无线充电系统仿真
电磁感应技术在手机无线充电中的应用
电子技术• Electronic Technology112 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】电磁感应 手机 无线充电1 研究背景现如今，世间各大大城市几乎人手一部手机，数以亿计的手机用户几乎都配充电设备，市场上不同的手机配有不同的充电接口和充电线电线，充电接口繁杂多样电线胡乱缠扰给手机用户充电及带来很大不便，同时也对资源产生巨大的浪费。
在此背景下，人们逐渐开始对手机的无线充电技术进行研究。
2 最新研究进展国外机构对无线充电技术的研究相对较早，美国、日本和韩国都相序对手机无线充电技术经行研究和技术测试，其中，美国在2009年就推出了第一款Palm Pre 无线充电手机，通过线圈运用电磁感应技术实现手机充电，充电端口电压5伏，电流1安，有效使用距离仅为1厘米。
在此之后，陆续又有多家美国、日本和韩国厂商推出多款不同技术的无线充电手机。
3 手机无线充电设计方案在手机的无线充电技术中，现阶段常通常采用的技术方法有：电磁感应技术、磁共振技术、电场耦合技术、无线电波技术。
本文将通过电磁感应技术的方法来实现手机无线充电功能。
运用电磁感应技术实现手机充电的技术原理是法拉第发现了电磁感应定律，这也就是所为的电磁感应现象，通过变化的磁场可以产生相应的电场现象。
电场与磁场之间通过相互作用，可在同一时空下产生电磁波，其实质就是在一个闭合回路的导线中，当磁通量在发生电磁感应技术在手机无线充电中的应用文/王西平变化时闭合回路线圈中会产生感应电流，在实现对手机进行充电的过程中换需要将此时产生的电流进行整流，使其成为直流电方可进行手机充电。
电动势与磁通量换算公式为：（1）公式里为闭合线圈中的感应电动势，是时间变化中的磁通量，N 是闭合线圈的匝数。
闭合线圈中产生的感应电场（2）公式中的C 是线圈通过电磁感应技术实现手机充电，首先需要搭建无线电磁感应接口电路，其电路主要分为：发射端口电路和接受端口电路，发射端和接受端分别是闭合线圈，发射端外接交流电源，交流电再通过整流电路将交流电变成直流电，再对直流电进行滤波，经过驱动电路与高频逆变电路产生高频交流电，所产生的高频交流电再经过放大器放大其能量，再将放大后的高频交流电通过闭合回路线圈将能量发射出去。
基于Multisim10.0的电子电路虚拟仿真——手机充电器设计仿真【开题报告】
开题报告电气工程及其自动化基于Multisim10.0的电子电路虚拟仿真——手机充电器设计仿真一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义每部手机都要配备专用充电器，有这个必要吗?2005年我国手机市场全年销售量突破了8800万部，绝大多数买主是更新手机。
随着8800万部手机同时售出8800万个充电器，而一些充电器买回家就成了摆设。
生产充电器需要耗费资源和能源，同时会产生废气、废水和废物的抖澈;即使当作废物处理，还需要消耗能源。
随着手机种类的日益增多，各种充电器因机型不同，电源端口的大小也不相同，从而不能互换使用，给消费者带来了不便。
因为如果所有手机都使用相同标准的充电器，那么用户在更换手机后，就无需再购买新的充电器，从而节省了一笔开支，并且有利于环保。
欧洲有关采用通用充电器标准的努力始于2009年，其目的不仅是让消费者生活变得更加轻松，同时也是为了减少浪费。
继2009年6月全球14家主要的手机生产商同意使用这种通用充电器后，欧洲委员会已向各个充电器生产商发去了详细的新的连接标准。
去年1月份，我国就已正式颁布“手机充电器通用标准”。
该“标准”将手机与充电器的连接变成三段式结构。
所谓“三段式结构”就是在手机侧规定了圆柱型、MiniUSB和MicroUSB三种接口，实现了同一充电器可对不同品牌型号的手机进行充电。
现在市场上的大部分充电器，只是针对锉电池或镍氢电池充电的，但是随着市场的发展，自动识别两种电池而进行相应的充电进程的充电器正在逐步占据主流。
可以自动分辨锉电池或镍氢电池的座充能“防止将锉电放电的错误动作”，如果在充锉电池时不小心按到了座充上的“放电钮’‘，好的座充可以辨识出来是锉电池，因此不会做放电动作;差的座充则不管三七二十一地进行放电，这就会造成铿电池寿命的折损。
标准型充电器，是指可以连接所有手机底端电源插座(端口)的充电器。
而且，生产的手机的电源端D将统一为适用于标准充电器的规格。
基于单片机无线充电器设计
