磁耦合谐振式无线电能传输系统设计与开发
发布时间：2022-01-23 00:47
磁耦合谐振式无线电能传输是当前主流无线电能传输技术。本文对磁耦合谐振式无线电能传输的理论分析、功率放大器设计、谐振线圈设计以及相应的无线输电模型开发等问题进行了系统分析和深入研究。首先,分析了磁耦合谐振无线输电的三种模型:耦合模型,端口网络模型和互感模型。其中详细地介绍了端口网络模型和互感模型,为后续的高频功率放大器设计与开发提供了相应的理论指导,为收发线圈优化设计提供了方向。其次,设计、开发了两款适用于不同工作频率的E类功率放大器。主要内容包括电路的拓扑优化,信号源与驱动电路设计,开关管的选择和电路匹配等问题。再次,设计、开发了两种不同的谐振线圈,优化设计线圈的结构和参数。主要内容:在相同面积下,以收发线圈的耦合系数为目标来优化圆形平面线圈的参数和设计一款固有频率在6.78MHz附近的平面线圈。最后,开发了两种不同频率的无线输电样机,在20～80mm距离内实现了对锂电池（手机）的无线充电,验证了理论分析成果。
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１无线电能传输系统分类示意图??１??
现了电动汽车无线输电的工程化。??在移动设备方面无线输电方面，华为、小米、诺基亚、苹果、三星等品牌手机都先后??推出了具备无线充电的机型，例如：华为ＭａｔｅＲＳ保时捷版、小米的ＭＩＸ２Ｓ，如图１．２所示??［２０］?〇??（ａ）?（ｂ）??图１．２?（ａ）华为ＭａｔｅＲＳ手机和（ｂ）小米ＭＩＸ２Ｓ手机??在医疗方应用方面，特别是在植入体内的电子设备无线供电方面，无线输电是这类设??备实现长期工作的最佳解决方案［２１］。因此，人们研究了植入体内的小功率磁耦合无线电能??传输系统，包括系统模型，对人体的电磁辐射问题（ＳＡＲ值）等问题ｆ２２］。??高频逆变功率放大器是无线能量传输的保证。因此，人们采用１３．５６?ＭＨｚ频率实现了??磁谐振式无线电能传输，对系统的电源、耦合系统、整流系统和充电管理电路进行了详细??的分析，获得了最佳负载和输出效率的闭环控制［２３］。也有学者专门设计了高频Ｄ类功率放??大器，输出功率高达１．５?ｋＷ，最高效率９０％ｆＷ。还有学者专门研究了Ｅ类放大器设计，开??发了输出功率大于７０?Ｗ
无线输电设备结构发展主要包括两个方向。１）由ＭＣＵ＋分立元器采用这样的无线输电系统成本昂贵，芯片匹配度低，难以适合实际产Ｃ无线输电方案。高度集成的１Ｃ芯片集成了无线输电所需要的各种芯片利用率高。所以越来越多的产品采用了ＳｏＣ无线输电方案。众多集成度的单片无线输电１Ｃ，例如：ＴＩ的ＴＩＤＡ系列、ＳＴ的ＳＴＥＶＡＬ系等，该１Ｃ内部包含了信号发生模块、ＭＯＳＦＥＴ驱动模块、电流电压检测至嵌入了专门针对蓝牙、ｗｉｎ等通信端口等ｔ３Ｑ］［３ｒｉ。这样的１Ｃ芯片只器件，就具有无线输电系统的必备功能。ＳｏＣ无线输电方案具有集低等有点，越来越受到市场的欢迎。下图为ＮＸＰ推出的１５Ｗ单线圈固器模块，传输效率大于７０％，支持异物检测，片上集成数字解调并支ＣＡＮ等通信。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]小功率无线电能传输系统谐振线圈设计优化[J]. 冯帆,王国东,舒明辉. 电子测量技术. 2017(01)
[2]基于磁共振无线电能传输系统中三种结构线圈空间磁场分布研究[J]. 张志文,范威,伍莎莎,王雄,刘军,孙树波. 计算机应用与软件. 2016(12)
