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用于電感的驅(qū)動(dòng)電路的制作方法

文檔序號(hào):12070022閱讀:464來源:國(guó)知局
用于電感的驅(qū)動(dòng)電路的制作方法與工藝

本發(fā)明涉及一種用于電感、尤其是感應(yīng)式天線的驅(qū)動(dòng)電路以及一種具有驅(qū)動(dòng)電路的有源發(fā)射裝置。



背景技術(shù):

無鑰匙進(jìn)入和啟動(dòng)系統(tǒng)、例如無鑰匙啟動(dòng)進(jìn)入(PASE)系統(tǒng)是自動(dòng)的系統(tǒng),無需主動(dòng)地使用車鑰匙的情況下解鎖車輛并且通過僅僅操縱啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)車輛。這通過具有芯片的電子鑰匙來實(shí)現(xiàn),車輛駕駛員隨身攜帶所述電子鑰匙。周期性地由車輛通過至少一個(gè)位于車輛上的天線發(fā)射出在LF-頻率(LF代表頻率例如在20kHz與200kHz之間的“低頻”)上的、借助于第一編碼表編碼的請(qǐng)求信號(hào)。所述系統(tǒng)因此進(jìn)入到在UHF-范圍(UHF代表頻率在例如三位數(shù)的MHz范圍內(nèi)的“超高頻”)內(nèi)的接收模式中并且等待確認(rèn)。如果配備有應(yīng)答器的鑰匙在有效范圍內(nèi),則該鑰匙接收LF信號(hào),對(duì)該LF信號(hào)進(jìn)行解碼,并且將該LF信號(hào)以使用第二編碼表重新編碼的UHF信號(hào)再次發(fā)射出。UHF信號(hào)在車輛內(nèi)被解碼。因?yàn)檐囕v熟悉這兩個(gè)編碼表,所以車輛能夠?qū)⒆陨淼脑及l(fā)送與剛剛接收到的信號(hào)相比較并且在相一致時(shí)準(zhǔn)許進(jìn)入。如果在所定義的時(shí)間內(nèi)沒有正確的答復(fù),則什么也不會(huì)發(fā)生并且系統(tǒng)再次切換到待命狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程基本上對(duì)應(yīng)于進(jìn)入控制,在此僅要操縱發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕。

作為用于發(fā)射LF信號(hào)的天線主要使用感應(yīng)式天線,所述感應(yīng)式天線例如實(shí)施為設(shè)有繞組的鐵氧體磁芯(也作為磁性天線或者鐵氧體天線而公知)。感應(yīng)式天線的電感在此通常與振蕩回路中的電容器一起工作。這種振蕩回路的能量消耗通常通過盡可能高的品質(zhì)因數(shù)和準(zhǔn)確的頻率調(diào)諧保持較低,以便使得進(jìn)入和啟動(dòng)系統(tǒng)的總電流消耗保持盡可能低。因此單單小的電流消耗例如是所期望的,因?yàn)榉駝t在車輛的較長(zhǎng)的停車時(shí)間的情況下車輛電池會(huì)迅速放電。然而高的品質(zhì)因數(shù)限制了傳輸數(shù)據(jù)率,并且在高的品質(zhì)因數(shù)情況下的準(zhǔn)確的調(diào)諧需要一些開銷。因此常見的布置結(jié)構(gòu)通常并未在數(shù)據(jù)率、開銷和能量消耗之間形成令人滿意的折衷。

因此已知一些準(zhǔn)諧振的振蕩回路驅(qū)動(dòng)器,利用所述振蕩回路驅(qū)動(dòng)器,能夠同時(shí)達(dá)到足夠高數(shù)據(jù)傳輸率和高的品質(zhì)因數(shù)(并且因此實(shí)現(xiàn)低的電流消耗)。但是這些驅(qū)動(dòng)電路具有下述缺點(diǎn):所述驅(qū)動(dòng)電路沒有遵守?zé)o線電許可規(guī)章。通過無線電許可規(guī)章應(yīng)該保證:其他的無線電通訊服務(wù)、例如無線電廣播(收音機(jī)和電視機(jī))、移動(dòng)式的無線電通訊服務(wù)(由警察和安全部隊(duì)使用)或者移動(dòng)電話在其運(yùn)行中不受損。所述準(zhǔn)諧振的驅(qū)動(dòng)電路的另一缺點(diǎn)在于:沒有遵守汽車制造商關(guān)于電磁兼容性(EMV)的規(guī)程。

此外,已知一些準(zhǔn)諧振的振蕩回路驅(qū)動(dòng)器,這些準(zhǔn)諧振的振蕩回路驅(qū)動(dòng)器如下地得到了改進(jìn):其不僅能夠以有限的電路和調(diào)整開銷來實(shí)現(xiàn)小的電流消耗和小的干擾信號(hào)輸出,而且此外也能夠遵守?zé)o線電許可規(guī)章。

但是,已知的準(zhǔn)諧振的振蕩回路驅(qū)動(dòng)器的缺點(diǎn)是:電路開銷進(jìn)而成本較高,尤其用于耐電壓地設(shè)計(jì)振蕩回路驅(qū)動(dòng)器。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的任務(wù)在于,提供一種關(guān)于此得到改進(jìn)的、用于電感的驅(qū)動(dòng)電路。此外,應(yīng)當(dāng)提供一種改進(jìn)的具有振蕩回路的有源發(fā)射裝置。

該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電感的驅(qū)動(dòng)電路或根據(jù)權(quán)利要求13所述的有源發(fā)射裝置來解決。

