多负载无线恒流充电系统设计与研究

发布时间：2020-04-13 17:00

【摘要】：无线充电技术在便携式电子设备中的应用已经越来越广泛,其安全性和便利性是线缆供电方式所无法比拟的,但随着电子设备数量的增多,用户对多个设备同时进行充电的场景越来越频繁,此时无论是现有的无线充电方式还是传统的线缆充电方式都无法摆脱充电器材过多给用户带来的使用不便以及安全上的隐患,构建一种能够同时为多个电子设备供电的无线充电平台越来越受关注。同时电子设备使用频率的提升使应用中对快速充电的需求也在急剧升高,恒流充电技术作为实现快速充电的一种方式也已经得到了越来越多的应用,而实现为多个电子设备同时进行快速充电对于未来人们生活方式的变革有着重要的意义。本文设计了一种多负载无线恒流充电系统,首先对无线能量的传输方式以及一对多无线充电系统基本架构进行了研究分析,确定了传输网络的基本拓扑结构。然后介绍了发送端的各模块功能,设计了适用于多负载无线充电系统的线圈结构,并对逆变器在系统中的工作状态及作用进行了研究分析,通过对发送线圈中的电流进行检测,调节逆变器的输出功率使发送线圈上方始终有一定强度的磁场分布,满足接收端的供电需求。最后对接收端中的恒流充电控制模块进行了介绍分析,通过采样充电电流并调节DC-DC变换器的输出电压对储能电池的充电电流进行控制,此外,还对电池在恒流充电状态下的的等效模型进行了研究,从而得到了系统整体的传输特性。本文所设计的多负载无线恒流充电系统系统将发送端和接收端相互隔离,由不同的控制模块独立控制,因此可根据自身工作状态对电路参数进行自主调节,在多负载应用场景下避免了多个接收端与发送端的实时通信要求,降低了系统的复杂度并提高了响应速度,使恒流充电更加稳定。经实验验证,在为四个1.2V镍氢电池进行充电时,在20cm*20cm的发送端线圈覆盖范围内,位于不同位置的接收端均能实现对电池进行100mA的恒流充电,且各接收端整流输出电压波动幅度在0.2V以内,系统的传输效率达到了70%。
【图文】：

产品,智能手机,充电模式,无尾

多负载无线恒流充电系统设计与研究国内企业中，海尔公司在无线能量传输领域做了深入的研究，2010 年与学院合作的全球第一款无尾电视在 CES展会上展出，摆脱了传统家电的方式，2017 年海尔将无线充电与共享单车相结合，为智能手机等便携式供电，极大地方便了人们的生活；南孚公司针对苹果手机也推出了专用器，可支持多种充电模式，实现不同功率电能的传输[46]。

磁共振,传输原理,微波,远场

研究较多的无线能量传输方式主要有三种：微波无线能量感应耦合无线能量传输以及电磁感应耦合无线能量传输（ICPT），电磁场或电磁波进行能量的传输，，但实现方式又相互区别。根据工间的关系，可以将无线能量传输的工作范围划分为远场和近场[49]，电磁理论，远场以辐射为主，近场以感应为主。远场又称为辐射域大于一个波长的距离，远场无线能量传输的典型代表就是微波无线[50]；近场又称为非辐射域，一般认为是小于一个波长的距离，近场有磁共振感应耦合和电磁感应耦合两种耦合方式，由于工作距离较输效率相对远场无线能量传输的要更高，方向性也更好。微波无线能量传输技术波是指频率在 300MHz～300GHz 的电磁波，即波长在 1mm～1m 之微波无线能量传输技术的工作原理如图 2.1 所示，先将电能转换为作为能量的载体通过天线辐射到自由空间中，接收装置在接收到微微波中的能量重新转换为电能供负载使用。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM724

【参考文献】