《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于頻移鍵控的無(wú)線電能與數(shù)據(jù)共同傳輸方法
2023年電子技術(shù)應(yīng)用第5期
田鴻昌，朱權(quán)喆，鄭國(guó)棟
（陜西半導(dǎo)體先導(dǎo)技術(shù)中心有限公司，陜西 西安 710077）
摘要： 無(wú)線電能與數(shù)據(jù)共同傳輸技術(shù)可在傳輸能量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息交互，近年來(lái)被廣泛研究。采用二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）的方式將數(shù)據(jù)調(diào)制到能量傳輸通道，通過(guò)改變逆變器工作在兩個(gè)不同的頻率實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制信息的調(diào)制。數(shù)據(jù)解調(diào)電路利用鎖相環(huán)的頻率跟蹤特性實(shí)現(xiàn)信息的提取，即相位鎖定時(shí)可以輸出有效信號(hào)，不能鎖定時(shí)可以輸出電平相反的信號(hào)。通過(guò)構(gòu)建原理樣機(jī)，驗(yàn)證了無(wú)線電能與數(shù)據(jù)共同傳輸技術(shù)的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提出的無(wú)線電能傳輸方法可以在電能正常傳輸?shù)耐瑫r(shí)實(shí)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(shí)通信性能不受影響。
中圖分類(lèi)號(hào)：TN911
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223301
中文引用格式： 田鴻昌，朱權(quán)喆，鄭國(guó)棟. 基于頻移鍵控的無(wú)線電能與數(shù)據(jù)共同傳輸方法[J]. 電子技術(shù)應(yīng)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(wú)線電能傳輸（Wireless Power Transfer, WPT）技術(shù)由于在電源和負(fù)載之間不需要物理連接而被廣泛應(yīng)用。在消費(fèi)電子、電動(dòng)汽車(chē)、水下裝備以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，無(wú)線電能傳輸逐漸嶄露頭角。

在一些應(yīng)用場(chǎng)景，為了實(shí)現(xiàn)可靠地工作，通常需要在供電的同時(shí)進(jìn)行信息交互，例如自動(dòng)導(dǎo)引電車(chē)的無(wú)線供電，基站對(duì)車(chē)進(jìn)行能量傳輸?shù)耐瑫r(shí)進(jìn)行導(dǎo)航信息的實(shí)時(shí)裝訂可以在能源補(bǔ)給的同時(shí)提高設(shè)備的智能化程度。近年來(lái)，已經(jīng)有許多方法用于實(shí)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(lèi)：(1)能量和數(shù)據(jù)通過(guò)獨(dú)立的信道傳輸；(2)能量和數(shù)據(jù)采用同一個(gè)信道傳輸。能量與數(shù)據(jù)獨(dú)立傳輸通常需要為數(shù)據(jù)傳輸額外提供一對(duì)天線，增加了系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度，而能量與數(shù)據(jù)采用同一個(gè)信道進(jìn)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(wèn)題。為了克服能量傳輸對(duì)數(shù)據(jù)通訊的干擾，各種調(diào)制和解調(diào)方式被提出來(lái)，但依舊沒(méi)有克服能量傳輸與數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕_問(wèn)題。

本文提出一種基于二進(jìn)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(diǎn)附近切換逆變器的頻率即可實(shí)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(shí)實(shí)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(guò)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(quán)喆，鄭國(guó)棟

（陜西半導(dǎo)體先導(dǎo)技術(shù)中心有限公司，陜西 西安 710077）


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