CN111355289B - 移动电话无线充电恒流发射系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的移动电话无线充电恒流发射系统属于电子设备的技术领域。其结构有电源管理电路(1)、能量发射电桥(3)、电桥驱动电路(7)、控制时序发生电路(8)，其特征在于，结构还有电压调节电路(2)、电流检测放大电路(4)、信号整形电路(5)、输出自动控制电(6)、基准电压电路(9)。本发明能够自动调节能量发射电路的工作电压，使发射系统始终工作在最佳的电压，且系统具有安全可靠、使用方便等特点。
Description
技术领域
本发明属于电子设备的技术领域。特别涉及一种移动电话无线充电恒流发射系统。
背景技术
自电力进入人类生活后，电线作为传输电能的媒质几乎无处不在，为我们的生活带来很多便利。但有线能量传输方式会受限于空间占用、用电设备接触带来潜在的安全隐患等问题。而无线能量传输系统中不存在直接电气连接，可实现无线设备不受空间限制的能量供给，且具有无接插环节、无裸露导体、无漏电触电危险等优势。毫无疑问，手机充电方式将逐渐朝着无线充电的方向发展。
与本申请最接近的现有技术是申请号为2018108887219的中国专利“一种电抗自适应无线能量发射系统”，该专利通过将220V/50Hz的市电整流成直流稳压电，再由高频逆变电路逆变成50kHz的高频交流电，发射线圈(呈电感性)配合适当的电容进行选频谐振，将电能转换成磁能，再通过磁耦合共振的方式由接收线圈接收能量，以实现无线充电，同时该专利通过补偿电抗，使系统给不同负载充电时均能保持最佳的谐振状态，有效扩大了对负载的适应范围。
但上述专利也存在一定的缺点：其核心的高频逆变电路采用固定电压进行供电，而接收端反射到发射系统的等效阻抗则是千变万化的，当反射阻抗变小时，会导致逆变电流增大，从而对系统构成威胁甚至造成损坏，反之当反射阻抗变大时，则会导致逆变电流减小，造成充电功率过小，减慢充电速度。另一方面，当负载完全消失(如充满或将充电的设备移开)时系统不会自动停止发射能量，根据互感耦合理论，发射系统反而会最大功率发射能量，造成能量的损失和系统的损坏。
综上，为了进一步提高发射系统的安全性和可靠性，现有的无线充电技术还需要进行改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺点，提供一种移动电话无线充电恒流发射系统，以适应充电时负载的变化、提高系统的安全性。
本发明的具体的技术方案是：
一种移动电话无线充电恒流发射系统，其结构有电源管理电路1、能量发射电桥3、电桥驱动电路7、控制时序发生电路8，其特征在于，结构还有电压调节电路2、电流检测放大电路4、信号整形电路5、输出自动控制电6、基准电压电路9；所述的电源管理电路1将USB连接线输入的+5V电压转换成系统所需要的不同电压，为系统中其它各模块提供所需的电源；电压调节电路2的输出端与能量发射电桥3和输出自动控制电路6的输入端相连，能量发射电桥3的输出端与电流检测放大电路4的输入端相连，电流放大检测电路4的输出端与信号整形电路5的输入端相连，信号整形电路5的输出端与电压调节电路的输入端相连，基准电压电路9的输出端分别与输出自动控制电路6和电压调节电路2的输入端相连，输出自动控制电路6的输出端与电桥驱动电路7的输入端相连，控制时序发生电路8的输出端与电桥驱动电路7的输入端相连；
所述的电源管理电路1的结构为：USB 3.1TYPE C接口J1的A1、A12、B1、B12、G1、G2、S1、S2、S3、S4脚接地，A4、A9、B4脚接电源VDD，B9脚与电阻R5的一端、电阻R1的一端、升压控制芯片U1的6脚和电解电容C1的正极相连并作为电源管理电路模块1的第一个输出端，记为P-out1端口，点解电容C1的负极接地，电阻R1的另一端与电阻R2的一端、电感L1的一端和升压控制芯片U1的7脚相连，电阻R2的另一端与升压控制芯片U1的8脚相连，升压控制芯片U1的4脚与电阻R3的一端相连并接地，升压控制芯片U1的5脚与电阻R3的另一端和滑动变阻器W1的滑线端相连，升压控制芯片U1的1脚与电感L1的另一端、二极管D1的正极和场效应管Q1的漏极相连，升压控制芯片U1的2脚与场效应管Q1的栅极相连，升压控制芯片U1的3脚与电容C2的一端相连，电容C2的另一端与场效应管Q1的源极相连并接地，二极管D1的负极与电阻R4的一端相连并作为电源管理电路模块1的第2个输出端，记为端口HV-out，电阻R4的另一端与滑动变阻器W1的另一端相连，电阻R5的另一端与电阻R6的一端和运放U2A的同相输入端相连，电阻R6的另一端接地，运放U2A的输出端与U2A的反输入端相连，并作为电源管理电路模块1的第三个输出端，记为端口P-out2；
所述的电压调节电路2的结构为：运放U2B的反相输入端与电阻R7的一端、运放U3A的反相输入端和电容C3的一端相连，运放U2B的同相输入端与电阻R8的一端和电阻R9的一端相连，电阻R8的另一端与电容C3的另一端相连并接电源VDD/2，运放U2B的输出端与电阻R7的另一端和电阻R9的另一端相连，运放U3A的同相输入端与电阻R10的一端和运放U3B的输出端相连，电阻R11的一端作为电压调节电路模块2的第一个输入端，记为端口Vref-in2,与基准电压电路模块9的输出端Vref-out2相连，电阻R11的另一端与电阻R10的另一端和运放U3B的反相输入端相连，电阻R12的一端作为电压调节电路模块2的第二个输入端，记为端口ReshapeV-in，与信号整形电路模块5的输出端ReshapeV-out相连，电阻R12的另一端与电阻R13的一端和运放U3B的同向输入端相连，电阻R13的另一端接电源VDD/2，场效应管Q2的漏极作为电压调节电路模块2的第三个输入端，记为端口HV-in,与电源管理电路模块1的输出端HV-out相连，Q2的栅极与运放U3A的输出端相连，Q2的源极与电感L2的一端和二极管D2的负极相连，电感L2的另一端与电解电容C4的正极相连并作为电压调节电路模块2的第一个输出端，记为端口ADV-out，电解电容C4的负极与二极管D2的正极相连并接地；
