磁耦合谐振式无线电能传输装置设计磁耦合谐振式无线电能传输装置设计
介绍了一种以电感电容并联谐振(以下简称LC并联谐振)电路为核心的磁耦合谐振式无线电能传输装置的设计
并对装置进行了测试及结果分析。装置由发射和接收两部分构成,发射部分由LC并联谐振回路和驱动电路组
成;接收部分将线圈电磁感应产生的正弦波经过整流和滤波后输出直流电压。测试结果为:当两线圈间距为10
cm时能够达到34%的最大传输效率;当输入回路电流不大于1 A且保证负载LED灯不灭时,两线圈最大间距为
52 cm。
摘 摘 要要: 介绍了一种以电感电容
关键词关键词: 无线电能传输;磁耦合;并联谐振;传输效率
0 引言引言
无线电能传输技术曾被美国《技术评论》杂志评定为未来十大科研方向之一[1],其发展受到了国际社会的广泛关注。无
线电能传输技术主要分为三类[2]:电磁感应式无线电能传输技术、基于微波的无线电能传输技术和耦合谐振式无线电能传输
技术。2006年MIT研究小组在美国AIP论坛上提出基于强耦合理论的磁耦合谐振式无线电能传输技术,并于2007年通过实验进
行了验证,以40%的传输效率成功点亮了2 m以外的60 W灯泡[3]。该技术具有传输效率高、距离远、传输功率大等优点,为
中程无线电能传输的研究开辟了一个新的方向。
目前多数无线电能传输装置是基于LC串联谐振的耦合模型,但在实际系统中发射端往往采用并联谐振电容的连接方式,
这种方式只得到了部分学者的初步研究。本文介绍一种以LC并联谐振回路为核心的磁耦合谐振式无线电能传输装置的设计,
并对该装置进行了测试,测试结果能够满足设计要求。
1 系统总体设计系统总体设计
磁耦合谐振式无线电能传输装置电路设计的示意图如图1所示,系统主要由发射端线圈谐振回路和接收端线圈谐振回路组
成。发射端包括发射端谐振线圈及与其并联的电容构成谐振回路,驱动电路提供大电流;接收端包括接收端谐振线圈及与其并
联的电容构成谐振回路,以及消耗能量的负载。
2 单元电路分析与设计单元电路分析与设计
2.1 LC并联谐振模型分析并联谐振模型分析
根据磁耦合谐振式无线电能传输技术的相关理论[4],传输系统的谐振耦合电路模型如图2所示。其中Uin为高频发射源输
入电压有效值,R1、R2分别为两谐振线圈在高频下的寄生电阻,L1、L2分别为谐振电感,C1、C2分别为谐振电容,RL为负
载电阻,M为两线圈之间的互感,D为两线圈之间的距离。
设传输系统的谐振角频率为?棕,发射端线圈电流有效值为I1,接收端线圈电流有效值为I2,负载电流有效值为IL。经计
算,当发射端、接收端两线圈均处于自谐振状态时,有:
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