无线充电系统的研究与设计

发布时间：2017-10-18 23:26

  本文关键词：无线充电系统的研究与设计

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【摘要】：随着全球电动汽车保有量的增加,其充电方式越来越受人们的关注,现行的充电方式主要有充电桩和换电站。建设充电桩或换电站不仅需要消耗巨大的人力、物力成本,而且裸露的导体还易产生电火花不仅存在安全隐患,还占据大量空间。与有线充电相比,无线充电方式灵活,不受空间与位置限制,能够安全、快捷地对电动汽车进行充电,它弥补了传统充电方式在适应性与自主充电方面的不足。因此,无线充电技术具有广阔的发展空间和应用前景。无线充电借助电磁波或电磁场进行能量传输,本文在分析无线充电国内外发展现状并结合电动汽车充电特点的基础上,通过研究磁耦合谐振式无线充电技术原理和传输机制,构建系统总体方案并搭建系统电路模型,进行仿真分析和实物验证,验证无线充电的传输性能与内在机制。本文主要完成以下工作:首先,结合无线充电系统国内外发展现状,进行总体研究,主要包括:无线充电系统理论研究及应用、能量传输方案的分析与研究、当前研究所存在的主要问题和发展趋势,并结合课题提出自己的系统研究方案。其次,分析系统组成及各部分特点,提出总体方案并优化各部分设计。本文将无线充电系统分为三部分:初级侧、谐振耦合和次级侧。初级侧的主要作用是产生高频交流电,通过研究全桥、半桥和功率放大电路等逆变电路,选取E类放大式逆变结构;另外,无线充电系统易受外界干扰,发生频率漂移现象,本文采用锁相环频率跟踪技术;结合无线能量传输特性,谐振部分采用谐振耦合式能量传输方案和串-串耦合补偿结构;针对电动汽车充电功率及电压的要求,采用全桥逆变和Boost升压电路作为次级侧的主电路。通过Multisim和MATLAB/simulink等软件平台,搭建无线充电系统仿真实验模型完成对初级侧、谐振耦合和次级侧的实验,研究影响系统传输距离、效率、功率的因素,优化各部分设计参数提高传输效能。最后,搭建无线充电系统实物平台,完成基于以STM32F103C8T6的无线充电控制系统设计;通过测量多组实验数据验证无线充电系统的电压、频率和距离等性能。
【关键词】：无线充电系统 谐振耦合 E类放大器 高频逆变 Boost电路
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM910.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 国外研究现状12-15
• 1.2.2 国内研究现状15-17
• 1.3 课题主要研究内容17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第二章 无线充电系统方案研究19-23
• 2.1 无线供电技术分析19-20
• 2.2 无线充电系统工作原理20-21
• 2.3 无线充电系统组成及关键技术分析21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 谐振耦合电路的基本特性研究与设计23-35
• 3.1 谐振补偿电路及感应线圈的分析与选取23-24
• 3.2 谐振耦合电路特性研究24-32
• 3.2.1 反应阻抗特性的影响26-27
• 3.2.2 效率特性的影响27-28
• 3.2.3 品质因数特性的影响28-30
• 3.2.4 系统的互感特性30-31
• 3.2.5 频率和距离对次级侧电压的影响31-32
• 3.3 谐振器的设计32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 初级侧电路拓扑结构的研究与设计35-43
• 4.1 高频逆变电路分析与选取35-36
• 4.2 E类功率放大电路36-40
• 4.2.1 E类放大器工作原理36-38
• 4.2.2 E类放大器的参数设计38-39
• 4.2.3 E类放大器电路仿真39-40
• 4.3 频率跟踪式谐振耦合电路的研究与分析40-42
• 4.3.1 锁相环频率跟踪式电路的工作原理40-41
• 4.3.2 锁相环仿真分析41-42
• 4.4 本章小结42-43
• 第五章 次级侧电路拓扑结构的研究与设计43-49
• 5.1 次级侧电路拓扑结构的研究43-44
• 5.1.1 整流电路的研究与设计43
• 5.1.2 直流变换电路研究与设计43-44
• 5.2 次级侧电路的等效变换及参数设计44-47
• 5.2.1 次级侧电路等效变换44-46
• 5.2.2 三段式充电分析46-47
• 5.3 仿真验证47-48
• 5.4 本章小结48-49
• 第六章 无线充电系统控制电路设计49-59
• 6.1 控制系统硬件电路设计49-56
• 6.1.1 STM32 最小系统49-50
• 6.1.2 复位电路设计50
• 6.1.3 电源设计50-51
• 6.1.4 启动模式选择电路51-52
• 6.1.5 JTAG接口电路的设计52
• 6.1.6 CAN通信接口电路52-53
• 6.1.7 实时时钟电路53
• 6.1.8 电压检测电路的设计53-54
• 6.1.9 输出电流的检测54
• 6.1.10 锁相环频率跟踪电路54-55
• 6.1.11 信号发生电路的设计55-56
• 6.2 控制系统软件设计56-58
• 6.2.1 主程序设计56-57
• 6.2.2 充电程序设计57-58
• 6.3 本章小结58-59
• 第七章 总结与展望59-60
• 7.1 全文总结59
• 7.2 后期展望59-60
• 参考文献60-63
• 发表论文和科研情况说明63-64
• 致谢64-65

【参考文献】

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本文编号：1057747