所述的能量发射电桥3的结构为：场效应管Q3的栅极作为能量发射电桥模块3的第一个输入端，记为端口Drv-in1，与电桥驱动电路模块7的输出端Drv-out1相连，场效应管Q3的源极与电容C5的一端和场效应管Q4的漏极相连，并作为能量发射电桥模块3的第二个输入端，记为端口Drv-in2,与电桥驱动电路模块7的输出端Drv-out2相连，场效应管Q3的栅极与电阻R43的一端相连并作为能量发射电桥模块3的第三个输入端，记为端口Drv-out3，与电桥驱动电路模块7的输出端Drv-out3相连，场效应管Q3的漏极与场效应管Q5的漏极相连并作为能量发射电桥模块3的第四个输入端，记为端口ADV-in1，与电压调节电路模块2的输出端ADV-out相连，场效应管Q5的栅极作为能量发射电桥模块3的第五个输入端，记为Drv-in4，与电桥驱动电路模块7的输出端Drv-out4相连，场效应管Q5的源极与电感L3的另一端和场效应管Q6的漏极相连并作为能量发射电桥模块3的第六个输入端，与电桥驱动电路模块7的输出端Drv-out5相连，电感L3的另一端与电容C5的另一端相连，场效应管Q6的栅极与电阻R44的一端相连，并作为能量发射电桥模块3的第7个输入端，记为端口Drv-in6，与电桥驱动模块7的输出端Drv-out6相连，电阻R43的另一端与场效应管Q4的源极、R44的另一端和场效应管Q6的源极相连，并作为能量发射电桥模块3的第一个输出端，记为端口SampV-out；
所述的电路检测放大电路4的结构为：运放U4A的同向输入端与电阻Rs的一端相连，并作为电路检测放大电路模块4的第一个输入端，记为端口SampV-in，与能量发射电桥模块3的输出端SampV-out相连，运放U4A的反相输入端与滑动变阻器W2的滑线端、电阻R15的一端和电阻R14的一端相连，滑动变阻器W2的另一端与电阻R16的一端、电阻R17的一端和运放U4B的反相输入端相连，电阻R17的另一端接电源VDD/2，电阻R16的另一端与电阻R15的另一端和运放U4B的输出端相连，电阻Rs的另一端与运放U4B的同向输入端相连并接地，运放U4A的输出端与电阻R14的另一端相连，并作为电路检测放大电路模块4的第一个输出端，记为端口AmpV-out；
所述的信号整形电路5的结构为：电阻R18的一端作为信号整形电路模块5的第一个输入端，记为端口AmpV-in，与电路检测放大电路模块4的输出端AmpV-out相连，电阻R18的另一端与电阻R20的一端、电阻R19的一端和电容C6的一端相连，电阻R19的另一端与运放U5A的反相输入端和电容C7的一端相连，电容C6的另一端与运放U5A的同相输入端相连并接电源VDD/2，电阻R20的另一端与运放U5A的输出端、电容C7的另一端和电阻R21的一端相连，电阻R21的另一端与电阻R22的一端、电阻R23的一端、电容C8的一端相连，电容C8的另一端与运放U5B的同向输入端相连并接电源VDD/2，电阻R22的另一端与运放U5B的反相输入端和电容C9的一端相连，电容C9的另一端与电阻R23的另一端和运放U5B的输出端相连，并作为信号整形电路模块5的第一个输出端，记为端口ReshapeV-out；
所述的输出自动控制电路6的结构为：稳压二极管D3的正极接地，负极接电阻R24的一端和运放U6A的同相输入端，电阻R24的另一端作为输出自动控制电路模块6的第一个输入端，记为端口ADV-in2,与电压调节电路模块2的输出端ADV-out相连，运放U6A的反相输入端作为输出自动控制电路模块6的第二个输入端，记为端口Vref-in1，与基准电压电路模块9的输出端Vref-out1相连，运放U6A的输出端与三极管Q7的基极相连，三级管Q7的集电极接电源VDD，发射极与电阻R25的一端、电阻R26的一端和三极管Q8的发射极相连，电阻R25的另一端与电容C10的一端和反相施密特触发器U8A的输入端相连，电阻R26的另一端与电容C10的另一端相连并接地，反相施密特触发器U8A的输出端与D触发器U7A的3脚相连，D触发器U7A的2脚与1脚和电容C11的一端相连并接地，D触发器U7A的4脚与电阻R27的一端和二级管D4的正极相连，D触发器U7A的6脚与电阻R27的另一端和二极管D4的负极相连，D触发器U7A的5脚与反相施密特触发器U8C的输入端和D触发器U7B的11脚相连，反相施密特触发器U8C的输出端作为输出自动控制电路模块6的第一个输出端，记为端口CtrlV-out。三极管Q8的集电极接电源VDD，基极与反相施密特触发器U8B的输出端相连，D触发器U7B的12脚、13脚和电容C12的一端相连并接地，D触发器U7B的10脚与电容C12的另一端、二极管D5的正极和电阻R28的一端相连，D触发器U7B的8脚与电阻R28的另一端和二极管D5的负极相连，D触发器U7B的9脚与反相施密特触发器U8B的输入端相连；
