阻抗匹配原理的无线电能传输系统最大功率的研究【字数：10548】
无线输电这个技术在现代社会具有十分重要的地位，对于许多工作环境，无线输电能更加安全便捷的完成，但是由于是新兴技术，面对一些复杂环境，无线输电无法做到高效率输电，导致浪费效能，所以无线输电是未来的必然趋势，而对于无线输电的研究仍有很长的一段路。主要内容本文主要针对了通过无线阻抗匹配的原理提高了无线输电的输电效率，首先分析了无线输电原理并建立了简单的模型，然后分析了Buck-Boost电路以及阻抗匹配原理，利用阻抗匹配原理通过Buck-Boost电路建立了阻抗匹配网络进行阻抗匹配，最后通过利用MATLAB和SIMULINK提出了控制策略并对策略进行了仿真论证了它的可行性。
目录
1.绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1 无线电能传输研究现状 1
1.2.2 阻抗匹配技术研究现状 2
1.3无线输电存在的意义 3
1.4本文研究的无线输电内容 3
1.5本章小结 4
2.硬件研究 5
2.1 BUCK/BOOST电路简介与电路设计 5
2.1.1 BUCK/BOOST电路简介 5
2.1.2BUCK电路 5
2.1.3 BOOST电路 6
2.2 无线输电电路分析 6
2.3阻抗匹配网络的设计 10
2.3.1阻抗匹配原理 10
2.3.2阻抗匹配网络 10
2.4本章小结 12
3.仿真验证 13
3.1仿真计划 13
3.2仿真验证 13
3.3利用simulink给出占空比的控制策略 16
3.4本章小结 19
4.总结与展望 20
4.1总结 20
4.2展望 20
参考文献 22
致谢 23
1.绪论
1.1 研究背景及意义
目前，随着移动技术日益发展，手机、计算机、平板电脑及其它用电能当作动力的移动终端装备与人类的生活及工作始终密不可分。在人类享用到互联网技术带来的方便同时，移动终端设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
备因被电池制作工艺控制，对电力需要在持续加大。在实际工作中，人类面临日益增多电子设备的同时，也面对各种电源线、充电接口、插座等。没有这些充电接口，所有移动电子设备的体积被更多缩减，对其运用也更为便利。所以，人类在移动电子设备与无线网络技术的推广下，逐渐与传统的电缆传输模式脱离。无线充电在此条件下，被人们看作是一种方便好用的智能设备充电形式日益得到重视。未来的无线充电产品不同于目前市场上的无线充电产品。电子设备不需要在发射机附近传输电能，也可以对多个设备、多角度、远距离充电。而达到这些输电后，更重要的是对于输电的效率提升，无线输电的两端分别为输电端和接收端，一端的输电强度与接收端的强度往往是不同的，如果输入端过大，接收端过小，则会导致无线输电的效能浪费；如果输入端过小，接受端过大，则会导致无法输电。前者是经济效益的浪费，后者是无法导致正常的输电工作，解决这个难题对于无线输电的工作是非常重要的工作。如果解决了，对于经济效益以及功能工作效率将是一个很大的提升。
1.2国内外研究现状
1.2.1 无线电能传输研究现状
无线电能传输又叫非接触式电力传输，是指自电力至负载的能量转移，该电力不直接接触。1893年，美国科学家特斯拉最初在哥伦比亚世博会上将他的无线磷光灯显示出来。电力应用史上的一个关键进展就是尼古拉特斯拉应用无线传输原理，也就是在未与什么电线相连的情况下灯泡被顺利照亮。但是出于诸多因素，无线电功率传输技术很长时间都为获得长足进步。直至1968年美国的科学家Glaser首次将太空太阳能发电的概念提出来，意思为: 先将太阳能发电设备创建在地球空间轨道上，在使用无线的基础上，可将能量传输至地面上。
无线电能量传送按照传送机理的不一致，有磁场耦合型、电磁辐射型及电场耦合型三种类型。其中：磁场耦合包含电磁感应与磁共振二种。最完善的无线能量传送技术为电磁感应。电磁感应原理为它的基本原理，变压器的创造是它应用的典范。一个线圈存在与发送端与接收端，固定频率的交流电经过发射线圈。基于其原理，交流电也将形成于接收线圈中，能量由发射端传送至接收端。然而现实中，由于无线传输距离的限制，电磁感应的应用受到了限制。
