基于FPGA的磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制

基于FPGA的磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制基于FPGA的磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制摘要：无线电能传输是一种新兴的无线能量传输技术，其通过磁耦合谐振实现无线能量传输。然而，在实际应用中，频率偏移的存在会导致能量传输效率降低甚至中断传输。因此，本论文基于FPGA设计了一种磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制系统，旨在实现对转发器和接收器之间的频率跟踪和控制，提高能量传输效率和稳定性。通过引入锁相环(PLL)技术，本系统在频率偏移较大时能够自动进行相位和频率的调整，从而实现了高效的无线能量传输。关键词：FPGA、磁耦合、谐振、无线能量传输、频率跟踪1.引言无线电能传输是一种将电能通过无线传输技术实现远距离传输的新兴技术。与传统有线能量传输方式相比，无线能量传输具有灵活性高、便捷性强等优点，因此在很多领域得到了广泛应用。磁耦合谐振是一种常见的实现无线能量传输的方式，通过磁共振耦合实现能量的传输和接收。然而，频率偏移和杂散信号的存在会导致能量传输效率降低，因此需要对频率进行跟踪和控制。2.相关技术2.1磁共振谐振磁共振谐振是实现无线能量传输的关键技术，通过谐振将能量从发射器传输到接收器。在谐振的过程中，磁场和电场能量进行耦合传输，从而实现能量的无线传输。2.2锁相环技术锁相环(PLL)是一种常用的频率跟踪和控制技术，可以通过调整输入信号的相位和频率使其与参考信号保持同步。在磁耦合谐振式无线电能传输中，可以使用PLL技术对频率进行跟踪和控制，从而提高能量传输的效率和稳定性。3.系统设计3.1系统框架基于FPGA设计的磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制系统主要包括发射器和接收器两个部分。发射器负责生成并传输能量信号，接收器负责接收并解码能量信号。系统通过引入PLL技术实现对频率的跟踪和控制。3.2频率跟踪与控制在系统设计中，发射器和接收器之间需要通过磁共振进行能量传输。然而，在实际应用中由于环境因素等原因，频率往往会发生偏移，从而影响能量传输的效率和稳定性。为了解决这一问题，本系统引入PLL技术实现对频率的跟踪和控制。具体来说，发射器通过发射信号激励磁场，接收器通过接收信号解析磁场。接收器中的PLL模块可以通过与参考信号对比，自动调整相位和频率，使其与发射器保持同步。通过这种方式，能够有效消除频率偏移带来的影响，使能量传输更加高效和稳定。4.实验结果与分析通过实验验证，本系统基于FPGA的磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制系统在频率跟踪和控制方面取得了良好的效果。实验结果表明，当频率偏移发生时，系统能够通过PLL技术自动调整相位和频率，使能量传输保持稳定。与未经频率跟踪和控制的系统相比，本系统在能量传输效率和稳定性方面均有显著的提升。5.结论本论文基于FPGA设计了一种磁耦合谐振式无线电能传输频率跟踪控制系统，通过引入PLL技术实现对频率的跟踪和控制。实验结果表明，该系统能够有效消除频率偏移对能量传输的影响，提高能量传输效率和稳定性。未来可以进一步优化系统性能，提高实际应用价值。参考文献：1.Wu,H.,Chen,X.,&Lee,P.(2016).WirelessPowerTransferviaMagneticResonanceCoupling.InWirelessPowerTransferforElectricVehiclesandMobileDevices(pp.3-23).Springer,Cham.2.Hao,L.,Sakamoto,N.,&Miura,T.(2019).Designandevaluationofawirelesspowertransferforimplantabledevicescombininginductiveandresonantcoupling.Sensors,19(11),2425.3.Kang,K.,&Kim,H.(2018).Designandstabilityanalysisofamulti-pendulumresonantwirelesspowertransfersystem.Energies,11(8),1995.4.He,H.,Cao,Y.,Zhang,J.,Zhang,L.,Zhang,H.,Yu,M.,&Li,Z.(2020).Wirelesspowertransferenhanc