[發(fā)明專利]無線充電接收端直接給電池充電的單芯片工作方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810030789.3
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108183559A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范俊;陶海
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東希荻微電子有限公司
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J7/00;H02M3/158
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務(wù)所有限公司 44228
• 代理人: 羅曉聰

本發(fā)明提供單一芯片同時實現(xiàn)無線通訊和快速充電的方案、具有更高的充電效率、更少的外圍元器件以及更小電路板設(shè)計的無線充電接收端直接給電池充電的單芯片工作方法；在芯片上用交流整流器的方式以完成無線接收端的直流電源恢復(fù)，利用該電源供后繼電路直接對與輸出端連接的電池進行充電，其中，在充電過程中，利用后繼電路對輸入功率、輸出電流和輸出電壓作相應(yīng)的調(diào)節(jié)；通過單芯片實現(xiàn)無線充電的基本架構(gòu)，以獲得更小的電路面積，更低的成本，以及更高的充電效率，以確保系統(tǒng)符合實際應(yīng)用的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及模擬-數(shù)字混合型電路和集成電路的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指無線充電接收端直接給電池充電的單芯片工作方法。

背景技術(shù)

無線充電技術(shù)（Wireless charging technology）源于無線電能傳輸技術(shù)。無線充電有兩種方式來傳輸能量。一是電磁感應(yīng)式，在初級線圈產(chǎn)生一定頻率的交流電，通過電磁感應(yīng)在次級線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從發(fā)射端轉(zhuǎn)移到接收端。目前主要的應(yīng)用協(xié)議是WPC（又稱Qi）和PMA。發(fā)射端的頻率一般比較低，在80KHz~205KHz之間。另一種是磁場共振式，當(dāng)發(fā)射端和接收端的裝置調(diào)整到相同頻率，或者說在一個特定的頻率上共振時，它們就可以交換彼此的能量。目前主要的應(yīng)用協(xié)議是A4WP，發(fā)射端頻率是固定的6.78MHz。

WPC（Wireless Power Consortium, or Qi）是目前應(yīng)用最廣的協(xié)議，也是最容易實現(xiàn)的一套協(xié)議。它的主要支持者來自于飛利浦、三星等。它通過電磁感應(yīng)來傳輸能量，無線發(fā)射頻率在85KHz~205KHz。根據(jù)最新的規(guī)范，發(fā)射端向接收端發(fā)送信息的方式是頻率調(diào)制（Frequency Shift Keying，F(xiàn)SK）。而接收端向發(fā)射端發(fā)送信息的方式是以2KHz頻率進行負載調(diào)制（Load Modulation）。雖然目前WPC應(yīng)用范圍最廣，但是它的缺陷不容忽視。WPC只能實現(xiàn)一個發(fā)射端和一個接收端的通訊和能量傳輸，并且要求發(fā)射端線圈和接收端線圈彼此之間在位置上對準，以獲得良好的能量傳輸效率。

PMA(Power Matters Alliance)是另一個使用電磁感應(yīng)來傳輸能量的協(xié)議。它的頻率在200KHz附近，只能以負載調(diào)制的方式實現(xiàn)從接收端向發(fā)射端的通訊。不過PMA存在特有的軟件鉤（Software hook）來定義協(xié)議，控制和管理信令。

A4WP（Alliance for Wireless Power）走的是另外一條技術(shù)路線。它是利用磁共振的方式來傳輸能量。它的主要支持者來自高通、谷歌等。A4WP定義用藍牙的成熟協(xié)議來完成發(fā)射端和接收端之間的通訊，工作頻率是固定的6.78MHz。它的優(yōu)點非常突出，相比WPC，能輕易實現(xiàn)兩個方向的相互通訊，同時它對于發(fā)射端和接收端的線圈對準程度要求不高，而且能夠?qū)崿F(xiàn)一個發(fā)射端同時向多個接收端發(fā)射能量。不過它的缺點也同樣明顯，一是在6.78MHz這個頻點上，能量的傳輸效率不高，二是這個協(xié)議還處于推廣的階段，不夠普及。

總的來說，電磁感應(yīng)的技術(shù)更成熟、成本更低、充電效率高、普及的也更快。但可能只是一種過渡的解決方案，因為其要求電源發(fā)射設(shè)備和接受設(shè)備在近距離才能接觸，一個充電點只能充一個設(shè)備，不能支持多設(shè)備同時工作。而磁場共振則代表著未來的真正趨勢，只有它才能讓無線充電真正得到廣泛使用。因為它可以實現(xiàn)遠距離的無線充電，一個充電點就能給多個設(shè)備同時充電。只是這個技術(shù)如今還不成熟，充電效率偏低。

無線充電接收端的芯片一般需要包括三個模塊。一是從線圈交流能量轉(zhuǎn)換成直流能量的整流模塊；二是后級電壓轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓模塊；三是WPC/PMA的環(huán)路控制以及通訊模塊。如圖1所示。

整流模塊，是將線圈送過來的交流信號通過整流電路變成直流電源。傳統(tǒng)上的整流電路一般是如圖1所示的四個二極管組成，這是異步的全波整流電路。由于二極管上的壓降始終在0.6V以上，致使異步的整流電路效率不可能太高。在芯片設(shè)計端，為了提高效率和防止過熱，一般需要采用同步的全波整流電路，如圖4 和圖6所示。所謂同步全波整流，是根據(jù)當(dāng)前交流極性把導(dǎo)通電流的功率管打開，相當(dāng)于實現(xiàn)理想二極管的做法。這種做法可以提高整流的效率。