面向不同传输距离的共振式无线电能传输技术

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随着科学技术的日益发展,近年来有关无线电能传输技术的研究受到了国内外学者的广泛关注。相较于传统的电力传输系统,无线电能传输系统具有安全可靠性强及使用灵活便捷度高的技术优势,同时也适用于一些特殊使用场景。随着电子信息技术的快速发展,移动电子通讯设备及可穿戴设备的广泛应用,新能源汽车和轨道交通的不断普及,无线电能传输技术拥有广阔的应用前景。相较于其他类别的无线电能传输技术,磁共振式无线电能传输技术具有传输效率较高且传输距离较远的特性,使得其成为目前无线电能传输技术中最为热门的研究方向。本文面向三种不同传输距离的共振式无线电能传输技术进行研究,重点关注系统效率的提升,在介绍了基本概念及相关理论的基础上,主要内容为对传输线圈回路,前端功率放大器及自适应阻抗匹配电路进行分析设计,具体工作如下:(1)采用平面微带线圈结构与电容匹配网络共同组成谐振线圈回路,并将其等效成二端口网络,采用S21参数对传输效率进行有效的评估。利用CST软件对尺寸为20cm*20cm的线圈回路进行建模仿真,在谐振频点为6.78MHz的条件下,分别得到8cm,10cm,12cm三种传输距离下使得S21参数值最佳时的匹配电容值,并搭建线圈回路进行实验测试,以1V为参考基准,得到8cm,10cm及12cm下传输线圈回路两端口间S21峰值分别为937mV,923mV及885mV。(2)在介绍前端功率放大器的基本分类及对比的基础上,选用E类功率放大器作为磁共振式无线电能传输系统的高频电源并进行相关分析。根据经典计算公式得到E类功放电路的相关参数,利用ADS软件进行仿真设计,通过进一步电路调试优化得到工作频率6.78MHz下功率附加效率为81.2%,并且级联E类功放,传输线圈及整流模块进行三种距离下系统的搭建与效率测试,得到8cm,10cm及12cm系统效率分别为61.3%,57.1%及50.8%。(3)结合本文传输线圈回路的特性进行三种传输距离下自适应阻抗匹配电路方案的设计及验证。提出相关自适应阻抗匹配电路方案,并介绍含有匹配电容阵列的线圈回路设计。通过对比自适应电路的模块选型方案,对所选用的单元电路模块功能进行介绍。利用Proteus软件进行自适应阻抗匹配电路的仿真验证,并搭建相关电路进行测试,实现了在距离变动时电容阵列电路准确切换的功能,验证理论分析的正确性。
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