一种全控同步整流电路及无线充电接收端的制作方法

1.本实用新型属于无线充电技术领域，具体涉及一种全控同步整流电路及无线充电接收端。


背景技术：

2.随着无线充电技术的发展，目前已应用于电子产品、医疗器材、电动汽车等领域。一直以来无线充电的传输效率是无线充电系统的一个重要考核指标，如果传输效率较低，则表明在充电过程中有较多的电能转换为热能而被消耗，同时热能的积累会导致系统温度的升高，影响系统运行。无线充电系统一般包括发送端与接收端，发射端和接收端之间通过谐振网络所传输的是交变电能，因此接收端需要具有将交变电能转换为直流电能的整流电路。传统的接收端中采用四个二极管组成整流电路，但是二极管存在导通压降，使得整流电路存在导通损耗，从而降低无线充电系统的传输效率，且通过二极管的电流越大，整流电路的损耗会成倍增加，降低传输效率的同时还会造成严重的热能积累，不仅影响系统运行，还会产生安全隐患。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种全控同步整流电路及无线充电接收端，解决现有技术中整流电路存在导通压降引起导通损耗的问题，避免无线充电系统传输效率的降低以及热能积累，保证系统运行安全。
4.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
5.一种全控同步整流电路，包括同步整流电路、同步整流检测电路和驱动电路；
6.所述同步整流电路为四个场效应管构成的全桥整流电路，同步整流电路具有两个输入端和两个输出端；同步整流检测电路包括第一比较电路和第二比较电路，第一比较电路和第二比较电路结构相同，第一比较电路和第二比较电路均具有两个输入端和一个输出端；第一比较电路的第一输入端和第二输入端分别与同步整流电路的第一输入端和第二输入端连接，第二比较电路的第一输入端和第二输入端分别与同步整流电路的第二输入端和第一输入端连接，第一比较电路和第二比较电路输出端根据比较结果输出驱动信号至驱动电路；所述驱动电路的输入端连接第一比较电路和第二比较电路的输出端，驱动电路的输出端连接四个场效应管，驱动电路根据所接收的驱动信号分别控制四个场效应管的导通与关断。
7.本实用新型一种全控同步整流电路用于实现无线充电接收端的整流功能，其中设置四个场效应管构成全桥整流电路作为同步整流电路，场效应管与二极管相比不存在导通压降的缺陷；同时，由于同步整流电路接收的是交变电流，同步整流电路第一输入端和第二输入端输入电压的正负不是确定的，而第一输入端和第二输入端输入电压的正负影响四个场效应管的工作时序，配合控制四个场效应管中相应场效应管的导通与关断，形成相应的整流回路，才能实现整流功能，由此，本实用新型同步整流检测电路中设置两个结构相同的
第一比较电路和第二比较电路，第一比较电路和第二比较电路的两个输入端分别接入同步整流电路两个输入端的顺序是不同的，从而第一比较电路和第二比较电路可以分两路准确检测出同步整流电路第一输入端和第二输入端输入电压的正负，并输出相应的驱动信号；在同步正整流电路第一输入端和第二输入端输入电压的正负产生变化时，第一比较电路和第二比较电路输出的驱动信号产生相应变化，本实用新型驱动电路根据所接收的驱动信号控制同步整流电路中四个场效应管的导通与关断，对四个场效应管工作时序进行有效控制，及时形成相应的整流回路，实现整流功能。
