基于2FSK的无线能量和信号同步传输系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于2FSK的无线能量和信号同步传输系统及方法，系统由原边电路和副边电路构成，其中能量发射电路与所述能量接收电路均为双谐振电路，在所述原边电路中还设置有2FSK调制电路，在所述副边电路中还设置有2FSK解调电路，所述2FSK解调电路包括两个信号拾取回路，所述两个信号拾取回路分别与能量发射电路感应耦合，两个信号拾取回路的谐振频率分别与逆变电路输出的高频逆变信号的两个频率对应，两个信号拾取回路输出的信号经过电压比较器解调出原边电路所发出的数字信号。其显著效果是：实现无线能量传输与信息同步传输；不需要MCU即可直接输出解调后的数字信号，电路结构更简单、成本更低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到无线能量信号传输
，具体地说，是一种基于2FSK的无线能量和信号同步传输系统及方法。
技术介绍
随着无线能量传输技术的发展与完善，无线能量传输技术已被广泛应用于工业生产、人体植入医疗电子、消费电子、电动汽车、水下探测器、智能弹药等领域；特别是基于磁谐振耦合的无线能量传输技术应用前景最为广泛，其传输距离远、效率较高、功率适中、可多负载、位置自由适用性强。在无线能量传输过程中，很多应用场景均需传输数据，传统的方式是通过单独的无线通信模块(如蓝牙)进行数据的传输，这种方式成本较高、较复杂；也存在部分技术方案是根据信号的不同对能量信号进行幅度调制，通过拾取能量幅度的大小解调出相应的数字信号，虽然能够实现信号传输，但这种调制能量幅度的方式会影响能量传输效率，无线能量传输系统不能够获得持续稳定的功率输出。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于2FSK的无线能量和信号同步传输系统及方法，不仅能够实现无线能量传输的同时实现信息同步传输，并且信息传输不影响无线能量传输的效率和功率，相对于现有的2FSK解调方式结构更简单，降低了系统的设计成本。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于2FSK的无线能量和信号同步传输系统，由原边电路和副边电路构成，所述原边电路包括电源电路、逆变电路和能量发射电路，所述副边电路包括能量接收电路、能量转换电路以及负载，其关键在于：所述能量发射电路与所述能量接收电路均为双谐振电路，在所述原边电路中还设置有2FSK调制电路，在所述副边电路中还设置有2FSK解调电路，所述2FSK调制电路的输出端与逆变电路的驱动控制端连接，该2FSK调制电路将原边电路需发出的数字信号调制成两个不同频率的信号来驱动所述逆变电路工作，该逆变电路根据驱动信号的频率输出不同频率的高频逆变信号至所述能量发射电路中，该能量发射电路与所述能量接收电路之间利用电磁耦合实现能量无线传输，所述2FSK解调电路包括两个信号拾取回路，所述两个信号拾取回路分别与能量发射电路或能量接收电路感应耦合，其中一个信号拾取回路的谐振频率与逆变电路输出的一个高频逆变信号频率相同，另一信号拾取回路的谐振频率与逆变电路输出的另一高频逆变信号的频率相同，在两个信号拾取回路的输出端连接有电压比较器，两个信号拾取回路输出的信号经过电压比较器直接解调出原边电路所发出的数字信号。本专利技术通过在磁场耦合式无线电能传输系统的基础上增设2FSK调制电路与2FSK解调电路，将数字控制信号调制后对能量信号的频率进行控制，然后将拾取的能量信号解调成发出的数字信号，从而实现了将数字控制信号通过无线电能传输系统进行传输，在相对隔离的原边电路与副边电路中，不用增设其他独立的无线通信模块即可实现数字信号的无线传输，为磁场耦合式无线电能传输系统提供了可靠的通信通道，实现无线能量传输的同时实现了信息同步传输。本专利技术相对于传统的采用独立的通信模块如蓝牙，此种方式更为简单、成本低；相对于采用调幅方式的方案会使用无线能量传输系统不能够获得持续、稳定的功率输出，不会影响无线能量传输的效率和功率；不需要MCU参与即可直接输出解调后的数字信号。进一步的技术方案是，所述能量发射电路包括电感L1与发射线圈L2，所述电感L1的一端与所述逆变电路的一个输出端相连，电感L1的另一端串接电容C1和发射线圈L2后接所述逆变电路的另一输出端，在所述发射线圈L2上并联有电容C2；所述能量接收电路包括接收线圈L3，该接收线圈L3与所述发射线圈L2谐振耦合，所述接收线圈L3的一端串接电容C4与电感L4后接入所述能量转换电路的一个输入端，该接收线圈L3的另一端接所述能量转换电路的另一输入端，在所述接收线圈L3上还并联有电容C3。作为更进一步的技术方案，所述2FSK解调电路中的一个信号拾取回路包括线圈L5、电容C5、二极管D1和采样电阻R1，线圈L5与电容C5组成并联谐振回路，其谐振频率与能量发射电路的一个谐振点相同，线圈L5通过电磁耦合从能量发射电路中拾取能量，拾取的能量经过二极管D1和采样电阻R1传输到电压比较器U1的同相输入端；所述2FSK解调电路中的另一信号拾取回路包括线圈L6、电容C6、二极管D2和采样电阻R2，线圈L6与电容C6也组成并联谐振回路，其谐振频率与能量发射电路的另一谐振点相同，线圈L6通过电磁耦合从能量发射电路中拾取能量，拾取的能量经过二极管D2和采样电阻R2传输到电压比较器U1的反相输入端。