[发明专利]电能无线传输中基于频率分裂的电能和信号同步传输方法

摘要

本发明公开了一种ICPT系统中基于频率分裂的电能和信号同步传输方法，该方法中采用带有原边谐振回路和副边谐振回路的传输系统，系统中的控制器根据数字信号选择延时干扰参数，并在原边谐振电流过零检测信号的参考下形成输出控制信号输出给驱动电路模块，最终实现系统按照数字信号在谐振的两个自治稳定频率之间切换达到信号调频调制传输的目的。其次，副边谐振回路增加了耦合线圈以及信号提取复原模块，该组成部分可完成从副边谐振回路耦合拾取信号，经信号提取复原模块还原出数字信号的过程。本发明有利于在不改变感应耦合电能传输系统主电路拓扑结构的情况下，解决了ICPT系统中电能高效传输的同时，实现了信号的可靠传输。

主权项

一种电能无线传输中基于频率分裂的电能和信号同步传输方法，其特征在于：包括如下步骤，第一步，构建如下传输系统，所述的系统包括原边谐振回路和副边谐振回路；所述的原边谐振回路包括直流电源、开关网络、原边谐振补偿电路、发射线圈、过零检测电路、控制器、驱动电路、延时干扰模块和数字信号输入模块；所述的副边谐振回路包括接收线圈、副边谐振补偿电路、负载、耦合线圈、信号提取复原模块和数字信号输出模块；第二步，控制器根据数字信号选择延时干扰参数，并在原边谐振电流过零检测信号的参考下调制形成输出控制信号输出给驱动电路模块；具体调制过程如下：a、所述的原边谐振补偿电路的过零检测电路，检测高频逆变线圈Lp回路中的正弦电流的过零点，经处理形成信号调制时序图中的过零检测信号，以便于确定延时干扰参数的参考起点，用于确定信号调制时序图中相关参数之间的关系；b、所述的延时干扰模块生成第一延时干扰信号和第二延时干扰信号；其步骤有二：1）确定系统的两个自治稳定分裂频率f₁，f₂；2）确定第一延时干扰信号为G（δ₁，T_d1），第二延时干扰信号为G（δ₂，T_d2）；其中，第一延时干扰信号的持续时间为T_d1且延时时间为δ₁且第二延时干扰信号的持续时间为T_d2且延时时间为δ₂且所述数字信号模块提供无线信号传输中所需要传输的数字信息；所述控制器根据数字信号模块所要传输的数字信息0或1，选择相应的延时干扰信号G（δ₁，T_d1）或G（δ₂，T_d2），结合过零检测信号确定输出控制信号时序波形；所述驱动电路接收控制器输出的控制信号，按照控制信号时序波形要求实现对开关网络的驱动控制，使其开关管S1‑S4组成的H桥按要求工作，使电路工作状态调整到两个自治稳定频率f₁、f₂之一处，完成数字信号与频率f₁或f₂的映射，即实现数字信号的2FSK调制；本方案使用频率f₁表示数字信号“0”、f₂表示数字信号“1”，其数字信号传输周期为T；当系统谐振频率f₁→f₂时，即数字信号0→1，控制器选择第一延时干扰信号G（δ₁，T_d1），输出的控制信号为过零信号滞后δ₁时间长度的信号，且延时干扰作用的持续时间为T_d1，当持续时间T_d1结束时，所述控制信号再恢复为与过零信号同频同相；当系统谐振频率f₂→f₁时，即数字信号1→0，控制器选择第二延时干扰信号G（δ₂，T_d2），输出的控制信号为过零信号滞后δ₂时间长度的信号，且延时干扰作用的持续时间为T_d2，当持续时间T_d2结束时，所述控制信号再恢复为与过零信号同频同相；第三步，原边谐振回路将已经调制好的控制信号和电能由发射线圈以无线方式向外传输；第四步，副边谐振回路的接收线圈以无线磁共振感应的方式接收原边谐振回路发出的经信号调制的电能；第五步，副边谐振回路接收到经信号调制后的电能，将电能与信号进行分离，电能直接供给负载，耦合线圈L_S1从副边谐振回路提取频率信号，经信号提取复原模块进行锁相鉴频还原成数字信号，从而完成信号从主边谐振回路经电能通道耦合到副边完成数字信号的传输；至此完成了电能和信号的同步传输。