用于電感、尤其是用于車輛進(jìn)入和啟動(dòng)系統(tǒng)的感應(yīng)式天線的按照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路具有第一電容器、兩條用于為第一電容器輸送正參考電壓的輸入路徑以及兩條用于將電感連接在第一電容器上的輸出路徑。此外,驅(qū)動(dòng)電路具有可控的第一開關(guān)以及歐姆電阻,所述可控的第一開關(guān)和歐姆電阻串聯(lián)地被連接在兩條輸入路徑之一中,其中可控的第一開關(guān)被連接在歐姆電阻與第一電容器之間。驅(qū)動(dòng)電路也具有被連接在兩條輸出路徑之一中的可控的第二開關(guān)、被連接在兩條輸出路徑中的另一條輸出路徑中的可控的第四開關(guān)以及被連接在電感的第二接頭與用于參考電位的接頭之間的歐姆電阻。此外,驅(qū)動(dòng)電路具有電流測(cè)量裝置,該電流測(cè)量裝置被連接在可控的第四開關(guān)與第一電容器之間并且被構(gòu)造用于測(cè)量流過電感的電流。開關(guān)控制裝置連接在電流測(cè)量裝置的后面(nachgeschaltet),對(duì)流過電感的電流進(jìn)行評(píng)估,并且構(gòu)造用于首先在第二和第四開關(guān)斷開時(shí)將第一開關(guān)閉合,以便將第一電容器充電到正參考電壓,并且然后將第一開關(guān)斷開且將第二和第四開關(guān)閉合,以便通過電感使得第一電容器振蕩式地放電,其中,只有當(dāng)流過電感的電流已經(jīng)經(jīng)過一整個(gè)振蕩周期或者多個(gè)振蕩周期時(shí)才又將第二和第四開關(guān)斷開。

按照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)點(diǎn)是小的電路和調(diào)整開銷、小的電流消耗以及較小的干擾信號(hào)輸出。此外,采用按照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路可以遵守?zé)o線電許可規(guī)章。

此外,驅(qū)動(dòng)電路可以具有第二電容器,該第二電容器被連接在可控的第四開關(guān)與電流測(cè)量裝置之間。對(duì)于這樣的布置結(jié)構(gòu)來說,電容器上的電壓從未為負(fù)。這允許使用以成本低廉的半導(dǎo)體技術(shù)來制造的構(gòu)件(例如以散裝技術(shù)( Bulk-Technologie)取代SOI技術(shù))。

此外,驅(qū)動(dòng)電路可以具有用于為第二電容器輸送負(fù)參考電壓的第三輸入路徑,其中,充電電路被連接在第三輸入路徑中。充電電路可以具有歐姆電阻以及可控的第五開關(guān),所述歐姆電阻和可控的第五開關(guān)能夠彼此串聯(lián)地被連接在第三輸入路徑中,其中可控的第五開關(guān)布置在歐姆電阻與第二電容器之間。因此可以將第一電容器充電到正電壓,而將第二開關(guān)充電到負(fù)電壓。由此可以提高由天線所輻射的無功功率。

此外,驅(qū)動(dòng)電路可以具有限制裝置,該限制裝置構(gòu)造用于限制第一開關(guān)上的電壓,由此可以避免第一開關(guān)上的損壞。限制裝置在此可以具有齊納二極管并且第一開關(guān)上的電壓可以是柵源電壓。

此外,驅(qū)動(dòng)電路可以具有一歐姆電阻和另一可控的開關(guān),該歐姆電阻和另一個(gè)可控的開關(guān)串聯(lián)地被連接在第一開關(guān)的控制接頭與歐姆電阻之間。由此可以限制流過限制裝置的電流。此外,驅(qū)動(dòng)電路可以具有另一歐姆電阻,該歐姆電阻被連接在另一開關(guān)的源極接頭與控制接頭之間。如果沒有控制信號(hào)加載到另一開關(guān)的控制接頭上,則該另一開關(guān)就被切斷。

開關(guān)控制裝置可以具有用于調(diào)制信號(hào)的調(diào)制輸入端,并且可以構(gòu)造用于根據(jù)調(diào)制信號(hào)來控制第一開關(guān)、第二開關(guān)和第四開關(guān)的開關(guān)周期,以便有利地開發(fā)多種多樣的應(yīng)用可行方案。

開關(guān)控制裝置可以構(gòu)造用于實(shí)施相移鍵控調(diào)制或者幅移鍵控調(diào)制或者頻移鍵控調(diào)制。開關(guān)控制裝置在調(diào)制時(shí)提供的有效品質(zhì)因數(shù)為1,而諧振電路則以高的品質(zhì)因數(shù)并且因此以十分節(jié)省能量的方式來運(yùn)行。

電流測(cè)量裝置可以構(gòu)造為歐姆電阻,由此可以以簡(jiǎn)單的方式并且以較小的開銷來測(cè)量電流。

任務(wù)也還通過一種有源發(fā)射裝置得到解決,有源發(fā)射裝置具有電感、第一電容器、兩條用于為第一電容器輸送正參考電壓的輸入路徑以及兩條用于將電感連接在第一電容器上的輸出路徑??煽氐牡谝婚_關(guān)和歐姆電阻串聯(lián)地被連接在兩條輸入路徑之一中,其中可控的第一開關(guān)被連接在歐姆電阻與第一電容器之間。可控的第二開關(guān)被連接在兩條輸出路徑之一中,并且可控的第四開關(guān)被連接在兩條輸出路徑中的另一條輸出路徑中。歐姆電阻被連接在電感的第二接頭與用于參考電位的接頭之間,并且電流測(cè)量裝置被連接在可控的第四開關(guān)與第一電容器之間并且被構(gòu)造用于測(cè)量流過電感的電流。開關(guān)控制裝置連接在電流測(cè)量裝置的后面,對(duì)流過電感的電流進(jìn)行評(píng)估,并且構(gòu)造用于首先在第二和第四開關(guān)斷開時(shí)將第一開關(guān)閉合,以便將第一電容器充電到正參考電壓,并且然后斷開第一開關(guān)且將第二和第四開關(guān)閉合,以便通過電感使第一電容器振蕩式地放電,其中只有當(dāng)流過電感的電流已經(jīng)經(jīng)過一整個(gè)振蕩周期或者多個(gè)振蕩周期時(shí)才又將第二和第四開關(guān)斷開。

