一种自适应幅值校正的无线充电数字解调装置

本发明提供了一种自适应幅值校正的无线充电数字解调装置，涉及到信号解调技术，属于无线充电领域。

背景技术：

1、无线充电设备在实际应用场合中，在完成电能传输的同时也需要完成原副边之间信号的传输以满足反馈控制和系统决策等功能。由于传统的分离通道式的通信系统能量和信号两通道之间存在相互串扰问题以及系统电磁干扰等问题。当电能传输功率较大时，能量传输对信号传输的干扰非常严重，有可能导致信号无法解调。因此共享通道式的无线充电载波通信技术近年来受到关注。

2、wpc联盟指定的qi标准采用了反向散射调制的方式实现了从副边向原边传输信息，以极低的成本和足够的可靠性满足手机等电子产品无线充电的需要，是目前市场上共享通道式的无线充电载波通信技术中较为成熟的一套方案。该方案的无线充电器补偿网络为s-s结构，副边控制器采用ask的调制方式。调制电路由一对开关管和调制电容组成，通过控制调制电路的开关管将调制电容并联到补偿网络一侧，改变系统的谐振状态来影响原边线圈电流的峰值，从而在传输功率的同时实现信号的反向传输。采用这种通信方式不需要额外的线圈和天线，成本低，设计简单，但是需要解决信号与功率之间的干扰和耦合问题。

3、一方面，传统的无线充电载波通信解调方案采用模拟电路的方式实现对信号的解调，采用模拟电路实现调制信号的非相干解调比较简单，但是在中大功率的应用场合中，由于半导体开关器件的噪声等因素，在信号传输和解调的过程中不可避免地会引入噪声干扰。

4、另一方面，无线充电器大部分采用pfm的调制方式实现以cc/cv模式对电池进行充电，因此系统传输功率会随着电池充电状态发生改变，需要不断改变系统的工作频率对充电电压和电流进行闭环控制。通过对无线充电系统的数学建模和软件仿真可以得到原边线圈电流峰值调制前后变化量和工作频率的关系，如图3所示，当系统的工作频率改变时，原边线圈电流中的有效信号成分会发生不同程度的衰减。当采用统一的信号增益时，在函数峰值附近的频段干扰容易被放大；在函数低谷附近的频段，信号幅值不够滞环带宽导致解调失败，从而影响了原副边之间信号的稳定传输。

5、目前，有相关的专利采用噪声识别等方案在解调之后通过软件方法降低误码率，也有专利采用数字解调代替模拟电路地方案避免模拟电路引入的噪声干扰，但是这些处理方案都没有考虑到无线充电系统工作频率改变时信号幅值衰落导致通信不稳定的问题。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种自适应幅值校正的无线充电数字解调装置，以期能满足无线充电系统ask解调电路对抗干扰性能、性能等方面的提升需求，并能拓宽频率调节和功率传输的范围，降低功率传输和信号传输之间的相互影响，从而能增加无线充电系统在不同工况条件下的通信稳定性。

2、本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

3、本发明一种自适应幅值校正的无线充电数字解调装置的特点在于，包括：预处理模块、自适应幅值校正模块和滞环比较模块；

4、所述预处理模块首先根据不同工作频率下的采样信号{signal0,i,i＝1,2,…,n}构造解析信号{signal1,i,i＝1,2,…,n}，再通过一个带通滤波器从{|signal1,i|,i＝1,2,…,n}中提取信号分量，去除高频载波和噪声，从而得到预处理后的信号{signal2,i,i＝1,2,…,n}；其中，signal0,i表示第i种工作频率下的采样信号，signal1,i表示第i种工作频率下以采样信号作为实信号构造的解析信号，signal2,i表示第i种工作频率下预处理后的信号，n表示工作频率的种类；

5、所述自适应幅值校正模块通过自适应幅值校正算法计算{signal2,i,i＝1,2,…,n}的幅值增益{gaini,i＝1,2,…,n}，并将signal2,i乘以第i种工作频率下的增益gaini，从而得到幅值统一的信号{signal3,i,i＝1,2,…,n}；其中，signal3,i表示第i种工作频率下的校正信号；

6、所述滞环比较模块将滞环带宽分别与信号{signal3,i,i＝1,2,…,n}进行比较，输出解调数字信号{signal4,i,i＝1,2,…,n}并送入外部的数字信号处理和控制单元进行处理。

7、本发明所述的自适应幅值校正的无线充电数字解调装置的特点也在于：所述自适应幅值校正模块利用式(1)计算第i种工作频率下的信号调制差δii：

8、

9、式(1)中，us表示所述数字信号处理和控制单元输出的无线充电系统的直流电压；为无线充电系统发射端的等效阻抗，为无线充电系统接收端的等效阻抗，为接收端并联调制电容后的等效阻抗，ω为无线充电系统的工作频率所计算的角频率；m为无线充电系统的线圈互感；并有：

10、

11、式(2)中，r1,lp,cp分别为无线充电系统的原边线圈内阻，自感和串联补偿电容，r2,ls,cs为无线充电系统的副边线圈内阻，自感和串联补偿电容，cm为副边的调制电容，rl为电池等效电阻的负载；j表示虚数单位；//表示并联计算；

12、所述自适应幅值校正模块利用式(3)得到第i种工作频率下的幅值增益gaini：

13、

14、式(3)中，k为增益系数。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

16、1.本发明设计的自适应幅值校正模块可以补偿因为工作频率的变化导致的信号幅值衰减，统一信号的幅值，使得在比较宽的频率范围内，无线充电系统的ask信号都可以得到正确的解调。

17、2.本发明的解调系统整体对信噪比的容忍性提高，因此可以减小调制深度，降低了信号调制对功率传输的影响，提升了无线充电系统的功率等级。

18、3.本发明考虑到了在不同工况下校正算法参数的变化，因此该自适应幅值校正模块可以根据充电过程中输入电压，电池状态等外部参数反馈实时调节算法参数，提升了通信的稳定性。

19、4.本发明在总体上采用数字解调的方法替代传统的模拟解调电路，可以避免逆变电路、电源等模块通过耦合，串扰等形式引入到解调电路中的高频噪声干扰以及电路中模拟器件自身产生的噪声，提升了无线充电通信系统的抗干扰性能。

20、5.本发明设计的数字解调电路可以集成到芯片内部，做成无线充电专用芯片提高集成度和整体性能。

技术特征：

1.一种自适应幅值校正的无线充电数字解调装置，其特征在于，包括：预处理模块、自适应幅值校正模块和滞环比较模块；

2.如权利要求1所述的自适应幅值校正的无线充电数字解调装置，其特征在于：所述自适应幅值校正模块利用式(1)计算第i种工作频率下的信号调制差δii：

技术总结
本发明公开了一种自适应幅值校正的无线充电数字解调装置，包括：预处理模块、自适应幅值校正模块和滞环比较模块，该装置是基于无线充电载波通信技术，采用自适应幅值校正的数字解调方案实现对无线充电S‑S补偿拓扑反向ASK信号的解调，相比较传统的解调方法，可以避免采用模拟解调电路固有的噪声干扰，并通过补偿信号幅值，提高了信号的信噪比，从而提高了无线充电载波通信的稳定性和适用性。本发明的数字解调电路适用于移动终端无线充电，工业自动化设备无线充电等领域。

技术研发人员：苏建徽,张捷,张健,刘硕,刘辉
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15