CN111355393B - 一种无线充电接收端的高度自适应同步整流的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线充电接收端的高度自适应同步整流的控制方法，所述方法包括：采用包括4个MOS管的整流桥电路，对无线充电接收端的LC谐振网络的输出进行整流；采用包括逻辑控制器XOR Logic和4个比较器的控制电路，对4个MOS管的导通和关断进行控制；其中，所述4个比较器用于将整流桥电路的输入电压分别与整流桥电路的输出电压或接地电压比较后，将4个比较器的输出信号输入逻辑控制器XOR Logic进行逻辑运算，并由逻辑控制器XOR Logic输出用于控制4个MOS管导通和关断的控制信号。本发明通过导通或关断具有更低导通损耗的4个MOS管代替传统的二极管整流电路中的二极管，可以获得更高的整流效率。

Description

一种无线充电接收端的高度自适应同步整流的控制方法
技术领域
本发明涉及无线充电接收端的同步整流器技术领域，尤其是一种无线充电接收端的高度自适应同步整流的控制方法。
背景技术
在无线充电系统中，无线充电接收端通过LC谐振网络近场耦合将无线充电发射端产生的交变电磁能转变为稳定直流电能。无线充电系统中将交变电能转换为直流电能的过程我们定义为整流，完成整流的电路功能模块我们定义为整流器。
传统的整流器，由4只二极管如图1所示方式连接。其中，二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4组成的二极管整流电路将无线充电发射端产生的交变电能整流成直流电压Vrect，并经过电容C2滤波后为负载Rload提供稳定的直流电能。该二极管整流电路存在由于二极管正向导通压降引起的导通损耗，降低了无线充电系统的整流效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对传统的二极管整流电路存在由于二极管正向导通压降引起的导通损耗，会降低无线充电系统的整流效率的问题，提供一种无线充电接收端的高度自适应同步整流的控制方法，以通过适当的控制方法导通或关断具有更低导通损耗的MOS管代替传统的二极管整流电路中的二极管以获得更高的整流效率。
本发明采用的技术方案如下：
一种无线充电接收端的高度自适应同步整流的控制方法，所述方法包括：
采用包括4个MOS管的整流桥电路，对无线充电接收端的LC谐振网络的输出进行整流；
采用包括逻辑控制器XOR Logic和4个比较器的控制电路，对4个MOS管的导通和关断进行控制；其中，所述4个比较器用于将整流桥电路的输入电压分别与整流桥电路的输出电压或接地电压比较后，将4个比较器的输出信号输入逻辑控制器XOR Logic进行逻辑运算，并由逻辑控制器XOR Logic输出用于控制4个MOS管导通和关断的控制信号。
在一个实施例中，所述4个MOS管分别为MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4；其中，
MOS管Q1的漏极和MOS管Q2的源极之间的电性连接点为整流桥电路的正输入端，用于连接无线充电接收端的LC谐振网络的正输出端；
MOS管Q3的漏极和MOS管Q4的源极之间的电性连接点为整流桥电路的负输入端，用于连接无线充电接收端的LC谐振网络的负输出端；
MOS管Q1的源极和MOS管Q3的源极之间的电性连接点为整流桥电路的正输出端；
MOS管Q2的漏极和MOS管Q4的漏极之间的电性连接点为整流桥电路的负输出端。
在一个实施例中，所述逻辑控制器XOR Logic包括异或门A1、与门A2、与门A3、与门A4和与门A5；所述4个比较器分别为比较器U1、比较器U2、比较器U3和比较器U4；其中，
比较器U1的反向输入端连接整流桥电路的正输入端AC1；比较器U1的正向输入端接地；比较器U1的输出端一方面连接异或门A1的第一输入端，另一方面连接与门A2的第一输入端；
比较器U2的反向输入端连接整流桥电路的负输入端AC2；比较器U2的正向输入端接地；比较器U2的输出端一方面连接异或门A1的第二输入端，另一方面连接与门A3的第一输入端；
