一种自举驱动电路、驱动方法及无线充电系统与流程

本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种自举驱动电路、驱动方法及无线充电系统。

背景技术：

无线充电的接收端，由于空间的限制，一般只能用专用芯片，专用芯片上面会集成了有源整流桥和低压降的线性稳压器(lowdrop-outlinearregulator,ldo)。ldo一般的实现方法是使用pmos管作为输出电压调控的器件，但是在芯片上pmos的面积会是相同导通电阻的nmos管面积的两倍多到三倍，这就引出了成本的问题，假如能用n管来实现ldo，成本将可以大大的降低。相同的问题也出现在有源整流桥上面，整流桥的四个晶体管，最直接的做法是两只上管是pmos，两只下管是nmos，但是整流桥需要处理的电流幅度很大，导通电阻必须做到很小。因此，目前很多的芯片设计，都是采用全n管的设计。

在实现全n管设计时，ldo中输出n管的栅极电压目前是靠内部电荷泵来产生，电荷泵的输出可以提供一个比整流桥的输出电压更高的电压给输出n管，进而和ldo本身的误差放大器形成闭环控制电路，达至稳定输出。然而电荷泵有两个缺点：首先，它是通过内部电容充放电来提升电压，电容本身的数值限制了可用的电流，输出n管的响应相对比较慢；其次，随着市场要求输出电压不断的提高，芯片上的电荷泵面积会不断增大，而且到了某一个电压范围，设计就可能要转用耐压较高的器件，这使面积进一步增加。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自举驱动电路、驱动方法及无线充电系统，旨在解决现有技术中的通过电荷泵驱动线性稳压器的输出管工作时存在响应速度慢且占用面积大的问题。

本发明的技术方案如下：

一种自举驱动电路，与线性稳压器连接，所述自举驱动电路包括整流模块、驱动控制模块和输出模块；由所述整流模块对输入的交流电压进行整流后输出直流电压；由所述驱动控制模块根据输入的交流电压输出用于驱动所述整流模块的第一自举电压和第二自举电压，并根据所述交流电压和直流电压控制所述整流模块的工作状态，其中所述第一自举电压和第二自举电压均大于所述直流电压；由所述输出模块根据所述第一自举电压、第二自举电压和线性稳压器输出的反馈信号输出驱动电压至线性稳压器中输出管的栅极，驱动所述输出管开启工作。

所述的自举驱动电路中，所述输出模块包括控制单元、充放电单元和电流源；由所述控制单元控制所述第一自举电压和第二自举电压交替向所述充放电单元进行充电，使所述充放电单元的充电电压升高至驱动电压；由所述充放电单元输出所述驱动电压，并通过电流源根据线性稳压器输出的反馈信号调节驱动电压的大小后输出至线性稳压器中输出管的栅极，驱动所述输出管开启工作。

所述的自举驱动电路中，所述驱动控制模块包括驱动单元、比较控制单元和自举单元；由所述驱动单元根据输入的交流电压输出用于驱动所述整流模块的第一自举电压和第二自举电压；由所述比较控制单元根据所述交流电压和直流电压控制所述整流模块的工作状态；由所述自举单元根据所述整流模块的工作状态为驱动单元提供供电电压。

所述的自举驱动电路中，所述整流模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；所述第一开关管的栅极连接所述驱动单元的第1端，所述第一开关管的源极连接所述驱动单元的第5端、第一交流输入端和第三开关管的漏极，所述第一开关管的漏极连接直流电压输出端；所述第二开关管的栅极连接所述驱动单元的第2端，所述第二开关管的源极连接所述驱动单元的第6端、第二交流输入端和第四开关管的漏极，所述第二开关管的漏极连接直流电压输出端；所述第三开关管的栅极连接所述驱动单元的第3端，所述第三开关管的源极连接所述驱动单元的第7端和电源地；所述第四开关管的栅极连接所述驱动单元的第4端，所述第四开关管的源极连接所述驱动单元的第8端和电源地。

所述的自举驱动电路中，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管均为nmos管。

所述的自举驱动电路中，所述控制单元包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管的正级连接第一自举电压输出端，所述第二二极管的正极连接第二自举电压输出端，所述第一二极管的负极和第二二极管的负极均连接所述充放电单元。

