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一种用于无线充电的单级AC-DC稳压器

阅读:193发布:2024-02-25

专利汇可以提供一种用于无线充电的单级AC-DC稳压器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开一种用于无线充电的单级AC‑DC稳压器,包括电感L、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、 电阻 R、场效应管(M1、M2、M3、M4)、比较器(CMP1、CMP2、CMP3)、误差 放大器 EA、 电压 感应 电路 、数字 控制器 、 启动电路 和三 角 波发生器。该AC‑DC稳压器中采用四个场效应管替代由四个 二极管 组成的传统全桥 整流器 ,并与控制电路结合,既可以工作在充电模式下,又可以工作在零模工作模式下,在零模工作模式下,负载不再被充电,一个续流通路在接收端形成,可以反射一个高的等效阻抗来限制发射端的 电流 ,零模下的功率损耗大大降低,该稳压器省去传统的通讯模 块 和二级的DC‑DC转换器,效率大幅提升。,下面是一种用于无线充电的单级AC-DC稳压器专利的具体信息内容。

1.一种用于无线充电的单级AC-DC稳压器,其特征在于,包括电感L、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电阻R、场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3、场效应管M4、比较器CMP1、比较器CMP2、比较器CMP3、误差放大器EA、电压感应电路、数字控制器启动电路和三波发生器,电感L与电容C4串联后连接于场效应管M1的源极与场效应管M2的漏极之间,场效应管M1的漏极和场效应管M2的源极均连接至调整电压Vreg,场效应管M1的源极连接至场效应管M3的源极,场效应管M2的漏极连接至场效应管M4的漏极,场效应管M3的漏极与场效应管M4的源极均接地,电容C1的一端连接至调整电压Vreg、另一端接地,比较器CMP1的同相输入端连接至场效应管M3的源极、反相输入端接地、输出端连接至场效应管M3的栅极,比较器CMP2的同相输入端连接至场效应管M4的漏极、反相输入端接地、输出端连接至场效应管M4的栅极,电压感应电路的输入端连接至调整电压Vreg,电压感应电路的一个反馈输出端连接至启动电路、另一个反馈输出端连接至误差放大器EA的反相输入端,启动电路的另一个输入端连接至阈值电压Vth,误差放大器EA的同相输入端连接至基准电压Vref,误差放大器EA的输出端连接至比较器CMP3的反相输入端,比较器CMP3的同相输入端连接至三角波发生器,电容C2的一端连接至误差放大器EA的反相输入端、另一端连接至误差放大器EA的输出端,电容C3与电阻R串联后与电容C2并联,启动电路的输出端及比较器CMP3的输出端均连接至数字控制器的输入端,数字控制器的四个输出端分别连接至场效应管M1的栅极、场效应管M2的栅极、比较器CMP1的使能端及比较器CMP2的使能端。
2.如权利要求1所述的一种用于无线充电的单级AC-DC稳压器,其特征在于,场效应管M1和场效应管M2均为P沟道MOSFET,场效应管M3和场效应管M4均为N沟道MOSFET。

说明书全文

一种用于无线充电的单级AC-DC稳压器

技术领域

[0001] 本发明涉及无线充电技术领域,特别是涉及一种用于无线充电的单级AC- DC稳压器。

背景技术

[0002] 最近,无线充电市场需求正快速增长。由于大部分无线充电标准(例如QI) 需要充电器提供一个稳定的直流电压,因此输出电压的稳压成为了无线充电系统最重要的功能。电压的调整可以在发射端或者接收端获得。对于前者,系统需要增加一个数据通信模,这也增加了系统设计的复杂度。对于后者,传统的方案需要一个两级的调整器,包括整流电路和降压电路。降压电路可以是线性稳压器,这会导致在高压差的情况下效率很低;也可以是DC-DC转换器,这带来电感器件很难被集成到芯片内部。目前,一种谐振调节整流器(3R)解决上述一些问题,但是该系统中的被动整流器拉低了系统的效率。

