[發(fā)明專利]基于梯形電流波的無線攜能通信系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610921358.7
• 申請日: 2016-10-21
• 公開（公告）號: CN106655533A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周巖;林武
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H04B5/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 朱小兵,劉莎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于梯形電流波的無線攜能通信系統(tǒng)，具體涉及一種形成可控梯形電流波的逆變技術(shù)，利用梯形電流波中的基波能量磁耦合的無線供電、利用梯形電流波中的諧波能量磁耦合的無線通信技術(shù)。

背景技術(shù)

非輻射性磁耦合諧振作為新型無線供電技術(shù)，通過使兩個相同頻率的諧振物體產(chǎn)生很強(qiáng)的相互耦合，而對周圍非諧振頻率的接受端只有較弱的耦合。磁耦合諧振系統(tǒng)包括發(fā)射諧振線圈、次級接受諧振線圈和負(fù)載。無線供電應(yīng)用場合通常需要無線通信，按照能量流與信息流的實(shí)現(xiàn)方式，主要分為單流模式和雙流模式。其中雙流模式采用能量流與信息流分開實(shí)現(xiàn)，如采用藍(lán)牙等無線裝置實(shí)現(xiàn)信息流。這種方式成本相對較高，電路復(fù)雜。而單流模式利用同一套裝置實(shí)現(xiàn)能量流與信息流的復(fù)用。

傳統(tǒng)的單流模式通信時會影響無線供電的品質(zhì)，無線電能利用率不高。因此需要研究實(shí)現(xiàn)無線攜能通信高效率工作電路方法，解決單流模式工作時無線通信影響無線供電品質(zhì)的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對無線攜能通信應(yīng)用場合，提出一種基于梯形電流波的無線攜能通信系統(tǒng)，利用移相全橋控制時序在發(fā)射線圈中生成梯形電流波，通過梯形電流波中的基波能量實(shí)現(xiàn)無線供電、諧波能量實(shí)現(xiàn)無線通信功能的方法，用于需要為無線電能供電的場合，實(shí)現(xiàn)高效率、高可靠性的磁耦合無線供電與無線通信電路復(fù)用的解決方案。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于梯形電流波的無線攜能通信系統(tǒng)，包括時序調(diào)制模塊、驅(qū)動電路、發(fā)射電路、無線電能接受電路、無線信號接受電路；其中，所述發(fā)射電路包括輸入電源、與輸入電源相連接且包含有發(fā)射線圈的高頻逆變器；所述時序調(diào)制模塊向驅(qū)動電路輸出控制信號；所述驅(qū)動電路根據(jù)控制信號控制高頻逆變器中的開關(guān)器件動作時序，向發(fā)射線圈傳輸死區(qū)時間可控的脈沖電壓，控制發(fā)射線圈中形成的梯形電流波波形；所述發(fā)射線圈通過梯形電流波信號中的基波分量產(chǎn)生的磁場，與無線電能接受電路產(chǎn)生磁共振耦合，使得無線電能接受電路接受到磁共振耦合傳遞的基波能量，實(shí)現(xiàn)磁耦合諧振無線供電；所述無線通信信號接受電路接受發(fā)射線圈梯形電流波信號中的諧波分量，實(shí)現(xiàn)無線通信。

進(jìn)一步的，所述時序調(diào)制模塊基于數(shù)字芯片或模擬芯片實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步的，基于模擬芯片實(shí)現(xiàn)的時序調(diào)制模塊包括依次連接的單片機(jī)、低通濾波器、模擬芯片，單片機(jī)產(chǎn)生PWM可調(diào)的信號，PWM可調(diào)的信號通過低通濾波器后生成固定的直流電平，不同電壓的直流電平對應(yīng)梯形電流波中不同的三角化率，將該直流電平信號傳輸至能產(chǎn)生梯形電流波時序信號的模擬芯片，與模擬芯片內(nèi)部的高頻三角波比較產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動時序信號。

進(jìn)一步的，所述無線電能接受電路包括能量接受線圈、第一諧振電容、負(fù)載，所述能量接收線圈與第一諧振電容、負(fù)載分別相并聯(lián)。

進(jìn)一步的，所述無線信號接受電路包括信號接受線圈、第二諧振電容、無線信號處理模塊，所述信號接受線圈與第二諧振電容、無線信號處理模塊分別相并聯(lián)。

進(jìn)一步的，所述發(fā)射電路還包括一個并聯(lián)于輸入電源兩端的輸入電容。

進(jìn)一步的，所述高頻逆變器為全橋逆變器，全橋逆變器并聯(lián)于輸入電源的兩端，發(fā)射線圈的兩端分別連接全橋逆變器的兩個橋臂的中點(diǎn)。

進(jìn)一步的，所述全橋逆變器包括由第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管組成的橋臂，所述控制信號包括第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號，其中，第一控制信號控制第一開關(guān)管、第二控制信號控制第二開關(guān)管、第三控制信號控制第三開關(guān)管和第四控制信號控制第四開關(guān)管。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明利用移相全橋控制時序在發(fā)射線圈中生成梯形電流波，通過梯形電流波中的基波能量實(shí)現(xiàn)無線供電、諧波能量實(shí)現(xiàn)無線通信功能的方法，用于需要為無線電能供電的場合，實(shí)現(xiàn)高效率、高可靠性的磁耦合無線供電與無線通信電路復(fù)用的解決方案。同時，本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)簡單，無需單獨(dú)通信模塊，成本低；且本發(fā)明通信時無需變頻，無線通信信號傳輸時對無線供電品質(zhì)影響較輕。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一中利用基于梯形電流波的無線攜能通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)電路。

圖2是本發(fā)明的實(shí)施例一中的梯形電流波三角化率定義。

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例一中的不同三角化率條件下3次諧波能量變化。

圖4是本發(fā)明的實(shí)施例一中的基于模擬芯片生成梯形電流波的功率開關(guān)管時序?qū)崿F(xiàn)原理圖。