一种高精度Q值快速检测电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度Q值快速检测电路，涉及无线充电技术领域，该高精度Q值快速检测电路包括：LC谐振模块，用于产生谐振信号；过零检测计数模块，用于通过比较谐振信号与零电平信号，产生方波信号，通过计数器对方波个数进行计数；峰值电压采样保持模块，用于采样过零检测计数模块中谐振信号的峰值电压；电压电流信号转换模块，用于将采样的峰值电压转化为采样电流；对数运算模块，用于通过采样电流获取流过电阻的压降电流；与现有技术相比，本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术Q值通过电路单元直接计算得到，精度极高；Q值计算电路极为简单，不需要像现有技术一样需要ADC、MCU参与运算；Q值检测时间极短，在峰值电压采样后就可以计算得到。到。到。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度Q值快速检测电路及方法


[0001]本专利技术涉及无线充电
，具体是一种高精度Q值快速检测电路及方法。

技术介绍

[0002]随着智能终端及设备对防尘防水设计的技术需求，使得无线充电技术及产品近几年得到快速发展。在无线充电系统中，发射模块(TX)通过线圈耦合给接收模块(RX)发送能量，如果TX与RX之间存在异物，系统转换效率大幅下降，导致充电过程中无线充电设备稳定急剧升高，甚至带来安全性问题。
[0003]国际组织WPC制定Qi无线充电协议，便于无线充电设备的相互兼容和统一，至今已经被广泛采用。在最新的Qi 1.2.4EPP协议中，为了增强对中高功率的能量传输安全性，强制要求认证设备必须具有外来物检测功能，以检测在充电前和充电过程是否有外来异物进入，避免导致其发热从而引起安全隐患。
[0004]TX设备自身的串联谐振回路的Q值(指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比)由RLC三个参数有关。如果存在异物，等效于在TX线圈上并联了电阻负载R，导致Q值降低。因此快速检测出TX谐振回路的Q值，就可以判断异物是否存在。
[0005]现有技术的Q值检测电路(一种无线充电高精度Q值检测方法和电路，公开号CN111381107B)，存在以下问题：Q值检测精度较差，特别是低Q值时的检测精度；Q值检测时间较长；Q值检测电路比较复杂，需要改进。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种高精度Q值快速检测电路及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种高精度Q值快速检测电路，包括：
[0009]LC谐振模块，用于产生谐振信号；
[0010]过零检测计数模块，用于通过比较谐振信号与零电平信号，产生方波信号，通过计数器对方波个数进行计数；
[0011]峰值电压采样保持模块，用于采样过零检测计数模块中谐振信号的峰值电压；
[0012]电压电流信号转换模块，用于将采样的峰值电压转化为采样电流；
[0013]对数运算模块，用于通过采样电流获取流过电阻的压降电流；
[0014]Q值转换模块，用于通过压降电流、Q值计数公式得到Q值；
[0015]LC谐振模块连接过零检测计数模块，过零检测计数模块连接峰值电压采样保持模块，峰值电压采样保持模块连接电压电流信号转化模块，电压电流信号转化模块连接对数运算模块，对数运算模块连接Q值转换模块。
[0016]作为本专利技术再进一步的方案：对数运算模块包括采样电流Irph、采样电流Irpl，采
样电流Irph连接放大器U1的同相端、二极管Dh的正极，采样电流Irpl连接放大器U1的反相端、二极管D1的正极，二极管Dh的负极接地，二极管D1的负极连接电阻R、放大器U1的输出端，电阻R的另一端接地。
[0017]作为本专利技术再进一步的方案：Q值转换模块包括压降电流Iout，压降电流Iout连接电容Cq、开关SW、放大器U2的同相端，电容Cq的另一端接地，放大器U2的反相端连接基准电压Vref，开关SW的另一端接地。
[0018]高精度Q值快速检测方法，应用于如上所述的高精度Q值快速检测电路，所述方法包括：步骤1：LC谐振模块产生谐振信号；步骤2：过零检测计数模块比较谐振信号和零电平信号产生方波信号，通过计数器对方波个数进行计数；步骤3：峰值电压采样保持模块对谐振信号采样获取两个计数值不同的峰值电压；步骤4：电压电流信号转化模块将两个峰值电压转换为两个采样电流；步骤5：对数运算模块通过两个采样电流获取压降电流；步骤6：Q值转换模块通过压降电流计算出Q值。
[0019]作为本专利技术再进一步的方案：步骤1中过零检测计数模块的电容C和电感L通过吸放电来产生谐振信号Vr。
[0020]作为本专利技术再进一步的方案：步骤2中过零检测计数模块比较谐振信号Vr与零电平信号，产生方波信号，方波的正边沿触发计数器进行计数。
