CN103973142A - 无线电力传输芯片片内全同步桥式整流器架构以及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线电力传输芯片片内全同步桥式整流器架构以及电路，包括功率模块，检测模块，逻辑模块和驱动模块。该架构不仅适用于无线电力传输，同样适用于传统和新型的便携式产品，具有集成度高，成本低，缩小方案体积，提高效率的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥式整流器，尤其涉及一种无线电力传输，尤其涉及芯片内全同步桥式整流器。
背景技术
随着现代化和科技化的高速发展，各种电子设备广泛应用于人民的生活生产中。随着便携式产品的耗电量增大以及便携式产品充电方式多样性的现状，传统的充电技术越来越不能满足人们便携，随时充电的要求。无线充电的出现解决了这一问题，随着无线充电协议和相关技术的成熟，并已逐步广泛地应用到体积较小的便携式产品中，高效、高集成度的无线充电式电源管理方案将会成为未来市场的主流。但是无线充电的成本，体积以及效率成为难以解决的问题。
无线电力传输由发射端和接收端组成。发射端和接收端各有一个线圈，发射端将交变电流通过线圈转换成交变磁场，发射到空间。当交变磁场的磁力线穿过接收端的线圈，接收端的线圈将交变磁场转换为交变电场，产生感应电动势，供负载使用。所以无线充电方案在线圈后级首先要将交流电压转换为直流电压(AC/DC)。
传统的AC/DC电路如图1所示，
其包含二极管100，二极管101，二极管102，二极管103，电容104。节点110和节点111为交流电输入，节点112为直流输出电压。105为负载。
当节点110电压高于节点112电压时，电流从节点110通过二极管102，负载105，二极管101流向节点111，形成电流回路。节点112为节点110峰值电压。
当节点111电压高于节点112电压时，电流从节点111通过二极管103，负载105，二极管100流向节点110，形成电流回路。节点112为节点111峰值电压。
在节点110和节点111均低于节点112电压时，节点112电压由电容104维持，向负载105供电。
上述现有技术的方案中存在缺陷：
1、二极管100，二极管101，二极管102，二极管103功率损耗比较大，方案效率较低。
2、二极管100，二极管101，二极管102，二极管103一般在芯片外部，占用PCB面积，增加应用成本。
发明内容
本发明提供了一种无线电力传输芯片片内全同步桥式整流器的电路架构以及电路，其中包括功率模块，检测模块，逻辑模块，驱动模块。利用检测模块，逻辑模块检测到功率模块中各个N型MOS管的状态，通过驱动模块控制功率模块中4个N型MOS管的开关状态，达到整流的目的。
本发明包括功率模块，检测模块，逻辑模块和驱动模块。其中，
无线电力接收节点(交流电压输入节点)和直流电压输出节点接入功率模块和检测模块，检测模块将这些信号送入四个比较器后，输出4个信号到逻辑模块。
逻辑模块将检测模块输入的4个信号进行逻辑运算后，输出4个信号到驱动模块。
驱动模块将逻辑模块送出的4个信号驱动能力放大并调整到合适的电源域，输出到功率模块，控制4个N型MOS管的开关状态。
附图说明
图1为传统AC/DC实现电路。
图2为本发明芯片内部集成的全同步桥式整流器电路架构以及电路。
图3为本发明芯片内部集成的全同步桥式整流器电路的工作原理示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更清楚的理解本发明的技术方案，下面结合附图描述其具体实施方式。
如图2所示的发明方案由功率模块201，检测模块202，逻辑模块203，驱动模块204组成。
其中功率模块201由N型MOS管231，N型MOS管232，N型MOS管233，N型MOS管234组成，N型MOS管231，N型MOS管232，N型MOS管233，N型MOS管234分别带有寄生二极管235，寄生二极管236，寄生二极管237，寄生二极管238。
检测模块202由比较器240，比较器241，比较器242，比较器243组成，分别用于比较节点110与节点112电压高低，比较节点111与节点112电压高低，节点110和参考地(GND)电压高低，节点111和参考地(GND)电压高低。
逻辑模块203是将检测模块202的输出信号，节点213，节点214，节点215，节点216的信号进行逻辑运算处理，输出信号节点217，节点218，节点219，节点220，分别代表N型MOS管231，N型MOS管232，N型MOS管233，N型MOS管234的控制信号。
驱动模块204将逻辑模块203的输出信号，节点217，节点218，节点219，节点220的电流驱动能力放大并调整到合适的电源域，输出驱动信号，节点221，节点222，节点223，节点224分别控制N型MOS管231，N型MOS管232，N型MOS管233，N型MOS管234。