基于单片机无线充电器设计摘要21世纪新科技信息化，科技技术猛速发展，无线充电技术应用发展疾速，许多新兴的无线充电产品逐渐浮现出人们眼球。
可是,我们要怎样驱动这些产品呢,我们试用过很多方法做过很多研究,发现它们都有一个共同点,是什么呢,就是这些产品需要用电来驱使,但是用到电的话，我们充电的时候必然使用到带数据线的充电器，如果家里面家用电器很多，随处可见的都是线，数据线的增加，不仅使产品成本提高，尤其是在旅行出游，外出工作时，及其麻烦。
因此，无线充电器技术猛速发展必将会取代传统充电技术，无线技术在未来必将成为推动社会发展的一个重要因素。
所以，本毕业设计设计一个，利用单片机技术制造比较简陋的无线充电器,来实现这次设计无线充电目的。
关键词：单片机；无线充电；电磁感应；电磁耦合；线圈；Abstract21st Century new technology informationization, technology rapid development, wireless charging technology application development rapidly, many emerging wireless charging products gradually emerged people eyeball. However, how we want to drive these products, we tried many ways to do a lot of research, found that they have a common denominator, what is, is that these products need to be powered by electricity, but the use of electricity, we must be charging the use of the cable with data line charger, if home appliances are many, everywhere is line, the increase of data lines, not only to improve the cost of products, especially in travel, out of work, and trouble. Therefore, the rapid development of wireless charger technology will replace the traditional charging technology, wireless technology in the future will become an important factor in promoting social development. Therefore, the graduation design and design one, using single-chip microcomputer technology to make a relatively humble wireless charger, to achieve this design of wireless charging purposes.Key words：Singlechip；wireless charging；electromagnetic induction；electromagnetic coupling ；coil；目录1.绪论 41.1国外的发展概况 41.2国内的发展概况 52.无线充电系统的硬件设计 62.1设计要求 62.2电磁感应概述 62.2.1 电磁感应原理 62.3 影响无线充电性能的各种因素62.3.1线圈选择 62.3.2系统电路的损耗72.3.3 线圈位置的摆放72.4发射部分电路设计72.5接收部分电路设计82.6主要芯片资料102.6.1.XKT-408芯片：102.6.2 NE555资料112.6.3PWM硬件电路设计：122.6.4时钟电路：A T89C52外部的时钟电路。
电动汽车无线充电系统SS型补偿拓扑研究
