本發(fā)明涉及一種適用于非接觸供電系統(tǒng)的輸出信號(hào)快速無(wú)線傳遞的結(jié)構(gòu)，屬于信號(hào)檢測(cè)和傳遞領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：：非接觸供電是基于磁場(chǎng)耦合實(shí)現(xiàn)“無(wú)線供電”的新型電能傳輸模式，利用原副邊完全分離的非接觸變壓器，通過(guò)高頻磁場(chǎng)的耦合傳輸電能，使得能量傳遞過(guò)程中電能傳輸側(cè)(簡(jiǎn)稱供電側(cè))和電能接受側(cè)(簡(jiǎn)稱受電側(cè))無(wú)物理連接。與傳統(tǒng)的接觸式供電相比，非接觸供電使用方便、安全，無(wú)火花及觸電危險(xiǎn)，無(wú)積塵和接觸損耗，無(wú)機(jī)械磨損和相應(yīng)的維護(hù)問(wèn)題，可適應(yīng)多種惡劣天氣和環(huán)境，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供電。非接觸供電技術(shù)因其特有的惡劣環(huán)境適應(yīng)性、高安全性、少維護(hù)和方便性，在手機(jī)、機(jī)器人、人體植入設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)等移動(dòng)設(shè)備的供電場(chǎng)合，在油田、礦井、水下供電等環(huán)境惡劣或者易燃易爆場(chǎng)合均已得到了應(yīng)用。在非接觸電能傳輸系統(tǒng)中，供電側(cè)和受電側(cè)一般存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起系統(tǒng)中的核心部件——非接觸變壓器的結(jié)構(gòu)參數(shù)上的變化，從而導(dǎo)致其耦合系數(shù)、漏感、激磁電感等電路參數(shù)的變化，參數(shù)的變化不僅影響到輸出性能，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致系統(tǒng)失控。這就要求非接觸變換器需要實(shí)時(shí)監(jiān)控輸出電壓或者電流的變化，使之在可控制的范圍內(nèi)。目前的應(yīng)用中，通常會(huì)采用兩類(lèi)技術(shù)方案，一種是在非接觸變換器的后級(jí)添加恒壓或者恒流的變換器，通過(guò)后級(jí)的變換器來(lái)承受非接觸變換器輸出電壓或者電流的寬范圍變化，同時(shí)采用無(wú)線的反饋方案將輸出電壓的信息傳遞到原邊，例如P.Si,A.P.Hu,J.W.Hsu，M.Chiang，Y.Wang，S.MalpasandD.Budgerr，“Wirelesspowersupplyforimplantablebiomedicaldevicebasedonprimaryinputvoltageregulation”，IEEEconferenceonIndustrialElectronicsandApplication，2007，235-239給出了采用射頻方式在供電側(cè)檢測(cè)受電側(cè)輸出電壓的結(jié)構(gòu)框圖，輸出電壓信息依次經(jīng)過(guò)受電側(cè)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和無(wú)線電收發(fā)器，發(fā)出射頻信號(hào)，在供電側(cè)以無(wú)線電收發(fā)器接收射頻信號(hào)，再經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片得到輸出電壓信息，其它有源檢測(cè)方案結(jié)構(gòu)類(lèi)似。此種方式的最大問(wèn)題是輸出電壓信息傳遞到原邊的速度較慢，響應(yīng)時(shí)間上達(dá)到毫秒量級(jí)，如用該種方式直接作為電壓反饋，則變換器原邊不能實(shí)時(shí)響應(yīng)輸出電壓的變化，整個(gè)變換器系統(tǒng)可能會(huì)工作不穩(wěn)定，所以該方式通常用于輸出負(fù)載變化較緩的場(chǎng)合。另一種是通過(guò)間接的方式來(lái)控制輸出電壓恒定，例如XiaoyongRen,QianhongChen,LinglingCao,XinboRuan,Siu-chungWong,Chi.KTse,“CharacterizationandControlofSelf-OscillatingContactlessResonantConverterwithFixedVoltageGain”，IPEMC，2012提出的通過(guò)檢測(cè)非接觸變壓器副邊電流或者整流橋電流的相位，利用過(guò)零比較得到逆變橋開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使非接觸變換器在變參數(shù)條件下自動(dòng)工作在電壓增益恒定的頻率點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)變負(fù)載和變氣隙條件下輸出基本恒定。