【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线电能传输，具体涉及一种基于磁耦合谐振式无线电能和信号分时传输方法。
技术介绍
1、随着电力电子技术和控制技术的迅速发展，能量和信息传输正逐渐从传统的电缆传输方式转向无线传输方式。新型的电能传输方式基本上都是以实现无线电能传输为目的作为研究方向。
2、目前，主要的无线电能传输技术包括非接触感应式耦合电能传输(inductivelycoupled power transfer，icpt)、磁场谐振式(electro-magnetic resonant powertransmission，erpt)、微波辐射式(microwave power transmission，mpt)以及射频电能传输技术(radio frequency power transmission，rfpt)等。其中，磁感应式和电场感应式无线电能传输是当前的研究热点。而能量传输过程中往往伴随着信号的传输。传统的无线能量和信号传输技术的研究主要有两种传输方案：一种是通过独立通道单独传输能量和信号，另一种是通过同一通道传输能量和信号。前者增加了传输机制的体积和成本，设备的复杂度增高，并导致能量和信号传输之间产生显著的干扰。后者主要通过改变能量载体的传输波形来载入信号，因此，在信号传输过程中，由于频率或振幅变化，功率和效率将受到影响。然而，后者的设备尺寸减小、成本降低，能够极大地降低能量和信号传输之间的干扰。随着研究和技术进步的不断深入，特别是在使用能够通过同一通道传输能量和信号的技术方面，它将成为无线能量和信号传输技术研究的主要焦点。>
3、在当前的无线能量和信号传输方法中，信号加载主要通过逆变器开关电路或信号耦合线圈实现。然而，逆变器连接容易产生共振偏移，在高功率水平下会导致电磁干扰；而信号耦合线圈则容易受到主电路高频反转能量的影响。此外，关于无线能量和信号传输应用的研究主要集中在感应式无线能量传输平台上，磁耦合谐振无线能量传输平台的研究相对较少。
4、为了避免逆变器连接信号加载的缺点，同时减少逆变器对系统的影响，我们需要设计一种优化补偿策略，以提高能量和信号的传输性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于磁耦合谐振式无线电能和信号分时传输方法，解决了现有技术中存在的电能高效率传输、电能与信号共用一个传输通道以及信号与电能传输互不干扰的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是，基于磁耦合谐振式无线电能和信号分时传输方法，具体按照以下步骤实施：
3、步骤1、原边全桥逆变网络交流直流电转化；
4、步骤2、构建能量信号分时传输电路拓扑网络；
5、步骤3、基于2fsk的信号调制和信号的解调；
6、步骤4、基于磁耦合谐振无线电能传输的电能和信号切换。
7、本专利技术的特点还在于，
8、步骤1具体按照以下步骤实施：
9、使用电压型全桥逆变器，设定直流电源经过全桥逆变网络后转换为高频交流方波，全桥逆变网络工作过程具体如下：
10、设开关s1、s2、s3、s4均为构成全桥逆变的npn增强型mosfet开关管；
11、阶段1，即时刻t0～t1：对角开关管s1和s4导通，原边串联谐振回路中激励电压和电流同向，原边电流以正弦上升至峰值后衰减，在t1时刻，s4关断，此时原边电流不为零，由s4强制换流至同一桥臂的s2开关管反并联二极管，s2开通时实现零电压开通zvs；
12、阶段2，即时刻t1～t2：两个桥臂的上管s1和s2反并联二极管导通，全桥输出电压为谐振回路中谐振电流保持方向不变，以正弦衰减，在t2时刻，原边电流过零并反向，谐振电容电压达到正向峰值，电感电压达到反向峰值；电流由s1自然换流至其反并联二极管，由s2反并联二极管自然换流至s2。
13、阶段3，即时刻t2～t3：两个桥臂的s1上管反并联二极管和s2导通，全桥输出电压仍为0，谐振回路电流反向，以正弦反向上升，在t3时刻，s1关断，s3导通，电流由s1的反并联二极管强制换流至s3，关断时实现零电压关断zvs；
14、阶段4至阶段6与阶段1至阶段3是对称的，电路工作情况与正半周期相似。
15、步骤2具体按照以下步骤实施：
