多接收器无线充电技术研究

作     者：赖禹同 

作者单位：西南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭锋;朱成银

授予年度：2022年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：多接收器无线充电 磁耦合谐振技术 S-LCL谐振网络 频率分叉 交叉耦合 

摘      要：由于无线充电技术相对传统充电技术具备安全、充电范围广等优势,进而逐渐成为众多相关领域学者研究的重点。近年来,对于单接收器无线充电技术已经做了大量研究。然而,单接收器无线充电技术无法适应向同一区域内多种产品进行充电的要求,因此多接收器无线充电技术的研究变得尤为重要。现有多接收器无线充电系统传输特性相对较差,而频率分叉和交叉耦合是影响系统传输特性的两个关键问题。因此,本文从系统谐振网络的角度出发,探究上述两种现象对于多接收器无线充电系统传输特性影响的一般化规律,并提出了基于复杂谐振网络的规避频率分叉、消除交叉耦合的方案。主要研究内容如下:(1)分析两种常见多接收器磁耦合无线充电系统主要结构和特性,并阐述了各模块功能。简要介绍了四种基本谐振网络以及各自的输出特性,对S-LCL谐振网络的恒压输出特性进行理论建模分析。基于电路互感等效模型,推导出“一对一、“一对二磁耦合无线充电系统传输特性的相关表达式并将影响规律延伸到多接收器系统;(2)利用谐振时电路相位角条件,推导出双接收器系统频率分叉临界条件,探明了S-LCL谐振网络的耦合系数和品质因数对频率分叉现象的影响规律,并将结论扩展到多接收器系统中,利用Multism与Matlab软件,搭建等效电路模型,确立本文设计系统接收器个数为3,搭建基于S-LCL的三接收器磁耦合无线充电系统仿真模型,对理论分析得到的恒压输出以及频率分叉理论进行了仿真分析与验证;(3)针对接收线圈之间交叉耦合问题,采用外加阻抗的策略抵消交叉耦合对系统输出特性带来的不利影响。首先,建立基于S-LCL的多接收器无线充电系统互感模型;然后基于电路理论,分析阻抗补偿的影响因数的影响规律;最后搭建仿真电路实验平台,验证交叉耦合补偿策略进行仿真实验验证;(4)借助HFSS软件确定三接收器系统谐振线圈基本参数,通过分析发射线圈上交变电流一周期内在接收线圈上耦合激发的电磁场强度及磁通量方向,分析最优接收线圈位置,结合仿真所得结论,完成实物模型的绕制;搭建基于S-LCL的三接收器磁耦合无线充电系统硬件平台,并完成电路重要元器件的选型,设计物理实验对理论仿真结果进行验证。