[3]高频效应对无线电能传输系统的影响研究[J]. 强浩,陈琛,刘柏良,施泽群,马旭,司政. 常州大学学报(自然科学版). 2016(06)
[4]基于蓝牙控制的谐振式无线输电装置的研制[J]. 谢民灿,肖文勋,张波,李甜. 电力电子技术. 2016(11)
[5]基于E类功放的谐振式无线电能传输控制设计[J]. 李艳红,张超,刘国强,高风,毛燕鹏. 电工电能新技术. 2015(07)
[6]无线电能传输技术的研究现状与应用[J]. 范兴明,莫小勇,张鑫. 中国电机工程学报. 2015(10)
[7]无线电能传输技术的关键基础与技术瓶颈问题[J]. 杨庆新,章鹏程,祝丽花,薛明,张献,李阳. 电工技术学报. 2015(05)
[8]新型电磁耦合谐振式无线电能传输系统建模与实验验证(英文)[J]. 张献,杨庆新,张欣,李阳,金亮,章鹏程. 电工技术学报. 2014(02)
[9]无接触传能谐振线圈参数及频率的分析计算[J]. 杨西同,王宁,李玉玲,杨仕友. 电力电子技术. 2014(02)
[10]磁耦合谐振无线电能传输的研究现状及应用[J]. 范兴明,莫小勇,张鑫. 电工技术学报. 2013(12)
博士论文
[1]体内植入器件的Witricity系统设计与实验研究[D]. 赵军.河北工业大学 2013
硕士论文
[1]电动汽车无线充电系统设计[D]. 翟鹏伟.北方工业大学 2015
[2]高效率磁共振式无线电能传输[D]. 宋波.电子科技大学 2015
[3]无线电能传输系统电磁机构耦合程度影响因素的研究[D]. 侯向敏.华北电力大学 2015
[4]电动汽车无线充电系统的研制及性能优化[D]. 任晓峰.哈尔滨工业大学 2014
[5]磁耦合谐振式无线电能传输系统高效E类功放设计和实现[D]. 储江龙.浙江大学 2014
[6]非辐射共振耦合无接触电能传输系统数值分析与实验研究[D]. 周海娟.浙江大学 2013
[7]基于ADS的射频功率放大器设计与仿真[D]. 闫博.国防科学技术大学 2010
[8]非接触供电技术及其水下应用研究[D]. 张凯.国防科学技术大学 2008
本文编号：3603247
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１无线电能传输系统分类示意图??１??
现了电动汽车无线输电的工程化。??在移动设备方面无线输电方面，华为、小米、诺基亚、苹果、三星等品牌手机都先后??推出了具备无线充电的机型，例如：华为ＭａｔｅＲＳ保时捷版、小米的ＭＩＸ２Ｓ，如图１．２所示??［２０］?〇??（ａ）?（ｂ）??图１．２?（ａ）华为ＭａｔｅＲＳ手机和（ｂ）小米ＭＩＸ２Ｓ手机??在医疗方应用方面，特别是在植入体内的电子设备无线供电方面，无线输电是这类设??备实现长期工作的最佳解决方案［２１］。因此，人们研究了植入体内的小功率磁耦合无线电能??传输系统，包括系统模型，对人体的电磁辐射问题（ＳＡＲ值）等问题ｆ２２］。??高频逆变功率放大器是无线能量传输的保证。因此，人们采用１３．５６?ＭＨｚ频率实现了??磁谐振式无线电能传输，对系统的电源、耦合系统、整流系统和充电管理电路进行了详细??的分析，获得了最佳负载和输出效率的闭环控制［２３］。也有学者专门设计了高频Ｄ类功率放??大器，输出功率高达１．５?ｋＷ，最高效率９０％ｆＷ。还有学者专门研究了Ｅ类放大器设计，开??发了输出功率大于７０?Ｗ
