【摘 要】
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基于耦合谐振的无线能量传输技术作为无线能量传输一种重要的方式,己经广泛地应用于家用电器、植入式医疗设备、电动汽车、可穿戴设备等众多领域。在实际的工业应用中,收发两端不仅需要能量传输,也需要数据同步传输。目前主流的能量与数据同步方式有两种。一是双链路同步传输技术,即在能量传输链路之外,增加额外的数据传输链路;这种方式容易造成设备冗杂,灵活性与可靠性降低,同时增加了成本。二是共享链路同步传输技术,即利
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基于耦合谐振的无线能量传输技术作为无线能量传输一种重要的方式,己经广泛地应用于家用电器、植入式医疗设备、电动汽车、可穿戴设备等众多领域。在实际的工业应用中,收发两端不仅需要能量传输,也需要数据同步传输。目前主流的能量与数据同步方式有两种。一是双链路同步传输技术,即在能量传输链路之外,增加额外的数据传输链路;这种方式容易造成设备冗杂,灵活性与可靠性降低,同时增加了成本。二是共享链路同步传输技术,即利用无线能量传输系统的耦合线圈作为共享链路进行能量与数据同步传输;该方法具有成本低、体积小优点,但能量对数据耦合噪声与数据传输的引入对能量传输影响成为其实用化进程中亟待解决的难题。针对以上问题,本文做了如下工作:对耦合谐振式无线能量传输系统四种补偿拓扑结构进行分析,由于串联-串联型(Series-Series,SS)补偿拓扑结构无功补偿简单,输出特性对系统参数变化不敏感,因此选择SS型补偿拓扑结构作为能量传输系统的基本结构。随后在能量传输理论的基础上,进一步研究基于共享链路的数据同步传输技术。为解决传统共享链路技术存在的问题,本文提出了一种感容耦合的同步传输方案,即利用收发线圈感性耦合传输能量,容性耦合传输数据。针对本文提出方案建立电路模型,根据对能量与数据混合传输链路的分析,给出了优化系统信噪比的原则,并利用Multisim仿真软件进行系统硬件设计,最终搭建了完整的同步传输系统样机。在线圈间距2cm时,单独进行能量传输的输出功率为2.47W,而进行同步传输的输出功率为2.23W,数据传输的引入仅引起了输出功率6.2%的变化。单独进行能量传输的耦合噪声为42.38m V,单独进行数据传输的有效数据信号为348.3m V,能量对数据的耦合噪声仅为有效数据信号8.3%。实验结果表明,该系统实现了同步传输的功能,改善了传统共享链路技术的缺陷,并且数据传输速率高达200Kbps。
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