摘要：为了使无线功率传输在给多个设备充电时不再需求电源线和巨大的充电设备，例如试验移动设备(如移动手机)放在无线传输设备附近能够完结充电，能够通过改动手机等设备的方位，视点，离发射设备的间隔等完结无线充电。为了这处理了长期以来的兼容性难题，拟用电容性电能传输 (CPT)，运用AD—DC，DC—AC转化技能完结对移动设备的充电。通过改进规划，无论是整流桥仍是偏置网络，咱们均是通过选用开关电源来前进功率。这种处理方案比惯例体系结构更适合集成电路(IC)完结。试验运用标明，该体系能前进无线功率传输功率90%。
要害词：无线传榆;磁耦合;功率发射器;AC/DC
因为顾客快捷性的充电需求，许多公司加入了于2008年树立的无线充电联盟(Wireless Power Consortium，WPC)，并树立了一个通用的无线传输规范(QI)。该规范使得不同类型，不同国家，不同电源需求的手提设备能够共用一个电源，多个设备在充电时不再需求电源线和巨大的充电设备，这处理了长期以来的兼容性难题。可是仅WPC规范下的功率传输功率不高，研讨方针在于削减电能的无线传输损耗，完结为小功率的便携移动设备电池进行充电。
1 通过电磁耦合完结无线传输及其长处
虽然声耦合和光耦合也在开展，可是电磁耦合是最有功率的。传统的理性传输技能(IPT)存在显着的局限性。因为有其不能穿过金属屏障，传输功率低，易受电磁搅扰等缺点。而依据磁场谐振耦合的无线电力传输，通过共振树立发射与接纳设备之间的传递通道，能完结通道间的远间隔能量传输，通过优化功率改换电路及无功功率的补偿，能够尽最大或许地前进能量传递功率，然后有用地传输能量。试验研讨了电感螺线圈直径和传输设备电路开关管作业时刻对传输功率的影响。咱们团队拟用电容性电能传输(CPT)，运用AC—DC，DC—AC转化技能完结对移动设备的充电。
无线容性功率传输(CPT)技能是最近被人们提出作为备用触摸电力传输处理方案，CPT接口是在一对耦合的结构电容。电力转化体系的其余部分，包含逆变器和整流器结构仍然是相同的。因为磁感应的特色能够下降功耗，在某些功率水平，元件能够运用最小化电容结构。因此CPT最明显的优势是它的低功率损耗，本钱和尺度。但是，在高功率运用中，这不是一个优选的处理方案。出于这个原因，大多数现有的CPT的处理方案是专心于低功耗运用和便携式电子设备，如无线牙刷充电器，或无线手机充电器在电源传输接口与电容耦合的矩阵的点。
关于理性传输技能来说，CPT有以下特色：
1)CPT是依据电场耦合的，所以需求在耦合板上供应高频的AC电压。
2)一个完好的CPT体系至少含有两对耦合板以供应电源和接纳器之间的完好的循环电流。
3)当耦合板间有金属屏障时，这种耦合可被认为是两个电容的串联，这意味着CPT能够通过金属屏障来传输能量。
4)比较于IPT来说，CPT体系因为大多数电场关闭在衔接板体积内，电磁辐射搅扰和功率损耗可被大大削减。
5)除去了重而贵重的磁性材料和线圈，电路的尺度可被减小。无线电池充电器的结构如下图1所示。
功率发射器衔接在电网上，功率接纳器集成在移动设备上。功率宣布和功率承受是靠磁耦合。通过AC—DC和DC—AC转化，宣布功率在合理操控共振箱的基础上再由AC—DC转化为直流电压为电池充电。耦合谐振式无线供电技能这种新式的供电办法不光能够使无线供电的间隔提升到米级领域，打破了无线能量传输间隔这个瓶颈，一起还会分脱离用电设备与供电设备之间的物理衔接，这样在前进用电设备的漂亮，实用性的一起，还能够改进用电设备的安全性。
无线容性功率传输(CPT)技能最近有人提出作为备用触摸电力传输处理方案，CPT接口是在一对耦合的结构电容。电力转化体系的其余部分，包含逆变器和整流器结构仍然是相同的。因为磁依据需求与不缩小下降功耗，在某些功率水平，本钱和尺度的电阻隔元件能够与被最小化电容接口。因此最明显CPT的优势是它的低功率水平的本钱和尺度。但是，在高功率运用中，这不是一个优选的处理方案。出于这个原因，大多数现有的CPT的处理方案是专心于低功耗运用和便携式电子设备，如无线牙刷充电器，或无线手机充电器在电源传输接口与电容耦合的矩阵的点来完结。印刷和MEMS技能在运用程序CPT标明许诺的前进，这些检验技能在消费电子运用。
2 运用开关电源前进功率功率
在以往的结构中，功率功率是通过电阻调理体系调理的，它引入了一个严峻下降功率且平行于桥式整流器电阻负载。沟通-直流整流器是由一个全波整流器来完结。在这样的电路中，功率功率在很大程度上受这两种传导和开关损耗。此外，功率功率受偏置电路中功率丢失的影响。最重要的是能为一些特别场合带来更便利的供电，如水下检测、油田矿井、高山沙漠、化工等。因此，磁耦合谐振式无线供电技能具有杰出的运用价值和研讨含义。