本发明的片内全同步桥式整流器的电路的工作原理如图3所示。
如图3所示，节点110电压和节点111电压为交流电压，相对电压互为高低，相位差异为180度。节点112为输出电压，为直流输出电压。
当节点110电压上升，节点111电压下降，如图2所示的N型MOS管231，N型MOS管232，N型MOS管233，N型MOS管234均为关闭状态。由于N型MOS管231，N型MOS管234的寄生二极管235和寄生二极管238的存在，节点110的电压会高于节点112电压0.7V(PN结导通电压)左右，节点111电压会低于参考地(GND)电压0.7V(PN结导通电压)左右。此时图2所示检测模块202中比较器240和比较器243分别检测到节点110电压高于节点112电压，节点111电压低于参考地(GND)电压，通过图2所示的节点213和节点216送入逻辑模块203进行逻辑运算，打开N型MOS管231，N型MOS管234，如图3所示A时刻。N型MOS管231，N型MOS管234导通阻抗较小，此时节点110电压被固定在节点112附近，节点111电压被固定在参考地(GND)附近。流过N型MOS管231，N型MOS管234的电流为正弦波半波形式。
当如图3所示流过N型MOS管231，N型MOS管234的电流降为0时刻，如图2所示检测模块202中比较器243检测到节点111大于参考地(GND)，通过图2所示的节点216送入逻辑模块203进行运算，关闭N型MOS管231，N型MOS管234如图3所示B时刻。此时节点110和节点111电位浮空，两点由于外部电感持续电流的作用，节点110电压向下浮动，节点111电压向上浮动。
当节点111电压上升，节点110电压下降，如图2所示的N型MOS管231，N型MOS管232，N型MOS管233，N型MOS管234均为关闭状态。由于N型MOS管232，N型MOS管233的寄生二极管236和寄生二极管237的存在，节点111的电压会高于节点112电压0.7V(PN结导通电压)左右，节点110电压会低于参考地(GND)电压0.7V(PN结导通电压)左右。此时图2所示检测模块202中比较器241和比较器242分别检测到节点111电压高于节点112电压，节点110电压低于参考地(GND)电压，通过图2所示的节点214和节点215送入逻辑模块203进行运算，打开N型MOS管232，N型MOS管233，如图3所示C时刻。N型MOS管232，N型MOS管233导通阻抗较小，此时节点111电压被固定在节点112附近，节点110电压被固定在参考地(GND)附近。流过N型MOS管232，N型MOS管233的电流为正弦波半波形式。
当如图3所示流过N型MOS管232，N型MOS管233的电流降为0时刻，如图2所示检测模块202中比较器242检测到节点110大于参考地(GND)，通过图2所示的节点215送入逻辑模块203进行逻辑运算，关闭N型MOS管232，N型MOS管233如图3所示D时刻。此时节点110和节点111电位浮空，两点由于外部电感持续电流的作用，节点111电压向下浮动，节点112电压向上浮动。以此循环。
综上所述，该发明不仅能满足AC/DC功能的要求，由于MOS管的阻抗/面积比二极管高很多，所以在效率，成本方面具有突出优势。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种无线电力传输芯片片内全同步桥式整流器的电路，其特征在于，
其包括：功率模块(201)，检测模块(202)，逻辑模块(203)以及驱动模块(204)；
其中，交流电压输入节点和直流电压输出节点接入功率模块(201)和检测模块(202)，其中交流电压输入节点包括第一节点(110)和第二节点(111)，直流电压输出节点为第三节点(112)；
检测模块(202)将这些信号送入四个比较器后，输出4个信号到逻辑模块(203)；
逻辑模块(203)将检测模块(202)输入的4个信号进行逻辑运算后，输出4个信号到驱动模块(204)；
驱动模块(204)将逻辑模块(203)送出的4个信号的驱动能力放大并调整到合适的电源域，输出到功率模块(201)，控制4个N型MOS管的开关状态。
2.如权利要求1所述的片内全同步桥式整流器的电路，其特征在于，
其中功率模块(201)包括第一N型MOS管(231)，第二N型MOS管(232)，第三N型MOS管(233)，第四N型MOS管(234)；第一N型MOS管(231)，第二N型MOS管(232)，第三N型MOS管(233)，第四N型MOS管(234)分别带有第一寄生二极管(235)，第二寄生二极管(236)，第三寄生二极管(237)，第四寄生二极管(238)，连接关系如下：第一N型MOS管(231)的栅端接驱动模块(204)的第一输出信号(221)，源端接第一节点(110)，漏端接第三节点(112)；第二N型MOS管(232)的栅端接驱动模块(204)的第二输出信号(222)，源端接第二节点(111)，漏端接第三节点(112)；第三N型MOS管(233)的栅端接驱动模块(204)的第三输出信号(223)，源端接参考地(GND)，漏端接第一节点(110)；第四N型MOS管(234)的栅端接驱动模块(204)的第四输出信号(224)，源端接参考地(GND)，漏端接第二节点(111)。
