栅极驱动器电路和无线电力接收器系统技术方案

公开了一种用于无线电力接收器(WPR)系统的同步整流器(SR)的栅极驱动器电路和WPR系统。该栅极驱动器电路包括：第一RC滤波器，其基于输入至该滤波器的指示WPR系统的线圈电流在第一方向上的过零状况的信号，来输出用于第一高侧SR开关的延迟接通信号；第二RC滤波器，其基于输入至该滤波器的指示线圈电流在相反方向上的过零状况的信号，来输出用于第二高侧SR开关的延迟接通信号；第一数字延迟和保持电路，其被电连接至第一RC滤波器的输出端，并且使由第一滤波器输出的延迟接通信号稳定；以及第二数字延迟和保持电路，其被电连接至第二RC滤波器的输出端，并且使由第二滤波器输出的延迟接通信号稳定。迟接通信号稳定。迟接通信号稳定。

【技术实现步骤摘要】
栅极驱动器电路和无线电力接收器系统


[0001]本公开内容涉及电子学领域，并且具体地涉及用于无线电力接收器系统的同步整流器的栅极驱动器电路。

技术介绍

[0002]无线充电站用于在没有电线的情况下对移动设备中的电池进行充电，因此对于高速充电应用，无线充电站通常具有可以从0W(空载)至50W的任何范围的可变负载水平。为了跨越这样的大潜在功率范围，在工作频率、占空比和电压水平方面需要来自接收器线圈的灵活输入。此外，整流器应在饱和换向模式下与MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)一起工作尽可能长的时段，以使效率最大化。监测和栅极驱动器信号需要复杂的定时器、消隐以及其他模拟和数字电路系统，用于感测传入电流并且关断和接通整流器MOSFET，使得MOSFET以从漏极到源极的最小电压接通和关断，并且在电流没有快速改变或处于0A值时接通和关断。
[0003]通常，这些电路被设计和集成，并且需要复杂的状态机和控制，以实现同步切换动作并且防止直通或短路情况，该直通或短路情况可以增加系统损耗并且增加设计复杂性，从而增加设计时间和成本。简单地使用比较器来监测零电压交叉或整流电压交叉是可能的，以检测适当的定时。然而，这样的解决方案往往会产生噪声，因为接通的MOSFET可能引起振荡。
[0004]此外，当线圈电流反向时，允许MOSFET保持接通可以致使AC节点被强制为高或低。如果备用MOSFET仍然接通，则结果是电压整流短路，并且非常高的电流流动，并且损坏或断开是可能的。
[0005]因此，需要用于无线电力接收器系统的改进的整流技术。

