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一种感应式无线充电系统的研究与分析一种感应式无线充电系统的研究与分析
在分析感应式无线电能传输变换器工作原理的基础上,设计一款用于便携式电子设备的无线充电系统,能够自
动识别充电目标,实现输出过压保护。在系统接收端与发射端之间建立信号与能量一体化传输方式,相较于独
立传输方式,能够提高系统的功率密度并且降低硬件成本。通过实验分析接收端线圈与发射端线圈的距离及负
载变化对传输效率的影响,验证了理论分析的可行性。
0引言引言
随着电子信息产业的快速发展,便携式电子产品越来越普及。对用户而言,传统的有线充电器携带及充电都很不方便。采
用
本文详尽介绍一款
1 感应式无线电能传输原理及谐振单元模型感应式无线电能传输原理及谐振单元模型
1.1 感应式无线充电原理感应式无线充电原理
感应式无线充电是利用电源侧线圈产生交变磁场,耦合到负载侧线圈,从而将电能传递给负载侧。感应式无线电能传输采
用近场传输,在近场区只有电磁能量相互转换[3],在某个确定频率下,线圈工作在谐振频率点,因为原副边的谐振频率相
同,所以能高效地传输能量。
感应式谐振无线电能传输技术就是利用磁场耦合和谐振技术来实现电能高效率无线传输。其理论基础是耦合模式理论,其
主要思想是系统中具有相同谐振频率的物体之间通过磁场耦合从而进行高效率能量交换,而偏离谐振频率的物体之间相互作用
则较弱[4]。
1.2 谐振单元模型谐振单元模型
图1所示是一种串联补偿谐振变换器拓扑结构,即在变压器原、副边分别串联谐振电容C1和C2,通过控制芯片控制全桥
逆变电路的输出脉冲频率,使变换器工作在谐振频率点附近,从而实现电能的高效传输。
该系统发射端与接收端在电气和空间上完全独立。发射端直流输入电压通过全桥逆变电路,输出一个高频脉冲电压,驱动
谐振线圈工作。设由C1与Lp组成的谐振发射电路的自谐振频率为fp,全桥逆变电路输出脉冲电压频率为fk,当高频电流注入发
射谐振电路后,发射端线圈就产生了高频交变磁场。由文献[5]可知,在接收端负载相同时,fk与fp越接近,线圈电感内的谐振
电流就会越大。电感Ls与电容C2组成接收谐振电路,自谐振频率为fs。当fs=fp时,接收端与发射端的耦合系数最大。若已知
耦合电路电感值为L,电容值为C,则可知耦合谐振频率f为:
为了便于分析和计算,可建立无线能量传输的等效电路模型如图2所示,其中Rs和Rp分别为发射与接收线圈回路的高频
内阻,Lp和Ls分别为其自感,Cp与Cs分别为发射端和接收端谐振线圈回路中的串联谐振电容,Up为发射端输入电压,R为负
载电阻,M为线圈互感。
设系统谐振角频率,发射和接收线圈的自阻抗分别为Zp和Zs,则:
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weixin_38747126
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