无线电能传输系统的全双工FMPSK通信方法

无线电能传输WPT(wireless power transfer)系统的控制、监测等操作需要在能量发送侧和能量接收侧之间建立通信链路实现,为此提出了一种基于WPT系统的全双工调频相移键控FMPSK(frequency-modulated phase-shift keying)近场通信方法,该方法采用较小的相位调制深度来减少对能量传输的干扰,并使用频率调制器和频率解调器来保证信号传递的准确性。首先介绍了FMPSK全双工通信的总体方案设计,其次通过推导出WPT系统输出功率和效率的相应数学表达式来探究FMPSK通信方法对能量传输的影响,最后通过仿真对所提的方法进行验证,证实了能量传输受到信号通道的影响很小,同时实现了可靠稳定的全双工信号传输。     

基于双侧LCC的全双工无线电能传输能量信号并行传输系统

无线电能传输系统的监测、控制等操作需要基于信号传输技术实现,能量信号并行传输技术是一种基于无线传能通道实现的信号传输技术.该文提出一种基于双侧LCC补偿结构的WPT能量信号并行传输系统,该系统在实现无线电能传输(WPT)系统原边和负载恒流的同时,实现信号双向传输且不影响能量通道的谐振状态.通过对信号通道的阻抗和电压增益的分析,基于香农第二定理提出一种稳定的双频全双工信号通信信道参数设计方法,通过调节信道电阻提升信号传输速率并保证信号传输的增益,同时抑制能量通道对信号的干扰.最后,通过仿真和实验平台对所提结构进行验证,证实了能量传输未受到信号通道的影响,同时实现了可靠稳定的全双工信号传输.     

基于中继线圈切换的三线圈结构WPT系统效率优化研究

三线圈结构无线电能传输(wirelesspowertransfer,WPT)系统相比于两线圈结构WPT系统,具有更远的能量传输距离和更高的系统传输效率,但该结构的近距离传输效率有待进一步验证。首先,针对这一问题建立全面、精确的三线圈模型;其次,分析得到三线圈近距离传输效率降低的原因:由于阻抗不匹配的问题,导致线圈损耗增加。最后,给出一种基于中继线圈切换的三线圈结构WPT系统,它将两线圈和三线圈的优势结合在一起,解决三线圈近距离传输效率下降的问题。在理论分析的基础上,通过实验验证基于中继线圈切换的三线圈结构WPT系统效率优化方法的可行性。相比于传统两线圈结构,该系统在远距离的效率提升达23%;相比于普通三线圈结构,该系统在近距离的效率提升达22%。     

基于LCC-S补偿的双通道无线电能传输系统研究

无线电能传输(WPT)技术由于其便捷、安全的特点,目前已被应用在多个领域.但因各种受电端所需功率等级不同,不同WPT系统在电源设计、线圈设计等方面都不相同.此处提出了一种双通道WPT系统,每个通道均采用LCC-S补偿拓扑,其具有恒压输出特性,并在接收端进行串联连接.首先对LCC-S的恒压输出特性进行分析,其次针对两通道...     

磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制研究

采用频率为100~500 kHz的高频逆变器为无线电能传输(WPT)提供高频交流电源,并基于此研究了WPT的频率跟踪控制以解决频率失谐带来的不良影响。通过理论分析得出,当磁耦合谐振式WPT采用SS或SP拓扑时,可以直接跟踪发射端电流频率,而对于接收端电流,需先将其经过一定处理才可作为被跟踪的信号。经过仿真得出,即使起振频率偏离系统固有谐振频率,直接跟踪发射端频率后也能使电路的工作频率稳定在固有谐振频率,而直接跟踪接收端电流时,电路的工作频率偏离固有谐振频率较远。在理论分析和仿真研究的基础上,实验验证了直接跟踪发射端电流频率的WPT。     

谐振式无线电能传输系统中检测电路的设计

针对磁耦合谐振式无线电能传输(WPT)系统中初、次级线圈之间位置和距离的改变,或者线圈区域内存在金属异物等情况,分析了系统参数的变化会造成谐振频率的偏移、损耗功率变大、发射线圈温度上升等影响,设计了初级设备的交变信号、发射电路电压、电流及发射线圈的温度等检测电路,并通过发送一组脉冲信号对负载进行判断,混入不同的硬币作为金属异物测试.实验结果表明,微控制器单元(MCU)能实时检测交变信号、发射电流、电压及发射线圈温度的变化,优化和改善WPT的工作参数,使系统工作在最优状态.     

