[发明专利]用于ECPT系统中的复合信源式电能与信号并行传输方法

说明书

本发明公开了一种用于ECPT系统中的复合信源式电能与信号并行传输方法，该方法在ECPT系统中采用多个频率并行传输信号，具有较宽的通信带宽，克服了目前已有电能与信号并行传输系统中信道频带窄的问题，提升了数据传输速率，此外，利用该方法构建的电路拓扑依靠自身阻抗特性实现电能通道与信道间的隔离，完成了绝大部分电能串扰的隔离。最后充分利用信道带宽，根据频分复用法在多路子信道中进行信号调制，采用快速傅立叶变换对拾取信号进行频谱分析，在分离剩余的低频串扰的同时，进行多路高频载波的频谱分离，实现特定串扰频谱下的多路信号解调，相对于模拟解调方式具有较强的抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及无线电能传输系统中的信息传输技术，具体的说，是一种用于ECPT(Electric-field Coupled Power Transfer，电场耦合型无线电能传输)系统中的复合信源式电能与信号传输方法。

背景技术

随着无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术的不断发展与突破，近年来针对基于电场耦合无线电能传输(Electric-Field Coupled Power Transfer,ECPT)技术的研究得到了国内外研究人员的关注。全球已有来自新西兰、美国、英国、日本、韩国、中国等国的学者，围绕电动汽车、生物假体、旋转机构、手机、机器人等应用对象的基于ECPT技术无线充/供电问题展开理论研究与应用探索。然而，对于现有的ECPT系统而言尚有一些瓶颈问题有待解决。其中，由于系统工作频率高、模型阶次高所导致的常见问题包括：控制系统复杂、参数敏感性较高、鲁棒性不理想、功率等级与效率有限等。而基于现有ECPT系统的电能与信号并行传输成为一种可行的解决方案。电能发射端与接收端之间的无线信号传输通道可用于构建跨越两端的控制回路，提升系统可控性与控制精度，实现系统最大功率或最优效率跟踪控制；通道还可用于系统两端的时变参数交互，解决参数敏感性较高与系统鲁棒性不理想的问题。此外，除了系统本身工作特性优化所需要的无线信号传输技术外，一些用电设备也需要与电源发射端进行信号传输，如植入型生物假体的数据外传、电动汽车无线充/供电系统电池状态数据回传等。

由于电能与信号并行传输技术中，电能载波与信号载波以叠加的形式在电路中共同传输，故而电能对信号传输的串扰问题尤为严重。为解决ECPT系统电能串扰下的信号解调问题，目前主要是依靠模拟电路滤波，通过带通滤波或高通滤波的方式实现电能串扰的抑制，使信号载波传入解调装置。但是，从实际效果来看，由于电能载波幅值远高于信号载波幅值，从而导致模拟滤波不彻底，容易导致滤波后串扰幅值仍高于信号载波幅值，使得解调出错。此外，目前信号传输主要采用单一频率载波的形式，导致信号传输速率较低。

发明内容

针对上述两大问题，本发明利用ECPT系统特有的电容耦合形式具有显著的高通特性，采用频分复用(Frequency Division Multiplexing,FDM)技术，将传输信道的总带宽划分成若干个子通道，充分利用信道带宽，提高了信道利用率与信号传输速率。同时，采用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation,FFT)，将融合了各子信道载波与电能串扰的叠加时域信号进行频域化分析，一方面分离串扰对信号解调的干扰，另一方面实现多路信号并行解调，提升信号传输速率和可靠性。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种用于ECPT系统中的复合信源式电能与信号并行传输方法，其关键在于，包括以下步骤：

步骤1：在ECPT系统的原边电路和副边电路分别设置信号支路，原边信号支路连接在两个发射极板之间，副边信号支路连接在两个接收极板之间，原边信号支路和副边信号支路一个为信号发射支路，另一个为信号接收支路；

所述信号发射支路包括电感L_b2、电容C_b2以及n路复合信号调制模块，n为大于或等于2的正整数，n路复合信号调制模块由n路信号载波经过n路调制信号调制后经过信号叠加模块组成，最终由信号加载端口接入主电路；