CN112737137A - 能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统 - Google Patents

能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112737137A
CN112737137A CN202110070076.1A CN202110070076A CN112737137A CN 112737137 A CN112737137 A CN 112737137A CN 202110070076 A CN202110070076 A CN 202110070076A CN 112737137 A CN112737137 A CN 112737137A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
energy
transmission
polar plate
receiving
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110070076.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112737137B (zh
Inventor
苏玉刚
钱林俊
邓仁为
刘哲
叶兆虹
王智慧
戴欣
孙跃
唐春森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University
Original Assignee
Chongqing University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University filed Critical Chongqing University
Priority to CN202110070076.1A priority Critical patent/CN112737137B/zh
Publication of CN112737137A publication Critical patent/CN112737137A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112737137B publication Critical patent/CN112737137B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/06—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using capacity coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/05—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using capacitive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
    • Y02T90/167—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for supporting the interoperability of electric or hybrid vehicles, i.e. smartgrids as interface for battery charging of electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]

Abstract

本发明提供一种能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，其能量传输通道通过能量发射极板与能量接收极板构成的电能传输单电容耦合结构实现电能无线传输，其信号传输通道通过信号发收极板和信号收发极板构成的信号传输单电容耦合结构实现信号双向无线传输。本发明能够在几乎不影响能量传输的情况下实现信号的双向传输，相比于双极板电场耦合式无线电能与信号并行传输方式，本发明的优点在于能量和信号都采用单电容耦合，并且能量通道与信号通道分离，信号能够双向传输，能量回路和信号回路之间的串扰相对较小，使得能量回路能够具有较大的传输功率，同时信号回路具有较高的传输速率。

Description

能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术，具体涉及一种能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统。
背景技术
