基于梯形波电流的无线电能与信号同步传输技术的研究

摘要

无线电能传输技术是现代电能传输领域的热门之一，在许多领域出现了商品化的应用，展示了其广阔的应用前景。但是在一些特定的应用中，不仅需要无线电能的传输，还需要传输信号以实现发射端与接收端之间的通信。因此本文提出了一种新颖的基于梯形波电流的无线电能与信号同步传输系统，利用梯形波中的基波分量和谐波分量分别传递能量和通信信号。 本文首先以互感模型为基础，研究了传统的无线电能传输系统，介绍了其基本组成、电路原理以及基本公式，研究了初级电路与次级电路的主要纽带：反射阻抗,并提出如何通过反射阻抗来匹配电路参数，提高电能传输效率。然后在无线电能传输基础上，提出了一种利用谐波通信的无线电能与信号同步传输方案。通过对梯形波电流进行傅里叶级数分解，建立了系统的等效电路模型。通过定义三角化率，可以定量分析不同形状的梯形波电流对基波和各次谐波分量的具体影响，同时还比较了电流峰值相同的梯形波与三角波的无线电能传输能力。本文采用了新颖的梯形波三角化率通信调制方法，当系统不需要通信时，可全面抑制3次谐波分量；需要通信时，通过改变梯形波电流三角化率对谐波分量进行实时动态控制。分析了通信线圈的电压包络线特性，通过具体计算给出了系统工作点选择的依据。 最后基于系统的等效电路模型与通信功能调制解调策略，搭建硬件实验平台。实验证明本文所采用的方法可有效地减少EMI噪声，通信功能对电能传输影响很小，实现了负载条件与通信功能的准解耦控制。

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