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。     

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。     

植入式集成磁耦合谐振无线电能传输分析

将植入式应用时无线电能传输的接收线圈与整流电路及其他功能电路集成在单芯片上,不仅可以满足植入式应用更小空间的要求,而且可以进一步提高可靠性和安全性。该文基于此应用,对磁耦合谐振无线电能传输系统建立了完整和简化的电路理论模型,分析结果显示,磁耦合谐振方式比传统的电感耦合方式具有更高的传输效率。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的无模型自适应控制研究

为解决磁耦合谐振式无线电能传输（magnetically coupled resonant wireless power transfer, MCR-WPT）系统因频率失谐而使得传输效率降低的问题,提出一种无模型自适应频率跟踪方法。该方法以发射端电流和电压间的相位差值为控制器输入,以控制器输出来调控发射端的交流电源频率;控制器设计不依赖于系统的精确数学模型,而且可通过伪雅可比矩阵的自适应估计律来提高应对发射端频率失谐的控制自适应性。MCRWPT系统的控制仿真结果表明,相比传统的PI控制,该方法不仅在较长的无线传输距离情况下能实现维持系统发射端的谐振工作状态,而且具有更好的谐振频率跟踪性能,对保持较高的系统无线电能传输效率具有明显优势。     

改进发射端的磁耦合谐振式无线电能传输系统

为提高磁耦合谐振式无线充电系统的传输效率,提出了改进发射端的无线电能传输模型并建立了无线电能传输系统电路模型,讨论了输出功率与传输效率与线圈耦合系数和负载电阻的关系。在线圈谐振状态下,为得到最佳传输效率,研究了耦合系数与负载电阻的取值要求。最后,通过搭建实验平台,验证了系统在谐振状态下,激励线圈与发射线圈的耦合系数为0.8,发射线圈与负载线圈的耦合系数为0.157,负载电阻为150Ω时,传输效率能达到97.3%。     

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。     

中继模式无线电能传输系统

针对三线圈中继模式的磁耦合无线电能传输系统进行了研究,根据经典电路理论建立了传输系统的数学模型。研究了影响系统输出功率以及电能传输效率的因素。实验表明:负载上获得的功率和系统的电能传输效率会随着谐振频率的升高而增大,但并非纯粹的线性关系;同时,负载电阻与电能传输效率之间存在最佳工作点,这也验证了模型的正确性。     

磁谐振式无线电能传输频率特性数值研究

针对磁耦合共振式非接触电力传输的共振特性,采用电磁仿真软件,在10-25 MHz 频段计算垂直螺旋线圈的散射参数,得到无线电力传输系统模型和单个线圈的谐振频率,发现谐振频率出现明显的偏移。根据无线电力传输的近场区特性,垂直的螺旋线圈可看作偶极子天线。运用偶极子对相互作用理论,定性分析了耦合线圈之间的相互作用对谐振频率的影响,对磁耦合共振技术的谐振频率分析具有一定的理论指导意义。     

磁耦合谐振式无线电能传输技术发展和应用研究

磁耦合谐振式无线电能传输技术是集合了电磁场、高频电力电子技术、电磁感应、电磁材料等多学科的应用技术,能安全、高效、灵活地实现电能的中距离传输。根据无线电能传输的类型及发展应用前景,指出磁耦合谐振式无线电能传输是最适合当前学科综合技术发展的一种具有广阔应用前景的新技术;归纳了当前磁耦合谐振式无线电能传输的发展水平和当前研究的热点问题;从提高传输效率、减小发射和接收线圈尺寸的角度出发,提出了电力电子技术面临的挑战和为适应高频化变频技术需要开展研究的问题。     

平板磁芯磁耦合谐振式无线电能传输技术

为了增加磁耦合谐振式无线电能传输系统中发射／接收线圈的自感量以及二者间的耦合系数,提高系统的传输功率和效率,提出利用高磁导率平板磁芯绕制发射／接收线圈的方案.对传输系统进行耦合电路建模,通过电路微分方程给出传输系统相关参数的数学表达式,设计并优化了系统实验平台,研究了加入平板磁芯后系统耦合系数的变化,工作频率对传输的影响,发射与接收的移位传输以及系统的功率传输特性.实现了距离10 cm以上,功率1.85 kW的无线电能传输,系统整体传输效率达到80％以上.平板磁芯耦合机构体积小,在较大水平移位（25％）情况下实现了稳定高效传输.     

一种宽负载高效率磁耦合谐振式无线输电逆变器设计

针对磁耦合谐振式无线输电(MCR-WPT)在功率传输过程中因负载变化导致效率下降的问题,设计一种高效逆变器,改进后的结构能够显著拓宽MCR-WPT系统在高效率电能传输下的负载适应范围.分析MCR-WTP系统负载与输入阻抗之间的关系,并在E类逆变器电源的基础上,通过改变逆变器结构,实现MCR-WPT系统全负载内逆变器的软...     