磁谐振式的无线电能传输为现今热点探究问题，其不只存在传送距离远的优点，还存在能完成高功率（高达千瓦）和高效率，能量传输方向不严格及贯穿性好的优点。科学家MIT在 2007 年第一次将次技术提出后，在国内外便掀起较大的探究热浪。MIT 2009年通过2个线圈，将一个谐振线圈按装在收发器线圈当中，也就是继电器谐振器构造。研讨了磁共振无线能量传输的耦合模理论，也探究了对无线能量传输的产生影响的诸多原因，比如：1、传送间距；2、频率特征等。
尽管在无线充电技术范围的探究外国比中国入手的时间早，可近10年，中国的无线充电技术受到国内外探究热浪的影响，也累积出很多成绩：在2010 年，海尔显示了根据磁谐振技术开发的无尾电视；通过理论与仿真，天津工业大学的杨庆新教授所带集体对电动机车和高铁无线供电作出诸多探究；哈尔滨工业大学的朱春波教授所带集体较为深入探究了无线电能传送的功率特征与传送原理。
1.2.2 阻抗匹配技术研究现状
射频电路中，将输入电路至输出电路间的功率提升运用最广泛的是阻抗匹配技术，如：能量输出端和负载间；天线和接收机/发射机间等常用。系统的效能与传送功率在电路处在匹配情况下均将获得提升。对于磁谐振无线电能传送的阻抗匹配模式，当前探究并不多，有变耦合系数的匹配与镶入电容阵列匹配2种模式运用的多。变耦合阻抗匹配模式被MIT 所带研究集体最初提出来，它的现实操作流程为：中继线圈安装在系统的收发线圈中间，为使无线电能的传送效能和功率不至于降低过快，对中继线圈与发射线圈与接收线圈的间距和角度进行调整，为将电源端与负载端的阻抗匹配的设计完成提出此构造。日本东京大学Teek Chuan Beh学者在2011 年入手在大功率无线电能传送技术上对于阻抗匹配的现实研发利用。然而以上对阻抗匹配的探究多半都局限与手工调整，这样调整时须具备一些阅历与观察技能，匹配因此需要很长时间，而且结果也不准确。国外较早也对主动阻抗匹配着手探索，英国赫特福德大学与美国麻省理工先后对主动阻抗匹配作出许多系列探究，获得部分成绩。重庆大学在2012 年 11 月举办了全国性的关于无线电能传输技术的交流会 ，对于中国无线电能传输进程中的探索近况，会上我国从事此技术范围的专家进行深入交流，同时，在国内第一次将自适应阻抗匹配对于无线电能传响的作用提出来；为将磁谐振的无线电能传送系统阻抗匹配完成，湖南大学的黄守道教授所带集体之后将DCDC 调整系统阻抗安装在无线电能接收端的模式提出；东南大学的黄学良教授与哈工大朱春波教授所带领的团队对阻抗匹配均作出有关的探索，且获得许多成绩。
目录
1.绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1 无线电能传输研究现状 1
1.2.2 阻抗匹配技术研究现状 2
1.3无线输电存在的意义 3
1.4本文研究的无线输电内容 3
1.5本章小结 4
2.硬件研究 5
2.1 BUCK/BOOST电路简介与电路设计 5
2.1.1 BUCK/BOOST电路简介 5
2.1.2BUCK电路 5
2.1.3 BOOST电路 6
2.2 无线输电电路分析 6
2.3阻抗匹配网络的设计 10
2.3.1阻抗匹配原理 10
2.3.2阻抗匹配网络 10
2.4本章小结 12
3.仿真验证 13
3.1仿真计划 13
3.2仿真验证 13
3.3利用simulink给出占空比的控制策略 16
3.4本章小结 19
4.总结与展望 20
4.1总结 20
4.2展望 20
参考文献 22
致谢 23
1.绪论
1.1 研究背景及意义
目前，随着移动技术日益发展，手机、计算机、平板电脑及其它用电能当作动力的移动终端装备与人类的生活及工作始终密不可分。在人类享用到互联网技术带来的方便同时，移动终端设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
备因被电池制作工艺控制，对电力需要在持续加大。在实际工作中，人类面临日益增多电子设备的同时，也面对各种电源线、充电接口、插座等。没有这些充电接口，所有移动电子设备的体积被更多缩减，对其运用也更为便利。所以，人类在移动电子设备与无线网络技术的推广下，逐渐与传统的电缆传输模式脱离。无线充电在此条件下，被人们看作是一种方便好用的智能设备充电形式日益得到重视。未来的无线充电产品不同于目前市场上的无线充电产品。电子设备不需要在发射机附近传输电能，也可以对多个设备、多角度、远距离充电。而达到这些输电后，更重要的是对于输电的效率提升，无线输电的两端分别为输电端和接收端，一端的输电强度与接收端的强度往往是不同的，如果输入端过大，接收端过小，则会导致无线输电的效能浪费；如果输入端过小，接受端过大，则会导致无法输电。前者是经济效益的浪费，后者是无法导致正常的输电工作，解决这个难题对于无线输电的工作是非常重要的工作。如果解决了，对于经济效益以及功能工作效率将是一个很大的提升。
