軟件介紹……………… 164.2系統(tǒng)仿真電路圖……………………. 164.3系統(tǒng)仿真結果分析………………… 18結論……………………... 20參考文獻…………………. 211緒論1.1課題的背景與研究意義隨著科學技術的飛速發(fā)展與社會生活水平的提高，富有智慧的人類主要以電纜傳輸作為主要途徑，在日常生活中，電能被人們用于生活的方方面面，電能的出現(xiàn)極大地豐富了人們的生活，電能在日常生活中起到了舉足輕重的作用。人們的生活也在不斷地發(fā)生變化，總體的趨勢是越來越追求信息化、智能化與安全化?？萍嫉目焖侔l(fā)展也使其他行業(yè)蒸蒸日上地發(fā)展，比如人們交通工具的革故鼎新，更加安全智能的交通工具開始出現(xiàn)在人們的生活中，使得人們的出行變得更加方便、快捷，進而節(jié)約時間，起到了提高出行效率的作用。隨著公共電動自行車產(chǎn)品的不斷普及，充電設施數(shù)量需求猛增，以及其具有環(huán)保、經(jīng)濟，使用方便等特點已成為人們出行首選的代步工具之一。作為公共電動自行車大規(guī)模推廣應用的主要前提與基礎，其充電裝置樣式與充電方式更是引起了各方密切關注。與此同時，新能源產(chǎn)業(yè)也處在發(fā)展的快車道上，尤其是公共電動自行車產(chǎn)品數(shù)量爆發(fā)式增長，必然會對其充電方式的可靠性與便利性提出更高要求。其中公共電動自行車的充電方式通常分為有線充電式和無線充電式兩種。如圖1為公共電動自行車的展示。圖1.1公共電動自行車通過導線連接傳輸電能的方式是當今社會主流的充電方式，簡稱為有線充電技術。有線充電技術共有3種充電方式，分別為快速充電、普通充電和更換電池組。有線充電技術作為一種常見的充電技術在過去幾十年里受到了人們的普遍青睞，但是這種充電技術也存在諸多弊端與不便。以電動自行車為例，在電動自行車有線充電過程中可能發(fā)生電能泄漏，有引發(fā)安全事故的可能，對人們的生命及財產(chǎn)安全造成一定的威脅。電動自行車必須在相對靜止的狀態(tài)下方可進行高效可靠的有線充電，進一步降低了其工作效率，給人們的出行帶來不便。再者當遇到緊急情況時，公共電動自行車在有線充電時無法實現(xiàn)高度的智能化，需要人為操作方可繼續(xù)有線充電。無線充電技術將一個充電體和一個充電器二者之間進行了無導線的連接進行電能的傳輸,達到了充電的目的。該項技術使用相對方便,避免了充電過程中的觸電危險,而且無線充電技術設備積塵較少,無磨損損耗和相應的維護保養(yǎng)問題。無線充電的技術還是可以大大提高電動自行車的工作效率和系統(tǒng)的可靠性,最大程度地方便了人們對于電動自行車的使用。通常情況下,無線充電的功率傳輸技術按照其傳輸?shù)姆绞街饕梢约毣癁槿N:感應式無線充電、微波無線電功率傳輸和諧振式無線充電。其中,諧振式無線充電式是利用與電磁耦合的方式進行高效率的電能傳輸。感應無線電功率傳輸主要是一種松耦合結構,相當于一種可分離變壓器的形式。微波功率傳輸是一種遠場輻射功率傳輸形式。但該種形式的電能傳輸效率低,而且在其傳輸?shù)倪^程中有微波輻射和電磁輻射,有一定的弊端。因此微波功率傳輸方式不適合對公共電動自行車進行無線充電。圖1.2為微波功率傳輸示意圖。圖1.2微波傳輸式電能傳輸原理圖諧振式無線充電技術通過共振原理實現(xiàn)高頻磁場的諧振耦合,從而能夠完成電能無線傳輸。共振原理可認為是使用一個外部的激勵來源附著在某單一的系統(tǒng)上,當一個系統(tǒng)的固有頻率和外部激勵來源完全一致后,該系統(tǒng)的振幅就會隨之增大。