频率匹配对谐振无线电能传输效率的影响

基于共振耦合式无线电能传输机理和数学模型,对无线电能传输发送端与接收端谐振频率的测量与调整进行了研究,结合Matlab仿真和实际实验操作,研究了在固定距离下两线圈组成的系统电能传输效率与工作频率的关系,研究并比较在不同耦合系数k值条件下两端谐振点频率未匹配和匹配情况下电能传输效率.研究表明不同k值情况下电能传输效率与工作频率的关系曲线存在差异,在相同的k值条件下两端谐振点频率匹配时比两端谐振点频率不匹配时表现出更高的电能传输效率.对于远距离电能传输,即在k值较小的情况下,调节两端谐振点至频率匹配时将有效提高传输效率.     

海洋浮标感应耦合电能传输系统频率分裂特性及最大功率点分析

为探究感应耦合电能传输（ICPT）系统中的频率偏移是否会对系统的最大输出功率产生影响,综合考虑线圈谐振频率、耦合系数,通过建立互感模型对基于海洋浮标的ICPT系统的频率分裂现象进行分析,选择输出功率作为重点研究对象,推导出在ICPT系统中输出功率与耦合系数,工作频率之间的关系表达式. 通过数值分析研究耦合系数、工作频率对频率分裂影响的一般化关系,并通过实验验证其结论. 结果表明：对线圈之间的耦合系数进行匹配,可以避免系统发生频率分裂,且在固有谐振频率处输出功率和效率达到最大值;若系统耦合系数固定,通过调整工作频率,可以使系统传输性能达到最优.     

基于STM32频率跟踪控制的无线电能传输系统设计

在磁耦合谐振式无线电能传输系统中,当传输线圈偏移和负载发生变化时,会改变系统的谐振频率点,导致系统工作在失谐状态,传输效率大幅度下降。针对该问题,设计了一种基于STM32频率跟踪控制的无线电能传输系统。首先从原理上对串-串(SS)型系统的失谐进行了分析,得到高频逆变器输出电压和电流的相位角与谐振频率的关系;然后通过实时监测发射线圈电流和高频逆变器输出电压,并在控制器中计算其相位差,再根据相位角与谐振频率的关系对系统的工作频率进行实时连续调节,使系统重新恢复谐振;最后选用STM32F407作为主控芯片,搭建了SS型无线电能传输系统进行实验验证。实验结果表明,该方案可以实现系统频率的实时调节,保证系统重新达到谐振状态,提高了系统的传输效率。     

一种基于磁耦合谐振式的高效率双频无线能量传输系统

为了提高磁耦合谐振式无线能量传输系统的效率,本文提出了一种新型的双频无线能量传输的发射和接收装置.在发射端和接收端中,该装置在发射端和接收端中均采用一个馈电线圈对两个谐振线圈馈电;两个谐振线圈工作在不同的频率并通过磁耦合的方式把能量从发射端向接收端同频传输.由于两个谐振线圈均参与了能量传输,所以该传输装置能在较远的距离实现效率较高的双频能量传输.为了验证该理论模型的特性,本文将其设计在PCB板材上并进行仿真和实验测试.仿真和实验结果表明:该双频磁谐振耦合无线能量传输装置的能量传输频率为6.78和13.56 MHz;在传输距离为装置尺寸60%时达到最高效率,其最高效率分别为88.5%和56.7%.     

双发射结构磁谐振式无线电能传输系统传输特性研究

基于电路理论,建立了双发射结构磁谐振式无线电能传输（WPT）系统的等效互感模型。与单发射结构相比,双发射结构可以提高负载接收功率和传输效率,而且随着发射线圈与接收线圈之间耦合系数的降低,双发射结构的优势更加明显。结合数值仿真试验,对比得出当两种结构的接收线圈发生横向偏移与角度偏转时,负载功率和传输效率的比值分别可达2.8和1.39以上,验证了理论分析的正确性。最后,进一步分析了两种结构在欠耦合、临界耦合、过耦合3种区域的传输效率,发现双发射结构可以增加系统的纵向传输距离,且在临界耦合区域内可以有效扩大系统的横向传输范围。     

磁耦合谐振式无线能量传输系统频率特性研究

基于磁耦合谐振式无线能量传输机理,研究了谐振频率与无线能量传输系统各参数间的关系及其对系统性能的影响,分别从线圈固有频率、线圈电感、品质因素、传输距离、效率等方面对其进行详细的分析,从而在理论上为无线能量传输系统中的参数优化工作与工程设计提供了很好的依据.     