比较器U3的正向输入端连接整流桥电路的负输入端AC2；比较器U3的反向输入端连接整流桥电路的正输出端；比较器U3的输出端连接与门A5的第一输入端；
比较器U4的正向输入端连接整流桥电路的正输入端AC1；比较器U4的反向输入端连接整流桥电路的正输出端；比较器U4的输出端连接与门A4的第一输入端；
异或门A1的输出端一方面连接与门A2的第二输入端，另一方面连接与门A3的第二输入端；
与门A2的输出端一方面作为逻辑控制器XOR Logic的输出端LS_AC1，另一方面连接与门A5的第二输入端；
与门A3的输出端一方面作为逻辑控制器XOR Logic的输出端LS_AC2，另一方面连接与门A4的第二输入端；
与门A4的输出端作为逻辑控制器XOR Logic的输出端HS_AC1；
与门A5的输出端作为逻辑控制器XOR Logic的输出端HS_AC2；
逻辑控制器XOR Logic的输出端HS_AC1、LS_AC1、HS_AC2和LS_AC2分别连接MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4的栅极驱动电路。
在一个实施例中，采用所述控制电路对4个MOS管的导通和关断进行控制的控制方法为：
比较器U1比较整流桥电路的正输入端AC1与接地电压GND，并输出AC1_Lcomp；当AC1≥GND，AC1_Lcomp=0，当AC1＜GND，AC1_Lcomp=1；
比较器U2比较整流桥电路的负输入端AC2与接地电压GND，并输出AC2_Lcomp；当AC2≥GND，AC2_Lcomp=0，当AC2＜GND，AC2_Lcomp=1；
比较器U3比较整流桥电路的负输入端AC2与正输出端Vrect，并输出AC2_Hcomp；当AC2≥Vrect，AC2_Hcomp=1，当AC2＜Vrect，AC2_Hcomp=0；
比较器U4比较整流桥电路的正输入端AC1与正输出端Vrect，并输出AC1_Hcomp；当AC1≥Vrect，AC1_Hcomp=1，当AC1＜Vrect，AC1_Hcomp=0；
异或门A1将输入的AC1_Lcomp与AC2_Lcomp进行异或运算，输出为AC1_Lcomp⊕AC2_Lcomp；
与门A2将异或门A1的输出AC1_Lcomp⊕AC2_Lcomp与AC1_Lcomp进行与运算，输出LS_AC1=AC1_Lcomp⊕AC2_Lcomp&AC1_Lcomp；
与门A3将异或门A1的输出AC1_Lcomp⊕AC2_Lcomp与AC2_Lcomp进行与运算，输出LS_AC2=AC2_Lcomp⊕AC2_Lcomp&AC2_Lcomp；
与门A4将与门A3的输出LS_AC2与AC1_Hcomp做与运算，输出HS_AC1=LS_AC2&AC1_Hcomp；
与门A5将与门A2的输出LS_AC1与AC2_Hcomp做与运算，输出HS_AC2=LS_AC1&AC2_Hcomp；
逻辑控制器XOR Logic将HS_AC1、LS_AC1、HS_AC2和LS_AC2分别输出至MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4的栅极驱动电路，以驱动4个MOS管的导通和关断。
在一个实施例中，所述整流桥电路还包括并联在整流桥电路正输入端和负输入端之间的电容C1。
在一个实施例中，所述整流桥电路还包括并联在整流桥电路正输出端和负输出端之间的电容C2。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明通过导通或关断具有更低导通损耗的4个MOS管代替传统的二极管整流电路中的二极管，可以获得更高的整流效率。
2、本发明具有控制实现电路简单可靠的优点，同时，4个MOS管均工作于软开关模式，实现了理想二极管的整流特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为传统的无线充电接收端整流器的电路图。
图2为本发明实施例的无线充电接收端的高度自适应同步整流的控制方法的原理框图。
图3为本发明实施例的整流桥电路图。
