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出版者:北京師大

作者:劉南平

出品人:

頁數:299

译者:

出版時間:2008-1

價格:30.00元

裝幀:

isbn號碼:9787303090013

叢書系列:

圖書標籤:

• 手機維修
• 手機原理
• 移動通信
• 電子技術
• 電路分析
• 故障診斷
• 硬件維修
• 軟件維修
• 通信原理
• 手機技術

深入解析數字時代下的非接觸式能源傳輸技術：電磁感應與無綫充電 圖書簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且富有洞察力的視角，去理解和掌握當前信息技術與電力電子領域最前沿、最具顛覆性的技術之一——電磁感應原理在非接觸式能源傳輸中的應用及其工程實踐。本書聚焦於無綫充電技術（Wireless Power Transfer, WPT）的核心理論基礎、關鍵技術挑戰、係統集成方法以及未來發展趨勢，內容涵蓋從基礎物理概念到復雜係統設計的全光譜知識體係。 在移動互聯日益普及的今天，傳統有綫充電模式已成為製約設備便攜性、用戶體驗乃至基礎設施效率的瓶頸。本書正是瞄準這一痛點，係統闡述瞭如何利用電磁場實現能量的“空中”傳遞。 --- 第一部分：基礎理論與物理模型（Fundamentals and Physical Modeling） 本部分奠定瞭理解無綫電能傳輸所需的所有理論基礎，強調理論與實際工程約束的結閤。 第一章：電磁場理論迴顧與耦閤機製 本章首先對麥剋斯韋方程組進行精煉迴顧，重點解析其在時變電磁場中的應用。隨後，深入探討瞭電磁感應耦閤的物理本質。不同於傳統的變壓器原理，本書詳細分析瞭互感係數（Mutual Inductance）、耦閤因子（Coupling Factor, $k$）的精確計算方法，以及綫圈幾何形狀（如螺鏇、平麵矩形、環形）對耦閤效率的影響。著重介紹瞭紐曼方程（Neumann Formulas）在計算復雜幾何結構互感中的應用，並引入瞭有限元分析（FEA）工具在耦閤特性仿真中的作用。 第二章：諧振原理與功率傳輸效率 無綫充電係統的核心在於如何剋服距離衰減和失配問題。本章聚焦於串聯/並聯諧振電路的設計與優化。詳細講解瞭特徵阻抗匹配、品質因數（Q Factor）對係統性能的決定性影響。讀者將學習如何通過精確計算電容和電感值，使發射端和接收端達到同頻諧振，從而最大限度地提高傳輸效率和功率密度。本章還對比分析瞭串聯諧振、並聯諧振以及串並聯混閤諧振拓撲在不同工作頻率和負載條件下的優劣。 第三章：電磁輻射與電磁兼容性（EMC） 高頻大功率能量傳輸必然伴隨電磁乾擾問題。本章深入探討瞭非接觸式充電係統産生的輻射源，包括綫圈邊緣的磁場泄漏和高頻開關電路的噪聲。詳細介紹瞭國際標準（如FCC、CISPR）對WPT係統的電磁兼容性要求。內容包括：屏蔽技術（如磁屏蔽材料的選型與結構設計）、濾波設計（高頻噪聲抑製）以及近場與遠場輻射的理論分析，確保係統在滿足效率要求的同時，對周圍電子設備安全無害。 --- 第二部分：係統架構與關鍵組件設計（System Architecture and Key Component Design） 本部分將理論轉化為實際可構建的硬件係統，是工程實踐的核心。 第四章：發射端（Tx）功率變換電路設計 發射端負責將市電或直流源轉換為高頻交流電驅動發射綫圈。本章詳細剖析瞭主流的高頻逆變器拓撲結構，包括：全橋、半橋以及諧振式LLC（Inductor-Inductor-Capacitor）轉換器。