當外部激勵與被激勵系統(tǒng)發(fā)生共振時,能量從外部激勵有效地傳遞到被激勵振動系統(tǒng)。當兩個或兩個以上的物體具有相同的振動頻率時,它們可以實現(xiàn)有效的能量傳遞,而不同振動頻率的物體則不會有能量傳遞,不會產(chǎn)生任何影響。因此,諧振式無線充電技術能夠借助共振原理完成高效的無線電能傳輸。迄今為止,諧振式無線充電技術主要應用在手機、電動牙刷、鼠標與遙控器等小型電子設備上，在大型電子設備上并不常見。主要以感應電能傳輸技術為主,具有傳輸效率高,距離較近的特點。國外對于電動汽車或發(fā)電機等大型設備的非接觸式電能傳輸技術起步較早,并有了一定成就。例如新西蘭奇思公司已經(jīng)將非接觸式感應型電能傳送技術成功地應用到30kw的旅客觀光汽車上,并且使旅游觀光車能夠高效可靠實現(xiàn)無線充電,取得了不錯的效果。Magne-ChargeTm系統(tǒng)是美國通用汽車公司全資子公司所開發(fā)和研制的最先進行商業(yè)化的電動汽車非接觸式無線電能傳送系統(tǒng)之一,并在該公司所生產(chǎn)的電動汽車上運用了諧振式無線充電技術。2001年以來,我國對于相關理論的研究學習逐漸深入形成,并主要針對電磁感應共振式無線電能的傳輸技術展開研究。圖1.3為電磁感應耦合輸電原理圖的展示。圖1.3電磁感應耦合式電能傳輸原理圖近年來我國非接觸式電能傳輸技術發(fā)展速度很快，取得了讓人欣喜的成績，其中包括功率轉(zhuǎn)換技術、電磁感應技術等。與此同時，非接觸式電能傳輸技術的發(fā)展也面臨著許多困難與挑戰(zhàn)。首先，與現(xiàn)代電力電子技術相比，目前來說非接觸電能傳輸理論并不完善，這方面還需要進一步的發(fā)展與進步。中國科學院電氣工程研究所就是我國第一批對此項技術研究工作進行開展的單位。2002年以來,我國各類高校針對非接觸式供電系統(tǒng)基礎理論和工程技術進行了一定規(guī)模的研究和設計,重慶大學成功地研制了一套新型的電動汽車非接觸式供電系統(tǒng)。隨著國內(nèi)無線電能功率傳輸技術基礎研究的不斷發(fā)展與改革進步,2011年10月,首屆"無線電功率傳輸技術"學術研討會在天津隆重舉行。與會的專家們深入地討論了無線充電相關技術的最近新進步以及目前普遍存在的問題,達成"天津共識"。這對于我國無線供電技術的研發(fā)和推廣使用起到了波瀾壯闊的作用。目前,國內(nèi)主要的軟硬件研發(fā)機構主要集中在對磁耦合諧振無線電功率傳輸技術的研究。華南理工大學等多所院校都參與了這項技術的研究。其中,中南大學研制了一套容量近100kW的無線充電系統(tǒng)。此外,還有電磁場耦合、超聲波傳導等新型的電能傳輸方式,但仍處于研究的初級階段,我國在這些領域的研究和發(fā)展存在很大的上升空間。綜上所述，設計一種無線、高效、可靠、方便的公共電動自行車諧振式無線充電裝置具有十分重要的意義。1.2課題問題的描述利用電磁感應原理，本課題擬研究一套應用于公共電動自行車的無線充電收發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用磁耦合諧振式無線充電技術，工作在10MHz頻率附近，使公共電動自行車能夠?qū)崿F(xiàn)安全可靠的無線充電。1.3本文的工作本文的主要工作內(nèi)容就是:研究設計一種基于諧振式無輻射近場的諧振強耦合理論的諧振式無線充電系統(tǒng),該系統(tǒng)可以為公共電動自行車實現(xiàn)高效率且安全可靠的諧振式無線充電。