基于共振的无线能量传输系统高频电源的设计

发布时间：2017-09-20 06:52

  本文关键词：基于共振的无线能量传输系统高频电源的设计

  更多相关文章： 无线能量传输 磁耦合 电磁共振 高频电源 谐振频率自动跟随 自起振

【摘要】：多年来,实现电能的无线传输一直是国内外许多学者不懈追求的梦想。尽管人们在信号的无线传输领域取得了长足的发展。但是使用无线传输能量的研究一直进展甚微。早在1894年,特斯拉(Nikola Tesla)就利用电力感应的原理在实验室通过无线方式点亮了一个白炽灯。此后很长一段时间该研究停滞不前,直到当代,无线能量传输又成为科学家们研究的热点。目前,无线能量传输主要分为:电磁辐射式、非辐射电磁感应式(变压器原理)、非辐射电磁共振式三种传输方式。本论文针对非辐射电磁共振式无线能量传输面临的技术性问题之一——高频电源的设计提出了一套完整的解决方案。并结合无线能量传输的具体应用,提出了一种谐振频率自动跟踪高频电源设计方案和一种自起振谐振频率自动跟踪高频电源的设计方案。首先,本文使用Simulink中的SimPower Systems工具箱对电磁共振式无线能量传输的原理进行了仿真研究和理论分析,确定了研究对象的设计要求以及基本参数;然后,分别论述了以上三种方案的原理,结合Multisim仿真软件设计出电路,并使用Altium Designer画出原理图和PCB,制作出了电路实物。最后通过实验验证了三种方案的可行性及稳定性。传统的使用于高频变压器的开关电源交变频率一般在20k Hz左右。而本文实现了开关频率500kHz~1MHz的高频电源的设计,并提出了一种频率自动跟随设计和一种自起振设计。
【关键词】：无线能量传输 磁耦合 电磁共振 高频电源 谐振频率自动跟随 自起振
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM724
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 共振式无线能量传输研究概述11-12
• 1.1.1 无线能量传输的研究与发展11
• 1.1.2 无线能量传输的概念11-12
• 1.1.3 共振式无线能量传输的优势12
• 1.2 共振式无线能量传输研究的意义12-14
• 1.2.1 共振式无线能量传输在能源传输系统中重要意义12-13
• 1.2.2 高频电源的设计在共振式无线能量传输中的重要意义13-14
• 1.3 无线能量传输的研究现状及发展趋势14-19
• 1.3.1 无线能量传输发展历史14
• 1.3.2 无线能量传输的国外研究现状14-16
• 1.3.3 无线能量传输的国内研究现状16-17
• 1.3.4 无线能量传输的商业利用现状17-18
• 1.3.5 无线能量传输的研究展望18-19
• 1.4 本文研究的内容19-20
• 第2章 共振式无线能量传输的建模及理论分析20-28
• 2.1 共振式无线能量传输的系统建模20
• 2.2 共振式无线能量传输的电路模型及理论分析20-22
• 2.2.1 共振式无线能量传输的电路模型20-21
• 2.2.2 共振式无线能量传输的电路模型求解21-22
• 2.3 共振式无线能量传输系统效率影响因子分析22-27
• 2.3.1 高频电源频率对系统效率的影响22-24
• 2.3.2 线圈耦合系数对系统效率的影响24-26
• 2.3.3 负载对系统效率的影响26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 无线能量传输高频电源的仿真28-32
• 3.1 高频电源设计原理28
• 3.2 无线能量传输高频电源及系统仿真28-30
• 3.2.1 耦合线圈的Simulink模型28-29
• 3.2.2 高频电源的Simulink模型29-30
• 3.2.3 高频电源仿真效果30
• 3.3 ZCS实现原理及仿真30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 高频电源硬件电路设计32-41
• 4.1 高频信号发生电路32-36
• 4.1.1 高频信号发生器设计要求32
• 4.1.2 PLL倍频方案32-33
• 4.1.3 MAX038单片集成方案33-34
• 4.1.4 基于DDS的信号发生器方案34-36
• 4.2 功率放大电路36-38
• 4.2.1 功率放大电路总体设计36
• 4.2.2 控制信号处理电路36-37
• 4.2.3 功率放大电路37-38
• 4.3 功率器件的选型38-39
• 4.4 印刷电路板的制作39-40
• 4.5 设计及实验结果40
• 4.6 本章小结40-41
• 第5章 谐振频率自动跟随和自起振结构的设计41-56
• 5.1 谐振频率自动跟随思想的来源41-42
• 5.2 谐振频率自动跟随设计的实现42-51
• 5.2.1 总体设计思路42-43
• 5.2.2 电流信号检测环节的设计43-44
• 5.2.3 信号增益电路设计44
• 5.2.4 信号移相电路设计44-48
• 5.2.5 波形变换电路设计48-49
• 5.2.6 输入信号切换电路设计49-50
• 5.2.7 谐振频率自动跟随设计的实验50-51
• 5.3 自起振设计思想的来源51-52
• 5.4 自起振设计的实现52-55
• 5.4.1 自起振设计的仿真52-53
• 5.4.2 线圈检测环节的改进53
• 5.4.3 自起振设计的实验53-55
• 5.5 谐振频率自动跟随和自起振实验结论55
• 5.6 本章小结55-56
• 第6章 结论与展望56-58
• 6.1 结论56
• 6.2 展望56-58
• 参考文献58-60
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果60-61
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作61-62
• 致谢62-63
• 作者简介63

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本文编号：886559