基于寄生参数的wpt系统信号传输装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及WPT系统中的信号传输领域，具体的说是一种基于寄生参数的WPT系 统信号传输装置。
【背景技术】
[0002] 无线电能传输（Wireless Power Transfer, WPT)技术实现了电能从电源到用电设 备的无线传输，在一些实际应用中，不仅需要能量的传输，还需要信号的传递。
[0003] 现有的WPT系统能量信号同步传输的方法主要应用在磁场耦合中，主要方法包 括：
[0004] (1)能量和信号共用传输通道：这种方法中，调制信号和电能都通过发射线圈发 送出去，接收线圈接收电能并通过滤波环节、解调环节将信号提取出来。但是这种方法是在 能量流上调制信号流，会导致能量传输能力下降，以及较大的信号传输功耗，且信号传输速 率较低；
[0005] (2)能量和信号的传输不共用传输通道：这种方法通常需要新增一组信号耦合线 圈，且需要特别设计磁芯结构以减小能量线圈与信号线圈的交叉耦合，这使得系统耦合机 构成本较高，灵活度降低，且因为信号与能量均通过磁场进行传输，容易形成交叉耦合。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明提供了一种基于寄生参数的WPT系统信号传输装置，在原 边线圈和副边线圈的两侧分别对应设置有原边金属板和副边金属板，原边金属板、原边线 圈、副边线圈和副边金属板两两之间存在寄生电容，利用这些电容可以构成信号传输通道， 从而实现"基于磁场传输电能，基于电场传输信号"的能量与信号非共用通道同步传输效 果，具有成本低、灵活度高、信号传输速率高、对能量传输能力无影响等优点。
[0007] 为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
[0008] -种基于寄生参数的WPT系统信号传输装置，包括用于实现能量传输的原边线圈 和副边线圈，以及用于实现信号传输的信号发生装置和信号接收装置，在所述原边线圈和 副边线圈的两侧分别对应设置有原边金属板和副边金属板，所述原边线圈和副边线圈采用 平面线圈，且与所述原边金属板和副边金属板相对设置，使得所述原边金属板、原边线圈、 副边线圈和副边金属板两两之间产生寄生电容，所述信号发生装置和信号接收装置利用所 述原边金属板、原边线圈、副边线圈和副边金属板两两之间产生的寄生电容实现信号无线 传输。
[0009] 通过上述设计，原边线圈、副边线圈、原边金属板和副边金属板构成耦合机构，并 两两产生有寄生电容，构成信号传输通道，使信号经信号发生装置、耦合机构以及信号接收 装置从原边传递到副边。
[0010] 在接线过程中，所述原边金属板和原边线圈分别连接在信号发生装置的输出端 上，所述副边金属板和副边线圈分别连接在信号接收装置的输入端上，此外，也可以将信号 发生装置的一条线接原边金属板，另一条线接能量传输通道的接地端，同样可以利用原边 金属板、原边线圈、副边线圈和副边金属板两两之间产生的寄生电容实现信号无线传输。 [0011] 为了减小能量对信号的干扰，需要减小信号回路面积，因此，在接线时，所述信号 发射装置的两个输出端通过双绞线连接到所述原边金属板和所述原边线圈，所述副边金属 板和所述副边线圈也通过双绞线与所述信号接收装置的两个输入端连接。
[0012] 进一步描述，所述信号发射装置包括信号调制模块，并将数字信号调制为FSK或 ASK模式输出。
[0013] 再进一步描述，为了使信号正常传送，所述信号接收装置包括阻波电路、信号放大 模块以及信号解调模块，且所述阻波电路是由阻波电容Cf和阻波电感L f并联而成的带通滤 波电路，该阻波电路的带通频率为信号载波频率的± 10%。
[0014] 优选地，所述信号调制模块和信号解调模块均采用集成芯片LM1893。
[0015] 再进一步描述，所述原边金属板、原边线圈、副边线圈和副边金属板四者同轴设 置。
[0016] 再进一步描述，为了减小能量对信号的干扰，所述原边线圈和副边线圈之间的寄 生电容采用异名端的寄生电容。
