放大器的零电压切换控制装置和无线电力传输装置制造方法及图纸

公开了一种放大器的零电压切换控制装置以及无线电力传输装置。根据本发明专利技术的一个实施方式的零电压切换控制装置包括：开关电压检测单元，当放大器的第一开关接通时检测漏极电压并生成切换电压；误差放大单元，接收切换电压作为输入并放大通过将切换电压与参考电压进行比较产生的误差；环路滤波器，接收误差放大单元的输出电压作为输入并输出控制电压；以及占空比控制单元，根据控制电压控制第一开关驱动信号的占空比，使得第一开关经历零电压切换。

Zero voltage switching control device for amplifier and wireless power transmission device

A zero voltage switching control device for amplifiers and a wireless power transmission device are disclosed. A zero voltage switching control device according to one of the embodiments of the invention includes a switching voltage detection unit that detects a drain voltage and generates a switching voltage when the first switch is connected; an error amplification unit receives the switching voltage as input and amplifies by comparing the switching voltage to the reference voltage. Error; the loop filter, the output voltage of the receiving error amplification unit as the input and output control voltage; and the duty ratio control unit, control the duty ratio of the first switch driving signal according to the control voltage, making the first switch undergo zero voltage switching.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】放大器的零电压切换控制装置和无线电力传输装置
本专利技术涉及用于放大器的零电压切换控制和无线电力传输的技术。
技术介绍
E类放大器具有能够以高效率生成所需电力的结构，因为基本上满足零电压切换(ZVS)条件，使得E类放大器主要用于无线充电系统中的无线电力传输装置。然而，根据负载情况发生了不满足ZVS条件的情况。具体地，在无线充电系统中，当接收端的负载的功耗增加时，可能不满足ZVS条件，因此不执行ZVS，由此增加功耗和噪声。
技术实现思路
【技术问题】本专利技术旨在提供一种放大器的零电压切换控制装置和无线电力传输装置，其防止功耗和噪声的增加并执行稳定的零电压切换。【技术解决方案】本专利技术的一个方面提供了一种零电压切换控制装置，包括：开关电压传感器，被配置成当放大器的第一开关接通时检测第一开关的漏极电压并生成切换电压；误差放大器，被配置成接收切换电压，将切换电压与参考电压进行比较并且放大误差；环路滤波器，被配置成接收误差放大器的输出电压并输出控制电压；以及占空比控制器，被配置成根据控制电压来控制第一开关的驱动信号的占空比，并且使得第一开关经受零电压切换。占空比控制器可以将最小占空比限制为50％或更大。开关电压传感器可以包括：第三开关，具有连接至第一节点的源极、连接至第二节点的漏极和接收由第一开关的栅极驱动信号生成的脉冲信号的栅极；第一二极管，形成在第一接地电压与第一节点之间；第一电阻器，连接至第一节点和第一开关的漏极；电容器(Cs)，形成在第二接地电压与第二节点之间；以及滤波器，形成在第二节点与第三接地电压之间并被配置成输出切换电压。