一种基于PWM控制的多环路稳压整流器无线充电系统的制作方法

本发明涉及整流器，具体涉及一种基于pwm控制的多环路稳压整流器无线充电系统。

背景技术：

1、目前比较普遍的无线充电系统是基于线圈耦合，其中分为原边与副边。原边系统通过功放驱动原边线圈，将直流能量转换为交流能量并耦合到副边线圈。副边系统在接收端，通过整流器将耦合的交流能量转换为直流能量。

2、传统整流器不具备稳压功能，因此需要降压变压器以提供稳定的输出电压为后端的电路电池供电。增加一级电源会降低系统传输效率，且导致额外芯片面积和物料(电感电容)成本。目前一些先进的技术通过对整流器进行模式切换(1x/2x)，使其具备稳压的能力而省去降压变压器，但带来额外的emi辐射。

3、因此，如何实现高传输效率、低成本整流稳压器为当前无线充电系统技术中急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于pwm控制的多环路稳压整流器无线充电系统，以解决上述背景技术中提出的无线充电系统传输效率低，增加额外芯片面积和物料(电感电容)成本，且会带来额外的emi辐射的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于pwm控制的多环路稳压整流器无线充电系统，包括：

3、耦合线圈，用于推导出副边电流is；

4、功放驱动器，用于驱动耦合线圈，并将直流能量转换成交流能量并耦合到副边；

5、稳压整流器，用于将交流能量转换成直流能量；

6、所述功放驱动器的输出端与耦合线圈的输入端电性连接，耦合线圈的输出端与稳压整流器的输入端电性连接；

7、所述稳压整流器的输出端连接有导通角控制器，且所述导通角控制器包括电压环路和电流环路，所述电压环路用于采样负载电压vout，通过导通角控制器，调制占空比d，通过负反馈产生稳定vout；所述电流环路，用于采样副边电流is，通过导通角控制器，调制占空比d，通过负反馈修正电压增益带宽，以增加无线充电距离。

8、优选的，所述耦合线圈包括原边线圈l1，副边线圈l2，原边线圈驱动电压vs，驱动内阻rs，稳压整流器输入电压vrec，稳压整流器输入电阻rrec；其中r1是l1的内阻，c1是l1的匹配电容， r2是l2的内阻，c2是l2的匹配电容，设置 vs的开关频率是fsw，ωsw=2πfsw；当l1和c1匹配在ωsw时，副边电流is的推导公式为：；

9、其中，

10、；

11、；

12、；

13、当rrec比较小时，副边电流is被简化为，其中k为耦合系数。

14、优选的，所述原边线圈l1与副边线圈l2耦合，匹配电容c1的输出端与原边线圈l1的1号脚相连，匹配电容c1输入端与驱动内阻为rs的输出端相连，内阻r1的输出端接在原边线圈l1的2号脚，内阻r1的输入端与功放驱动器的输入端相连并接地；所述副边线圈l2的3号脚接在匹配电容c2的输入端，匹配电容c2的输出端为稳压整流器3的输入电压，记为整流器输入电压vrec，副边线圈l2的4号脚接在内阻r2的输入端，内阻r2的输出端接地，功放驱动器的输出电压为耦合线圈的驱动电压vs，驱动内阻rs接在功放驱动器的输出端。

15、优选的，所述稳压整流器包括：

16、有源二极管tp、tn，用于提供正向导通电流；

17、功率开关bp、bn，交替导通接地且由占空比d控制以调整稳压整流器的导通角；

18、电感c3。

19、优选的，所述有源二极管tp的输出端与有源二极管tn的输出端相连后连接到电感c3的输入端，并连接到电流源il的输入端，有源二极管tp的输入端接到端子acp上，并连接到开关bp的输入端，端子acp连接到匹配电容c2的输出端，有源二极管tn的输入端连接到acn端子上，acn端子连接到电流源is的输出端，并连接到开关bn的输入端，开关bp的输出端与开关bn的输出端相连后接地，并连接到电流源il的输出端。

20、优选的，所述导通角控制器还包括电压采样器和电流采样器，所述电压采样器用于采样vout并产生输入信号vfb；所述电流采样器用于采样副边电流is并产生vh信号。

21、优选的，所述导通角控制器还包括pwm调制补偿器，所述pwm调制补偿器通过比较输入信号vfb和vref以及vramp，产生导通角占空比d。

22、优选的，所述导通角控制器还包括三角波发生器，所述三角波发生器基于vh信号产生vramp。

23、优选的，所述导通角控制器还包括零点电压检测器，通过采样acp、acn过零点时间，并产生rst信号来翻转三角波发生器。

24、优选的，所述导通角控制器还包括死区时间产生器及驱动电路，基于占空比d产生驱动信号来控制功率开关bp、bn。

25、与现有技术相比，本发明的优点与好处：

26、本发明基于pwm控制的多环路稳压整流器无线充电系统，稳压整流器没有多种模式，只需要控制稳压整流器的导通角就很容易趋于平稳，并且同时可以支持ask和fsk，还可以提供稳压功能，电流环路可以实时的辅助修正电压环路的增益/带宽，可适用于比较宽的耦合环境；整体线路简单，复杂度低，大大降低了成本；

