本发明涉及无线充电领域，特别是涉及一种无线充电接收端电路、无线充电系统及无线充电接收端芯片。
背景技术：
在无线充电应用中，尤其是利用usb功率传输协议或type-c功率传输协议的高输入电压的无线充电应用中，过压保护一直是一个十分棘手的问题。如图1所示的无线充电电路，在进行无线充电时，通过发射端tx在谐振电路sw1端口和sw2端口施加方波电压，在发射端线圈coil_tx中产生交流电流以及磁场，再通过接收端线圈coil_rx的耦合，完成能量从发射端tx到接收端rx的传输。因为该电路中发射端tx与接收端rx是通过磁场耦合传输能量，发射端tx与接收端rx没有物理连接，发射端tx与接收端rx是靠通信传递信息的，所以当发射端tx与接收端rx物理位置相对改变或者其他原因突然导致发射端tx输出能量远大于接收端rx需要的能量，发射端tx无法及时得知接收端rx能量已经过多，接收端rx就会产生过压现象。因此需要在接收端rx连接过压保护电路，保证过压时不会造成接收端rx损毁。如图1所示，现有技术中，一般采用直流放电的方式进行无线充电接收端rx的过压保护。通过比较器comparator判断整流电路的正向电压输出端vrect电压过高后，nmos开关导通放电，同时，电阻r也能承担部分能量，因此可以起到过压保护的作用，防止接收端rx损毁。但是，在电压或者功率很高的情况下，该直流过压保护电路中的电阻r发热，会导致接收端rx过热，甚至造成电路烧坏的情况。
技术实现要素：
本发明实施例的目的是提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种无线充电接收端电路、无线充电系统及无线充电接收端芯片。
作为本发明实施例的第一个方面，本发明实施例提供了一种无线充电接收端电路，包括：电压接收模块、整流模块和过压保护模块，所述整流模块与所述电压接收模块和所述过压保护模块分别连接；
所述过压保护模块包括过压检测电路和与过压检测电路连接的至少一个nmos开关；
所述至少一个nmos开关的漏极与所述整流模块的交流输入端之间连接至少一个电容。
在一个实施例中，可以是，所述整流模块具有两个交流输入端，所述两个交流输入端分别连接至少一个nmos开关。
在一个实施例中，可以是，所述至少一个nmos开关的源极与所述整流模块的反向电压输出端之间连接至少一个电阻。
在一个实施例中，可以是，无线充电接收端电路中，至少一个nmos开关的源极连接的至少一个电阻的阻值之和大于其漏极连接的至少一个电容的交流阻抗之和。
在一个实施例中，可以是，无线充电接收端电路中，所述过压检测电路包括电压比较器；
所述电压比较器的正向输入端与所述整流模块的正向电压输出端连接，所述电压比较器的反向输入端连接参考电压输出端，所述电压比较器的输出端与所述至少一个nmos开关的门极连接。
在一个实施例中，可以是，无线充电接收端电路中，所述电压接收模块包括接收端线圈，以及连接在接收端线圈两端的第一接收端电容和第二接收端电容。
在一个实施例中，可以是，无线充电接收端电路中，所述整流模块包括桥式整流电路。
作为本发明实施例的第二个方面，本发明实施例提供了一种无线充电系统，包括：无线充电发射端电路和上述任一项所述的无线充电接收端电路。
在一个实施例中，可以是，所述无线充电发射端电路包括：方波电源、与方波电源依次连接的发射端电容和发射端线圈。
作为本发明实施例的第三个方面，本发明实施例提供了一种无线充电接收端芯片，包括：上述任一项所述的无线充电接收端电路。
本发明实施例至少实现了如下技术效果：
本发明实施例提供的无线充电接收端电路，通过将过压保护模块连接在整流模块的交流输入端，采用电容连接在整流模块的交流输入端和nmos开关的漏极之间，当整流模块的正向输出电压超过电压阈值时，nmos开关导通，电容充电、使整流模块被过压保护模块旁路，降低整流模块的正向输出电压，对无线充电接收端进行过压保护，在实现过压保护过程中，过压响应速度快，可以防止电路过热，导致无线充电接收端损毁的情况。无线充电接收电路的交流过压保护实现电路结构简单、电路制造成本低、可靠性好。
本发明实施例提供的无线充电接收端电路，在nmos开关的源极连接至少一个电阻，利用源极负反馈的原理，能够处理更高幅度的过压程度而不会出现过热现象；同时，在nmos开关的源极连接电阻，在完成过压保护的同时也起到了限流作用。
附图说明