[0017] 本发明的有益效果：成本低、易于实现且传输速率高、可靠性好等优点，并且，相对 于传统信号能量分离通道传输方法而言，该装置还可以实现更好的灵活度和空间位置偏移 几余度。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明的系统结构框图；
[0019] 图2是本发明的原边线圈部分等效电路；
[0020] 图3是本发明的副边线圈部分等效电路；
[0021] 图4是本发明的信号回路的等效电路；
[0022] 图5是本发明的阻波电路图；
[0023] 图6是本发明的阻波电路波特图；
[0024] 图7是本发明的实验电路拓扑图；
[0025] 图8是本发明的阻波电路输出的波特图；
[0026] 图9是本发明能量对信号干扰测试图a ;
[0027] 图10是本发明能量对信号干扰测试图b。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】以及工作原理作进一步详细说明。
[0029] 从图1可以看出，一种基于寄生参数的WPT系统信号传输装置，包括用于实现能量 传输的原边线圈和副边线圈，以及用于实现信号传输的信号发生装置和信号接收装置，在 原边线圈和副边线圈的两侧分别对应设置有原边金属板和副边金属板，原边线圈和副边线 圈采用平面线圈，且与原边金属板和副边金属板相对设置，使得原边金属板、原边线圈、glj 边线圈和副边金属板两两之间产生寄生电容，原边金属板和原边线圈分别连接在信号发生 装置的输出端上，副边金属板和副边线圈分别连接在信号接收装置的输入端上，信号发生 装置和信号接收装置利用原边金属板、原边线圈、副边线圈和副边金属板两两之间产生的 寄生电容实现信号无线传输；信号发射装置的两个输出端通过双绞线连接到原边金属板和 原边线圈，副边金属板和副边线圈也通过双绞线与信号接收装置的两个输入端连接；原边 金属板、原边线圈、副边线圈和副边金属板四者同轴设置。
[0030] 原边金属板、原边线圈、副边线圈和副边金属板两两之间产生的寄生电容分别为 原边线圈和副边线圈之间的寄生电容G1、原边线圈和副边金属板之间的寄生电容(；2、原边 金属板和副边线圈之间的寄生电容(；3、原边金属板和副边金属板之间的寄生电容(；4、原边 线圈和原边金属板之间的寄生电容(；5以及副边线圈和副边金属板之间的寄生电容C其 中，在实施例中，为了减小能量对信号的干扰，原边线圈和副边线圈之间的寄生电容(^采 用异名端的寄生电容，具体见图4。经研究发现寄生电容C的大小和耦合机构间的正对面积 S近似成正比，而与耦合机构间的距离d近似成反比，上述六种寄生电容的不同就在于系数 k的大小。
[0032] 高频逆变后的能量在线圈上传输时，产生交变的磁场，交变的磁场会在信号接收 回路产生干扰。同样被调制的高频交变信号，也会在能量回路产生干扰。为进一步分析， 将原边发射线圈部分电路进行等效分析，具体如图2所示，将副边接收线圈部分电路也进 行等效分析，具体如图3所示，同时将信号回路结合寄生电容进行分析，具体如图4所示，其 中^为等效原边线圈输入电压，U sin和U _分别表示信号的输入和输出，U JP U b表示信号 输出端的两个电位，U5为电容Q5上的电压，I p、Is、Islg分别为原边线圈、副边线圈及信号回 路的电流，Lp、匕分别为原边线圈和副边线圈的电感；Req为副边线圈耦合电路的等效电阻， Rslg为信号接收回路的取样电阻，ω ^ (^分别表示能量和信号的工作角频率，M为原边和副 边线圈的互感，S表示信号传输对能量传输的干扰系数，其值和能量回路的面积大小有关。 ξ表示能量传输对信号传输的干扰系数，其值和信号传输回路的面积有关。j CoJOs为受副 边电流Is影响的等效电流控电压源，j ω JOp为受原边边电流I p影响的等效电流控电压源， S ?sIslg为信号回路电流Islg在能量回路产生的等效电流控电压源，ξ ω Jp、ξ CosIs分别 表示原副边电流在信号回路产生的等效电流控电压源。
[0033] 从图4所示的电路中，可以通过两个输出端UJPUb的电位的大小，求得信号输出 电压Usciut的大小，该电路的传递函数G i (s)为：<