图4为本发明实施例的控制电路图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
如图2所示，本实施例提供的一种无线充电接收端的高度自适应同步整流的控制方法，所述方法包括：
（1）采用包括4个MOS管的整流桥电路，对无线充电接收端的LC谐振网络的输出进行整流；
也就是说，本实施例采用了具有更低导通损耗的4个MOS管代替传统的二极管整流电路中的二极管，以获得更高的整流效率。
在一个实施例中，如图3所示，所述4个MOS管分别为MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4；其中，
MOS管Q1的漏极和MOS管Q2的源极之间的电性连接点为整流桥电路的正输入端，用于连接无线充电接收端的LC谐振网络的正输出端（即电感L的一端）；
MOS管Q3的漏极和MOS管Q4的源极之间的电性连接点为整流桥电路的负输入端，用于连接无线充电接收端的LC谐振网络的负输出端（即电容C的一端）；
MOS管Q1的源极和MOS管Q3的源极之间的电性连接点为整流桥电路的正输出端（输出电压表示为Vrect）；
MOS管Q2的漏极和MOS管Q4的漏极之间的电性连接点为整流桥电路的负输出端；
另外，在一个实施例中，所述整流桥电路还包括并联在整流桥电路正输入端和负输入端之间的电容C1，用于对整流桥电路的输入进行滤波。
另外，在一个实施例中，所述整流桥电路还包括并联在整流桥电路正输出端和负输出端之间的电容C2，用于对整流桥电路的输出进行滤波。
（2）采用包括逻辑控制器XOR Logic和4个比较器的控制电路，对4个MOS管的导通和关断进行控制；其中，所述4个比较器用于将整流桥电路的输入电压分别与整流桥电路的输出电压或接地电压比较后，将4个比较器的输出信号输入逻辑控制器XOR Logic进行逻辑运算，并由逻辑控制器XOR Logic输出用于控制4个MOS管导通和关断的控制信号。
也就是说，在上述采用具有更低导通损耗的4个MOS管代替传统的二极管整流电路中的二极管的技术方案中，需要进一步对整流桥电路的输入电压分别与输出电压和接地电压进行比较和逻辑运算后，来对4个MOS管进行导通和关断的驱动控制。
在一个实施例中，如图4所示，所述逻辑控制器XOR Logic包括异或门A1、与门A2、与门A3、与门A4和与门A5；所述4个比较器分别为比较器U1、比较器U2、比较器U3和比较器U4；其中，
比较器U1的反向输入端连接整流桥电路的正输入端AC1；比较器U1的正向输入端接地；比较器U1的输出端一方面连接异或门A1的第一输入端，另一方面连接与门A2的第一输入端；
比较器U2的反向输入端连接整流桥电路的负输入端AC2；比较器U2的正向输入端接地；比较器U2的输出端一方面连接异或门A1的第二输入端，另一方面连接与门A3的第一输入端；
比较器U3的正向输入端连接整流桥电路的负输入端AC2；比较器U3的反向输入端连接整流桥电路的正输出端；比较器U3的输出端连接与门A5的第一输入端；
比较器U4的正向输入端连接整流桥电路的正输入端AC1；比较器U4的反向输入端连接整流桥电路的正输出端；比较器U4的输出端连接与门A4的第一输入端；
异或门A1的输出端一方面连接与门A2的第二输入端，另一方面连接与门A3的第二输入端；
与门A2的输出端一方面作为逻辑控制器XOR Logic的输出端LS_AC1，另一方面连接与门A5的第二输入端；
与门A3的输出端一方面作为逻辑控制器XOR Logic的输出端LS_AC2，另一方面连接与门A4的第二输入端；
与门A4的输出端作为逻辑控制器XOR Logic的输出端HS_AC1；
与门A5的输出端作为逻辑控制器XOR Logic的输出端HS_AC2；
逻辑控制器XOR Logic的输出端HS_AC1、LS_AC1、HS_AC2和LS_AC2分别连接MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4的栅极驱动电路。
基于上述包括异或门A1、与门A2、与门A3、与门A4和与门A5的逻辑控制器XORLogic，以及比较器U1、比较器U2、比较器U3和比较器U4，对4个MOS管的导通和关断进行控制的控制方法为：
