[发明专利]基于多进制频移键控的无线电能与信息同步传输系统及方法

说明书

本发明涉及无线电能传输领域，公开了基于多进制频移键控的无线电能与信息同步传输系统，包括交流源、电能发射单元、电能接收单元、全桥整流电路、电阻负载、耦合变压器、数据发送电路、数据接收电路以及解调单元，通过基于多进制频移键控的无线电能与信息同步传输方法，能够实现无线充电系统中电能与信息通过共享信道同步传输，无需调制能量波形，不存在电能传输频率限制数据传输速率，且系统传输功率和效率会受信息传输影响的问题，数据传输速率高，功率输出稳定，可以实现信息的半双工传输。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，具体的是基于多进制频移键控的无线电能与信息同步传输系统及方法。

背景技术

基于磁耦合谐振的无线电能传输技术，由于其安全、可靠、方便、实用等特点，在电动汽车、植入式医疗等众多领域得到了广泛的应用，但在一些特定的应用场合中，如高精度机械传输元件和无线传感器网络等，在实现无线电能传输的同时，还需要传输数据来实现远程控制、数据交换、反馈系统状态等。现有技术中，常通过调制能量波形的方法来进行无线电能与信息的同步传输，不仅电能传输频率会限制数据传输速率，这种方法还会影响系统的传输功率和传输效率。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供基于多进制频移键控的无线电能与信息同步传输系统及方法，能够实现无线充电系统中电能与信息通过共享信道同步传输，无需调制能量波形，不存在电能传输频率限制数据传输速率，且系统传输功率和效率会受信息传输影响的问题，数据传输速率高，功率输出稳定，可以实现信息的半双工传输。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于多进制频移键控的无线电能与信息同步传输系统，包括交流源、电能发射单元、电能接收单元、全桥整流电路、电阻负载、耦合变压器、数据发送电路、数据接收电路以及解调单元，

所述电能发射单元包括原边发射线圈L₁和原边补偿电容C₁；

所述电能接收单元包括副边接收线圈L₂和副边补偿电容C₂；

所述耦合变压器包括原边信息注入耦合变压器T₁和副边信息提取耦合变压器T₂；

所述数据发送电路包括高频载波信号源u_c，电感L_p1、电容C_p1、电容C_p2、数据选择开关S₁；

所述数据接收电路包括信号提取电阻R_s，电感L_p2、电容C_s1、电容C_s2以及数据选择开关S₂；

所述解调单元包括带通滤波器模块、包络检波模块、低通滤波模块以及比较判决模块；

所述系统中电能与信息采用同一线圈作为传输通路，电能传输通路和信息传输通路通过耦合变压器相连，用于电能传输的主电路拓扑为S-P拓扑，用于数据发送和数据接收的电路采用对称相同的LCC谐振拓扑。

进一步的，所述原边信息注入耦合变压器T₁的绕组L_c1、原边发射线圈L1和原边补偿电容C₁串联连接；

所述副边接收线圈L₂和副边信息提取耦合变压器T₂的绕组L_c3串联连接后与副边补偿电容C₂并联连接；

所述副边补偿电容C_2还和整流电路输入端相连接，整流电路的输出端连接负载R_L；