1.2国内外研究现状
1.2.1 无线电能传输研究现状
无线电能传输又叫非接触式电力传输，是指自电力至负载的能量转移，该电力不直接接触。1893年，美国科学家特斯拉最初在哥伦比亚世博会上将他的无线磷光灯显示出来。电力应用史上的一个关键进展就是尼古拉特斯拉应用无线传输原理，也就是在未与什么电线相连的情况下灯泡被顺利照亮。但是出于诸多因素，无线电功率传输技术很长时间都为获得长足进步。直至1968年美国的科学家Glaser首次将太空太阳能发电的概念提出来，意思为: 先将太阳能发电设备创建在地球空间轨道上，在使用无线的基础上，可将能量传输至地面上。
无线电能量传送按照传送机理的不一致，有磁场耦合型、电磁辐射型及电场耦合型三种类型。其中：磁场耦合包含电磁感应与磁共振二种。最完善的无线能量传送技术为电磁感应。电磁感应原理为它的基本原理，变压器的创造是它应用的典范。一个线圈存在与发送端与接收端，固定频率的交流电经过发射线圈。基于其原理，交流电也将形成于接收线圈中，能量由发射端传送至接收端。然而现实中，由于无线传输距离的限制，电磁感应的应用受到了限制。
磁谐振式的无线电能传输为现今热点探究问题，其不只存在传送距离远的优点，还存在能完成高功率（高达千瓦）和高效率，能量传输方向不严格及贯穿性好的优点。科学家MIT在 2007 年第一次将次技术提出后，在国内外便掀起较大的探究热浪。MIT 2009年通过2个线圈，将一个谐振线圈按装在收发器线圈当中，也就是继电器谐振器构造。研讨了磁共振无线能量传输的耦合模理论，也探究了对无线能量传输的产生影响的诸多原因，比如：1、传送间距；2、频率特征等。
尽管在无线充电技术范围的探究外国比中国入手的时间早，可近10年，中国的无线充电技术受到国内外探究热浪的影响，也累积出很多成绩：在2010 年，海尔显示了根据磁谐振技术开发的无尾电视；通过理论与仿真，天津工业大学的杨庆新教授所带集体对电动机车和高铁无线供电作出诸多探究；哈尔滨工业大学的朱春波教授所带集体较为深入探究了无线电能传送的功率特征与传送原理。
1.2.2 阻抗匹配技术研究现状
射频电路中，将输入电路至输出电路间的功率提升运用最广泛的是阻抗匹配技术，如：能量输出端和负载间；天线和接收机/发射机间等常用。系统的效能与传送功率在电路处在匹配情况下均将获得提升。对于磁谐振无线电能传送的阻抗匹配模式，当前探究并不多，有变耦合系数的匹配与镶入电容阵列匹配2种模式运用的多。变耦合阻抗匹配模式被MIT 所带研究集体最初提出来，它的现实操作流程为：中继线圈安装在系统的收发线圈中间，为使无线电能的传送效能和功率不至于降低过快，对中继线圈与发射线圈与接收线圈的间距和角度进行调整，为将电源端与负载端的阻抗匹配的设计完成提出此构造。日本东京大学Teek Chuan Beh学者在2011 年入手在大功率无线电能传送技术上对于阻抗匹配的现实研发利用。然而以上对阻抗匹配的探究多半都局限与手工调整，这样调整时须具备一些阅历与观察技能，匹配因此需要很长时间，而且结果也不准确。国外较早也对主动阻抗匹配着手探索，英国赫特福德大学与美国麻省理工先后对主动阻抗匹配作出许多系列探究，获得部分成绩。重庆大学在2012 年 11 月举办了全国性的关于无线电能传输技术的交流会 ，对于中国无线电能传输进程中的探索近况，会上我国从事此技术范围的专家进行深入交流，同时，在国内第一次将自适应阻抗匹配对于无线电能传响的作用提出来；为将磁谐振的无线电能传送系统阻抗匹配完成，湖南大学的黄守道教授所带集体之后将DCDC 调整系统阻抗安装在无线电能接收端的模式提出；东南大学的黄学良教授与哈工大朱春波教授所带领的团队对阻抗匹配均作出有关的探索，且获得许多成绩。
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