具有集成宽带宽通信的电容式电力传输系统的制作方法

背景技术：

1、电容式电力传输技术在某些应用中可以是无线电力传输的合适的解决方案。电容式电力传输可以使用两对金属板来形成电容器，从而允许使用交变电场来传输电力。

2、迄今为止，很少有人关注提供包括带内通信的电容式电力传输系统。将带内通信集成到电容式电力传输系统中的挑战包括导致电力传输效率和/或能力下降的潜在高系统敏感性。此外，此类系统可以是复杂的，并且它们的通信带宽可以是有限的。

技术实现思路

1、本文公开了一种新颖的补偿设计，该补偿设计可以在电容式电力传输系统中实现同时的电力和数据传输。一个实施方案可以基于双面cl拓扑。可以挑选所选择的电路部件以满足电力传输的谐振要求以及满足通信信号的高通条件。因此，电容式电力传输系统可以作为处于电力信道频率的放大器。同时，该电路在通信信道频率上可以具有高通滤波器的属性。此外，在至少一些实施方案中，可以存在用于通信的扩展频率区域，并且该频率区域可以与振幅调制(“am”)和/或振幅键控(“ask”)通信以及频率调制(“fm”)或频移键控(“fsk”)通信兼容。在一些实施方案中，可以同时使用不同的频率来传输多个数据流，这可以增加数据传输容量。

2、一种电容式电力传输系统可包括电力发射器，该电力发射器具有一个或多个初级侧滤波器部件、通信调制器和发射器电容式耦合器；和电力接收器，该电力接收器具有电容式地耦合到该发射器电容式耦合器的接收器电容式耦合器、一个或多个次级侧滤波器部件以及通信解调器。该一个或多个初级侧滤波器部件和该一个或多个次级侧滤波器部件可被选择用于处于电力传送频率提供电力放大器操作，并且在高于该电力传送频率的通信截止频率以上充当稳定增益高通滤波器。

3、稳定增益高通滤波器可以是单位增益高通滤波器。一个或多个初级侧滤波器部件与一个或多个次级侧滤波器部件一起可形成具有双面cl拓扑的谐振补偿网络。具有双面cl拓扑的谐振补偿网络包括在电力发射器中的第一电容器和第一电感器以及在电力接收器中的第二电容器和第二电感器。

4、耦合器电容、第二电感器的电感和第二电容器的电容可以通过以下确定：

5、

6、其中cs是发射器电容式耦合器和接收器电容式耦合器的组合电容，l2是第二电感器的电感，c2是第二电容器的电容，r0是额定负载电阻，并且g1、g2和g3是归一化滤波器系数，该归一化滤波器系数处于电力传送频率提供电力放大器操作，并且在高于电力传送频率的通信截止频率以上充当稳定增益高通滤波器。第一电感器的电感和第一电容器的电容可以根据以下确定：

7、

8、其中ωp2是电力系统频率，l1是第一电感器的电感，并且c1是第一电容器的电容。

9、另选地，第一电感器的电感、第一电容器的电容、第二电感器的电感和第二电容器的电容可以根据以下确定：

10、

11、其中ωp1是电力操作频率，l1是第一电感器的电感，l2是第二电感器的电感，c1是第一电容器的电容，并且c2是第二电容器的电容。

12、一种为电容式电力传输系统选择滤波器部件的方法，该滤波器部件处于电力传送频率提供电力放大器操作并且在高于电力传送频率的通信截止频率以上充当稳定增益高通滤波器，该方法可以包括：确定电容式电力传输系统的耦合器电容，挑选通信截止频率，选择滤波器类型和相关联的滤波器系数，以充当高于通信截止频率的稳定增益高通滤波器，选择频率调谐方法，基于所选择的滤波器类型和相关联的滤波器系数来确定次级侧滤波器部件值，以及基于所选择的频率调谐方法来确定初级侧滤波器部件值。恒定增益高通滤波器可以是稳定增益高通滤波器。确定电容式电力传输系统的耦合器电容可以包括基于一个或多个电容式耦合器的几何形状来确定耦合器电容。挑选通信截止频率可包括选择高于电力传送频率的频率。所选择的滤波器类型可以是巴特沃斯滤波器。

13、初级侧滤波器部件与次级侧滤波器部件一起可形成具有双面cl拓扑的谐振补偿网络。具有双面cl拓扑的谐振补偿网络可以包括在无线电力传输系统的电力发射器中的第一电容器和第一电感器以及在无线电力传输系统的电力接收器中的第二电容器和第二电感器。

14、所选择的频率调谐方法可以考虑次级侧滤波器部件和初级侧滤波器部件两者连同电容式电力传输系统的电容式耦合器的谐振操作。在这种情况下，耦合器电容、第二电感器的电感和第二电容器的电容可以通过以下确定：

