一种无线充电发射器及其控制方法技术

一种无线充电发射器，包括：谐振电路(201)，用于产生磁场能量；功率放大电路(202)，用于提供产生磁场能量所需的交流电；零电压开关网络(203)，包括电感、电容、第一开关及第二开关，其中，第二开关与电感并联，再与第一开关及电容串联，用于对功率放大电路(202)的开关节点进行充放电；零电流检测电路(204)，用于产生控制信号控制第一开关及第二开关的开关状态及检测通过电感的电流。由于零电压开关网络(203)两个开关的设置使得通过电感的电流从连续性电流变为非连续性电流，极大地减小ZVS网络电感和电容的尺寸，进而降低电路成本及PCB板的面积。

A wireless charging transmitter and its control method

A wireless charging transmitter includes a resonant circuit (201) for generating magnetic field energy, a power amplification circuit (202) for providing alternating current needed for generating magnetic field energy, a zero voltage switching network (203) including an inductor, a capacitor, a first switch and a second switch, wherein the second switch is connected in parallel with an inductor, and then in series with a first switch and a capacitor for generating power amplification circuit\uff08 202) and a zero current detection circuit (204) for generating a control signal to control the switching states of the first switch and the second switch and to detect the current passing through the inductor. Since the two switches of the zero voltage switching network (203) are set, the current through the inductor changes from continuous current to discontinuous current, which greatly reduces the size of the inductor and capacitor of the ZVS network, thereby reducing the circuit cost and the area of the PCB.

【技术实现步骤摘要】
一种无线充电发射器及其控制方法
本专利技术涉及电路设计
，尤其涉及一种无线充电发射器及其控制方法。
技术介绍
现有的无线充电发射端常采用D型功率放大器。由于D型放大器的开关节点存在很大的寄生电容，需要采用零电压开关(Zero-VoltageSwitching，ZVS)技术来提高转换效率。传统的ZVS技术采用连续导通模式(Continuous-ConductionMode，CCM)工作模式，需要体积很大的ZVS电感和电容，提高了成本且增加了印刷电路板(PrintedCircuitBoard，PCB)的面积。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对于现有的技术问题，本专利技术提出一种无线充电发射器及其控制方法，用于至少部分解决上述技术问题之一。(二)技术方案本专利技术一方面提供一种无线充电发射器，包括：谐振电路201，用于产生磁场能量；功率放大电路202，用于提供产生磁场能量所需的交流电；零电压开关网络203，包括电感、电容、第一开关及第二开关，其中，第二开关与电感并联，再与第一开关及电容串联，用于对功率放大电路202的开关节点进行充放电；零电流检测电路204，用于产生控制信号控制第一开关及第二开关的开关状态及检测通过电感的电流。可选地，零电流检测电路204包括信号产生电路，功率放大电路202包括两个功率开关，在两个功率开关相互切换的时间段内，信号产生电路产生控制信号控制第一开关导通，第二开关断开。可选地，零电流检测电路204还包括检测电路，用于检测通过电感的电流；若检测电路检测到通过电感的电流为0，则信号产生电路产生控制信号控制第一开关断开，第二开关导通。可选地，功率放大电路202包括两个功率开关，无线充电发射器还包括：零电压环路控制电路205，用于产生驱动信号控制两个功率开关的切换。可选地，零电压环路控制电路205包括采样电路和开关控制电路；采样电路采样功率放大电路202的开关节点电压及电源电压，比较开关节点电压与电源电压的电压差；开关控制电路根据电压差产生驱动信号控制两个功率开关的切换。可选地，采样电路在零电压开关网络203对功率放大电路202的开关节点充放电结束时，采样开关节点电压及电源电压。可选地，电容通过电感对功率放大电路202的开关节点进行充放电。本专利技术另一方面提供一种无线充电发射器的控制方法，无线充电发射器包括谐振电路201、功率放大电路202、零电压开关网络203、零电流检测电路204及零电压环路控制电路205，其中零电压开关网络203包括电感、电容、第一开关及第二开关，第二开关与电感并联，再与第一开关及电容串联，控制方法包括：S1，在功率放大电路202的两个功率开关切换的时间段内，零电流检测电路204控制第一开关导通，第二开关断开，对功率放大电路202的开关节点进行充放电，产生交流电；S2，零电流检测电路204检测通过电感的电流，根据电流控制第一开关及第二开关的开关状态。可选地，控制方法还包括：S3，当零电压开关网络203对功率放大电路202的开关节点进行充放电结束时，采样开关节点电压及功率放大电路202电源电压，计算两者电压差，零电压环路控制电路205根据电压差控制功率放大电路202的功率开关的切换；S4，谐振电路201根据功率开关的切换产生磁场能量。可选地，S2包括：若电流为0，则零电流检测电路204控制第一开关断开，第二开关导通。(三)有益效果本专利技术提出的一种无线充电发射器及其控制方法，通过在传统的ZVS网络中设置两个开关及与该两个开关对应的零电流检测电路，使得通过ZVS网络电感的电流从连续性电流变为非连续性电流，即电感只在无线充电发射器功率放大电路的功率开关切换的时间段内有电流，其它时间电感的电流为零，可极大地减小ZVS网络电感和电容的尺寸，进而降低电路成本及PCB板的面积。附图说明图1示意性示出了采用传统CCM工作模式的无线充电发射端结构的示意图。图2示意性示出了图1所示无线充电发射端电流电压曲线图。图3示意性示出了本专利技术实施例提供一种无线充电发射器结构示意图。图4示意性示出了本专利技术实施例提供的无线充电发射端电流电压曲线图。图5示意性示出了本专利技术实施例提供的一种第一开关MZ1及第二开关MZ2的具体实现方式示意图。图6示意性示出了本专利技术实施例提供一种无线充电发射器的控制方法流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。请参见图1，图1为采用传统CCM工作模式的无线充电发射端结构的示意图，如图1所示，L1为无线充电发射器的原级线圈(Req是接收器等效到原级线圈端的负载电阻)，电容C1与L1组成发射端的谐振网络。M1和M2是功率放大电路的功率开关，在开关节点VSW1点的寄生电容分别为CS1和CS2，其等效总电容为Coss。由于发射器一般电源电压较高，M1和M2常采用DMOS，导致Coss容值较大。当M1和M2开关切换时，在电容Coss上的电荷将被放电而浪费，每个周期的能量损失可达CossVDD2，严重降低了发射器的效率，而在VSW1点接上由LZ和CZ组成的ZVS网络101以挽回在Coss上的损耗，提高发射效率。其工作原理为：在M1和M2切换的死区时间中，Coss通过LZ和CZ组成的ZVS网络完成充放电。请参见图2，图2为图1所示无线充电发射端电流电压曲线图，如图2所示，L1和C1谐振时，电流I1与电压VSW1同相位，通常CZ需要足够大使得其上的电压VZ在稳态保持基本恒定。此时，电流IZ是一个三角波形，它的斜率可以表示为：m1＝(VDD-VZ)/LZ，-m2＝-VZ/LZ通过在一个周期内压秒平衡(voltage-secondbalance)，可以得到以下关系式：VZ＝VDD/2，m1＝m2＝VDD/(2Lz)，I0＝VDDTo/(8Lz)10是IZ的幅值，To＝1/fo是开关切换的周期。在死区时间tDT(＜＜T0)内，IZ可以近似为I0，CZ和Coss之间需要传输的电荷为CossVDD，因此可得到LZ的电感值为：LZ＝tDT/(8foCOSS)由上述公式可以看出，LZ正比于tDT，而反比于I0。在实际工作中，tDT不能太小，否则太快的VSW1切换有可能让M1和M2被错误开启。同时，I0不能过大，否则增加流过M1和M2的电流从而增加导通损耗。因此，传统的ZVS技术通常需要较大的LZ，从而增加了成本和PCB面积。基于传统ZVS技术的缺陷，本专利技术一实施例提供一种无线充电发射器，其结构如图3所示，该无线充电发射器包括：谐振电路201，用于产生磁场能量，并发射该磁场能量至接收端。该谐振电路201由电感L1及电容C1串联而成，该电感L1例如是空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈等，该电容C1例如是陶瓷电容、极板电容、电解电容、云母电容等，具体本专利技术不加以限制。...

