最优谐振点控制的闭环无线供电系统设计

发布时间：2022-07-03 14:59

　　电能传递技术在近代取得了突飞猛进的进展,但对电能的使用在大多数场合没有摆脱对输电线缆的依赖,错综复杂的电源线频繁插拔存在摩擦、老化等问题。因此,无线供电技术作为一种新型的非接触式电能传递技术,摆脱了对传统输电线缆的依赖,并通过多年的研究发展现,现已逐渐开始应用在民用电子产业、电动汽车充电等方面。目前大部分无线电能传输领域,主要针对大功率、高效率、长距离传输做了大量的研究,其侧重点是放在能量的传递上。面对大多数的工业、商业应用,需要无线供电系统提供一个稳定的输出电压和尽可能高的传输效率。然而无线供电系统的电能输出,受负载特性变化、传输距离、耦合线圈摆放位置等因素影响难以稳定。为了让无线供电系统产生稳定、高效的电能输出,本文提出通过闭环控制的方式,使得系统工作在自身谐振点上,达到电能输出稳定。本文的主要研究内容包括以下几个方面:（1）对无线供电的传输方式（电磁耦合、磁共振、无线电波）进行介绍,分析了各种方式的原理及特性。本文针对距离短、功率小的应用场景,选用了电磁耦合式作为研究对象。（2）通过电磁耦合理论建立数学模型,从理论上分析验证四种（串联-串联、串联-并联、并联-串联、并联-并联）常... 

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 无线供电方式
        1.1.2 无线供电组织及其标准
    1.2 研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内发展现状
    1.3 研究目的及意义
    1.4 本章小结
2 无线供电传输原理分析
    2.1 传输方式介绍
        2.1.1 电磁耦合式
        2.1.2 磁共振式
        2.1.3 无线电波式
    2.2 电路模型原理分析
        2.2.1 RLC串联电路分析
        2.2.2 RLC并联电路分析
    2.3 四种电磁耦合拓扑的数学模型分析
        2.3.1 SS型数学模型
        2.3.2 SP型数学模型
        2.3.3 PS型数学模型
        2.3.4 PP型数学模型
    2.4 电磁耦合拓扑的分析与选择
        2.4.1 四种拓扑的对比与分析
        2.4.2 电磁耦合拓扑的选择
    2.5 本章小结
3 电磁耦合拓扑的仿真及状态分析
    3.1 发射端电路的精简设计
    3.2 单MOS驱动的半波谐振仿真及分析
        3.2.1 阶段1-电容充能
        3.2.2 阶段2-电感充能
        3.2.3 阶段3-电流回流
        3.2.4 阶段4-MOS管导通
        3.2.5 阶段5-电源供能
        3.2.6 发射端电感变化分析
        3.2.7 系统最优谐振点的分析
    3.3 单MOS驱动的全波谐振仿真与分析
        3.3.1 阶段1-电感释放能量
        3.3.2 阶段2-电容释放能量
        3.3.3 阶段3-MOS管导通
        3.3.4 阶段4-电源供能
        3.3.5 系统最优谐振点的分析
    3.4 本章小结
4 无线供电系统硬件设计
    4.1 系统的闭环设计
    4.2 功率放大
    4.3 驱动电路
    4.4 LC谐振发射电路
    4.5 电流检测回路
    4.6 LC谐振接收电路
    4.7 高频整流
    4.8 DC-DC降压
    4.9 蓝牙通信
    4.10 嵌入式控制芯片
    4.11 电路与PCB设计
    4.12 实物与仿真模型的差别与元件参数的选择
    4.13 本章小结
5 无线供电系统程序设计
    5.1 程序设计分析
        5.1.1 接收端电压测量
        5.1.2 发射端电流测量
        5.1.3 发射端PWM输出
        5.1.4 蓝牙通信
    5.2 异物判断
    5.3 最优谐振点的控制
        5.3.1 空载寻优
        5.3.2 带载寻优
    5.4 本章小结
6 无线供电系统实验结果与分析
    6.1 谐振波形测试
    6.2 空载频率寻优测试
    6.3 带载频率寻优测试
    6.4 效率测试
    6.5 本章小结
7 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
致谢
参考文献
附录
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]无线充电技术:机遇与挑战[J]. 周路菡.  新经济导刊. 2017(10)
[2]新能源 新方向 汽车充电的“黑科技”新能源新方向——威泊新能源全自动无线充电技术[J]. 朱昶.  中国科技产业. 2017(08)
[3]磁耦合谐振式无线电能传输系统谐振方式分析[J]. 周宏威,孙丽萍,王帅,刘天时,谢鹏浩.  电机与控制学报. 2016(07)
[4]无线充电技术应用现状及发展前景[J]. 邱红.  科技创新与应用. 2016(15)
[5]美国WiTricity公司无线充电领域专利分析[J]. 周晓丹,赵俊杰,梁娜,武山山,望俊成.  高技术通讯. 2016(04)
[6]基于频率功率可调的WPT系统小功率电源研究设计[J]. 孙文慧,黄学良,陈琛,谭林林.  电工技术学报. 2015(S1)
[7]MCR-WPT四种经典传输结构的性能比较[J]. 钟晨明,罗斌,刘婉,宁峰.  电子技术应用. 2015(05)
[8]电场耦合式无线供电技术研究[J]. 张开洪,颜禹,张欢韵,罗林.  电源技术. 2015(05)
[9]群雄逐鹿无线充电技术标准[J]. 吴勇毅,陈渊源.  上海信息化. 2015(05)
[10]无线充电器异物探测方法研究[J]. 徐雪慧.  轻工科技. 2015(03)

博士论文
[1]分段式动态无线充电的抗偏移及中继接力方法研究[D]. 赵锦波.华中科技大学 2016

硕士论文
[1]电动汽车无线充电补偿网络输出特性研究[D]. 王换民.西安理工大学 2017
[2]无线充电系统的研究与设计[D]. 周晓明.天津理工大学 2015
[3]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
[4]磁耦合谐振式无线能量传输机理的研究[D]. 曲立楠.哈尔滨工业大学 2010
[5]小尺度浅层瞬变电磁测量方法与装置基础研究[D]. 刘自南.重庆大学 2009



本文编号：3655092