所述的自举驱动电路中，所述充放电单元包括第一电容，所述第一电容的正极连接所述第一二极管的负极、第二二极管的负极和驱动电压输出端；所述第一电容的负极接模拟地。

所述的自举驱动电路中，所述输出管的栅极通过所述电流源连接所述驱动电压输出端，所述输出管的漏极连接所述直流电压输出端，所述输出端的源极连接线性稳压器的输出端。

本发明又一实施例还提供了一种自举驱动方法，所述方法包括如下步骤：

整流模块对输入的交流电压进行整流后输出直流电压；

驱动控制模块根据输入的交流电压输出用于驱动所述整流模块的第一自举电压和第二自举电压，并根据所述交流电压和直流电压控制所述整流模块的工作状态；

输出模块根据所述第一自举电压、第二自举电压和线性稳压器输出的反馈信号输出驱动电压至线性稳压器中输出管的栅极，驱动所述输出管开启工作。

本发明的另一实施例还提供了一种无线充电系统，包括发射端和接收端，所述接收端中设置有线性稳压器，所述接收端还包括如上所述的自举驱动电路，所述自举驱动电路与线性稳压器连接，用于驱动所述线性稳压器中的输出管开启工作。

有益效果：本发明公开了一种自举驱动电路、驱动方法及无线充电系统，相比于现有技术，本发明实施例通过利用既有的驱动整流模块的两路自举电压输出比直流电压更高的驱动电压至输出管驱动其开启，占用面积小且不受电荷泵内部电容的数值限制，有效降低了线性稳压器输出管驱动电路的生产成本且提高电路耐压性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明提供的自举驱动电路较佳实施例的结构框图；

图2为本发明提供的自举驱动电路较佳实施例的电路图；

图3为本发明提供的自举驱动电路较佳实施例中线性稳压器的电路图；

图4为本发明提供的自举驱动方法较佳实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。以下结合附图对本发明实施例进行介绍。

请参阅图1，图1为本发明提供的自举驱动电路较佳实施例的结构框图。无线充电系统中接收端将交流电转换为直流电后由于直流电存在纹波影响可能对负载的正常工作产生影响，因此需要通过线性稳压器100对直流电压进行稳压处理后再进行稳定供电，本实施例中提供的自举驱动电路即为线性稳压器100中输出管的驱动电路，如图1所示，所述自举驱动电路与线性稳压器100连接，用于驱动所述线性稳压器100中的输出管开启工作，其中，所述自举驱动电路包括整流模块10、驱动控制模块20和输出模块30；所述整流模块10、驱动控制模块20和输出模块30依次连接，所述输出模块30连接所述线性稳压器100，具体连接所述线性稳压器100中输出管的栅极。

本实施例中，由所述整流模块10对输入的交流电压进行整流后输出直流电压；由所述驱动控制模块20根据输入的交流电压输出用于驱动所述整流模块10的第一自举电压和第二自举电压，并根据所述交流电压和直流电压控制所述整流模块10的工作状态，其中所述第一自举电压和第二自举电压均大于所述直流电压；由所述输出模块30根据所述第一自举电压、第二自举电压和线性稳压器100输出的反馈信号输出驱动电压至线性稳压器100中输出管的栅极，驱动所述输出管开启工作。即本发明提供的自举驱动电路通过利用电压自举的方式，通过驱动控制模块20根据输入的交流电压输出第一自举电压和第二自举电压来驱动所述整流模块10，且所述第一自举电压和第二自举电压均大于所述整流模块10输出的直流电压，得到所述第一自举电压和第二自举电压后则通过输出模块30将二者合为一个驱动电压，并进一步根据线性稳压器100输出的反馈信号调节驱动电压的大小后输出至线性稳压器100中输出管的栅极，即所述驱动电压同样大于所述直流电压，为输出管提供足够的栅源电压，进而确保输出管能正常开启工作，通过利用既有的驱动整流模块10的两路自举电压输出比直流电压更高的驱动电压至输出管驱动其开启，占用面积小且不受电荷泵内部电容的数值限制，有效降低了线性稳压器100输出管驱动电路的生产成本且提高电路耐压性。

进一步地，请一并参阅图2和图3，所述输出模块30包括控制单元31和充放电单元32和电流源33，所述控制单元31连接所述驱动控制模块20和充放电单元32，所述充放电单元32通过所述电流源33连接线性稳压器100中输出管m5的栅极；由所述控制单元31控制所述第一自举电压和第二自举电压交替向所述充放电单元32进行充电，使所述充放电单元32的充电电压升高至驱动电压；通过所述电流源33根据线性稳压器100输出的反馈信号调节驱动电压的大小后输出至线性稳压器100中输出管m5的栅极，驱动所述输出管m5开启工作。

