变负载ICPT系统电能与信号反向同步传输方法

为满足感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统在实现电能正向无线传输的同时,对副边电路状态信息的采集与反向传输,基于ICPT系统电能耦合传输通道,提出了一种在负载变化情况下,电能与信号反向同步传输ICPT系统,并对其控制方法进行了深入研究。该系统在副边增加信号调制电容,检测负载大小以确定具体的信号调制方案,通过切入与切出该调制电容以改变原边电流波形包络,进而将数字信号调制到系统中,这样原边在发射电能的同时接收来自副边的状态信息,最后通过设计信号解调机构,复原信号。首先介绍了ICPT系统电能与信号同步传输原理,在此基础上,提出电能与信号反向同步传输ICPT系统;然后,通过对该系统进行建模分析得到负载变化情况下不同的信号调制策略,并对系统变负载情况下系统特性进行了分析和研究;最后,针对理论分析进行了仿真与实验验证,实验实现了ICPT系统在电能正向传输情况下的信号的反向低误码率传输。该研究结果可以为ICPT系统电能与信号反向同步传输系统的设计与研究提供参考。     

计及信号与电能同步传输影响的ICPT系统谐振参数优化方法

针对信号与电能同步传输的感应耦合电能传输(ICPT)系统中信号耦合线圈对电能传输效率影响的问题,基于LCLP型ICPT系统谐振拓扑结构,利用在原、副边增设耦合线圈对信号进行加载和拾取,实现了信号与电能的同步传输;通过分析原、副边电流的关系,利用耦合变压器、信号发射耦合线圈和信号接收耦合线圈的互感反射阻抗,建立了信号耦合线圈与电能传输效率之间相关联的非线性规划模型,分析了信号耦合线圈对传输效率的影响,给出了相对应的电能传输效率目标函数和约束条件,在此基础上利用自适应粒子群优化算法对谐振补偿参数进行优化,并进行了仿真验证。仿真结果表明相较于同类型信号传输方法,优化后的系统信号传输误码率有所降低,电能传输效率有所提高;波特图表明优化后的信号传输电路并未对电能传输造成较大影响,负载处谐波畸变率有所降低。     

一种非接触电能传输系统的原边控制方法

为提高非接触电能传输(CPT)系统的传输能力和解决在负载动态变化时系统谐振频率改变的问题,以原边串联-副边并联的拓扑结构的非接触电能传输系统为例,首先确定系统的谐振补偿电容值,然后设计了一种基于单片机的原边控制方法,在此基础上优化了系统参数,使系统在副边负载切换时运行更加稳定,传输功率得到提高。最后通过仿真和实验进行了验证。     

无接触电能传输系统的补偿及性能分析

运用松耦合变压器互感电路模型,推导出无接触电能传输系统原、副边分离的等效电路.选取合适的副边补偿电容,以增强系统的功率传输能力;选取合适的原边补偿电容,以降低对系统电源容量的需求.研究表明:当原边电流恒定时,在副边串联补偿,则负载所获取功率与负载大小成反比;在副边并联补偿,则负载获取功率与负载大小成正比.当原边电压恒定时,在原边并联补偿方式下,等效负载所获取的功率随负载的增加先升高后降低,针对不同的副边补偿方式,等效负载分别在相应的负载点取得最大传输功率.Pspice仿真结果验证了上述结论的正确性.     

