CN104617929B - 数据信号检测电路、方法和非接触供电装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种数据信号检测电路、方法和应用其的非接触供电装置。通过将峰值包络信号和经过延迟的包络信号进行比较，获得表征数据信号上升沿的第一检测信号和表征数据信号下降沿的第二检测信号，对第一、第二检测信号进行时钟脉冲数量筛选，在第一检测信号保持有效电平持续预定时间时将所述数据信号置位，在第二检测信号保持有效电平持续预定时间时将所述数据信号置零。由此，可以消除电感电流的峰值包络中的振荡和毛刺对于数据检测的不利影响。

Description

数据信号检测电路、方法和非接触供电装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种数据信号检测电路、方法和非接触供电装置。

背景技术

非接触供电装置通常包含有一个由发射线圈L1和接收线圈L2构成的变压器。其可以利用变压器发射线圈、接收线圈间磁场耦合的性能将能量从电能发射端向电能接收端传送。

在非接触式供电装置中，由于发射侧和接收侧是隔离的，发射侧和接收侧之间的通信需要采用特殊的通信方式。在现有技术中，通常对数据发送方的电感元件上的电流或电压的幅值进行调制，完成数据发送。数据接收一方对电感元件上的感应信号进行包络检波即可获得数据，由此可以实现非接触供电设备发射侧和接收侧之间的数据通信。

现有技术中的数据信号检测电路通常对电感电流的峰值包络Vs或者峰值包络的采样脉冲Vs’(如图1A所示)进行积分或者微分运算，根据积分或微分后的结果获取数据信号。如图1B所示，通过微分电路对峰值包络Vs微分后得到微分信号Vdif。微分信号Vdif可以指示数据信号的上升沿和下降沿，基于其可以进一步获得数据信号Vcode。该方法无法滤除电感电流峰值包络的振荡或者毛刺。这些振荡和毛刺可能会对数据信号检测有效性构成影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种数据信号检测电路、方法和非接触供电装置，以消除电感电流的峰值包络中的振荡和毛刺对于数据检测的不利影响。

第一方面，提供一种数据信号检测电路，包括：

包络检测电路，用于检测电感电流的峰值包络，在第一端生成第一峰值包络信号；

检测信号生成电路，用于在第二端生成相对于所述第一峰值包络信号延迟预定延迟时间的第二峰值包络信号，根据所述第一峰值包络信号和所述第二峰值包络信号生成第一检测信号和第二检测信号，所述第一检测信号用于表征数据信号的第一切换，所述第二检测信号用于表征数据信号的第二切换；