驅(qū)動(dòng)電路或發(fā)射裝置尤其是車輛進(jìn)入和啟動(dòng)系統(tǒng)的組件,所述車輛進(jìn)入和啟動(dòng)系統(tǒng)同樣是這里所公開的內(nèi)容的主題。

附圖說明

下面借助于在附圖中示出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋。附圖示出:

圖1示出了在一種應(yīng)用中,用作用于LF信號(hào)的有源發(fā)射裝置的一種用于電感的驅(qū)動(dòng)電路的電路圖;

圖2示出了驅(qū)動(dòng)電路的電容器上的電壓關(guān)于開關(guān)的控制信號(hào)和調(diào)制信號(hào)的曲線圖;

圖3示出了在相對(duì)于載波頻率的不同諧振頻率的情況下天線上的電壓曲線圖;

圖4示出了與按照?qǐng)D3的電壓曲線相對(duì)應(yīng)的、流過天線的電流的曲線圖;

圖5示出了在一種應(yīng)用中,用作用于LF信號(hào)的有源發(fā)射裝置的另一種用于電感的驅(qū)動(dòng)電路的電路圖;

圖6示出了在使用圖5的驅(qū)動(dòng)電路時(shí),在相對(duì)于載波頻率的不同諧振頻率的情況下天線上的電壓的曲線圖;

圖7示出了與按照?qǐng)D6的電壓曲線相對(duì)應(yīng)的、天線接頭上的電壓的總和的曲線圖;

圖8示出了按照本發(fā)明的一種實(shí)施方式,在一種應(yīng)用中,用作用于LF信號(hào)的有源發(fā)射裝置的一種示范性的用于電感的驅(qū)動(dòng)電路的電路圖;

圖9示出了驅(qū)動(dòng)電路的電容器上的電壓的曲線圖以及流過天線的電流關(guān)于開關(guān)的控制信號(hào)和調(diào)制信號(hào)的曲線圖;

圖10示出了按照本發(fā)明的一種實(shí)施方式,在一種應(yīng)用中,用作用于LF信號(hào)的有源發(fā)射裝置的、另一示范性的用于電感的驅(qū)動(dòng)電路的電路圖;

圖11示出了按照本發(fā)明的一種實(shí)施方式,在一種應(yīng)用中,用作用于LF信號(hào)的有源發(fā)射裝置的另一示范性的用于電感的驅(qū)動(dòng)電路的電路圖;

圖12示出了按照本發(fā)明的一種實(shí)施方式,在一種應(yīng)用中,用作用于LF信號(hào)的有源發(fā)射裝置的另一示范性的用于電感的驅(qū)動(dòng)電路的電路圖;

圖13示出了按照本發(fā)明的一種實(shí)施方式,在一種應(yīng)用中,用作用于LF信號(hào)的有源發(fā)射裝置的另一示范性的用于電感的驅(qū)動(dòng)電路的電路圖;

圖14示出了在按照?qǐng)D10的驅(qū)動(dòng)電路中電容器上的電壓的曲線圖;并且

圖15示范性地示出了第一電容器上的電壓及其中的充電電流的曲線圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了在一種應(yīng)用中用作有源發(fā)射裝置的用于電感的驅(qū)動(dòng)電路,在當(dāng)前的情況下通過感應(yīng)式天線1、例如鐵氧體天線給出。感應(yīng)式天線1作為替代可以如在圖1中所示出的那樣,通過由純電感部分2和歐姆部分3形成的串聯(lián)電路來描述。感應(yīng)式天線1在此具有第一天線接頭X1和第二天線接頭X2。電容器4一方面與用于輸送相對(duì)于接地端M的參考電壓Ur的兩條輸入路徑相連接,并且與用于連接感應(yīng)式天線1的兩條輸出路徑相連接。在此,在兩條輸入路徑的上面的輸入路徑中連接了可控的第一開關(guān)5,其中該可控的第一開關(guān)可替代地也可以連接在兩條輸入路徑的下面的輸入路徑中。

用于在輸入路徑中限制電流的歐姆電阻6被連接在開關(guān)5與電容器4之間。也可以取代歐姆電阻6而使用電源或者其他種類的電流注入裝置或者電流限制裝置??煽氐牡诙_關(guān)7被連接在兩條輸出路徑中的上面的輸出路徑中,并且歐姆電阻8被連接在兩條輸出路徑中的下面的輸出路徑中,所述歐姆電阻用作用于對(duì)流過感應(yīng)式天線1的電流Ia進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量電阻、也就是用作電流測(cè)量裝置。替代地,開關(guān)7和電阻8也可以布置在同一條輸入路徑中,或者各自的輸入路徑可以彼此互換。為了進(jìn)行電流測(cè)量,替代地也可以對(duì)電容器4上的電壓的導(dǎo)數(shù)進(jìn)行評(píng)估。