3.如权利要求1所述的片内全同步桥式整流器的电路，其特征在于，
检测模块(202)包括第一比较器(240)，第二比较器(241)，第三比较器(242)，第四比较器(243)，第一比较器(240)，第二比较器(241)，第三比较器(242)，第四比较器(243)分别用于比较第一节点(110)与第三节点(112)电压高低，比较第二节点(111)与第三节点(112)电压高低，比较第一节点(110)和参考地(GND)电压高低，比较第二节点(111)和参考地(GND)电压高低；同时输出检测模块(202)第一输出信号(213)，检测模块(202)第二输出信号(214)，检测模块(202)第三输出信号(215)，检测模块(202)第四输出信号(216)。
4.如权利要求1所述的片内全同步桥式整流器的电路，其特征在于，
逻辑模块(203)将检测模块(202)第一输出信号(213)，检测模块(202)第二输出信号(214)，检测模块(202)第三输出信号(215)，检测模块(202)第四输出信号(216)进行逻辑运算处理后，输出逻辑模块(203)第一输出信号(217)，逻辑模块(203)第二输出信号(218)，逻辑模块(203)第三输出信号(219)，逻辑模块(203)第四输出信号(220)。
5.如权利要求1所述的片内全同步桥式整流器的电路，其特征在于，
驱动模块(204)将逻辑模块(203)第一输出信号(217)，逻辑模块(203)第二输出信号(218)，逻辑模块(203)第三输出信号(219)，逻辑模块(203)第四输出信号(220)的驱动能力放大并调整到合适的电源域，相对应地的输出驱动模块(204)第一输出信号(221)，驱动模块(204)第二输出信号(222)，驱动模块(204)第三输出信号(223)，驱动模块(204)第四输出信号(224)，分别控制功率模块(201)第一N型MOS管(231)，第二N型MOS管(232)，第三N型MOS管(233)，第四N型MOS管(234)的栅端。
6.如权利要求2所述的片内全同步桥式整流器的电路，其特征在于，在功率模块(201)中，第一节点110接入功率模块(201)第一N型MOS管(231)的源端和第三N型MOS管(233)的漏端。第二节点111接入功率模块(201)第二N型MOS管(232)的源端和第四N型MOS管(234)的漏端。
7.如权利要求3所述的片内全同步桥式整流器的电路，其特征在于，在检测模块(202)中，检测第一节点110，第二节点111，第三节点112电压以及参考地(GND)的大小。
8.如权利要求1所述的片内全同步桥式整流器的电路，其特征在于，在逻辑模块(203)中，将检测模块(202)第一输出信号(213)，检测模块(202)第二输出信号(214)，检测模块(202)第三输出信号(215)，检测模块(202)第四输出信号(216)做逻辑运算，需要达到在一个周期内，首先当第一节点(110)电压高于第三节点(112)电压同时第二节点(111)电压低于参考地(GND)电压时，逻辑模块(203)将逻辑模块(203)第一输出信号(217)置为“高”或者“1”，将逻辑模块(203)第二输出信号(218)置为“低”或者“0”，将逻辑模块(203)第三输出信号(219)置为“低”或者“0”，将逻辑模块(203)第四输出信号(220)置为“高”或者“1”；然后当第二节点(111)电压刚大于参考地(GND)时，逻辑模块(203)将逻辑模块(203)第一输出信号(217)，逻辑模块(203)第二输出信号(218)，逻辑模块(203)第三输出信号(219)，逻辑模块(203)第四输出信号(220)全部置为“低”或者“0”；接着当第二节点(111)电压高于第三节点(112)电压同时第一节点(110)电压低于参考地(GND)电压时，逻辑模块(203)将逻辑模块(203)第一输出信号(217)置为“低”或者“0”，逻辑模块(203)将逻辑模块(203)第二输出信号(218)置为置为“高”或者“1”，将逻辑模块(203)第三输出信号(219)置为置为“高”或者“1”，将逻辑模块(203)第四输出信号(220)置为“低”或者“0”；最后当第一节点(110)电压刚大于参考地(GND)时，逻辑模块(203)将逻辑模块(203)第一输出信号(217)，逻辑模块(203)第二输出信号(218)，逻辑模块(203)第三输出信号(219)，逻辑模块(203)第四输出信号(220)全部置为“低”或者“0”的功能。
