CN114374252A - 一种能量信号同步传输的无线充电电路 - Google Patents

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王宇轩
陈志鑫
朱子旭
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韩大稳
任雅楠
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Abstract

本发明提供了一种能量信号同步传输的无线充电电路，包括逆变电路，逆变电路的输入端连接直流电源，逆变电路的输出端连接谐振网络发射端，谐振网络的接收端连接负载；逆变电路还连接有用于调控谐振网络发射端电流幅值的DSP控制器；还包括监测电路，监测电路感应谐振网络接收端的通信信号，并将通信信号传输至负载。本发明所述的一种载波通信无线充电电路通过对发射端电流幅值的调控实现能量信号与通信信号的同步传输，同时，保持传输功率与整体效率的稳定。

Description

一种能量信号同步传输的无线充电电路
技术领域
本发明属于无线充电技术领域，尤其是涉及一种载波通信无线充电电路。
背景技术
随着无线充电技术的发展，无线充电系统中信号传输是近来需要攻克的难题之一；目前，信号能量同步传输类型包括能量信号与通信信号分开传输，该传输方式主要存在的问题是在相同时间内无线传出功率降低并导致谐振系统不稳定；还包括能量信号和通信信号在同一个耦合机构同时传输，该传输方式主要存在的问题是为了保证较高的传输功率和效率，必须要求能量信号谐振在系统的谐振点上，导致通信信号不能有效传输且能量信号受到干扰；因此，为实现能量信号与通信信号高效的双向同步传输，本专利申请设计了一种载波通信无线充电电路。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种载波通信无线充电电路，以解决能量信号与通信信号同步传输效率低、抗干扰能力差的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种载波通信无线充电电路，包括逆变电路，逆变电路的输入端连接直流电源，逆变电路的输出端连接谐振网络发射端，谐振网络的接收端连接负载；
逆变电路包括多组开关管，多组开关管均与DSP控制器连接；
还包括监测电路，监测电路感应谐振网络接收端的通信信号，并将通信信号传输至负载；
载波通信无线充电电路通过DSP控制器控制开关管中的移相角，改变开关管的占空比，调节电流幅值，使发射端的电流同时包含通信信号与能量信号，系统将发射电流通过谐振网络发射端传输到谐振网络的接收端，信息识别端的感应线圈获得信息电流，通过检测电路进行过滤，监测电路感应谐振网络接收端的通信信号，并将通信信号传输至负载，在获得数字信号同时进行解码，即可获得需要传输的信息，同时包含能量信号的电流通过谐振网络将电能传输到负载中，最终完成整个系统的能量与信息的同步传输。
进一步的，开关管包括开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4，开关管S1的漏极端连接直流电源的正极端，开关管S1的源极端连接开关管S3的漏极端，开关管S3的源极端连接直流电源的负极端；
开关管S2的漏极端也连接直流电源的正极端，开关管S2的源极端连接开关管S4的漏极端，开关管S4的源极端连接直流电源的负极端。
进一步的，开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4的栅极端连接DSP控制器。
进一步的，谐振电路包括发射线圈L1、与发射线圈L1磁感应耦合的接收线圈L2，发射线圈L1的一端通过谐振电容C1连接开关管S1的源极端，发射线圈L1的另一端连接开关管S2的源极端；
接收线圈L2的两端通过整流电路连接负载RL。
进一步的，整流电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，二极管D1与二极管D3串联连接，二极管D2与二极管D4串联连接，二极管D1的阴极端连接二极管D2的阴极端，二极管D3的阳极端连接二极管D4的阳极端；
