CN110247482A - 电磁场发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁场发生装置，包括：可编程功率源，用以输出功率信号；谐振电路，与所述可编程功率源电性连接，用于接收所述功率信号，并将所述功率信号转换为电磁能以形成电磁场，所述谐振电路包括主线圈及开关电容；谐振检测模块，用于采集所述谐振电路的谐振信号；控制模块，用于根据所述谐振检测模块所采集的谐振信号，控制所述可编程功率源所输出的功率信号及并入到所述谐振电路中的开关电容的数量，使谐振电路工作在谐振状态，进而使谐振电路输出的电磁场转换效率最高，提高功率源所能产生电磁场强度的上限，也可以达到指定的电磁强度的同时，降低功率源的功耗。

Description

电磁场发生装置

技术领域

本发明涉及电磁领域，特别是涉及一种电磁场发生装置。

背景技术

许多有源设备，包含但不限于植入式有源医疗器械(如植入式心脏起搏器，植入式人工心脏等)、体外医疗器械(如体外除颤仪，呼吸机等)，移动电子产品(如手机，智能手表等)、车载产品(如车载中控，导航仪等)、工业设备(如变频器，通信模块等)产品需要在强电磁场环境干扰下正常工作。

电磁场发生装置可生成交变强磁场与交变高压电场，用来检测仪器设备对所在环境中存在的电磁干扰的电磁敏感性。而现有的电磁场发生装置，若要在较宽频段内实现所有频点所需的电场和磁场测试强度，功率源需要提供的电压相对较高，进而使电磁场发生装置的功耗相对很高。

发明内容

基于此，有必要针对上述现有的电磁场发生装置所存在的问题，提供一种能够低功耗实现宽频段的电场和磁场测试需求的电磁场发生装置。

一种电磁场发生装置，包括：

可编程功率源，用以输出功率信号；

谐振电路，与所述可编程功率源电性连接，用于接收所述功率信号，并将所述功率信号转换成电磁场，所述谐振电路包括主线圈及可选择的与所述主线圈并联的至少一个开关电容；

谐振检测模块，与所述谐振电路及所述可编程功率源的输出端电性连接，用于采集所述谐振电路的谐振信号；

控制模块，与所述谐振检测模块及可编程功率源电性连接，用于根据所述谐振检测模块所采集的谐振信号，控制所述可编程功率源所输出的功率信号及并入到所述谐振电路中的开关电容的数量，以使所述谐振电路处于谐振状态。

在其中一个优选实施方式中，所述谐振检测模块包括：

与所述谐振电路电路电性连接的频率计及幅度计，所述控制模块通过所述频率计及幅度计获取所述谐振电路的频率及幅值。

在其中一个优选实施方式中，所述谐振电路还包括串联于所述可编程功率源的输出端的限流电阻。

在其中一个优选实施方式中，所述谐振检测模块包括：

鉴相器，并联于所述限流电阻，用于检测所述限流电阻两侧电压信号的相位差，所述控制模块获取所述鉴相器的反馈信号，并根据反馈信号调节所述可编程功率源所输出的功率信号及并入到所述谐振电路的开关电容的数量。

在其中一个优选实施方式中，所述谐振检测模块包括：

电流检测单元，串联于所述限流电阻的一侧，用以检测所述可编程功率源的输出端的电流幅值，所述控制模块获取所述电流检测单元的电流幅值，并根据电流幅值调节所述可编程功率源所输出的功率信号及并入到所述谐振电路的开关电容的数量。

在其中一个优选实施方式中，所述谐振检测模块包括：

电压检测单元，串联于所述限流电阻的一侧，用以检测所述主线圈两端的电压幅值，所述控制模块获取所述电压检测单元的电压幅值，并根据所述电压幅值调节所述可编程功率源所输出的功率信号及并入到所述谐振电路的开关电容的数量。

