[發(fā)明專利]基于電感耦合和FSK調(diào)制的無線能量與數(shù)據(jù)同步傳輸系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811229987.9
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109474555A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王懿杰;姚友素;程海松;張相軍;劉曉勝;王峰;曹喜濱;徐殿國
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04L27/12
• 分類號: H04L27/12;H04L27/14;H02J50/10;H02J7/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 高倩

基于電感耦合和FSK調(diào)制的無線能量與數(shù)據(jù)同步傳輸系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法，屬于無線電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有基于多載波通信的無線能量與數(shù)據(jù)同步傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸在強(qiáng)磁場下的誤碼率高和數(shù)據(jù)加載及提取電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。本發(fā)明采用FSK調(diào)制方式來生成數(shù)據(jù)載波，與ASK調(diào)制方式相比，F(xiàn)SK調(diào)制方式的抗干擾能力強(qiáng)，抗衰減性能好。本發(fā)明先采用電感耦合的方式將已調(diào)信號加載到待傳輸?shù)哪芰啃盘柹希俨捎秒姼旭詈系姆绞絹硖崛∫褌鬏斨粮边呺娐返寞B加信號中的已調(diào)信號。與現(xiàn)有基于電容耦合的數(shù)據(jù)載波信號加載電路和數(shù)據(jù)載波信號提取電路的電路相比，本發(fā)明的信號加載單元和信號提取單元的電路結(jié)構(gòu)相對簡單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種能量與數(shù)據(jù)同步傳輸系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法，屬于無線電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)有基于磁場耦合的無線能量與數(shù)據(jù)同步傳輸方式主要分為以下三種：

第一種：通過頻移鍵控(FSK)直接調(diào)制功率載波以實(shí)現(xiàn)電源側(cè)向負(fù)載側(cè)的數(shù)據(jù)傳輸，并通過負(fù)載調(diào)制鍵控(LSK)來實(shí)現(xiàn)反向數(shù)據(jù)傳輸。這種無線能量與數(shù)據(jù)同步傳輸方式的功率傳輸與數(shù)據(jù)傳輸共用同一組耦合線圈。然而，由于這種無線能量與數(shù)據(jù)同步傳輸方式直接對功率載波進(jìn)行調(diào)制，數(shù)據(jù)傳輸對功率傳輸?shù)母蓴_大，不適用于大功率場合。除此之外，這種無線能量與數(shù)據(jù)同步傳輸方式的數(shù)據(jù)傳輸速率受限于能量載波頻率。

第二種：通過兩組耦合線圈分別實(shí)現(xiàn)能量傳輸和數(shù)據(jù)傳輸。由于兩組耦合線圈分開放置，減小了數(shù)據(jù)傳輸對功率傳輸?shù)母蓴_。而且，數(shù)據(jù)載波能夠工作在很高的頻率，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。然而，這種無線能量與數(shù)據(jù)同步傳輸方式因增設(shè)了一組數(shù)據(jù)耦合線圈而導(dǎo)致相應(yīng)設(shè)備的尺寸增大，成本增加。

第三種：多種載波通過同一組耦合線圈進(jìn)行無線傳輸。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將數(shù)據(jù)調(diào)制到高頻載波上，經(jīng)功率放大后耦合到功率傳輸電路上。高頻信號經(jīng)松耦合變壓器傳輸?shù)浇邮斩耍邮斩送ㄟ^耦合電路提取高頻信號，再經(jīng)濾波、放大和解調(diào)后還原成二進(jìn)制數(shù)字信號。這種無線能量與數(shù)據(jù)同步傳輸方式不需要增設(shè)額外的線圈，并且由于數(shù)據(jù)載波與能量載波的頻率不同，使得數(shù)據(jù)傳輸對功率傳輸?shù)母蓴_較小。高頻的數(shù)據(jù)載波還可以提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。

然而，現(xiàn)有基于多載波通信的無線能量與數(shù)據(jù)同步傳輸系統(tǒng)通常采用ASK調(diào)制方式將數(shù)據(jù)調(diào)制到高頻載波上，這種調(diào)制方式的抗干擾能力弱，在強(qiáng)磁場干擾下容易引起誤碼。除此之外，現(xiàn)有基于多載波通信的無線能量與數(shù)據(jù)同步傳輸系統(tǒng)通常采用電容耦合的方式來加載數(shù)據(jù)載波信號以及提取數(shù)據(jù)載波信號，基于電容耦合的數(shù)據(jù)載波信號加載電路和數(shù)據(jù)載波信號提取電路的電路結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有基于多載波通信的無線能量與數(shù)據(jù)同步傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸在強(qiáng)磁場下的誤碼率高和數(shù)據(jù)加載及提取電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，提出了一種基于電感耦合和FSK調(diào)制的無線能量與數(shù)據(jù)同步傳輸系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明所述的基于電感耦合和FSK調(diào)制的無線能量與數(shù)據(jù)同步傳輸系統(tǒng)包括原邊電路、磁耦合單元和副邊電路；

原邊電路包括逆變單元、原邊補(bǔ)償單元、信號調(diào)制單元和信號加載單元；

逆變單元用于將直流電壓源輸出的直流電壓信號轉(zhuǎn)換為第一高頻交流電壓信號，該高頻交流電壓信號為待傳輸?shù)哪芰啃盘枺?/p>

原邊補(bǔ)償單元用于提供原邊電路工作所需的無功功率以及濾除因逆變單元的逆變而引入至原邊電路中的高次諧波；

信號調(diào)制單元用于采用待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號對第二高頻交流電壓信號進(jìn)行FSK調(diào)制，得到已調(diào)信號；

信號加載單元用于采用電感耦合的方式將已調(diào)信號加載到待傳輸?shù)哪芰啃盘柹希玫蒋B加信號；

所述無線能量與數(shù)據(jù)同步傳輸系統(tǒng)通過磁耦合單元實(shí)現(xiàn)疊加信號自原邊電路至副邊電路的無線傳輸；

副邊電路包括信號提取單元、信號解調(diào)單元、副邊補(bǔ)償單元、整流單元和濾波單元；