接收线圈L2的一端通过谐振电容C2连接二极管D2与二极管D4之间的连接线路，二极管D2的阴极端连接负载RL，负载RL连接电阻R2，电阻R2的另一端连接二极管D3的阳极端，二极管D3的阴极端连接接收线圈L2。
进一步的，监测电路包括感应线圈L3，感应线圈L3设置在接收线圈L2与二级管D3之间的连接线路上，感应线圈L3的一端连接二极管D5的阳极端，二极管D5的阴极端连接有电容C3，电容C3的另一端连接感应线圈L3，电容C3的两端还并联连接有信号读取器。
相对于现有技术，本发明所述的一种载波通信无线充电电路具有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种载波通信无线充电电路通过DSP控制器对谐振电路的发射端电流幅值进行调节，配合监测电路，实现能量信号与通信信号的同步传输，同时，保证了传输功率和整体传输效率的稳定；
(2)本发明所述的一种载波通信无线充电电路经测验检验达到较高的传输效率和较强的抗干扰能力。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种载波通信无线充电电路图；
图2为本发明实施例所述的监测电路等效图；
图3为本发明实施例所述的监测电路过滤波形图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
请参阅图1所示，一种载波通信无线充电电路，包括逆变电路，逆变电路的输入端连接直流电源，逆变电路的输出端连接谐振网络发射端，谐振网络的接收端连接负载；
逆变电路还连接有用于调控谐振网络发射端电流幅值的DSP控制器；DSP控制器为本领域技术人员熟知的常规技术，本专利申请不再作进一步赘述；
还包括监测电路，监测电路感应谐振网络接收端的通信信号，并将通信信号传输至负载；
载波通信无线充电电路通过DSP控制器控制四组开关管中的移相角，改变MOS管中的占空比，假设整个系统使用四进制进行数据传输，移项角a1代表信号值为0，移项角a2代表信号值为1，移项角a3时代表信号值为2，移项角为a4代表信号值为3，对四种移项角任意进行组合即可形成包含信息的电流；通过调节电流幅值使输出的能量波形高低不同，此时线圈中流过的电流同时包含信息流与能量流，通过谐振线圈将信息流、能量流传输到接收端；信息识别端的感应线圈可获得信息流，并通过二极管将下半部分信息过滤，最终流过信号读取器中的电阻，通过监测电阻两端的信号电压，在获得数字信号同时进行解码，即可获得需要传输的信息。
开关管包括开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4；开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4均为MOSFET开关管；
开关管S1的漏极端连接直流电源的正极端，开关管S1的源极端连接开关管S3的漏极端，开关管S3的源极端连接直流电源的负极端；
开关管S2的漏极端也连接直流电源的正极端，开关管S2的源极端连接开关管S4的漏极端，开关管S4的源极端连接直流电源的负极端。
开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4的栅极端连接DSP控制器，通过直流电源使整个无线充电系统通电，利用DSP控制器对四组开关管的相位角进行调控，从而调整发射端的电流幅值。
谐振电路包括发射线圈L1、与发射线圈L1磁感应耦合的接收线圈L2，发射线圈L1的一端通过谐振电容C1连接开关管S1的源极端，发射线圈L1的另一端连接开关管S2的源极端；
接收线圈L2的两端通过整流电路连接负载RL。
整流电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，二极管D1与二极管D3串联连接，二极管D2与二极管D4串联连接，二极管D1的阴极端连接二极管D2的阴极端，二极管D3的阳极端连接二极管D4的阳极端；
接收线圈L2的一端通过谐振电容C2连接二极管D2与二极管D4之间的连接线路，二极管D2的阴极端连接负载RL，负载RL连接电阻R2，电阻R2的另一端连接二极管D3的阳极端，二极管D3的阴极端连接接收线圈L2。
监测电路包括感应线圈L3，感应线圈L3设置在接收线圈L2与二级管D3之间的连接线路上，感应线圈L3的一端连接二极管D5的阳极端，二极管D5的阴极端连接有电容C3，电容C3的另一端连接感应线圈L3，电容C3的两端还并联连接有信号读取器。
