一种软开关无线充电电路的制作方法

1.本发明涉及充电电路技术领域，尤其是一种软开关无线充电电路。


背景技术：

2.随着无线电源的发展，大量的宽输入宽输出无线电源需求越来越大，常用拓扑包括移相控制、硬开关控制或者和buck/boost进行两级级联的结构，前两者虽然可以实现宽范围的输入和宽范围的输出，但是效率低，开关频率低，难以实现高功率密度，限制了其应用范围；而后者采用两级级联的结构，虽然无线传输部分效率高，但增加了阿buck/boost的损耗，成本也增加了，控制也变复杂，另外无线电源还需要通讯获得目标控制量进行控制，控制响应慢，同时增加成本。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明提供一种软开关无线充电电路。
4.本发明的技术方案为：一种软开关无线充电电路，包括第一控制电路和第二控制电路，所述的第一控制电路等效为一个变比为n的变压器；所述的第二控制电路控制第一控制电路的输入电压。
5.作为优选的，所述的第一控制电路包括电源dc1、电容c1、第一半桥/全桥电路、第二半桥/全桥电路、第一无线匹配网络、第二无线匹配网络，所述的电源dc1的正极与电容c1的正极和第一半桥/全桥电路连接，所述电容c1的负极还与第一半桥/全桥电路的另一端连接；
6.所述的第一半桥/全桥电路的输出端通过第一无线匹配网络与无线线圈连接，所述的无线线圈通过第二无线匹配网络与第二半桥/全桥电路连接，所述的第二半桥/全桥电路的输出端与负载连接。
7.作为优选的，所述的第二控制电路包括电容c2、开关管q0、开关管q1、开关管q2、开关管q3、电源dc2，所述的开关管q0、开关管q1串联连接，所述的开关管q2、开关管q3串联连接，所述的开关管q0、开关管q1的中节点与开关管q2、开关管q3的中节点之间连接有电感l；
8.所述的开关管q2、开关管q3的另一端分别与电源dc2的正负极连接，所述的开关管q0、开关管q1的另一端分别连接在电容
9.所述的电容c2的正极与电容c1的负极连接，所述的电容c2的负极分别与电源dc1和电源dc2的负极连接。
10.作为优选的，额定工作时，所述的电容c1的电压为u
c1
，则电容c2的电压为：
11.u
c2
＝u
dc1-u
c1
。
12.作为优选的，当所述的电源dc2的电压u
dc2
小于或等于电容c2的电压u
c2
，需满足：
13.t
on
*(u
c2-u
q0-u
q2-u
dc2
)＝t
off
*(u
dc2-u
q1-u
q2
)；
14.当所述的电源dc2的电压u
dc2
大于电容c2的电压u
c2
，需满足：
15.t
on
*(u
c2-u
q0-u
q3
)＝t
off
*(u
dc2-u
q0-u
q2-u
c2
)
16.其中，t
on
为开关管q0的导通时间，t
off
为开关管q0的关断时间；u
q0
为开关管q0导通压降，u
q1
为开关管q1导通压降，u
q2
为开关管q2导通压降，u
q3
为开关管q3导通压降。
17.作为优选的，检测电容c1两端的电压或电源dc1的电流作为目标控制量，当目标控制量大于指令电压时，减小开关q0的导通时间t
on
，此时第一控制电路的电压u
c1
变小，目标控制量也跟随变小，相反则增加开关q0的导通时间t
on
，无需通过通讯得到负载端电压电流来控制电路的工作。
18.作为优选的，所述的开关管q0与开关管q1不同时导通，所述的开关管q2、开关管q3不同时导通。
19.作为优选的，所述的开关管q0、开关管q3同时开通或同时关断，所述的开关管q1和开关管q2同时开通或同时关断。
20.作为优选的，所述的开关管q0和开关管q3在电感l的电流从电感l的第二端流向电感l的第一端时开通；所述的开关管q1和开关管q2在电感l的电流从电感l的第一端流向电感l的第二端时开通。
21.作为优选的，当所述的电源dc2电压小于电容c2两端电压时，所述的开关管q1常开，所述的开关管q2常闭，当所述的电源dc2电压大于电容c2两端电压时，所述的开关管q0常闭，所述的开关管q1常开。
22.作为优选的，所述的第一无线匹配网络包括电阻r1和电容c3，所述的第二无线匹配网络包括电阻r2和电容c4，所述的电阻r1和电容c3并联连接在第一半桥/全桥电路的中节点；所述的电阻r1和电容c3的另一端通过无线线圈与电阻r2和电容c4并联连接，所述的电阻r2和电容c4并联连接在第二半桥/全桥电路的中节点。
