CN113193753B - 一种同步整流装置以及无线充电系统的接收端模块 - Google Patents

一种同步整流装置以及无线充电系统的接收端模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种同步整流装置以及无线充电系统的接收端模块，该同步整流装置包括：同步整流电路，包括功率场效应管，所述功率场效应管包括寄生的体二极管；控制电路，所述控制电路包括：第一电流采样电路和第一比较器；其中，所述第一电流采样电路，输入端与所述功率场效应管连接，用于采集所述功率场效应管上的电流信号；所述第一比较器，第一输入端与所述第一电流采样电路的输出端连接，第二输入端接收第一参考信号，输出端用于根据比较结果输出相应的信号以控制所述功率场效应管的通断。本发明通过采用硬件方式实现同步整流，也即不需要使用控制芯片，另外也不需要与外部控制电路进行无线通信，控制的实时性高。尤其适用于高压电路。

Description

一种同步整流装置以及无线充电系统的接收端模块
技术领域
本发明实施例涉及整流技术领域，尤其涉及一种同步整流装置以及无线充电系统的接收端模块。
背景技术
目前没有应用于高压的同步整流的控制芯片，因此在某些场景下不能使用同步整流。例如，目前电动汽车无线充电系统，如图1所示，地面交流电经过功率因数校正(PowerFactor Correction，PFC)整流电路、直流变换(DC/DC)电路、逆变电路(DC/AC)电路、谐振网络(即谐振电路)、原边线圈(或称为发射线圈)L1传递至副边线圈(或称为接收线圈)L2、经过副边谐振网络、整流电路传递至副边的电动汽车电池进行充电。无线充电系统中车端采用的整流电路都为二极管整流，并没有采用同步整流，原因就是因为目前没有应用于高压的同步整流的控制芯片，而常规的高压同步整流都是通过原边的控制板控制副边的整流场效应管(mos)管，由于无线充电采用WiFi等方式进行通信，实时性较差，通信周期都大于20ms，而无线充电的开关频率大都在80～90KHz之间，因此采用WiFi进行系统闭环的策略时无法满足同步整流的需求。
发明内容
本发明实施例提供一种同步整流装置以及无线充电系统的接收端模块，以解决目前因没有应用于高压的同步整流的控制芯片，而导致在某些场景下不能使用同步整流的问题。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种同步整流装置，包括：
同步整流电路，包括功率场效应管，所述功率场效应管包括寄生的体二极管；
控制电路，所述控制电路包括：第一电流采样电路和第一比较器；
其中，所述第一电流采样电路，输入端与所述功率场效应管连接，用于采集所述功率场效应管上的电流信号；所述第一比较器，第一输入端与所述第一电流采样电路的输出端连接，第二输入端接收第一参考信号，输出端用于根据比较结果输出相应的信号以控制所述功率场效应管的通断。
可选的，所述控制电路还包括第一电阻；
所述第一电流采样电路包括电流互感器，所述电流互感器的一次侧绕组与所述功率场效应管串联，所述电流互感器的二次侧绕组的两端分别与所述第一电阻的两端连接，且所述第一电阻的一端与所述第一比较器的第一输入端连接、另一端接地。
可选的，所述控制电路还包括整流二极管，所述整流二极管与所述电流互感器的二次侧绕组串联。
可选的，所述控制电路还包括滤波电路，所述滤波电路包括第二电阻和第一电容，所述第一电容和所述第二电阻串联后与所述第一电阻并联，所述第一电容和所述第二电阻的连接处与所述第一比较器的接收端连接。
可选的，所述控制电路还包括：第三电阻和/或第四电阻；
所述第三电阻串联在所述第一比较器的第一输入端与所述第一电流采样电路之间；
所述第四电阻一端与所述第一比较器的第一输入端连接、另一端与所述第一比较器的输出端连接。
