基于功率开关变换电路理论的能量/信号复合传输方法和系统研究

功率变换器拓扑及其控制理论主要解决电能的转换和传输问题，本项目在其基础上研究电能/信号同步传输的实现方法及相关理论。包括两部分：1、频域复合传输：利用变换器输入端或输出端产生的谐波传输数据；2、时域复合传输：基于功率开关变换电路设计独立的电源/信号时分复用传输电路。本项目将电力电子技术与通信技术相融合，为学科交叉研究课题。第一部分利用变换器产生的谐波传输数据，主要考虑采用FSK和OFDM调制方案，通过控制变换器产生的各次谐波频率和相位，实现数据的传输，同时不改变原有变换器功率转换功能。第二部分设计独立的电源/信号复合传输电路，主要采用电源／信号时分复用机制，在同一条线路上分时传输功率和信号，实现了功率线与信号线的复用，以及能量传输和信息传递的融合。本研究项目的目标是将数据传输机制直接嵌入到电能变换装置，以实现设备的智能化和小型化，为智能电网及物联网设备提供一种更加简洁的接口。

电力电子设备的智能化是电力电子技术发展的趋势。本项目在传统的电力电子PWM调制技术基础上，研究在功率变换电路中调制数据信息的基本理论，提出了多种低成本、高可靠性的电力电子设备互连解决方案，包括：.1、提出了功率/数据频分复合调制方法。在传统的功率变换器控制基础上，利用开关次谐波或注入特定谐波作为信号载波进行数据传输。有两种基本的数据调制方法：PWM载波数据调制和PWM调制波的数据调制。PWM载波的数据调制又包括PWM/FSK复合调制方法和PWM/PSK复合调制方法。针对不同的电路拓扑，通过建立信号传输模型，分析各种不同调制方式下的数据传输特性，以及对功率控制环路的影响，最后搭建实验系统验证了该方法的正确性。.2、提出了功率/数据时分复合传输技术及其设计方法。功率/数据时分复合传输技术通过电力电子电路，在一条总线上分时传输功率与数据。本项目分析了功率/数据时分复合传输的信号时序、电路和通信协议，提出了提高输出功率、增加传输距离和抑制共模干扰问题的方法。.3、提出了一种无线电能/数据复合传输的方法。通过研究在无线电能传输过程中的数据信号同步传输机制，提出了一种利用公共耦合线圈建立两个独立的谐振槽路分别传输功率信号和数据信号的方法。该技术可应用于大功率无线电能传输中的闭环控制，移动端负载检测等领域。.4、研究了涉及信号与能量相互转换的其他相关领域，如利用电流互感器取电技术、利用耦合线圈的谐振原理非接触测量电阻值等技术。. 本项目结合了电力电子与通信的交叉学科内容，揭示了功率与信息在一个电学系统中可以相互融合，从而实现多种新的功能。所取得的成果可应用于智能电源装置设计、能量互联网与能量路由器、无线电能传输等领域。