所述的电桥驱动电路7的结构为：高位MOS管驱动芯片U9的1脚与电容C13的一端相连并接电源VDD，高位MOS管驱动芯片U9的4脚与电容C13的另一端相连并接地，高位MOS管驱动芯片U9的2脚与场效应管Q9的漏极和高位MOS管驱动芯片U10的3脚相连并作为电桥驱动电路模块7的第一个输入端，记为端口TsV-in1，并与控制时序发生电路模块8的输出端TsV-out1相连，高位MOS管驱动芯片U9的3脚与场效应管Q10的漏极和高位MOS管驱动芯片U10的2脚相连并作为电桥驱动电路模块7的第二个输入端，记为端口TsV-in2，与控制时序发生电路模块8的输出端TsV-out2相连，场效应管Q9与Q10的源极都接地，Q9与Q10的栅极作为电桥驱动电路模块7的第三个输入端，记为端口CtrlV-in，与输出自动控制电路模块6的输出端CtrlV-out相连，高位MOS管驱动芯片U9的8脚与电容C15的一端和二极管D6的负极相连，二极管D6的正极与电阻R29的一端相连，电阻R29的另一端接电源VDD，高位MOS管驱动芯片U9的7脚与电阻R31相连，高位MOS管驱动芯片U9的6脚与电容C15和电阻R32的一端相连，并作为电桥驱动电路模块7的第一个输出端，记为端口Drv-out2，电阻R32的另一端和电阻R31的另一端相连，并作为电桥驱动电路模块7的第二个输出端，记为端口Drv-out1，高位MOS管驱动芯片U9的5脚与电阻R33的一端相连，电阻R33的另一端作为电桥驱动电路模块7的第三个输出端，记为端口Drv-out3，高位MOS管驱动芯片U10的1脚接电容C14并接电源VDD，高位MOS管驱动芯片U10的4脚与电容C14的另一端相连并接地，高位MOS管驱动芯片U10的5脚与电阻R36的一端相连，电阻R36的另一端作为电桥驱动电路模块7的第四个输出端，记为端口Drv-out6，高位MOS管驱动芯片U10的6脚与电容C16的一端和电阻R35的一端相连并作为电桥驱动电路模块7的第5个输出端，记为端口Drv-out5，高位MOS管驱动芯片U10的7脚与电阻R34的一端相连，电阻R34的另一端和电阻R35的另一端相连并作为电桥驱动电路模块7的第6个输出端，记为端口Drv-out4，高位MOS管驱动芯片U10的8脚与电容C16的另一端和二极管D7的负极相连，二极管D7的正极与电阻R30的一端相连，电阻R30的另一端接电源VDD；
所述的控制时序发生电路8的结构为：电阻R37的一端与555定时芯片U11的4脚和8脚相连并接电源VDD，电阻R37的另一端与电阻R38的一端和555定时芯片U11的7脚相连，电阻R38的另一端与电容C17、555定时芯片U11的6脚和2脚相连，电容C17与555定时芯片U11的1脚、电容C18的一端、电容C19的一端相连并接地，电容C18的另一端与555定时芯片U11的5脚相连，555定时芯片U11的3脚与反相施密特触发器U13A的输入端和反相施密特触发器U13B的输入端相连，反相施密特触发器U13B的输出端作为控制时序发生电路模块8的第一个输出端，记为端口TsV-out1，反相施密特触发器U13A的输出端与电阻R39的一端相连，电阻R39的另一端与反相施密特触发器U13C的输入端和电容C19相连，反相施密特触发器U13C的输出端与D触发器U12A的3脚相连，D触发器U12A的2脚与D触发器U12A的1脚和电容C20相连，D触发器U12A的4脚与电容C20的另一端、电阻R40的一端和二极管D8的正极相连，D触发器U12A的6脚与电阻R40另一端和二极管D8的负极相连，D触发器U12A的5脚与反相施密特触发器U13D的输入端相连，反相施密特触发器U13D的输出端作为控制时序发生电路模块8的第二个输出端，记为端口TsV-out2；
所述的基准电压电路9的结构为：基准电压芯片U14的1脚悬空，2脚与电容C21的一端相连并接电源VDD，3脚与电容C22的一端相连，4脚与电容C21的另一端、电容C22的另一端、电容C23的一端和电阻R41的一端相连并接地，基准电压芯片U14的5脚悬空，6脚与电容C23的另一端和运放U6B的同相输入端相连，基准电压芯片U14的7、8脚悬空，电阻R41的另一端与运放U6B的反相输出端、电阻R42的一端和电容C24的一端相连，运放U6B的输出端与电阻R42的另一端、电容C24的另一端、滑动变阻器W3、W4的一端相连，滑动变阻器W3、W4的另一端接地，滑动变阻器W3的滑动端与运放U15A的同相输入端相连，运放U15A的反相输入端与运放U15A的输出端相连并作为基准电压电路模块9的第一个输出端，记为端口Vref-out，滑动变阻器W4的滑动端与运放U15B的同相输入端相连，运放U15B的反相输入端与运放U15B的输出端相连并作为基准电压电路模块9的第二个输出端，记为端口Vref-out2。
所述的输出自动控制电路6中，主要器件的参数优选如下：电阻R27的值为1MΩ，电阻R28的值为100kΩ，电容C11的值为1uF，电容C12的值为100nF。
有益效果：
1、本发明能够自动调节能量发射电路的工作电压，使发射系统始终工作在最佳的电压，提高了发射系统的效率。
2、本发明能够防止发射系统在空载时进行大功率能量发射，使发射系统能够安全可靠地工作。
3、本发明通过输出自动控制电路实现有负载时自启动，使系统使用更方便。
附图说明
图1是本发明的总体结构框图。
图2是电源管理电路的原理框图。
图3是电压调节电路的原理电路图。
图4是能量发射电桥的原理电路图。
图5是电流检测放大电路的原理电路图。
图6是信号整形电路的原理电路图。
图7是输出自动控制电路的原理电路图。
图8是电桥驱动电路的原理电路图。
图9是控制时序发生电路的原理电路图。
图10是基准电压电路的原理电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，附图中所标示的参数为实施例中各元件的优参数。
实施例1本发明的整体结构
如图1所示，本发明的一种移动电话无线充电恒流发射系统，其结构有电源管理电路1、电压调节电路2、能量发射电桥3、电流检测放大电路4、信号整形电路5、输出自动控制电6、电桥驱动电路7、控制时序发生电路8、基准电压电路9；所述的电源管理电路1将USB连接线输入的+5V电压转换成系统所需要的不同电压，为系统中其它各模块提供所需的电源；电压调节电路2的输出端与能量发射电桥3和输出自动控制电路6的输入端相连，能量发射电桥3的输出端与电流检测放大电路4的输入端相连，电流放大检测电路4的输出端与信号整形电路5的输入端相连，信号整形电路5的输出端与电压调节电路的输入端相连，基准电压电路9的输出端分别与输出自动控制电路6和电压调节电路2的输入端相连，输出自动控制电路6的输出端与电桥驱动电路7的输入端相连，控制时序发生电路8的输出端与电桥驱动电路7的输入端相连。
