專利名稱：一種lc諧振頻率搜索電路及搜索方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模擬與數(shù)字混合信號(hào)集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種LC諧振頻率搜索電路及搜索方法。
背景技術(shù)：
在電磁感應(yīng)式能量傳輸電路中，電磁波發(fā)射線圈必須工作在諧振步驟，這樣才能高效率地傳輸能量。為了保證諧振頻率準(zhǔn)確，現(xiàn)有技術(shù)主要采取的措施有如下幾種方式第一種，從現(xiàn)有的商品LC器件中用高精度儀器人工篩選參數(shù)基本一致的器件，例如用精密電橋在現(xiàn)有商品LC器件中挑選合格品，使器件參數(shù)值的誤差在1%以內(nèi)，以確保系統(tǒng)諧振頻率誤差在2. 5%以內(nèi)，這種方法常用于實(shí)驗(yàn)室研究和小規(guī)模生產(chǎn)。第二種，委托器件廠商生產(chǎn)高精度的專用LC器件，這種方法需要改進(jìn)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，增加測(cè)試設(shè)備，成本較高，但利于大規(guī)模生產(chǎn)。第三種，在PCB板上預(yù)留焊盤和空間，在生產(chǎn)線上用電容串并聯(lián)的方法現(xiàn)場(chǎng)匹配，例如用一個(gè)正誤差的L與一個(gè)負(fù)誤差的C組合成一個(gè)滿足要求的諧振頻率，或者用調(diào)整磁芯位置的方法調(diào)整諧振頻率，這種方法需要增加工位，而且降低了生產(chǎn)效率，適于小批量生產(chǎn)。上面常見的三種方案中方案一雖然簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，但目前商品化電容和電感的最高標(biāo)稱精度只有5 %，需要從大量LC器件中篩選合格的器件，還要處理大批量不合格的器件，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本太高；方案二需要定做高精度的LC器件，雖然能保證質(zhì)量，但提高了成品成本，降低了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；方案三需要增加流水線上的工位，降低了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品一致性差。因此，目前的方案均不適用于克服線路板上的寄生電抗引起的諧振頻率偏移，也不能消除LC參數(shù)隨溫度變化引起的諧振頻率偏移，現(xiàn)有技術(shù)難以滿足大批量低成本的生
產(chǎn)需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是把LC的參數(shù)容限放寬10倍以上，同時(shí)補(bǔ)償線路板上寄生電容和寄生電感對(duì)諧振頻率的影響以及LC諧振回路的參數(shù)隨溫度變化引起的諧振頻率偏移，從而降低生產(chǎn)成本、簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序、延長(zhǎng)電路的使用壽命。本發(fā)明公開一種LC諧振頻率搜索電路，其中，包括諧振回路，設(shè)有一電感與一電容串聯(lián)連接；調(diào)幅檢波器，其輸入端連接在所述諧振回路的電感與電容之間，用于采集振蕩信號(hào)并檢出高頻幅度調(diào)制載波信號(hào)的外包絡(luò)；數(shù)據(jù)采集和記錄電路，用于在不同時(shí)間采集所述調(diào)幅檢波器輸出的信號(hào)幅度并記錄;比較、判決和控制電路，接收并記錄所述數(shù)據(jù)采集和記錄電路的輸出信號(hào)幅度，所述比較、判決和控制電路的輸出端連接一用于產(chǎn)生不同頻率的振蕩信號(hào)的可編程頻率合成器以及所述數(shù)據(jù)采集和記錄電路，所述比較、判決和控制電路不斷改變所述可編程頻率合成器的輸出信號(hào)頻率，使所述數(shù)據(jù)采集和記錄電路輸出新的信號(hào)幅度，所述比較、判決和控制電路不斷重復(fù)將已記錄信號(hào)和所述數(shù)據(jù)采集和記錄電路輸出的新信號(hào)進(jìn)行電平比較，直至鎖定所述可編程頻率合成器的第一輸出頻率，所述第一輸出頻率使所述諧振回路的振蕩幅度入信號(hào)幅度最大；柵極驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)所述可編程頻率合成器輸出的振蕩信號(hào)確定驅(qū)動(dòng)頻率，所述柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通的時(shí)間由一控制信號(hào)控制；電流開關(guān)，其連接直流電壓，用于根據(jù)所述柵極驅(qū)動(dòng)器輸出的信號(hào)將所述直流電壓轉(zhuǎn)換成高頻脈沖電流，并將所述高頻脈沖電流輸送給所述諧振回路。上述的自動(dòng)搜索電路，其中所述調(diào)幅檢波器為包絡(luò)檢波電路，用于對(duì)幅度調(diào)制載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。上述的自動(dòng)搜索電路，其中所述數(shù)據(jù)采集和記錄電路為多路采樣保持器，用于對(duì)同一信號(hào)源幅度在不同時(shí)間分別進(jìn)行采集并記錄。