单管无线电能传输系统主电路参数的优化设计
无线电能传输系统原理分析与设计
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技术与方法
Technique and Method
所 示 ， 该 电 路 采 用 同 相 端 输 入 。 当 Vin >0 ， D1 截 止 ， 此 时
20 V 10 V
U2 的 同 相 输 入 端 和 反 相 输 入 端 的 输 入 信 号 相 同 ， 因 此 Vout =Vin ； 当 Vi n <0 时 ， D1 导 通 ， D2 截 止 ， VA =(1 + R2 / R1 ) Vin = 2Vin ， 而 Vout=(1+ R4/ R3) Vin-( R4/ R3)VA=- Vin 。 所 以 Vout=| Vin| ， 该
自电磁感应现象及导线可以传输电能被人类发现 至今， 电能的传输主要是由导线直接接触进行输送的， 但是这种方式在使用上存在接触火花和不安全裸露导 体 引 起 触 电 等 安 全 隐 患 [ 1] ， 感 应 电 力 传 输 技 术 (Inductive
Power Transfer) 可 以 弥 补 这 些 不 足 。 利 用 电 磁 感 应 方 式
R4 2 kΩ
C(C 为 场 效 应 管 的 结 电 容 与 外 接 电 容 之 和 ) 在 开 关 断 开 时 ， 开 始 充 电 。 当 L5- C4 分 支 上 的 电 流 反 向 时 ， C3 上 的
电流补偿，因此场效应管 两端的 电压 将降低 ，当场 效应 管两端的电压降为零时，开关再次合上，并且重复以上 过程
1 MHz 的 晶 体 与 74HCT04 “ 非 门 ” 以 及 其 他 电 路 元 件 组 成 了 振 荡 电 路 ， 其 中 R1 ＝ 30 MΩ ， C1 ＝ 20 pF ， C2 ＝ 20 pF 。 该 信 号 输 出 为 一 个 占 空 比 为 50% 的 方
无线电能传输系统原理分析与设计
输 系统$ 通 过电磁 感应耦 合与 电子电 力技术 #将 9 类功 率放 大器应 用于电 能传输 的途 径#在实 际应 用中有效提高了无线电能传输效率$ 关 键 词 ! 无 线 电 能 传 输 %9 类 放 大 器 % 系 统 设 计
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物理实验技术中的无线电系统设计与优化方法
物理实验技术中的无线电系统设计与优化方法无线电技术在现代物理实验中起着重要的作用。
它不仅可以实现数据的无线传输和控制，还可以通过无线通信实现对实验设备的远程监控和操作。
然而，无线电系统的设计与优化在物理实验中并不是一项容易的任务。
本文将从多个角度探讨物理实验技术中的无线电系统设计与优化方法，以期为研究人员提供一些参考和指导。
首先，无线电系统设计中的一个重要方面是频谱规划。
频谱规划涉及到对无线电信号的频率分配和功率控制，以避免信号之间的干扰。
在物理实验中，频谱规划可以根据实验需求来确定合适的频率范围和功率级别。
同时，还需要考虑到实验设备周围的无线电环境，以避免与其他无线电设备的干扰。
例如，在某些频段已经被其他无线电设备频繁使用的情况下，可以选择使用其它频段或应用无线电技术中的频率跳变技术，以减少干扰。
其次，无线电系统设计中的另一个关键问题是信号传输的可靠性和稳定性。
在物理实验中，要保证实验数据的准确性和可靠性，无线电信号的传输必须具备良好的抗干扰能力和抗衰减能力。
一种常用的方法是使用调制解调技术来传输信号，通过对信号进行调制和解调，可以使信号更加稳定和可靠。
另外，合适的编码技术和纠错编码技术也可以提高信号传输的可靠性。
例如，可以使用差分编码技术和海明编码技术来提高信号的抗干扰能力和抗衰减能力。
此外，在无线电系统设计中，还需要考虑无线电设备的天线设计和位置布局。
天线是无线电信号的传输和接收的关键部件，其设计和布局的合理性直接影响到信号的传输质量。
在物理实验中，天线的选择和布局应根据实验需求和环境条件进行优化。
例如，在室内实验环境中，可以选择方向性天线，以减少信号与墙壁反射导致的干扰。
而在室外实验环境中，可以选择增益较高的天线，以增加信号的传输距离和穿透能力。
最后，无线电系统设计中的一个重要环节是功耗管理。
在物理实验中，无线电设备通常需要长时间运行，并且需要保持较高的稳定性和可靠性。