對(duì)于副邊電流相位采樣，可以采用KaiqinYan,QianhongChen,JiaHou,WenxianChen,XiaoyongRenandXinboRuan“Self-OscillatingContactlessResonantConverterwithPhaseDetectionContactlessCurrentTransformer,”IEEEECCE,2013,pp.2920-2927給出的非接觸電流互感器等方法實(shí)現(xiàn)。此種方式非接觸變換器對(duì)負(fù)載和氣隙的改變擁有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，但該模式下的非接觸變換器下本質(zhì)上還是工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，輸出電壓只能跟隨輸入電壓，由于線路阻抗的存在，輸出電壓的電壓精度和負(fù)載調(diào)整率較差。另外，由于該模式下的相位被約束，所以不能在原邊準(zhǔn)確調(diào)節(jié)輸出電壓。所以，能否在原邊快速、準(zhǔn)確的直接檢測(cè)到副邊的電壓或者電流信號(hào)成為了研究的一個(gè)方向。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種快速無(wú)線反饋結(jié)構(gòu)，能夠快速準(zhǔn)確的檢測(cè)非接觸變換器的輸出電壓或者電流信號(hào)。技術(shù)方案：一種快速無(wú)線反饋結(jié)構(gòu)，包括依次級(jí)聯(lián)的電壓或電流采樣電路、電壓頻率轉(zhuǎn)換電路、功率放大電路、原邊發(fā)射線圈、副邊接收線圈、頻率信號(hào)接收電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路；其中：所述電壓或電流采樣電路用于對(duì)被測(cè)電壓或者電流進(jìn)行采樣，將采樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述電壓頻率轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓；所述電壓頻率轉(zhuǎn)換電路用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為周期性信號(hào)，所述周期性信號(hào)的頻率與所述輸入電壓成線性比例關(guān)系；所述功率放大電路用于將所述周期性信號(hào)轉(zhuǎn)換為相同頻率的電流信號(hào)，并傳遞給所述原邊發(fā)射線圈；所述原邊發(fā)射線圈用于將接收到的所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)信號(hào)；所述副邊接收線圈用于接收所述磁場(chǎng)信號(hào)，并將所述磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為相同頻率的交流電壓或電流信號(hào)；所述頻率信號(hào)接收電路用于對(duì)所述副邊接收電路輸出的交流電壓或電流信號(hào)進(jìn)行整形后輸出第一方波電壓信號(hào)，所述第一方波電壓信號(hào)的頻率和所述副邊接收線圈輸出的所述電壓或電流信號(hào)的頻率相同；所述頻率電壓轉(zhuǎn)換電路用于將所述第一方波電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電平信號(hào)。進(jìn)一步的，所述電壓頻率轉(zhuǎn)換電路包括壓控鏡像恒流源和時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路；所述壓控鏡像恒流源的控制信號(hào)為所述電壓或電流采樣電路的輸出電壓，所述時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路包括電容組和邏輯電路；所述壓控鏡像恒流源在所述控制信號(hào)控制下對(duì)所述電容組進(jìn)行周期性充電，所述邏輯電路根據(jù)所述電容組充電頻率輸出同頻率的周期性信號(hào)。