激光无线能量信息同步传输系统

本发明涉及无线能量信息同步传输，尤其涉及一种激光无线能量信息同步传输系统。

背景技术：

1、无线电能传输（wireless power transmission，wpt）技术是一种基于非导线接触方式，借助电磁波、微波和激光等物理空间能量载体实现电能由电源侧传输至负载侧的技术，具有随时充电、无需插拔、无电气接触、安全可靠，并支持多设备同时充电的特点，使得摆脱电缆的束缚成为可能，极大地增加为用电设备供电的便利性与灵活性。

2、由于激光具有单色性好、方向性强、功率密度大和能量集中的特点，可将能量以光的形式在空间中远距离传输，而且由于激光具备能量集中且可高频调制的特点，在传输能量的同时可用于传递信息。因此，近年来激光无线能量信息同步传输（simultaneous laserwireless power information transmission，slwpit）技术得到了广泛应用。

3、相关技术中slwpit通过控制激光器驱动电源进行内调制，即直接应用激光束能量的断续来表征信号。该种对大功率激光直接调制的方式，不仅有损激光器的寿命，且高频调制时激光器电源的内部延时以及激光器激光发射延时的存在，导致激光通信速度受限。并且，调制完成后的激光强度跟随信息流高频闪烁波动，进而导致激光接收端电能的不稳定，给后端能量的变换和存储增加困难。此外，断续地能量传递，将严重影响系统能量地传递效率。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种激光无线能量信息同步传输系统。

2、第一方面，本发明提供一种激光无线能量信息同步传输系统，包括：激光能量与信息发射端，以及激光能量与信息接收端；

3、所述激光能量与信息发射端包括顺次连接的激光器电源控制器、激光器电源和激光器，所述激光器电源包括以并联方式连接的激光能量供应电路和激光信号控制电路；

4、所述激光器电源控制器用于向所述激光能量供应电路发送能量控制信号，并向所述激光信号控制电路发送信息控制信号；

5、所述激光能量供应电路用于基于所述能量控制信号向所述激光器提供目标能量驱动电流；

6、所述激光信号控制电路用于基于所述信息控制信号向所述激光器提供目标信号驱动电流；

7、所述激光器用于基于所述目标能量驱动电流和所述目标信号驱动电流发射携带能量和信号的激光；

8、所述激光能量与信息接收端用于接收所述激光器发射的所述激光，并将所述激光转换为电能和电信号后分别对所述电能和所述电信号进行处理。

9、可选地，根据本发明提供的一种激光无线能量信息同步传输系统，所述激光能量供应电路和所述激光信号控制电路通过第一功率开关管和第二功率开关管并联连接；

10、所述激光能量供应电路还用于控制所述第一功率开关管的导通与关断，所述激光信号控制电路还用于控制所述第二功率开关管的导通与关断。

11、可选地，根据本发明提供的一种激光无线能量信息同步传输系统，所述激光信号控制电路包括信号幅值控制电路、第一驱动电路、第一dc-dc变换器、信号调制及通信频率控制电路、第二驱动电路和直流脉冲转换电路；

12、所述信号幅值控制电路用于对所述信息控制信号中的幅值控制信号进行整形调理后形成第一控制信号，所述第一控制信号经所述第一驱动电路进行放大后输入所述第一dc-dc变换器；

13、所述信号调制及通信频率控制电路用于对所述信息控制信号中的脉冲控制信号进行整形调理后形成第二控制信号，所述第二控制信号经所述第二驱动电路放大后输入所述直流脉冲转换电路；

14、所述第一dc-dc变换器与所述直流脉冲转换电路连接，所述直流脉冲转换电路用于将所述第一dc-dc变换器输出的直流信号变换为携带数据信息的脉冲信号。

15、可选地，根据本发明提供的一种激光无线能量信息同步传输系统，所述第一控制信号经所述第一驱动电路进行放大后具有控制所述第二功率开关管的导通与关断的功能。

16、可选地，根据本发明提供的一种激光无线能量信息同步传输系统，所述直流脉冲转换电路包括顺次连接的逆变电路、高频脉冲变换器、整流二极管和电感。

17、可选地，根据本发明提供的一种激光无线能量信息同步传输系统，所述激光能量供应电路包括激光能量控制电路、第三驱动电路和ac-dc变换器；

18、所述激光能量控制电路用于对所述能量控制信号进行整形调理后形成第三控制信号，所述第三控制信号经所述第三驱动电路放大后输入所述ac-dc变换器；

19、所述ac-dc变换器用于将输入所述ac-dc变换器的交流信号变换为直流信号。

20、可选地，根据本发明提供的一种激光无线能量信息同步传输系统，所述第三控制信号经所述第三驱动电路放大后具有控制所述第一功率开关管的导通与关断的功能。

21、可选地，根据本发明提供的一种激光无线能量信息同步传输系统，所述激光能量与信息接收端包括顺次连接的光伏电池阵列、信号处理电路、第二dc-dc变换器和储能电池；

