一種高速無線攜能通信裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及一種無線攜能通信裝置，具體設及一種利用電流=角波中的基波 能量磁禪合諧振的無線供電技術，屬于無線能量傳輸技術領域。
【背景技術】
[0002] 非福射性磁禪合諧振作為新型無線供電技術，通過使兩個相同頻率的諧振物體產(chǎn) 生很強的相互禪合，而對周圍非諧振頻率的接受端只有較弱的禪合。磁禪合諧振系統(tǒng)包括 發(fā)射諧振線圈、次級接受諧振線圈和負載。無線供電應用場合通常需要無線通信，按照能量 流與信息流的實現(xiàn)方式，主要分為單流模式和雙流模式。其中雙流模式采用能量流與信息 流分開實現(xiàn)，如采用藍牙等無線裝置實現(xiàn)信息流。該種方式成本相對較高，電路復雜。而單 流模式利用同一套裝置實現(xiàn)能量流與信息流的復用。
[0003] 當需要傳遞通信信號時，目前單流模式也有兩種實現(xiàn)方案，一種是當能量流傳輸 時認為是高電平，當能量流中斷時認為是低電平。顯然該樣的方式存在較大的弊端，當數(shù)據(jù) 量較大時影響正常供電，對無線供電的品質(zhì)影響較大。另一種方案是采用改變發(fā)射線圈的 工作頻率，當接受線圈工作在最佳狀態(tài)時，判定是一種通信信號狀態(tài)，同時實現(xiàn)最佳能量傳 輸。當頻率變化偏離接受線圈最佳工作狀態(tài)，判定是另一種通信信號狀態(tài)，此時還有能量能 夠傳遞到接受端。但當數(shù)據(jù)量較大時，該樣的方法還是會影響無線供電的品質(zhì)。因此需要 研究高速無線攜能通信高效率工作電路，解決單流模式工作時無線通信影響無線供電品質(zhì) 的問題。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術問題是針對無線攜能通信應用場合，提出一種利用= 角波中的諧波能量實現(xiàn)無線通信功能的裝置，用于需要為無線電能供電的場合，實現(xiàn)高效 率、高可靠性的磁禪合無線供電與無線通信電路復用的解決方案。
[0005] 本實用新型為解決上述技術問題采用W下技術方案：
[0006] 一種高速無線攜能通信裝置，包括頻率調(diào)制模塊、驅(qū)動電路、發(fā)射電路、無線電能 接受電路、無線通信信號接受電路；其中，所述發(fā)射電路包括輸入電源、與輸入電源相連接 且包含有發(fā)射線圈的非諧振類變換器；所述頻率調(diào)制模塊向驅(qū)動電路輸出控制信號；所述 驅(qū)動電路根據(jù)控制信號控制非諧振類變換器中的開關器件動作，向發(fā)射線圈傳輸正負電壓 幅值和持續(xù)時間均相等的電壓方波，控制發(fā)射線圈的=角波電流頻率；所述發(fā)射線圈通過 =角波電流信號中的基波分量產(chǎn)生磁場，與無線電能接受電路產(chǎn)生磁共振，使得無線電能 接受電路接受到磁共振傳遞的能量，實現(xiàn)磁禪合諧振無線供電；所述無線通信信號接受電 路接受發(fā)射線圈=角波電流信號中的諧波分量，實現(xiàn)無線通信。
[0007] 進一步的，本實用新型的一種高速無線攜能通信裝置，所述無線電能接受電路包 括接受線圈、諧振電容和負載，所述接受線圈與諧振電容、負載分別相并聯(lián)；接受線圈接受 到磁共振傳遞的能量并傳遞給負載。
[0008] 進一步的，本實用新型的一種高速無線攜能通信裝置，所述無線通信信號接受電 路包括諧振電路和無線信號處理電路，所述諧振電路與無線信號處理電路相并聯(lián)。
[0009] 進一步的，本實用新型的一種高速無線攜能通信裝置，所述發(fā)射電路包括一個輸 入電容，輸入電容并聯(lián)于輸入電源的兩端；所述非諧振類變換器為全橋逆變器，全橋逆變器 并聯(lián)于輸入電源的兩端；所述發(fā)射線圈的兩端分別連接全橋逆變器的兩個橋臂的中點。