8.对本实用新型技术方案的进一步限定，所述第一比较电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五二极管、第六二极管和第一开关管，第五二极管和第六二极管均为稳压二极管，第一开关管为n沟增强型的mos场效应晶体管，第一开关管中的衬底与源极短接，第一开关管中具有寄生二极管，寄生二极管的正极和负极分别与第一开关管的源极和漏极连接；所述第一电阻的第一端与同步整流电路的第一输入端连接，第一电阻的第二端串联第二电阻后与第一开关管的源极连接并接地，第一开关管的栅极与第一电阻的第二端连接，第三电阻的第一端与同步整流电路的第二输入端连接，第三电阻的第二端与第一开关管的漏极连接，第六二极管的正极和负极分别与第一开关管的源极和漏极连接，第六二极管的负极为第一比较电路的输出端，第二电阻靠近第一电阻的一端与第五二极管的负极连接，第二电阻远离第一电阻的一端与第五二极管的正极连接。本实用新型同步整流电路第一输入端的输入电压通过第一电阻和第二电阻构成的分压电路，第二电阻上的分压输入第一开关管的栅极，第五二极管起到稳压作用，对输入第一开关管栅极的电压进行限制，防止第一开关管栅极输入的电压过高导致第一开关管损坏，同步整流电路第二输入端的输入电压通过第三电阻后输入第一开关管的漏极，并为第六二极管提供电流通路，第六二极管的负极为输出端输出驱动信号，第六二极管对第一比较电路的输出起到稳压作用；当同步整流电路第一输入端和第二输入端的输入电压分别为正和负时，第一开关管导通，第一比较电路输出的驱动信号为低电平，当同步整流电路第一输入端和第二输入端的输入电压分别为负和正时，第一开关管截止，第一比较电路输出的驱动信号为高电平。
9.对本实用新型技术方案的进一步限定，所述第一比较电路还包括第一二极管和第二二极管；第一二极管的负极和正极分别与第一电阻的第一端和第二端连接，第二二极管的负极和正极分别与第三电阻的第一端和第二端连接。本实用新型中第一二极管和第二二极管为第一比较电路输出的驱动信号的快速拉低提供通路，可以提高第一开关管的关断速度。
10.对本实用新型技术方案的进一步限定，所述第二比较电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七二极管、第八二极管和第二开关管，第七二极管和第八二极管均为稳压二极管，第二开关管为n沟增强型的mos场效应晶体管，第二开关管中的衬底与源极短接，第二开关管中具有寄生二极管，寄生二极管的正极和负极分别与第二开关管的源极和漏极连接；所述第四电阻的第一端与同步整流电路的第二输入端连接，第四电阻的第二端串联第五电阻后与第二开关管的源极连接并接地，第二开关管的栅极与第四电阻的第二端连接，第六电阻的第一端与同步整流电路的第一输入端连接，第六电阻的第二端与第二开关管的漏极连接，第八二极管的正极和负极分别与第二开关管的源极和漏极连接，第八二极管的负极为第二比较电路的输出端，第五电阻靠近第四电阻的一端与第七二极管的负极连接，
第五电阻远离第四电阻的一端与第七二极管的正极连接。本实用新型同步整流电路第二输入端的输入电压通过第四电阻和第五电阻构成的分压电路，第五电阻上的分压输入第二开关管的栅极，第七二极管起到稳压作用，对输入第二开关管栅极的电压进行限制，防止第二开关管栅极输入的电压过高导致第二开关管损坏，同步整流电路第一输入端的输入电压通过第六电阻后输入第二开关管的漏极，并为第八二极管提供电流通路，第八二极管的负极为输出端输出驱动信号，第八二极管对第二比较电路的输出起到稳压作用；当同步整流电路第一输入端和第二输入端的输入电压分别为正和负时，第二开关管截止，第二比较电路输出的驱动信号为高电平，当同步整流电路第一输入端和第二输入端的输入电压分别为负和正时，第二开关管导通，第二比较电路输出的驱动信号为低电平。
11.对本实用新型技术方案的进一步限定，所述第二比较电路还包括第三二极管和第四二极管；第四二极管的负极和正极分别与第四电阻的第一端和第二端连接，第三二极管的负极和正极分别与第六电阻的第一端和第二端连接。本实用新型中第三二极管和第四二极管为第二比较电路输出的驱动信号的快速拉低提供通路，可以提高第二开关管的关断速度。