在其中一个优选实施方式中，所述控制模块通过数字接口与所述谐振检测模块及可编程功率源电性连接。

在其中一个优选实施方式中，所述数字接口可以为UART接口、IIC接口、SPI接口或CAN接口。

在其中一个优选实施方式中，所述控制模块包括MCU控制器。

在其中一个优选实施方式中，所述电磁场发生装置还包括：

升压线圈，与所述主线圈相对设置，用以与所述主线圈配合产生高压交变电场。

本实施方式中的电磁场发生装置通过谐振检测模块检测谐振电路的谐振信号，控制模块根据检测的谐振信号控制可编程功率源及开关电容等，使上述电磁场发生装置的电信号始终工作于谐振状态，降低了谐振电路的无功功率，提高了电磁场的转换效率，进而降低了电磁场发生装置的功耗。

附图说明

图1为本发明一优选实施方式的电磁场发生装置的模块示意图；

图2为本发明第一优选实施方式的电磁场发生装置的电路结构示意图；

图3为本发明第二优选实施方式的电磁场发生装置的电路结构示意图；

图4为本发明第三优选实施方式的电磁场发生装置的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

结合图1及图2所示，本发明第一优选实施方式公开了一种电磁场发生装置100，该电磁场发生装置100包括可编程功率源110、谐振电路120、谐振检测模块130及控制模块140。

具体地，上述可编程功率源110用以输出功率信号。该功率信号通过电路进入谐振电路120，以驱动上述谐振电路120工作。

上述谐振电路120与上述可编程功率源110电性连接，用于接收上述功率信号，并将上述功率信号转换为电磁场。

更详细地，上述谐振电路120包括主线圈121及可选择的与所述主线圈并联的至少一个开关电容122，本实施例中，可以包括多个可选择的并入谐振电路的开关电容122，这些开关电容122相互并联，且与上述主线圈121并联。

上述谐振检测模块130与上述谐振电路120及可编程功率源110的输出端电性连接，用以采集所述谐振电路120的谐振信号。

上述谐振检测模块130包括频率计及幅度计，该频率计及幅度计与上述谐振电路120的主线圈121电性连接，该频率计用以谐振电路120的频率，上述幅度计用以检测谐振电路120的幅值。

结合图1及图2所示，本发明第一优选实施方式中，上述谐振检测模块130还包括限流电阻133及鉴相器134，限流电阻133串联于上述可编程功率源110的输出端，上述鉴相器134与上述限流电阻133并联，该鉴相器134用以检测上述限流电阻133两侧电压信号的相位差，上述控制模块140获取上述鉴相器134的反馈信号，并根据所述鉴相器134的反馈信号调节上述可编程功率源110所输出的功率信号及并入到所述谐振电路的开关电容数量。

当上述鉴相器134所检测上述限流电阻133两侧电压信号的相位差，控制模块140进行可编程功率源110所输出的功率信号的调节，并调节并入到所述谐振电路120中的开关电容122的数量，直至上述鉴相器134所检测电压信号的相位差处于最小时，谐振电路处于谐振状态，控制模块140停止调节。

上述控制模块140与上述谐振检测模块130及可编程功率源110电性连接，用以根据所述谐振检测模块130所采集的谐振信号，控制上述可编程功率源110所输出的功率信号及控制并入到上述谐振电路120中的开关电容122的数量，以使所述谐振电路处于谐振状态。

上述控制模块140能够调节可编程功率源所输出的功率信号与并入到谐振电路120中的开关电容122的数量，使谐振电路工作在谐振状态，进而使谐振电路输出的电磁场转换效率最高，提高功率源所能产生磁场强度的上限。也可以达到指定的电磁强度的同时，降低功率源的功耗。

上述控制模块140通过数字接口与上述谐振检测模块130及可编程功率源120电性连接。具体地，上述数字接口可以为UART接口、IIC接口、SPI接口或CAN接口等。上述控制模块包括MCU控制器。