23.作为优选的，所述的第一半桥/全桥电路和第二半桥/全桥电路结构相同，均包括开关管q4、开关管q5、开关管q6、开关管q7；所述的开关管q4、开关管q5串联连接，所述的开关管q6、开关管q7串联连接，且所述的串联连接后的开关管q4、开关管q5与串联连接的开关管q6、开关管q7并联连接；
24.所述的第一半桥/全桥电路的开关管q4、开关管q5中节点、开关管q6、开关管q7的中节点与电容c3和电阻r1连接，所述的电阻r2和电容c4与第二半桥/全桥电路的开关管q6、开关管q7连接。
25.作为优选的，所述的第一半桥/全桥电路和第二半桥/全桥电路结构相同，均包括开关管q6、开关管q7、以及电容c
q1
、电容c
q2
；所述的电容c
q1
、电容c
q2
串联连接，所述的开关管q6、开关管q7串联连接，且所述的串联连接后的电容c
q1
、电容c
q2
与串联连接的开关管q6、开关管q7并联连接；
26.所述的第一半桥/全桥电路的电容c
q1
、电容c
q2
中节点、开关管q6、开关管q7的中节点与电容c3和电阻r1连接，所述的电阻r2和电容c4与第二半桥/全桥电路的开关管q6、开关管q7连接。
27.作为优选的，所述的第一半桥/全桥电路和第二半桥/全桥电路结构相同，均包括开关管q6、开关管q7、以及电容c
q1
，所述的开关管q6、开关管q7串联连接，且所述的电容c
q1
连接在开关管q6、开关管q7的中节点上或连接在开关管q7的一端上。
28.本发明的有益效果为：
29.1、现有技术采用前端buck与无线充电拓扑串联，本发明的充电电路由于只走部分
功率，且为软开关损耗小，因此，本发明的充电效率为相对现有技术提高至少5-10％；
30.2、本发明的第一控制电路等效为一个变比为n的变压器，工作效率高，第二控制电路调整第一控制电路的输入电压，最终实现无线电路的高效率工作，而且第二控制电路包括4个开关管，同时通过电容c1和c2的电压和电流控制4个开关管的通断。
附图说明
31.图1为本发明的充电电路的电路图。
32.图2为本发明第一无线匹配网络与第二无线匹配网络的电路图；
33.图3为本发明第一无线匹配网络与第二无线匹配网络的另一电路图；
34.图4为本发明第一控制电路的半桥/全桥电路的电路图一；
35.图5为本发明第一控制电路的半桥/全桥电路的电路图二；
36.图6为本发明第一控制电路的半桥/全桥电路的电路图三；
具体实施方式
37.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
38.如图1所示，本实施例提供一种软开关无线充电电路，包括第一控制电路和第二控制电路，所述的第一控制电路等效为一个变比为n的变压器；所述的第二控制电路控制第一控制电路的输入电压。
39.作为本实施例优选的，如图1所示，所述的第一控制电路包括电源dc1、电容c1、第一半桥/全桥电路、第二半桥/全桥电路、第一无线匹配网络、第二无线匹配网络，所述的电源dc1的正极与电容c1的正极和第一半桥/全桥电路连接，所述电容c1的负极还与第一半桥/全桥电路的另一端连接；所述的第一半桥/全桥电路的输出端通过第一无线匹配网络与无线线圈连接，所述的无线线圈通过第二无线匹配网络与第二半桥/全桥电路连接，所述的第二半桥/全桥电路的输出端与负载连接。
40.作为本实施例优选的，如图1所示，所述的第二控制电路包括电容c2、开关管q0、开关管q1、开关管q2、开关管q3、电源dc2，所述的开关管q0、开关管q1串联连接，所述的开关管q2、开关管q3连接，所述的开关管q0、开关管q1的中节点与开关管q2、开关管q3的中节点之间连接有电感l；
41.所述的开关管q2、开关管q3的另一端分别与电源dc2的正负极连接，所述的开关管q0、开关管q1的另一端分别连接在电容
42.所述的电容c2的正极与电容c1的负极连接，所述的电容c2的负极分别与电源dc1和电源dc2的负极连接。
43.作为本实施例优选的，额定工作时，所述的电容c1的电压为u
c1
，则电容c2的电压为：
44.u
c2
＝u
dc1-u
c1
。
45.作为本实施例优选的，当所述的电源dc2的电压u
dc2
小于或等于电容c2的电压u
