基于松耦合变压器的无线供电充电器技术研究

时代汽车 基于松耦合变压器补偿技术的电动汽车充电技术系统建模与仿真吴金华江西应用技术职业学院 江西省赣州市 341000摘 要： 本文立足于无线充电技术，深入剖析松耦合变压系统，针对其目前无线充电系统存在的不足之处与优化，改善充电系统传输效率，推动无线充电方式发展。

关键词：耦合变压器　电动汽车　充电技术1　引言相比传统充电技术，无线充电技术的起步时间较晚，且整体的安全性以及便捷性更为优秀。

因此，在未来市场中具有巨大的发展潜力。

本文立足于松耦合变压器，深入研究偏移位置以及器气隙间距，剖析二者对变压器传输效率的具体影响情况，通过运用科学的绕制手段，使得变压器的传输效率得到进一步改善。

以此为前提下，建立等效电路模型，并在其中加入补偿技术，完成仿真模型的构建环节，针对仿真模型完成实验验证，保障最终研究结果的真实性和可靠性，推动我国电动汽车研究理论的发展。

2　松耦合变压器磁建模分析与优化2.1　松耦合变压器概述在无线输电过程中，松耦合变压器起到重要作用，其在工作过程中，与其它类型变压器并无本质不同。

然而，该变压器的磁路距离较长，因此可以完成非接触充电过程。

由于保持与设备的非接触充电，因此不会对设备造成磨损，这也是其显著优点之一。

2.2　松耦合变压器磁芯等效模型在完成研究工作之前，首先需要建立对应模型，本文等效电路模型如图1内容。

在研究过程中，通过电压源完成供电工作，当电压源与回路产生接触后，实现初级电流，并将电流传输至变压器中，经过变压器的处理后，产生次级电流。

其具体的计算方式如式2.1：(2.1)图1　松耦合变压器的等效电路模型U in U0LsLpRp RsMni令次级回路阻抗为，得：(2.2)由公式2.2，可以得出初级电流以及次级电流的计算方式，其具体内容如下所示：(2.3)计算得：其各公式对应具体初级以及次级电电流回路，而通过上文计算内容，可以得到对应的反馈电阻。

因此，对电阻进行计算。

立足于前文的计算方式，本次的初级电阻以及次级电阻分别为：(2.5)则输出功率为：(2.6)输入功率为：(2.7)变压器的传输效率：(2.8)通过上述内容，不难得知，对于变压器的传输效率而言，即受到多个因素的共同影响，各因素之间互相联系，并最终影响能量的传输效率。

一种手机无线充电装置的研制作者：何锡武罗雷君包艳涛陈月华来源：《数字技术与应用》2013年第04期摘要：通过高频电源和线圈耦合的能量传递，实现手机无线充电。

实验证明该方案可行，且具有较高的应用价值。

关键词：无线充电 H桥高频电源中图分类号：TN929.53 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0138-011 引言为了减少便携设备（如手机，数码相机）有线充电带来的如数据线接口型号不同、电池容量偏小等不便，将便携设备放置在冲电座板上实现无线充电，方便快捷。

目前无线能量传输技术中，根据其传输原理分为三类：第一类是采用松耦合变压器或者可分离变压器方式。

该方法可以实现较大功率的电能无线传输，传输距离被限制在毫米级。

第二类是电磁波无线能量传输技术如微波技术，直接利用了电磁波能量通过天线发送和接收的原理。

能实现极高功率的无线传输，但在能量传输过程中，发射器必须对准接收器，不能绕过或穿过障碍物，且微波在空气中的损耗大，效率低，对人体和其他生物都有严重伤害。

第三类是磁耦合谐振式无线能量传输技术。

通过磁场的近场耦合，使接收线圈和发射线圈产生共振，来实现能量的无线传输。

该技术可以在有障碍物的情况下传输，传输距离可以达到米级范围。

2 系统设计2.1 系统原理本设计采用的是第一类原理。

原理图如图1所示。

单片机MCU用于系统的管理，控制方波的产生、停止、定时以及检测手机的有无，充电电流控制，充电过程显示等人机交互内容。

2.2 充电电路实现采用三个反相器并联驱动H桥，在H桥的输出端输出峰峰值为21.2v的方波。

用H桥驱动耦合变压器的原边，即发射线圈，将电能转换成交变的电磁波场。

这些构成充电底座的电路。

耦合接收线圈集成在手机里面，将手机放到底座上，两个线圈通过磁耦合传递能量。

接收线圈输出的交流信号通过整流桥整流，电容滤波，最后变成稳定的直流电压，即可以对手机进行充电。

2.3 有无手机检测选择采用红外线检测元件感应有无手机。

【精品新闻】松耦合无线充电是下一代无线充电技术引言：安森美半导体无线细分市场高级营销策略经理AJ ElJalladAJ ElJallad告诉记者：“目前，无线充电有三大主流标准，包括Qi/WPC、PMA以及A4WP(品牌名为Rezence) ，三大标准互有长短。