本实施方式中，所述电磁场发生装置100还包括升压线圈123，该升压线圈123与上述主线圈121相对设置，用以与所述主线圈121配合产生高压交变电场。具体地，上述主线圈121的线圈匝数低于升压线圈123的线圈匝数，这样便可产生高压交变电场，为了加强主线圈121与升压线圈123之间的磁耦合，该主线圈121及升压线圈123还可以包括铁芯、非晶磁环、互感器等(图未示)。这样，该电磁场发生装置100配合上述升压线圈123即可产生所需要的交变电场。

本实施方式中的电磁场发生装置100通过所述谐振检测模块130中的鉴相器134、和所述谐振检测模块中的频率计及幅度计检测谐振电路的谐振信号，控制模块140根据检测的所述谐振检测模块的谐振信号控制可编程功率源110输出的功率信号及并入到谐振电路120中的开关电容的数量，使谐振电路工作在谐振状态，进而使谐振电路输出的电磁场转换效率最高，提高功率源所能产生磁场强度的上限。也可以达到指定的电磁场强度的同时，降低功率源的功耗。

结合图1及图3所示，本发明第二优选实施方式公开了一种电磁场发生装置100，该电磁场发生装置100包括可编程功率源110、谐振电路120、谐振检测模块130及控制模块140。

具体地，上述可编程功率源110用以输出功率信号。该功率信号通过电路进入谐振电路120，以驱动上述谐振电路120工作。

上述谐振电路120与上述可编程功率源110电性连接，用于接收上述功率信号，并将上述功率信号转换电磁场。

更详细地，上述谐振电路120包括主线圈121及可选择的与所述主线圈并联的至少一个开关电容122，本实施例中，可以包括多个可选择的并入谐振电路120的开关电容122，这些开关电容122相互并联，且与上述主线圈121并联。

上述谐振检测模块130与上述谐振电路120及可编程功率源的输出端电性连接，用以分别采集所述谐振电路的谐振信号。

上述谐振检测模块130包括频率计及幅度计，该频率计及幅度计与上述谐振电路120的主线圈121电性连接，该频率计用以谐振电路120的频率，上述幅度计用以检测谐振电路120的幅值。

本实施方式中，上述谐振电路120还包括限流电阻133，该限流电阻133串联于所述可编程功率源110的输出端。

上述谐振检测模块130还包括电流检测单元135，该电流检测单元135串联于上述限流电阻133的一侧，用以检测上述输出端的电流幅值，上述控制模块140获取上述电流检测单元的电流幅值的反馈信号，并根据该电流幅值的反馈信号调节所述可编程功率源110所输出的功率信号和并入到谐振电路120中的开关电容122的数量。

更详细地，上述电流检测单元135可以是串联于上述限流电阻133的一侧的电流表。

当上述电流检测单元135所检测上述限流电阻133一侧的电流幅值，控制模块140调节功率信号和并入到谐振电路120中的开关电容122的数量，直至上述电流检测单元135所检测的电流幅值处于最小时，谐振电路处于谐振状态，控制模块140停止调节。

上述控制模块140与上述谐振检测模块130及可编程功率源110电性连接，用以根据所述谐振检测模块130所采集的谐振信号，控制上述可编程功率源110所输出的功率信号及控制并入到上述谐振电路120中的开关电容122的数量，使谐振电路工作在谐振状态，进而使谐振电路输出的电磁场转换效率最高，提高功率源产生磁场强度的上限。也可以达到指定的电磁场强度的同时，降低功率源的功耗。

上述控制模块140通过数字接口与上述谐振检测模块130及可编程功率源120电性连接。具体地，上述数字接口可以为UART接口、IIC接口、SPI接口或CAN接口等。上述控制模块包括MCU控制器。

