一种无线充电串联谐振腔、无线充电方法及充电装置与流程

本发明属于无线充电领域，具体涉及一种无线充电串联谐振腔、无线充电方法及充电装置。

背景技术：

在大电流无线充电中谐振腔电路设计中，通常情况下，为了使接收芯片ic能够正常工作，谐振腔(ls&cs)需要在digitalping(数字ping)阶段收到足够高的电压，也就是需要ls足够大。现在手机内接收线圈的通用的选择为8μh。但是，电感值与线圈绕制匝数成正比，ls越大，线圈的寄生串联电阻就越大。例如8μh的线圈的寄生电阻大约为200mohms。

当电流提高时，由于电感线圈ls的寄生电阻为200mohms，而了开关器件m1～m4只有50mohms。因此会使电感线圈浪费很大的功耗并且发热严重。

技术实现要素：

为解决现有技术中的不足，本发明提出一种无线充电串联谐振腔、无线充电方法、线圈以及装置，解决了当电流提高时，电感线圈浪费很大功耗，并且发热的问题。

一种无线充电串联谐振腔，包括谐振单元，所述谐振单元与所述桥式整流芯片连接，所述谐振单元至少包括两个彼此串联的谐振腔，至少两个所述谐振腔可变更的接入所述桥式整流芯片，用于适应不同功率状态的需要。

所述谐振单元包括第一电感(ls1)、第一电容(cs1)，第二电感(ls2)、第二电容(cs2)；

所述第一电感(ls1)与所述第二电感串联，所述第一电感(ls1)后串联所述第一电容(cs1)和所述第二电容(cs2)，其中第一电容(cs1)和第二电容(cs2)并联；

所述第二电容(cs2)所在支路上串联设置有第一开关；

包括第二开关，所述第二开关的一端连接在所述第一电感(ls1)与第二电感(ls2)之间，另一端连接在所述桥式整流芯片的输入端相连接；

还包括第三开关，所述第二电感(ls2)与第三开关相连接，所述第三开关与所述桥式整流芯片的输入端相连接。

所述第一电容cs1与所述第二电容cs2电容值相等。

所述第一电感ls1与所述第二电感ls2电感值相等。

所述第二开关，包括背靠背的两个场效应管，第二晶体管m8e与第三晶体管m9e；

所述第二晶体管(m8e)的栅极与第三晶体管(m9e)的栅极相连接，并同时与桥式整流芯片第一驱动端(drv_m8e)相连接，所述第二晶体管(m8e)的源极与第三晶体管(m9e)的源极相连接，所述第二晶体管(m8e)的漏极与所述第一电感(ls1)和第二电感(ls2)中间相连接，所述所述第三晶体管(m9e)的漏极与所述桥式整流芯片连接点acn相连接。

所述第三开关，包括背靠背的两个场效应管，第四晶体管m6e与第五晶体管m7e；

所述第四晶体管(m6e)的栅极与第五晶体管(m7e)的栅极相连接，并同时与桥式整流芯片第二驱动端(drv_m6e)相连接，所述第四晶体管(m6e)的源极五晶体管(m7e)的源极相连接，所述第四晶体管(m6e)的漏极与所述第二电感(ls2)的一端相连接，所述所述第五晶体管(m7e)的漏极与所述桥式整流芯片连接点acn相连接。

所述桥式整流芯片的输入端并联有滤波电容(c3)。

一种无线充电方法，使用所述的无线充电并联谐振腔实现；

在第一工作状态下，当第一开关与第二开关均截止时，第三开关导通时，即第一开关m5e、第二晶体管m8e与第三晶体管m9e均为截止状态，第四晶体管m6e与第五晶体管m7e为导通状态，接入第一谐振腔；

在第二工作状态下，当第一开关与第二开关均导通时，第三开关截止时，即第一开关m5e、第二晶体管m8e与第三晶体管m9e均为导通状态，第四晶体管m6e与第五晶体管m7e为截止状态时，接入第二谐振腔。

一种无线充电线圈，从起始端开始，进行电感线的绕制，直到结束端为止，在结束端与起始端的中间位置引出中间引线，则起始端与中间引线之间的部分为所述第一电感ls1，中间引线与结束端之间的部分为所述第二电感ls2。

一种无线充电装置，包括所述的无线充电串联谐振腔。

本申请所达到的有益效果：

本发明提出一种无线充电串联谐振腔、无线充电方法、线圈以及装置，当电流提高时，减少电感线圈所浪费的功耗，改善发热情况，提高了工作效率。

附图说明

图1本发明实施例的一种无线充电串联谐振腔原理图；

图2本发明实施例的电感线圈绕制示意图；

图3现有技术中无线充电中谐振腔驱动电路。

图4：本发明实施例的无线充电并联芯片装置中具串联谐振腔的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