其中Qi/WPC和PMA是采用电磁感应或紧耦合的工作方式，而A4WP 则采用磁共振或松耦合的方式。

从市场规模上，Qi无疑是目前较为普及的标准，成员包括微软、松下、三星、索尼、东芝等。

但这种标准的一大缺陷是手机需要精确地摆放在无线充电垫上对准线圈位置，才能正常充电；而且不能在有金属的地方充电。

使用不便，相信这也是无线充电未能广泛应用的原因之一。

今年年初，A4WP和PMA宣布合并成立了一个新组织（组织名待定），致力于标准的统一，AJ ElJallad本人在该组织中担任重要职位；而Qi则自行发展松耦合。

AJ ElJallad介绍说“目前的无线充电方式有三种：松耦合、紧耦合和兼容松耦合和紧耦合的多模式。

我们支持的Rezence标准属于松耦合式，松耦合无线充电是下一代无线充电技术。

”接下来，AJ ElJallad对松耦合（Rezence-下一代）与紧耦合(第一代)技术进行了比较。

AJ ElJallad认为：松耦合（Rezence-下一代）几乎克服了紧耦合(第一代)技术的所有缺点：具有出色的充电范围，扩展充电区域至任一装有无线充电发射器的任一表面如桌子，可实现真正的放下就能充电；而且能同时为多个有不同功率要求的设备充电，如智能手机、平板电脑、笔记本电脑和蓝牙耳机；表面充电在有金属物体之处可操作，如钥匙、硬币和器皿，使其成为用于汽车、零售和厨房应用的理想选择；使用现有蓝牙智能技术，对制造商的硬件要求降至最低，也为将来实现智能充电区成为可能。

安森美半导体目前已经可以提供用于松耦合无线电力系统的解决方案，如电源管理器件和自适应功率调谐发射（TX）和接收（RX）器件等。

无线充电技术中耦合电感的研究与设计无线充电技术中耦合电感的研究与设计随着科技的不断进步，无线充电技术正成为一种趋势，并在各个领域得到广泛应用。

而作为无线充电技术的核心之一，耦合电感的研究与设计显得尤为重要。

本文将重点探讨无线充电技术中耦合电感的研究与设计。

首先，我们来了解什么是耦合电感。

耦合电感是指通过电磁感应原理，将能量从发射端传输到接收端的一种元件。

在无线充电技术中，耦合电感起到了能量传输的关键作用。

因此，对耦合电感的研究与设计就显得至关重要。

在耦合电感的研究中，一个重要的指标是耦合系数。

耦合系数是衡量发射端和接收端之间能量传输效率的重要参数。

一个较高的耦合系数意味着更有效的能量传输，而较低的耦合系数则会降低能量传输的效率。

因此，在设计耦合电感时，要尽量提高耦合系数，以提高能量传输效率。

其次，耦合电感的设计也需要考虑电磁兼容性。

电磁兼容性是指设备在电磁环境中工作时，不对其他设备或系统造成无法接受的干扰。

在无线充电技术中，耦合电感会产生一定的电磁辐射，因此需要采取一些措施来减少干扰。

例如，可以通过设计合适的屏蔽结构和使用合适的滤波器等方式来提高电磁兼容性。

最后，耦合电感的材料选择也是设计的关键因素之一。

常见的耦合电感材料包括铁氧体和氧化锌等。

这些材料具有较高的磁导率和较低的电导率，能够提高电感的效果。

此外，还可以通过选择合适的线圈结构和导线材料来进一步提高耦合电感的性能。

综上所述，无线充电技术中耦合电感的研究与设计是非常重要的。

通过提高耦合系数、考虑电磁兼容性和选择适当的材料等手段，可以设计出高效、可靠的耦合电感。

随着无线充电技术的不断发展，相信在未来会有更多的创新和突破在耦合电感的研究与设计领域。

专利名称：松耦合变压器及采用该变压器的水下无线电能传输系统
专利类型：发明专利
发明人：凡绍桂,李雪峰,文金伟,周相屹,游江,巩冰
申请号：CN202011390960.5
申请日：20201202
公开号：CN112582162A
公开日：
20210330
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种松耦合变压器及采用该变压器的水下无线电能传输系统，包括由内至外布置的两个环状线圈，所述环状线圈包括沿圆周均匀设置的柱状磁芯绕组，各磁芯绕组外缠绕的导线串联连接，每个环状线圈的柱状磁芯绕组的两端分别通过环状磁芯连接在一起，两个环状线圈之间有间隙。

本发明松耦合变压器的发射线圈与接收线圈采用模块化设计，松耦合变压器质量轻，且可实现不同功率等级设计；磁场由磁芯约束减小了电磁场在海水中的涡流损耗；采用磁路对称设计，具有较强的抗偏移能力，且对耦合机构对接精度要求低。

申请人：哈尔滨工程大学
地址：150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室国籍：CN
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电气传动2023年第53卷第10期ELECTRIC DRIVE 2023Vol.53No.10摘要：无线电能传输（WPT ）技术克服了传统有线输电过程对输电场地条件、维护便利性以及安全性的严苛要求，具有广泛的应用场景。

