CN216565101U - 一种交流信号开关、线圈切换电路及无线充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于无线充电技术领域，公开了一种交流信号开关、线圈切换电路及无线充电装置，交流信号开关包括：第一NMOS管、第二NMOS管和自举模块；第一NMOS管和第二NMOS管串联，所述自举模块用于确保第一NMOS管的栅极的电平始终大于第二NMOS管的源极的电平。应用交流信号模块组成线圈切换模块，线圈切换电路包括多个线圈切换模块。线圈切换电路应用于无线充电装置。有益效果：采用双NMOS管串联并设置自举模块，可以降低交流信号开关的成本，提高交流信号开关的性能，更好的对电路的导通和关断进行控制，避免不同线圈之间的影响。本实用新型的线圈切换电路和无线充电装置，可以实现多路感性负载的自由切换。

Description

一种交流信号开关、线圈切换电路及无线充电装置

技术领域

本实用新型涉及无线充电技术领域，特别是涉及一种交流信号开关、线圈切换电路及无线充电装置。

背景技术

现有技术中实现交流信号开关切换方式一般有几种方式：

(1)利用可控硅三级管、原理简单但不可靠，信号实现良好的高低压隔离需要光耦电路，电路实现方案复杂。

(2)使用继电器方案，继电器体积大，开通关断声音大，且开通次数有限制，容易损坏，寿命短小。

(3)利用晶体管三极管实现开关控制，消耗功耗大，发热严重，且输入输出信号会互相影响，不能很好的隔离，开关切换容易引入不必要的大噪声等有害信号。

因此需要对现有技术中的交流信号开关进行改进，以简化交流信号开关的结构，提高交流信号开关的性能，降低交流信号开关的成本。

无线充电装置需要实用线圈切换电路，而线圈切换电路往往需要采用交流信号开关控制交流信号的导通和关断。目前的无线充电装置中往往采用了上述的三种交流信号开关，存在不同的缺陷，需要进一步的通过改进交流信号开关对线圈切换电路和无线充电装置进行改进。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种新的交流信号开关，简化交流信号开关的结构，提高交流信号开关的性能，降低交流信号开关的成本。在改进交流信号开关的基础上，进一步改进无线充电装置及线圈切换电路，降低无线充电装置的成本，提高无线充电装置的性能。

为了实现上述目的，本实用新型公开了一种交流信号开关，包括：第一NMOS管、第二NMOS管和第一自举模块；

所述第一NMOS管的漏极与第一输入端口连接，所述第一NMOS管的源极与第二NMOS管的源极连接，所述第一NMOS管的栅极和第二NMOS 管的栅极连接，所述第二NMOS管的漏极与第一输出端口连接；所述第一NMOS管的第一寄生二极管的阳极与第一NMOS管的源极连接，所述第一寄生二极管的阴极与第一NMOS管的漏极连接；所述第二NMOS管的第二寄生二极管的阳极与第二NMOS管的源极连接，所述第二寄生二极管的阴极与第二NMOS管的漏极连接；

所述第一自举模块和第一NMOS管、第二NMOS管电连接，所述第一自举模块用于确保第一NMOS管的栅极的电平始终大于第二NMOS管的源极的电平。

进一步的，所述第一自举模块包括：第一二极管、第一电阻和第一电容；

所述第一二极管的阳极和第一电平输入端口连接，第一二极管的阴极分别和第一NMOS管的栅极、第一电阻的第一端口、第一电容的第一端口连接；所述第一电阻的第二端口和第一电容的第二端口连接，所述第一电阻的第二端口和第一NMOS管的源极连接。

本发明还公开了一种线圈切换电路的线圈切换模块，包括上述的交流信号开关、第一线圈和第二电容；

所述交流信号开关的第一输出端口和第一线圈的第一端口连接，所述第一线圈的第二端口和第二电容的第一端口连接，所述第二电容的第二端口与第二电平输入端口连接。

本发明还公开了一种线圈切换电路，包括两个及两个以上上述的线圈切换模块。

进一步的，线圈切换电路包括第一线圈切换模块、第二线圈切换模块；所述第一线圈切换模块包括：第一NMOS管、第二NMOS管、第一自举模块、第一线圈和第二电容；所述第二线圈切换模块包括：第三NMOS管、第四NMOS管、第二自举模块、第二线圈和第三电容，所述第二自举模块包括：第二二极管、第二电阻和第四电容。

进一步的，线圈切换电路还包括第三线圈切换模块；所述第三线圈切换模块包括第五NMOS管、第六NMOS管、第三自举模块、第三线圈和第五电容，所述第三自举模块包括：第三二极管、第三电阻和第六电容。

