專利名稱：基于無(wú)線電能傳輸技術(shù)的led室內(nèi)臺(tái)燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種無(wú)線電能傳輸技術(shù)的LED室內(nèi)臺(tái)燈。特別是涉及ー種節(jié)約能源、成本較低、無(wú)線便攜等優(yōu)點(diǎn)的LED室內(nèi)臺(tái)燈。
背景技術(shù)：
自從1840年發(fā)現(xiàn)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象及導(dǎo)線可以傳輸電能至今，電能的傳輸主要是由導(dǎo)線直接接觸進(jìn)行傳輸?shù)?。電エ設(shè)備的充電一般是通過(guò)插頭和插座來(lái)進(jìn)行，但是在進(jìn)行大功率充電時(shí)，這種充電方式存在高壓觸電的危險(xiǎn)。且由于存在摩擦和磨損，系統(tǒng)的安全性、可靠性及使用壽命較低，特別是在化工、采礦等ー些易燃、易爆領(lǐng)域，極易引發(fā)大的事故。新型無(wú)接觸電能傳輸系統(tǒng)采用電磁感應(yīng)原理、電カ電子技術(shù)以及控制理論相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了電能的無(wú)線傳輸，完全克服了以上限制。 根據(jù)電能傳輸原理，無(wú)線電能傳輸大致上可以分為三類第一類是變壓器原理的直接耦合式，這種方式功率雖然較大，但是僅適于近距離；第二類電波無(wú)線能量傳輸技木，直接利用電磁波能量可以通過(guò)天線發(fā)射和接收的原理，這種方式雖然實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離和大功率能量的傳輸，但是能量傳輸受方向限制，也不能繞過(guò)障礙物，并且損耗較大，對(duì)人體和其它生物都有嚴(yán)重傷害；第三類是非輻射耦合諧振方式，該技術(shù)可以在有障礙物的情況下傳輸，傳輸距離也比較遠(yuǎn)，傳輸功率也較大，而且對(duì)人體沒(méi)有傷害。綜上所述，第三種電能傳輸方式有著很大的開發(fā)潛力，因此將其應(yīng)用到目前具有節(jié)能效果的照明產(chǎn)品(LED室內(nèi)臺(tái)燈)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。LED與傳統(tǒng)的照明燈(如白熾燈)等相比，具有節(jié)能、壽命長(zhǎng)、抗震、反應(yīng)速度快和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，加上LED自身獨(dú)具的冷光特性，使得燈具的外形不會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)期受熱而變形，從而提高整套燈具的壽命，因此在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用日益增多。本實(shí)用新型g在克服了傳統(tǒng)上導(dǎo)線對(duì)LED燈的束縛性，設(shè)計(jì)了ー種移動(dòng)靈活、安全、可靠且無(wú)污染的緑色照明裝置，而且解決了室內(nèi)繁多導(dǎo)線帶來(lái)的諸多不便和安全隱患。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提出一種基于無(wú)線電能傳輸技術(shù)的LED室內(nèi)臺(tái)燈，該系統(tǒng)具有傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸效率高，成本較低、綠色節(jié)能的特點(diǎn)。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是基于無(wú)線電能傳輸技術(shù)的LED室內(nèi)臺(tái)燈，主要包括射頻信號(hào)發(fā)生電路、射頻功放電路、阻抗匹配電路、發(fā)射線圈、接收線圈、整流調(diào)壓電路、LED負(fù)載。所述的射頻信號(hào)發(fā)生電路，用于產(chǎn)生與電磁發(fā)射系統(tǒng)和電磁接收系統(tǒng)諧振頻率相同頻率的正弦波；射頻功放電路，用于將所需正弦波功率放大；阻抗匹配電路，用于調(diào)節(jié)負(fù)載阻抗以匹配射頻功放輸出阻抗；發(fā)射線圈用于產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)；接收線圈用于接收發(fā)射線圈產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)并將其變成電能；整流調(diào)壓電路用于先將無(wú)線接收到的高頻交流電整成直流，再調(diào)壓將電壓穩(wěn)定在所需電壓值。所述的射頻信號(hào)發(fā)生電路由MAX038芯片和外圍電路組成，設(shè)置有調(diào)頻模塊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便；通過(guò)調(diào)節(jié)與MAX038管腳REF相連的可調(diào)電阻RPl的阻值可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的頻率，用來(lái)跟蹤發(fā)射線圈和接收線圈的諧振頻率；通過(guò)調(diào)節(jié)MAX038芯片的外圍電路中的可調(diào)電阻RP2的阻值可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的幅值。