有助于無線探頭測(cè)量感應(yīng)式電源的低功耗電壓-頻率轉(zhuǎn)換器

有助于無線探頭測(cè)量感應(yīng)式電源的低功耗電壓-頻率轉(zhuǎn)換器

為執(zhí)行長(zhǎng)期監(jiān)視任務(wù)的便攜式遙測(cè)系統(tǒng)供電，向人們提出了有趣的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。電池不適合于某些關(guān)鍵性應(yīng)用，且在這些環(huán)境中，設(shè)計(jì)人員一般用無線感應(yīng)鏈路來傳輸功率與數(shù)據(jù)。感應(yīng)鏈路由一個(gè)驅(qū)動(dòng)固定初級(jí)線圈的射頻發(fā)射器與一個(gè)為便攜式裝置提供電源的松耦合次級(jí)線圈組成。對(duì)設(shè)計(jì)工程師來說，測(cè)量發(fā)射功率相當(dāng)重要，因?yàn)樗鼤?huì)限制設(shè)計(jì)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(cè)試設(shè)備不適合執(zhí)行該任務(wù)，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)電壓探頭會(huì)拾取初級(jí)線圈上感應(yīng)的噪聲，且在某些應(yīng)用中，便攜式裝置密封在一個(gè)不能接入電纜或探頭的小盒子中。 本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/7856.htm　　圖1所示電路可減少噪聲效應(yīng)，因其VFC（電壓－頻率轉(zhuǎn)換器）可產(chǎn)生對(duì)噪聲進(jìn)行積分或取平均的PPM（脈沖位置調(diào)制）輸出信號(hào)VOUT。此外，該設(shè)計(jì)還利用“負(fù)載調(diào)制”來消除有線連接。當(dāng)PPM信號(hào)驅(qū)動(dòng)MOSFET開關(guān)Q1時(shí)，開關(guān)會(huì)連接一個(gè)由D2及次級(jí)線圈LS兩端的串聯(lián)電阻器RSF及RSV組成的附加負(fù)載網(wǎng)絡(luò)。負(fù)載調(diào)制接收器連接至初級(jí)線圈并恢復(fù)PPM信號(hào)。當(dāng)您用表面貼裝元件來構(gòu)建時(shí)，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(shè)一個(gè)125kHz的正弦磁場(chǎng)在次級(jí)線圈LS中感應(yīng)出大約4V ~ 16V的電壓。為提高功率轉(zhuǎn)換效率，LS與CS構(gòu)成一個(gè)負(fù)載系數(shù)QL大約為8的125kHz調(diào)諧回路。肖特基二極管D1對(duì)LS中感應(yīng)的電壓進(jìn)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(fù)載電阻器RLF與RLV提供恒定的3V。微調(diào)電位器RLV將輸出電流設(shè)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(jì)。因此，IIN近似等于IL。下面公式1表示感應(yīng)式電源所產(chǎn)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(shè)置已知的初始輸出電流的調(diào)整后，您即可通過測(cè)量由VFC數(shù)字化的傳輸直流電壓來測(cè)試感應(yīng)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(gè)由RC、RD及C5組成的簡(jiǎn)單無源積分網(wǎng)絡(luò)來取代構(gòu)成典型VFC輸入級(jí)的傳統(tǒng)運(yùn)放積分器。 　　VFC產(chǎn)生一個(gè)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(dāng)電容器兩端電壓達(dá)到一個(gè)高參考電壓時(shí)，開關(guān)Q2迅速將電容器放電至一個(gè)低參考電壓。此動(dòng)作產(chǎn)生一個(gè)頻率與輸入電壓VX成正比的自由振蕩波形。一個(gè)由比較器IC2、正向反饋網(wǎng)絡(luò)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）