上述的自動(dòng)搜索電路，其中比較、判決和控制電路包括順序比較器，用于對(duì)所述多路采樣保持器多條通路輸出的信號(hào)按時(shí)間順序相互進(jìn)行電平的比較；判決和控制邏輯電路，其輸入端連接所述順序比較器，所述判決和控制邏輯電路輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)以控制所述可編程頻率合成器達(dá)到第一輸出頻率。上述的自動(dòng)搜索電路，其中可編程頻率合成器為可編程控制振蕩器，用于根據(jù)所述判決和控制邏輯電路輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)產(chǎn)生不同頻率的振蕩信號(hào)。上述的自動(dòng)搜索電路，其中所述柵極驅(qū)動(dòng)器用于產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，所述電流開關(guān)為半橋電路。上述的自動(dòng)搜索電路，其中所述柵極驅(qū)動(dòng)器用于產(chǎn)生移相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述電流開關(guān)為全橋電路。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種LC諧振頻率搜索方法，通過比較、判決和控制電路的輸出頻率控制可編程頻率合成器的輸出頻率以鎖定LC諧振頻率，其中，包括如下步驟極值搜索，多次改變比較、判決和控制電路的輸出頻率，得到至少一個(gè)可編程頻率合成器輸出頻率值可使得所述諧振回路振蕩幅度位于極值點(diǎn)，將所述至少一個(gè)頻率值依次存儲(chǔ)至堆棧中；最值搜索，依次將存儲(chǔ)于堆棧中的至少一個(gè)頻率值取出，若所述堆棧中只有一個(gè)頻率值，則輸出所述頻率值；若所述堆棧中包括兩個(gè)或更多頻率值，則輸出可使得所述諧振回路振蕩幅度位于最大值點(diǎn)的頻率值，所述從堆棧中輸出的頻率值為第一輸出頻率。上述的方法，其中，所述比較、判決和控制電路具有多個(gè)輸入通道用于采樣并保持?jǐn)?shù)據(jù)，所述極值搜索的步驟包括由所述比較、判決和控制電路提供一初始二進(jìn)制輸出頻率，同時(shí)采樣并保持第一輸入通道中數(shù)據(jù)，此時(shí)可編程頻率合成器具有初始輸出頻率；依次間隔一定時(shí)間，增大所述輸出頻率一定值，同時(shí)采樣并保持下一個(gè)輸入通道中數(shù)據(jù)，每次采樣并保持一通道中數(shù)據(jù)時(shí)，記錄所述可編程頻率合成器對(duì)應(yīng)每一個(gè)通道數(shù)據(jù)采樣時(shí)的輸出頻率；依次兩兩比較兩輸入通道中數(shù)據(jù)，將產(chǎn)生多個(gè)通道中最大數(shù)據(jù)時(shí)所對(duì)應(yīng)的可編程頻率合成器輸出的頻率值存儲(chǔ)至堆棧中。上述的方法，其中，所述最值搜索的步驟包括步驟a.從堆棧中取出第一個(gè)頻率值作為第二頻率值；步驟b.判斷堆棧是否已空，若所述堆棧已空，則存儲(chǔ)所述第二頻率值并輸出以結(jié)束搜索；若所述堆棧未空，則繼續(xù)從堆棧取出后一個(gè)頻率值，作為第三頻率值；步驟c.判斷第三頻率值對(duì)應(yīng)的通道中的數(shù)據(jù)是否小于第二頻率值對(duì)應(yīng)的通道中的數(shù)據(jù)，若是，則返回執(zhí)行步驟b ;若否，則執(zhí)行步驟d ；步驟d.先判斷堆棧是否已空，若所述堆棧已空，則將所述第三頻率值作為第二頻率值存儲(chǔ)并輸出以結(jié)束搜索；若所述堆棧未空，則將所述第三頻率值作為第二頻率值，并繼續(xù)從堆棧取出后一個(gè)頻率值，作為第三頻率值，然后返回執(zhí)行步驟C。本發(fā)明電路根據(jù)LC電路諧振時(shí)具有最大的電壓或電流幅度這一特性，按照最值搜索算法，依次改變LC驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，同時(shí)對(duì)不同頻率條件下的LC振蕩幅度信號(hào)進(jìn)行采集和記錄，并依次對(duì)記錄的信號(hào)相互進(jìn)行電平比較，根據(jù)比較的結(jié)果，最終鎖定使LC振蕩幅度最大的驅(qū)動(dòng)頻率?？傊?，本發(fā)明所述的LC諧振頻率搜索電路及其方法，把LC參數(shù)的要求精度從I %降低到10%，降低了生產(chǎn)成本，節(jié)省了器件篩選時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，并能自動(dòng)補(bǔ)償線路板寄生電容和電感引起的諧振頻率變化，能減少諧振回路參數(shù)隨溫度變化產(chǎn)生的偏移，使電磁波發(fā)射總是工作在諧振步驟，把自身損耗降低到最小程度，具有低碳節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。


通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中，為清楚明了，放大了部分部件。