开关电压传感器可以当第一开关接通时利用第一开关和第一二极管来检测第一开关的漏极电压，通过由第一开关的栅极驱动信号生成脉冲信号并利用脉冲信号使第三开关接通，来对第一节点电压进行采样，当第三开关关断时保持电容器(Cs)上的第二节点电压，以及利用滤波器去除第二节点电压的噪声以输出切换电压。误差放大器可以接收来自开关电压传感器的切换电压以将切换电压与参考电压进行比较，当切换电压高于参考电压时输出与电压差成比例的电流以提高输出电压，以及当切换电压低于参考电压时接收与电压差成比例的电流以降低输出电压。当漏极电压在第一开关的切换开始时具有正(+)值时，占空比控制器可以使占空比随着误差放大器的输出电压增加以及从环路滤波器输出的控制电压增加而减小。当漏极电压在第一开关的切换开始时具有负(-)值时，占空比控制器可以使占空比随着误差放大器的输出电压降低以及从环路滤波器输出的控制电压降低而增加。占空比控制器可以基于从环路滤波器接收的控制电压来延迟时钟信号，以及利用时钟信号和延迟的时钟信号来输出第一开关的栅极驱动电压。此处，可以基于延迟的时钟信号的延迟时间来确定第一开关的栅极驱动电压的最大占空比，以及由于具有50％的占空比的时钟信号，最小占空比可以为50％。该零电压切换控制装置还可以包括电容选择器，该电容选择器被配置成选择性地调节放大器的第一开关的电容。当以50％或更小的占空比执行零电压切换操作时，电容选择器可以减小与放大器的第一开关的漏极连接的电容器的电容并且使得在电容选择电压改变为低状态并且放大器的第二开关通过电容选择信号的低状态而关断时以50％或更大的占空比执行零电压切换操作。当通过检测第一开关的漏极电压而检测到的漏极电压等于或高于预设值时，电容选择器可以增加与放大器的第一开关的漏极连接的电容器的电容并且防止当电容选择电压改变为高状态且放大器的第二开关通过电容选择信号的高状态接通时漏极电压的过度生成。电容选择器可以包括：D触发器，被配置成接收反相时钟信号和占空比生成信号，确定占空比生成信号是否具有50％或更小的占空比，以及当占空比为50％或更小时向输出(Q)输出高信号；以及置位复位(SR)锁存器，被配置成当D触发器生成高信号时在输入(R)处接收高信号并且使得从输出(Q)输出的电容选择信号处于低状态。电容选择器还可以包括：峰值检测器，被配置成在电容选择信号处于低状态的状态下检测第一开关的漏极电压峰值；以及比较器，被配置成当漏极电压峰值等于或高于预设值时输出高信号，将高信号施加到SR锁存器的输入S，使得SR锁存器向输出(Q)输出高信号，并且使得从输出(Q)输出的电容选择信号处于高状态。本专利技术的另一方面提供了一种无线电力传输装置，包括：放大器，包括扼流线圈、第一开关、连接至第一开关的漏极的第一电容器、谐振槽和负载；以及零电压切换控制装置，被配置成当第一开关接通时检测第一开关的漏极电压，基于检测到的漏极电压的状态将第一开关的驱动信号的占空比控制为50％或更大，并且使得第一开关执行零电压切换。放大器还可以包括第二开关和与第二开关的漏极连接的第二电容器，以及零电压切换控制装置可以选择性地调节第一开关的电容以防止具有50％或更小的占空比的零电压切换。【有益效果】根据本专利技术的一个实施方式，由于开关驱动信号的占空比被控制为50％或更大并且执行零电压切换(ZVS)，所以可以解决在占空比为50％或更小的情况下发生的问题。例如，当在接收端负载的功耗较高的情况下占空比降低时，可以解决如下问题：由电源提供的电力减少使得不能向负载提供足够的电力以及由于在检测开关的漏极电压的过程期间接通时间受到噪声影响而导致的开关不以稳定的占空比操作。此外，在开关以高速度驱动的情况下，可以解决由于检测漏极电压下降到特定电位以下的比较器的操作延迟而导致的难以时间同步的问题。此外，由于占空比被逐渐控制为使得漏极电压在切换开始时变为0V，所以即使在检测漏极电压的过程期间由于噪声而产生误差，也不会突然发生占空比的改变，从而可以稳定地控制占空比。此外，由于不通过比较器比较漏极电压，所以不需要高速度比较器，因此可以执行显著稳定的操作。附图说明图1是常规的E类放大器的配置图。图2是E类放大器的操作波形图。图3是用于无线电力传输的E类放大器的等效电路图。图4是在轻负载条件下开关的漏极电压的波形图。图5是在重负载条件下开关的漏极电压的波形图。图6是根据本专利技术的一个实施方式的零电压切换(ZVS)控制装置的配置图。图7是根据本专利技术的另一实施方式的ZVS控制装置的配置图。图8是根据本专利技术的一个实施方式的开关电压传感器的详细配置图。图9是根据本专利技术的一个实施方式的开关电压传感器的操作波形图。图10是根据本专利技术的一个实施方式的占空比控制器的操作波形图。