CN109190288A - 基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***及仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线电能传输技术领域，公开了一种基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***及仿真方法，电压逆变分析单元，用于输入直流电压经过全桥整流逆变产生交流电，通过示波器得出逆变之后的交流电波形图；两线圈端电压分析单元，利用线圈拓扑模型的主边串联副边并联结构，得到输入电压会波形图；通过波形图获取接受线圈电压波形如图和电压幅值；输出电压和输出电流分析单元，对得到的谐振电压进行整流滤波，通过负载输出电压，同时获得输出电压的波形图；输出功率和输出效率分析单元，建立输入功率和输出效率模型，分析输出功率和输出效率。本发明提供的谐振器可以通过改变频率实现中等输出功率的无线电能传输。

Description

基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***及仿真方法

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，尤其涉及一种基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***及仿真方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：近年来，随着科技发展，电子产品越来越多，也越来越日新月异，如手机、平板电脑、笔记本电脑等许多产品都在一直更新换代，可是充电问题一直无法进步，长期都是处于最为传统的充电方式，但是这种传统的充电方式存在许多弊端，比如：距离限制、充电线容易坏、传输效率慢、甚至还存在许多安全隐患，于是新型的无线充电方式进入了科学家的视线中。

比起传统的有线电能传输，无线电能传输更加方便、传输距离更远效率更高，同时安全隐患也大大降低，对人类以后使用电子产品提供了诸多便利。

在特斯拉提出无线电能传输这一理念后，许多科学家都投入了精力研究，这几年来也取得了重大的成果，在距离上已经远远比最开始的设计都要增加数倍，传输效率也越来越高，有些甚至开始应用到了本发明的生活之中，相信随着科技的继续发展与进步，无线电能传输将大广泛的应用于本发明的生活之中，进入了全人类的视线中。

无线能量传输(WPT),这是一种非接触式的电能传输方式,具体是指用发射将电能转换为其他形式的中继能量,再以接收器进行接收并转换为电能。最早提出这一理论的人是有名的物理学家尼古拉·特斯拉。早在1890年，尼古拉斯提出这一理念，并将地球假设成一个内导体、地球的电离层设置为外导体，通过放大发射机以景象电磁波振荡模式，然后再地躯体与地离层之间建立起大约8HZ的低频共振，再利用环绕地球表面的电磁波来进行能量传输。虽然最后因为财力以及各种各样的因数，尼古拉·特斯拉的这种大胆想法以失败告终。后面陆陆续续有很多科学家对无线电能传输进行深入研究，渐渐的将这一技术发展起来。近年来比较出名的就是2006年6月麻省理工学院的研究小组在美国《科学》杂志上发表的研究成果。利用导电性能良好的铜线制作成线圈当成电磁的共振器，以通过调整铜制线圈的谐振频率来让线圈达到共振，从而实现了电能的无线传导。这一个实验目前已经成功的为一个两米外的60瓦灯泡供电，供电效率在40％和50％之间，可谓是在无线电能传输研究领域取得了巨大进步。

当今无线电能传输备受瞩目，但是主要受到关注的还是微波辐射式、磁耦合谐振式、感应耦合式三种。这三种在传输功率、传输效率、传输距离等等上都有各自的优点，被应用于许多领域。

(1)微波辐射式微波辐射式又被称为远距离辐射式。这种传输方式是利用天线来实现能量的发送和接受。因为利用了远场来进行能量传输，所以这种传输方式的传输距离远远大于能量的收发装置，是当前一种能够实现远距离传输的无线电能传输方式。

(2)感应耦合式电磁感应耦合的基本原理,将由直流电压逆变得到的高频矩形波电压从可分离式变压器的初级线圈耦合到次级线圈,实现电能的非接触传输。在所有的无线电能传输技术中，这算是最为成熟的一种，它能够实现传输功率比起其他几种技术大一些，缺点就是传输距离比较短，受到了很大的限制。常见的手机、平板等点击设备是基于这种传输方式上进行研制的，可惜因为传输距离太近的原因，发展大大受到了限制。

