簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 莊倍源
Zhuang, Bei-Yuan
論文名稱: 可攜式多媒體電子產品用非接觸型感應供電墊之研製
Implementation of Contactless Inductive Power Supply Pad for Portable Multimedia Electronic Devices
指導教授: 李嘉猷
Lee, Jia-You
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 80
中文關鍵詞: 感應供電非接觸式
外文關鍵詞: inductive power supply, contactless
相關次數: 點閱:54下載:3
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本論文旨以非接觸式感應電能傳輸技術設計一個供電墊,俾提供電子紙、PDA、智慧型行動電話與MP4等小功率可攜式多媒體電子產品之桌面上供電。文中首先論述非接觸式電能傳輸之原理與應用範疇,接著提出系統所使用之電路架構與感應耦合結構,並探討漏感成份對感應傳輸之影響,繼而導入諧振電路設計,改善電路阻抗特性,增加系統性能。為有效地使用供電墊,結合單晶片控制電路實現選擇觸發功能與頻率切換控制,針對負載的位置開啟初級側線圈與調整系統操作頻率,使兩者得到較好的配置。最後藉由實測驗證非接觸式感應耦合結構,於30mm氣隙下之最高電能轉換效率達72%。

    This thesis presents the design of contactless power supply pad for low power portable multimedia electric appliances, such as electronic papers, PDA, smart phone or MP4. First, the fundamental principle and application fields of contactless power transmission are discussed, and the circuit topology and the coupling structure which this system adopts are proposed. Since the contactless power transmit ability is restricted by leakage inductance, thus the design of the resonant circuit can improve the characteristic of impedance and the system performance. In order to employ pad effectively, microcontroller is utilized to implement selective excitation circuit and switching frequency circuit. Experimental results show that the power transmission efficiency of contactless inductive structure is 72% under 30mm gap.

    中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 XI 第一章 緒論 1 1-1 研究動機與目的 1 1-2 非接觸式電能傳輸之技術與應用 3 1-3 研究方法 6 1-4 論文大綱 7 第二章 供電墊之感應線圈分析與規劃 8 2-1 前言 8 2-2 非接觸式電能傳輸原理 8 2-3 非接觸式電能傳輸之感應結構種類 9 2-4 感應線圈之非理想效應 10 2-4-1集膚效應 10 2-4-2近接效應 11 2-5 感應線圈之動作原理 12 2-6 非接觸式供電平台之感應結構規劃 15 第三章 感應供電墊之系統分析 19 3-1 前言 19 3-2 非接觸式感應電能傳輸之電路架構種類 19 3-3 鬆耦合變壓器等效模型分析 20 3-3-1鬆耦合變壓器等效模型 20 3-3-2耦合係數量測 25 3-4 非接觸式感應電能傳輸系統之分析 26 3-5 RLC諧振之特性分析 27 3-5-1諧振原理 27 3-5-2 RLC串聯諧振 27 3-5-3 RLC並聯諧振 30 3-5-4補償電路 32 3-5-5次級側反射阻抗之分析 33 第四章 硬體電路設計與製作 37 4-1 前言 37 4-2 系統電路架構 37 4-3 感應耦合結構之設計製作 38 4-3-1初級側供電墊之設計製作 38 4-3-2次級側感應結構之設計製作 41 4-4 供電墊之驅動電路 42 4-4-1 Class D諧振電路 42 4-4-2開關訊號控制電路與頻率切換電路 46 4-4-3隔離驅動電路 47 4-5 單晶片控制電路 48 4-5-1單晶片控制電路簡介 48 4-5-2感測電壓整流濾波電路 50 4-6 諧振電容設計 52 4-7 次級側電路之穩壓電路設計 56 4-8 非接觸式感應供電系統之設計流程 57 第五章 系統模擬與實驗結果 60 5-1 前言 60 5-2 Maxwell軟體模擬 60 5-3 IsSpice模擬 63 5-4 硬體電路製作 65 5-5 實驗量測 66 5-5-1電路波形量測 66 5-5-2感應結構耦合效率量測 71 5-5-3供電墊之感應結構耦合效率量測 73 第六章 結論與未來研究方向 75 6-1 結論 75 6-2 未來研究方向 76 參考文獻 77

