一种无线充电接收器制造技术

本发明专利技术公开了一种无线充电接收器，将输入的交流电转化成系统需要的直流电，使用该直流电给接收器供电，具体的，接收器的供电电压不再来自接收器的输出，而是直接将电感电容谐振电路的交流电直接转化为系统的供电电压。这样可以显著提高接收器效率，降低接收器成本，在高压应用场景中效果尤为显著，且整个无线充电接收器的芯片面积也较小。接收器的芯片面积也较小。接收器的芯片面积也较小。

【技术实现步骤摘要】
一种无线充电接收器


[0001]本专利技术涉及无线充电
，尤其涉及一种无线充电接收器。

技术介绍

[0002]随着便捷式电子设备功能的不断增强，电子设备的耗电速度越来越快，这对方便快捷的充电方式提出了更高的要求，如何快速安全的对电池充电成为电源管理领域的研究热点。与传统有线充电方式相比，无线充电主要依靠磁场传输能量，不会引起短路、起火等事故，相较于有线充电更加安全。
[0003]无线充电接收器的输出功率越大，对设备的充电速度越快。提高无线充电接收器的输出功率，主要的是通过提高接收器的输出电流和输出电压来实现。图1是一个无线充电系统，无线充电系统的线圈及导线的寄生电阻带来的传输损耗为P=I2R，P为传输损耗值，I为电流值，R为电阻值。对于同样的输出功率，采用高压充电可以减小充电电流，显著降低系统的导通损耗。高压架构的接收器系统的供电一般采用低电压供电，接收器输出的高电压需要降压之后才能给接收器系统本身供电，这个降压过程会带来额外的损耗，并且会增加接收器的成本。而无线充电系统中的接收器因为应用的设备以及应用场景等原因要求接收器能够自供电，不需要外部电源。传统的低压接收器因为输出电压设计值比较低，一般可以直接使用接收器的输出电压给接收器系统的控制级和功率级供电。对于高压大功率的接收器由于输出电压较高，无法直接给系统供电。具体来说，目前有如下方案：一种单级架构的接收器（文章1：A 6.78
‑
MHz single
‑
stage wireless power receiver using a 3
‑
Mode reconfigurableresonant regulatingrectifier,
”ꢀ
IEEE J. Solid
‑
State Circuits, vol. 52, no. 5, pp. 1412
–
1423,May2017.），其结构如图2所示；其中，电感和电容组成的谐振电路100用来接收发射器发射的能量，接收到的交流电通过3
‑
Mode有源整流器（即三种工作模式的有源整流器）200转化成直流电，接收器可以直接输出一个稳定的直流电提供给负载300，输出的直流电可作为系统的控制电路和驱动电路400的供电电源。该接收器中的3
‑
Mode有源整流器有三种不同工作模式，即全桥整流模式（1X）、半桥整流模式(1/2X)和空转模式(0X)，这三种不同的工作模式，对应的输出电流的能力不同，所以可以通过调节输入交流电流Iac来调整输出直流电的电压 VDC。
[0004]轻负载时，有源整流器工作在 0X 和 1
⁄
2X 模式下；重负载时，有源整流器工作在 1
⁄
2X 和 1X 模式下。通过调整占空比，来达到稳定输出电压的目的。该接收器采用单级架构实现了能量转化和电压调整，提高了接收器的效率。如之前所述，无线充电系统中的接收器要求能够自供电，不需要外部电源。由于采用图2所示架构的接收器只有输出电压一个稳定的电源，所以只能使用接收器输出电压作为接收器系统的供电电源。受限于现有的工艺技术，接收器系统的控制级和功率级供电一般采用电压电源，这极大的限制该架构的应用，使得该架构只适用于低压场景，并且设计的时候要慎重考虑接收器输出电压和接收器系统供电电压的关系。
[0005]如之前所述，图2所示接收器只适用于低压场景，接收器的输出电压便不能直接用
来给系统供电；为了解决这一问题，引入一个专门的降压模块为系统供电，例如，LDO（线性稳压器）或BUCK（降压式变换电路），如图3所示，为一种高压架构无线充电接收器系统供电示意图。这无疑增加了接收器的成本，并且降低了接收器的效率。
[0006]例如，在文章2（S.
ꢀ‑
J. Oh et al., "A 15
‑
W Quadruple
‑
Mode Reconfigurable Bidirectional Wireless PowerTransceiver With 95% System Efficiency for Wireless Charging Applications," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 36, no. 4,pp. 3814
‑