无线电能传输技术是指综合应用电力电子技术、电磁场理论以及控制理论，通过磁场、电场、微波等载体实现电能从电网或电池以非电气接触的方式传输至用电负载的技术。电场耦合式无线电能传输(Electric-field Coupled Wireless Power Transfer,EC-WPT)技术以交变电场为传输载体，具有耦合机构体积小、重量轻、设计灵活度高、机构耗材量低，且能够穿越金属物体传能等优点。目前的EC-WPT系统研究中，耦合机构需要采用两对金属极板构成完整的电气回路，从而将电能从发送端传输到接收端，而两对耦合极板往往会产生以下问题：移动电气设备在两对金属板的制约下灵活性较差；两对金属极板会造成交叉耦合电容，使系统的调谐更加困难。采用单电容的电场耦合式无线电能传输系统有利于解决以上问题。
在EC-WPT系统中构建跨越系统原副边的全控式控制回路可进一步提升系统控制效果，但全控式控制回路需要在电能无线传输的基础上实现原副边之间的无线信号传输；此外，用电设备与系统原边需要有信息交互，例如：电动汽车电池无线充电时，需由车载端向电能发送端反馈电池充电状态以及电动车位置等信息；在石油钻井或机械臂关节等无线供电应用中，需要由电能发送端向放置于旋转体上的电能接收端正向发送信息以实现旋转体内部的调节与控制，能量与信号并行传输技术可以满足以上需求。与传统无线信号传输技术如：蓝牙、Zigbee、Wi-Fi、Radio-Frequency(RF)相比，能量与信号同传技术具有配对简单、传输延时小的特点，并且能够适用于水下等特殊场景。
为了实现能量与信号的同步传输，目前主要有三种方式：能量调制传输、分离通道传输和共享通道传输。分离通道能量与信号同传技术指能量传输通道与信号传输通道在物理结构上相互独立，由于能量通道与信号通道分离，该方法的电能传输功率等级范围较宽，可适用于从W级到kW级的不同应用场合；信号传输可采用更加高频的低功率载波，从而提高信号传输速率。目前针对分离通道信号传输的研究中，通常需要两对金属极板来构成信号回路，两对信号极板存在以下问题：信号接收端受到两块极板的制约，使得信号传输的灵活性降低；同时两块信号极板之间会产生交叉耦合，对信号传输产生影响。
发明内容
基于上述缺陷，本发明的目的在于提出一种能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，能够采用较少的金属极板，使能量通道与信号通道分离，且能量回路和信号回路之间的串扰相对较小，以及能量回路能够具有较大的传输功率，同时信号回路具有较高的传输速率。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，包括能量传输通道和信号传输通道，所述能量传输通道的发送端设置有相连接的能量发射极板和原边补偿电路，所述能量传输通道的接收端设置有相连接的能量接收极板和副边补偿电路，所述能量传输通道通过所述能量发射极板与所述能量接收极板构成的电能传输单电容耦合结构实现电能无线传输；
所述信号传输通道的信号发送/接收端顺序连接有信号发送/接收装置、信号调制解调电路、信号发收极板，所述信号传输通道的信号接收/发送端顺序连接有信号收发极板、信号解调调制电路、信号接收/发送装置，所述信号传输通道通过所述信号发收极板和所述信号收发极板构成的信号传输单电容耦合结构实现信号双向无线传输。
可选地，所述原边补偿电路设置有原边谐振电感Lf1和原边谐振电容Cf1构成的原边谐振补偿电路，所述能量发射极板电气连接在所述原边谐振电感Lf1和所述原边谐振电容Cf1的公共连接端上，所述副边补偿电路设置有副边谐振电感Lj1和副边谐振电容Cj1构成的副边谐振补偿电路，所述能量接收极板电气连接在所述副边谐振电感Lj1和所述副边谐振电容Cj1的公共连接端上。
可选地，在所述能量传输通道的发送端设置有逆变电路，所述逆变电路的输入端用于连接直流电源，所述逆变电路的输出端连接所述原边谐振补偿电路。
可选地，在所述能量传输通道的接收端设置有副边整流滤波电路，所述副边整流滤波电路的输入端连接所述副边谐振补偿电路，所述副边整流滤波电路的输出端为负载供电。
可选地，所述原边谐振补偿电路和所述副边谐振补偿电路均为LC谐振补偿电路，二者谐振频率相同，且对应元器件参数设置相同。
可选地，所述副边整流滤波电路为由全桥整流电路和滤波电容组成。
可选地，所述能量发射极板与所述能量接收极板正对设置，相距dt1；所述信号发收极板与所述信号收发极板正对设置，相距dt2；所述电能传输单电容耦合结构与所述信号传输单电容耦合结构相距d。
可选地，所述能量发射极板与所述能量接收极板为两块相同的金属极板。
可选地，所述信号发收极板与所述信号收发极板为两块相同的金属极板。
本发明提出一种能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，其能量传输通道通过能量发射极板与能量接收极板构成的电能传输单电容耦合结构实现电能无线传输，其信号传输通道通过信号发收极板和信号收发极板构成的信号传输单电容耦合结构实现信号双向无线传输，从而能够在几乎不影响能量传输的情况下实现信号的双向传输。相比于双极板电场耦合式无线电能与信号并行传输方式，本发明的优点在于能量和信号都采用单电容耦合，耦合机构只需要一对能量极板和一对信号极板，通过一对能量极板实现电能从原边向副边的传输，通过一对信号极板实现原边和副边的双向通信；能量通道与信号通道分离，所以能量回路和信号回路之间的串扰相对较小，使得能量回路能够具有较大的传输功率，同时信号回路具有较高的传输速率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明具体实施例的系统架构图；
