本文關(guān)鍵詞：諧振式無線電能傳輸裝置的系統(tǒng)分析與設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 無線電能傳輸 藍(lán)牙控制 諧振耦合 E類逆變器 空載損耗

【摘要】：目前無線電能傳輸技術(shù)(Wireless Power Transfer,WPT)的實現(xiàn)方式主要有感應(yīng)式、諧振式、電場耦合、微波式、激光式、超聲波等。相對于其他方式,諧振式無線電能傳輸技術(shù)有著對人體安全、傳輸距離適中、對位置變化不敏感、使用靈活等優(yōu)點,在植入式醫(yī)療、電動汽車、便攜式移動設(shè)備等領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注與研究。但是該技術(shù)在實際應(yīng)用中仍存在以下關(guān)鍵問題:諧振頻率較高時逆變電源效率不夠高、輕載時損耗較大、可靠性和穩(wěn)定性差等。為了解決上述問題,提高整體效率和穩(wěn)定性,本文從諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的原理、高頻逆變電源的特性、以及系統(tǒng)的控制策略三方面開展研究。首先,本文從諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的原理出發(fā),對無線電能傳輸?shù)乃姆N基本調(diào)諧方式進行了對比,總結(jié)出各自的特點和在實際電路中對諧振的利與弊,然后對串聯(lián)-串聯(lián)式調(diào)諧方法進行等效電路建模,分析頻率對系統(tǒng)效率的影響、效率與功率的關(guān)系。其次,對用于諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的E類逆變器的工作方式進行了分析,在暫態(tài)方面通過復(fù)頻域拉普拉斯方程求解出其時域解,揭示系統(tǒng)中電壓、電流波形所包括的頻率成份;在穩(wěn)態(tài)方面給出E類逆變器的最佳工作狀態(tài)參數(shù)。分別分析了負(fù)載阻抗角、MOSFET兩端并聯(lián)的電容值、頻率、負(fù)載大小、占空比等參數(shù)對E類逆變器運行特性的影響趨勢,揭示E類逆變器對負(fù)載網(wǎng)絡(luò)和MOSFET工作方式的敏感性。再次,針對輕載時系統(tǒng)損耗很高、線圈距離的變化導(dǎo)致等效負(fù)載阻抗改變從而容易引起E類逆變器的硬開關(guān)兩個關(guān)鍵問題,同時為了實現(xiàn)負(fù)載端的過壓、過流保護,提出了基于藍(lán)牙的控制策略,設(shè)計了近距離保護模式和輕載的打嗝模式。最后,設(shè)計了基于藍(lán)牙控制的額定功率為100W、傳輸距離為30厘米的無線輸電裝置,實現(xiàn)了MOSFET的軟開關(guān),從而使高頻電源高效率運行。在選用普通直流電源的情況下,整個裝置從市電輸入到穩(wěn)定直流電壓輸出的效率仍可達(dá)64.7%。驗證了藍(lán)牙控制對大幅度降低輕載損耗、實現(xiàn)近距離保護和過壓過流保護的有效性,提高了裝置的可靠性和穩(wěn)定性。然后分別在負(fù)載功率、橫向距離、縱向距離等參數(shù)變化時測試了整個裝置,分析了實驗結(jié)果的趨勢和原因,也證實了該裝置在多種條件下的可靠運行。本文在對原理分析、控制設(shè)計和裝置研制的基礎(chǔ)進行總結(jié),分析本文解決的關(guān)鍵問題及待完成的工作,為進一步的研究指明方向。
【關(guān)鍵詞】：無線電能傳輸 藍(lán)牙控制 諧振耦合 E類逆變器 空載損耗
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM724
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 課題研究的背景11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 無線電能傳輸技術(shù)12-17
• 1.2.2 諧振式無線電能傳輸高頻電源的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 本文的研究內(nèi)容19-20
• 1.4 本課題來源20
• 1.5 論文章節(jié)安排20-21
• 第二章 諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)原理與模型21-28
• 2.1 諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的調(diào)諧方式21-23
• 2.2 串聯(lián)-串聯(lián)式等效電路模型23-24
• 2.3 頻率對系統(tǒng)效率的影響24-26
• 2.3.1 頻率變化時C_D參數(shù)不可調(diào)25-26
• 2.3.2 頻率變化時C_D參數(shù)可調(diào)26
• 2.4 效率與輸出功率的分析26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 E類逆變器的運行特性分析28-44
• 3.1 E類逆變器的暫態(tài)分析28-34
• 3.2 E類逆變器的穩(wěn)態(tài)分析34-35
• 3.3 參數(shù)變化對E類逆變器運行特性的影響分析35-43
• 3.3.1 負(fù)載阻抗角變化36
• 3.3.2 開關(guān)管并聯(lián)電容值變化36-38
• 3.3.3 頻率變化38
• 3.3.4 負(fù)載大小變化38-39
• 3.3.5 占空比變化39-41
• 3.3.6 濾波電感1L的變化41-42
• 3.3.7 輸入電壓42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第四章 基于藍(lán)牙的控制設(shè)計44-49
• 4.1 藍(lán)牙的引入44-45
• 4.2 藍(lán)牙控制的設(shè)計45-48
• 4.3 本章小結(jié)48-49
• 第五章 裝置的制作與實驗結(jié)果49-62
• 5.1 裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)49-55
• 5.1.1 發(fā)射與接收線圈的結(jié)構(gòu)與參數(shù)50
• 5.1.2 高頻逆變電路的設(shè)計參數(shù)50-52
• 5.1.3 接收端整流電路和DC-DC調(diào)節(jié)電路52-54
• 5.1.4 PCB設(shè)計的注意事項54-55
• 5.2 藍(lán)牙控制的實測結(jié)果55-56
• 5.2.1 近距離保護55-56
• 5.2.2 輕載的打嗝模式56
• 5.2.3 過壓過流保護56
• 5.3 負(fù)載功率變化下的工作分析56-57
• 5.4 橫向距離變化時的工作分析57-59
• 5.5 縱向位移變化時的工作分析59-60
• 5.6 線圈旋轉(zhuǎn)角度變化時的工作分析60-61
• 5.7 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論與展望62-64
• 1. 結(jié)論62
• 2. 展望62-64
• 參考文獻64-70
• 附錄70-75
• 1. 接收端藍(lán)牙控制程序的關(guān)鍵函數(shù)70-72
• 2. 發(fā)射端藍(lán)牙控制程序的關(guān)鍵函數(shù)72-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果75-76
• 致謝76-77
• 附件77

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本文編號：623707