基于SP+BUCK负载放大的无线充电电路系统

摘要

无线充电技术的学名又叫做无线电能传输，其原理非常类似于变压器，都是通过振荡源产生一个交变电流通过初级线圈，在初级线圈上感应出一个交变电磁场，产生感应电流，从而通过电磁感应实现能源的传输。
　　但是相较于变压器通过磁芯来传导电磁能形成的高耦合度，无线充电的传导路径为空气，这使得无线充电线圈之间的耦合度大大低于变压器，这也是直接导致无线充电传输距离短以及效率低的最大瓶颈所在，而现阶段无线充电克服低耦合度主要办法就是在发射线圈和接收线圈各连接一个谐振电容来改善无线传输的距离与效率。无线充电技术主要是通过电磁波来传递能量，影响无线充电效率的因素有很多，但不论是何种无线充电电路拓扑结构，效率的高低又以发射频率、线圈耦合度、负载、所需能量的大小为主要的影响因素，现阶段还没有一个很好的理论模型去解释无线充电的各项参数。
　　目前无线充电行业的主流标准是WPC联盟主导的QI标准。QI标准是全球首个无线充电标准化组织，该标准也是所有标准中推广最为广泛，市场应用最多的标准，市场上主要产品都是基于QI标准。QI标准的运行频率范围为110Khz到205Khz之间，该标准的发射端与接收端采用的是两个处于同一谐振频率的串联谐振电路。该标准技术的无线传输距离一旦超过5mm，传输效率将会极急剧下降；同时，在传输距离5mm以内的范围，若传输功率低于2W,传输的效率也同样会急剧下降。这两个主要缺陷限制了该技术，一般只能应用于2W到5W之间、传输距离小于5mm的应用。
　　本文是针对现在无线充电电路存在的问题，提出了一种SP+BUCK电路拓扑结构，该结构是一种能有效提高无线充电传输距离以及提高低功率下传输效率的电路拓扑结构。该结构利用了BUCK电路的阻抗放大作用，提高了SP电路的负载电阻，从而提高了接收端在发射端的反射阻抗，实现了在低耦合下也能有较高的系统能量传输效率。若此拓扑结构应用在QI标准下，则在传输功率小于2W，传输距离5mm以内，系统平均传输效率能保持在70％以上；当传输距离为20mm的时候，系统传输效率为60%左右，当传输距离为30mm时，系统传输效率为50%左右。该结构大大改善了传统QI标准协议下传输距离短以及效率在低功率下很低的问题。此电路拓扑结构特别适用于一些需要一定传输距离且对负载电流要求不高的应用场合。

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1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2无限充电研究内容

1.3无限充电的主要研究方法

2 无线充电理论分析

2.1电磁感应定律

2.2感生电动势与感生电场

2.3自感应与互感应

3 无线充电数学模型

3.1 SS、SP电路模型与其特点

3.2 SP+BUCK电路模型与其特性

3.3完整电路的模型

4 系统设计方案

4.1无线能量传输方案

4.2系统通信方案

4.3基于品质因数的异物检测

5 电路应用与方案实施

5.1电路芯片介绍

5.2电路模块介绍

5.3系统软件应用

5.4电路设计介绍

6 实验设置与实验结果

6.1实验设置

6.2实验结果

7 总结与展望

7.1研究工作总结

7.2技术展望

参考文献

致谢