CN106026418A - 单电源驱动的全桥发射电路 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供的单电源驱动的全桥发射电路，由三个谐振环电路、两个开关管以及一个驱动电源组成，其中，第一开关管与第一谐振环电路的谐振电容并联，第二开关管与第三谐振环电路的谐振电容并联，第一谐振环电路的中点与第三谐振环电路的中点之间串联连接第二谐振环电路。可见，本申请提供的全桥发射电路只用两个开关管，一个驱动电源，电路简单，成本低且性能优越。
Description
技术领域
本发明实施例涉及无线供电技术领域，更具体的涉及一种单电源驱动的全桥发射电路。
背景技术
无线供电是通过线圈的电磁效应将电源的电能转换成无线传播的能量，在接收端又将此能量转变回电能，从而对电器进行无线供电。
在目前的无线供电的应用中，全桥电路是较好的功率输出电路，它电流波形和电压波形完整，EMC特性好，输出功率大，全桥电路有两个桥臂，左桥臂是由两个开关管上下串联而成的，右桥臂也是由两个开关管上下串联而成的，谐振环的一端接在左桥臂的中点上，谐振环的另一端接在右桥臂的中点上。因为桥臂是由上下管串联的，工作于不同的电位上，因此，驱动需要4-5路隔离电源，电路复杂，成本高。
因此，迫切需要一种电路简单且EMC特性好的全桥发射电路。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种全桥发射电路，以克服现有技术中驱动隔离电源多，电路复杂，成本高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种单电源驱动的全桥发射电路，应用于无线供电，包括：三个谐振环电路、两个开关管以及一个驱动电源；三个所述谐振环电路为第一谐振环电路，第二谐振环电路以及第三谐振环电路，两个所述开关管为第一开关管以及第二开关管；
所述第一开关管与所述第一谐振环电路的谐振电容并联，所述第二开关管与所述第三谐振环电路的谐振电容并联，所述第一谐振环电路的中点与所述第三谐振环电路的中点之间串联连接所述第二谐振环电路。
优选的，所述第一谐振环电路与所述第一开关管组成第一单控串联谐振电路，所述第三谐振环电路与所述第二开关管组成第二单控串联谐振电路。
优选的，所述单控串联谐振电路包括开关管、谐振发射线圈以及谐振电容，其中，
所述谐振发射线圈一端与所述谐振电容的一端相连，所述谐振发射线圈的另一端与电源正极相连，所述谐振电容的另一端接地；所述开关管的第一端与所述谐振电容的一端相连，所述开关管的第二端与所述谐振电容的另一端相连。
优选的，所述开关管为MOSFET或IGBT。
优选的，所述谐振电容为等效谐振电容、所述电感为等效电感和/或所述开关管为等效开关管。
优选的，驱动所述第一开关管的信号的频率与驱动所述第二开关管的信号的频率互补。
优选的，所述第二谐振环电路包括第二谐振电容和第二谐振发射线圈，所述第二谐振电容与所述第二谐振发射线圈串联或并联。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施例提供的单电源驱动的全桥发射电路，由三个谐振环电路、两个开关管以及一个驱动电源组成，其中，第一开关管与第一谐振环电路的谐振电容并联，第二开关管与第三谐振环电路的谐振电容并联，第一谐振环电路的中点与第三谐振环电路的中点之间串联连接第二谐振环电路。可见，本申请提供的全桥发射电路只用两个开关管，一个驱动电源，电路简单，成本低且性能优越。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1(a)为现有技术中的半桥电路；
图1(b)为现有技术中的全桥电路；
图2为应用于无线供电的单电源驱动的全桥发射电路的一种实现方式的电路；
图3为应用于无线供电的单电源驱动的全桥发射电路的一种实现方式的电路；
图4为应用于无线供电的单电源驱动的全桥发射电路的一种实现方式的电路；
图5为应用于无线供电的单电源驱动的全桥发射电路的一种实现方式的电路；