通常情况下，为了使接收芯片能够正常工作，谐振腔(ls&cs)需要在digitalping阶段收到足够高的电压，也就是需要ls足够大。现在手机内接收线圈的通用的选择为8μh。但是，电感值与线圈绕制匝数成正比，ls越大，线圈的寄生串联电阻就越大。例如8μh的线圈的寄生电阻大约为200mohms。

在大电流时，由于电感线圈ls的寄生电阻为200mohms，而m1～m4只有50mohms。因此会使电感线圈浪费很大的功耗并且发热严重，如图3所示，为现有技术中无线充电谐振腔驱动电路。

本发明提出一种无线充电串联谐振腔、无线充电方法、线圈以及装置，解决了当电流提高时，电感线圈浪费很大功耗，并且发热的问题。

一种无线充电串联谐振腔，包括谐振单元，所述谐振单元与所述桥式整流芯片连接，所述谐振单元至少包括两个彼此串联的谐振腔，至少两个所述谐振腔可变更的接入所述桥式整流芯片，用于适应不同功率状态的需要。

所述谐振单元包括第一电感(ls1)、第一电容(cs1)，第二电感(ls2)、第二电容(cs2)；

所述第一电感(ls1)与所述第二电感串联，所述第一电感(ls1)后串联所述第一电容(cs1)和所述第二电容(cs2)，其中第一电容(cs1)和第二电容(cs2)并联；

所述第二电容(cs2)所在支路上串联设置有第一开关；

包括第二开关，所述第二开关的一端连接在所述第一电感(ls1)与第二电感(ls2)之间，另一端连接在所述桥式整流芯片的输入端相连接；

还包括第三开关，所述第二电感(ls2)与第三开关相连接，所述第三开关与所述桥式整流芯片的输入端相连接。

所述第一电容cs1与所述第二电容cs2电容值相等。

所述第一电感ls1与所述第二电感ls2电感值相等。

所述第二开关，包括背靠背的两个场效应管，第二晶体管m8e与第三晶体管m9e；

所述第二晶体管(m8e)的栅极与第三晶体管(m9e)的栅极相连接，并同时与桥式整流芯片第一驱动端(drv_m8e)相连接，所述第二晶体管(m8e)的源极与第三晶体管(m9e)的源极相连接，所述第二晶体管(m8e)的漏极与所述第一电感(ls1)和第二电感(ls2)中间相连接，所述所述第三晶体管(m9e)的漏极与所述桥式整流芯片连接点acn相连接。

所述第三开关，包括背靠背的两个场效应管，第四晶体管m6e与第五晶体管m7e；

所述第四晶体管(m6e)的栅极与第五晶体管(m7e)的栅极相连接，并同时与桥式整流芯片第二驱动端(drv_m6e)相连接，所述第四晶体管(m6e)的源极五晶体管(m7e)的源极相连接，所述第四晶体管(m6e)的漏极与所述第二电感(ls2)的一端相连接，所述所述第五晶体管(m7e)的漏极与所述桥式整流芯片连接点acn相连接。

所述桥式整流芯片的输入端并联有滤波电容(c3)。

一种无线充电方法，使用所述的无线充电并联谐振腔实现；

在第一工作状态下，当第一开关与第二开关均截止时，第三开关导通时，即第一开关m5e、第二晶体管m8e与第三晶体管m9e均为截止状态，第四晶体管m6e与第五晶体管m7e为导通状态，接入第一谐振腔；

第一工作状态与第二工作状态没有先后关系，按照实际需要安排。其中第一工作状态下，装置处于低功耗的使用状态，接入第一谐振腔，由于电流较小，不会使发热高；

为了使接收线圈容易被无线发射线圈驱动，ls1、cs1为4μh，300nh；ls2＝ls1,cs2＝cs1；

当小功率时，令：

drv_m5e＝v(acp)

drv_m6e＝v(bstn)

drv_m8e＝v(acn)

当第一开关m5e、第二晶体管m8e与第三晶体管m9e均为截止状态，第四晶体管m6e与第五晶体管m7e为导通状态，，则谐振腔驱动电路起作用的组合为(ls1+ls2)，cs1，其谐振频率为：

