[發明專利]一種無線能量與數據同步傳輸系統及其參數設計方法

在審

• 申請號: 202310116677.0
• 申請日: 2023-02-15
• 公開（公告）號: CN116231878A
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 王懿杰;李陶;孫智超;麥建偉;徐殿國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H02J50/40;H02J50/80;H04B1/40;H04L5/14;H04L27/12;H04L27/14
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 陳晶

1.一種無線能量與數據同步傳輸系統，其特征在于，所述系統包括：能量傳輸回路和數據傳輸回路；

所述能量傳輸回路用于傳輸能量信號，包括依次連接的供電模塊、原邊補償電路、帶抽頭的松耦合變壓器、副邊補償電路以及負載模塊，所述松耦合變壓器用于實現能量信號從原邊傳輸至副邊；

所述數據傳輸回路包括全雙工調制解調器，以及與所述全雙工調制解調器連接的數據收發器，所述數據收發器包括原邊數據收發器和副邊數據收發器；

所述全雙工調制解調器用于對待發送數據信號進行調制，對接收信號進行解調；

所述原邊數據收發器包括原邊第一電容、原邊第二電容以及原邊隔離變壓器，所述原邊第一電容一端與所述全雙工調制解調器的數據發送端連接，另一端與所述原邊隔離變壓器的一次側連接，所述原邊隔離變壓器的一次側同時與所述全雙工調制解調器的數據接收端連接，所述原邊第二電容一端與所述原邊隔離變壓器的二次側連接，另一端與所述松耦合變壓器的一次側抽頭連接；

所述副邊數據收發器與所述松耦合變壓器的二次側抽頭連接，且與所述原邊數據收發器結構相同。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述供電模塊包括并聯連接的直流電源和逆變器，所述逆變器通過原邊補償電路與所述松耦合變壓器的一次側連接；

所述負載模塊包括并聯連接的整流器、濾波器以及負載，所述整流器通過副邊補償電路與所述松耦合變壓器的二次側連接。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述原邊補償電路包括原邊并聯電容C_f1、原邊串聯電容C_p以及原邊電感L_f1，所述原邊電感L_f1一端與所述供電模塊連接，另一端與所述原邊并聯電容C_f1的一端以及原邊串聯電容C_p的一端連接，所述原邊并聯電容C_f1的另一端以及原邊串聯電容C_p的另一端分別與所述松耦合變壓器的一次側連接，且所述原邊并聯電容C_f1的另一端同時與所述供電模塊連接；

所述副邊補償電路與所述負載模塊連接，且與所述原邊補償電路結構相同。

4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述全雙工調制解調器包括數字式頻率合成器DDS、模擬數字轉換器ADC以及現場可編程邏輯門陣列FPGA，所述現場可編程邏輯門陣列FPGA包括差分編碼單元、帶通濾波單元、最小頻移鍵控MSK解調單元以及差分解碼單元；

調制時，發送數據依次經過差分編碼單元和數字式頻率合成器DDS，得到已調制的數據信號；解調時，待解調的數據信號依次經過模擬數字轉換器ADC、帶通濾波單元、最小頻移鍵控MSK解調單元以及差分解碼單元，得到接收數據。

5.一種無線能量與數據同步傳輸系統參數設計方法，應用于如權利要求1-4所述的系統，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

S1、獲取能量信號參數、松耦合變壓器參數以及數據傳輸參數；

S2、根據所述松耦合變壓器參數，得到原副邊數據收發器與所述松耦合變壓器的連接位置；

S3、基于所述能量信號參數以及松耦合變壓器參數，計算原副邊補償電路參數；

S4、基于所述數據傳輸參數，計算原副邊數據收發器參數以及正反向數據傳輸的載波中心頻率。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，步驟S3包括：

基于松耦合變壓器原邊線圈的自感L_p、副邊線圈的自感L_s以及待傳輸能量信號的角頻率ω_p，計算所述原副邊補償電路參數，所述原副邊補償電路參數包括原邊并聯電容C_f1、原邊串聯電容C_p、原邊電感L_f1、副邊并聯電容C_f2、副邊串聯電容C_s、副邊電感L_f2；

計算能量傳輸的功率和效率；

根據所述功率和/或效率，對所述原副邊補償電路參數進行優化。