基本原理是由于系統(tǒng)通過直流電源電路向其提供直流電能,所產(chǎn)生的直流電能可以通過高頻逆變電路向其他系統(tǒng)需要的高頻交流電,送至一個發(fā)射線圈;此時接收線圈和發(fā)射器的線圈保持相同頻率和一個相位的自諧振頻率,此時磁共振與電子產(chǎn)生了很強的耦合,進而可以實現(xiàn)對電能的無線高效地傳輸。接收線圈接收到的交流電能通過整流濾波和調(diào)壓電路轉(zhuǎn)換為本系統(tǒng)所需的直流電能向負載和電池供電,進而可以為公共電動自行車提供安全穩(wěn)定的無線充電。本文實現(xiàn)上述功能需要的硬件電路模塊有：直流電源電路高頻逆變電路諧振補償電路高頻整流電路升壓及其負載電路1.4論文結構簡介本文對基于磁場諧振耦合原理的諧振式無線充電技術在公共電動自行車上的工作原理與應用進行了相關研究，旨在為公共電動自行車提供高效可靠的諧振式無線充電，從而提高電動自行車的工作效率，方便人們出行。主要內(nèi)容如下：第一章緒論。本文主要介紹了公共電動自行車諧振式無線充電系統(tǒng)的設計背景、研究本課題的意義、本課題的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及闡述本文需要完成的主要工作與進度。第二章總體設計方案。主要闡述了本系統(tǒng)的設計思路、設計要求與設計方法，并根據(jù)系統(tǒng)的功能要求確定課題要使用的單元電路模塊。第三章單元電路設計。主要介紹了該系統(tǒng)主要由直流電源電路、高頻逆變電路，諧振補償電路，高頻整流電路，升壓及其負載電路五部分所構成，以及各電路模塊的原理、具體作用和應用場景。第四章軟件部分設計。利用Proteus仿真軟件對本系統(tǒng)所設計的仿真電路進行仿真，從而驗證本系統(tǒng)的理論正確性與實際可行性，為論文順利完成奠定一定基礎。2系統(tǒng)總體設計2.1設計思路諧振式無線充電技術是一種通過電磁感應原理達到相同的諧振頻率，從而高效傳輸電能的技術。查閱相關資料或書籍可知，諧振式無線充電技術的使用頻率約為300kHz至20MHz。本系統(tǒng)的設計思路是：通過直流電源電路、高頻逆變電路、諧振補償電路、高頻整流電路以及升壓及其負載電路五大電路模塊，將諧振式無線充電技術應用在公共電動自行車的無線充電過程中，原邊線圈和副邊線圈被調(diào)整成磁共振系統(tǒng)。本系統(tǒng)的工作順序如下：直流電源電路給整個公共電動自行車充電系統(tǒng)提供直流電。此時所提供的直流電通過高頻逆變電路將直流電能轉(zhuǎn)換為本系統(tǒng)所需要的交流電能，諧振補償電路中的原邊諧振電路將上一階段的交流電此通過磁場耦合原理輸送給諧振補償電路中的副邊諧振電路，在這個過程中完成本系統(tǒng)中電能的高效無線傳輸，這是本系統(tǒng)的核心部分。整流濾波電路再將諧振補償電路中的交流電變換為本系統(tǒng)所需要的直流電。最后通過升壓及其負載電路把直流電的電流電壓升高到本系統(tǒng)所需要的電流電壓，為公共電動自行車實現(xiàn)無線充電。該項技術能夠給公共電動自行車的充電帶來一定的便捷性與可靠性，進而方便人們的出行。2.2設計原則為了使本課題設計的公共電動自行車諧振式無線充電系統(tǒng)設計可以更接近實際應用的要求，設計中遵循了以下三條基本原則。（1）良好的適應性采用模塊化的單元電路設計，把各模塊電路按照不同功能劃分在不同區(qū)域，相互聯(lián)系，協(xié)同配合，方便應用，便于電路的移植與修改。為后續(xù)工作的開展提供了一定可行性。（2）較強的邏輯性本系統(tǒng)在設計過程中所需單元電路數(shù)量較多，各單元電路模塊之間聯(lián)系緊密，密切配合，因此在設計過程需較強的邏輯性與協(xié)調(diào)配合性，方可保證本系統(tǒng)能夠安全可靠地對公共電動自行車進行無線電能傳輸。