此外,驅(qū)動(dòng)電路包括開關(guān)控制裝置9,該開關(guān)控制裝置截取電阻8兩端的電壓,其與流過電阻8的電流Ia并且由此與流過天線1的電流成比例,并且對(duì)其進(jìn)行評(píng)估,例如確定電流Ia的過零點(diǎn)。在第二開關(guān)7斷開時(shí),在開關(guān)控制裝置9的控制下,借助于控制信號(hào)S1將第一開關(guān)5閉合,以便將電容器4充電到參考電壓Ur。隨后將第一開關(guān)5斷開并且借助于控制信號(hào)S2將第二開關(guān)7閉合,以便通過感應(yīng)式天線1以振蕩的方式、即以執(zhí)行至少一個(gè)完整振蕩的方式使電容器4放電,其中,只有當(dāng)流過感應(yīng)式天線1的電流Ia已經(jīng)經(jīng)過一整個(gè)振蕩周期(或者多個(gè)振蕩周期)時(shí),才又將第二開關(guān)7斷開。此外,開關(guān)控制裝置9具有用于調(diào)制信號(hào)MOD的調(diào)制輸入端,下面還要詳細(xì)地對(duì)所述調(diào)制信號(hào)進(jìn)行探討。

可選地,可控的第三開關(guān)10,如適用,與串聯(lián)的二極管11一起與電容器4直接并聯(lián),或者如所指出的那樣—通過電阻6并聯(lián)連接,通過控制信號(hào)S3以下述方式控制所述第三開關(guān):該第三開關(guān)使電容器4短路、即放電,以停用驅(qū)動(dòng)電路。

在圖2中示出了對(duì)于二相相移鍵控調(diào)制(BPSK調(diào)制)的情況,基于控制信號(hào)S1、S2和S3,電容器4上的電壓Uc關(guān)于時(shí)間t的曲線。在開始時(shí),在時(shí)刻T0開始對(duì)電容器4進(jìn)行首次充電,例如從0V充電到參考電壓Ur,并且與之相對(duì)應(yīng)地,電容器4上的電壓Uc(在當(dāng)前的情況下指數(shù)式地)從例如0V增大到參考電壓Ur。在時(shí)刻T1的情況下達(dá)到完全充電。為了在運(yùn)行條件下即使有小的偏差時(shí)也保證完全充電,比時(shí)刻T1稍晚地、即在時(shí)刻T2在為了充電而閉合的第一開關(guān)5(開關(guān)7斷開)與為了振蕩式地放電而閉合的第二開關(guān)7(開關(guān)5斷開)之間進(jìn)行切換。

因此,在時(shí)刻T2開始電容器4的振蕩放電的階段。與之相對(duì)應(yīng)地,現(xiàn)在電容器4上的電壓Uc再次(在當(dāng)前的情況下余弦形地)減小,首先達(dá)到零并且然后根據(jù)由電容器4和天線1形成的振蕩回路的行為在時(shí)刻T3達(dá)到與品質(zhì)因數(shù)有關(guān)的振幅的負(fù)的最大值,以便然后在時(shí)刻T4再次增大到與品質(zhì)因數(shù)有關(guān)的振幅的正的相對(duì)的最大值附近。雖然所述正的最大值或多或少地近似等于所述參考電壓Ur,但是其在所有情況下都小于該參考電壓。在振蕩放電階段期間,天線1發(fā)射電磁的信號(hào)。然后在時(shí)刻T4開始再充電階段,其中在時(shí)刻T5達(dá)到完全充電。但是又出于上面已經(jīng)列舉的原因,在稍微晚些的時(shí)刻T6進(jìn)行從充電到振蕩放電的切換。隨后包括在時(shí)刻T7達(dá)到負(fù)的最大值在內(nèi)直至?xí)r刻T8又進(jìn)行振蕩的放電階段。

隨后以時(shí)刻T8開始重新進(jìn)行再充電階段,其中在時(shí)刻T9達(dá)到完全充電。但是,隨后一個(gè)較長(zhǎng)的等待時(shí)間直至?xí)r刻T11,與BPSK調(diào)制相關(guān)的180°的相位移動(dòng)導(dǎo)致了所述等待時(shí)間。為了進(jìn)行比較在圖2中也還繪出了時(shí)刻T10,該時(shí)刻指出了時(shí)刻T10和T11之間的最小的等待時(shí)間。自時(shí)刻T11起,又進(jìn)行振蕩的放電直至?xí)r刻T13,其中在時(shí)刻T12具有負(fù)的最大值。隨后還進(jìn)行了再充電直至?xí)r刻T14,但是由于驅(qū)動(dòng)電路停用在時(shí)刻T14借助于開關(guān)10最終放電到大約0V(二極管11上的二極管電壓),使得所述再充電中斷。

根據(jù)開關(guān)5、7和10的切換行為,控制信號(hào)S1在每個(gè)充電階段期間(在時(shí)刻T0至T1、T4至T6、T8至T11、T13至T14之間)在電平H上,并且控制信號(hào)S2初始在電平L上。在相應(yīng)接下來的放電階段(在時(shí)刻T2至T4、T6至T8、T11至T13之間),控制信號(hào)S1轉(zhuǎn)到電平L中并且控制信號(hào)S2轉(zhuǎn)到電平H中??刂菩盘?hào)S3直至在時(shí)刻T14的最終放電都在電平L上,并且隨后切換到電平H上。為了更清楚起見,在按照?qǐng)D2的實(shí)施例中原則上電平H表示開關(guān)閉合(導(dǎo)通)并且電平L表示開關(guān)斷開(不導(dǎo)通)。但是,取決于單個(gè)或者所有實(shí)際所使用的開關(guān)的類型及其特定的信號(hào)切換情況,會(huì)得到與之不同的實(shí)際的操控信號(hào)。