15、

16、其中cs是发射器电容式耦合器和接收器电容式耦合器的组合电容，l2是第二电感器的电感，c2是第二电容器的电容，r0是额定负载电阻，并且g1、g2和g3是归一化滤波器系数，该归一化滤波器系数处于电力传送频率提供电力放大器操作，并且在高于电力传送频率的通信截止频率以上充当稳定增益高通滤波器。第一电感器的电感和第一电容器的电容可以根据以下确定：

17、

18、其中ωp2是电力系统频率，l1是第一电感器的电感，并且c1是第一电容器的电容。

19、另选地，所选择的频率调谐方法仅考虑初级侧滤波器部件的谐振操作。在这种情况下，第一电感器的电感、第一电容器的电容、第二电感器的电感和第二电容器的电容根据以下确定：

20、

21、其中ωp1是电力操作频率，l1是第一电感器的电感，l2是第二电感器的电感，c1是第一电容器的电容，并且c2是第二电容器的电容。

技术特征：

1.一种电容式电力传输系统，包括：

2.根据权利要求1所述的电容式电力传输系统，其中所述稳定增益高通滤波器是单位增益高通滤波器。

3.根据权利要求1所述的电容式电力传输系统，其中所述一个或多个初级侧滤波器部件与所述一个或多个次级侧滤波器部件一起包括具有双面cl拓扑的谐振补偿网络。

4.根据权利要求3所述的电容式电力传输系统，其中具有双面cl拓扑的所述谐振补偿网络包括在所述电力发射器中的第一电容器和第一电感器以及在所述电力接收器中的第二电容器和第二电感器。

5.根据权利要求4所述的电容式电力传输系统，其中耦合器电容、所述第二电感器的电感和所述第二电容器的电容通过以下确定：

6.根据权利要求5所述的电容式电力传输系统，其中所述第一电感器的电感和所述第一电容器的电容根据以下确定：

7.根据权利要求4所述的电容式电力传输系统，其中所述第一电感器的所述电感、所述第一电容器的所述电容、所述第二电感器的所述电感和所述第二电容器的所述电容根据以下确定：

8.一种为电容式电力传输系统选择滤波器部件的方法，所述滤波器部件用于处于电力传送频率提供电力放大器操作，并且在高于所述电力传送频率的通信截止频率以上充当稳定增益高通滤波器，所述方法包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其中恒定增益高通滤波器是稳定增益高通滤波器。

10.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述电容式电力传输系统的所述耦合器电容还包括基于一个或多个电容式耦合器的几何形状来确定所述耦合器电容。

11.根据权利要求8所述的方法，其中挑选所述通信截止频率包括选择高于电力传送频率的频率。

12.根据权利要求8所述的方法，其中所选择的滤波器类型是巴特沃斯滤波器。

13.根据权利要求8所述的方法，其中所述初级侧滤波器部件与所述次级侧滤波器部件一起包括具有双面cl拓扑的谐振补偿网络。

14.根据权利要求13所述的方法，其中具有双面cl拓扑的所述谐振补偿网络包括在无线电力传输系统的电力发射器中的第一电容器和第一电感器以及在所述无线电力传输系统的电力接收器中的第二电容器和第二电感器。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所选择的频率调谐方法考虑了次级侧滤波器部件和初级侧滤波器部件两者连同所述电容式电力传输系统的所述电容式耦合器的谐振操作。

16.根据权利要求15所述的方法，其中耦合器电容、所述第二电感器的电感和所述第二电容器的电容通过以下确定：

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一电感器的所述电感和所述第一电容器的所述电容根据以下确定：

18.根据权利要求15所述的方法，其中所选择的频率调谐方法仅考虑所述初级侧滤波器部件的谐振操作。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一电感器的所述电感、所述第一电容器的电容、所述第二电感器的电感和所述第二电容器的所述电容根据以下确定：

技术总结一种电容式电力传输系统，该电容式电力传输系统可包括电力发射器，该电力发射器具有一个或多个初级侧滤波器部件、通信调制器和发射器电容式耦合器；和电力接收器，该电力接收器具有电容式地耦合到该发射器电容式耦合器的接收器电容式耦合器、一个或多个次级侧滤波器部件以及通信解调器。该一个或多个初级侧滤波器部件和该一个或多个次级侧滤波器部件可被选择用于处于电力传送频率提供电力放大器操作，并且在高于该电力传送频率的通信截止频率以上充当稳定增益高通滤波器。技术研发人员：臧少戈,胡宗红,任赛宁,梁浩辉,呼爱国,朱奇,B·A·R·阿贝瓦达纳,赵磊受保护的技术使用者：苹果公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25