本發(fā)明涉及一種適用于非接觸供電系統(tǒng)的輸出信號快速無線傳遞的結(jié)構(gòu)，屬于信號檢測和傳遞領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：：非接觸供電是基于磁場耦合實現(xiàn)“無線供電”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，通過高頻磁場的耦合傳輸電能，使得能量傳遞過程中電能傳輸側(cè)(簡稱供電側(cè))和電能接受側(cè)(簡稱受電側(cè))無物理連接。與傳統(tǒng)的接觸式供電相比，非接觸供電使用方便、安全，無火花及觸電危險，無積塵和接觸損耗，無機械磨損和相應(yīng)的維護問題，可適應(yīng)多種惡劣天氣和環(huán)境，便于實現(xiàn)自動供電。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、少維護和方便性，在手機、機器人、人體植入設(shè)備、電動汽車等移動設(shè)備的供電場合，在油田、礦井、水下供電等環(huán)境惡劣或者易燃易爆場合均已得到了應(yīng)用。在非接觸電能傳輸系統(tǒng)中，供電側(cè)和受電側(cè)一般存在相對運動，會引起系統(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，嚴重時還可能導(dǎo)致系統(tǒng)失控。這就要求非接觸變換器需要實時監(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，通常會采用兩類技術(shù)方案，一種是在非接觸變換器的后級添加恒壓或者恒流的變換器，通過后級的變換器來承受非接觸變換器輸出電壓或者電流的寬范圍變化，同時采用無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)過受電側(cè)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和無線電收發(fā)器，發(fā)出射頻信號，在供電側(cè)以無線電收發(fā)器接收射頻信號，再經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片得到輸出電壓信息，其它有源檢測方案結(jié)構(gòu)類似。此種方式的最大問題是輸出電壓信息傳遞到原邊的速度較慢，響應(yīng)時間上達到毫秒量級，如用該種方式直接作為電壓反饋，則變換器原邊不能實時響應(yīng)輸出電壓的變化，整個變換器系統(tǒng)可能會工作不穩(wěn)定，所以該方式通常用于輸出負載變化較緩的場合。另一種是通過間接的方式來控制輸出電壓恒定，例如XiaoyongRen,QianhongChen,LinglingCao,XinboRuan,Siu-chungWong,Chi.KTse,“CharacterizationandControlofSelf-OscillatingContactlessResonantConverterwithFixedVoltageGain”，IPEMC，2012提出的通過檢測非接觸變壓器副邊電流或者整流橋電流的相位，利用過零比較得到逆變橋開關(guān)管的驅(qū)動信號，使非接觸變換器在變參數(shù)條件下自動工作在電壓增益恒定的頻率點，實現(xiàn)變負載和變氣隙條件下輸出基本恒定。對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現(xiàn)。此種方式非接觸變換器對負載和氣隙的改變擁有較好的動態(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，所以不能在原邊準確調(diào)節(jié)輸出電壓。所以，能否在原邊快速、準確的直接檢測到副邊的電壓或者電流信號成為了研究的一個方向。技術(shù)實現(xiàn)要素：發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種快速無線反饋結(jié)構(gòu)，能夠快速準確的檢測非接觸變換器的輸出電壓或者電流信號。技術(shù)方案：一種快速無線反饋結(jié)構(gòu)，包括依次級聯(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被測電壓或者電流進行采樣，將采樣的信號轉(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，所述周期性信號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轉(zhuǎn)換為相同頻率的電流信號，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轉(zhuǎn)換為磁場信號；所述副邊接收線圈用于接收所述磁場信號，并將所述磁場信號轉(zhuǎn)換為相同頻率的交流電壓或電流信號；所述頻率信號接收電路用于對所述副邊接收電路輸出的交流電壓或電流信號進行整形后輸出第一方波電壓信號，所述第一方波電壓信號的頻率和所述副邊接收線圈輸出的所述電壓或電流信號的頻率相同；所述頻率電壓轉(zhuǎn)換電路用于將所述第一方波電壓信號轉(zhuǎn)換為直流電平信號。進一步的，所述電壓頻率轉(zhuǎn)換電路包括壓控鏡像恒流源和時鐘信號發(fā)生電路；所述壓控鏡像恒流源的控制信號為所述電壓或電流采樣電路的輸出電壓，所述時鐘信號發(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控制下對所述電容組進行周期性充電，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。進一步的，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變換器工作在強制連續(xù)模式并輸出空載，所述DC/DC變換器的反饋基準和供電電壓成固定比例，所述DC/DC變換器的時鐘頻率由所述電壓頻率轉(zhuǎn)換電路輸出的周期性信號控制。