图6为应用于无线供电的单电源驱动的全桥发射电路的一种实现方式的电路；
图7为应用于无线供电的单电源驱动的全桥发射电路的一种实现方式的电路；
图8为传统4个电源驱动的全桥发射电路的一种实现方式的电路；
图9为驱动信号时序图；
图10为应用于无线供电的单控串联谐振电路的一种实现方式的电路。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词的说明、简写或缩写总结如下：
IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管；
MOSFET：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管；
EMC：Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性；
PWM：Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有的谐振电路包括半桥电路以及全桥电路，如图1(a)所示，为半桥电路，在半桥电路中，谐振环中的谐振电容C和谐振发射线圈L可以是串联也可以是并联，半桥电路有两个桥臂，左桥臂是由两个开关管T1和T2上下串联而成的，右桥臂是由两谐振电容C3和C4上下串联而成的，谐振环的一端接在左桥臂的中点上，谐振环的另一端接在右桥臂的中点上；左桥臂和右桥臂的电路可以互换。如图1(b)所示，为全桥电路，在全桥电路中，谐振环允许谐振电容C和谐振发射线圈L串联或并联的形式出现，全桥电路有两个桥臂，左桥臂是由两个开关管T1和T2上下串联而成的，右桥臂也是由两个开关管T3和T4上下串联而成的，谐振环的一端接在左桥臂的中点上，谐振环的另一端接在右桥臂的中点上。
发明人在实现本发明创造的过程中发现，半桥电路通常需要2至3路隔离电源，如图1(a)所示成本适中，容易控制，但电流波形容易受泄漏电流的影响产生畸变，影响EMC特性，输出功率小于全桥电路的输出功率。全桥电路的电路复杂，驱动需要4至5路隔离电源，如图1(b)及图8所示，成本高，不易控制，但电流波形和电压波形完整，EMC特性好，输出功率大。
请参阅图2-图10，图2为本实施例提供的一种单电源驱动的全桥发射电路的电路图，包括：三个谐振环电路、两个开关管以及一个驱动电源。
其中，三个谐振环电路为第一谐振环电路，第二谐振环电路以及第三谐振环电路，两个开关管为第一开关管以及第二开关管。
具体的，其连接关系为：
第一开关管与第一谐振环电路的谐振电容并联，第二开关管与第三谐振环电路的谐振电容并联，第一谐振环电路的中点与第三谐振环电路的中点之间串联连接第二谐振环电路。
优选的，第一谐振环电路与第一开关管组成第一单控串联谐振电路，第三谐振环电路与第二开关管组成第二单控串联谐振电路。
请参阅图10，单控串联谐振电路包括开关管、谐振发射线圈以及谐振电容，其中，
谐振发射线圈一端与谐振电容的一端相连，谐振发射线圈的另一端与电源正极相连，谐振电容的另一端接地；开关管的第一端与谐振电容的一端相连，开关管的第二端与谐振电容的另一端相连。
优选的，开关管为MOSFET或IGBT。谐振电容为等效谐振电容、电感为等效电感和/或开关管为等效开关管。驱动第一开关管的信号的频率与驱动第二开关管的信号的频率互补。第二谐振环电路包括第二谐振电容和第二谐振发射线圈，第二谐振电容与第二谐振发射线圈串联或并联。
其工作原理为：
Ma是左侧单控串联谐振环，它由辅谐振电感La、辅谐振电容Ca、开关Ka组成，辅谐振电感La与辅谐振电容Ca串联组成左侧辅谐振环，开关Ka与辅谐振电容Ca并联；Mb是右侧单控串联谐振环，它由辅谐振电感Lb、辅谐振电容Cb、开关Kb组成，辅谐振电感Lb与辅谐振电容Cb串联组成右侧辅谐振环，开关Kb与辅谐振电容Cb并联；主谐振电感线圈L和主谐振电容C串联组成主谐振环，跨接在左右两个辅谐振环的中点；开关Ka和开关Kb具有互补关系：同时内只有一个开，当开关Ka关闭后，开关Kb接通，当开关Kb关闭后，开关Ka接通，即，