实施例2电源管理电路
所述的电源管理电路1的结构如图2所示：USB 3.1TYPE C接口J1的A1、A12、B1、B12、G1、G2、S1、S2、S3、S4脚接地，A4、A9、B4脚接电源VDD，B9脚与电阻R5的一端、电阻R1的一端、升压控制芯片U1的6脚和电解电容C1的正极相连并作为电源管理电路模块1的第一个输出端，记为P-out1端口，点解电容C1的负极接地，电阻R1的另一端与电阻R2的一端、电感L1的一端和升压控制芯片U1的7脚相连，电阻R2的另一端与升压控制芯片U1的8脚相连，升压控制芯片U1的4脚与电阻R3的一端相连并接地，升压控制芯片U1的5脚与电阻R3的另一端和滑动变阻器W1的滑线端相连，升压控制芯片U1的1脚与电感L1的另一端、二极管D1的正极和场效应管Q1的漏极相连，升压控制芯片U1的2脚与场效应管Q1的栅极相连，升压控制芯片U1的3脚与电容C2的一端相连，电容C2的另一端与场效应管Q1的源极相连并接地，二极管D1的负极与电阻R4的一端相连并作为电源管理电路模块1的第2个输出端，记为端口HV-out，电阻R4的另一端与滑动变阻器W1的另一端相连，电阻R5的另一端与电阻R6的一端和运放U2A的同相输入端相连，电阻R6的另一端接地，运放U2A的输出端与U2A的反输入端相连，并作为电源管理电路模块1的第三个输出端，记为端口P-out2。
电源管理电路1将USB接口的+5V电源转换成本发明各模块所需的不同电压：用于给电压调节电路提供大功率的48V电压，通过端口HV-out输出；用于给各模块提供电源VDD(+5V)供电的，通过端口P-out1输出；用于给各模块提供电源VDD/2(+2.5V)供电的，通过端口P-out2输出。
实施例3电压调节电路
所述的电压调节电路2的结构如图3所示：运放U2B的反相输入端与电阻R7的一端、运放U3A的反相输入端和电容C3的一端相连，运放U2B的同相输入端与电阻R8的一端和电阻R9的一端相连，电阻R8的另一端与电容C3的另一端相连并接电源VDD/2，运放U2B的输出端与电阻R7的另一端和电阻R9的另一端相连，运放U3A的同相输入端与电阻R10的一端和运放U3B的输出端相连，电阻R11的一端作为电压调节电路模块2的第一个输入端，记为端口Vref-in2,与基准电压电路模块9的输出端Vref-out2相连，电阻R11的另一端与电阻R10的另一端和运放U3B的反相输入端相连，电阻R12的一端作为电压调节电路模块2的第二个输入端，记为端口ReshapeV-in，与信号整形电路模块5的输出端ReshapeV-out相连，电阻R12的另一端与电阻R13的一端和运放U3B的同向输入端相连，电阻R13的另一端接电源VDD/2，场效应管Q2的漏极作为电压调节电路模块2的第三个输入端，记为端口HV-in,与电源管理电路模块1的输出端HV-out相连，Q2的栅极与运放U3A的输出端相连，Q2的源极与电感L2的一端和二极管D2的负极相连，电感L2的另一端与电解电容C4的正极相连并作为电压调节电路模块2的第一个输出端，记为端口ADV-out，电解电容C4的负极与二极管D2的正极相连并接地。
电压调节电路2将电流检测放大电路检测的电流值(反映了有效负载的大小，并通过信号整形电路5进行整形)与基准电压电路9设定的参考值进行比较求差，然后根据此差值将HV-in端口接收到的48V电压(由电源管理电路1提供)转换成与实际负载匹配的电压后通过端口ADV-out输出至能量发射电桥3，作为能量发射电桥3的工作电压，以使能量发射电桥3工作于稳定的电流状态。
实施例4能量发射电桥
所述的能量发射电桥3的结构如图4所示：场效应管Q3的栅极作为能量发射电桥模块3的第一个输入端，记为端口Drv-in1，与电桥驱动电路模块7的输出端Drv-out1相连，场效应管Q3的源极与电容C5的一端和场效应管Q4的漏极相连，并作为能量发射电桥模块3的第二个输入端，记为端口Drv-in2,与电桥驱动电路模块7的输出端Drv-out2相连，场效应管Q3的栅极与电阻R43的一端相连并作为能量发射电桥模块3的第三个输入端，记为端口Drv-out3，与电桥驱动电路模块7的输出端Drv-out3相连，场效应管Q3的漏极与场效应管Q5的漏极相连并作为能量发射电桥模块3的第四个输入端，记为端口ADV-in1，与电压调节电路模块2的输出端ADV-out相连，场效应管Q5的栅极作为能量发射电桥模块3的第五个输入端，记为Drv-in4，与电桥驱动电路模块7的输出端Drv-out4相连，场效应管Q5的源极与电感L3的另一端和场效应管Q6的漏极相连并作为能量发射电桥模块3的第六个输入端，与电桥驱动电路模块7的输出端Drv-out5相连，电感L3的另一端与电容C5的另一端相连，场效应管Q6的栅极与电阻R44的一端相连，并作为能量发射电桥模块3的第7个输入端，记为端口Drv-in6，与电桥驱动模块7的输出端Drv-out6相连，电阻R43的另一端与场效应管Q4的源极、R44的另一端和场效应管Q6的源极相连，并作为能量发射电桥模块3的第一个输出端，记为端口SampV-out。
能量发射电桥3在电桥驱动电路7的控制下将电压调节电路2提供的电压转换成振荡的正弦波电流流过电感L3(即发射线圈)，发射线圈将电流转换成变化的磁场能量进行发射，由手机接收端的接收线圈接收，实现对手机的无线充电。
实施例5电流检测放大电路
所述的电流检测放大电路4的结构如图5所示：运放U4A的同向输入端与电阻Rs的一端相连，并作为电路检测放大电路模块4的第一个输入端，记为端口SampV-in，与能量发射电桥模块3的输出端SampV-out相连，运放U4A的反相输入端与滑动变阻器W2的滑线端、电阻R15的一端和电阻R14的一端相连，滑动变阻器W2的另一端与电阻R16的一端、电阻R17的一端和运放U4B的反相输入端相连，电阻R17的另一端接电源VDD/2，电阻R16的另一端与电阻R15的另一端和运放U4B的输出端相连，电阻Rs的另一端与运放U4B的同向输入端相连并接地，运放U4A的输出端与电阻R14的另一端相连，并作为电路检测放大电路模块4的第一个输出端，记为端口AmpV-out。
