本文设计了一种工作频率为13.56 MHz的基于磁耦合谐振式的无线能量传输系统,用来解决柔性可穿戴电子的供能和空间紧凑的问题。采用模块化设计和全局设计相结合的方法,在精细化设计各个模块时考虑其在整个系统中阻抗匹配的要求,减少系统能量损耗,从而提高整个系统能量传输效率。通过理论计算和仿真优化,制作了一个结构紧凑、高效、安全、便携的为柔性可穿戴电子进行无线充电的样机装置。主要研究内容可概括为如下几个方面:(1)使用耦合模和等效电路两种理论对磁耦合无线传能技术的传输机理进行分析。(2)采用模块化设计和全局设计相结合的方法,对13.56MHz磁耦合谐振式无线能量传输系统进行了模块化设计。对每一模块进行详细的理论分析计算,得到每一部分的效率表达式和系统效率表达式,进而分析相关参数,如系统输入电压、线圈品质因素、耦合系数和负载值等对系统效率的影响。(3)使用ADS(Advanced Design System)对高频逆变模块进行电路仿真分析,包括:晶体管的特性分析和稳定性分析,基本电路参数的设计优化、源牵引和负载牵引的设计、匹配电路的设计等。使用谐波平衡法对整个高频逆变电路的性能进行了仿真。仿真结果表明所设计的E类整流器高频逆变电路的输出性能良好,输出各项指标满足设计要求。(4)使用Ansoft Maxwell分析淹合线圈之间的耦合系数、互感与传输距离的关系,得到了不同传输距离下耦合线圈之间的磁场分布。使用ADS对耦合线圈谐振电路进行仿真,仿真结果表明所设计的耦合系统有较低的回波损耗和较高的传输效率。(5)使用ADS分析E类整流器的特性,仿真得到了与理论相符的输入电流、电压波形。仿真结果表明经E类整流器后输出了稳定的电压和电流波形,且波形一致性很好。(6)理论与实验分析了磁复合膜对单个线圈性能的影响,为磁复合膜集成到本文所设计的13.56 MHz磁耦合谐振式无线能量传输系统中提供理论和实践支持。(7)搭建了系统样机装置,并对整个系统装置进行实验分析。分析了线圈间距离、系统直流输入电压、负载及磁复合膜等对系统输出电压、输出功率以及系统整体效率的影响。比较了各个模块效率与系统效率的理论计算值与实验测量值,二者之间的良好匹配验证了理论分析结果和仿真参数优化足够准确指导真实的13.56 MHz磁耦合谐振式无线能量传输系统的设计。同时,分析了电磁生物安全并进行了系统便携化实验。实验表明:在一定传输距离下,系统输入电压为5 V时,系统可以获得5.936V的直流输出电压和2.349 W的输出功率,满足给小型化柔性可穿戴电子无线供能的要求。