CN106787244B - 能量和信号共享信道的无线并行传输方法 - Google Patents
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Abstract
能量和信号共享信道的无线并行传输方法，属于无线电能传输领域，本发明为解决现有无线能量与信息实现同步传输需要两条信道的问题。本发明所述能量和信号共享信道的无线并行传输方法，系统原边电路和系统副边电路采用一对线圈作为共享信道，采用同一频率实现信息和能量的并行同步传输；系统原边电路采用变频的方式实现信息正向传输，系统副边电路采用可控整流的方式实现信息反向传输。本发明用于无线电能传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种能量和信号共享信道的无线并行传输方法，属于无线电能传输领域。
背景技术
自2007年麻省理工学院的马林.索尔贾克西等人在无线电能传输领域取得新的进展之后，国内外的各种研究机构便对此采取可更进一步的探索，逐渐的由无线能量传输过度到能量与信息同步传输，但现有无线能量与信息的同步传输通常仅限于能量与信息的单向传输，如若想实现双向传输则需要两条信道。
发明内容
本发明目的是为了解决现有无线能量与信息实现同步传输需要两条信道的问题，提供了一种能量和信号共享信道的无线并行传输方法。
本发明所述能量和信号共享信道的无线并行传输方法，系统原边电路和系统副边电路采用一对线圈作为共享信道，采用同一频率实现信息和能量的并行同步传输；系统原边电路采用变频的方式实现信息正向传输，系统副边电路采用可控整流的方式实现信息反向传输。
本发明的优点：本发明提出了一种单一信道可实现能量信息同步传输且信息可双向传输的方法，其具有以下突出特点：原副边共享同一信道使能量信息并行同步传输、带宽范围大、半双工通信方式、低误码率、高速数据传输。与现有技术相比，本发明的原副边采用一对线圈，共用一个频率点单信道方式实现信息能量的并行同步传输，并且可以实现双向信息传输。采用经控制器换算后的数字量而非0、1编码的方式可以大大减小误码率。带宽大能够有效减少信息传输时需要频率改变所引起的频率分叉现象产生的影响。
本发明尤其适用于穿戴式传感器、植入式医疗设备及大型旋转设备的无线能量和信号并行同步传输。
附图说明
图1是本发明所述能量和信号共享信道的无线并行传输方法的原理框图；
图2是本发明所述原边包络检测电路的结构示意图；
图3是本发明所述副边频率检测电路的结构示意图；
图4是原边包络检测波形图；
图5是副边频率检测波形图；
图6是高带宽示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述能量和信号共享信道的无线并行传输方法，系统原边电路和系统副边电路采用一对线圈作为共享信道，采用同一频率实现信息和能量的并行同步传输；系统原边电路采用变频的方式实现信息正向传输，系统副边电路采用可控整流的方式实现信息反向传输。
具体实施方式二：下面结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，系统原边电路包括整流滤波电路、原边高频逆变电路、原边包络检测电路、原边发射线圈L1和原边电容C1；系统副边电路包括副边接收线圈L2、副边电容C2、副边可控整流电路和副边频率检测电路；
系统原边电路由电网供电，经过整流滤波电路得到稳定的直流电压，经过高频逆变器得到指定频率下的交变电压，原边发射线圈L1和电容C1在指定频率下感应出交变磁场，配谐后的副边接收线圈L2和电容C2感应出交变电场，经过副边可控整流电路输出至负载；原边包络检测电路用于检测副边可控整流电路中MOS管驱动信号的占空比，副边频率检测电路用于检测原边高频逆变电路中MOS管驱动信号的频率。
本实施方式中，原边发射线圈L1和副边接收线圈L2即具体实施方式一中所述作为共享信道的一对线圈。如图1所示，系统原边电路包括整流滤波电路、原边高频逆变电路、原边包络检测电路、原边发射线圈L1、原边电容C1、原边控制器和原边驱动电路；系统副边电路包括副边接收线圈L2、副边电容C2、副边可控整流电路、副边频率检测电路、副边控制器和副边驱动电路。如图2所示，原边包络检测电路包括检波电路、低通滤波单元、偏置单元、高速比较单元、阈值设置单元、原边电磁隔离单元和原边处理单元。如图3所示，副边频率检测电路包括低通滤波单元、过零滞回比较单元、副边电磁隔离单元和副边处理单元。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式二作进一步说明，原边包络检测电路检测副边可控整流电路中MOS管驱动信号波形占空比的具体过程为：通过检测原边的电流信号得到副边的驱动信号的波形。
具体实施方式四：下面结合图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式二作进一步说明，副边频率检测电路检测原边高频逆变电路中MOS管驱动信号的频率的具体过程为：通过检测副边的电流信号得到原边高频逆变电路中MOS管驱动信号的频率。
