高頻小功率無(wú)線充電技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)，無(wú)線充電作為一項(xiàng)新技術(shù)得到了飛速地發(fā)展，現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用到了可移動(dòng)式設(shè)備上，尤其是如智能手機(jī)等需要頻繁充電的設(shè)備上。無(wú)線充電系統(tǒng)可分為磁耦合感應(yīng)式和磁耦合諧振式兩類(lèi)。目前已有的無(wú)線充電規(guī)范有：Wireless Power Consortium（WPC）制定的Qi規(guī)范和Alliance for Wireless Power（A4WP）制定的Rezence規(guī)范。一般地，將Qi規(guī)范劃分為磁耦合感應(yīng)式無(wú)線充電系統(tǒng)，而將Rezence規(guī)范

2、劃分為磁耦合諧振式無(wú)線充電系統(tǒng)。本文的主要研究?jī)?nèi)容是圍繞基于Rezence規(guī)范的高頻小功率無(wú)線充電系統(tǒng)的發(fā)射端設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的整體工作特性及其影響因素展開(kāi)的。
　　本文從原理上詳細(xì)地介紹和分析了整個(gè)磁耦合諧振式無(wú)線充電系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方案，包含發(fā)射端和接收端兩個(gè)部分。線圈的諧振耦合理論分析主要采用了耦合回路模型和二端口網(wǎng)絡(luò)模型，并得出了對(duì)系統(tǒng)傳輸效率和功率造成影響的主要因素，為無(wú)線充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了重要的理論參考。本文使用新型

3、的GaN功率場(chǎng)效應(yīng)管設(shè)計(jì)出了一可作為無(wú)線充電系統(tǒng)發(fā)射端的E類(lèi)功率放大器，其工作頻率為6.78MHz，在輸出功率為8W時(shí)的效率最高可達(dá)92％。
　　另外，本文還提出了一種可以檢測(cè)和控制發(fā)射端工作狀態(tài)的方法。將發(fā)射端分為三種基本工作狀態(tài)，分別是：無(wú)功率輸出狀態(tài)、低功率輸出狀態(tài)和功率傳輸狀態(tài)。出于安全和節(jié)能的考慮，在沒(méi)有有效接收端的情況下，發(fā)射端將關(guān)閉功率放大器的供電電源，進(jìn)入無(wú)功率輸出狀態(tài)。在低功率輸出狀態(tài)下，發(fā)射端通過(guò)檢測(cè)結(jié)果判斷接

4、收端是否滿足系統(tǒng)正常工作所需的條件。功率傳輸狀態(tài)是系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)，發(fā)射端將為接收端提供所需的功率，此時(shí)發(fā)射端的E類(lèi)功率放大器工作于零電壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)，功率損耗小、工作效率高。發(fā)射端工作狀態(tài)的判斷是通過(guò)檢測(cè)和分析功率放大器的直流供電電壓、電流以及其輸出端的入、反射功率的大小得出的，無(wú)需發(fā)射端與接收端之間相互通信。
　　最后，本文利用E類(lèi)功率放大器構(gòu)成的發(fā)射端以及D類(lèi)半波整流電路和降壓型DC/DC變換電路構(gòu)成的接收端搭建了一套手機(jī)無(wú)線