电流检测放大电路4通过取样电阻Rs对能量发射电桥3的工作电流进行采样并放大后输入至信号整形电路5。
实施例6信号整形电路
所述的信号整形电路5的结构如图6所示：电阻R18的一端作为信号整形电路模块5的第一个输入端，记为端口AmpV-in，与电路检测放大电路模块4的输出端AmpV-out相连，电阻R18的另一端与电阻R20的一端、电阻R19的一端和电容C6的一端相连，电阻R19的另一端与运放U5A的反相输入端和电容C7的一端相连，电容C6的另一端与运放U5A的同相输入端相连并接电源VDD/2，电阻R20的另一端与运放U5A的输出端、电容C7的另一端和电阻R21的一端相连，电阻R21的另一端与电阻R22的一端、电阻R23的一端、电容C8的一端相连，电容C8的另一端与运放U5B的同向输入端相连并接电源VDD/2，电阻R22的另一端与运放U5B的反相输入端和电容C9的一端相连，电容C9的另一端与电阻R23的另一端和运放U5B的输出端相连，并作为信号整形电路模块5的第一个输出端，记为端口ReshapeV-out。
信号整形电路5将电流检测放大电路4检测的交流信号整形成适合模数转换的直流信号后送入第二A/D转换电路8。
实施例7输出自动控制电路
所述的输出自动控制电路6的结构如图7所示：稳压二极管D3的正极接地，负极接电阻R24的一端和运放U6A的同相输入端，电阻R24的另一端作为输出自动控制电路模块6的第一个输入端，记为端口ADV-in2,与电压调节电路模块2的输出端ADV-out相连，运放U6A的反相输入端作为输出自动控制电路模块6的第二个输入端，记为端口Vref-in1，与基准电压电路模块9的输出端Vref-out1相连，运放U6A的输出端与三极管Q7的基极相连，三级管Q7的集电极接电源VDD，发射极与电阻R25的一端、电阻R26的一端和三极管Q8的发射极相连，电阻R25的另一端与电容C10的一端和反相施密特触发器U8A的输入端相连，电阻R26的另一端与电容C10的另一端相连并接地，反相施密特触发器U8A的输出端与D触发器U7A的3脚相连，D触发器U7A的2脚与1脚和电容C11的一端相连并接地，D触发器U7A的4脚与电阻R27的一端和二级管D4的正极相连，D触发器U7A的6脚与电阻R27的另一端和二极管D4的负极相连，D触发器U7A的5脚与反相施密特触发器U8C的输入端和D触发器U7B的11脚相连，反相施密特触发器U8C的输出端作为输出自动控制电路模块6的第一个输出端，记为端口CtrlV-out。三极管Q8的集电极接电源VDD，基极与反相施密特触发器U8B的输出端相连，D触发器U7B的12脚、13脚和电容C12的一端相连并接地，D触发器U7B的10脚与电容C12的另一端、二极管D5的正极和电阻R28的一端相连，D触发器U7B的8脚与电阻R28的另一端和二极管D5的负极相连，D触发器U7B的9脚与反相施密特触发器U8B的输入端相连。
由实施例3的说明可知，当负载逐渐减小时，电压调节电路2输出的电压会逐渐减小，因此当负载完全消失时(即没有手机充电或电已充满)电压调节电路2则会输出一个非常小的电压，输出自动控制电路6首先利用运放U6A对电压调节电路2输出的电压与用于判定空载的预设电压(由基准电压电路9提供)进行比较，当电压调节电路2的输出电压小于预设电压时，则判定系统处于空载状态，由端口CtrlV-out输出高电平使得电桥驱动电路7中的场效应管Q9、Q10导通，以使端口TsV-in1、TsV-in2接收的PWM信号(由控制时序发生电路8提供)锁死到0，电桥驱动电路7停止工作，进而使能量发射电桥3停止发射能量，使系统进入待机状态，有效减小了能量损耗。输出自动控制电路6还具备自动启动功能，由D触发器U7B、反相器U8B等构成的延时反相结构会在系统待机时每间隔一定时间产生一个触发信号，使系统尝试上电检测，如果检测到有负载存在，则维持电路正常的发射状态，如果上电尝试后发现系统依然是空载的，则再次控制系统进入断电状态，此过程在待机过程中持续重复。尝试上电检测的持续时间由电阻R28(100k)和电容C12(100nF)决定，而两次尝试所间隔的休眠时间由电阻R27(1M)和电容C11(1uF)，由于R27远大于R28，C11远大于C12，因此在待机过程中系统消耗的功耗大大降低。
实施例8电桥驱动电路
所述的电桥驱动电路7的结构如图8所示：高位MOS管驱动芯片U9的1脚与电容C13的一端相连并接电源VDD，高位MOS管驱动芯片U9的4脚与电容C13的另一端相连并接地，高位MOS管驱动芯片U9的2脚与场效应管Q9的漏极和高位MOS管驱动芯片U10的3脚相连并作为电桥驱动电路模块7的第一个输入端，记为端口TsV-in1，并与控制时序发生电路模块8的输出端TsV-out1相连，高位MOS管驱动芯片U9的3脚与场效应管Q10的漏极和高位MOS管驱动芯片U10的2脚相连并作为电桥驱动电路模块7的第二个输入端，记为端口TsV-in2，与控制时序发生电路模块8的输出端TsV-out2相连，场效应管Q9与Q10的源极都接地，Q9与Q10的栅极作为电桥驱动电路模块7的第三个输入端，记为端口CtrlV-in，与输出自动控制电路模块6的输出端CtrlV-out相连，高位MOS管驱动芯片U9的8脚与电容C15的一端和二极管D6的负极相连，二极管D6的正极与电阻R29的一端相连，电阻R29的另一端接电源VDD，高位MOS管驱动芯片U9的7脚与电阻R31相连，高位MOS管驱动芯片U9的6脚与电容C15和电阻R32的一端相连，并作为电桥驱动电路模块7的第一个输出端，记为端口Drv-out2，电阻R32的另一端和电阻R31的另一端相连，并作为电桥驱动电路模块7的第二个输出端，记为端口Drv-out1，高位MOS管驱动芯片U9的5脚与电阻R33的一端