    [1] Y. H. Liu, S. C. Wang, and R. C. Leou, “A novel primary-side controlled contactless battery charger,” in Proc. IEEE PEDS’07, 2007, pp. 320-324.
    [2] Y. Wu, L. Yan, and S. Xu, “Modeling and performance analysis of the new contactless power supply system,” in Proc. ICEMS’05, 2005, vol. 3, pp. 1983-1987.
    [3] C. S. Wang, G. A. Covic, and O. H. Stielau, “General stability criterions for zero phase angle controlled loosely coupled inductive power transfer systems,” in Proc. IEEE IECON’01, 2001, vol. 2, pp. 1049-1054.
    [4] W. Zhou and H. Ma, “Design considerations of compensation topologies in ICPT system,” in Proc. APEC’07, 2007, pp. 985-990.
    [5] Y. S. Kong, E. S. Kim, I. G. Hwang, and H. K. Lee, “High-efficiency series-parallel resonant converter for the non-contact power supply,” in Proc. APEC’05, 2005, vol. 3, pp. 1469-1501.
    [6] F. Sato, J. Murakami, H. Matsuki, S. Kikuchi, K. Harakawa, and T. Satoh, “Stable energy transmission to moving loads utilizing new CLPS,” IEEE Trans. Magn., vol. 32, no. 5, pp. 5034-5036, 1996.
    [7] R. Laouamer, M. Brunello, J. P. Ferrieux, O. Normand, and N. Buchheit, “A multi-resonant converter for non-contact charging with electromagnetic coupling,” in Proc. IECON’97, 1997, vol. 3, pp. 792-797.
    [8] F. Zhou, M. H. Cui, T. Liu, T. Han, and Z. A. Wang, “Efficiency and frequency bifurcating phenomenon research of series resonance converter applied in a contact-less power transmission system,” in Proc. IEEE PESC’06, 2006, pp. 1-6.
    [9] C. S. Wang, G. A. Covic, and O. H. Stielau, “Power transfer capability and bifurcation phenomena of loosely coupled inductive power transfer systems,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 51, no. 6, pp. 148-157, 2004.
    [10] H. Sakamoto, K. Harada, S. Washimiya, K. Takehara, Y. Matsuo, and F. Nakao, “Large air gap coupler for inductive charger,” IEEE Trans. Magn., vol. 35, no. 5, pp. 3526-3528, 1999.
    [11] S. Y. R. Hui and Wing. W. C. Ho, “A new generation of universal contactless battery charging platform for portable consumer electronic equipment,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 20, no. 3, pp. 620-627, 2005.
    [12] L. Xun and S. Y. Hui, “Simulation study and experimental verification of a universal contactless battery charging platform with localized charging features,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 22, no. 6, pp. 2202-2210, 2007.
    [13] L. Xun and S. Y. Hui, “Optimal design of a hybrid winding structure for planar contactless battery charging platform,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 23, no. 1, pp. 455-463, 2008.
    [14] 羅國原,非接觸式感應充電技術應用於可攜式電子產品之研究,國立成功大學電機工程學系碩士論文,2006。
    [15] 黃義傑,選擇性感應結構於於非接觸式手機充電平台之研究,國立成功大學電機工程學系碩士論文,2008。
    [16] 劉志祥、胡俊宏、陳清木、陳財榮、呂奕徵,通用型非接觸式手持裝置充電器之研製,第六屆台灣電力電子研討會,350-354頁,2007。
    [17] 許哲維、王志中、卓峰斌、李義隆、陳財榮,非接觸式充電控制器之研製,第七屆台灣電力電子研討會,891-895頁,2008。
    [18] K. Finkenzeller, RFID HANDBOOK. 2nd ed., Wiley, 2003.
    [19] 尤宗旗,生醫微波無線充電系統,國立成功大學電機工程學系碩士論文,2003。
    [20] 曾紀澤,射頻能量傳輸用於無電源非接觸量測系統,國立台灣海洋大學電機工程學系碩士論文,2006。
    [21] 詹作晟、陳秋麟,無線電能傳輸系統之分析設計,第七屆台灣電力電子研討會,396-400頁,2008。
    [22] F. Sato, T. Nomoto, G. Kano, H. Matsuki, and T. Sato, “A new contactless power-signal transmission device for implanted functional electrical stimulation (FES),” IEEE Trans. Magn., vol. 40, no. 4, pp. 2964-2966, 2004.
    [23] M. Ryu, Y. Park, J. Baek, and H. Cha, “Analysis of the contactless power transfer system using modeling and analysis of the contactless transformer,” in Proc. IEEE IECON’05, 2005, pp.1036-1042.
    [24] M. Ryu, Y. Park, J. Baek, and H. Cha, “Comparison and analysis of the contactless power transfer systems using the parameters of the contactless transformer,” in Proc. IEEE PESC’06, 2006, pp.1-6.
    [25] 李依穎,非接觸式感應饋電技術應用於可動機具之研究,國立成功大學電機工程學系碩士論文,2006。
    [26] 杜明育,非接觸式線性感應供電軌道之研究,國立成功大學電機工程學系碩士論文,2007。
    [27] 楊欣穎、劉旺林、賴嘉輝、陳財榮、陳德超,移動載具非接觸式充電系統之研究,第六屆台灣電力電子研討會,345-349頁,2007。
    [28] 周瑋潔,自走機器人用非接觸式分段激發感應供電軌道之研究,國立成功大學電機工程學系碩士論文,2008。
    [29] 林聖國、胡俊宏、楊欣穎、賴嘉輝、陳財榮,線性軌道式非接觸型電力傳輸系統之研究,第七屆台灣電力電子研討會,1402-1406頁,2008。
    [30] UC3825 Data Sheet. Texas Instruments Inc, 2004.
    [31] HCPL3120 Data Sheet. Agilent Technologies Inc., 2005.
    [32] PIC16F87X Data Sheet. Microchip Technology Inc., 2001.
    [33] TPS5420 Data Sheet. Texas Instruments Inc, 2006.

    下載圖示 校內:2011-08-14公開
    校外:2011-08-14公開
    QR CODE