一种最优频率无线能量传递装置制作方法
阅读说明：本技术 一种最优频率无线能量传递装置制作方法 (Manufacturing method of optimal frequency wireless energy transfer device ) 是由 柯智强 焦海 柯奕 喻金钱 王成英 熊斌海 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明属于无线能量传输领域,特别涉及一种最优频率无线能量传递装置制作方法。本发明通过测试装置测量最优的工作频率,根据该频率调节滑动电阻的电子值,从而实现最终产品工作在较为合理的频率点。(The invention belongs to the field of wireless energy transmission, and particularly relates to a manufacturing method of an optimal frequency wireless energy transfer device. The invention measures the optimal working frequency through the testing device, and adjusts the electronic value of the sliding resistor according to the frequency, thereby realizing that the final product works at a more reasonable frequency point.)
技术领域
本发明属于无线能量传输领域，特别涉及一种最优频率无线能量传递装置制作方法。
背景技术
磁共振能有效的传输能量，需要满足两个最基本的条件，发射线圈和接收线圈具有相同的共振频率，发射线圈的发射频率要在线圈的共振频率上。不满足这两个基本条件，其能量传输基本没有实用性。
由于不同批次的同一规格型号的匹配电容有5％的误差，发射线圈误差更是达到10％，这就导致不同批次的不同厂家的线圈共振频率偏移大，导致固定的线圈驱动频率会偏离线圈本身固有的共振频率点，频率不同步。即使为同一批次其不同产品之间也具有一定的误差，影响能量传递效率。
如何采用简单有效的方式使无线能量传递装置工作在较为合理的频率下，是本领域人员研究的重点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种最优频率无线能量传递装置制作方法。本发明通过测试装置测量最优的工作频率，根据该频率调节滑动电阻的电子值，从而实现最终产品工作在较为合理的频率点。
本发明的技术方案是：一种最优频率无线能量传递装置制作方法，包括测试装置和无线能量传递装置，其特征在于：测试时，测试装置的晶闸管D阳极与需测试电路的发射线圈Lf、发射匹配电容Cf连接，测试装置的波形产生器根据控制信号变化不同的输入波形，同时控制电路检测电流检测电路输出的电流信号，控制电路记录下不同控制信号下采集电流的数值，将测量电阻Rs产生最大电流工作时波形产生器输出的频率记为最大电流频率；无线能量传递装置包括需测试电路、可调方波器和工作晶闸管DA，其中工作晶闸管DA的阳极与需测试电路的发射线圈Lf、发射匹配电容Cf连接，调节滑动电阻R2使可调方波器输出频率为最大电流频率；其中测试装置包括波形产生器、晶闸管D、电流检测电路，晶闸管D的阴极与测量电阻Rs连接后与电源地连接，波形产生器与晶闸管D的栅极连接，电流检测电路采集测量电阻Rs的电流，控制电路采集电流检测电路输出的电压信号并控制波形产生器产生波形，波形产生器包括频率产生芯片U1、晶振模块U2、脉宽调节电路，晶振模块U2与频率产生芯片U1芯片连接，频率产生芯片U1的控制引脚与控制电路连接，通过控制电路输出控制指令使频率产生芯片U1的输出端OUT输出不同的频率，频率产生芯片U1的输出端OUT与脉宽调节电路输入连接，频率产生芯片U1为AD9833芯片，脉宽调节电路包括定时器U3、电阻R、滑动电阻R1和电容C5，定时器U3的第6和7脚接入电阻R和电容C5，2脚作为启动，3脚作为频率信号输出脚，5脚施加电压V1，5脚通过串联滑动电阻R1与电源连接，定时器U3为555定时器，电容C5为0.1uF的电容；电流检测电路包括三极管、二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，第一电阻R1与三极管的发射极连接后接地，第二电阻R2与测量电阻Rs并联后与三极管的基极连接，第三电阻R3一端连接电源，另一端与三极管的基极连接，二极管D1阳极接入第四电阻R4后与电源连接，二极管D1阴极与三极管的集电极连接；
