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出版者:北京师大

作者:刘南平

出品人:

页数:299

译者:

出版时间:2008-1

价格:30.00元

装帧:

isbn号码:9787303090013

丛书系列:

图书标签:

• 手机维修
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深入解析数字时代下的非接触式能源传输技术：电磁感应与无线充电 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且富有洞察力的视角，去理解和掌握当前信息技术与电力电子领域最前沿、最具颠覆性的技术之一——电磁感应原理在非接触式能源传输中的应用及其工程实践。本书聚焦于无线充电技术（Wireless Power Transfer, WPT）的核心理论基础、关键技术挑战、系统集成方法以及未来发展趋势，内容涵盖从基础物理概念到复杂系统设计的全光谱知识体系。 在移动互联日益普及的今天，传统有线充电模式已成为制约设备便携性、用户体验乃至基础设施效率的瓶颈。本书正是瞄准这一痛点，系统阐述了如何利用电磁场实现能量的“空中”传递。 --- 第一部分：基础理论与物理模型（Fundamentals and Physical Modeling） 本部分奠定了理解无线电能传输所需的所有理论基础，强调理论与实际工程约束的结合。 第一章：电磁场理论回顾与耦合机制 本章首先对麦克斯韦方程组进行精炼回顾，重点解析其在时变电磁场中的应用。随后，深入探讨了电磁感应耦合的物理本质。不同于传统的变压器原理，本书详细分析了互感系数（Mutual Inductance）、耦合因子（Coupling Factor, $k$）的精确计算方法，以及线圈几何形状（如螺旋、平面矩形、环形）对耦合效率的影响。着重介绍了纽曼方程（Neumann Formulas）在计算复杂几何结构互感中的应用，并引入了有限元分析（FEA）工具在耦合特性仿真中的作用。 第二章：谐振原理与功率传输效率 无线充电系统的核心在于如何克服距离衰减和失配问题。本章聚焦于串联/并联谐振电路的设计与优化。详细讲解了特征阻抗匹配、品质因数（Q Factor）对系统性能的决定性影响。读者将学习如何通过精确计算电容和电感值，使发射端和接收端达到同频谐振，从而最大限度地提高传输效率和功率密度。本章还对比分析了串联谐振、并联谐振以及串并联混合谐振拓扑在不同工作频率和负载条件下的优劣。 第三章：电磁辐射与电磁兼容性（EMC） 高频大功率能量传输必然伴随电磁干扰问题。本章深入探讨了非接触式充电系统产生的辐射源，包括线圈边缘的磁场泄漏和高频开关电路的噪声。详细介绍了国际标准（如FCC、CISPR）对WPT系统的电磁兼容性要求。内容包括：屏蔽技术（如磁屏蔽材料的选型与结构设计）、滤波设计（高频噪声抑制）以及近场与远场辐射的理论分析，确保系统在满足效率要求的同时，对周围电子设备安全无害。 --- 第二部分：系统架构与关键组件设计（System Architecture and Key Component Design） 本部分将理论转化为实际可构建的硬件系统，是工程实践的核心。 第四章：发射端（Tx）功率变换电路设计 发射端负责将市电或直流源转换为高频交流电驱动发射线圈。本章详细剖析了主流的高频逆变器拓扑结构，包括：全桥、半桥以及谐振式LLC（Inductor-Inductor-Capacitor）转换器。重点讲解了LLC拓扑如何实现在较宽的输入电压和负载范围内实现零电压开关（ZVS）或零电流开关（ZCS），从而大幅降低开关损耗，提高系统效率和可靠性。此外，还涵盖了高频驱动电路的设计与散热管理。 第五章：接收端（Rx）整流与稳压模块 接收端需要高效地将高频交流电转换为稳定的直流电以供负载使用。本章对比分析了半波、全波整流电路，并深入讨论了高频同步整流（Synchronous Rectification）技术。同步整流通过使用MOSFET替代肖特基二极管来降低导通损耗，是实现高效率接收的关键。内容还包括输出滤波技术、动态负载瞬态响应优化以及低压差（LDO）稳压器的选型与集成。 第六章：线圈与结构集成技术 线圈的设计是决定传输效率和系统体积的关键。本章系统性地介绍了Litz线（绞合线）的使用原理、集肤效应和邻近效应的分析。详细讲解了多层堆叠线圈、异形线圈的设计参数优化，以及磁性元件的集成化，例如如何利用铁氧体材料（如MnZn或NiZn系）作为磁芯来导向磁通、提高耦合系数并降低杂散损耗。探讨了线圈在三维空间中的精确对准（Alignment）和容差设计。 --- 第三部分：系统控制、通信与高级技术（Control, Communication, and Advanced Techniques） 本部分关注系统的智能化管理、用户体验提升以及前沿技术探索。 第七章：频率与功率的动态控制策略 为了适应不同的接收设备需求和环境变化（如设备位置偏移、负载突变），系统必须具备动态调节能力。本章详细阐述了频率调制（FM）和占空比调制（PWM）在功率调节中的应用。重点介绍了闭环控制系统的构建，包括：如何通过接收端的电压/电流反馈信号，实时调整发射端的驱动频率或占空比，以维持最佳工作点。此外，还探讨了扰动观测法（PO）等无感知的先进控制算法。 第八章：数据通信与异物检测（FOD） 无线充电系统不仅要传输能量，还必须进行双向通信以完成身份认证、参数协商和故障报告。本章讲解了载波通信（Carrier-Based Communication）、反向散射（Backscatter）等在WPT系统中的实现方法。尤其侧重于异物检测（Foreign Object Detection, FOD）的原理与工程实现。详细分析了基于阻抗变化检测法、涡流感应检测法等多种FOD技术的工作机制，以及如何设计鲁棒的算法来区分金属异物与正常负载，确保使用安全。 第九章：耦合方式的拓展与未来展望 本书最后一部分将目光投向更广阔的WPT领域。详细对比分析了电磁感应（近场）、磁场共振耦合（中场）和射频（RF）能量收集（远场）的技术特性、适用场景和效率瓶颈。重点解析了磁场共振技术如何通过提高Q值来扩大有效传输距离，并探讨了多目标充电、动态无线供电（DWPT）在电动汽车充电领域中的挑战与突破方向。本书在总结了当前技术成熟度的同时，展望了下一代无线能源生态系统的构建蓝图。 --- 本书特点： 1. 理论深度与工程实践的完美结合： 每章理论推导后都附带详细的工程设计案例和仿真验证方法。 2. 覆盖全面： 从器件级选型到系统级架构设计，再到安全与通信协议，形成完整的知识链条。 3. 面向应用： 聚焦于消费电子、医疗植入设备和电动汽车等高价值应用场景中的具体问题解决。 本书适合高等院校电子工程、通信工程、电力电子等专业的师生，以及从事无线电源管理芯片设计、系统集成工程师和相关领域的研究人员。通过本书的学习，读者将能够独立设计、分析和优化高性能的非接触式能源传输系统。

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