改进规划，无论是整流桥和偏置网络，咱们均是通过选用开关电源来前进功率。这种处理方案比惯例体系结构更适合%&&&&&%(IC)完结。别的，接纳器架上的MOSFET具有极低的导通电阻，因此与运用二极管和电阻的惯例体系比较，功率损耗被严峻下降。
3 技能道路
3.1 依据电容耦合的非触摸电能传输技能(CPT)
远间隔功率传输的要害问题是削减损耗，前进功率，就现在的科技水平，即使是近间隔传输的功率也难以与有线传输比较，所以理性传输技能显得尤为重要。依据需求，参阅了两种耦合结构，它们都由两对金属板组成，每对金属板间的耦合间隔为1 mm。
图2所示为碟形结构，两个圆盘形成了一对耦合板，下面的圆盘静止不动并连在输入电源上，上面的圆盘旋转并连在输出的负载上。
图3所示为柱形结构，圆柱1和2形成了一对耦合板，圆柱3和4形成了另一对。两个外部的圆柱静止不动并连在输入电源上，两个内部的圆柱旋转并连在输出的负载上。
能够证明，关于上述结构来说，当两对耦合板的耦合面积持平且板的总面积坚持相一起，总的等效电容到达最大值。规划负载由多个最大阻值为1.3 Ω的传感器组成，其结果是，柱形结构的等效电容最大值是碟形结构的三倍，因此选用柱形结构作为优先型。典型的依据电容耦合的非触摸电能传输体系如图4所示，直流输入电压Edc通过功率逆变器改换成高频沟通电压，并作为原边金属板的输入电压，当副边的两块金属板与之附近且存在电位差的时分，原边的交变电场就会对副边金属板发生感应，然后完结电场耦合并向负载Rl供能。
CPT体系的电路拓扑如图5，在原边，直流电源Edc与直流电感Ld一起组成准电流源，S1～S4构成高频能量改换环节，通过与这两个开关对180°交互导通。这两对开关管通过ZVS(zero voltage switching)的作业办法进行切换，即通过检测Vcp的过零点来完结开关对的切换进程，完结正反向两种能量注入形式。因为切换进程在过零点进行，其开关切换损耗在理论上为零。在电路中，CS的等效串联电阻ESR如下：
依据以上剖析，通过将逆变网络输出端电路(虚线)看出二端口网络，能够树立谐振网络的等效电路，如图6所示。
在电路中，Cp构成并联谐振网络，Cs2为原副边电容耦合板的等效%&&&&&%，调谐电感Ls与Cs1、Cs2构成串联谐振网络。
3.2 开关电源
开关电源是运用现代电力电子技能，操控开关管注册和关断的时刻比率，保持安稳输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)操控IC和 MOSFET构成。跟着电力电子技能的开展和立异，使得开关电源技能也在不断地立异。现在，开关电源以小型、轻量和高功率的特色被广泛运用简直一切的电子设备，是当今电子信息产业飞速开展不行短少的一种电源办法。开关电源能够分为阻隔式DC/DC转化器和非阻隔式DC/DC转化器。简略地说，开关电源的作业原理如下：
1)沟通电源输入经整流滤波成直流;
2)通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号操控开关管，将那个直流加到开关变压器初级上;
3)开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供应负载。
4)输出部分通过必定的电路反馈给操控电路，操控PWM占空比，以到达安稳输出的意图。
在功率相一起，开关频率越高，开关变压器的体积就越小，因此，与一般开关比较，开关电源能够用较小的体积完结较大的功率传输，且损耗较小。并通过将这种办法运用到实践%&&&&&%PT体系中以验证该办法的有用性。
与线性电源比较，PWM开关电源更为有用的作业进程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来完结的。开关电源伯特图脉冲的占空比由
开关电源的操控器来调理。一旦输入电压被斩成沟通方波，其幅值就能够通过变压器来升高或下降。通过添加变压器的二次绕组数就能够添加输出的电压值。最终这些沟通波形通过整流滤波后就得到直流输出电压。
4 结束语
无线功率传输作为朝阳产业，有着宽广的远景和运用布景。会对人类未来的动力传输办法发生革新式的影响。其特色是损耗小，安全，便利，能够在特别情况下运用。需求处理的问题是理性传输技能和开关电源的运用，前进功率，改进结构。