(3)磁耦合谐振式磁耦合谐振式是目前备受瞩目的一种传输技能，他是利用线圈与线圈只见产生共振，也就是利用两边线圈频率相同来产生能量传输，属于近场传输，它的传输距离受到线圈半径大小影响，而且异常明显，所以通常传输距离只有几厘米到几米，这也是这种传输方式的缺点。不过磁耦合谐振式的装置相对简单，经济效率也高，在中等距离时，传输效率也算蛮高。

结合以上各种无线电能传输的特点，可以得出在其在以下几个方面将有着更加广泛的应用前景。

(1)电子领域当今社会，科技发展日新月异，电子设备成为人类必不可少的东西，手机、平板几乎人手皆有，但是电子设备的充电却极大的影响了人们的使用，而无限电能传输这一技术能够很好的解决充电的问题，为消费者带来更好的体验，可以给人们更多的方便和快捷，同时也提高了充电用电的安全性。

(2)医疗领域如今医学发展迅速几乎与科技融合在一起，医学设备也多种多样，X光拍摄仪、磁共振、心脏起搏器等等，其中心脏起搏器是一种植入人体的设备，它的充电时通过体外的充电***进行充电，在这之中有很多不便与危害，无线充电技术就能够很好的解决这个问题。

(3)交通运输领域随着科技发展，人们的交通已经非常便利，家家户户都有小车、摩托车，但是这些交通工具产生了很多二氧化碳，很大程度上破坏了人类的生活环境，所以现在新能源陆续冒出，电动自行车、电动汽车争相登台。但是这些新能源汽车的充电一直是一个很大问题，而无线充电技术能够很好解决这一个问题。

当然，除了以上所举，无线电能传输还有很多领域的应用，比如航天、网络等等。可惜，到现在为止世界上关于磁耦合谐振式无线电能传输的研究还是很有限，许多高校和科技研究学院投入了大量的人力物力来研究这一项技术，只要能够研究出磁耦合谐振式无线电能传输在大功率和高效率上面取得重大突破，那么这个应用方位将进一步扩大。

通过这几年无数科学家与研究室的不断努力研究，无线电能传输技术有了极大的突破，但是还是存在了许多问题，以三种最为主要的无线电能传输技术为例，微波辐射式传输距离虽然很远，但是传输效率却非常的低下，而且还存在对人体有影响的辐射，目前只适用于军事方面或者是空间太能电站等等。感应耦合式这种传输技术的效率高，但是却存在传输距离短这一方面的致命缺陷，很难应用于本发明的生活之中。在传输距离上，磁耦合高于电磁感应耦合，在传输效率上，磁耦合高于微波无线传输技术，但在功率远距离多种场合比较不适合，是一种中等传输距离、中等传输功率的无线电能传输方式。

综上所述，现有技术存在的问题是：

以三种最为主要的无线电能传输技术为例，微波辐射式传输距离虽然很远，但是传输效率却非常的低下，而且还存在对人体有影响的辐射，目前只适用于军事方面或者是空间太能电站；感应耦合式这种传输技术的效率高，但是传输距离短，很难应用于生活之中；

在传输距离上，磁耦合高于电磁感应耦合，在传输效率上，磁耦合高于微波无线传输技术，但不适合功率远距离传输。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***及仿真方法。

本发明是这样实现的，一种基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***，所述基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***包括：

电压逆变分析单元，用于输入直流电压经过全桥整流逆变产生交流电，通过示波器得出逆变之后的交流电波形图；

两线圈端电压分析单元，利用线圈拓扑模型的主边串联副边并联结构，得到输入电压会波形图；通过波形图获取接受线圈电压波形如图和电压幅值；

输出电压和输出电流分析单元，对得到的谐振电压进行整流滤波，通过负载输出电压，同时获得输出电压的波形图；

输出功率和输出效率分析单元，建立输入功率和输出效率模型，分析输出功率和输出效率。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***的无线充电智能电子设备。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***的无线充电智能医疗设备。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***的无线充电智能电动车量。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***的基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真方法，包括：

