基于运放的同步整流无线充电电路制造技术

本实用新型专利技术专利公开了一种基于运放的同步整流无线充电电路，包括LC谐振模块、电流电压检测模块、相位检测模块、MOS管控制模块、MOS整流电路模块和BUCK电路降压模块。LC谐振模块接收发射线圈发射的能量，产生谐振电流，相位检测模块通过运放检测谐振电流的相位信息，并将信息传递给MOS管控制模块。MOS管控制模块控制MOS管的打开与关断从而实现同步整流，同步整流后的电流经过电流电压检测模块得到电流电压大小。通过控制BUCK电路降压模块实现恒功率充电，相比于传统的全波整流电路通过MOS管可以降低二极管的导通损耗从而提高充电效率，并且通过恒功率充电方法使电容充电更平稳，提高电容的寿命和充电效率。高电容的寿命和充电效率。高电容的寿命和充电效率。

【技术实现步骤摘要】
基于运放的同步整流无线充电电路

：
[0001]本技术属于无线充电
，设计一种更高效的同步整流电路。
技术背景：
[0002]目前的无线充电技术很大一部分是基于电磁感应式技术，通过发射特定频率的大信号，将电能转换为磁能，而接收端通过LC谐振或LCC谐振电路，将磁能转化成电能，可以在非接触的方式下完成电能传输，而后通过整流滤波得到相对平滑的直流电，最后才能被储存或利用。
[0003]整流电路是利用二极管的单向导电性将正负变化的交流电压变为单向脉动电压的电路。在交流电源的作用下，整流二极管周期性地导通和截止，使负载得到脉动直流电。在电源的正半周，二极管导通，使负载上的电流与电压波形形状完全相同；在电源电压的负半周，二极管处于反向截止状态，承受电源负半周电压，负载电压几乎为零。但在实际使用过程中，同步由于二极管具有导通压降，在充电过程中二极管发热较为严重会造成能量损耗。而将二极管替代为MOS管会使二极管的导通压降变为导通电阻，减小了导通损耗。
[0004]仅依靠LC谐振整流后滤波再将能量给法拉电容会造成效率不高、损耗大的情况，所以我们将滤波后的电流，通过BUCK电路(半桥降压模块)，使得功率能够被控制，这样就能在充电过程中改变充电功率，使得充电效率能够大大提高，并且充电过程能够更加稳定，不会对法拉电容产生过大的损耗。