通过发射线圈L1向接受线圈L2发射通信信号和能量信号，如图3所示，监测电路中的二极管D1将通信信号中的下半部分单向过滤掉，谐振电容C2将二极管D1输出的通信信号中的高频滤波信号去掉，在二极管D1导通时的电流电路有信号读取器构成，如图2所示，在信号读取器两端的电压即监测电路最终输出的信号电压，监测电路将高低电平相互结合的信号翻译成信息，并将通信信号传输至负载；
将通信信号和能量信号传输至负载，完成整个无线充电系统的通信信号和能量信号的同步传输。
本方案实施时，载波通信无线充电电路通过DSP控制器控制四组MOSFET中的移相角，改变四组MOS管中的占空比，通过调节电流幅值使输出的能量波形高低不同，此时发射线圈L1中流过的电流同时包含信息流与能量流，通过接收线圈L2将信息流和能量流传输到接收端，信息识别端的感应线圈可获得信息电流，并通过滤波电路重的二极管将下半部分信息过滤，最终流过信号读取器中的电阻，通过监测电阻两端的信号电压，在获得数字信号同时进行解码，即可获得需要传输的信息。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种能量信号同步传输的无线充电电路，其特征在于：包括逆变电路，逆变电路的输入端连接直流电源，逆变电路的输出端连接谐振网络发射端，谐振网络的接收端连接负载；
逆变电路包括多组开关管，多组开关管均与DSP控制器连接；
还包括监测电路，监测电路感应谐振网络接收端的通信信号，并将通信信号传输至负载；
载波通信无线充电电路通过DSP控制器控制开关管中的移相角，改变开关管的占空比，调节电流幅值，使发射端的电流同时包含通信信号与能量信号，系统将发射电流通过谐振网络发射端传输到谐振网络的接收端，信息识别端的感应线圈获得信息电流，通过检测电路进行过滤，监测电路感应谐振网络接收端的通信信号，并将通信信号传输至负载，在获得数字信号同时进行解码，即可获得需要传输的信息，同时包含能量信号的电流通过谐振网络将电能传输到负载中，最终完成整个系统的能量与信息的同步传输。
2.根据权利要求1所述的一种能量信号同步传输的无线充电电路，其特征在于：开关管包括开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4，开关管S1的漏极端连接直流电源的正极端，开关管S1的源极端连接开关管S3的漏极端，开关管S3的源极端连接直流电源的负极端；
开关管S2的漏极端也连接直流电源的正极端，开关管S2的源极端连接开关管S4的漏极端，开关管S4的源极端连接直流电源的负极端。
3.根据权利要求2所述的一种能量信号同步传输的无线充电电路，其特征在于：开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4的栅极端连接DSP控制器。
4.根据权利要求2所述的一种能量信号同步传输的无线充电电路，其特征在于：谐振电路包括发射线圈L1、与发射线圈L1磁感应耦合的接收线圈L2，发射线圈L1的一端通过谐振电容C1连接开关管S1的源极端，发射线圈L1的另一端连接开关管S2的源极端；
接收线圈L2的两端通过整流电路连接负载RL。
5.根据权利要求4所述的一种能量信号同步传输的无线充电电路，其特征在于：整流电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，二极管D1与二极管D3串联连接，二极管D2与二极管D4串联连接，二极管D1的阴极端连接二极管D2的阴极端，二极管D3的阳极端连接二极管D4的阳极端；
接收线圈L2的一端通过谐振电容C2连接二极管D2与二极管D4之间的连接线路，二极管D2的阴极端连接负载RL，负载RL连接电阻R2，电阻R2的另一端连接二极管D3的阳极端，二极管D3的阴极端连接接收线圈L2。
6.根据权利要求5所述的一种能量信号同步传输的无线充电电路，其特征在于：监测电路包括感应线圈L3，感应线圈L3设置在接收线圈L2与二级管D3之间的连接线路上，感应线圈L3的一端连接二极管D5的阳极端，二极管D5的阴极端连接有电容C3，电容C3的另一端连接感应线圈L3，电容C3的两端还并联连接有信号读取器。
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