[发明专利]一种基于自治电路原理的无线携能通信系统

说明书

本发明公开了一种基于自治电路原理的无线携能通信系统，包括发射装置和接收装置；发射装置包括发射装置和接收装置，发射装置包括依次首尾连接的高频激励源、原边补偿电容和发射线圈，接收装置包括串联连接的接收线圈、副边补偿电容、负载和投切电阻支路，投切电阻支路由投切开关和投切电阻串联组成，投切开关为常开开关，投切开关和投切电阻串联的一端与副边补偿电容和负载的公共点相连接，其另一端与接收线圈和负载的公共点相连接。本发明利用宇称时间对称性，在稳定传输能量的基础上，实现了全双工通信，其电路结构简单、传输功率稳定、成本低。

技术领域

本发明涉及无线电能传输或无线双向通信的技术领域，尤其是指一种基于自治电路原理的无线携能通信系统。

背景技术

无线电能传输技术具有可靠、安全和灵活等诸多优势，已经在电动汽车、消费电子、植入式医疗器械、水下用电设备等领域得到了广泛的应用。随着无线电能传输技术的普及和发展，仅传输能量已无法满足实际系统的需求。在众多无线电能传输系统中，原边和副边常常需要进行频繁的信息传输，一方面原边需要向副边传递控制信息和数据，另一方面副边需要向原边传递用电设备的电压、电流等系统状态信息。这就要求无线电能传输系统本身不仅可以无线传递能量，还可以双向传递信息。

无线携能通信系统最早是由德国亚琛工业大学的研究者在1993年提出的。经过不断的研究和发展，目前主要有以下四种常用的通信方式：载波通信方式、单线圈频率跳变方式、多对线圈多谐振频率点方式和附加驱动信号方式。对于多对线圈多谐振频率点方式而言，系统需要增加多对线圈从而增大了系统的重量和成本；现有的载波通信方式、单线圈频率跳变方式和附加驱动信号方式存在通信速度低，能量和信号之间干扰明显等问题。

自治电路的运行频率和电量参数是由电路各个组件共同决定的，因此自治电路具有自检测特性。相比传统的无线携能通信方式而言，基于自治电路原理的无线携能通信系统具有更快的通信速度，不需要额外的线圈、信号调制电路和信号解调电路，并且可以在不影响能量传输的前提下，实现双向通信。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于自治电路原理的无线携能通信系统，在全双工通信的过程中，该系统输出到负载R_L的功率不会受到干扰，传输距离可以灵活调节，且通信速度快，成本低。

为实现上述目的，本发明所提供的第一种技术方案为：一种基于自治电路原理的无线携能通信系统，该无线充电系统是利用受控的高频激励源构成自治系统，通过调节高频激励源的频率和投切电阻实现无线电能传输的双向通信功能；该系统包括发射装置和接收装置，所述发射装置包括依次首尾连接的高频激励源、原边补偿电容和发射线圈，所述接收装置包括串联连接的接收线圈、副边补偿电容、负载和投切电阻支路，所述投切电阻支路由投切开关和投切电阻串联组成，所述投切开关为常开开关，所述投切开关和投切电阻串联的一端与副边补偿电容和负载的公共点相连接，其另一端与接收线圈和负载的公共点相连接；该系统基于宇称时间对称原理，在无线传输能量的同时，通过控制高频激励源在高频率点和低频率点之间跳变，在接收装置中检测频率变化，实现由发射装置向接收装置的正向传输信息，即当处于正向传输信息时，高频激励源被控制在高频率点和低频率点之间跳变；通过投切电阻，在发射装置中检测频率、电压或电流的变化，实现由接收装置向发射装置的反向传输信息，且当处于反向传输信息时，高频激励源被控制为输出电压和输出电流同相位。

进一步，所述高频激励源为电压型全桥逆变器、半桥逆变器、多电平逆变器、推挽逆变器、正激逆变器、反激逆变器和E类逆变器中的一种。

进一步，当所述投切开关闭合时，所述发射装置中的频率、电压和电流将跳变，所述发射装置通过采样频率、电压或电流跳变，即可捕获接收装置反向传输的信息。

进一步，所述发射装置和接收装置之间添加若干中继装置，所述中继装置由RLC串联或并联电路构成。