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摘 要

随着科技的不断进步，电力电子技术得到了极大的发展，品类繁多的电子设备使我们的生活变得更加便利。众所周知，每一个电子设备充电时都需要一个充电器。在充电的过程中，电子设备受到了长长的电线的束缚，这样不利于办公和生活。而且频繁的充电过程也对使用者造成了麻烦。此外，电子设备的消费量日益增长，随之增长还有充电器和电源线的消耗量，这造成了巨大的资源浪费。因此，我们需要一种更加便捷的充电方式，这就是无线充电技术。

本文主要研究了一种基于电磁感应的无线充电技术，在理论分析的基础上完成了一种小功率无线充电系统的设计。首先，总结了无线充电系统的方法及特点，介绍了电磁感应原理的相关知识。其次，阐述了利用电磁耦合来传输电能的变压器模型的工作原理。接着，分别设计了无线充电系统的主电路，电能发送电路和电能接收电路。最后，通过MATLAB建立了模型，验证了所设计系统的有效性，结果表明所设计的系统满足一般要求。

关键词：无线充电 电磁感应 变压器模型 MATLAB

Design of The Small-power Wireless Charging System

Abstract

With the advancement of technology, power electronics technology has been well developed,all kinds of electronic devices make our life become more convenient.As we all know, every electronic device needs a wire charger for charging.In the process of charging,the electronic device is limited by long wires,it brings inconvenience to our work and life.And the charging process always annoy us.In addition,the growing sales volume of electronic devices is amazing.Meanwhile,the consumption of wire charger is rapidly increasing,which has resulted in a huge waste of resources.Therefore,we need a more convenient way of charging.Wireless charging technology can overcome the disadvantages of traditional charging methods.

This subjuct introduces the wireless charging technology based on the electromagnetic induction,and has designed a small-power wireless charging system.Firstly, summarizing the methods and characteristics of the wireless charging system,analysing the electromagnetic induction principle. Secondly,introducing a transformer model based on magnetic coupling.Then, designing the electric circuit,including the main circuit,power transmission circuit and power receiving circuit of the small-power wireless charging system.Finally,using MATLAB to set up the model to verify the effectiveness of the system.The results indicated that,the designed small-power wireless charging system has met the requirements.

Key Words: wireless charging;electromagnetic induction;transformer model;MATLAB

目 录

摘要……………………………………………………………………………………………I

ABSTRACT…………………………………………………………………………………II

第一章 绪论…………………………………………………………………………………1

1.1 无线充电的研究背景和意义…………………………………………………………1

1.2 无线充电的原理及特点………………………………………………………………3

1.3 国内外研究现状………………………………………………………………………6

1.4 本文的研究内容………………………………………………………………………9

第二章 无线充电系统基本原理与拓扑结构分析…………………………………10

2.1 电磁感应原理…………………………………………………………………………10

2.1.1 电磁感应定律…………………………………………………………………10

2.1.2 线圈的自感现象………………………………………………………………11

2.1.3 线圈的互感现象………………………………………………………………12

2.2 小功率无线充电系统的结构分析……………………………………………………14

2.3 本章小结………………………………………………………………………………15

第三章 小功率无线充电系统的电路设计……………………………………………16

3.1 小功率无线充电系统结构的设计……………………………………………………16

3.1.1 补偿电路的分析………………………………………………………………16

3.1.2 几种补偿电路的比较…………………………………………………………17

3.2 小功率无线充电系统主电路…………………………………………………………21

3.3 无线电能发送电路的设计……………………………………………………………22

3.3.1 无线充电系统工作频率选择…………………………………………………22

3.3.2 无线充电系统逆变电路的设计………………………………………………22

3.4 无线电能接收电路的设计……………………………………………………………26

3.5 本章小结………………………………………………………………………………27

第四章 电路仿真结果与分析……………………………………………………………28

4.1 全桥逆变电路仿真……………………………………………………………………28

4.2 桥式全控整流电路仿真………………………………………………………………30

4.3 主电路仿真……………………………………………………………………………35

4.4 本章小结………………………………………………………………………………36

第五章 结语…………………………………………………………………………………37

5.1 总结……………………………………………………………………………………37

5.2 展望……………………………………………………………………………………37

致谢……………………………………………………………………………………………38

参考文献………………………………………………………………………………………39

1. 绪论

进入科技时代，人们的日常生活每天都发生着变化。在这个飞速发展的社会，人类却迎接着来自能源的挑战。现阶段我们使用的主要是化石能源，这为人们生活带来便捷的同时，也带来了各式各样的困扰。首先就是煤，石油等化石能源的过度消耗所造成的自然环境的污染破坏。其次，我们都知道，地球上的化石能源是有限的，不能再生，不是取之不尽，用之不竭的。电能作为一种清洁能源和可再生能源，会很好的成为化石能源的替代品。电能自从被人们利用开始，其传输方式就没有特别大的改变。到目前为止，利用金属导线来进行电能的传输是最常见的一种方式，然而这种方式也带来了很多不安因素。比如导线的长期使用可能会发生裸露问题，因而容易产生电火花，发生危险。此外，复杂的输电线路形成密布的网络也会造成巨大的资源浪费。因此，作为一种新型的电能传输技术，无线充电技术拥有着巨大的发展潜力^[1]。

1.1无线充电的研究背景和意义

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