作为另一种实现方式，所述2FSK解调电路中的一个信号拾取回路包括线圈L5、电容C5、二极管D1和采样电阻R1，线圈L5与电容C5组成并联谐振回路，其谐振频率与能量接收电路的一个谐振点相同，线圈L5通过电磁耦合从能量接收电路中拾取能量，拾取的能量经过二极管D1和采样电阻R1传输到电压比较器U1的同相输入端；所述2FSK解调电路中的另一信号拾取回路包括线圈L6、电容C6、二极管D2和采样电阻R2，线圈L6与电容C6也组成并联谐振回路，其谐振频率与能量接收电路的另一谐振点相同，线圈L6通过电磁耦合从能量接收电路中拾取能量，拾取的能量经过二极管D2和采样电阻R2传输到电压比较器U1的反相输入端。采用上述电路进行2FSK解调，方式更简单、成本更低，不需要MCU参与即可直接输出解调后的数字信号；且解调速度极快，理论上比较器的延迟就是2FSK解调的延迟。为了使得电压比较器获得信号更准确，因此在两个采样电阻上均并联有滤波电容，具体为：在所述采样电阻R1上并联有电容C7，在所述采样电阻R2上并联有电容C8。结合上述基于2FSK的无线能量和信号同步传输系统的电路结构，本专利技术还提供了一种该系统的传输方法，按照以下步骤进行：步骤1：搭建原边电路和副边电路，所述原边电路包括电源电路、逆变电路和能量发射电路，所述副边电路包括能量接收电路、能量转换电路以及负载，能量发射电路和能量接收电路采用双谐振电路；步骤2：搭建2FSK调制电路，通过2FSK调制电路将原边电路需发出的数字信号调制成两个不同频率的驱动信号去控制逆变电路工作，所选择的两个频率为能量发射电路或能量接收电路的两个谐振频率；步骤3：所述逆变电路根据驱动信号的频率输出相应频率的高频逆变信号至所述能量发射电路，利用能量发射电路和能量接收电路之...

【技术保护点】
一种基于2FSK的无线能量和信号同步传输系统，由原边电路和副边电路构成，所述原边电路包括电源电路、逆变电路和能量发射电路，所述副边电路包括能量接收电路、能量转换电路以及负载，其特征在于：所述能量发射电路与所述能量接收电路均为双谐振电路，在所述原边电路中还设置有2FSK调制电路，在所述副边电路中还设置有2FSK解调电路，所述2FSK调制电路的输出端与逆变电路的驱动控制端连接，该2FSK调制电路将原边电路需发出的数字信号调制成两个不同频率的信号来驱动所述逆变电路工作，该逆变电路根据驱动信号的频率输出不同频率的高频逆变信号至所述能量发射电路中，该能量发射电路与所述能量接收电路之间利用电磁耦合实现能量无线传输，所述2FSK解调电路包括两个信号拾取回路，所述两个信号拾取回路分别与能量发射电路或能量接收电路感应耦合，其中一个信号拾取回路的谐振频率与逆变电路输出的一个高频逆变信号频率相同，另一信号拾取回路的谐振频率与逆变电路输出的另一高频逆变信号的频率相同，在两个信号拾取回路的输出端连接有电压比较器，两个信号拾取回路输出的信号经过电压比较器直接解调出原边电路所发出的数字信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于2FSK的无线能量和信号同步传输系统，由原边电
路和副边电路构成，所述原边电路包括电源电路、逆变电路和能量发
射电路，所述副边电路包括能量接收电路、能量转换电路以及负载，
其特征在于：所述能量发射电路与所述能量接收电路均为双谐振电
路，在所述原边电路中还设置有2FSK调制电路，在所述副边电路中
还设置有2FSK解调电路，所述2FSK调制电路的输出端与逆变电路
的驱动控制端连接，该2FSK调制电路将原边电路需发出的数字信号
调制成两个不同频率的信号来驱动所述逆变电路工作，该逆变电路根
据驱动信号的频率输出不同频率的高频逆变信号至所述能量发射电
路中，该能量发射电路与所述能量接收电路之间利用电磁耦合实现能
量无线传输，所述2FSK解调电路包括两个信号拾取回路，所述两个
信号拾取回路分别与能量发射电路或能量接收电路感应耦合，其中一
个信号拾取回路的谐振频率与逆变电路输出的一个高频逆变信号频
率相同，另一信号拾取回路的谐振频率与逆变电路输出的另一高频逆
变信号的频率相同，在两个信号拾取回路的输出端连接有电压比较
器，两个信号拾取回路输出的信号经过电压比较器直接解调出原边电
路所发出的数字信号。
2.根据权利要求1所述的基于2FSK的无线能量和信号同步传
输系统，其特征在于：所述能量发射电路包括电感L1与发射线圈L2，
所述电感L1的一端与所述逆变电路的一个输出端相连，电感L1的

\t另一端串接电容C1和发射线圈L2后接所述逆变电路的另一输出端，
在所述发射线圈L2上并联有电容C2；
所述能量接收电路包括接收线圈L3，该接收线圈L3与所述发射
线圈L2谐振耦合，所述接收线圈L3的一端串接电容C4与电感L4
后接入所述能量转换电路的一个输入端，该接收线圈L3的另一端接
所述能量转换电路的另一输入端，在所述接收线圈L3上还并联有电
容C3。
3.根据权利要求1或2所述的基于2FSK的无线能量和信号同
步传输系统，其特征在于：所述2FSK解调电路中的一个信号拾取回
路包括线圈L5、电容C5、二极管D1和采样电阻R1，线圈L5与电
容C5组成并联谐振回路，其谐振频率与能量发射电路的一个谐振点
相同，线圈L5通过电磁耦合从能量发射电路中拾取能量，拾取的能
量经过二极管D1和采样电阻R1传输到电压比较器U1的同相输入
端；
所述2FSK解调电路中的另一信号拾取回路包括线圈L6、电容
C6、二极管D2和采样电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾孝平，陈毅，熊东，于安宁，王茂，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85