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的，一種LC諧振頻率搜索電路的電路模塊框圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的，在圖1基礎(chǔ)上的一種LC諧振頻率搜索電路的電路模塊實(shí)現(xiàn)框圖；圖3a示出根據(jù)本發(fā)明的，一種LC諧振頻率搜索電路中調(diào)幅檢波器電路圖；圖3b示出根據(jù)本發(fā)明的，一種LC諧振頻率搜索電路中調(diào)幅檢波器的一個(gè)變化例的電路圖；圖4a示出根據(jù)本發(fā)明的，一種LC諧振頻率搜索電路中數(shù)據(jù)采集和記錄電路的電路圖；圖4b示出根據(jù)本發(fā)明的，一種LC諧振頻率搜索電路中數(shù)據(jù)采集和記錄電路的一個(gè)變化例的電路圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的，一種LC諧振頻率搜索電路中順序比較器的電路圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的，一種LC諧振頻率搜索方法中極值搜索的方法流程圖7示出根據(jù)本發(fā)明的，一種LC諧振頻率搜索方法中最值搜索的方法流程圖；圖8示出根據(jù)本發(fā)明的，一種LC諧振頻率搜索電路中可編程頻率合成器的電路圖；圖9示出根據(jù)本發(fā)明的，一種LC諧振頻率搜索電路中柵極驅(qū)動(dòng)器在不同輸出功率時(shí)的驅(qū)動(dòng)波形；圖1Oa示出根據(jù)本發(fā)明的，一種LC諧振頻率搜索電路中半橋電流開關(guān)的電路圖；圖1Ob示出根據(jù)本發(fā)明的，一種LC諧振頻率搜索電路中全橋電流開關(guān)的電路圖；以及圖11示出根據(jù)本發(fā)明的，一種LC諧振頻率搜索電路中諧振回路的諧振頻率示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。此處所描述的具體實(shí)施方式
僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。參考圖1，本發(fā)明的LC諧振頻率搜索電路，用于電磁感應(yīng)式能量傳輸，其中，包括諧振回路，設(shè)有一電感602與一電容601串聯(lián)連接，電容601與電感602組成串聯(lián)諧振電路，
諧振頻率A = η I, r ;
602^601調(diào)幅檢波器101，其輸入端連接在諧振回路的電感602與電容601之間，用于采集振蕩信號(hào)并檢出高頻幅度調(diào)制載波信號(hào)的外包絡(luò)；數(shù)據(jù)采集和記錄電路201，用于在不同時(shí)間采集調(diào)幅檢波器101輸出的信號(hào)幅度并記錄，其中，數(shù)據(jù)采集和記錄電路201在何時(shí)進(jìn)行采集是通過E端由比較、判決和控制電路301控制的；比較、判決和控制電路301，接收并記錄數(shù)據(jù)采集和記錄電路201的輸出信號(hào)幅度，比較、判決和控制電路301的輸出端連接一用于產(chǎn)生不同頻率的振蕩信號(hào)的可編程頻率合成器401以及數(shù)據(jù)采集和記錄電路201 (參考圖1的E端)，比較、判決和控制電路301不斷改變可編程頻率合成器401的輸出信號(hào)頻率，使數(shù)據(jù)采集和記錄電路201輸出新的信號(hào)幅度，比較、判決和控制電路301不斷重復(fù)將已記錄信號(hào)和數(shù)據(jù)采集和記錄電路201輸出的新信號(hào)進(jìn)行電平比較，直至鎖定可編程頻率合成器401的第一輸出頻率，第一輸出頻率使諧振回路的振蕩幅度入信號(hào)幅度最大；柵極驅(qū)動(dòng)器501，根據(jù)可編程頻率合成器401輸出的振蕩信號(hào)確定驅(qū)動(dòng)頻率，柵極驅(qū)動(dòng)器501驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通的時(shí)間由一控制信號(hào)500控制；電流開關(guān)502，其連接直流電壓，用于根據(jù)柵極驅(qū)動(dòng)器501輸出的信號(hào)將直流電壓轉(zhuǎn)換成高頻脈沖電流，并將高頻脈沖電流輸送給諧振回路。圖1中示出了等效阻抗702，等效阻抗702連接一耦合電感701，諧振電感602把電能轉(zhuǎn)換成電磁場(chǎng)能經(jīng)由空間801與電感701耦合。參考圖2所示的模塊圖，具體的，在一個(gè)具體實(shí)施例中，調(diào)幅檢波器101為包絡(luò)檢波電路，用于對(duì)幅度調(diào)制載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。如圖3a所示出的調(diào)幅檢波器101的具體電路圖，這是一個(gè)無源二極管檢波電路，A端連接檢波二極管110的正極，檢波二極管110的負(fù)極連接B端、濾波電容111和泄流電阻112的一端，濾波電容111和泄流電阻112的另一端連接地。首先，檢波二極管110進(jìn)行整流，再由濾波電容111和泄流電阻112組成的振蕩電路進(jìn)行低通濾波，去掉高頻分量。包絡(luò)檢波電路102的功能是檢出高頻幅度調(diào)制載波信號(hào)的外包絡(luò)，也可以根據(jù)需要采用圖3b所示的有源二極管檢波電路，具體用哪一種電路，取決于已調(diào)制信號(hào)的幅度，載波頻率，調(diào)制信號(hào)頻率。進(jìn)一步地，在一個(gè)具體實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集和記錄電路201采用多路采樣保持器202，用于對(duì)同一信號(hào)源幅度在不同時(shí)間分別進(jìn)行采集并記錄。如圖4a所示的一個(gè)多路采樣保持器202的具體結(jié)構(gòu)示意圖，以三通道為例，這是一個(gè)三路積分式采樣保持電路，電容225的兩端分別連接運(yùn)算放大器224的反相輸入端和輸出端，運(yùn)算放大器224的同相輸入端接地，類似的這樣三個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成三個(gè)通道，是反相積分電路，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。