הבנת האתגרים של שינוי אותות במערכות העברת חשמל אלחוטיות

התפקיד הקריטי של שינוי אותות במודרני אלחוטי חשמל העברה

העברת חשמל אלחוטית (WPT) עברה מסקרנות מעבדה לטכנולוגיה המוטבעת בסמארטפונים, כלי רכב חשמליים, שתלים רפואיים וחיישנים תעשייתיים.ההבטחה של משלוח אנרגיה ללא כבל באמת מתפתלת לפתרון מערכת של בעיות הנדסיות מורכבות, אין יותר תובעני מאשר מיזוג.ללא איתות חזק, אפילו מערכת WPT תוכנן ביותר תסבול מרעש, חוסר יציבות, וחוסר יעילות, ובתוך כך, הם חוקרים את האתגרים הספציפיים של האלגוריתם, אשר מספקים כדי להתגבר על ידי שימוש בטכניקות ספציפיות של שימוש באלגוריתם, ואפילו על ידי שימוש באלגוריתם, ואפילו על ידי שימוש בטכניקות הפעלה ומכשירים ספציפיים של שימוש באלגוריתם, ואפילו מערכת WPTic.

הבנת מצב ה- WPT Systems

התניה של מערכת העברת חשמל אלחוטית מתייחסת לשרשרת המלאה של עיבוד החלים על אותות חשמליים השולטים באספקת חשמל.שרשרת זו כוללת את ההגברה, סינון, חסימה, התאמה, וההמרות האנלוגית-ל-לדיגיטלית של שני גלימות התחנות כוח-carry ואת אותות הבקרה המשמשים לתקשורת בין משדר לבין המקלט.המטרה היא להבטיח כי הכוח נשאר יעיל, בטוח, יציב, בתנאים יציבים, ומשתנים, של מתחזים סביבתיים, והפרעות, ומשתנים, ומשתנים, והפרעות סביבתיות, ומשתנים.

בניגוד לקשרים קשיחים, אותות WPT עוברים דרך אוויר, רקמות או מדיה אחרת המציגה התעלות ורעש.העיגול ההמיזוג חייב לפצות על הפסדים אלה מבלי להציג עיוותים משלהם. פונקציות מפתח כוללות הגדלת רעש נמוך כדי לשמור על יחס אות-לנוזה, חסימת להקה לבודד את תדירות ההפעלה, עיבוד דיגיטלי בזמן אמת כדי להתאים פרמטרים המבוססים על משוב.

אתגרים מרכזיים של הפרעת אות ב-WPT

האתגרים של התניה ב-WPT יכולים להיות מחולקים למספר קטגוריות, כל אחת הדורשת גישות הנדסיות נפרדות.

1 אלקטרומגנטי אינטרפיון ו- Noise

מערכות חשמל אלחוטיות פועלות באותה ספקטרום אלקטרומגנטי כמו מכשירים אלחוטיים רבים אחרים. נתבים Wi-Fi בקרבת מקום, רדיו סלולרי ואפילו מעבר לממירי כוח יכולים להזריק רעש לתוך הקישור העברת החשמל.בנוסף, הזרם הגבוה במעבר בשלב ההפוך של משדר WPT יוצר ורדיו רעש שיכול להשחית אותות בקרה.

לדוגמה, בתחנת טעינה אלחוטית של כלי רכב חשמליים, נוכחות של אוטובוסים חשמליים סמוכים או קווי חשמל מעלים יכול לגרום זרמי פני השטח על סליל הטעינה, אשר מופיעים לאחר מכן רעש על מעגל המיזוג.מהנדסים חייבים לתכנן מסננים הקדמיים עם מזחלות חדות ודחייה גבוהה של פס כדי לשמור את ההפרעות האלה מחוץ ללחיצת משוב.

אטורציה ואובדן אותות לאורך מרחק

WPT סובל באופן חד-משמעי משיעור אותות של תת-ממדי לכיכר המרחק בין סלילים (או גרוע יותר, בגיאומטריה לא-אידית) השדה המגנטי יורד במהירות, והמתח המושרה בקרן הופך קטן מאוד - לעתים קרובות בטווח מטבוליט חייב להגביר את אותות זעירים אלה ללא הוספת רעש משמעותי.

תדירות ומיומנות וכוונון

רוב מערכות WPT פועלות בתדר חוזר שנקבע על ידי קיבול וחינוך של סלילים. עם זאת, שינויים בטמפרטורה, הזדקנות רכיב, או נוכחות של אובייקטים זרים מתכתיים יכול לשנות את השיא המחודש. מעגל התניית האות חייב להיות מסוגל לעקוב אחר שינויים אלה בזמן אמת ולהתאים את הפילטרים בהתאם.