（3）成本控制成本是研發(fā)實驗能否走向市場的關鍵性條件，一個能夠被人們廣泛認可的系統(tǒng)，必然是一個具有合理“性價比”的系統(tǒng)。從現(xiàn)實生活來看，本系統(tǒng)中所需的元器件都是可靠的低價元器件，降低了系統(tǒng)的硬件成本。2.3總體方案設計本課題研究硬件設計電路的關鍵要素,旨在得到一個安全可靠、智能高效的公共電動自行車諧振式無線充電系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制電路系統(tǒng)主要組成包括高頻直流電源控制電路、高頻電源逆變控制電路、諧振整流補償控制電路、高頻電源整流控制電路、升壓控制電路及其他的負載控制電路五個組成部分。諧振式無線充電裝置結構框圖如圖2.1所示。本課題以諧振電路作為設計核心，各部分的作用如下：a.直流電源電路給整個公共電動自行車充電系統(tǒng)所必須的提供直流電。b.高頻逆變電路通過電力電子技術中的逆變原理將直流電變?yōu)楸鞠到y(tǒng)所需50hz交流電。c.諧振補償電路主要由原邊諧振電路和副邊諧振電路組成。上一階段的交流電由原邊諧振電路負責接收，接收后的交流電由諧振電路的磁場耦合將電能從原邊諧振電路傳輸?shù)礁边呏C振電路，該過程實現(xiàn)了無線電能的高效傳輸。這是本系統(tǒng)的核心部分。d.高頻整流電路把諧振補償電路中輸出的交流電通過電力電子技術中的整流原理將交流電轉(zhuǎn)換為本系統(tǒng)所需的直流電。f.由高頻整流后輸出的直流電經(jīng)過升壓電路將其轉(zhuǎn)換為能夠滿足負載需要的電壓。升壓及其負載電路高頻整流電路諧振補償電路高頻逆變電路直流電源電路升壓及其負載電路高頻整流電路諧振補償電路高頻逆變電路直流電源電路 圖2.1諧振式無線充電裝置結構框圖3系統(tǒng)單元電路設計3.1高頻逆變電路在本系統(tǒng)中,直流電需要轉(zhuǎn)換為交流電供系統(tǒng)使用,對于這個電能進行轉(zhuǎn)換的過程被統(tǒng)稱為逆變。在許多情況下,只有一個直流電源,但如果一個負載必須使用交流電源,則這種情況就需要把直流電源經(jīng)由逆變原理進行轉(zhuǎn)換成相關應用。逆變電路中的交流側可以在必要時由直流電改變?yōu)榻涣鱾取樨撦d提供供電,稱為無源逆變器。逆變電路廣泛應用于交流電機變頻調(diào)速、電子變壓器和家庭影院。在我們?nèi)粘Ｉ罴肮こ虒嶋H應用中,通常情況下，逆變電路大致可以劃分為半橋式逆變電路與全橋式逆變電路。半橋逆變電路在電子鎮(zhèn)流器、電子節(jié)能照明燈等小型電子設備上應用較多。一般來說,半橋逆變電路通常具有兩個臂,每種臂主要包括可控器件和逆變器件及其對稱的正反向二極管。半橋逆變電路具有結構簡單的優(yōu)點,元器件相對較少,但是穩(wěn)定性較差。但由于半橋直流逆變開關電路中直流輸出的最大交流內(nèi)阻電壓改變幅值僅為最大交流電阻值的一半,在其直流側必須同時串聯(lián)兩個交流電容器,工作運行過程中必須同時手動控制兩個交流電容器之間的相對平衡,使其能夠正常工作。因此,中型和小功率的逆變器經(jīng)常會見到半橋逆變電路的影子。因此，半橋逆變電路并不能滿足本設計的具體要求。圖3.1半橋逆變電路原理圖在本系統(tǒng)中，高頻逆變電路起到了承上啟下的作用，一方面高頻逆變電路將直流電路電路中的直流電轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的交流電，另一方面高頻逆變電路為下一階段諧振補償電路的順利運行起到了不可或缺的作用。