更為具體地，B端連接運(yùn)算放大器222的同相輸入端，運(yùn)算放大器222的反相輸入端連接Cl端，運(yùn)算放大器222的輸出端連接模擬開關(guān)223的一端，模擬開關(guān)223的另一端連接運(yùn)算放大器224的反相輸入端和采樣保持電容225的一端，運(yùn)算放大器224的同相輸入端連接地，運(yùn)算放大器224的輸出端連接運(yùn)算放大器225的另一端和Cl端。B端還連接運(yùn)算放大器226的同相輸入端，運(yùn)算放大器226的反相輸入端連接C2端，運(yùn)算放大器226的輸出端連接模擬開關(guān)227的一端，模擬開關(guān)227的另一端連接運(yùn)算放大器228的反相輸入端和采樣保持電容229的一端，運(yùn)算放大器228的同相輸入端連接地，運(yùn)算放大器228的輸出端連接采樣保持電容229的另一端和C2端。B端還連接運(yùn)算放大器230的同相輸入端，運(yùn)算放大器230的反相輸入端連接C3端，運(yùn)算放大器230的輸出端連接模擬開關(guān)231的一端，模擬開關(guān)231的另一端連接運(yùn)算放大器232的反相輸入端和采樣保持電容233的一端，運(yùn)算放大器232的同相輸入端連接地，運(yùn)算放大器232的輸出端連接運(yùn)算放大器233的另一端和C3端。在多路采樣保持器202中，信號(hào)從B端輸入后，先通過運(yùn)算放大器器將信號(hào)放大，根據(jù)比較、判決和控制電路301的控制，多路采樣保持器202中的多個(gè)開關(guān)在不同時(shí)間閉合，使得信號(hào)得以在電容中保存。多路采樣保持器202也可以根據(jù)需要設(shè)置不同的通道數(shù)，本發(fā)明以三通道作為一個(gè)示范，多路采樣保持器202的電路也可以不同，只要在其前級(jí)先進(jìn)行放大處理，再設(shè)置開關(guān)以控制其在不同時(shí)間進(jìn)行采樣，將信號(hào)保存在不同通道的電容中直到下一次采樣得到的新信號(hào)取代原有的值，圖4b就是一個(gè)變化例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)做出變化。更進(jìn)一步地，比較、判決和控制電路301包括順序比較器302，用于對(duì)多路采樣保持器202多條通路輸出的信號(hào)按時(shí)間順序相互進(jìn)行電平的比較，還是以三通道為例，參考圖5，順序比較器302使用三路輸入兩兩順序比較，Cl端連接模擬開關(guān)234的一端和模擬開關(guān)235的一端，234的另一端連接比較器240的同相輸入端，模擬開關(guān)235的另一端連接比較器240的反相輸入端，C2端連接模擬開關(guān)236的一端和模擬開關(guān)237的一端,模擬開關(guān)236的另一端連接比較器240的同相輸入端，模擬開關(guān)237的另一端連接比較器240的反相輸入端，C3端連接模擬開關(guān)238的一端和模擬開關(guān)239的一端，模擬開關(guān)238的另一端連接比較器240的同相輸入端，模擬開關(guān)239的另一端連接比較器240的反相輸入端，比較器240的輸出端連接D端。順序比較器302對(duì)多條輸入通路中的信號(hào)按時(shí)間順序相互進(jìn)行電平的比較，相互比較對(duì)象的選擇和時(shí)間上的順序由模擬開關(guān)來控制，判決和控制邏輯電路303通過F端(參考圖2)控制模擬開關(guān)。
圖2中，判決和控制邏輯電路303，其輸入端連接順序比較器302，判決和控制邏輯電路303輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)以控制可編程頻率合成器401達(dá)到第一輸出頻率。在一個(gè)具體實(shí)施例中，判決和控制邏輯電路303的功能是按照最值搜索算法，不斷改變可編程控制振蕩器402的輸出信號(hào)頻率，然后控制多路采樣保持器202對(duì)新的輸出條件下的輸入信號(hào)進(jìn)行采樣保持，接著控制順序比較器302把新的輸入信號(hào)與原來的輸入信號(hào)進(jìn)行電平比較，根據(jù)順序比較器302輸入的邏輯電平，最終鎖定使輸入信號(hào)幅度最大的振蕩器輸出頻率。優(yōu)選地，可編程頻率合成器401為可編程控制振蕩器402，用于根據(jù)判決和控制邏輯電路303輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)產(chǎn)生不同頻率的振蕩信號(hào)。也就是說，可編程控制振蕩器402的功能是把判決和控制邏輯電路303輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換成頻率，電路結(jié)構(gòu)如圖8所示，G端連接譯碼器410的輸入端，譯碼器410的四個(gè)輸出端分別連接PMOS管419、PM0S管420、PMOS管421、PMOS管422的柵極。運(yùn)算放大器411的同相輸入端連接固定偏置電壓Vref，運(yùn)算放大器411的輸出端連接NMOS管412的柵極，運(yùn)算放大器411的反相輸入端連接NMOS管412的源極和電阻413的一端，電阻413的另一端連接地。NMOS管412的漏極連接PMOS管414的漏極、柵極以及PMOS管415、PMOS管416、PMOS管417、PMOS管418的柵極，PMOS管 414、PMOS 管 415、PMOS 管 416、PMOS 管 417、PMOS 管 418 的源極連接直流電壓 VDD，PMOS管415的漏極連接PMOS管419的源極，PMOS管416的漏極連接PMOS管420的源極，PMOS管417的漏極連接PMOS管421的源極，PMOS管418的漏極連接PMOS管422的源極。