【申请号】

 CN201510562959.9

 【申请日】

 2015-09-07

 【公开号】

 CN 105281803B

 【公开日】

2017-08-25

 【申请人】

 重庆大学

 【地址】

 400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号

 【发明人】

 苏玉刚 周玮 唐春森 孙跃 王智慧 戴欣 叶兆虹

 【摘要】

本发明公开一种全双工通信的能量信号并行传输系统及同端干扰设计方法，系统中的能量耦合机构由两块发射极板和两块接收极板构成，在两块发射极板之间并联有原边通信电路，在两块接收极板之间并联有副边通信电路，原边通信电路设置有隔离电容Cg1、变压耦合器Tg1和变压耦合器Tg3，Cg1的一端连接在一块发射极板上，另一端依次串接Tg1的一个绕组和Tg3的一个绕组后连接在另一块发射极板上；副边通信电路设置有隔离电容Cg2、变压耦合器Tg2和变压耦合器Tg4，Cg2的一端连接在一块接收极板上，另一端依次串接Tg2的一个绕组和Tg4的一个绕组后连接在另一块接收极板上。其效果是：系统在实现能量无线传递的同时，能够进行原副边全双工通信，通过去除同端干扰，可保证能量信号可靠传输。

 【主权项】

 1.一种全双工通信的能量信号并行传输系统，包括电源电路、原边功率变换电路、能量 耦合机构、副本功率变换电路以及负载，所述能量耦合机构由两块发射极板和两块接收极 板构成，其特征在于：在两块发射极板之间并联有原边通信电路，在两块接收极板之间并联 有副边通信电路；所述原边通信电路设置有第一隔离电容Cg1、第一变压耦合器Tg1和第三变压耦合器Tg3， 所述第一隔离电容Cg1的一端连接在一块发射极板上，该第一隔离电容Cg1的另一端依次串 接所述第一变压耦合器Tg1的一个绕组和第三变压耦合器Tg3的一个绕组后连接在另一块发 射极板上，所述第一变压耦合器Tg1的另一绕组作为原边信号发送接口，所述第三变压耦合 器Tg3的另一绕组作为原边信号接收接口；所述副边通信电路设置有第二隔离电容Cg2、第二变压耦合器Tg2和第四变压耦合器Tg4， 所述第二隔离电容Cg2的一端连接在一块接收极板上，该第二隔离电容Cg2的另一端依次串 接所述第二变压耦合器Tg2的一个绕组和第四变压耦合器Tg4的一个绕组后连接在另一块接 收极板上，所述第二变压耦合器Tg2的另一绕组作为副边信号发送接口，所述第四变压耦合 器Tg4的另一绕组作为副边信号接收接口；

所述电源电路为电流型电源电路，在原边功率变换电路的输出端连接有两组谐振网 络，其中一组谐振网络是由电感Lp和电容Cp构成的并联谐振网络，另一组是由补偿电感Ls1、 补偿电感Ls2和能量耦合 机构构成的串联谐振网络，且两组谐振网络的谐振频率相同；

所述原边通信电路和副边通信电路中的隔离电容的容值、耦合变压器等效电感值以及 所加载的信号载波与电能传输系统谐振频率比满足以下约束条件：

其中，usi1为原边输入信号幅值，usi2为副边输入信号幅值，up为电能传输系统输入电压幅值，Gcross(Lg,Cg,λ)为原边信号发送接口到副边信号接收接口之间的增益函数，也等于副边信号发送接口到原边信号接收接口之间的增益函数，Gprimary(Lg,Cg,λ)为能量输入端到原边信号接收接口之间的增益函数，Gsecondary(Lg,Cg,λ)为能量输入端到副边信号接收接口之间的增益函数，Gout(Lg,Cg)为能量输入端到负载之间的增益函数，ke表示拾取信号幅值与干扰信号幅值的最小倍数关系；为原边信号发送接口到副边信号接收接口之间的最小增益值，且等于副边信号发送接口到原边信号接收接口之间的增益；为能量输入端到

负载之间的最小增益值，λ为信号载波与电能传输系统谐振频率比，ωe为电能传输系统谐振角频率，Lg表示第一变压耦合器Tg1和第三变压耦合器Tg3串接后的等效电感值，对应也等于第二变压耦合器Tg2和第四变压耦合器Tg4串接后的等效电感值， Cg＝Cg1＝Cg2表示原边通

信电路和副边通信电路中的隔离电容的容值。

2.根据权利要求1所述的全双工通信的能量信号并行传输系统，其特征在于：系统中拾取信号幅值与干扰信号幅值的最小倍数关系ke＝0.3，原边信号发送接口到副边信号接收接口之间的最小增益值 能量输入端到负载之间的最小增益值。

3.如权利要求1所述的全双工通信的能量信号并行传输系统的同端干扰抑制方法，其 特征在于：在原边通信电路和副边通信电路中分别设置同端干扰预测模块，所述同端干扰 预测模块按照以下等式计算同端干扰大小：其中表示原边发送信号在原边信号接收接口上的干扰， 表示副边发送信号在副边信号接收接口上的干扰；是通过求解状态方程得到的，usi(n)是状态方程中的输入变量，usi(n)＝usi1(n)表示输入原边发送信号，usi(n)＝usi2(n)表示输入副边发送信号，其状态方程为：所述状态方程中，选择向量Yu＝[0 0 1 0 0 0 0]T；状态向量x*(n)＝[i(n) i2(n) i3(n) u2(n) u3(n)]T；矩阵A*＝ΛTΦ-1ΓΛ；A*-1表示A*的逆矩阵；Δt为采样间隔时间，I为单位矩阵，矩阵B* ＝ΛTΦ-1Yu；矩阵ΛT表示矩阵Λ的转置矩阵；矩阵Φ-1表示Φ的逆矩阵；在矩阵Φ中Lg表示第一变压耦合器Tg1和第三变压耦合器Tg3串接后的等效电感值，对应也等于第二 变压耦合器Tg2和第四变压耦合器Tg4串接后的等效电感值，Mg表示第一变压耦合器Tg1和第 三变压耦合器Tg3之间的互感，对应也等于第二变压耦合器Tg2和第四变压耦合器Tg4之间 的 互感，Cg＝Cg1＝Cg2表示原边通信电路和副边通信电路中的隔离电容的容值；Rg表示耦合变 压器两侧支路的等效电阻值，ωs为信号角频率，Ls1为补偿电感Ls1的自感值、Ls2为补偿电感 Ls2的自感值；当同端干扰预测模块计算出同端干扰大小后，原边通信电路将原边信号接收接口所接收的信号减去后作为原边接收信号输出；副边通信电路将副边信号接收接口所接收的信号减去后作为副边接收信号输出。

 【专利分类号】

 H04B1/525(2015.01)I H04B17/391(2015.01)I H04B17/373(2015.01)I