[发明专利]一种基于直流纹波调制的无线电能和数据同步传输系统

权利要求书

1.一种基于直流纹波调制的无线电能和数据同步传输系统，包括无线电能传输系统，其供电侧通过滤波电容与直流电源相连，受电侧通过滤波电容与直流负载相连，其特征在于：所述无线电能传输系统供电侧滤波电容前端与直流电源之间以及受电侧滤波电容后端与直流负载之间设置有载波调制耦合模块和数据解调模块，所述载波调制耦合模块用于将数据信息通过载波的形式注入到无线电能传输系统一侧滤波电容前端的直流母线上完成对数据信息的调制，无线电能传输系统将调制信号从一侧无线传输至另一侧，所述数据解调模块则在另一侧滤波电容后端的直流母线上通过信号采集并解调得到数据信息，从而实现数据双向通信；所述载波的频率远低于无线电能传输系统的功率传输频率；

所述无线电能传输系统包括供电侧的逆变电路、受电侧的整流电路以及两者之间的无线电能传输网络，所述无线电能传输网络可采用感性耦合式电能传输或容性耦合式电能传输的形式，所述感性耦合式电能传输形式可采用磁感应式无线电能传输系统或磁谐振式无线电能传输系统实现。

2.根据权利要求1所述的无线电能和数据同步传输系统，其特征在于：所述载波调制耦合模块包括：

信号调制电路，用于对数据信息进行调制后生成调制信号；

信号耦合电路，用于对调制信号进行滤波后耦合至无线电能传输系统一侧的直流母线上。

3.根据权利要求2所述的无线电能和数据同步传输系统，其特征在于：所述信号调制电路对数据信息进行频带调制，调制方法可采用OOK、FSK、多进制PSK、DPSK、QAM或OFDM。

4.根据权利要求2所述的无线电能和数据同步传输系统，其特征在于：所述信号调制电路对数据信息进行基带调制，其波特率远低于无线电能传输系统的功率传输频率，基带调制方法可采用不归零码、归零码或曼彻斯特编码。

5.根据权利要求2所述的无线电能和数据同步传输系统，其特征在于：所述信号调制电路包括半桥电路、方波调制模块和驱动电路，所述半桥电路包括两个功率开关管Q1和Q2，功率开关管Q1的漏极接直流电压，功率开关管Q1的源极与功率开关管Q2的漏极相连并作为信号调制电路的输出端，功率开关管Q2的源极接地；所述方波调制模块用于将数据信息转换为方波信号，所述驱动电路对方波信号进行功率放大后生成一对互补的开关信号分别驱动功率开关管Q1和Q2的栅极；所述信号耦合电路包括阻抗网络Z1、原边补偿电容C1、副边补偿电容C2和隔离变压器T1，其中阻抗网络Z1的一端与信号调制电路的输出端相连，阻抗网络Z1的另一端与隔离变压器T1原边绕组的一端相连，隔离变压器T1原边绕组的另一端接地，原边补偿电容C1与隔离变压器T1的原边绕组并联，隔离变压器T1的副边绕组串接在无线电能传输系统供电侧或受电侧的直流母线上，原边补偿电容C2与隔离变压器T1的副边绕组并联。

6.根据权利要求2所述的无线电能和数据同步传输系统，其特征在于：所述信号调制电路包括全桥电路、方波调制模块和两个驱动电路H1和H2，所述全桥电路包括四个功率开关管Q1～Q4，功率开关管Q1的漏极接直流电压，功率开关管Q1的源极与功率开关管Q2的漏极相连并作为信号调制电路的第一输出端，功率开关管Q2的源极接地，功率开关管Q3的漏极接直流电压，功率开关管Q3的源极与功率开关管Q4的漏极相连并作为信号调制电路的第二输出端，功率开关管Q4的源极接地；所述方波调制模块用于将数据信息转换为方波信号并分为两路输出，驱动电路H1对一路方波信号进行功率放大后生成一对互补的开关信号分别驱动功率开关管Q1和Q2的栅极，驱动电路H2对另一路方波信号进行功率放大后生成一对互补的开关信号分别驱动功率开关管Q3和Q4的栅极；所述信号耦合电路包括阻抗网络Z1、原边补偿电容C1、副边补偿电容C2和隔离变压器T1，其中阻抗网络Z1的一端与信号调制电路的第一输出端相连，阻抗网络Z1的另一端与隔离变压器T1原边绕组的一端相连，隔离变压器T1原边绕组的另一端与信号调制电路的第二输出端相连，原边补偿电容C1与隔离变压器T1的原边绕组并联，隔离变压器T1的副边绕组串接在无线电能传输系统供电侧或受电侧的直流母线上，原边补偿电容C2与隔离变压器T1的副边绕组并联。

7.根据权利要求1所述的无线电能和数据同步传输系统，其特征在于：所述数据解调模块通过采集同侧直流电感线圈上的电压或电流信号，或者通过采集同侧直流母线上的电压或电流纹波信号，进而对信号进行解调得到数据信息。