CN114362501B - 用于无线充电同步整流桥的动态防倒灌电路及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于无线充电同步整流桥的动态防倒灌电路及其工作方法，包括MOS管M5、MOS管M6、上拉电阻R1、下拉电阻R2、钳位二极管D1和稳压电容C1；驱动电路Driver的供电端经上拉电阻R1和稳压电容C1接地；上拉电阻R1和稳压电容C1之间的电性连接点连接MOS管M6的漏极、MOS管M5的栅极、以及钳位二极管D1的负极；MOS管M6的栅极连接控制信号bst_ok；MOS管M5的漏极经下拉电阻R2连接驱动电路Driver的输出端；MOS管M5的源极、MOS管M6的源极以及钳位二极管D1的正极均连接无线充电同步整流桥的AC端。本发明解决了启动时上管导通开启导致的电流反灌问题，同时不会增加电压正常时的系统功耗。

Description

用于无线充电同步整流桥的动态防倒灌电路及其工作方法
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，具体而言，涉及一种用于无线充电同步整流桥的动态防倒灌电路及其工作方法。
背景技术
在无线充电系统中，同步整流桥用于提升系统能量传输效率。传统整流桥可用二极管实现，利用二极管正向导通和反向截止的特性实现整流(电流交替从AC1或AC2流到VRECT)。二极管整流桥如图1所示，其优点是控制简单。缺点是效率差，每一个能量传输周期，都会有一个二极管导通电压Vpn的能耗损失。图2所示为同步整流桥集成控制电路、驱动电路和低导通阻抗的场效应晶体管，在能量传输时场效应晶体管导通，能耗损失I×Ron，通常I×Ron远小于二极管导通电压Vpn，因此同步整流桥在效率上相比二极管整流桥有明显优势，缺点是控制复杂存在反灌风险(电流从VRECT流到AC1或AC2)。
而针对反灌风险的一般解决方案为：在启动阶段，电源电压和控制逻辑还未建立，此时驱动电路输出高阻态，场效应晶体管M1的栅极由下拉电阻下拉至源极。在正常状况下，场效应晶体管处于关闭状态，电流走场效应晶体管的体二极管向VRECT充电，但是由于连接栅极至源极的电阻较大，当节点AC1或节点AC2电压往下降的时候，对应的上管即场效应晶体管的栅极相对于源极的电压Vgs会产生一个瞬时高电压，以场效应晶体管M1为例，方程如下(场效应晶体管M2的栅极电压同理)：
Figure GDA0003542164840000011
其中Vgs_M1为场效应晶体管M1的栅极相对于源极的电压，ΔV_AC1为节点AC1的压降，t为时间，/>
Figure GDA0003542164840000012
Cg为栅极等效电容，Rg为栅极下拉电阻；
IDriver＝VCC/Rg，其中，VCC为驱动电路Driver的电源电压。
可以得到场效应晶体管的栅极相对于源极的电压Vgs的波形如图3所示，在这个电压Vgs大于阈值Vth的时间段，会导致场效应晶体管导通，有风险电流从VRECT反灌到AC1或AC2。要避免场效应晶体管导通可减小栅极下拉电阻Rg，但是小的栅极下拉电阻Rg会带来正常应用时驱动电路功耗的增加，可见，栅极下拉电阻Rg与驱动电路功耗存在矛盾的问题。
发明内容
本发明旨在提供一种用于无线充电同步整流桥的动态防倒灌电路及其工作方法，以解决栅极下拉电阻与驱动电路功耗存在矛盾的问题。
本发明提供的一种用于无线充电同步整流桥的动态防倒灌电路，所述无线充电同步整流桥包括驱动电路Driver、场效应晶体管和场效应晶体管的栅极下拉电阻Rg；所述动态防倒灌电路包括MOS管M5、MOS管M6、上拉电阻R1、下拉电阻R2、钳位二极管D1和稳压电容C1；
驱动电路Driver的供电端经上拉电阻R1和稳压电容C1接地；上拉电阻R1和稳压电容C1之间的电性连接点连接MOS管M6的漏极、MOS管M5的栅极、以及钳位二极管D1的负极；MOS管M6的栅极连接控制信号bst_ok；MOS管M5的漏极经下拉电阻R2连接驱动电路Driver的输出端；MOS管M5的源极、MOS管M6的源极以及钳位二极管D1的正极均连接无线充电同步整流桥的AC端。