進(jìn)一步的，所述功率放大電路包括DC/DC變換器，所述DC/DC變換器的電感作為所述原邊發(fā)射線圈；所述DC/DC變換器工作在強(qiáng)制連續(xù)模式并輸出空載，所述DC/DC變換器的反饋基準(zhǔn)和供電電壓成固定比例，所述DC/DC變換器的時(shí)鐘頻率由所述電壓頻率轉(zhuǎn)換電路輸出的周期性信號(hào)控制。進(jìn)一步的，所述頻率電壓轉(zhuǎn)換電路包括頻率占空比轉(zhuǎn)換電路和RC電路；所述頻率占空比轉(zhuǎn)換電路用于將所述第一方波電壓信號(hào)通過(guò)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為占空比隨所述第一方波電壓信號(hào)頻率變化的第二方波電壓信號(hào)，所述第二方波電壓信號(hào)和第一方波電壓信號(hào)的頻率相同，所述第二方波電壓信號(hào)的占空比和所述第一方波電壓信號(hào)的頻率成線性比例關(guān)系；所述RC電路用于對(duì)所述第二方波電壓信號(hào)進(jìn)行濾波后輸出直流平均電壓。進(jìn)一步的，所述頻率電壓轉(zhuǎn)換電路包括固定恒流源、電容充電網(wǎng)絡(luò)、采樣保持電路；所述頻率信號(hào)接收電路輸出的第一方波電壓信號(hào)控制所述固定恒流源對(duì)電容充電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行充電，所述電容充電網(wǎng)絡(luò)的充電電壓峰值和所述第一方波電壓信號(hào)的脈寬成正比；所述采樣保持電路輸出電壓幅值等于所述充電電壓峰值的電壓信號(hào)。進(jìn)一步的，所述壓控鏡像恒流源包括第一路電流源和第二路電流源，所述電容組包括電容C1和電容C2，所述邏輯電路包括N型開(kāi)關(guān)管M4和M6、比較器A2和A3、RS觸發(fā)器A4；所述第一路電流源對(duì)所述電容C1充電，所述第二路電流源對(duì)所述電容C2充電，所述N型開(kāi)關(guān)管M4并聯(lián)在所述電容C1兩端，所述N型開(kāi)關(guān)管并聯(lián)在所述電容C2兩端，所述比較器A2的正輸入端連接所述N型開(kāi)關(guān)管M4的漏極，所述比較器A3連接所述N型開(kāi)關(guān)管M6的漏極，所述比較器A2和A3的負(fù)輸入端均連接基準(zhǔn)電壓Vref1，所述比較器A2和A3的輸出端分別連接所述RS觸發(fā)器A4的S端和R端，所述RS觸發(fā)器的Q端連接所述N型開(kāi)關(guān)管M4的柵極，所述RS觸發(fā)器A4的Q非端連接所述N型開(kāi)關(guān)管M6的柵極，所述RS觸發(fā)器的Q端還通過(guò)同相緩沖器輸出所述周期性信號(hào)。有益效果：本發(fā)明的一種快速無(wú)線反饋結(jié)構(gòu)，通過(guò)電壓或者電流采樣電路對(duì)待測(cè)電壓或者電流進(jìn)行線性采樣，然后通過(guò)電壓頻率轉(zhuǎn)換電路將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為周期性電壓或者電流信號(hào)，該周期性信號(hào)的頻率和采樣信號(hào)的幅值成線性比例關(guān)系。再通過(guò)功率放大電路、原邊發(fā)射線圈、副邊接收線圈和頻率信號(hào)接收電路將周期性信號(hào)的頻率信息以無(wú)線的方式從原邊傳遞到副邊，輸出相同頻率的方波電壓信號(hào)。實(shí)施例1中，然后通過(guò)頻率占空比轉(zhuǎn)換電路，將頻率信號(hào)接收電路輸出的方波電壓信號(hào)調(diào)制為占空比和頻率成正比的方波電壓信號(hào)，最后通過(guò)占空比電壓轉(zhuǎn)換電路，將該方波電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅和濾波，最終在副邊得到和原邊待測(cè)電壓或者電流成線性比例關(guān)系的直流電壓信號(hào)。上述過(guò)程中，電壓或者電流采樣電路的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間沒(méi)有時(shí)間延時(shí)，沒(méi)有系統(tǒng)誤差。電壓頻率轉(zhuǎn)換電路輸出信號(hào)的頻率隨輸入信號(hào)的幅值實(shí)時(shí)變化，之間沒(méi)有系統(tǒng)誤差，時(shí)間延時(shí)小于一個(gè)輸出信號(hào)的周期。用于傳遞頻率信息的功率放大電路、原邊發(fā)射線圈、副邊接收線圈和頻率信號(hào)接收電路，其輸入周期性信號(hào)和輸出方波電壓信號(hào)之間的時(shí)間延時(shí)小于一個(gè)輸出信號(hào)的周期，且沒(méi)有系統(tǒng)誤差。