㊀第３９卷第１期㊀㊀㊀㊀㊀佳木斯大学学报(自然科学版)㊀㊀Ｖｏｌ.３９Ｎｏ.１㊀２０２１㊀年０１月㊀㊀㊀ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｍｕｓｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ)㊀Ｊａｎ.㊀２０２１文章编号:１００８－１４０２(２０２１)０１－００２７－０４电动汽车无线充电系统ＳＳ型补偿拓扑研究①高俊岭ꎬ㊀张㊀强(安徽理工大学电气与信息工程学院ꎬ安徽淮南２３２０００)摘㊀要:㊀随着电动汽车的普及ꎬ电动汽车的无线充电技术受到了广泛的关注ꎮ磁耦合谐振式无线传输系统的传输功率大ꎬ传输距离适中ꎬ因此磁耦合谐振式无线充电技术普遍应用于电动汽车无线充电ꎮ磁耦合谐振式无线充电系统可视为松耦合变压器ꎬ系统的原㊁副边线圈之间存在较大的漏感ꎬ需要添加相应的补偿拓扑来提升系统的功率和传输效率ꎮ对ＳＳ型补偿拓扑进行分析ꎬ并通过Ｍａｔｌａｂ软件对其进行仿真ꎬ分析在不同的负载㊁电感和频率下系统的输出功率㊁传输效率的改变ꎮ结果显示ＳＳ型补偿拓扑的磁耦合谐振式无线传输系统可以承受较大范围的频率波动ꎬ输出功率和传输效率也较高ꎬ表明该拓扑结构适用于电动汽车无线充电系统中ꎮ关键词:㊀磁耦合谐振ꎻＳＳ型补偿拓扑ꎻ输出功率ꎻ传输效率中图分类号:㊀ＴＭ４６４㊀㊀㊀㊀文献标志码:㊀Ａ０㊀引㊀言随着科技的发展以及环保等方面的要求ꎬ电动汽车迎来了高速发展ꎬ电动汽车无线充电技术也受到了广泛的关注ꎮ在静态无线充电系统中ꎬ为了补偿漏感ꎬ需添加相应的补偿电路ꎬ目前有ＳＳ型㊁ＳＰ型㊁ＰＳ型以及ＰＰ型这四种基本的补偿电路ꎮ本文对ＳＳ型补偿拓扑进行分析ꎬ采用控制变量法ꎬ通过Ｍａｔｌａｂ软件对其进行仿真实验ꎮ进而根据仿真结果研究ＳＳ型进行补偿拓扑的无线充电系统在不同的电阻㊁电感和频率下系统的输出功率㊁传输功率的变化特点ꎮ１㊀磁耦合谐振式无线充电系统目前的无线充电技术主要包括电磁波辐射式㊁电磁感应式以及磁耦合谐振式无线充电技术等ꎬ其中磁耦合谐振式无线充电技术的传输功率较大且适合中距离传输ꎬ更适合应用于电动汽车无线充电领域ꎮ在磁耦合谐振式无线充电系统中ꎬ首先会将电网提供的交流电进行整流滤波转化为直流电ꎬ然后再进行高频变换使其成为高频交流电ꎬ最后通过由补偿网络与发射线圈组成的原边谐振单元来为副边提供电能ꎮ副边的补偿网络和接收线圈组成接收端谐振单元ꎬ此谐振频率与原边谐振单元的谐振频率相同ꎬ副边接收的电能为高频交流电ꎬ然后通过整流滤波和一系列后续处理转变为可为电动汽车中的电池供电的直流电ꎮ电动汽车磁耦合谐振式无线充电系统的结构图如图１ꎮ图１㊀电动汽车磁耦合谐振式无线充电系统２㊀无线充电系统ＳＳ型补偿拓扑分析磁耦合谐振式无线充电系统相当于松耦合变压器ꎬ系统中存在着大量的漏感ꎬ通过在系统中添加电容可以补偿漏感ꎬ提高系统的输出功率和效率ꎮ补偿电容和电感线圈的连接形式有串联和并联两种ꎬ系统中有原边和副边两组电感线圈ꎬ因此整个系统一共可应用四种基本的补偿拓扑ꎮ这四种补偿电路包括ＳＳ型㊁ＳＰ型㊁ＰＳ型以及ＰＰ型[２]ꎮ其结构图如图２所示ꎮ①收稿日期:２０２０－１１－２３基金项目:国家自然基金项目(Ｕ１６１０１２０)ꎮ作者简介:高俊岭(１９６６－)ꎬ女ꎬ安徽淮南人ꎬ副教授ꎬ硕士ꎬ研究方向:电力电子与电力传动㊁计算机控制技术ꎮ通讯作者:张强(１９９５－)ꎬ男ꎬ河北保定人ꎬ硕士ꎬ研究方向:电力电子技术ꎮ佳木斯大学学报(自然科学版)２０２１年图２㊀补偿拓扑结构图以ＳＳ型补偿拓扑为例ꎬ添加输入电压及负载ꎬ得到ＳＳ型补偿电路的互感等效模型ꎬ并对其进行分析ꎮ其结构图如图３ꎮ图３㊀ＳＳ型补偿拓扑的等效电路模型如图３所示ꎬＵ１为原边电路输入电压ꎬＣ１为原边电容ꎬＲ１为原边线圈内阻ꎬＬ１为原边电感ꎬ－ｊωＭＩ２为原边互感等效电压源ꎻｊωＭＩ１为副边互感等效电压源ꎬＬ２为副边电感ꎬＲ２为副边线圈内阻ꎬＣ２为副边电容ꎬＲＬ为负载电阻ꎮＭ为电感线圈的互感ꎮ对原㊁副边列写回路方程有:Ｕ１＝Ｉ１(Ｒ１＋ｊωＬ１＋１ｊωＣ２)－ｊωＭＬ２(１)Ｕ１＝Ｉ１(Ｒ１＋ｊωＬ１＋１ｊωＣ２)－ｊωＭＬ２(２)令ＺＳＳ１＝Ｒ１＋ｊωＬ１＋１ｊωＣ１ꎬＺＳＳ２＝Ｒ２＋ＲＬ＋ｊωＬ２＋１ｊωＣ２ꎬ联立(１)ꎬ(２)式则有:Ｉ１＝Ｕ１ＺＳＳ２ＺＳＳ１ＺＳＳ２＋(ωＭ)２(３)Ｉ１＝ｊωＭＵ１ＺＳＳ１ＺＳＳ２＋(ωＭ)２(４)串联谐振时有ｉωＬ＋１ｊωＣ２＝０ꎬ若忽略线圈的内阻Ｒ１ꎬＲ２ꎬ则ꎬＺＳＳ１ＺＳＳ２＝０ꎬＩ２＝ｊＵ１ωＭꎬ所以ＳＳ型补偿拓扑的输出电流与负载ＲＬ无关ꎬ该系统的输出可看作电流源ꎮ由(３)ꎬ(４)式可得整个系统的输入㊁输出效率:ＰＳＳｉｎ＝Ｕ１Ｉ１＝Ｕ２１(Ｒ２＋ＲＬ)Ｒ１(Ｒ２＋ＲＬ)＋(ωＭ)２(５)ＰＳＳｏｔ＝Ｉ２２ＲＬ＝(ωＭ)２Ｕ２１[Ｒ１(Ｒ１＋ＲＬ)＋(ωＭ)２]２ＲＬ(６)则可得系统的传输效率:η＝ＰＳＳｏｕｔＰＳＳｉｎ＝(ωＭ)２ＲＬ[Ｒ１(Ｒ２＋ＲＬ)＋(ωＭ)２](Ｒ２＋ＲＬ)(７)３㊀ＳＳ型补偿拓扑的负载特性分析假设内阻Ｒ１＝Ｒ２＝０.