图11是根据本专利技术的一个实施方式的占空比控制器的详细配置图。图12是根据本专利技术的一个实施方式的电容选择器的详细配置图。图13是根据本专利技术的一个实施方式的模拟其中控制占空比和执行ZVS操作的过程的结果的波形图。图14是包括根据本专利技术的一个实施方式的E类放大器和无线电力接收装置的无线电力传输装置的电路图。图15是根据本专利技术的一个实施方式的在图14的结构中模拟电容控制的结果的波形图。【具体实施方式】在下文中，将参照附图详细描述本专利技术的实施方式。在本专利技术的描述中，当确定相关已知功能或构造的详细描述可能不必要地使本专利技术的要点模糊时，将省略该详细描述。此外，以下描述的一些术语是考虑到本专利技术的功能而限定的，并且其含义可以根据例如用户或操作者的意图或习惯而改变。因此，应该基于本说明书的范围来理解术语的含义。图1是常规的E类放大器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种零电压切换控制装置，包括：开关电压传感器，被配置成当放大器的第一开关被接通时检测所述第一开关的漏极电压并且生成切换电压；误差放大器，被配置成接收所述切换电压，将所述切换电压与参考电压进行比较并且放大误差；环路滤波器，被配置成接收所述误差放大器的输出电压并输出控制电压；以及占空比控制器，被配置成根据所述控制电压来控制所述第一开关的驱动信号的占空比，并且使得所述第一开关执行零电压切换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.24 KR 10-2015-01357881.一种零电压切换控制装置，包括：开关电压传感器，被配置成当放大器的第一开关被接通时检测所述第一开关的漏极电压并且生成切换电压；误差放大器，被配置成接收所述切换电压，将所述切换电压与参考电压进行比较并且放大误差；环路滤波器，被配置成接收所述误差放大器的输出电压并输出控制电压；以及占空比控制器，被配置成根据所述控制电压来控制所述第一开关的驱动信号的占空比，并且使得所述第一开关执行零电压切换。2.根据权利要求1所述的零电压切换控制装置，其中，所述占空比控制器将最小占空比限制为50％或更大。3.根据权利要求1所述的零电压切换控制装置，其中，所述开关电压传感器包括：第三开关，具有连接至第一节点的源极、连接至第二节点的漏极和接收由所述第一开关的栅极驱动信号生成的脉冲信号的栅极；第一二极管，形成在第一接地电压与所述第一节点之间；第一电阻器，连接至所述第一节点和所述第一开关的漏极；电容器Cs，形成在第二接地电压与所述第二节点之间；以及滤波器，形成在所述第二节点与第三接地电压之间并且被配置成输出所述切换电压。4.根据权利要求3所述的零电压切换控制装置，其中，所述开关电压传感器：当所述第一开关接通时，利用所述第一开关和所述第一二极管来检测所述第一开关的漏极电压；通过由所述第一开关的栅极驱动信号生成脉冲信号并利用所述脉冲信号使所述第三开关接通，来对第一节点电压进行采样；当所述第三开关关断时，保持所述电容器Cs上的第二节点电压；以及利用所述滤波器去除所述第二节点电压的噪声以输出所述切换电压。5.根据权利要求1所述的零电压切换控制装置，其中，所述误差放大器：接收来自所述开关电压传感器的所述切换电压以将所述切换电压与所述参考电压进行比较；当所述切换电压高于所述参考电压时，输出与电压差成比例的电流以提高所述输出电压；以及当所述切换电压低于所述参考电压时，接收与电压差成比例的电流以降低所述输出电压。6.根据权利要求1所述的零电压切换控制装置，其中，当所述漏极电压在所述第一开关的切换开始时具有正(+)值时，所述占空比控制器使所述占空比随着所述误差放大器的输出电压增加以及从所述环路滤波器输出的控制电压增加而减小。7.根据权利要求1所述的零电压切换控制装置，其中，当所述漏极电压在所述第一开关的切换开始时具有负(-)值时，所述占空比控制器使所述占空比随着所述误差放大器的输出电压降低以及从所述环路滤波器输出的控制电压降低而增加。8.根据权利要求1所述的零电压切换控制装置，其中，所述占空比控制器：基于从所述环路滤波器接收的控制电压来延迟...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄锺泰，李东洙，秦基雄，高旼廷，申铉翊，李焌，
申请(专利权)人：曼珀斯有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国,KR