同步整流在无线电能传输系统中的运用

摘要

无线电能传输（WPT）技术是指通过磁场耦合或者电场耦合的形式，向没有电气连接的接收端传送电能。感应耦合式电能（ICPT）传输技术，是当下最为成熟的WPT技术，具有广阔的运用前景与商业价值。整流电路是ICPT系统的重要组成部分，其效率影响整个系统的传输效率。同步整流技术，是以低导通损耗功率MOSFET替代功率二极管的整流技术。如何结合同步整流技术与ICPT传输技术，从而提高系统效率，是本文最主要的研究内容。
　　本文首先从ICPT系统的建模入手，研究了四种经典补偿网络下的输出特性，从模型分析中发现ICPT系统对负载变化极其敏感，而这将不利于同步整流模块的加入。针对这个问题，提出串串部分补偿拓扑和串串并补偿拓扑，这两种拓扑具有稳定的输出电压增益。本文选择串串部分补偿拓扑，设计了一套稳压的ICPT系统。接着，研究了功率二极管与功率MOSFET的整流损耗，得出同步整流在低电压大电流场合具有很强运用优势的结论。结合同步整流常见驱动方式的研究，本文指出传统驱动方式在ICPT系统中的局限性。针对这个问题，创新性地提出一套同步整流控制方案，有效结合同步整流技术与ICPT技术。最后对比测试二极管整流模块与同步整流模块，测试结果表明，结合同步整流的ICPT系统在相同的负载电阻下，最高可提高7.4％的传输效率，验证了本方案的正确性和有效性。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2无线电能传输方式概述

1.3无线电能传输技术的运用现状与前景

1.4论文创新点以及章节安排

第二章 感应耦合式无线电能传输系统的建模与分析

2.1松耦合变压器的建模与分析

2.2传统补偿网络的分析

2.3本章小结

第三章 感应耦合式无线电能传输系统的硬件设计

3.1系统设计的要求

3.2系统整体架构

3.3电能发射器的结构与电路设计

3.4电能接收器的接收和电路设计

3.5线圈与补偿结构的设计

3.6本章小结

第四章 同步整流的分析与设计

4.1整流技术概述

4.2整流管损耗分析

4.3同步整流的驱动方式

4.4本章小结

第五章 感应耦合式无线电能传输中的同步整流

5.1感应式无线电能传输的同步整流控制

5.2同步整流控制模块设计方案

5.3控制模块的原理分析

5.4控制模块的详细电路设计与选型

5.5同步整流控制模块的仿真分析

5.6本章小结

第六章 感应耦合式无线电能传输系统测试

6.1系统测试

6.2不同电阻负载下输出电压稳定性测试

6.3功率二极管整流与同步整流实际的效率对比

6.4结论

第七章 结束语

7.1总结

7.2展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

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