本实施例中，根据输入的交流电自举产生比直流电压高的第一自举电压和第二自举电压后，通过控制单元31将第一自举电压和第二自举电压轮流向充放电单元32进行充电进而产生一同样比直流电压高的驱动电压，进而通过所述充放电单元32进行放电输出该驱动电压，并进一步通过位于输出管m5与充放电单元32之间的电流源33根据反馈信号调节驱动电压的大小后输入至所述输出管m5的栅极，以驱动所述输出管m5开启工作，实现通过整合既有的自举电压来驱动线性稳压器100输出管m5的目的，有效节约了生产成本且有利于减小无线充电接收端的芯片面积，具体所述驱动电压与直流电压之间的差值可根据实际输出管m5的需求进行调整，本发明对其不作限定。

进一步地，所述驱动控制模块20包括驱动单元21、比较控制单元22和自举单元23；所述比较控制单元22连接所述驱动单元21，所述驱动单元21还连接所述整流模块10、自举单元23和控制单元31，所述自举单元23还连接avdd供电端；由所述驱动单元21根据输入的交流电压输出用于驱动所述整流模块10的第一自举电压和第二自举电压；由所述比较控制单元22根据所述交流电压和直流电压控制所述整流模块10的工作状态；由所述自举单元23根据所述整流模块10的工作状态为驱动单元21提供供电电压。

本实施例中，通过驱动单元21在输入交流电时产生第一自举电压和第二自举电压驱动所述整流模块10开启工作，并且通过比较控制单元22根据各个电压来控制所述整流模块10中包含的开关管的开关状态，确保整流模块10稳定工作，由于所述整流模块10中的开关管会交替开启或关闭，因此通过自举单元23根据各个开关管的开关状态变化进行充放电，进而为驱动单元21提供供电电压，确保在开关管不同的开关周期时均能对所述驱动单元21进行稳定供电，确保驱动单元21和整流模块10的可靠稳定工作。

具体地，请继续参阅图2和图3，所述驱动单元21包括第一驱动器u1、第二驱动器u2、第三驱动器u3和第四驱动器u4，所述比较控制单元22包括第一比较器op1、第二比较器op2、第三比较器op3和第四比较器op4，所述整流模块10包括第一开关管m1、第二开关管m2、第三开关管m3和第四开关管m4；所述第一开关管m1的栅极连接所述驱动单元21的第1端(具体为所述第一驱动器u1的hgate端)，所述第一开关管m1的源极连接所述驱动单元21的第5端(具体为所述第一驱动器u1的vod端)、第一交流输入端ac1和第三开关管m3的漏极，所述第一开关管m1的漏极连接直流电压输出端vrect；所述第二开关管m2的栅极连接所述驱动单元21的第2端(具体为所述第二驱动器u2的hgate端)，所述第二开关管m2的源极连接所述驱动单元21的第6端(具体为所述第二驱动器u2的vod端)、第二交流输入端ac2和第四开关管m4的漏极，所述第二开关管m2的漏极连接直流电压输出端vrect；所述第三开关管m3的栅极连接所述驱动单元21的第3端(具体为所述第三驱动器u3的lgate端)，所述第三开关管m3的源极连接所述驱动单元21的第7端(具体为所述第三驱动器u3的vod端)和电源地；所述第四开关管m4的栅极连接所述驱动单元21的第4端(具体为所述第四驱动器u4的lgate端)，所述第四开关管m4的源极连接所述驱动单元21的第8端(具体为所述第四驱动器u4的vod端)和电源地。

所述第一比较器op1的同相输入端连接第一交流输入端ac1，所述第一比较器op1的反相输入端连接直流电压输出端vrect，所述第一比较器op1的输出端连接所述第一驱动器u1的vi端；所述第二比较器op2的同相输入端连接第二交流输入端ac2，所述第二比较器op2的反相输入端连接直流电压输出端vrect，所述第二比较器op2的输出端连接所述第二驱动器u2的vi端；所述第三比较器op3的同相输入端连接第二交流输入端ac2，所述第三比较器op3的反相输入端连接直流电压输出端vrect，所述第三比较器op3的输出端连接所述第三驱动器u3的vi端；所述第四比较器op4的同相输入端连接第一交流输入端ac1，所述第四比较器op4的反相输入端连接直流电压输出端vrect，所述第四比较器op4的输出端连接所述第四驱动器u4的vi端。