中等传输距离下的无线功率传输链路 第2部分:选择性工作方式

对谐振感应式无线功率传输链路的3种不同的工作方式进行了讨论.第1种工作方式是输出恒定的电压或电流;第2种工作方式采用频率捷变操作,非常适合于不随耦合系数变化的应用场合;第3种工作方式实现负载独立工作并输出恒定的电压或电流.本文讨论并提出了不同情况下的解决方案和相关公式.最后通过实验对提出的理论进行了验证.     

基于磁耦合谐振的无线充电系统建模与分析

为了解决煤矿井下大量无线传感器节点电池更换难、维护难的问题,提出磁耦合谐振式井下无线充电理论模型.根据电路互感耦合理论,推导出谐振状态下接收功率和效率的计算方法,并依此研究传输距离、输入频率、负载大小对接收功率和效率的影响.结果表明:系统的最佳输入频率取决于4个线圈之间的距离.当输入频率为固有谐振频率,激励线圈和负载线圈之间的距离为52cm时,接收功率取得最大值2.74W,而激励线圈和负载线圈之间的距离为44cm时,效率取得最大值,可以达到81%.实验结果与理论分析、仿真结果的变化规律基本一致,可为实际应用提供参考.     

磁耦合谐振式无线电能传输效率影响因素分析

对磁耦合谐振式无线电能传输系统模型进行分析,采用电路理论得出系统传输效率的表达式。通过MATLAB仿真得出系统传输效率随系统频率、负载、传输距离和谐振线圈参数变化的规律,得出磁耦合谐振式无线电能传输系统对系统频率、负载、传输距离、线圈半径、线圈匝数有最优值的结论,为提高无线电能传输效率提供了参考和借鉴。     

MCR-WPT负载对系统最优参数的影响

针对磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统的参数优化问题,文章研究了系统最大传输功率条件下的负载(最大功率负载)对系统参数的影响。基于集总参数理论,推导了最大功率负载的表达式,分析了传输距离、耦合系数、系统频率等参数与最大功率负载的关系,获得了不同负载下的系统最优参数,并进行了电路仿真分析,搭建了两线圈结构无线电能传输实验平台。仿真及实验结果表明,系统最优参数与最大功率负载之间有一对一关系,系统最优耦合系数随最大功率负载的增大而增大,最佳传输距离随最大功率负载的增大而减小,因而可在不同负载条件下选择系统最优参数,保证能量的最大传输。     

Middle range wireless power transfer systems with multiple resonators

The equivalent two-port network model of a middle range wireless power transfer(WPT) system was presented based on strongly coupled multiple resonators. The key parameters of the WPT system include self-inductance, resistance, parasitic capacitance, mutual inductance and S-parameters of coils resonators were analyzed. The impedance matching method was used to optimize load power and transmission efficiency of the multi-resonator WPT system, and the impedance matching method was realized through adjusting the distances between the coils and resonators. Experiments show that the impedance matching method can effectively improve load power and transmission efficiency for middle range wireless power transfer systems with multiple resonators, at distances up to 3 times the coil radius with efficiency more than 70% and load power also close to 3.5 W.     

基于背包策略的WPT系统多拾取输出控制方法

无线电能传输（WPT）是一种借助于高频电磁场实现电能以无线形式传输的新兴技术。在多拾取无线电能传输系统中,由于各个拾取系统的输出能力不均衡,导致系统综合协调控制相对困难。针对无线电能传输系统多拾取系统的输出稳压控制,该文提出了一种基于背包优化算法的输出稳压控制方法。分析了多拾取电路的工作原理,建立系统的输出交流阻抗模型,推导出输出电压与多拾取端稳压控制器占空比关系,提出了一种基于背包优化算法进行输出电压稳压控制的策略。实验结果表明,通过该优化控制算法,能实现多拾取WPT系统现输出电压的快速调节与稳压控制。     

Design of Wireless Power Transfer with High Efficiency for Biomedical Implants

Wireless power transfer (WPT) technology is a popular choice for biomedical implant devices. The demands of higher efficiency and smaller implantation size are hard to compromise in previous studies. In the present work, an implantable magnetic coupling resonant WPT system integrated with a metasurface element working at 430 MHz is presented. Similar planar copper coil components for the transmitting and receiving structures are used to construct the primary system, and then the metasurface element is integrated to constitute the whole WPT system. The effects of the distances between the transmitting coil and skin surface, between the skin surface, and receiving coil are discussed. The results show that the efficiency will be enhanced by 38–50 dB integrating with the metasurface.     

