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无线电能传输(WPT)作为一种新兴的电能传输技术,与传统的有线电力传输方式相比有着明显的优势,已广泛应用于智能手机、可穿戴便携电子产品、电动汽车、生物医疗设备等各个领域。虽然WPT系统应用广泛,但当前WPT技术发展的主要瓶颈在于系统控制的鲁棒性问题和相对较低的传输效率。本文针对负载和耦合因数变化引起的输出电压不恒定和效率下降问题,提出一种自适应频率控制效率优化的WPT系统,所提出的控制方法能够同时满足输出恒压和传输效率最大化。通过建立串串(SS)补偿型WPT系统的等效互感耦合电路模型,由数学推导和理论分析研究负载、耦合因数和频率等参数对系统输出特性和耦合效率的影响,得出可以通过调节频率靠近谐振频率控制输出电压,并且在全负载范围内存在一个最优等效负载使得效率最大化。在此基础上,本文利用接收端后级DC-DC变换器进行负载传输,当负载变化时,通过控制整流输出电压来使等效负载始终处于最优值,从而实现最大效率点追踪,同时改变后级DC-DC变换器的占空比来使输出电压保持恒定。采样的整流电压与预估值比较产生误差数据通过ASK调制无线通信方式发送到系统发射端,发射端解调通信信息后经过PID算法控制实现频率的自适应调整。基于此,完成了发射端和接收端关键电路设计与系统控制的软件实现。本文基于Matlab/Simulink仿真平台对系统进行开环和闭环仿真,并搭建系统实验平台对系统功能和性能进行测试,测试结果表明,所设计的WPT系统能够正常工作,在输入电压为5V,工作频率为110~205kHz范围内条件下,可以在3~10mm的传输距离实现最大5W的功率传输,输出电压恒定为5V,恒压精度在±1%以内,负载调整率在±1.4%以内,在负载和耦合因数变化时,频率能够自适应调整控制整流电压进行效率优化,系统最大效率为79%,在典型传输距离d=3mm条件下满载效率为75%,平均效率为73%,相对于未优化效率,轻载效率最大提高了14.1%,重载效率最大提高了8.9%。测试结果显示本文WPT系统符合设计指标,集成度较高且符合Qi标准,具有很好的应用前景。