本发明还公开了一种无线充电TX端，包括上述的线圈切换电路、全桥电路和MCU控制器；

所述全桥电路包括第一半桥输出单元和第二半桥输出单元，所述第一半桥输出单元和线圈切换电路的第一端口连接，所述第二半桥输出单元线圈切换电路的第二端口连接；

所述MCU控制器用于控制第一半桥输出单元和第二半桥输出单元组成交流逆变电路；

所述MCU控制器还包括若干个和线圈切换模块对应的MCU开关控制电路。

本发明还公开了一种无线充电装置，包括：上述的无线充电TX端和无线充电RX端。

本实用新型实施例一种交流信号开关、线圈切换电路及无线充电装置与现有技术相比，其有益效果在于：本实用新型的交流信号开关采用双NMOS管串联并设置自举模块，可以降低交流信号开关的成本，提高交流信号开关的性能，更好的对电路的导通和关断进行控制，避免不同线圈之间的影响。本实用新型的线圈切换电路和无线充电装置，可以实现多路感性负载的自由切换，负载之间、负载和输入信号之间实现很好的隔离；在大电流开关导通情况下，功耗低，发热少。

附图说明

图1是本实用新型交流信号开关的结构示意图；

图2是本实用新型线圈切换电路的线圈切换模块的示意图；

图3是本实用新型线圈切换电路的示意图；

图4是本实用新型交流信号开关实现方式的示意图；

图5是本实用新型TX端的结构示意图；

图6是本实用新型无线充电装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1：

如图1所示，本实用新型公开了一种交流信号开关，包括：第一 NMOS管、第二NMOS管和第一自举模块。

所述第一NMOS管的漏极与第一输入端口连接，所述第一NMOS管的源极与第二NMOS管的源极连接，所述第一NMOS管的栅极和第二NMOS 管的栅极连接，所述第二NMOS管的漏极与第一输出端口连接；所述第一NMOS管的第一寄生二极管的阳极与第一NMOS管的源极连接，所述第一寄生二极管的阴极与第一NMOS管的漏极连接；所述第二NMOS管的第二寄生二极管的阳极与第二NMOS管的源极连接，所述第二寄生二极管的阴极与第二NMOS管的漏极连接。

所述第一自举模块和第一NMOS管、第二NMOS管电连接，所述第一自举模块用于确保第一NMOS管的栅极的电平始终大于第二NMOS管的源极的电平。

在本实施例中，采用了两个NMOS管，而现有技术中除了背景技术中所提到的三种交流信号开关外，在线圈切换的技术领域还存在单MOS 管的线圈切换方式，但是本实用新型采用两个NMOS管的技术可以克服单MOS管切换线圈的过程每个线圈之间会相互影响，无法实现每个线圈切换过程电信号的互相隔离的问题。

在本实施例中，第一自举模块可以根据需要设计，但其原理都是相同的，本领域技术人员可以根据本申请的技术方案自行设计出多种自举模块的组成方式以实现上述的确保第一NMOS管的栅极的电平始终大于第二NMOS管的源极的电平的功能。

在本实施例中，公开了一种第一自举模块的实施方式，所述第一自举模块包括：第一二极管、第一电阻和第一电容。

所述第一二极管的阳极和第一电平输入端口连接，第一二极管的阴极分别和第一NMOS管的栅极、第一电阻的第一端口、第一电容的第一端口连接；所述第一电阻的第二端口和第一电容的第二端口连接，所述第一电阻的第二端口和第一NMOS管的源极连接。

在本实施例中，应用本实用新型的交流信号开关可以降低电路的功耗。由于MOS管的导通电阻小，大电流通过MOS管时，MOS管导通功耗大部分取决于MOS管的导通电阻，消耗的功率非常低。进一步的， NMOS管的导通电阻比PMOS管的导通电阻会低很多，因此选择NMOS管可以进一步降低消耗的功率。

在本实施例中，利用NMOS管的两个寄生二极管，可以很好的实现交流信号输入端和负载端之间的隔离。MOS管导通，自举电路作用是利用电容上电压不能突变的原理，确保该情况下a点电平始终大于b点电平，即两个NMOS管的G极电平大于S极，为两个MOS管提供足够的导通电压。

实施例2：

参照图2，本实用新型公开了一种线圈切换电路的线圈切换模块，包括：实施例1所述的交流信号开关、第一线圈和第二电容。

所述交流信号开关的第一输出端口和第一线圈的第一端口连接，所述第一线圈的第二端口和第二电容的第一端口连接，所述第二电容的第二端口与第二电平输入端口连接。

在实施例1的基础上，在交流信号开关的第一输出端口处依次连接第一线圈和第二电容，可以组成线圈切换电路中的线圈切换模块，线圈切换模块为无线充电电路中用于对外实现充电的基本模块。

