《電子技術應用》
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基于頻移鍵控的無線電能與數(shù)據(jù)共同傳輸方法
2023年電子技術應用第5期
田鴻昌，朱權喆，鄭國棟
（陜西半導體先導技術中心有限公司，陜西 西安 710077）
摘要： 無線電能與數(shù)據(jù)共同傳輸技術可在傳輸能量的同時實現(xiàn)信息交互，近年來被廣泛研究。采用二進制頻移鍵控（2FSK）的方式將數(shù)據(jù)調制到能量傳輸通道，通過改變逆變器工作在兩個不同的頻率實現(xiàn)二進制信息的調制。數(shù)據(jù)解調電路利用鎖相環(huán)的頻率跟蹤特性實現(xiàn)信息的提取，即相位鎖定時可以輸出有效信號，不能鎖定時可以輸出電平相反的信號。通過構建原理樣機，驗證了無線電能與數(shù)據(jù)共同傳輸技術的有效性。實驗結果表明，提出的無線電能傳輸方法可以在電能正常傳輸?shù)耐瑫r實現(xiàn)10 kb/s的通信速率，且能量傳輸從幾十瓦到幾百瓦變化時通信性能不受影響。
中圖分類號：TN911
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223301
中文引用格式： 田鴻昌，朱權喆，鄭國棟. 基于頻移鍵控的無線電能與數(shù)據(jù)共同傳輸方法[J]. 電子技術應用，2023，49(5)：115-118.
英文引用格式： Tian Hongchang，Zhu Quanzhe，Zheng Quodong. Wireless power and data transfer method based on frequency shift keying[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(5)：115-118.
Wireless power and data transfer method based on frequency shift keying
Tian Hongchang，Zhu Quanzhe，Zheng Quodong
(Shaanxi Semiconductor Pilot Technology Center Co.， Ltd.， Xi’an 710077， China)
Abstract： Wireless power and data transmission technology can transmit information while energy is transmitted wirelessly, so it has been widely studied in recent years. In this paper, binary frequency shift keying (2FSK) is used to modulate the data to the energy transmission channel. The modulation of binary information can be achieved by changing the working frequency of the inverter. The frequency tracking characteristics of the phase-locked loop are used in data demodulation, that is, when the phase is locked, it can output effective signals, and when it cannot be locked, it can output signals with opposite levels. The effectiveness of the wireless power and data transmission technology is verified by the prototype. The wireless power transmission method proposed in this paper can achieve the communication rate with 10 kb/s while the power transmission is normal, and the communication performance will not be affected when the power transmission is changed from tens of watts to hundreds of watts.
Key words : wireless power；data transfer；frequency shift keying

0　引言

無線電能傳輸（Wireless Power Transfer, WPT）技術由于在電源和負載之間不需要物理連接而被廣泛應用。在消費電子、電動汽車、水下裝備以及生物醫(yī)學領域，無線電能傳輸逐漸嶄露頭角。

在一些應用場景，為了實現(xiàn)可靠地工作，通常需要在供電的同時進行信息交互，例如自動導引電車的無線供電，基站對車進行能量傳輸?shù)耐瑫r進行導航信息的實時裝訂可以在能源補給的同時提高設備的智能化程度。近年來，已經有許多方法用于實現(xiàn)功率和數(shù)據(jù)的共同傳輸。這些方法大致可以分為兩類：(1)能量和數(shù)據(jù)通過獨立的信道傳輸；(2)能量和數(shù)據(jù)采用同一個信道傳輸。能量與數(shù)據(jù)獨立傳輸通常需要為數(shù)據(jù)傳輸額外提供一對天線，增加了系統(tǒng)的規(guī)模和復雜度，而能量與數(shù)據(jù)采用同一個信道進行傳輸則需要解決能量傳輸和數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕ハ喔蓴_問題。為了克服能量傳輸對數(shù)據(jù)通訊的干擾，各種調制和解調方式被提出來，但依舊沒有克服能量傳輸與數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕_問題。

本文提出一種基于二進制移頻鍵控（Binary Frequency Shift Keying, 2FSK）的能量與數(shù)據(jù)共同傳輸方法，只需要在諧振頻點附近切換逆變器的頻率即可實現(xiàn)能量與信息的共同傳輸，配合鎖相環(huán)的頻率跟蹤特性即可在電能傳輸?shù)耐瑫r實現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。相比于傳統(tǒng)的方法，本文提出的方法在通信過程中不因能量傳輸功率的增大而性能受到影響。




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作者信息：

田鴻昌，朱權喆，鄭國棟

（陜西半導體先導技術中心有限公司，陜西 西安 710077）


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