数据信号生成电路，用于在第一检测信号保持有效电平持续预定时间时将所述数据信号置位，在第二检测信号保持有效电平持续预定时间时将所述数据信号置零。

优选地，所述检测信号生成电路包括：

延迟电路，用于在所述第二端生成相对于所述第一峰值包络信号延迟预定延迟时间的第二峰值包络信号；

第一比较器，第一输入端与所述第一端连接，第二输入端与所述第二端连接，输出所述第一检测信号；

第二比较器，第一输入端与所述第二端连接，第二输入端与所述第一端连接，输出所述第二检测信号。

优选地，所述检测信号生成电路还包括：

第一电压源，与所述第一比较器的第一输入端连接，用于将所述第一峰值包络信号降低第一阈值后输入到所述第一比较器；

第二电压源，与所述第二比较器的第一输入端连接，用于将所述第二峰值包络信号降低第二阈值后输入到所述第二比较器。

优选地，所述数据信号生成电路通过时钟计数器对所述第一检测信号和所述第二检测信号保持有效电平的时间进行时钟计数判断持续时间。

优选地，所述延迟电路为连接在所述第一端和所述第二端之间的RC电路。

优选地，所述第一输入端为同相端，所述第二输入端为反相端。

第二方面，提供一种非接触供电装置，包括电能发射端和电能接收端，通过调制电能发射端或电能接收端的线圈电感电流向所述电能接收端或电能发射端传输数据信号；

所述电能发射端和/或所述电能接收端包括如上所述的数据信号检测电路。

第三方面，提供一种数据信号检测方法，包括：

检测电感电流峰值包络，生成第一峰值包络信号；

将所述第一峰值包络信号延迟预定时间，生成第二峰值包络信号；

根据所述第一峰值包络信号和所述第二峰值包络信号生成表征数据信号的第一切换的第一检测信号和表征数据信号的第二切换的第二检测信号；

在第一检测信号保持有效电平持续预定时间时将数据信号置位，在第二检测信号保持有效电平持续预定时间时将数据信号置零。

优选地，所述根据所述第一峰值包络信号和所述第二峰值包络信号生成表征数据信号的第一切换的第一检测信号和表征数据信号的第二切换的第二检测信号：

在所述第一峰值包络信号大于所述第二峰值包络信号第一阈值时将所述第一检测信号置为有效电平；在所述第一峰值包络信号小于所述第二峰值包络信号第二阈值时将第二检测信号置位有效电平。

优选地，通过时钟计数器对第一检测信号和第二检测信号保持有效电平的时间进行计数判断持续时间。

通过将峰值包络信号和经过延迟的包络信号进行比较，获得表征数据信号的第一切换的第一检测信号和表征数据信号的第二切换的第二检测信号，对第一、第二检测信号进行时钟脉冲数量筛选，在第一检测信号保持有效电平持续预定时间时将所述数据信号置位，在第二检测信号保持有效电平持续预定时间时将所述数据信号置零。由此，可以消除电感电流的峰值包络中的振荡和毛刺对于数据检测的不利影响。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1A是现有技术中数据信号检测电路工作波形的示意图；

图1B是现有技术中的峰值包络采样工作波形示意图；

图2是本发明第一实施例的非接触供电装置的示意图；

图3是本发明第一实施例的数据信号检测电路的示意图；

图4是本发明第一实施例的检测信号生成电路的工作波形图；

图5是本发明第一实施例的检测信号过滤电路和数据信号生成电路的工作波形图；

图6是本发明第二实施例的数据信号检测方法的流程图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图2是本发明第一实施例的非接触供电装置的示意图。如图2所示，非接触供电装置20包括电能发射端21和电能接收端22。

其中，电能发射端21包括逆变电路211、发射侧谐振电路212和发射侧控制电路213。逆变电路211输出具有预定频率的高频交流电。发射侧谐振电路212包括发射线圈L1，其用于从逆变电路211接收高频交流电，并通过发射线圈L1向电能接收端22传输电能。

为了平衡发射侧谐振电路212的漏感抗的反射感抗以及电路中由寄生参数引起的感抗，消除高频下由于这些寄生参数存在而产生的电压尖峰和浪涌电流，减小电磁干扰和电源噪声并减小电源的视在功率，提高电源的功率因数，发射侧谐振电路212中可以加入发射侧谐振电容Cs，其与发射线圈L1串联或并联，以与发射线圈L1形成谐振电路。当然，本领域技术人员可以理解，在某些情况下可以利用电路的分布电容(例如发射线圈导线之间的分布电容)来作为发射侧谐振电容Cs，从而不必在电路中设置独立的电容元件。

电能接收端22可以以分离地以非接触方式耦合到发射端21接收电能，其包括接收侧谐振电路221、整流电路222和接收侧控制电路223。接收侧谐振电路221包括接收线圈L2，接收线圈L2可以与发射线圈L1分离地以非接触方式耦合(耦合度为k)，从发射线圈L1接收电能。同时，为了减小接收侧消耗的无功功率，增大磁耦合结构传输的有功功率，接收侧谐振电路221还可以加入接收侧谐振电容Cd。如上所述，接收侧谐振电容Cd可以利用电路其它元件的分布电容(例如线圈导线之间的分布电容)来实现，从而不必在电路中设置专门的电容元件。整流电路222用于对接收到的电流进行整流。接收侧控制电路223可以进行整流的控制以及进行通信数据信号的调制。

一方面，在电能发射端21，发射侧控制电路213可以控制逆变电路对发射线圈L1的电流进行调制，进而通过磁耦合使得接收线圈L2的感应电流呈现出调制特性。此时，接收侧控制电路223通过检测该感应电流可以获取由发射侧发送的数据信号。由此，可以实现从电能发射端至电能接收端的通信。