可选的，所述同步整流装置，还包括：第二电流采样电路和第二比较器；所述第二电流采样电路与所述同步整流电路输出端连接，所述第二比较器的第二输入端与所述第二电流采样电路的输出端连接、第一输入端接收第二参考信号；
所述控制电路还包括可控开关；
所述可控开关的输入端与所述第一比较器的输出端连接、输出端接地；
所述可控开关的受控端与所述第二比较器的输出端连接，所述可控开关根据所述第二比较器输出的信号导通或截止。
可选的，所述同步整流电路为全桥整流电路，所述功率场效应管有四个，分别为：第一功率场效应管、第二功率场效应管、第三功率场效应管和第四功率场效应管；
所述第一功率场效应管的第一端与所述第四功率场效应管的第一端连接作为所述同步整流电路的第一端，所述第二功率场效应管的第二端与所述第三功率场效应管的第二端连接作为所述同步整流电路的第二端，所述第一功率场效应管的第二端与所述第二功率场效应管的第一端连接作为所述同步整流电路的第三端，所述第四功率场效应管的第二端与所述第三功率场效应管的第一端连接作为所述同步整流电路的第四端，所述同步整流电路的第一端、第二端为输出端，所述同步整流电路的第三端、第四端为输入端。
可选的，所述控制电路有两个；
其中一个所述控制电路的第一电流采样电路用于采集所述第一功率场效应管和所述第四功率场效应管上的电流信号、所述第一比较器的输出端分别与所述第一功率场效应管和所述第四功率场效应管的受控端连接；
另一个所述控制电路的第一电流采样电路用于采集所述第二功率场效应管和所述第三功率场效应管上的电流信号、所述第一比较器的输出端分别与所述第二功率场效应管和所述第三功率场效应管的受控端连接。
第二方面，本发明实施例还提供了一种无线充电系统的接收端模块，包括：上述的任一种同步整流装置。
可选的，所述无线充电系统的接收端模块，还包括接收线圈和谐振阻抗匹配电路，所述谐振阻抗匹配电路包括第一电感、第二电容和第三电容，所述第二电容与所述接收线圈并联，所述第三电容的第一端与所述第二电容的第一端连接，所述第三电容的第二端与所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端和所述第二电容的第二端分别作为所述谐振阻抗匹配电路的输出端，与所述同步整流电路的输入端连接。
在本发明实施例中，通过采用硬件方式实现同步整流，也即不需要使用控制芯片，就能够正常工作。另外也不需要与外部控制电路进行无线通信，控制的实时性高。同步整流可以降低功耗，提高效率。尤其适用于高压电路。
附图说明
图1为现有的一种无线充电系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中的一种同步整流装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中的一种同步整流装置的电路结构示意图；
图4为本发明实施例中的一种无线充电系统的接收端模块的电路结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
请参阅图2，图2是本发明实施例提供的一种同步整流装置的结构示意图，包括：
同步整流电路1，包括功率场效应管，所述功率场效应管包括寄生的体二极管；
控制电路2，所述控制电路2包括：第一电流采样电路21和第一比较器22；
其中，所述第一电流采样电路21，输入端与所述功率场效应管连接，用于采集所述功率场效应管上的电流信号；所述第一比较器22，第一输入端与所述第一电流采样电路21的输出端连接，第二输入端接收第一参考信号，输出端用于根据比较结果输出相应的信号以控制所述功率场效应管的通断。
所述功率场效应管，也可以称为功率管、场效应管或mos管。
本发明实施例提供的同步整流装置，采用硬件方式实现同步整流，也即不需要使用控制芯片，就能够正常工作。另外也不需要与外部控制电路进行无线通信，控制的实时性高。同步整流可以降低功耗，提高效率。尤其适用于高压电路，例如电动汽车的充电系统。
