[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

说明书

一种无线能量与数据同步传输系统及其参数设计方法，涉及无线电能传输技术领域，解决的技术问题为“如何改善系统通信性能的同时简化电路结构”，所述系统包括：能量传输回路和数据传输回路；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；所述原边数据收发器包括第一电容、第二电容以及原边隔离变压器；该系统利用简单的电路拓扑和较少的元器件充分扩展了通信频段，匹配以具有高频谱利用率和良好功率谱特性的MSK数字调制解调技术，能够显著地提高系统的通信性能。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域。

背景技术

现有的无线能量与数据传输方案主要有以下几种：

第一种：能量和数据通过不同的物理信道传输。设置两组不同的线圈，能量载波通过一对感应线圈传输，数据载波通过另一对感应线圈传输。但是，一方面，增设的耦合线圈带来的尺寸和成本的增加，对于有体积或成本限制的应用来说是不可接受的；另一方面，能量载波产生的强电磁干扰依然会耦合到数据回路而难以消除。

第二种：通过频移键控(FSK)直接调制能量载波以实现电源侧向负载侧的数据传输，并通过负载调制键控(LSK)来实现反向数据传输。这种方案被引入QI标准在消费电子产品中得到了商业化应用。这种无线能量与数据同步传输方式的能量传输与数据传输共用同一组耦合线圈。但是，一方面，这种无线能量与数据同步传输方式直接对能量载波进行调制导致数据传输对能量传输的干扰大，不适用于大功率场合；另一方面，这种无线能量与数据同步传输方式的数据传输速率受限于能量载波频率，因而普遍较低。

第三种：基于多载波通信方案，将能量和数据载波通过同一组耦合线圈进行无线传输。在发送数据时，先将数据调制到高频载波上，经功率放大后耦合到功率传输电路上。高频信号经松耦合变压器传输到接收端，接收端通过耦合电路提取高频信号，再经滤波、放大和解调后还原成二进制数字信号。这种无线能量与数据同步传输方式不需要增设额外的线圈，并且由于数据载波与能量载波的频率不同，使得数据传输对功率传输的干扰较小，高频的数据载波还可以提高数据的传输速率。

为了实现频分双工，现有的方案都采用了非常复杂的电路结构扩展通信频段，以实现较高增益和信噪比。同时，现有的基于多载波通信的无线能量数据同步传输系统通常采用ASK或FSK的调制方式将数据调制到高频载波上，由于ASK技术频谱效率高但是抗干扰能力差，而FSK技术抗干扰能力较好、误码性能好但频谱效率低，因此导致现有方案无法在抗干扰能力和频谱效率方面取得平衡。此外，由于现有基于多载波通信的无线能量数据同步传输系统普遍采用模拟调制解调技术，导致电路调试复杂，系统抗干扰能力较差，且通信频段较窄。

因此，如何提供一种无线能量与数据同步传输系统及其参数设计方法，使其能够克服电路结构复杂以及通信性能不理想的问题，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的数据传输通信性能不理想且电路结构复杂的技术问题，本发明提供了一种无线能量与数据同步传输系统及其参数设计方法，该系统采用全数字的全双工调制解调器和电路简化的全双工数据收发器，该参数设计方法基于系统结构以及数据能量传输情况计算得到适用于该系统的最优参数配置，该系统及参数设计方法能够使数据传输系统电路简化的同时提高通信性能。

一种无线能量与数据同步传输系统，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；