相连，电阻R33的另一端作为电桥驱动电路模块7的第三个输出端，记为端口Drv-out3，高位MOS管驱动芯片U10的1脚接电容C14并接电源VDD，高位MOS管驱动芯片U10的4脚与电容C14的另一端相连并接地，高位MOS管驱动芯片U10的5脚与电阻R36的一端相连，电阻R36的另一端作为电桥驱动电路模块7的第四个输出端，记为端口Drv-out6，高位MOS管驱动芯片U10的6脚与电容C16的一端和电阻R35的一端相连并作为电桥驱动电路模块7的第5个输出端，记为端口Drv-out5，高位MOS管驱动芯片U10的7脚与电阻R34的一端相连，电阻R34的另一端和电阻R35的另一端相连并作为电桥驱动电路模块7的第6个输出端，记为端口Drv-out4，高位MOS管驱动芯片U10的8脚与电容C16的另一端和二极管D7的负极相连，二极管D7的正极与电阻R30的一端相连，电阻R30的另一端接电源VDD。
电桥驱动电路7利用MOS管驱动芯片U9、U1将控制时序发生电路8输出的信号提升至可驱动MOS管的级别，用于驱动Q3、Q4、Q5、Q6构成的MOS管电桥。
实施例9控制时序发生电路
所述的控制时序发生电路8的结构如图9所示：电阻R37的一端与555定时芯片U11的4脚和8脚相连并接电源VDD，电阻R37的另一端与电阻R38的一端和555定时芯片U11的7脚相连，电阻R38的另一端与电容C17、555定时芯片U11的6脚和2脚相连，电容C17与555定时芯片U11的1脚、电容C18的一端、电容C19的一端相连并接地，电容C18的另一端与555定时芯片U11的5脚相连，555定时芯片U11的3脚与反相施密特触发器U13A的输入端和反相施密特触发器U13B的输入端相连，反相施密特触发器U13B的输出端作为控制时序发生电路模块8的第一个输出端，记为端口TsV-out1，反相施密特触发器U13A的输出端与电阻R39的一端相连，电阻R39的另一端与反相施密特触发器U13C的输入端和电容C19相连，反相施密特触发器U13C的输出端与D触发器U12A的3脚相连，D触发器U12A的2脚与D触发器U12A的1脚和电容C20相连，D触发器U12A的4脚与电容C20的另一端、电阻R40的一端和二极管D8的正极相连，D触发器U12A的6脚与电阻R40另一端和二极管D8的负极相连，D触发器U12A的5脚与反相施密特触发器U13D的输入端相连，反相施密特触发器U13D的输出端作为控制时序发生电路模块8的第二个输出端，记为端口TsV-out2。
控制时序发生电路8利用555定时器和D触发器产生两组相反且带“死区”(用于保护后面所驱动的场效应管)的PWM信号，通过电桥驱动电路7提升功率后用于控制能量发射电桥3以产生高频振荡信号。
实施例10基准电压电路
所述的基准电压电路9的结构如图10所示：基准电压芯片U14的1脚悬空，2脚与电容C21的一端相连并接电源VDD，3脚与电容C22的一端相连，4脚与电容C21的另一端、电容C22的另一端、电容C23的一端和电阻R41的一端相连并接地，基准电压芯片U14的5脚悬空，6脚与电容C23的另一端和运放U6B的同相输入端相连，基准电压芯片U14的7、8脚悬空，电阻R41的另一端与运放U6B的反相输出端、电阻R42的一端和电容C24的一端相连，运放U6B的输出端与电阻R42的另一端、电容C24的另一端、滑动变阻器W3、W4的一端相连，滑动变阻器W3、W4的另一端接地，滑动变阻器W3的滑动端与运放U15A的同相输入端相连，运放U15A的反相输入端与运放U15A的输出端相连并作为基准电压电路模块9的第一个输出端，记为端口Vref-out1，滑动变阻器W4的滑动端与运放U15B的同相输入端相连，运放U15B的反相输入端与运放U15B的输出端相连并作为基准电压电路模块9的第二个输出端，记为端口Vref-out2。
基准电压电路9产生两组可调节大小的基准电压Vref-out1、Vref-out2用于为输出自动控制电路6和电压调节电路2提供参考电压。
Claims (2)
1.一种移动电话无线充电恒流发射系统，其结构有电源管理电路(1)、能量发射电桥(3)、电桥驱动电路(7)、控制时序发生电路(8)，其特征在于，结构还有电压调节电路(2)、电流检测放大电路(4)、信号整形电路(5)、输出自动控制电路(6)、基准电压电路(9)；所述的电源管理电路(1)将USB连接线输入的+5V电压转换成系统所需要的不同电压，为系统中其它各模块提供所需的电源；电压调节电路(2)的输出端与能量发射电桥(3)和输出自动控制电路(6)的输入端相连，能量发射电桥(3)的输出端与电流检测放大电路(4)的输入端相连，电流检测放大电路(4)的输出端与信号整形电路(5)的输入端相连，信号整形电路(5)的输出端与电压调节电路的输入端相连，基准电压电路(9)的输出端分别与输出自动控制电路(6)和电压调节电路(2)的输入端相连，输出自动控制电路(6)的输出端与电桥驱动电路(7)的输入端相连，控制时序发生电路(8)的输出端与电桥驱动电路(7)的输入端相连；
所述的电源管理电路(1)的结构为：USB 3.1TYPE C接口J1的A1、A12、B1、B12、G1、G2、S1、S2、S3、S4脚接地，A4、A9、B4脚接电源VDD，B9脚与电阻R5的一端、电阻R1的一端、升压控制芯片U1的6脚和电解电容C1的正极相连并作为电源管理电路(1)的第一个输出端，记为P-out1端口，电解电容C1的负极接地，电阻R1的另一端与电阻R2的一端、电感L1的一端和升压控制芯片U1的7脚相连，电阻R2的另一端与升压控制芯片U1的8脚相连，升压控制芯片U1的4脚与电阻R3的一端相连并接地，升压控制芯片U1的5脚与电阻R3的另一端和滑动变阻器W1的滑线端相连，升压控制芯片U1的1脚与电感L1的另一端、二极管D1的正极和场效应管Q1的漏极相连，升压控制芯片U1的2脚与场效应管Q1的栅极相连，升压控制芯片U1的3脚与电容C2的一端相连，电容C2的另一端与场效应管Q1的源极相连并接地，二极管D1的负极与电阻R4的一端相连并作为电源管理电路(1)的第2个输出端，记为端口HV-out，电阻R4的另一端与滑动变阻器W1的另一端相连，电阻R5的另一端与电阻R6的一端和运放U2A的同相输入端相连，电阻R6的另一端接地，运放U2A的输出端与U2A的反输入端相连，并作为电源管理电路(1)的第三个输出端，记为端口P-out2；