另一方面，在电能接收端22，接收侧控制电路223可以控制整流电路或设置于输出端口的短路开关，依据要发送的数据信号来改变接收侧的负载，从而对接收侧线圈L2的电感电流进行调制。通过磁耦合，发射侧线圈L1的感应电流会呈现出调制特性。此时，发射侧控制电路213通过检测该感应电流的峰值包络可以获取由接收侧发送的数据信号。由此，可以实现从电能接收端至电能发送端的通信。

由此，可以在电能发射端21和电能接收端22之间实现双向通信。在发射侧控制电路213和接收侧控制电路223中均可以设置数据信号检测电路，其根据检测线圈电流的峰值包络的变化检测数据信号。

图3是本发明第一实施例的数据信号检测电路的示意图。如图3所示，数据信号检测电路包括包络检测电路31、检测信号生成电路32、数据信号生成电路33。

其中，包络检测电路31用于检测电感电流IL，生成电感电流的峰值包络信号Vs。优选地，包络检测电路31包括电流采样保持电路311和滤波电路312，滤波电路312优选为RC滤波电路。电感电流IL经电流采样保持电路311采样后，可以获得正半周期的电流峰值包络的采样信号Vs。采样信号经过滤波电路312滤波后可以生成连续的第一峰值包络信号Vs1。

应理解，峰值包络的采样信号作为离散的峰值包络信号也可以应用于本实施例，作为第一峰值包络信号用于进行数据信号检测。

优选地，包络检测电路31还进一步包括缓冲电路313，其可以由电压跟随器构成。缓冲电路313为有源电路或有源器件，可以对输出节点进行电流驱动，保持第一峰值包络信号Vs1的波形，避免其受到后级电路的影响。

检测信号生成电路32用于生成第二峰值包络信号Vs2，并根据第一峰值包络信号Vs1和第二峰值包络信号Vs2生成表征数据信号第一切换的第一检测信号UP，和表征数据信号第二切换的第二检测信号DW。在本实施例中，第一切换指数据信号由0跳变为1，第二切换指数据信号由1跳变为0。

为了方便理解本发明，本实施例在后将以第一切换为信号上升沿、第二切换为信号下降沿为例进行说明。但是，应理解，其它的设置，例如第一切换为下降沿、第二切换为上升沿，也可以应用于本实施例。

第二峰值包络信号Vs2相对于第一峰值包络信号Vs1延迟预定延迟时间。也即，第二峰值包络信号Vs2与第一峰值包络信号Vs频率和幅值相同，相位滞后预定延迟时间。

具体地，检测信号生成电路32包括延迟电路321、第一比较器322和第二比较器323。延迟电路321与包络检测电路31的输出端(也即第一端s)连接，接收第一峰值包络信号Vs1，并根据第一峰值包络信号Vs1生成第二峰值包络信号Vs2。延迟电路321优选为RC电路，其包括连接在第一端s和第二端s’之间的电阻R和连接在第二端s’和接地端之间的电容C。延迟电路321第二端s’上输出延迟的第二峰值包络信号Vs2。第一比较器322的同相端与第一端s连接，输入第一峰值包络信号Vs1，反相端与第二端s’连接，输入第二峰值包络信号Vs2。第一比较器322比较第一峰值包络信号Vs1和第二峰值包络信号Vs2输出第一检测信号UP。第二比较器323的同相端与第二端s’连接，输入第二峰值包络信号Vs2，反相端与第一端s连接，输入第一峰值包络信号Vs1。第二比较器323比较第二峰值包络信号Vs2和第一峰值包络信号Vs1输出第二检测信号DW。

在第一峰值包络信号Vs1上升期间，第一峰值包络信号Vs1大于第二峰值包络信号Vs2，此时第一检测信号UP为高电平。第一检测信号为高电平期间可以表征数据信号的上升沿。在第一峰值包络信号Vs1持续下降期间，第一峰值包络信号Vs1小于第二峰值包络信号Vs2，此时第二检测信号DW为低电平。为第二检测信号DW为高电平期间，可以表征数据信号的下降沿。

优选地，检测信号生成电路32还包括连接在第一比较器322的同相端和第一端s之间的第一电压源324和连接在第二比较器323的同相端和第二端s’之间的第二电压源325。第一电压源324和第二电压源325的电压值可以设置为相同或不同。第一电压源324用于将第一峰值包络信号Vs1降低第一阈值后输入到所述第一比较器322。第二电压源325用于将第二峰值包络信号Vs2降低预定阈值后输入到第二比较器323。

