CN111835093B - 一种无线充电发射模块、系统以及低频信号传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线充电发射模块、系统以及低频信号传输方法，所述低频信号传输方法包括：S1，使用高频的全桥PWM控制器来产生低频的线圈电流信号；S2，设置电流阈值，当线圈电流超过电流阈值时，使全桥PWM控制器进行反向控制。本发明能够对线圈电流实现灵活的控制，还不限制无线充电发射模块中控制电路和电容的应用范围，从而实现所要求的低频信号传输。

Description

一种无线充电发射模块、系统以及低频信号传输方法
技术领域
本发明涉及无线充电发射模块技术领域，尤其是一种无线充电发射模块、系统以及低频信号传输方法。
背景技术
在无线充电系统中，无线充电发射模块(TX)通过全桥控制产生一个100kHz～200kHz的线圈电流信号。这个线圈电流信号通过线圈耦合给无线充电接收模块(RX)，从而实现无线充电发射模块(TX)到无线充电接收模块(RX)能量传输及信号传输的目的。在一些如图1所示的应用中，通过开关S0的控制，来实现如图2所示的低频（500Hz～10kHz）的线圈电流信号，这个线圈电流信号的大小必须能够灵活控制，以适应不同的无线充电发射模块(TX)和无线充电接收模块(RX)。
图1中，无线充电发射模块(TX)由全桥PWM（pluse width modulation）控制器（pwmcontrol）、驱动控制模块（drv control）、4个跟随驱动器（U_H1、U_L1、U_H2和U_L2，其电源为VDD）、功率全桥（FET_H1、FET_L1、FET_H2和FET_L2）、线圈L0、谐振电容C0、开关S0、以及BST电容C1和C2构成。其控制逻辑为：
输入信号drv0和drv1通过不同的PWM控制模块（pwm control）产生互补的pwm1和pmw2，由它们通过驱动控制模块（drv control）输出PWM_H1、PWM_H2、PWM_L1、PWM_L2，分别驱动不同的跟随驱动器来控制功率全桥。
当pwm1高时，驱动控制模块（drv control）产生PWM_H1=H（逻辑高），这时管子FET_H1打开（turn on）；同时PWM_L1=L（逻辑低），管子FET_L1关断（turn off），这样AC1=PVDD高电压；在pwm1高时，驱动控制模块（drv control）产生PWM_L2=H（逻辑高），这时管子FET_L2打开（turn on），同时PWM_H2=L（逻辑低），管子FET_H2关断（turn off），这样AC2=PGND低电压。在AC1高电压和AC2低电压时，线圈L0电流I_L0增加，最终表现为正电流（正电流方向为从AC1流到AC2，以下同）。
同理，当pwm1低时，同样的控制逻辑产生AC1为低电压和AC2高电压，线圈L0电流I_L0减小，最终表现为负电流。
传统的控制方式都是如图3所示的简单PWM来实现如图2所示的线圈电流信号波形（在传输低频信号时S0打开）。然而，在该无线充电系统中，pwm1的频率为500Hz～10kHz，因为功率全桥开的时间很长，流过线圈L0的电流仅由线圈L0及开关S0的直流电阻决定，无法对线圈电流实现灵活的控制。还有一个问题是因为功率全桥中FET_H1和FET_H2开的时间很长（500Hz到10kHz对应1mS到50uS），所以BST电容C1和C2需要支持相应的时间，限制了控制电路（全桥PWM控制器、全桥驱动控制器、4个跟随驱动器）和电容C1、C2的应用范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种无线充电发射模块、系统以及低频信号传输方法。
本发明采用的一种无线充电发射模块的低频信号传输方法，包括：
S1，使用高频的全桥PWM控制器来产生低频的线圈电流信号；
S2，设置电流阈值，当线圈电流超过电流阈值时，使全桥PWM控制器进行反向控制。
进一步的，步骤S1中，所述高频的全桥PWM控制器通过以下方法来产生低频的线圈电流信号：
（1）在drv1低的时段产生高占空比的pwm1和低占空比的pwm2；
（2）在drv1高的时段产生低占空比的pwm1和高占空比的pwm2。
进一步的，所述电流阈值包括电流正阈值；在drv1低的时段，当线圈电流超过电流正阈值时，产生一个过流信号IOC1，锁住过流信号IOC1上升沿并在下一个或几个周期后清掉，从而产生信号IOC_latch1；在信号IOC_latch1高的时段里，产生低占空比的pwm1和高占空比的pwm2。
进一步的，所述电流阈值包括电流负阈值；在drv1高的时段，当线圈电流超过电流负阈值时，产生一个过流信号IOC2，锁住过流信号IOC2上升沿并在下一个或几个周期后清掉，从而产生信号IOC_latch2；在信号IOC_latch2高的时段里，产生高占空比的pwm1和低占空比的pwm2。
本发明还公开一种无线充电发射模块，所述无线充电发射模块采用上述的低频信号传输方法进行低频信号传输。
本发明还公开一种无线充电传输系统，所述无线充电传输系统包括无线充电接收模块，以及上述的无线充电发射模块。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明能够对线圈电流实现灵活的控制，还不限制无线充电发射模块中控制电路和电容的应用范围，从而实现所要求的低频信号传输。
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为无线充电发射模块的结构示意图。
图2为低频的线圈电流信号波形图。
图3为传统的采用低频的全桥PWM控制器控制方法的信号波形图。
图4为本发明的无线充电发射模块的低频信号传输方法的流程框图。
图5为本发明采用高频的全桥PWM控制器产生低频的线圈电流信号的波形图。
图6a为本发明实施例中正电流时的高频的全桥PWM控制器过流保护的波形图。
图6b为本发明实施例中负电流时的高频的全桥PWM控制器过流保护的波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
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4所示，本实施例的一种无线充电发射模块的低频信号传输方法，包括：
S1，使用高频的全桥PWM控制器来产生低频的线圈电流信号。
具体地：
（1）在drv1低的时段产生高占空比的pwm1和低占空比的pwm2，这样AC1高且AC2低的时间比AC1低且AC2高的时间多，这段时间内的L0线圈电流I_L0为正方向；
（2）在drv1高的时段产生低占空比的pwm1和高占空比的pwm2，这样AC1高且AC2低的时间比AC1低且AC2高的时间少，此时L0线圈电流I_L0为负方向。
通过上述过程的drv1时序，就产生了如图5所示的低频的线圈电流信号。
S2，设置电流阈值，当线圈电流超过电流阈值时，使全桥PWM控制器进行反向控制。
该步骤是在全桥PWM控制器产生低频的线圈电流信号的基础上，在每个周期实现过流保护，具体地：
（1）所述电流阈值包括电流正阈值；在drv1低的时段，如上述产生高占空比的pwm1和低占空比的pwm2，这会使得线圈L0电流I_L0上升，如图6a所示，当线圈电流I_L0超过电流正阈值I_max时，产生一个过流信号IOC1，锁住过流信号IOC1上升沿并在下一个或几个周期后清掉，从而产生信号IOC_latch1；在信号IOC_latch1高的时段里，使全桥PWM控制器进行反向控制，即产生低占空比的pwm1和高占空比的pwm2，从而实现线圈L0的电流降低。同时，由于pwm1和pwm2的周期远低于drv0和drv1，线圈L0的电流只产生小的波动。
（2）所述电流阈值包括电流负阈值；在drv1高的时段，如上述产生低占空比的pwm1和高占空比的pwm2，这会使得线圈L0电流I_L0下降，如图6b所示，当线圈电流I_L0超过电流负阈值-I_max时，产生一个过流信号IOC2，锁住过流信号IOC2上升沿并在下一个或几个周期后清掉，从而产生信号IOC_latch2；在信号IOC_latch2高的时段里，使全桥PWM控制器进行反向控制，即产生高占空比的pwm1和低占空比的pwm2，从而实现线圈L0的电流绝对值降低。同样，由于pwm1和pwm2的周期远低于drv0和drv1，线圈L0的电流只产生小的波动。
通过上述内容可知，过流信号是通过设置电流阈值得到，不依靠线圈和管子的电阻。而且因为采用高频PWM，管子FET_H1和FET_H2开的时间很短，不仅能够对线圈电流实现灵活的控制，还不限制无线充电发射模块中控制电路和电容的应用范围，从而实现所要求的低频信号传输。
本发明还公开一种无线充电发射模块，所述无线充电发射模块采用上述的低频信号传输方法进行低频信号传输。其电路结构如图1所示，其低频信号传输过程如前述，在此不再赘述。
本发明还公开一种无线充电传输系统，所述无线充电传输系统包括无线充电接收模块，以及所述无线充电发射模块。所述无线充电发射模块的电路结构如图1所示，其低频信号传输过程如前述，在此不再赘述。所述无线充电接收模块为公知技术，在此也不再赘述。
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 (4)

