磁共振式无线电能传输的基础研究与前景展望

《磁共振式无线电能传输的基础研究与前景展望》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2014年10月无线电能传输技术与应用学术国际会议INTENATIONALCONFERENCEOFWIRELESSPOWERTRANSMISSIONTECHNOLOGYANDAPPLICATION磁共振式无线电能传输的基础研究与前景展望傅旻帆张统马澄斌朱欣恩（上海交通大学_密西根学院，上海200240）摘要近年以来，无线电能传输领域获得了国内外学者及工业界人士的广泛关注。基于磁共振的无线电能传输技术因其良好的中距离传输特性，被视为能有效解决现今各类消费电子设备储能不足、充电不便等问题的有效方案。本文围

2、绕基于磁共振的MHz无线电能传输技术，介绍了本团队近年的一些相关积累与研究思路，其中主要包括：两线圈结构下系统的静态最优负载控制与动态最优负载跟踪，多接收线圈系统的特性及相关实验验证。最后，基于已有成果对无线电能传输将来的研究方向与工作进行了展望。关键词：无线电能传输磁共振负载控制最优负载跟踪多线圈系统于远场的传输可以是广播模式，也可以是点对点模1引言式。广播模式的能量与效率随传输距离的平方衰减，麦克斯韦方程组理论地总结与描述了电与磁之效率低，适合小功率的传输；点对点模式能进行大间的相互关系，极大地推

3、动了电磁波领域的发展，功率高效传输，但是需要对目标进行定位追踪，不[2]最终引发了无线通信领域的革命。而能量（作为电适合应用于日常电子产品。感应式耦合技术在小磁波除信号之外的另一种载体）的无线传输也开始距离（小于线圈直径）大功率传输上具有很高的效为人们所关注。早在1904年，尼古拉·特斯拉率，配合磁性材料目前可在20cm下以90%左右效[3]（NikolaTesla）就尝试通过耦合实现电能在自由率实现数十千瓦的电量传输。基于磁耦合共振的空间的无线传输[1]。但是受限于当时的科技水平，无线充电技术自20

4、07年MIT的2m外点亮灯泡实他的实验由于效率方面等问题并未能引入实际应用验而备受关注，该技术特别适合于中距离的电能传领域。至此之后，人们将主要精力集中于发展无线输（1~2倍线圈直径），且其高频化有利于实现系统[4]通信，而无线电能传输则经历了一段漫长的沉寂。的轻量化，小型化，低成本与较高的空间自由度。近年来，由于各种消费类电子设备（智能手机、一个典型的MHz无线电能传输系统包括：功率笔记本电脑、平板电脑、各种电脑外设等）对无线放大器、耦合系统、整流器、DC-DC变换器和负载。充电的实际需求（储能不足

5、、充电不便等），人们对目前，该领域的研究主要包括：功率放大器的优化无线电能传输的研究与开发又重新给予了极大的关设计、高效耦合系统的分析与设计、DC/DC的优化[5]-[12]注。希望通过电能的无线传输，去掉移动电子设备控制、匹配电路设计等。而面向实际应用的传的“最后”一根电缆（即电源线），从而使消费者能输系统，需要考虑外部因素对原有无线电能传输系够从空间对信息和能量进行同时地接收，即泛在接统的影响，例如，环境中存在的导体、线圈相对位入（UbiquitousAccess）。与此同时，由于功率器件，置的改

6、变、负载阻抗特性及功率需求的改变等。这智能IC，新型电路拓扑等的发展，为无线电能传输些不确定性因素对保持整个系统的稳定与高效提出的发展奠定了很好的硬件基础。了诸多挑战。针对以上问题，本文将主要介绍本团目前，主流的无线电能传输技术主要包括基于队已有的成果，包括：基于级联Boost-Buck变换器远场的电能传输，和磁感应式耦合(Inductive的静态最优负载控制，用以消除负载变化的影响[11][13]coupling)及磁共振式耦合(Resonancecoupling)。基；基于扰动观察法的最优动态负载

7、跟踪，用于无线电能传输技术与应用学术国际会议解决线圈位移的所带来的问题；多接收线圈的电路表1耦合系统参数分析与实验验证，为多线圈系统开发奠定理论基础。名称值名称值本文的构成如下，第二部分主要介绍基于线圈结构终端开路L7.8uHDC/DC的负载控制，包括静态负载控制及动态负载线圈直径320mmC17.6pF跟踪，第三部分重点分析多线圈系统的模型，实验共振频率13.56MHzR3.52Ω验证结果等。第四部分将根据已有成果，提出未来展望与思路。最后是全文总结。213.56MHz无线电能传输系统2.1系统简介

8、与分析本部分系统基本结构如图1，包含：功率放大’’sys器、耦合系统、整流器、DC/DC变换器及负载。全系统效率定义为（参考图1）：Pl（1）systrancoilrecdcdcPik其中，Pl为最终负载消耗功率；Pi为来自功放的入Rin（Ω）射功率；Pr为因阻抗失配导致的反射功率；ηcoil,ηrec，ηdcdc分别代表耦合系统，整流系统与DC/DC变换器图3系统效率特性的传输效率；ηtran为系统入射效率，可表示为系统在任意位置下均