1.閆永生 2.聶叢偉

1、河北立德電子有限公司 2、河北師范大學(xué)科學(xué)技術(shù)哲學(xué)

基于磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸?shù)腖ED技術(shù)

1.閆永生 2.聶叢偉

1、河北立德電子有限公司 2、河北師范大學(xué)科學(xué)技術(shù)哲學(xué)

針對(duì)現(xiàn)目前迅猛發(fā)展的LED照明燈具通常是由光源部分與驅(qū)動(dòng)電源兩部分構(gòu)成，即電氣連接多采用開關(guān)、簧片觸點(diǎn)或者接線端子等方式，該連接方式在長(zhǎng)期多次使用或者是在潮濕、不斷振動(dòng)等惡劣環(huán)境下，開關(guān)觸點(diǎn)部分會(huì)發(fā)生氧化，導(dǎo)致觸點(diǎn)接觸電阻增大引起高溫發(fā)熱甚至打火導(dǎo)致火災(zāi)，本文介紹了一種基于磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸?shù)腖ED技術(shù)。在一定程度上解決了這一難題，該技術(shù)具有一定的前瞻性，具有很好的推廣前景。

磁耦合諧振；無(wú)線傳能；LED技術(shù)

1、序言

起源于20世紀(jì)后半葉的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明，初見端倪于20世紀(jì)末半導(dǎo)體顯示得到普遍應(yīng)用之后的不斷突破，半導(dǎo)體照明進(jìn)入新世紀(jì)以后得到長(zhǎng)足發(fā)展。半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)作為一種新興產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品光效高、能耗低，色溫覆蓋廣、易控制等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)照明的發(fā)展趨勢(shì)。［1］隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電能傳輸已經(jīng)有線方式，逐步轉(zhuǎn)向無(wú)線方式的研究。目前，根據(jù)電能傳輸?shù)脑?，無(wú)線電能傳輸有三種類型，分別是：

第一類是電磁感應(yīng)耦合式（ICPT），主要是利用電磁感應(yīng)的原理，通過(guò)采用較松耦合變壓器或者是通過(guò)采用可分離變壓器方式實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線傳輸。這種非接觸式充電技術(shù)在許多便攜式終端里應(yīng)用日益廣泛。這種類型中，將兩個(gè)線圈放置于鄰近位置上，當(dāng)電流在一個(gè)線圈中流動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的磁通量成為媒介，導(dǎo)致另一個(gè)線圈中也產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這種感應(yīng)耦合式傳輸功率的容量可達(dá)數(shù)百千瓦，小尺度障礙物也不會(huì)對(duì)其功率傳輸帶來(lái)大的影響，但是傳輸?shù)木嚯x卻很近，大概只有幾個(gè)厘米。

第二類是微波無(wú)線能量傳輸技術(shù)，是最接近實(shí)際應(yīng)用的一種技術(shù)，它直接應(yīng)用了電磁波能量可以通過(guò)天線發(fā)送和接收的原理。這和100年前的收音機(jī)原理基本相同：直接在整流電路中將電波的交流波形變換成直流后加以利用，但不使用放大電路等。一般微波方式目前傳輸距離最遠(yuǎn)，傳輸功率也最大，而且可以克服障礙物的影響，但是在能量傳輸過(guò)程中，發(fā)射器必須與接收器準(zhǔn)確，否則能量傳輸在方向上受限制。

第三類是磁耦合諧振方式， 也被稱之為WiTricit（wirelesselectricity）技術(shù)。作為一個(gè)新的無(wú)線電能傳輸技術(shù)，磁耦合諧振式基于近場(chǎng)強(qiáng)耦合的概念，基本原理是兩個(gè)具有相同諧振頻率的物體之間可以實(shí)現(xiàn)高效的能量交換，而非諧振物體之間能量交換卻很微弱。諧振技術(shù)在電子領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但是，在供電技術(shù)中應(yīng)用的不是電磁波或者電流，而只是利用電場(chǎng)或者磁場(chǎng)。2006 年11月，美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）物理系助理教授Marin Soljacic的研究小組全球首次宣布了將電場(chǎng)或者磁場(chǎng)應(yīng)用于供電技術(shù)的可能性。目前國(guó)內(nèi)外在電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸方面的研究都還處于理論研究和初步實(shí)驗(yàn)階段，還有很多問題亟待解決，比如傳輸功率、效率和距離的問題，電能計(jì)量問題，電磁兼容問題，生物安全問題等。

2、LED燈具技術(shù)

