一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，具體涉及一種利用電流三角波中的基波能量 磁耦合諧振的無(wú)線供電技術(shù)，屬于無(wú)線能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 非輻射性磁耦合諧振作為新型無(wú)線供電技術(shù)，通過使兩個(gè)相同頻率的諧振物體產(chǎn) 生很強(qiáng)的相互耦合，而對(duì)周圍非諧振頻率的接受端只有較弱的耦合。磁耦合諧振系統(tǒng)包括 發(fā)射諧振線圈、次級(jí)接受諧振線圈和負(fù)載。無(wú)線供電應(yīng)用場(chǎng)合通常需要無(wú)線通信，按照能量 流與信息流的實(shí)現(xiàn)方式，主要分為單流模式和雙流模式。其中雙流模式采用能量流與信息 流分開實(shí)現(xiàn)，如采用藍(lán)牙等無(wú)線裝置實(shí)現(xiàn)信息流。這種方式成本相對(duì)較高，電路復(fù)雜。而單 流模式利用同一套裝置實(shí)現(xiàn)能量流與信息流的復(fù)用。
[0003] 當(dāng)需要傳遞通信信號(hào)時(shí)，目前單流模式也有兩種實(shí)現(xiàn)方案，一種是當(dāng)能量流傳輸 時(shí)認(rèn)為是高電平，當(dāng)能量流中斷時(shí)認(rèn)為是低電平。顯然這樣的方式存在較大的弊端，當(dāng)數(shù)據(jù) 量較大時(shí)影響正常供電，對(duì)無(wú)線供電的品質(zhì)影響較大。另一種方案是采用改變發(fā)射線圈的 工作頻率，當(dāng)接受線圈工作在最佳狀態(tài)時(shí)，判定是一種通信信號(hào)狀態(tài)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)最佳能量傳 輸。當(dāng)頻率變化偏離接受線圈最佳工作狀態(tài)，判定是另一種通信信號(hào)狀態(tài)，此時(shí)還有能量能 夠傳遞到接受端。但當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)，這樣的方法還是會(huì)影響無(wú)線供電的品質(zhì)。因此需要 研宄高速無(wú)線攜能通信高效率工作電路，解決單流模式工作時(shí)無(wú)線通信影響無(wú)線供電品質(zhì) 的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)無(wú)線攜能通信應(yīng)用場(chǎng)合，提出一種利用三角波 中的諧波能量實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信功能的方法，用于需要為無(wú)線電能供電的場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)高效率、高 可靠性的磁耦合無(wú)線供電與無(wú)線通信電路復(fù)用的解決方案。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0006] 一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，包括頻率調(diào)制模塊、驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)射電路、無(wú)線電能 接受電路、無(wú)線通信信號(hào)接受電路；其中，所述發(fā)射電路包括輸入電源、與輸入電源相連接 且包含有發(fā)射線圈的非諧振類變換器；所述頻率調(diào)制模塊向驅(qū)動(dòng)電路輸出控制信號(hào)；所述 驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)控制非諧振類變換器中的開關(guān)器件動(dòng)作，向發(fā)射線圈傳輸正負(fù)電壓 幅值和持續(xù)時(shí)間均相等的電壓方波，控制發(fā)射線圈的三角波電流頻率；所述發(fā)射線圈通過 三角波電流信號(hào)中的基波分量產(chǎn)生磁場(chǎng)，與無(wú)線電能接受電路產(chǎn)生磁共振，使得無(wú)線電能 接受電路接受到磁共振傳遞的能量，實(shí)現(xiàn)磁耦合諧振無(wú)線供電；所述無(wú)線通信信號(hào)接受電 路接受發(fā)射線圈三角波電流信號(hào)中的諧波分量，實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。
[0007] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，所述無(wú)線電能接受電路包括接 受線圈、諧振電容和負(fù)載，所述接受線圈與諧振電容、負(fù)載分別相并聯(lián)；接受線圈接受到磁 共振傳遞的能量并傳遞給負(fù)載。
[0008] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，所述無(wú)線通信信號(hào)接受電路包 括諧振電路和無(wú)線信號(hào)處理電路，所述諧振電路與無(wú)線信號(hào)處理電路相并聯(lián)。
[0009] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，所述發(fā)射電路包括一個(gè)輸入電 容，輸入電容并聯(lián)于輸入電源的兩端；所述非諧振類變換器為全橋逆變器，全橋逆變器并聯(lián) 于輸入電源的兩端；所述發(fā)射線圈的兩端分別連接全橋逆變器的兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)。