本领域技术人员在实施例1和背景技术的基础上想到将交流信号开关应用到线圈切换电路中，并增加第一线圈和第二电容组成线圈切换模块。

实施例3：

参照图3，在实施例2的基础上，本实用新型还公开了一种线圈切换电路，包括两个及两个以上的实施例1或实施例2所述的线圈切换模块。

线圈切换电路包括第一线圈切换模块、第二线圈切换模块；所述第一线圈切换模块包括：第一NMOS管、第二NMOS管、第一自举模块、第一线圈和第二电容；所述第二线圈切换模块包括：第三NMOS管、第四NMOS管、第二自举模块、第二线圈和第三电容，所述第二自举模块包括：第二二极管、第二电阻和第四电容。

所述第三NMOS管的漏极与第一输入端口连接，所述第三NMOS管的源极与第四NMOS管的源极连接，所述第三NMOS管的栅极和第四NMOS 管的栅极连接，所述第四NMOS管的漏极与第二输出端口连接；所述第三NMOS管的第三寄生二极管的阳极与第三NMOS管的源极连接，所述第三寄生二极管的阴极与第三NMOS管的漏极连接；所述第四NMOS管的第四寄生二极管的阳极与第四NMOS管的源极连接，所述第四寄生二极管的阴极与第四NMOS管的漏极连接。

所述第二二极管的阳极和第三电平输入端口连接，所述第二二极管的阴极和第三NMOS管的栅极连接；所述第二二极管的阴极和第二电阻的第一端口连接，所述第二电阻的第二端口和第三NMOS管的源极连接。所述第四电容的第一端口和第一电阻的第一端口连接，所述第四电容的第二端口和第二电阻的第二端口连接。

所述第四NMOS管的漏极和第二线圈的第一端口连接，所述第二线圈的第二端口和第三电容的第一端口连接，所述第三电容的第二端口和第四电平输入端口连接。

在本实施例中，第一自举模块控制第一线圈是否工作，第二自举模块控制第二线圈是否工作。

线圈切换电路的工作原理：

(1)选择L1或者是L2进行谐振工作；以下至少以L1及L2进行举例，本实用新型的线圈切换电路，可以有多个线圈切换模块，包括但不限于两个、三个、四个等。

在本实施例中，L1，L2线圈选择通过CPU控制信号V＿CTL1和V＿CTL2 为相位相反的两路信号，输入脉冲交流信号，当V＿CTL1＝1(高电平)， V＿CTL2＝0(低电平)时，MOS管Q1和MOS管Q2导通，MOS管Q3和Q4截止即处于关断状态，线圈L1开始谐振工作，线圈L2通路关断不工作。二极管D1，电阻R1，电容C1构成自举控制电路，利用电容上电压不能突变的原理，确保该情况下a点电平始终大于b点电平，即两个NMOS 管的G极电平大于S极，为两个MOS管提供足够的导通电压。

当V＿CTL1＝0(低电平)，V＿CTL2＝1(高电平)时，MOS管Q3和MOS 管Q4导通，MOS管Q1和MOS管Q2关断，线圈L2开始谐振工作，线圈 L1谐振工作停止，两个串联的MOS管寄生二级管，背靠着背串联，由于MOS管Q1和MOS管Q2关断，L1残余的谐振电流电压不会反馈到VIN端，即不会影响L2线圈正常工作，L1线圈工作和L2线圈工作达到很好的隔离。同样该原理适用于三线圈等多线圈工作情况。

(2)选择好线圈之后，由VIN和VOUT端控制电流的方向。

如图4，当输入电压为高电平VIN＝1，VOUT端为低电平VOUT＝0，即 A端有电平信号，B端电平为0时(相当于接地)，Q1和Q2两个MOS 管导通时，电流方向A－B的方向，当输入电压为低电平VIN＝0，VOUT 端为高电平VOUT＝1，即A端电平为0(相当于接地)，B端有信号，Q1 和Q2两个MOS管导通时，电流方向B－A的方向，实现交流信号双向导通，电路的双向导通性可以很好应用于全桥逆变驱动电路中，实现可控频率的全桥逆变。

在本实施例中，利用两个NMOS管简单实现了交流信号的导通和关断；实现多路感性负载可以自由切换，负载之间、负载和输入信号之间实现很好的隔离；大电流开关导通情况下，功耗低，发热少。

实施例4：

在实施例3的基础上，所述线圈切换电路还包括第三线圈切换模块；所述第三线圈切换模块包括第五NMOS管、第六NMOS管、第三自举模块、第三线圈和第五电容，所述第三自举模块包括：第三二极管、第三电阻和第六电容。

本领域技术人员可以根据实施例3所公开的技术方案设置第三线圈切换模块。线圈切换电路中包括三个线圈时，其切换的工作原理、交流信号开关的导通和关断的原理和实施例2相同。