在WPT 技术中，原副边线圈间的抗偏移特性直接影响着系统电能传输的质量、效率及可靠性。

通过对松耦合变压器进行优化，设计相对应的补偿网络以增强系统的抗偏移特性及输出稳定性。

所设计的D.D.D.型松耦合变压器具有较强的抗偏移能力，并且具有良好的磁屏蔽特性。

在传统变压器等效模型基础上，考虑漏磁通的影响，提出了对称型并串联/串并联补偿拓扑结构。

通过调频控制，维持系统输入阻抗角为零，实现系统高效稳定的输出。

最后，为了验证理论分析，搭建了基于D.D.D.型松耦合变压器的250W 实验平台，系统效率达到了88%。

关键词：无线电能传输；松耦合变压器；抗偏移；PS/SP 补偿拓扑中图分类号：TM文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd24291Research on Wireless Power Transmission System Based on D.D.D.Loosely -coupled TransformerWANG Pengcheng 1，PAN Ligang 2，WANG Yijie 3（1.State Grid Hangzhou Xiaoshan Power Supply Company ，Hangzhou 311215，Zhejiang ，China ；2.Hangzhou Xinmei Power Equipment Manufacturing Co.，Ltd.，Hangzhou 311215，Zhejiang ，China ；3.School of Electrical Engineering and Automation ，Harbin Institute ofTechnology ，Harbin 150000，Heilongjiang ，China ）作者简介：王鹏程（1982—），男，硕士，高级工程师，Email ：***************基于D.D.D.型松耦合变压器的无线电能传输系统研究王鹏程1，潘立刚2，王懿杰3（1.国网浙江省杭州市萧山区供电有限公司，浙江杭州311215；2.杭州欣美成套电气设备制造有限公司，浙江杭州311215；3.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江哈尔滨150000）Abstract:The emergence of wireless power transmission （WPT ）technology overcomes the strict requirements of traditional wire transmission process on transmission site conditions ，maintenance convenience and security ，which has a wide range of application scenarios.In the WPT technology ，the misalignment tolerance characteristics between the primary and secondary coils directly affect the quality ，efficiency and reliability of the power transmission.The loosely-coupled transformer was optimized and the corresponding compensation network was designed to enhance the misalignment tolerance characteristics and output stability.The D.D.D.loosely-coupled transformer designed has strong misalignment tolerance ability and good magnetic shielding characteristics.Considering the influence of magnetic flux leakage ，a symmetric PS/SP topology was proposed based on the traditional transformer equivalent model.Through frequency modulation control ，the input impedance angle of the system was maintained to zero ，and the high-efficiency and stable output of the system was realized.Finally ，in order to verify the theoretical analysis ，a 250W experimental platform based on the D.D.D.loosely-coupled transformer was built ，and the system efficiency reached 88%.Key words:wireless power transmission （WPT ）；loosely-coupled transformer ；misalignment tolerance ；PS/SP compensation topology电能替代不可再生能源是实现“碳达峰”和“碳中和”的重要途径。

基于平板变压器的无线充电技术研究无线充电技术是一种方便、高效、环保的能量传输方式，逐渐成为我们日常生活中不可或缺的一部分。

而基于平板变压器的无线充电技术则是其中一种重要的实现方式。

本文将对基于平板变压器的无线充电技术进行研究。

首先，让我们了解一下平板变压器的基本原理。

平板变压器是由有两个主要部分组成：一个是发射部分（TX），另一个是接收部分（RX）。

发射部分将交流电转换为高频电力信号，通过一个平板线圈产生磁场。

接收部分则通过另一个平板线圈，将磁场转换为电能。

理论上，两个线圈之间需要有一个共同的磁场才能进行能量传输。

然而，在实际应用中，存在一些技术挑战需要克服。

首先，功率传输的效率是关键因素之一。

在无线充电过程中，不可避免地会有一定的能量损耗，因为能量需要通过磁场进行传输。

因此，如何最大化功率传输效率，减小能量损耗成为研究重点。

其次，线圈之间的距离也是一个限制因素。

一般来说，传输距离越远，信号衰减越大，影响能量传输效果。

因此，如何在维持高效率的前提下，扩大传输距离也是需要关注的问题。

针对这些技术挑战，研究人员提出了一系列解决方案。

首先，针对功率传输效率的提高，可以通过改变线圈的结构设计以及调整电流和频率的方式来实现。

研究表明，使用薄线圈、高导电率材料以及优化线圈的布局等可以大大提高功率传输效率。

此外，电流和频率的调整也可以改善功率传输效率。

通过匹配发射和接收端的电流和频率，可以最大限度地提高能量传输效果。

其次，传输距离的扩大可以通过增加线圈的尺寸和使用功率放大器来实现。

增大线圈的尺寸可以提高信号在空间中的传输范围，但同时也会增加传输损耗。

因此，需要在不影响功率传输效率的前提下找到最佳的线圈尺寸。

另一种方式是使用功率放大器来增强信号的传输能力。

通过将TX端的输出信号放大，可以弥补传输距离导致的信号衰减，从而保持较高的传输效果。

除了解决功率传输效率和传输距离的问题，安全性也是无线充电技术研究中需要考虑的因素之一。