[0010] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，所述全橋逆變器包括由第一開 關(guān)管、第三開關(guān)管組成的第一橋臂，以及由第二開關(guān)管、第四開關(guān)管組成的第二橋臂，所述 控制信號(hào)包括第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)，且第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)為互補(bǔ)的方 波信號(hào)，其中，第一控制信號(hào)控制第一開關(guān)管和第四開關(guān)管的導(dǎo)通，第二控制信號(hào)控制第二 開關(guān)管和第三開關(guān)管的導(dǎo)通。
[0011] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，所述諧振電路包括接受線圈和 諧振電容，其中接受線圈和諧振電容相并聯(lián)。
[0012] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，所述諧振電路包括接受線圈和 接受線圈寄生電容。
[0013] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0014] 本發(fā)明直接控制非諧振類變換器中發(fā)射線圈的三角波電流頻率，利用三角波電流 信號(hào)中的基波能量實(shí)現(xiàn)磁耦合諧振無(wú)線供電，利用諧波能量實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，提高了無(wú)線攜 能通信裝置的可靠性，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)線通信信號(hào)傳輸時(shí)對(duì)無(wú)線供電品質(zhì)影響較輕，全橋 逆變器容易在全范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)ZVS開關(guān)，EMI干擾也較低，可廣泛應(yīng)用于大功率無(wú)線供電場(chǎng) 合，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一中利用無(wú)線高速攜能通信方法的實(shí)現(xiàn)電路。
[0016] 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例一中的全橋逆變器驅(qū)動(dòng)信號(hào)和發(fā)射線圈電流波形。
[0017] 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例一中的發(fā)射線圈三角波電流能量頻譜分布圖。
[0018] 圖4是本發(fā)明的實(shí)施例一中的全橋逆變器中功率開關(guān)管的ZVS實(shí)現(xiàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述實(shí)施方式的示例在 附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功 能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋 為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0020] 本發(fā)明提出的一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，包括頻率調(diào)制模塊、驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)射電 路、無(wú)線電能接受電路、無(wú)線通信信號(hào)接受電路；發(fā)射電路包括輸入電源、與輸入電源相連 接且包含有發(fā)射線圈的非諧振類變換器；無(wú)線電能接受電路包括接受線圈、諧振電容和負(fù) 載，所述接受線圈與諧振電容、負(fù)載分別相并聯(lián)；無(wú)線通信信號(hào)接受電路包括諧振電路和無(wú) 線信號(hào)處理電路。
[0021] 所述發(fā)射電路包括一個(gè)輸入電容，輸入電容并聯(lián)于輸入電源的兩端；所述非諧振 類變換器為全橋逆變器，全橋逆變器并聯(lián)于輸入電源的兩端；所述發(fā)射線圈的兩端分別連 接全橋逆變器的兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)。
[0022] 如圖1所示，發(fā)射電路由直流電源VI、輸入電容C1、開關(guān)管Q1-Q4組成的全橋逆變 器，以及發(fā)射線圈Ll構(gòu)成。接受電路包括接受線圈L2、電容C2和負(fù)載Rl?？刂齐娐樊a(chǎn)生 兩路控制信號(hào)給Q1-Q4,其中第1路控制信號(hào)給Ql和Q4,第2路控制信號(hào)給Q2和Q3。第1 路控制信號(hào)和第2路控制信號(hào)為互補(bǔ)導(dǎo)通的方波信號(hào)，并留有一定的死區(qū)。
[0023] 如圖2所示，其給出了全橋逆變器驅(qū)動(dòng)信號(hào)和發(fā)射線圈電流波形。為方便體現(xiàn)本 申請(qǐng)思想，圖2中定義f\= IMHz頻率下的工作波形。事實(shí)上可以根據(jù)接受線圈的諧振頻 率定義工作周期以達(dá)到最好的控制效果。
[0024] 如圖3所示，其給出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例的發(fā)射線圈電流能量頻譜分布圖。圖3 中控制電路給出高頻信號(hào)f\= 1MHz，可見大部分電流引起的磁場(chǎng)能量集中在IMHz頻率段， 在3次、5次等高頻奇次諧波處同樣包含相對(duì)集中的能量。
[0025] 三角波的傅里葉級(jí)數(shù)形式為：.
