WPT无线充电技术的设计和研究(2)

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2 部分数学模型 10

2．1谐振耦合电能传输失谐机理 10

2．2谐振耦合效率分析 11

3 无线充电的设计 14

3．1 无线电能传输系统原理及其结构 14

3．2 信号驱动电路的设计 15

3．3 信号放大电路的设计 15

3．4 衰减器电路的设计 16

3．5 匹配线圈 18

3．6 总体电路图与实物图 20

3．7 实际设计中遇到的问题与反思 21

4 实验 22

4．1 实验仪器 22

4．2 实验过程 24

4．3 实验结论 27

4．4 实验后续 27

致谢 28

参考文献 29

1 绪论

1．1 研究背景

我们生活在无线的世界里。手机、WiFi、蓝牙、2G、3G、4G等无线技术让数码设备每时每刻都能联网。不过，从智能手机到平板电脑，我们的所有设备依然都离不开电源线和插头。一旦电池耗尽而又无处充电，这些设备便毫无用处。因此，电池续航时间一直是产品广告、性能清单和评测中的重点指标。在我们不断发展着电池容量等电能储备技术的同时，另一种技术也开始逐渐成熟。设想一下以下场景：只需将手机放在正确的位置就能充电，而这正是无线充电的目标。要实现完全的无线自由，需要剪掉最后一根线——电源线。相关技术已经诞生而且在消费产品中得到应用。这种名为磁感应的技术可以无线传输电能，只需将带有嵌入式接收器的设备放在充电站上即可充电。该技术的电能传输效率与距离成反比，但距离不是问题，因为电源发射器可嵌入到手机等设备通常放置的地方，例如咖啡馆的桌子、办公桌、床头甚至家具内。论文网

无线充电技术在能源、交通运输、便携通信、航空航天、医疗器械、水下探测，乃至日常生活中都有着广泛的应用前景，因此具有极高的科研价值。无线供电能够解放很多低功耗的设备对电缆和电池的依赖，大幅提高设备用电的安全性能、可靠性，同时电能将克服特殊地理环境传输，真正实现全球覆盖。有鉴于此，WPT曾被美刊评为“21世纪十大科研方向之一”。

1．2 WPC的建立与Qi标准

由于没有对错误充电的ID认证方法，容易酿成危险，针对不同的电池，充电的要求也不尽相同。为了解决以上的难题，专门针对于无线电源的行业标准组织——无线充电联盟（WPC）成立了。该组织成立于2008年，由亚洲、欧洲和美国的各行业公司组成，其中包括电子设备制造厂商和原始设备制造商（OEM）。WPC标准定义了电感耦合（线圈结构）的类型，以及低功耗无线设备所用的通信协议。在这种标准下工作的任何设备都可以与任何其他WPC兼容设备配对。获得WPC联盟的认证的产品，将被标识“Qi”字样的LOGO，具有“Qi”的终端，可以在所有标有该LOGO的充电板上充电。并且，获得Qi标识后，不用向WPC联盟付费。

这种方法的一个重要的好处是其利用这些线圈来实现电力发送器和电力接收器之间的通信。WPC标准定义了系统的三个主要方面——提供电力的电力发送器、使用电力的电力接收器以及这两种设备之间的通信协议。在WPC标准下，无线传输的“功耗”设定为5W以下，达到这一标准范围的系统在两个平面线圈之间使用电感耦合来将电力从电力发送器传输给电力接收器。两个线圈之间的距离一般为5mm。