無線充電電動小車的設計報告

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上傳日期: 2019-08-08

上 傳 者: 北辰墨染他上傳的所有資料

資料介紹

標簽:無線充電(1853)振蕩電路(211)電動車(1138)

  本作品主要包括無線充電裝置、無線充電電動車和超級電容儲能裝置。首先先將5V的直流電經過LC自激振蕩電路逆變成高頻800kHz的交流電,然后在一次側,通過ATmega16單片機控制舵機動作隔離副邊電路,此時繼電器常閉觸點動作,電容不充電,按下按鍵繼電器恢復,同時定時1分鐘,交流電經過發射線圈向接收線圈傳遞能量,通過磁耦合諧振式無線電能傳輸方式,接收線圈與接收線圈發生諧振耦合,將電能轉換成磁場能量進行傳輸,從一次側傳送到二次側的能量經過全橋整流環節后供給超級電容儲能,定時結束后繼電器動作,發射線圈停止向接收線圈傳遞能量,同時舵機動作,使得副邊電路接通,小車立即啟動。通過測試,小車可滿足全部要求。

  本系統主要由單片機最小系統、諧振逆變電路、超級電容儲能電路、單相全橋整流裝置、繼電器、舵機、電動小車運動裝置組成,下面分別論證這幾個部分的選擇。

  1、主控制器件的論證與選擇

  1.1.1控制器選用

  方案一:采用stm32f103系列單片機。主頻高,但同時也使它的耗能較高,工作電壓2.0V-3.6V。而且主芯片引腳復雜,stm32,適合較復雜算法,不符合本題需求。

  方案二:采用以增強型ATmega16內核的AVR系列單片機,AVR單片機其顯著的特點為高性能、高速度、低功耗、無需外部晶振,工作電壓2.7V-5.5V外圍電路簡單,非常適合本系統的設計。通過比較,我們選擇方案二。

  1.1.2控制系統方案選擇

  方案一:PCB印刷電路板—自制印刷電路耗時耗力,會影響整體進度,不宜采用該方案。

  方案二:手工焊電路板—由于需要的電路結構較簡單,自己焊能縮短實現周期,通過比較,我們選擇方案二。

  2、逆變電路的論證與選擇

  方案一:半橋式電路—具有一定的抗不平衡能力,對電路對稱性要求不很嚴格;成本比全橋電路低。但電源利用率比較低,損耗大。同時與驅動信號的連接比較麻煩。

  方案二:全橋式電路—與推挽結構相比,原邊繞組減少了一半,開關管耐壓降低一半。但使用的開關管數量多,且要求參數一致性好,驅動電路復雜,實現同步比較困難。

  方案三:LC自激振蕩電路—不需要外部控制信號的驅動,能夠完全依靠自身實現振蕩,因而控制電路極其簡單,極大地提高了整個系統的效率。綜合以上三種方案,選擇方案三。

  3、控制系統的論證與選擇

  1.3.1無線電能傳輸方式對比

  方案一:電磁感應

  傳輸功率數瓦,傳輸距離數毫米-數厘米,充電效率80%。適合短距離充電,轉換效率較高;但需要特定擺放位置,才能精確充電,金屬感應接觸會發熱

  方案二:磁場共振式

  傳輸功率數KW,傳輸距離數厘米-數米,適合遠距離大功率充電,轉換效率適中;

  方案三:無線電波式

  傳輸功率大于100mW,傳輸距離大于10m,遠距離小功率充電,自動隨時隨地充電;限制轉換效率較低,充電時間較長,傳輸功率小;

  方案四:電場耦合式

  傳輸功率1-10W,傳輸距離數毫米-數厘米,適合遠適合短距離充電,轉換效率較高,發熱較低,位置可不固定;限制體積較大,功率較小。

  綜合考慮采用方案二。

  1.3.2充電后小車自行啟動方案對比

  方案一:用抽絕緣片的方式控制小車立即啟動

  用絕緣片隔絕電路,但是需要在每次出發前人為插絕緣片,1分鐘計時到后再人為抽離,使得電路接通,小車得電啟動。

  方案二:用舵機配合繼電器的方式控制小車立即啟動

  在一次側,繼電器控制發射線圈所在電路,用舵機進行絕緣片的抽拔,實現自動化。另外,充電時繼電器不工作,斷電時繼電器工作,有效節省電能,提高用電效率。綜上采用方案二。

  1.3.3小車爬坡驅動方式對比

  方案一:前驅型—動力傳遞直接,減少了損耗,運轉效率更高,但是操控性較差,轉向不足。

  方案二:后驅型—操控性好,起步加速好,有利于起步、加速和爬坡,缺點是動力損耗較大。

  綜合考慮采用方案二。

  4、諧振耦合線圈繞法的論證與選擇

  方案一:螺線管式線圈結構

  螺旋管式諧振耦合線圈結構,磁場強度較大,空間磁場分布比較均勻,有較好的方向性,適合中等距離的無線電能傳輸,但是容易受周圍環境的影響,傳輸效率較低[2]。

  方案二:可分離變壓器結構

  可分離變壓器結構,磁耦合性比較強,系統的傳輸功率較大,并且傳輸效率也高。但是由于原邊線圈與副邊線圈距離較近,傳輸距離比較短[2]。

  方案三:平板式線圈結構

  雖然電感值僅有幾微亨或幾十微亨,但體積小,比較薄,發射面積和接收面積均比其他方式大,節省空間,提高收發線圈的效率,適用于固定位置進行充電的無線電能充電裝置中[2]。

  綜合考慮采用方案三。

  5、整流電路的論證與選擇

  方案一:單相半橋整流—開關管數量少,成本相對較低,抗不平衡能力強。

  方案二:單相全橋整流—驅動電路較復雜,但在相同的開關電流和電源輸入電壓下,全橋式的輸出功率是半橋式的兩倍。綜合考慮采用方案二。

  二、系統理論分析與計算

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