基于磁耦合谐振的无线能量传输技术探讨.pdf

基于磁耦合谐振的无线能量传输技术探讨在当前的社会当中，随着科技的不断发展，输电领域中也开始应用了越来越多的先进技术，其中，无线电能传输技术，是一种十分有效的技术。相比于传统的有线电传输技术，能量传输技术的安全性、灵活性都的特性都更为良好。在该领域当中，基于磁耦合谐振的无线能量传输技术是其中一项具有代表性的技术，因此，本文对该技术进行研究和探讨。【关键词】磁耦合谐振无线能量传输技术无线能量传输技术，也可叫做无接触能量传输，通过对无线电技术的应用，实现对电力能源的传输。无线能量传输技术从而技术的层面上来看，和无线电通信技术十分相似，在接收技术、发射技术等方面，都具有较大的相似性，二者唯一的区别就在于传输能量和传输信息。而在无线能量传输技术中，最大的问题就在于弥散、吸收衰减等问题。1基于磁耦合谐振的无线能量传输原理1.1耦合模对于多个电磁波模式之间的耦合情况，可以通过耦合模的理论进行研究，在同类的波动模式或不同的波动模式当中，都能够存在耦合，在相同波导电磁波和不同波导电磁波当中，也能够存在耦合。耦合模具有较为简单的概念，可分解复杂的耦合系统，使之成为孤立的单元，然后对其运动方程组进行求解，利用方程组的解，对孤立单元的简正模进行表示。假定孤立单元之间，形成原有复杂系统的方式为弱耦合，则该状态下孤立单元不会受到太大的运动状态扰动。因此，可以通过利用这些孤立单元的微小扰动，来对复杂的耦合系统运动进行描述。1.2电磁辐射根据电磁理论，如果电流作为场源，在其改变的时候，周围的磁场、电场等，也会随之发生改变，随着时间发生改变的电场和磁场，会转化为空间上的磁场和电场，电场和磁场之间不断的转化、环绕，从而形成一个整体，也就是电磁场。在电磁场当中，电磁辐射指的是加速度不为零的带点运动粒子、震荡电流、震荡电荷等，将电磁能量传送到外部空间，在空间中根据特定的速度进行传输。电荷能够产生磁场和电场，但只是在加速运动的前提下才能产生。随着时间的变化，导线中电流发生振荡，将小段载流直导线作为电偶极子，载流圆环作为磁偶极子。2基于磁耦合谐振的无线能量传输技术2.1PFC电路EMI对单相交流电进行滤波，在单项桥时不可控整流电路中，需要经过整流滤波的处理。滤波电容具有充放电特性、整流二极管则具有非线性，因此，在交流电压舒适绝对值比滤波电容两端电压高时，整流二极管才会导通。而在其它时候，反向截止则是主要的状态。因此，输入电流会呈现尖峰脉冲，会严重的污染电网谐波。所以，为了抑制谐波，需要对功率因数校正技术进行应用。通常来说，可采用APFC电路结构应用在DC/DC变换器拓扑中。其中，Boost生涯电路使PFC电路中应用最为广泛的一个种类。2.2数字控制器电路中的拓扑结构种类较多，控制电路也较为复杂，因此，如果对模拟芯片进行利用，分立元件需求较多，因而会花费较高成本。同时对于电路控制的稳定性、精确性等，都会受到温漂问题、模拟器件老化问题等，都会造成不同的影响。所以，在控制系统的设计中，可以对CPLD、DSP等进行应用。DSP指的是数字信号处理器，作为一种数字信号计算处理速度很快的微控制器，能够对各种复杂的控制算法加以实现。CPLD指的是可编程逻辑器件，针对用户的需求，数字集成电路能够对逻辑功能进行自行构造。2.3电路拓扑结构在磁耦合谐振式无线能量传输电路中，主要包括无线能量传输线圈、全桥高频逆变电路、全桥DC/DC变换器、PFC功率因数校正电路、EMI滤波电路等部分。在电网当中将开关电源接入，对于电源受到电网波动的影响，应当进行规避，对电网受到电源高频谐波的干扰也要进行避免。所以，在第一级电网接入电源的过程中，应当对EMI滤波电路进行设计。在EMI中主要包括传导干扰、辐射干扰等，而在开关电源中通常只需对传导干扰进行考虑。而传导干扰中又包括差模干扰、共模干扰等部分，在设计中，还需要限制滤波器。2.4高频逆变电路在DC/AC全桥逆变电路中，同一桥臂中，相互导通两个开关管，同时导通两个开关管，对四个开关管通断进行控制，在输出测，产生的交流方波电压幅值与输入电压幅值相同。在输出侧，如果对LC并联谐振电路进行建立，产生的正弦电压有效值能够和输入电压相同。在基于磁耦合谐振的无线能量传输技术中，发射线圈是依靠逆变电路输出进行供电。所以，应当具有兆赫级别的工作频率。同时，为了对便于对电路的试验研究和优化改进，应当提供可随意调节的输出电压和工作频率。2.5DC/DC变换器在DC/DC全桥变换器当中，两个开关管对同一桥臂进行互补导通，两个开关管同时导通，通过对四个开关管通断的控制，在变压器原边，会有和输入电压幅值相同的交流方波电压产生。在变压器变比已知的情况下，变压器进行隔离转换，在变压器副边，产生的交流方波电压为输入电压与便变压器变比之间的比值。通过整流，对直流方波电压进行输出，然后在LC滤波