实施例5：

参照图5和图6，本实用新型还公开了一种无线充电TX端，应用实施例3、实施例4中的线圈切换电路、还包括全桥电路和MCU控制器。

所述全桥电路包括第一半桥输出单元和第二半桥输出单元，所述第一半桥输出单元和线圈切换电路的第一输入端口连接，所述第二半桥输出单元和第二电容的第二端口连接；

所述MCU控制器用于控制第一半桥输出单元和第二半桥输出单元组成交流逆变电路；

所述MCU控制器还包括若干个和线圈切换模块对应的MCU开关控制电路。用于输出CPU控制信号V＿CTL用来控制开关电路中的MOS管的导通和截止进行各个开关电路的导通和关断的选择。

在本实施例中，两个半桥组成全桥电路，全桥电路在MCU控制下轮流切换半桥组成交流逆变电路，在不同时刻交流信号在开关切换电路单元中流经不同的谐振线圈，在选中的线圈上流过的交流电场转为磁场，无线充接受端接受该电磁场，进行充电处理。

在本实施例中，无线充TX充电应用上，软件可以方便控制多线圈自由切换，多线圈之间不会互相干扰，电路简单且可靠。

实施例6：

参照图6，本实用新型还公开了一种无线充电装置，包括：实施例 5所述的无线充电TX端和无线充电RX端。

综上，本实用新型实施例提供一种交流信号开关、线圈切换电路及无线充电装置与现有技术相比，其有益效果在于：本实用新型的交流信号开关采用双NMOS管串联并设置自举模块，可以降低交流信号开关的成本，提高交流信号开关的性能，更好的对电路的导通和关断进行控制，避免不同线圈之间的影响。本实用新型的线圈切换电路和无线充电装置，可以实现多路感性负载的自由切换，负载之间、负载和输入信号之间实现很好的隔离；在大电流开关导通情况下，功耗低，发热少。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种交流信号开关，其特征在于，包括：第一NMOS管、第二NMOS管和第一自举模块；

所述第一NMOS管的漏极与第一输入端口连接，所述第一NMOS管的源极与第二NMOS管的源极连接，所述第一NMOS管的栅极和第二NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的漏极与第一输出端口连接；所述第一NMOS管的第一寄生二极管的阳极与第一NMOS管的源极连接，所述第一寄生二极管的阴极与第一NMOS管的漏极连接；所述第二NMOS管的第二寄生二极管的阳极与第二NMOS管的源极连接，所述第二寄生二极管的阴极与第二NMOS管的漏极连接；

所述第一自举模块和第一NMOS管、第二NMOS管电连接，所述第一自举模块用于确保第一NMOS管的栅极的电平始终大于第二NMOS管的源极的电平。

2.根据权利要求1所述的一种交流信号开关，其特征在于，所述第一自举模块包括：第一二极管、第一电阻和第一电容；

所述第一二极管的阳极和第一电平输入端口连接，第一二极管的阴极分别和第一NMOS管的栅极、第一电阻的第一端口、第一电容的第一端口连接；所述第一电阻的第二端口和第一电容的第二端口连接，所述第一电阻的第二端口和第一NMOS管的源极连接。

3.一种线圈切换电路的线圈切换模块，其特征在于，包括：权利要求1－2任意一项所述的交流信号开关、第一线圈和第二电容；

所述交流信号开关的第一输出端口和第一线圈的第一端口连接，所述第一线圈的第二端口和第二电容的第一端口连接，所述第二电容的第二端口与第二电平输入端口连接。

4.一种线圈切换电路，其特征在于，包括两个及两个以上权利要求3所述的线圈切换模块。

5.根据权利要求4所述的一种线圈切换电路，其特征在于，包括第一线圈切换模块、第二线圈切换模块；所述第一线圈切换模块包括：第一NMOS管、第二NMOS管、第一自举模块、第一线圈和第二电容；所述第二线圈切换模块包括：第三NMOS管、第四NMOS管、第二自举模块、第二线圈和第三电容，所述第二自举模块包括：第二二极管、第二电阻和第四电容。

6.根据权利要求5所述的一种线圈切换电路，其特征在于，还包括第三线圈切换模块；所述第三线圈切换模块包括第五NMOS管、第六NMOS管、第三自举模块、第三线圈和第五电容，所述第三自举模块包括：第三二极管、第三电阻和第六电容。

7.一种无线充电TX端，其特征在于，包括权利要求4－6任意一项所述的线圈切换电路、全桥电路和MCU控制器；

所述全桥电路包括第一半桥输出单元和第二半桥输出单元，所述第一半桥输出单元和线圈切换电路的第一端口连接，所述第二半桥输出单元线圈切换电路的第二端口连接；

所述MCU控制器用于控制第一半桥输出单元和第二半桥输出单元组成交流逆变电路；

所述MCU控制器还包括若干个和线圈切换模块对应的MCU开关控制电路。

8.一种无线充电装置，其特征在于，包括：权利要求7所述的无线充电TX端和无线充电RX端。

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