下面举例说明上述同步整流装置。
可选的，所述控制电路还包括第一电阻；
所述第一电流采样电路包括电流互感器，所述电流互感器的一次侧绕组与所述功率场效应管串联，所述电流互感器的二次侧绕组的两端分别与所述第一电阻的两端连接，且所述第一电阻的一端与所述第一比较器的第一输入端连接、另一端接地。
具体的，请参阅图3，在所述整流电路为全桥整流电路时，所述控制电路有两个，分别为第一控制电路和第二控制电路，所述第一控制电路中所述第一电阻可以是电阻R1，所述第二控制电路中所述第一电阻可以是电阻R5。在所述整流电路为全桥整流电路时，所述第一电流采样电路也有两个，其中一个第一电流采样电路包括电流互感器T1、另一个第一电流采样电路包括电流互感器T2。电流互感器T1的一次侧绕组串联在场效应管Q2和场效应管Q3所在的回路中，用于采集所述场效应管Q2和场效应管Q3上的电流信号，所述电流互感器T1的二次侧绕组输出的信号经过电阻R1转变为电流信号。同理，电流互感器T2的一次侧绕组串联在场效应管Q1和场效应管Q4所在的回路中，用于采集所述场效应管Q1和场效应管Q4上的电流信号，所述电流互感器T2的二次侧绕组输出的信号经过电阻R5转变为电流信号。
进一步可选的，所述控制电路还包括整流二极管，所述整流二极管与所述电流互感器的二次侧绕组串联。
具体的，请参阅图3，在所述第一控制电路中，所述整流二极管为二极管D1，在所述第二控制电路中，所述整流二极管为二极管D2。所述整流二极管用于将所述第一电流采样电路输出的信号整成直流信号。
当然，在其他的可选具体实施方式中，所述整流二极管也可以替换为其他的整流电路，这里不做限制。
可选的，所述控制电路还包括滤波电路，所述滤波电路包括第二电阻和第一电容，所述第一电容和所述第二电阻串联后与所述第一电阻并联，所述第一电容和所述第二电阻的连接处与所述第一比较器的接收端连接。
具体的，请参阅图3，在所述第一控制电路中，所述滤波电路中的第二电阻为电阻R2、第一电容为电容C1，在所述第二控制电路中，所述滤波电路的第二电阻为电阻R6、第一电容为电容C5。所述第一控制电路中，所述电流互感器T1的二次侧绕组输出的信号经过电阻R1转变为电流信号后，经过电阻R2和电容C1组成的滤波电路将信号送至第一控制电路中的第一比较器——比较器U1。若送至比较器U1的信号大于第一参考信号Vref1，则比较器U1输出高电平，驱动功率管Q2和Q3导通；若送至比较器U1的信号小于第一参考信号Vref1，则比较器U1输出低电平，功率管Q2和Q3截止。同理，在所述第二控制电路中，所述电流互感器T2的二次侧绕组输出的信号经过电阻R5转变为电流信号，经过电阻R6和电容C5组成的滤波电路将信号送至第二控制电路中的第一比较器——比较器U2。若送至比较器U2的信号大于第一参考信号Vref1，则比较器U2输出高电平，驱动功率管Q1和Q4导通；若送至比较器U2的信号小于第一参考信号Vref1，则比较器U2输出低电平，功率管Q1和Q4截止。
可选的，所述控制电路还包括：第三电阻和/或第四电阻；
所述第三电阻串联在所述第一比较器的第一输入端与所述第一电流采样电路之间；
所述第四电阻一端与所述第一比较器的第一输入端连接、另一端与所述第一比较器的输出端连接。
具体的，请参阅图3，在所述第一控制电路中，所述第三电阻为电阻R3、所述第四电阻为电阻R4，所述电阻R3的一端与比较器U1的第一输入端连接、另一端与电阻R2和电容C1的连接处连接，电阻R4的一端与比较器U1的第一输入端连接、另一端与所述比较器U1的输出端连接。在所述第二控制电路中，所述第三电阻为电阻R7、所述第四电阻为电阻R8，所述电阻R7的一端与比较器U2的第一输入端连接、另一端与电阻R6和电容C5的连接处连接，电阻R8的一端与比较器U2的第一输入端连接、另一端与所述比较器U2的输出端连接。