本实施例中所述第一开关管m1、第二开关管m2、第三开关管m3和第四开关管m4均为nmos管，通过全n管实现对输入交流电的整流处理，相对上管采用pmos管，下管采用nmos管的方式更加节约占用面积和成本，在采用全n管设计时，通过自举电路第一驱动器u1和第二驱动器u2产生比直流电压更高的第一自举电压boot1和第二自举电压boot2，分别驱动上管即第一开关管m1和第二开关管m2工作，下管即第三开关管m3和第四开关管m4则通过第三驱动器u3和第四驱动器u4来驱动，同时采用四个比较器根据各个电压来控制上管和下管的开关状态，进而实现将接收线圈产生的交流电压整流输出直流电压vrect，具体所述驱动单元21包含的驱动器以及比较控制单元22包含的比较器可采用现有集成的自举电路与比较器，能从输入的交流电压生成两路自举电压即可，其具体连接与驱动方式在此不作赘述。

进一步地，所述控制单元31包括第一二极管d1和第二二极管d2；所述第一二极管d1的正级连接第一自举电压输出端boot1，所述第二二极管d2的正极连接第二自举电压输出端boot2，所述第一二极管d1的负极和第二二极管d2的负极均连接所述充放电单元32。本实施例中通过两只二极管将第一自举电压boot1和第二自举电压boot2合成为一路驱动电压vpump，进而提供足够的栅极驱动给线性稳压器100中的输出管m5，实现方式简单且不会因直流电压增大带来芯片占用面积增大的问题。

进一步地，所述充放电单元32包括第一电容c1，所述第一电容c1的正极连接所述第一二极管d1的负极、第二二极管d2的负极和驱动电压输出端vpump；所述第一电容c1的负极接模拟地avss。优选地，所述线性稳压器100中输出管m5的栅极通过所述电流源33连接所述驱动电压输出端vpump，所述输出管m5的漏极连接所述直流电压输出端vrect，所述输出端的源极连接线性稳压器100的输出端vout。

本实施例中，通过将得到的第一自举电压boot1和第二自举电压boot2轮流向第一电容c1充电后产生大于直流电压vrect的驱动电压vpump，通过所述电流源33根据线性稳压器100输出的反馈信号调节驱动电压vpump的大小后输出至输出管m5的栅极进行驱动，即根据反馈信号来调节输出至所述输出管m5的栅极vgate2的电压大小，使其作为线性稳压器100中的调压输出器件，为了实现全n管的低成本方案，所述输出管m5同样采用nmos管，由于nmos管正常工作须提供足够的栅-源电压即vgs电压，使nmos管能充分的进入饱和工作区域，如图3所示，输出管m5的源极为线性稳压器100的输出端vout，漏极为输入的直流电压vrect，由于稳压要求输入和输出之间的压差很小，若输出管m5的栅极驱动也采用直流电压vrect，则明显会出现vgs不足的情况，因此本实施例中通过将既有的驱动整流桥工作的两路自举电压整合在一起，高效且低成本的得到一个比直流电压更高的驱动电压vpump供输出管m5使用，确保线性稳压器100正常工作的同时也降低了生产成本。

优选地，所述自举单元23包括第二电容c2、第三电容c3、第三二极管d3和第四二极管d4，所述第二电容c2的正极连接所述第三二极管d3的负极、第一驱动器u1的bstref端和第一自举电压输出端boot1，所述第二电容c2的负极连接第一开关管m1的源极和第三开关管m3的漏极；所述第三电容c3的正极连接所述第四二极管d4的负极、第二驱动器u2的bstref端和第二自举电压输出端boot2，所述第三电容c3的负极连接第二开关管m2的源极和第四开关管m4的漏极；所述第三二极管d3的正极和第四二极管d4的正极均连接avdd供电端。其中第二电容c2和第三电容c3均为自举电容，当整流模块10中的上管关闭、下管开启时则通过第三二极管d3和第四二极管d4分别向第二电容c2和第三电容c3充电，当上管开启、下管关闭时则通过第二电容c2和第三电容c3分别向第一驱动器u1和第二驱动器u2供电，确保在各个开关管的不同开关状态下驱动器均能正常工作，进而确保整流模块10中各开关管的正常开关切换，实现直流电压的稳定输出。

进一步地，所述线性稳压器100中还包括误差放大器a1、第四电容c4、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3，其中所述误差放大器a1的的vin端连接所述第一电阻r1的一端和第二电阻r2的一端，所述误差放大器a1的vip端连接vref_1p2参考端，所述误差放大器a1的输出端连接所述输出管m5的栅极；所述第二电阻r2的另一端连接输出管m5的源极和第三电阻r3的一端；所述第二电阻r2的另一端接模拟地avss；所述第三电阻r3的另一端连接第四电容c4的负极，所述第四电容c4的正极连接误差放大器a1的cc端。

