[发明专利]共享通道无线电能与数据同步传输系统及传输方法

说明书

本发明公开了一种共享通道无线电能与数据同步传输系统及传输方法，以发射线圈电压U_p作为发射端时钟参考信号，当U_p为正半周时发射端时钟信号为高电平，当U_p为负半周时发射端时钟信号为低电平，时钟信号频率与U_p频率相同。在发射线圈电压U_p正半周将数据信号发送出去，即数字信号为“1”时，发射线圈电压U_p正半周叠加高频信号，数字信号为“0”时，发射线圈电压U_p正半周不叠加高频信号。高频信号传输至二次侧，经过带通滤波器、包络检波器以及滞回电压比较器等环节将高频信号转换为数字信号，以时钟周期内高电平或低电平的持续时间对数据进行解析。本发明提高了水下数据传输准确性与传输速度。

技术领域

本发明涉及一种共享通道无线电能与数据同步传输系统及数据传输方法，特别是一种基于高频注入式的共享通道水下无线电能与数据同步传输系统和传输方法，属于无线电能传输领域。

背景技术

在无线电能传输系统(Wireless Power Transmission，WPT)中，通常需要在能量传输基础上，实现一次侧和二次侧信息交流，即实现无线电能与数据同步传输。按照能量与数据传输通道是否分离，分为分离通道传输和共享通道传输两种方式。分离通道传输是指能量传输通道与数据传输通道在空间上相互分离，采用两套松耦合变压器分别传输能量和数据。由于分离通道传输方式需要额外增加一套数据调制解调系统，增大了硬件设计的成本和难度，且电能传输系统功率一般远大于数据传输系统的功率，所以能量传输会对数据传输造成较为严重的干扰，甚至导致数据信号无法解调。共享通道传输是指利用一套能量耦合线圈同时进行电能和数据的传输，该传输方式按照数据调制原理的不同，又可分为能量调制式和高频注入式两种方法。

能量调制式即根据一侧的发送数据对WPT系统传输的电能波形直接进行调制，一般是通过改变电能波形的幅值来表征传输的数据，例如幅值大的部分表示传输数据“1”，幅值小的部分表示传输数据“0”等。另一侧将耦合得到的电能波形部分提取出来，经过稳压器稳压后送入包络检波电路提取能量包络信息流，再经过电压比较器即可解调输出数据信号。能量调制方式优点是数据传输正确率高，缺点是信号传输速率较低，远小于能量传输频率，而且严重影响能量传输。高频注入式即将数据调制后的数据载波通过耦合线圈加载到一次侧电能波上完成信号的注入与同步传输，在二次侧通过另外一组耦合线圈提取叠加波形，经过高通滤波滤除频率较低的能量波，留下频率较高的数据载波，再经过稳压、放大后送入包络检波电路，经电压比较器解调出原来的数据信号。高频注入方式优点是传输速率高且对能量传输影响小，缺点是容易受到干扰。

实现高频注入方式的一种拓扑结构如图1所示，以数据由一次侧传输至二次侧为例(一次侧指能量发送侧，二次侧指能量接收侧，下同)，数据由二次侧传输至一次侧的原理相同。如图1所示，一次侧发送数据，通过控制开关管S_D1与S_D2将直流电压U_DP转换为高频交流电，电容C_DP与变压器T_DP一次侧绕组实现高频振荡，将高频信号放大，变压器T_DP二次侧绕组将该高频信号添加至发射线圈。二次侧变压器T_DS绕组检测到高频信号，该高频信号经过带通滤波器、包络检波器以及滞回电压比较器等环节将高频信号转换为数字信号。