磁耦合谐振式无线电能传输的阻抗匹配研究

发布时间：2017-04-07 19:20

  本文关键词：磁耦合谐振式无线电能传输的阻抗匹配研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近些年来磁耦合谐振式无线电能传输技术(Magnetic Resonance Coupling Wirless Power Transfer, MCR-WPT)由于具有传输距离远、无方向性、不受非磁性障碍物影响等优势受到国内外越来越多的关注和研究。目前针对MCR-WPT系统的工作原理、结构设计、线圈优化、传输特性等方面的研究已经取得了许多积极的成果,在系统传输距离或负载变化时其传输效率会随之改变,若MCR-WPT系统能维持阻抗匹配状态则系统传输特性将大大改善。因此本文旨在设计一种适用于MCR-WPT系统控制简便、损耗较低的阻抗匹配方法以优化系统的传输性能,主要内容如下：针对MCR-WPT系统进行建模和理论分析,分别对目前应用范围较为广泛的两线圈和四线圈传输结构的传输特性进行详细的分析,对比两种传输结构中的四种拓扑方式,得出SS和SSSS串联型拓扑结构的补偿电容表达较为简单,且不受线圈间互感的影响。通过对两种传输结构的输出功率和传输效率对比,得出在研究阻抗匹配技术时两线圈传输结构具有更大的优势。对传输系统的线圈参数进行了较为详细的分析,并设计了适应MCR-WPT系统的开环高频电源,搭建了实验平台研究了驱动脉宽信号的占空比对MCR-WPT系统传输特性的影响。对MCR-WPT阻抗匹配系统作电路建模,分别对分离式和非分离式两种阻抗匹配方式作详细的分析,针对两线圈传输结构选择非分离式阻抗匹配,并提出一种基于电容阵列的阻抗匹配方法,通过查表搜索方式实现系统的自动匹配,并搭建simulink仿真模型通过二进制转换的方式实现电容阵列的相应投切。仿真验证了当传输距离改变时电容阵列可以做出相应的投切实现阻抗匹配,但此策略需设置查找表过程复杂,工作量大,且电容阵列体积庞大,附加损耗也较大。为了实现阻抗匹配的简便控制设计了基于DC-DC变换器的阻抗匹配方法,选择等效输入电阻易控制、具有两个控制自由度的升降压变换器,将其嵌入负载与接收线圈之间实现阻抗匹配。针对固定负载模式和变动负载模式分别提出不同的控制策略,并搭建了simulink仿真模型验证该阻抗匹配方法的有效性。该方法控制简便易行,可以优化系统传输效率。
【关键词】：磁耦合谐振式无线电能传输 高频电源 阻抗匹配 电容阵列 DC-DC变换器
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 磁耦合谐振式无线电能传输研究现状12-18
• 1.3 阻抗匹配技术研究现状18-19
• 1.4 本文主要研究内容19-21
• 第2章 MCR-WPT系统的建模与设计21-36
• 2.1 MCR-WPT系统的特性分析21-25
• 2.1.1 两线圈传输结构的建模分析21-23
• 2.1.2 四线圈传输结构的建模分析23-25
• 2.2 线圈参数计算25-27
• 2.3 开环高频电源设计27-34
• 2.3.1 逆变电路的选择27-29
• 2.3.2 控制电路29-30
• 2.3.3 驱动电路30-32
• 2.3.4 实验验证32-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第3章 阻抗匹配网络的理论分析36-45
• 3.1 引言36
• 3.2 MCR-WPT系统的阻抗匹配建模分析36-38
• 3.3 分离式阻抗匹配分析38-40
• 3.4 非分离式阻抗匹配分析40-44
• 3.4.1 LC阻抗匹配网络40-43
• 3.4.2 开关型DC-DC阻抗匹配网络43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 基于电容阵列的阻抗匹配设计45-56
• 4.1 主电路控制原理分析45-47
• 4.2 搜索查找表47-48
• 4.3 阻抗匹配仿真模型搭建及其仿真分析48-54
• 4.3.1 检测模块仿真分析49-51
• 4.3.2 电容投切仿真分析51-52
• 4.3.3 仿真结果52-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第5章 基于DC-DC变换器的阻抗匹配设计56-68
• 5.1 DC-DC变换器的选择56-59
• 5.1.1 基于DC-DC变换器的系统原理框图56-57
• 5.1.2 DC-DC变换器的分析与选择57-59
• 5.2 阻抗匹配电路的参数设计59
• 5.3 基于BOOST-BUCK变换器的仿真分析59-66
• 5.3.1 固定负载模式59-61
• 5.3.2 变动负载模式61-62
• 5.3.3 仿真结果62-66
• 5.4 本章小结66-68
• 总结与展望68-70
• 参考文献70-75
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文75-76
• 附录B 攻读学位期间所参加的科研项目76-77
• 致谢77

  本文关键词：磁耦合谐振式无线电能传输的阻抗匹配研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：291154