非接觸供電技術

非fei接jie觸chu供gong電dian技ji術shu的de特te點dian是shi供gong電dian端duan與yu用yong電dian端duan無wu需xu任ren何he物wu理li上shang的de連lian接jie
，就jiu可ke以yi把ba電dian能neng傳chuan輸shu給gei用yong電dian端duan。利li用yong電dian磁ci波bo進jin行xing毫hao米mi到dao厘li米mi級ji範fan圍wei的de近jin距ju離li非fei接jie觸chu供gong電dian係xi統tong已yi經jing得de到dao應ying用yong。如ru電dian動dong車che輛liang、深水作業、機器人、礦山機械
、電動牙刷、手機和筆記本等移動設備，甚至在植入人體的電子醫療器件也采用了這一技術供電、充電。因此

，近距離非接觸供電技術有著廣泛的應用前景。

基於電磁感應原理的非接觸供電技術

，綜合利用電力電子技術、磁場耦合技術
、dagonglvgaopinbianhuanjishu
，jiezhuxiandaikongzhililunhefangfa，shixianlechuanshudiannengxitongheyongdianshebeidegeli

，shiliangzhezhijianmeiyoudiandezhijiejiechu
，henhaodimanzuletezhongyingyongchanghedexuyao，tigaolediannengchuanshudeanquanxinghekekaoxing。yinci，feijiechugongdianjishushiyizhonganquan
、可靠、靈活的電能接入新技術。

1 基本原理

非接觸供電係統包括電能發送單元和電能接收單元兩部分。電能發送單元主要由交直流電源電路、功率放大輸出電路
、驅動電路
、振蕩電路、基準電壓電路、控製保護電路以及發射線圈L1(變壓器初級)組成;電能接收單元主要包括接收線圈L2(變壓器次級)、高頻整流濾波電路和負載組成(如圖1所示)。

feijiechugongdianxitonggongzuoshishurenduanjiangjiaoliushidianjingquanqiaozhengliudianlubianhuanchengzhiliudian，huoyongzhiliudianduanzhijieweixitonggongdian
，zhiliudiantongguozhendangdianlunibianzhuanhuanchenggaopinjiaoliudianjinggonglvfangdashuchudianlufangdagonggeifashexianquanL1.通過發射線圈L1與接收線圈L2耦合電能
，接收線圈L2輸出的電流經高頻整流濾波電路變換成直流電提供給負載。

2 特性和缺陷

jiyudianciganyingyuanlidefeijiechugongdianjishu，fashexianquanhejieshouxianquanbixuyouxiezhenpinlvyizhidediancigongzhen，cainengchuanshudianneng

，erjuyouyixiazhuyaotexinghequexian：電磁共振以“電一磁一磁一電”的方式實現電能的傳遞，而且是一個開放的係統，必然存在著電磁輻射和能量的損耗，因此，近距離的實際效率很難超過80%,遠距離的狀態下，效率可能很低。因此
，不符合節能的概念。

電(dian)磁(ci)能(neng)與(yu)距(ju)離(li)的(de)關(guan)係(xi)為(wei)電(dian)場(chang)強(qiang)度(du)與(yu)距(ju)離(li)的(de)二(er)次(ci)方(fang)成(cheng)反(fan)比(bi)
，磁(ci)場(chang)強(qiang)度(du)與(yu)距(ju)離(li)的(de)四(si)次(ci)方(fang)成(cheng)反(fan)比(bi)。單(dan)純(chun)的(de)電(dian)磁(ci)共(gong)振(zhen)是(shi)不(bu)可(ke)能(neng)長(chang)距(ju)離(li)傳(chuan)輸(shu)的(de)。通(tong)常(chang)在(zai)1米處
，效率不超過l%.因此
，隻能在近距離內使用，一般不超過10厘米。

電磁共振可以穿透非金屬，卻不能穿透金屬。利用這個特性
，可以製造出即時充電或即時供電的電器，在移動性、防fang水shui性xing和he隔ge離li性xing等deng方fang麵mian有you突tu出chu的de表biao現xian，同tong樣yang可ke以yi應ying用yong這zhe個ge特te性xing
，來lai解jie決jue其qi自zi身shen的de電dian磁ci幹gan擾rao問wen題ti。選xuan擇ze一yi個ge適shi當dang供gong電dian頻pin率lv使shi係xi統tong產chan生sheng共gong振zhen，則ze電dian能neng發fa射she端duan的de電dian磁ci波bo頻pin段duan對dui正zheng常chang的de通tong信xin、廣播沒有幹擾或幹擾較小，對人體或其他生物不構成傷害，符合安全指標。

在幾個厘米以內的近距離的電磁共振中

，還存在著空振高壓問題：jieshoudianluzaifuzaishidedianyayukongzaishidedianyaxiangchaxuanshu
，wangwangshishubeishenzhishishibeiyishang
，zhishijieshoudianluzaikongzaishi
，youyudianyadedafudushenggao

