0 引言

由于存在摩擦、破损等不利因素，电缆供电的安全性和可靠性自电能诞生以来一直是电能传输系统需要关注和解决的问题。早在1899年，美国发明家尼古拉·特斯拉即初步进行了无线电能传输的实验研究[1]。

住院医师培养作为毕业后继续教育的一部分，与院校教育存在的区别是不再有大量的课堂教学，而是以临床实践为主，进行临床技能的培养[7-8]。

无线电能传输技术大致可分为三类。其中之一是基于变压器原理的感应耦合技术[2]；另一类是基于电磁波原理的远场辐射技术；第三类为近场电磁共振耦合技术，又称为Witricity技术，由麻省理工学院(MIT)Kurs教授课题组于2006年首次提出[3]。

Witricity技术具有无电磁污染、传输效率高、距离远等优点。其基本原理是：两个具有相同谐振频率的系统耦合度最强。因此，可通过两个具有相同谐振频率的电路或者线圈实现电能的无线传输。继MIT之后，国内外学术界对非辐射共振耦合无线电能传输技术的研究犹如雨后春笋，呈现出空前繁荣的景象[4-7] 。

有鉴于此，在我校本科生创新实验实践中，我们开展了基于非辐射共振耦合的微型无线充电系统研究与实验系统开发和实验教学实践，以此培养学生综合运用电路、模拟与数字电路、电磁场以及电力电子等知识解决实际问题的能力，进而促进学生综合创新能力的提升。

接收线圈感应的电信号为高频交流信号，不能直接对充电设备进行充电。首先经整流电路进行整流滤波后，将交流电信号转换为直流电压。由于可充电电池的充电需要特定的标准电压，同时对充电电流的大小也有限制，充电控制部分主要实现对充电设备进行安全、合理的充电，防止对电池造成损害。

1 微型无线充电实验系统设计

1.1 实验系统概述

本文开发的实验系统基于非辐射共振耦合原理实现无线充电。通过设计更紧凑的线圈以及智能化的充电管理系统，将电能以无线方式传输给接收设备。整个系统原理框图如图1所示。

图1 微型无线充电实验系统框图

1.2 谐振线圈设计

功率放大器作为无线电能传输发射线圈的前端能量提供装置，其效率直接影响整个传能系统的技术、经济性能。传统的功率放大器主要工作在工频或通信吉赫高频段，而工作于无线电能传输频段的功率放大器则较少。虽然近年有关功率放大器以及电源电路的研究较多[10，11]，但目前对于无线电能传输系统来说，由于多采用线性功率放大器，功率管工作于连续导通状态，晶体管损耗较大，效率较低。为此，本文采用 E 类功率放大器作为无线电能传输的前端功放。由于采用了特殊设计的负载网络，其效率在理想情况下能够达到100%[12]。此外，由于 E 类功放结构相对简单、元器件少，整个无线电能传输系统的体积和成本可相应降低。图4为E类功率放大器的基本结构示意图。

抑癌基因[20]（PTEN）属于当前所发现的，唯一包含脂质以及蛋白磷酸酶，具有双向特异性的一种活性磷酸酶，将其应用在细胞正常发育的时候，就可以对血管生成中的PI3K/AKt通路，以及血管中相关的皮生长因子进行调控，以此对新生血管所具有的作用进行阻止，也就是说，肿瘤出现发病，与AM疾病基因的变化具有直接关系，并能促使AM疾病的发展。

根据本科高年级生的知识结构和基础，在微型充电实验系统的开发过程中，本文充电控制电路主要由TP4057构成。TP4057 为一款完整的单节锂离子电池充电器，具有电池正负极反接保护和恒定电流/恒定电压线性控制的功能。由于采用了内部PMOSFET架构，加上防倒充电路，所以不需要外部检测电阻器和隔离二极管。加之热反馈可对充电电流进行自动调节，能在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充满电压后固定为4.2 V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当电池达到4.2 V后，充电电流降至设定值的1/10，TP4057 将自动终止充电。

1.3 高频功率放大器设计

为实现无线充电系统小型化、便携、高效的技术要求，首先设计谐振(发射、接收)线圈。与现有线圈结构不同，本文线圈采用双面螺旋式设计，即在介质板两面分别贴螺旋铜片线圈，两面的线圈导通[8]。从同一面看，两层螺旋线圈具有相同的绕向，而且是正对的(图2)。双面的螺旋铜片构成分布电感，导通的设计延长了线圈的长度，增加了电感值。双面的线圈通过中间介质形成分布电容。借助这样的设计，不仅实现了线圈的微型化，同时还去除了构成单面线圈分布电容的导电片，简化了线圈的结构。研究表明，这种合适的设计，满足了谐振式无线传能系统的各项技术指标且经济成本较低。