技术实现思路

[0006]根据用于无线电力接收器系统的同步整流器的栅极驱动器电路的实施方式，栅极驱动器电路包括：第一RC滤波器，其被配置成基于输入至第一RC滤波器的指示无线电力接收器系统的线圈电流在第一方向上的过零状况的信号，来输出用于同步整流器的第一高侧开关的延迟接通信号；第二RC滤波器，其被配置成基于输入至第二RC滤波器的指示线圈电流在与第一方向相反的第二方向上的过零状况的信号，来输出用于同步整流器的第二高侧开关的延迟接通信号；第一数字延迟和保持电路，其电连接至第一RC滤波器的输出端，并且被配置成使由第一RC滤波器输出的延迟接通信号稳定；以及第二数字延迟和保持电路，其电连接至第二RC滤波器的输出端，并且被配置成使由第二RC滤波器输出的延迟接通信号稳定。
[0007]根据无线电力接收器系统的实施方式，无线电力接收器系统包括：线圈，其被配置成在感应电力耦合期间传导电流；同步整流器，其被配置成对在线圈处接收的电力进行整流；以及栅极驱动器电路，其被配置成控制同步整流器的切换，其中，栅极驱动器电路包括：
第一RC滤波器，其被配置成基于输入至第一RC滤波器的指示线圈电流在第一方向上的过零状况的信号来输出用于同步整流器的第一高侧开关的延迟接通信号；第二RC滤波器，其被配置成基于输入至第二RC滤波器的指示线圈电流在与第一方向相反的第二方向上的过零状况的信号来输出用于同步整流器的第二高侧开关的延迟接通信号；第一数字延迟和保持电路，其电连接至第一RC滤波器的输出端，并且被配置成使由第一RC滤波器输出的延迟接通信号稳定；以及第二数字延迟和保持电路，其电连接至第二RC滤波器的输出端，并且被配置成使由第二RC滤波器输出的延迟接通信号稳定。
[0008]本领域技术人员在阅读以下详细描述并查看附图后将认识到附加特征和优点。
附图说明
[0009]附图的元件不一定相对于彼此成比例。相同的附图标记表示对应的相似部分。可以将各种示出的实施方式的特征进行组合，除非它们相互排斥。在附图中描绘了实施方式，并且在以下的描述中对实施方式进行了详细描述。
[0010]图1示出了包括同步整流器和用于同步整流器的栅极驱动器电路的无线电力接收器系统的实施方式的示意图。
[0011]图2示出了与无线电力接收器系统的工作相关联的各种波形。
[0012]图3示出了无线电力接收器的另一实施方式的示意图。
[0013]图4示出了无线电力接收器的另一实施方式的示意图。
[0014]图5示出了包括无线电力接收器系统、通用串行总线(USB)电力适配器、无线充电站和控制器的无线充电系统的实施方式的框图。
具体实施方式
[0015]本文中描述的实施方式提供了用于无线电力接收器系统的改进的整流技术。改进的整流技术是自驱动的，并且使用传入AC电压、线圈电流和反向电流保护(RCP)比较器来驱动无线电力接收器系统的同步整流器。RC滤波器调整同步整流器的死区时间。可编程电阻器和/或电容器元件可以用于调整接通延迟时间。当线圈电流导数接近零时，使用反向电流保护比较器使同步整流器MOSFET快速关断。向反向电流保护比较器添加可编程或可变输入偏移可以用于调整关断定时。
[0016]接下来，参照附图描述了无线电力接收器系统和用于无线电力接收器系统的同步整流器的栅极驱动器电路的示例性实施方式。
[0017]图1示出了包括同步整流器102和用于同步整流器102的栅极驱动器电路104的无线电力接收器系统100的实施方式。图2示出了与无线电力接收器系统100的工作相关联的各种波形。
[0018]电力通过电磁波无线地传送至无线电力接收器系统100。当无线电力接收器系统100的线圈Ls被放置在无线电力发送器(未示出)中包括的线圈附近时，产生电磁场。电磁场允许电力从发送器线圈传递至接收器线圈Ls。接收器线圈Ls在感应电力耦合期间传导电流iCoil。栅极驱动器电路104控制同步整流器102的切换，使得同步整流器102将线圈电流iCoil转换成DC信号，例如以对包括在无线电力接收器系统100中或耦合至无线电力接收器系统100的电池和/或电力电路系统进行充电。在发送侧和/或接收侧可以使用一个以上的
线圈。
[0019]用于无线电力接收器系统100的同步整流器102的栅极驱动器电路104包括由第一电阻器R1和第一电容器C1形成的第一RC滤波器以及由第二电阻器R2和第二电容器C2形成的第二RC滤波器。第一RC滤波器R1/C1基于输入至第一RC滤波器R1/C1的信号RCP1输出用于同步整流器102的第一高侧(HS)开关HS1的延迟接通信号HG1
’
，该信号RCP1指示无线电力接收器系统100的线圈电流iCoil在第一方向上的过零状况“ZCD_AC1”。第二RC滤波器R2/C2类似地基于输入至第二RC滤波器R2/C2的信号RCP2输出用于同步整流器102的第二高侧开关HS2的延迟接通信号HG2
’
，该信号RCP2指示线圈电流iCoil在与第一方向相反的第二方向上的过零状况“ZCD_AC2”。RC滤波器R1/C1、R2/C2调整同步整流器102的死区时间(接通延迟)。RC滤波器R1/C1、R2/C2的电阻器R1、R2和/或电容器元件C1、C2可以是可编程的，以调整接通延迟定时。