一般來說，全橋逆變電路負載兩端的電壓幅值是同樣半橋逆變電路的2倍。全橋逆變器的逆變頻率越高，功率傳輸效率越高。對于本系統(tǒng)而言，干擾信號越小越好。全橋逆變器的諧波很小，逆變頻率高，滿足設計要求。如果此時負載發(fā)生諧振，開關損耗降到最低。當電流相位和電壓相位完全相同時，系統(tǒng)可以達到諧振狀態(tài)。在本系統(tǒng)中，需要有效地控制由高電壓、高電流引起的電磁干擾和開關器件的開關損耗。過高的電磁干擾和開關損耗對本系統(tǒng)運行十分不利。全橋逆變電路對于大功率逆變適應性良好。因此在本系統(tǒng)中高頻逆變電路模塊設計應選擇全橋逆變電路，進而提高了本系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。全橋逆變電路在日常生活大功率逆變器中得到了廣泛應用，起到了至關重要的作用。圖3.2為全橋逆變電路的原理圖展示。圖3.2全橋逆變電路原理圖基于本系統(tǒng)的實際設計應用進展情況,根據(jù)整個控制電路的開關工作電壓和開關輸出輸入電流量的大小等相關特點因素來進行決定如何設計選擇一個完整的全方位橋式直流逆變器在整個開關電路設計中的一個開關電源管,本系統(tǒng)在電路設計中首先選取了一個開關功率大的MOSFET作為整個系統(tǒng)中的開關管,主要因為功率MOSFET運行動作速度快、無二次元件打孔或被擊穿的異?，F(xiàn)象,且穩(wěn)定性良好。此外,MOSFET還具有良好的熱穩(wěn)定性和較大的安全工作面積。與其他開關元件相比,MOSFET具有啟動頻率高、損耗小的特點。另外,MOSFET溫度系數(shù)為正,直接并聯(lián)使用時便可實現(xiàn)自動電流平衡,使用相對方便,過熱點也不會出現(xiàn),還可以提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性?；诒鞠到y(tǒng)的運行方式,本系統(tǒng)選擇了單極性PWM模式,其主要原因之一就是與采用雙極性PWM模式的系統(tǒng)相比,單PWM模式的最大輸出功率和電流都含有相對較小的中高次諧波分量,而采用雙極性PWM則含有較多的中高次諧波分量。而在本系統(tǒng)中,諧波分量應盡可能小,為了避免較大的諧波分量對系統(tǒng)設計造成一定影響。圖3.3、圖3.4分別表示的是單極性PWM調(diào)制方式的仿真電路的仿真波形。圖3.3單極性PWM調(diào)制方式的仿真電路圖3.4單極性PWM調(diào)制方式的波形圖3.2諧振補償電路諧振補償電路是本系統(tǒng)的核心，起到了非常重要的作用。諧振式無線充電系統(tǒng)能否在較短距離內(nèi)有效地完成電能的高效傳輸，其關鍵在于諧振拓撲電路能否真正接近完全諧振，因為整個系統(tǒng)越接近完全諧振，無線充電的效率也越高通常情況下,諧振補償電路一般分為串聯(lián)諧振補償電路和并聯(lián)諧振補償電路。串聯(lián)諧振補償電路中的阻抗就是一種存儲電阻的特性。并聯(lián)諧振電路中的阻抗就是一種存儲電阻的特性。在本系統(tǒng)中,諧振能的一個本質(zhì)含義就是公共電動自行車中的電場能和電感中的磁場能相互地進行轉(zhuǎn)換,并能夠?qū)ζ溥M行增減、加速和完全地補償,從而能夠進行電能的高效傳輸。在這一過程中,電場能與磁場的動力能之和總是保持不變的,本系統(tǒng)中,電源不再是一個用電容器或者是電感器來回地轉(zhuǎn)換能量,只是為了提高電路中由于電阻而消耗的能量。