[发明专利]一种无线能量与数据同步传输系统及其参数设计方法

权利要求书

1.一种无线能量与数据同步传输系统，其特征在于，所述系统包括：能量传输回路和数据传输回路；

所述能量传输回路用于传输能量信号，包括依次连接的供电模块、原边补偿电路、带抽头的松耦合变压器、副边补偿电路以及负载模块，所述松耦合变压器用于实现能量信号从原边传输至副边；

所述数据传输回路包括全双工调制解调器，以及与所述全双工调制解调器连接的数据收发器，所述数据收发器包括原边数据收发器和副边数据收发器；

所述全双工调制解调器用于对待发送数据信号进行调制，对接收信号进行解调；

所述原边数据收发器包括原边第一电容、原边第二电容以及原边隔离变压器，所述原边第一电容一端与所述全双工调制解调器的数据发送端连接，另一端与所述原边隔离变压器的一次侧连接，所述原边隔离变压器的一次侧同时与所述全双工调制解调器的数据接收端连接，所述原边第二电容一端与所述原边隔离变压器的二次侧连接，另一端与所述松耦合变压器的一次侧抽头连接；

所述副边数据收发器与所述松耦合变压器的二次侧抽头连接，且与所述原边数据收发器结构相同。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供电模块包括并联连接的直流电源和逆变器，所述逆变器通过原边补偿电路与所述松耦合变压器的一次侧连接；

所述负载模块包括并联连接的整流器、滤波器以及负载，所述整流器通过副边补偿电路与所述松耦合变压器的二次侧连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述原边补偿电路包括原边并联电容C_f1、原边串联电容C_p以及原边电感L_f1，所述原边电感L_f1一端与所述供电模块连接，另一端与所述原边并联电容C_f1的一端以及原边串联电容C_p的一端连接，所述原边并联电容C_f1的另一端以及原边串联电容C_p的另一端分别与所述松耦合变压器的一次侧连接，且所述原边并联电容C_f1的另一端同时与所述供电模块连接；

所述副边补偿电路与所述负载模块连接，且与所述原边补偿电路结构相同。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述全双工调制解调器包括数字式频率合成器DDS、模拟数字转换器ADC以及现场可编程逻辑门阵列FPGA，所述现场可编程逻辑门阵列FPGA包括差分编码单元、带通滤波单元、最小频移键控MSK解调单元以及差分解码单元；

调制时，发送数据依次经过差分编码单元和数字式频率合成器DDS，得到已调制的数据信号；解调时，待解调的数据信号依次经过模拟数字转换器ADC、带通滤波单元、最小频移键控MSK解调单元以及差分解码单元，得到接收数据。

5.一种无线能量与数据同步传输系统参数设计方法，应用于如权利要求1-4所述的系统，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、获取能量信号参数、松耦合变压器参数以及数据传输参数；

S2、根据所述松耦合变压器参数，得到原副边数据收发器与所述松耦合变压器的连接位置；

S3、基于所述能量信号参数以及松耦合变压器参数，计算原副边补偿电路参数；

S4、基于所述数据传输参数，计算原副边数据收发器参数以及正反向数据传输的载波中心频率。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S3包括：

基于松耦合变压器原边线圈的自感L_p、副边线圈的自感L_s以及待传输能量信号的角频率ω_p，计算所述原副边补偿电路参数，所述原副边补偿电路参数包括原边并联电容C_f1、原边串联电容C_p、原边电感L_f1、副边并联电容C_f2、副边串联电容C_s、副边电感L_f2；

计算能量传输的功率和效率；

根据所述功率和/或效率，对所述原副边补偿电路参数进行优化。