一种快速无线反馈结构制造技术

本发明专利技术提供一种快速无线反馈结构，包括依次级联的电压或电流采样电路、电压频率转换电路、功率放大电路、原边发射线圈、副边接收线圈、频率信号接收电路、频率电压转换电路。通过电压或者电流采样电路对待测信号进行线性采样，然后通过电压频率转换电路将采样信号转换为周期性信号，该周期性信号的频率和采样信号的幅值成线性比例关系。再通过级联的电路将周期性信号的频率信息以无线的方式从原边传递到副边，输出相同频率的方波电压信号。然后通过频率电压转换电路将方波电压信号转换为直流电平信号，该直流电平信号和原边待测电压或者电流成线性比例关系；整个过程没有系统误差，时间延时小于一个输出信号的周期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于非接触供电系统的输出信号快速无线传递的结构，属于信号检测和传递领域。
技术介绍
非接触供电是基于磁场耦合实现“无线供电”的新型电能传输模式，利用原副边完全分离的非接触变压器，通过高频磁场的耦合传输电能，使得能量传递过程中电能传输侧(简称供电侧)和电能接受侧(简称受电侧)无物理连接。与传统的接触式供电相比，非接触供电使用方便、安全，无火花及触电危险，无积尘和接触损耗，无机械磨损和相应的维护问题，可适应多种恶劣天气和环境，便于实现自动供电。非接触供电技术因其特有的恶劣环境适应性、高安全性、少维护和方便性，在手机、机器人、人体植入设备、电动汽车等移动设备的供电场合，在油田、矿井、水下供电等环境恶劣或者易燃易爆场合均已得到了应用。在非接触电能传输系统中，供电侧和受电侧一般存在相对运动，会引起系统中的核心部件——非接触变压器的结构参数上的变化，从而导致其耦合系数、漏感、激磁电感等电路参数的变化，参数的变化不仅影响到输出性能，严重时还可能导致系统失控。这就要求非接触变换器需要实时监控输出电压或者电流的变化，使之在可控制的范围内。目前的应用中，通常会采用两类技术方案，一种是在非接触变换器的后级添加恒压或者恒流的变换器，通过后级的变换器来承受非接触变换器输出电压或者电流的宽范围变化，同时采用无线的反馈方案将输出电压的信息传递到原边，例如P.Si,A.P.Hu,J.W.Hsu，M.Chiang，Y.Wang，S.MalpasandD.Budgerr，“Wirelesspowersupplyforimplantablebiomedicaldevicebasedonprimaryinputvoltageregulation”，IEEEconferenceonIndustrialElectronicsandApplication，2007，235-239给出了采用射频方式在供电侧检测受电侧输出电压的结构框图，输出电压信息依次经过受电侧的模数转换芯片和无线电收发器，发出射频信号，在供电侧以无线电收发器接收射频信号，再经由数模转换芯片得到输出电压信息，其它有源检测方案结构类似。此种方式的最大问题是输出电压信息传递到原边的速度较慢，响应时间上达到毫秒量级，如用该种方式直接作为电压反馈，则变换器原边不能实时响应输出电压的变化，整个变换器系统可能会工作不稳定，所以该方式通常用于输出负载变化较缓的场合。另一种是通过间接的方式来控制输出电压恒定，例如XiaoyongRen,QianhongChen,LinglingCao,XinboRuan,Siu-chungWong,Chi.KTse,“CharacterizationandControlofSelf-OscillatingContactlessResonantConverterwithFixedVoltageGain”，IPEMC，2012提出的通过检测非接触变压器副边电流或者整流桥电流的相位，利用过零比较得到逆变桥开关管的驱动信号，使非接触变换器在变参数条件下自动工作在电压增益恒定的频率点，实现变负载和变气隙条件下输出基本恒定。对于副边电流相位采样，可以采用KaiqinYan,QianhongChen,JiaHou,WenxianChen,XiaoyongRenandXinboRuan“Self-OscillatingContactlessResonantConverterwithPhaseDetectionContactlessCurrentTransformer,”IEEEECCE,2013,pp.2920-2927给出的非接触电流互感器等方法实现。此种方式非接触变换器对负载和气隙的改变拥有较好的动态响应性能，但该模式下的非接触变换器下本质上还是工作在开环状态，输出电压只能跟随输入电压，由于线路阻抗的存在，输出电压的电压精度和负载调整率较差。另外，由于该模式下的相位被约束，所以不能在原边准确调节输出电压。所以，能否在原边快速、准确的直接检测到副边的电压或者电流信号成为了研究的一个方向。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种快速无线反馈结构，能够快速准确的检测非接触变换器的输出电压或者电流信号。技术方案：一种快速无线反馈结构，包括依次级联的电压或电流采样电路、电压频率转换电路、功率放大电路、原边发射线圈、副边接收线圈、频率信号接收电路、频率电压转换电路；其中：所述电压或电流采样电路用于对被测电压或者电流进行采样，将采样的信号转换为所述电压频率转换电路的输入电压；所述电压频率转换电路用于将输入电压转换为周期性信号，所述周期性信号的频率与所述输入电压成线性比例关系；所述功率放大电路用于将所述周期性信号转换为相同频率的电流信号，并传递给所述原边发射线圈；所述原边发射线圈用于将接收到的所述电流信号转换为磁场信号；所述副边接收线圈用于接收所述磁场信号，并将所述磁场信号转换为相同频率的交流电压或电流信号；所述频率信号接收电路用于对所述副边接收电路输出的交流电压或电流信号进行整形后输出第一方波电压信号，所述第一方波电压信号的频率和所述副边接收线圈输出的所述电压或电流信号的频率相同；所述频率电压转换电路用于将所述第一方波电压信号转换为直流电平信号。