相比于有线充电方式,无线充电技术因具有更好安全性和便捷性等优点,近年来被广泛应用于众多领域。但无线充电技术也面临着充电系统效率较低、充电电压和电流质量较差的问题,是制约其发展的关键。本文结合水下自主航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）无线充电应用,从谐振补偿网络、副边拓扑及其控制、磁耦合机构设计等方面入手,研究各环节对系统效率和输出电压电流的影响,对其进行优化设计。首先,从无线充电系统的谐振补偿网络出发,采用松耦合变压器互感模型分析了目前常用的四种基本谐振补偿网络,总结对比各补偿网络的优缺点。进一步研究了SS和LCC-S补偿网络的谐振稳定性、输入输出特性、输出功率和效率变化特性,对比分析后,确定本应用采用LCC-S谐振补偿网络。其次,针对副边电路的损耗和控制问题,对副边电路拓扑及其控制策略进行了研究和优化设计。分析电池充电策略,确定采用恒流恒压充电方式。分析了同步整流和交错并联Buck电路的工作原理,将其引入到副边电路中,设计出全桥同步整流与交错并联同步整流Buck级联的副边电路。分析了全桥同步整流两种控制方式的原理,设计了漏源电压检测法的控制方案。对交错并联Buck电路进行小信号分析,得到了电路的传递函数,再分别设计了恒流和恒压模式下的控制环节。然后,对副边电路进行硬件设计,对主电路的开关管等器件进行计算与选型,设计了驱动电路、采样电路、保护电路等控制电路。建立了磁耦合机构磁路模型,分析了影响耦合系数的因素,再利用有限元分析工具进行磁耦合机构的设计。制作了应用于AUV的磁耦合机构实物,进行旋转错位和轴向错位实验,在±30°旋转错位范围内,耦合系数变化量在0.05以内,在±10mm轴向错位范围内,耦合系数变化量在0.06以内。最后,利用MATLAB/Simulink建立LCC-S谐振补偿网络、全桥同步整流电路、交错并联同步整流Buck电路模型,进行系统仿真,验证各部分的功能。搭建了无线充电系统实验平台,通过实验验证设计对系统效率和输出电压、电流质量的提升效果。本文共包含图78幅,表7个,参考文献66篇。