基于電力電子電路的功率-信號復(fù)合傳輸方法和理論研究.pdf

1、本文將電力電子電路與通信技術(shù)相結(jié)合，在傳統(tǒng)的電力電子電路與PWM控制技術(shù)基礎(chǔ)上，應(yīng)用數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)，提出了利用功率變換電路同時實現(xiàn)功率變換和數(shù)字信號傳輸?shù)姆椒?，并分析了功率變換/信號傳輸在頻域和時域的實現(xiàn)方式，即功率/信號頻分復(fù)合傳輸和功率/信號時分復(fù)合傳輸。
　　 功率/信號頻分復(fù)合傳輸可以通過電力電子電路的功率/信號頻分復(fù)合調(diào)制方法實現(xiàn)。功率/信號頻分復(fù)合調(diào)制在傳統(tǒng)的PWM控制基礎(chǔ)上，利用開關(guān)次諧波作為載波傳輸數(shù)據(jù)。

2、功率/信號頻分復(fù)合調(diào)制有兩種基本方法:PWM/FSK調(diào)制和PWM/PSK調(diào)制。通過功率/信號頻分復(fù)合調(diào)制，電力電子電路的輸入開關(guān)紋波和輸出開關(guān)紋波均包含了數(shù)據(jù)信息。由于開關(guān)紋波信號的幅值與電路拓?fù)洹⑤斎腚妷?、輸出電壓及?fù)載等因素相關(guān)，為保證通信信號的穩(wěn)定，功率/信號頻分復(fù)合傳輸系統(tǒng)應(yīng)選擇開關(guān)紋波變化較小的電路拓?fù)?。在恒壓輸出和?fù)載電流大范圍變化的條件下，通過對基本DC/DC拓?fù)漭斎爰y波與輸出紋波的分析，得到如下結(jié)論:Boost拓?fù)溥m合在

3、輸入端實現(xiàn)通信功能;Buck拓?fù)溥m合在輸出端實現(xiàn)通信功能;Cuk拓?fù)湓谳斎攵嘶蜉敵龆司蓪崿F(xiàn)通信功能;而Buck-Boost在輸入端或輸出端均不適合。
　　 本文還以Boost電路為例，詳細(xì)分析了PWM/FSK和PWM/2PSK直序擴頻復(fù)合調(diào)制與解調(diào)的實現(xiàn)過程，推導(dǎo)了載波頻率和載波形狀的選擇原則，并分別針對這兩種調(diào)制方法，設(shè)計了相應(yīng)的數(shù)字解調(diào)算法，最后通過實驗驗證了這兩種調(diào)制方法的正確性。
　　 功率變換電路通過時分方式

4、實現(xiàn)功率變換/信號傳輸?shù)脑硎抢秒娏﹄娮与娐穫鬟f能量的間隙，傳輸數(shù)字信號。該方法具有電路結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強的優(yōu)點，但是不能實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出功能。本文將功率/信號時分復(fù)合傳輸系統(tǒng)的傳輸設(shè)備分為供電設(shè)備和受電設(shè)備，在此基礎(chǔ)提出了通用功率/信號時分復(fù)合傳輸系統(tǒng)的設(shè)計方法:首先確定功率/信號傳輸?shù)臅r序，其次設(shè)計供電設(shè)備和受電設(shè)備的電源電路，最后設(shè)計通信電路。根據(jù)該方法，給出了幾種基本的電源電路和通信電路。
　　 功率/信號時分復(fù)合傳輸

5、系統(tǒng)的應(yīng)用場合之一是分布式控制系統(tǒng)，傳輸距離較遠(yuǎn)，因此必須考慮傳輸線效應(yīng)。本文詳細(xì)分析了功率開關(guān)電路串聯(lián)傳輸線時的工作過程，理論分析和實驗結(jié)果均表明，在脈沖電源輸出端實現(xiàn)阻抗匹配可以有效改善線路末端的電壓波形，但是無法抑制源端的關(guān)斷反射尖刺。抑制傳輸線效應(yīng)的另一種方法是增加脈沖電源輸出的上升沿和下降沿時間。本文設(shè)計了一種軟開關(guān)電路，通過調(diào)節(jié)諧振參數(shù)控制輸出電壓脈沖的上升沿和下降沿時間，以降低傳輸線效應(yīng)的不利影響。該電路的傳輸效果通過實驗