一种可双向无线充电的收发电路制造技术

本发明专利技术涉及一种可双向无线充电的收发电路，不采用传统的反相器连接的class‑D功率放大器结构，而是将反相器的连接改进为两P型MOS管的交叉耦合连接，并能达到基本相同的功率放大器功能。且本发明专利技术通过交叉耦合连接结构的两P型MOS管，使得无论在本电路处于发射模式还是接收模式，都不需要对两P型MOS管的连接结构进行调整，也即两P型MOS管能够在发射模式时用作功率放大器，也能够在接收模式时用作整流器的二极管；由此实现在进行工作模式的切换时，没必要利用选通器改变两P型MOS管之间的连接结构，两P型MOS管也能够直接与输入/输出连接，从而减少了选通器和驱动电路的数量，简化了电路结构，并提升了无线充电的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种可双向无线充电的收发电路
本专利技术涉及一种可双向无线充电的收发电路。
技术介绍
无线充电设备是指不用传统的充电电源线连接到需要充电的终端设备上的充电器，主要采用电磁感应原理，通过线圈之间产生的磁场，进行能量耦合实现电能传输。但是，目前无线充电设备的应用并不是很普遍，则在户外环境中，当无线充电型的移动设备的电量耗尽时，极有可能找不到相应的无线充电设备。因此，为了解决该问题，现有技术中提出了双向充电的技术，即一个移动设备既能接受外部无线设备的充电，又能为别的移动设备充电，这样可以通过利用电量充足的移动设备为电量耗尽的移动设备进行充电。也即，一个移动设备同时具有接收机和发射机的功能。而考虑到移动设备对成本、体积和方案紧凑性的要求，在移动设备上增加一套无线充电的发射电路并不太现实。为了不增加移动设备的成本和体积，现有唯一解决的方法是将已有的接收机电路进行可重构复用，使得移动设备同时具备接收和发射的功能，其包括一可双向无线充电收发电路。由于对于无线充电的接收机，其核心是整流器；而对于发射机，其核心是功率放大器(PowerAmplifier，以下简称PA)。但是，无线充电电路通常需要收发大电流，因此不管对于整流器还是PA，其MOS管都需要采用很大的尺寸，以降低导通产生的损耗。因此，为了最大限度的提高复用的效率，减少不必要的器件浪费，整流器和PA(功率放大器)的MOS管的类型和个数必须相同，这也决定了现有技术的可复用双向收发机的电路主要存在两种架构：1)请参阅图1，架构1：电路有1个N型MOS管MN和1个P型MOS管MP，组成单端功率放大器和电压倍增器类型的整流器；由于MN和MP的尺寸较大，其栅极均需要有驱动电路。由此，架构1的可复用双向收发机通过选通器(multiplexer)MUX1～MUX3进行选通，实现发射或接收的功能，其实现发射和接收功能的原理如下：请参阅图1a，当处于发射模式时，驱动电路的输入均通过MUX1和MUX2连接到PA输入电路(通常产生非交迭的信号)。而谐振电路(LC谐振电路)的一端接PA的输出，另一端通过MUX3接地，形成PA的负载。这样构成了一个单端的class-D功率放大器。请参阅图1b，当处于接收模式时，驱动电路的输入均通过MUX1和MUX2连接到比较器CMP1和CMP2的输出。CMP1和MP，及CMP2和MN，分别构成了一个有源二极管。而谐振电路的一端接整流器的输入，另一端通过MUX3接于负载电容CL1和CL2之间。这样构成了一个电压倍增器类型的整流器，则经过整流处理后的信号便可输出，实现充电。由此，当两个架构1的收发电路进行能量耦合时，其能量耦合原理如图1c所示。另外，虽然架构1的可复用双向收发机，MUX1和MUX2只涉及到栅极的电压控制，不需要流过大电流，可以取较小的尺寸。但是对于MUX3，在发射模式和接收模式都需要导通大电流。则一方面，MUX3需要选取很大的尺寸以降低结构复用带来的导通损耗；另一方面，MUX3带来的导通损耗必将恶化接收和发射的效率，这是我们所不希望看到的。2)请参阅图2，架构2：电路有2个N型MOS管(MN1和MN2)和2个P型MOS管(MP1和MP2)，组成差分功率放大器和全波整流器。其中谐振电路均采用LC串联谐振的方式。由于谐振电路也需要复用，所以接收和发射的谐振电路中的电感(L)和电容(C)也采用同样的取值；当两收发机进行能量交互时，其电感之间的耦合系数为k。由此，架构2的可复用双向收发机通过选通器MUX1～MUX4进行选通，实现发射或接收的功能，其实现发射和接收功能的原理如下：请参阅图2a，当处于发射模式时，与架构1类似，MN1～MN2和MP1～MP2分别通过MUX1～MUX4连接到PA输入电路(产生差分的非交迭信号)。谐振电路的两端分别连接至PA的差分输出端，作为PA的负载。这样构成了一个差分的class-D功率放大器。请参阅图2b，当处于接收模式时，MN1和MN2分别通过MUX3和MUX4连接到比较器CMP1和CMP2的输出端。CMP1和MN1，及CMP2和MN2，分别构成了一个有源二极管。MP1和MP2分别通过MUX1和MUX2，交叉耦合的连接到整流器的输入端(VAC1和VAC2)，使得MP1和MP2构成了锁存器，也类似于一对有源二极管。这样构成了一个全波整流器。则经过整流处理后的信号便可输出，实现充电。由此，当两个架构2的收发电路进行能量耦合时，其能量耦合原理如图2c所示。但是，架构2需要四个选通器MUX1～MUX4，结构较复杂。且选通器本身具有一定的导通电阻，会导致驱动器输出至MP1和MP2的栅极有一定的附加延迟，使得MP1和MP2构成的有源二极管导通/关闭存在延迟，造成较大的短路电流，恶化了无线充电的效率。