頻率占空比轉(zhuǎn)換電路，輸入的方波電壓信號(hào)和輸出的方波電壓信號(hào)的占空沒(méi)有時(shí)間延時(shí)，且沒(méi)有系統(tǒng)誤差。占空比電壓轉(zhuǎn)換電路，輸入的占空比可調(diào)的方波電壓信號(hào)和輸出的直流平均電壓之間的時(shí)間延時(shí)為濾波電路時(shí)間常數(shù)的6倍，占空比和輸出直流平均電壓之間沒(méi)有系統(tǒng)誤差。通過(guò)合理設(shè)置電壓頻率轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓信號(hào)的頻率和占空比電壓轉(zhuǎn)換電路中的濾波電路時(shí)間常數(shù)，輸出電壓信號(hào)即可快速穩(wěn)定的跟隨待測(cè)信號(hào)的變化。實(shí)施例2中，頻率電壓轉(zhuǎn)換電路包括固定恒流源、電容充電網(wǎng)絡(luò)、采樣保持電路；頻率信號(hào)接收電路輸出的第一方波電壓信號(hào)控制固定恒流源對(duì)電容充電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行充電，電容充電網(wǎng)絡(luò)的充電電壓峰值和第一方波電壓信號(hào)的脈寬成正比；采樣保持電路輸出電壓幅值近似等于所述充電電壓峰值的電壓信號(hào)。附圖說(shuō)明圖1為快速無(wú)線反饋結(jié)構(gòu)的整體框圖，101為電壓或電流采樣電路；102為電壓頻率轉(zhuǎn)換電路；103為功率放大電路；104為原邊發(fā)射線圈；105為副邊接收線圈；106為頻率信號(hào)接收電路；107為頻率電壓轉(zhuǎn)換電路。S1為待測(cè)信號(hào)；V2為采樣電路的輸出電壓；V3為電壓頻率轉(zhuǎn)換電路的輸出的周期性信號(hào)；V4為頻率信號(hào)接收電路的輸出方波電壓信號(hào)；V5為頻率電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出的直流電平信號(hào)。I1為原邊發(fā)射線圈的電流；I2為副邊接收線圈的電流。圖2為一種電壓采樣電路，S1_V為待測(cè)電壓信號(hào)；V2為采樣電路的輸出電壓；R1為上分壓電阻；R2為下分壓電阻。圖3為一種電流采樣電路，S1_I為待測(cè)電流信號(hào)；V2為采樣電路的輸出電壓；R3為電流采樣電阻。圖4為一種電壓頻率轉(zhuǎn)換電路，圖中：1021為壓控鏡像恒流源；1022為時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器；Vcc為供電電壓；Vref1為基準(zhǔn)電壓；Vc1和Vc2分別為電容C1和C2上的電壓；Vg1和Vg2分別為開(kāi)關(guān)管M4和M6的驅(qū)動(dòng)電壓；M1、M2和M5為P型開(kāi)關(guān)管；M3、M4和M6為N型開(kāi)關(guān)管；A1為運(yùn)算放大器；A2和A3為比較器；A4為RS觸發(fā)器；Rsen為電流采樣電阻。圖5為一種信號(hào)發(fā)射電路，圖中：103為功率放大電路；104為原邊發(fā)射電路；Vcc為供電電壓；Vout為輸出電壓；Vref2為電壓基準(zhǔn)；V3為電壓頻率轉(zhuǎn)換電路的輸出的周期性信號(hào)；M5為P型開(kāi)關(guān)管；M6為N型開(kāi)關(guān)管；Cin為輸入濾波電容；Cout為輸出濾波電容；A7為驅(qū)動(dòng)電路；A8為跨導(dǎo)型運(yùn)算放大器；Vcomp為A8的輸出電壓；L1為原邊發(fā)射線圈電感；I1為原邊發(fā)射線圈電流。圖6為一種信號(hào)接收及整形電路，105為副邊接收電路；106為頻率信號(hào)接收電路；L2為副邊接收線圈電感；N1和N2分別為電流互感器的原邊和副邊繞組匝數(shù)；R4為電阻；A9和A10為過(guò)零比較器；A11為RS觸發(fā)器；V4為整形后的方波電壓信號(hào)；I2為副邊接收線圈的電流。圖7為實(shí)施例1的一種頻率占空比轉(zhuǎn)換電路，V4為輸入方波電壓信號(hào)；V5為輸出直流電壓信號(hào)；A12為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，VM為A12的輸出電壓信號(hào)；電阻R5和電容C3構(gòu)成了一個(gè)低通濾波電路。圖8為實(shí)施例2的一種頻率占空比轉(zhuǎn)換電路2，Vcc為供電電壓，Iref為恒流源，VS為電壓源，S1、S2和S3為開(kāi)關(guān)，可以由N型或者P型的MOSFET構(gòu)成；C4為充電電容，C5為采樣電容，C6為輸出電容；A13為運(yùn)算放大器，V_C4為C4的電壓，V_C5為C5的電壓，V5為輸出電壓。