3827, April 2021, doi: 10.1109/TPEL.2020.3024915.）中提出了一种最大输出功率达到15W的接收器，该接收器的输出电压为12V。接收器的控制电路和功率管的驱动电路供电电压为5V，因此，在这个接收器中使用了一个12V转5V的线性稳压器来给系统供电，该LDO的效率约为40%，能量浪费较为严重，即使该接收器使用了有源整流方案，并且使用零电压开关技术来提高效率，在A4WP（无线电力联盟）标准下，接收器的峰值效率也只有93.6%。文章3（J. Wu, L. Bie, W. Kong, P. Gao and Y. Wang, "Multi
‑
Frequency Multi
‑
Amplitude Superposition Modulation Method WithPhase Shift Optimization for Single Inverter of Wireless Power Transfer System," in IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers,vol. 68, no. 5, pp. 2271
‑
2279, May 2021, doi: 10.1109/TCSI.2021.3060832.）中提出一种满足快速充电需求的无线充电接收器，该接收器采用了有源整流器加DC
‑
DC转换器（直流
‑
直流转换器）的架构，输出电压为5V，可以直接用来给系统供电。该方案通过增大输出电流，提高输出功率，从而满足快速充电，这导致系统的导通损耗较大，该接收器的最大输出功率为9W，在A4WP的标准下，峰值效率仅为84.5%。
[0007]以上图1~图3中，C表示电容，L表示电感，R表示电阻，M
L
表示低压MOS管（金氧半场效晶体管），M
N
表示NMOS管（N型金氧半场效晶体管），下标表示相应元器件的标识；V
out
与V
DC
均表示输出直流电的电压，VAC1与VAC2表示高压架构无线充电接收器系统中两个支路输入端（也即图3所示电感电容谐振电路的输出端）。
[0008]总体而言，现有无线充电接收器主要存在如下两方面的技术问题：1、目前的无线充电接收器存在着效率低，芯片面积大，芯片成本高的问题，并且接收器的输出功率普遍较低，不能满足快速充电的要求，应用场景受限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线充电接收器，其特征在于，包括：电感电容谐振电路、自供电模块电路、整流电路与反馈控制电路；其中：所述电感电容谐振电路，用于将接收到的交流电输出至整流电路与自供电模块电路；所述自供电模块电路，用于将来自所述电感电容谐振电路的交流电转化为指定供电电压的直流电，并提供给所述整流电路；所述整流电路，用于在所述反馈控制电路的控制下将来自所述电感电容谐振电路的交流电转化为指定充电电压的直流电，并输出至充电设备以及反馈控制电路；所述反馈控制电路，用于根据所述整流电路输出的直流电的充电电压对整流电路进行控制，使所述整流电路输出直流电的充电电压为指定充电电压。2.根据权利要求1所述的一种无线充电接收器，其特征在于，所述整流电路包括：第一功率级电路，其输入为来自所述电感电容谐振电路的交流电；所述第一功率级电路包括：多个有源二极管，多个有源二极管能够组成不同工作模式，不同工作模式下输出的直流电的充电电流不同，通过控制不同工作模式的占空比来调节输出电流的大小。3.根据权利要求2所述的一种无线充电接收器，其特征在于，所述反馈控制电路，用于根据所述整流电路输出的直流电的充电电压对整流电路进行控制包括：所述反馈控制电路，根据所述整流电路输出的直流电的充电电压对不同工作模式的占空比进行控制。4.根据权利要求1所述的一种无线充电接收器，其特征在于，所述自供电模块电路包括：第二功率级电路与控制级电路；所述第二功率级电路的输入为来自所述电感电容谐振电路的交流电，输出的直流电连接整流电路的供电端以及控制级电路的输入端；所述控制级电路的输出端连接所述第二功率级电路的控制端，所述控制级电路根据第二功率级电路输出的直流电的供电电压输出相应控制信号，使第二功率级电路输出的直流电的供电电压为指定供电电压。5.根据权利要求4所述的一种无线充电接收器，其特征在于，所述第二功率级电路包括：整流管和控制开关；所述整流管的正端连接自供电模块电路的输入端，接收来自所述电感电容谐振电路的交流电，所述整流管的负端连接控制开关，通过所述整流管将来自所述电感电容谐振电路的交流电...

【专利技术属性】
技术研发人员：程林，葛俊飞，潘东方，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：