Page 26 - 《应该声学》2022年第2期

194 2022 年 3 月

号源发射的电信号大多处于 10 ∼ 100 kHz 频率范 在电压确定且连续的情况下，要使交直流转换
围内，这种高频运行的电子电气线路中的阻抗匹配 电路具有动态阻抗匹配功能，关键在于电流的控制。
问题尤为重要。 本文在转换电路中加入储能元件电容和电感，通过
在高频电路中前后相连的两部分阻抗分别设 二者的共振来实现对电流的控制，进而实现动态阻
为Z S 和Z L ，反射系数Γ 可以定义为 [15] 抗匹配。为保证电路的动态阻抗匹配效果，此处的
储能元件的器件值必须可以调整。
Z L − Z S
Γ = . (1)
Z L + Z S 动态阻抗匹配的交直流转换电路示意图如图 2
将高频传输线路的特性阻抗及系统中与传输 所示，此处采用可调电感和可调电容矩阵来搭建交
线相连部分的输入或输出阻抗分别代入 Z S 和 Z L ， 直流转换电路。电路由 4 个相同的二极管、1 个可调
并对反射系数 Γ 求模，即可得到该线路中被反射的 电感器、4组完全相同的可调电容矩阵和1个电容值
信号比例。高频传输线路中阻抗不匹配导致的界面 较大的滤波电容组成。电路输入部分包括 1 个高频
反射是声载波无线电能传输系统传输效率降低的 交流电输入 ACin(六边形标号 1 和2 为输入端口)、1
一个主要原因。 个可调电感元器件值输入端 L(椭圆形标号 1)、1 个
可调电容矩阵元器件值输入端C(椭圆形标号 2)；输
1.2 动态阻抗匹配的交直流转换电路 出部分为直流输出 DCout(六边形标号 3 和 4 为输
本小节设计的动态阻抗匹配电路，其目的是在 出端口)。电路工作模式与全桥整流器类似，但可调
负载设备更换或者不确定的条件下，迅速调整交直 电感与可调电容矩阵会通过 LC 共振来拓展导通周
流转换电路的对应参数，使其输入阻抗与声载波无 期，从而保证 ACin 输入电流的稳定，进而实现阻抗
线电能传输系统的特性阻抗相匹配。 匹配的功能。

DCout1
3 3
1
L
2
+
C - +
C -
C +
L ACin2
ACin1 - 2 -
1
+
+
+ -
- C
C
DCout2
4 4
图 2 动态阻抗匹配的交直流转换电路示意图
Fig. 2 AC/DC converter with dynamic impedance matching function

2 动态阻抗匹配算法 阻抗的匹配程度并确定元器件的调节量。
将包括负载设备在内的整个声载波无线电能
2.1 初始化设置
传输系统连接好后，给定一组交直流转换电路的电
交直流转换硬件电路中，4 组可调电容的元 容和电感参数值，以保证系统的正常启动。完成上
器件值需要保持相同且同步调整，具体参数由动 述操作后，打开高频信号源的开关，交直流转换电路
态阻抗匹配算法控制。首先需要获得 3 个监测信 的输入电压值和电流值会从0 开始上升到一个不再
号：ACin 输入的交流电压信号 U in (t)、ACin 输入的 变化的初步稳定值，此时可以认为系统的运行初步
交流电流信号 I in (t)、DCout 输出的直流电压信号 稳定。
U out (t)，其中 t 为系统运行时间的标记量。3 个信号 在系统运行初步稳定以后，调用动态阻抗匹配
是实时获取的，用于判断系统运行是否稳定、系统 算法进行调节。本文中采用的动态阻抗匹配算法为