图1为现有技术中的无线充电电路的构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种无线充电电路的构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种无线充电电路的构示意图；
图4为图3所示的无线充电电路在过压保护启动后的等效电路图；
图5为本发明实施例提供的第三种无线充电电路的构示意图；
图6为本发明实施例提供的第四种无线充电电路的构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明提供了一种无线充电接收端电路，参照图2所示，该无线充电接收端电路包括：电压接收模块、整流模块和过压保护模块，整流模块与电压接收模块和过压保护模块分别连接；
过压保护模块包括过压检测电路和与过压检测电路连接的至少一个nmos开关；
其中，至少一个nmos开关的漏极与整流模块的交流输入端之间连接至少一个电容。
本发明实施例提供的无线充电接收端电路，通过将过压保护模块连接在整流模块的交流输入端，采用电容连接在整流模块的交流输入端和nmos开关的漏极之间，当整流模块的正向输出电压超过电压阈值时，nmos开关导通，电容充电、使整流模块被过压保护模块旁路，降低整流模块的正向输出电压，对无线充电接收端进行过压保护，在实现过压保护过程中，过压响应速度快，可以防止电路过热，导致无线充电接收端损毁的情况。无线充电接收电路的交流过压保护实现电路结构简单、电路制造成本低、可靠性好。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明实施例提供的无线充电接收端电路的各种具体实施方式进行详细的说明。
实施例1：
作为本发明实施例的一个实施方式，参照图2所示，电压接收模块包括接收端线圈coil_r，以及连接在接收端线圈coil_r两端的第一接收端电容cs和第二接收端电容cd；整流模块包括桥式整流电路，其具有两个交流输入端acp和acn、一个正向电压输出端vrect和一个反向电压输出端gnd；当接收端线圈coil_r通过磁场耦合从无线充电发射端tx获取电能后，桥式整流电路将交流电转换为直流电能，通过正向电压输出端vrect向外传输电能。为了在过压保护时电路形成完整的回路，在两个交流输入端acp和acn分别连接一个nmos开关nmos1和nmos2，并且，在整流模块的交流输入端acp和nmos开关nmos1的漏极之间连接一个电容c1，在整流模块的交流输入端acn和nmos开关nmos2的漏极之间连接一个电容c2。过压保护模块的过压检测电路还包括一个电压比较器comparator，电压比较器comparator的正向输入端与整流模块的正向电压输出端vrect连接，电压比较器comparator的反向输入端连接参考电压输出端ovp_th，电压比较器的输出端与两个nmos开关nmos1和nmos2的门极分别连接。两个nmos开关nmos1和nmos2的源极连接桥式整流电路的反向电压输出端gnd。
本发明实施例提供的无线充电接收端电路中，通过比较器将整流模块的正向输出电压vrect钳位在参考电压输出端ovp_th的预设的参考电压值，当整流模块的正向输出电压vrect超过预设的参考电压值时，控制两个nmos开关nmos1和nmos2导通，电流流过电容c1和nmos开关nmos1或电流流过电容c2和nmos开关nmos2，形成两个交流通路，实现过压保护。需要说明的是，本发明实施例中的nmos开关以及与nmos开关连接的电容的数量，在实际使用时，可以根据需求进行设置。
实施例2：
作为本发明实施例的另一个实施方式，在本发明图2所示的无线充电接收端电路的基础上，还可以在每个nmos开关的源极与所述整流模块的反向电压输出端gnd之间连接至少一个电阻。参照图3所示，在两个nmos开关nmos1和nmos2与桥式整流电路的反向电压输出端gnd之间分别连接一个电阻r1和r2。