圖9為圖4所示電壓頻率轉(zhuǎn)換電路的波形，圖中主要符號(hào)名稱：Vref1為電壓基準(zhǔn)；Vc1和Vc2分別為電容C1和C2上的電壓；V3為輸出周期性方波電壓信號(hào)；Ton和Toff分別為V3高電平和低電平的時(shí)間。圖10為信號(hào)接收及整形電路波形，V3為電壓頻率轉(zhuǎn)換電路輸出的周期性方波電壓信號(hào)；I1為原邊發(fā)射線圈電流波形；I2為副邊接收線圈電流波形；V4為信號(hào)接收及整形電路輸出方波電壓信號(hào)；f_v3為V3的頻率；IL_pp為I1的電路峰峰值。圖11為圖7所示電路的工作波形，V4為信號(hào)接收及整形電路輸出方波電壓信號(hào)；VM為單穩(wěn)觸發(fā)器的輸出方波電壓信號(hào)；V5為VM信號(hào)濾波之后的電壓，其幅值為V5＝5*t1*f_v3，其中t1為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的固定脈寬時(shí)間，f_v3為V4的頻率。圖12為圖8所示電路中開(kāi)關(guān)S1、S2和S3的開(kāi)關(guān)時(shí)序圖，其中高電平為開(kāi)通，低電平為關(guān)斷。圖13為圖8所示電路中的關(guān)鍵電壓波形，V_C4為電容C4上的電壓波形，V_C5為電容C5上的電壓波形。圖14圖7所示電路的仿真結(jié)果，V5為頻率電壓轉(zhuǎn)換電路1的輸出信號(hào)，S1_V為待測(cè)電壓信號(hào)，VM為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出信號(hào)。圖15圖8所示電路的仿真結(jié)果，V(s1)、V(s2)和V(s3)為開(kāi)關(guān)S1、S2和S3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，高電平為導(dǎo)通，低電平為關(guān)斷；V(V_C4)和V(V_C5)為電容C4和C5的電壓波形。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。實(shí)施例1：一種快速無(wú)線反饋結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括依次級(jí)聯(lián)的電壓或電流采樣電路101、電壓頻率轉(zhuǎn)換電路102、功率放大電路103、原邊發(fā)射線圈104、副邊接收線圈105、頻率信號(hào)接收電路106、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路107。其中：電壓或電流采樣電路101用于對(duì)被測(cè)電壓或者電流進(jìn)行采樣，將采樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓頻率轉(zhuǎn)換電路102的輸入電壓。圖2中給出了一種電壓采樣電路，待測(cè)電壓信號(hào)S1_V通過(guò)串聯(lián)的分壓電阻R1和R2采樣，輸入電壓S1_V和輸出電壓V2的關(guān)系為：從式(1)可得，V2和S1_V滿足線性比例關(guān)系，沒(méi)有系統(tǒng)誤差。圖3中給出了一種電流采樣電路，待測(cè)電流信號(hào)S1_I通過(guò)采樣電阻R3，輸入電流S1_I和采樣電阻R3兩端的輸出電壓V2的關(guān)系為：從式(2)可得，V2和S1_I滿足線性比例關(guān)系，沒(méi)有系統(tǒng)誤差。電壓頻率轉(zhuǎn)換電路102用于將輸入電壓V2轉(zhuǎn)換為周期性信號(hào)，該周期性信號(hào)的頻率與輸入電壓V2成線性比例關(guān)系。本實(shí)施例中，電壓頻率轉(zhuǎn)換電路102包括壓控鏡像恒流源1021和時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路1022。壓控鏡像恒流源1021的控制信號(hào)為電壓頻率轉(zhuǎn)換電路102的輸出電壓V2。時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路1022包括電容組和邏輯電路；壓控鏡像恒流源1021在控制信號(hào)V2控制下對(duì)電容組進(jìn)行周期性充電，邏輯電路根據(jù)電容組充電頻率輸出同頻率的周期性信號(hào)。圖4給出了一種電壓頻率轉(zhuǎn)換電路的具體電路，其中，壓控鏡像恒流源1021包括第一路恒流源和第二路恒流源，電容組包括電容C1和電容C2，邏輯電路包括N型開(kāi)關(guān)管M4和M6、比較器A2和A3、RS觸發(fā)器A4。