发明内容

[0003] 本发明实施例提供一种用于无线充电的单级AC-DC稳压器,采用四个功率场效应管和控制电路,通过积分循环算法使四个场效应管既可以工作在充电模式下,又可以工作在零模,省去传统的通讯模块和二级的DC-DC转换器,效率大幅提升。
[0004] 一种用于无线充电的单级AC-DC稳压器,包括电感L、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电阻R、场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3、场效应管M4、比较器CMP1、比较器CMP2、比较器CMP3、误差放大器EA、电压感应电路、数字控制器启动电路和三波发生器,电感L与电容C4串联后连接于场效应管M1的源极与场效应管M2的漏极之间,场效应管M1的漏极和场效应管M2的源极均连接至调整电压Vreg,场效应管M1的源极连接至场效应管M3的源极,场效应管M2的漏极连接至场效应管M4的漏极,场效应管M3的漏极与场效应管M4的源极均接地,电容C1的一端连接至调整电压Vreg、另一端接地,比较器CMP1的同相输入端连接至场效应管M3的源极、反相输入端接地、输出端连接至场效应管M3的栅极,比较器CMP2的同相输入端连接至场效应管M4的漏极、反相输入端接地、输出端连接至场效应管M4的栅极,电压感应电路的输入端连接至调整电压Vreg,电压感应电路的一个反馈输出端连接至启动电路、另一个反馈输出端连接至误差放大器EA的反相输入端,启动电路的另一个输入端连接至阈值电压Vth,误差放大器EA 的同相输入端连接至基准电压Vref,误差放大器EA的输出端连接至比较器 CMP3的反相输入端,比较器CMP3的同相输入端连接至三角波发生器,电容 C2的一端连接至误差放大器EA的反相输入端、另一端连接至误差放大器EA 的输出端,电容C3与电阻R串联后与电容C2并联,启动电路的输出端及比较器CMP3的输出端均连接至数字控制器的输入端,数字控制器的四个输出端分别连接至场效应管M1的栅极、场效应管M2的栅极、比较器CMP1的使能端及比较器CMP2的使能端。
[0005] 优选地,场效应管M1和场效应管M2均为P沟道MOSFET,场效应管 M3和场效应管M4均为N沟道MOSFET。
[0006] 本发明的用于无线充电的单级AC-DC稳压器中采用四个场效应管替代由四个二极管组成的传统全桥整流器,并与控制电路结合,既可以工作在充电模式下,又可以工作在零模工作模式下,在零模工作模式下,负载不再被充电,一个续流通路在接收端形成,可以反射一个高的等效阻抗来限制发射端的电流,零模下的功率损耗大大降低,该稳压器省去传统的通讯模块和二级的DC-DC 转换器,效率大幅提升。附图说明
[0007] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0008] 图1为本发明实施例提供的用于无线充电的单级AC-DC稳压器的电路原理图;
[0009] 图2为本发明实施例提供的用于无线充电的单级AC-DC稳压器在充电工作模式下的原理示意图;
[0010] 图3为本发明实施例提供的用于无线充电的单级AC-DC稳压器在零模工作模式下的原理示意图。

具体实施方式

[0011] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0012] 如图1所示,一种用于无线充电的单级AC-DC稳压器,包括电感L、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电阻R、场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3、场效应管M4、比较器CMP1、比较器CMP2、比较器CMP3、误差放大器EA、电压感应电路、数字控制器、启动电路和三角波发生器,电感L与电容C4串联后连接于场效应管M1的源极与场效应管M2的漏极之间,场效应管M1的漏极和场效应管M2的源极均连接至调整电压Vreg,场效应管 M1的源极连接至场效应管M3的源极,场效应管M2的漏极连接至场效应管 M4的漏极,场效应管M3的漏极与场效应管M4的源极均接地,电容C1的一端连接至调整电压Vreg、另一端接地,比较器CMP1的同相输入端连接至场效应管M3的源极、反相输入端接地、输出端连接至场效应管M3的栅极,比较器CMP2的同相输入端连接至场效应管M4的漏极、反相输入端接地、输出端连接至场效应管M4的栅极,电压感应电路的输入端连接至调整电压Vreg,电压感应电路的一个反馈输出端连接至启动电路、另一个反馈输出端连接至误差放大器EA的反相输入端,启动电路的另一个输入端连接至阈值电压Vth,误差放大器EA的同相输入端连接至基准电压Vref,误差放大器EA的输出端连接至比较器CMP3的反相输入端,比较器CMP3的同相输入端连接至三角波发生器,电容C2的一端连接至误差放大器EA的反相输入端、另一端连接至误差放大器EA的输出端,电容C3与电阻R串联后与电容C2并联,启动电路的输出端及比较器CMP3的输出端均连接至数字控制器的输入端,数字控制器的四个输出端分别连接至场效应管M1的栅极、场效应管M2的栅极、比较器 CMP1的使能端及比较器CMP2的使能端,其中,上述的场效应管M1和场效应管M2均为P沟道MOSFET,场效应管M3和场效应管M4均为N沟道 MOSFET。
[0013] 当反馈电压Vfb2低于基准电压Vref的时候,充电模式被激活。此时系统相当于一个交叉连接的整流器。如图2所示,系统工作在正半周期:当VHL等于0,四个功率场效应管(M1、M2 、M3、M4)全部关闭。随后当交流电压VHL 逐渐上升,VL下降,直到|Vreg–VL|大于场效应管M2的开启电压,场效应管 M2导通,VH等于Vreg。VL进一步被拉低,直到下降到低于系统的GND以后,比较器CMP2会将场效应管M4打开,此时充电电流会流过场效应管M2 和场效应管M4。在VHL达到最高值以后开始下降,此时VL开始上升,当VL 上升超过GND,比较器CMP2会关闭场效应管M4。当VL继续上升,当|Vreg– VL|低于场效应管M2的开启电压时,场效应管M1将会关闭。系统工作在负半周期的过程和上面类似,不再赘述。当反馈电压Vfb2高于基准电压Vref的时候,零模的工作模式将被激活,此时场效应管M1和场效应管M2将会关闭,场效应管M3和场效应管M4被导通形成一个续流环路。如图3所示,此时接收端处于短路状态,Vreg大幅下降。根据反射负载理论,由于短路后的接收端的很大的反射阻抗,发射端的电流几乎可以忽略。很小的发射端电流在接收端只能产生一个很小的感应电压,因此限制输出电流和零模状态的功率损耗。此时在零模状态下,负载电流将由输出电容C1来提供。
[0014] 综上,该用于无线充电的单级AC-DC稳压器中采用四个场效应管替代由四个二极管组成的传统全桥整流器,并与控制电路结合,既可以工作在充电模式下,又可以工作在零模工作模式下,在零模工作模式下,负载不再被充电,一个续流通路在接收端形成,可以反射一个高的等效阻抗来限制发射端的电流,零模下的功率损耗大大降低,该稳压器省去传统的通讯模块和二级的DC-DC 转换器,效率大幅提升。
[0015] 显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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