图2为图1所示系统中耦合机构的等效模型图；
图3为图2所示耦合机构模型中交叉耦合电容C12、C14、C24随能量极板与信号极板之间距离d的变化规律图；
图4为图2所示耦合机构模型中交叉耦合电容C13随能量极板与信号极板之间距离d的变化规律图；
图5为图2所示耦合机构模型中交叉耦合电容C12、C14、C24随信号极板边长x的变化规律图；
图6为图2所示耦合机构模型中交叉耦合电容C13随信号极板边长x的变化规律图；
图7为图1所示系统的能量发送端向能量接收端发送信息时的等效电路图；
图8为图1所示系统的参数设计流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1所示，本实施例提供一种能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，包括能量传输通道和信号传输通道，所述能量传输通道的发送端设置有相连接的能量发射极板P1和原边补偿电路，所述能量传输通道的接收端设置有相连接的能量接收极板P3和副边补偿电路，所述能量传输通道通过所述能量发射极板P1与所述能量接收极板P3构成的电能传输单电容耦合结构实现电能无线传输；
所述信号传输通道的信号发送/接收端顺序连接有信号发送/接收装置、信号调制解调电路、信号发收极板P2，所述信号传输通道的信号接收/发送端顺序连接有信号收发极板P4、信号解调调制电路、信号接收/发送装置，所述信号传输通道通过所述信号发收极板P2和所述信号收发极板P4构成的信号传输单电容耦合结构实现信号双向无线传输。
通过图1可以看出，在能量传输通道，直流电源Edc、全桥型逆变器(逆变电路，由4个MOSFET S1-S4组成)、原边谐振电感Lf1、原边谐振电容Cf1与能量发射极板P1共同构成系统的能量发送端，能量接收极板P3与副边谐振电感Lj1、副边谐振电容Cj1、副边整流滤波电路(由全桥整流电路和滤波电容Cf组成，全桥整流电路由四个二极管D1-D4组成)及负载RL构成系统的能量接收端，dt1为能量传输距离(即能量发射极板P1与能量接收极板P3之间的距离)。电能传输单电容耦合结构P1和P3由两块金属极板正对构成，金属极板之间的介质可以是空气、水或其它介质，金属极板形状可以使用方形、圆形或其它任何形状，金属极板材料可以是铜、铝或其它金属材料，能量传输极板P1和P3的几何参数和能量传输距离dt1由装置实际应用场所决定。逆变电路可以将系统的直流电压转换为高频交流电注入原边LC谐振补偿网络，LC补偿电路可以减小系统的无功功率，提高功率因数。同时，由于逆变器转换的交流波形为方波，利用电感电容谐振可以减小谐波，同时实现升压的效果。电能从发送端传递到接收端，接收端补偿电路(采用LC谐振补偿电路)通过副边电感Lj1和副边电容Cj1谐振后将电能传递到副边整流滤波电路，副边整流滤波电路将接收到的高频交流电转换成负载所需的直流电。
在信号传输通道，信号发送/接收装置(在某一时间仅作为信号发送装置发送信号或作为信号接收装置接收信号)、信号调制解调电路(在某一时间仅作为信号调制电路调制信号或作为信号解调电路解调信号)、信号发收极板P2在原边侧；信号收发极板P4、信号解调调制电路(在某一时间仅作为信号解调电路解调信号或作为信号调制电路调制信号)、信号接收/发送装置(在某一时间仅作为信号接收装置接收信号或作为信号发送装置发送信号)在副边侧，dt2为信号传输距离(即信号发收极板P2与信号收发极板P4之间的距离)。信号传输单电容耦合结构P2和P4由一对金属极板构成，该金属极板形状可以使用方形、圆形或其他任何形状，金属极板之间的介质可以是空气、水或其它介质，金属极板材料可以是铜、铝或其它金属材料，信号传输金属极板的几何参数和信号传输距离dt2由装置实际应用场所决定。信号调制电路将信号发送装置的信号转变为调制信号，调制信号为带有信息的高频载波，调制信号通过信号传输极板(P2或P4)传输到信号接收端，信号解调电路接收信号并对其进行解调，然后将信息传输至信号接收装置，实现信号与能量同步传输。信号传输单电容耦合结构与电能传输单电容耦合结构之间的距离为d。
下面对图1所示系统中的耦合机构进行分析。
图1中信号传输单电容耦合结构与电能传输单电容耦合结构构成系统的耦合机构，能量极板与信号极板之间的距离d对能量与信号之间的串扰有较大影响，主要体现在能量极板与信号极板之间的交叉耦合电容上。图1中耦合机构可以等效为图2所示等效模型。
其中，C12为极板P1与P2形成的电容，C34为P3与P4形成的电容，C12位于能量发送端，C34位于能量接收端；C13为极板P1与P3形成的电容，构成能量传输通道；C24为极板P2与P4形成的电容，构成信号传输通道；C23为极板P2和P3形成的电容，C14为极板P1与P4形成的电容。在一般情况下，P1与P3尺寸相同，P2与P4尺寸相同，故C12等于C34，C14等于C23。在实际应用中，交叉耦合电容值是影响能量和信号传输性能的因素之一，C13越大越有利于能量传输；C24越大越有利于信号传输；C12、C14、C23、C34越大表示能量与信号之间的串扰越强。