[0010] 進一步的，本實用新型的一種高速無線攜能通信裝置，所述全橋逆變器包括由第 一開關管、第=開關管組成的第一橋臂，W及由第二開關管、第四開關管組成的第二橋臂， 所述控制信號包括第一控制信號和第二控制信號，且第一控制信號和第二控制信號為互補 的方波信號，其中，第一控制信號控制第一開關管和第四開關管的導通，第二控制信號控制 第二開關管和第=開關管的導通。
[0011] 進一步的，本實用新型的一種高速無線攜能通信裝置，所述諧振電路包括接受線 圈和諧振電容，其中接受線圈和諧振電容相并聯(lián)。
[0012] 進一步的，本實用新型的一種高速無線攜能通信裝置，所述諧振電路包括接受線 圈和接受線圈寄生電容。
[0013] 本實用新型采用W上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有W下技術效果：
[0014] 本實用新型直接控制非諧振類變換器中發(fā)射線圈的S角波電流頻率，利用S角波 電流信號中的基波能量實現(xiàn)磁禪合諧振無線供電，利用諧波能量實現(xiàn)無線通信，提高了無 線攜能通信裝置的可靠性，電路結構簡單，無線通信信號傳輸時對無線供電品質(zhì)影響較輕， 全橋逆變器容易在全范圍內(nèi)實現(xiàn)ZVS開關，Effl干擾也較低，可廣泛應用于大功率無線供電 場合，具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本實用新型的實施例一中利用無線高速攜能通信裝置的實現(xiàn)電路。
[0016] 圖2是本實用新型的實施例一中的全橋逆變器驅(qū)動信號和發(fā)射線圈電流波形。
[0017] 圖3是本實用新型的實施例一中的發(fā)射線圈S角波電流能量頻譜分布圖。
[0018] 圖4是本實用新型的實施例一中的全橋逆變器中功率開關管的ZVS實現(xiàn)圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明，所述實施方式的示 例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類 似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而 不能解釋為對本實用新型的限制。
[0020] 本實用新型提出的一種高速無線攜能通信裝置，包括頻率調(diào)制模塊、驅(qū)動電路、發(fā) 射電路、無線電能接受電路、無線通信信號接受電路；發(fā)射電路包括輸入電源、與輸入電源 相連接且包含有發(fā)射線圈的非諧振類變換器；無線電能接受電路包括接受線圈、諧振電容 和負載，所述接受線圈與諧振電容、負載分別相并聯(lián)；無線通信信號接受電路包括諧振電路 和無線信號處理電路。
[0021] 所述發(fā)射電路包括一個輸入電容，輸入電容并聯(lián)于輸入電源的兩端；所述非諧振 類變換器為全橋逆變器，全橋逆變器并聯(lián)于輸入電源的兩端；所述發(fā)射線圈的兩端分別連 接全橋逆變器的兩個橋臂的中點。
[0022] 如圖1所示，發(fā)射電路由直流電源VI、輸入電容C1、開關管Q1-Q4組成的全橋逆變 器，W及發(fā)射線圈L1構成。接受電路包括接受線圈12、電容C2和負載R1。控制電路產(chǎn)生 兩路控制信號給Q1-Q4,其中第1路控制信號給Q1和Q4,第2路控制信號給Q2和Q3。第1 路控制信號和第2路控制信號為互補導通的方波信號，并留有一定的死區(qū)。
[0023] 如圖2所示，其給出了全橋逆變器驅(qū)動信號和發(fā)射線圈電流波形。為方便體現(xiàn)本 申請思想，圖2中定義/i=lMHz頻率下的工作波形。事實上可W根據(jù)接受線圈的諧振頻率 定義工作周期W達到最好的控制效果。
[0024] 如圖3所示，其給出了本實用新型的優(yōu)選實例的發(fā)射線圈電流能量頻譜分布圖。 圖3中控制電路給出高頻信號/i=lMHz，可見大部分電流引起的磁場能量集中在IMHz頻率 段，在3次、5次等高頻奇次諧波處同樣包含相對集中的能量。
