一种磁耦合谐振式无线充电系统的设计

摘要

无线供电技术(WPT-Wireless Power Technology)是最近几年发展起来的一种供电技术，它和传统供电方式有很大的区别，这种供电技术可以透过所有非金属物质来传递电力。在当前主要的无线能量传输方式中，磁耦合谐振式无线供电技术这种新型的供电方式不但可以使无线供电的距离提升到米级范畴，突破了无线能量传输距离这个瓶颈，同时还会分离开用电设备与供电设备之间的物理连接，这样在提高用电设备的美观，实用性的同时，还可以改善用电设备的安全性。与此同时规范化的无线充电器，可以为各种便携式电子产品（如手机、数码相机、PDA-Personal Digital Assistant等）同时充电，这样既能节约资源、降低产品的成本，又有利于环保。本论文主要对磁耦合谐振式无线充电电路进行了相关研究。
　　论文首先对磁耦合谐振式无线充电系统的传输机理进行了分析研究，并设计了本次论文所需要的磁耦合谐振式无线充电系统发射电路和接收电路，同时介绍了电路中所设计的各部分模块的工作原理及功能，然后依据所设计的系统电路制作了磁耦合谐振式无线充电系统，最后通过对比试验对磁耦合谐振式无线充电系统的距离传输特性和功率传输特性做了详细研究。实验中，通过对电路中的固有参数进行改变，观察到磁耦合谐振式无线充电电路的距离传输特性及功率传输特性会随着理论变化规律而进行相应的变化。本论文着重就磁耦合谐振式无线能量传输系统的距离传输特性做了深入的研究，通过改变谐振线圈的电容、电感、线宽等自身参数以及驱动源信号频率、驱动电源电压等外界参数，来研究磁耦合谐振式无线充电系统的距离传输特性随这些参数的变化规律，测试结果与理论基本相符，实现了本论文的研究目的。

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第一章 绪 论

1. 1 课题研究背景

1. 2应用领域

1. 3无线充电技术的研究现状

1. 4选题依据与意义

第二章 无线能量传输基本原理

2. 1 无线能量传输方式简介

2. 1. 1微波式能量传输

2. 1. 2电感耦合式能量传输

2. 1. 3磁耦合谐振式无线能量传输

2. 2 本章小结

第三章 磁耦合谐振式无线充电系统设计

3. 1磁耦合谐振式无线充电系统总体拓扑

3. 2磁耦合谐振式无线充电系统发射电路设计

3. 2. 1发射端主控模块

3. 2. 2 DC-AC电路的设计

3. 2. 3反馈信号放大电路

3.2.4发射端电路PCB

3. 3磁耦合谐振式无线充电系统接收电路设计

3. 3. 1接收端主控模块

3. 3. 2整流滤波及反馈信号电路

3. 3. 3接收端电压产生电路

3. 3. 4欠压自动关断电路

3.3.5接收端电路PCB

3. 4 本章小结

第四章 磁耦合谐振式无线充电系统传输特性的研究

4. 1 磁耦合谐振式无线充电系统距离传输特性

4. 1. 1谐振频率与线圈固有频率之间的关系

4. 1. 2传输距离固定时，接收端电压与信号驱动频率的关系

4. 1. 3线圈固有频率对传输距离的影响

4. 1. 4导线线径对传输距离的影响

4. 1. 5线圈直径对传输距离的影响

4. 1. 7电容参数对传输距离的影响

4. 2磁耦合谐振式无线充电系统功率及效率特性

4. 2. 1 驱动源电压对传输功率的影响

4. 2. 2导线线径对传输功率的影响

4. 2. 3线圈直径对传输功率的影响

4. 2. 4 接收效率

4.3 本章小结

第五章 结 论

致谢

参考文献

附录1

附录2

攻读硕士期间取得的成果