PMOS管419、PMOS管420、PMOS管421、PMOS管422的漏極連接在一起，然后連接PMOS管425的源極和NMOS管426的漏極，PMOS管425的漏極連接振蕩電容423的一端、NMOS管424的漏極和斯密特觸發(fā)器427的輸入端，NMOS管426的源極、振蕩電容423的另一端、NMOS管424的源極都連接地。斯密特觸發(fā)器427的輸出端連接PMOS管425、NMOS管426、NMOS管424的柵極和二分頻器428的輸入端，二分頻器428的輸出端連接H端。本發(fā)明以4位二進(jìn)制輸入的可編程控制振蕩器402為例，其最小輸入值“0000”至最大輸入值“1111”之間共有16個(gè)不同的輸入值，依次從小到大輸入，可編程控制振蕩器402輸出端與其輸入值呈線性關(guān)系，因此可編程控制振蕩器402輸出值也是單調(diào)遞增的。更進(jìn)一步地，在一個(gè)實(shí)施例中，柵極驅(qū)動(dòng)器501的功能是產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)，電流開關(guān)502為半橋電路，PWM信號(hào)用來驅(qū)動(dòng)半橋電流開關(guān)502，驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率由可編程控制振蕩器402決定，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通時(shí)間由控制信號(hào)500決定。在一個(gè)變化例中，柵極驅(qū)動(dòng)器501的功能是產(chǎn)生移相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電流開關(guān)502為全橋電路，移相驅(qū)動(dòng)信號(hào)用來驅(qū)動(dòng)全橋電流開關(guān)502。圖9顯示了半橋和全橋電流開關(guān)502在零功率輸出、半功率輸出和全功率輸出時(shí)的驅(qū)動(dòng)波形，半橋電路的功率是全橋電路的1/2。柵極驅(qū)動(dòng)電路的形式?jīng)]有特殊要求，驅(qū)動(dòng)半橋要滿足圖9半橋波形即可，驅(qū)動(dòng)全橋須滿足圖9全橋左和全橋右的波形即可。電流開關(guān)502的功能把電源的直流電壓VDD轉(zhuǎn)換成高頻脈沖電流，電流開關(guān)502分半橋和全橋兩種，具體用哪一種由輸出功率和電源電壓決定，以下以圖1Oa所示的半橋電路作為示例說明。PMOS管510和NMOS管511組成CMOS反相器中，信號(hào)從I端輸入，若為輸入信號(hào)為高電平，則PMOS管510截止且NMOS管511導(dǎo)通，J端輸出低電平；若為輸入信號(hào)為低電平，則PMOS管510導(dǎo)通且NMOS管511截止，J端輸出低電平，J端輸出與I端輸入相反。再以全橋電路為例說明連接關(guān)系，如圖1Ob所示，I+端連接功率PMOS管512的柵極和功率NMOS管513的柵極，功率PMOS管512的源極和襯底極連接，再接直流電壓VDD，功率PMOS管512的漏極接功率NMOS管513的漏極，再連接到J端，功率NMOS管513的源極和襯底極連接，再接地。1-端連接功率PMOS管514的柵極和功率NMOS管515的柵極，功率PMOS管514的源極和襯底極連接，再接直流電壓VDD，漏極接功率NMOS管515的漏極，再連接到K端，功率NMOS管515的源極和襯底極連接，再接地。結(jié)合圖4a、圖5、圖6和圖7來說明本發(fā)明的電路判決和控制邏輯電路303所實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)搜索的方法，其通過比較、判決和控制電路301的輸出頻率控制可編程頻率合成器401的輸出頻率以鎖定LC諧振頻率，包括如下步驟極值搜索，多次改變比較、判決和控制電路301的輸出頻率，得到至少一個(gè)可編程頻率合成器401輸出頻率值可使得諧振回路振蕩幅度位于極值點(diǎn)，將至少一個(gè)頻率值依次存儲(chǔ)至堆棧中；最值搜索，依次將存儲(chǔ)于堆棧中的至少一個(gè)頻率值取出，若堆棧中只有一個(gè)頻率值，則輸出頻率值；若堆棧中包括兩個(gè)或更多頻率值，則輸出可使得諧振回路振蕩幅度位于最大值點(diǎn)的頻率值，從堆棧中輸出的頻率值為第一輸出頻率。參考圖6所示的極值搜索的步驟和圖5所示的比較、判決和控制電路301中的順序比較電器302的示意圖，比較、判決和控制電路301具有多個(gè)輸入通道用于采樣并保持?jǐn)?shù)據(jù)，極值搜索的步驟包括由比較、判決和控制電路301提供一初始二進(jìn)制輸出頻率，優(yōu)選地，為“0000”，同時(shí)采樣并保持第一輸入通道中數(shù)據(jù)，第一輸入通道就是在圖4a所示的Cl端所對(duì)應(yīng)的通道，此時(shí)可編程頻率合成器401具有初始輸出頻率；依次間隔一定時(shí)間，增大輸出頻率一定值，例如，輸入“0001”，同時(shí)采樣并保持下一個(gè)輸入通道中數(shù)據(jù)，例如圖4a所示的C2端所對(duì)應(yīng)的通道，每次采樣并保持一通道中數(shù)據(jù)時(shí)，記錄可編程頻率合成器401對(duì)應(yīng)每一個(gè)通道數(shù)據(jù)采樣時(shí)的輸出頻率，在四位二進(jìn)制的可編程頻率合成器401中，其最大輸入值的終止頻率為“1111”；依次兩兩比較兩輸入通道中數(shù)據(jù)，將產(chǎn)生多個(gè)通道中最大數(shù)據(jù)時(shí)所對(duì)應(yīng)的可編程頻率合成器401輸出的頻率值存儲(chǔ)至堆棧中。