[发明专利]一种基于移相全桥的多进制幅移键控能量与信号同步传输方法

说明书

此发明是针对无线电能传输(WPT)系统中信号传输技术存在结构复杂，能量信号串扰，传输位宽受限，传输速率低等问题，本文提出一种基于移相全桥(PSFB)的M进制幅移键控(MASK)能信同传系统，通过DSP生成不同相位的PWM波加在全桥逆变器中MOSEFT管的控制端，进行MASK调制，逆变电压产生M种幅值变换。信号跟随电能传递到副边通过设计的解调电路处理输入至DSP进行还原，实现能信同传。与传统调幅方法相比，减小了系统的体积，没有DC‑DC调制电路的滤波等影响，可以传递高位宽数据，从位宽角度提高信号传输速率，可实现传输16位宽数据，比特率较传统调幅式提升至4倍。设计的解调电路与DSP结合应用，将接收端电压幅值波动降低到5％左右，将调幅式电压波动问题对系统的影响降到最小。

无线电能传输技术可以实现电气隔离，摆脱有形介质将电能从电源端传递至用电设备的一种电能传输方式。由于其传输电能方便灵活，具有十分诱人的广阔前景。但在实际应用中，无线电能传输技术需要具备输出功率实时控制、原边与副边信号传输等功能，即能量与信号同步传输技术。但现有的能量与信号同步传输技术仍然存在着缺陷。

针对能量调制式存在的问题，本文提出一种基于移相全桥的多进制幅移键控调制能量与信号同步传输系统，将预传输调制信号通过DSP生成PWM变量，直接叠加到全桥逆变器中MOSEFT管的控制端，来控制逆变器的移相角，从而改变电压幅值，产生M种幅值变换，经过发射线圈将能量与信号同时传递给接收线圈，通过电路将能量传递给负载，并利用电流霍尔传感器、解调电路与DSP对信号进行还原。本文提出的方法减小了系统的体积，没有DC-DC调制电路，减少无源器件对系统的影响，提高了波特率。没有前置DC-DC电路滤波，可以传递更高位宽的数据，进而提高信号传输速率，采取多进制幅移键控调制式，电能对信号不存在干扰，设计的解调电路与DSP结合应用，将接收端电压幅值波动控制在5％左右，尽可能减小波动对负载的影响。

背景技术

1891年科学家尼古拉.特斯拉利用射频共振方式完成了无线电能传输。多年后，人们发现了微波式WPT技术，即通过卫星将采集到的太阳能转化为电能，再通过无线的方式将电能传输到地面。1975年，W.C.Brown和Richard Dickinson在一英里的距离内实现了输入功率450kW，输出功率30kW，频率为2.388GHz微波式无线电能传输。1987年，加拿大通信研究中心(CRC)的一个小组在海拔150多米的地方，通过10kW微波束将电能通过无线传输的方式输送到一架模型飞机上。

二十世纪70年代以来，小功率无线电能传输成为了生物医学界关注的焦点，使无线电能传输技术有了实际的应用，植入式医疗器械无线充电可以避免患者在手术中所造成的伤害。该项技术于由二十世纪80年代日本国家研究院与Yaskawa电气公司联合提出，90年代，新西兰奥克兰大学J.T Boys团队对该项技术进一步研究，并设计了一种电动单轨铁路系统，该系统使用磁耦合感应式传输技术对电动车辆进行无线充电，并在旅游景点的载人缆车上实现了应用，较为详细的介绍了磁耦合感应式原理与结构。美国橡树岭国家实验室为了使电动汽车充电变得更加灵活方便，同时减少电动车的电池尺寸来降低电车自重，达到增加汽车续航的目的，对电动汽车动态无线充电进行研究，并设计了方形圆角线圈，分析了发射与接收线圈一对一与多对一的传输功率与效率，以及路面材料插入发射线圈对传输效率的影响。