【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子技术、无线电能传输技术和通信原理领域，尤其涉及一种无线功率信息同传装置及方法。
技术介绍
1、经过三百多年的发展，电能作为一种便利且安全的能源，已成为人类社会中应用最广泛的能源之一。传统的电能输配方式依赖实体导线，但存在金属资源消耗大、安全隐患和设备寿命缩短等问题。为解决这些挑战，人们开始探索无线电能传输技术。这种新兴技术不再需要实体导线，减少了金属资源消耗和安全隐患，并在各领域得到广泛应用。无线电能传输正在改变能源传输方式认知，为现代社会提供更灵活、高效的解决方案。这一革新性技术为未来能源传输带来更可持续和智能的前景，推动着社会朝着更先进、更可持续的能源时代迈进。
2、在无线电能传输过程中，从原边到副边，电能通常需要以交流电的形式存在。但实际应用过程中，往往在终端负载处需要的是直流电。因此，无线电能传输技术在绝大多数情况下会同逆变技术与整流技术相结合。传统的整流方案，由于采用二极管器件，导致在交直流转换过程中存在较大的损耗。而随着mosfet等一系列的可控器件诞生后，同步整流技术也随之出现，并广泛运用。
3、在实际的应用场景中，为保证无线电能传输系统的稳定和高效率所采取的控制手段，一般需要获取副边电气参数。但由于无线传输系统中物理上失去连接，因此需要实现非接触式通信。借助信息领域的射频模块进行无线通信是一种解决方法，但其存在匹配时延、增加通信模块等问题。另一种方法则是借助能量传输通道，将信息注入到能量通道中，以实现功率信息融合调控。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术提出了一种无线功率信息同传装置及方法，以实现对小功率电气设备无线功率信息同传。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种无线功率信息同传装置，该装置包括直流稳压电源、全桥逆变电路、半无桥有源整流电路、磁耦合谐振网络、负载rl、信号接收电路、电流互感器以及信号发送电路；所述的直流稳压电源依次通过全桥逆变电路、磁耦合谐振网络；所述半无桥有源整流电路和负载rl连接；所述信号接收电路与全桥逆变电路连接；所述电流互感器分别与半无桥有源整流电路和所述信号发送电路连接；所述信号发送电路分别与电流互感器和半无桥有源整流电路中第五开关管s5的第二端和第六开关管s6的第二端连接；
3、所述半无桥有源整流电路包括：第一二极管d1、第二二极管d2、第五开关管s5、第六开关管s6和第四电容cl，所述第一二极管d1的阴极分别与第二二极管d2的阴极、第四电容cl的一端和负载rl的一端连接，所述第一二极管d1的阳极和第五开关管s5的第一端连接，所述五开关管s5的第三端分别与第六开关管s6的第三端、第四电容cl的另一端和负载rl的另一端连接，所述第二二极管d2的阳极与所述第六开关管s6的第一端连接，所述第一二极管d1的阳极、所述第五开关管s5的第一端、所述第二二极管的阳极d2和所述第六开关管s6的第一端分别与所述磁耦合谐振网络连接；
4、所述信号接收电路包括：采样电阻r、差分电路模块、低通滤波器和高通滤波器，所述采样电阻r串入原边的直流稳压电源与全桥逆变电路，所述原边为全桥逆变电路一侧，即无线传输系统的电能发送端；采样电阻r两端分别连接差分电路模块的正负输入，通过所述低通滤波器和所述高通滤波器输出接收信号；
5、所述信号发送电路包括：微控制器mcu、超前相移模块、正向过零检测模块、正向积分模块、正向波形修正模块、正向控制信号生成模块、反向过零检测模块、反向积分模块、反向波形修正模块、反向控制信号生成模块、驱动电路模块1、驱动电路模块2、驱动电路模块3和驱动电路模块4；
6、所述超前相移模块包括：电阻r10、电阻r11、电阻r12、电容c5和第四运算放大器ad8065；所述正向过零检测模块包括：电阻r13、电阻r14、电阻r15和第一比较器tlv3502；所述正向积分模块包括：电阻r16、电容c6、第七mosfet开关管和第五运算放大器ad8066；所述正向波形修正电路包括：电阻r17、电阻r18和第六运算放大器ad8066；所述正向控制信号生成模块包括：电阻r19、电阻r20、电阻r21和第二比较器tlv3502；所述反向过零检测模块包括：电阻r22、电阻r23、电阻r24和第三比较器tlv3502；所述反向积分模块包括：电阻r25、电容c7、第八mosfet开关管和第七运算放大器ad8066；所述反向波形修正模块包括：电阻r26、电阻r27和第八运算放大器ad8066；所述反向控制信号生成模块反向控制信号生成模块包括：电阻r28、电阻r29、电阻r30和第四比较器tlv3502；所述驱动电路模块1和驱动电路模块2为第一驱动芯片ucc27524，驱动电路模块3和驱动电路模块4为第二驱动芯片ucc27524；所述微控制器mcu为主控芯片stm32g431c8t6。