[0021]作为本专利技术再进一步的方案：步骤3中峰值电压采样保持模块对谐振信号Vr进行采样保持，系统配置计数器在不同计数值时进行采样保持，根据需求获取两个不同计数值下谐振信号Vr对应的峰值电压Vrph、Vrpl。
[0022]作为本专利技术再进一步的方案：步骤4中电压电流信号转化模块通过两个峰值电压Vrph、Vrpl获取两个采样电流Irph、Irpl，有Irph/Irpl＝Vrph/Vrpl。
[0023]作为本专利技术再进一步的方案：步骤5中对数运算模块通过放大器U1同相端和反相端上的电压相同原理，且采样电流Irph和二极管Dh构成的放大器U1同相端，采样电流Irpl和二极管D1、电阻R构成的反相端电压，得到电阻R上的电压为：
[0024]ΔVbe＝V
T
ln(Irph/Irpl)＝V
T
ln(Vrph/Vrpl)，V
T
为常数26mV，
[0025]压降电流Iout＝Δvbe/R＝(V
T
/R)*ln(Vrph/Vrpl)。
[0026]作为本专利技术再进一步的方案：步骤6中Q值转换模块中初始状态下电容Cq电压为零，放大器U2的输出电压Tq为零；压降电流Iout对电容Cq进行充电，当电容Cq上的电压大于基准电压Vref时，电压Tq信号由低变高，控制开关SW导通，电容Cq通过开关SW接地，电容Cq放电电压变为零，Tq由高变低回到零，重复上述工作；
[0027]由公式C*V＝I*T(由Q＝C*V和Q＝I*T获得)，得到
[0028]Tq＝Cq*Vref/Iout＝(Cq*Vref*R/V
T
)/ln(Vrph/Vrpl)。
[0029]其中Tq、Cq、Vref、Iout分别对应公式C*V＝I*T中的T、C、V、I，T恒流充电或者恒流放电时间，C电容器容量，V电容器电压，I恒流充电或者恒流放电。
[0030]Q值计算公式为：
[0031]Q＝π/ln(Vrph/Vrpl)
[0032]得到：Q＝(π*Tq*V
T
)/(Cq*Vref*R)。
[0033]其中π、V
T
、Cq、Vref、R为固定值，设k＝(π*V
T
)/(Cq*Vref*R)，
[0034]即Q＝k*Tq。
[0035]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术Q值通过电路单元直接计算得到，精度极高；Q值计算电路极为简单，不需要像现有技术一样需要ADC、MCU参与运算；Q值检测时间极短，在峰值电压采样后就可以计算得到。
附图说明
[0036]图1为一种高精度Q值快速检测电路的原理图。
[0037]图2为LC谐振模块的电路图。
[0038]图3为对数运算模块的电路图。
[0039]图4为Q值转换模块的电路图。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度Q值快速检测电路，其特征在于：该高精度Q值快速检测电路包括：LC谐振模块，用于产生谐振信号；过零检测计数模块，用于通过比较谐振信号与零电平信号，产生方波信号，通过计数器对方波个数进行计数；峰值电压采样保持模块，用于采样过零检测计数模块中谐振信号的峰值电压；电压电流信号转换模块，用于将采样的峰值电压转化为采样电流；对数运算模块，用于通过采样电流获取流过电阻的压降电流；Q值转换模块，用于通过压降电流、Q值计数公式得到Q值；LC谐振模块连接过零检测计数模块，过零检测计数模块连接峰值电压采样保持模块，峰值电压采样保持模块连接电压电流信号转化模块，电压电流信号转化模块连接对数运算模块，对数运算模块连接Q值转换模块。2.根据权利要求1所述的高精度Q值快速检测电路，其特征在于，对数运算模块包括采样电流Irph、采样电流Irpl，采样电流Irph连接放大器U1的同相端、二极管Dh的正极，采样电流Irpl连接放大器U1的反相端、二极管D1的正极，二极管Dh的负极接地，二极管D1的负极连接电阻R、放大器U1的输出端，电阻R的另一端接地。3.根据权利要求1所述的高精度Q值快速检测电路，其特征在于，Q值转换模块包括压降电流Iout，压降电流Iout连接电容Cq、开关SW、放大器U2的同相端，电容Cq的另一端接地，放大器U2的反相端连接基准电压Vref，开关SW的另一端接地。4.一种高精度Q值快速检测方法，应用于如权利要求1到3的任意一项权利要求所述的高精度Q值快速检测电路，其特征在于，步骤1：LC谐振模块产生谐振信号；步骤2：过零检测计数模块比较谐振信号和零电平信号产生方波信号，通过计数器对方波个数进行计数；步骤3：峰值电压采样保持模块对谐振信号采样获取两个计数值不同的峰值电压；步骤4：电压电流信号转化模块将两个峰值电压转换为两个采样电流；步骤5：对数运算模块通过两个采样电流获取压降电流；步骤6：Q值转换模块通过压降电流计算出Q值。5.根据权利要求4所述的高精度Q值快速检测方法，其特征在于，步骤1中过零检测计数模块的电容C和电感L通过吸放电来...

【专利技术属性】
技术研发人员：励晔，黄飞明，黄昊丹，贺洁，
申请(专利权)人：无锡硅动力微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：