4.לא ליניאריות בפאוור קומונס

הרכיבים הפעילים והפסיביים המשמשים ב- WPT – כגון MOSFETs, דידות, ו- capacitors – התנהגות לא ליניארית תחת תנודות זרם גבוה או מתח.זה מציג הרמוניות שעיוותות את כוח הסינוסים הנקי המקורי גלפורים. אלה מזיקים להפריע ליכולת המעגל לחוש כוח אמיתי ושלב, מה שמוביל למניעה לא נכונה של תפקוד ויעילות מופחתת עבור מקרה לא-FET יכול ליצור משוב דיגיטלי על ה-D על יכולת ה-Ding על ה-Ding על-S.

5.מעבדים בזמן אמת

מערכות חשמל אלחוטיות דורשות שליטה סגורה כדי לשמור על יעילות אופטימלית.הזמן בין שינוי בעמדת המקלט לבין התגובה של המערכת חייב להיות קצר מאוד - לעתים קרובות מתחת למילימטר השניות.זה מטיל דרישות שקיפות קפדניות על נתיב המיזוג של האות, כולל ADC sampling, סינון דיגיטלי, ובקרת ביצוע אלגוריתם במהירות גבוהה ADCs ו עיבוד מבוסס FPGA הם לעתים קרובות הכרחי, תוספת עלויות ומהירות נמוכה מאוד, כמו גם כן, כמו גם עיבוד אנרגיה נמוכה.

אסטרטגיות מתקדמות לOvercoming Signal Conditioning Challenges

מהנדסים פיתחו חבילת טכניקות כדי להתמודד עם האתגרים המתוארים לעיל.גישות אלה משלבות עיצוב אנלוגי ודיגיטלי, ולעתים קרובות מסתמכות על אלגוריתמים אינטליגנטיים שמתאימים לסביבה התפעולית.

1. Multiשלב filter ו- Noise Reduction

שלב מסנן יחיד הוא לעתים רחוקות מספיק כדי לדחות את מגוון רחב של מקורות רעש במערכת WPT. שרשרת טיפוסית של מיזוג אותות כולל LC נמוך LC נמוך LC או מסנן חסימה בקלט כדי להפיל גבוה ⁇ EMI, ואחריו מסנן פעיל באמצעות מגבר תפעולי המספק אותות מתגלגלים תלולים. חלק עיצובים להשתמש מסונן מסינון לתדירות המדויקת של מקור ידוע (כגון קרינת השמש מ קיבולת שונה).

2.נמוכים נמוך עם בקרת טווח דינמי

המגבר המשמש להגביר את אות המקלט החלש חייב להיות בעל משקל נמוך מאוד (below 1 dB בעיצובים מתקדמים) וטווח דינמי רחב כדי להתמודד הן אותות חלשים וחזקים. שליטה אוטומטית רווח (AGC) חיוני: כאשר ההפיכה הוא חזק (למשל, טלפון ממוקם באופן מושלם על מטען), את המגבר צריך להיות מופחת כדי למנוע קלפטפט; כאשר המכשיר הוא רחוק יותר, 000 כדי למנוע את ה-C כדי ליישב במהירות.

3.התאמה הסתגלות וכוונון

כדי להילחם בתדירות גבוהה variability, מערכות רבות משתמשות רשתות קיבוליביות או אינדוקטיביות שניתן לכוון באמצעות מיקרוסקופים דיגיטליים חזקים או העברת מערךי capacitor. מעגל התניית האותות מרגיש את ההבדל בשלב בין מתח לזרם הנוכחי במדר, ומיקרובקר מתאים את רכיבי הכוונון כדי לשמור על התחדשות.זה התאמה גם מסייע לפצות על שינויים בעומס, כגון מתח קבוע של מתח ממתח הנוכחי לשרירים קבועים.

ביטול הורמונלי וקידום

כדי להתמודד עם אי-לינאריות, מהנדסים משתמשים בטכניקות טרום-דיסקטוריציה שבו הכונן גלפור הוא בכוונה עיצב לבטל הרמוניות צפויות. מעגל התניה של האות מודד את התוכן ההרמוני בזמן אמת (למשל, באמצעות FFT ב DSP) ומתאים את דפוס ה- PWM של ה- PWM של ה- invertiraer. בנוסף, מסננים נמוכים עם תדרי חיתוך רק מעל היסוד יכול להיות נזקי דרך העיוותים לא-remetonic, לפני כמה למערכות לא-reativeer.

עיבוד אותות מהיר ובקרת חיזוי

מגבלות בזמן אמת מטופלים על ידי העברת עיבוד ככל האפשר לתוך התחום הדיגיטלי.שימוש ב-FPGA או מיקרובקר בעל ביצועים גבוהים עם ADC מהיר (10MSPS או יותר), האלגוריתם יכול לדגום את אות המשוב, ליישם מסנן דיגיטאלי, ולשלב גורם תיקון במיקרו-IIT) אלגוריתמים חיזוי, כגון בקרת מודלים (MPC), לצפות שינויים המבוססים על התנהגות דיגיטלית, להסתגל לפונקציות נוגדות קריטיות (reative) כגון פילטרים) של פונקציות טיפוליות פשוטות מאוד, כגון פונקציות נוגדות (reative Control) מוטציות).