基于中继线圈的电动汽车静态无线充电系统抗偏移性能提升研究

横向偏移问题是无线电能传输WPT（wireless power transfer）系统在电动汽车领域的应用中面临的主要难题。为提升电动汽车静态无线充电系统抗偏移性能，提出一种基于中继线圈切换的WPT系统。首先，建立了两线圈结构与三线圈结构WPT系统数学模型。其次，研究了两线圈结构与三线圈结构WPT系统抗偏移性能，通过结合两线圈结构与三线圈结构的优势，提高系统整体抗偏移能力。最后，搭建样机进行实验验证，结果表明，在横向偏移距离为线圈尺寸50%的范围内，系统输出效率均达到85%以上。     

一种基于PCB平面螺旋线圈的自补偿多中继无线电能传输系统设计

针对多中继无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统传输特性不明确,一体化中继线圈难以构建等问题,文中研究一种基于平面线圈的自补偿多中继WPT系统,可应用于高压输电系统数据采集模块供电等领域,能够有效提升传输效率。首先分析不同中继线圈个数条件下多中继系统在串联及其他补偿条件下的恒压或恒流输出特性;其次,阐明印刷电路板(printed circuit board,PCB)自补偿线圈中电感、电容参数设计方法;以优化线圈电阻为目标,提出一种设计PCB自补偿线圈的方法;最后,搭建一套基于PCB自补偿线圈、工作频率为1.67MHz、总传输距离为1.1m的多中继WPT系统实验平台。实验结果表明,所提方法能够有效改善多中继WPT系统性能。     

一种四线圈WPT系统的耦合动态调整方法

在四线圈的磁耦合谐振式无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统中,其效率随着传输距离及负载的不同而剧烈变化。由于传统WPT系统的线圈耦合参数难以根据工况进行动态调整,造成整体的传输功率及效率相对较低。为此,该文提出了一种新的四线圈WPT系统耦合调整方法。在详细分析并推导系统传输模型的基础上,提出在耦合线圈间设置辅助线圈实现耦合系数等效调整的方法,从而提高系统在不同传输距离下的传输效率及输出功率。该方法具有损耗小、调整范围大等优点。最后,通过实验样机的测量验证了所提出方法的可行性。样机的端到端效率峰值达到了86%。同时,所提出的耦合调整方法将系统在传输距离大于150mm,即发射线圈与接收线圈耦合系数小于0.05时的输出功率与整机效率由原有的20W、46%提升至50W、60%。     

双侧调谐的PSS型无线电能传输系统

线圈偏移引起的输出功率剧烈波动是无线电能传输（WPT）系统在实际应用过程中不可避免的重要问题之一,其会造成系统的不正常工作甚至对用电设备造成危害。为解决线圈偏移带来的输出功率波动问题,在此提出一种双侧调谐的PSS型WPT系统,通过引入2个调谐因子使发射侧补偿网络和接收侧补偿网络同时都工作在失谐工况,进而使得系统能够获得良好的抗线圈偏移扰动性能,同时也与单侧调谐PSS型WPT系统进行了性能对比。最后,搭建了一台50 W的实验样机对所提出的双侧调谐PSS型WPT系统进行验证,实验结果表明,该样机能在耦合系数为0.22～0.35的波动区间内,保持系统输出功率波动率小于4.89%,同时最大整机效率达到89.6%。     

基于径向基神经网络的多负载无线电能传输系统自适应阻抗匹配方法

随着无线电能传输(WPT)技术的发展,同时给多个负载供电受到越来越多的关注.多负载WPT系统中,接收线圈之间的交叉耦合会使系统失谐,导致谐振频率处传输效率下降.该文首先分析了交叉耦合对传输效率的影响机理:然后提出基于径向基(RBF)神经网络算法的"T"型阻抗匹配网络,可根据不同负载对匹配网络中电容进行实时调整,实现系统与负载的自适应匹配;最后针对该方法搭建了实验平台,实验结果表明在交叉耦合影响最大时,系统传输效率从最低时的34％提升到了78％.     

