随着科技的发展以及生活水平的提高,人们也越来越追求厨房电器的便捷性、安全性以及舒适的使用感。因此,既能为锅具实现感应加热,又能为无尾厨电供电的多功能无线供能装置也应运而生。相比于传统电磁炉,多功能无线供能装置在降低成本、减小体积,提升厨房环境的整洁性等方面上,有着卓越的提升。在空间效率上,允许食物准备、烹饪和清洁都在同一表面进行,具有高灵活性,同时由于电源发射端嵌入在厨房台面上或安装在台面下,隐藏所有的电线,使得厨房更加美观。基于上述需求,本文设计了一种兼容感应加热与无线电能传输的多功能无线供能系统,既能为锅具实现感应加热功能,又能为厨房电器实现恒压供电。系统由发射端及接收端组成,其中发射端由直流电源、全桥逆变电路、控制电路、开关电容电路、串联补偿拓扑及发射线圈组成。系统接收端构成与工作模式相关:在感应加热模式下,系统接收端为锅具;在无线电能传输模式下,系统接收端由接收线圈、串联补偿拓扑、整流滤波电路以及负载组成。本文首先阐述了无线电能传输系统及感应加热系统基本工作原理,并且从耦合机构等效电路模型、谐振拓扑分析、逆变源等效电路分析、负载等效电路等角度进行了具体的分析。耦合机构等效电路的分析采用互感模型的分析方法;对逆变源采用基波分析法,即将逆变源的输出电压等效为其同频同相的正弦电压源;在谐振电路分析中,首先选择原边谐振回路,比较两种常见的低阶谐振拓扑——串联谐振拓扑、并联谐振拓扑,确定了针对于本设计的最优选择,即串联谐振拓扑。在无线电能传输系统的接收端拓扑选择上,选择适用于本系统的串联谐振拓扑。在最后分析了本系统在两种模式下的系统传输特性,并给出了具体分析过程。为了高效率地实现系统无线电能传输功能和感应加热功能,论文提出了一种PDM、频率跟踪及同步开关电容相结合的协同控制方法,实现双模融合下的一体化高效可靠的控制,并进行了具体的理论分析。在调谐控制策略中,采用频率跟踪及同步开关电容相结合的协同调谐策略;在调功控制策略中,设计改进型PDM调功策略,以弥补其他逆变调功方式的不足。根据上述理论支持,分别从系统硬件设计和系统软件设计两个方面给出了具体设计。在硬件设计方面,设计系统参数并进行器件选型,设计耦合机构、控制电路、逆变电路、检测电路、开关电容电路等。在软件设计方面,设计基于STM32f405单片机的软件系统实现以下功能:AD采样功能、系统调谐功能、改进型脉冲密度调制控制信号输出功能、闭环调节功能、过流保护功能等。最后对系统传输特性及控制策略进行了仿真验证,验证了设计的有效性。仿真结果表明系统可实现感应加热最高1000W可调功率传输,无线电能传输模式最高800W可调功率输出,200V恒压输出,系统传输效率为90%以上,系统在工作过程恒处于谐振状态。