所述的电压调节电路(2)的结构为：运放U2B的反相输入端与电阻R7的一端、运放U3A的反相输入端和电容C3的一端相连，运放U2B的同相输入端与电阻R8的一端和电阻R9的一端相连，电阻R8的另一端与电容C3的另一端相连并接电源VDD/2，运放U2B的输出端与电阻R7的另一端和电阻R9的另一端相连，运放U3A的同相输入端与电阻R10的一端和运放U3B的输出端相连，电阻R11的一端作为电压调节电路(2)的第一个输入端，记为端口Vref-in2,与基准电压电路(9)的输出端Vref-out2相连，电阻R11的另一端与电阻R10的另一端和运放U3B的反相输入端相连，电阻R12的一端作为电压调节电路(2)的第二个输入端，记为端口ReshapeV-in，与信号整形电路(5)的输出端ReshapeV-out相连，电阻R12的另一端与电阻R13的一端和运放U3B的同相输入端相连，电阻R13的另一端接电源VDD/2，场效应管Q2的漏极作为电压调节电路(2)的第三个输入端，记为端口HV-in,与电源管理电路(1)的输出端HV-out相连，Q2的栅极与运放U3A的输出端相连，Q2的源极与电感L2的一端和二极管D2的负极相连，电感L2的另一端与电解电容C4的正极相连并作为电压调节电路(2)的第一个输出端，记为端口ADV-out，电解电容C4的负极与二极管D2的正极相连并接地；
所述的能量发射电桥(3)的结构为：场效应管Q3的栅极作为能量发射电桥(3)的第一个输入端，记为端口Drv-in1，与电桥驱动电路(7)的输出端Drv-out1相连，场效应管Q3的源极与电容C5的一端和场效应管Q4的漏极相连，并作为能量发射电桥(3)的第二个输入端，记为端口Drv-in2,与电桥驱动电路(7)的输出端Drv-out2相连，场效应管Q3的栅极与电阻R43的一端相连并作为能量发射电桥(3)的第三个输入端，记为端口Drv-out3，与电桥驱动电路(7)的输出端Drv-out3相连，场效应管Q3的漏极与场效应管Q5的漏极相连并作为能量发射电桥(3)的第四个输入端，记为端口ADV-in1，与电压调节电路(2)的输出端ADV-out相连，场效应管Q5的栅极作为能量发射电桥(3)的第五个输入端，记为Drv-in4，与电桥驱动电路(7)的输出端Drv-out4相连，场效应管Q5的源极与电感L3的另一端和场效应管Q6的漏极相连并作为能量发射电桥(3)的第六个输入端，与电桥驱动电路(7)的输出端Drv-out5相连，电感L3的另一端与电容C5的另一端相连，场效应管Q6的栅极与电阻R44的一端相连，并作为能量发射电桥(3)的第7个输入端，记为端口Drv-in6，与电桥驱动电路(7)的输出端Drv-out6相连，电阻R43的另一端与场效应管Q4的源极、R44的另一端和场效应管Q6的源极相连，并作为能量发射电桥(3)的第一个输出端，记为端口SampV-out；
所述的电流检测放大电路(4)的结构为：运放U4A的同相输入端与电阻Rs的一端相连，并作为电流检测放大电路(4)的第一个输入端，记为端口SampV-in，与能量发射电桥(3)的输出端SampV-out相连，运放U4A的反相输入端与滑动变阻器W2的滑线端、电阻R15的一端和电阻R14的一端相连，滑动变阻器W2的另一端与电阻R16的一端、电阻R17的一端和运放U4B的反相输入端相连，电阻R17的另一端接电源VDD/2，电阻R16的另一端与电阻R15的另一端和运放U4B的输出端相连，电阻Rs的另一端与运放U4B的同相输入端相连并接地，运放U4A的输出端与电阻R14的另一端相连，并作为电流检测放大电路(4)的第一个输出端，记为端口AmpV-out；
所述的信号整形电路(5)的结构为：电阻R18的一端作为信号整形电路(5)的第一个输入端，记为端口AmpV-in，与电流检测放大电路(4)的输出端AmpV-out相连，电阻R18的另一端与电阻R20的一端、电阻R19的一端和电容C6的一端相连，电阻R19的另一端与运放U5A的反相输入端和电容C7的一端相连，电容C6的另一端与运放U5A的同相输入端相连并接电源VDD/2，电阻R20的另一端与运放U5A的输出端、电容C7的另一端和电阻R21的一端相连，电阻R21的另一端与电阻R22的一端、电阻R23的一端、电容C8的一端相连，电容C8的另一端与运放U5B的同相输入端相连并接电源VDD/2，电阻R22的另一端与运放U5B的反相输入端和电容C9的一端相连，电容C9的另一端与电阻R23的另一端和运放U5B的输出端相连，并作为信号整形电路(5)的第一个输出端，记为端口ReshapeV-out；
所述的输出自动控制电路(6)的结构为：稳压二极管D3的正极接地，负极接电阻R24的一端和运放U6A的同相输入端，电阻R24的另一端作为输出自动控制电路(6)的第一个输入端，记为端口ADV-in2,与电压调节电路(2)的输出端ADV-out相连，运放U6A的反相输入端作为输出自动控制电路(6)的第二个输入端，记为端口Vref-in1，与基准电压电路(9)的输出端Vref-out1相连，运放U6A的输出端与三极管Q7的基极相连，三级管Q7的集电极接电源VDD，发射极与电阻R25的一端、电阻R26的一端和三极管Q8的发射极相连，电阻R25的另一端与电容C10的一端和反相施密特触发器U8A的输入端相连，电阻R26的另一端与电容C10的另一端相连并接地，反相施密特触发器U8A的输出端与D触发器U7A的3脚相连，D触发器U7A的2脚与1脚和电容C11的一端相连并接地，D触发器U7A的4脚与电阻R27的一端和二级管D4的正极相连，D触发器U7A的6脚与电阻R27的另一端和二极管D4的负极相连，D触发器U7A的5脚与反相施密特触发器U8C的输入端和D触发器U7B的11脚相连，反相施密特触发器U8C的输出端作为输出自动控制电路(6)的第一个输出端，记为端口CtrlV-out；三极管Q8的集电极接电源VDD，基极与反相施密特触发器U8B的输出端相连，D触发器U7B的12脚、13脚和电容C12的一端相连并接地，D触发器U7B的10脚与电容C12的另一端、二极管D5的正极和电阻R28的一端相连，D触发器U7B的8脚与电阻R28的另一端和二极管D5的负极相连，D触发器U7B的9脚与反相施密特触发器U8B的输入端相连；