在優(yōu)化磁耦合無(wú)線傳能方式的供電部分后，對(duì)LED燈具的研制技術(shù)同樣具有意義。要想研制出一款性價(jià)比較高的LED燈具，LED的光源選擇是必須慎重考慮的。LED光源具有效率高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，近些年廣泛被人們所認(rèn)可。LED光源一般包括支架、芯片、固晶膠、灌封膠、熒光粉，芯片是借助固晶膠固定在底板上的。但現(xiàn)有的LED光源芯片底部的固晶膠厚17-23um，LED封裝后熱阻達(dá)到45～50℃/W，熱阻高，芯片衰減快，減少了LED的使用壽命。通過(guò)我公司自主開發(fā)的光譜合成分析軟件。在試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上得到了LED光源的較高指標(biāo)：光效大于150lm/W，色溫在5000K附近，顯色指數(shù)90的優(yōu)質(zhì)光源。

選擇合適的鋁基板及配套透鏡，很好的實(shí)現(xiàn)了照度均勻，炫光低的光學(xué)系統(tǒng)的研制也使得燈具與同行業(yè)LED燈具比較具有很大優(yōu)勢(shì)。特殊的散熱設(shè)計(jì)，極大低降低了LED工作時(shí)的節(jié)溫。延長(zhǎng)了燈具壽命。

3、系統(tǒng)的功能示意圖

基于磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸?shù)腖ED技術(shù)功能示意圖所描述，這樣的LED燈具包括：LED照明模塊，包括LED驅(qū)動(dòng)電路和LED光源，用于通過(guò)LED燈提供照明；無(wú)線能量發(fā)射模塊、無(wú)線能量接收模塊，與LED照明模塊，用于為L(zhǎng)ED照明模塊提供電能；無(wú)線傳能模塊，用于通過(guò)電磁耦合的方式與LED燈具實(shí)現(xiàn)能量傳輸。將兩部分分別密封，能夠有效避免外界的水分或腐蝕氣體侵蝕電器部件，避免造成漏電危險(xiǎn)和電能浪費(fèi)，更換LED 燈組時(shí)，只需將損壞的燈組去取下，將新的燈組移動(dòng)到供電模塊附近并固定，就能完成更換，方便快捷。

4、偵測(cè)技術(shù)

該照明技術(shù)的偵測(cè)技術(shù)有偵測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)。偵測(cè)模塊包括接近傳感器及與接近傳感器的輸出端連接的繼電器，繼電器設(shè)置在驅(qū)動(dòng)電路的電能輸入端。在實(shí)際使用時(shí)，如果LED用電模塊不在工作范圍內(nèi)，供電模塊會(huì)一直空載工作，造成大量的電能浪費(fèi)，為了進(jìn)一步解決這種電能浪費(fèi)問題，所述的偵測(cè)模塊包括接近傳感器及與接近傳感器的輸出端連接的繼電器，繼電器設(shè)置在驅(qū)動(dòng)電路的電能輸入端。借助接近傳感器來(lái)探測(cè)是否有用電模塊在附近，如果接近傳感器沒有探測(cè)到有用電模塊，則繼電器切斷驅(qū)動(dòng)電路的電能輸入，停止供電模塊的工作。進(jìn)一步的，為了適應(yīng)短時(shí)間更換用電模塊的情況，所述的繼電器為延時(shí)繼電器，在移除用電模塊后，在繼電器的延續(xù)時(shí)間內(nèi)，更換完畢，避免頻繁切斷電源，防止設(shè)備因啟停帶來(lái)的電流波動(dòng)損傷用電器件。

5、結(jié)語(yǔ)

本文介紹一種基于磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸?shù)腖ED技術(shù)，可以解決在其他一些特定的惡劣環(huán)境中，比如礦井中使用的燈具，為避免開關(guān)打火導(dǎo)致瓦斯爆炸，有很高的防爆、防水等要求，電線引入結(jié)構(gòu)也會(huì)使燈具產(chǎn)生較高的成本，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)成本更高。 另外，由于燈具是一體結(jié)構(gòu)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，需要現(xiàn)場(chǎng)斷電，整體更換或現(xiàn)場(chǎng)維修，而這又對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的素質(zhì)提出了比較高的要求。通過(guò)這種技術(shù)的研究和實(shí)踐，很好解決了上述問題。具有很好的推廣價(jià)值。

［1］聶叢偉 郭冬冬 半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)存在的問題及對(duì)策科技風(fēng)2016年8月下。

［2］張青 聶叢偉無(wú)線傳能技術(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 科技風(fēng)2016年9月下。