用于电感的驱动电路的制作方法

文档序号:12070022阅读:386来源:国知局
用于电感的驱动电路的制作方法与工艺

本发明涉及一种用于电感、尤其是感应式天线的驱动电路以及一种具有驱动电路的有源发射装置。



背景技术:

无钥匙进入和启动系统、例如无钥匙启动进入(PASE)系统是自动的系统,无需主动地使用车钥匙的情况下解锁车辆并且通过仅仅操纵启动按钮启动车辆。这通过具有芯片的电子钥匙来实现,车辆驾驶员随身携带所述电子钥匙。周期性地由车辆通过至少一个位于车辆上的天线发射出在LF-频率(LF代表频率例如在20kHz与200kHz之间的“低频”)上的、借助于第一编码表编码的请求信号。所述系统因此进入到在UHF-范围(UHF代表频率在例如三位数的MHz范围内的“超高频”)内的接收模式中并且等待确认。如果配备有应答器的钥匙在有效范围内,则该钥匙接收LF信号,对该LF信号进行解码,并且将该LF信号以使用第二编码表重新编码的UHF信号再次发射出。UHF信号在车辆内被解码。因为车辆熟悉这两个编码表,所以车辆能够将自身的原始发送与刚刚接收到的信号相比较并且在相一致时准许进入。如果在所定义的时间内没有正确的答复,则什么也不会发生并且系统再次切换到待命状态。发动机启动过程基本上对应于进入控制,在此仅要操纵发动机启动按钮。

作为用于发射LF信号的天线主要使用感应式天线,所述感应式天线例如实施为设有绕组的铁氧体磁芯(也作为磁性天线或者铁氧体天线而公知)。感应式天线的电感在此通常与振荡回路中的电容器一起工作。这种振荡回路的能量消耗通常通过尽可能高的品质因数和准确的频率调谐保持较低,以便使得进入和启动系统的总电流消耗保持尽可能低。因此单单小的电流消耗例如是所期望的,因为否则在车辆的较长的停车时间的情况下车辆电池会迅速放电。然而高的品质因数限制了传输数据率,并且在高的品质因数情况下的准确的调谐需要一些开销。因此常见的布置结构通常并未在数据率、开销和能量消耗之间形成令人满意的折衷。

因此已知一些准谐振的振荡回路驱动器,利用所述振荡回路驱动器,能够同时达到足够高数据传输率和高的品质因数(并且因此实现低的电流消耗)。但是这些驱动电路具有下述缺点:所述驱动电路没有遵守无线电许可规章。通过无线电许可规章应该保证:其他的无线电通讯服务、例如无线电广播(收音机和电视机)、移动式的无线电通讯服务(由警察和安全部队使用)或者移动电话在其运行中不受损。所述准谐振的驱动电路的另一缺点在于:没有遵守汽车制造商关于电磁兼容性(EMV)的规程。

此外,已知一些准谐振的振荡回路驱动器,这些准谐振的振荡回路驱动器如下地得到了改进:其不仅能够以有限的电路和调整开销来实现小的电流消耗和小的干扰信号输出,而且此外也能够遵守无线电许可规章。

但是,已知的准谐振的振荡回路驱动器的缺点是:电路开销进而成本较高,尤其用于耐电压地设计振荡回路驱动器。



技术实现要素:

本发明的任务在于,提供一种关于此得到改进的、用于电感的驱动电路。此外,应当提供一种改进的具有振荡回路的有源发射装置。

该任务通过根据权利要求1所述的用于电感的驱动电路或根据权利要求13所述的有源发射装置来解决。

用于电感、尤其是用于车辆进入和启动系统的感应式天线的按照本发明的驱动电路具有第一电容器、两条用于为第一电容器输送正参考电压的输入路径以及两条用于将电感连接在第一电容器上的输出路径。此外,驱动电路具有可控的第一开关以及欧姆电阻,所述可控的第一开关和欧姆电阻串联地被连接在两条输入路径之一中,其中可控的第一开关被连接在欧姆电阻与第一电容器之间。驱动电路也具有被连接在两条输出路径之一中的可控的第二开关、被连接在两条输出路径中的另一条输出路径中的可控的第四开关以及被连接在电感的第二接头与用于参考电位的接头之间的欧姆电阻。此外,驱动电路具有电流测量装置,该电流测量装置被连接在可控的第四开关与第一电容器之间并且被构造用于测量流过电感的电流。开关控制装置连接在电流测量装置的后面(nachgeschaltet),对流过电感的电流进行评估,并且构造用于首先在第二和第四开关断开时将第一开关闭合,以便将第一电容器充电到正参考电压,并且然后将第一开关断开且将第二和第四开关闭合,以便通过电感使得第一电容器振荡式地放电,其中,只有当流过电感的电流已经经过一整个振荡周期或者多个振荡周期时才又将第二和第四开关断开。

按照本发明的驱动电路的优点是小的电路和调整开销、小的电流消耗以及较小的干扰信号输出。此外,采用按照本发明的驱动电路可以遵守无线电许可规章。

此外,驱动电路可以具有第二电容器,该第二电容器被连接在可控的第四开关与电流测量装置之间。对于这样的布置结构来说,电容器上的电压从未为负。这允许使用以成本低廉的半导体技术来制造的构件(例如以散装技术( Bulk-Technologie)取代SOI技术)。

此外,驱动电路可以具有用于为第二电容器输送负参考电压的第三输入路径,其中,充电电路被连接在第三输入路径中。充电电路可以具有欧姆电阻以及可控的第五开关,所述欧姆电阻和可控的第五开关能够彼此串联地被连接在第三输入路径中,其中可控的第五开关布置在欧姆电阻与第二电容器之间。因此可以将第一电容器充电到正电压,而将第二开关充电到负电压。由此可以提高由天线所辐射的无功功率。

此外,驱动电路可以具有限制装置,该限制装置构造用于限制第一开关上的电压,由此可以避免第一开关上的损坏。限制装置在此可以具有齐纳二极管并且第一开关上的电压可以是栅源电压。

此外,驱动电路可以具有一欧姆电阻和另一可控的开关,该欧姆电阻和另一个可控的开关串联地被连接在第一开关的控制接头与欧姆电阻之间。由此可以限制流过限制装置的电流。此外,驱动电路可以具有另一欧姆电阻,该欧姆电阻被连接在另一开关的源极接头与控制接头之间。如果没有控制信号加载到另一开关的控制接头上,则该另一开关就被切断。

开关控制装置可以具有用于调制信号的调制输入端,并且可以构造用于根据调制信号来控制第一开关、第二开关和第四开关的开关周期,以便有利地开发多种多样的应用可行方案。

开关控制装置可以构造用于实施相移键控调制或者幅移键控调制或者频移键控调制。开关控制装置在调制时提供的有效品质因数为1,而谐振电路则以高的品质因数并且因此以十分节省能量的方式来运行。

电流测量装置可以构造为欧姆电阻,由此可以以简单的方式并且以较小的开销来测量电流。

任务也还通过一种有源发射装置得到解决,有源发射装置具有电感、第一电容器、两条用于为第一电容器输送正参考电压的输入路径以及两条用于将电感连接在第一电容器上的输出路径。可控的第一开关和欧姆电阻串联地被连接在两条输入路径之一中,其中可控的第一开关被连接在欧姆电阻与第一电容器之间。可控的第二开关被连接在两条输出路径之一中,并且可控的第四开关被连接在两条输出路径中的另一条输出路径中。欧姆电阻被连接在电感的第二接头与用于参考电位的接头之间,并且电流测量装置被连接在可控的第四开关与第一电容器之间并且被构造用于测量流过电感的电流。开关控制装置连接在电流测量装置的后面,对流过电感的电流进行评估,并且构造用于首先在第二和第四开关断开时将第一开关闭合,以便将第一电容器充电到正参考电压,并且然后断开第一开关且将第二和第四开关闭合,以便通过电感使第一电容器振荡式地放电,其中只有当流过电感的电流已经经过一整个振荡周期或者多个振荡周期时才又将第二和第四开关断开。

驱动电路或发射装置尤其是车辆进入和启动系统的组件,所述车辆进入和启动系统同样是这里所公开的内容的主题。

附图说明

下面借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细解释。附图示出:

图1示出了在一种应用中,用作用于LF信号的有源发射装置的一种用于电感的驱动电路的电路图;

图2示出了驱动电路的电容器上的电压关于开关的控制信号和调制信号的曲线图;

图3示出了在相对于载波频率的不同谐振频率的情况下天线上的电压曲线图;

图4示出了与按照图3的电压曲线相对应的、流过天线的电流的曲线图;

图5示出了在一种应用中,用作用于LF信号的有源发射装置的另一种用于电感的驱动电路的电路图;

图6示出了在使用图5的驱动电路时,在相对于载波频率的不同谐振频率的情况下天线上的电压的曲线图;

图7示出了与按照图6的电压曲线相对应的、天线接头上的电压的总和的曲线图;

图8示出了按照本发明的一种实施方式,在一种应用中,用作用于LF信号的有源发射装置的一种示范性的用于电感的驱动电路的电路图;

图9示出了驱动电路的电容器上的电压的曲线图以及流过天线的电流关于开关的控制信号和调制信号的曲线图;

图10示出了按照本发明的一种实施方式,在一种应用中,用作用于LF信号的有源发射装置的、另一示范性的用于电感的驱动电路的电路图;

图11示出了按照本发明的一种实施方式,在一种应用中,用作用于LF信号的有源发射装置的另一示范性的用于电感的驱动电路的电路图;

图12示出了按照本发明的一种实施方式,在一种应用中,用作用于LF信号的有源发射装置的另一示范性的用于电感的驱动电路的电路图;

图13示出了按照本发明的一种实施方式,在一种应用中,用作用于LF信号的有源发射装置的另一示范性的用于电感的驱动电路的电路图;

图14示出了在按照图10的驱动电路中电容器上的电压的曲线图;并且

图15示范性地示出了第一电容器上的电压及其中的充电电流的曲线图。

具体实施方式

图1示出了在一种应用中用作有源发射装置的用于电感的驱动电路,在当前的情况下通过感应式天线1、例如铁氧体天线给出。感应式天线1作为替代可以如在图1中所示出的那样,通过由纯电感部分2和欧姆部分3形成的串联电路来描述。感应式天线1在此具有第一天线接头X1和第二天线接头X2。电容器4一方面与用于输送相对于接地端M的参考电压Ur的两条输入路径相连接,并且与用于连接感应式天线1的两条输出路径相连接。在此,在两条输入路径的上面的输入路径中连接了可控的第一开关5,其中该可控的第一开关可替代地也可以连接在两条输入路径的下面的输入路径中。

用于在输入路径中限制电流的欧姆电阻6被连接在开关5与电容器4之间。也可以取代欧姆电阻6而使用电源或者其他种类的电流注入装置或者电流限制装置。可控的第二开关7被连接在两条输出路径中的上面的输出路径中,并且欧姆电阻8被连接在两条输出路径中的下面的输出路径中,所述欧姆电阻用作用于对流过感应式天线1的电流Ia进行测量的测量电阻、也就是用作电流测量装置。替代地,开关7和电阻8也可以布置在同一条输入路径中,或者各自的输入路径可以彼此互换。为了进行电流测量,替代地也可以对电容器4上的电压的导数进行评估。

此外,驱动电路包括开关控制装置9,该开关控制装置截取电阻8两端的电压,其与流过电阻8的电流Ia并且由此与流过天线1的电流成比例,并且对其进行评估,例如确定电流Ia的过零点。在第二开关7断开时,在开关控制装置9的控制下,借助于控制信号S1将第一开关5闭合,以便将电容器4充电到参考电压Ur。随后将第一开关5断开并且借助于控制信号S2将第二开关7闭合,以便通过感应式天线1以振荡的方式、即以执行至少一个完整振荡的方式使电容器4放电,其中,只有当流过感应式天线1的电流Ia已经经过一整个振荡周期(或者多个振荡周期)时,才又将第二开关7断开。此外,开关控制装置9具有用于调制信号MOD的调制输入端,下面还要详细地对所述调制信号进行探讨。

可选地,可控的第三开关10,如适用,与串联的二极管11一起与电容器4直接并联,或者如所指出的那样—通过电阻6并联连接,通过控制信号S3以下述方式控制所述第三开关:该第三开关使电容器4短路、即放电,以停用驱动电路。

在图2中示出了对于二相相移键控调制(BPSK调制)的情况,基于控制信号S1、S2和S3,电容器4上的电压Uc关于时间t的曲线。在开始时,在时刻T0开始对电容器4进行首次充电,例如从0V充电到参考电压Ur,并且与之相对应地,电容器4上的电压Uc(在当前的情况下指数式地)从例如0V增大到参考电压Ur。在时刻T1的情况下达到完全充电。为了在运行条件下即使有小的偏差时也保证完全充电,比时刻T1稍晚地、即在时刻T2在为了充电而闭合的第一开关5(开关7断开)与为了振荡式地放电而闭合的第二开关7(开关5断开)之间进行切换。

因此,在时刻T2开始电容器4的振荡放电的阶段。与之相对应地,现在电容器4上的电压Uc再次(在当前的情况下余弦形地)减小,首先达到零并且然后根据由电容器4和天线1形成的振荡回路的行为在时刻T3达到与品质因数有关的振幅的负的最大值,以便然后在时刻T4再次增大到与品质因数有关的振幅的正的相对的最大值附近。虽然所述正的最大值或多或少地近似等于所述参考电压Ur,但是其在所有情况下都小于该参考电压。在振荡放电阶段期间,天线1发射电磁的信号。然后在时刻T4开始再充电阶段,其中在时刻T5达到完全充电。但是又出于上面已经列举的原因,在稍微晚些的时刻T6进行从充电到振荡放电的切换。随后包括在时刻T7达到负的最大值在内直至时刻T8又进行振荡的放电阶段。

随后以时刻T8开始重新进行再充电阶段,其中在时刻T9达到完全充电。但是,随后一个较长的等待时间直至时刻T11,与BPSK调制相关的180°的相位移动导致了所述等待时间。为了进行比较在图2中也还绘出了时刻T10,该时刻指出了时刻T10和T11之间的最小的等待时间。自时刻T11起,又进行振荡的放电直至时刻T13,其中在时刻T12具有负的最大值。随后还进行了再充电直至时刻T14,但是由于驱动电路停用在时刻T14借助于开关10最终放电到大约0V(二极管11上的二极管电压),使得所述再充电中断。

根据开关5、7和10的切换行为,控制信号S1在每个充电阶段期间(在时刻T0至T1、T4至T6、T8至T11、T13至T14之间)在电平H上,并且控制信号S2初始在电平L上。在相应接下来的放电阶段(在时刻T2至T4、T6至T8、T11至T13之间),控制信号S1转到电平L中并且控制信号S2转到电平H中。控制信号S3直至在时刻T14的最终放电都在电平L上,并且随后切换到电平H上。为了更清楚起见,在按照图2的实施例中原则上电平H表示开关闭合(导通)并且电平L表示开关断开(不导通)。但是,取决于单个或者所有实际所使用的开关的类型及其特定的信号切换情况,会得到与之不同的实际的操控信号。

同样在图2中示出了调制信号MOD,其引起图2中示出的电容器4上的电压Uc曲线。调制信号MOD直至时刻T2为电平H,然后直至时刻T3为电平L,在时刻T3为电平H,然后直至时刻T4为电平L,从时刻T4直至时刻T6为电平H,从时刻T6直至时刻T8为电平L,例外是在时刻T7为电平H,从时刻T8直至时刻T11为电平H并且从时刻T11直至时刻T13为电平L,例外是在时刻T12电平为H。因此基本上,调制信号MOD在电容器4的充电阶段中并且在电容器4上的电压Uc出现负的最大值时为电平H,而在其他情况下为电平L。

图3示出了在两种不同的谐振频率F1和F2的情况下关于时间t天线1上的电压Ua的曲线,其中谐振频率F1超过所期望的载波频率5%,并且谐振频率F2超过所期望的载波频率20%。图4示出了对于两种谐振频率F1和F2而言关于时间t分别与之相对应的电流曲线Ia,如其例如在电阻8处所示出的那样。如所料想的那样,相应的电压和电流之间的相位移动为大约90°。

在天线1切换到上面所描述的准谐振模式之前,天线1是无电流的(Ia = 0A),天线电流Ia因此不发生变化,并且天线接头X1、X2这两者处于相同的电位(例如地电位)上。天线电压Ua因此初始为0V。如果随后天线1切换到准谐振模式中,则在第二天线接头X2上的电位不发生变化,而第一天线接头X1上的电位以下述方式发生变化:天线电压Ua等于电容器4上的电压Uc(Ua = Uc)。寄生电容的反向充电在此情况下并不起重要作用。由于在天线1的进一步运行中的损耗降低了最大的电压Ua,从而在断开之前不久天线电压Ua就稍微低于电压Uc。在断开准谐振模式之后,天线电压Ua又突然返回到0V,因为天线电流Ia又返回到0A并且不再变化。

第一天线接头X1上的电位在接通和断开准谐振模式时发生变化,而第二天线接头X2上的电位却总是保持相同。于是天线电压Ua在接通和断开准谐振模式时分别具有一个电压突变,如在图3中可看到的那样。这些电压突变会导致天线1内以及天线接头X1、X2和天线导线内的不期望的高的辐射。

借助于根据图5的驱动电路能够减小所述辐射。驱动电路在此基于在图1中示出的驱动电路,但是与电容器4串联连接了第二电容器12。如果第一电容器4和第二电容器12相应地具有相同的电容,则在每个电容器4、12上具有电压Uc/2。

欧姆电阻13连接在第二天线接头X2和第一与第二电容器4、12的共同的节点之间。此外,在第二天线接头X2和电阻8之间连接了可控的第四开关14。能够借助于由开关控制装置9提供的控制信号S4断开或闭合可控的第四开关14。控制信号S4在此基本上对应于控制信号S2。也就是说,可控的第四开关14基本上同时随着可控的第二开关7断开或闭合。但是在这两个控制信号S2、S4之间可能有较小的偏差。

在图5中的驱动电路中,作为可控的开关5、7、10和14使用场效应晶体管、尤其是MOS-场效应晶体管(MOS是术语金属氧化物半导体“Metal Oxide Semiconductor”的简称),其中可控的开关5是p沟道型的MOS-场效应晶体管,而可控的开关7、10和14则是n沟道型的。除了所指明的MOS-场效应晶体管之外(任何导通类型),还可以使用所有其他类型的合适的可控的开关、尤其是可控的半导体开关,当然也可以结合相应的驱动器、自举电路、电荷泵或类似物。

如果第二开关7和第四开关14闭合,则准谐振振荡参照图2如上面所介绍的那样进行。于是在断开天线1之前,在天线1上有电压Ua,该电压由于损耗稍微低于电容器4、12上的电压Uc。如上面已经介绍过的那样,天线1在断开之后又无电流(Ia = 0A)。因为在断开天线1之后断开了第二开关7和第四开关14,所以由于电阻13使得在第一天线接头X1上的电位由Uc改变为Uc/2。此外,在第二天线接头X2上的电位也由地电位改变为Uc/2。在图6中示出了所合成的天线电压Ua关于时间的曲线。

于是天线接头X1、X2上的电位的总和Ux在驱动电路中的切换过程期间没有明显变化。例如会由于操控信号S2、S4的微小的偏差产生微小的变化,这种偏差通常是不可避免的。在图7中示出了电位的总和Ux关于时间的曲线。因为天线接头X1、X2上的电位的总和在切换过程中不发生(明显)变化,所以通过切换过程引起的辐射很大程度上减小为零。但是,这样的驱动电路中的电路开销比较高,用这样的驱动电路可以降低辐射。

在图8中示范性地示出了驱动电路的一种实施方式,用该驱动电路可以降低电路开销。驱动电路在此基于在图5中示出的驱动电路,但是图8中的驱动电路仅仅具有一个第一电容器4。但是,在图8中的驱动电路中,欧姆电阻13被连接在用于参考电压Um的接头与第二天线接头X2之间。参考电压Um例如可以具有与电容器电压Uc的一半相当的数值。电阻8—该电阻在所述驱动电路中此外也用作测量电阻—被连接在第一电容器4与可控的第四开关14之间。第一电容器4与电阻8之间的共同的节点与地电位相连接。这种布置结构此外能够参照接地端(Masse)M来进行电流测量。

在这种实施方式的驱动电路中,开关控制装置9也通过电阻8截取电流,并且对其进行评估,例如确定流过天线1的电流Ia的过零点。

在上面的输入路径中,可控的第一开关5与欧姆电阻6的顺序与图5的驱动电路相比进行了交换。也就是说,开关5现在被连接在欧姆电阻6与第一电容器4之间。通过这种布置结构,一旦第一电容器4中的充电电流Ic2超过限制值,就实现开关5的栅源电压Ugs相对于开关5的漏源电压Uds的超高。

因为第一电容器4与欧姆电阻8之间的节点与接地端M相连接,所以在充电阶段期间(可控的第一开关5闭合,可控的第二和第四开关7、14断开)使第一电容器4充电。如果随后第一开关5断开并且第二和第四开关7、14闭合,则以振荡的方式、即以执行至少一个完整振荡的方式使第一电容器4放电。

在图9中示出了对于二相相移键控调制的情况,基于控制信号S1、S2和S4,第一电容器4上的电压Uc以及流过天线1的电流Ia关于时间t的曲线。在开始时,在时刻T0开始对第一电容器4进行首次充电例如从0V充电到正参考电压+Ur,并且与之相对应地,第一电容器4上的电压Uc(在当前的情况下指数式地)从例如0V增大到正参考电压+Ur,在时刻T1的情况下达到了完全充电。在该时刻,第二和第四开关7、14闭合。

因此,在时刻T1开始第一电容器4的振荡放电的阶段(发射阶段)。与之相对应地,现在第一电容器4上的电压Uc再次(在当前的情况下余弦形地)减小,并且在时刻T2最接近于零。电流Ia从时刻T1直至时刻T2正弦状地增大,并且在时刻T2达到最大值。然后,在时刻T2将第一开关5断开。电压Uc继续下降、变成负的,并且然后根据由电容器12和天线1构成的振荡回路的行为在时刻T3达到与品质因数有关的振幅的负的最大值,然后在时刻T4再次增大到与品质因数有关的振幅的正的最大值附近。虽然所述正的最大值或多或少地近似等于正参考电压+Ur,但是其在所有情况下都小于该正参考电压。在振荡放电阶段期间,天线1发射电磁的信号。

在时刻T4,将第二和第四开关7、14断开直至时刻T5。然后在时刻T5将第一、第二和第四开关5、7、14闭合,其中第一开关5仅仅在直到T6的较短的时间间隔里保持闭合,而第二和第四开关7、14则直至后来的时刻T8保持闭合,在该时刻T8电压Uc下一次达到其正的最大值。在时刻T8又开始等待阶段,在该等待阶段期间所有开关5、7、14都断开。振荡由此可以移位例如180°。但是这仅仅是一种实例。

紧接着又一个发射阶段,在该发射阶段中电压Uc和电流Ia相应地经过一整个振荡。然后从时刻T13直至时刻T14再一次出现短暂的等待阶段,但是在时刻T14通过最终放电到大约0V而使得所述等待阶段中断。

根据开关5、7和14的切换行为,控制信号S1在时刻T0至T2、T5至T6以及T10至T11之间在电平H上。控制信号S2和S4初始在电平L上。在时刻T1至T4、T5至T8以及T10至T13之间,控制信号S2、S4转到电平H中。为了更清楚起见,在按照图2的实施例中原则上电平H表示开关闭合(导通)并且电平L表示开关断开(不导通)。但是,取决于单个或者所有实际所使用的开关的类型及其特定的信号切换情况,会得到与之不同的实际的操控信号。

同样在图9中示出了调制信号MOD,其引起图9中示出的第一电容器4上的电压Uc的曲线。调制信号MOD直至时刻T1为电平H,然后直至时刻T3为电平L,在时刻T3为电平H,然后直至时刻T4为电平L,从时刻T4直至时刻T5为电平H,从时刻T5直至时刻T8为电平L,例外是在时刻T7为电平H,从时刻T8直至时刻T10为电平H并且从时刻T11直至时刻T13为电平L,例外是在时刻T12电平为H。因此基本上,调制信号MOD在第一电容器4的充电阶段中并且在第一电容器4上的电压Uc出现负的最大值时为电平H,而在其他情况下为电平L。

在图10中示范性地示出了驱动电路的另一种实施方式。驱动电路在此基于在图8中示出的驱动电路。但是,图10中的驱动电路具有第二电容器12,该第二电容器被连接在欧姆电阻8与第四开关14之间。

因为第一电容器4与欧姆电阻8之间的节点与接地端M相连接,所以在充电阶段期间(可控的第一开关5闭合,可控的第二和第四开关7、14断开)仅仅给第一电容器4充电。第二电容器12保持放电。如果随后将第一开关5断开并且将第二和第四开关7、14闭合,则在准谐振振荡期间能量首先通过天线电感2从第一电容器4转换到第二电容器12上(振荡180°)并且随后又从第二电容器12转换回第一电容器4上(振荡360°)。

在图14中的图表中示出了第一电容器4上的电压Uc1和第二电容器12上的电压Uc2。在图14中示出了,在此针对振荡没有被充电阶段中断的情况电压Uc1、Uc2的曲线。如果第一电容器4上的电压Uc1具有最小值,则第二电容器12上的电压Uc2总是达到其最大值,并且反之亦然。

图11中的驱动电路基于图10中的驱动电路,但是图11中的驱动电路此外还具有可选的充电电路15。此外,驱动电路在参考电压Um与接地端M之间有连接。充电电路15形成另一条用于输送相对于接地端M为负的参考电压-Ur的输入路径。上面的输入路径在这种布置结构中可以构造用于:提供相对于接地端为正的参考电压+Ur。正参考电压+Ur的数值和负参考电压-Ur的数值在此可以相等。另一输入路径具有欧姆电阻17和可控的第五开关16,其中第五开关16被连接在电阻17与第二电容器12之间。第五开关16可以借助于由开关控制单元9提供的控制信号S5来断开或者闭合。控制信号S5在此基本上对应于控制信号S1。也就是说,第五开关16基本上与第一开关5同时断开或者闭合。但是可能在两个控制信号A1、S5之间出现较小的偏差。因此在充电阶段期间第二电容器12被充电到负的电压-Ur上,而第一电容器4则被充电到正的电压+Ur上。通过这种方式可以使天线1上的电压Ua加倍,由此使得由天线1辐射出的无功功率翻了四倍。

在当前的驱动电路中,在充电阶段期间对第一电容器4的充电可能需要对第一开关5进行特别的操控,以便在开关5构造为场效应晶体管时防止对开关5栅极氧化物的任何损坏。

在图12中的电路图中示出了具有用于第一开关5的操控电路的驱动电路。齐纳二极管18被连接在开关5的栅极接头G与源极接头S之间,其中齐纳二极管18以其阳极与源极接头S相连接并且以其阴极与栅极接头G相连接。通过这种方式可以限制开关5的栅源电压Ugs。但是,也可以取代齐纳二极管18而使用其他的构件,该构件适合于限制栅源电压Ugs。另一可控的开关20以及欧姆电阻19被连接在第一开关5的栅极接头G与欧姆电阻6之间。在所述另一开关20的栅极接头G上向该另一开关提供控制信号S1。第一开关5的栅极接头G通过另一个开关20和电阻19来一直充电到通过电压限制电路(例如齐纳二极管18)预先给定的电压。电阻19在此用于在达到电压限制时限制流过齐纳二极管18的电流。

另一欧姆电阻21被连接在另一开关20的栅极接头G与源极接头S之间。由此,在没有控制信号S1加载在另一开关20的栅极接头G上时将该另一开关切断。

在一种实施方式中,第二或者第四开关7、14或者这两个开关都可以构造为所谓的背对背式晶体管。在图13中的驱动电路中,例如第四开关14构造为背对背式MOSFET。也就是说,开关具有第一MOSFET 141和第二MOSFET 142,它们的源极接头S彼此相连接。第一MOSFET 141的漏极接头D与电阻8相连接,并且第二MOSFET 142的漏极接头D与第二天线接头X2相连接。通过这种布置结构来保证,在MOSFET 711、712的被切断的状态下在两个漏极接头D之间不存在可传导的连接。MOSFET 141、142分别在其漏极接头与源极接头D、S之间具有寄生二极管。这些二极管在当前的布置结构中反串联地(antiseriell)连接,并且因此在停用的状态下阻止可传导的连接。如果一种布置结构具有多于一个的天线,这些天线借助于多路复用器来激活或者停用,则例如可以设置这样的背对背式布置结构。

在图15中的图表中示范性地示出了在充电阶段期间在第一电容器4中的电流Ic1以及在第一电容器4上的电压Uc1。在充电的开始,第一开关5处于饱和区内,并且因此限制流过第一电容器4的充电电流Ic1。如果第一开关5转换到线性区内,流过第一电容器4的充电电流Ic1就开始降低。就在达到第一电容器4上的最大电压之前不久,第一开关5就又转换到饱和区内,直至其最后在阈值电压处于(正的)电源电压+Ur之下时切断。

按照本发明的驱动电路的优点在于,所使用的n沟道MOSFET的漏极接头及源极接头的电压范围处于0V与100V之间。电压范围由此向上受到限制并且没有负的数值。因此,可以使用以所谓的散装技术制造的MOSFET。虽然同样可以使用以所谓的SOI技术(SOI = Silicon on Isolator绝缘体上的硅)制造的MOSFET,但是这一点并非强制必需。借助于SOI技术制造的MOSFET相对于借助于散装技术制造的MOSFET虽然具有更多的优点,但是更为复杂并且由此在其制造方面更为昂贵。

电容器4或者电容器4、12上的充电过程对天线电位没有影响并且因此没有引起电场的辐射(共模Common-Mode)。电场的辐射通常导致EMI(电磁干扰辐射,英语:Electromagnetic Interference)的提高。这种辐射因此在当前的驱动电路中相对于所已知的驱动电路得以降低。

在使用在图12中所示出的、用于第一开关5的操控电路时,不需要第一开关5的栅源电压Ugs相对于正参考电压+Ur是超高的。因此,不需要额外的电路用于产生这样的电压超高,如其在已知的驱动电路中所需要的那样。因此,驱动电路用较少的构件就足够。因此,可以如此选择正参考电压+Ur,使得其勉强处于由用于MOSFET的技术所准许的电压之下。这引起最大的天线电流并且由此引起有效范围的优化。

为了使天线1上的电压Ua和流过该天线的电流Ia加倍,驱动电路可以如上面已经描述的那样借助于充电电路15来扩展为全桥电路。为此,虽然需要额外的构件,但是剩余的电路布置结构的改变是不需要的。因此能够在没有很大开销的情况下来实现这种扩展方案。

附图标记列表:

1 感应式天线

2 感应部分

3 欧姆部分

4 第一电容器

5 可控的开关

6 欧姆电阻

7 可控的开关

8 电流测量装置

9 开关控制装置

10 可控的开关

11 二极管

12 第二电容器

13 欧姆电阻

14 可控的开关

15 充电电路

16 可控的开关

17 欧姆电阻

18 齐纳二极管

19 欧姆电阻

20 可控的开关

21 欧姆电阻

Ur 参考电压

+Ur 正参考电压

-Ur 负参考电压

Uc 电容器上的电压

Uc1 第一电容器上的电压

Uc2 第二电容器上的电压

Ua 天线电压

Ux 天线接头上的电位的总和

Ugs 栅源电压

Uds 漏源电压

Ia 天线电流

Ic2 第二电容器中的充电电流

X1 第一天线接头

X2 第二天线接头

S1 控制信号

S2 控制信号

S3 控制信号

S4 控制信号

S5 控制信号

MOD 调制信号

F1 第一谐振频率

F2 第二谐振频率

G 栅极接头

D 漏极接头

S 源极接头

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