基于磁共振的多线圈无线能量传输电路的设计

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无线能量传输,是指通过电磁方式而不是导线传输能量,是目前备受关注的技术领域,在医学、军事、生活等各个领域都有广泛的应用需求。根据传输距离不同可分为两类:近场耦合技术与远场收发技术。远场收发技术是将电磁波通过发送天线定向发射出去,而位于远场中的接收天线接收该电磁波并将能量提供给负载使用。远场收发技术传输距离远,但是设备价格高、可能存在辐射问题。近场耦合技术是在近场范围内,利用电磁耦合实现能量传输。近场耦合技术的价格低、易实现,但是有效传输距离较短。本文主要采用近场耦合技术中的磁共振方式,实现多线圈的无线能量传输,此时系统中所有线圈均共振在同一频率。本文研究的多线圈无线能量传输,要求将多个发送线圈的能量以最高的效率供接收线圈的负载使用,这涉及到波束成形。在实际生活中,无线能量传输技术经常用于实现无线充电,在无线充电中,充电设备并不是始终保持相同的状态,因此需要构建可实时调节的传输电路。本文的主要工作如下:1)分析了无线能量传输系统的基本原理,了解了无线能量传输系统中的主要系统参数,并从中得到了影响系统传输效率的关键因素;2)研究了无线能量传输的原理,从以下情况分别进行讨论:无驱动线圈无线能量传输电路的单发单收以及双发单收情况;带驱动线圈无线能量传输电路的单发单收以及双发单收情况。得到了最高能量传输效率的条件,为系统构建提供了理论基础;3)提供了一种无线能量传输系统中调节能量分配方案的实现方法。该系统主要包括:增益调节模块,幅度相位检测模块,幅度与相位设置模块以及其他辅助电路。介绍了各模块元件的选取依据,以及如何使用单片机和相关集成芯片实现无线能量传输系统中发送线圈能量分配方案的实时调节;4)介绍了无线能量传输实验演示系统的搭建。构建了单发单收以及双发单收的线圈阵列,研究了能量传输效率与距离之间的关系;实际搭建了实时调控无线能量传输电路,对各模块进行测量确认实用性,并通过编写单片机程序实现了能量分配方案的实时调节。本文研究了可实时调控无线能量传输系统。对无线能量传输系统进行了较为深入的研究和平台搭建测试。研究结果表明无线能量传输系统能够实现能量分配的实时调控,使系统始终在最高传输效率状态下工作。
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