12.对本实用新型技术方案的进一步限定，所述四个场效应管分别为第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管，四个场效应管均为n沟增强型的mos场效应晶体管，四个场效应管中的衬底均与源极短接，四个场效应管中均具有寄生二极管，每个寄生二极管的正极和负极分别与相应场效应管的源极和漏极连接；所述第三场效应管的漏极与第一场效应管的源极连接作为同步整流电路的第一输入端，第一场效应管的漏极与第二场效应管的漏极连接作为同步整流电路的第一输出端，第二场效应管的源极与第四场效应管的漏极连接作为同步整流电路的第二输入端，第四场效应管的源极与第三场效应管的源极连接作为同步整流电路的第二输出端并接地。本实用新型中当同步整流电路第一输入端和第二输入端的输入电压分别为正和负时，第一场效应管和第四场效应管中的寄生二极管先导通，此时为了形成相应的整流回路需要控制第一场效应管和第四场效应管导通，当同步整流电路第一输入端和第二输入端的输入电压分别为负和正时，第二场效应管和第三场效应管中的寄生二极管先导通，此时为了形成相应的整流回路需要控制第二场效应管和第三场效应管导通；且设置四个场效应管构成全桥整流电路作为同步整流电路，场效应管与二极管相比不存在导通压降的缺陷。
13.对本实用新型技术方案的进一步限定，所述驱动电路包括第一驱动芯片和第二驱动芯片，第一驱动芯片和第二驱动芯片为mos场效应晶体管驱动芯片；所述第一比较电路的输出端分别连接第一驱动芯片的逻辑低端输入引脚和第二驱动芯片的逻辑高端输入引脚，第二比较电路的输出端分别连接第一驱动芯片的逻辑高端输入引脚和第二驱动芯片的逻辑低端输入引脚，第一比较电路的输出端和第二比较电路的输出端相与后分别连接第一驱动芯片和第二驱动芯片的关断引脚；所述第一驱动芯片的高端输出引脚与第一场效应管的栅极连接，第一驱动芯片的高端浮置电源偏移电压引脚与第一场效应管的源极连接，第一驱动芯片的低端输出引脚与第三场效应管的栅极连接，第一驱动芯片的公共端引脚与第三场效应管的源极连接；所述第二驱动芯片的高端输出引脚与第二场效应管的栅极连接，第二驱动芯片的高端浮置电源偏移电压引脚与第二场效应管的源极连接，第二驱动芯片的低端输出引脚与第四场效应管的栅极连接，第二驱动芯片的公共端引脚与第四场效应管的源
极连接。本实用新型中当第一比较电路和第二比较电路输出的驱动信号分别为低电平和高电平时，第一驱动芯片和第二驱动芯片分别控制第一场效应管和第四场效应管导通，第二场效应管和第三场效应管关断；本实用新型中当第一比较电路和第二比较电路输出的驱动信号分别为高电平和低电平时，第一驱动芯片和第二驱动芯片分别控制第三场效应管和第二场效应管导通，第一场效应管和第四场效应管关断；第一比较电路的输出端和第二比较电路的输出端相与即将第一比较电路和第二比较电路的输出端作为与门电路的输入，当第一比较电路和第二比较电路输出的驱动信号均为高电平时，与门电路的输出为高电平，否则与门电路的输出为低电平，当与门电路的输出为高电平时，第一驱动芯片和第二驱动芯片不工作，与门电路是逻辑门电路中的常规电路，在具体实施时选用常规电路即可。
14.对本实用新型技术方案的进一步限定，所述第一驱动芯片和第二驱动芯片均采用ir2110，驱动电路还包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第九二极管和第十二极管；所述第一电容的第一端连接第一驱动芯片的低端固定电源电压引脚，第一电容的第二端连接第一驱动芯片的公共端引脚并接地，第二电容的第一端连接第一驱动芯片的高端浮置电源电压引脚，第二电容的第二端连接第一驱动芯片的高端浮置电源偏移电压引脚，第九二极管的正极连接第一驱动芯片的低端固定电源电压引脚，第九二极管的负极连接第一驱动芯片的高端浮置电源电压引脚，第一驱动芯片的逻辑电路地电位端引脚接地；所述第三电容的第一端连接第二驱动芯片的低端固定电源电压引脚，第三电容的第二端连接第二驱动芯片的公共端引脚并接地，第四电容的第一端连接第二驱动芯片的高端浮置电源电压引脚，第四电容的第二端连接第二驱动芯片的高端浮置电源偏移电压引脚，第十二极管的正极连接第二驱动芯片的低端固定电源电压引脚，第十二极管的负极连接第二驱动芯片的高端浮置电源电压引脚，第二驱动芯片的逻辑电路地电位端引脚接地。本实用新型采用ir2110作为第一驱动芯片和第二驱动芯片，ir2110兼有光耦隔离和电磁隔离的优点，驱动效果好。