其中，为谐振腔驱动电路起作用的组合为(ls1+ls2)，cs1时的谐振频率，为所述第一电感ls1的电感值，为所述第一电容cs1的电容值；

在第二工作状态下，当第一开关与第二开关均导通时，第三开关截止时，即第一开关m5e、第二晶体管m8e与第三晶体管m9e均为导通状态，第四晶体管m6e与第五晶体管m7e为截止状态时，接入第二谐振腔。

在低功率的使用状态下，由于电流较低，谐振腔所产生的热量低，温度升高不显著，对半导体器件的工作影响不显著。

在高功率使用状态下，相比于低功率的使用状态，此时电流加大，在上述低功率的情况下，如果谐振腔没有发生变化，则谐振腔发热功率上升，温度升高，影响到半导体器件的正常工作。由于发射端传输到接收端的总功率一定，谐振腔的发热功率的上升，则实际用于充电的功率就会减小。为此在高功率的使用状态下，将通过连接关系的改变，接通第二谐振腔，减小了谐振单元整体的寄生电阻，从而降低发热功率，提高了实际的充电效率。

随着充电电流增加，rx对tx发出预定的指令，另tx增加发射线圈的电压，rx为无线充电接收端。tx为无线充电发射端。同时，令：

drv_m5e＝v(bstp)

drv_m6e＝v(acn)；

drv_m8e＝v(bstn)

当第一开关m5e、第二晶体管m8e与第三晶体管m9e均为导通状态，第四晶体管m6e与第五晶体管m7e为截止状态时，则谐振腔驱动电路起作用的组合为：cs1、cs2和ls1，令第一电感ls1的电感值与第二电感ls2的电感值相等，且第一电容cs1的电容值与第二电容cs2的电容值相等，即ls2＝ls1、cs2＝cs1：

谐振腔的总电感、总电容值为：

其中，lstotal为谐振腔的总电感，cstotal为谐振腔总电容；

因此谐振腔的谐振频率不变：

其中，ft2谐振腔驱动电路起作用的组合为cs1、cs2和ls1时的谐振频率，将第一电感ls1与第二电感ls2串联的形式，将原来8μh电感(即图2中的电感ls)使用中间抽头的方式，绕制匝数减少一半使得线圈串联寄生电阻变为原来的1/2，在谐振腔的谐振频率不变的前提下，使得节省功耗、降低发热。

一种无线充电线圈，如图2所示，从起始端开始，进行电感线的绕制，直到结束端为止，在结束端与起始端的中间位置引出中间引线，则起始端与中间引线之间的部分为所述第一电感ls1，中间引线与结束端之间的部分为所述第二电感ls2。

一种无线充电装置，包括所述的无线充电串联谐振腔。

一种无线充电串联谐振腔，其详细连接关系如图1所示，包括：第一开关m5e、第四晶体管m6e、第五晶体管m7e、第二晶体管m8e、第三晶体管m9e、第一电感ls1、第二电感ls2、第一电容cs1、第二电容cs2；

所述第一开关m5e的源极与桥式整流芯片ic的连接点acp相连接，所述第一开关m5e的漏极与所述第二电容cs2的一端相连接，所述第二电容cs2的另一端分别与所述第一电容cs1的一端和所述第一电感ls1的一端相连接，所述第一电容cs1的另一端与桥式整流芯片ic的连接点acp相连接；所述第一电感ls1的另一端分别与所述第二晶体管m8e的漏极和第二电感ls2的一端相连接；所述第二晶体管m8e的源极与所述第三晶体管m9e的源极相连接，所述第三晶体管m9e的漏极与桥式整流芯片ic的连接点acn相连接；所述第二电感ls2的另一端与第四晶体管m6e的漏极相连接，所述第四晶体管m6e的源极与所述第五晶体管m7e的源极相连接，所述第五晶体管m7e的漏极与桥式整流芯片ic的连接点acn相连接；所述第一开关m5e的栅极与桥式整流芯片ic的驱动信号端drv_m5e相连接；所述第四晶体管m6e的栅极分别与所述第五晶体管m7e的栅极和桥式整流芯片ic的驱动信号端drv_m6e相连接；所述第二晶体管m8e的栅极分别与所述第三晶体管m9e的栅极和桥式整流芯片ic的驱动信号端drv_m8e相连接。

如图4所示，为本技术方案的另一实施例，无线充电并联芯片装置中具串联谐振腔的原理图。

与图1不同的是：所述整流芯片包括整流单元与逻辑控制单元，所述整流单元通过所述逻辑控制单元与所述桥式整流芯片连接。

第一整流单元，包括：m1、m2、m3、m4。

第二整流单元，包括：m1e、m2e、m3e、m4e。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。