Efficiency analysis and optimization of wireless power transfer system for freely moving biomedical implants

In the wireless power transfer system for freely moving biomedical implants,the receiving unit was generally inefficient for the reason that its design parameters including the receiving coil's dimension and receiving circuits' topology were always determined by experiments.In order to build the relationship between these parameters and the total transfer efficiency,this paper developed a novel efficiency model based on the impedance model of the coil and the circuit model of the receiving circuits.According to the design constraints,the optimal design parameters in the worst case were derived.The results indicate that the combination of the two-layered receiving coil and half-bridge rectifier has more advantages in size,efficiency and safety,which is preferred in the receiving unit.Additionally,when the load resistance increases,the optimal turn number of the receiving coil basically keeps constant and the corresponding transmitting current and total efficiency decrease.For 100 Ω load,the transmitting current and total efficiency in the worst case were measured to be 5.30 A and 1.45% respectively,which are much better than the published results.In general,our work provides an efficient method to determine the design parameters of the wireless power transfer system for freely moving biomedical implants.     

脉冲频率调制LLC串联谐振X光机电源

为了满足X光机电源输出电压调节范围宽的要求,提出了一种全桥LLC串联谐振高频高压电源,并利用仿真软件设计其控制电路,使设计方法更加简单.主电路采用全桥LLC串联谐振、高压变压器、单相双向对称倍压整流电路,从理论上分析系统的工作原理,并建立了LLC谐振变换器的基波等效模型,对主电路的参数进行了设计;在控制电路设计中,借助仿真软件得到补偿前系统近似的开环传递函数,再进行控制器的设计.仿真结果表明,输出电压可以在40~120 kV范围内连续可调,输出电压上升时间短、纹波小,在输出电压跳变过程中,动态调节时间很短,证明了所提出的拓扑和控制电路设计方法的正确性和可靠性.     

磁谐振耦合无线能量传输的研究综述

近年来,无线能量传输在工业、植入式医疗、个人移动电子设备上得到了广泛的应用,成为当前电子领域的一个研究热点.首先介绍了无线能量传输的研究背景和基本概念,然后引出该领域当前研究最热的磁谐振耦合无线能量传输技术.从磁谐振耦合无线能量传输系统的强耦合区、适耦合区和弱耦合区的角度,对国内外的研究现状进行了总结和分析.最后,给出了磁谐振耦合无线能量传输中有待解决的一些问题.     

基于输电走廊的无线传感器网络结构研究

提出基于输电走廊的无线传感器网络来解决输电线路在线遥测远程通信问题,同时提出从线路电流电磁感应获能而解决监测装置电源问题.在分析输电线路遥测遥控需求的基础上,解决了基于输电走廊这样一种特定条件下的无线传感器网络结构及层次问题.针对输电线路检测数据属性的特点,提出按数据属性融合对传感器节点分簇,从而大幅度减少通信流量,提高网络传输效率.针对线路负荷特点的能源策略,提出了节点在能源利用上的协作机制.     

Turbo码在无线视频传输的误码保护及方案

由于无线信道的时变、高误码等特性,要求信道编码方式有较强的抗误码能力,而且能够自适应无线信道状态的变化。码率匹配删余Turbo码能实现这样的编码要求,并使用tr-s交织器,使其对视频流进行保护。本文介绍了Turbo码在移动通信信道的应用,并讨论了新的自适应调制及不等差错保护方案。     

磁耦合谐振式无线电能传输线圈的磁聚焦仿真

为通过磁聚焦技术提高无线电能传输效率,对磁耦合谐振式无线电能传输系统中的磁场分布特性进行分析,并采用Comsol Multiphysics多物理场软件,对不同类型线圈、不同线圈排列结构的磁场聚焦特性进行仿真.结果表明:本文设计的5线圈结构通过角度、距离、尺寸的逐级优化,其磁场聚焦特性不断增强,最终得到一种结构简单、可靠性高的线圈结构.     

一种气象数据无线传输与综合显示系统

为提高气象数据传输的灵活性,采用一种安装方便、性价比较高的无线模块来传输数据.常见气象仪器有一套独立的数据接收显示软件,但无法综合显示.开发一款软件,将VPF-730实时天气现象仪、WEATHERPAK-2000自动气象站数据和串口摄像头图像进行综合对比显示,并提供数据存储及历史数据查询基本功能.经实验验证,该系统运行稳定,数据显示效果较好.     

太阳能无线传感器网络节点传输功率优化策略

针对最大化节点能量收集时间内的数据传输量问题,考虑太阳能驱动的无线传感器网络节点的能量收集特性,在数据已经到达的假设下,设计了环境能量驱动节点的前向-后向搜索(FBS)传输功率优化策略.该策略依据节点收集能量下降段平均值的判断,给出全局优化的各时刻节点的传输功率.最后以1990年美国洛杉矶(N33°,W118°)的光照辐射数据为依据,对算法进行了仿真分析.结果表明:前向-后向搜索传输功率优化策略在传输的数据量上优于能量即到即用(EUP)的传输方式;节点收集能量的时间越长,算法的优化效果越好.