本文關(guān)鍵詞：高頻小功率無線充電技術(shù)研究

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【摘要】：近年來,無線充電作為一項新技術(shù)得到了飛速地發(fā)展,現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用到了可移動式設(shè)備上,尤其是如智能手機(jī)等需要頻繁充電的設(shè)備上。無線充電系統(tǒng)可分為磁耦合感應(yīng)式和磁耦合諧振式兩類。目前已有的無線充電規(guī)范有:Wireless Power Consortium(WPC)制定的Qi規(guī)范和Alliance for Wireless Power(A4WP)制定的Rezence規(guī)范。一般地,將Qi規(guī)范劃分為磁耦合感應(yīng)式無線充電系統(tǒng),而將Rezence規(guī)范劃分為磁耦合諧振式無線充電系統(tǒng)。本文的主要研究內(nèi)容是圍繞基于Rezence規(guī)范的高頻小功率無線充電系統(tǒng)的發(fā)射端設(shè)計以及系統(tǒng)的整體工作特性及其影響因素展開的。本文從原理上詳細(xì)地介紹和分析了整個磁耦合諧振式無線充電系統(tǒng)的電路設(shè)計方案,包含發(fā)射端和接收端兩個部分。線圈的諧振耦合理論分析主要采用了耦合回路模型和二端口網(wǎng)絡(luò)模型,并得出了對系統(tǒng)傳輸效率和功率造成影響的主要因素,為無線充電系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化提供了重要的理論參考。本文使用新型的Ga N功率場效應(yīng)管設(shè)計出了一可作為無線充電系統(tǒng)發(fā)射端的E類功率放大器,其工作頻率為6.78 MHz,在輸出功率為8 W時的效率最高可達(dá)92%。另外,本文還提出了一種可以檢測和控制發(fā)射端工作狀態(tài)的方法。將發(fā)射端分為三種基本工作狀態(tài),分別是:無功率輸出狀態(tài)、低功率輸出狀態(tài)和功率傳輸狀態(tài)。出于安全和節(jié)能的考慮,在沒有有效接收端的情況下,發(fā)射端將關(guān)閉功率放大器的供電電源,進(jìn)入無功率輸出狀態(tài)。在低功率輸出狀態(tài)下,發(fā)射端通過檢測結(jié)果判斷接收端是否滿足系統(tǒng)正常工作所需的條件。功率傳輸狀態(tài)是系統(tǒng)的正常工作狀態(tài),發(fā)射端將為接收端提供所需的功率,此時發(fā)射端的E類功率放大器工作于零電壓開關(guān)狀態(tài),功率損耗小、工作效率高。發(fā)射端工作狀態(tài)的判斷是通過檢測和分析功率放大器的直流供電電壓、電流以及其輸出端的入、反射功率的大小得出的,無需發(fā)射端與接收端之間相互通信。最后,本文利用E類功率放大器構(gòu)成的發(fā)射端以及D類半波整流電路和降壓型DC/DC變換電路構(gòu)成的接收端搭建了一套手機(jī)無線充電系統(tǒng),它們之間通過諧振耦合線圈相連。該系統(tǒng)在距離為35 mm、直流供電電壓為15 V的情況下,能夠為負(fù)載提供5 V的電壓以及2.3 W的功率,系統(tǒng)的整體DC/DC效率為53%。實驗結(jié)果進(jìn)一步論證和說明了無線充電系統(tǒng)的基本工作特性和存在的問題,并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案和未來的研究方向。
【關(guān)鍵詞】：無線充電 磁耦合諧振 高頻 小功率 E類功率放大器
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM910.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題研究的背景和意義9-11
• 1.2 無線電能傳輸技術(shù)的研究現(xiàn)狀及分析11-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容14-16
• 第2章 線圈耦合模型分析16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 耦合回路模型分析16-24
• 2.2.1 互感耦合回路的基本特性16-18
• 2.2.2 諧振耦合回路的基本特性18-24
• 2.3 二端口網(wǎng)絡(luò)模型分析24-28
• 2.3.1 二端口網(wǎng)絡(luò)的基本特性24-27
• 2.3.2 諧振耦合回路的等效二端口網(wǎng)絡(luò)分析27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第3章 功率放大器設(shè)計29-47
• 3.1 引言29
• 3.2 E類功率放大器的工作原理29-32
• 3.3 E類功率放大器的工程設(shè)計32-42
• 3.3.1 基本電路設(shè)計32-35
• 3.3.2 電路仿真分析35-37
• 3.3.3 輸出阻抗匹配37-40
• 3.3.4 PCB設(shè)計40-42
• 3.4 E類功率放大器的測試與調(diào)整42-45
• 3.4.1 驅(qū)動波形的測試42
• 3.4.2 工作波形的調(diào)整42-44
• 3.4.3 輸出功率和效率的測試44-45
• 3.5 E類功率放大器應(yīng)用于無線充電系統(tǒng)的分析45-46
• 3.6 本章小結(jié)46-47
• 第4章 放大器檢測及控制電路設(shè)計47-60
• 4.1 引言47
• 4.2 放大器檢測及控制電路硬件設(shè)計47-52
• 4.2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計47-48
• 4.2.2 硬件電路設(shè)計48-52
• 4.3 放大器檢測及控制電路軟件設(shè)計52-57
• 4.3.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計52-53
• 4.3.2 軟件程序設(shè)計53-57
• 4.4 放大器檢測及控制電路的測試57-59
• 4.4.1 供電功率檢測及控制電路的測試57-58
• 4.4.2 入、反射功率檢測電路的測試58-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第5章 無線充電系統(tǒng)的實驗研究60-71
• 5.1 引言60
• 5.2 耦合線圈與接收電路60-65
• 5.2.1 耦合線圈60-63
• 5.2.2 接收電路63-65
• 5.3 無線充電系統(tǒng)實驗65-70
• 5.3.1 手機(jī)無線充電實驗65-68
• 5.3.2 無線充電系統(tǒng)的性能評估及改進(jìn)方案68-70
• 5.4 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-72
• 參考文獻(xiàn)72-78
• 致謝78

【相似文獻(xiàn)】

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4 章旦e，

本文編號：1050096