Hög räckvidd trådlös Power (9 / 9 steg)
Steg 9: Simulering, optimering och diskussion
Hur vi simulerade design
Vi simulerade och optimerad design i en 2D-mangetostatic simulator och med SPICE.
Vi använde gratis 2D-mangetostatic simulator kallas Infolytica. Du kan hämta gratis här:
http://www.infolytica.com/en/Products/Trial/magnet...
Vi använde den gratis SPICE simulator kallas LTSPICE. Du kan hämta den här:
http://www.Linear.com/designtools/Software/
Design-filer för både simulatorer är kopplade.
Diskussion
Denna design använder resonant magnetostatiska kraftöverföring. Ljud slutsteg producerar en elektrisk ström som flyter genom den sändande spolen och genererar en oscillerande magnetfält. Det magnetiska fältet tas emot av mottagande spolen, och förvandlas till ett elektriskt fält. I teorin, kunde vi göra det utan några komponenter (dvs. ingen kondensatorer). Effektivitet är dock extremt låg. Vi ville från början göra en enklare konstruktion som används endast av spolar och inga andra komponenter, men den förmåga effektiviteten var så dålig att det inte kunde slå på lampan. Så flyttade vi till ett resonant system. Kondensatorn som vi lagt genljuder på en särskilt frekvens (i detta fall ca 8kHz). På alla andra frekvenser kretsen är extremt ineffektiv, men exakta resonant frekvens på blir det mycket effektivt. Induktor och kondensator agera som en transformator av olika slag. På den sändande spolen satt vi i en liten spänning och en hög ström (10Vrms och 15Arms). Som slutar producera > 400Vrms över kondensatorn, men på en mycket lägre ström. Det är magin i resonant går runt! Resonant går runt är kvantifierade "Q-faktor". I 40cm diameter sändaren spole är den uppmätta Q-faktorn omkring 40, vilket innebär att det är ganska effektiv.
Vi simulerade & optimerade spolen med Infolytica's 2-D magneto statiska simulator. Denna simulator gav oss en simulerad induktans för varje spole och ömsesidig induktans mellan två spolar.
Magnetiska simulerade värden:
- Överföra Coil = 4.35mH
- Ta emot Coil = 0.105mH
- Ömsesidig induktans = 9.87uH. K = 6.87e-3 (med spolarna åtskilda av 0,2 m)
Vi tog dessa siffror och matas dem in krydda att simulera de elektriska egenskaperna.
Du kan hämta simulering filerna bifogas, och försöka göra din optimeringar och mätningar!
Även bifogat finns fältet tomter, som visar de magnetfält produceras av spolarna. Det är intressant att även om vi sätta i en hel del makt, de absoluta fält är ganska små (i milliTesla spänna). Det beror på att fälten är utspridda över en stor yta. Så om du lägger upp (integrera) magnetfält över den stora ytan, det skulle vara betydande. Men vid varje given tidpunkt i volymen är liten. Som en sida noterar är det därför transformatorer använda järn kärnor, så att det magnetiska fältet blir koncentrerad till ett område.