通过仿真软件Simulink建立固定距离的仿真模型，通过改变频率对传输***的传输效率、传输功率进行分析；

在谐振下进行传输最高、传输效率最优的谐振式无线电能传输谐振器分析。

进一步，传输功率进行分析中，包括：

建立输入功率和输出效率模型

P＝IU

输出功率计算公式：

借助以上两个公式计算出在不同频率下的传输功率、传输效率。

本发明的另一目的在于提供一种基于谐振式无线电能传输的谐振器设置有：

全桥逆变电路；

所述全桥逆变电路通过导线与互感线圈连接，互感线圈通过导线与整流器和滤波器连接；

全桥逆变电路通过导线连接有四个MOSFET，四个MOSFET互为连通；

互感线圈采用主边串联副边。

进一步，所述在两个MOSFET之间通过导线连接有取反电路。

进一步，所述全桥逆变电路、互感线圈和整流器和滤波器均通过导线连接有电压表和电流表。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明提供的谐振器可以通过改变频率实现中等输出功率的无线电能传输。

本发明就无线电能传输展开了学习与分析，其中重点了解并且自主分析磁耦合谐振式无线电能传输***的原理和应用，然后通过仿真软件Simulink建立一个固定距离的仿真模型，通过改变频率对传输***的传输效率、传输功率进行分析，从而验证在谐振式无线电能传输的原理，最后在谐振下完成传输最高、传输效率最优的谐振式无线电能传输谐振器。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于谐振式无线电能传输的谐振器的结构示意图；

图中：1、MOSFET；2、互感线圈；3、整流器；4、滤波器；5、电压表；6、电流表；7、取反电路。

图2是本发明实施例提供的基于谐振式无线电能传输的谐振器的电路图；

图3是本发明实施例提供的磁耦合谐振式等效原理图；

图4是本发明实施例提供的串联谐振电路图；

图5是本发明实施例提供的磁耦合谐振式无线能量传输***结构图；

图6是本发明实施例提供的四种基本结构图；

图7是本发明实施例提供的全桥逆变电路图；

图8是本发明实施例提供的E类功率放大电路图；

图9是本发明实施例提供的E类功率放大电路各个工作阶段波形图；

图10是本发明实施例提供的全桥整流电路图；

图11是本发明实施例提供的E类整流电路图；

图12是本发明实施例提供的互感线圈电路图；

图13是本发明实施例提供的整流滤波结构图；

图14是本发明实施例提供的逆变电压波形图；

图15是本发明实施例提供的发射线圈电压波形图；

图16是本发明实施例提供的接受线圈电压波形图；

图17是本发明实施例提供的输出电压波形图；

图18是本发明实施例提供的输出电流波形图；

图19是本发明实施例提供的输出功率计算图；

图20是本发明实施例提供的输出效率计算图；

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

本发明实施例提供的基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***，包括：

电压逆变分析单元，用于输入直流电压经过全桥整流逆变产生交流电，通过示波器得出逆变之后的交流电波形图；

两线圈端电压分析单元，利用线圈拓扑模型的主边串联副边并联结构，得到输入电压会波形图；通过波形图获取接受线圈电压波形如图和电压幅值；

输出电压和输出电流分析单元，对得到的谐振电压进行整流滤波，通过负载输出电压，同时获得输出电压的波形图；

输出功率和输出效率分析单元，建立输入功率和输出效率模型，分析输出功率和输出效率。

本发明实施例提供的基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真方法，包括：

通过仿真软件Simulink建立固定距离的仿真模型，通过改变频率对传输***的传输效率、传输功率进行分析；

在谐振下进行传输最高、传输效率最优的谐振式无线电能传输谐振器分析。

下面结合具体分析对本发明作进一步描述。

如图1-图20所示，本发明实施例提供的基于谐振式无线电能传输的谐振器包括：MOSFET1、互感线圈2、整流器3、滤波器4、电压表5、电流表6、取反电路7。

所述全桥逆变电路通过导线与互感线圈2连接，互感线圈2通过导线与整流器3和滤波器4连接；全桥逆变电路通过导线连接有四个MOSFET1，四个MOSFET1互为连通；互感线圈2采用主边串联副边，在两个MOSFET1之间通过导线连接有取反电路7；全桥逆变电路、互感线圈2和整流器3和滤波器4上均通过导线连接有电压表5和电流表6。