c2
，需满足：
46.t
on
*(u
c2-u
q0-u
q2-u
dc2
)＝t
off
*(u
dc2-u
q1-u
q2
)；
47.当所述的电源dc2的电压u
dc2
大于电容c2的电压u
c2
，需满足：
48.t
on
*(u
c2-u
q0-u
q3
)＝t
off
*(u
dc2-u
q0-u
q2-u
c2
)
49.其中，t
on
为开关管q0的导通时间，t
off
为开关管q0的关断时间；u
q0
为开关管q0导通压降，u
q1
为开关管q1导通压降，u
q2
为开关管q2导通压降，u
q3
为开关管q3导通压降。
50.作为本实施例优选的，检测电容c1两端的电压或电源dc1的电流作为目标控制量，当目标控制量大于指令电压时，减小开关q0的导通时间t
on
，此时第一控制电路的电压u
c1
变小，目标控制量也跟随变小，相反则增加开关q0的导通时间t
on
，无需通过通讯得到负载端电压电流来控制电路的工作。
51.作为本实施例优选的，所述的开关管q0与开关管q1不同时导通，所述的开关管q2、开关管q3不同时导通。
52.作为本实施例优选的，所述的开关管q0、开关管q3同时开通或同时关断，所述的开关管q1和开关管q2同时开通或同时关断。
53.作为本实施例优选的，所述的开关管q0和开关管q3在电感l的电流从电感l的第二端流向电感l的第一端时开通；所述的开关管q1和开关管q2在电感l的电流从电感l的第一端流向电感l的第二端时开通。
54.作为本实施例优选的，当所述的电源dc2电压小于电容c2两端电压时，所述的开关管q1常开，所述的开关管q2常闭，当所述的电源dc2电压大于电容c2两端电压时，所述的开关管q0常闭，所述的开关管q1常开。
55.作为本实施例优选的，如图2所示，所述的第一无线匹配网络包括电阻r1和电容c3，所述的第二无线匹配网络包括电阻r2和电容c4，所述的电阻r1和电容c3并联连接在第一半桥/全桥电路的中节点；所述的电阻r1和电容c3的另一端通过无线线圈与电阻r2和电容c4并联连接，所述的电阻r2和电容c4并联连接在第二半桥/全桥电路的中节点，所述的第一无线匹配网络和第二无线匹配网络的几种连接方式参见图2(a)-图2(d)。
56.作为本实施例优选的，如图3所示，本实施例还提供另一种第一无线匹配网络和第二无线匹配网络，具体可参见图3(e)-(h)，所述的第一无线匹配网络包括电阻r1和电容c3，还包括电感l
f1
，相应的，所述的第二无线匹配网络包括电阻r2和电容c4，还包括电感l
f2
，所述的第一无线匹配网络和第二无线匹配网络的连接方式可参见图3(e)-(h)。
57.作为本实施例优选的，如图4所示，所述的第一半桥/全桥电路和第二半桥/全桥电路结构相同，均包括开关管q4、开关管q5、开关管q6、开关管q7；所述的开关管q4、开关管q5串联连接，所述的开关管q6、开关管q7串联连接，且所述的串联连接后的开关管q4、开关管q5与串联连接的开关管q6、开关管q7并联连接；所述的第一半桥/全桥电路的开关管q4、开关管q5中节点、开关管q6、开关管q7的中节点与电容c3和电阻r1连接，所述的电阻r2和电容c4与第二半桥/全桥电路的开关管q6、开关管q7连接。
58.作为本实施例优选的，如图5所示，所述的第一半桥/全桥电路和第二半桥/全桥电路结构相同，均包括开关管q6、开关管q7、以及电容c
q1
、电容c
q2
；所述的电容c
q1
、电容c
q2
串联连接，所述的开关管q6、开关管q7串联连接，且所述的串联连接后的电容c
q1
、电容c
q2
与串联连接的开关管q6、开关管q7并联连接；
59.所述的第一半桥/全桥电路的电容c
q1
、电容c
q2
中节点、开关管q6、开关管q7的中节点与电容c3和电阻r1连接，所述的电阻r2和电容c4与第二半桥/全桥电路的开关管q6、开关管q7连接。
60.作为本实施例优选的，如图6所示，所述的第一半桥/全桥电路和第二半桥/全桥电路结构相同，均包括开关管q6、开关管q7、以及电容c
q1
，所述的开关管q6、开关管q7串联连接，且所述的电容c
q1
连接在开关管q6、开关管q7的中节点上或连接在开关管q7的一端上。
61.上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。