根据如上所述的一种最优频率无线能量传递装置制作方法，其特征在于：最大电流频率为f，则f＝1/T＝1/{0.69(R1+2R2)C1}，电阻R1为2.1KΩ、频率产生电容C1为0.01uF。
根据如上所述的一种最优频率无线能量传递装置制作方法，其特征在于：第四电阻R4为0.1KΩ，测量电阻Rs为0.51Ω，第二电阻R2为7.2KΩ，第三电阻R3为47KΩ。
根据如上所述的一种最优频率无线能量传递装置制作方法，其特征在于：无线能量传递装置的需测试电路包括发射线圈Lf、发射匹配电容Cf、接收线圈Lj、接收匹配电容Cj，增压电路、储能电路，工作晶闸管DA的阴极与电源地连接，接收线圈Lj、接收匹配电容Cj并联后与增压电路连接，增压电路与储能电路连接。可调方波器与工作晶闸管DA的栅极连接，
根据如上所述的一种最优频率无线能量传递装置制作方法，其特征在于：可调方波器包括芯片UC、电阻R1、滑动电阻R2、频率产生电容C1、电容C2，芯片UC为NE555芯片，芯片UC的VCC脚和RST脚与电源连接，电阻R1接在电源与DIG脚之间，滑动电阻R2接在DIG脚与TRI脚之间，TRI脚和THR脚短接，频率产生电容C1接在TRI脚和地之间，电容C2接在CON脚和地之间，UT为方波信号输出；增压电路包括场场效应管UA、升压电感LS、升压电容CS、二极管DS，升压电感LS与场效应管UA的漏极和栅极G连接，升压电容CS、二极管DS串联后与升压电感LS和电源地连接，场效应管UA的源极S与储能电路连接；当电压过低时，场效应管UA关断，输入信号给升压电感LS储能，当电压适合于充电时时，场效应管UA导通，输入信号和升压电感LS一起给负载提供能量；储能电路为超级法拉电容器CA或化学电池DA。
本发明的有益效果是：通过测试装置检测最优的工作频率，然后在无线能量传递装置中调节电阻，既可以使最终产品工作在合理的频率范围之内，调节手段简单，调节方便其无线能量传递装置价格低廉，测试装置相对价格比较高，但其为测试用产品，数量较少，故采用本发明的装置能够大幅度的降低产品成本。
附图说明
图1为测试装置的电路示意图。
图2为测试装置的频率产生电路图。
图3为测试装置的脉宽调节电路图。
图4为测试装置的电流检测电路示意图。
图5为无线能量传递装置电路示意图。
图6为无线能量传递装置可调方波器的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明的一种最优频率无线能量传递装置制作方法，包括测试装置和无线能量传递装置，在测试时，晶闸管D的阳极与需测试电路的发射线圈Lf、发射匹配电容Cf连接，如图5所示，本发明的无线能量传递装置的需测试电路为虚线所框取部分，因为本发明在工作电路中存在储能电路，负载可以连接也可以不连接。
然后测试装置的波形产生器根据控制信号变化不同的输入波形，同时控制电路检测电流检测电路输出的电流信号，控制电路记录下不同控制信号下采集电流的数值，将测量电阻Rs产生最大电流工作时波形产生器输出的频率记为最大电流频率。
最后，将工作晶闸管DA的阳极与需测试电路的发射线圈Lf、发射匹配电容Cf连接，根据公式f＝1/T＝1/{0.69(R1+2R2)C1}，计算调节滑动电阻R2的电阻值即可。在公式中，f为最大电流频率，电阻R1、频率产生电容C1为固定值，故调试人员调节到相应的电阻值即可使无线能量传递装置工作在最优频率。
如图1所示，本发明的测试装置包括波形产生器、晶闸管D、电流检测电路。晶闸管D的阴极与测量电阻Rs连接后与电源地连接。波形产生器与晶闸管D的栅极连接，电流检测电路采集测量电阻Rs的电流，控制电路采集电流检测电路输出的电压信号并控制波形产生器产生波形。