技术实现思路
为解决上述现有技术的缺点和不足，本专利技术提供了一种可双向无线充电的收发电路，减少了选通器和驱动电路的数量，结构得到了简化，并提升了无线充电的效率。本专利技术提供了一种可双向无线充电的收发电路，包括两选通器、信号输入电路、两驱动电路、两N型MOS管、两比较器、两P型MOS管、及LC谐振电路；所述两选通器的控制端接入控制信号，两选通器的一输入端分别接入所述信号输入电路的两输出端，两选通器的另一输入端分别接入所述两比较器的输出端，且两选通器的输出端分别接入两驱动电路的输入端；所述信号输入电路的输入端接入一方波信号；所述两驱动电路的输出端分别接入所述两N型MOS管的栅极；所述两N型MOS管的源极共地或分别接地；所述两比较器的正输入端共地或分别接地；所述两比较器的正输入端共地或分别接地；且两比较器的负输入端分别与所述两N型MOS管的漏极电连接，并分别与所述两P型MOS管的漏极电连接；所述两P型MOS管的漏极分别接入两比较器的负输入端，源极相互电连接；任一P型MOS管的栅极电连接于另一P型MOS管的漏极；所述LC谐振电路的两端分别与所述两P型MOS管的漏极电连接。由此，通过以上技术方案，本专利技术不采用传统的反相器连接的class-D功率放大器结构，而是将反相器的连接改进为两P型MOS管的交叉耦合连接，并能达到基本相同的功率放大器功能。且本专利技术通过交叉耦合连接结构的两P型MOS管，使得无论在本电路处于发射模式还是接收模式，都不需要对两P型MOS管的连接结构进行调整，也即两P型MOS管能够在发射模式时用作功率放大器，也能够在接收模式时用作整流器的二极管；由此实现在进行工作模式的切换时，没必要利用选通器改变两P型MOS管之间的连接结构，两P型MOS管也能够直接与输入/输出连接，从而有效地减少了选通器和驱动电路的数量，简化了电路结构，并提升了无线充电的效率。进一步，当收发电路处于发射模式时，两选通器接通信号输入电路，及，所述两P型MOS管的源极共同接入一工作电源；所述两N型MOS管和所述两P型MOS管共同构成一功率放大电路，且所述两P型MOS管构成一交叉耦合功率放大器；所述信号输入电路对所述方波信号进行差分处理，得到差分信号；所述功率放大电路对所述差分信号进行放大处理，并输出至所述LC谐振电路中，LC谐振电路工作；当收发电路处于接收模式时，两选通器接通两比较器，及，所述两P型MOS管的源极共同作为直流电信号输出端；所述两P型MOS管、所述两N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可双向无线充电的收发电路，其特征在于：包括两选通器、信号输入电路、两驱动电路、两N型MOS管、两比较器、两P型MOS管、及LC谐振电路；所述两选通器的控制端接入控制信号，两选通器的一输入端分别接入所述信号输入电路的两输出端，两选通器的另一输入端分别接入所述两比较器的输出端，且两选通器的输出端分别接入两驱动电路的输入端；所述信号输入电路的输入端接入一方波信号；所述两驱动电路的输出端分别接入所述两N型MOS管的栅极；所述两N型MOS管的源极共地或分别接地；所述两比较器的正输入端共地或分别接地；且两比较器的负输入端分别与所述两N型MOS管的漏极电连接，并分别与所述两P型MOS管的漏极电连接；所述两P型MOS管的漏极分别接入两比较器的负输入端，源极相互电连接；任一P型MOS管的栅极电连接于另一P型MOS管的漏极；所述LC谐振电路的两端分别与所述两P型MOS管的漏极电连接。

【技术特征摘要】
1.一种可双向无线充电的收发电路，其特征在于：包括两选通器、信号输入电路、两驱动电路、两N型MOS管、两比较器、两P型MOS管、及LC谐振电路；所述两选通器的控制端接入控制信号，两选通器的一输入端分别接入所述信号输入电路的两输出端，两选通器的另一输入端分别接入所述两比较器的输出端，且两选通器的输出端分别接入两驱动电路的输入端；所述信号输入电路的输入端接入一方波信号；所述两驱动电路的输出端分别接入所述两N型MOS管的栅极；所述两N型MOS管的源极共地或分别接地；所述两比较器的正输入端共地或分别接地；且两比较器的负输入端分别与所述两N型MOS管的漏极电连接，并分别与所述两P型MOS管的漏极电连接；所述两P型MOS管的漏极分别接入两比较器的负输入端，源极相互电连接；任一P型MOS管的栅极电连接于另一P型MOS管的漏极；所述LC谐振电路的两端分别与所述两P型MOS管的漏极电连接。2.根据权利要求1所述的可双向无线充电的收发电路，其特征在于：当收发电路处于发射模式时，两选通器接通信号输入电路，及，所述两P型MOS管的源极共同接入一工作电源；所述两N型MOS管和所述两P型MOS管共同构成一功率放大电路，且所述两P型MOS管构成一交叉耦合功率放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄沫，刘洋，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44