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，其特征在于：包括頻率調(diào)制模塊、驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)射電 路、無(wú)線電能接受電路、無(wú)線通信信號(hào)接受電路；其中，所述發(fā)射電路包括輸入電源、與輸入 電源相連接且包含有發(fā)射線圈的非諧振類變換器；所述頻率調(diào)制模塊向驅(qū)動(dòng)電路輸出控制 信號(hào)；所述驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)控制非諧振類變換器中的開關(guān)器件動(dòng)作，向發(fā)射線圈傳 輸正負(fù)電壓幅值和持續(xù)時(shí)間均相等的電壓方波，控制發(fā)射線圈的三角波電流頻率；所述發(fā) 射線圈通過三角波電流信號(hào)中的基波分量產(chǎn)生磁場(chǎng)，與無(wú)線電能接受電路產(chǎn)生磁共振，使 得無(wú)線電能接受電路接受到磁共振傳遞的能量，實(shí)現(xiàn)磁耦合諧振無(wú)線供電；所述無(wú)線通信 信號(hào)接受電路接受發(fā)射線圈三角波電流信號(hào)中的諧波分量，實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，其特征在于：所述無(wú)線電能接 受電路包括接受線圈、諧振電容和負(fù)載，所述接受線圈與諧振電容、負(fù)載分別相并聯(lián)；接受 線圈接受到磁共振傳遞的能量并傳遞給負(fù)載。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，其特征在于：所述無(wú)線通信信 號(hào)接受電路包括諧振電路和無(wú)線信號(hào)處理電路，所述諧振電路與無(wú)線信號(hào)處理電路相并 聯(lián)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)射電路包 括一個(gè)輸入電容，輸入電容并聯(lián)于輸入電源的兩端；所述非諧振類變換器為全橋逆變器，全 橋逆變器并聯(lián)于輸入電源的兩端；所述發(fā)射線圈的兩端分別連接全橋逆變器的兩個(gè)橋臂的 中點(diǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，其特征在于：所述全橋逆變器 包括由第一開關(guān)管、第三開關(guān)管組成的第一橋臂，以及由第二開關(guān)管、第四開關(guān)管組成的第 二橋臂，所述控制信號(hào)包括第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)，且第一控制信號(hào)和第二控制信 號(hào)為互補(bǔ)的方波信號(hào)，其中，第一控制信號(hào)控制第一開關(guān)管和第四開關(guān)管的導(dǎo)通，第二控制 信號(hào)控制第二開關(guān)管和第三開關(guān)管的導(dǎo)通。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，其特征在于：所述諧振電路包 括接受線圈和諧振電容，其中接受線圈和諧振電容相并聯(lián)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，其特征在于：所述諧振電路包 括接受線圈和接受線圈寄生電容。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速無(wú)線攜能通信系統(tǒng)，屬于無(wú)線能量傳輸裝置。本發(fā)明包括頻率調(diào)制模塊、驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)射電路、無(wú)線電能接受電路、無(wú)線通信信號(hào)接受電路；其中所述發(fā)射電路包括輸入電源、與輸入電源相連接且包含有發(fā)射線圈的非諧振類變換器，所述無(wú)線電能接受電路包括接受線圈、諧振電容、負(fù)載，所述無(wú)線通信信號(hào)接受電路包括接受線圈、諧振電容和無(wú)線信號(hào)處理電路。本發(fā)明直接控制非諧振類變換器中發(fā)射線圈的三角波電流頻率，利用三角波電流信號(hào)中的基波能量實(shí)現(xiàn)磁耦合諧振無(wú)線供電，利用三角波中的諧波能量實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。該發(fā)明提高了無(wú)線攜能通信裝置的可靠性，容易在全范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)ZVS開關(guān)，EMI干擾也較低，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H02J17-00
【公開號(hào)】CN104779714
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510130932
【發(fā)明人】周巖, 朱翔, 李軒愷, 張騰飛, 岳東, 謝俊
【申請(qǐng)人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年3月24日