比较器U1比较整流桥电路的正输入端AC1与接地电压GND，并输出AC1_Lcomp；当AC1≥GND，AC1_Lcomp=0，当AC1＜GND，AC1_Lcomp=1；
比较器U2比较整流桥电路的负输入端AC2与接地电压GND，并输出AC2_Lcomp；当AC2≥GND，AC2_Lcomp=0，当AC2＜GND，AC2_Lcomp=1；
比较器U3比较整流桥电路的负输入端AC2与正输出端Vrect，并输出AC2_Hcomp；当AC2≥Vrect，AC2_Hcomp=1，当AC2＜Vrect，AC2_Hcomp=0；
比较器U4比较整流桥电路的正输入端AC1与正输出端Vrect，并输出AC1_Hcomp；当AC1≥Vrect，AC1_Hcomp=1，当AC1＜Vrect，AC1_Hcomp=0；
异或门A1将输入的AC1_Lcomp与AC2_Lcomp进行异或运算，输出为AC1_Lcomp⊕AC2_Lcomp；
与门A2将异或门A1的输出AC1_Lcomp⊕AC2_Lcomp与AC1_Lcomp进行与运算，输出LS_AC1=AC1_Lcomp⊕AC2_Lcomp&AC1_Lcomp
与门A3将异或门A1的输出AC1_Lcomp⊕AC2_Lcomp与AC2_Lcomp进行与运算，输出LS_AC2=AC2_Lcomp⊕AC2_Lcomp&AC2_Lcomp
与门A4将与门A3的输出LS_AC2与AC1_Hcomp做与运算，输出HS_AC1=LS_AC2&AC1_Hcomp（AC1_Lcomp⊕AC2_Lcomp&AC2_Lcomp&AC1_Hcomp）；
与门A5将与门A2的输出LS_AC1与AC2_Hcomp做与运算，输出HS_AC2=LS_AC1&AC2_Hcomp（AC2_Lcomp⊕AC2_Lcomp&AC1_Lcomp&AC2_Hcomp）；
逻辑控制器XOR Logic将HS_AC1、LS_AC1、HS_AC2和LS_AC2分别输出至MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4的栅极驱动电路，以驱动4个MOS管的导通和关断。
通过上述可知，本发明的无线充电接收端的高度自适应同步整流的控制方法中，具有控制实现电路简单可靠的优点，同时，4个MOS管均工作于软开关模式，实现了理想二极管的整流特性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无线充电接收端的高度自适应同步整流的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
采用包括4个MOS管的整流桥电路，对无线充电接收端的LC谐振网络的输出进行整流；
采用包括逻辑控制器XOR Logic和4个比较器的控制电路，对4个MOS管的导通和关断进行控制；其中，所述4个比较器用于将整流桥电路的输入电压分别与整流桥电路的输出电压或接地电压比较后，将4个比较器的输出信号输入逻辑控制器XOR Logic进行逻辑运算，并由逻辑控制器XOR Logic输出用于控制4个MOS管导通和关断的控制信号；
所述逻辑控制器XOR Logic包括异或门A1、与门A2、与门A3、与门A4和与门A5；所述4个比较器分别为比较器U1、比较器U2、比较器U3和比较器U4；其中，
比较器U1的反向输入端连接整流桥电路的正输入端AC1；比较器U1的正向输入端接地；比较器U1的输出端一方面连接异或门A1的第一输入端，另一方面连接与门A2的第一输入端；
比较器U2的反向输入端连接整流桥电路的负输入端AC2；比较器U2的正向输入端接地；比较器U2的输出端一方面连接异或门A1的第二输入端，另一方面连接与门A3的第一输入端；
比较器U3的正向输入端连接整流桥电路的负输入端AC2；比较器U3的反向输入端连接整流桥电路的正输出端；比较器U3的输出端连接与门A5的第一输入端；
比较器U4的正向输入端连接整流桥电路的正输入端AC1；比较器U4的反向输入端连接整流桥电路的正输出端；比较器U4的输出端连接与门A4的第一输入端；