可选的，所述同步整流装置，还包括：第二电流采样电路和第二比较器；所述第二电流采样电路与所述同步整流电路输出端连接，所述第二比较器的第二输入端与所述第二电流采样电路的输出端连接、第一输入端接收第二参考信号；
所述控制电路还包括可控开关；
所述可控开关的输入端与所述第一比较器的输出端连接、输出端接地；
所述可控开关的受控端与所述第二比较器的输出端连接，所述可控开关根据所述第二比较器输出的信号导通或截止。
具体的，请参阅图3，所述第二比较器可以是比较器U3，所述第二电流采样电路可以是采样电路T3。在所述第一控制电路中，所述可控开关为三极管Q5；在所述第二控制电路中，所述可控开关为三极管Q6。若T3输出的电流信号大于第二参考信号Vref2，比较器U3输出低电平，Q5和Q6截止。
本发明实施例中，第二电流采样电路和第二比较器以及所述控制道路的可控开关组成该同步整流电路的使能电路，即输出该同步整流电路的使能电流，当其输出电流大于设定值(对应第二参考信号)时，同步整流电路起作用，否则采用功率场效应管自身寄生的体二极管进行不控整流。
可选的，所述同步整流电路为全桥整流电路，所述功率场效应管有四个，分别为：第一功率场效应管、第二功率场效应管、第三功率场效应管和第四功率场效应管；
所述第一功率场效应管的第一端与所述第四功率场效应管的第一端连接作为所述同步整流电路的第一端，所述第二功率场效应管的第二端与所述第三功率场效应管的第二端连接作为所述同步整流电路的第二端，所述第一功率场效应管的第二端与所述第二功率场效应管的第一端连接作为所述同步整流电路的第三端，所述第四功率场效应管的第二端与所述第三功率场效应管的第一端连接作为所述同步整流电路的第四端，所述同步整流电路的第一端、第二端为输出端，所述同步整流电路的第三端、第四端为输入端。
具体的，请参阅图3，所述第一功率场效应管为功率管Q1、第二功率场效应管为功率管Q2、第三功率场效应管为功率管Q3、第四功率场效应管为功率管Q4。
可选的，所述控制电路有两个；
其中一个所述控制电路的第一电流采样电路用于采集所述第一功率场效应管和所述第四功率场效应管上的电流信号、所述第一比较器的输出端分别与所述第一功率场效应管和所述第四功率场效应管的受控端连接；
另一个所述控制电路的第一电流采样电路用于采集所述第二功率场效应管和所述第三功率场效应管上的电流信号、所述第一比较器的输出端分别与所述第二功率场效应管和所述第三功率场效应管的受控端连接。
另外，所述同步整流装置还包括输出滤波电容C4，电容C4与所述同步整流电路的输出端并联。
本发明实施例还提供了一种无线充电系统的接收端模块，包括上述的任一种同步整流装置。
可选的，所述无线充电系统的接收端模块，还包括接收线圈和谐振阻抗匹配电路，所述谐振阻抗匹配电路包括第一电感、第二电容和第三电容，所述第二电容与所述接收线圈并联，所述第三电容的第一端与所述第二电容的第一端连接，所述第三电容的第二端与所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端和所述第二电容的第二端分别作为所述谐振阻抗匹配电路的输出端，与所述同步整流电路的输入端连接。
具体的，请参阅图4，所述接收线圈可以是无线充电车端线圈L2，所述第一电感可以是电容L1，所述第二电容可以是电容C2，所述第三电容可以是电容C3。
另外，所述无线充电系统的接收端模块还包括输出滤波电容C4，电容C4与所述同步整流电路的输出端并联。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种同步整流装置，其特征在于，包括：
同步整流电路，包括功率场效应管，所述功率场效应管包括寄生的体二极管；
控制电路，所述控制电路包括：第一电流采样电路和第一比较器；