为探究能量极板与信号极板之间距离d的取值规律，在有限元仿真软件COMSOL中进行仿真，极板P1和P3采用边长为30cm的正方形铝板，极板P2和P4采用边长为5cm的正方形铜板，能量传输距离dt1为30mm，信号传输距离dt2为30mm，得到交叉耦合电容C12、C14、C24随d的变化规律如图3所示，和交叉耦合电容C13随d的变化规律如图4所示。
图3和图4中可以看到C12和C14随d增大而减小，C13和C24随d的增大而增大；以上述尺寸为例，可以看到d小于10cm时，交叉耦合电容随d的变化更为敏感，在d增大到10cm之后，C12的减小速度趋于平缓，C13和C24的增大速度也趋于平缓。在实际应用中，能量极板与信号极板之间距离d还取决于应用需求，结合上述分析，对于上述尺寸，在应用需求允许的情况下，d的取值以大于10cm为宜。同理，其他尺寸的耦合机构也可以通过该方法得到d的取值范围。
以正方形金属板作为信号传输极板为例，分析信号传输极板边长x的取值方法，在有限元仿真软件COMSOL中进行仿真，P1和P3采用边长为30cm的正方形铝板，能量传输距离dt1为30mm，信号传输距离dt2为30mm；结合上述分析和仿真，能量极板与信号极板之间的距离d为30cm，得到交叉耦合电容C12、C14、C24随信号极板边长x的变化规律如图5所示，和交叉耦合电容C13随信号极板边长x的变化规律如图6所示。
图5和图6中可以看到C12和C14随x增大而增大，但是变化范围不大，说明x增大会略微增强能量与信号之间的相互干扰；C13随x的增大而减小，变化量不大，说明x的增大会略微减弱能量的传输性能；C24随x的增大而大幅度增大，说明x的增大能够提高信号传输性能。但是在实际应用中，信号极板边长x的取值还取决于实际应用需求，所以x的选取方法为在应用需求允许的范围内尽可能大。
下面对系统的参数进行设计。
对于能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，在能量传输部分，能量极板的形状及几何参数由实际应用场所的需求确定，能量发送端和接收端不接地。
在信号传输部分，信号极板的形状及几何参数由实际应用需求及上述对耦合机构的分析方法确定，信号发送端和接收端不接地。以能量发送端向能量接收端发送信息为例，系统的等效电路图如图7所示。
信号传输部分，CS2为信号极板形成的电容；信号发送装置产生需要发送的信号，经信号调制模块转换为带有信息的高频载波，可等效为usig；信号解调模块和信号接收装置等效为Req2。
能量传输部分，CS1为能量极板形成的电容；高频全桥逆变器将直流电转换成交流电，可等效为交流电源uin；接收端整流滤波电路和负载RL等效为Req1，Req1的计算方式为：
Figure BDA0002905692240000081
发送端补偿网络由电感Lf1与电容Cf1组成，电感Lf1与电容Cf1谐振，得到：
ω2Lf1Cf1＝1 (2)
其中，ω为能量回路谐振频率。为了减少电感的体积和电感电阻Rf1，电感Lf1和电容Cf1应被设计成具有低串联等效电阻、高质量因数Q等特点。根据经验，电感Lf1普遍设置为100uH以内，电感电阻Rf1可由电桥测得。确定电感值和频率后可根据公式(2)可计算出电容Cf1的值。
接收端补偿网络由电感Lj1与电容Cj1组成，为了保证接收端补偿网络谐振频率跟发送端补偿网络一致，电感Lj1与电容Cj1也设计成谐振网络，且取值一致，得到：
Figure BDA0002905692240000082
综上，给出系统参数设计流程图如图8所示。图8中：根据应用需求确定系统能量极板，包括极板P1和P3的外尺寸以及能量传输距离dt1，确定输出功率Po、负载RL和信号传输速率；根据上述对耦合机构的分析和实际应用需求确定信号极板，包括P2和P4的外尺寸以及信号传输距离dt2，确定能量极板和信号极板之间距离d；根据应用需求和经验，确定电能传输频率f1、信号传输频率f2和信号调制解调方式；根据经验确定电感Lf1值和初始电压Edc；根据式(2)(3)得到Cf1、Lj1和Cj1；若输出功率不符合要求，则对Edc进行调节，直到达到目标输出功率；若信号传输速率不符合要求，则根据上述对耦合机构的分析，调整信号极板尺寸以及能量极板与信号极板之间距离d，直到信号传输速率符合要求，最后给出系统参数。
下面进行实验验证。
基于图1所示拓扑结构和图8所示的系统参数方法，搭建了能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统实验装置。对本系统需要实现的功能进行验证，期望能量输出功率达到50W，信号双向传输速率都能达到3Mbps。
