基于非正弦电流波无线携能通信复用系统电路拓扑研究

发布时间：2020-05-10 07:35

【摘要】：无线电能传输技术经历了近二十年的快速发展,已经在电能传输领域中突显了其广阔的应用前景。其中,感应式无线电能传输技术以辐射小、灵活、无直接接触等优点被广泛地应用于人体植入式设备和电动汽车等领域。在特殊的应用场景中,不仅需要实现能量传输,同时需要实现实时的信息交换。本文提出了一种利用逆变器占空比与谐波幅值的关系调制信号的WPIT方案,利用发射线圈上的电压基波分量和谐波分量分别传递能量和信号。本文首先研究了传统的感应式无线电能传输系统(WPT),建立了基于互感模型的系统等效电路模型,探讨了系统基本结构、工作原理和主要系统参数。在此基础上,充分考虑了电能和信号之间的干扰,提出了利用谐波通信的无线电能与信号同步传输(WPIT)方案。基于该方案,对适用于该方案的发射电路拓扑展开理论研究,这些发射电路拓扑包括双管正激逆变器和有源箝位正激逆变器。通过对逆变器产生的非正弦电压方波进行傅里叶级数分解,定量分析了占空比对基波和各次谐波幅值的影响。然后以有源箝位正激逆变器(ACI)为例,对基于占空比的谐波信号调制方法进行了分析。最后搭建了以有源箝位正激逆变器为发射电路的硬件实验平台。实验证明本文提出的方案有效减小了通信功能对无线电能传输效率的影响,实现无线电能传输效率与通信速率的准解耦控制。同时,在降低了信号调制复杂度的前提下,提升了系统传输的信噪比,本文基于ACI提出的两种通信模式在无线电能传输能力与高信噪比之间找到了平衡。
【图文】：

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谐振频率的线圈构成，在实际测试中，成功地点亮 1 40%[6]，该系统主要突出了在传输距离和传输功率方通公司在对磁耦合谐振式无线电能传输技术的研究中。在 2013 年，Olutola Jonah 和 Stavros V.Georgakopoul中的无线电能传输实验，该实验的传输距离为 10cm，7.2%-38.5%。从 2012 年起，美国 Benjamin 等人为了解决体内植入，开始基于磁耦合谐振式无线能量传输技术，研究在人被称为 FREE-D 系统。如图 1.1 所示，FREE-D 系统的成，Benjamin 等人设计出来的样机经过验证后，可以平匹兹堡大学也深入研究了基于磁耦合谐振式无线能量传间的耦合磁场传输媒介分别为人体组织和自由空间两减小可以有效提升系统效率。

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图 1.2 德国 VAHLE 公司非接触供电产品示意图93 年期间，德国著名科学家 A.Esser 和 A.Nagel 对电能与信号同步传输技术进行了。为了在感应式电能传输系统中实现信号的同步传输，他们基于已有的系统，额外个独立的磁耦合线圈结构，该系统的信号最大传输速度可以达几 Mbit/s。基于前人果，日本著名科学家 Junji Hirai 和 AtsuoKawamura 进一步研究了无线电能与信号同术，他们在机械手臂的无线电能传输系统中，内置了信号传输线圈，通过加入了磁避免了在电能与信号同步传输时，信号耦合线圈和电能耦合线圈之间的电磁干扰。项成果在权威期刊 IEEE 上发表。 2012 年，意大利佩鲁贾大学的学者基于四线圈机构，设计了不同频率通道的电能与传输系统，该系统包括一组能量传输线圈和一组信号传输线圈，能量和信息通过不传输通道传递，实现了 100MHZ 频段内的电能与信息的同步传输，，此外还提出一种频率的分析算法。电动汽车应用领域，2011 年，Evatran 公司发布了由其自主研发的电动汽车无线感应
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM724

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