便携电子产品无线感应充电关键技术研究

论文摘要

无线感应充电器可消除传统接触式供电系统存在的摩擦、电弧等危害，提高供电的安全性和灵活性，有良好应用前景。由于便携类电子产品使用者习惯差异大以及使用方便要求，与其它非接触充电系统比较，应用于无线感应充电器中的可分离变压器原副边不仅耦合差，而且放置对应位置比较随机，造成可分离变压器不仅等效漏感大，激磁电感小，感值变化随机，从而影响系统效率和稳定性。本文对便携类电子产品无线感应充电关键技术展开研究。（1）综述了无线电能传输技术种类、应用场合以及国内外发展和研究现状，深入分析了关键技术及其成因以及无线感应充电平台原理和实现方法。（2）通过建模深入分析了可分离变压器等效漏感大，激磁电感小的原因，提出一种通过增大原副边线圈磁芯的接触面积从而提高耦合系数的磁芯结构。（3）在深入分析串联谐振和并联谐振变换器工作特点基础上，指出串联谐振变换器更适用于无线感应充电器应用，当串联谐振变换器电路工作在固有谐振频率时，电路输送功率能力最大。（4）提出一种新型无线感应充电器功率拓扑和控制方案及其实现方法。新方案的可分离变压器原边侧采用不对称半桥串联谐振电路，利用可分离变压器的漏感作为谐振电感，并通过频率跟踪自适应控制确保电路在谐振参数变化时都能工作于谐振状态，提高了系统效率和稳定性。可分离变压器副边侧采用电流斩波电路，通过控制电流导通角控制向负载侧输送的能量实现稳压，而且利用向原边侧回馈的能量实现原边不对称半桥开关管的零电压开通。Saber建模闭环仿真验证了新方案有效可行。（5）设计、调试了一个采用新型无线感应充电方案的实验原理机，实验验证了新方案正确有效。基于74HC4046锁相环芯片的自适应频率跟踪控制电路能够使开关管工作频率随谐振电感参数变化而变化，并稳定工作在固有谐振频率点附近。副边侧的电流斩波电路可以实现电路输出电压稳定。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无线电能传输技术简介
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 无线感应电能传输技术的发展前景
• 1.3 便携电子产品充电器的关键技术
• 1.4 无线感应充电平台概述
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 松耦合变压器分析与仿真
• 2.1 松耦合变压器理论分析
• 2.1.1 松耦合磁芯变压器电路模型
• 2.1.2 松耦合磁芯变压器磁路模型
• 2.2 松耦合磁芯变压器的磁芯和绕组优化设计
• 2.2.1 ANSOFT Maxwell 电磁场仿真软件
• 2.2.2 松耦合磁芯变压器磁芯优化
• 2.2.3 松耦合磁芯变压器绕组优化
• 2.3 松耦合空心变压器仿真分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 新型无线感应充电系统
• 3.1 串联和并联谐振变换器
• 3.2 新型无线感应充电系统方案
• 3.3 新型无线感应充电系统频率自适应跟踪
• 3.3.1 频率跟踪方法
• 3.3.2 锁相环频率跟踪分析与实现
• 3.4 新型无线感应充电系统输出稳压控制
• 3.5 本章小结
• 第四章 实验原理机设计与实现
• 4.1 功率电路设计
• 4.1.1 可分离变压器
• 4.1.2 功率开关
• 4.1.3 谐振网络
• 4.2 控制电路设计
• 4.2.1 频率跟踪自适应控制电路
• 4.2.1.1 基于 74HC4046 的锁相环设计
• 4.2.1.2 开关管死区设计和驱动电路
• 4.2.2 电流斩波输出稳压控制电路
• 4.3 样机实验与分析
• 4.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 谢辞
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文