在能量传输部分，耦合机构采用两块30*30cm的方形铝板作为单电容能量传输极板，两对极板正对，能量传输距离dt1为30mm，电能传输频率f1设置为1MHz，利用LCR电桥测得能量极板之间的电容CS1为43.9pF，电感Lf1设置为84.4uH，根据式(2)和式(3)得到Cf1、Lj1和Cj1的取值。高频全桥逆变器使用4个IMZ120R060M1型号的MOSFET，电感是0.04*1200的高频利兹线绕制而成的空心电感，电容为高频陶瓷电容，整流器由2个GHXS045A120S-D3型号的并联二极管构成；负载采用ITECH公司的IT8813型号电子负载，采用CR模式，设置为120Ω。
在信号传输部分，采用两块5*5cm的方形铜箔作为信号传输极板，两对极板正对，信号传输距离dt2为30mm，信号传输频率f2为设置为2～28MHz；能量极板与信号极板之间距离d为40cm，电桥测得信号极板之间的电容CS2为7.1pF。使用LW-MPA223电力通信模块作为信号调制解调电路和信号解调调制电路，在该模块中，电源接口接12V供电，四个网络接口接到网线对应的引脚上，网线另一端与PC机相连；采用两台PC机分别作为信号发送与信号接收装置，可以在PC机屏幕上看到文件传输速度，直观地看到信号传输速率。得到能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统参数如表1所示。
表1系统参数取值
Figure BDA0002905692240000101
通过实验测试，能量输出功率能够达到期望的50W，效率为60.3％。信号双向传输速率都能够达到期望的3Mbps。
综上所述，本发明实施例提出一种能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，能够在几乎不影响能量传输的情况下实现信号的双向传输，并得到了实验验证。相比于双极板电场耦合式无线电能与信号并行传输方式，本发明的优点在于：能量和信号都采用单电容耦合，耦合机构只需要一对能量极板和一对信号极板，通过一对能量极板实现电能从原边向副边的传输，通过一对信号极板实现原边和副边的双向通信；能量通道与信号通道分离，所以能量回路和信号回路之间的串扰相对较小，使得能量回路能够具有较大的传输功率，同时信号回路具有较高的传输速率。
最后需要说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，比如根据耦合机构及其辅助电路所配置的位置，在耦合机构上可以单设发射极板或接收极板，也可以将直流电源、逆变电路、原边谐振补偿电路中的任何一种或多种组合配置在耦合机构上，或者配置在耦合机构外，这样的变换均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，包括能量传输通道和信号传输通道，其特征在于：所述能量传输通道的发送端设置有相连接的能量发射极板和原边补偿电路，所述能量传输通道的接收端设置有相连接的能量接收极板和副边补偿电路，所述能量传输通道通过所述能量发射极板与所述能量接收极板构成的电能传输单电容耦合结构实现电能无线传输；
所述信号传输通道的信号发送/接收端顺序连接有信号发送/接收装置、信号调制解调电路、信号发收极板，所述信号传输通道的信号接收/发送端顺序连接有信号收发极板、信号解调调制电路、信号接收/发送装置，所述信号传输通道通过所述信号发收极板和所述信号收发极板构成的信号传输单电容耦合结构实现信号双向无线传输。
2.根据权利要求1所述的能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，其特征在于：所述原边补偿电路设置有原边谐振电感Lf1和原边谐振电容Cf1构成的原边谐振补偿电路，所述能量发射极板电气连接在所述原边谐振电感Lf1和所述原边谐振电容Cf1的公共连接端上，所述副边补偿电路设置有副边谐振电感Lj1和副边谐振电容Cj1构成的副边谐振补偿电路，所述能量接收极板电气连接在所述副边谐振电感Lj1和所述副边谐振电容Cj1的公共连接端上。
3.根据权利要求2所述的能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，其特征在于：在所述能量传输通道的发送端设置有逆变电路，所述逆变电路的输入端用于连接直流电源，所述逆变电路的输出端连接所述原边谐振补偿电路。
4.根据权利要求3所述的能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，其特征在于：在所述能量传输通道的接收端设置有副边整流滤波电路，所述副边整流滤波电路的输入端连接所述副边谐振补偿电路，所述副边整流滤波电路的输出端为负载供电。
5.根据权利要求4所述的能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，其特征在于：所述副边整流滤波电路由全桥整流电路和滤波电容组成。
6.根据权利要求2-5任一所述的能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，其特征在于：所述原边谐振补偿电路和所述副边谐振补偿电路均为LC谐振补偿电路，二者谐振频率相同，且对应元器件参数设置相同。