其中，所述第一电流采样电路，输入端与所述功率场效应管连接，用于采集所述功率场效应管上的电流信号；所述第一比较器，第一输入端与所述第一电流采样电路的输出端连接，第二输入端接收第一参考信号，输出端用于根据比较结果输出相应的信号以控制所述功率场效应管的通断；
还包括：第二电流采样电路和第二比较器；所述第二电流采样电路与所述同步整流电路输出端连接，所述第二比较器的第二输入端与所述第二电流采样电路的输出端连接、第一输入端接收第二参考信号；
所述控制电路还包括可控开关；
所述可控开关的输入端与所述第一比较器的输出端连接、输出端接地；
所述可控开关的受控端与所述第二比较器的输出端连接，所述可控开关根据所述第二比较器输出的信号导通或截止。
2.根据权利要求1所述的同步整流装置，其特征在于，所述控制电路还包括第一电阻；
所述第一电流采样电路包括电流互感器，所述电流互感器的一次侧绕组与所述功率场效应管串联，所述电流互感器的二次侧绕组的两端分别与所述第一电阻的两端连接，且所述第一电阻的一端与所述第一比较器的第一输入端连接、另一端接地。
3.根据权利要求2所述的同步整流装置，其特征在于，所述控制电路还包括整流二极管，所述整流二极管与所述电流互感器的二次侧绕组串联。
4.根据权利要求2或3所述的同步整流装置，其特征在于，所述控制电路还包括滤波电路，所述滤波电路包括第二电阻和第一电容，所述第一电容和所述第二电阻串联后与所述第一电阻并联，所述第一电容和所述第二电阻的连接处与所述第一比较器的第一输入端连接。
5.根据权利要求1所述的同步整流装置，其特征在于，所述控制电路还包括：第三电阻和/或第四电阻；
所述第三电阻串联在所述第一比较器的第一输入端与所述第一电流采样电路之间；
所述第四电阻一端与所述第一比较器的第一输入端连接、另一端与所述第一比较器的输出端连接。
6.根据权利要求1所述的同步整流装置，其特征在于，所述同步整流电路为全桥整流电路，所述功率场效应管有四个，分别为：第一功率场效应管、第二功率场效应管、第三功率场效应管和第四功率场效应管；
所述第一功率场效应管的第一端与所述第四功率场效应管的第一端连接作为所述同步整流电路的第一端，所述第二功率场效应管的第二端与所述第三功率场效应管的第二端连接作为所述同步整流电路的第二端，所述第一功率场效应管的第二端与所述第二功率场效应管的第一端连接作为所述同步整流电路的第三端，所述第四功率场效应管的第二端与所述第三功率场效应管的第一端连接作为所述同步整流电路的第四端，所述同步整流电路的第一端、第二端为输出端，所述同步整流电路的第三端、第四端为输入端。
7.根据权利要求6所述的同步整流装置，其特征在于，所述控制电路有两个；
其中一个所述控制电路的第一电流采样电路用于采集所述第一功率场效应管和所述第四功率场效应管上的电流信号、所述第一比较器的输出端分别与所述第一功率场效应管和所述第四功率场效应管的受控端连接；
另一个所述控制电路的第一电流采样电路用于采集所述第二功率场效应管和所述第三功率场效应管上的电流信号、所述第一比较器的输出端分别与所述第二功率场效应管和所述第三功率场效应管的受控端连接。
8.一种无线充电系统的接收端模块，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的同步整流装置。
9.根据权利要求8所述的无线充电系统的接收端模块，其特征在于，还包括接收线圈和谐振阻抗匹配电路，所述谐振阻抗匹配电路包括第一电感、第二电容和第三电容，所述第二电容与所述接收线圈并联，所述第三电容的第一端与所述第二电容的第一端连接，所述第三电容的第二端与所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端和所述第二电容的第二端分别作为所述谐振阻抗匹配电路的输出端，与所述同步整流电路的输入端连接。
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