无线输电设备结构发展主要包括两个方向。１）由ＭＣＵ＋分立元器采用这样的无线输电系统成本昂贵，芯片匹配度低，难以适合实际产Ｃ无线输电方案。高度集成的１Ｃ芯片集成了无线输电所需要的各种芯片利用率高。所以越来越多的产品采用了ＳｏＣ无线输电方案。众多集成度的单片无线输电１Ｃ，例如：ＴＩ的ＴＩＤＡ系列、ＳＴ的ＳＴＥＶＡＬ系等，该１Ｃ内部包含了信号发生模块、ＭＯＳＦＥＴ驱动模块、电流电压检测至嵌入了专门针对蓝牙、ｗｉｎ等通信端口等ｔ３Ｑ］［３ｒｉ。这样的１Ｃ芯片只器件，就具有无线输电系统的必备功能。ＳｏＣ无线输电方案具有集低等有点，越来越受到市场的欢迎。下图为ＮＸＰ推出的１５Ｗ单线圈固器模块，传输效率大于７０％，支持异物检测，片上集成数字解调并支ＣＡＮ等通信。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]小功率无线电能传输系统谐振线圈设计优化[J]. 冯帆,王国东,舒明辉. 电子测量技术. 2017(01)
[2]基于磁共振无线电能传输系统中三种结构线圈空间磁场分布研究[J]. 张志文,范威,伍莎莎,王雄,刘军,孙树波. 计算机应用与软件. 2016(12)
[3]高频效应对无线电能传输系统的影响研究[J]. 强浩,陈琛,刘柏良,施泽群,马旭,司政. 常州大学学报(自然科学版). 2016(06)
[4]基于蓝牙控制的谐振式无线输电装置的研制[J]. 谢民灿,肖文勋,张波,李甜. 电力电子技术. 2016(11)
[5]基于E类功放的谐振式无线电能传输控制设计[J]. 李艳红,张超,刘国强,高风,毛燕鹏. 电工电能新技术. 2015(07)
[6]无线电能传输技术的研究现状与应用[J]. 范兴明,莫小勇,张鑫. 中国电机工程学报. 2015(10)
[7]无线电能传输技术的关键基础与技术瓶颈问题[J]. 杨庆新,章鹏程,祝丽花,薛明,张献,李阳. 电工技术学报. 2015(05)
[8]新型电磁耦合谐振式无线电能传输系统建模与实验验证(英文)[J]. 张献,杨庆新,张欣,李阳,金亮,章鹏程. 电工技术学报. 2014(02)
[9]无接触传能谐振线圈参数及频率的分析计算[J]. 杨西同,王宁,李玉玲,杨仕友. 电力电子技术. 2014(02)
[10]磁耦合谐振无线电能传输的研究现状及应用[J]. 范兴明,莫小勇,张鑫. 电工技术学报. 2013(12)
博士论文
[1]体内植入器件的Witricity系统设计与实验研究[D]. 赵军.河北工业大学 2013
硕士论文
[1]电动汽车无线充电系统设计[D]. 翟鹏伟.北方工业大学 2015
[2]高效率磁共振式无线电能传输[D]. 宋波.电子科技大学 2015
[3]无线电能传输系统电磁机构耦合程度影响因素的研究[D]. 侯向敏.华北电力大学 2015
[4]电动汽车无线充电系统的研制及性能优化[D]. 任晓峰.哈尔滨工业大学 2014
[5]磁耦合谐振式无线电能传输系统高效E类功放设计和实现[D]. 储江龙.浙江大学 2014
[6]非辐射共振耦合无接触电能传输系统数值分析与实验研究[D]. 周海娟.浙江大学 2013
[7]基于ADS的射频功率放大器设计与仿真[D]. 闫博.国防科学技术大学 2010
[8]非接触供电技术及其水下应用研究[D]. 张凯.国防科学技术大学 2008
本文编号：3603247
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3603247.html
