基于WPT發(fā)射模塊防錯(cuò)鎖DLL電路的設(shè)計(jì)

文/陳士奎 么立申

WPT 的問(wèn)題自提出以來(lái)，便引起了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)的濃厚興趣。近年來(lái)，無(wú)線電能傳輸技術(shù)獲得了國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注，成為電工技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。無(wú)線電能傳輸技術(shù)已經(jīng)在電動(dòng)汽車(chē)充電、物流AGV 小車(chē)、軌道交通、水下供電等眾多場(chǎng)合獲得推廣應(yīng)用。該項(xiàng)技術(shù)有望成為新時(shí)代的又一偉大發(fā)明。無(wú)線電能傳輸?shù)母邆鬏斝适菬o(wú)線電能傳輸研究的重中之重，而高效效率又與系統(tǒng)傳輸?shù)腝 值有關(guān)。Q 值取決于發(fā)射頻率與系統(tǒng)傳輸過(guò)程中線圈的諧振頻率，只有高Q值，WPT 系統(tǒng)的傳輸效率才會(huì)更高?；诖嗽谖墨I(xiàn)[3]的基礎(chǔ)上，在輸入端加一個(gè)具有自學(xué)習(xí)功能的延遲鎖相環(huán)（DLL）模塊對(duì)發(fā)射的信號(hào)頻率進(jìn)行優(yōu)化，使發(fā)射信號(hào)的頻率和傳輸線圈的諧振頻率保持同步，達(dá)到高效率傳輸?shù)哪康摹?/p>

圖1：無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2：WPT 傳輸效率隨發(fā)射頻率的變化曲線

1 無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)傳輸效率的分析

自諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)主要由發(fā)射模塊、天線傳輸模塊、接收模塊三個(gè)部分組成，其主要目的是實(shí)現(xiàn)50Hz 交流電的無(wú)線傳輸。該系統(tǒng)以螺旋天線為媒介，經(jīng)過(guò)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(zhuǎn)換過(guò)程，圖1為自諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)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(gè)諧振頻率相同的螺旋天線進(jìn)行電能傳輸，實(shí)現(xiàn)電能的傳輸。其傳輸?shù)男适馨l(fā)射頻率的影響，圖2是WPT 傳輸效率隨發(fā)射模塊的頻率的變化曲線。由圖2可知只有發(fā)射模塊的頻率與接收線圈的諧振頻率保持一致時(shí)，WPT 的傳輸效率才能達(dá)到最大。而且由圖可知頻率在9.2MHz-9.4MHz區(qū)間內(nèi)變化率很大，發(fā)射模塊的頻率稍有變化就會(huì)導(dǎo)致傳輸效率明顯下降，因此WPT 發(fā)射頻率的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

2 機(jī)器學(xué)習(xí)DLL系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

2.1 DLL電路的設(shè)計(jì)

DLL 電路主要有三種類(lèi)型：模數(shù)混合型DLL、模擬型DLL、全數(shù)字DLL。為了設(shè)計(jì)需要，本文選用相對(duì)更優(yōu)越的混合型DLL。設(shè)計(jì)在文獻(xiàn)[4]的基礎(chǔ)上完成。該設(shè)計(jì)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(gè)延遲單元組成。Ref-clk 為WPT 發(fā)射模塊輸入信號(hào)；CLK0、CLK8分別為緩沖輸出的時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)和VCDL 輸出的時(shí)鐘信號(hào)；S0 為控制信號(hào)；upper、under 和lock 為機(jī)器學(xué)習(xí)模塊產(chǎn)生的控制信號(hào)；UP、NUP 以及DN、NDN 為驅(qū)動(dòng)電荷泵的充放電信號(hào)。電路根據(jù)S0 的不同狀態(tài)選擇不同精度的VCDL，來(lái)適應(yīng)發(fā)射模塊頻率的變化；同時(shí)在系統(tǒng)反饋回路中加入精簡(jiǎn)的LC，來(lái)消除DLL 失鎖或者諧波鎖定。采用抑制失配和噪聲、降低時(shí)鐘抖動(dòng)的電路設(shè)計(jì)，更好的滿(mǎn)足DLL 在WPT 中的應(yīng)用。DLL 電路的整體架構(gòu)圖如圖3所示。

2.2 機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的構(gòu)建

圖3：DLL 電路的整體架構(gòu)圖

一個(gè)正常的系統(tǒng)通過(guò)多次運(yùn)行，可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的信息。隨著大規(guī)模集成電路發(fā)展的需要，電路自身需要具備一定的糾錯(cuò)能力。雖然錯(cuò)誤檢測(cè)可以使用多種技術(shù)來(lái)執(zhí)行，但狀態(tài)變量系統(tǒng)的錯(cuò)誤校正是一個(gè)更加困難的問(wèn)題。通常情況下，錯(cuò)誤檢測(cè)出來(lái)是診斷，一旦診斷完成，誤差補(bǔ)償是通過(guò)錯(cuò)誤反饋或根據(jù)系統(tǒng)反饋控制規(guī)律進(jìn)行的。根據(jù)筆者的學(xué)習(xí)方向?qū)ι衔闹袌D3中提到的防錯(cuò)鎖模塊進(jìn)行優(yōu)化。在線性狀態(tài)變量中，校驗(yàn)和錯(cuò)誤對(duì)動(dòng)態(tài)輸入激勵(lì)的瞬態(tài)響應(yīng)包含了關(guān)于多參數(shù)擾動(dòng)值的診斷信息，使得系統(tǒng)行為與正常的行為不同。從理論上講，即使單個(gè)校驗(yàn)和的瞬態(tài)響應(yīng)也可以用來(lái)揭示系統(tǒng)中多參數(shù)偏差的多參數(shù)診斷信息。該信息隨后可用于極大提高估計(jì)驅(qū)動(dòng)多參數(shù)診斷算法的速度和精度，以及用于線性實(shí)時(shí)狀態(tài)變量系統(tǒng)的診斷驅(qū)動(dòng)控制率校正算法。通過(guò)分類(lèi)聚類(lèi)的思想對(duì)可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)使得問(wèn)題公式化。首先對(duì)于糾錯(cuò)線性系統(tǒng)進(jìn)行建模，然后通過(guò)模擬校驗(yàn)和理論對(duì)模型進(jìn)行處理，得到訓(xùn)練方程。圖4給出了誤差修正流程圖。

3 總結(jié)與展望

通過(guò)上文中的糾錯(cuò)，改錯(cuò)系統(tǒng)，最終建立一個(gè)能夠通過(guò)查找錯(cuò)誤，并且自動(dòng)糾錯(cuò)的DLL 電路。當(dāng)WPT 的輸入端的頻率產(chǎn)生與傳輸諧振頻率不同步時(shí)，DLL 電路能夠輸入分析頻率不同步的原因，同時(shí)將數(shù)據(jù)庫(kù)更新。并且能夠快速鎖定到WPT 傳輸線圈的諧振頻率?？紤]到該DLL 電路具有自動(dòng)學(xué)習(xí)的功能，當(dāng)產(chǎn)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)庫(kù)足夠大時(shí)，鎖定的準(zhǔn)確率也會(huì)越來(lái)越大。相信該技術(shù)能夠加快WPT 的發(fā)展進(jìn)程，更好更快的服務(wù)于人類(lèi)社會(huì)。

圖4：誤差修正流程圖Research，2012，124：211-231.