感应式无线能量与信号复合传输技术研究.pdf

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1、硕士学位论文感应式无线能量与信号复合传输技术研究RESEARCHONINDUCTIVELYCOUPLEDWIRELESSPOWERANDDATACOMPOSITETRANSFERTECHNOLOGY刘梦雨哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM923.6学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文感应式无线能量与信号复合传输技术研究硕士研究生：刘梦雨导师：杨华高级工程师申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单

2、位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM923.6U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONINDUCTIVELYCOUPLEDWIRELESSPOWERANDDATACOMPOSITETRANSFERTECHNOLOGYCandidate：LiuMengyuSupervisor：SeniorEngineer.YangHuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngine

3、eringSpecialty：ElectricalEngineeringAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要感应式无线电能传输具有辐射小、可靠、灵活、无直接物理接触等优点，被广泛应用在电动汽车、植入式医疗、消费电子等领域。在一些场合中，除实现能量传输外，还需实现信号

4、的复合传输，以完成发送控制指令、反馈测量信号、实时监控系统状态信息等功能。由于现有的无线能量与信号传输系统大多采用分离通道传输能量与信号，增加系统体积与复杂度。且普遍采用低阶补偿，具有电路灵敏度过高，不易实现ZVS软开关等缺陷。同时现有的文献关于能量与信号传输的串扰，能量传输回路高次谐波对信号传输影响的分析较少。针对上述问题，本文基于传统ICPT系统，设计一种通过共用同一松耦合变压器，无需增设信号传输线圈，并采用高阶补偿网络保证能量稳定传输的同时完成信号的复合传输。本文首先通过Maxwell对松耦合

5、变压器进行建模、仿真分析，确定其最优参数。同时利用基波分析法，对能量传输回路的S/LCC高阶补偿网络的静态工作特性、输入阻抗特性、输出特性等进行分析设计，实现能量高效、稳定的传输；而后选择幅移键控调制方式，对信号传输回路各部分的阻抗特性、信号传递函数、信号传输信噪比及信号传输速率等特性进行探究，总结决定相关特性的主要因素，同时设计相应的信号调制电路与信号解调电路，确保信号的准确稳定传输；随后对能量与信号复合传输系统的综合性能进行探究，包括：不对称处理电路以实现MOSFET的ZVS软开关，降低能量信号

6、传输之间的串扰，并分析能量传输回路中的逆变与整流环节的高次谐波对能量传输以及信号传输的影响，验证所设计的系统对两种高次谐波均具有良好的抑制性能。最终搭建了感应式无线能量与信号复合传输的系统样机，原、副边无线传输距离10cm下，能量传输回路额定功率50W时，系统效率达到86.2%，且实现了ZVS，同时实现信号的复合传输，在ASK编码“11001110”下，传输速率40kbps，信号接收端的信噪比为-3.01dB，验证了方案的可行性。关键词：感应式无线电能传输；信号传输；补偿网络；幅移键控；串扰-I-哈

7、尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInductivelycoupledpowertransferiswidelyusedinelectricialvehicles,implantablemedicaldevices,consumerelectronics,etcbecauseofitsadvantagesofsmallradiation,reliability,flexibilityandnodirectphysicalcontact.Insomeoccasions,inadditiont

8、orealizingpowertransmission,acompositetransmissionofsignalsisalsorequiredtocompletefunctionssuchassendingcontrolcommands,feedingbackmeasurementsignals,andmonitoringsystemstatusinformationinreal-time.Whiletheexistingwirelesspoweranddatat