基于QFSK调制的DC-DC变换器功率/数据复合传输方法

祝贺; 谢志远; 曹旺斌; 胡正伟; 白宗龙

doi:10.7500/AEPS20231116002

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基于QFSK调制的DC-DC变换器功率/数据复合传输方法

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 基于QFSK调制的DC-DC变换器功率/数据复合传输方法
- Power/Data Multiplexing Transmission Method for DC-DC Converters Based on Quadrature Frequency Shift Keying Modulation
- 电力系统自动化 2024年48卷第17期页码：171-180
- 作者机构：
  
  华北电力大学电气与电子工程学院，河北省保定市 071003
- 作者简介：
  
  祝贺(1990—)，男，博士研究生，主要研究方向：电力电子变换器控制及其网络化技术。E-mail：hezhu0105@163.com
  谢志远(1964—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统通信、智能配电网、新能源发电技术。E-mail：zhiyuanxie@263.net
  曹旺斌(1989—)，男，博士，副教授，主要研究方向：电力系统通信、智能配用电。E-mail：wbin.cao@foxmail.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52177083)
- DOI：10.7500/AEPS20231116002
  中图分类号：
- 收稿：2023-11-16，
  
  修回：2024-06-30，
  
  网络出版：2024-08-01，
  
  纸质出版：2024-09-10
- 稿件说明：
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祝贺,谢志远,曹旺斌等.基于QFSK调制的DC-DC变换器功率/数据复合传输方法[J].电力系统自动化,2024,48(17):171-180.

ZHU He,XIE Zhiyuan,CAO Wangbin,et al.Power/Data Multiplexing Transmission Method for DC-DC Converters Based on Quadrature Frequency Shift Keying Modulation[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(17):171-180.
祝贺,谢志远,曹旺斌等.基于QFSK调制的DC-DC变换器功率/数据复合传输方法[J].电力系统自动化,2024,48(17):171-180. DOI： 10.7500/AEPS20231116002.

ZHU He,XIE Zhiyuan,CAO Wangbin,et al.Power/Data Multiplexing Transmission Method for DC-DC Converters Based on Quadrature Frequency Shift Keying Modulation[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(17):171-180. DOI： 10.7500/AEPS20231116002.

摘要

传统电力线通信方案的硬件设计较为复杂。DC-DC变换器具有发送数据的潜能，可进行功率/数据复合传输。文中提出一种基于四进制频移键控（QFSK）调制的电力电子开关调制方案，通过调制开关频率将数据信息嵌入原始脉宽调制(PWM)信号中，使得电压纹波携带数据的频率特征；再通过基于滑动离散傅里叶变换的解调方案实现数据接收，最终实现功率/数据的同步传输。首先，证明了PWM信号与电压纹波频率一致的关系；然后，给出数据调制与解调的方案；以负载突变工况为例，通过对Buck变换器建模，分析功率变换暂态过程对通信的干扰影响；最后，搭建由两个Buck变换器组成的实验平台，验证了所提方案可实现20 kbit/s的通信速率；并以光伏优化器为应用背景，验证了所提方案的有效性。

Abstract

The hardware design of traditional power line communication scheme is complex. The DC-DC converter has the potential to send data

and can carry out power/data multiplexing transmission. In this paper

a modulation scheme for power electronic switch based on quadrature frequency shift keying is proposed. By modulating the switch frequency

the data information is embedded into the original pulse width modulation (PWM) signal

so that the voltage ripple carries the frequency characteristics of the data. Then the data receiving is realized by the demodulation scheme based on sliding discrete Fourier transform

and ultimately the synchronous transmission of power/data is realized. Firstly

the relationship between PWM signal and voltage ripple frequency is proven; Then

the schemes of data modulation and demodulation are presented; Taking the load changing condition as an example

the buck converter is modeled to analyze the interference of power conversion transient process on communication; Finally

an experimental platform composed of two buck converters is built to achieve a communication rate of 20 kbit/s. The effectiveness of the proposed scheme is verified with the photovoltaic optimizer as the application background.

关键词

Keywords

references

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