有助于無線探頭測量感應式電源的低功耗電壓-頻率轉換器

有助于無線探頭測量感應式電源的低功耗電壓-頻率轉換器

為執(zhí)行長期監(jiān)視任務的便攜式遙測系統(tǒng)供電，向人們提出了有趣的設計挑戰(zhàn)。電池不適合于某些關鍵性應用，且在這些環(huán)境中，設計人員一般用無線感應鏈路來傳輸功率與數(shù)據。感應鏈路由一個驅動固定初級線圈的射頻發(fā)射器與一個為便攜式裝置提供電源的松耦合次級線圈組成。對設計工程師來說，測量發(fā)射功率相當重要，因為它會限制設計人員可包含至便攜式裝置中的電路數(shù)量。但不幸的是，傳統(tǒng)測試設備不適合執(zhí)行該任務，因為標準電壓探頭會拾取初級線圈上感應的噪聲，且在某些應用中，便攜式裝置密封在一個不能接入電纜或探頭的小盒子中。 本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/7856.htm　　圖1所示電路可減少噪聲效應，因其VFC（電壓－頻率轉換器）可產生對噪聲進行積分或取平均的PPM（脈沖位置調制）輸出信號VOUT。此外，該設計還利用“負載調制”來消除有線連接。當PPM信號驅動MOSFET開關Q1時，開關會連接一個由D2及次級線圈LS兩端的串聯(lián)電阻器RSF及RSV組成的附加負載網絡。負載調制接收器連接至初級線圈并恢復PPM信號。當您用表面貼裝元件來構建時，VFC電路僅占用238 mm2的電路板面積。 　　為了解該電路的工作原理，我們假設一個125kHz的正弦磁場在次級線圈LS中感應出大約4V ~ 16V的電壓。為提高功率轉換效率，LS與CS構成一個負載系數(shù)QL大約為8的125kHz調諧回路。肖特基二極管D1對LS中感應的電壓進行整流，而C1則提供低通濾波。所得直流電壓VX為低壓差穩(wěn)壓器IC1供電，而IC1又給VFC IC2和負載電阻器RLF與RLV提供恒定的3V。微調電位器RLV將輸出電流設定為2.5mA ~13.5 mA。 　　低壓差穩(wěn)壓器與VFC的總耗電流為數(shù)十微安，與輸出電流相比可忽略不計。因此，IIN近似等于IL。下面公式1表示感應式電源所產生的直流輸出功率：  （公式1） 　　式1顯示的輸出電流為常數(shù)，故直流輸出功率PX與直流輸出電壓VX成正比。在通過RLV設置已知的初始輸出電流的調整后，您即可通過測量由VFC數(shù)字化的傳輸直流電壓來測試感應式電源的輸出能力。為減少功耗、元件數(shù)與印制電路板面積，可用一個由RC、RD及C5組成的簡單無源積分網絡來取代構成典型VFC輸入級的傳統(tǒng)運放積分器。 　　VFC產生一個上升沿斜率與積分電容器C5兩端的電壓VX成正比的恒定幅度鋸齒波電壓。當電容器兩端電壓達到一個高參考電壓時，開關Q2迅速將電容器放電至一個低參考電壓。此動作產生一個頻率與輸入電壓VX成正比的自由振蕩波形。一個由比較器IC2、正向反饋網絡R1、R2與C3、以及電源電壓分配器R3、R4、C4組成的同相施密特觸發(fā)器，定義了高、低電平參考電壓，如公式2及公式3所示：   （公式2）    （公式3）