本实施方式中，所述电磁场发生装置100还包括升压线圈123，该升压线圈123与上述主线圈121相对设置，用以与所述主线圈121配合产生高压交变电场。具体地，上述主线圈121的线圈匝数低于升压线圈123的线圈匝数，这样便可产生高压交变电场，为了加强主线圈121与升压线圈123之间的磁耦合，该主线圈121及升压线圈123还可以包括铁芯、非晶磁环、互感器等(图未示)。这样，该电磁场发生装置100配合上述升压线圈123即可产生所需要的交变电场。

本实施方式中的电磁场发生装置100通过所述谐振检测模块130中的鉴相器134、和所述谐振检测模块中的频率计及幅度计检测谐振电路的谐振信号，控制模块140根据检测的所述谐振检测模块的谐振信号控制可编程功率源110输出的功率信号及并入到谐振电路120中的开关电容的数量，使谐振电路工作在谐振状态，进而使谐振电路输出的电磁场转换效率最高，提高功率源所能产生磁场强度的上限。也可以达到指定的电磁场强度的同时，降低功率源的功耗。

结合图1及图4所示，本发明第三优选实施方式公开了一种电磁场发生装置100，该电磁场发生装置100包括可编程功率源110、谐振电路120、谐振检测模块130及控制模块140。

具体地，上述可编程功率源110用以输出功率信号。该功率信号通过电路进入谐振电路120，以驱动上述谐振电路120工作。

上述谐振电路120与上述可编程功率源110电性连接，用于接收上述功率信号，并将上述功率信号转换为电磁场。

更详细地，上述谐振电路120包括主线圈121及可选择的与所述主线圈并联的至少一个开关电容122，本实施例中，可以包括多个可选择的并入谐振电路的开关电容122，这些开关电容122相互并联，且与上述主线圈121并联。

上述谐振检测模块130与上述谐振电路120及可编程功率源的输出端电性连接，分别用以采集所述谐振电路的谐振信号。

上述谐振检测模块130包括频率计及幅度计，该频率计及幅度计与上述谐振电路120的主线圈121电性连接，该频率计用以谐振电路120的频率，上述幅度计用以检测谐振电路120的幅值。

本实施方式中，上述谐振电路120还包括限流电阻133，该限流电阻133串联于所述可编程功率源110的输出端，上述谐振检测模块130包括电压检测单元136，该电压检测单元136串联于上述限流电阻133的一侧，用以检测上述主线圈两端的电压幅值，上述控制模块140获取上述电压检测单元136的电压幅值的反馈信号，并根据该电压幅值的反馈信号调节上述可编程功率源所输出的功率信号及并入到谐振电路120中的开关电容122的数量。

更详细地，上述谐振检测模块130可以是串联于上述限流电阻的一侧的电压表。具体地，上述谐振检测模块130可位于限流电阻与谐振电路120之间。

当上述电压检测单元136所检测上述限流电阻133一侧的电压幅值，控制模块140调节功率信号及并入到谐振电路120中的开关电容122的数量，直至上述电压检测单元136所检测的电压幅值处于最大时，谐振电路处于谐振状态，控制模块140停止调节。

上述控制模块140与上述谐振检测模块130及可编程功率源110电性连接，用以根据所述谐振检测模块130所采集的谐振信号，控制上述可编程功率源所输出的功率信号及并入到谐振电路120中的开关电容122的数量，以使所述谐振电路处于谐振状态。

上述控制模块140能够调节可编程功率源所输出的功率信号与并入到谐振电路120中的开关电容122的数量，使谐振电路工作在谐振状态，进而使谐振电路输出的电磁场转换效率最高，提高功率源所能产生电磁场强度的上限，也可以达到指定的电磁强度的同时，降低功率源的功耗。

上述控制模块140通过数字接口与上述谐振检测模块130及可编程功率源120电性连接。具体地，上述数字接口可以为UART接口、IIC接口、SPI接口或CAN接口等。上述控制模块包括MCU控制器。

