无线能量投射技术的研究

论文摘要

无线能量投射技术是一种新型的电能传输技术,它不同于传统供电方式,采用无线的方式为用电设备提供电能。无线能量投射技术有两大特点:一是用电设备与供电端完全分离,使用电设备具有良好的安全性、灵活性、密封性、美观性;二是可以透过所有非金属物质来传输电能,如水、空气、木材、塑料、玻璃、土壤等,因此可以实现隔物供电。本文对无线能量投射技术进行研究,包括松耦合变压器的研究、高频逆变技术的研究,本文设计的无线能量投射系统是以频率控制芯片SG3524为控制核心,驱动芯片采用IR2110,主电路采用全桥谐振逆变电路,供电端加入有源功率因数校正电路和EMI控制,有效的提高了电源系统的功率因数。目前国内探讨无线能量投射技术时,多半将重点放在系统能量传输效率方面,并没有探讨系统的供电状态控制与通信,以及供电端对用电设备的检测与定位的相关研究。针对供电状态控制,本文对待机损耗能量控制的控制方式进行分析,选择了按供电时间接入的控制方式,有效的减小了空载损耗。其次对信息载荷方式进行探讨,分析了信息传递两种方法之间的优缺点。然后研究了投射的能量变化载荷信息的通信,介绍了供电部分与用电部分的码型与帧结构。系统两端的通信采用副载波的通信方式,数字信号可以双向传输,最后采用AM载波调制电路,处理器采用恩智浦的LPC1114,实现了系统两端可以建立可靠的通信连接。其次,供电部分与用电部分之间的相对位置往往决定供电质量与效率。若要保证供电端对用电设备高效、可靠的能量投射就必须对用电设备有比较详细的信息,这样才能保证避免供电端的误判操作,从而减少能源的浪费并且提高了系统的可靠性。本文将在最后一章给出物体检测与定位方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外发展概况
• 1.2.1 国外发展概况
• 1.2.2 国内发展概况
• 1.3 研究目的与方法
• 1.4 论文结构
• 第2章 原理介绍与结构分析
• 2.1 无线能量投射技术
• 2.2 系统构成介绍
• 2.3 关键因素分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 无线能量投射系统研究
• 3.1 松耦合变压器研究
• 3.1.1 松耦合变压器简介
• 3.1.2 数学模型
• 3.1.3 磁性材料的选择
• 3.1.4 补偿拓扑结构及参数计算
• 3.1.5 松耦合变压器的设计过程
• 3.2 高频逆变技术研究
• 3.2.1 电能变换类型
• 3.2.2 逆变技术的分类
• 3.2.3 逆变电路拓扑结构
• 3.3 无线能量投射系统的设计
• 3.3.1 整流电路
• 3.3.2 有源功率因数校正器与EMI 滤波器
• 3.3.3 PWM 驱动电路
• 3.3.4 全桥逆变主电路
• 3.3.5 次级输出
• 3.4 实验结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 无线供电状态控制与通信
• 4.1 控制与通信部分功能介绍
• 4.1.1 无线能量投射系统的控制
• 4.1.2 无线能量投射系统的通信过程
• 4.2 待机损耗的能量控制
• 4.3 信息载荷的方式
• 4.4 投射的能量变化载荷信息的通信
• 4.4.1 通信介绍
• 4.4.2 通信接口的物理层和链路层
• 4.4.3 码型与帧结构
• 4.5 副载波通信方式
• 4.5.1 副载波通信的结构
• 4.5.2 副载波 AM 调制电路
• 4.6 本章小结
• 第5章 物体检测与定位方案
• 5.1 物体检测
• 5.1.1 谐振偏移
• 5.1.2 电容变化
• 5.2 定位
• 5.2.1 单一能量接收端覆盖多个线圈单元
• 5.2.2 两个能量接收端覆盖两个相邻的线圈单元
• 5.2.3 两个能量接收端覆盖的单一线圈单元
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及获得的科研成果
• 致谢