所述电流源33包括第六开关管m6、第七开关管m7、第八开关管m8和第九开关管m9；所述第六开关管m6的源极和第七开关管m7的源极均连接所述驱动电压输出端vpump，所述第六开关管m6的栅极连接所述第七开关管m7的栅极和第八开关管m8的漏极，所述第六开关管m6的漏极连接所述第八开关管m8的源极；所述第七开关管m7的漏极连接所述第九开关管m9的源极；所述第八开关管m8的栅极连接所述第九开关管的栅极和iin_p_4u电流输入端，所述第八开关管m8的漏极连接所述iin_p_4u电流输入端；所述第九开关管m9的漏极连接所述第五开关管m5的栅极，其中所述第六开关管m6、第七开关管m7、第八开关管m8和第九开关管m9均为pmos管。

即所述电流源33采用一组电流镜，将驱动电压输出端vpump的电平转换到输出管m5的栅极vgate2上，实现电压调节的目的，具体通过第一电阻r1和第二电阻r2对输出管m5的源极输出电压vout进行采样后反馈至误差放大器a1，同时将第三电阻r3和第四电容c4作为该误差放大器a1的频率补偿网络，使得放大器a1根据当前的反馈信号稳定的输出相应的误差信号，以控制所述电流源33的输出大小进而调整所述输出管m5的栅极电压vgate2，能根据该误差信号灵活调整电能传输的能量大小，实现稳定供电。

由以上实施例可知，本发明提供的自举驱动电路通过利用既有的驱动整流模块的两路自举电压输出比直流电压更高的驱动电压至输出管驱动其开启，占用面积小且不受电荷泵内部电容的数值限制，有效降低了线性稳压器输出管驱动电路的生产成本且提高电路耐压性。

本发明另一实施例提供一种自举驱动电路，如图4所示，所述方法包括如下步骤：

s100、整流模块对输入的交流电压进行整流后输出直流电压；

s200、驱动控制模块根据输入的交流电压输出用于驱动所述整流模块的第一自举电压和第二自举电压，并根据所述交流电压和直流电压控制所述整流模块的工作状态；

s300、输出模块根据所述第一自举电压、第二自举电压和线性稳压器输出的反馈信号输出驱动电压至线性稳压器中输出管的栅极，驱动所述输出管开启工作。

具体实施方式请参考上述对应的产品实施例，此处不再赘述。需要说明的是，上述各步骤之间并不必然存在一定的先后顺序，本领域普通技术人员，根据本发明实施例的描述可以理解，不同实施例中，上述各步骤可以有不同的执行顺序，即亦可以并行执行，亦可以交换执行等等。

本发明另一实施例提供一种无线充电系统，包括发射端和接收端，所述接收端中设置有线性稳压器，所述接收端还包括如上所述的自举驱动电路，所述自举驱动电路与线性稳压器连接，用于驱动所述线性稳压器中的输出管开启工作，由于上文已对所述自举驱动电路进行了详细介绍，此处不再详述。

综上所述，本发明公开的一种自举驱动电路、驱动方法及无线充电系统中，自举驱动电路包括整流模块、驱动控制模块和输出模块；整流模块对输入的交流电压进行整流后输出直流电压；驱动控制模块根据输入的交流电压输出用于驱动整流模块的第一自举电压和第二自举电压，并根据交流电压和直流电压控制整流模块的工作状态；由输出模块根据所述第一自举电压、第二自举电压和线性稳压器输出的反馈信号输出驱动电压至线性稳压器中输出管的栅极，驱动输出管开启工作。本发明实施例通过利用既有的驱动整流模块的两路自举电压输出比直流电压更高的驱动电压至输出管驱动其开启，占用面积小且不受电荷泵内部电容的数值限制，有效降低了线性稳压器输出管驱动电路的生产成本且提高电路耐压性。

以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

已经在本文中在本说明书和附图中描述的内容包括能够提供一种自举驱动电路、驱动方法及无线充电系统的示例。当然，不能够出于描述本公开的各种特征的目的来描述元件和/或方法的每个可以想象的组合，但是可以认识到，所公开的特征的许多另外的组合和置换是可能的。因此，显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下能够对本公开做出各种修改。此外，或在替代方案中，本公开的其他实施例从对本说明书和附图的考虑以及如本文中所呈现的本公开的实践中可能是显而易见的。意图是，本说明书和附图中所提出的示例在所有方面被认为是说明性的而非限制性的。尽管在本文中采用了特定术语，但是它们在通用和描述性意义上被使用并且不用于限制的目的。