判決和控制邏輯電路303使用三輸入間隔兩兩比較，電路首先進(jìn)行極值搜索，其流程圖如圖6所示。由開始搜索310進(jìn)入步驟311，在步驟311中，輸出初始頻率二進(jìn)制值，控制輸入通道I進(jìn)行采樣，并在步驟跳轉(zhuǎn)時(shí)保持，由步驟311直接進(jìn)入步驟312。在步驟312中，輸出頻率二進(jìn)制值增加一步，控制輸入通道2進(jìn)行采樣，并在步驟跳轉(zhuǎn)時(shí)保持，由步驟312直接進(jìn)入步驟313。在步驟313中，輸出頻率二進(jìn)制值增加一步，控制輸入通道3進(jìn)行采樣，并在步驟跳轉(zhuǎn)時(shí)保持；電路執(zhí)行判斷314，檢查通道3保持值是否低于通道1，若314為“是”，電路執(zhí)行判斷331，檢查通道2保持值是否低于通道I，若331為“是”，執(zhí)行操作332，存儲(chǔ)當(dāng)前輸出頻率減少兩步的值到堆棧，然后執(zhí)行判斷324 ;若331為“否”，執(zhí)行操作333，存儲(chǔ)當(dāng)前輸出頻率減少一步的值到堆棧，然后執(zhí)行判斷324 ;若314為“否”，電路執(zhí)行判斷315，檢查輸出頻率二進(jìn)制值是否到終止值，若315為“是”，執(zhí)行判斷340，檢查通道3保持值是否低于通道2，若340為“是”，執(zhí)行操作343，存儲(chǔ)當(dāng)前輸出頻率減少一步的值到堆棧，然后進(jìn)入步驟345 ;若340為“否”，執(zhí)行步驟344，存儲(chǔ)當(dāng)前輸出頻率值到堆棧，然后進(jìn)入步驟345 ;若315為“否”，進(jìn)入步驟316。在步驟316中，輸出頻率二進(jìn)制值增加一步，控制輸入通道I進(jìn)行采樣，并在步驟跳轉(zhuǎn)時(shí)保持；電路執(zhí)行判斷317，檢查通道I保持值是否低于通道2，若317為“是”，電路執(zhí)行判斷334，檢查通道3保持值是否低于通道2，若334為“是”，執(zhí)行操作335，存儲(chǔ)當(dāng)前輸出頻率減少兩步的值到堆棧，然后執(zhí)行判斷327 ;若334為“否”，執(zhí)行操作336，存儲(chǔ)當(dāng)前輸出頻率減少一步的值到堆棧，然后執(zhí)行判斷327 ;若317為“否”，電路執(zhí)行判斷318，檢查輸出頻率二進(jìn)制值是否到終止值，若318為“是”，執(zhí)行判斷341，檢查通道I保持值是否低于通道3，若341為“是”，執(zhí)行操作343，存儲(chǔ)當(dāng)前輸出頻率減少一步的值到堆棧，然后進(jìn)入步驟345 ;若341為“否”，執(zhí)行操作344，存儲(chǔ)當(dāng)前輸出頻率值到堆棧，然后進(jìn)入步驟345 ;若318為“否”，進(jìn)入步驟319。在步驟319中，輸出頻率二進(jìn)制值增加一步，控制輸入通道2進(jìn)行采樣，并在步驟跳轉(zhuǎn)時(shí)保持；電路執(zhí)行判斷320，檢查通道2保持值是否低于通道3，若320為“是”，電路執(zhí)行判斷337，檢查通道I保持值是否低于通道3，若337為“是”，執(zhí)行操作338，存儲(chǔ)當(dāng)前輸出頻率減少兩步的值到堆棧，然后執(zhí)行判斷330 ;若337為“否”，執(zhí)行操作339，存儲(chǔ)當(dāng)前輸出頻率減少一步的值到堆棧，然后執(zhí)行判斷330 ;若320為“否”，電路執(zhí)行判斷321，檢查輸出頻率二進(jìn)制值是否到終止值，若321為“是”，執(zhí)行判斷342，檢查通道2保持值是否低于通道1，若342為“是”，執(zhí)行操作343，存儲(chǔ)當(dāng)前輸出頻率減少一步的值到堆棧，然后進(jìn)入步驟345 ;若342為“否”，執(zhí)行操作344，存儲(chǔ)當(dāng)前輸出頻率值到堆棧，然后進(jìn)入步驟345 ;若321為“否”，進(jìn)入步驟313。在步驟322中，輸出頻率二進(jìn)制值增加一步，控制輸入通道3進(jìn)行采樣，并在步驟跳轉(zhuǎn)時(shí)保持；電路執(zhí)行判斷323，檢查通道3保持值是否低于通道1，若323為“否”，執(zhí)行判斷315 ;若323為“是”，電路執(zhí)行判斷324，檢查輸出頻率二進(jìn)制值是否到終止值，若324為“是”，進(jìn)入步驟345 ;若324為“否”，進(jìn)入步驟325。在步驟325中，輸出頻率二進(jìn)制值增加一步，控制輸入通道I進(jìn)行采樣，并在步驟跳轉(zhuǎn)時(shí)保持；電路執(zhí)行判斷326，檢查通道I保持值是否低于通道2，若326為“否”，執(zhí)行判斷318 ;若326為“是”，電路執(zhí)行判斷327，檢查輸出頻率二進(jìn)制值是否到終止值，若327為“是”，進(jìn)入步驟345 ;若327為“否”，進(jìn)入步驟328。在步驟328中，輸出頻率二進(jìn)制值增加一步，控制輸入通道2進(jìn)行采樣，并在步驟跳轉(zhuǎn)時(shí)保持；電路執(zhí)行判斷329，檢查通道2保持值是否低于通道3，若329為“否”，執(zhí)行判斷321 ;若329為“是”，電路執(zhí)行判斷330，檢查輸出頻率二進(jìn)制值是否到終止值，若330為“是”，進(jìn)入步驟345 ;若330為“否”，進(jìn)入步驟322。在進(jìn)行極值搜索后，再進(jìn)行最值搜索步驟a.從堆棧中取出第一個(gè)頻率值作為第二頻率值；步驟b.判斷堆棧是否已空，若堆棧已空，則存儲(chǔ)第二頻率值并輸出以結(jié)束搜索；若堆棧未空，則繼續(xù)從堆棧取出后一個(gè)頻率值，作為第三頻率值；步驟c.