一种高精度Q值快速检测电路的制作方法

一种高精度q值快速检测电路
技术领域
1.本实用新型涉及无线充电技术领域，具体是一种高精度q值快速检测电路。


背景技术：

2.随着智能终端及设备对防尘防水设计的技术需求，使得无线充电技术及产品近几年得到快速发展。在无线充电系统中，发射模块(tx)通过线圈耦合给接收模块(rx)发送能量，如果tx与rx之间存在异物，系统转换效率大幅下降，导致充电过程中无线充电设备稳定急剧升高，甚至带来安全性问题。
3.国际组织wpc制定qi无线充电协议，便于无线充电设备的相互兼容和统一，至今已经被广泛采用。在最新的qi 1.2.4epp协议中，为了增强对中高功率的能量传输安全性，强制要求认证设备必须具有外来物检测功能，以检测在充电前和充电过程是否有外来异物进入，避免导致其发热从而引起安全隐患。
4.tx设备自身的串联谐振回路的q值(指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比)由rlc三个参数有关。如果存在异物，等效于在tx线圈上并联了电阻负载r，导致q值降低。因此快速检测出tx谐振回路的q值，就可以判断异物是否存在。
5.现有技术的q值检测电路(一种无线充电高精度q值检测方法和电路，公开号cn111381107b)，存在以下问题：q值检测精度较差，特别是低q值时的检测精度；q值检测时间较长；q值检测电路比较复杂，需要改进。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种高精度q值快速检测电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
8.一种高精度q值快速检测电路，包括：
9.lc谐振模块，用于产生谐振信号；
10.过零检测计数模块，用于通过比较谐振信号与零电平信号，产生方波信号，通过方波的正边沿触发计数器进行计数；
11.峰值电压采样保持模块，用于采样过零检测计数模块中谐振信号的两个峰值电压；
12.电压电流信号转换模块，用于将采样的两个峰值电压转化为两个采样电流；
13.对数运算模块，用于通过两个采样电流获取流过电阻的压降电流；
14.q值转换模块，用于通过压降电流、q值计数公式得到q值；
15.lc谐振模块连接过零检测计数模块，过零检测计数模块连接峰值电压采样保持模块，峰值电压采样保持模块连接电压电流信号转化模块，电压电流信号转化模块连接对数运算模块，对数运算模块连接q值转换模块。
16.作为本实用新型再进一步的方案：对数运算模块包括采样电流irph、采样电流irpl，采样电流irph连接放大器u1的同相端、二极管dh的正极，采样电流irpl连接放大器u1的反相端、二极管d1的正极，二极管dh的负极接地，二极管d1的负极连接电阻r、放大器u1的输出端，电阻r的另一端接地。
17.作为本实用新型再进一步的方案：q值转换模块包括压降电流iout，压降电流iout连接电容cq、开关sw、放大器u2的同相端，电容cq的另一端接地，放大器u2的反相端连接基准电压vref，开关sw的另一端接地。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型q值通过电路单元直接计算得到，精度极高；q值计算电路极为简单，不需要像现有技术一样需要adc、mcu参与运算；q值检测时间极短，在峰值电压采样后就可以计算得到。
附图说明
19.图1为一种高精度q值快速检测电路的原理图。
20.图2为lc谐振模块的电路图。
21.图3为对数运算模块的电路图。
22.图4为q值转换模块的电路图。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.请参阅图1，一种高精度q值快速检测电路，包括：
25.lc谐振模块，用于产生谐振信号；
26.过零检测计数模块，用于通过比较谐振信号与零电平信号，产生方波信号，通过方波的正边沿触发计数器进行计数；
27.峰值电压采样保持模块，用于采样过零检测计数模块中谐振信号的两个峰值电压；
28.电压电流信号转换模块，用于将采样的两个峰值电压转化为两个采样电流；
29.对数运算模块，用于通过两个采样电流获取流过电阻的压降电流；
30.q值转换模块，用于通过压降电流、q值计数公式得到q值；
31.lc谐振模块连接过零检测计数模块，过零检测计数模块连接峰值电压采样保持模块，峰值电压采样保持模块连接电压电流信号转化模块，电压电流信号转化模块连接对数运算模块，对数运算模块连接q值转换模块。
32.在本实施例中：请参阅图3，对数运算模块包括采样电流irph、采样电流irpl，采样电流irph连接放大器u1的同相端、二极管dh的正极，采样电流irpl连接放大器u1的反相端、二极管d1的正极，二极管dh的负极接地，二极管d1的负极连接电阻r、放大器u1的输出端，电阻r的另一端接地。
33.在本实施例中：请参阅图4，q值转换模块包括压降电流iout，压降电流iout连接电
容cq、开关sw、放大器u2的同相端，电容cq的另一端接地，放大器u2的反相端连接基准电压vref，开关sw的另一端接地。
34.在具体实施例中：请参阅图1，首先过零检测计数模块的电容c和电感l通过吸放电来产生谐振信号vr。
35.进一步，过零检测计数模块比较谐振信号vr与零电平信号，产生方波信号，方波的正边沿触发计数器进行计数。
36.请参阅图2，再进一步，峰值电压采样保持模块对谐振信号vr进行采样保持，系统配置计数器在不同计数值时进行采样保持，根据需求获取两个不同计数值下谐振信号vr对应的峰值电压vrph、vrpl。在这里举例选取计数值分别为1和3时候的峰值电压vrph、vrpl。
37.再进一步，电压电流信号转化模块通过两个峰值电压vrph、vrpl获取两个采样电流irph、irpl，有irph/irpl＝vrph/vrpl。选取相同阻值的电阻以此来获得峰值电压比和采样电流比相同。
38.请参阅图3，再进一步，对数运算模块通过放大器u1同相端和反相端上的电压相同原理，且采样电流irph和二极管dh构成的放大器u1同相端，采样电流irpl和二极管d1、电阻r构成的反相端电压，得到电阻r上的电压为：
39.δvbe＝v
t
ln(irph/irpl)＝v
t
ln(vrph/vrpl)，v
t
为常数26mv，
40.压降电流iout＝δvbe/r＝(v
t
/r)*ln(vrph/vrpl)。
41.请参阅图4，再进一步，请参阅图4，步骤6中q值转换模块中比较器u2的正端接电容cq电压信号，负端接基准电压，初始状态下电容cq电压为零，比较器u2的输出信号tq为低电平，控制开关sw断开，压降电流iout对电容cq进行充电，当电容cq上的电压大于基准电压vref时，比较器u2的输出信号tq由低电平变成高电平，控制开关sw导通，电容cq通过开关sw对地快速放电，在比较器的反转延时之内，电容cq放电电压变为零，比较器反转延时之后，输出信号tq由高变低回到零，重复上述工作；文中描述的tq是窄脉冲波形，窄脉冲的周期对应公式q＝k*tq中的tq参数，窄脉冲的周期会随着lc谐振的q值变化，窄脉冲周期时间越长，q值越大。
42.由公式c*v＝i*t(由q＝c*v和q＝i*t获得)，得到
43.tq＝cq*vref/iout＝(cq*vref*r/v
t
)/ln(vrph/vrpl)。
44.其中tq、cq、vref、iout分别对应公式c*v＝i*t中的t、c、v、i，t恒流充电或者恒流放电时间，c电容器容量，v电容器电压，i恒流充电或者恒流放电。
45.q值计算公式为：
46.q＝π/ln(vrph/vrpl)。
47.q值计算公式中对数是在分母，而tq＝cq*vref/iout＝(cq*vref*r/v
t
)/ln(vrph/vrpl)计算得到的对数不在分母上，所以通过公式转换，得到q值大小与tq的周期时间成正比。且q值是无量纲的，而芯片无法输出无量纲的物理量，只能是一个对应关系，这里q值对应的是周期tq时间量，故将两公式结合，
48.得到：q＝(π*tq*v
t
)/(cq*vref*r)。
49.其中π、v
t
、cq、vref、r为固定值，设k＝(π*v
t
)/(cq*vref*r)，
50.即q＝k*tq，得出q值。
51.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而
且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
52.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。