本发明的在使用时，将全桥逆变电路选择四个MOSFET进行连接，因为在MATLAB中MOSFET都是导通状态，所以还要加入一个取反电路将MOSFET一边进行闭合，这样才能实现逆变，建立好全桥逆变电路后，还要考虑MOSFET的一些因素，其中最为主要的就是静电损耗，所以在MOSFET之前本发明还要并联一个电阻，这个电阻的主要作用就是防止静电损坏MOSFET,互感线圈的建立是由一个变压器和电感一起构成，结构方面采用的是主边串联副边，将直流电源接入全桥逆变，其中串上输入频率，经过全桥逆变后接入串并结构的互感线圈，再接入整流器与电容滤波，最后经由负载。其中电压表测量输入电压、谐振电压、输出电压，电流表测量输入电流、输出电流。其中电源电压设为20V的直流电压，输入谐振频率为45kHz，线圈部分的电容C₁C₂参数皆设置为0.47uF，电感L_mL_m1皆是设置为28uH，滤波电路部分的滤波电容C₃参数为1mF，最后的输出电阻为50Ω。

下面结合具体实施例对本发明的谐振式无线电能传输原理作进一步描述。

1、磁耦合无线电能传输基本原理

谐振式无线电能传输是利用共振原理产生近距离的电能传输，其中传输功率、传输距离、传输效率是判断一个无线传输***的重要指标，只有实现大功率、高效率、远距离才是实现无线电能传输技术。

无线电能传输是以交变磁场作为传输介质,在相同谐振频率的物体之间实现耦合谐振并进行高效率能量交换的一种能量传输方式。而磁耦合谐振式无线电能传输技术就是利用两个具有相同谐振频率的线圈在相差一定距离时，由磁耦合产生谐振，从而进行能量的传递。据图3分析，线圈L_S和线圈L_D在传输距离为D、谐振频率相同时，以L_S那段接入电源，让其源源不断的为这个谐振***提供能量，另外一边消耗能量，从而实现能量的传输。

其中磁耦合和共振是实现无线传输电能传输的主要因数。

所谓磁耦合是一个线圈的电流变化,在相邻的线圈产生感应电动势,它们在电的方面彼此独立,之间的相互影响是靠磁场将其联系起来的^[3]。耦合的效率决定了能量传输的效率，同时也决定了能量传输的距离，其中耦合系数至关重要，表示两个线圈之间耦合的紧密程度，将线圈间的互感(绝对值)与线圈电感的最大极限值之比成耦合系数。其计算公式如下所示：

在磁耦合谐振式无线电能传输技术中，线圈与线圈之间的耦合是基于电磁感应压力的，闭合回路所围面积的磁通链随时间发生变化时，电路将有感应电动势产生，感应电动势的大小与穿过磁通量的变化成正比，这就是法拉第电磁感应定律。

而在磁耦合谐振无线电能传输中，最重要的两个指标就是谐振频率和品质因数。只有当发射器和接收器的谐振频率一致的时候，才能够实现电能传输，而品质因数是谐振电路中的重要指标，当品质因数越高，能力的损耗越小，越有利于提高能量传输效率，如图4所示。

该谐振电路结构简单，由输入电源、电感、电容、电阻串联组成。通过图结合谐振理论，可以得出：

透过公式本发明可以看出谐振频率与电容、电感电阻有关，也就意味着谐振频率只与自身电路有关。在串联谐振电路中，电流是相等的，所以可以简单得出品质因数的计算公式：

2、磁耦合谐振式***的组成

磁耦合谐振式无线能量传输***主要由直流电源、高频逆变电路、发射线圈、接收线圈、整流电路、负载等部分构成，其结构如图5所示。

3、两线圈谐振***

在线圈构建方面，发射线圈和接受线圈都有相应的串、并结构，所以整个磁耦合谐振式无线电能传输***的传输结构组成共有四种：串联—串联、串联—并联、并联—串联、并联—并联，对应的电路模型图如6所示。

依据四种不同的电路结构模型，在这里取出最为普遍的主边串联副边串联结构为例进行性能指标公式的详细推导。

(1)串联一串联结构模型进行分析:

式中Z₁、Z₂一分别为发射线圈和接收线圈的回路阻抗,R₁、R₂分别为发射和接收线圈串联或并联的电阻；L₁、L₂分别为发射和接受线圈的自感C₁、C₂分别为发射和接收线圈串联或并联的电容(F)，R负载电阻(Ω)，W为谐振角频率(rad/s),由基尔霍夫定律可以得出两回路的电压关系:

Z₁I₁-jωMI＝U_in (6)

jωMI-Z₂I₂＝0 (7)

式中U为交流电源(V)M为两线圈为之间的互感(H)从谐振回路关系可以解出两回路的电路：

根据得出的电流，可计算***的输出功率和效率：

通过以上所推导的公式可以得知输出功率、输出效率想要取得较高的数值，就需要满足相应的电感和电容达到谐振，所以需要满足式(12)：

满足谐振条件后，可以得到输出功率和效率：

由式(13)、(14)可以看出：传输的功率和效率与线圈自身的寄生参数，所以连接的负载，***的谐振频率、互感量的大小有关，此外传输功率与电压的平方成正比，即当电压增大一倍时，传输功率会增加到原来的四倍左右，所以在选择线圈的时候，其自身的电感量都已经确定，剩下的只要选择合适的电容就可以确定谐振频率。

剩下的其他三种拓扑结构在谐振条件下的传输功率和传输效率可以应有同样的方法分析。经过筛选，本设计采用原边串联、副边并联的结构，也就是串—并联结构，这种结构简单，原边串联可以用电压源逆变供电，副边并联输出电抗小。

4、逆变原理

逆变电路就是把直流电变成交流电的电路。根据直流侧储能元件形式的不同，可划分为电压型逆变电路和电流型逆变电路。电流型逆变器给并联负载供电，故又称并联谐振逆变器。电压型逆变器给串联负载供电，故又称串联谐振逆变器。全桥逆变电路和E类功率放大器是无线电能传输中应有最为频繁的。全桥逆变电路由四个半导体组成，同一个臂的上下管不能同时导通，必须要有足够的时间来保证死区的要求，因此限制了无线电能传输在比较高频率下的工作情况，在传输距离上较为受限，但是输出功率较高。E类功率放大器在磁耦合谐振式无线电能传输中可以在较高频率下工作，理论上工作效率能达到百分之百，在实际仿真和调试中也能达到百分之九十五的超高效率，但是在传输功率方面较为逊色，在满足中等功率，中等传输距离的磁耦合谐振式无线电能传输***中有很大的优势，但是本发明主要着重于传输效率和传输功率，选择全桥逆变电路相对好一些。下面对两种逆变电路的工作状态做了一个简要的分析，从而体现各自的优越性。

全桥逆变电路共有四个桥臂，每一个桥臂都由一个可控开关和反并联二极管组成，可以看成是由两个半桥逆变电路组合而成。把桥臂1和4做为1对，桥臂2和4作为另外一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通180°，如图7所示。

工作原理:全桥逆变电路的工作原理就是通过开关器件的轮流导通使得输出电压不断发生变化从而达到逆变的作用。

在t₁时刻开关器件V₁和V₄是导通的，所以输出电压u₀等于U_D，达到t1时刻，开关器件，t₁时刻V₃和V₄栅极信号相反，V₄截止，这时，因为负载电感中的电流i₀不能够发生突变，故此V₃不能立刻导通,VD₃导通续流。这就导致了V₁和VD₃同时导通，所以输出电压为零。到t₂时刻V₁和V₂栅极信号相反，V₁截止，而V₂不能立刻导通，VD₂导通续流，而VD₃构成电流通道，输出电压为-U_d。到负载电流过零并开始反向时，VD₂和VD₃截止，VD₂和VD₃开始导通，u₀依旧为-U_d。t₃时刻V₃和V₄栅极再次反向，V₃截止，而V₄不能立刻导通，V₄导通续流，u₀再次为零，之后的过程如此循环，就完成了以整个逆变过程。