16、采用初级串联补偿电路，次级不补偿电路，次级耦合线圈中的感应电压，经全桥整流环节以及大电容滤波器供给负载，故次级回路中负载电阻以及全桥整流网络，相对于次级拾取线圈的等效电阻表示为：
17、
18、式中：req表示次级回路整流桥与负载的等效阻抗，rl表示整流侧的负载电阻；
19、根据补偿网络及其耦合线圈，得知系统的原副边回路有以下关系：
20、
21、式中：rp、lp、cp分别为原边耦合线圈的等效电阻、原边耦合线圈的自感和原边的谐振补偿电容，ip、is分别为原、副边主电路电流，m为耦合线圈的互感，ω为电路工作频率下的角频率值，up是直流电源经高频逆变后产生的交流方波电压；
22、
23、式中：rs、ls、req分别为副边耦合线圈的等效总电阻、副边耦合线圈的自感和次级回路整流桥与负载的等效阻抗，ip、is分别为原、副边主电路电流，ω为电路工作频率下的角频率值；
24、且原边满足谐振状态：
25、
26、式中：ω为电路工作频率下的角频率值，lp、cp分别为原边耦合线圈的自感和原边的谐振补偿电容；
27、上式经整理得原边电流为：
28、
29、式中：ip为原边主电路电流，up是直流电源经高频逆变后产生的交流方波电压，rp、lp、cp分别为原边耦合线圈的等效电阻、原边耦合线圈的自感和原边的谐振补偿电容，ω为电路工作频率下的角频率值，m为耦合线圈的互感，rs、ls、req分别为副边耦合线圈的等效总电阻、副边耦合线圈的自感和次级回路整流桥与负载的等效阻抗；
30、
31、式中：is为副边主电路电流，m为耦合线圈的互感，ip为原边主电路电流，ω为电路工作频率下的角频率值，rs、ls、req分别为副边耦合线圈的等效总电阻、副边耦合线圈的自感和次级回路整流桥与负载的等效阻抗；
32、当磁场谐振式erpt系统工作在一个固定的负载范围时，其负载阻值的变化范围在规定的区间，且系统工作在一个高频的状态，此时rs+req/jω忽略不计，则系统副边电流表示为
33、
34、式中：is为副边主电路电流，m为耦合线圈的互感，ip为原边主电路电流，ls副边耦合线圈的自感；
35、由上式看出拓扑网络的初次级电流之间没有相位差，当初级电感电流处于过零点时，次级也处于过零点，则磁耦合谐振无线电能、信号传输系统处于零能量储存状态，此时将系统进行能量和信号传输的功能切换；
36、且在信号通道加入阻波网络，阻波网络中心频率满足下式：
37、
38、式中：f本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于磁耦合谐振式无线电能和信号分时传输方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振式无线电能和信号分时传输方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：
3.根据权利要求2所述的基于磁耦合谐振式无线电能和信号分时传输方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：
4.根据权利要求3所述的基于磁耦合谐振式无线电能和信号分时传输方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：
5.根据权利要求4所述的基于磁耦合谐振式无线电能和信号分时传输方法，其特征在于，所述步骤4具体按照以下步骤实施：
【技术特征摘要】
1.基于磁耦合谐振式无线电能和信号分时传输方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的基于磁耦合谐振式无线电能和信号分时传输方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：
3.根据权利要求2所述的基于磁耦合谐振式无线电能和信号分时传输方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵航，许知博，张杰，李鹏，蔡彬，李小卫，张含芝，冯保祥，杨磊，
申请(专利权)人：国网陕西省电力有限公司咸阳供电公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。