基于组合补偿网络的抗偏移恒流输出无线电能传输系统研究

针对无线电能传输(WPT)系统线圈相对位置偏移引起传输效率降低、输出电流不稳定和发射线圈过电流问题,提出一种抗偏移恒流输出型WPT系统及其参数配置方法.该系统将LCC-LCC和串联-串联(S-S)补偿网络进行输入串联和输出串联,并采用QDQPs磁耦合结构.在此基础上,通过合理的参数配置,不仅实现了与负载无关的恒流输出,...     

单调谐因子的PSS型无线电能传输系统

无线电能传输(WPT)系统在实际应用过程中,收发侧线圈经常会不可避免的面临偏移工况,这会导致输出功率剧烈波动从而造成系统的不正常工作。针对此现象,提出了一种单调谐因子的PSS型WPT系统,该方法通过选定合适的补偿电容基准值和调谐因子对发射侧补偿网络电路进行抗偏移优化设计,使得WPT系统能在较大的线圈偏移范围内依然保持输出功率的相对稳定,同时研究了系统发射线圈电流的自调节情况,并分析其对维持输出功率稳定的作用机理。最后,设计出一台95 W的功率样机对所提出的单调谐因子PSS型WPT系统进行实验验证,实验结果表明,该实验样机能在线圈最大偏移量小于40%的范围内,实现系统输出功率波动率小于9.89%,同时最大整机效率达到90.7%。     

无线充电最优匹配下最大输出功率自适应选择

讨论了电动汽车（electric vehicle,EV）无线充电系统中，在最优负载电阻的前提下，无线能量传输（wireless power transfer,WPT）电路的分频现象。在最优化的WPT电路中，通过改变充电系统中主从线圈间耦合系数（k）的值，电路将会产生3个零电抗频率（zero reactance frequency,ZRF）点，进而产生分频现象。通过对ZRF点进行自适应频率选择，可使整个电路系统在高能量传输效率的前提下，其输出功率达到最大。     

基于双层正交DD线圈抗偏移偏转的无线电能传输系统

针对磁场耦合式无线电能传输（WPT）系统的线圈偏移和偏转所导致的耦合系数减小及传输能效性下降的问题,面向电动汽车无线充电应用场合,该文提出一种基于双层正交DD(DQDD)线圈的高抗偏移偏转WPT系统,DQDD线圈内部两对DD线圈易于解耦,而且两者激发的合成磁场呈周期性旋转分布,此特征使得DQDD线圈兼具抗偏移和抗偏转性能。给出了DQDD线圈的空间位置和导磁机构特征参数与耦合系数之间的作用规律,分析水平偏移、垂向偏移和垂向偏转三种情况下线圈互感的变化规律;构建基于双路逆变器-双路整流器的LCC-S谐振电路结构,推导同时具有发射线圈激励电流恒定并且系统输出电压不受负载影响的谐振元件参数配置条件,进而给出系统整体的传输效率。为了验证所提出的DQDD耦合机构抗偏移偏转性能和系统传输特性,搭建130mm间距的500W样机装置,在水平横向和纵向偏移±150mm,垂向偏转0～90°范围内,样机的耦合系数保持率均不低于40%,系统的传输效率均不低于80%。     