第一路恒流源對(duì)電容C1充電，第二路恒流源對(duì)所述電容C2充電，N型開(kāi)關(guān)管M4并聯(lián)在電容C1兩端，N型開(kāi)關(guān)管并聯(lián)在電容C2兩端，比較器A2的正輸入端連接N型開(kāi)關(guān)管M4的漏極，比較器A3連接N型開(kāi)關(guān)管M6的漏極，比較器A2和A3的負(fù)輸入端均連接基準(zhǔn)電壓Vref1，比較器A2和A3的輸出端分別連接RS觸發(fā)器的S端和R端，RS觸發(fā)器的Q端連接N型開(kāi)關(guān)管M4的柵極，RS觸發(fā)器的和Q非端連接所述N型開(kāi)關(guān)管M6的柵極；RS觸發(fā)器的Q端通過(guò)同相緩沖器輸出周期性方波電壓信號(hào)V3。壓控鏡像恒流源1021中，通過(guò)調(diào)整電流采樣電阻Rsen來(lái)改變流過(guò)開(kāi)關(guān)管M2和M5的電流，其關(guān)系為：時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路1022中，開(kāi)關(guān)管M4和M6互補(bǔ)關(guān)斷，當(dāng)M4關(guān)斷時(shí)，恒流源IM2對(duì)C1充電，電容C1兩端電壓Vc1從0上升到基準(zhǔn)電壓Vref1的時(shí)間即為T(mén)on，同理電容C2兩端電壓Vc2從0上升到基準(zhǔn)電壓Vref1的時(shí)間即為T(mén)off，所以V3的頻率f_v3和IM2的關(guān)系如下：聯(lián)立式(3)和(4)可得：從上式可得，V3的頻率f_v3和V2的幅值滿足線性比例關(guān)系，沒(méi)有系統(tǒng)誤差。圖9給出了Vc1、Vc2和V3的波形，結(jié)合圖4可以看出，當(dāng)V2發(fā)生變化時(shí)，IM2和IM5會(huì)實(shí)時(shí)響應(yīng)，Vc1或者Vc2的上升斜率會(huì)立刻發(fā)生變化，從而改變下個(gè)周期的Ton或者Toff，即V3和V2的時(shí)間延時(shí)小于一個(gè)開(kāi)關(guān)周期。功率放大電路103用于將電壓頻率轉(zhuǎn)換電路102輸出的周期性電壓信號(hào)V3轉(zhuǎn)換為相同頻率的電流信號(hào)，并傳遞給原邊發(fā)射線圈104。原邊發(fā)射線圈104用于將接收到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)信號(hào)。本實(shí)施例中，功率放大電路103采用DC/DC變換器，DC/DC變換器的電感即作為原邊發(fā)射線圈104。DC/DC變換器工作在強(qiáng)制連續(xù)模式并輸出空載，DC/DC變換器的反饋基準(zhǔn)和輸入電源電壓成固定比例，DC/DC變換器的時(shí)鐘頻率由電壓頻率轉(zhuǎn)換電路102輸出的周期性信號(hào)控制。圖5給出了DC/DC變換器的具體電路，P型開(kāi)關(guān)管M5的源極連接供電電壓Vcc，P型開(kāi)關(guān)管M5的源極還連接輸入濾波電容Cin；P型開(kāi)關(guān)管M5的漏極連接電感L1的一端以及N型開(kāi)關(guān)管M6的漏極，電感L1的另一端經(jīng)輸出電容Cout接地；通過(guò)分壓電阻采集輸出電容Cout上的電壓并輸入到跨導(dǎo)型運(yùn)算放大器A8的負(fù)輸入端，跨導(dǎo)型運(yùn)算放大器A8的輸入端接基準(zhǔn)電壓Vref2；跨導(dǎo)型運(yùn)算放大器A8的輸出端接比較器A6的負(fù)輸入端，并在跨導(dǎo)型運(yùn)算放大器A8的輸出端設(shè)有接地的濾波電容；供電電壓Vcc與N型開(kāi)關(guān)管M5的漏極之間的線路上設(shè)有電流檢測(cè)及轉(zhuǎn)換單元，用于采樣開(kāi)關(guān)管M5開(kāi)通時(shí)的電流并轉(zhuǎn)換為電壓V_Ipk，然后輸入比較器A6的正輸入端；比較器A6的輸出端連接RS觸發(fā)器A5的R端，RS觸發(fā)器A5的S端接電壓頻率轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號(hào)V3，RS觸發(fā)器A5的Q端輸出接開(kāi)關(guān)管M5、M6驅(qū)動(dòng)電路的控制端，開(kāi)關(guān)管M6的源極接地。該電路中，基準(zhǔn)電壓Vref2與供電電壓Vcc的大小成固定比例關(guān)系，所以當(dāng)電路穩(wěn)定工作后，該變化器的占空比D1保持恒定。