基于寄生參數(shù)的wpt系統(tǒng)信號傳輸裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及WPT系統(tǒng)中的信號傳輸領域，具體的說是一種基于寄生參數(shù)的WPT系 統(tǒng)信號傳輸裝置。
【背景技術】
[0002] 無線電能傳輸（Wireless Power Transfer, WPT)技術實現(xiàn)了電能從電源到用電設 備的無線傳輸，在一些實際應用中，不僅需要能量的傳輸，還需要信號的傳遞。
[0003] 現(xiàn)有的WPT系統(tǒng)能量信號同步傳輸?shù)姆椒ㄖ饕獞迷诖艌鲴詈现?，主要方法?括：
[0004] (1)能量和信號共用傳輸通道：這種方法中，調(diào)制信號和電能都通過發(fā)射線圈發(fā) 送出去，接收線圈接收電能并通過濾波環(huán)節(jié)、解調(diào)環(huán)節(jié)將信號提取出來。但是這種方法是在 能量流上調(diào)制信號流，會導致能量傳輸能力下降，以及較大的信號傳輸功耗，且信號傳輸速 率較低；
[0005] (2)能量和信號的傳輸不共用傳輸通道：這種方法通常需要新增一組信號耦合線 圈，且需要特別設計磁芯結(jié)構(gòu)以減小能量線圈與信號線圈的交叉耦合，這使得系統(tǒng)耦合機 構(gòu)成本較高，靈活度降低，且因為信號與能量均通過磁場進行傳輸，容易形成交叉耦合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述問題，本發(fā)明提供了一種基于寄生參數(shù)的WPT系統(tǒng)信號傳輸裝置，在原 邊線圈和副邊線圈的兩側(cè)分別對應設置有原邊金屬板和副邊金屬板，原邊金屬板、原邊線 圈、副邊線圈和副邊金屬板兩兩之間存在寄生電容，利用這些電容可以構(gòu)成信號傳輸通道， 從而實現(xiàn)"基于磁場傳輸電能，基于電場傳輸信號"的能量與信號非共用通道同步傳輸效 果，具有成本低、靈活度高、信號傳輸速率高、對能量傳輸能力無影響等優(yōu)點。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明采用的具體技術方案如下：
[0008] -種基于寄生參數(shù)的WPT系統(tǒng)信號傳輸裝置，包括用于實現(xiàn)能量傳輸?shù)脑吘€圈 和副邊線圈，以及用于實現(xiàn)信號傳輸?shù)男盘柊l(fā)生裝置和信號接收裝置，在所述原邊線圈和 副邊線圈的兩側(cè)分別對應設置有原邊金屬板和副邊金屬板，所述原邊線圈和副邊線圈采用 平面線圈，且與所述原邊金屬板和副邊金屬板相對設置，使得所述原邊金屬板、原邊線圈、 副邊線圈和副邊金屬板兩兩之間產(chǎn)生寄生電容，所述信號發(fā)生裝置和信號接收裝置利用所 述原邊金屬板、原邊線圈、副邊線圈和副邊金屬板兩兩之間產(chǎn)生的寄生電容實現(xiàn)信號無線 傳輸。
[0009] 通過上述設計，原邊線圈、副邊線圈、原邊金屬板和副邊金屬板構(gòu)成耦合機構(gòu)，并 兩兩產(chǎn)生有寄生電容，構(gòu)成信號傳輸通道，使信號經(jīng)信號發(fā)生裝置、耦合機構(gòu)以及信號接收 裝置從原邊傳遞到副邊。
[0010] 在接線過程中，所述原邊金屬板和原邊線圈分別連接在信號發(fā)生裝置的輸出端 上，所述副邊金屬板和副邊線圈分別連接在信號接收裝置的輸入端上，此外，也可以將信號 發(fā)生裝置的一條線接原邊金屬板，另一條線接能量傳輸通道的接地端，同樣可以利用原邊 金屬板、原邊線圈、副邊線圈和副邊金屬板兩兩之間產(chǎn)生的寄生電容實現(xiàn)信號無線傳輸。 [0011] 為了減小能量對信號的干擾，需要減小信號回路面積，因此，在接線時，所述信號 發(fā)射裝置的兩個輸出端通過雙絞線連接到所述原邊金屬板和所述原邊線圈，所述副邊金屬 板和所述副邊線圈也通過雙絞線與所述信號接收裝置的兩個輸入端連接。
[0012] 進一步描述，所述信號發(fā)射裝置包括信號調(diào)制模塊，并將數(shù)字信號調(diào)制為FSK或 ASK模式輸出。
[0013] 再進一步描述，為了使信號正常傳送，所述信號接收裝置包括阻波電路、信號放大 模塊以及信號解調(diào)模塊，且所述阻波電路是由阻波電容Cf和阻波電感L f并聯(lián)而成的帶通濾 波電路，該阻波電路的帶通頻率為信號載波頻率的± 10%。
[0014] 優(yōu)選地，所述信號調(diào)制模塊和信號解調(diào)模塊均采用集成芯片LM1893。
[0015] 再進一步描述，所述原邊金屬板、原邊線圈、副邊線圈和副邊金屬板四者同軸設 置。