三线圈无线电能传输系统分段补偿技术研究

多中继无线电能传输WPT（wireless power transfer）系统可通过切换系统工作频率的方式实现恒流或恒压输出,以满足不同的用电设备需求。当系统运行在恒压工作频率时,存在部分线圈及谐振电容端电压骤增的现象,可能造成安全隐患。针对该问题,提出一种基于分段补偿的多中继WPT系统耦合机构及补偿电容的改进设计方法。首先,研究了三线圈WPT系统的补偿电容端电压与输入直流电压的电压比随工作频率的变化情况。其次,研究了分段补偿原理,并定义了多中继WPT系统线圈端电压指标作为分段数选择的重要参照标准。最后,搭建了基于分段补偿的三线圈WPT系统实验平台。实验结果表明,分段补偿方法能有效降低谐振电容端电压,提高系统的可靠性与安全性。     

恒压输出多负载无线电能传输系统分析与设计

为解决谐振式多负载无线电能传输WPT(wireless power transfer)系统输出的负载敏感性问题,首先基于电路理论,研究恒压输出单负载WPT系统二端口网络在输出特性与负载无关时的电路参数关系,剖析了阻抗匹配网络的工作原理,由此构造出一种级联式负载无关性多负载WPT系统,并对该系统的传输性能作进一步分析。然后,应用有限元分析软件确定DD线圈和屏蔽磁芯的最优尺寸。最终,搭建一台恒压输出四负载WPT系统实验样机,验证了理论的正确性和系统的可行性。所提系统不含补偿电感,无磁饱和现象,阻抗匹配网络体积小,性价比高。     

SS型WPT系统的耦合系数实时检测方法

无线电能传输(WPT)技术在日常生活中的普及度越来越高,但是在使用过程中发射设备和接收设备存在相对运动时耦合系数会发生剧烈变化,进而使得输出功率波动和传输效率下降。耦合系数的检测对于WPT系统的性能提升十分重要,为此提出了一种基于发射侧参数的耦合系数在线检测方法。在直流输入电压确定时,只需测量发射侧电流的有效值,同时该方法无需通信模块,能提高系统动态响应速度。此外,采用高精度有效值计算的模拟芯片可将高次谐波也纳入计算,有效提升精度。实验结果验证了耦合系数在线检测的正确性,检测误差在2%以内。     

干扰因素下无线电能传输频率控制算法研究

为了提高无线电能传输WPT(wireless power transmission)负载端接收功率以及效率,增强传输的稳定性,研究无线电能传输系统过耦合干扰因素下无线电能传输频率控制算法,解决在该种干扰因素下频率分裂引起的传输功率下降问题。采用自适应频率跟踪WPT系统,依据DSP控制DDS(direct digital synthesis)自动调节输出频率,完成无线电能传输频率的自适应跟踪控制。采用改进粒子群优化算法,以进化因子和时间变动为依据进行自适应调整粒子的惯性权重和学习因子,提高粒子寻求最优解的速度和粒子算法的搜索力,获取无线电能传输系统功率和效率的最优值,增强频率跟踪的速度和精度。结合Zigbee,向DSP中植入改进粒子群优化算法,控制无线电能传输系统射频源频率,完成无线电能传输系统功率和效率同步频率跟踪,增强过耦合运行状态下无线电能传输负载端接收功率及效率。实验表明,该控制算法可在临界耦合点前提高无线电能传输系统整体功率,且能提高无线电能传输系统效率,系统发射端频率得到平稳控制,性能得到改善。     

基于耦合系数估计的电动汽车无线电能传输最大效率跟踪

电动汽车行驶(EV)过程中可通过无线电能传输(WPT)提高续驶里程,而车辆轴荷的改变或者路面状况引起的悬架振动会改变发射线圈和接收线圈之间的耦合系数,导致WPT系统远离最大效率传输点。为了解决WPT系统效率随着耦合系数的波动而偏离极值点的问题,以串串(SS)型拓扑为研究对象推导出耦合系数实时估计方程,在此基础上提出了一种新的最大效率跟踪控制方法,利用PI控制调节接收侧直流电流,从而使得WPT系统在耦合系数变化时也可以维持最大效率状态。仿真和实验结果表明了该方法的有效性。