該功率放大電路為工作在空載連續(xù)狀態(tài)的降壓變換器，其開(kāi)關(guān)管M5的開(kāi)通時(shí)刻由周期性電壓信號(hào)V3的上升沿控制，開(kāi)關(guān)管M5的關(guān)斷時(shí)刻由M5的電流采樣信號(hào)V_Ipk電壓和跨導(dǎo)型運(yùn)算放大器A8的輸出電壓Vcomp交截時(shí)刻控制。由于工作在空載連續(xù)狀態(tài)，所以原邊發(fā)射線圈104的電流波形是平均值為0的三角波，其峰峰值IL_pp為：副邊接收線圈105用于接收磁場(chǎng)信號(hào)，并將磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為相同頻率的交流電壓或電流信號(hào)。頻率信號(hào)接收電路106用于對(duì)副邊接收線圈105輸出的交流電壓或電流信號(hào)進(jìn)行整形，輸出波電壓信號(hào)V4，方波電壓信號(hào)V4的頻率和副邊接收線圈105輸出的電壓或電流信號(hào)的頻率相同。副邊接收線圈105和頻率信號(hào)接收電路106共同構(gòu)成信號(hào)接收及整形電路，如圖6所示，副邊接收線圈105的輸出連接電流互感器的原邊，電流互感器的副邊并聯(lián)有電阻R4。頻率信號(hào)接收電路106還包括過(guò)零比較器A9和A10、RS觸發(fā)器A11，過(guò)零比較器A10的正負(fù)輸入端連接電阻R4兩端，過(guò)零比較器A9的負(fù)輸入端和過(guò)零比較器A10的正輸入端連接，過(guò)零比較器A9的正輸入端接地，過(guò)零比較器A9和A10的輸出端分別連接RS觸發(fā)器A11的S端和R端，RS觸發(fā)器A11的Q端作為頻率信號(hào)接收電路106的輸出端，用于輸出方波電壓信號(hào)V4。信號(hào)接收及整形電路中，原邊發(fā)射線圈和副邊接收線圈的電流I1和I2滿足以下關(guān)系：上式中，k12為原邊發(fā)射線圈和副邊接收線圈的耦合系數(shù)，其介于0～1之間。由式(7)可得，電流I2和I1頻率相同，I2的幅值會(huì)隨著耦合系數(shù)降低而減小，電流互感器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并適當(dāng)增加其幅值。然后再通過(guò)頻率信號(hào)接收電路整形后輸出方波波形V4，整個(gè)過(guò)程信號(hào)的頻率不變，具體波形可參考圖10。頻率電壓轉(zhuǎn)換電路107用于將方波電壓信號(hào)V4轉(zhuǎn)換為直流電平信號(hào)輸出。本實(shí)施例中，頻率電壓轉(zhuǎn)換電路107包括頻率占空比轉(zhuǎn)換電路1071和RC低通濾波電路1072。頻率占空比轉(zhuǎn)換電路1071用于將方波電壓信號(hào)V4通過(guò)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為占空比隨第V4頻率變化的方波電壓信號(hào)VM，方波電壓信號(hào)VM和V4的頻率相同，方波電壓信號(hào)VM的占空比和方波電壓信號(hào)V4的頻率成線性比例關(guān)系。RC低通濾波電路1072用于對(duì)方波電壓信號(hào)VM進(jìn)行濾波后輸出直流平均電壓V5。圖7中給出了一種頻率電壓轉(zhuǎn)換電路，其中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器A12可以輸出固定脈寬的方波信號(hào)，每一個(gè)V4的上升沿都會(huì)觸發(fā)一個(gè)固定脈寬的方波，假設(shè)固定脈寬時(shí)間為t1，則輸出方波電壓VM的占空比D2和頻率f_v3的關(guān)系為：從上式可得，輸出方波電壓VM的占空比D2和頻率f_v3滿足線性比例關(guān)系，沒(méi)有延時(shí)，也沒(méi)有系統(tǒng)誤差。R5和C3構(gòu)成了低通濾波電路，如果VM的高電平電壓為5V，其輸出電壓V5和VM的占空比D2的關(guān)系為：V5＝5*D2＝5*t1*f_v3(9)具體波形圖可以參考附圖11。聯(lián)立式(1)，(2)，(5)，(8)，(9)可得：即經(jīng)過(guò)一系列變換待測(cè)信號(hào)S1和輸出電壓V5滿足線性比例關(guān)系，沒(méi)有系統(tǒng)誤差。對(duì)于107的濾波電路，其輸入電壓為斬波后的方波，當(dāng)方波的占空比發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓的響應(yīng)延時(shí)時(shí)間約為5-6倍的濾波電路RC時(shí)間常數(shù)。