５Ωꎻ输入电压Ｕ１＝５０Ｖꎻ电感Ｌ１＝Ｌ２＝１５０ˑ１０－６μＨꎻ谐振频率Ｆ＝８０ˑ１０３Ｈｚꎬ则角频率ωʈ５００ˑ１０３ｒａｄ/ｓꎻ互感Ｍ＝２０ˑ１０－６Ｈꎻ因为谐振时有ｊωＬ＋１ｊωＣ２ꎬ可得Ｃ１＝Ｃ２＝１ω２Ｌ１ʈ２.７ˑ１０－８Ｆꎮ令ＲＬ为自变量ꎬＰＳＳｏｕｔ和η为因变量ꎬＲＬ取值范围为０~３０Ωꎬ运用ｍａｔｌａｂ作图可得:图４㊀输出功率随负载的变化曲线图５㊀效率随负载的变化曲线８２第１期高俊岭ꎬ等:电动汽车无线充电系统ＳＳ型补偿拓扑研究由图４可知ꎬＳＳ型结构电路的输出功率随负载的增大而线性增大ꎬ并且由公式(６)可得系统的输出功率可由改变Ｕ１而改变ꎬ且根据公式(７)ꎬ系统的效率并不受Ｕ１变化的影响ꎮ由图５可知ꎬ系统的效率在０~３Ω时较低ꎬ但效率的增长速度很快ꎬ在３~３０Ω这一阶段效率的增速缓慢ꎬ但效率值均高于８０％ꎮ电动汽车充电过程中的电池等效电阻一般在３~２０Ω之间ꎬ因此ＳＳ型结构电路可在电动汽车无线充电过程中保持高效率ꎮ４㊀ＳＳ型补偿拓扑的互感特性分析耦合系数的取值范围在０~１之间ꎬ由公式Ｋ＝ＭＬ１Ｌ２可得ꎬ互感Ｍ的取值为０~１５０ˑ１０－６Ｈꎬ负载ＲＬ分别取１０Ω和１５Ωꎬ其他参数保持不变ꎮｍａｔｌａｂ仿真结果如下:图６㊀输出功率随互感的变化曲线图７㊀效率随互感的变化曲线电动汽车停车充电时的位置ꎬ汽车充电设备距离地面的位置等都会导致互感的变化ꎬ电动汽车无线充电系统的互感大致在１０~３０μＨ之间ꎬ在这一阶段由图６可知ꎬ随着互感的增加ꎬ输出功率在不断下降ꎬ但其仍保持较高的数值ꎮ而根据图７ꎬ随着互感的增加ꎬ系统的效率在提高ꎬ且效率都在８０％以上ꎬ由此可知ＳＳ补偿拓扑的电路在电动汽车无线充电系统的互感范围内可保持较高的输出功率和效率ꎮ５㊀ＳＳ型补偿拓扑的频率特性分析以系统的角频率ω为自变量ꎬω在４００ˑ１０３ｒａｄ/ｓ－６００ˑ１０３ｒａｄ/ｓ之间ꎬ负载ＲＬ分别取１０Ω和１５Ωꎬ互感Ｍ＝２０ˑ１０－６Ｈꎬ其他参数同上ꎬ在对系统进行分析时要注意的是频率的改变会导致系统出现非谐振的情况ꎬ因此式(５)㊁式(６)和式(７)都会发生相应的改变ꎬ此时有:ＰＳＳｉｎ＝Ｕ１Ｉ１＝Ｕ２１(ＺＳＳ２)ＺＳＳ１ＺＳＳ２＋(ωＭ)２(８)ＰＳＳｏｕｔ＝Ｉ２２ＲＬ＝(ωＭ)２Ｕ２１[ＺＳＳ１ＺＳＳ２＋(ωＭ)２]２ＲＬ(９)图８㊀输出功率随角频率的变化曲线图９㊀效率随角频率的变化曲线９２佳木斯大学学报(自然科学版)２０２１年η＝ＰＳＳｏｕｔＰＳＳｉｎ＝(ωＭ)２ＲＬ[ＺＳＳ１ＺＳＳ２＋(ωＭ)２]ＺＳＳ２(１０)依据式(８)㊁式(９)和式(１０)进行ｍａｔｌａｂ仿真ꎬ结果如下图:由图８和图９可知ꎬ系统的输出功率和效率均在ω＝５００ˑ１０３ｒａｄ/ｓ处达到峰值ꎬ说明谐振频率是该系统的最佳频率ꎮ并且峰值处较为平缓ꎬ说明系统可以承受一定的频率波动ꎮ然而输出功率和效率在系统频率与谐振频率有较大出入时会急剧下降ꎬ这说明了系统运行过程中要避免频率波动过大ꎮ６㊀结㊀语ＳＳ型补偿拓扑结构简单ꎬ电动汽车充电过程中的电池等效电阻为３~２０Ω之间ꎬ互感大致在１０~３０μＨ之间[８]ꎬ在这些条件的约束下ＳＳ型补偿拓扑的电动汽车磁耦合谐振电路系统仍能保持较高的输出功率和效率ꎻ并且通过频率特性分析可知ꎬＳＳ型补偿拓扑的电动汽车磁耦合谐振系统还能够承受较大范围的频率波动ꎮ因此ＳＳ型补偿拓扑可作为电动汽车磁耦合谐振电路的最优补偿电路ꎮ参考文献:[１]㊀田迪.电动汽车谐振式无线充电系统研究[Ｄ].西安:长安大学ꎬ２０１８.[２]㊀刘尚江.电动汽车无线充电系统研究[Ｄ].无锡:江南大学ꎬ２０１９.[３]㊀王泽雄.电动汽车无线充电磁耦合谐振建模及仿真分析[Ｄ].济南:山东大学ꎬ２０１９.[４]㊀汪世娇ꎬ马小三.电动汽车无线充电四种基本补偿拓扑的比较[Ｊ].宜宾学院学报ꎬ２０２０ꎬ２０(０６):１８－２２＋３８. [５]㊀牛金涛.电动汽车高效无线充电系统设计及其控制策略研究[Ｄ].武汉:华中科技大学ꎬ２０１９.[６]㊀ＢｏＣｈｅｎｇꎬＪｉａｎｇｈｕａＬｕꎬＹｉｍｉｎｇＺｈａｎｇꎬｅｔａｌ.ＡＭｅｔａｌＯｂｊｅｃｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈＭｕｌｔｉｌａｙｅｒＤｅｔｅｃｔｉｏｎＣｏｉｌＬａｙｏｕｔｓｆｏｒＥｌｅｃ￣ｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅＷｉｒｅｌｅｓｓＣｈａｒｇｉｎｇ.