進一步的，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通過單穩(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頻率變化的第二方波電壓信號，所述第二方波電壓信號和第一方波電壓信號的頻率相同，所述第二方波電壓信號的占空比和所述第一方波電壓信號的頻率成線性比例關(guān)系；所述RC電路用于對所述第二方波電壓信號進行濾波后輸出直流平均電壓。進一步的，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；所述頻率信號接收電路輸出的第一方波電壓信號控制所述固定恒流源對電容充電網(wǎng)絡(luò)進行充電，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。進一步的，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所述電容C1充電，所述第二路電流源對所述電容C2充電，所述N型開關(guān)管M4并聯(lián)在所述電容C1兩端，所述N型開關(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型開關(guān)管M4的漏極，所述比較器A3連接所述N型開關(guān)管M6的漏極，所述比較器A2和A3的負輸入端均連接基準電壓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型開關(guān)管M6的柵極，所述RS觸發(fā)器的Q端還通過同相緩沖器輸出所述周期性信號。有益效果：本發(fā)明的一種快速無線反饋結(jié)構(gòu)，通過電壓或者電流采樣電路對待測電壓或者電流進行線性采樣，然后通過電壓頻率轉(zhuǎn)換電路將采樣信號轉(zhuǎn)換為周期性電壓或者電流信號，該周期性信號的頻率和采樣信號的幅值成線性比例關(guān)系。再通過功率放大電路、原邊發(fā)射線圈、副邊接收線圈和頻率信號接收電路將周期性信號的頻率信息以無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。實施例1中，然后通過頻率占空比轉(zhuǎn)換電路，將頻率信號接收電路輸出的方波電壓信號調(diào)制為占空比和頻率成正比的方波電壓信號，最后通過占空比電壓轉(zhuǎn)換電路，將該方波電壓信號進行調(diào)幅和濾波，最終在副邊得到和原邊待測電壓或者電流成線性比例關(guān)系的直流電壓信號。上述過程中，電壓或者電流采樣電路的輸入信號和輸出信號之間沒有時間延時，沒有系統(tǒng)誤差。電壓頻率轉(zhuǎn)換電路輸出信號的頻率隨輸入信號的幅值實時變化，之間沒有系統(tǒng)誤差，時間延時小于一個輸出信號的周期。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接收電路，其輸入周期性信號和輸出方波電壓信號之間的時間延時小于一個輸出信號的周期，且沒有系統(tǒng)誤差。頻率占空比轉(zhuǎn)換電路，輸入的方波電壓信號和輸出的方波電壓信號的占空沒有時間延時，且沒有系統(tǒng)誤差。占空比電壓轉(zhuǎn)換電路，輸入的占空比可調(diào)的方波電壓信號和輸出的直流平均電壓之間的時間延時為濾波電路時間常數(shù)的6倍，占空比和輸出直流平均電壓之間沒有系統(tǒng)誤差。通過合理設(shè)置電壓頻率轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓信號的頻率和占空比電壓轉(zhuǎn)換電路中的濾波電路時間常數(shù)，輸出電壓信號即可快速穩(wěn)定的跟隨待測信號的變化。實施例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；頻率信號接收電路輸出的第一方波電壓信號控制固定恒流源對電容充電網(wǎng)絡(luò)進行充電，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。附圖說明圖1為快速無線反饋結(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為頻率信號接收電路；107為頻率電壓轉(zhuǎn)換電路。S1為待測信號；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；V4為頻率信號接收電路的輸出方波電壓信號；V5為頻率電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出的直流電平信號。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為待測電壓信號；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為待測電流信號；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為時鐘信號發(fā)生器；Vcc為供電電壓；Vref1為基準電壓；Vc1和Vc2分別為電容C1和C2上的電壓；Vg1和Vg2分別為開關(guān)管M4和M6的驅(qū)動電壓；M1、M2和M5為P型開關(guān)管；M3、M4和M6為N型開關(guān)管；A1為運算放大器；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；V3為電壓頻率轉(zhuǎn)換電路的輸出的周期性信號；M5為P型開關(guān)管；M6為N型開關(guān)管；Cin為輸入濾波電容；Cout為輸出濾波電容；A7為驅(qū)動電路；A8為跨導(dǎo)型運算放大器；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為一種信號接收及整形電路，105為副邊接收電路；106為頻率信號接收電路；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為過零比較器；A11為RS觸發(fā)器；V4為整形后的方波電壓信號；I2為副邊接收線圈的電流。圖7為實施例1的一種頻率占空比轉(zhuǎn)換電路，V4為輸入方波電壓信號；V5為輸出直流電壓信號；A12為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，VM為A12的輸出電壓信號；電阻R5和電容C3構(gòu)成了一個低通濾波電路。