15.一种无线充电接收端，包括依次连接的谐振电路、整流电路和滤波电路，整流电路为上述的全控同步整流电路。本实用新型中采用全控同步整流电路作为无线充电接收端中的整流电路，不存在导通压降的缺陷，整流效果好。
16.对本实用新型技术方案的进一步限定，所述谐振电路包括接收线圈和第五电容，滤波电路由第六电容构成，接收线圈的第一端串联第五电容后连接同步整流电路的第一输入端，接收线圈的第二端连接同步整流电路的第二输入端，第六电容并联在同步整流电路的第一输出端和第二输出端之间。无线充电系统包括发射端和接收端两个部分，发射端设有发射线圈，本实用新型中接收端中设置接收线圈和第五电容构成谐振电路，可将从发射线圈接收到的高频交变磁能转换为高频交变电能，交变电能经整流电路进行整流处理转换为直流电能，再经过第六电容的滤波，从而同步整流电路的第一输出端和第二输出端可连接负载为负载充电。
17.本实用新型有益效果是：1）本实用新型不存在导通压降引起导通损耗的缺陷，能够避免无线充电系统传输效率的降低以及热能积累，可以保证系统运行安全。
18.2）本实用新型中同步整流检测电路结构简单，通过稳压二极管、开关管、二极管和电阻等少量元器件实现了对同步整流电路输入电压的检测，降低了系统的成本。
19.3）本实用新型中同步整流检测电路对同步整流电路输入电压进行检测后，输出驱
动信号通过驱动电路控制同步整流电路中的四个场效应管，实现全控同步整流功能，能够有效整流电路的传输效率，从而提高无线充电系统的传输效率。
附图说明
20.图1为本实用新型全控同步整流电路示意图。
21.图2为本实用新型同步整流检测电路示意图。
22.图3为本实用新型第一驱动芯片示意图。
23.图4为本实用新型第二驱动芯片示意图。
24.图5为本实用新型无线充电接收端示意图。
具体实施方式
25.下面将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
26.如图1和图2所示，一种全控同步整流电路，包括同步整流电路1、同步整流检测电路2和驱动电路3；所述同步整流电路1为四个场效应管构成的全桥整流电路，同步整流电路1具有两个输入端和两个输出端；同步整流检测电路2包括第一比较电路21和第二比较电路22，第一比较电路21和第二比较电路22结构相同，第一比较电路21和第二比较电路22均具有两个输入端和一个输出端；第一比较电路21的第一输入端和第二输入端分别与同步整流电路1的第一输入端和第二输入端连接，第二比较电路22的第一输入端和第二输入端分别与同步整流电路1的第二输入端和第一输入端连接，第一比较电路21和第二比较电路（22）输出端根据比较结果输出驱动信号至驱动电路3；所述驱动电路3的输入端连接第一比较电路21和第二比较电路22的输出端，驱动电路3的输出端连接四个场效应管，驱动电路3根据所接收的驱动信号分别控制四个场效应管的导通与关断。图1中的a点和b点分别为同步整流电路的第一输入端和第二输入端。