Ka开---Ka关Kb关---Kb开---Ka关Kb关---Ka开
如此循环。
当Ka开Kb关时，谐振电容Ca被短路到地，这时能量贮存到谐振电感线圈La中，同时，电感线圈Lb中的能量通过主谐振环LC后，经Ka对地形成电流，能量从主谐振电感线圈L转化为磁场对外发射；
当Kb开Ka关时，谐振电容Cb被短路到地，这时能量贮存到谐振电感线圈Lb中，同时，电感线圈La中的能量通过主谐振环LC后，经Kb对地形成电流，能量从主谐振电感线圈L转化为磁场对外发射，如此循环。
需要说明的是，谐振发射线圈为谐振电感。
上述单控串联谐振电路实施例中，谐振电容并联在开关管的开关两端，该谐振电容即实现了吸收谐振电容的功能，即吸收开关管的开关两端的高脉冲电流，防止损坏开关管，又是单控串联谐振电路中谐振环的一部分。
谐振电容是谐振环的一部分，与谐振发射线圈有着严格的参数匹配。
一个线圈中，如果每一圈相邻的绕线都紧贴则称之为紧密型线圈；如果每一圈相邻的绕线之间都有空隙则称之为松散型线圈。
用两个以个(含两个)谐振发射线圈串联、并联、混联，组成一个等效线圈，可以替代本发明实施例中的谐振发射线圈。
用两个以个(含两个)谐振电容串联、并联、混联，组成一个等效谐振电容，可以替代本发明实施例中的谐振电容C。
用两个以个(含两个)开关管并联，以加大控制电流，组成一个等效开关管，可以替代本发明实施例中的开关管。
上述附图中的虚线箭头表示谐振发射线圈产生的能量的传输方向。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施例提供的单电源驱动的全桥发射电路，由三个谐振环电路、两个开关管以及一个驱动电源组成，其中，第一开关管与第一谐振环电路的谐振电容并联，第二开关管与第三谐振环电路的谐振电容并联，第一谐振环电路的中点与第三谐振环电路 的中点之间串联连接第二谐振环电路。可见，本申请提供的全桥发射电路只用两个开关管，一个驱动电源，电路简单，成本低且性能优越。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种单电源驱动的全桥发射电路，应用于无线供电，其特征在于，包括：三个谐振环电路、两个开关管以及一个驱动电源；三个所述谐振环电路为第一谐振环电路，第二谐振环电路以及第三谐振环电路，两个所述开关管为第一开关管以及第二开关管；
所述第一开关管与所述第一谐振环电路的谐振电容并联，所述第二开关管与所述第三谐振环电路的谐振电容并联，所述第一谐振环电路的中点与所述第三谐振环电路的中点之间串联连接所述第二谐振环电路。
2.根据权利要求1所述的单电源驱动的全桥发射电路，其特征在于，所述第一谐振环电路与所述第一开关管组成第一单控串联谐振电路，所述第三谐振环电路与所述第二开关管组成第二单控串联谐振电路。
3.根据权利要求2所述的单电源驱动的全桥发射电路，其特征在于，所述单控串联谐振电路包括开关管、谐振发射线圈以及谐振电容，其中，
所述谐振发射线圈一端与所述谐振电容的一端相连，所述谐振发射线圈的另一端与电源正极相连，所述谐振电容的另一端接地；所述开关管的第一端与所述谐振电容的一端相连，所述开关管的第二端与所述谐振电容的另一端相连。
4.根据权利要求3所述的单电源驱动的全桥发射电路，其特征在于，所述开关管为MOSFET或IGBT。
5.根据权利要求3所述的单电源驱动的全桥发射电路，其特征在于，所述谐振电容为等效谐振电容、所述电感为等效电感和/或所述开关管为等效开关管。
6.根据权利要求1所述的单电源驱动的全桥发射电路，其特征在于，驱动所述第一开关管的信号的频率与驱动所述第二开关管的信号的频率互补。
7.根据权利要求1所述的单电源驱动的全桥发射电路，其特征在于，所述第二谐振环电路包括第二谐振电容和第二谐振发射线圈，所述第二谐振电容与所述第二谐振发射线圈串联或并联。
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