22、所述光伏电池阵列用于接收所述激光器发射的所述激光，并将所述激光转换为所述电能和所述电信号；

23、所述信号处理电路用于分离所述电能和所述电信号，并将分离后的所述电能传输至所述第二dc-dc变换器，并对分离后的所述电信号进行处理；

24、所述第二dc-dc变换器用于对输入的所述电能进行升压稳流后存储至所述储能电池。

25、可选地，根据本发明提供的一种激光无线能量信息同步传输系统，所述信号处理电路包括顺次连接的信号解调电路、信号调理电路和分析解码电路；

26、所述信号解调电路用于分离所述电能和所述电信号，并将分离后的所述电能传输至所述第二dc-dc变换器，将分离后的所述电信号传输至所述信号调理电路；

27、所述信号调理电路用于对输入的所述电信号进行整形滤波后输出至所述分析解码电路；

28、所述分析解码电路用于对经所述信号调理电路整形滤波后的所述电信号进行解析。

29、可选地，根据本发明提供的一种激光无线能量信息同步传输系统，所述激光能量与信息接收端还包括负载，所述负载与所述第二dc-dc变换器连接；

30、所述第二dc-dc变换器还用于对输入的所述电能进行升压稳流后输出给所述负载。

31、本发明提供的激光无线能量信息同步传输系统，通过采用激光器内调制的方式，在激光器电源中设置以并联方式连接的激光能量供应电路和激光信号控制电路，并基于激光能量供应电路和激光信号控制电路向激光器提供目标能量驱动电流和目标信号驱动电流，即在激光能量的大电流驱动电源上加载携带信号的小电流电源，可以避免大功率激光直接调制损伤激光器，并且较小的驱动电源波动使激光能量更加均匀稳定，进而使得激光能量与信息接收端可以从激光器发射的激光中获得更加稳定的电能和质量更高的电信号。

技术特征：

1.一种激光无线能量信息同步传输系统，其特征在于，包括：激光能量与信息发射端，以及激光能量与信息接收端；

2.根据权利要求1所述的激光无线能量信息同步传输系统，其特征在于，所述激光能量供应电路和所述激光信号控制电路通过第一功率开关管和第二功率开关管并联连接；

3.根据权利要求2所述的激光无线能量信息同步传输系统，其特征在于，所述激光信号控制电路包括信号幅值控制电路、第一驱动电路、第一dc-dc变换器、信号调制及通信频率控制电路、第二驱动电路和直流脉冲转换电路；

4.根据权利要求3所述的激光无线能量信息同步传输系统，其特征在于，所述第一控制信号经所述第一驱动电路进行放大后具有控制所述第二功率开关管的导通与关断的功能。

5.根据权利要求3所述的激光无线能量信息同步传输系统，其特征在于，所述直流脉冲转换电路包括顺次连接的逆变电路、高频脉冲变换器、整流二极管和电感。

6.根据权利要求2所述的激光无线能量信息同步传输系统，其特征在于，所述激光能量供应电路包括激光能量控制电路、第三驱动电路和ac-dc变换器；

7.根据权利要求6所述的激光无线能量信息同步传输系统，其特征在于，所述第三控制信号经所述第三驱动电路放大后具有控制所述第一功率开关管的导通与关断的功能。

8.根据权利要求1所述的激光无线能量信息同步传输系统，其特征在于，所述激光能量与信息接收端包括顺次连接的光伏电池阵列、信号处理电路、第二dc-dc变换器和储能电池；

9.根据权利要求8所述的激光无线能量信息同步传输系统，其特征在于，所述信号处理电路包括顺次连接的信号解调电路、信号调理电路和分析解码电路；

10.根据权利要求8所述的激光无线能量信息同步传输系统，其特征在于，所述激光能量与信息接收端还包括负载，所述负载与所述第二dc-dc变换器连接；

技术总结
本发明提供一种激光无线能量信息同步传输系统，涉及无线能量信息同步传输技术领域，包括激光能量与信息发射端和激光能量与信息接收端；激光能量与信息发射端包括顺次连接的激光器电源控制器、激光器电源和激光器，激光器电源包括以并联方式连接的激光能量供应电路和激光信号控制电路；激光能量供应电路用于基于激光器电源控制器发送的能量控制信号向激光器提供目标能量驱动电流；激光信号控制电路用于基于激光器电源控制器发送的信息控制信号向激光器提供目标信号驱动电流。本发明可以避免大功率激光直接调制损伤激光器，并且较小的驱动电源波动使激光能量更加均匀稳定，进而使得接收端可以从激光中获得更加稳定的电能和质量更高的电信号。

技术研发人员：徐国宁,熊振阳,杜浩,杜星,蔡榕,贾忠臻,李永祥
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12