判斷第三頻率值對(duì)應(yīng)的通道中的數(shù)據(jù)是否小于第二頻率值對(duì)應(yīng)的通道中的數(shù)據(jù)，若是，則返回執(zhí)行步驟b ;若否，則執(zhí)行步驟d ；步驟d.先判斷堆棧是否已空，若堆棧已空，則將第三頻率值作為第二頻率值存儲(chǔ)并輸出以結(jié)束搜索；若堆棧未空，則將第三頻率值作為第二頻率值，并繼續(xù)從堆棧取出后一個(gè)頻率值，作為第三頻率值，然后返回執(zhí)行步驟C。具體地，參考圖7，電路由步驟345開始，在已經(jīng)搜索到極值的基礎(chǔ)上進(jìn)行最值搜索，在一個(gè)具體實(shí)施例中，在步驟345中，取堆棧存儲(chǔ)值至寄存器I作為第二頻率值并輸出該頻率值，控制輸入通道I進(jìn)行采樣，并在步驟跳轉(zhuǎn)時(shí)保持；電路執(zhí)行判斷346，檢查堆棧是否已空，若346為“是”，執(zhí)行操作356，存儲(chǔ)寄存器I中的值并輸出該頻率值，輸出的頻率值就是第一頻率值，進(jìn)入結(jié)束搜索357 ;若346為“否”，進(jìn)入步驟347。在步驟347中，取堆棧存儲(chǔ)值至寄存器2并輸出該頻率值，控制輸入通道2進(jìn)行采樣，并在步驟跳轉(zhuǎn)時(shí)保持；電路執(zhí)行判斷348，檢查通道2保持值是否低于通道1，若348為“否”，執(zhí)行判斷349，檢查堆棧是否已空，若349為“否”，進(jìn)入步驟350 ;若349為“是”，執(zhí)行操作352，存儲(chǔ)寄存器2中的值并輸出該頻率值，進(jìn)入結(jié)束搜索357 ;若348為“是”，執(zhí)行判斷353，檢查堆棧是否已空，若353為“否”，進(jìn)入步驟354 ;若353為“是”，執(zhí)行操作356，存儲(chǔ)寄存器I中的值并輸出該頻率值，進(jìn)入結(jié)束搜索357。在步驟350中，寄存器2中值不變并輸出該頻率值，控制輸入通道2進(jìn)行采樣，并在步驟跳轉(zhuǎn)時(shí)保持，直接進(jìn)入步驟351。在步驟351中，取堆棧存儲(chǔ)值至寄存器I并輸出該頻率值，控制輸入通道I進(jìn)行采樣，并在步驟跳轉(zhuǎn)時(shí)保持；電路執(zhí)行判斷348。在步驟354中，寄存器I值不變并輸出該頻率值，控制輸入通道I進(jìn)行采樣，并在步驟跳轉(zhuǎn)時(shí)保持，直接進(jìn)入步驟355。在步驟355中，取堆棧存儲(chǔ)值至寄存器2并輸出該頻率值，控制輸入通道2進(jìn)行采樣，并在步驟跳轉(zhuǎn)時(shí)保持；然后返回執(zhí)行判斷步驟348。通過本發(fā)明的電路實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)搜索功能，在端點(diǎn)J、K之間施加的脈沖驅(qū)動(dòng)電流頻率到達(dá)諧振頻率&時(shí)，在端點(diǎn)A檢測(cè)到最大的振蕩電壓幅度，如圖11所示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)所述變化例，這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種LC諧振頻率搜索電路，其特征在于，包括 諧振回路，設(shè)有一電感與一電容串聯(lián)連接； 調(diào)幅檢波器，其輸入端連接在所述諧振回路的電感與電容之間，用于采集振蕩信號(hào)并檢出高頻幅度調(diào)制載波信號(hào)的外包絡(luò)； 數(shù)據(jù)采集和記錄電路，用于在不同時(shí)間采集所述調(diào)幅檢波器輸出的信號(hào)幅度并記錄；比較、判決和控制電路，接收并記錄所述數(shù)據(jù)采集和記錄電路的輸出信號(hào)幅度，所述比較、判決和控制電路的輸出端分別連接一用于產(chǎn)生不同頻率的振蕩信號(hào)的可編程頻率合成器以及所述數(shù)據(jù)采集和記錄電路，所述比較、判決和控制電路不斷改變所述可編程頻率合成器的輸出信號(hào)頻率，使所述數(shù)據(jù)采集和記錄電路輸出新的信號(hào)幅度，所述比較、判決和控制電路不斷重復(fù)將已記錄信號(hào)和所述數(shù)據(jù)采集和記錄電路輸出的新信號(hào)進(jìn)行電平比較，直至鎖定所述可編程頻率合成器的第一輸出頻率，所述第一輸出頻率使所述諧振回路的振蕩幅度入信號(hào)幅度最大； 柵極驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)所述可編程頻率合成器輸出的振蕩信號(hào)確定驅(qū)動(dòng)頻率，所述柵極驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通的時(shí)間由一控制信號(hào)控制； 電流開關(guān)，其連接直流電壓，用于根據(jù)所述柵極驅(qū)動(dòng)器輸出的信號(hào)將所述直流電壓轉(zhuǎn)換成高頻脈沖電流，并將所述高頻脈沖電流輸送給所述諧振回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)搜索電路，其特征在于所述調(diào)幅檢波器為包絡(luò)檢波電路，用于對(duì)幅度調(diào)制載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)搜索電路，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集和記錄電路為多路采樣保持器，用于對(duì)同一信號(hào)源幅度在不同時(shí)間分別進(jìn)行采集并記錄。