基于频移键控的无线电能与数据共同传输方法
2023年电子技术应用第5期
田鸿昌，朱权喆，郑国栋
（陕西半导体先导技术中心有限公司，陕西 西安 710077）
摘要： 无线电能与数据共同传输技术可在传输能量的同时实现信息交互，近年来被广泛研究。采用二进制频移键控（2FSK）的方式将数据调制到能量传输通道，通过改变逆变器工作在两个不同的频率实现二进制信息的调制。数据解调电路利用锁相环的频率跟踪特性实现信息的提取，即相位锁定时可以输出有效信号，不能锁定时可以输出电平相反的信号。通过构建原理样机，验证了无线电能与数据共同传输技术的有效性。实验结果表明，提出的无线电能传输方法可以在电能正常传输的同时实现10 kb/s的通信速率，且能量传输从几十瓦到几百瓦变化时通信性能不受影响。
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據共同傳輸方法[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.
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據共同傳輸方法[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的同時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功率和數據的共同傳輸。這些方法大致可以分為兩類：(1)能量和數據通過獨立的信道傳輸；(2)能量和數據采用同一個信道傳輸。能量與數據獨立傳輸通常需要為數據傳輸額外提供一對天線，增加了系統的規模和復雜度，而能量與數據采用同一個信道進行傳輸則需要解決能量傳輸和數據傳輸的互相干擾問題。為了克服能量傳輸對數據通訊的干擾，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據傳輸的互擾問題。
本文提出一種基于二進制移頻鍵控（Binary Frequency Shift Keying, 2FSK）的能量與數據共同傳輸方法，只需要在諧振頻點附近切換逆變器的頻率即可實現能量與信息的共同傳輸，配合鎖相環的頻率跟蹤特性即可在電能傳輸的同時實現穩定的數據傳輸。相比于傳統的方法，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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