[發明專利]一種基于自治電路原理的無線攜能通信系統

有效

• 申請號: 202110685492.2
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113507300B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 張波;榮超
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04B5/00
• 分類號: H04B5/00;H02J50/12
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種基于自治電路原理的無線攜能通信系統，包括發射裝置和接收裝置；發射裝置包括發射裝置和接收裝置，發射裝置包括依次首尾連接的高頻激勵源、原邊補償電容和發射線圈，接收裝置包括串聯連接的接收線圈、副邊補償電容、負載和投切電阻支路，投切電阻支路由投切開關和投切電阻串聯組成，投切開關為常開開關，投切開關和投切電阻串聯的一端與副邊補償電容和負載的公共點相連接，其另一端與接收線圈和負載的公共點相連接。本發明利用宇稱時間對稱性，在穩定傳輸能量的基礎上，實現了全雙工通信，其電路結構簡單、傳輸功率穩定、成本低。

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸或無線雙向通信的技術領域，尤其是指一種基于自治電路原理的無線攜能通信系統。

背景技術

無線電能傳輸技術具有可靠、安全和靈活等諸多優勢，已經在電動汽車、消費電子、植入式醫療器械、水下用電設備等領域得到了廣泛的應用。隨著無線電能傳輸技術的普及和發展，僅傳輸能量已無法滿足實際系統的需求。在眾多無線電能傳輸系統中，原邊和副邊常常需要進行頻繁的信息傳輸，一方面原邊需要向副邊傳遞控制信息和數據，另一方面副邊需要向原邊傳遞用電設備的電壓、電流等系統狀態信息。這就要求無線電能傳輸系統本身不僅可以無線傳遞能量，還可以雙向傳遞信息。

無線攜能通信系統最早是由德國亞琛工業大學的研究者在1993年提出的。經過不斷的研究和發展，目前主要有以下四種常用的通信方式：載波通信方式、單線圈頻率跳變方式、多對線圈多諧振頻率點方式和附加驅動信號方式。對于多對線圈多諧振頻率點方式而言，系統需要增加多對線圈從而增大了系統的重量和成本；現有的載波通信方式、單線圈頻率跳變方式和附加驅動信號方式存在通信速度低，能量和信號之間干擾明顯等問題。

自治電路的運行頻率和電量參數是由電路各個組件共同決定的，因此自治電路具有自檢測特性。相比傳統的無線攜能通信方式而言，基于自治電路原理的無線攜能通信系統具有更快的通信速度，不需要額外的線圈、信號調制電路和信號解調電路，并且可以在不影響能量傳輸的前提下，實現雙向通信。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出了一種基于自治電路原理的無線攜能通信系統，在全雙工通信的過程中，該系統輸出到負載R_L的功率不會受到干擾，傳輸距離可以靈活調節，且通信速度快，成本低。

為實現上述目的，本發明所提供的第一種技術方案為：一種基于自治電路原理的無線攜能通信系統，該無線充電系統是利用受控的高頻激勵源構成自治系統，通過調節高頻激勵源的頻率和投切電阻實現無線電能傳輸的雙向通信功能；該系統包括發射裝置和接收裝置，所述發射裝置包括依次首尾連接的高頻激勵源、原邊補償電容和發射線圈，所述接收裝置包括串聯連接的接收線圈、副邊補償電容、負載和投切電阻支路，所述投切電阻支路由投切開關和投切電阻串聯組成，所述投切開關為常開開關，所述投切開關和投切電阻串聯的一端與副邊補償電容和負載的公共點相連接，其另一端與接收線圈和負載的公共點相連接；該系統基于宇稱時間對稱原理，在無線傳輸能量的同時，通過控制高頻激勵源在高頻率點和低頻率點之間跳變，在接收裝置中檢測頻率變化，實現由發射裝置向接收裝置的正向傳輸信息，即當處于正向傳輸信息時，高頻激勵源被控制在高頻率點和低頻率點之間跳變；通過投切電阻，在發射裝置中檢測頻率、電壓或電流的變化，實現由接收裝置向發射裝置的反向傳輸信息，且當處于反向傳輸信息時，高頻激勵源被控制為輸出電壓和輸出電流同相位。

進一步，所述高頻激勵源為電壓型全橋逆變器、半橋逆變器、多電平逆變器、推挽逆變器、正激逆變器、反激逆變器和E類逆變器中的一種。

進一步，當所述投切開關閉合時，所述發射裝置中的頻率、電壓和電流將跳變，所述發射裝置通過采樣頻率、電壓或電流跳變，即可捕獲接收裝置反向傳輸的信息。

進一步，所述發射裝置和接收裝置之間添加若干中繼裝置，所述中繼裝置由RLC串聯或并聯電路構成。