[0020]图2中的过零状况ZCD_AC1指示同步整流器102本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于无线电力接收器系统的同步整流器的栅极驱动器电路，所述栅极驱动器电路包括：第一RC滤波器，其被配置成基于被输入至所述第一RC滤波器的、指示所述无线电力接收器系统的线圈电流在第一方向上的过零状况的信号，来输出用于所述同步整流器的第一高侧开关的延迟接通信号；第二RC滤波器，其被配置成基于被输入至所述第二RC滤波器的、指示所述线圈电流在与所述第一方向相反的第二方向上的过零状况的信号，来输出用于所述同步整流器的第二高侧开关的延迟接通信号；第一数字延迟和保持电路，其被电连接至所述第一RC滤波器的输出端，并且被配置成使由所述第一RC滤波器输出的延迟接通信号稳定；以及第二数字延迟和保持电路，其被电连接至所述第二RC滤波器的输出端，并且被配置成使由所述第二RC滤波器输出的延迟接通信号稳定。2.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中，所述第一数字延迟和保持电路被配置成捕获由所述第一RC滤波器输出的延迟接通信号并将其保持在稳定水平，并且其中，所述第二数字延迟和保持电路被配置成捕获由所述第二RC滤波器输出的延迟接通信号并将其保持在稳定水平。3.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中，所述第一数字延迟和保持电路包括第一非门、第二非门、第一与非门、第二与非门和与门；所述第一非门的输入端被电连接至所述第一RC滤波器的输出端；所述第二非门的输入端被电连接至所述第一与非门的输出端；所述与门的第一输入端被电连接至所述第一非门的输出端；所述与门的第二输入端被电连接至所述第二非门的输出端；所述第一与非门的第一输入端被电连接至所述第一RC滤波器的输出端；所述第一与非门的第二输入端被电连接至所述第二与非门的输出端；所述第二与非门的第一输入端被电连接至所述与门的输出端；所述第二与非门的第二输入端被电连接至所述第一与非门的输出端；并且所述第二非门的输出端被配置成输出由所述第一RC滤波器输出的延迟接通信号的稳定版本。4.根据权利要求3所述的栅极驱动器电路，其中，所述第一数字延迟和保持电路包括将所述第一RC滤波器的输出端电连接至所述第二非门的输出端的电阻器。5.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，其中，所述第二数字延迟和保持电路包括第一非门、第二非门、第一与非门、第二与非门和与门；所述第一非门的输入端被电连接至所述第二RC滤波器的输出端；所述第二非门的输入端被电连接至所述第一与非门的输出端；所述与门的第一输入端被电连接至所述第一非门的输出端；所述与门的第二输入端被电连接至所述第二非门的输出端；所述第一与非门的第一输入端被电连接至所述第二RC滤波器的输出端；
所述第一与非门的第二输入端被电连接至所述第二与非门的输出端；所述第二与非门的第一输入端被电连接至所述与门的输出端；所述第二与非门的第二输入端被电连接至所述第一与非门的输出端；并且所述第二非门的输出端被配置成输出由所述第二RC滤波器输出的延迟接通信号的稳定版本。6.根据权利要求5所述的栅极驱动器电路，其中，所述第二数字延迟和保持电路包括将所述第二RC滤波器的输出端电连接至所述第二非门的输出端的电阻器。7.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，还包括：第一二极管，其具有电连接至所述第一RC滤波器的输出端的阳极和电连接至所述第一RC滤波器的输入端的阴极；以及第二二极管，其具有电连接至所述第二RC滤波器的输出端的阳极和电连接至所述第二RC滤波器的输入端的阴极。8.根据权利要求1所述的栅极驱动器电路，还包括：第一电平转换器电路，其被配置成基于所述同步整流器的第一高侧开关与第一低侧开关之间的第一AC节点处的电压，来输出用于所述同步整流器的第二低侧开关的栅极信号，使得所述第二低侧开关和所述第一高侧开关两者同时接通或关断；以及第二电平转换器电路，其被配置成基于所述同步整流器的第二高侧开关与第二低侧开关之间的第二AC节点处的电压，来输出用于所述同步整流器的第一低侧开关的栅极信号，使得所述第一低侧开关和所述第二高侧开关两者同时接通或关断。9.根据权利要求8所述的栅极驱动器电路，其中，所述第一电平转换器电路包括被电连接在所述第一AC节点与所述第一RC滤波器的输入端之间的第一晶体管器件；所述第二低侧开关的栅极被电连接至所述第一RC滤波器的输出端；所述第二电平转换器电路包括被电连接在所述第二AC节点与所述第二RC滤波器的输入端之间的第二晶体管器件；并且所述第一低侧开关的栅极被电连接至所述第二RC滤波器的输出端。10.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼舒劳斯，
申请(专利权)人：赛普拉斯半导体公司，
类型：发明
国别省市：