异或门A1的输出端一方面连接与门A2的第二输入端，另一方面连接与门A3的第二输入端；
与门A2的输出端一方面作为逻辑控制器XOR Logic的输出端LS_AC1，另一方面连接与门A5的第二输入端；
与门A3的输出端一方面作为逻辑控制器XOR Logic的输出端LS_AC2，另一方面连接与门A4的第二输入端；
与门A4的输出端作为逻辑控制器XOR Logic的输出端HS_AC1；
与门A5的输出端作为逻辑控制器XOR Logic的输出端HS_AC2；
逻辑控制器XOR Logic的输出端HS_AC1、LS_AC1、HS_AC2和LS_AC2分别连接MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4的栅极驱动电路。
2.根据权利要求1所述的无线充电接收端的高度自适应同步整流的控制方法，其特征在于，所述4个MOS管分别为MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4；其中，
MOS管Q1的漏极和MOS管Q2的源极之间的电性连接点为整流桥电路的正输入端，用于连接无线充电接收端的LC谐振网络的正输出端；
MOS管Q3的漏极和MOS管Q4的源极之间的电性连接点为整流桥电路的负输入端，用于连接无线充电接收端的LC谐振网络的负输出端；
MOS管Q1的源极和MOS管Q3的源极之间的电性连接点为整流桥电路的正输出端；
MOS管Q2的漏极和MOS管Q4的漏极之间的电性连接点为整流桥电路的负输出端。
3.根据权利要求2所述的无线充电接收端的高度自适应同步整流的控制方法，其特征在于，采用所述控制电路对4个MOS管的导通和关断进行控制的控制方法为：
比较器U1比较整流桥电路的正输入端AC1与接地电压GND，并输出AC1_Lcomp；当AC1≥GND，AC1_Lcomp=0，当AC1＜GND，AC1_Lcomp=1；
比较器U2比较整流桥电路的负输入端AC2与接地电压GND，并输出AC2_Lcomp；当AC2≥GND，AC2_Lcomp=0，当AC2＜GND，AC2_Lcomp=1；
比较器U3比较整流桥电路的负输入端AC2与正输出端Vrect，并输出AC2_Hcomp；当AC2≥Vrect，AC2_Hcomp=1，当AC2＜Vrect，AC2_Hcomp=0；
比较器U4比较整流桥电路的正输入端AC1与正输出端Vrect，并输出AC1_Hcomp；当AC1≥Vrect，AC1_Hcomp=1，当AC1＜Vrect，AC1_Hcomp=0；
异或门A1将输入的AC1_Lcomp与AC2_Lcomp进行异或运算，输出为AC1_Lcomp⊕AC2_Lcomp；
与门A2将异或门A1的输出AC1_Lcomp⊕AC2_Lcomp与AC1_Lcomp进行与运算，输出LS_AC1=AC1_Lcomp⊕AC2_Lcomp&AC1_Lcomp；
与门A3将异或门A1的输出AC1_Lcomp⊕AC2_Lcomp与AC2_Lcomp进行与运算，输出LS_AC2=AC2_Lcomp⊕AC2_Lcomp&AC2_Lcomp；
与门A4将与门A3的输出LS_AC2与AC1_Hcomp做与运算，输出HS_AC1=LS_AC2&AC1_Hcomp；
与门A5将与门A2的输出LS_AC1与AC2_Hcomp做与运算，输出HS_AC2=LS_AC1&AC2_Hcomp；
逻辑控制器XOR Logic将HS_AC1、LS_AC1、HS_AC2和LS_AC2分别输出至MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4的栅极驱动电路，以驱动4个MOS管的导通和关断。
4.根据权利要求1所述的无线充电接收端的高度自适应同步整流的控制方法，其特征在于，所述整流桥电路还包括并联在整流桥电路正输入端和负输入端之间的电容C1。
5.根据权利要求1所述的无线充电接收端的高度自适应同步整流的控制方法，其特征在于，所述整流桥电路还包括并联在整流桥电路正输出端和负输出端之间的电容C2。
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