圖8為實施例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，圖中主要符號名稱：Vref1為電壓基準；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；Ton和Toff分別為V3高電平和低電平的時間。圖10為信號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；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為信號接收及整形電路輸出方波電壓信號；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為信號接收及整形電路輸出方波電壓信號；VM為單穩(wěn)觸發(fā)器的輸出方波電壓信號；V5為VM信號濾波之后的電壓，其幅值為V5＝5*t1*f_v3，其中t1為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的固定脈寬時間，f_v3為V4的頻率。圖12為圖8所示電路中開關(guān)S1、S2和S3的開關(guān)時序圖，其中高電平為開通，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，S1_V為待測電壓信號，VM為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出信號。圖15圖8所示電路的仿真結(jié)果，V(s1)、V(s2)和V(s3)為開關(guān)S1、S2和S3的驅(qū)動信號，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。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。實施例1：一種快速無線反饋結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括依次級聯(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用于對被測電壓或者電流進行采樣，將采樣的信號轉(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，待測電壓信號S1_V通過串聯(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，沒有系統(tǒng)誤差。圖3中給出了一種電流采樣電路，待測電流信號S1_I通過采樣電阻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，該周期性信號的頻率與輸入電壓V2成線性比例關(guān)系。本實施例中，電壓頻率轉(zhuǎn)換電路102包括壓控鏡像恒流源1021和時鐘信號發(fā)生電路1022。壓控鏡像恒流源1021的控制信號為電壓頻率轉(zhuǎn)換電路102的輸出電壓V2。時鐘信號發(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V2控制下對電容組進行周期性充電，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。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。第一路恒流源對電容C1充電，第二路恒流源對所述電容C2充電，N型開關(guān)管M4并聯(lián)在電容C1兩端，N型開關(guān)管并聯(lián)在電容C2兩端，比較器A2的正輸入端連接N型開關(guān)管M4的漏極，比較器A3連接N型開關(guān)管M6的漏極，比較器A2和A3的負輸入端均連接基準電壓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型開關(guān)管M4的柵極，RS觸發(fā)器的和Q非端連接所述N型開關(guān)管M6的柵極；RS觸發(fā)器的Q端通過同相緩沖器輸出周期性方波電壓信號V3。壓控鏡像恒流源1021中，通過調(diào)整電流采樣電阻Rsen來改變流過開關(guān)管M2和M5的電流，其關(guān)系為：時鐘信號發(fā)生電路1022中，開關(guān)管M4和M6互補關(guān)斷，當(dāng)M4關(guān)斷時，恒流源IM2對C1充電，電容C1兩端電壓Vc1從0上升到基準電壓Vref1的時間即為Ton，同理電容C2兩端電壓Vc2從0上升到基準電壓Vref1的時間即為Toff，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，IM2和IM5會實時響應(yīng)，Vc1或者Vc2的上升斜率會立刻發(fā)生變化，從而改變下個周期的Ton或者Toff，即V3和V2的時間延時小于一個開關(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V3轉(zhuǎn)換為相同頻率的電流信號，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轉(zhuǎn)換為磁場信號。本實施例中，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變換器工作在強制連續(xù)模式并輸出空載，DC/DC變換器的反饋基準和輸入電源電壓成固定比例，DC/DC變換器的時鐘頻率由電壓頻率轉(zhuǎn)換電路102輸出的周期性信號控制。圖5給出了DC/DC變換器的具體電路，P型開關(guān)管M5的源極連接供電電壓Vcc，P型開關(guān)管M5的源極還連接輸入濾波電容Cin；P型開關(guān)管M5的漏極連接電感L1的一端以及N型開關(guān)管M6的漏極，電感L1的另一端經(jīng)輸出電容Cout接地；通過分壓電阻采集輸出電容Cout上的電壓并輸入到跨導(dǎo)型運算放大器A8的負輸入端，跨導(dǎo)型運算放大器A8的輸入端接基準電壓Vref2；跨導(dǎo)型運算放大器A8的輸出端接比較器A6的負輸入端，并在跨導(dǎo)型運算放大器A8的輸出端設(shè)有接地的濾波電容；供電電壓Vcc與N型開關(guān)管M5的漏極之間的線路上設(shè)有電流檢測及轉(zhuǎn)換單元，用于采樣開關(guān)管M5開通時的電流并轉(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V3，RS觸發(fā)器A5的Q端輸出接開關(guān)管M5、M6驅(qū)動電路的控制端，開關(guān)管M6的源極接地。