諧振補償電路廣泛應用于廣播、電視等電路中,也應用于正弦波振蕩器電路中。諧振補償電路中Q值越高,在一定的頻偏下電流減小就會下降得更快。換言之,就是說,電路的可靠性和選擇度由該電路產(chǎn)生的品質(zhì)因數(shù)Q來確定。Q值越高,選取的可能性就越好。相反,Q值越低,選擇性就會變差。該系統(tǒng)采用LC串聯(lián)諧振補償，實現(xiàn)了一次回路和二次回路的耦合。系統(tǒng)一次回路采用串聯(lián)諧振補償，能承受線圈產(chǎn)生的電動勢，減少對逆變電路中開關器件的損壞，減少不必要的損耗，提高一次回路的功率因數(shù)。二次側電路采用串聯(lián)諧振補償，負載電壓不會因負載變化而變化，為系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定奠定了一定的基礎。要想使本系統(tǒng)能夠正常平穩(wěn)運行，除了良好準確的電路設計，易于實現(xiàn)的設計方案，還需要將各模塊電路進行組合，互相作用。整個過程需要良好的適應性與邏輯性，還應該具有合理的“性價比”。作為本設計的重中之重，諧振補償電路起到了承上啟下的作用。在整個設計中，電能的無線高效傳輸主要通過諧振補償電路利用電磁感應原理進行傳輸。本系統(tǒng)選用如圖3.5所示的無線充電系統(tǒng)諧振器，圖中②為原邊線圈，④為副邊線圈，①⑤分別接電源和用電設備，③表示電能無線傳輸?shù)穆窂?，原邊線圈和副邊線圈的兩端各放置一對平板電容器，與螺旋導線線圈的電感共同構成無線充電系統(tǒng)諧振器。該諧振器使用原理簡單，價格適中，具有良好的適應性，能夠更加直觀準確地反映無線電能傳輸?shù)穆窂健?/p>

圖3.5無線充電系統(tǒng)諧振器諧振器基本尺寸簡化如圖3.6所示，其中:R=50cm，S=150cm，d=1.0cm，a=2cm：本文使用直徑r=1.6cm的銅導線纏60圈成圓桶狀，根據(jù)公式(3-1)計算諧振器線圈的電感值：(3-1)≈1.56uH圖3.6諧振器基本尺寸簡化圖根據(jù)公式(3-2)計算諧振器上平板電容值，式中=12：(3-2)≈根據(jù)公式(3-3)可以計算出諧振頻率(3-3)≈根據(jù)公式(3-4)計算負載電阻(3-4)≈25Ω諧振補償電路原理圖如圖3.7所示，設激勵源內(nèi)阻R1=8?，得到原邊線圈阻抗上交變電壓波形如圖3.8所示，且由圖3.9可看出當諧振器激勵源振蕩頻率與諧振器LC電路固有頻率完全相等或近似相等時，此時出現(xiàn)諧振。諧振越明顯，代表本系統(tǒng)無線電能傳輸?shù)男室苍礁?。圖3.7諧振補償電路原理圖圖3.8諧振補償電路激勵源參數(shù)圖3.9諧振補償電路諧振時的波形圖3.3高頻整流電路高頻整流電路的作用是將本系統(tǒng)中的交流電轉(zhuǎn)換成為直流電能,給直流電源裝置進行供電。高頻整流電路在直流電機、電解電源、電鍍等日常生活和工作中使用廣泛。脈動濾波器將交流信號通過鏈接輸入到直流主轉(zhuǎn)換電路和交流負載之間,用來控制濾除交流信號在一個脈動直流信號電壓下的脈動交流信號分量。變壓器的具體設置方式能否根據(jù)具體條件要求來進行確定。變壓器的自動功能主要是通過電壓傳感器功能來自動實現(xiàn)高速交流電路輸入輸出電壓和直流電路輸出輸入電壓之間的自動匹配,實現(xiàn)了高速交流高壓供電線路網(wǎng)絡與高壓整流供電線路的內(nèi)部電氣安全隔離。