
问题提出
问题1:卓老师,为何我们只做的无线电能接收线圈,经过整流后可以输出19V电压。我们使用19V稳压电源测试后面的恒功率输出半桥电路都能够工作。为何将无线线圈整流输出与恒功率半桥连接电路相连,就电压突然被拉低了呢?
问题2:卓老师,调好的线圈测的都正常,但是一放到车子底盘下,功率只有10几w,这是什么原理???用的推文用的恒功率,不在车上时,限制30w,发射可以达到28w多,限制20w,发射有19w,但是放到车下面就只有11w。
问题3:卓老师,我们一模一样仿制了一个您公众号里的全套无线接收电路。在没有接负载的时候似乎一切正常,可以通过pwm调输出电压大小。但是接了充电电容之后无论pwm给多大,辐射端提示实际功率6w,接收端实测3w左右,很不理解, 为什么啊 ?能给点检查的思路吗?
我们的实验实验条件:1. 发射与接收:LQ的发射端,LQ的接受线圈 配 5.4nf高频电容,全桥整流。 2. 充电控制:控制桥用ir2104和irf3710 后接800uH 20uF。空载达到21v 负载直接接到整流之后充的比用pwm还快 很头大 能给点思路吗?

接收线圈以及全桥整流 | 公众号留图

PWM控制恒功率输出 | 公众号留图

实验的整体场景 | 公众号留图
前面三个提问,都牵扯到一个问题,那就是为何无线电能接收线圈无法想要的电能功率呢。明明看到在空载的时候有很强的输出电压,可为何就像水中的月亮,真正需要输出功率了,却莫名其妙的电压被拉低了很多,这是为什么呢?
基本原理
要从电源中获取电能需要两个相关变量:电压u(t)与电流i(t)。输出的电能等于它们的乘积的积分:

根据戴维南定理(Thevenin's Theorem),可以将任何非理想电源等效成理想电压源与串联电阻的电路形式。如果电压源是交流电源,可能还会存在相应的电抗(感抗或者容抗)。对于交流电源输出到负载上的功率包括有有功功率和无功功率。

电源内阻 与负载匹配
输出负载获得最大有功功率的条件就是负载的电抗与电源内阻成共轭关系。即阻抗相同,电抗相反,此时称为输出负载匹配。
问题分析
在无线电能接收中,由于接收线圈与发送线圈不是紧密耦合、存在着很多的漏感,因此从外部来看,输出电路中存在感抗和阻抗。为了获得更大的功率输出,需要在接收负载中增加容抗来抵消输出电路中的感抗。
问题1中,为何无法从接收整流电路中获得电功率,原因可能是没有能够匹配很好的电容,消除输出电路中电感的影响。此外,整流二极管的容量也会增加输出阻抗。

C1用于抵消接收回路中感抗
由于空心线圈的电感会受到周围环境中其它磁性材料、金属材料的影响,发生很大的变化,因此电源中的感抗也不是一个定值。这样就会使得原本匹配好的电容发生失谐,影响输出的功率。
对于问题2中,遇到的情况,就可能是车模上的电路板、电池的存在改变了接收线圈的电感值造成的。对此,要么重新测量线圈电感值,再次选择匹配的电容;要么就将车模的电能接收线圈放在车模后面来完成充电。

电能接收线圈放在车模后面的节能车
实验验证
实验1: 不同的负载串接电容对于接受功率的影响:
在简易无线电能接受方法推文中给出了通过在接收线圈中串接谐振电容来提高输出功率的实验结果。如下图所示:

串接电容在谐振下和非谐振下输出电压与电流之间的关系
除了电容的大小会影响输出功率之外,接收线圈的高度、与发送线圈重合度都会对两个线圈之间的互感、漏磁产生很大的影响,从而影响接收的效能。关于这方面大家可以翻看以前给出的推文中的实验结果。

实验2:线圈周围的金属对于接受效率的影响。
最开始使用了一个20厘米见方、2毫米厚的铝板放在接收线圈附近,测试接受功率的变化。但实际上所造成的结果更加出乎意料。直接导致无线发送线圈失谐,造成输出谐振表贴高频电容炸裂。输出电路急剧发烫。
由于发送线圈使用的是具有限流的直流电源,无线发送电路没有继续烧坏。所以建议大家在使用无线发送器的时候,尽量避免将金属物体放在工作中的电能发射线圈上。

炸裂的输出谐振电容 | 危险实验,请勿模仿
通过更换上面的电容,无线发送器恢复工作。
拓展讨论
从电源获得电能原理虽然简单。但如果涉及到高频交流电路,对于初学者来讲,还是会存在这一些原来在直流电路中知识结构上的盲区。不断总结在实践中提出的问题,深入思考和探索,将课外的科技竞赛活动与课内理论学习相结合,达到更好的学习锻炼效果。
如果不消除或者降低电源内部的阻抗,电源中的电能就像水中月亮一样,只能观瞧,无法使用。同样,对于知识和技能,如果不去实践和思考,也会像水中月亮,高冷而孤傲,遥远而陌生。

在信息泛在的情况下,重要是那种你必须实践才获得的知识和技能