基于联合降低PAPR和干扰的小波包结构优选

该文从小波包调制系统的结构出发,从联合降低峰均比和干扰的角度,探讨小波包调制系统结构的优选方法,首先从调制端对发送信号峰均比的影响,优选出含出现频率高的节点的树结构,然后从码间干扰和载波间干扰的影响,优选出具有最小干扰的树结构,实现小波包多载波调制系统的优化.仿真结果表明,所选择的小波包树结构降低了调制信号的峰均功率比...     

基于零相位频率的晶体谐振器等效电参数测量方法

晶体谐振器等效参数的测量方法很多，工程上通常利用谐振频率和负载谐振频率来求解等效参数。该文推导了谐振频率、负载谐振频率、反谐振频率和负载反谐振频率的精确形式，并以此为基础求解晶体谐振器的等效参数。ADS仿真实验表明，该方法在理论上正确。利用相位-频率曲线在谐振点与反谐振点的导数构建非线性方程组，解决实测实验中的频率随机游动问题。采用二维搜索法求解非线性方程组。实测结果表明，该方法测量的等效参数和供应商提供的等效参数基本一致。该方法没有采用近似计算，不仅适用于高Q值晶体谐振器，也适用于低Q值谐振器，因此，该方法也能应用于传感器领域，如温度传感器、石英晶体微天平等。     

基于双激励双拾取的无线电能传输系统

传统的无线电能传输系统（WPT）多由单个激励线圈与单个拾取线圈组成,由于系统的耦合机构多为松散的耦合形式,且受到功率器件容量的限制,因此难以获得较大的传输功率。为了提高WPT系统的传输功率,该文构建了双激励双拾取线圈的无线电能传输系统,在原WPT系统的基础上,增加了一组激励线圈和一组拾取线圈,利用耦合理论和电路原理的相关知识对该系统进行分析。通过Matlab仿真及实验验证了该方案的可靠性和有效性,并在负载为5 Ω时,双激励双拾取线圈的WPT系统相比较于WPT系统,其功率提升了3.1倍,效率提高了9%。     

基于小波包变换的电力系统谐波电流检测

针对常规快速傅立叶变换无法检测非整数次谐波,以及改进的加窗插值快速傅立叶变换运用困难,采用小波、小波包变换对电网信号中的谐波进行检测分析。小波包变换建立在二进小波变换基础上,可以实现对信号的均匀划分,能够更好地提取信号的时频特性。仿真结果证明,较之傅立叶变换和小波变换,小波包变换对电网信号中谐波的幅度、频率的估计具有更高的精度。     

基于Buck拓扑全桥逆变器主电路的研究

高频开关电源随着开关频率的提高,开关损耗成为影响电源效率的主要因素。笔者在探讨开关电源软开关实现技术的基础上提出了Buck拓扑的高频电源SCR全桥谐振逆变器主电路模型,同时给出了其控制策略。通过逆变器主电路模型主要工作点仿真波形分析,证明了该Buck拓扑的SCR全桥谐振逆变器的可行性。该电路利用全控电力开关管电流过零时的自然关断特点实现了功率可调的SCR全桥谐振逆变器在零电流下关断的软开关技术。     

单片集成谐振式升压转换器设计

为了解决高频谐振功率转换器功率密度较低的问题,提出基于绝缘体上硅（SOI）工艺平台和氮化镓（GaN）功率晶体管的三维集成的单开关全谐振升压转换器,开关频率为500 MHz. 转换器主体采用传统Class-E放大器的衍生电路结构?并联式Class-E拓扑,栅极驱动器采用单管谐振式驱动拓扑. 转换器中的谐振电感元件采用SOI工艺中提供的平面螺旋电感实现,谐振电容元件采用GaN功率晶体管的米勒寄生电容实现,硅基芯片与GaN芯片通过三维倒装技术连接. 围绕电路参数设计、谐振元件的实现和版图结构设计进行详细分析. 实验结果显示,当输入电压为12 V时,片上转换器的最高功率密度为1.481 W/mm²,满载效率为60%,最高效率为89%. 本设计为实现高功率密度、高集成度的功率转换器提供了新思路.