２０２０ꎬ１３(１１). [７]㊀方蕾.电动汽车动态无线充电专利技术[Ｊ].电子世界ꎬ２０２０ꎬ(１０):１６１－１６２.[８]㊀ＭｏｕｓｔａｐｈａＥｌｗａｌａｔｙꎬＭｏｈａｍｅｄＪｅｍｌｉꎬＨｅｃｈｍｉＢｅｎＡｚｚａ.Ｅｘ￣ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎａｎｄＯｐｔｉｍａｌＡｉｒＧａｐＳｅｌｅｃｔｉｏｎｆｏｒＥｌｅｃ￣ｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅｓＷｉｒｅｌｅｓｓＣｈａｒｇｉｎｇＳｙｓｔｅｍ.２０１９ꎬ１４(６):３９８－４０６.[９]㊀魏学哲ꎬ吴正春ꎬ熊萌.基于ＬＣＣ－Ｓ拓扑的电动汽车无线充电系统控制策略(英文)[Ｊ].同济大学学报(自然科学版)ꎬ２０１９ꎬ４７(Ｓ１):１３３－１４０.ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳＳＴｙｐｅＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎＴｏｐｏｌｏｇｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅＷｉｒｅｌｅｓｓＣｈａｒｇｉｎｇＳｙｓｔｅｍＧＡＯＪｕｎｌｉｎｇꎬ㊀ＺＨＡＮＧＱｉａｎｇ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＨｕａｉｎａｎＡｎｈｕｉ２３２０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:㊀ｗｉｔｈｔｈｅｐｏｐｕｌａｒｉｔｙｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓꎬｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｃｈａｒｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｃｏｎｃｅｒｎｅｄ.Ｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇｒｅｓｏｎａｎｃｅｗｉｒｅｌｅｓｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｈａｓｌａｒｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｏｗｅｒａｎｄｍｏｄｅｒａｔｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｄｉｓｔａｎｃｅꎬｓｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇｒｅｓｏｎａｎｃｅｗｉｒｅｌｅｓｓｃｈａｒｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｗｉｒｅｌｅｓｓｃｈａｒｇｉｎｇ.Ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇｒｅｓｏｎａｎｔｗｉｒｅｌｅｓｓｃｈａｒｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｃａｎｂｅｒｅｇａｒｄｅｄａｓａｌｏｏｓｅｌｙｃｏｕｐｌｅｄｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ.Ｔｈｅｒｅｉｓａｌａｒｇｅｌｅａｋａｇｅｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｒｉｍａｒｙａｎｄｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｏｉｌｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍꎬｓｏｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏａｄｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｔｏｐｏｌｏｇｙｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｏｗｅｒａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｆｆｉ￣ｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ.ＴｈｅＳＳｔｙｐｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｔｏｐｏｌｏｇｙｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙＭＡＴＬＡＢｓｏｆｔｗａｒｅ.Ｔｈｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄꎬｉｎｄｕｃｔａｎｃｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎ￣ｃｙ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇｒｅｓｏｎａｎｃｅｗｉｒｅｌｅｓｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＳＳｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｔｏ￣ｐｏｌｏｇｙｃａｎｗｉｔｈｓｔａｎｄａｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓꎬａｎｄｔｈｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｒｅａｌｓｏｈｉｇｈꎬｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｃｈａｒｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:㊀ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙｃｏｕｐｌｅｄｒｅｓｏｎａｎｃｅꎻＳＳｔｙｐｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｔｏｐｏｌｏｇｙꎻｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒꎻｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ０３。
基于MSP430的无线动态充电电动汽车系统的研究
工作研究基于MSP430的无线动态充电电动汽车系统的研究关壮壮 傅品翰 米双芊 武盛豪 杜江勇（吕梁学院，山西 吕梁 033000）摘 要：本文研究系统主要包括无线充电装置、无线充电电动车和超级电容储能装置。
首先，在试验阶段中，先将5V的直流电经过LC自激振荡电路道变成高频800kHz的交流电，在一次侧，通过德州TI公司MSP430系列单片机控制舵机动作隔离副边电路，此时维电器常闭触点动作，电容不充电，按下按键维电器恢复，同时定时分钟，交流电经过发射线圈向接收线圈传递能量，通过磁耦合请振式无线电能传输方式，接收线圈与接收线圈发生活振隅合，将电能转换成磁场能量进行传输，从一次侧化送到一次侧的能量经过全桥整流环节后供给超级电容储能，定时结束后，电器动作发射线圈停止向接收线圈传能量，同时电机动作使得系统电路接通，小车自启，沿着规定线路行驶直至停车。
此系统动态充电效率高，快捷智能，对节能减排，新能源利用的科研和发展有创新型价值。
关键词：LC自激振荡逆变；磁感应谐振式无线传能；全桥整流；超级电容；德州TI公司MSP430单片机；动态充电引言：无线电动汽车受到了许多国内外专家的研究和实践。
其中科学家特斯拉早在1901年的时候已经完成了大功率无线传输技术，他去世后，研究迫不得以停下来。
100多年后的今天，无线充电技术再一次达了高潮。
万物互联时代下，无线充电应用领域将不断拓展。
作为新一代移动通信技术，5G网络能支持高达100万个/平方千米的连接数密度，有效支持海量设备接入，是万物互联时代的一组通信标准。
万物互联时代下用电设备数量实现数倍增长，不同设备采用不同标准的充电接口，为这些装置供电将成为一大挑战。
无线充电采用统一的充电标准，具备方便、安全、空间利用率高等特点，同一无线充电底座能同时为不同设备充电，省去携带多种充电线材的麻烦；随放随充的特点有助于实现设备的碎片化充电，用户能在办公室、咖啡馆、机场、快餐店等场所轻松方便地获得电力支持。