，jiangfuzaidianlushaohuai。shimuqiandiancigongzhendefeijiechugongdianjishunanyishiyongdeyigezhongyaoyinsu。
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非接觸供電技術在LED發光設備的應用

現有的LED發光標誌牌、LED照明產品等
，通常采用有線方式供電、充電。因而需要通過接口和導線進行有線方式供電、充電，需要在發光標誌牌
、照明設備上安裝接口及導線
，導致設備整體防水、防漏氣性能低且不可靠。無法長期使用、安裝、儲存在惡劣的環境中，如水中、礦井中或者連續潮濕的環境中。

本文探究非接觸供電技術應用於LED發光設備可行性，把非接觸供電係統的電能接收端置入到LED發光設備內。選擇適當的LED驅動技術
，設計能進行非接觸供電或充電的LED發光設備。該LED發光設備具有移動性、高度防水性、高度隔離性
，適用於水下作業、礦井作業
、抗洪救災等特殊場所的安全標誌牌與照明。

1 應用實例

1.1 LED發光標誌牌

本文設計的非接觸供電LED發光標誌牌(如圖2所示)，它由內部非接觸供電電能接收單元
、充電電池、LED、LED驅動電路、係統控製電路、柔性電路板、外封裝透明膠套構成。外部由非接觸供電電能發送單元及電源構成。

(1)電能發送單元

VOX330MP05S和VOXRIOD是近距離下的非接觸供電芯片組，解決了長期以來不能解決的空振高壓問題，使輸出電壓基本維持在一個相對穩定的電壓範圍內。

VOX330MP05S是一款專門針對市電電源的非接觸供電的大功率發射模塊芯片，可以將市電整流後直接給芯片供電，工作電壓範圍大
，最低可低至IOOV,最高電壓至400V,具有高達1A的電流發射能力，典型工作電路(如圖3所示)。Ic內部建有振蕩、基準電壓、脈寬調製、限幅
、低壓啟動、輸出推動和功率輸出等電路，完全符合電磁共振的特殊要求;V0x330MP05s自身功耗小，輸出電流大，發射效率高達70%以上;芯片內設自動限流電路
，電路在空載時電流很小
，而在大負載時的輸出能力可達空載時的十倍以上;VOX330MP05S外圍電路簡單
，主要元件隻有一個電阻、一個電容和~個線圈，因此使用方便。配合相應的接收模塊同時使用
，就能實現非接觸供電。

(2)電能接收單元

VOXRl0是一款專門針對VOX係列的非接觸供電發射模塊設計的配套接收模塊芯片，可以為接收電路提供一個相對穩定的中心電壓。VOXRIO內部建有基準電壓
、限幅、低壓啟動、輸出推動和功率輸出等電路，完全符合電磁共振的特殊要求;而且自身功耗小，輸出電流大，接收效率高達80%以上;芯片內設自動限壓電路，電路在空載時電流很小。VOXRl0外圍電路簡單，主要元件隻有一個電容



、一個二極管和一個線圈，因此使用方便。

電(dian)能(neng)發(fa)送(song)單(dan)元(yuan)發(fa)射(she)電(dian)磁(ci)波(bo)，內(nei)部(bu)電(dian)能(neng)接(jie)收(shou)單(dan)元(yuan)接(jie)收(shou)該(gai)電(dian)磁(ci)波(bo)並(bing)轉(zhuan)換(huan)為(wei)交(jiao)流(liu)電(dian)後(hou)經(jing)整(zheng)流(liu)濾(lv)波(bo)成(cheng)直(zhi)流(liu)電(dian)對(dui)電(dian)池(chi)進(jin)行(xing)充(chong)電(dian)。一(yi)個(ge)電(dian)能(neng)發(fa)送(song)單(dan)元(yuan)可(ke)以(yi)對(dui)多(duo)個(ge)內(nei)部(bu)電(dian)能(neng)接(jie)收(shou)單(dan)元(yuan)發(fa)射(she)電(dian)磁(ci)波(bo)進(jin)行(xing)充(chong)電(dian)。充(chong)電(dian)電(dian)池(chi)一(yi)般(ban)用(yong)鋰(li)電(dian)池(chi)
，但(dan)鋰(li)電(dian)池(chi)穩(wen)定(ding)性(xing)較(jiao)差(cha)，在(zai)有(you)易(yi)燃(ran)易(yi)爆(bao)氣(qi)體(ti)及(ji)物(wu)品(pin)的(de)環(huan)境(jing)中(zhong)采(cai)用(yong)鎳(nie)氫(qing)等(deng)電(dian)池(chi)。

(3)LED電路

一個LED與一個電阻串聯後組成一個基本單元
，若幹個基本單元之間可以采用串聯
、並聯
、混聯的方式進行連接;多個LED以陣列的形式安裝在一塊平麵上組成LED點陣屏
，點陣屏有各種顏色，分為單色、雙色、三色。把LED呈矩陣狀均勻布滿於柔性電路板上，可以排列組合成指標或警示性的圖標發光顯示。