重點講解瞭LLC拓撲如何實現在較寬的輸入電壓和負載範圍內實現零電壓開關（ZVS）或零電流開關（ZCS），從而大幅降低開關損耗，提高係統效率和可靠性。此外，還涵蓋瞭高頻驅動電路的設計與散熱管理。 第五章：接收端（Rx）整流與穩壓模塊 接收端需要高效地將高頻交流電轉換為穩定的直流電以供負載使用。本章對比分析瞭半波、全波整流電路，並深入討論瞭高頻同步整流（Synchronous Rectification）技術。同步整流通過使用MOSFET替代肖特基二極管來降低導通損耗，是實現高效率接收的關鍵。內容還包括輸齣濾波技術、動態負載瞬態響應優化以及低壓差（LDO）穩壓器的選型與集成。 第六章：綫圈與結構集成技術 綫圈的設計是決定傳輸效率和係統體積的關鍵。本章係統性地介紹瞭Litz綫（絞閤綫）的使用原理、集膚效應和鄰近效應的分析。詳細講解瞭多層堆疊綫圈、異形綫圈的設計參數優化，以及磁性元件的集成化，例如如何利用鐵氧體材料（如MnZn或NiZn係）作為磁芯來導嚮磁通、提高耦閤係數並降低雜散損耗。探討瞭綫圈在三維空間中的精確對準（Alignment）和容差設計。 --- 第三部分：係統控製、通信與高級技術（Control, Communication, and Advanced Techniques） 本部分關注係統的智能化管理、用戶體驗提升以及前沿技術探索。 第七章：頻率與功率的動態控製策略 為瞭適應不同的接收設備需求和環境變化（如設備位置偏移、負載突變），係統必須具備動態調節能力。本章詳細闡述瞭頻率調製（FM）和占空比調製（PWM）在功率調節中的應用。重點介紹瞭閉環控製係統的構建，包括：如何通過接收端的電壓/電流反饋信號，實時調整發射端的驅動頻率或占空比，以維持最佳工作點。此外，還探討瞭擾動觀測法（PO）等無感知的先進控製算法。 第八章：數據通信與異物檢測（FOD） 無綫充電係統不僅要傳輸能量，還必須進行雙嚮通信以完成身份認證、參數協商和故障報告。本章講解瞭載波通信（Carrier-Based Communication）、反嚮散射（Backscatter）等在WPT係統中的實現方法。尤其側重於異物檢測（Foreign Object Detection, FOD）的原理與工程實現。詳細分析瞭基於阻抗變化檢測法、渦流感應檢測法等多種FOD技術的工作機製，以及如何設計魯棒的算法來區分金屬異物與正常負載，確保使用安全。 第九章：耦閤方式的拓展與未來展望 本書最後一部分將目光投嚮更廣闊的WPT領域。詳細對比分析瞭電磁感應（近場）、磁場共振耦閤（中場）和射頻（RF）能量收集（遠場）的技術特性、適用場景和效率瓶頸。重點解析瞭磁場共振技術如何通過提高Q值來擴大有效傳輸距離，並探討瞭多目標充電、動態無綫供電（DWPT）在電動汽車充電領域中的挑戰與突破方嚮。本書在總結瞭當前技術成熟度的同時，展望瞭下一代無綫能源生態係統的構建藍圖。 --- 本書特點： 1. 理論深度與工程實踐的完美結閤： 每章理論推導後都附帶詳細的工程設計案例和仿真驗證方法。 2. 覆蓋全麵： 從器件級選型到係統級架構設計，再到安全與通信協議，形成完整的知識鏈條。 3. 麵嚮應用： 聚焦於消費電子、醫療植入設備和電動汽車等高價值應用場景中的具體問題解決。 本書適閤高等院校電子工程、通信工程、電力電子等專業的師生，以及從事無綫電源管理芯片設計、係統集成工程師和相關領域的研究人員。通過本書的學習，讀者將能夠獨立設計、分析和優化高性能的非接觸式能源傳輸係統。

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