[0016] 再進一步描述，為了減小能量對信號的干擾，所述原邊線圈和副邊線圈之間的寄 生電容采用異名端的寄生電容。
[0017] 本發(fā)明的有益效果：成本低、易于實現(xiàn)且傳輸速率高、可靠性好等優(yōu)點，并且，相對 于傳統(tǒng)信號能量分離通道傳輸方法而言，該裝置還可以實現(xiàn)更好的靈活度和空間位置偏移 幾余度。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明的原邊線圈部分等效電路；
[0020] 圖3是本發(fā)明的副邊線圈部分等效電路；
[0021] 圖4是本發(fā)明的信號回路的等效電路；
[0022] 圖5是本發(fā)明的阻波電路圖；
[0023] 圖6是本發(fā)明的阻波電路波特圖；
[0024] 圖7是本發(fā)明的實驗電路拓撲圖；
[0025] 圖8是本發(fā)明的阻波電路輸出的波特圖；
[0026] 圖9是本發(fā)明能量對信號干擾測試圖a ;
[0027] 圖10是本發(fā)明能量對信號干擾測試圖b。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】以及工作原理作進一步詳細說明。
[0029] 從圖1可以看出，一種基于寄生參數(shù)的WPT系統(tǒng)信號傳輸裝置，包括用于實現(xiàn)能量 傳輸?shù)脑吘€圈和副邊線圈，以及用于實現(xiàn)信號傳輸?shù)男盘柊l(fā)生裝置和信號接收裝置，在 原邊線圈和副邊線圈的兩側(cè)分別對應設置有原邊金屬板和副邊金屬板，原邊線圈和副邊線 圈采用平面線圈，且與原邊金屬板和副邊金屬板相對設置，使得原邊金屬板、原邊線圈、glj 邊線圈和副邊金屬板兩兩之間產(chǎn)生寄生電容，原邊金屬板和原邊線圈分別連接在信號發(fā)生 裝置的輸出端上，副邊金屬板和副邊線圈分別連接在信號接收裝置的輸入端上，信號發(fā)生 裝置和信號接收裝置利用原邊金屬板、原邊線圈、副邊線圈和副邊金屬板兩兩之間產(chǎn)生的 寄生電容實現(xiàn)信號無線傳輸；信號發(fā)射裝置的兩個輸出端通過雙絞線連接到原邊金屬板和 原邊線圈，副邊金屬板和副邊線圈也通過雙絞線與信號接收裝置的兩個輸入端連接；原邊 金屬板、原邊線圈、副邊線圈和副邊金屬板四者同軸設置。
[0030] 原邊金屬板、原邊線圈、副邊線圈和副邊金屬板兩兩之間產(chǎn)生的寄生電容分別為 原邊線圈和副邊線圈之間的寄生電容G1、原邊線圈和副邊金屬板之間的寄生電容(；2、原邊 金屬板和副邊線圈之間的寄生電容(；3、原邊金屬板和副邊金屬板之間的寄生電容(；4、原邊 線圈和原邊金屬板之間的寄生電容(；5以及副邊線圈和副邊金屬板之間的寄生電容C其 中，在實施例中，為了減小能量對信號的干擾，原邊線圈和副邊線圈之間的寄生電容(^采 用異名端的寄生電容，具體見圖4。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)寄生電容C的大小和耦合機構(gòu)間的正對面積 S近似成正比，而與耦合機構(gòu)間的距離d近似成反比，上述六種寄生電容的不同就在于系數(shù) k的大小。
[0032] 高頻逆變后的能量在線圈上傳輸時，產(chǎn)生交變的磁場，交變的磁場會在信號接收 回路產(chǎn)生干擾。同樣被調(diào)制的高頻交變信號，也會在能量回路產(chǎn)生干擾。為進一步分析， 將原邊發(fā)射線圈部分電路進行等效分析，具體如圖2所示，將副邊接收線圈部分電路也進 行等效分析，具體如圖3所示，同時將信號回路結(jié)合寄生電容進行分析，具體如圖4所示，其 中^為等效原邊線圈輸入電壓，U sin和U _分別表示信號的輸入和輸出，U JP U b表示信號 輸出端的兩個電位，U5為電容Q5上的電壓，I p、Is、Islg分別為原邊線圈、副邊線圈及信號回 路的電流，Lp、匕分別為原邊線圈和副邊線圈的電感；Req為副邊線圈耦合電路的等效電阻， Rslg為信號接收回路的取樣電阻，ω ^ (^分別表示能量和信號的工作角頻率，M為原邊和副 邊線圈的互感，S表示信號傳輸對能量傳輸?shù)母蓴_系數(shù)，其值和能量回路的面積大小有關。 ξ表示能量傳輸對信號傳輸?shù)母蓴_系數(shù)，其值和信號傳輸回路的面積有關。j CoJOs為受副 邊電流Is影響的等效電流控電壓源，j ω JOp為受原邊邊電流I p影響的等效電流控電壓源， S ?sIslg為信號回路電流Islg在能量回路產(chǎn)生的等效電流控電壓源，ξ ω Jp、ξ CosIs分別 表示原副邊電流在信號回路產(chǎn)生的等效電流控電壓源。
[0033] 從圖4所示的電路中，可以通過兩個輸出端UJPUb的電位的大小，求得信號輸出 電壓Usciut的大小，該電路的傳遞函數(shù)G i (s)為：<