1.一种无线充电发射模块的低频信号传输方法，其特征在于，包括：
S1，使用高频的全桥PWM控制器来产生低频的线圈电流信号；
S2，设置电流阈值，当线圈电流超过电流阈值时，使全桥PWM控制器进行反向控制；
所述电流阈值包括电流正阈值；在输入信号drv1低的时段，当线圈电流超过电流正阈值时，产生一个过流信号IOC1，锁住过流信号IOC1上升沿并在下一个或几个周期后清掉，从而产生信号IOC_latch1；在信号IOC_latch1高的时段里，产生低占空比的pwm1和高占空比的pwm2；
所述电流阈值包括电流负阈值；在输入信号drv1高的时段，当线圈电流超过电流负阈值时，产生一个过流信号IOC2，锁住过流信号IOC2上升沿并在下一个或几个周期后清掉，从而产生信号IOC_latch2；在信号IOC_latch2高的时段里，产生高占空比的pwm1和低占空比的pwm2。
2.根据权利要求1所述的无线充电发射模块的低频信号传输方法，其特征在于，步骤S1中，所述高频的全桥PWM控制器通过以下方法来产生低频的线圈电流信号：
（1）在drv1低的时段产生高占空比的pwm1和低占空比的pwm2；
（2）在drv1高的时段产生低占空比的pwm1和高占空比的pwm2。
3.一种无线充电发射模块，其特征在于，所述无线充电发射模块采用如权利要求1至2任一项所述的低频信号传输方法进行低频信号传输。
4.一种无线充电传输系统，其特征在于，所述无线充电传输系统包括无线充电接收模块，以及如权利要求3所述的无线充电发射模块。
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