同樣在圖2中示出了調(diào)制信號(hào)MOD,其引起圖2中示出的電容器4上的電壓Uc曲線。調(diào)制信號(hào)MOD直至?xí)r刻T2為電平H,然后直至?xí)r刻T3為電平L,在時(shí)刻T3為電平H,然后直至?xí)r刻T4為電平L,從時(shí)刻T4直至?xí)r刻T6為電平H,從時(shí)刻T6直至?xí)r刻T8為電平L,例外是在時(shí)刻T7為電平H,從時(shí)刻T8直至?xí)r刻T11為電平H并且從時(shí)刻T11直至?xí)r刻T13為電平L,例外是在時(shí)刻T12電平為H。因此基本上,調(diào)制信號(hào)MOD在電容器4的充電階段中并且在電容器4上的電壓Uc出現(xiàn)負(fù)的最大值時(shí)為電平H,而在其他情況下為電平L。

圖3示出了在兩種不同的諧振頻率F1和F2的情況下關(guān)于時(shí)間t天線1上的電壓Ua的曲線,其中諧振頻率F1超過所期望的載波頻率5%,并且諧振頻率F2超過所期望的載波頻率20%。圖4示出了對(duì)于兩種諧振頻率F1和F2而言關(guān)于時(shí)間t分別與之相對(duì)應(yīng)的電流曲線Ia,如其例如在電阻8處所示出的那樣。如所料想的那樣,相應(yīng)的電壓和電流之間的相位移動(dòng)為大約90°。

在天線1切換到上面所描述的準(zhǔn)諧振模式之前,天線1是無電流的(Ia = 0A),天線電流Ia因此不發(fā)生變化,并且天線接頭X1、X2這兩者處于相同的電位(例如地電位)上。天線電壓Ua因此初始為0V。如果隨后天線1切換到準(zhǔn)諧振模式中,則在第二天線接頭X2上的電位不發(fā)生變化,而第一天線接頭X1上的電位以下述方式發(fā)生變化:天線電壓Ua等于電容器4上的電壓Uc(Ua = Uc)。寄生電容的反向充電在此情況下并不起重要作用。由于在天線1的進(jìn)一步運(yùn)行中的損耗降低了最大的電壓Ua,從而在斷開之前不久天線電壓Ua就稍微低于電壓Uc。在斷開準(zhǔn)諧振模式之后,天線電壓Ua又突然返回到0V,因?yàn)樘炀€電流Ia又返回到0A并且不再變化。

第一天線接頭X1上的電位在接通和斷開準(zhǔn)諧振模式時(shí)發(fā)生變化,而第二天線接頭X2上的電位卻總是保持相同。于是天線電壓Ua在接通和斷開準(zhǔn)諧振模式時(shí)分別具有一個(gè)電壓突變,如在圖3中可看到的那樣。這些電壓突變會(huì)導(dǎo)致天線1內(nèi)以及天線接頭X1、X2和天線導(dǎo)線內(nèi)的不期望的高的輻射。

借助于根據(jù)圖5的驅(qū)動(dòng)電路能夠減小所述輻射。驅(qū)動(dòng)電路在此基于在圖1中示出的驅(qū)動(dòng)電路,但是與電容器4串聯(lián)連接了第二電容器12。如果第一電容器4和第二電容器12相應(yīng)地具有相同的電容,則在每個(gè)電容器4、12上具有電壓Uc/2。

歐姆電阻13連接在第二天線接頭X2和第一與第二電容器4、12的共同的節(jié)點(diǎn)之間。此外,在第二天線接頭X2和電阻8之間連接了可控的第四開關(guān)14。能夠借助于由開關(guān)控制裝置9提供的控制信號(hào)S4斷開或閉合可控的第四開關(guān)14。控制信號(hào)S4在此基本上對(duì)應(yīng)于控制信號(hào)S2。也就是說,可控的第四開關(guān)14基本上同時(shí)隨著可控的第二開關(guān)7斷開或閉合。但是在這兩個(gè)控制信號(hào)S2、S4之間可能有較小的偏差。

在圖5中的驅(qū)動(dòng)電路中,作為可控的開關(guān)5、7、10和14使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管、尤其是MOS-場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOS是術(shù)語金屬氧化物半導(dǎo)體“Metal Oxide Semiconductor”的簡(jiǎn)稱),其中可控的開關(guān)5是p溝道型的MOS-場(chǎng)效應(yīng)晶體管,而可控的開關(guān)7、10和14則是n溝道型的。除了所指明的MOS-場(chǎng)效應(yīng)晶體管之外(任何導(dǎo)通類型),還可以使用所有其他類型的合適的可控的開關(guān)、尤其是可控的半導(dǎo)體開關(guān),當(dāng)然也可以結(jié)合相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器、自舉電路、電荷泵或類似物。

如果第二開關(guān)7和第四開關(guān)14閉合,則準(zhǔn)諧振振蕩參照?qǐng)D2如上面所介紹的那樣進(jìn)行。于是在斷開天線1之前,在天線1上有電壓Ua,該電壓由于損耗稍微低于電容器4、12上的電壓Uc。如上面已經(jīng)介紹過的那樣,天線1在斷開之后又無電流(Ia = 0A)。因?yàn)樵跀嚅_天線1之后斷開了第二開關(guān)7和第四開關(guān)14,所以由于電阻13使得在第一天線接頭X1上的電位由Uc改變?yōu)閁c/2。此外,在第二天線接頭X2上的電位也由地電位改變?yōu)閁c/2。在圖6中示出了所合成的天線電壓Ua關(guān)于時(shí)間的曲線。

于是天線接頭X1、X2上的電位的總和Ux在驅(qū)動(dòng)電路中的切換過程期間沒有明顯變化。例如會(huì)由于操控信號(hào)S2、S4的微小的偏差產(chǎn)生微小的變化,這種偏差通常是不可避免的。在圖7中示出了電位的總和Ux關(guān)于時(shí)間的曲線。因?yàn)樘炀€接頭X1、X2上的電位的總和在切換過程中不發(fā)生(明顯)變化,所以通過切換過程引起的輻射很大程度上減小為零。但是,這樣的驅(qū)動(dòng)電路中的電路開銷比較高,用這樣的驅(qū)動(dòng)電路可以降低輻射。