7.根据权利要求1-5任一所述的能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，其特征在于：所述能量发射极板与所述能量接收极板正对设置，相距dt1；所述信号发收极板与所述信号收发极板正对设置，相距dt2；所述电能传输单电容耦合结构与所述信号传输单电容耦合结构相距d。
8.根据权利要求7所述的能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，其特征在于：所述能量发射极板与所述能量接收极板为两块相同的金属极板。
9.根据权利要求7所述的能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统，其特征在于：所述信号发收极板与所述信号收发极板为两块相同的金属极板。
CN202110070076.1A 2021-01-19 2021-01-19 能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统 Active CN112737137B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110070076.1A CN112737137B (zh) 2021-01-19 2021-01-19 能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110070076.1A CN112737137B (zh) 2021-01-19 2021-01-19 能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112737137A true CN112737137A (zh) 2021-04-30
CN112737137B CN112737137B (zh) 2022-09-02

Family

ID=75592415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110070076.1A Active CN112737137B (zh) 2021-01-19 2021-01-19 能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112737137B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11201606B2 (en) * 2017-12-08 2021-12-14 Institute Of Geology And Geophysics, The Chinese Academy Of Sciences CSAMT transmitter

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040207591A1 (en) * 2003-04-21 2004-10-21 Toppoly Optoelectronics Corp. Method and circuit for driving liquid crystal display
CN102882286A (zh) * 2012-09-25 2013-01-16 重庆大学 一种基于电场耦合的无线电能传输系统
CN105406605A (zh) * 2015-12-29 2016-03-16 湖南大学 一种电容耦合式无线功率传输电路及其控制方法
CN108832724A (zh) * 2018-04-27 2018-11-16 重庆大学 采用补偿电感传递信号的ecpt系统及其参数设计方法
CN110138094A (zh) * 2019-05-30 2019-08-16 大连理工大学 电场式无线电能及双向信号传输系统
CN110417131A (zh) * 2019-08-19 2019-11-05 南京航空航天大学 一种基波-谐波并行传能的多通道非接触供电系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040207591A1 (en) * 2003-04-21 2004-10-21 Toppoly Optoelectronics Corp. Method and circuit for driving liquid crystal display
CN102882286A (zh) * 2012-09-25 2013-01-16 重庆大学 一种基于电场耦合的无线电能传输系统
CN105406605A (zh) * 2015-12-29 2016-03-16 湖南大学 一种电容耦合式无线功率传输电路及其控制方法
CN108832724A (zh) * 2018-04-27 2018-11-16 重庆大学 采用补偿电感传递信号的ecpt系统及其参数设计方法
CN110138094A (zh) * 2019-05-30 2019-08-16 大连理工大学 电场式无线电能及双向信号传输系统
