[发明专利]无线能量切换电路、无线充电芯片及电子设备

权利要求书

1.一种无线能量切换电路，其特征在于，包括AC输出端口M1和至少两个能量转换电路，所述AC输出端口M1分别与所述至少两个能量转换电路中每个能量转换电路通过共用端口的方式进行连接，所述AC输出端口M1用于连接充电芯片的后端处理电路以实现为负载供电；所述每个能量转换电路包括：

无线能量接收模块M5，所述无线能量接收模块M5包括第一线圈电感L1，所述无线能量接收模块M5用于接收来自无线能量发射装置M6的能量、并产生耦合交流电压；

自举模块M4，所述自举模块M4与所述无线能量接收模块M5连接，所述自举模块M4用于对所述无线能量接收模块M5产生的感应电压进行升压处理、并得到自举电压；

谐振控制模块M3，所述谐振控制模块M3与所述自举模块M4连接，所述谐振控制模块M3用于根据所述自举电压经过自身的分压电阻分压后形成驱动电压来控制自身通断；

谐振模块M2，所述谐振模块M2的输入端与所述谐振控制模块M3连接，所述谐振模块M2用于与第一线圈电感L1产生谐振交流电压；

所述各个能量转换电路的谐振模块M2的输出端相互连接后与所述AC输出端口M1的第一触点AC1连接，所述各个能量转换电路的第一线圈电感L1的第一端相互连接后与所述AC输出端口M1的第二触点AC2连接；

所述自举模块M4包括升压电容C15和升压二极管D12，所述升压二极管D12的阳极与所述第一线圈电感L1的第一端连接，所述升压二极管D12的阴极与所述升压电容C15的第一端连接，所述升压电容C15的第二端与所述第一线圈电感L1的第二端连接，所述升压电容C15的两端分别与所述谐振控制模块M3连接；

所述谐振控制模块M3包括第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第一NMOS管N1和第二NMOS管N2，所述第一分压电阻R1的第一端与所述升压电容C15的第一端连接，所述第一分压电阻R1的第二端与所述第一NMOS管N1的G极连接，所述第一NMOS管N1的D极与所述升压电容C15的第二端连接，所述第一NMOS管N1的S极分别与所述第二分压电阻R2的第二端、所述第二NMOS管N2的S极连接，所述第二NMOS管N2的G极与所述第二分压电阻R2的第一端连接，所述第二NMOS管N2的D极与所述谐振模块M2连接；

所述至少两个能量转换电路中任意两个能量转换电路中所述第一分压电阻R1和所述第二分压电阻R2的分压比例相同；所述第一分压电阻R1和所述第二分压电阻R2的分压比例通过如下条件进行设置：条件1：处于工作状态的能量转换电路中的谐振控制模块M3的驱动电压的最小值大于或等于预设的导通电压阈值，所述驱动电压由本端的自举模块M4产生的自举电压经过本端的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2分压后生成；条件2：处于非工作状态的能量转换电路产生自激振荡，所述自激振荡的能量转换电路的自举模块M4生成自激自举电压，所述自激振荡的能量转换电路的谐振控制模块M3将所述自激自举电压经过第一分压电阻R1和所述第二分压电阻R2分压后生成自激驱动电压，所述自激驱动电压的最大值小于所述预设的导通电压阈值；所述导通电压阈值为所述第一NMOS管N1和所述第二NMOS管N2的栅源电压阈值；

所述分压比例通过如下方式确定：确定所述能量转换电路在自激振荡状态下的第一等效寄生参数电路和第二等效寄生参数电路，其中，所述第一等效寄生参数电路为第一触点AC1的电势大于所述第二触点AC2的电势的情况下的等效电路，所述第二等效寄生参数电路为第一触点AC1的电势小于所述第二触点AC2的电势的情况下的等效电路；针对所述第一等效寄生参数电路，基于电路信号关系确定所述驱动电压与当前等效电路的寄生参数之间的第一关系公式；针对所述第二等效寄生参数电路，基于电路信号关系确定所述驱动电压与当前等效电路的寄生参数之间的第二关系公式；分别根据所述第一关系公式、所述第二关系公式以及预设的所述AC输出端口M1的参考电压集合，计算在所述参考电压集合约束下的自激驱动电压的取值范围；根据所述自激驱动电压的取值范围中的最大值和所述条件2确定第一导通电压阈值的取值区间，以及根据所述第一导通电压阈值的取值区间确定所述无线能量切换电路的第一分压比例区间；根据所述参考电压集合和所述条件1确定第二导通电压阈值的取值区间，以及根据所述第二导通电压阈值的取值区间确定所述无线能量切换电路的第二分压比例区间；根据所述第一分压比例区间和所述第二分压比例区间确定所述无线能量切换电路的分压比例；

