▌01 无线功率耦合

??DG输出信号源1062，Vpp=5V，有效值：Vrms=1.7678V。可以计算出LC等效并联电阻： R 0 p = 150 × 1 0 3 × 0.01248 1.7678 = 1.0594 k Ω R_{0p} = { {150 \times 10^3 \times 0.01248} \over {1.7678}} = 1.0594k\Omega R0p=1.7678150×103×0.01248=1.0594kΩ

X = 2 π f ⋅ L o = 2 π × 90.1967 × 1 0 3 × 29 × 1 0 − 6 = 16.345 Ω X = 2\pi f \cdot L_o = 2\pi \times 90.1967 \times 10^3 \times 29 \times 10^{ - 6} = 16.345\Omega X=2πf⋅Lo=2π×90.1967×103×29×10−6=16.345Ω

根据电抗电路的串并联的转换中对于电感的串联、并联模型转换公式：

R p = ( 1 + Q 2 ) ⋅ R s = ( 1 + X 2 R s 2 ) ⋅ R s R_p = \left( {1 + Q^2 } \right) \cdot R_s = \left( {1 + { {X^2 } \over {R^2_s }}} \right) \cdot R_s Rp=(1+Q2)⋅Rs=(1+Rs2X2)⋅Rs

R s = R p − R p 2 − 4 X 2 2 = 1059.4 − 1059. 4 2 − 16.34 5 2 2 = 0.063 Ω R_s = { {R_p - \sqrt {R_p^2 - 4X^2 } } \over 2} = { {1059.4 - \sqrt {1059.4^2 - 16.345^2 } } \over 2} = 0.063\Omega Rs=2Rp−Rp2−4X2 =21059.4−1059.42−16.3452 =0.063Ω

Q = X R s = 16.345 0.063 = 259.4 Q = {X \over {R_s }} = { {16.345} \over {0.063}} = 259.4 Q=RsX=0.06316.345=259.4

2.固定耦合线圈

使用塑料板制作固定高频无线耦合线圈的支架。

^{▲ 固定线圈的固定塑料杠杆}

将支架固定在微型台钳上可以比较方便调节它们之间的耦合关系。

^{▲ 无线电耦合线圈}

3.不同距离下线圈耦合系数

测量方案与在无线节能线圈参数以及相互之间耦合初步测试中所使用的方法一致。将发送线圈使用电容进行匹配谐振，然后测量接收线圈的交流电压。通过接收电压比上发送电压便可以得到线圈的耦合系数了。

^{▲ 测量耦合系数方案}

根据前面分析，在LC谢振下，L1的电抗大约为16欧姆左右，并联电阻大约1k欧姆左右，所以使用并联C是为了将L1的电感对于信号的内阻的影响降低到最低。

考虑到信号源的内阻R0=50欧姆。因此在谐振下，施加在L1上的电压应该是L1的等效并联电路Rp=1059Ω与R0（50Ω）的分压： U 1 = 5 2 2 × 1059 1059 + 50 = 1.688 V U_1 = {5 \over {2\sqrt 2 }} \times { {1059} \over {1059 + 50}} = 1.688V U1=22 5×1059+501059=1.688V

其中公式中5是指DG1062设置输出信号的峰峰值为5V。

^{▲ 谐振电容}

（1）初步测量

两个线圈相距2.5厘米，中心对准，共轴。

信号源频率：f0=90.1kHz； U1=1.667V
接收到的信号电压：U2=0.767V

可以计算出此时两个线圈之间的耦合系数： k = U 2 U 1 = 0.767 1.667 = 0.46 k = { {U_2 } \over {U_1 }} = { {0.767} \over {1.667}} = 0.46 k=U1U2=1.6670.767=0.46

^{▲ 测量两个线圈在相距2.5厘米下耦合系数}

（2）不同距离下的耦合系数

利用单轴步进驱动模块SH-20403 带动接收线圈逐步远离发送线圈，测量接收到的交流电压随着距离的变化。

起始位置：L0=2.5厘米；
结束位置：L1=7.5厘米
移动步骤：N=100步

下图是初步测量接收线圈的电压。

^{▲ 不同距离下测量接收线圈的电压}

测量距离扩大到7.5厘米，移动步骤150步。

^{▲ 滑轨带动线圈逐步远离}

根据输入电压为U1=1.667V，计算出两个线圈之间的耦合系数随着距离变化对应的曲线：

^{▲ 不同距离下的互感系数}

▌03 发送与接收电路

1.接收电路

使用四个10A的肖特基二极管组成桥整流电流。根据整流电路对应的阻抗是多少？实验结果，在负载有滤波电容的情况，整流桥输入组口与负载电阻基本相仿。

^{▲ 使用10A肖特基二极管组成的整流桥}

基本的负载是一个15W的200欧姆的电阻。右面在增加基于ZIGBEE通信的功率电子负载，用于改变接收的功率的大小。

^{▲ 接收线圈的负载}

使用下面快速制版，得到接收电路及其负载电路。

^{▲ 无线接收线路及其负载}

^{▲ 接收电路}

2.发送功率电路¹

（1）发送电路

使用在基于TPS28225功率MOS半桥电路测试制作的高频功率MOS半桥电路驱动发送线圈。发送线圈使用

^{▲ 半桥驱动电路}

^{▲ 快速制版的PCB}

^{▲ 焊接之后的MOS半桥电路}

（2）接口电路²

接口电路包括：

发送串联匹配电路
接收整流电路

^{▲ 接口匹配电阻与整流电路}

^{▲ 接口匹配电路}

^{▲ 焊接之后的电路板}

（3）谐振频率

修改后的谐振电路的电容修改成两个47nF的并联，C0=94nF。对应的29uH的电感，所对应的串联的谐振频率：

f 0 = 1 2 π L 0 C 0 = 1 2 π 29 × 1 0 − 6 × 47 × 1 0 − 9 = 96.4 k H z f_0 = {1 \over {2\pi \sqrt {L_0 C_0 } }} = {1 \over {2\pi \sqrt {29 \times 10^{ - 6} \times 47 \times 10^{ - 9} } }} = 96.4\,\,kHz f0=2πL0C0 1=2π29×10−6×47×10−9 1=96.4kHz

^{▲ 测试电路}

▌04 发送效率测试

1.测试条件

桥整流后负在：14.7欧姆
频率：98kHz
两个线圈之间的距离：3.5厘米

2.发送与接收

发送电流：U1=24V
发送电压：I1=2.73A
接收电压：U2=26.0V

发送功率： P I n = U 1 × I 1 = 24 × 2.73 = 65.52 W P_{In} = U_1 \times I_1 = 24 \times 2.73 = 65.52W PIn=U1×I1=24×2.73=

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资讯详情

100W无线电耦合功率测试实验

▌01 无线功率耦合

⊙ 耦合线圈

⊙ 半桥高频功率

⊙ 全波整流负载

⊙ 谐振电容

■ 结论

▌02 谐振耦合回路

1.测试LC谐振