7、具体地，所述直流稳压电源的额定电压为30v。
8、具体地，所述全桥逆变电路、半无桥有源整流电路以及磁耦合谐振网络的工作频率都需达到1mhz以上。
9、具体地，所述半无桥有源整流电路在工作频率下能够实现高频同步整流。
10、进一步地，所述信号接收电路和所述信号发送电路能够实现系统从副边至原边的高速率无线信息传输，且无需增加任何其他的无线信息传输设备。
11、进一步地，所述信号接收电路中的低通滤波器包括：电阻r6、电阻r7、电容c1、电容c2，第二运算放大器ad8065；所述低通滤波器能够对低频信号进行滤波；所述电阻r6的两端分别与低通滤波器的输入端和所述电阻r7连接，所述电阻r7的两端分别与所述电阻r6和第二运算放大器ad8065的正向输入端连接，所述电容c1的两端分别与第二运算放大器ad8065的正向输入端和地连接，所述电容c2的一端与所述电阻r6和所述电阻r7连接，另一端与所述第二运算放大器ad8065的输出端连接；所述第二运算放大器ad8065的输出端和低通滤波器的输出端连接；用于根据所传输信息的频率确定电路中电容电阻值的方式进行滤波；
12、进一步地，所述信号接收电路中的高通滤波器包括：电阻r8、电阻r9、电容c3、电容c4，第三运算放大器ad8065；所述高通滤波器能够对高频信号进行滤波；所述电容c3的两端分别与高通滤波器的输入端和所述电容c4连接，所述电容c4的两端分别与所述电容c3和第三运算放大器ad8065的正向输入端连接，所述电阻r8的一端与所述电容c3和所述电容c4连接，另一端与所述第三运算放大器ad8065的输出端连接，所述电阻r9的两端分别与第三运算放大器ad8065的正向输入端和地连接；所述第三运算放大器ad8065的输出端和高通滤波器的输出端连接；用于根据所传输信息的频率确定电路中电容电阻值的方式进行滤波；
13、进一步地，信号发送电路中的超前相移模块是用于补偿信号处理过程中存在的延时，用于以达到同步；所述电阻r10的两端分别与超前相移模块的输入端和第四运算放大器ad8065的反向输入端连接，所述电阻r11的两端本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无线功率信息同传装置，其特征在于，该装置包括直流稳压电源(1)、全桥逆变电路(2)、半无桥有源整流电路(3)、磁耦合谐振网络(4)、负载RL(5)、信号接收电路(6)、电流互感器(7)以及信号发送电路(8)；所述的直流稳压电源(1)依次通过全桥逆变电路(2)、磁耦合谐振网络(4)；所述半无桥有源整流电路(3)和负载RL(5)连接；所述信号接收电路(6)与全桥逆变电路(2)连接；所述电流互感器(7)分别与半无桥有源整流电路(3)和所述信号发送电路(8)连接；所述信号发送电路(8)分别与电流互感器(7)和半无桥有源整流电路(3)中第五开关管S5的第二端和第六开关管S6的第二端连接；
2.如权利要求1所述的一种无线功率信息同传装置，其特征在于，所述直流稳压电源(1)的额定电压为30V。
3.如权利要求1所述的一种无线功率信息同传装置，其特征在于，所述全桥逆变电路(2)、半无桥有源整流电路(3)以及磁耦合谐振网络(4)的工作频率都需达到1MHz以上。
4.如权利要求3所述的一种无线功率信息同传装置，其特征在于，所述半无桥有源整流电路(3)在工作
5.如权利要求1所述的一种无线功率信息同传装置，其特征在于，所述信号接收电路(6)和所述信号发送电路(8)能够实现系统从副边至原边的高速率无线信息传输，且无需增加任何其他的无线信息传输设备。
6.如权利要求1所述的一种无线功率信息同传装置，其特征在于，所述信号接收电路(6)中的低通滤波器包括：电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2，第二运算放大器AD8065；所述低通滤波器能够对低频信号进行滤波；所述电阻R6的两端分别与低通滤波器的输入端和所述电阻R7连接，所述电阻R7的两端分别与所述电阻R6和第二运算放大器AD8065的正向输入端连接，所述电容C1的两端分别与第二运算放大器AD8065的正向输入端和地连接，所述电容C2的一端与所述电阻R6和所述电阻R7连接，另一端与所述第二运算放大器AD8065的输出端连接；所述第二运算放大器AD8065的输出端和低通滤波器的输出端连接；用于根据所传输信息的频率确定电路中电容电阻值的方式进行滤波。
