正交多载波感应耦合电能信号同步传输系统研究

发布时间：2020-03-29 21:36

【摘要】：随着家用电器和便携式电子设备的广泛应用,不同类型的电源适配器和充电插孔会导致家庭电路走线复杂、充电现场杂乱无章、安全隐患严重,直接影响了家庭生活环境的简约性、美观性以及日常操作的便捷性。而感应耦合电能传输(Inductive Coupled Power Transfer,ICPT)作为一种非接触电能传输技术,极大的提高了供电的安全性和灵活性,且解决了不同电器供电设备的不兼容问题。随着家庭生活舒适性、便利性、智能性要求的提高,物联化的智能家居系统成为未来家庭设计的主要趋势。智能家居实现了各家用设备的互联智能控制,但其电能传输仍受有线供电方式的约束,因此,ICPT技术与智能家居技术的有机结合,可真正实现智能家居中电器设备的无尾化。而为了实现电器设备的各种智能化定制功能,可将ICPT系统中的电能传输技术与信号传输技术相结合,实现各电器的供电、控制一体化,从而在无线供电的基础上通过同一智能控制面板实现对各设备控制信号的传输,解决不同电器遥控设备不兼容的问题,代替智能家居系统中的遥控控制功能。基于此研究背景,本文提出了针对家用设备非接触供电的正交多载波感应耦合电能信号同步传输系统(Inductive Coupled Power and Signal Transfer System with Orthogonal Multi-carrier,OMC-ICPST),该系统针对ICPT系统利用逆变电路实现高频化能量传输的特点,充分利用逆变输出电压中谐波成分能量小、频率高的特点进行信号传输,利用其中基波能量大的特点进行电能传输。系统中的电能传输与信号调制彼此独立、互不影响,且电能与信号通过同一松耦合磁路机构从发射端传输至拾取端,可有效减小系统体积和系统中的电磁干扰、降低信号传输的误码率。此外,通过参数设计,可使电能载波与信号载波处于正交状态,从而有效减小系统无功容量,提高传输能力。针对此系统,首先,论文在对现有的ICPT系统电能信号同步传输技术的实现方法、应用场景、优劣势等进行详细分析的基础上,对载波的提取技术以及信号的调制解调方案进行了设计和分析,以移幅键控、非相干解调和正交多载波传输技术作为系统信号传输的主要方案,设计出了适用于家用电器无线供电的OMC-ICPST系统。然后,针对OMC-ICPST系统通过感应原理实现电能传输导致的松耦合磁路机构漏磁高、系统无功功率大的问题,对系统的参数进行谐振设计,使电能环节和信号环节分别谐振于基波频率和谐波频率,从而使电能载波与信号载波处于正交状态,有效补偿系统中的无功功率,提高电能传输的能力和效率。其次,论文针对系统的电能传输性能和信号传输性能,分别以电压稳定度、工作效率、信号传输速率、载噪比和误码率作为效能指标,以松耦合变压器参数为标准,对用于信号载波耦合和拾取的信号耦合变压器参数进行优化设计,在以信号传输性能为主要衡量指标的前提下,设计了传输功率为75 W的OMC-ICPST系统。最后,论文对所设计系统进行了仿真实验,证明了所设计系统在信号传输过程中可保持谐振特性以及电能传输的稳定性,实现了工作效率74%、电压稳定系数94%、波特率6 k Bd、载噪比12.78 d B、误码率0.44%的电能信号传输。
【图文】：

智能家居系统,传输技术,电能,充电器

图 1-2 基于无线电能传输技术的智能家居系统Figure 1-2 Smart home system with wireless power transfer technolog整套智能家居的无线供电技术目前仍处于理论与实验阶段的家用电器设备目前已逐渐步入成品化阶段。年，，英国一家公司发明了一块形如鼠标垫的无线充电器，器可同时给多个设备充电。图 1-3 无线充电器Figure 1-3 Wireless charger

充电器

图 1-2 基于无线电能传输技术的智能家居系统ure 1-2 Smart home system with wireless power transfer techn套智能家居的无线供电技术目前仍处于理论与实验家用电器设备目前已逐渐步入成品化阶段。英国一家公司发明了一块形如鼠标垫的无线充电器可同时给多个设备充电。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM724

【参考文献】