(a)正面

(b)反面 图2 谐振线圈模型

图3 典型线圈HFSS仿真曲线图

图4 E类功率放大器结构图

1.4 振荡电路设计

根据手机无线充电微型化的具体要求以及市场主流智能手机的大小，首先确定充电实验系统的谐振线圈的尺寸参数如下：铜条宽度：2 mm，铜条间距：1 mm， 匝数：14匝，线圈大小：83 mm×83 mm×1 mm。在此基础上，根据前述的理论和模型，本文开发了完整的微型无接触手机充电实验系统。图5为充电实验效果图，其最远充电距离为7 cm左右。图6为本文开发的微型无接触手机充电装置图。

1.5 充电控制系统设计

传统的商标侵权只涉及混淆行为，但随着商标反淡化理论与实践的发展，商标戏仿即便不具有混淆可能性，也有可能对驰名商标产生淡化。所谓驰名商标的淡化，可分为模糊性淡化和贬损性声誉形成影响，即弱化和丑化。淡化导致同一商标能指向多个所指，模糊了商标所传递的出处信息。㉙ 彭学龙著：《商标法的符号学分析》，法律出版社2007年版，第317页。商标戏仿行为是否可能构成淡化，这一问题值得探讨。

为确定功率放大器的工作频率，需要分析、计算谐振线圈的谐振频率。根据高年级本科生的现有知识基础，本文在微型充电实验系统实施过程中，采用HFSS软件计算、确定线圈的谐振频率[9]。这对于提前预测线圈的频率，准确掌握线圈频率与结构参数的关系进而对谐振线圈进行优化设计具有重要作用。典型线圈的有限元仿真结果如图3所示。根据仿真计算结果可知，在频率为3 MHz时，该谐振线圈发生了谐振。

④中纪委主张“监察机关调查职务违法和职务犯罪适用国家监察法，案件移送检察机关后(才)适用刑事诉讼法”。

2 微型无线充电实验系统开发

振荡电路提供系统所需要的特定频率的正弦波信号。在本文微型无线充电模型实验系统开发中，为便于本科高年级生掌握，该电路核心器件采用MAX038芯片。MAX038是一种只需极少外围电路就能实现高频、高精度输出三角波、锯齿波、正弦波、方波和脉冲波的精密高频函数发生器芯片。它的频率输出范围为0.1 Hz到20 MHz或更高。输出波形的频率和占空比可以通过调节电流、电压或电阻来独立控制。

图5 系统充电实物图

图6 微型无接触手机充电装置

3 结语

本文介绍了我们的微型无线充电实验教学系统的开发和教学实践，培养了本科高年级学生综合应用电路、电磁场、模拟与数字电子、电力电子等专业的理论和知识解决典型工程问题的能力，同时激发了学生对新知识的渴望。

本文的目的是抛砖引玉，希望通过我们的努力吸引高校教师将优秀科研成果同步应用于本科实验教学改革中，提高大学本科生的综合与创新能力。

参考文献:

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[2] 王振亚，王学梅，张 波，丘东元.电动汽车无线充电技术的研究进展[J].天津:电源学报，2014, (3):27-32.

[3] Aristeidis Karalis, J. D. Joannopoulos, and Marin Soljacic. Wireless Non-Radiative Energy Transfer [C]. The AIP Industrial Physics Forum, 2006.11.

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[5] Cannon B.L., Hoburg J.F., Stancil D.D., Goldstein S.C., Magnetic resonant coupling as a potential means for wireless power transfer to multiple small receivers [J]. New York: IEEE Transactions on Power Electronics, 2009, 24:1819-1825.

[6] Chunlai Yu, Rengui Lu, Yinhua Mao, Litao Ren, Chunbo Zhu. Research on the model of magnetic-resonance based wireless energy transfer system [C]. IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC ′09), 2009, 414-418.

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[8] 李玉玲，杨西同，杨仕友，储江龙.基于谐振式的手机充电系统.中国发明专利，2195645，2016.

[9] 谢拥军，刘莹，李磊，丁海强，雷振亚. HFSS工程原理与应用[M].北京：科学出版社2009.

[10] 龚贤夫, 周浩, 戴攀, 等.一种输电线路大功率取能电源的设计[J]. 许昌：电力系统保护与控制, 2012, 40(3):124-128.

[11] 程红丽, 王立, 刘健, 等.电容储能的自动化终端备用开关电源设计[J]. 许昌：电力系统保护与控制, 2009,37(22): 116-120.

[12] 储江龙，李玉玲，杨仕友.非辐射共振耦合式无线电能传输系统前端功率放大系统设计[J].北京：电工技术学报，2013年，28(增刊2):55-50.