可选的，所述MOS管M5和MOS管M6为NMOS管。
可选的，所述MOS管M5和MOS管M6为低压隔离NMOS管。
上述的用于无线充电同步整流桥的动态防倒灌电路的工作方法，包括：
(1)当无线充电同步整流桥的AC端电压往下降时，由于稳压电容C1的稳压作用，MOS管M5的栅极电压Vg不变，MOS管M5的栅极相对于源极的电压Vgs＝Vg-AC，当电压Vgs增加到MOS管M5导通后下拉电阻R2通过MOS管M5接到AC端；选用较小阻值的下拉电阻R2，增强下拉场效应晶体管的栅极的能力，即可防止场效应晶体管开启，电流倒灌；
(2)当无线充电同步整流桥的AC端电压正常以后，使MOS管M6的栅极的控制信号bst_ok由0跳变为1，从而使MOS管M6导通后MOS管M5的栅极连接AC端，此时MOS管M5关闭，MOS管M5和下拉电阻R2所在支路在无线充电同步整流桥的AC端电压正常以后不工作，从而减少系统功耗。
本发明还提供一种无线充电系统的发射端，所述发射端包括无线充电同步整流桥以及上述的动态防倒灌电路。
本发明还提供一种无线充电系统，所述无线充电系统包括接收端以及上述的发射端。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明可以选择场效应晶体管的栅极下拉电阻Rg来减小驱动电路Driver的电流消耗，也可以选择较小的下拉电阻R2来加强下拉能力。相比于现有技术，本发明解决了启动时上管导通开启导致的电流反灌问题，同时不会增加电压正常时的系统功耗。
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为现有技术中二极管整流桥的原理图。
图2为现有技术中无线充电同步整流桥的原理图。
图3为现有技术中无线充电同步整流桥的场效应晶体管的栅极相对于源极的电压Vgs的波形图。
图4为本发明实施例中用于无线充电同步整流桥的动态防倒灌电路的原理图。
图5为本发明实施例中场效应晶体管的栅极相对于源极的电压Vgs的波形图。
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。
实施例1
如图4所示，本实施例提出一种用于无线充电同步整流桥的动态防倒灌电路，所述无线充电同步整流桥包括驱动电路Driver、场效应晶体管和场效应晶体管的栅极下拉电阻Rg；所述动态防倒灌电路包括MOS管M5、MOS管M6、上拉电阻R1、下拉电阻R2、钳位二极管D1和稳压电容C1；
驱动电路Driver的供电端经上拉电阻R1和稳压电容C1接地；上拉电阻R1和稳压电容C1之间的电性连接点连接MOS管M6的漏极、MOS管M5的栅极、以及钳位二极管D1的负极；MOS管M6的栅极连接控制信号bst_ok；MOS管M5的漏极经下拉电阻R2连接驱动电路Driver的输出端；MOS管M5的源极、MOS管M6的源极以及钳位二极管D1的正极均连接无线充电同步整流桥的AC端。可选地，所述MOS管M5和MOS管M6为NMOS管。进一步，所述MOS管M5和MOS管M6为低压隔离NMOS管。
上述的用于无线充电同步整流桥的动态防倒灌电路的工作方法，包括：
(1)当无线充电同步整流桥的AC端电压往下降时，由于稳压电容C1的稳压作用，MOS管M5的栅极电压Vg不变，MOS管M5的栅极相对于源极的电压Vgs＝Vg-AC，当电压Vgs增加到MOS管M5导通后下拉电阻R2通过MOS管M5接到AC端；选用较小阻值的下拉电阻R2，增强下拉场效应晶体管的栅极的能力，即可防止场效应晶体管开启，电流倒灌，如图5所示；由于下拉电阻R2的导通时间短，驱动电路Driver的电流还是由场效应晶体管的栅极下拉电阻Rg决定，见如下方程：
Figure GDA0003542164840000051
其中，/>
Figure GDA0003542164840000052
Cg为栅极等效电容，R2<<Rg；
IDriver＝VCC/Rg，其中，VCC为驱动电路Driver的电源电压。
(2)当无线充电同步整流桥的AC端电压正常以后，使MOS管M6的栅极的控制信号bst_ok由0跳变为1，从而使MOS管M6导通后MOS管M5的栅极连接AC端，此时MOS管M5关闭，MOS管M5和下拉电阻R2所在支路在无线充电同步整流桥的AC端电压正常以后不工作，从而减少系统功耗。