E类功率放大器主要由一个半导体开关以及普通的电容、电阻、电感以及输入电源组成，结构图如下图8所示。

E类功率放大电路简单的采用开关管MOSFET，使其能够在高频下工作，其中电感L₁为扼流圈，起减小输入电流的波纹大小作用，C₁为外加电容，其中包含了MOSFET的输出电容，主要起调解MOSFET漏源电压波形的作用，为实现谐振座辅佐。该电路的主要几个工作阶段如图9所示。

(1)在f₀时刻，MOSFET由导通变为闭合，其两端的电压为零，可以实现零电压关断。MOSFET电阻导通时，其两端由于导通电阻的存在会产生压降，电流大小为输入电流与负载谐振网络输出之差。

(2)在f_o到f₁时间段，MOSFET处于关断阶段，流过的电流为零。MOSFET漏源电压会随着电容C₁的充放电而先增加后减小，当参数大小调节合适时，其电压最后减小到零，负载谐振网络L₂、C₂会互相充放电。

(3)在t₁时刻，MOSFET由关断变为导通，其两端的电压为零，可以实现零电压开通，此时MOSFET流过的电流也为零，因此开通时也是实现了零电流导通。

(4)在t₁到t₂时间段，MOSFET处于导通阶段，两端的电压为零，流过它的电流由零开始逐渐增加。在这个阶段，负载谐振网络L₂、C₂会产生互相充放电。

在本次设计应用中，传输距离不变，着重关注的传输效率和传输功率，所以不需要高频E类功率放大器，而是选择全桥逆变电路。

5、整流和滤波

整流电路就是把交流电能转换成直流电的电路。全桥整流电路是最为传统、最为常见的整流电路，电路结构较为简单，只由四只二极管组成，如下图10所示。

当全桥结构与次级线圈相接连时，根据次级线圈为串联或并联结构的不同，次级线圈的等效阻抗不同，当次级线圈串联时：

式中R一负栽电阻(Ω)当次级线圈并联时:

在二极管的选择方面，基于***的高频工作状态，在满足耐压条件下尽量选择导通压降小，提耗小的二极管。

相比全桥整流电路，E类整流电流只使用一个二极管，不过还需要附件电容和电容组成，如下图11所示。

电路工作时，通过单一二极管的关断进行电压的整流变换，当二极管关断时，是零电压零电流关断；导通时是零电压导通，因此二极管在导通和关断的过程中实现了零电压的效果，能够很好的减小能量的损失，这也是为什么E类整流电路的工作效率高的原因。

两者进行对比，从结构来说全桥整流电路只需要四个二极管组成，而E类整流电路虽然只需要一个二极管，但是却需要附加电容和电感，在计算上和调试上相对多了些麻烦。在工作频率上，E类整流电路比较有优势，能够在更高频率段工作，相应的传输效率也较高，两者各有优势。但是在本次设计过程中，工作频率只需要中等即可，所以选用较为简单的全桥整流电路。

滤波和负载是整个无线电能传输***的最后一部分，为了将整流过后的电压平缓下来，首先需要经过滤波，再接受负载输出电压。滤波电路通常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C或与负载串联电感器L，以及由电容、电感组成的各种复式滤波器。

下面结合具体实施例对本发明的谐振式无线电能传输谐振器建模作进一步描述。

1、全桥逆变电路

全桥逆变电路选择四个MOSFET进行连接；因为在MATLAB中MOSFET都是导通状态，所以本发明还要加入一个取反电路将MOSFET一边进行闭合，这样才能实现逆变。建立好全桥逆变电路后，还要考虑MOSFET的一些因素，其中最为主要的就是静电损耗，所以在MOSFET之前本发明还要并联一个电阻，这个电阻的主要作用就是防止静电损坏MOSFET,而之所以会有静电损耗是因为前面并入的电容太小，那怕是静电电荷很小，也会产生很大的电压，这个电阻提供寄生电容电荷宣泄的通道，所以前面并入这个电阻至关重要。

