摘要：针对目前越来越多电子产品的功耗与体积在不断减小，可植入器件电池的续航问题始终未得到有效的解决。本文主要研究小型磁耦合谐振无线能量传输系统，本着简单、高效、低成本的原则，实现了一种简易的小功率强磁耦合谐振式无线电能传输系统。通过原理分析与实验相结合，研究影响无线能量传输系统的传输距离和效率的诸多因素。
　　关键词：小型磁耦合谐振;无线电能传输;传输距离;效率
　　中图分类号：TP311文献标識码：A
　　文章编号：1009-3044（2019）34-0210-02
　　1 概述
　　随着科技的进步，越来越多电子产品的功耗与体积在随之不断减小，但能量供应问题即电池的续航能力达不到要求，制约了小功率便携式设备的发展，尤其是可植入器件未得能到广泛应用。针对以上提出的问题，本文主要研究小型磁耦合谐振无线能量传输系统，系统由大规模集成电路组成，使植入器件体积尽可能小，通过原理分析与实验相结合，本着简单、高效、低成本的原则，实现了一种功率小、制作简单的磁耦合谐振式无线电能传输系统，同时进一步研究传输距离和效率等诸多因素对无线能量传输系统的影响情况。
　　2 谐振耦合无线电能传输的工作原理
　　谐振耦合无线电能传输的工作原理如图1所示，从电网得电后，经过整流电路将交流电变成直流电，后接上滤波电路滤去整流输出电压中的纹波，再经过调压电路、最后经过逆变电路产生所需要频率为交流电。无线电能传输系统最核心的部分是磁耦合部分，能量的传输通过磁耦合进行，使其周围产生交变场主要是由于相同谐振频率的振荡器，当正弦电流通入发射线圈，与此同时向电容充电：接收线圈感应到磁场后，其射频功率经射频，再通过整流电路进行直流变换，其后经过滤波电路转变成负载所需要的直流功率。当通入电路的正弦电流的频率与振荡电路固有谐振频率相等时，此时产生的磁场能量能达到最大值;当改变发射线圈电流方向时，随之改变的有是交变磁场方向，此时接收线圈感生电动势为最大;接收线圈的电流被逐渐放大，直到接收线圈的电磁能达到最大。若此时系统接有负载时，发射线圈就会向接收线圈传递能量，这就是无线能量传输的原理。
　　3 电能传输系统的主要模块电路设计
　　小功率的磁耦合谐振式无线供电系统，由发射电路和接收电路两部分组成。其中发射电路主要包括整流电路、高频逆变电路、发射线圈。接收电路主要包括线圈、射频到直流变换电路、低通滤波电路和负载组成等。为使电能传输的各种参数达到最优化及系统保持较高的传输效率选取合适的器件类型和参数及电路模型是关键部分。
　　3.1 振荡模块的设计
　　本模块利用逻辑非门构成RC迟滞多谐振荡器配以快速比较器调节输出，实现频率、占空比的双线可调，RC的振荡频率为fi=1/2πRC，如图2所示，可以通过调节R11的大小来调整振荡模块的频率;在该系统中最重要的是谐振频率的调节，由谐振电路的固有频率的计算公式f2=1/2π√LC可知，频率与L和C的取值有关，但是L的值也不宜过大，当C-定时，大电感线圈在近距离可以传输较大能量，但由于固有频率较低，所以在远距离传输时传输的能量就会很小，当L-定时，电容越大，线圈的固有频率越小，在相同的能量下，它的传输距离越远，所以电容电感的增大是一对矛盾值，两者皆不可取太大，亦不可取太小。
　　实物如图2所示，图中的C1I和R7构成迟滞多谐振荡器，它控制着发射端的谐振频率，改变其振荡频率可以通过调节R7的阻值大小;LM393AN双限比较器与其输出端相接，滑动变阻器的一端接LM393AN双限比较器的参考电压，改变参考电压的大小可以通过调节滑动变阻器的大小，从而实现输出波形的改变.即其输出的占空比可以得到调节。由此可知，当调节R3和R6的值即可改变占空比的大小。当U2