27、本发明基于pwm控制的多环路稳压整流器无线充电系统，通过电压反馈控制稳压整流器导通角实现副边稳压，而且通过电流反馈可以实时修正电压环路的增益和带宽以覆盖更大的耦合距离；此环路精简，芯片面积小，不需要额外电感电容，大大降低了成本，并且稳压切换信号在谐振频率以内，没有显著的emi效应。

技术特征：

1.一种基于pwm控制的多环路稳压整流器无线充电系统，其特征在于；包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于pwm控制的多环路稳压整流器无线充电系统，其特征在于：所述耦合线圈包括原边线圈l1，副边线圈l2，原边线圈驱动电压vs，驱动内阻rs，稳压整流器输入电压vrec，稳压整流器输入电阻rrec；其中r1是l1的内阻，c1是l1的匹配电容， r2是l2的内阻，c2是l2的匹配电容，设置 vs的开关频率是fsw，ωsw=2πfsw；当l1和c1匹配在ωsw时，副边电流is的推导公式为：；

3.根据权利要求2所述的一种基于pwm控制的多环路稳压整流器无线充电系统，其特征在于：所述原边线圈l1与副边线圈l2耦合，匹配电容c1的输出端与原边线圈l1的1号脚相连，匹配电容c1输入端与驱动内阻为rs的输出端相连，内阻r1的输出端接在原边线圈l1的2号脚，内阻r1的输入端与功放驱动器的输入端相连并接地；所述副边线圈l2的3号脚接在匹配电容c2的输入端，匹配电容c2的输出端为稳压整流器3的输入电压，记为整流器输入电压vrec，副边线圈l2的4号脚接在内阻r2的输入端，内阻r2的输出端接地，功放驱动器的输出电压为耦合线圈的驱动电压vs，驱动内阻rs接在功放驱动器的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种基于pwm控制的多环路稳压整流器无线充电系统，其特征在于；所述稳压整流器包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于pwm控制的多环路稳压整流器无线充电系统，其特征在于：所述有源二极管tp的输出端与有源二极管tn的输出端相连后连接到电感c3的输入端，并连接到电流源il的输入端，有源二极管tp的输入端接到端子acp上，并连接到开关bp的输入端，端子acp连接到匹配电容c2的输出端，有源二极管tn的输入端连接到acn端子上，acn端子连接到电流源is的输出端，并连接到开关bn的输入端，开关bp的输出端与开关bn的输出端相连后接地，并连接到电流源il的输出端。

6.根据权利要求1所述的一种基于pwm控制的多环路稳压整流器无线充电系统，其特征在于：所述导通角控制器还包括电压采样器和电流采样器，所述电压采样器用于采样vout并产生输入信号vfb；所述电流采样器用于采样副边电流is并产生vh信号。

7.根据权利要求6所述的一种基于pwm控制的多环路稳压整流器无线充电系统，其特征在于：所述导通角控制器还包括pwm调制补偿器，所述pwm调制补偿器通过比较输入信号vfb和vref以及vramp，产生导通角占空比d。

8.根据权利要求7所述的一种基于pwm控制的多环路稳压整流器无线充电系统，其特征在于：所述导通角控制器还包括三角波发生器，所述三角波发生器基于vh信号产生vramp。

9.根据权利要求8所述的一种基于pwm控制的多环路稳压整流器无线充电系统，其特征在于：所述导通角控制器还包括零点电压检测器，通过采样acp、acn过零点时间，并产生rst信号来翻转三角波发生器。

10.根据权利要求9所述的一种基于pwm控制的多环路稳压整流器无线充电系统，其特征在于：所述导通角控制器还包括死区时间产生器及驱动电路，基于占空比d产生驱动信号来控制功率开关bp、bn。

技术总结
本发明涉及整流器技术领域，公开了一种基于PWM控制的多环路稳压整流器无线充电系统，包括耦合线圈，功放驱动器，稳压整流器，电压环路和电流环路；电压环路用于采样负载电压Vout，通过导通角控制器调制占空比D；电流环路用于采样副边电流I<subgt;s</subgt;，通过导通角控制器，调制占空比D，通过负反馈修正电压增益带宽，以增加无线充电距离。本发明只需要控制稳压整流器的导通角就很容易趋于平稳，还可提供稳压功能，电流环路可以实时的辅助修正电压环路的增益/带宽，可适用于比较宽的耦合环境，环路精简，芯片面积小，不需要额外电感电容，大大降低了成本，并且稳压切换信号在谐振频率以内，没有显著的EMI效应。

技术研发人员：李兴,孟潇东,李鹏飞
受保护的技术使用者：江苏鑫康微电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12