一种通过选通开关改变输入电压幅值进行信号正向传输.doc
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1、一种通过选通开关改变输入电压幅值进行信号正向传输摘要:为解决在一些非接触电能传输过程中,信号只能单向传输或半双工传输,不能实现信号控制和反馈实时交互的问题,针对感应耦合电能传输(ICPT)系统中的信号全双工传输问题,提出一种通过选通开关改变输入电压幅值进行信号正向传输,调节副边补偿电容进行信号反向传输的方法。分析了输入电压幅值变化对副边电流以及副边补偿电容改变对原边电流的影响,并采用Simulink、Simplorer和Maxwell联合仿真得到输入电压与副边补偿电容同时变化时原副边电流包络信息,仿真结果验证了信号全双工传输的可行性。0 引言感应耦合电能传输(ICPT)作为一种新型的无线电能传
2、输技术,克服了传统的通过导线传输电能所带来的安全隐患和功能上的局限1。然而在很多实际应用中,不仅要满足电能的传输要求,同时还要实现信号的实时传输。例如,在石油钻井、内置式医疗电子装置等特殊应用环境中,在完成能量传递的同时,不仅需要由原边不断向副边发送控制指令,还需要将副边监测到的信息实时地反馈到原边。在以往的众多关于ICPT系统信号传输研究中,经常采用额外增设一对信号耦合线圈,使信号和能量分开传输,不仅增加了系统设计的复杂度,还存在能量线圈与信号线圈之间相互干扰的问题。或者只研究了信号从系统原边向副边传输或副边向原边传输的单向传输方式2-8。现有的信号由原边向副边传输的方法多采用在系统主电路增
3、设开关器件,当开关断开时,只能依靠电路中电感电容储存能量给后级供电。传输速度较慢,且只能工作在小功率的情况下。本文针对ICPT系统中的信号全双工传输问题,提出一种通过选通开关选择不同幅值输入电压进行信号正向传输,调节副边补偿电容进行信号反向传输的方法,不仅大大提高了传输的速率,而且实现了信号的全双工传输。1 系统结构及传输原理1.1 信号调制原理图1所示为ICPT系统原理图。系统可分为初级回路和次级回路。初级回路通过变换器把直流电压逆变为高频交流电压,在原边产生交变磁场耦合到副边,副边感应出电动势,经过补偿以及整流滤波后给负载提供电能。典型的全桥逆变SP(电容在电路中初级串联,次级并联)型补偿
4、电路及其等效电路如图2、图3所示。SP结构次级阻抗ZS可写为:在原副边电路参数一定的情况下,由式(5)可知,仅改变输入电压Vin会改变次级电流IS的大小。由式(1)、式(3)、式(6)可知,改变C2容值,将改变副边线圈对原边的反射阻抗Zr,进而改变原边电流幅值IP的大小。因此,可以选择合适的输入电压Vin和调节电容C9,根据不同数字信号“0”或“1”来调节选通开关和副边补偿电容,设定次级向初级传输速度是初级向次级传输速度的两倍。由式(4)、式(5)可知,在初次级电路参数不发生改变的情况下,改变输入电压Vin,初次级电流IP、IS均会改变。当C2容值改变时,原边电流幅值IP变化比较大,副边电流幅
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