如图2和图3所示，本发明的波形产生器包括频率产生芯片U1、晶振模块U2、脉宽调节电路，晶振模块U2与频率产生芯片U1芯片连接，为频率产生芯片U1提供稳定的频率源，频率产生芯片U1的控制引脚与控制电路连接，通过控制电路输出控制指令使频率产生芯片U1的输出端OUT输出不同的频率，频率产生芯片U1的输出端OUT与脉宽调节电路输入连接。图2中的电容C1、C2、C3、C4可以选择0.1uF的电容。本发明的频率产生芯片U1可以为AD9833芯片。脉宽调节电路包括定时器U3、电阻R、滑动电阻R1和电容C5，定时器U3的第6和7脚接入电阻R和电容C5，2脚作为启动，3脚作为频率信号输出脚，5脚施加电压V1，5脚通过串联滑动电阻R1与电源连接，电压V1与VCC电压的值决定了输出信号f1的脉宽。本发明的定时器U3可以为555定时器，电容C5为0.1uF的电容。这样本发明可以根据需要产生正弦波或方波，其输出脉宽可以根据要求调制，可以根据最优频率选择合适的工作频率。
图4所示，本发明的电流检测电路包括三极管、二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，第一电阻R1与三极管的发射极连接后接地，第二电阻R2与测量电阻Rs并联后与三极管的基极连接，第三电阻R3一端连接电源，另一端与三极管的基极连接，二极管D1阳极接入第四电阻R4后与电源连接，二极管D1阴极与三极管的集电极连接。本电路中第四电阻R4可以现在较小的电阻，如0.1KΩ的电阻，测量电阻Rs为0.51Ω，第二电阻R2为7.2KΩ，第三电阻R3为47KΩ，这样本发明的电流检测电路利用集电极进行放大，其选用比较小的电阻，消耗很小的电压就能检测到电流I，通过调整三极管基极电阻可以调整检测的灵敏度。
如图1所示，本发明的工作过程中，控制电路输出控制信号至波形产生器中，波形产生器根据控制信号变化不同的输入波形，同时控制电路检测电流检测电路输出的电流信号，控制电路记录下不同控制信号下采集电流的数值，将测量电阻Rs产生最大电流工作时波形产生器输出的频率记为最大电流频率。
本发明的无线能量传递装置，包括需测试电路、可调方波器和工作晶闸管DA，需测试电路包括发射线圈Lf、发射匹配电容Cf、接收线圈Lj、接收匹配电容Cj，增压电路、储能电路。发射线圈Lf、发射匹配电容Cf并联后与工作晶闸管DA的阳极连接，工作晶闸管DA的阴极与电源地连接。接收线圈Lj、接收匹配电容Cj并联后与增压电路连接，增压电路与储能电路连接。可调方波器与工作晶闸管DA的栅极连接，可调方波器产生波形。
如图2所示，本发明的可调方波器包括芯片UC、电阻R1、滑动电阻R2、频率产生电容C1、电容C2，本发明的芯片UC可以为NE555芯片，芯片UC的VCC脚和RST脚与电源连接，电阻R1接在电源与DIG脚之间，滑动电阻R2接在DIG脚与TRI脚之间，TRI脚和THR脚短接，频率产生电容C1接在TRI脚和地之间，电容C2接在CON脚和地之间。OUT为方波信号输出，其输出频率为f＝1/T＝1/{0.69(R1+2R2)C1}，因为本电路中滑动电阻R2的值可以通过手动调节，从而可以调节本发明的方波信号输出频率，进而实现发射频率的调制。如本发明中，频率产生电容C1为0.01uF，电容C2为1uF，电阻R1为2.1KΩ，滑动电阻R2的电阻变化在为35至70KΩ之间，这样输出方波频率可以在1000H z至2000Hz调节，从而实现使发射频率在相应的工作频率间调节。
如图1所示，增压电路包括场场效应管UA、升压电感LS、升压电容CS、二极管DS。升压电感LS与场效应管UA的漏极和栅极G连接，升压电容CS、二极管DS串联后与升压电感LS和电源地连接。场效应管UA的源极S与储能电路连接。当电压过低时，如发射线圈与接收线圈距离太远时，场效应管UA关断，输入信号给升压电感LS储能，当电压适合于充电时时，场效应管UA导通，输入信号和升压电感LS一起给负载提供能量，此时输出的电压即为升压后电压，达到了升压效果。
储能电路能够储存系统接收到的能量，给后续电路供电。储能元件采用超级法拉电容器CA或化学电池DA，或二者并联接入，当输入功率大于物联网设备所需功率时储存能量，反之给物联网设备供电，以备输入电量不够时使用。
如图1所示，本发明的装置在加工调试过程中，首先通过仪器测量相应发射接收线圈的最优工作频率，对应的调节滑动电阻R2的电阻，使可调方波器工作在最优工作频率，既可以使本发明的装置最终工作在最优的发射和接收频率中，提高效率。