所述的电桥驱动电路(7)的结构为：高位MOS管驱动芯片U9的1脚与电容C13的一端相连并接电源VDD，高位MOS管驱动芯片U9的4脚与电容C13的另一端相连并接地，高位MOS管驱动芯片U9的2脚与场效应管Q9的漏极和高位MOS管驱动芯片U10的3脚相连并作为电桥驱动电路(7)的第一个输入端，记为端口TsV-in1，并与控制时序发生电路(8)的输出端TsV-out1相连，高位MOS管驱动芯片U9的3脚与场效应管Q10的漏极和高位MOS管驱动芯片U10的2脚相连并作为电桥驱动电路(7)的第二个输入端，记为端口TsV-in2，与控制时序发生电路(8)的输出端TsV-out2相连，场效应管Q9与Q10的源极都接地，Q9与Q10的栅极作为电桥驱动电路(7)的第三个输入端，记为端口CtrlV-in，与输出自动控制电路(6)的输出端CtrlV-out相连，高位MOS管驱动芯片U9的8脚与电容C15的一端和二极管D6的负极相连，二极管D6的正极与电阻R29的一端相连，电阻R29的另一端接电源VDD，高位MOS管驱动芯片U9的7脚与电阻R31相连，高位MOS管驱动芯片U9的6脚与电容C15和电阻R32的一端相连，并作为电桥驱动电路(7)的第一个输出端，记为端口Drv-out2，电阻R32的另一端和电阻R31的另一端相连，并作为电桥驱动电路(7)的第二个输出端，记为端口Drv-out1，高位MOS管驱动芯片U9的5脚与电阻R33的一端相连，电阻R33的另一端作为电桥驱动电路(7)的第三个输出端，记为端口Drv-out3，高位MOS管驱动芯片U10的1脚接电容C14并接电源VDD，高位MOS管驱动芯片U10的4脚与电容C14的另一端相连并接地，高位MOS管驱动芯片U10的5脚与电阻R36的一端相连，电阻R36的另一端作为电桥驱动电路(7)的第四个输出端，记为端口Drv-out6，高位MOS管驱动芯片U10的6脚与电容C16的一端和电阻R35的一端相连并作为电桥驱动电路(7)的第5个输出端，记为端口Drv-out5，高位MOS管驱动芯片U10的7脚与电阻R34的一端相连，电阻R34的另一端和电阻R35的另一端相连并作为电桥驱动电路(7)的第6个输出端，记为端口Drv-out4，高位MOS管驱动芯片U10的8脚与电容C16的另一端和二极管D7的负极相连，二极管D7的正极与电阻R30的一端相连，电阻R30的另一端接电源VDD；
所述的控制时序发生电路(8)的结构为：电阻R37的一端与555定时芯片U11的4脚和8脚相连并接电源VDD，电阻R37的另一端与电阻R38的一端和555定时芯片U11的7脚相连，电阻R38的另一端与电容C17、555定时芯片U11的6脚和2脚相连，电容C17与555定时芯片U11的1脚、电容C18的一端、电容C19的一端相连并接地，电容C18的另一端与555定时芯片U11的5脚相连，555定时芯片U11的3脚与反相施密特触发器U13A的输入端和反相施密特触发器U13B的输入端相连，反相施密特触发器U13B的输出端作为控制时序发生电路(8)的第一个输出端，记为端口TsV-out1，反相施密特触发器U13A的输出端与电阻R39的一端相连，电阻R39的另一端与反相施密特触发器U13C的输入端和电容C19相连，反相施密特触发器U13C的输出端与D触发器U12A的3脚相连，D触发器U12A的2脚与D触发器U12A的1脚和电容C20相连，D触发器U12A的4脚与电容C20的另一端、电阻R40的一端和二极管D8的正极相连，D触发器U12A的6脚与电阻R40另一端和二极管D8的负极相连，D触发器U12A的5脚与反相施密特触发器U13D的输入端相连，反相施密特触发器U13D的输出端作为控制时序发生电路(8)的第二个输出端，记为端口TsV-out2；
所述的基准电压电路(9)的结构为：基准电压芯片U14的1脚悬空，2脚与电容C21的一端相连并接电源VDD，3脚与电容C22的一端相连，4脚与电容C21的另一端、电容C22的另一端、电容C23的一端和电阻R41的一端相连并接地，基准电压芯片U14的5脚悬空，6脚与电容C23的另一端和运放U6B的同相输入端相连，基准电压芯片U14的7、8脚悬空，电阻R41的另一端与运放U6B的反相输出端、电阻R42的一端和电容C24的一端相连，运放U6B的输出端与电阻R42的另一端、电容C24的另一端、滑动变阻器W3、W4的一端相连，滑动变阻器W3、W4的另一端接地，滑动变阻器W3的滑动端与运放U15A的同相输入端相连，运放U15A的反相输入端与运放U15A的输出端相连并作为基准电压电路(9)的第一个输出端，记为端口Vref-out，滑动变阻器W4的滑动端与运放U15B的同相输入端相连，运放U15B的反相输入端与运放U15B的输出端相连并作为基准电压电路(9)的第二个输出端，记为端口Vref-out2。
2.根据权利要求1所述的一种移动电话无线充电恒流发射系统，其特征在于，所述的输出自动控制电路(6)中，电阻R27的值为1MΩ，电阻R28的值为100kΩ，电容C11的值为1uF，电容C12的值为100nF。
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