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无线感应充电模块的研制

作　者: 杨唐纯
导　师: 刘建伟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 非接触电能传输零电压开关初、次级补偿串联谐振逆变器
分类号: TM910.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

非接触感应电能传输技术是一种的新型电能传输技术,它利用电磁感应原理有效、安全地传输电能,在感应充电、电动汽车、工业应用、医疗电子、环保事业、恶劣环境等场合有着广泛的应用前景。非接触感应电能传输系统一般由开关变换器组成的高频供电电源和接收功率并向负载提供能量的谐振电路两部分构成。传统上应用于变压器的强耦合方式的理论、设计技术等,不适用于非接触感应电能传输系统。为减少开关器件的能量损耗、降低开关器件的电磁应力,要求开关器件工作在零电压转换或零电流转换模式下。本文首先介绍非接触能量传输系统的基本原理、研究现状和发展趋势;建立了非接触变压器的等效电路模型,并对系统进行了阻抗分析。接着分析了非接触能量传输系统初级侧电能变换器的电路特性。再分析了系统不同工作频率下的稳定性,得出了不同补偿方式下对应的稳定条件。本论文基于非接触式感应电能传输技术,设计实现无线充电方案。即借助于非接触式电磁感应耦合结构,对充电电池进充电,从而提升充电系统的安全性和稳定性。论文中非接触式感应充电系统系采用ER型耦合结构作为主要电能传输接口,并设计锁相变频环节使系统跟踪电池负载变化。另外分析设计调谐电容改善系统的整体电能传输效率。系统设计基于芯片bq2002的充电电路,采用定电流快速充电方案,充电对象为12V/1800mAh的镍镉电池。经过实验分析测量,本论文所设计的非接触式感应充电系统确具可行性,充电最高耦合效率超过80%。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 非接触能量传输系统简介  9
  1.2 非接触能量传输系统的国内外研究现状和发展前景  9-12
    1.2.2 非接触能量传输系统的发展前景  11-12
  1.3 感应电能传输系统涉及的技术问题  12-16
    1.3.1 高频变压器技术  12-13
    1.3.2 谐振逆变技术  13-16
  1.4 本文的主要研究内容  16-17
第2章感应电能传输系统分析与模型  17-28
  2.1 引言  17
  2.2 感应电能传输系统电路分析  17-21
    2.2.1 感应电能传输的逆变器模型  17-19
    2.2.2 感应电能传输系统次级电路模型  19-21
  2.3 电能传输系统调谐电路  21-24
    2.3.1 初级调谐电路  21
    2.3.2 次级调谐电路  21-23
    2.3.3 调谐电容设计  23-24
  2.4 感应电能传输系统频率及其稳定性分析  24-27
  2.5 小结  27-28
第3章感应线圈基本特性分析与充电电池介绍  28-42
  3.1 引言  28
  3.2 感应线圈工作原理  28-30
  3.3 铁芯特性分析  30-35
    3.3.1 磁滞现象  30-31
    3.3.2 软磁材料介绍  31-33
    3.3.3 感应结构类型  33
    3.3.4 感应结构特性分析  33-35
  3.4 感应线圈的非理想效应  35-36
  3.5 充电电池介绍  36-38
    3.5.1 铅酸蓄电池  37
    3.5.2 镍镉电池与镍氢电池  37
    3.5.3 锂离子电池  37-38
  3.6 电池充电方案  38-41
    3.6.1 定电流充电法  38
    3.6.2 定电压充电法  38-39
    3.6.3 定电流与定电压充电法  39-40
    3.6.4 脉冲充电法  40
    3.6.5 交替脉冲充电法  40-41
  3.7 小结  41-42
第4章系统硬件电路设计  42-61
  4.1 前言  42
  4.2 电路架构  42-43
  4.3 初级侧电路设计  43-53
    4.3.1 半桥电能变换电路  43-46
    4.3.2 半桥驱动IC  46-47
    4.3.3 闭环频率控制电路  47-51
    4.3.4 电流调节电路  51-53
  4.4 感应结构选择  53-56
  4.5 调谐电路的设计  56-57
  4.6 次级侧电路设计  57-60
    4.6.1 稳压电路  57-58
    4.6.2 充电控制器  58-59
    4.6.3 充电电路  59-60
  4.7 小结  60-61
第5章实验结果  61-67
  5.1 引言  61
  5.2 硬件电路结构  61-62
  5.3 实验结果测量  62-66
  5.4 小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-73
致谢  73

无线感应充电模块的研制

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