图4是本发明第一实施例的检测信号生成电路的工作波形图。如图4所示，由于第一电压源324的存在，第一峰值包络信号Vs1高于第二峰值包络信号Vs2第一阈值时，第一比较器322输出高电平，也即第一检测信号UP为高电平，否则，第一比较器322输出低电平。同时，由于第二电压源325的存在，第二峰值包络信号Vs2高于第一峰值包络信号Vs1第二阈值时，第二比较器323输出高电平，也即第二检测信号DW为高电平，否则，第二比较器323输出低电平。第一检测信号UP为高电平表示在此期间峰值包络信号上升。而峰值包络信号表示数据信号，因此，可以利用第一检测信号UP为高电平来表征数据信号由0切换至1。类似地，第二检测信号DW为高电平表示在此期间峰值包络信号下降。而峰值包络信号与数据信号对应一致，因此，可以利用第二检测信号DW为高电平来表征数据信号由1切换至0。

应理解，以上以高电平为有效电平为例来进行说明，但是，有效电平也可以被设置为低电平，或者对于不同的检测信号设置不同的有效电平。针对有效电平的不同设置，第一比较器322、第二比较器323的输入信号顺序以及电流源的连接关系需要适应性改变，这属于本实施例方案的等同方案。

数据信号生成电路33用于在第一检测信号UP保持有效电平(在本实施例中为高电平)持续预定时间时将数据信号置位，在第二检测信号DW保持有效电平(在本实施例中为高电平)持续预定时间时将数据信号置零。

图5是本发明第一实施例的数据信号生成电路的工作波形图。如图5所示，在时刻t1，第一检测信号UP切换为高电平，此时开始利用时钟计数器对其保持为高电平的时间进行计数。在计数值count_up达到预定数量的时钟脉冲时(时刻t2)，也即保持高电平持续预定时间时，数据信号code被置位。在时刻t3，第二检测信号DW切换为高电平，此时开始利用时钟计数器对其保持为高电平的时间进行计数。在计数值count_dw达到预定数量的时钟脉冲时(时刻t4)，也即保持高电平持续预定时间时，数据信号code被置零。类似地，在时刻t5，数据信号code被再次置位。在时刻t6数据信号code被再次置零。

在时刻t7，第一检测信号UP切换为高电平，此时开始利用时钟对其保持为高电平的时间进行计数。由于第一检测信号UP保持为高电平的时间并未达到预定时间，因此数据信号code不发生改变。同样地，在时刻t8，第二检测信号DW切换为高电平，此时开始利用时钟计数器对其保持为高电平的时间进行计数。由于第二检测信号DW保持为高电平的时间并未达到预定时间，因此数据信号code不发生改变。

通过进行时钟筛选，将持续时间小于预定时间的检测信号滤除掉，可以去除峰值包络信号中的震荡和毛刺的影响。

同时，由于在非接触供电装置中进行通信采用的数据信号的时钟周期远大于上述进行计数的时钟周期和供电装置的开关周期，并且其通常为进行计数的时钟周期或供电装置的开关周期的整数倍，因此，由于第一电压源、第二电压源引入导致的数据信号波形的微小变化不会对数据信号检测的精确性构成影响。

由此，本实施例通过将峰值包络信号和经过延迟的包络信号进行比较，获得表征数据信号上升沿的第一检测信号和表征数据信号下降沿的第二检测信号，对第一、第二检测信号进行时钟脉冲数量筛选，在第一检测信号保持有效电平持续预定时间时将所述数据信号置位，在第二检测信号保持有效电平持续预定时间时将所述数据信号置零。由此，可以消除电感电流的峰值包络中的振荡和毛刺对于数据检测的不利影响。

