Page 29 - 《应该声学》2022年第2期

第 41 卷 第 2 期 宋哲超等： 声载波无线电能传输的自适应负载匹配 197

因此，在没有使用算法进行动态调整前，输入 信号被反射，而经过动态阻抗匹配算法调整以后，输
阻抗 Z in = 85.96 + 0.19j，有 26.45% 的电压信号被 入阻抗Z in = 52.64 + 4.12j，仅有4.77%的电压信号
反射。而经过动态阻抗匹配算法调整以后，输入阻 被反射，声载波无线电能传输系统的交直流转换环
抗Z in = 52.85 + 3.55j，仅有4.42%的电压信号被反 节的能量传输效率可提升至99.77%。
射，声载波无线电能传输系统的交直流转换环节的
能量传输效率可提升至99.80%。 4 结论
3.2.2 更换负载2的情况
本文针对声载波无线电能传输系统在负载变
更换负载设备 2，在系统初步稳定后使用算法 动时的动态阻抗匹配问题展开研究，提出了一种动
调整。图5 是使用动态阻抗匹配算法针对负载设备 态阻抗匹配算法，并设计了对应的交直流转换电路。
2 调整交直流转换电路可调元器件参数后的结果。
通过建立模型，验证了算法和电路的有效性。仿真
如图 5(a) 所示，随着迭代次数的增加，匹配误差值
结果表明，本文设计的动态阻抗匹配交直流转换电
e(N) 整体仍然呈现下降的趋势。经过 46 次迭代以
路可较快达到匹配稳态，有效降低因阻抗不匹配导
后，e(46) = 4.90 < ε，收敛至满足匹配阈值要求。
致的电压和能量反射，使声载波无线电能传输系统
如图 5(b) 所示，在没有使用算法进行动态调整
的交直流转换部分可自动适配不同工况的供电需
前，输入阻抗Z in = 91.08 − 4.55j，有29.28%的电压
求，提高了整个系统的能量传输效率。
60

50 参 考 文 献

40 [1] Hu Y, Zhang X, Yang J, et al. Transmitting electric en-
ឨࣀϙ e↼N↽ 30 ergy through a metal wall by acoustic waves using piezo-

electric transducers[J]. IEEE Transactions on Ultrason-
20 ics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 2003, 50(7):
X.  773–781.
Y . ⊲895
10 [2] Bao X, Biederman W, Sherrit S, et al. High-power
piezoelectric acoustic-electric power feedthru for metal
0 walls[M]. San Diego, CA, USA: SPIE, 2008.
1 5 10 15 20 25 30 35 40 45
[3] Rezaie H, Hu A, Leung H, et al. New attachment
ᤖ̽൓஝ N
method to increase the performance of ultrasonic wire-
(a) Ӝᦡឨࣀ e ᬤᤖ̽൓஝ᄊԫӑ
less power transfer system[C]// 2017 IEEE PELS Work-
110 60 shop on Emerging Technologies: Wireless Power Transfer,
100 50 2017: 25–29.
90 40 [4] Lawry J, Wilt R, Ashdown D, et al. A high-performance
80 30 ultrasonic system for the simultaneous transmission of
70 20 data and power through solid metal barriers[J]. IEEE
ᣥК᫾ઈ/W 50 0 -10 Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Fre-
10
60
quency Control, 2013, 60(1): 194–203.
40
30 -20 [5] Freychet O, Boisseau S, Frassati F, et al. A versatile
through-metal-wall acoustic power and data transfer so-
20 -30 lution[C]// 2019 19th International Conference on Micro
10 ᫾ઈࠄᦊ -40
0 ᫾ઈᘿᦊ -50 and Nanotechnology for Power Generation and Energy
Conversion Applications (PowerMEMS), 2019: 1–6.
-60
1 5 10 15 20 25 30 35 40 46 [6] Wu M, Chen X, Qi C, et al. Considering losses to en-
ᤖ̽൓஝ N
hance circuit model accuracy of ultrasonic wireless power
(b) ̔ᄰืᣁ૱ႃ᡹ᣥК᫾ઈᬤᤖ̽൓஝ᄊԫӑ transfer system[J]. IEEE Transactions on Industrial Elec-
tronics, 2020, 67(10): 8788–8798.
图 5 对负载设备 2 的动态阻抗匹配结果
[7] Moss S, Skippen J, Konak M, et al. Detachable acous-
Fig. 5 Dynamic impedance matching results for tic electric feedthrough[M]. San Diego, CA, USA: SPIE,
the second load device 2010.