該電路中，基準電壓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，其開關(guān)管M5的開通時刻由周期性電壓信號V3的上升沿控制，開關(guān)管M5的關(guān)斷時刻由M5的電流采樣信號V_Ipk電壓和跨導(dǎo)型運算放大器A8的輸出電壓Vcomp交截時刻控制。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用于接收磁場信號，并將磁場信號轉(zhuǎn)換為相同頻率的交流電壓或電流信號。頻率信號接收電路106用于對副邊接收線圈105輸出的交流電壓或電流信號進行整形，輸出波電壓信號V4，方波電壓信號V4的頻率和副邊接收線圈105輸出的電壓或電流信號的頻率相同。副邊接收線圈105和頻率信號接收電路106共同構(gòu)成信號接收及整形電路，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。頻率信號接收電路106還包括過零比較器A9和A10、RS觸發(fā)器A11，過零比較器A10的正負輸入端連接電阻R4兩端，過零比較器A9的負輸入端和過零比較器A10的正輸入端連接，過零比較器A9的正輸入端接地，過零比較器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端作為頻率信號接收電路106的輸出端，用于輸出方波電壓信號V4。信號接收及整形電路中，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的幅值會隨著耦合系數(shù)降低而減小，電流互感器將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并適當(dāng)增加其幅值。然后再通過頻率信號接收電路整形后輸出方波波形V4，整個過程信號的頻率不變，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V4轉(zhuǎn)換為直流電平信號輸出。本實施例中，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V4通過單穩(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VM，方波電壓信號VM和V4的頻率相同，方波電壓信號VM的占空比和方波電壓信號V4的頻率成線性比例關(guān)系。RC低通濾波電路1072用于對方波電壓信號VM進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，每一個V4的上升沿都會觸發(fā)一個固定脈寬的方波，假設(shè)固定脈寬時間為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，沒有延時，也沒有系統(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)過一系列變換待測信號S1和輸出電壓V5滿足線性比例關(guān)系，沒有系統(tǒng)誤差。對于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，輸出電壓的響應(yīng)延時時間約為5-6倍的濾波電路RC時間常數(shù)。下面采用實施實例的電路對本發(fā)明的無線反饋結(jié)構(gòu)進行仿真驗證。其中待測信號為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給出了仿真測試結(jié)果，圖中可以看出，當(dāng)待測電壓S1_V從4V變化到8V時，VM頻率從400KHz變化到800KHz，V5平均電壓從0.6V變化到1.2V，延遲時間約為60us，為6倍的R5*C3的時間常數(shù)，和理論計算的結(jié)果相吻合。實施例2：與實施例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，其輸出一路通過二極管連接電壓源VS的正極，另一路通過開關(guān)S1連接充電電容C4的一端；接電壓源VS的負極以及充電電容C4的另一端均接地；充電電容C4兩端并連開關(guān)S2。采樣電容C5串聯(lián)開關(guān)S3后并連在充電電容C4兩端，采樣電容C5的端電壓輸入運算放大器A13的同相輸入端，輸出電容C6連接在運算放大器A13的輸出端與地之間。頻率信號接收電路106輸出的方波電壓信號V4控制固定恒流源Iref通過S1對電容C4充電進行充電，C4的電壓峰值和第一方波電壓信號V4的脈寬成正比，其關(guān)系為：V_C4＝Iref*Ton/C4＝Iref*D1*f_v3/C4(12)采樣保持電路由開關(guān)S3和電容C5構(gòu)成，當(dāng)C5的容值遠小于C4時，當(dāng)S3導(dǎo)通時，C5電容電壓會近似等于C4電容電壓，當(dāng)S3關(guān)斷時，C5電容電壓保持不變；然后再打開S2，重置C4電壓，等待下一個周期。為了提高輸出電流的能力，通過一個電壓跟隨器A13和電容C5可以得到一個穩(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，其表達式為：圖12給出了開關(guān)S1、S2和S3的開關(guān)時序波形，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)通時間，時間延時不超過一個開關(guān)周期(1/f_v3)，而由之前的分析可知，S1的導(dǎo)通時間即為信號V3的導(dǎo)通時間，其和開關(guān)頻率f_v3成反比，沒有時間延時。由此可得，V_C4的電壓和被檢測信號成線性比例關(guān)系，無系統(tǒng)誤差并且時間延時不超過一個開關(guān)周期(1/f_v3)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
：的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3 當(dāng)前第1頁1 2 3