本实施方式中，所述电磁场发生装置100还包括升压线圈123，该升压线圈123与上述主线圈121相对设置，用以与所述主线圈121配合产生高压交变电场。具体地，上述主线圈121的线圈匝数低于升压线圈123的线圈匝数，这样便可产生高压交变电场，为了加强主线圈121与升压线圈123之间的磁耦合，该主线圈121及升压线圈123还可以包括铁芯、非晶磁环、互感器等(图未示)。这样，该电磁场发生装置100配合上述升压线圈123即可达到产生所需要的交变电场。

本实施方式中的电磁场发生装置100通过所述谐振检测模块130中的鉴相器134、和所述谐振检测模块中的频率计及幅度计检测谐振电路的谐振信号，控制模块140根据检测的所述谐振检测模块的谐振信号控制可编程功率源110输出的功率信号及并入到谐振电路120中的开关电容的数量，使谐振电路工作在谐振状态，进而使谐振电路输出的电磁场转换效率最高，提高功率源所能产生磁场强度的上限。也可以达到指定的电磁场强度的同时，降低功率源的功耗。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电磁场发生装置，其特征在于，包括：

可编程功率源，用以输出功率信号；

谐振电路，与所述可编程功率源电性连接，用于接收所述功率信号，并将所述功率信号转换为电磁场，所述谐振电路包括主线圈及可选择的与所述主线圈并联的至少一个开关电容；

谐振检测模块，与所述谐振电路及所述可编程功率源的输出端电性连接，用于采集所述谐振电路的谐振信号；

控制模块，与所述谐振检测模块及可编程功率源电性连接，用于根据所述谐振检测模块所采集的谐振信号，控制所述可编程功率源所输出的功率信号及并入到所述谐振电路中的开关电容的数量，以使所述谐振电路处于谐振状态。

2.根据权利要求1所述的电磁场发生装置，其特征在于，所述谐振检测模块包括：

与所述谐振电路电性连接的频率计及幅度计，所述控制模块通过所述频率计及幅度计获取所述谐振电路的频率及幅值。

3.根据权利要求1所述的电磁场发生装置，其特征在于，所述谐振电路还包括串联于所述可编程功率源的输出端的限流电阻。

4.根据权利要求3所述的电磁场发生装置，其特征在于，所述谐振检测模块包括：

鉴相器，并联于所述限流电阻，用于检测所述限流电阻两侧电压信号的相位差，所述控制模块获取所述鉴相器的反馈信号，并根据反馈信号调节所述可编程功率源所输出的功率信号及并入到所述谐振电路的开关电容的数量。

5.根据权利要求3所述的电磁场发生装置，其特征在于，所述谐振检测模块包括：

电流检测单元，串联于所述限流电阻的一侧，用以检测所述可编程功率源的输出端的电流幅值，所述控制模块获取所述电流检测单元的电流幅值，并根据所述电流幅值，调节所述可编程功率源所输出的功率信号及并入到所述谐振电路的开关电容的数量。

6.根据权利要求3所述的电磁场发生装置，其特征在于，所述谐振检测模块包括：

电压检测单元，串联于所述限流电阻的一侧，用以检测主线圈两端的电压幅值，所述控制模块获取所述电压检测单元的电压幅值，并根据所述电压幅值调节所述可编程功率源所输出的功率信号及并入到所述谐振电路的开关电容的数量。

7.根据权利要求1所述的电磁场发生装置，其特征在于，所述控制模块通过数字接口与所述谐振检测模块及可编程功率源电性连接。

8.根据权利要求7所述的电磁场发生装置，其特征在于，所述数字接口可以为UART接口、IIC接口、SPI接口或CAN接口。

9.根据权利要求1所述的电磁场发生装置，其特征在于，所述控制模块包括MCU控制器。

10.根据权利要求1所述的电磁场发生装置，其特征在于，所述电磁场发生装置还包括：

升压线圈，与所述主线圈相对设置，用以与所述主线圈配合产生高压交变电场。