切入時(shí)，該系統(tǒng)總阻抗為
[0033] 根據(jù)式（2) (4)，畫出兩種模式下，系統(tǒng)原邊電流隨負(fù)載電阻變化的曲線如圖2所 示，定義兩條曲線IpJP I ^的交點(diǎn)為R c。顯然，對于一個(gè)特定結(jié)構(gòu)與參數(shù)的系統(tǒng)，Rc為一個(gè) 固定值。
[0034] 由于副邊調(diào)制電容的切入切出和負(fù)載的變化，導(dǎo)致反射阻抗的變化，從而會對原 邊電流的大小也會產(chǎn)生影響，基于這一點(diǎn)，在負(fù)載變化的情況下，通過控制雙向開關(guān)將調(diào)制 電容從系統(tǒng)中切入或切出，切入時(shí)的原邊電流曲線和切出時(shí)的原邊電流曲線有一個(gè)交點(diǎn)， 該交點(diǎn)對應(yīng)的負(fù)載阻值大小設(shè)為R。，該交點(diǎn)即是本系統(tǒng)傳輸信號的分界點(diǎn)，信號調(diào)制策略 的選擇由檢測到的負(fù)載阻值大小與Rc關(guān)系而定。由系統(tǒng)總阻抗表達(dá)式分析可知，在原副邊 諧振網(wǎng)絡(luò)參數(shù)一定的情況下，如果副邊電容C 2和負(fù)載L的大小發(fā)生變化，副邊對原邊的反 射阻抗發(fā)生變化，進(jìn)而影響原邊電流Ip的大小?；谶@一點(diǎn)，提出在變負(fù)載情況下，通過控 制雙向開關(guān)的通斷，檢測原邊電流包絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信號從副邊到原邊的傳輸。
[0035] 基于上述分析，如圖3所示，一種感應(yīng)耦合式能量與信號同步傳輸系統(tǒng)的控制方 法，包括以下步驟：
[0036] A、對于一個(gè)特定結(jié)構(gòu)和參數(shù)的感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)，對于不同的負(fù)載電阻，通 過理論分析和計(jì)算可分別得出在信號調(diào)制電容從系統(tǒng)中切入和切出情況下，原邊電流有 效值隨負(fù)載電阻變化的曲線，定義調(diào)制電容切入與切出情況下原邊電流有效值曲線交點(diǎn)對 應(yīng)的負(fù)載阻值為R。；
[0037] B、當(dāng)有負(fù)載需要供電時(shí)，根據(jù)負(fù)載大小，將檢測到的實(shí)際負(fù)載大小與R。比較，根據(jù) 比較結(jié)果，控制器處理需要傳輸?shù)臄?shù)字信號并選定相應(yīng)的信號調(diào)制策略來切入或切出信號 調(diào)制電容C。：
[0038] B1、若檢測到的負(fù)載&大小在（0~R。）內(nèi)，具體控制方法為：傳輸數(shù)字信號1時(shí)， 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)雙向開關(guān)閉合，將C。切入，設(shè)此時(shí)原邊電流大小為I pa;傳輸數(shù)字信號0時(shí)，驅(qū) 動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)雙向開關(guān)斷開，將C。切出，設(shè)此時(shí)原邊電流大小為I pb，系統(tǒng)按照正常諧振狀態(tài) 工作，此時(shí)，Ipa>Ipb，產(chǎn)生深淺不同的電流包絡(luò)，電流的包絡(luò)特征即反應(yīng)傳輸?shù)臄?shù)字信號，信 號由副邊傳遞到原邊，對信號進(jìn)行解調(diào)，通過信號解調(diào)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)信號還原，圖4是&<1?。情 況下的原邊電流包絡(luò)圖。
[0039] B2、若檢測到的負(fù)載&大小在（R。~+ 〇〇 )內(nèi)，具體控制方法為：傳輸數(shù)字信號1 時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)雙向開關(guān)斷開，將C。切出，設(shè)此時(shí)的原邊電流大小為I p。，系統(tǒng)處于諧振工 作狀態(tài)；傳輸數(shù)字信號〇時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)雙向開關(guān)閉合，將C。切入，設(shè)此時(shí)的原邊電流大 小為I pd，此時(shí)，Ip，Ipd，產(chǎn)生深淺不同的電流包絡(luò)，電流的包絡(luò)特征即反應(yīng)傳輸?shù)臄?shù)字信號， 信號由副邊傳遞到原邊，對信號進(jìn)行解調(diào)，通過信號解調(diào)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)信號還原，圖5是&> R。 情況下，原邊電流包絡(luò)圖。
[0040] 這樣就實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)耦合式電能傳輸系統(tǒng)在負(fù)載寬范圍變化的情況下能量與信號 的同步傳輸。
[0041] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于反射阻抗原理，通過改變副邊電容值和負(fù)載大小，從 而改變原邊電流的大小，進(jìn)而形成不同的電流包絡(luò)；在負(fù)載變化的情況下，檢測判斷負(fù)載大 小，根據(jù)負(fù)載阻值大小，通過控制雙向開關(guān)將調(diào)制電容從系統(tǒng)中切入或切出，切入時(shí)的原邊 電流曲線和切出時(shí)的原邊電流曲線有一個(gè)交點(diǎn)，該交點(diǎn)對應(yīng)的負(fù)載阻值大小設(shè)為私，根據(jù) 檢測到的負(fù)載阻值大小與Rc的關(guān)系，進(jìn)而選擇相應(yīng)信號調(diào)制策略，能夠在系統(tǒng)負(fù)載變化條 件情況下，實(shí)現(xiàn)能量與信號的同步傳輸。