【技术保护点】
1.一种无线充电发射器，其特征在于，包括：/n谐振电路(201)，用于产生磁场能量；/n功率放大电路(202)，用于提供产生所述磁场能量所需的交流电；/n零电压开关网络(203)，包括电感、电容、第一开关及第二开关，其中，所述第二开关与所述电感并联，再与所述第一开关及所述电容串联，用于对所述功率放大电路(202)的开关节点进行充放电；/n零电流检测电路(204)，用于产生控制信号控制所述第一开关及第二开关的开关状态及检测通过所述电感的电流。/n

【技术特征摘要】
1.一种无线充电发射器，其特征在于，包括：
谐振电路(201)，用于产生磁场能量；
功率放大电路(202)，用于提供产生所述磁场能量所需的交流电；
零电压开关网络(203)，包括电感、电容、第一开关及第二开关，其中，所述第二开关与所述电感并联，再与所述第一开关及所述电容串联，用于对所述功率放大电路(202)的开关节点进行充放电；
零电流检测电路(204)，用于产生控制信号控制所述第一开关及第二开关的开关状态及检测通过所述电感的电流。


2.根据权利要求1所述的无线充电发射器，其特征在于，所述零电流检测电路(204)包括信号产生电路，所述功率放大电路(202)包括两个功率开关，在所述两个功率开关相互切换的时间段内，所述信号产生电路产生控制信号控制所述第一开关导通，所述第二开关断开。


3.根据权利要求2所述的无线充电发射器，其特征在于，所述零电流检测电路(204)还包括检测电路，用于检测通过所述电感的电流；
若所述检测电路检测到通过所述电感的电流为0，则所述信号产生电路产生控制信号控制所述第一开关断开，所述第二开关导通。


4.根据权利要求1所述的无线充电发射器，其特征在于，所述功率放大电路(202)包括两个功率开关，所述无线充电发射器还包括：
零电压环路控制电路(205)，用于产生驱动信号控制所述两个功率开关的切换。


5.根据权利要求4所述的无线充电发射器，其特征在于，所述零电压环路控制电路(205)包括采样电路和开关控制电路；
所述采样电路采样所述功率放大电路(202)的开关节点电压及电源电压，比较所述开关节点电压与所述电源电压的电压差；
所述开关控制电路根据所述电压差产生驱动信号控制所述两个功率开关的切换。

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【专利技术属性】
技术研发人员：程林，吴枫，康一，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34