基于WPT發射模塊防錯鎖DLL電路的設計

文/陳士奎 么立申

WPT 的問題自提出以來，便引起了國內外眾多學者和研究機構的濃厚興趣。近年來，無線電能傳輸技術獲得了國內外研究人員的廣泛關注，成為電工技術領域的研究熱點。無線電能傳輸技術已經在電動汽車充電、物流AGV 小車、軌道交通、水下供電等眾多場合獲得推廣應用。該項技術有望成為新時代的又一偉大發明。無線電能傳輸的高傳輸效率是無線電能傳輸研究的重中之重，而高效效率又與系統傳輸的Q 值有關。Q 值取決于發射頻率與系統傳輸過程中線圈的諧振頻率，只有高Q值，WPT 系統的傳輸效率才會更高。基于此在文獻[3]的基礎上，在輸入端加一個具有自學習功能的延遲鎖相環（DLL）模塊對發射的信號頻率進行優化，使發射信號的頻率和傳輸線圈的諧振頻率保持同步，達到高效率傳輸的目的。

圖1：無線電能傳輸系統結構圖

圖2：WPT 傳輸效率隨發射頻率的變化曲線

1 無線電能傳輸系統傳輸效率的分析

自諧振式無線電能傳輸系統主要由發射模塊、天線傳輸模塊、接收模塊三個部分組成，其主要目的是實現50Hz 交流電的無線傳輸。該系統以螺旋天線為媒介，經過了交流到直流、直流到射頻、射頻到直流以及直流到交流的轉換過程，圖1為自諧振式無線電能傳輸系統的工作原理流程圖。

WPT傳輸模塊是基于磁耦合諧振的原理，采用兩個諧振頻率相同的螺旋天線進行電能傳輸，實現電能的傳輸。其傳輸的效率受發射頻率的影響，圖2是WPT 傳輸效率隨發射模塊的頻率的變化曲線。由圖2可知只有發射模塊的頻率與接收線圈的諧振頻率保持一致時，WPT 的傳輸效率才能達到最大。而且由圖可知頻率在9.2MHz-9.4MHz區間內變化率很大，發射模塊的頻率稍有變化就會導致傳輸效率明顯下降，因此WPT 發射頻率的穩定性至關重要。

2 機器學習DLL系統的設計思路

2.1 DLL電路的設計

DLL 電路主要有三種類型：模數混合型DLL、模擬型DLL、全數字DLL。為了設計需要，本文選用相對更優越的混合型DLL。設計在文獻[4]的基礎上完成。該設計采用了兩條不同的且可以相互切換的壓控延遲線（Voltage Control Delay Line，VCDL），每條VCDL 都有8 個延遲單元組成。Ref-clk 為WPT 發射模塊輸入信號；CLK0、CLK8分別為緩沖輸出的時鐘基準信號和VCDL 輸出的時鐘信號；S0 為控制信號；upper、under 和lock 為機器學習模塊產生的控制信號；UP、NUP 以及DN、NDN 為驅動電荷泵的充放電信號。電路根據S0 的不同狀態選擇不同精度的VCDL，來適應發射模塊頻率的變化；同時在系統反饋回路中加入精簡的LC，來消除DLL 失鎖或者諧波鎖定。采用抑制失配和噪聲、降低時鐘抖動的電路設計，更好的滿足DLL 在WPT 中的應用。DLL 電路的整體架構圖如圖3所示。

2.2 機器學習系統的構建

圖3：DLL 電路的整體架構圖

一個正常的系統通過多次運行，可能會產生錯誤的信息。隨著大規模集成電路發展的需要，電路自身需要具備一定的糾錯能力。雖然錯誤檢測可以使用多種技術來執行，但狀態變量系統的錯誤校正是一個更加困難的問題。通常情況下，錯誤檢測出來是診斷，一旦診斷完成，誤差補償是通過錯誤反饋或根據系統反饋控制規律進行的。根據筆者的學習方向對上文中圖3中提到的防錯鎖模塊進行優化。在線性狀態變量中，校驗和錯誤對動態輸入激勵的瞬態響應包含了關于多參數擾動值的診斷信息，使得系統行為與正常的行為不同。從理論上講，即使單個校驗和的瞬態響應也可以用來揭示系統中多參數偏差的多參數診斷信息。該信息隨后可用于極大提高估計驅動多參數診斷算法的速度和精度，以及用于線性實時狀態變量系統的診斷驅動控制率校正算法。通過分類聚類的思想對可能產生錯誤的概率進行統計使得問題公式化。首先對于糾錯線性系統進行建模，然后通過模擬校驗和理論對模型進行處理，得到訓練方程。圖4給出了誤差修正流程圖。

3 總結與展望

通過上文中的糾錯，改錯系統，最終建立一個能夠通過查找錯誤，并且自動糾錯的DLL 電路。當WPT 的輸入端的頻率產生與傳輸諧振頻率不同步時，DLL 電路能夠輸入分析頻率不同步的原因，同時將數據庫更新。并且能夠快速鎖定到WPT 傳輸線圈的諧振頻率。考慮到該DLL 電路具有自動學習的功能，當產生錯誤的數據庫足夠大時，鎖定的準確率也會越來越大。相信該技術能夠加快WPT 的發展進程，更好更快的服務于人類社會。

圖4：誤差修正流程圖Research，2012，124：211-231.