基于LCC补偿的无线充电系统的分析与控制
基于 LCC补偿的无线充电系统的分析与控制摘要：电动汽车充电技术发展是提升电动汽车行业发展核心竞争力的重点内容，分为有线充电和无线充电两种形式，目前市面上常见的电动汽车充电形式为直接充电，相对来讲，直接充电虽然原理简单，但是也存在刻板、不灵活等的问题，而无线充电技术虽然目前仍缺乏成熟产品，实际应用非常少，但是灵活性更高，安全性更高，因此无线充电系统研究受到重视。
补偿电路作为主流无线充电系统的核心，与系统充电性能和电能传输效率紧密相关，本文以基于LCC补偿的无线充电系统的分析与控制为主要内容进行探讨分析，结合常见的几种电动汽车无线充电系统为后续发展提供参考。
关键词：电动汽车；无线充电；补偿电路拓扑引言近些年随着社会发展进程的不断推进和居民生活水平的提高，我国人均汽车保有量逐步提升，类型愈发多样，为居民出行提供便利，汽车行业发展形势一片大好，但是现阶段汽车产业发展面临重大机遇的同时也迎来了挑战，传统的燃油车以石油资源为动力基础，然而目前全球石油资源都处于紧缺状态下，资源节约是现代化发展的核心，因此以电力能源和清洁为核心的新能源汽车发展受到汽车行业的高度重视，近年来新能源汽车市场份额不断扩大，电动汽车走入人们视野，但是部分有购买欲望的客户仍然会考虑到电动汽车续航里程短，充电困难等等问题，因此实际发展仍存在一定限制。
目前新能源汽车常见的充电方式一般是直接充电，作为传统的接触式充电全国各地遍布并不均匀，另外，电动汽车充电必须配备充电线，无论是从安全性还是便捷性上看都存在明显缺陷，后续维修养护比较困难，因此越来越多的专家学者和从业人员投入新能源汽车无线充电系统研究，本文以基于LCC补偿的无线充电系统的分析与控制为核心进行探讨，为后续发展提供参考。
1国内外研究现状19世纪中期出现了第一辆以铅酸电池为动力源的新能源汽车，此后随着内燃机技术的不断发展成熟，纯电动汽车退出历史舞台，上世纪60年代石油危机的出现帮助纯电动汽车和新能源汽车迈入人们视野，车辆充电技术受到高度关注，国内外多个专家学者投入研究当中。
无线充电——你不知道的知识
无线充电——你不知道的知识1.无线充电系统1.1无线充电系统整体结构与功能图1无线充电系统结构——图片来源于《应用于便携式电子设备的小功率无线充电系统的研究与开发》整流滤波：将220V/50Hz的交流电转换为高压直流电；DC-DC：将高压直流电降压，输出低压直流电；高频逆变：低压直流电经过高频逆变电路转换成低压高频交流电（频率约为100-200kHz），以便于发射端线圈产生强大的感应磁场；整流滤波：由于电磁感应的原理，接收端在强大的感应磁场中产生低压高频感应电流，该电流经过AC-DC电路后变成直流电，此时就可以直接供给负载使用（功率为5W电压一般为5V，10W电压9V，15W电压12V，小米9最新20W电压为15V，无线充电电流一般不超过1.5A）。
1.2无线充电系统调控过程图2无线充电系统调控过程检测阶段：发射端检测到放置物体的位置后，发射一个小的测量信号来监控物体的放置和移动，判断是否进入下一阶段，这个信号不会唤醒接收端；判断阶段：发射端将发射功率信号，并检测可能来自接收端的响应，从而判断响应是接收端还是未知的对象。
如果发射端接收到正确的信号，将继续进入识别和配置阶段，保持功率信号输出；识别和配置阶段：接收端会将所需要的能量信号传递回发射端。
发射端需要将收到的信号解码，根据接收端所需要的能量调节输出功率，当无法解码时默认传输功率为5W；功率发射阶段：“识别与配置”阶段完成后，发射端启动功率传输模式。
接收端控制电路向发射端发送误差包，将整流电压调整到线性稳压器效率最大化所需的水平，并将实际接收到的功率包发送给发射端进行外目标检测（FOD，Foreign Object Detection，异物检测），可保证安全、高效的功率传输；结束阶段：充电结束后接收端发出EPT（End Power Transfer，结束功率传输）信号，当接收端受到EPT信号时终止功率传输。
1.3无线充电Qi标准为什么选用100~205kHz？Qi标准基于电磁感应的充电技术，频率是100-205kHz，无线充电传输的是能量而不是信号，因为100-205kHz是对人体无害的低频非电离频率，采用这个频率将大大减小对人体的伤害。
无线充电原理及功率计算
无线充电原理及功率计算
无线充电是一种通过电磁感应或电磁辐射等方式，在没有物理接触的情况下向电子设备传输能量的技术。