所述的射頻功放電路包括有接收正弦信號(hào)發(fā)生電路所發(fā)出的正弦信號(hào)的50歐阻抗匹配負(fù)載，即輸入變壓器Tl，輸入變壓器Tl接收到信號(hào)傳輸?shù)缴漕lMOSFET模塊，將該信號(hào)進(jìn)行功率放大；該射頻功放電路塊屬于射頻功放的A類放大，具有很好的線性特征。所述的阻抗匹配電路屬于零反射匹配電路，結(jié)構(gòu)上采用L型匹配。該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)設(shè)計(jì)靈活的優(yōu)點(diǎn)。該電路采用非阻性元件使其理論上并不消耗功率。所述的發(fā)射線圈由單匝激發(fā)線圈和多匝耦合線圈組成。單匝激發(fā)線圈與射頻功放電路的輸出連接，由射頻功放電路產(chǎn)生的高頻交流電壓提供能量產(chǎn)生交變高頻磁場(chǎng)。該高頻磁場(chǎng)與多匝耦合線圈通過(guò)直接耦合使其產(chǎn)生更大強(qiáng)度的磁場(chǎng)發(fā)射出去。所述的接收線圈由多匝耦合線圈和負(fù)載線圈組成，接收線圈的多匝耦合線圈與發(fā)射線圈的多匝耦合線圈具有相同的諧振頻率，通過(guò)諧振強(qiáng)耦合方式實(shí)現(xiàn)電磁能量的相互轉(zhuǎn)換。負(fù)載線圈是ー個(gè)單匝線圈，該線圈與接收線圈的多匝耦合線圈是通過(guò)直接耦合方式取能，負(fù)載線圈連接負(fù)載向負(fù)載提供能量。所述的整流調(diào)壓電路由高頻整流電路和DC/DC轉(zhuǎn)換電路兩個(gè)部分。高頻整流電路由四個(gè)具有高頻開關(guān)特性的ニ極管組成的橋式電路，該電路將高頻交流電整流成直流。DC/DC轉(zhuǎn)換電路將整流過(guò)來(lái)的電壓進(jìn)一步穩(wěn)壓到LED所需要的電壓。本實(shí)用新型的基于無(wú)線電能傳輸技術(shù)的LED室內(nèi)臺(tái)燈，該系統(tǒng)具有傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸效率高，成本較低、綠色節(jié)能的特點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)通電工作后，通過(guò)調(diào)節(jié)正弦信號(hào)發(fā)生電路使其輸出頻率改變到系統(tǒng)的諧振頻率時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到最大的傳輸功率和傳輸距離。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或者距離發(fā)生變化，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)的輸出頻率很快找到最佳和傳輸效果。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功放模塊可以在I. 6MHz—28MHz范圍內(nèi)頻率可調(diào)，而且輸出具有很好的線性度。通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)輸入50V直流電壓，使20個(gè)LED燈(IOW)能正常發(fā)光，滿足人們室內(nèi)照明的需要。

圖I是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體框；圖2是射頻信號(hào)發(fā)生電路；圖3是射頻功放電路；圖4是發(fā)射線圈；圖5是接收線圈；
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供一種傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸效率高，成本較低、綠色節(jié)能的LED室內(nèi)臺(tái)燈。下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型的基于無(wú)線電能傳輸技術(shù)的LED室內(nèi)臺(tái)燈做出詳細(xì)說(shuō)明。如圖I所示，本實(shí)用新型的基于無(wú)線電能傳輸技術(shù)的LED室內(nèi)臺(tái)燈，包括有射頻信號(hào)發(fā)生電路1，還設(shè)置有射頻功放電路2，用于接收正弦信號(hào)并將其進(jìn)行功率放大；阻抗匹配電路3用于調(diào)節(jié)負(fù)載大小使其與射頻功放輸出阻抗相匹配；發(fā)射線圈4，用于接收射頻功放電路2產(chǎn)生的具有一定功率的高頻正弦交變電能，將其轉(zhuǎn)化成高頻交變磁場(chǎng)；接收線圈5，用于接收發(fā)射線圈4發(fā)出的高頻磁場(chǎng)并將其轉(zhuǎn)化成電能；整流調(diào)壓電路6用于先將無(wú)線接收到的高頻交流電整成直流，再調(diào)壓將電壓穩(wěn)定在所需電壓值；LED負(fù)載可在其額定電壓下穩(wěn)定發(fā)光工作。由于采用了諧振耦合技術(shù)，使得電能無(wú)線傳輸功率和距離得到較大幅度的提高，又由于采用了非輻射電磁耦合技術(shù)，使得輻射損耗降到最低，提高了傳輸效率同時(shí)使系統(tǒng)對(duì)人及其他生物體沒(méi)有危害。如圖2所示，所述的射頻信號(hào)發(fā)生電路I由MAX038芯片和外圍電路組成，設(shè)置有調(diào)頻模塊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便；通過(guò)調(diào)節(jié)與MAX038管腳REF相連的可調(diào)電阻RPl的阻值可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的頻率，用來(lái)跟蹤發(fā)射線圈和接收線圈的諧振頻率。