基于磁耦合谐振式无线供电系统的研究与设计

摘要

磁耦合谐振式无线供电技术是一种新型的无线电能传输技术，具有传输效率高、安全性能好的特点，克服了许多传统电能传输方式的不足，适用于中等传输距离，可以为几种便捷式电子产品同时充电。该技术可以降低充电设备的成本、有利于环境保护，因而可以应用许多领域，为现代高科技发展时代和人们的生活带来极大的方便。因此磁耦合谐振式无线供电技术的研究具有重要的学术意义和实用价值。
　　本文详细分析了磁耦合谐振式无线供电系统的工作原理和系统结构，研究了作为磁耦合谐振式无线供电系统传输媒介的近区磁场。在此基础上，分析了磁耦合谐振式无线供电系统耦合模型。重点研究了无线供电系统的传输特性，影响系统传输特性的因素有:线圈参数、回路品质因数、耦合线圈的互感系数、系统的谐振频率等。在理论上对不同匝数线圈在不同谐振频率和距离下对系统传输特性的影响进行了分析，得到最优线圈匝数，最佳耦合距离和谐振频率。
　　对无线供电系统进行了整体设计，包括发射端电路、耦合线圈、接收端电路的设计。对发射端高频逆变器电路进行选型，计算阻尼吸收电路参数;对接收端整流电路、滤波电路、稳压电路进行了具体设计和参数计算;对耦合线圈进行了优化设计;给出了无线供电系统结构。
　　对无线供电系统进行了实验分析，以验证基于磁耦合谐振式无线供电系统的有效性。对系统测试结果表明了无线供电系统设计的合理性。驱动器输入输出波形、逆变器输出和发射线圈波形、空载电压波形、能量传输波形、整流电路输出波形、负载波形均满足设计要求。对耦合线圈在不同距离下进行了实际实验，验证了理论推导的正确性。频率优化实验表明所设计的无线供电系统当频率在一定范围内变化时，系统仍能稳定工作。电源电压变压实验表明，增加电源电压，能够有效地提高系统的效率和接收功率。综合实验表明，本文所设计的无线供电系统具有传输效率高、稳定等特点。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究意义及目的

1．3 无线电能传输方式及国内外发展现状

1．3．1 电磁感应式无线电能传输

1．3．2 微波／激光方式无线电能传输

1．3．3 磁耦合谐振式无线电能传输

1．4 课题主要研究内容及论文结构安排

第2章 磁耦合谐振式无线供电传输原理

2．1 磁耦合谐振式无线供电传输范围

2．2 磁耦合谐振式无线供电系统工作原理

2．3 磁耦合谐振式无线供电系统组成

2．4 本章小结

第3章 无线供电系统效率及传输特性分析

3．1 无线供电系统效率分析

3．2 耦合效率分析

3．2．1 耦合电路模型选择

3．2．2 耦合电路等效模型效率分析

3．3 耦合线圈参数分析及计算

3．3．1 耦合线圈参数理论值计算

3．3．2 耦合线圈参数确定

3．3 品质因数对传输特性的影响

3．4 线圈匝数对传输特性的影响

3．5 频率对传输特性的影响

3．6 本章小结

第4章 无线供电系统设计与实现

4．1 无线供电系统结构

4．2 高频逆变电路设计

4．2．1 高频逆变电路拓扑结构设计

4．2．2 开关管的选择

4．2．3 阻尼吸收电路

4．2．4 驱动电路

4．3 耦合线圈设计

4．3．1 耦合线圈约束条件

4．3．2 耦合线圈的选择和设计

4．4 谐振电容

4．5 接收回路设计

4．5．1 整流电路

4．5．2 滤波电路

4．5．3 整流滤波电路仿真

4．5．4 稳压电路

4．6 本章小结

第5章 无线供电系统测试结果与实验分析

5．1 无线供电系统测试实验

5．2 无线供电系统传输特性实验结果及分析

5．2．1 耦合线圈距离对传输特性影响

5．2．2 系统频率优化结果及分析

5．2．3 电源电压变化对传输特性影响

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表过论文及参与项目