其主要原理是利用电磁场的相互作用，将电能从一个设备（充电器）传输到另一个设备（充电接收器）。
无线充电的原理可以简单描述为以下几个步骤：
1. 发射端（充电器）产生交流电：发射端通过电源产生交流电，并将其转换为适合传输的频率。
2. 发射端（充电器）产生电磁场：交流电经过发射线圈（也称为发射线圈、发射器或发射螺线管），产生一个变化的磁场。
3. 接收端（充电接收器）感应电磁场：接收端中的接收线圈（也称为接收线圈、接收器或接收螺线管）感应到发射端产生的磁场。
4. 接收端（充电接收器）转换电能：接收线圈将感应到的磁场转换为交流电，然后通过电路将其转换为直流电，以供电子设备充电使用。
功率计算是在无线充电中的重要一环，其计算方法如下：
功率（P）= 电压（V）×电流（I）
其中，电压是指充电器输出的电压，电流是指充电接收器接收到的电流。
无线充电系统的效率通常用功率传输效率（η）来衡量，其定义为：
功率传输效率（η）= 输出功率（Pout）/ 输入功率（Pin）
输入功率（Pin）可以通过测量充电器的输入电压和电流来计算。
输出功率（Pout）可以通过测量充电接收器输出的电压和电流来计算。
需要注意的是，无线充电的传输效率通常会受到距离、线圈之间的位置和方向、线圈的大小、电磁场的损耗等因素的影响。
因此，在实际应用中，通过优化设计和调整参数来提高功率传输效率是很重要的。
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2．（20分）设计电动汽车无线充电系统，要求：
1） 给出系统整体设计方案；
2） 设计系统功率2.2kW，输入电压220V，输出电压300V；
3） 给出系统simulink仿真图及关键部分波形图；
4） 给出系统主要参数设计过程。
1、设计方案
无线充电系统的设计功率为2.2kW，输入电压为工频交流220V，输出电压为
直流300V。根据设计要求，需要该系统有一定的自调压能力。
整体设计方案为：先通过一个交直交变频器输出高频交流电，将这个高频交
流电通过无线传输装置（仿真中用耦合电感代替）传输到汽车内置的接收装置。
通过整流电路转化为直流电，最后通过一个带负反馈的调压电路输出300V电压
并能控制充电电流。具体设计过程如下：
2.1、首先使用一个二极管不控整流模块，将220V电转化为直流电，并使用
LC滤波，滤波后的电压约为350V。
二极管不控整流模块如下图：
经过LC滤波之后的输出电压：
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2、使用IGBT全控器件搭建单相逆变模块，将直流350V转化为高频交流电，
频率为20kHz。一般来说，频率越高，传输同样的能量使用的耦合电感越小，能
量的损失也越小。由于受到器件开关速度的显示和工业标准的限制，使用电磁感
应方式的无线充电系统频率不超过100kHz。在这里我的传输频率为20kHZ，符
合要求。
前半部分的整体仿真模型。包括二极管整流模块，高频逆变模块，耦合电感
作为无线传输模块：
经过逆变模块后产生的高频方波交流电，频率为20kHz：
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经过耦合线圈传输到副边的高频交流电，由于耦合线圈相当于一个电感，电
压传输到副边后稍微有些畸变。另外耦合线圈相当于变压器，将电压升高到600V
左右。
无线能量传输模块的设计非常复杂，在这里不做具体设计。仿真中只使用耦
合线圈作为无线传输模块，接受前端的高频交流电，并通过第二个整流电路变为
直流电，在这里我使用了全控型器件搭建第二个整流桥，这样可以通过改变移相
角使其具有一定的调压能力。
耦合线圈副边，使用IGBT搭建单相全控整流电路：
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IGBT单相全控整流电路输出波形，由于电路后端还有一个斩波电路，所以
这个整流电路的输出波形先升后降，最终在380V左右：
最后使用一个三电平buck斩波电路结合PI控制器进行精确调压。使输出电
压稳定在300V。
耦合线圈后端的整体仿真模型，包括一个全控整流电路和一个三电平buck
斩波电路。从该图也可以看到系统的整体电压基本稳定在300V。
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从最终的输出电压波形也可以看到，经过一段时间的调整，输出电压最终稳
定在300V。