27.如图2所示，所述第一比较电路21包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第五二极管d5、第六二极管d6和第一开关管q1，第五二极管d5和第六二极管d6均为稳压二极管，第一开关管q1为n沟增强型的mos场效应晶体管，第一开关管q1中的衬底与源极短接，第一开关管q1中具有寄生二极管，寄生二极管的正极和负极分别与第一开关管q1的源极和漏极连接；所述第一电阻r1的第一端与同步整流电路1的第一输入端连接，第一电阻r1的第二端串联第二电阻r2后与第一开关管q1的源极连接并接地，第一开关管q1的栅极与第一电阻r1的第二端连接，第三电阻r3的第一端与同步整流电路1的第二输入端连接，第三电阻r3的第二端与第一开关管q1的漏极连接，第六二极管d6的正极和负极分别与第一开关管q1的源极和漏极连接，第六二极管d6的负极为第一比较电路21的输出端，第二电阻r2靠近第一电阻r1的一端与第五二极管d5的负极连接，第二电阻r2远离第一电阻r1的一端与第五二极管d5的正极连接。
28.本实施例中，所述第一比较电路21还包括第一二极管d1和第二二极管d2；第一二极管1的负极和正极分别与第一电阻r1的第一端和第二端连接，第二二极管d2的负极和正极分别与第三电阻r3的第一端和第二端连接。
29.如图2所示，所述第二比较电路22包括第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七二极管d7、第八二极管d8和第二开关管q2，第七二极管d7和第八二极管d8均为稳压二极管，
第二开关管q2为n沟增强型的mos场效应晶体管，第二开关管q2中的衬底与源极短接，第二开关管q2中具有寄生二极管，寄生二极管的正极和负极分别与第二开关管q2的源极和漏极连接；所述第四电阻r4的第一端与同步整流电路1的第二输入端连接，第四电阻r4的第二端串联第五电阻r5后与第二开关管q2的源极连接并接地，第二开关管q2的栅极与第四电阻r4的第二端连接，第六电阻r6的第一端与同步整流电路1的第一输入端连接，第六电阻r6的第二端与第二开关管q2的漏极连接，第八二极管d8的正极和负极分别与第二开关管q2的源极和漏极连接，第八二极管d8的负极为第二比较电路22的输出端，第五电阻r5靠近第四电阻r4的一端与第七二极管d7的负极连接，第五电阻r5远离第四电阻r4的一端与第七二极管d7的正极连接。
30.本实施例中，所述第二比较电路22还包括第三二极管d3和第四二极管d4；第四二极管d4的负极和正极分别与第四电阻r4的第一端和第二端连接，第三二极管d3的负极和正极分别与第六电阻r6的第一端和第二端连接。
31.如图1所示，所述四个场效应管分别为第一场效应管t1、第二场效应管t2、第三场效应管t3和第四场效应管t4，四个场效应管均为n沟增强型的mos场效应晶体管，四个场效应管中的衬底均与源极短接，四个场效应管中均具有寄生二极管，每个寄生二极管的正极和负极分别与相应场效应管的源极和漏极连接；所述第三场效应管t3的漏极与第一场效应管t1的源极连接作为同步整流电路1的第一输入端，第一场效应管t1的漏极与第二场效应管t2的漏极连接作为同步整流电路1的第一输出端，第二场效应管t2的源极与第四场效应管t4的漏极连接作为同步整流电路1的第二输入端，第四场效应管t4的源极与第三场效应管t3的源极连接作为同步整流电路1的第二输出端并接地。
32.如图1、图3和图4所示，所述第一驱动芯片31和第二驱动芯片32均采用ir2110，所述驱动电路3包括第一驱动芯片31和第二驱动芯片32，第一驱动芯片31和第二驱动芯片32为mos场效应晶体管驱动芯片；所述第一比较电路21的输出端分别连接第一驱动芯片31的逻辑低端输入引脚lin和第二驱动芯片32的逻辑高端输入引脚hin，第二比较电路22的输出端分别连接第一驱动芯片31的逻辑高端输入引脚hin和第二驱动芯片32的逻辑低端输入引脚lin，第一比较电路21的输出端和第二比较电路22的输出端相与后分别连接第一驱动芯片31和第二驱动芯片32的关断引脚sd；所述第一驱动芯片31的高端输出引脚ho与第一场效应管t1的栅极连接，第一驱动芯片31的高端浮置电源偏移电压引脚vs与第一场效应管t1的源极连接，第一驱动芯片31的低端输出引脚lo与第三场效应管t3的栅极连接，第一驱动芯片31的公共端引脚com与第三场效应管t3的源极连接；所述第二驱动芯片32的高端输出引脚ho与第二场效应管t2的栅极连接，第二驱动芯片32的高端浮置电源偏移电压引脚vs与第二场效应管t2的源极连接，第二驱动芯片32的低端输出引脚lo与第四场效应管t4的栅极连接，第二驱动芯片32的公共端引脚com与第四场效应管t4的源极连接；