进一步的，所述电压频率转换电路包括压控镜像恒流源和时钟信号发生电路；所述压控镜像恒流源的控制信号为所述电压或电流采样电路的输出电压，所述时钟信号发生电路包括电容组和逻辑电路；所述压控镜像恒流源在所述控制信号控制下对所述电容组进行周期性充电，所述逻辑电路根据所述电容组充电频率输出同频率的周期性信号。进一步的，所述功率放大电路包括DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的电感作为所述原边发射线圈；所述DC/DC变换器工作在强制连续模式并输出空载，所述DC/DC变换器的反馈基准和供电电压成固定比例，所述DC/DC变换器的时钟频率由所述电压频率转换电路输出的周期性信号控制。进一步的，所述频率电压转换电路包括频率占空比转换电路和RC电路；所述频率占空比转换电路用于将所述第一方波电压信号通过单稳态触发器转换为占空比随所述第一方波电压信号频率变化的第二方波电压信号，所述第二方波电压信号和第一方波电压信号的频率相同，所述第二方波电压信号的占空比和所述第一方波电压信号的频率成线性比例关系；所述RC电路用于对所述第二方波电压信号进行滤波后输出直流平均电压。进一步的，所述频率电压转换电路包括固定恒流源、电容充电网络、采样保持电路；所述频率信号接收电路输出的第一方波电压信号控制所述固定恒流源对电容充电网络进行充电，所述电容充电网络的充电电压峰值和所述第一方波电压信号的脉宽成正比；所述采样保持电路输出电压幅值等于所述充电电压峰值的电压信号。进一步的，所述压控镜像恒流源包括第一路电流源和第二路电流源，所述电容组包括电容C1和电容C2，所述逻辑电路包括N型开关管M4和M6、比较器A2和A3、RS触发器A4；所述第一路电流源对所述电容C1充电，所述第二路电流源对所述电容C2充电，所述N型开关管M4并联在所述电容C1两端，所述N型开关管并联在所述电容C2两端，所述比较器A2的正输入端连接所述N型开关管M4的漏极，所述比较器A3连接所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速无线反馈结构，其特征在于：包括依次级联的电压或电流采样电路(101)、电压频率转换电路(102)、功率放大电路(103)、原边发射线圈(104)、副边接收线圈(105)、频率信号接收电路(106)、频率电压转换电路(107)；其中：所述电压或电流采样电路(101)用于对被测电压或者电流进行采样，将采样的信号转换为所述电压频率转换电路(102)的输入电压；所述电压频率转换电路(102)用于将输入电压转换为周期性信号，所述周期性信号的频率与所述输入电压成线性比例关系；所述功率放大电路(103)用于将所述周期性信号转换为相同频率的电流信号，并传递给所述原边发射线圈(104)；所述原边发射线圈(104)用于将接收到的所述电流信号转换为磁场信号；所述副边接收线圈(105)用于接收所述磁场信号，并将所述磁场信号转换为相同频率的交流电压或电流信号；所述频率信号接收电路(106)用于对所述副边接收电路(105)输出的交流电压或电流信号进行整形后输出第一方波电压信号，所述第一方波电压信号的频率和所述副边接收线圈(105)输出的所述电压或电流信号的频率相同；所述频率电压转换电路(107)用于将所述第一方波电压信号转换为直流电平信号。...

【技术特征摘要】
1.一种快速无线反馈结构，其特征在于：包括依次级联的电压或电流采样电路(101)、电压频率转换电路(102)、功率放大电路(103)、原边发射线圈(104)、副边接收线圈(105)、频率信号接收电路(106)、频率电压转换电路(107)；其中：所述电压或电流采样电路(101)用于对被测电压或者电流进行采样，将采样的信号转换为所述电压频率转换电路(102)的输入电压；所述电压频率转换电路(102)用于将输入电压转换为周期性信号，所述周期性信号的频率与所述输入电压成线性比例关系；所述功率放大电路(103)用于将所述周期性信号转换为相同频率的电流信号，并传递给所述原边发射线圈(104)；所述原边发射线圈(104)用于将接收到的所述电流信号转换为磁场信号；所述副边接收线圈(105)用于接收所述磁场信号，并将所述磁场信号转换为相同频率的交流电压或电流信号；所述频率信号接收电路(106)用于对所述副边接收电路(105)输出的交流电压或电流信号进行整形后输出第一方波电压信号，所述第一方波电压信号的频率和所述副边接收线圈(105)输出的所述电压或电流信号的频率相同；所述频率电压转换电路(107)用于将所述第一方波电压信号转换为直流电平信号。2.根据权利要求1所述的一种快速无线反馈结构，其特征在于：所述电压频率转换电路(102)包括压控镜像恒流源(1021)和时钟信号发生电路(1022)；所述压控镜像恒流源(1021)的控制信号为所述电压或电流采样电路(101)的输出电压，所述时钟信号发生电路(1022)包括电容组和逻辑电路；所述压控镜像恒流源(1021)在所述控制信号控制下对所述电容组进行周期性充电，所述逻辑电路根据所述电容组充电频率输出同频率的周期性信号。3.根据权利要求1或2所述的一种快速无线反馈结构，其特征在于：所述功率放大电路(103)包括DC/DC变换器，所述DC/DC变换器的电感作为所述原边发射线圈(104)；所述DC/DC变换器工作在强制连续模式并输出空载，所述DC/DC变换器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐立刚，陈乾宏，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32