[00巧]S角波的傅里葉級數(shù)形式為
【主權項】
1. 一種高速無線攜能通信裝置，其特征在于：包括頻率調(diào)制模塊、驅(qū)動電路、發(fā)射電 路、無線電能接受電路、無線通信信號接受電路；其中，所述發(fā)射電路包括輸入電源、與輸入 電源相連接且包含有發(fā)射線圈的非諧振類變換器；所述頻率調(diào)制模塊向驅(qū)動電路輸出控制 信號；所述驅(qū)動電路根據(jù)控制信號控制非諧振類變換器中的開關器件動作，向發(fā)射線圈傳 輸正負電壓幅值和持續(xù)時間均相等的電壓方波，控制發(fā)射線圈的三角波電流頻率；所述發(fā) 射線圈通過三角波電流信號中的基波分量產(chǎn)生磁場，與無線電能接受電路產(chǎn)生磁共振，使 得無線電能接受電路接受到磁共振傳遞的能量，實現(xiàn)磁耦合諧振無線供電；所述無線通信 信號接受電路接受發(fā)射線圈三角波電流信號中的諧波分量，實現(xiàn)無線通信。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種高速無線攜能通信裝置，其特征在于：所述無線電能接 受電路包括接受線圈、諧振電容和負載，所述接受線圈與諧振電容、負載分別相并聯(lián)；接受 線圈接受到磁共振傳遞的能量并傳遞給負載。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種高速無線攜能通信裝置，其特征在于：所述無線通信信 號接受電路包括諧振電路和無線信號處理電路，所述諧振電路與無線信號處理電路相并 聯(lián)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種高速無線攜能通信裝置，其特征在于：所述發(fā)射電路包 括一個輸入電容，輸入電容并聯(lián)于輸入電源的兩端；所述非諧振類變換器為全橋逆變器，全 橋逆變器并聯(lián)于輸入電源的兩端；所述發(fā)射線圈的兩端分別連接全橋逆變器的兩個橋臂的 中點。
5. 根據(jù)權利要求4所述的一種高速無線攜能通信裝置，其特征在于：所述全橋逆變器 包括由第一開關管、第三開關管組成的第一橋臂，以及由第二開關管、第四開關管組成的第 二橋臂，所述控制信號包括第一控制信號和第二控制信號，且第一控制信號和第二控制信 號為互補的方波信號，其中，第一控制信號控制第一開關管和第四開關管的導通，第二控制 信號控制第二開關管和第三開關管的導通。
6. 根據(jù)權利要求3所述的一種高速無線攜能通信裝置，其特征在于：所述諧振電路包 括接受線圈和諧振電容，其中接受線圈和諧振電容相并聯(lián)。
7. 根據(jù)權利要求3所述的一種高速無線攜能通信裝置，其特征在于：所述諧振電路包 括接受線圈和接受線圈寄生電容。
【專利摘要】本實用新型公開了一種高速無線攜能通信裝置，屬于無線能量傳輸技術領域。本實用新型包括頻率調(diào)制模塊、驅(qū)動電路、發(fā)射電路、無線電能接受電路、無線通信信號接受電路；其中所述發(fā)射電路包括輸入電源、與輸入電源相連接且包含有發(fā)射線圈的非諧振類變換器，所述無線電能接受電路包括接受線圈、諧振電容、負載，所述無線通信信號接受電路包括接受線圈、諧振電容和無線信號處理電路。本實用新型直接控制非諧振類變換器中發(fā)射線圈的三角波電流頻率，利用三角波電流信號中的基波能量實現(xiàn)磁耦合諧振無線供電，利用諧波能量實現(xiàn)無線通信，提高了無線攜能通信裝置的可靠性，容易在全范圍內(nèi)實現(xiàn)ZVS開關，EMI干擾也較低，具有廣闊的應用前景。
【IPC分類】H02J17-00
【公開號】CN204465154
【申請?zhí)枴緾N201520168623
【發(fā)明人】周巖, 朱翔, 李軒愷, 張騰飛, 岳東, 謝俊
【申請人】南京郵電大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月24日