2、建立互感线圈

线圈模型的建立是由一个理想变压器和电感一起构成，结构方面采用的是主边串联副边，如图12所示。

3、整流电路和滤波

本发明的电路设置采用的是全桥整流电路，在MATLAB中可以直接设置一个简单的整流器串联到电路进行整流，整流之后为了使电压平缓下来，需要设置一个滤波，滤波的方式有很多种，这里我选用的是并联一个电容进行滤波，借助电流的不断充放电从而达到平滑电压波动的效果，最后滤波后的电压经过负载输出电压。整流和滤波的结构图如图13所示。

下面结合具体实施例对本发明的仿真***模型分析作进一步描述。

1、电压逆变分析

输入20V的直流电压经过全桥整流逆变产生交流电，通过示波器可以得出逆变之后的交流电波形图，如图14所示。

从图14中可以看出电压呈方波，电压峰值为20V，成功形成大小和方向都随时间改变的交流电压，，由于电路调试问题逆变电压并不太平缓，但是影响不大。

2、两线圈端电压

因为线圈拓扑模型采用的主边串联副边并联的结构，这是一种隔离升压的拓扑模型，输入电压会随机升高，得出波形图如15所示，通过波形图本发明可以看出接受线圈电压峰值为90V。

接受线圈电压波形如图16所示，电压幅值在61左右.

3、输出电压和输出电流

得到的谐振电压经过整流滤波，最后通过负载输出电压，电压一开始是逐渐上升，最后趋近于61V并且稳定下来，峰值大约就是在61V左右，波形图16所示。

4、输出功率和输出效率分析

经过整理，我将输入电压、输入电流、输出电流、输出电压用电流表和电流表测量得出，建立一个公式框架来得出所需的输入功率和输出效率。

输出功率计算公式：

P＝IU

输出功率计算公式：

借助以上两个公式可以计算出在不同频率下的传输功率、传输效率如表1所示：

表1输出功率输出效率随频率变化

表中可看出有两组数据较高，其中一组是谐振频率45kHz的情况下，输出功率和输出效率都较高，另外一组是35kHz时，该频率下处于谐振频率旁边，电压下降缓慢，加上本设计中的品质因数较低，通频带较宽，所以才会出现35kHz时的传输效率高。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***，其特征在于，所述基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***包括：

电压逆变分析单元，用于输入直流电压经过全桥整流逆变产生交流电，通过示波器得出逆变之后的交流电波形图；

两线圈端电压分析单元，利用线圈拓扑模型的主边串联副边并联结构，得到输入电压会波形图；通过波形图获取接受线圈电压波形如图和电压幅值；

输出电压和输出电流分析单元，对得到的谐振电压进行整流滤波，通过负载输出电压，同时获得输出电压的波形图；

输出功率和输出效率分析单元，建立输入功率和输出效率模型，分析输出功率和输出效率。

2.一种搭载权利要求1所述基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***的无线充电智能电子设备。

3.一种搭载权利要求1所述基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***的无线充电智能医疗设备。

4.一种搭载权利要求1所述基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***的无线充电智能电动车量。

5.一种利用权利要求1所述基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***的基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真方法，其特征在于，所述基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真方法包括：

通过仿真软件Simulink建立固定距离的仿真模型，通过改变频率对传输***的传输效率、传输功率进行分析；

在谐振下进行传输最高、传输效率最优的谐振式无线电能传输谐振器分析。

6.如权利要求5所述基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真方法，其特征在于，传输功率进行分析中，包括：

建立输入功率和输出效率模型

P＝IU

输出功率计算公式：

借助以上两个公式计算出在不同频率下的传输功率、传输效率。

7.一种利用权利要求1所述基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真***构建的基于谐振式无线电能传输的谐振器，其特征在于，所述基于谐振式无线电能传输的谐振器设置有：

全桥逆变电路；

所述全桥逆变电路通过导线与互感线圈连接，互感线圈通过导线与整流器和滤波器连接；

全桥逆变电路通过导线连接有四个MOSFET，四个MOSFET互为连通；

互感线圈采用主边串联副边。

8.如权利要求7所述基于谐振式无线电能传输的谐振器，其特征在于，所述在两个MOSFET之间通过导线连接有取反电路。

9.如权利要求7所述基于谐振式无线电能传输的谐振器，其特征在于，所述全桥逆变电路、互感线圈和整流器和滤波器均通过导线连接有电压表和电流表。