在圖8中示范性地示出了驅(qū)動(dòng)電路的一種實(shí)施方式,用該驅(qū)動(dòng)電路可以降低電路開銷。驅(qū)動(dòng)電路在此基于在圖5中示出的驅(qū)動(dòng)電路,但是圖8中的驅(qū)動(dòng)電路僅僅具有一個(gè)第一電容器4。但是,在圖8中的驅(qū)動(dòng)電路中,歐姆電阻13被連接在用于參考電壓Um的接頭與第二天線接頭X2之間。參考電壓Um例如可以具有與電容器電壓Uc的一半相當(dāng)?shù)臄?shù)值。電阻8—該電阻在所述驅(qū)動(dòng)電路中此外也用作測(cè)量電阻—被連接在第一電容器4與可控的第四開關(guān)14之間。第一電容器4與電阻8之間的共同的節(jié)點(diǎn)與地電位相連接。這種布置結(jié)構(gòu)此外能夠參照接地端(Masse)M來進(jìn)行電流測(cè)量。

在這種實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)電路中,開關(guān)控制裝置9也通過電阻8截取電流,并且對(duì)其進(jìn)行評(píng)估,例如確定流過天線1的電流Ia的過零點(diǎn)。

在上面的輸入路徑中,可控的第一開關(guān)5與歐姆電阻6的順序與圖5的驅(qū)動(dòng)電路相比進(jìn)行了交換。也就是說,開關(guān)5現(xiàn)在被連接在歐姆電阻6與第一電容器4之間。通過這種布置結(jié)構(gòu),一旦第一電容器4中的充電電流Ic2超過限制值,就實(shí)現(xiàn)開關(guān)5的柵源電壓Ugs相對(duì)于開關(guān)5的漏源電壓Uds的超高。

因?yàn)榈谝浑娙萜?與歐姆電阻8之間的節(jié)點(diǎn)與接地端M相連接,所以在充電階段期間(可控的第一開關(guān)5閉合,可控的第二和第四開關(guān)7、14斷開)使第一電容器4充電。如果隨后第一開關(guān)5斷開并且第二和第四開關(guān)7、14閉合,則以振蕩的方式、即以執(zhí)行至少一個(gè)完整振蕩的方式使第一電容器4放電。

在圖9中示出了對(duì)于二相相移鍵控調(diào)制的情況,基于控制信號(hào)S1、S2和S4,第一電容器4上的電壓Uc以及流過天線1的電流Ia關(guān)于時(shí)間t的曲線。在開始時(shí),在時(shí)刻T0開始對(duì)第一電容器4進(jìn)行首次充電例如從0V充電到正參考電壓+Ur,并且與之相對(duì)應(yīng)地,第一電容器4上的電壓Uc(在當(dāng)前的情況下指數(shù)式地)從例如0V增大到正參考電壓+Ur,在時(shí)刻T1的情況下達(dá)到了完全充電。在該時(shí)刻,第二和第四開關(guān)7、14閉合。

因此,在時(shí)刻T1開始第一電容器4的振蕩放電的階段(發(fā)射階段)。與之相對(duì)應(yīng)地,現(xiàn)在第一電容器4上的電壓Uc再次(在當(dāng)前的情況下余弦形地)減小,并且在時(shí)刻T2最接近于零。電流Ia從時(shí)刻T1直至?xí)r刻T2正弦狀地增大,并且在時(shí)刻T2達(dá)到最大值。然后,在時(shí)刻T2將第一開關(guān)5斷開。電壓Uc繼續(xù)下降、變成負(fù)的,并且然后根據(jù)由電容器12和天線1構(gòu)成的振蕩回路的行為在時(shí)刻T3達(dá)到與品質(zhì)因數(shù)有關(guān)的振幅的負(fù)的最大值,然后在時(shí)刻T4再次增大到與品質(zhì)因數(shù)有關(guān)的振幅的正的最大值附近。雖然所述正的最大值或多或少地近似等于正參考電壓+Ur,但是其在所有情況下都小于該正參考電壓。在振蕩放電階段期間,天線1發(fā)射電磁的信號(hào)。

在時(shí)刻T4,將第二和第四開關(guān)7、14斷開直至?xí)r刻T5。然后在時(shí)刻T5將第一、第二和第四開關(guān)5、7、14閉合,其中第一開關(guān)5僅僅在直到T6的較短的時(shí)間間隔里保持閉合,而第二和第四開關(guān)7、14則直至后來的時(shí)刻T8保持閉合,在該時(shí)刻T8電壓Uc下一次達(dá)到其正的最大值。在時(shí)刻T8又開始等待階段,在該等待階段期間所有開關(guān)5、7、14都斷開。振蕩由此可以移位例如180°。但是這僅僅是一種實(shí)例。

緊接著又一個(gè)發(fā)射階段,在該發(fā)射階段中電壓Uc和電流Ia相應(yīng)地經(jīng)過一整個(gè)振蕩。然后從時(shí)刻T13直至?xí)r刻T14再一次出現(xiàn)短暫的等待階段,但是在時(shí)刻T14通過最終放電到大約0V而使得所述等待階段中斷。

根據(jù)開關(guān)5、7和14的切換行為,控制信號(hào)S1在時(shí)刻T0至T2、T5至T6以及T10至T11之間在電平H上??刂菩盘?hào)S2和S4初始在電平L上。在時(shí)刻T1至T4、T5至T8以及T10至T13之間,控制信號(hào)S2、S4轉(zhuǎn)到電平H中。為了更清楚起見,在按照?qǐng)D2的實(shí)施例中原則上電平H表示開關(guān)閉合(導(dǎo)通)并且電平L表示開關(guān)斷開(不導(dǎo)通)。但是,取決于單個(gè)或者所有實(shí)際所使用的開關(guān)的類型及其特定的信號(hào)切換情況,會(huì)得到與之不同的實(shí)際的操控信號(hào)。