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制方便。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種感應(yīng)耦合式能量與信號同步傳輸系統(tǒng)，包括感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)，其特征在 于，還包括設(shè)置在感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)副邊的信號調(diào)制機(jī)構(gòu)和設(shè)置在感應(yīng)耦合電能傳輸 系統(tǒng)原邊的信號解調(diào)機(jī)構(gòu)，所述的信號調(diào)制機(jī)構(gòu)包括雙向開關(guān)、信號調(diào)制電容、電流檢測電 路、電壓檢測電路、處理器以及驅(qū)動(dòng)模塊，電流檢測電路和處理器用于判斷負(fù)載大小，驅(qū)動(dòng) 模塊和雙向開關(guān)用于切入和切出信號調(diào)制電容，所述的信號解調(diào)機(jī)構(gòu)用于信號的提取與復(fù) 原。2. -種感應(yīng)耦合式能量與信號同步傳輸系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步 驟： A、 對于一個(gè)特定結(jié)構(gòu)和參數(shù)的感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)，對于不同的負(fù)載電阻，通過理 論分析和計(jì)算可分別得出在信號調(diào)制電容從系統(tǒng)中切入和切出情況下，原邊電流有效值隨 負(fù)載電阻變化的曲線，定義調(diào)制電容切入與切出情況下原邊電流有效值曲線交點(diǎn)對應(yīng)的負(fù) 載阻值為R。； B、 當(dāng)有負(fù)載需要供電時(shí)，根據(jù)負(fù)載大小，將檢測到的實(shí)際負(fù)載大小與R。比較，根據(jù)比較 結(jié)果，控制器處理需要傳輸?shù)臄?shù)字信號并選定相應(yīng)的信號調(diào)制策略來切入或切出信號調(diào)制 電容C。： B1、若檢測到的負(fù)載&大小在（0~R。）內(nèi)，具體控制方法為：傳輸數(shù)字信號1時(shí)，驅(qū)動(dòng) 電路驅(qū)動(dòng)雙向開關(guān)閉合，將C。切入，設(shè)此時(shí)原邊電流大小為I pa;傳輸數(shù)字信號0時(shí)，驅(qū)動(dòng)電 路驅(qū)動(dòng)雙向開關(guān)斷開，將C。切出，設(shè)此時(shí)原邊電流大小為I pb，系統(tǒng)按照正常諧振狀態(tài)工作， 此時(shí)，IpaMpb，產(chǎn)生深淺不同的電流包絡(luò)，電流的包絡(luò)特征即反應(yīng)傳輸?shù)臄?shù)字信號，信號由副 邊傳遞到原邊，對信號進(jìn)行解調(diào)，通過信號解調(diào)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)信號還原； B2、若檢測到的負(fù)載&大小在（R。~+ m )內(nèi)，具體控制方法為：傳輸數(shù)字信號1時(shí)， 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)雙向開關(guān)斷開，將C。切出，設(shè)此時(shí)的原邊電流大小為I p。，系統(tǒng)處于諧振工作 狀態(tài)；傳輸數(shù)字信號〇時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)雙向開關(guān)閉合，將C。切入，設(shè)此時(shí)的原邊電流大小 為I pd，此時(shí)，Ip，Ipd，產(chǎn)生深淺不同的電流包絡(luò)，電流的包絡(luò)特征即反應(yīng)傳輸?shù)臄?shù)字信號，信 號由副邊傳遞到原邊，對信號進(jìn)行解調(diào)，通過信號解調(diào)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)信號還原。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種感應(yīng)耦合式能量與信號同步傳輸系統(tǒng)及其控制方法，該系統(tǒng)包括感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)，還包括設(shè)置在感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)副邊的信號調(diào)制機(jī)構(gòu)和設(shè)置在感應(yīng)耦合電能傳輸系統(tǒng)原邊的信號解調(diào)機(jī)構(gòu)。當(dāng)有負(fù)載需要充電時(shí)，首先經(jīng)過電壓電流檢測電路以及處理器的處理判斷可變負(fù)載大小，可以根據(jù)負(fù)載大小，通過驅(qū)動(dòng)模塊來控制雙向開關(guān)的開通與關(guān)斷，將副邊需要傳輸?shù)男盘栒{(diào)制到電路中，進(jìn)而改變原邊電流形成深淺不同的包絡(luò)，再由信號解調(diào)機(jī)構(gòu)將信號解調(diào)出來，從而實(shí)現(xiàn)能量正向傳輸條件下的信號反向同步傳輸。其有益效果是：通過控制信號調(diào)制電容從系統(tǒng)中切入或切出，在負(fù)載范圍變化情況下，實(shí)現(xiàn)能量與信號的同步傳輸，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
【IPC分類】G08C17/04, H02J17/00
【公開號】CN105162262
【申請?zhí)枴緾N201510405916
【發(fā)明人】夏晨陽, 李玉華, 王衛(wèi), 張楊, 任思源, 柳玉玲, 雷軻, 谷志鵬, 賴娜
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年7月10日