为了延长设备的使用寿命和减少能源消耗，可以采取一些功耗管理的策略。
无线电能传输系统中的功率优化研究
无线电能传输系统中的功率优化研究随着电子技术的不断发展，无线电能传输系统也应运而生。
无线电能传输系统是一种利用电磁波从一个地方传输电能到另一个地方的技术。
与传统电线传输不同，无线电能传输不需要物理导线，无需插头和插座即可实现电能的传输，具有非常广泛的应用领域。
无线电能传输系统的核心是功率优化。
1. 无线电能传输系统的原理无线电能传输系统是一种利用电磁辐射能量传输电能的技术，主要用于远距离电力传输。
无线电能传输系统由两部分组成，发射器和接收器。
发射器包括一个发生器和一个天线，发生器产生一个高频电场，并通过天线将电场辐射到空间中。
接收器中有一个天线，能够接收空间中的电场，并将其转化为电能。
工作原理：发射器中的高频电场辐射到空间后，会与接收器中的天线形成共振。
接收器中的天线会收集电磁波中的能量并送入整流器。
整流器通过将交流信号转成直流信号来为设备加电。
2. 传输过程中的功率损失电能在传输过程中经常会产生能量损失。
这些损失包括传输线路阻抗、接触阻力、散热等。
在无线电能传输中，功率也会损失。
传输衰减率与距离、天线大小、环境噪音等因素有关。
因此，优化功率是无线电能传输的重要部分。
3. 优化无线电能传输的功率为了提高无线电能传输的效率和稳定性，需要对无线电能传输系统的功率进行优化。
事实上，要优化功率，需要从许多角度入手，包括天线、电路和芯片设计等方面。
3.1 天线设计天线是无线电能传输的重要组成部分。
为了提高无线电能传输的效率，需要设计一种高效率的天线。
天线设计时应根据传输距离、频率和方向性等因素进行选择和设计。
此外，对于无线电能传输系统，天线的大小和形状也是影响功率传输的关键因素。
3.2 电路和芯片设计为了减少电路和芯片的功耗，需要优化它们的设计。
在电路设计过程中应尽量选择低失真、低噪声和低功耗的元件。
在芯片设计过程中应根据功率传输的需求，选择合适的工艺和器件。
此外，设计时还应考虑后期维护和升级的问题，保证系统的可靠性和稳定性。
无线单工传输系统设计
数据传输速率
系统应具备较高的数据传输速率，以提高信 息传输效率。
抗干扰能力
系统应具备较强的抗干扰能力，以应对复杂 的电磁环境。
02 硬件设备选型与配置
发射机与接收机选择
发射机
选择具有高功率、高效率、稳定性好的发射机，考虑其工作频率范围、调制方式、输出功率等参数，以满足系统 传输需求。
接收机
选择具有高灵敏度、低噪声、抗干扰能力强的接收机，考虑其工作频率范围、解调方式、接收增益等参数，以确 保接收信号的质量。
天线类型及参数确定
天线 阵列天线等。
天线参数
确定天线的工作频率、增益、波束宽 度、极化方式等参数，以满足系统传 输距离和覆盖范围的需求。
滤波器与放大器配置
滤波器
配置合适的滤波器以滤除杂散信号和干扰信号，提高信号的纯净度和传输质量。
Zigbee协议
基于IEEE 802.15.4标准的低功耗个域网协议，适 用于短距离、低速率无线通信场景。
3
LoRa协议
长距离、低功耗无线通信技术，适用于物联网应 用。
网络拓扑结构设计
星型拓扑
所有节点直接连接到中 心节点，结构简单，易 于管理。
树型拓扑
节点按层级连接，适用 于分层结构网络。
网状拓扑
性能评估指标分析
01
传输距离
分析系统在不同环境下的传输距离， 评估系统覆盖能力。
安全性评估
分析系统抗干扰能力和加密性能， 评估系统安全性。
03
02
功耗评估
测试系统各部件功耗，评估系统能 效比。
可靠性评估
综合误码率、吞吐量、延时等指标， 评估系统整体可靠性。
04
06 实际应用案例分享
案例一：无线话筒系统
无线电能传输系统高频同步整流电路设计
题目：无线电能传输系统高频同步整流电路设计无线能量传输系统高频同步整流电路设计摘要传统接触式能量传输系统主要通过导线进行能量传输。
在传输进程中，由于插头和插座的接触摩擦而产生火花，在有些场所（如石油、化工企业）很容易产生危险，而且在很多用电场合，各类各样的电线连接到一路，既不美观，也超级不方便[1]。
实现供电系统与电气设备之间没有导体接触，自然成为电能传输的重要研究方向之一，即无线电能传输技术。
无线电能传输电路分为发射和接收两部份，电源提供直流电，通过DC-AC 转换单元，转换为高频交流电提供给原边电感。