יישומים אמיתיים ושיקולים מעשיים

האתגרים והאסטרטגיות המתוארים אינם תיאורטיים; הם מגלים בבירור בפריסה של WPT אמיתיים.כאן הם שלושה קונטקסטים שבהם התניה אות היא קריטית.

מוצרי אלקטרוניקה: צ'י מטען

במטען אלחוטי של שוק המוני לסמארטפונים, מעגל התניה חייב להיות זול, קטן, ועדיין להתמודד עם ערפל וגילוי אובייקט זר.מערכות אלה בדרך כלל להשתמש חזית אנלוגיה פשוטה מול מנקה ו לולאה מבוססת מיקרו-בקר המתאים את תדירות מחזור המכסה.האתגר הראשי הוא עלות מסנן שני שלבים ו- LNA עם עלויות של AGC, כך מעצבים לעתים קרובות להסתמך על תוכנת קירור מבוסס על קושחיקה, כאשר הוא לחץ חיצוני על גבי ריצוף ניירט.

ציוד חשמלי: מערכות אינדוקטיביות בעלות עוצמה גבוהה

כלי רכב חשמלי (EV) טעינה אלחוטית פועלת ברמות קילווואט, דרישות התניה אותות היזון הם הרבה יותר מחמירים. אותות משוב הם לעתים קרובות יחד עם רעש מעבר גבוה שיכול לעלות על כמה מאות וולט למיקרו-II. מעצבים משתמשים ב- ADCs מבודד עם בידוד גליוני גליוני ורגישויות שונות כדי למנוע לולאות קרקעיות.

שתלים רפואיים: תקנות בעלות כוח נמוך

בשתלים רפואיים כמו קוצרים ונוירוסטלטורים, התניה האות מותאם לצריכת חשמל אולטרה-נמוכה ותקנות בטיחות קפדניות.ה המקלט coil הוא קטן מאוד, והמתח המושרה נמוך מאוד. A Zero-threshold Retifier ו-Fol-capacitor חייב לעבור פחות את ה- FDA הקדמי-end חייב לסנן רעש ממכונות MRI (שפועלים ב-64-1.5x) למרות שעדיין לא ניתן לתקן את כל התדירות של ה-MRIF.

מגמות עתידיות ב-Destion Conditioning for WPT

בעוד WPT עובר לכיוון של נחיתות כוח גבוהות יותר, מרחק גדול יותר (למשל, טעינת אמצע שדה), ושילוב עם האינטרנט של דברים (IoT), התניהות אותות ימשיך להתפתח.

• (FLT:0)Machine Learning for Fitive Tuning:03: עמוק רשתות עצביות יכול ללמוד את הפילטר האופטימלי ולקבל הגדרות עבור סביבה נתונה, להסתגל בזמן אמת ללא תכנות מפורש.
• (FLT:0)GaN ו- SiC Power מכשירים:FearLT:1 , Ultrafast מעבר טרנזיסטורים להפחית את גודל המסננים הפסיביים, אבל הם גם מייצרים רעש גבוה מאוד הדורש אפילו יותר מיזוג.
• (FLT:0) אינטגרציה של תקשורת וכוח: ההרחבה 1 (מערכות WPT רבות עכשיו להטביע תקשורת נתונים על אותו קישור.המיזוג האות חייב להפריד את אות הכוח (kHz או MHz טווח) מהסימן הנתונים (המכונה AM או FSK Modulation), הדורש מסננים מורכבים זהירים שליטה על מנת למנוע שחיתות.
• (FLT:0) על-צ'יפ חיישן עבור זיהוי עצמי:Felo:FLT:1 הדורות העתידיים יטבעו על-ידי קו-ההשפעה, טמפרטורה וחיישנים מזדמנים ישירות על השבבים המיזוג, המאפשרים איכות עצמית ותחזוקה חיזוי.זה כבר מופיע בכמה מעמודי הרובוט התעשייתיים הטעינים.

מסקנה

התניה היא לא רק פונקציה תומכת בהעברת כוח אלחוטית – היא משמעת ליבה הקובעת האם מערכת היא מעשית או רק אבטיפוס.אתגרים של רעש, התעלות, סחף תדירות, לא לינאריות, ובקרת זמן אמת דורשת גישה שכבתית המשלבת עיצוב אנלוגי זהיר, סינון חכם, אלגוריתמים הסתגלות, עיבוד דיגיטלי מהיר.

לקריאה נוספת על יסודות העברת כוח אינדוקטיבי, ראה את המדריך המקיף ב- (FLT:0Texas Instruments Wireless PowerFLT:1 עבור צלילה עמוקה לטכניקות כוונון הסתגלות, פרסום IEEE FLT:2IEEE עסקאות על Power ElectronicsFLT 3: מציע מסמכים רבים אחרים, בנוסף, יישום NoteLTF:4Alog מספק תנאי ל-Fireativeing דוגמאות: CharLT5.