通過(guò)調(diào)節(jié)MAX038芯片的外圍電路中的可調(diào)電阻RP2的阻值可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的幅值。如圖3所示，所述的射頻功放電路2，由射頻MOSFET芯片和外圍電路構(gòu)成功率放大模塊；負(fù)反饋和輸入阻抗匹配使系統(tǒng)具有較大的増益和較小的反饋損耗；寬帶輸入變壓 器的原邊與副邊的變比為4 1，具有50歐姆的阻抗，使的輸入的信號(hào)具有很小的反饋。+Ve用于調(diào)節(jié)MOSFET的靜態(tài)工作點(diǎn)，一般應(yīng)該調(diào)到3V左右為宜，這時(shí)MOSFET的靜態(tài)電流為150mA ；+VDD處提供50V直流電，該電源還要接ー個(gè)扼流線圈L3。所述的阻抗匹配電路屬于零反射匹配電路，結(jié)構(gòu)上采用L型結(jié)構(gòu)，由一電容和一個(gè)電感組成。電容與電感組成匹配網(wǎng)絡(luò)與后面的整流調(diào)壓和LED負(fù)載整體阻抗為50歐。該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)設(shè)計(jì)靈活的優(yōu)點(diǎn)。如圖4所示，所述的發(fā)射線圈4由單匝激發(fā)線圈和多匝耦合線圈組成，發(fā)射線圈直徑是600_。單匝激發(fā)線圈與射頻功放電路的輸出連接，由射頻功放電路產(chǎn)生的高頻交流電壓提供能量產(chǎn)生交變高頻磁場(chǎng)。該高頻磁場(chǎng)與多匝耦合線圈通過(guò)直接耦合使其產(chǎn)生更大強(qiáng)度的磁場(chǎng)發(fā)射出去。如圖5所示，所述的接收線圈5由多匝耦合線圈和負(fù)載線圈組成，接收線圈直徑是100_，接收線圈的多匝耦合線圈和發(fā)射線圈的多匝耦合線圈具有相同的諧振頻率，通過(guò)諧振耦合方式接收發(fā)射線圈的電磁能量；負(fù)載線圈是ー個(gè)單匝線圈，由漆包線繞制而成，該線圈與接收線圈多匝耦合線圈是通過(guò)直接耦合方式取能的。整流電路由四個(gè)射頻ニ極管橋接而成，該ニ極管具有損耗小、開關(guān)頻率高的特點(diǎn)，故而適合射頻整流。DC/DC電路將整流電路的輸出電壓變?yōu)長(zhǎng)ED額定電壓供給負(fù)載LED。以上示意性的對(duì)本實(shí)用新型及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒(méi)有局限性，附圖中所示的也只是本實(shí)用新型的實(shí)施方式之一。所以如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗g的情況下，采用其它形式的同類部件或其它形式的各部件布局方式，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的技術(shù)方案與實(shí)施例，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.基于無(wú)線電能傳輸技術(shù)的LED室內(nèi)臺(tái)燈，主要包括射頻信號(hào)發(fā)生電路、射頻功放電路、阻抗匹配電路、發(fā)射線圈、接收線圈、整流調(diào)壓電路、LED負(fù)載；其特征在于，所述阻抗匹配電路(3)采用L型結(jié)構(gòu)，并由一個(gè)電容和電感構(gòu)成無(wú)損匹配網(wǎng)絡(luò)；所述的發(fā)射線圈(4)，其設(shè)計(jì)參數(shù)為直徑600mm，線徑1mm，匝數(shù)5圈；所述的接收線圈(5)，其設(shè)計(jì)參數(shù)為直徑100mm，線徑1mm，膽數(shù)15圈，并于發(fā)射線圈保持相同的諧振頻率。
專利摘要本實(shí)用新型是一種基于無(wú)線電能傳輸技術(shù)的綠色節(jié)能LED室內(nèi)臺(tái)燈的設(shè)計(jì)，主要包括射頻信號(hào)發(fā)生電路、射頻功放電路、阻抗匹配電路、發(fā)射線圈、接收線圈、整流調(diào)壓電路、LED負(fù)載七個(gè)部分。該系統(tǒng)屬于高頻電磁理論工程應(yīng)用前沿領(lǐng)域，解決了中小功率電能無(wú)線傳輸及其在LED室內(nèi)臺(tái)燈中應(yīng)用的問(wèn)題。發(fā)射線圈和接收線圈為本系統(tǒng)的核心部分，在設(shè)計(jì)上需將二者諧振頻率保持一致并具有較高的Q值。阻抗匹配電路使射頻功放電路功率的輸出達(dá)到最大，既提高了系統(tǒng)的效率也對(duì)射頻功放電路起到了保護(hù)作用，以免反射功率過(guò)大而燒毀射頻功放電路。本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)上導(dǎo)線對(duì)LED燈的束縛性，設(shè)計(jì)了一種移動(dòng)靈活、安全、可靠且無(wú)污染的綠色照明裝置，而且解決了室內(nèi)繁多導(dǎo)線帶來(lái)的諸多不便和安全隱患。本實(shí)用新型的基于無(wú)線電能傳輸技術(shù)的綠色節(jié)能LED室內(nèi)臺(tái)燈具有節(jié)約能源、成本較低、無(wú)線便攜等優(yōu)點(diǎn)，因此在將來(lái)的室內(nèi)照明中有著巨大的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H02J17/00GK202652623SQ20122023712
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者李陽(yáng), 楊慶新, 牛萍娟, 田會(huì)娟 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)