本实施方式中，如图4所示，虚线部分为原边包络检测波形图，实线部分为副边驱动信号波形图。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式二作进一步说明，系统副边电路还包括副边控制器，副边频率检测电路包括低通滤波单元、过零滞回比较器、副边电磁隔离单元和副边处理单元，副边频率检测电路检测的副边电流信号经过低通滤波单元后输出至过零滞回比较器，过零滞回比较器输出0/1信号，经过副边电磁隔离单元和副边处理单元输送至副边控制器，副边控制器将0/1信号经过周期换算得到原边逆变电路中MOS管驱动信号的频率。
本实施方式中，如图5所示，过零滞回比较器用于减少电流尖峰所引起的误码，以提高误码率。
具体实施方式六：本实施方式对实施方式二作进一步说明，系统原边电路还包括原边控制器，原边包络检测电路包括检波电路、低通滤波单元、偏置单元、阈值设置单元、高速比较单元、电磁隔离单元和原边处理单元，原边包络检测电路检测的原边电流信号经过检波电路和低通滤波单元输送至高速比较单元，偏置单元的信号输出端连接低通滤波单元，阈值设置单元的信号输出端连接高速比较单元，高速比较单元输出0/1信号，经过原边电磁隔离单元和原边处理单元输送至原边控制器，原边控制器将0/1信号经过周期换算得到副边可控整流电路中MOS管驱动信号的占空比。
本发明中，将该发明用于穿戴式传感器设备和植入式医疗设备中，副边频率检测电路检测原边谐振电流的频率通过处理电路的转化，能够转化为可穿戴式传感器设备的显示或控制，可穿戴式传感器设备可以是手表或手环等。副边频率检测电路检测原边谐振电流的频率值通过处理后可以显示主机设备的信息，如手机的剩余电量、未读信息量等。
本发明中，根据原边谐振电流与副边可控整流驱动信号的占空比，通过分析计算出偏置与比较单元的参数，获得驱动信号波形后，通过处理电路将检测到的占空比转化为所需要的数字量，用于主机设备的显示或控制。原边检测出的占空比通过处理后可以用来表示环境温湿度、心跳速度、人体体温和行走步数等所需值。
本发明提出的能量和信号共享信道的无线并行传输方法，具有带宽范围大的特点，如图6所示，能够有效减少信息传输时需要频率改变所引起的频率分叉现象产生的影响。
Claims (5)
1.能量和信号共享信道的无线并行传输方法，系统原边电路和系统副边电路采用一对线圈作为共享信道，采用同一频率实现信息和能量的并行同步传输；系统原边电路采用变频的方式实现信息正向传输，系统副边电路采用可控整流的方式实现信息反向传输；
其特征在于，系统原边电路包括整流滤波电路、原边高频逆变电路、原边包络检测电路、原边发射线圈L1和原边电容C1；系统副边电路包括副边接收线圈L2、副边电容C2、副边可控整流电路和副边频率检测电路；
系统原边电路由电网供电，经过整流滤波电路得到稳定的直流电压，经过高频逆变器得到指定频率下的交变电压，原边发射线圈L1和电容C1在指定频率下感应出交变磁场，配谐后的副边接收线圈L2和电容C2感应出交变电场，经过副边可控整流电路输出至负载；原边包络检测电路用于检测副边可控整流电路中MOS管驱动信号的占空比，副边频率检测电路用于检测原边高频逆变电路中MOS管驱动信号的频率。
2.根据权利要求1所述的能量和信号共享信道的无线并行传输方法，其特征在于，原边包络检测电路检测副边可控整流电路中MOS管驱动信号波形占空比的具体过程为：通过检测原边的电流信号得到副边的驱动信号的波形。
3.根据权利要求1所述的能量和信号共享信道的无线并行传输方法，其特征在于，副边频率检测电路检测原边高频逆变电路中MOS管驱动信号的频率的具体过程为：通过检测副边的电流信号得到原边高频逆变电路中MOS管驱动信号的频率。
4.根据权利要求1所述的能量和信号共享信道的无线并行传输方法，其特征在于，系统副边电路还包括副边控制器，副边频率检测电路包括低通滤波单元、过零滞回比较器、副边电磁隔离单元和副边处理单元，副边频率检测电路检测的副边电流信号经过低通滤波单元后输出至过零滞回比较器，过零滞回比较器输出0/1信号，经过副边电磁隔离单元和副边处理单元输送至副边控制器，副边控制器将0/1信号经过周期换算得到原边逆变电路中MOS管驱动信号的频率。
5.根据权利要求1所述的能量和信号共享信道的无线并行传输方法，其特征在于，系统原边电路还包括原边控制器，原边包络检测电路包括检波电路、低通滤波单元、偏置单元、阈值设置单元、高速比较单元、电磁隔离单元和原边处理单元，原边包络检测电路检测的原边电流信号经过检波电路和低通滤波单元输送至高速比较单元，偏置单元的信号输出端连接低通滤波单元，阈值设置单元的信号输出端连接高速比较单元，高速比较单元输出0/1信号，经过原边电磁隔离单元和原边处理单元输送至原边控制器，原边控制器将0/1信号经过周期换算得到副边可控整流电路中MOS管驱动信号的占空比。
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