无线能量传输系统在便携式移动设备中的应用研究

摘要

近年来，无线能量传输技术因其广泛的应用场景和极高的实用价值，其发展可谓十分迅速。本文以实现无线能量传输在便携式移动设备中的应用为目的，从磁耦合谐振式无线能量传输的基础理论出发，对无线能量传输系统的收发线圈模块、射频功率源、整流稳压电路三个部分进行了分析与设计。 本文首先通过对耦合模理论的推导分析，得出了磁耦合谐振发生的条件为工作频率与收发线圈自谐振频率相等；通过对二端口网络理论的推导分析，得到了使负载接收功率最大化的输入、输出阻抗。分析对比了各种线圈结构的原理与优劣势，选择了更符合本设计需求的三线圈结构模型，并基于此结构进行了 HFSS仿真设计，得到了采用叠加阵列结构的发射线圈方案。在 5cm最佳耦合距离的整个水平面内，收发线圈的传输效率可达 81.74%。简述了外加金属对收发系统的干扰，并分析了铁氧体片对金属干扰的克服作用。 在射频功率源部分，分析介绍了功率放大器的技术指标与工作类别，选择了更符合本设计需求的 E 类功率放大器，并对其进行了理论分析与参数计算，设计了功放电路。功率放大器的输入信号由6.78MHz有源晶振提供，直流偏置由直流降压电路提供。 在整流稳压电路的设计中，通过对电路原理的介绍与分析，整流部分选择了桥式整流电路，稳压部分选择了Buck型开关稳压电路，输出功率可供手机等移动设备充电。 基于上述分析设计，本文还对各个模块的PCB版图进行了绘制与实物制作，并从金属干扰、耦合距离、水平位置等方面对系统进行了测试分析，证明了磁耦合谐振式无线能量传输系统应用于便携式移动设备的可行性。 论文的最后，对整体工作内容进行了总结，并对后续工作的开展提出了展望，指出了自适应功率分配、无线携能通信、植入式接收线圈的前景。

目录

第一个书签之前