基于非正弦电流波近场耦合无线供电与通信复用系统研究

基本信息
批准号:51777098
项目类别:面上项目
资助金额:61.00
负责人:周岩
学科分类:
依托单位:南京邮电大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:马海啸,巩飞,杜鹏,陈轶涵,吴伟,林武,陈麒米,董朋,张宇飞
关键词:
高频逆变器磁芯损耗无线充电电磁耦合谐波通信
结项摘要

In the near-field application of the wireless power and data transfer system, a well design should be met low costs, high efficiencies and high power densities. The project proposes an electromagnetic coupling method based on the nonsinusoidal waveforms to meet the requirements of the multiplexing system. The project focuses on following aspects: . First, the fundamental component of the nonsinusoidal waveforms is used to achieve the wireless power transfer, and using its harmonic components achieve the wireless communication. Based on the proposed method, a single system with multiple functions can be achieved ; . Second, the changing tendency of harmonic components is researched under the different working conditions. The driving timing is optimized for improving peak current utilization and suppression low frequency harmonic components;. Third, the steady-state equivalent models for the units of wireless power system and wireless communication are established. Based on these results, the bandwidth limitations and SNR model of the communication channel are analyzed; . Fourth, based on the core losses separation model, the method used to demonstrate the effect of different structures of coils and non-linearly magetizing process on core losses is researched. The relationships between the key parameters of WPIT system and core losses are studied at the same time.. Fifth, novel communication control methods are used to decouple relationships between the communication speed and efficiency. Under limited conditions, the optimal coordination relationships between the wireless power transfer energy and the wireless communication channel capacity are also researched. . By studying the project, it provides a powerful theoretical analysis tool for the wireless power and data transfer system based on the proposed method.

在无线供电与通信复用系统中,研究满足低成本、高效率的解决方案存在着显著挑战。本项目提出了一种基于非正弦电流波电磁耦合方法以满足复用系统需求,主要研究内容是:利用非正弦电流波中基波能量实现无线供电、利用其谐波能量实现无线通信,实现单一拓扑架构的复用;研究非正弦波中基波和谐波变化规律,通过合理的时序设计实现在抑制低频谐波分量的同时优化“峰值电流利用率”以提升无线供电能力;建立复用系统中无线供电单元和通信单元的暂态和稳态等效模型及其信噪比模型;基于创新的“三角化率”和“谐波频率放大效应”调制方法动态控制谐波分量,实现无线供电效率与通信之间的准解耦控制;基于磁损构成分离理论研究体现非均匀激磁、线圈结构对平面磁芯损耗影响模型及其对关键电参数的影响;研究在受限条件下系统效率、功率、信道容量三者之间的优化协调控制方案。通过该项目的实施,为基于非正弦电流波电磁耦合方法设计的复用系统提供全面的理论分析工具。

项目摘要

在无线供电与通信复用系统中,研究满足低成本、高效率的解决方案存在着显著挑战。本项目提出了一种基于非正弦电流波电磁耦合方法以满足复用系统需求,主要研究内容是:利用非正弦电流波中基波能量实现无线供电、利用其谐波能量实现无线通信,实现单一拓扑架构的复用;研究非正弦波中基波和谐波变化规律,通过合理的时序设计实现在抑制低频谐波分量的同时优化“峰值电流利用率”以提升无线供电能力;建立复用系统中无线供电单元和通信单元的暂态和稳态等效模型及其信噪比模型;基于创新的“三角化率”和“谐波频率放大效应”调制方法动态控制谐波分量,实现无线供电效率与通信之间的准解耦控制;基于磁损构成分离理论研究体现非均匀激磁、线圈结构对平面磁芯损耗影响模型及其对关键电参数的影响;研究在受限条件下系统效率、功率、信道容量三者之间的优化协调控制方案。.通过该项目的研究对无线供电与通信复用系统的本质有了更深入了解。与申报书相比,新方案直接采集功率波形的频率信息,在二次侧构建方波信源,利用重构信源产生的方波中的谐波分量实现信号的传输,降低发射侧工作频率的偏移量,提高系统能量传输效率。该方案优势如下:无需在发射侧产生谐波信号,显著改善系统的EMI性能;原、副边均处于谐振状态,无线供电系统的效率及其传输功率都得到极大提升;无需独立构建信号信源,显著简化通信调制和解调电路;无线供电通道与信息传输通道共享,且无线电能传输的功率大小不会对通信功能产生噪声干扰,实现无线电能传输功率与通信信噪比之间的解耦。.通过该项目的实施,为无线供电与通信复用系统设计的提供全面的理论分析工具。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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