胡江浩 張中煒

【摘要】 無線充電技術(shù)的學名又叫做無線電能傳輸，其原理非常類似于變壓器，都是通過發(fā)射電路產(chǎn)生一個交變電流通過初級線圈，從而在初級線圈上感應(yīng)出一個交變電磁場，次級線圈通過接收該交變電磁場從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過電磁感應(yīng)實現(xiàn)能源的傳輸。該文主要介紹了一種無線充電領(lǐng)域中的基于QI協(xié)議的通信系統(tǒng)，該通信系統(tǒng)主要是通過ASK與FSK方式進行雙向通信，并建立了一個完整的通信狀態(tài)控制機制從而實現(xiàn)了運用在無線充電領(lǐng)域中的數(shù)字通信技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】 無線充電 QI協(xié)議 ASK FSK 雙向通信

無線充電技術(shù)的學名又叫做無線電能傳輸，其原理是通過電磁波實現(xiàn)能量傳輸，本文主要介紹了一種在無線充電領(lǐng)域中的通信系統(tǒng)。

一、無線充電通信系統(tǒng)

在本文所介紹的無線充電通信系統(tǒng)中，在發(fā)射端與接收端之間有兩種通信鏈路。其中從接收端（RX端）到發(fā)射端（TX）的通信為ASK方式，從TX到RX端的通信為FSK方式。

1.1 接收端到發(fā)射端通信

這一節(jié)主要是介紹從RX端到TX端的通信。包括RX端到TX端調(diào)制和RX端到TX端解調(diào)。

1、RX端到TX端調(diào)制。接收端通過發(fā)送通信包來與發(fā)射端進行通信，包括能量需求包、接收能量包、接收器ID號包以及版本包、接收器額定功率包、以及充電指令包等。

上圖展示了RX端的負載調(diào)制技術(shù)。RX端通過開關(guān)調(diào)制電阻（Rm，交流側(cè)或直流側(cè)）或者調(diào)制電容（Cm，交流側(cè)）來進行負載調(diào)制。對RX端線圈上的電壓或電流的調(diào)制是通過連接與斷開調(diào)制阻抗（電阻或電容）來實現(xiàn)的。接著TX端解調(diào)器解調(diào)在接收線圈上電壓（>200mV）或電流（>15mA）的幅度變化。

2、RX端到TX端解調(diào)。隨著RX端在能量信號上加載通信信號后，TX端必須從能量信號上解調(diào)通信信號以便完成后面的整體系統(tǒng)控制。下圖顯示了在TX端線圈上的能量信號與通信信號的相互耦合。

發(fā)射端系統(tǒng)通過軟件方式來實現(xiàn)解調(diào)，這種技術(shù)也稱為數(shù)字解調(diào)技術(shù)。發(fā)射端系統(tǒng)通過一個簡單、低成本的RC電路直接檢測在諧振電容上的電壓，并通過一個高速的ADC模塊處理該信號。當諧振電容的電壓值被獲取后，等效的諧振電流值也能夠計算出來。在這之后，系統(tǒng)繼續(xù)解調(diào)從RX端發(fā)過來的數(shù)據(jù)信號包以便用于之后的系統(tǒng)整體控制。

1.2 發(fā)射端到接收端通信

1、發(fā)射端到接收端信號調(diào)制。發(fā)射端通過發(fā)送通信包與通信模式包來與接收端進行通信。包的種類包括發(fā)射器ID號包、發(fā)射器版本包、發(fā)射功率包、接收功率包。發(fā)射端通過在兩個運行頻率之間（fop與fmod）切換來調(diào)制能量信號。

發(fā)射端通過在一個特定的時間間隔調(diào)制能量信號從而避免與能量接收端通信的沖突。發(fā)射端要在接收端發(fā)送過來的請求包之后才能進行信號調(diào)制，包括響應(yīng)請求階段、校準階段以及能量傳輸階段。

2、發(fā)射端到接收端信息編碼。發(fā)射端以差分雙向方式進行編碼以便調(diào)制數(shù)據(jù)能順利加載到能量信號上。為了這個目的，發(fā)射端每隔512個周期進行一次數(shù)據(jù)校準。發(fā)射端通過在一個能量信號頻率中跳變兩次來定義邏輯1，第一次跳變發(fā)生在數(shù)據(jù)位的開始階段，第二次跳發(fā)生在信號能量過了256個周期以后。發(fā)射端通過在能量信號頻率上使用一次跳變來定義邏輯0，這種方式在512個周期內(nèi)改變一次頻率。

結(jié)論：本文通過采用ASK與FSK的通信調(diào)制方式實現(xiàn)了通信系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)的通信。并通過狀態(tài)機制建立了整個通信系統(tǒng)的狀態(tài)控制。建立了一個完整的通信狀態(tài)控制機制從而實現(xiàn)了運用在無線充電領(lǐng)域中的數(shù)字通信技術(shù)。

參 考 文 獻

[1] Madawala U K， Thrimawithana D J. A bidirectional inductive power interface for electric vehicles in V2G systems[J]. Industrial Electronics， IEEE Transactions on， 2011， 58（10）： 4789-4796.

[2] Nehrir M H， Wang C， Guda S R. Alternative energy distributed generation： Need for multi-source operation[C]//Power Symposium， 2006. NAPS 2006. 38th North American. IEEE， 2006： 547-551.

[3] Gaonkar D N， Patel R N. Modeling and simulation of microturbine based distributed generation system[C]//Power India Conference， 2006 IEEE. IEEE， 2006： 5 pp.

[4]Kissin M L G， Boys J T， Covic G. Interphase mutual inductance in polyphase inductive power transfer systems[J]. Industrial Electronics， IEEE Transactions on， 2009， 56（7）： 2393-2400.