7.如权利要求1所述的一种无线功率信息同传装置，其特征在于，所述信号接收电路(6)中的高通滤波器包括：电阻R8、电阻R9、电容C3、电容C4，第三运算放大器AD8065；所述高通滤波器能够对高频信号进行滤波；所述电容C3的两端分别与高通滤波器的输入端和所述电容C4连接，所述电容C4的两端分别与所述电容C3和第三运算放大器AD8065的正向输入端连接，所述电阻R8的一端与所述电容C3和所述电容C4连接，另一端与所述第三运算放大器AD8065的输出端连接，所述电阻R9的两端分别与第三运算放大器AD8065的正向输入端和地连接；所述第三运算放大器AD8065的输出端和高通滤波器的输出端连接；用于根据所传输信息的频率确定电路中电容电阻值的方式进行滤波。
8.如权利要求1所述的一种无线功率信息同传装置，其特征在于，信号发送电路(8)中的超前相移模块是用于补偿信号处理过程中存在的延时，用于以达到同步；所述电阻R10的两端分别与超前相移模块的输入端和第四运算放大器AD8065的反向输入端连接，所述电阻R11的两端分别与第四运算放大器AD8065的正向输入端和地连接，所述电阻R12的两端分别与第四运算放大器AD8065的反向输入端和第四运算放大器AD8065的输出端连接，所述电容C5的两端分别与第四运算放大器AD8065的正向输入端和连接；所述第四运算放大器AD8065的输出端和超前相移模块的输出端连接；
9.如权利要求1所述的一种无线功率信息同传装置，其特征在于，所述信号发送电路(8)对电流互感器(7)输出的信号进行经过所述信号发送电路(8)处理后输出控制半无桥有源整流电路(3)中第五开关管S5、第六开关管S6开通关断的信号，不仅能够在副边实现同步整流，还能通过控制所述信号发送电路(8)中的微控制器MCU向原边发送信息；所述副边为半无桥有源整流电路一侧，即无线传输系统的电能接收端，与原边无物理连接；所述电流互感器(7)包括一个铁芯、一个主绕组和一个副绕组，主绕组和副绕组缠绕在铁芯上，当被测电流通过互感器的主绕组时会在次级绕组中感应出一个与主电流成比例的次级电流，通过检测次级电流，能够间接测量主电路中的电流大小；其中主绕组两端与所述副边半无桥有源整流电路(3)连接，副绕组与信号发送电路的输入端连接。
10.如权利要求1-5任一项所述的一种无线功率信息同传装置的同传方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种无线功率信息同传装置，其特征在于，该装置包括直流稳压电源(1)、全桥逆变电路(2)、半无桥有源整流电路(3)、磁耦合谐振网络(4)、负载rl(5)、信号接收电路(6)、电流互感器(7)以及信号发送电路(8)；所述的直流稳压电源(1)依次通过全桥逆变电路(2)、磁耦合谐振网络(4)；所述半无桥有源整流电路(3)和负载rl(5)连接；所述信号接收电路(6)与全桥逆变电路(2)连接；所述电流互感器(7)分别与半无桥有源整流电路(3)和所述信号发送电路(8)连接；所述信号发送电路(8)分别与电流互感器(7)和半无桥有源整流电路(3)中第五开关管s5的第二端和第六开关管s6的第二端连接；
2.如权利要求1所述的一种无线功率信息同传装置，其特征在于，所述直流稳压电源(1)的额定电压为30v。
3.如权利要求1所述的一种无线功率信息同传装置，其特征在于，所述全桥逆变电路(2)、半无桥有源整流电路(3)以及磁耦合谐振网络(4)的工作频率都需达到1mhz以上。
4.如权利要求3所述的一种无线功率信息同传装置，其特征在于，所述半无桥有源整流电路(3)在工作频率下能够实现高频同步整流。
5.如权利要求1所述的一种无线功率信息同传装置，其特征在于，所述信号接收电路(6)和所述信号发送电路(8)能够实现系统从副边至原边的高速率无线信息传输，且无需增加任何其他的无线信息传输设备。
6.如权利要求1所述的一种无线功率信息同传装置，其特征在于，所述信号接收电路(6)中的低通滤波器包括：电阻r6、电阻r7、电容c1、电容c2，第二运算放大器ad8065；所述低通滤波器能够对低频信号进行滤波；所述电阻r6的两端分别与低通滤波器的输入端和所述电阻r7连接，所述电阻r7的两端分别与所述电阻r6和第二运算放大器ad8065的正向输入端连接，所述电容c1的两端分别与第二运算放大器ad8065的正向输入端和地连接，所述电容c2的一端与所述电阻r6和所述电阻r7连接，另一端与所述第二运算放大器ad8065的输出端连接；所述第二运算放大器ad8065的输出端和低通滤波器的输出端连接；用于根据所传输信息的频率确定电路中电容电阻值的方式进行滤波。
7.如权利要求1所述的一种无线功率信息同传装置，其特征在于，所述信号接收电路...
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