其中，所述非工作状态的能量转换电路的所述第一NMOS管N1被等效为第一等效体二极管D04、第一等效Cds电容C29、第一等效Cgd电容C32以及等效Cgs电容C33，所述第二NMOS管N2被等效为第二等效体二极管D03、第二等效Cds电容C30、第二等效Cgd电容C31以及所述等效Cgs电容C33；

其中，所述第一等效寄生参数电路包括所述第一分压电阻R1、所述第二分压电阻R2、第一等效电容C1、第一等效二极管D1、第二等效电容C2、第四等效电容C4和线圈电感L，其中，所述第一等效电容C1对应所述第一等效Cgd电容C32和所述自举模块M4的升压电容，所述第一等效二极管D1对应所述第一等效体二极管D04，所述第二等效电容C2对应所述第二等效Cgd电容C31和所述等效Cgs电容C33，所述第四等效电容C4对应所述第二等效Cds电容C30和所述谐振模块M2的电容；

所述第一等效寄生参数电路中，所述第一触点AC1连接所述第四等效电容C4的第一端，所述第四等效电容C4的第二端连接所述第二等效电容C2的第一端、所述第二分压电阻R2的第二端以及所述第一等效二极管D1的正极，所述等效电容C2的第二端连接所述第二分压电阻R2的第一端和所述第一分压电阻的第二端，所述第一分压电阻的第一端连接所述第一等效电容C1的第一端，所述等效电容C1的第二端和所述第一等效二极管D1负极合路后连接所述线圈电感L的第一端，所述线圈电感L的第二端连接所述第二触点AC2，V_a节点对应所述第二分压电阻R2的第一端，V_b节点对应所述第二分压电阻R2的第二端；

所述第一等效寄生参数电路中V₁和V₂的电压关系如下，

V₁=V_C4+0.7+V_L+V₂，

其中，V₁为所述第一触点AC1电势，V₂为所述第二触点AC2电势；

可以得到：(V_b－0.7－V₂)=d²×(V₁－V_b)÷dt²，

所述第一等效寄生参数电路中，V_a节点的电流关系为：

I_C1+I_R2+I_C2=0，

其中，I_C1=C₁×（dV_C1÷dt），I_R2=(V_a－V_b)÷R₂ ，I_C2=C₂×d(V_a－V_b)÷dt ，V_C1=V_b－0.7－I_C1R₁－V_a，

转换得到I_C1+I_R2+I_C2=0所对应的第一关系公式：

C₁×d(V_a－V_b－0.7±Ce^{－[t÷(R1×C1)]}) ÷dt +(V_a－V_b)÷R₂+C₂×d(V_a－V_b)÷dt=0 ，

其中，V_a－V_b对应所述谐振控制模块M3中的导通电压阈值V_gs ；

其中，所述第二等效寄生参数电路包括所述线圈电感L、所述第一分压电阻R1、所述第二分压电阻R2、所述第一等效电容C1、所述第二等效电容C2、第三等效电容C3、所述第四等效电容C4、第二等效二极管D2以及所述自举模块M4的升压二极管D3，其中，所述第一等效电容C1对应所述第一等效Cgd电容C32，所述第三等效电容C3对应第一等效Cds电容C29，所述第二等效电容C2对应所述第二等效Cgd电容C31和所述等效Cgs电容C33，所述第二等效二极管D2对应所述第二等效体二极管D03，所述第四等效电容C4对应所述谐振模块M2的电容，所述升压二极管D3对应所述升压二极管D12；

所述第二等效寄生参数电路中，所述第一触点AC1连接所述第四等效电容C4的第一端，所述第四等效电容C4的第二端连接所述第二等效二极管D2的负极，所述第二等效二极管D2的正极连接所述第二等效电容C2的第一端、所述第三等效电容C3的第一端以及所述第二分压电阻的第二端，所述第二等效电容C2的第二端和所述第二分压电阻的第一端合路后连接所述第一分压电阻的第二端，所述第三等效电容C3的第二端与所述第一等效电容C1的第一端合路后连接所述线圈电感L的第一端，所述第一分压电阻的第一端与所述第一等效电容C1的第二端合路后连接所述升压二极管D3的负极，所述升压二极管D3的正极连接所述线圈电感L的第二端和所述第二触点AC2，V_a节点对应所述第二分压电阻R2的第一端，V_b节点对应所述第二分压电阻R2的第二端；

所述第二等效寄生参数电路中V1和V2的电压关系如下，

V₂=V_L+V_C3+0.7+V_C4，其中V1即第一触点AC1，V2即第二触点VC2；

而该等效寄生参数电路中，V_a节点的电流关系为：

I_R1=I_R2+I_C2，

通过上述公式I_R1=I_R2+I_C2转换即可得到对应的第二关系公式：

(V₂－0.7－V_a)÷R1=(V_a－V_b)÷R₂+C₂×d(V_a－V_b)÷dt ，

其中，V_a－V_b对应所述谐振控制模块M3中的导通电压阈值V_gs 。