9.如权利要求1所述的片内全同步桥式整流器的电路，其特征在于，驱动模块(204)将逻辑模块(203)送出的4个信号的驱动能力放大并调整到合适的电源域，输出到功率模块(201)，控制4个N型MOS管的开关状态。
10.一种片内全同步桥式整流器的控制方法，其特征在于，
该整流器包括上述权利要求中任一项所述的片内全同步桥式整流器的电路；所述方法包括如下步骤：
在一个周期内，当第一节点(110)电压高于第三节点(112)电压同时第二节点(111)电压低于参考地(GND)电压，该情况下，检测模块(202)会将检测结果：检测模块(202)第一输出信号(213)，检测模块(202)第二输出信号(214)，检测模块(202)第三输出信号(215)，检测模块(202)第四输出信号(216)输入给逻辑模块(203)，逻辑模块(203)经过逻辑运算后，将逻辑模块(203)第一输出信号(217)置为“高”或者“1”，逻辑模块(203)第二输出信号(218)置为“低”或者“0”，逻辑模块(203)第三输出信号(219)置为“低”或者“0”，逻辑模块(203)第四输出信号(220)置为“高”或者“1”；
驱动模块(204)将检测模块(203)的四个输出信号动能力放大并调整到合适的电源域，控制功率模块(201)中四个N型MOS管的栅端电压，此时，驱动模块(204)的第一输出信号(221)和第四输出信号(224)为“高”或者“1”，驱动模块(204)的第二输出信号(222)和第三输出信号(223)为“低”或者“0”；
功率模块(201)中第一N型MOS管(231)和第四N型MOS管(234)被打开，第二N型MOS管(232)和第三N型MOS管(233)则关闭，电流闭合环路形成，方向为从第一节点(110)流入，经过第一N型MOS管(231)流向第三节点(112)，经外部负载(103)流向参考地(GND)，再经过四N型MOS管(234)，最后从第二节点(111)流出；
当电流大小逐渐减为0时，即第二节点(111)电压刚大于参考地(GND)时，检测模块(203)的第四比较器(243)的输出信号发生翻转，即检测模块(202)的第四输出信号(216)发生翻转，此时，逻辑模块(203)会将逻辑模块(203)第一输出信号(217)，逻辑模块(203)第二输出信号(218)，逻辑模块(203)第三输出信号(219)，逻辑模块(203)第四输出信号(220)全部置为“低”或者“0”，然后经过驱动模块(204)后关闭功率模块(201)中四个N型MOS管(231、232、233、234)；
接着当第二节点(111)电压高于第三节点(112)电压同时第一节点(110)电压低于参考地(GND)电压，该情况下，检测模块(202)会将检测结果：检测模块(202)第一输出信号(213)，检测模块(202)第二输出信号(214)，检测模块(202)第三输出信号(215)，检测模块(202)第四输出信号(216)输入给逻辑模块(203)，逻辑模块(203)经过逻辑运算后，将逻辑模块(203)第一输出信号(217)置为“低”或者“0”，逻辑模块(203)第二输出信号(218)置为置为“高”或者“1”，逻辑模块(203)第三输出信号(219)置为置为“高”或者“1”，逻辑模块(203)第四输出信号(220)置为“低”或者“0”；
驱动模块(204)将检测模块(203)的四个输出信号动能力放大并调整到合适的电源域，控制功率模块(201)中四个N型MOS管的栅端电压，此时，驱动模块(204)的第一输出信号(221)和第四输出信号(224)为“低”或者“0”，驱动模块(204)的第二输出信号(222)和第三输出信号(223)为“高”或者“1”，功率模块(201)中第一N型MOS管(231)和四N型MOS管(234)被关闭，第二N型MOS管(232)和第三N型MOS管(233)则打开，电流闭合环路形成，方向为从第二节点(111)流入，经过第二N型MOS管(232)流向第三节点(112)，然后经过外部负载(103)流向参考地(GND)，再经过三N型MOS管(233)，最后从第一节点(110)流出；
当电流大小逐渐减为0时，即第二节点(110)电压刚大于参考地(GND)时，检测模块(203)的第三比较器(242)的输出信号发生翻转，即检测模块(202)的第三输出信号(215)发生翻转，逻辑模块(203)将逻辑模块(203)第一输出信号(217)，逻辑模块(203)第二输出信号(218)，逻辑模块(203)第三输出信号(219)，逻辑模块(203)第四输出信号(220)全部置为“低”或者“0”，然后经过驱动模块(204)后关闭功率模块(201)中四个N型MOS管(231、232、233、234)；
在一个周期内，闭功率模块(201)中四个N型MOS管(231)，(232)，(233)，(234)各自打开和关闭一次。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140806 |