一种采用测量线圈技术的感应电能传输系统调频调谐方法研究

为解决谐振参数容差导致感应电能传输系统失谐现象,该文采用在原边线圈并绕测量线圈的技术,以原边回路电流与测量线圈电路电压进行矢量运算得到的两者相位差为反馈量,间接获得副边回路的谐振状态,通过控制逆变器的输出电压频率,使副边回路恢复谐振状态,增大副边回路中负载的电压增益和系统输出功率,达到提高系统的电能传输效率的目的。实验结果表明,所采用的方法能够有效使副边回路恢复谐振状态,增大副边回路中的负载电压和系统输出功率,提高系统的电能传输效率。相对于系统调频调谐前,在谐振参数容差导致副边回路呈感性的情况下,调频调谐后系统输出功率最大提升144.15W,传输效率最大提升1.21%;在谐振参数容差导致副边回路呈容性的情况下,调频调谐后系统输出功率最大提升245.49W,传输效率最大提升1.72%。     

感应电能传输系统输出电压调压电路研究

感应电能传输(Inductive Power Transfer,IPT)系统的输出电压受原边电流、线圈间距、谐振参数、负载等影响。为了让系统输出稳定的电压,提出一种应用于IPT系统副边的调压电路,利用IPT系统不同副边拓扑输出特性的不同,结合并联型与串联型拓扑的特点,在交流侧实现输出电压的调节。首先通过基波近似法求得系统等效阻抗与占空比的表达式,在此基础上求得输出电压与占空比之间的关系。然后对电路进行了简化,分析了无需使用双向开关的简化电路的输出特点。最后通过仿真验证了电路的有效性。     

基于能量传输通道的IPT系统非法负载检测技术

针对感应电能传输系统中非法负载介入的问题,本文提出了一种基于能量传输通道的非法负载检测方法。通过对电流型感应电能传输系统的特性分析发现,当负载变化时系统的零电压开关频率和谐振电流近似为恒定,基于系统原边谐振网络的能量平衡方程,得到了原边输入电流和负载成反比的关系。因此通过对负载以给定的频率进行通断调制和原边解调判断其负载的合法性,最后通过仿真验证了该方法的可行性。     

一种副边斩控无线电能与信息同时传输系统

针对在无线电能传输系统中实现原、副边之间信息通讯的问题,提出一种基于电能传输通道的副边斩控无线电能与信息同时传输新结构及其控制方法,其结构简单,副边仅有一个全控器件。通过理论分析得到副边全控器件导通角与负载电压的关系,副边通过反馈控制调节全控器件导通角实现负载电压恒定输出;通过改变电能传输频率和副边全控器件开关频率进行信号调制,分别实现信息的正向和反向传输。搭建实验平台验证了所提出的副边斩控无线电能与信息同时传输方式,实现负载电压50 V恒定输出,同时5 kbit/s的速率双向传输信息。     

利用负电阻提高电能无线传输功率

针对提高谐振耦合式电能无线传输系统的输出功率问题,研究了一种新的方法。在松耦合变压器原边引入负电阻,通过减小变压器原边的电阻以增加原边电流,从而提高变压器副边的电压,进而提高电能无线传输的功率。分析了负电阻的实现方式,获得含有负电阻的电能无线传输系统各处电量表达式,特别是根据负电阻的实际使用限制推导出系统参数选择的约束条件;引入效能比概念,分析了系统输出功率增长与引入负电阻带来的额外损耗之间的关系;搭建一个含负电阻的谐振耦合电能无线传输实验平台,设计不同阻值的负电阻进行比较实验,结果证明,负电阻能够减小无线电能传输系统回路阻抗,增加回路电流,提高系统的输出功率,并且合理选择构成负电阻的参数,能有效提高效能比。     

单相高频隔离型直接AC-AC变换器的无电压尖峰调制策略

高频隔离型直接AC-AC变换器的传统调制策略会产生电压尖峰,存在极大的安全隐患。分析了传统移相式调制策略产生电压尖峰的本质原因,即无法保证变压器电流与输出侧电感电流的平滑过渡。进一步提出原边采用脉宽调制控制、副边采用工频同步控制的新型调制策略,在每个开关周期内均保证了由续流态转到功率传输态之前变压器电流与输出侧电感电流相等,从而避免了电流跳变,也由此彻底消除了电压尖峰。详细的实验结果证明了所提调制策略的正确性和可行性。