同樣在圖9中示出了調(diào)制信號(hào)MOD,其引起圖9中示出的第一電容器4上的電壓Uc的曲線。調(diào)制信號(hào)MOD直至?xí)r刻T1為電平H,然后直至?xí)r刻T3為電平L,在時(shí)刻T3為電平H,然后直至?xí)r刻T4為電平L,從時(shí)刻T4直至?xí)r刻T5為電平H,從時(shí)刻T5直至?xí)r刻T8為電平L,例外是在時(shí)刻T7為電平H,從時(shí)刻T8直至?xí)r刻T10為電平H并且從時(shí)刻T11直至?xí)r刻T13為電平L,例外是在時(shí)刻T12電平為H。因此基本上,調(diào)制信號(hào)MOD在第一電容器4的充電階段中并且在第一電容器4上的電壓Uc出現(xiàn)負(fù)的最大值時(shí)為電平H,而在其他情況下為電平L。

在圖10中示范性地示出了驅(qū)動(dòng)電路的另一種實(shí)施方式。驅(qū)動(dòng)電路在此基于在圖8中示出的驅(qū)動(dòng)電路。但是,圖10中的驅(qū)動(dòng)電路具有第二電容器12,該第二電容器被連接在歐姆電阻8與第四開關(guān)14之間。

因?yàn)榈谝浑娙萜?與歐姆電阻8之間的節(jié)點(diǎn)與接地端M相連接,所以在充電階段期間(可控的第一開關(guān)5閉合,可控的第二和第四開關(guān)7、14斷開)僅僅給第一電容器4充電。第二電容器12保持放電。如果隨后將第一開關(guān)5斷開并且將第二和第四開關(guān)7、14閉合,則在準(zhǔn)諧振振蕩期間能量首先通過天線電感2從第一電容器4轉(zhuǎn)換到第二電容器12上(振蕩180°)并且隨后又從第二電容器12轉(zhuǎn)換回第一電容器4上(振蕩360°)。

在圖14中的圖表中示出了第一電容器4上的電壓Uc1和第二電容器12上的電壓Uc2。在圖14中示出了,在此針對(duì)振蕩沒有被充電階段中斷的情況電壓Uc1、Uc2的曲線。如果第一電容器4上的電壓Uc1具有最小值,則第二電容器12上的電壓Uc2總是達(dá)到其最大值,并且反之亦然。

圖11中的驅(qū)動(dòng)電路基于圖10中的驅(qū)動(dòng)電路,但是圖11中的驅(qū)動(dòng)電路此外還具有可選的充電電路15。此外,驅(qū)動(dòng)電路在參考電壓Um與接地端M之間有連接。充電電路15形成另一條用于輸送相對(duì)于接地端M為負(fù)的參考電壓-Ur的輸入路徑。上面的輸入路徑在這種布置結(jié)構(gòu)中可以構(gòu)造用于:提供相對(duì)于接地端為正的參考電壓+Ur。正參考電壓+Ur的數(shù)值和負(fù)參考電壓-Ur的數(shù)值在此可以相等。另一輸入路徑具有歐姆電阻17和可控的第五開關(guān)16,其中第五開關(guān)16被連接在電阻17與第二電容器12之間。第五開關(guān)16可以借助于由開關(guān)控制單元9提供的控制信號(hào)S5來斷開或者閉合??刂菩盘?hào)S5在此基本上對(duì)應(yīng)于控制信號(hào)S1。也就是說,第五開關(guān)16基本上與第一開關(guān)5同時(shí)斷開或者閉合。但是可能在兩個(gè)控制信號(hào)A1、S5之間出現(xiàn)較小的偏差。因此在充電階段期間第二電容器12被充電到負(fù)的電壓-Ur上,而第一電容器4則被充電到正的電壓+Ur上。通過這種方式可以使天線1上的電壓Ua加倍,由此使得由天線1輻射出的無功功率翻了四倍。

在當(dāng)前的驅(qū)動(dòng)電路中,在充電階段期間對(duì)第一電容器4的充電可能需要對(duì)第一開關(guān)5進(jìn)行特別的操控,以便在開關(guān)5構(gòu)造為場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)防止對(duì)開關(guān)5柵極氧化物的任何損壞。

在圖12中的電路圖中示出了具有用于第一開關(guān)5的操控電路的驅(qū)動(dòng)電路。齊納二極管18被連接在開關(guān)5的柵極接頭G與源極接頭S之間,其中齊納二極管18以其陽極與源極接頭S相連接并且以其陰極與柵極接頭G相連接。通過這種方式可以限制開關(guān)5的柵源電壓Ugs。但是,也可以取代齊納二極管18而使用其他的構(gòu)件,該構(gòu)件適合于限制柵源電壓Ugs。另一可控的開關(guān)20以及歐姆電阻19被連接在第一開關(guān)5的柵極接頭G與歐姆電阻6之間。在所述另一開關(guān)20的柵極接頭G上向該另一開關(guān)提供控制信號(hào)S1。第一開關(guān)5的柵極接頭G通過另一個(gè)開關(guān)20和電阻19來一直充電到通過電壓限制電路(例如齊納二極管18)預(yù)先給定的電壓。電阻19在此用于在達(dá)到電壓限制時(shí)限制流過齊納二極管18的電流。

另一歐姆電阻21被連接在另一開關(guān)20的柵極接頭G與源極接頭S之間。由此,在沒有控制信號(hào)S1加載在另一開關(guān)20的柵極接頭G上時(shí)將該另一開關(guān)切斷。

在一種實(shí)施方式中,第二或者第四開關(guān)7、14或者這兩個(gè)開關(guān)都可以構(gòu)造為所謂的背對(duì)背式晶體管。在圖13中的驅(qū)動(dòng)電路中,例如第四開關(guān)14構(gòu)造為背對(duì)背式MOSFET。也就是說,開關(guān)具有第一MOSFET 141和第二MOSFET 142,它們的源極接頭S彼此相連接。第一MOSFET 141的漏極接頭D與電阻8相連接,并且第二MOSFET 142的漏極接頭D與第二天線接頭X2相連接。通過這種布置結(jié)構(gòu)來保證,在MOSFET 711、712的被切斷的狀態(tài)下在兩個(gè)漏極接頭D之間不存在可傳導(dǎo)的連接。MOSFET 141、142分別在其漏極接頭與源極接頭D、S之間具有寄生二極管。這些二極管在當(dāng)前的布置結(jié)構(gòu)中反串聯(lián)地(antiseriell)連接,并且因此在停用的狀態(tài)下阻止可傳導(dǎo)的連接。如果一種布置結(jié)構(gòu)具有多于一個(gè)的天線,這些天線借助于多路復(fù)用器來激活或者停用,則例如可以設(shè)置這樣的背對(duì)背式布置結(jié)構(gòu)。

在圖15中的圖表中示范性地示出了在充電階段期間在第一電容器4中的電流Ic1以及在第一電容器4上的電壓Uc1。在充電的開始,第一開關(guān)5處于飽和區(qū)內(nèi),并且因此限制流過第一電容器4的充電電流Ic1。如果第一開關(guān)5轉(zhuǎn)換到線性區(qū)內(nèi),流過第一電容器4的充電電流Ic1就開始降低。就在達(dá)到第一電容器4上的最大電壓之前不久,第一開關(guān)5就又轉(zhuǎn)換到飽和區(qū)內(nèi),直至其最后在閾值電壓處于(正的)電源電壓+Ur之下時(shí)切斷。

按照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)點(diǎn)在于,所使用的n溝道MOSFET的漏極接頭及源極接頭的電壓范圍處于0V與100V之間。電壓范圍由此向上受到限制并且沒有負(fù)的數(shù)值。因此,可以使用以所謂的散裝技術(shù)制造的MOSFET。雖然同樣可以使用以所謂的SOI技術(shù)(SOI = Silicon on Isolator絕緣體上的硅)制造的MOSFET,但是這一點(diǎn)并非強(qiáng)制必需。借助于SOI技術(shù)制造的MOSFET相對(duì)于借助于散裝技術(shù)制造的MOSFET雖然具有更多的優(yōu)點(diǎn),但是更為復(fù)雜并且由此在其制造方面更為昂貴。

電容器4或者電容器4、12上的充電過程對(duì)天線電位沒有影響并且因此沒有引起電場(chǎng)的輻射(共模Common-Mode)。電場(chǎng)的輻射通常導(dǎo)致EMI(電磁干擾輻射,英語:Electromagnetic Interference)的提高。這種輻射因此在當(dāng)前的驅(qū)動(dòng)電路中相對(duì)于所已知的驅(qū)動(dòng)電路得以降低。

在使用在圖12中所示出的、用于第一開關(guān)5的操控電路時(shí),不需要第一開關(guān)5的柵源電壓Ugs相對(duì)于正參考電壓+Ur是超高的。因此,不需要額外的電路用于產(chǎn)生這樣的電壓超高,如其在已知的驅(qū)動(dòng)電路中所需要的那樣。因此,驅(qū)動(dòng)電路用較少的構(gòu)件就足夠。因此,可以如此選擇正參考電壓+Ur,使得其勉強(qiáng)處于由用于MOSFET的技術(shù)所準(zhǔn)許的電壓之下。這引起最大的天線電流并且由此引起有效范圍的優(yōu)化。

為了使天線1上的電壓Ua和流過該天線的電流Ia加倍,驅(qū)動(dòng)電路可以如上面已經(jīng)描述的那樣借助于充電電路15來擴(kuò)展為全橋電路。為此,雖然需要額外的構(gòu)件,但是剩余的電路布置結(jié)構(gòu)的改變是不需要的。因此能夠在沒有很大開銷的情況下來實(shí)現(xiàn)這種擴(kuò)展方案。

附圖標(biāo)記列表:

1 感應(yīng)式天線

2 感應(yīng)部分

3 歐姆部分

4 第一電容器

5 可控的開關(guān)

6 歐姆電阻

7 可控的開關(guān)

8 電流測(cè)量裝置

9 開關(guān)控制裝置

10 可控的開關(guān)

11 二極管

12 第二電容器

13 歐姆電阻

14 可控的開關(guān)

15 充電電路

16 可控的開關(guān)

17 歐姆電阻

18 齊納二極管

19 歐姆電阻

20 可控的開關(guān)

21 歐姆電阻

Ur 參考電壓

+Ur 正參考電壓

-Ur 負(fù)參考電壓

Uc 電容器上的電壓

Uc1 第一電容器上的電壓

Uc2 第二電容器上的電壓

Ua 天線電壓

Ux 天線接頭上的電位的總和

Ugs 柵源電壓

Uds 漏源電壓

Ia 天線電流

Ic2 第二電容器中的充電電流

X1 第一天線接頭

X2 第二天線接頭

S1 控制信號(hào)

S2 控制信號(hào)

S3 控制信號(hào)

S4 控制信號(hào)

S5 控制信號(hào)

MOD 調(diào)制信號(hào)

F1 第一諧振頻率

F2 第二諧振頻率

G 柵極接頭

D 漏極接頭

S 源極接頭

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