图6是本发明第二实施例的数据信号检测方法的流程图。如图6所示，所述方法包括：

步骤610、检测电感电流的峰值包络，生成第一峰值包络信号。

步骤620、将所述第一峰值包络信号延迟预定时间，生成第二峰值包络信号。

步骤630、根据所述第一峰值包络信号和所述第二峰值包络信号生成表征数据信号的第一切换的第一检测信号和表征数据信号的第二切换的第二检测信号。

步骤640、在第一检测信号保持有效电平持续预定时间时将数据信号置位，在第二检测信号保持有效电平持续预定时间时将数据信号置零。

具体地，步骤630包括：

在第一峰值包络信号大于第二峰值包络信号第一阈值时将第一检测信号置为有效电平；在第一峰值包络信号小于第二峰值包络信号第二阈值时将第二检测信号置位有效电平。

由此，本实施例通过将峰值包络信号和经过延迟的包络信号进行比较，获得表征数据信号上升沿的第一检测信号和表征数据信号下降沿的第二检测信号，对第一、第二检测信号进行时钟脉冲数量筛选，在第一检测信号保持有效电平持续预定时间时将所述数据信号置位，在第二检测信号保持有效电平持续预定时间时将所述数据信号置零。由此，可以消除电感电流的峰值包络中的振荡和毛刺对于数据检测的不利影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数据信号检测电路，包括：

包络检测电路，用于检测电感电流的峰值包络，在第一端生成第一峰值包络信号；

检测信号生成电路，用于在第二端生成相对于所述第一峰值包络信号延迟预定延迟时间的第二峰值包络信号，根据所述第一峰值包络信号和所述第二峰值包络信号生成第一检测信号和第二检测信号，所述第一检测信号用于表征数据信号的第一切换，所述第二检测信号用于表征数据信号的第二切换；

数据信号生成电路，用于在第一检测信号保持有效电平持续预定时间时将所述数据信号置位，在第二检测信号保持有效电平持续预定时间时将所述数据信号置零；

所述检测信号生成电路包括：

延迟电路，用于在所述第二端生成相对于所述第一峰值包络信号延迟预定延迟时间的第二峰值包络信号；

第一比较器，第一输入端与所述第一端连接，第二输入端与所述第二端连接，输出所述第一检测信号；

第二比较器，第一输入端与所述第二端连接，第二输入端与所述第一端连接，输出所述第二检测信号。

2.根据权利要求1所述的数据信号检测电路，其特征在于，所述检测信号生成电路还包括：

第一电压源，与所述第一比较器的第一输入端连接，用于将所述第一峰值包络信号降低第一阈值后输入到所述第一比较器；

第二电压源，与所述第二比较器的第一输入端连接，用于将所述第二峰值包络信号降低第二阈值后输入到所述第二比较器。

3.根据权利要求1所述的数据信号检测电路，其特征在于，所述数据信号生成电路通过时钟计数器对所述第一检测信号和所述第二检测信号保持有效电平的时间进行时钟计数判断持续时间。

4.根据权利要求1所述的数据信号检测电路，其特征在于，所述延迟电路为连接在所述第一端和所述第二端之间的RC电路。

5.根据权利要求1所述的数据信号检测电路，其特征在于，所述第一输入端为同相端，所述第二输入端为反相端。

6.一种非接触供电装置，包括电能发射端和电能接收端，通过调制电能发射端或电能接收端的线圈电感电流向所述电能接收端或电能发射端传输数据信号；

所述电能发射端和/或所述电能接收端包括如权利要求1-6中任一项所述的数据信号检测电路。

7.一种数据信号检测方法，包括：

检测电感电流峰值包络，生成第一峰值包络信号；

将所述第一峰值包络信号延迟预定时间，生成第二峰值包络信号；

根据所述第一峰值包络信号和所述第二峰值包络信号生成表征数据信号的第一切换的第一检测信号和表征数据信号的第二切换的第二检测信号；

在第一检测信号保持有效电平持续预定时间时将数据信号置位，在第二检测信号保持有效电平持续预定时间时将数据信号置零。

8.根据权利要求7所述的数据信号检测方法，其特征在于，所述根据所述第一峰值包络信号和所述第二峰值包络信号生成表征数据信号的第一切换的第一检测信号和表征数据信号的第二切换的第二检测信号：

在所述第一峰值包络信号与所述第二峰值包络信号的差大于第一阈值时将所述第一检测信号置为有效电平；在所述第二峰值包络信号与所述第一峰值包络信号的差大于第二阈值时将第二检测信号置位有效电平。

9.根据权利要求7所述的数据信号检测方法，其特征在于，通过时钟计数器对第一检测信号和第二检测信号保持有效电平的时间进行时钟计数判断持续时间。