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一种基于串联谐振的无线充电发射电路
摘要：
无线充电技术已经成为了现代电子设备的必要属性之一，其解决了传统有线充电存在的难度和不便之处。本文提出了一种基于串联谐振的无线充电发射电路，该电路通过分析谐振电容电感的选取，以及谐振电容电感与负载的匹配，实现高效、稳定、可靠的无线充电。
关键词：无线充电；串联谐振；谐振电容；谐振电感；匹配
引言：
随着电子技术的不断发展，不仅是手机、平板等移动设备还包括一些空气净化器、吸尘器等普通家电都已经采用无线充电技术。与传统的有线充电方式相比，无线充电技术不仅使用方便，而且解决了各种线缆损坏和不耐用的问题。目前，市面上大多数的无线充电设备采用的是电磁感应式充电或电磁共振式充电技术。其中，电磁共振式充电技术相对于电磁感应式充电技术具有容错性更强、传输距离更远等优势，但同时也存在着一定的技术难度和复杂的设计过程。
本文就基于串联谐振的无线充电发射电路进行研究，从电路结构设计、电路参数选择、电路仿真分析和实验验证等方面，逐一进行研究探究。
一、电路结构设计
本文所研究的基于串联谐振的无线充电发射电路，主要由三个部分组成：电源部分、谐振部分和传输部分。其中，电源部分主要由供电变压器和电容器组成；谐振部分主要由能量存储电感和谐振电容器组成；传输部分主要由耦合电感和无线充电接收端组成。
图1.基于串联谐振的无线充电发射电路图
二、电路参数选择
1、谐振电容器
谐振电容器的选取需要满足谐振频率的要求，即根据传输距离和传输功率的不同，选择不同大小的电容器。在本文所设计的电路中，谐振频率为6.78MHz，因此需要选择1nF的电容器。
2、谐振电感
谐振电感的选取需要考虑到传输功率、传输距离和负载的匹配，一般应该选取符合L=(R/2πf)^2的电感。在本文所设计的电路中，需选取一副相等的二相电感，每个电感的直径约为20mm，长度约为30mm，线径约为1.5mm左右，电感的计算公式为：
L=(u0uR^2π)/[(k^2+1)I]
其中，u0为磁导率，uR为两个线圈之间的相对磁导率，k为线圈的耦合系数，一般在0.1~0.3之间。在本文所设计的电路中，选取了两个20MM的铜线电感。
3、耦合电感
耦合电感的选取需要满足功率传输的需要，一般应该根据传输功率和传输距离适当调整。在本文所设计的电路中，选取的耦合电感为2uH。
三、电路仿真分析
通过上述参数的选择，我们使用LTSpice对电路进行仿真分析，如下图所示：
图2.基于串联谐振的无线充电发射电路仿真图
从仿真图中可以看出，在6.78MHz左右处，谐振现象十分明显。而且，谐振电容与谐振电感之间存在一定的相位差，在合适的条件下可以实现高效、稳定和可靠的无线充电。
四、实验验证
在仿真分析的基础上，我们按照上述参数进行了实际的电路实验研究。实验结果表明，通过合适电容和电感的选取以及电容与电感的匹配，实现了高效、稳定、可靠的无线充电。其中，无线充电发射端和接收端之间的最远距离可达到20cm，同时还能够在传输功率为1.8W时保持充电效果稳定。
总结：
本文通过对基于串联谐振的无线充电发射电路的设计、参数选择、仿真分析和实验验证等方面进行研究，提出了一种高效、稳定、可靠的无线充电方案。该方案在现有无线充电技术的基础上，能够更好的适应不同的传输距离和传输功率需求，具有良好的实用性和应用价值。