磁耦合谐振式 无线电能传输电路系统板 LCC-S拓扑补偿网络 发射端电路采用Stm32f103c8t6主控四路互补带死区的高频PWM与ir2110全桥驱动MOS管。 同时利用LCC器件谐振所有参数确定和计算由maxwell和simulink计算得出。 接收电路利用S谐振网络补偿。 同时输出电压经过稳压后供给esp芯片后者将输出电压通过ADC采样后利用2.4G wifi下的MQTT协议传输给电脑/手机端查看并实时通过数码管显示。 资料见最后一幅图。 stm32和esp8285单片机均板载串口电路只需一根typec数据线即可上传程序 默认只是相关资料(如果需要硬件请单独指明)无线电能传输Wireless Power Transfer, WPT一直都是一个充满魅力的领域无论是科幻电影中的无线充电场景还是现实中越来越普及的无线充电设备都让人对这种技术充满了期待。最近我深入研究了磁耦合谐振式无线电能传输系统LCC-S拓扑并尝试设计了一个小型传输系统本文将详细记录我的探索过程。系统整体架构整个系统可以分为发射端和接收端两部分。发射端负责将电能转换为高频电磁波通过磁耦合的方式传输到接收端接收端则将电磁波重新转换为电能并通过稳压电路为负载如ESP芯片供电。发射端主控芯片STM32F103C8T6驱动电路IR2110全桥驱动器 MOS管谐振网络LCC拓扑接收端谐振网络S拓扑补偿网络稳压电路用于为ESP芯片供电数据传输ESP8285通过MQTT协议将数据发送到手机/电脑发射端电路设计与代码实现发射端的核心是高频PWM信号的生成与驱动。STM32通过PWM模块输出四路互补的高频信号并通过IR2110驱动功率 MOS管形成全桥逆变电路。这里的关键是如何配置PWM信号和死区时间以防止MOS管直通导致短路。代码片段STM32 PWM配置void PWM_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OC_InitStructure; // 使能GPIO时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); // 配置PWM输出引脚 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_10MHz; GPIO_Init(GPIOB, GPIO_InitStructure); // 配置PWM频率 TIM_InitStructure.TIM_Period 24999; // 400Hz TIM_InitStructure.TIM_Prescaler 35; // 72MHz / (351) 2MHz TIM_InitStructure.TIM_CounterMode TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM4, TIM_InitStructure); // 配置PWM占空比 TIM_OC_InitStructure.TIM_OCMode TIM_OCMode_PWM2; TIM_OC_InitStructure.TIM_OutputState TIM_OutputState_Enable; TIM_OC_InitStructure.TIM_Pulse 12499; // 50%占空比 TIM_OC4Init(TIM4, TIM_OC_InitStructure); TIM_Cmd(TIM4, ENABLE); }在实际调试中我发现PWM的频率设置和死区时间对系统稳定性影响很大。通过仿真工具Maxwell和Simulink我们能够精确计算谐振频率和各种电磁参数从而确保系统在高效工作区域内运行。接收端设计与补偿网络的实现接收端使用了S拓扑补偿网络这是一种经典的谐振补偿电路。通过调节补偿网络的参数可以实现接收端与发射端的高效能量匹配。补偿网络设计谐振频率根据发射端的设计接收端的谐振频率需要与发射端保持一致。补偿网络参数通过Maxwell仿真计算得到补偿电感和电容的值。接收端的稳压电路采用了简单的线性稳压器输出电压经过滤波后供给ESP8285。ESP8285通过ADC采样电压并利用内置Wi-Fi模块通过MQTT协议将数据发送到远程终端。磁耦合谐振式 无线电能传输电路系统板 LCC-S拓扑补偿网络 发射端电路采用Stm32f103c8t6主控四路互补带死区的高频PWM与ir2110全桥驱动MOS管。 同时利用LCC器件谐振所有参数确定和计算由maxwell和simulink计算得出。 接收电路利用S谐振网络补偿。 同时输出电压经过稳压后供给esp芯片后者将输出电压通过ADC采样后利用2.4G wifi下的MQTT协议传输给电脑/手机端查看并实时通过数码管显示。 资料见最后一幅图。 stm32和esp8285单片机均板载串口电路只需一根typec数据线即可上传程序 默认只是相关资料(如果需要硬件请单独指明)代码片段ESP8285数据上传def publish_voltage(): import esp8285 import time from umqtt.robust import MQTTClient # 配置MQTT客户端 client MQTTClient(ESP8285_01, broker.emqx.io) client.connect() while True: # 读取ADC电压 voltage esp8285.read_adc(0) # 转换为实际电压值假设参考电压为3.3V voltage voltage * 3.3 / 1024 # 发布消息 client.publish(esp8285/voltage, str(voltage)) # 延时1秒 time.sleep(1)数据采集与显示系统运行过程中发射端和接收端的电压和电流数据会通过ESP模块实时上传到远程服务器并通过数码管显示接收端的实时电压值。这样的设计不仅方便调试也为用户提供了直观的数据反馈。数码管显示电压代码void display_voltage(float voltage) { // 将电压值转换为字符显示在数码管上 char str[6]; snprintf(str, sizeof(str), %.1fV, voltage); // 控制数码管显示具体实现依赖于GPIO配置 update_display(str); }总结与展望通过这次实践我对磁耦合谐振式无线电能传输系统的实现有了更深刻的理解。Maxwell和Simulink在系统设计中的作用不可忽视它们帮助我们快速验证和优化电路参数。尽管系统的效率和稳定性仍有提升空间但整体架构已经相当完整。未来我计划进一步优化谐振网络的参数提升系统的传输效率并尝试在更大的功率范围内验证系统的可行性。同时希望将这种技术应用到更广泛的场景中比如无线充电领域为日常生活带来更多的便利。如果你对无线电能传输技术感兴趣不妨也动手试试相信在实践中你会有更多有趣的发现