技术实现思路
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[0005]本技术所要解决的技术问题是：针对LC无线充电电路，提供一种更高效的接收电路，实现对充电效率的提高和对异常情况的监测。
[0006]基于运放的同步整流无线充电电路，包括LC谐振模块(1)，相位检测模块(2)，电流电压检测模块(3)，MOS管控制模块(4)，MOS整流电路模块(5)，BUCK电路降压模块(6)。所述的无线充电模块(1)连接相位检测模块(3)，相位检测模块(3)连接MOS管控制模块(4)，MOS管控制模块(4)连接MOS管整流电路模块(5)，MOS管整流电路模块(5)连接电流电压检测模块(2)并且连接BUCK电路降压模块(6)，电流电压检测模块(3)连接BUCK电路降压模块(6)。
[0007]所述选频电容与所述的谐振线圈串联，形成LC串联谐振回路。
[0008]所述的电流电压检测模块由INA219电流检测芯片，STM32C8T6单片机，部分电容电阻组合，所述电阻R2和R3作为下拉电阻，连接GND，并且连接U2的A1，A0。所述电阻R4和R6连接U2芯片的SDA和SCL，U2芯片的SDA和SCL单片机的GPIOA8和GPIOA9，所述R4和R6作为上拉电阻。U2的IN+和IN
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并联于R30和R31电阻，R30和R31作为采样电阻，U2的GND连接GND，VS连接VCC
‑
3.3V电源并且另一端与滤波电容C3相连，C3另一端连接GND，电容C3作为滤波电容。
[0009]所述的相位检测模块，所述电阻R11，R12串联并于输入端并联。输入端连接运放IC1A的3脚和IC1B的5脚，IC1A的2脚和IC1B的6脚连接R11，R12之间。运放IC1A的1脚和IC1B的7脚分别连接模块的输出端。
[0010]所述的MOS管控制模块其特征如下：由MOS管驱动芯片IR2184 U3、U4和若干电阻电容二极管组成，二极管D2和二极管D3的负极分别串联芯片U3和U4，并且分别和电容C9和C10并联。U3的2脚与VCC+5V电源相连，3脚与GND+17V地相连，5脚与VCC+17V电源相连，6脚与MOS管整流电路模块的高侧MOS管(如图1的Q3，Q4)的源极相连。U3芯片连接方式同U4。
[0011]为了实现充电效率的最大化，优选的，所述的谐振线圈使用利兹线，其在高频的情况下能极大的减少集肤效应，提高传输效率。
[0012]为了保证电路安全，优选的，所述的电流电压检测模块R30和R31使用1210封装的0.1Ω电阻。该型号电阻过电流能力更强，可保证在大功率充电条件下电路能够正常使用。
[0013]所述基于运放的同步整流无线充电电路为了保证效率最大化，谐振电感L和谐振电容应要配到谐振频率才能保证效率最大化。目的是电容在大电流的应力下电容值不会改变，谐振电容应使用C0g电容，其在大电流情况下，电容值变化较小，效果较为稳定。所述电流电压检测模块控制BUCK电路降压模块时，电流电压检测模块可以测量出一个实际功率，而后根据实际功率计算出一个目标功率，通过传统的PID算法通过改变PWM占空比，控制MOS管使得实际功率逼近目标功率。而当发现电流电压超过额定值时，电流电压模块便向BUCK电路降压模块下达关闭MOS管的信息。
[0014]所述LC无线充电模块具有以下几个优点：1.充电效率相比于传统二极管全桥整流的效率更高；2.针对复杂情况，如线圈放置位置的原因，互感系数不是很高时，依然能有很大的充电功率；3.对于异常情况，如输出端短路或者谐振电压过大的情况，能够关闭电路防止系统的损坏。基于上述优点该系统可应用在各种复杂的条件下，如汽车充电、手机充电等，实现高效的充电。
附图说明：
[0015]图1为MOS整流电路模块和MOS管控制模块
[0016]图2为电流检测模块
[0017]图3为LC谐振模块
[0018]图4为相位检测模块
[0019]图5为BUCK电路降压模块
[0020]图6为基于运放的同步整流无线充电电路工作流程图
具体实施方式：
[0021]为进一步阐释本技术为达成预定技术目的所采取的技术手段，以下结合附图以及较佳实施例，详细说明如下：
[0022]请参阅图1，MOS整流电路模块和MOS管控制模块，其中包括MOS管Q5，MOS管Q6，MOS管Q3，MOS管Q4，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，半桥驱动器IR2184 U3，半桥驱动器IR2184 U4，二极管D2和二极管D3，钽电容C9，钽电容C10，钽电容C11，钽电容C12。U3芯片的8脚应于D2的负极相连，并且与钽电容正极相连。Q3，Q4的漏极应该与VCC和GND相连，源极连接下一级电路，Q5，Q6的漏极连接用电器的负极，源极分别接回VCC和GND。VCC与图3中的G1相连，GND与图3中的G2相连。
[0023]上述中通过IR2184 U3和IR2184 U4控制高侧MOS管Q3，Q4和低侧MOS管Q5，Q6的开
关和闭合，从而实现同步整流。
[0024]请参阅图2电流检测模块，由INA219芯片U2，电容C1，电容C3，电阻R4，电阻R6，电阻R2，电阻R3，组合而成。R2和R3与电容C1电容C3相连，而后分别与U2的7，8脚相连。R4，R6接到VCC
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3.3电源上，而后又分别于U2的5，6脚相连。U2的1，2脚与采样电阻R(图上未标出)相连。U2的3脚接到GND地上，U2的4脚接到VCC
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3.3电源上并于电容C8相连。C8作为滤波电容，另一端与GND相连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于运放的同步整流无线充电电路，包括LC谐振模块(1)，相位检测模块(2)，电流电压检测模块(3)，MOS管控制模块(4)，MOS管整流电路模块(5)，BUCK电路降压模块(6)，所述LC谐振模块(1)的输出端连接相位检测模块(2)的输入端，所述相位检测模块(2)的输出端连接MOS管控制模块(4)的输入端，所述MOS管控制模块(4)的输出端连接MOS管整流电路模块(5)的输入端，所述MOS管整流电路模块(5)的输出端连接电流电压检测模块(3)的输入端，所述电流电压检测模块(3)的输出端连接BUCK电路降压模块(6)的输入端。2.如权利要求1所述的基于运放的同步整流无线充电电路，其特征在于：所述LC谐振模块(1)由选频电容与谐振线圈串联组成。3.如权利要求2所述的基于运放的同步整流无线充电电路，其特征在于：所述电流电压检测模块(3)由INA219电流检测芯片U2、STM32C8T6核心板U10、第一电阻R2、第二电阻R3、第三电阻R4、第四电阻R6、第五电阻R30、第六电阻R31、第一电容C1、第二电容C3和第三电容C8组成，所述第一电阻R2和第二电阻R3连接到地(GND)，并且连接U2，第三电阻R4和第四电阻R6连接INA219电流检测芯片U2，INA219电流检测芯片U2连接单片机U10，INA219电流检测芯片U2与第五电阻R30和第六电阻R31连接，并且连接到地(GND)，INA219电流检测芯片U2连接VCC
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3.3V电源，并且与滤波第三电容C8相连，第三电容C8连接GND。4.如权利要求3所述的基于运放的同步整流无线充电电路，其特征在于：所述相位检测模块(2)由第一电阻R11、第二电阻R12、一片运放芯片LM358 IC1A和IC1B组成，所述第一电阻R11与第二电阻R12相连，第一电阻R11和第二电阻R12分别连接所述的谐振线圈和谐振电容，并且连接到所述的GND上，IC1A连接所述谐振线圈，IC1B连接谐振电容，运放IC1A和IC1B分别连接所述U3和U4。5.如权利要求1所述的基于运放的同步整流...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄俊晟，叶熙路，缪谨柒，张文斌，金晶，胡健，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：