再由副边电感接收能量通过整流滤波后变成直流电。
其中传统的整流方式是通过整流二极管电路，可是整流二极管导通压降较高。
快恢复二极管(FRD)或超快二极管(SRD)可达~，即便肖特基二极管(SBD)，也会产生的压降[2]，整流损耗较大，电路效率低。
采用低导通阻抗的MOSFET进行整流，能够大大降低这一损耗，是提高变换器效率的有效途径。
用功率MOSFET作同步整流时，要求栅极驱动电压与被整流电压的相位维持同步才能完成整流功能，因此，这种利用功率MOSFET的整流技术，称为同步整流技术。
本文重点分析了同步整流技术的各类拓扑结构和驱动技术，结合不同结构存在的优缺点提出一种栅极电荷维持驱动方式的同步整流电路，着重分析了该电路各个阶段的运行方式，而且设计出电路进行仿真实验，得出了实验结果。
关键词：无线电能传输技术；肖特基二极管；同步整流；栅极电荷维持THE DESIGN OF HIGH FREQUERCY SYNCHRONOUS RECTIFIER CIRCUIT FOR WIRELESS ENERGY TRANSMISSION SYSTEMABSTRACTTraditional contact energy transmission system mainly through a wire carrying energy the transmission process, because the plugs and receptacles contact friction and produce sparks, and in some places (such as oil, chemical enterprise) is very easy to produce the danger. Realize the power supply system and electrical equipment no contact between a conductor, naturally becomes an important research direction of power transmission, that is wireless transmission technology.The wireless energy transmission circuit can be divided into two parts of transmitter and DC power supply, through the DC-AC conversion unit, conversion for high frequency alternating current to provide the original edge edge inductance receive energy rectification of filter into the direct them the traditional way is through the rectifier diode rectifier circuit, but rectifier diode conduction pressure drop is recovery rectifiers (FRD) or super fast diode (SRD) is about ~, even if the schottky diodes (SBD), also can produce pressure drop, rectifier loss is bigger, circuit efficiency is the MOSFET of low conduction impedance for rectification can greatly reduce the loss and improve the efficiency of the is an effective power MOSFET as synchronous rectifier, requires the grid driving voltage phase and the rectifier voltage phase of MOSFET keep synchronization to complete