CN110417131A (zh) * 2019-08-19 2019-11-05 南京航空航天大学 一种基波-谐波并行传能的多通道非接触供电系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIAOFEI LI等: "A Decoupled Power and Data-Parallel Transmission Method With Four-Quadrant Misalignment Tolerance for Wireless Power Transfer Systems", 《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》 *
苏玉刚等: "基于电场耦合式电能传输系统的电能与信号回路分离式并行传输技术", 《电工技术学报》 *
谢诗云等: "基于双侧Ｆ－ＬＣＬＣ网络的恒压型电场耦合无线电能传输系统", 《电力系统自动化》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11201606B2 (en) * 2017-12-08 2021-12-14 Institute Of Geology And Geophysics, The Chinese Academy Of Sciences CSAMT transmitter

Also Published As

Publication number Publication date
CN112737137B (zh) 2022-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10672557B2 (en) Wireless power transmitter and method of controlling power thereof
US10027377B2 (en) Wireless power supply apparatus
JP6023785B2 (ja) 無線電力送信の制御方法、及び無線電力送信装置
KR101813129B1 (ko) 무선 전력 송수신 시스템
RU2596606C2 (ru) Динамическая резонансная согласующая схема для беспроводных приемников энергии
KR101739293B1 (ko) 인 밴드 통신을 이용한 무선 전력 송수신 시스템
US10181755B2 (en) Wireless power supply apparatus
CN106655528B (zh) 基于双侧lc网络的ecpt系统及其参数设计方法
US9721721B2 (en) Wireless power transmitter, wireless power receiver and impedence control method
KR20120019090A (ko) 공진 전력 전달 시스템에서 공진 임피던스 트래킹 장치 및 방법
JP2013545430A (ja) 電子機器の電力供給方法と、これを用いるソース電子機器及びターゲット電子機器
CN112701800B (zh) 共享通道式单电容耦合无线电能与信号并行传输系统
JP2013188127A (ja) 無線電力送信装置、無線電力受信装置、及び電力受信方法
JP6618006B2 (ja) 無線電力伝送システムおよび送電装置
JP2013541311A (ja) 共振電力伝送装置及びその電力変換制御方法
CN107612159B (zh) 一种兼具pwm控制和调频控制的单发射对四接收线圈电动汽车静态无线供电系统
CN104578222A (zh) 一种无线充电装置和系统
Yuan et al. A novel anti-offset interdigital electrode capacitive coupler for mobile desktop charging
CN112737137B (zh) 能量与信号均为单电容耦合的分离式并行传输系统
CN112636481A (zh) 单电容耦合无线电能传输系统能量与信号并行传输装置
JP6535003B2 (ja) 無線電力受信装置
CN116388409A (zh) 基于磁场、电场分别传输电能与信号的水下并行传输系统
US10491043B2 (en) Resonant coil, wireless power transmitter using the same, wireless power receiver using the same
CN109190288A (zh) 基于谐振式无线电能传输的谐振器仿真系统及仿真方法
Dou et al. Bidirectional communication in the inductive WPT system with injected information transmission

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant