单个LM324实现双路解码一路放大采样的电路及方法与流程

本发明属于无线供电领域，尤其涉及单个lm324实现双路解码一路放大采样的电路及方法。

背景技术：

在无线充电中采用无线充电联盟制定的wpc标准无线充电或非wpc标准无线充电。但是目前无线充电方案中只从发射线圈与谐振电容连接处端取一路信号进行解码；或者从发射线圈和采样电阻两处取信号进行解码，但电路比较复杂，需要4路以上运放,两个lm324或一个lm324和一个lm358。为了实现解码的过程，外围电路设计复杂，内部电路运放使用量过多，因此考虑如何在减少运放使用量的基础上确保信号获取的稳定性，是目前需要解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供的单个lm324实现双路解码一路放大采样的电路及方法，在获取稳定数字信号的同时，又减少了运放的使用量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种单个lm324实现双路解码一路放大采样的电路，其特殊之处在于：所述电路的输入端分别与能量发射端的发射线圈l1及采样电阻r57相连，电路的输出端与能量发射端的mcu相连，所述电路内含有包络检测电路、带有四路运放电路的单个lm324，四路运放电路分别为交流信号放大电路、一级比较电路、电流信号放大电路、二级比较电路，其中，交流信号放大电路与发射线圈l1之间通过包络检测电路相连，交流信号放大电路与mcu之间通过比较电路相连；电流信号放大电路的输入端与采样电阻r57连接，电流信号放大电路的输出端分为两路，一路直接与mcu相连，另一路通过二级比较电路与mcu相连。

进一步地，所述包络检波电路包括低通滤波网络、用于通交流的电容c33，

其中，低通滤波网络由电阻r39和电容c30并联形成，低通滤波网络的输出端与电容c33相连；

所述包络检波电路还包括检波二极管d6、限流电阻r48，其中检波二极管d6位于发射线圈l1和限流电阻r48之间，限流电阻r48连接低通滤波网络的输入端；

或限流电阻r48位于发射线圈l1和检波二极管d6之间，检波二极管d6连接低通滤波网络的输入端。

进一步地，所述交流信号放大电路包括高通网络、交流放大电路，所述高通网络由电容c36、r46串联形成，所述交流放大电路包括电阻r22、电阻r45、运算放大器u12a；电阻r22与运算放大器u12a的同相输入端相连，高通网络与运算放大器u12a的反相输入端相连，电阻r45位于运算放大器u12a的反相输入端与运算放大器u12a的输出端之间，运算放大器u12a的输出端与一级比较电路相连。

进一步地，包络检波电路内的低通滤波网络的输出端与交流信号放大电路的输入端之间连接有分压电阻r42、分压电阻r43；分压电阻r42一端与低通滤波网络的输出端相连，另一端与分压电阻r43、放大电路内的电阻r22共连。

进一步地，所述一级比较电路包括低通网络、运算放大器u12b、正反馈电阻r20；所述低通网络由r19、电容c24形成，所述运算放大器u12b的同相输入端和输出端之间连接有正反馈电阻r20，所述低通网络的输出端与运算放大器u12b的反相输入端相连，低通网络的输出端与运算放大器u12b的正相输入端之间连接有调整u12b正反相输入端阻抗的电阻r18,运算放大器u12b的输出端连接有提高信号阻抗的电阻r24；所述信号放大电路内的运算放大器u12a的输出端与一级比较电路的电阻r18及低通网络的输入端相连，一级比较电路的输出端经由电阻r24连接至mcu。

进一步地，所述电流信号放大电路包括滤波电路、运算放大器u12c、其中滤波电路由电阻r60、电容c34形成，滤波电路的输入端与采样电阻r57相连，滤波电路的输出端与运算放大器u12c的正相输入端相连，运算放大器u12c的反相输入端连接有分压电阻r62，运算放大器u12c的输出端通过电阻r66连接能量发射端内的mcu，在运算放大器u12c的反相输入端和电阻r66之间连接有分压电阻r63。

进一步地，所述二级比较电路包括正相输入端低通网络、反相输入端低通网络、运算放大器u12d，正相输入端低通网络由电阻r21、电容c26形成，反相输入端低通网络由电阻r23、电容c25形成，正相输入端低通网络的输出端与运算放大器u12d的正相输入端相连，反相输入端低通网络的输出端与运算放大器u12d的反相输入端相连；运算放大器u12d的输出端连接有电阻r25；所述电流信号放大电路内的运算放大器u12d的输出端与二级比较电路的正相输入端低通网络的输入端、反相输入端低通网络的输入端共连。

进一步地，所述能量发射端为设置有发射线圈l1和采样电阻r57的全桥电路或半桥电路，所述一级比较电路中的运算放大器u12b、二级比较电路中的运算放大器u12d分别采用comparator1、comparator2。

进一步地，在能量发射端内的全桥电路或半桥电路与mcu之间连接带有单个lm324的电路，对能量发射端内的信号实现双路解码一路电流放大采样，在上述权利要求的基础上，所述电路解析信号，将解析后的信号提供给能量发射端内的mcu；所述信号分为两路信号，一路信号来自叠加在发射线圈l1的交流电压信号，另一路信号来自通过采样电阻r57的电流信号。

进一步地，一路信号的解码过程为包络检波电路从发射线圈1处获取交流电压信号，之后经交流信号放大电路进行放大后进入一级比较电路得到还原后的数字信号i，完成对一路信号的解码工作，将得到的数字信号i连接至mcu；

另一路信号的解码过程为叠加在电流信号上的数字信号经过电流信号放大电路之后,再经过二级比较电路，还原生成数字信号ii，完成对另一路信号的解码工作，将得到的数字信号i连接至mcu。

进一步地，在另一路信号的解码过程中，对于电流放大采样过程为，叠加在电流信号上的数字信号经过电流信号放大电路之后,将电流信号送能量发射端内mcu内进行ad采样。

本发明与现有技术相比，其有益之处在于：本发明只需要4路运放即单个lm324就能实现对线圈和采样电阻端两路信号解码，同时实现一路电流放大采样。本发明在获取稳定数字信号的同时，又减少了运放的使用量,同时优化了外围电路器件，使之更加简洁稳定,易于布局。

附图说明

图1是本发明双解码电流放大电路与外接电路的连接示意图一；

图2是本发明双解码电流放大电路与外接电路的连接示意图二；

图3是本发明结构双解码电流放大电路的原理示意图一；

图4是本发明结构双解码电流放大电路的原理示意图二；

图5是本发明结构双解码电流放大电路的原理示意图二。

具体实施方式

以下参照附图1至附图5，给出本发明的具体实施方式，用来对本发明做进一步说明。

实施例1：

wpc标准的无线充电中，能量发射端在将电能发送给能量发射端时，会在能量发射端内部实时调整当前的收发功率，本实施例就是为了处理能量发射端内部对于当前收发功率的调整，将当前的能量发射端的电流、电压情况一并提供给能量发射端的mcu。

在本实施例中双路解码一路电流放大采样的电路是基于单个lm324实现的，在本实施例中接收解码信号以及采样电流的为能量发射端的mcu，在能量发射端设置有分别与电路输入端连接的采样电阻r57、发射线圈l1。

电路的输入端与能量发射端的发射线圈一端相连，在本实施例中发射线圈为l1，其与谐振电容c3连接，而电路的输出端与能量发射端的mcu相连。电路内含有包络检测电路101、带有四路运放电路的单个lm324，四路运放电路分别为交流信号放大电路102、一级比较电路103、电流信号放大电路104、二级比较电路105，其中，交流信号放大电路与能量发射端的发射线圈l1之间通过包络检测电路相连，交流信号放大电路与能量发射端的mcu之间通过比较电路相连；电流信号放大电路的输入端与能量发射端的采样电阻r57连接，电流信号放大电路的输出端分为两路，一路直接与能量发射端的mcu相连，另一路通过二级比较电路与能量发射端的mcu相连。

在本实施例中电路的输入端有两路输入信号，输入信号n101来自发射线圈l1上的能量信号acvoltage，输入信号n102来自从采样电阻r57处获得电流信号current；电路的输出端有三路输出信号，输出信号n104是对来自n101的信号进行解码后得到的decode1接入发射端的mcu，输出信号n103是对来自n102的信号进行解码后得到的decode2接入发射端的mcu，输出信号n105是对n102经过电流信号放大电路处理后直接对获得的采样信号amplifiedcurrent发送至发射端的mcu106。

在实现双路解码一路电流放大采样的电路内，包络检波电路从叠加在发射线圈l1上的能量信号中，该能量信号也就是交流电压信号，检出低频通信信号，该低频通信信号相对较弱，在经过交流信号放大电路实现信号放大，再经过一级比较电路进行比较，还原生成数字信号i。

从采样电阻r57处获得电流信号，叠加在电流信号上的数字信号随电流信号经过电流信号放大电路对电流信号放大后,一路做为电流信号送mcu进行ad采样，一路经过二级比较电路，在低通滤波网络和运算放大器的作用下还原生成数字信号ii。

包络检波电路包括检波二极管d6、低通滤波网络、限流电阻r48、电容c43。

其中，限流电阻r48位于检波二极管d6与低通滤波网络的输入端之间，低通滤波网络由电阻r39和电容c30并联形成，低通滤波网络的输出端还设置有用于通交流的电容c33。

在本实施例中检波二极管d6采用肖特基二极管，检波二极管d6从载波截取半波，限流电阻r48限流，通过低通滤波网络将高频滤掉,得到低频的通信信号，之后经c33去掉直流，然后叠加在r43，r42分压所得到的直流电压上，此处设置r43，r42是为了起到分压作用。

交流信号放大电路包括高通网络、交流放大电路，所述高通网络由电容c36、r46串联形成，交流放大电路包括电阻r22、电阻r45、运算放大器u12a；电阻r22与运算放大器u12a的同相输入端相连，高通网络与运算放大器u12a的反相输入端相连，电阻r45位于运算放大器u12a的反相输入端与运算放大器u12a的输出端之间，运算放大器u12a的输出端与一级比较电路相连。

由于r46、c36组成的高通网络，与u12a，r22，r45组成的放大电路共同对来自发射线圈l1的低频通信信号中的交流信号进行放大。

包络检波电路内的低通滤波网络的输出端与交流信号放大电路的输入端之间连接有分压电阻r42、分压电阻r43；分压电阻r42一端与低通滤波网络的输出端相连，另一端与分压电阻r43、放大电路内的电阻r22共连。

在本实施例实现双路解码一路电流放大采样的电路输入端连接能量发射端内的全桥电路或半桥电路，全桥电路或半桥电路内设置有采样电阻r57、发射线圈l1，双解码电流放大电路获取l1处的能量信号，在电阻r57处获得电流信号。

一级比较电路包括低通网络、运算放大器u12b、正反馈电阻r20；所述低通网络由r19、电容c24形成，所述运算放大器u12b的同相输入端和输出端之间连接有正反馈电阻r20，所述低通网络的输出端与运算放大器u12b的反相输入端相连，低通网络的输出端与运算放大器u12b的正相输入端之间连接有电阻r18,运算放大器u12b的输出端连接有电阻r24；在本实施例中r18主要是使u12b正反相输入端阻抗一致，r24提高信号阻抗后送入mcu。

信号放大线路内的运算放大器u12a的输出端与一级比较电路的电阻r18及低通网络的输入端相连。

由于r19，c24组成低通网络，r20为正反馈电阻，它们与u12b组成一级比较电路，一级比较电路对交流信号进行数字信号i还原。

电流信号放大电路包括滤波电路、运算放大器u12c、其中滤波电路由电阻r60、电容c34形成，滤波电路的输出端与运算放大器u12c的正相输入端相连，运算放大器u12c的反相输入端连接有电阻r62，运算放大器u12c的输出端通过电阻r66连接控制单元mcu，在运算放大器u12c的反相输入端和电阻r66之间连接有电阻r63。在本实施例中r62、r63串联，对反馈信号分压后送入u12c负端，r66提高信号阻抗后送入mcu。

从采样电阻r57处获得的电流经过r60，c34滤波后，进入运算放大器u12c，根据放大倍数计算公式得出放大1+r63/r62后，一路经r66送mcu进行ad采样，一路送后级电路进行解码得到数字信号ii。

二级比较电路包括正相输入端低通网络、反相输入端低通网络、运算放大器u12d，正相输入端低通网络由电阻r21、电容c26形成，反相输入端低通网络由电阻r23、电容c25形成，正相输入端低通网络的输出端与运算放大器u12d的正相输入端相连，反相输入端低通网络的输出端与运算放大器u12d的反相输入端相连；运算放大器u12d的输出端连接有电阻r25；所述电流信号放大电路内的运算放大器u12d的输出端与二级比较电路的正相输入端低通网络的输入端、反相输入端低通网络的输入端共连。

由电阻r21，电容c26组成正向输入端低通网络，电阻r23，电容c25组成负向输入端低通网络，它们与运算放大器u12d组成二级比较电路，叠加在电流信号上的数字扰动，经过二级比较电路后会被还原，可通过调此正相输入端低通网络、反相输入端低通网络的带宽，来调解码的灵敏度。

在本发明提供的双解码电流放大电路,实现两路解码一路电流放大，其工作原理是:

在能量发射端内的全桥电路或半桥电路与mcu之间连接带有单个lm324的电路，对能量发射端内的信号实现双路解码一路电流放大采样，在上述权利要求的基础上，所述电路解析信号，将解析后的信号提供给能量发射端内的mcu；所述信号为两路信号，一路信号来自叠加在发射线圈l1的交流电压信号，另一路信号来自通过采样电阻r57的电流信号。

电路输入端接收两路信号，一路信号来自叠加在发射线圈l1的交流电压信号，即输入端的一路信号位于发射线圈l1与谐振电容c3的连接点之间，经包络检波电路获取交流电压信号，该交流信号经过交流信号放大电路进行放大后进去比较电路得到还原后的数字信号i，完成对一路信号的解码工作，将得到的数字信号i连接至mcu。

对在发射线圈l1上获得的信号进行解码，检波二极管d6与低通滤波网络组成一个包络检波电路，对叠加在发射线圈l1上的交流电压信号进行提取，检出低频通信信号，此时获得的低频通信信号比较弱，经过交流信号放大电路后，再经过一级比较电路进行比较，还原生成数字信号i。

另一路信号来自通过采样电阻r57的电流信号，即输入端的另一路信号位于r57与sw2的连接点，该路叠加在电流信号上的数字信号经过电流信号放大电路之后,一路做为电流信号送mcu内进行ad采样，另一路再经过二级比较电路，还原生成数字信号ii，完成对另一路信号的解码工作，将得到的数字信号i连接至mcu。

lm324系列器件带有真差动输入的四运算放大器，具有真正的差分输入。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为mc1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。

实施例2

在本实施例中双解码电流放大电路的原理与信号传输同实施例1，区别仅在于，限流电阻r48通过检波二极管d6与低通滤波网络的能量发射端的输入端相连。

实施例3

在本实施例中双解码电流放大电路的原理与信号传输同实施例1，区别仅在于，所述一级比较电路中的运算放大器u12b、二级比较电路中的运算放大器u12d分别采用比较器comparator1、比较器comparator2。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明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发明。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，本发明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发明内。

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。