本实施例中，可以选择场效应晶体管的栅极下拉电阻Rg来减小驱动电路Driver的电流消耗，也可以选择较小的下拉电阻R2来加强下拉能力。相比于现有技术，本发明解决了启动时上管导通开启导致的电流反灌问题，同时不会增加电压正常时的系统功耗。
实施例2
基于实施例1所述的用于无线充电同步整流桥的动态防倒灌电路，可以实现一种无线充电系统的发射端，所述发射端包括无线充电同步整流桥以及如实施例1所述的动态防倒灌电路。
实施例3
基于实施例2无线充电系统的发射端，可以实现一种无线充电系统，所述无线充电系统包括接收端以及如实施例2所述的发射端。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于无线充电同步整流桥的动态防倒灌电路，所述无线充电同步整流桥包括驱动电路Driver、场效应晶体管和场效应晶体管的栅极下拉电阻Rg；其特征在于，包括MOS管M5、MOS管M6、上拉电阻R1、下拉电阻R2、钳位二极管D1和稳压电容C1；
驱动电路Driver的供电端经上拉电阻R1和稳压电容C1接地；上拉电阻R1和稳压电容C1之间的电性连接点连接MOS管M6的漏极、MOS管M5的栅极、以及钳位二极管D1的负极；MOS管M6的栅极连接控制信号bst_ok；MOS管M5的漏极经下拉电阻R2连接驱动电路Driver的输出端；MOS管M5的源极、MOS管M6的源极以及钳位二极管D1的正极均连接无线充电同步整流桥的AC端。
2.根据权利要求1所述的用于无线充电同步整流桥的动态防倒灌电路，其特征在于，所述MOS管M5和MOS管M6为NMOS管。
3.根据权利要求2所述的用于无线充电同步整流桥的动态防倒灌电路，其特征在于，所述MOS管M5和MOS管M6为低压隔离NMOS管。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的用于无线充电同步整流桥的动态防倒灌电路的工作方法，其特征在于，包括：
(1)当无线充电同步整流桥的AC端电压往下降时，由于稳压电容C1的稳压作用，MOS管M5的栅极电压Vg不变，MOS管M5的栅极相对于源极的电压Vgs＝Vg-AC，当电压Vgs增加到MOS管M5导通后下拉电阻R2通过MOS管M5接到AC端；选用较小阻值的下拉电阻R2，增强下拉场效应晶体管的栅极的能力，即可防止场效应晶体管开启，电流倒灌；
(2)当无线充电同步整流桥的AC端电压正常以后，使MOS管M6的栅极的控制信号bst_ok由0跳变为1，从而使MOS管M6导通后MOS管M5的栅极连接AC端，此时MOS管M5关闭，MOS管M5和下拉电阻R2所在支路在无线充电同步整流桥的AC端电压正常以后不工作，从而减少系统功耗。
5.一种无线充电系统的发射端，其特征在于，所述发射端包括无线充电同步整流桥以及如权利要求1-3任一项所述的动态防倒灌电路。
6.一种无线充电系统，其特征在于，所述无线充电系统包括接收端以及如权利要求5所述的发射端。
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Research on Topology and Modulation of Multilevel Inverter;Jian Huang，at all;Proceedings of 2013 IEEE International Conference on Applied Superconductivity and Electromagnetic Devices;1172-1176 *
一种充电器用防反接与防倒灌保护电路;林为;通信电源技术;第36卷(第1期);135-137 *

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CN114362501A (zh) 2022-04-15

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