[发明专利]基于梯形电流波的无线携能通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于梯形电流波的无线携能通信系统，具体涉及一种形成可控梯形电流波的逆变技术，利用梯形电流波中的基波能量磁耦合的无线供电、利用梯形电流波中的谐波能量磁耦合的无线通信技术。

背景技术

非辐射性磁耦合谐振作为新型无线供电技术，通过使两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，而对周围非谐振频率的接受端只有较弱的耦合。磁耦合谐振系统包括发射谐振线圈、次级接受谐振线圈和负载。无线供电应用场合通常需要无线通信，按照能量流与信息流的实现方式，主要分为单流模式和双流模式。其中双流模式采用能量流与信息流分开实现，如采用蓝牙等无线装置实现信息流。这种方式成本相对较高，电路复杂。而单流模式利用同一套装置实现能量流与信息流的复用。

传统的单流模式通信时会影响无线供电的品质，无线电能利用率不高。因此需要研究实现无线携能通信高效率工作电路方法，解决单流模式工作时无线通信影响无线供电品质的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对无线携能通信应用场合，提出一种基于梯形电流波的无线携能通信系统，利用移相全桥控制时序在发射线圈中生成梯形电流波，通过梯形电流波中的基波能量实现无线供电、谐波能量实现无线通信功能的方法，用于需要为无线电能供电的场合，实现高效率、高可靠性的磁耦合无线供电与无线通信电路复用的解决方案。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种基于梯形电流波的无线携能通信系统，包括时序调制模块、驱动电路、发射电路、无线电能接受电路、无线信号接受电路；其中，所述发射电路包括输入电源、与输入电源相连接且包含有发射线圈的高频逆变器；所述时序调制模块向驱动电路输出控制信号；所述驱动电路根据控制信号控制高频逆变器中的开关器件动作时序，向发射线圈传输死区时间可控的脉冲电压，控制发射线圈中形成的梯形电流波波形；所述发射线圈通过梯形电流波信号中的基波分量产生的磁场，与无线电能接受电路产生磁共振耦合，使得无线电能接受电路接受到磁共振耦合传递的基波能量，实现磁耦合谐振无线供电；所述无线通信信号接受电路接受发射线圈梯形电流波信号中的谐波分量，实现无线通信。

进一步的，所述时序调制模块基于数字芯片或模拟芯片实现。

进一步的，基于模拟芯片实现的时序调制模块包括依次连接的单片机、低通滤波器、模拟芯片，单片机产生PWM可调的信号，PWM可调的信号通过低通滤波器后生成固定的直流电平，不同电压的直流电平对应梯形电流波中不同的三角化率，将该直流电平信号传输至能产生梯形电流波时序信号的模拟芯片，与模拟芯片内部的高频三角波比较产生相应的驱动时序信号。

进一步的，所述无线电能接受电路包括能量接受线圈、第一谐振电容、负载，所述能量接收线圈与第一谐振电容、负载分别相并联。

进一步的，所述无线信号接受电路包括信号接受线圈、第二谐振电容、无线信号处理模块，所述信号接受线圈与第二谐振电容、无线信号处理模块分别相并联。

进一步的，所述发射电路还包括一个并联于输入电源两端的输入电容。

进一步的，所述高频逆变器为全桥逆变器，全桥逆变器并联于输入电源的两端，发射线圈的两端分别连接全桥逆变器的两个桥臂的中点。

进一步的，所述全桥逆变器包括由第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管组成的桥臂，所述控制信号包括第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号，其中，第一控制信号控制第一开关管、第二控制信号控制第二开关管、第三控制信号控制第三开关管和第四控制信号控制第四开关管。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明利用移相全桥控制时序在发射线圈中生成梯形电流波，通过梯形电流波中的基波能量实现无线供电、谐波能量实现无线通信功能的方法，用于需要为无线电能供电的场合，实现高效率、高可靠性的磁耦合无线供电与无线通信电路复用的解决方案。同时，本发明的电路结构简单，无需单独通信模块，成本低；且本发明通信时无需变频，无线通信信号传输时对无线供电品质影响较轻。

附图说明

图1是本发明的实施例一中利用基于梯形电流波的无线携能通信系统的实现电路。

图2是本发明的实施例一中的梯形电流波三角化率定义。

图3是本发明的实施例一中的不同三角化率条件下3次谐波能量变化。

图4是本发明的实施例一中的基于模拟芯片生成梯形电流波的功率开关管时序实现原理图。