LED控製電路采用微處理器控製電路，以遙控控製係統
、觸摸控製係統、輕觸開關來控製係統實現，簡單的可以直接用微型按鈕開關控製電源。LED驅動電路可采用分立元件驅動電路
、集成驅動電路。

(4)封裝

外封裝透明膠套用於保護整個非接觸供電式LED發光標誌牌的電路，把整個非接觸供電LED發光標誌牌電路牢靠包封在外封裝透明膠套內，無任何接口
，因此本文所述的非接觸供電LED發光標誌牌具有高度可靠的防水、防漏氣性能。本標誌牌還可以根據用戶需要
，製做成不同形狀，進行單麵、雙麵
、多麵發光顯示。
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1.2 LED礦燈

據(ju)有(you)關(guan)資(zi)料(liao)統(tong)計(ji)，煤(mei)礦(kuang)井(jing)下(xia)瓦(wa)斯(si)爆(bao)炸(zha)事(shi)故(gu)有(you)三(san)分(fen)之(zhi)一(yi)以(yi)上(shang)是(shi)礦(kuang)燈(deng)故(gu)障(zhang)引(yin)起(qi)的(de)
，這(zhe)主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)於(yu)礦(kuang)燈(deng)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)白(bai)熾(chi)燈(deng)泡(pao)存(cun)在(zai)的(de)缺(que)陷(xian)所(suo)造(zao)成(cheng)的(de)。而(er)LED礦燈解決了白熾燈泡的安全隱患，在煤礦上大量推廣使用。LED礦燈在節能、安全性
、易用性等方麵與采用白熾燈的礦燈相比都有較大改進，但還存在著以下問題需要解決。

礦井下潮濕、多水
、空氣混濁、灰塵大
，LED礦燈采用了鎳氫電池或鋰電池為電源，LED發光二極管為光源，這些元件一但進水、jinruhuichenhoujiuyisunhuai
，shenzhibaofei。bisuoluosishouchaohouhuishengxiu，nanyixiediao，xujiangluoshuanfeidiao，langfeicailiaofeihegongshi。chongdianjiekoujingchangjinhuidusai
，youqishuinijindaochongdianjiekouningguhoujiuhennanqudiao
，yingxiangLED礦燈充電，嚴重的就可能報廢。

本設計把電能接收端置入LED礦燈

，用透明膠套把LED礦燈牢靠密封，采用非接觸供電技術，就可以解決上述問題。提高了LED礦燈的使用壽命、防爆性能、抗靜電性能
，降低了LED礦燈的報廢率，減少了維修量，增加了實用性和安全可靠係數。

2 係統分析與構成

對使用非接觸供電技術的LED發光設備的設計，要從三個角度考慮完成係統的設計：一是從器件的選擇、電路設計上盡可能的提高係統的效率;二是嵌入非接觸式的RFID(RadioFrequencyIdentification,射頻識別)技術
，實現ID認證機製
，保證係統的安全;三是采用MCU(MicroControlUnit,微控製器)作核心的部分，產生驅動電路所需的振蕩頻率

，同時也需要控製RFID組件與電能接收端進行信息交互。使供電端與用電端可以用一對一
、一對多、多對一、多對多和網絡分布方式供電。

係統由供電部分及工作部分組成(如圖4所示)。供電部分由MCU和供電單元組成

，MCU通過RFID發射單元檢測負載位置的情況
，當負載存在時，開通供電單元，進行供電。工作部分由MCU
、與電能發送端相對應的RFID組件、LED單元、受電單元和充電電池組成，受電單元主要實現電能的接收
，受電線圈接收電能，通過整流、濾波處理後向電池和LED單元供電。MCU的外圍電路包括複位電路、參考電壓電路

、串口下載電路
、電源與接地
、按鍵、報警等。係統的人機對話界麵，通過顯示模塊來實現。工作部分、供電部分、供電管理
、按鍵

、顯示等功能都由MCU進行控製。

實現使用非接觸供電技術的LED發光設備的方案是上述的整合，即兩部分構成，分別為接220V交流電的電能發送端和給LED發光設備電池充電的電能接收端。將待充電LED發(fa)光(guang)設(she)備(bei)放(fang)到(dao)充(chong)電(dian)器(qi)上(shang)，打(da)開(kai)設(she)在(zai)電(dian)源(yuan)端(duan)的(de)充(chong)電(dian)開(kai)關(guan)，電(dian)能(neng)發(fa)送(song)端(duan)發(fa)出(chu)驗(yan)證(zheng)信(xin)息(xi)，電(dian)能(neng)接(jie)收(shou)端(duan)收(shou)到(dao)驗(yan)證(zheng)信(xin)息(xi)後(hou)發(fa)出(chu)確(que)認(ren)信(xin)息(xi)，身(shen)份(fen)驗(yan)證(zheng)通(tong)過(guo)後(hou)，則(ze)控(kong)製(zhi)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)開(kai)始(shi)工(gong)作(zuo)，實(shi)現(xian)電(dian)能(neng)的(de)傳(chuan)輸(shu)。

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