整流穩(wěn)壓電路的功能分類方法可從各個方面應用來對其功能進行準確劃分,主要的幾種劃分分類方法大致包括:根據(jù)各類整流穩(wěn)壓電路的器件結構不同,它們大致一般可以劃分為兩種類型橋式整流電路和一種零位整流電路;根據(jù)其器件組成的不同,可以依次劃分分別為不完全的微可控、半自動化和全可控;根據(jù)一個交流變壓器二次輸出電流的振動頻率和二次流向,它們大致可以依次劃分分別為單向或雙面、一次拍整流電路和二次相連拍整流電路;根據(jù)各個單相交流電路輸入相的電流個數(shù),分為一個新的單相整流電路和多相整流電路。整流轉(zhuǎn)換電路大致來說可以將其劃分成作為兩個斬波相控器的整流轉(zhuǎn)換電路和一個斬波整流控制器的整流轉(zhuǎn)換電路。考慮到系統(tǒng)的整流效率和實際效果，此時整流得到的直流電源中仍有少量交流紋波，不能直接向負載供電。因此，系統(tǒng)采用濾波電容器，通過充放電功能濾除系統(tǒng)中無用的交流紋波，保證了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。圖3.10為高頻整流電路原理圖的展示。圖3.10高頻整流電路原理圖3.4升壓及其負載電路升壓電路和其負載電路導致輸出的電壓比較高，這主要是由于電源輸入的電壓比較高。一是在采用電感器進行儲能后會使得電壓迅速增長;另一方面,電容器也可以繼續(xù)保持一定的輸出電壓，升壓電路及其負載電路也可以看作是一個直流變壓器。目前,直流電機驅(qū)動電路、單相功率因數(shù)校正電路等交直流電路均采用升壓負載電路。4系統(tǒng)軟件設計4.1Proteus仿真軟件介紹Proteus仿真控制軟件是一款由英國電子公司所研制和生產(chǎn)的電子元件仿真軟件。該軟件新版增加了先進的電子原理示意圖設計工具、混合模型Spice仿真、Pcb電路設計和自動接地連線等多種功能，形成了一個完全可以實現(xiàn)多種功能的嵌入式電子設計管理系統(tǒng)。Proteus軟件在不斷的系統(tǒng)更新和增加新的處理器類型。因此,越來越多的人將Proteus軟件作為系統(tǒng)仿真、電路原理圖的繪畫、單片機學習和開發(fā)的必備工具。該軟件更加受到從事單片機教學的教師、學習單片機仿真的學生以及從事單片機開發(fā)應用的研發(fā)人員的喜愛。為相關人員的仿真工作提供了一定的便利性與實用性。1.其功能特點：1）原理布圖2）PCB自動或人工布線3）SPICE電路仿真2.革命性的特點：1）互動仿真使實際操作性增強2）仿真中虛擬分析使得輸出效果更加直觀4.2系統(tǒng)仿真電路圖根據(jù)前三章的闡述，提出對本系統(tǒng)的整體方案，該系統(tǒng)可分為電源產(chǎn)生輸出電路模塊、無線電能傳輸電路模塊、電壓采樣及顯示電路模塊。本環(huán)節(jié)對系統(tǒng)進行仿真，仿真電路圖如圖4.1、4.2、4.3所示。圖4.1電壓采集及顯示電路圖圖4.2電源產(chǎn)生電路圖圖4.3無線電能傳輸電路圖4.3系統(tǒng)仿真結果分析在上述的仿真電路圖中，本設計輸入電壓為10V。一次線圈和二次線圈自感比相同。本設計以諧振補償電路作為設計核心，通過電磁感應原理進行了電能的無線高效傳輸。在仿真完成后，通過示波器對本系統(tǒng)電路中電流、電壓的波形進行測量，具體波形圖如圖4.4、4.5所示。圖4.4仿真電流波形圖圖4.5仿真電壓波形圖通過這次仿真分析，本設計中的仿真電路滿足對公共電動自行車諧振式無線充電。本設計的電壓和電流也基本穩(wěn)定在一定數(shù)值，有一個穩(wěn)定的輸出電壓為本設計的理論準確性實踐可行性奠定了一個非常重要的基礎。