基于LCC双边谐振的电能与信号并行传输技术研究

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近年来,无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术作为一种新型电能传输技术受到国内外的广泛关注。在WPT系统的应用中,单能量传输已难以满足人们的日常需求。为了得知系统的工作状况,如:系统工作状态的检测、负载端状态信息的上传、跟踪系统以实现最优工作效率以及异物检测等等,在能量传输的同时,不可避免的需要进行信息的交互,根据获得的数据信息对系统的工作状态进行调整。因此,能量与信号并行传输技术成为了WPT系统进行信息交互的重要实现技术。迄今为止许多学者已经围绕磁场耦合式无线电能与信号同步传输技术展开了大量研究并取得了一定的成果。本文总结了目前WPT系统实现信号全双工传输的几种方法,经过对比这几种不同方式之后选择了一种通过独立的数据载体,来实现能量和信号共享通道的同步传输方法。这种方式不需要额外的线圈和通信模块,不会出现大幅度功率波动,具有体积小、成本低和功率传输稳定等优点。然而,尽管这种方式已经发展了多年,但是能量和信号通道中之间的串扰问题仍然存在,能量干扰电压可能会影响信号的调制解调。此外,信号在全双工通信模式下,信号源会对同侧接收到的信号产生干扰,造成系统的信噪比降低。为解决上述问题,本文提出了一种基于双侧LCC补偿拓扑和双谐振结构的能量与信号全双工同步传输系统,以实现能量和信号并行传输。在能量传输通道中,LCC拓扑的恒流特性可以使能量传输高效且稳定,同时降低能量传输对信号通道的干扰。信号通道基于双谐振结构实现双向信号传输,利用其阻抗特性抑制同侧信号源的干扰,从而实现全双工通信。通过分析信号通道各部分的阻抗,推导出信号传输的传递函数和增益。基于非理想条件下能量干扰和同侧信号源干扰的等效电路,得到了能量和同侧信号源干扰的传递函数并进一步推导出信噪比表达式。通过对影响信噪比关键参数的分析,给出了一种以高信噪比为目标的参数设计流程。最后,为了验证系统的可行性,在MATLAB/Simulink软件平台中搭建了系统仿真模型,同时搭建了系统实验平台。仿真和实验结果都证明了所提出的系统能够实现能量和信号全双工传输。
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