rectifier function, therefore, the use of power MOSFET rectifier technology, known as synchronous rectifier technology.This paper focuses on the analysis of the technology of synchronous rectifier topological structure and drive technology, combined with different structure and the advantages and disadvantages of the existing put forward a way of driving charge grid keep synchronous rectifiercircuit, this paper analyzes the circuit at all stages of the operation mode, and design the circuit simulation experiment, it is concluded thatthe result of the experiment.Key words:Wireless energy transmission technology; Schottky diode; Synchronous rectifier; Grid charge keeping目录无线能量传输系统高频同步整流电路设计 (2)1 绪论 (1)课题的研究背景和意义 (1)课题的研究现状 (2)课题研究的重点难点 (3)2 无线能量传输技术 (4)3 同步整流技术 (6)同步整流技术简介 (6)同步整流管的损耗分析 (7)同步整流管和肖特基二极管的损耗比较 (9)4 电路的设计 (10)结构分析与方案选择 (10)它激式同步整流器 (10)自激式同步整流器 (11)同步整流设计电路 (13)栅极电荷维持驱动方式 (13)主电路 (15)实验电路的管型选择 (16)辅助绕组的设计 (16)同步整流管的选择 (17)驱动芯片UCC3580 (17)5 仿真电路与结果 (19)6 结论 (23)存在问题与应用前景 (23)结论 (23)参考文献 (24)致谢 (26)1 绪论课题的研究背景和意义长期以来，电能主如果通过导线或导线间的彼此接触进行传输的，电气设备一般通过插头和插座等电连接器的接触进行供电。
无线电能传输系统参数优化
无线电能传输系统参数优化
黄静;邵兵;王剑飞
【期刊名称】《电子技术应用》
【年(卷),期】2014(040)012
【摘要】无线供电系统中线圈、线圈间互感、补偿电容、谐振频率各个参数之间相互制约、相互影响,系统的设计是一个多参数、多变量的优化问题.以往的参数优化一般是单参数优化而且只优化到互感,并没有优化到具体的匝数,系统设计需要较大修正.为解决此问题,在得到系统的传输功率和效率模型的基础上,利用线圈匝数与自感互感的关系,以PS型拓扑为优化对象,给出了系统的非线性数学规划模型,利用遗传算法得出了系统的最优设计参数.最后,通过实验研究证明了理论分析与设计方法的正确性.
【总页数】3页(P76-78)
【作者】黄静;邵兵;王剑飞
【作者单位】国网重庆市电力公司万州供电分公司,重庆404000;国网重庆市电力公司万州供电分公司,重庆404000;国网重庆市电力公司万州供电分公司,重庆404000
【正文语种】中文
【中图分类】TM74
【相关文献】
1.基于遗传算法的无线电能传输系统参数优化 [J], 刘长春
2.基于跳频控制策略的串联-串联谐振无线电能传输系统的参数优化设计方法 [J], 蒋勇斌;王跃;刘军文;刘铭;雷万钧
3.互补对称式LCC谐振网络的电场耦合式无线电能传输系统参数优化 [J], 苏玉刚;吴学颖;赵鱼名;卿晓东;唐春森
4.基于线圈偏移的无线电能传输系统参数优化方法 [J], 陈晓娟;贾敏;李明晨
5.基于改进BP神经网络的无线电能传输系统接收线圈参数优化 [J], 闻枫;荆凡胜;李强;赵文翰;朱雪琼
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单级式无线电能传输实验平台建设
