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摘 要：在借鉴了国内外的一些研究理论及成果的条件下，阅读了国内外文献以及相关书籍后分析了无线充电技术原理。文章主要设计了无线能量传输系统的整流滤波模块、无线发射模块、无线接收模块的模型。
关键词：无线能量传输；无线充电；谐振；耦合线圈
0引言
本文设计的是锂电池无线充电系统，属于小功率电子产品，而且并不要求有很远的传输距离，故选择电磁感应的改进版（线圈感应耦合方案）来实现无限能量传输。这种方案原理是电磁感应理论与变压器理论结合。为了有一个电能传输效率较高的电源系统，并且缩小电路的体积，就必须要采用原副边补偿的方法，采用原边补偿可以改善原边的功率因数，而副边的补偿则可以改善功率传输的效率。除此外还要将高频电流通入耦合线圈中，用电流的高频化来提高传输的能源密度，從而必须在电路中加入整流和高频逆变环节。
1 整流滤波电路
整流电路的作用是将220V/50HZ的家用交流电转化成单方向的电流，即直流电流。但是这样的电流仍然是脉动的，为了保证输电的质量必须将脉动的直流电流变成比较平滑度的直流，这个过程就是滤波。
我们常用的整流电路有：三相半波整流电路、三相全波整流电路、单相全波整流电路、单相半波整流电路、单相桥式整流电路、单相倍压整流电路。而在这些整流电路中最常用的就是单相桥式整流电路。而滤波一般采用电容滤波。所以本论文采用单相桥式整流电路加滤波电容组成整流滤波电路
2 谐振变换电路
谐振变换电路主要是把从整流滤波电路中流出来的直流电流转变成高频交流电，再将这个高频交流电送到线圈，使在线圈上产生高频变换的磁场。将直流电流变成高频交流电流的电路有全桥逆变电路、半桥逆变电路等。因为全桥逆变电路的应用比较广泛，本设计采用全桥逆变电路。
电路中值得注意的是负载线圈和电容并联，等效电路如图1。
其中R1表示的是回路中等效损耗阻值。由图1可知，LC并联谐振回路的等效阻抗为： （1）
由品质因数的公式（6）可知，R的值越大，Q的值越小，此时谐振时阻抗值就越小。Q值越小相角频率的变化程度也就越平缓，选频效果也就越差，所以应该选择R值小的电路。当 ，即完全谐振时，回路的阻抗是纯电阻，此时的阻抗值也达到最大。此时相移 ，并联谐振回路中电容上电流和电感上电流要比电源输入的电流Is大的多，此时Is对回路的影响可以忽略。此结论对分析LC并联振荡电路的相位分析很重要。
LC并联谐振电路的优点是电路空载时输出的电压可以调节，并且还有短路保护功能。除此之外，电路中次级回路中电感线圈还能限制电流的上升，这就使得电路中纹波系数小，使输出滤波电容的电压值减小，适用于低电压大电流的情况。所以本设计采用的是LC并联谐振电路。
3耦合线圈无线能量传输模型
完成无线能量传输时耦合线圈的初级和次级是分开的，此时在耦合线圈中间的介质就是空气，原边的耦合线圈通过发射交变的磁场，副边的次级耦合线圈通过接收这个交变的磁场来完成能量的传输。由于原副边的耦合线圈是通过空气传输能量的，所以原边的磁通只有部分经过副边的耦合线圈，因此传输效率有所降低。一般通过加大副边电感的大小可以增大能量的传输效率，但是随着线圈电感值的增大线圈的直径也会增大，并且相应线圈的阻抗也增大，系统的能量传输效率也会降低。所以在实际的充电系统中，采用原副边的线圈谐振来让能量传输效率提高，同时尽可能通过减小原副边耦合线圈的距离来增大能量的传输效率。其模型如图2所示。
参考文献
[1] 胡新福.非接触式锂离子电池充电电路的设计与实现[硕士学位论文].广州：华南理工大学，2011.
[2] 潘力.一种锂电池无线充电模块的设计[硕士学位论文].成都：电子科技大学，2013.