33.所述驱动电路3还包括第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第九二极管d9和第十二极管d10；所述第一电容c1的第一端连接第一驱动芯片31的低端固定电源电压引脚vcc，第一电容c1的第二端连接第一驱动芯片31的公共端引脚com并接地，第二电容c2的第一端连接第一驱动芯片31的高端浮置电源电压引脚vb，第二电容c2的第二端连接第一驱动芯片31的高端浮置电源偏移电压引脚vs，第九二极管d9的正极连接第一驱动芯片31的低端固定电源电压引脚vcc，第九二极管d9的负极连接第一驱动芯片31的高端浮置电
源电压引脚vb，第一驱动芯片31的逻辑电路地电位端引脚vss接地；所述第三电容c3的第一端连接第二驱动芯片32的低端固定电源电压引脚，第三电容c3的第二端连接第二驱动芯片32的公共端引脚并接地，第四电容c4的第一端连接第二驱动芯片32的高端浮置电源电压引脚，第四电容c4的第二端连接第二驱动芯片32的高端浮置电源偏移电压引脚，第十二极管d10的正极连接第二驱动芯片32的低端固定电源电压引脚，第十二极管d10的负极连接第二驱动芯片32的高端浮置电源电压引脚，第二驱动芯片32的逻辑电路地电位端引脚vss接地。
34.本实施例中，附图标记6为与门电路，第一比较电路21的输出端和第二比较电路22的输出端相与即将第一比较电路21和第二比较电路22的输出端作为与门电6的输入，与门电路6是逻辑门电路中的常规电路，其本身并不是本实用新型的改进点，在具体实施时选用常规电路即可。
35.本实施例所提供的全控同步整流电路在使用时：1）当同步整流电路1第一输入端和第二输入端的输入电压分别为正和负时，第一场效应管t1和第四场效应管t4中的寄生二极管先导通，同时，第一开关管q1导通，第一比较电路21输出的驱动信号pwm1为低电平，第二开关管q2截止，第二比较电路22输出的驱动信号pwm2为高电平，此时，第一驱动芯片31和第二驱动芯片32分别控制第一场效应管t1和第四场效应管t4导通，第二场效应管t2和第三场效应管t3关断；
36.2）当同步整流电路1第一输入端和第二输入端的输入电压分别为负和正时，第二场效应管t2和第三场效应管t3中的寄生二极管先导通，同时，第一开关管q1截止，第一比较电路21输出的驱动信号pwm1为高电平，第二开关管q2导通，第二比较电路22输出的驱动信号pwm2为低电平，此时，第一驱动芯片31和第二驱动芯片32分别控制第三场效应管t3和第二场效应管t2导通，第一场效应管t1和第四场效应管t4关断。
37.如图5所示，一种无线充电接收端，包括依次连接的谐振电路4、整流电路和滤波电路5，整流电路为上述的全控同步整流电路，所述谐振电路4包括接收线圈l1和第五电容c5，滤波电路5由第六电容c6构成，接收线圈l1的第一端串联第五电容c5后连接同步整流电路1的第一输入端，接收线圈l1的第二端连接同步整流电路1的第二输入端，第六电容c6的两端分别连接同步整流电路1的第一输出端和第二输出端。
38.本实施例中所提供的无线充电接收端在使用时，接收线圈l1和第五电容c5构成谐振电路，将接收到的高频交变磁能转换为高频交变电能,上述全控同步整流电路作为整流电路将交变电能转换为直流电能，直流电能经第六电容c6的滤波处理，全控同步整流电路中同步整流电路1的第一输出端和第二输出端连接负载为负载充电。