单级式无线电能传输实验平台建设摘要：随着现代科技的发展，全球能源互联网旨在为人类提供清洁可持续的低碳零碳能源，大幅提高全社会电气化水平。
如今，用电设备无处不在，不断地提高人们生活质量以及推动各行各业发展。
传统的电能传输需要借助于导线，然而伴随着社会电气化程度的提高，人们希冀开发出更为灵活、便捷的无线电能传输技术。
无线电能传输由诞生到今天经历了120多年的发展，从一个美好的构想演变为一门拥有丰富理论与实践基础的技术。
无线电能传输技术根据不同的电能传输机理可被划分为磁场耦合式、电场耦合式、微波式、激光式和超声式五大类，可实现不同距离和功率等需求的能量传输。
关键词：无线电能传输；单级变换器；非对称调制；恒压输出引言无线电能传输技术是一种不依靠导线的电能传输技术，通过电场和磁场将电能从电源端传递至用电负载端。
传统输电方式常以电线或电缆为媒介进行电能输送，存在线路老化、传输损耗、维护困难等诸多问题。
而ＷＰＴ技术摆脱了导线的束缚，以安全可靠、方便灵活、绿色环保等独特优势吸引了国内外大量专家学者的研究，得到了迅速发展，目前已经广泛应用于医疗电子、工业机器人、电动汽车领域，并且在水下机器人领域有巨大的发展前景1单级WPT变换器工作原理图腾柱无桥整流器可以工作于连续导通模式、断续导通模式和临界导通模式。
设计实验平台时，选择令图腾柱无桥整流器工作在断续导通模式，即升压电感Lb中的电流iLb为断续，以便能以恒定的开关频率实现功率因数校正，同时更容易实现与全桥逆变器的集成。
因为开关频率远高于工频，所以可近似认为每个开关周期内输入电压的大小保持不变。
在输入工频交流电的正半周：开关管S2导通而S1关断时，iLb从零开始线性增大，开关管S1导通而S2关断时，iLb从峰值开始线性减小至零。
在输入电压的负半周：开关管S1导通而S2关断时，iLb从零开始线性增大，开关管S2导通而S1关断时，iLb从峰值开始线性减小至零。
由上述分析可得一个工频周期内输入电压uin和流过电感Lb的电流iLb的波形如图1所示。
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图ｌ 单 管 无 线 电力 传 输 主 电路
Ｆｉ ｇ ．１ Ｍａ ｉ ｎ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｏ ｆ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｔ ｕ ｂｅ ＷＰ Ｔ
本 文 提 出了一 种用 单个 开关 管逆 变就 能实 现感
通过 控制 主 电路 开 关 管 Ｑ 的开 通 和关 断 可 使
单 管 无 线 电能 传 输 系统 主 电路 参 数 的 优 化 设 计
王 春 芳 ，齐 飞 ，陈杰 民 ，李 聃 ，孙 会
（ １ ．青 岛大 学 自动 化 工程 学 院 ，山 东 青 岛 ２ ６ ６ ０ ７ １ ； ２ ．海 尔集 团技 术研 发 中心 ，山 东 青 岛 ２ ６ ６ １ ０ ３ ）
摘 要 ：常见 的单 管逆 变 电路 只能在 开 关管 开通或 关 断期 间 实现 能 量传输 。本 文提 出了一种 单 管 感
应耦 合 式 电能传榆 系统 ， 该 系统 不仅 可 以 实现 零 电压 开通和 零 电压 关断 ， 而且 在 两种 开关状 态下都 能传 递 能量 。为 了使 该设计 方 案 能够 高效 、 稳 定地 传输 能量 ， 给 出一 种基 于电压传 输特 性 的主 电路
［ ｔ 。 ～ｔ ］ ： 开 关管 Ｑ导通 ， 电感 。 电流 正 向增
大， ｔ 时 刻达 到最 － — ２ ６
基 金 项 目 ：青 岛 大 学 和 海 尔 集 团合 作 研 究 项 目（ ２ ０ １ ３ １ ５ ８ ） 作 者 简 介 ：齐 飞 （ １ ９ ８ ８ ． ） ，男 ，山东 籍 ， 硕士研究生 ， 从 事 电 力 电 子 技 术 应 用 的研 究 ；
／ ＼
／— — 一 ～＼
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图 ３ 原 边 等 效 电路
／
Ｆｉ ｇ ． ３ Ｅｑ ｕｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ ｏ ｆ ｐｒ ｉ ｍａ ｒ ｙ ｓ ｉ ｄ ｅ
Ｑ