下面采用實(shí)施實(shí)例的電路對(duì)本發(fā)明的無(wú)線反饋結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。其中待測(cè)信號(hào)為4～8V，采用電壓采樣電路，R1＝1900Kohm，R2＝100Kohm；電壓頻率轉(zhuǎn)換電路中，Rsen＝1Kohm，Vref1＝2.5V，C1＝C2＝100pF；信號(hào)發(fā)射電路中，Vcc＝5V，Vout＝2.5V，原邊發(fā)射線圈感量L1＝2.2uH；副邊接收線圈感量L2＝2.2uH，原邊發(fā)射線圈和副邊接收線圈耦合系數(shù)取k12＝0.2；頻率占空比轉(zhuǎn)換電路中取t1＝300ns；占空比電壓轉(zhuǎn)換電路中，輸出方波高電平為5V，R5＝1Mohm，C3＝10pF。則V2的幅值范圍為0.2～0.4V，根據(jù)式(5)可得f_v3＝400K～800KHz，根據(jù)式(8)可得，對(duì)應(yīng)的占空比的范圍為D2＝t1*f_v3＝0.12～0.24，所以最終的輸出電壓V5的范圍為5*D＝0.6～1.2V。圖14給出了仿真測(cè)試結(jié)果，圖中可以看出，當(dāng)待測(cè)電壓S1_V從4V變化到8V時(shí)，VM頻率從400KHz變化到800KHz，V5平均電壓從0.6V變化到1.2V，延遲時(shí)間約為60us，為6倍的R5*C3的時(shí)間常數(shù)，和理論計(jì)算的結(jié)果相吻合。實(shí)施例2：與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于采用了不同的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路方案，如圖8所示。該電路包括固定恒流源、電容充電網(wǎng)絡(luò)、采樣保持電路。恒流源Iref的輸入端連接供電電壓Vcc，其輸出一路通過(guò)二極管連接電壓源VS的正極，另一路通過(guò)開(kāi)關(guān)S1連接充電電容C4的一端；接電壓源VS的負(fù)極以及充電電容C4的另一端均接地；充電電容C4兩端并連開(kāi)關(guān)S2。采樣電容C5串聯(lián)開(kāi)關(guān)S3后并連在充電電容C4兩端，采樣電容C5的端電壓輸入運(yùn)算放大器A13的同相輸入端，輸出電容C6連接在運(yùn)算放大器A13的輸出端與地之間。頻率信號(hào)接收電路106輸出的方波電壓信號(hào)V4控制固定恒流源Iref通過(guò)S1對(duì)電容C4充電進(jìn)行充電，C4的電壓峰值和第一方波電壓信號(hào)V4的脈寬成正比，其關(guān)系為：V_C4＝Iref*Ton/C4＝Iref*D1*f_v3/C4(12)采樣保持電路由開(kāi)關(guān)S3和電容C5構(gòu)成，當(dāng)C5的容值遠(yuǎn)小于C4時(shí)，當(dāng)S3導(dǎo)通時(shí)，C5電容電壓會(huì)近似等于C4電容電壓，當(dāng)S3關(guān)斷時(shí)，C5電容電壓保持不變；然后再打開(kāi)S2，重置C4電壓，等待下一個(gè)周期。為了提高輸出電流的能力，通過(guò)一個(gè)電壓跟隨器A13和電容C5可以得到一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓V5，其幅值等于V_C5。所以V5的幅值等于V_C4的電壓峰值，其表達(dá)式為：圖12給出了開(kāi)關(guān)S1、S2和S3的開(kāi)關(guān)時(shí)序波形，圖15給出了電容C4和C5的電壓仿真波形。從圖15可以看出，V_C4的電壓峰值正比于S1的導(dǎo)通時(shí)間，時(shí)間延時(shí)不超過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期(1/f_v3)，而由之前的分析可知，S1的導(dǎo)通時(shí)間即為信號(hào)V3的導(dǎo)通時(shí)間，其和開(kāi)關(guān)頻率f_v3成反比，沒(méi)有時(shí)間延時(shí)。由此可得，V_C4的電壓和被檢測(cè)信號(hào)成線性比例關(guān)系，無(wú)系統(tǒng)誤差并且時(shí)間延時(shí)不超過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期(1/f_v3)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
：的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3