結論為了實現(xiàn)高效可靠的公共電動自行車的諧振式無線充電，本文將諧振式無線功率傳輸技術應用于公共電動自行車的無線充電，一方面避免了傳統(tǒng)接觸式充電的插拔操作的不可靠性，提高了公共電動自行車的安全系數(shù)，另一方面，實現(xiàn)公共電動自行車諧振式無線充電后，將為人類生活提高一定便利性，方便人們出行。本文對公共電動自行車諧振式無線充電系統(tǒng)進行了理論分析和電路結構設計，分別對原邊線圈的倍壓整流濾波、高頻逆變電路以及副邊線圈的整流濾波電路進行了結構設計和相應的電路仿真分析，并對系統(tǒng)的原邊及副邊的控制進行了探討。因此本文所設計的系統(tǒng)在實際工程中有一定的實際意義。本設計取得的主要研究成果和結論如下：（1）通過基于電磁感應原理的諧振式無線充電系統(tǒng)，提高了公共電動自行車在充電過程中的安全性和可靠性。（2）與有線充電技術相比，本文所設計諧振式無線充電系統(tǒng)能夠提高公共電動自行車的充電效率，方便人們出行。由于個人能力不足，本文目前存在一些尚未解決的問題，首先對于公共電動自行車的諧振式無線充電技術：由于系統(tǒng)的關鍵部分在于諧振器的結構，由于諧振器通常是環(huán)形的線圈形式，這樣就會導致公共電動自行車騎行者或乘坐人員所佩帶的金屬質(zhì)項鏈、鑰匙等線圈，可能會與本系統(tǒng)形成諧振回路，這樣極大可能會響系統(tǒng)正常工作，也必然是潛在的安全隱患，另外由于空間環(huán)境中必然存在各式各樣的電磁波，而且電磁波可能引發(fā)不必要的的串擾耦合同樣會影響系統(tǒng)的無線傳輸安全和效率；以后可以該方面進行改進，使得本系統(tǒng)更加便捷，更加智能化。參考文獻[1]石臣鵬.電動自行車交通現(xiàn)狀及對策分析［J］．重慶交通大學學報（自然科學版）2008,27(5):772．[2]常徐,王浩陳,董鑫,田會峰.公共電動自行車諧振式無線充電裝置設計[J].變頻器世界,2019(03):70-72+76.[3]賈君瑞,董航飛,嚴帥.太陽能供電的公共電動自行車無線充電系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代制造工程,2018(10):136-139+129.[4]麥瑞坤,張友源,陳陽,寇志豪,何正友,李偉華.可配置充電電流的變結構無線充電系統(tǒng)研究[J].中國電機工程學報,2018,38(11):3335-3343.[5]劉振威,張曉麗,陳天錦,甘江華,劉向立.電動汽車無線充電新型DD耦合機構設計與優(yōu)化[J/OL].[6]范艷紅,楊奕暉,馬茜,顧玖,解大.基于分布式無線充電設備的電動公交車線路規(guī)劃[J].電氣自動化,2020,42(02):16-18.[7]劉振威,陳天錦,甘江華,曹智慧,胡明珠.基于電動汽車無線充電網(wǎng)絡協(xié)同工作研究與實現(xiàn)[J].電子世界,2020(06):130-132.[8]鄧凌翔，侯士亮,楊承潘,方舉昊,陳健,黃俊碩.磁耦合諧振式電動汽車無線充電樁的電磁特性研究[J].[9]陸坤,奚大順.電子設計技術[M].成都:電子科技大學出版社,1997:75-106.[10]高鍵鑫，吳旭升，高嵬，等．電磁感應式非接觸電能傳輸技術研究綜述［J］．電源學報，2017，15(2):166－178．[11]李陽，楊慶新，閆卓，等．磁耦合諧振式無線電能傳輸方向性分析與驗證[J]．電工技術學報，2014，29（2）：197．203．[12]Mohan,Undeland,andRobbin“PowerElectronicsConverters,ApplicationsandDesign”3rdedition,