兆赫茲無線電能傳輸系統(tǒng)的分析與控制.pdf

1、近年來，無線電能傳輸技術(shù)取得了長足發(fā)展，它的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)逐漸延伸到各類消費(fèi)類電子產(chǎn)品甚至高功率的電動(dòng)汽車當(dāng)中。這些無線充電系統(tǒng)一般由交流電源，耦合線圈，整流器，能量管理電路及最終負(fù)載組成。在這樣一個(gè)復(fù)雜的電路系統(tǒng)中，需要進(jìn)行電路級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的分析與優(yōu)化才能提高整個(gè)系統(tǒng)的傳輸特性。本論文主要是針對(duì)兆赫茲系統(tǒng)展開，保證能量在低耦合的情況下傳輸，從而提高的系統(tǒng)的空間自由度，這樣的高頻系統(tǒng)尤其適合一對(duì)多同時(shí)充電。但是高頻率也對(duì)系統(tǒng)中交直流轉(zhuǎn)換電路

2、設(shè)計(jì)與系統(tǒng)穩(wěn)定性提出了很大的挑戰(zhàn)。同時(shí)，實(shí)際工作中的無線電能傳輸系統(tǒng)需要面對(duì)多種類型的擾動(dòng)及系統(tǒng)不確定性，主要包括，負(fù)載，耦合情況，及接收器數(shù)量的改變。因此，系統(tǒng)的傳輸能力需要通過一個(gè)穩(wěn)定的閉環(huán)反饋系統(tǒng)來保證。本論文就是為應(yīng)對(duì)以上挑戰(zhàn)，對(duì)一個(gè)一般化的無線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了全面的建模，分析，并設(shè)計(jì)了適用與不同應(yīng)用場合的控制方法。
　　本論文的研究重點(diǎn)是無線電能傳輸?shù)慕?，分析與控制，通過理論推導(dǎo)來指導(dǎo)實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，并最終完成

3、整套硬件系統(tǒng)的搭建。根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用情況，論文針對(duì)了一對(duì)一充電及一對(duì)多充電這兩種不同架構(gòu)開展研究。在一對(duì)一架構(gòu)下，研究首先圍繞了使用標(biāo)準(zhǔn)射頻源電源的系統(tǒng)，通過系統(tǒng)級(jí)的分析與設(shè)計(jì)，討論了系統(tǒng)的負(fù)載效應(yīng)，并提出了通過最優(yōu)負(fù)載控制實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效率跟蹤的控制方法。在負(fù)載控制的基礎(chǔ)上，論文進(jìn)一步提出了使用超級(jí)電容及E類功率放大器的系統(tǒng)構(gòu)架，通過開關(guān)控制來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在大負(fù)載變動(dòng)范圍下的快速響應(yīng)。基于一對(duì)一系統(tǒng)的分析，論文將研究逐步向一對(duì)多系統(tǒng)擴(kuò)展。研究

4、的重點(diǎn)首先是一對(duì)多耦合系統(tǒng)的特性分析，分別針對(duì)接收線圈有無交叉耦合的情況進(jìn)行的獨(dú)立的研究。在無交叉耦合下，論文理論推導(dǎo)了線圈效率最優(yōu)化的條件，分析了功率在一對(duì)多線圈上的分配機(jī)理與線圈的輸入阻抗。在此基礎(chǔ)上，論文進(jìn)一步分析了交叉耦合對(duì)系統(tǒng)效率，功率分配及輸入阻抗的影響，并提出了交叉耦合的補(bǔ)償機(jī)制。論文最后將一對(duì)一系統(tǒng)中的負(fù)載控制與一對(duì)多線圈模型相結(jié)合，設(shè)計(jì)了適合一對(duì)多實(shí)際系統(tǒng)的充電策略，該策略在實(shí)現(xiàn)每個(gè)接收器恒壓輸出的同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的