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式中， ｒ 。 为原 边线 圈 内阻 ； Ｚ 为 副 边 等效 到 原 边 的 阻
电路 发生 谐 振 ， 原 副边 线 圈之 间产 生互感 ， 从 而将 能 量从 原边 传输 到 副边 。 电路 主要波 形如 图 ２所示 。 由图 ２可 知 ， 无 论 开 关 管处 于 开 通 还是 关 断 状
应耦合 电能传 输 的系统 。通 过对 主 电路参 数 的合 理
优 化设 计 和． Ｐ ＷＭ ＋Ｐ Ｆ Ｍ 组合 的控 制方 法 ， 既可 使开
．
２ 电路 模 型 和 动 态 分 析
图 １为 用单 个开 关管 实现 无线 电能 传输 的 系统
主 电路 。
ｎ Ｙ、 一 ．，
丰
一 牛
桥 逆变 方 式 。 由于 以上 两 种 电路 拓 扑 成 本 较 高 、
体 积较 大 、 控制 复杂 ， 基本 没 有能够 投 入到 市场 应用
关 管 实现 零 电压开 通 和 零 电压 关 断 ， 又 使 系 统 在 开
关管 开通 和关 断期 间均 可 传 输 能 量 ， 从 而 降 低 了 开 关损 耗 ， 增加了可靠性 ， 并 且 完 成 了 较 高 的功 率 输
出， 保 证 了 电能 的高效 利用 。
态， 都有 能量 从 原 边 传递 到副 边 。 下 面是 一 个 开 关 周 期 中各 阶段 的动 态过程 分析 。
参数 设计 方 法 。在 对 主 电路 进行 动 态分 析 的基 础 上 ， 对其谐 振 网路 进 行 了等效 变换 ， 得 出 系统 的 电 压 增益 函数 。在优 化 原副 边谐振 频 率 的过 程 中得 出 了开 关 管 实现 Ｚ Ｖ Ｓ的 条件 和 系统 实现 最 大 电 压 增益 的参 数 配置 。完成 了系统全 局 最优设 计 。最后 通过 仿 真和 实验验 证 了设计 的 正确 性 。 关键 词 ：无线 电能传 输 ； 单 管逆 变 ；谐振 ；零 电压 开关
第３ ４卷 第 ５期 ２ ０ １ ５年 ５月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎｄ Ｅｎ ｅ ｒ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ４，Ｎｏ ． ５ Ｍａ ｖ ２ ０１ ５
中图分类号 ： Ｔ Ｍ ４ ２ ；Ｔ Ｍ ４ ６ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ３ ， ３ ０ ７ ６ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５ － ０ ０ ５ ９ － ０ ４
１ 引 言
近几年 ， 感 应 耦合 电能 传输 技 术 （ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ Ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｅ ｄ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ￣ｒ ， Ｉ Ｃ Ｐ Ｔ） 被 广 泛 应 用 于 小 功 率 领域 ， 如移植 器 官 、 便携手机 、 办公桌面用电等¨ 引。 目前 ， 中大 功率 的家用 电器 也 在涉 足该技 术领 域 ， 中 国海尔 集 团 自主研发 生产 的无 尾厨 电就 是典 型 的代 表 。随着科 研人 员对 Ｉ Ｃ Ｐ Ｔ技 术探 索 的不断 深入 ， 系 统 稳定 性控 制及 原 副边 补偿 拓扑 等方 面 的研 究 有 了 长 足 的进 展 。 目前 ， 无 线 电能 传 输 系 统 主 电 路 逆 变拓 扑 多 采 用 全 桥 逆 变 方 式 ＂ 】 ， 少 部 分 采 用 半
王春芳 （ １ ９ ６ ４ ． ） ，男 ，山西 籍 ， 副教授 ， 博士， 从 事 电能 变换 及 其 先 进 控 制 技 术 方 面 的研 究 。
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电 工 电 能 新 技 术
第３ ４卷
Ｉ
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