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)搜索電路，其特征在于比較、判決和控制電路包括 順序比較器，用于對(duì)所述多路采樣保持器多條通路輸出的信號(hào)按時(shí)間順序相互進(jìn)行電平的比較； 判決和控制邏輯電路，其輸入端連接所述順序比較器，所述判決和控制邏輯電路輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)以控制所述可編程頻率合成器達(dá)到第一輸出頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動(dòng)搜索電路，其特征在于可編程頻率合成器為可編程控制振蕩器，用于根據(jù)所述判決和控制邏輯電路輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)產(chǎn)生不同頻率的振蕩信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)搜索電路，其特征在于所述柵極驅(qū)動(dòng)器用于產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，所述電流開關(guān)為半橋電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)搜索電路，其特征在于所述柵極驅(qū)動(dòng)器用于產(chǎn)生移相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述電流開關(guān)為全橋電路。
8.—種LC諧振頻率搜索方法，通過比較、判決和控制電路的輸出頻率控制可編程頻率合成器的輸出頻率以鎖定LC諧振頻率，其特征在于，包括如下步驟 極值搜索，多次改變比較、判決和控制電路的輸出頻率，得到至少一個(gè)可編程頻率合成器輸出頻率值可使得所述諧振回路振蕩幅度位于極值點(diǎn)，將所述至少一個(gè)頻率值依次存儲(chǔ)至堆棧中； 最值搜索，依次將存儲(chǔ)于堆棧中的至少一個(gè)頻率值取出，若所述堆棧中只有一個(gè)頻率值，則輸出所述頻率值；若所述堆棧中包括兩個(gè)或更多頻率值，則輸出可使得所述諧振回路振蕩幅度位于最大值點(diǎn)的頻率值，所述從堆棧中輸出的頻率值為第一輸出頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述比較、判決和控制電路具有多個(gè)輸入通道用于采樣并保持?jǐn)?shù)據(jù)，所述極值搜索的步驟包括 由所述比較、判決和控制電路提供一初始二進(jìn)制輸出頻率，同時(shí)采樣并保持第一輸入通道中數(shù)據(jù)，此時(shí)可編程頻率合成器具有初始輸出頻率； 依次間隔一定時(shí)間，增大所述輸出頻率一定值，同時(shí)采樣并保持下一個(gè)輸入通道中數(shù)據(jù)，每次采樣并保持一通道中數(shù)據(jù)時(shí)，記錄所述可編程頻率合成器對(duì)應(yīng)每一個(gè)通道數(shù)據(jù)采樣時(shí)的的輸出頻率； 依次兩兩比較兩輸入通道中數(shù)據(jù)，將產(chǎn)生多個(gè)通道中最大數(shù)據(jù)時(shí)所對(duì)應(yīng)的可編程頻率合成器輸出的頻率值存儲(chǔ)至堆棧中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述最值搜索的步驟包括 步驟a.從堆棧中取出第一個(gè)頻率值作為第二頻率值； 步驟b.判斷堆棧是否已空，若所述堆棧已空，則存儲(chǔ)所述第二頻率值并輸出以結(jié)束搜索;若所述堆棧未空，則繼續(xù)從堆棧取出后一個(gè)頻率值，作為第三頻率值； 步驟c.判斷第三頻率值對(duì)應(yīng)的通道中的數(shù)據(jù)是否小于第二頻率值對(duì)應(yīng)的通道中的數(shù)據(jù)，若是，則返回執(zhí)行步驟b ;若否，則執(zhí)行步驟d ； 步驟d.先判斷堆棧是否已空，若所述堆棧已空，則將所述第三頻率值作為第二頻率值存儲(chǔ)并輸出以結(jié)束搜索；若所述堆棧未空，則將所述第三頻率值作為第二頻率值，并繼續(xù)從堆棧取出后一個(gè)頻率值，作為第三頻率值，然后返回執(zhí)行步驟C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LC諧振頻率搜索電路，包括調(diào)幅檢波器的輸出連接數(shù)據(jù)采集和記錄電路，數(shù)據(jù)采集和記錄電路的輸出連接比較、判決和控制電路，比較、判決和控制電路的輸出同時(shí)連接可編程頻率合成器、數(shù)據(jù)采集和記錄電路?？删幊填l率合成器的輸出連接?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)器，柵極驅(qū)動(dòng)器的輸出連接電流開關(guān)，電流開關(guān)的輸出連接諧振電容的一端，諧振電容的另一端連接諧振電感的一端和調(diào)幅檢波器的輸入，諧振電感的另一端連接電流開關(guān)。諧振電感經(jīng)由空間電磁場(chǎng)與電感耦合，耦合電感連接到等效阻抗。本裝置使電磁感應(yīng)式能量傳輸用諧振LC驅(qū)動(dòng)電路的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了L、C參數(shù)的無調(diào)整化，能量轉(zhuǎn)換效率始終處于最高狀態(tài)，并且可以減少其隨溫度的變化。
文檔編號(hào)H03H3/04GK103001599SQ201110274048
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者盧圣晟, 王立龍 申請(qǐng)人:華潤(rùn)矽威科技(上海)有限公司