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微型磁共振无线能量传输系统及其应用研究

作　者: 李旸
导　师: 李修函
学　校: 北京交通大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 无线能量传输磁谐振传输效率 Litz线立体线圈 MEMS 无线充电
分类号: TM724
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 59次
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内容摘要

随着微电子技术的发展,植入式医疗仪器在现代医学领域应用得越来越广泛,而随之而来的植入式仪器供电问题成为该项技术的瓶颈。随着植入式器件尺寸越来越小,电池体积与老化更换等问题将会制约植入式仪器的发展。磁谐振式无线能量传输系统被认为是为植入式医疗仪器供给能量最好的方式,在能量传输效率与相对位置参数方面,磁谐振式比电感耦合式系统更加具有优势,而谐振线圈的结构与性能是影响传输效率的关键因素。为了进一步优化无线能量传输系统的体积和效率,设计实现了柔性线圈,包括平面螺旋Litz线与立体卷曲Litz线两种结构,并使用柔性线圈搭建无线能量传输系统,分别搭建了两线圈与四线圈系统。测试结果表明,立体Litz线线圈搭建的四线圈系统比由平面Litz线线圈搭建的系统具有更高的传输效率,更加节省体积。在传输距离为1cm时,由立体Litz线线圈搭建的四线圈传输系统效率比两线圈系统效率高48%,在传输距离为1.5cm时,其效率比平面Litz线线圈搭建的四线圈系统效率高10%。在线圈设计上,本文基于MEMS平面工艺,创新性的提出了双电感交叠结构的3D MEMS线圈,面积利用率更高,斜线交叉的结构进一步提高了线圈的可靠性。最后,基于柔性立体电感搭建了无线充电系统,发射端采用功率管设计E类功率放大器,输入端加入反相器驱动电路。接收端利用分立元件搭建整流稳压电路,提供稳压输出。经测试输出端可得到5V稳压输出,并成功为手机充电。

全文目录

致谢  4-5
中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
序  7-10
1 引言  10-13
  1.1 研究背景与意义  10
  1.2 研究现状  10-11
  1.3 论文主要工作  11-13
2 磁谐振无线能量传输系统设计  13-25
  2.1 无线能量传输系统模型  13-17
    2.1.1 两线圈能量传输系统  13-14
    2.1.2 四线圈能量传输系统  14-17
  2.2 E类功率放大电路原理与实现  17-20
    2.2.1 功率放大器分析对比  17
    2.2.2 E类功率放大器设计  17-20
  2.3 接收电路模块设计  20-23
    2.3.1 整流电路设计  20-22
    2.3.2 稳压电路设计  22-23
  2.4 无线能量传输系统整体设计  23
  2.5 本章小结  23-25
3 柔性3D Litz线结构MEMS线圈设计  25-40
  3.1 电感线圈理论模型  25-29
    3.1.1 电感理论模型  25-28
    3.1.2 趋肤效应  28-29
    3.1.3 邻近效应  29
  3.2 MEMS单项工艺  29-31
    3.2.1 MEMS基本介绍  29-30
    3.2.2 厚胶光刻  30
    3.2.3 电镀  30-31
  3.3 3D MEMS立体电感集成工艺设计  31-35
  3.4 柔性立体电感设计与测试结果对比  35-39
    3.4.1 柔性立体电感设计  35-38
    3.4.2 柔性立体电感测试结果对比  38-39
  3.5 本章小结  39-40
4 基于柔性立体电感的无线充电系统  40-49
  4.1 无线能量传输系统效率测试结果与分析  40-44
    4.1.1 系统搭建与测试  40-41
    4.1.2 测试结果与分析  41-44
  4.2 无线充电系统搭建与测试  44-47
    4.2.1 系统搭建与测试  44-46
    4.2.2 系统性能分析  46-47
  4.3 本章小结  47-49
5 结论  49-50
参考文献  50-54
作者简历  54-56
学位论文数据集  56

微型磁共振无线能量传输系统及其应用研究

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