双接收线圈无线充电系统的电路分析与设计

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无线电能传输使得能量能够像信号一样在自由空间中传输,它的出现能够为人类的生产生活提供极大的便利。基于磁耦合共振的无线电能传输技术是一种适合于中距离的高效率传能方式,被广泛地应用于各类消费电子产品中,例如可穿戴设备,手机,平板,笔记本电脑等。为了获得更大的空间自由以实现多设备同时充电,通常是将系统的工作频率从千赫兹提高到兆赫兹。但是,这样的高频系统将会增加系统分析与设计的复杂度。这其中两个主要的挑战来自于多接收线圈系统的复杂耦合特性及由于高频所引入系统设计难点。  本论文旨在讨论双线圈系统的传输特性及合理的电压电流检测电路。双接收线圈系统是一种最为基础的多接收线圈结构。通过研究它的特性能够很好地支持未来的多接收线圈系统。本论文首先围绕不存在交叉互感(接收线圈之间的耦合)的双线圈接收系统。通过对电路模型的分析,文章将给出系统负载对效率,功率分配,各元件损耗及输入阻抗的影响。在将系统交叉互感引入后,系统的分析主要集中在讨论该互感对原有系统特性的影响。通过引入最优负载电抗,可以完美抵消交叉互感的影响而实现一个等效无交叉互感的解耦系统。论文还在以上分析的基础上,以两线圈为案例,讨论并用开环实验系统验证了适合于多接受线圈的控制策略与方法。这些基于闭环的控制方法都需要对系统中的高频电压电流进行采样并用于反馈控制。因此,论文通过分析现有的各种采样方法,提出以一种新型的基于耦合结构的采样方法用于兆赫兹无线电能传输系统中。通过仿真分析与实验验证,该电路被证明能够反馈不同端口波形的幅值及相位。综上所诉,本论文的双接收线圈系统分析能够为将来的多接收线圈系统分析做铺垫,文中提出的高频采样电路的设计更是能够很好的支持未来基于反馈控制的多接收线圈系统。
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