[3] 窦延军.一种磁耦合谐振式无线充电系统的设计[硕士学位论文].成都：电子科技大学，2013.
关键词：无线能量传输；无线充电；谐振；耦合线圈
0引言
本文设计的是锂电池无线充电系统，属于小功率电子产品，而且并不要求有很远的传输距离，故选择电磁感应的改进版（线圈感应耦合方案）来实现无限能量传输。这种方案原理是电磁感应理论与变压器理论结合。为了有一个电能传输效率较高的电源系统，并且缩小电路的体积，就必须要采用原副边补偿的方法，采用原边补偿可以改善原边的功率因数，而副边的补偿则可以改善功率传输的效率。除此外还要将高频电流通入耦合线圈中，用电流的高频化来提高传输的能源密度，從而必须在电路中加入整流和高频逆变环节。
1 整流滤波电路
整流电路的作用是将220V/50HZ的家用交流电转化成单方向的电流，即直流电流。但是这样的电流仍然是脉动的，为了保证输电的质量必须将脉动的直流电流变成比较平滑度的直流，这个过程就是滤波。
我们常用的整流电路有：三相半波整流电路、三相全波整流电路、单相全波整流电路、单相半波整流电路、单相桥式整流电路、单相倍压整流电路。而在这些整流电路中最常用的就是单相桥式整流电路。而滤波一般采用电容滤波。所以本论文采用单相桥式整流电路加滤波电容组成整流滤波电路
2 谐振变换电路
谐振变换电路主要是把从整流滤波电路中流出来的直流电流转变成高频交流电，再将这个高频交流电送到线圈，使在线圈上产生高频变换的磁场。将直流电流变成高频交流电流的电路有全桥逆变电路、半桥逆变电路等。因为全桥逆变电路的应用比较广泛，本设计采用全桥逆变电路。
电路中值得注意的是负载线圈和电容并联，等效电路如图1。
其中R1表示的是回路中等效损耗阻值。由图1可知，LC并联谐振回路的等效阻抗为： （1）
由品质因数的公式（6）可知，R的值越大，Q的值越小，此时谐振时阻抗值就越小。Q值越小相角频率的变化程度也就越平缓，选频效果也就越差，所以应该选择R值小的电路。当 ，即完全谐振时，回路的阻抗是纯电阻，此时的阻抗值也达到最大。此时相移 ，并联谐振回路中电容上电流和电感上电流要比电源输入的电流Is大的多，此时Is对回路的影响可以忽略。此结论对分析LC并联振荡电路的相位分析很重要。
LC并联谐振电路的优点是电路空载时输出的电压可以调节，并且还有短路保护功能。除此之外，电路中次级回路中电感线圈还能限制电流的上升，这就使得电路中纹波系数小，使输出滤波电容的电压值减小，适用于低电压大电流的情况。所以本设计采用的是LC并联谐振电路。
3耦合线圈无线能量传输模型
完成无线能量传输时耦合线圈的初级和次级是分开的，此时在耦合线圈中间的介质就是空气，原边的耦合线圈通过发射交变的磁场，副边的次级耦合线圈通过接收这个交变的磁场来完成能量的传输。由于原副边的耦合线圈是通过空气传输能量的，所以原边的磁通只有部分经过副边的耦合线圈，因此传输效率有所降低。一般通过加大副边电感的大小可以增大能量的传输效率，但是随着线圈电感值的增大线圈的直径也会增大，并且相应线圈的阻抗也增大，系统的能量传输效率也会降低。所以在实际的充电系统中，采用原副边的线圈谐振来让能量传输效率提高，同时尽可能通过减小原副边耦合线圈的距离来增大能量的传输效率。其模型如图2所示。
参考文献
[1] 胡新福.非接触式锂离子电池充电电路的设计与实现[硕士学位论文].广州：华南理工大学，2011.
[2] 潘力.一种锂电池无线充电模块的设计[硕士学位论文].成都：电子科技大学，2013.
[3] 窦延军.一种磁耦合谐振式无线充电系统的设计[硕士学位论文].成都：电子科技大学，2013.