本发明实施例提供的无线充电接收端电路中，通过比较器将整流模块的正向输出电压vrect钳位在预设的参考电压值，当整流模块的正向输出电压vrect超过预设的参考电压值时，控制两个nmos开关nmos1和nmos2导通，电流流过电容c1、nmos开关nmos1以及电阻r1形成交流通路1，或，电流流过电容c2、nmos开关nmos2以及电阻r2形成交流通路2。在过压保护过程中，当交流通路1的电流i1增加时，电路在r1上的压降增大，因为r1上的压降v1＝i1*r1。而vgs＝vg-v1，其中，vgs为nmos开关nmos1门极与源极之间的电压，vg为nmos开关nmos1的门极gate端电压。当v1增加时，nmos开关nmos1的导通电压vgs自然减小，从而形成负反馈，限制交流通路1的电流i1。交流通路2的工作原理与交流通路1相同，在此不再赘述。
本发明实施例中，在nmos开关的源极连接至少一个电阻，利用源极负反馈的原理，能够处理更高幅度的过压程度而不会出现过压过热现象；同时，在nmos开关的源极连接电阻，在完成过压保护的同时也起到了限流作用。
当然，本发明实施例中，在实际使用时为了达到所需要的过压保护效果，nmos开关以及与nmos开关连接的电容和电阻的数量和大小也可以根据需求进行设置。
在一个具体实施例中，参照图3所示的无线充电接收端电路，nmos开关nmos1的源极连接的电阻r1的阻值大于其漏极连接的电容c1的交流阻抗，nmos开关nmos2的源极连接的电阻r2的阻值大于其漏极连接的电容c2的交流阻抗，即r1>1/jωc1，r2>1/jωc2，其中，ω＝2πf，f为工作频率。
本发明实施例提供的无线充电接收端电路中，由于无线充电接收端的接收端线圈和接收端电容产生谐振电路，容易导致无线充电发射端到无线充电接收端交流增益大于1的情况发生，引起更严重的过压情况发生。通过在nmos开关的漏极连接的电容虽然破坏了电压接收模块中原始的谐振电路，但是电路中电容增大，使得交流增益曲线变的更陡峭，频率峰值变大，所以再采用nmos开关源极连接电阻，通过设置nmos开关的源极连接的电阻的阻抗大于漏极连接的电容的交流阻抗，使电路中交流增益曲线的频率峰值降低，从而避开交流增益大于1的位置，避免过压保护模块工作时，在电路中输入电压的频率升高时，引起更严重的过压情况发生。
图3中的无线充电接收端电路的其他组成结构和连接方式与实施例1中的无线充电接收端电路相类似，具体的电路实现过程，可以参见上述实施例1中的详细描述，在此不再赘述。
本发明实施例图3所示的无线充电接收端电路在过压保护启动后的工作情况，由于过压保护模块的nmos开关导通，电流由无线充电接收端流过电容c1、nmos开关nmos1和电阻r1，或流经电容c2、nmos开关nmos2和电阻r2，整流模块rectifier被过压保护模块有效旁路，电流通过无线充电接收端电容c1、nmos开关nmos1和电阻r1，或电容c2、nmos开关nmos2和电阻r2之后返回电压接收模块。为了更清楚的描述图3所示的无线充电接收端电路在过压保护启动后的工作情况，将过压保护启动后的电路等效为图4所示的电路，其中，r_n1是nmos开关nmos1和电阻r1的等效电路，即r_n1的电阻值等于nmos开关nmos1的电阻值加上电阻r1的电阻值，因此，r_n1相当于一个自适应可变电阻，完成过压保护的同时也起到了限流作用。同理，r_n2是nmos开关nmos2和电阻r2的等效电路。利用nmos开关源极负反馈的原理，合理的设置r1与r2的电阻能够更好的达到过压保护的结果，能够处理更高幅度的过压程度而不会出现过压过热现象，同时，实现过压保护模块的电路限流，例如，选取电阻r1的阻值5欧姆，在控制nmos开关nmos1的门极电压vg是5v的情况下，可以有效保证过压保护模块的电路限流在1a以下。
本发明的发明人在发明试验过程中，还进行了多次试验，并取得了比现有技术更优的效果，由于本发明涉及的技术领域是一个相对成熟的技术领域，现有可用的技术手段已经被充分公开，下面通过两个具体实施例3和实施例4，说明本发明实现过程中，发明人对现有技术进行改进的难点，以消除本领域技术人员由于认知水平不同，造成对本发明所采用的技术手段的认知差异。
实施例3：
作为本发明实施例的另一个实施方式，参照图5所示，现有技术的无线充电接收端电路的基础上，发明人采用源极负反馈的直流过压保护方式，将现有技术图1中的电阻r连接到nmos开关的源极，从而使noms开关nmos1和电阻r1构成一个源极负反馈电路。当整流模块的正向电压输出端vrect的电压超过连接在电压比较器comparator的反向输入端连接参考电压输出端ovp_th的预设的参考电压值时，noms开关nmos1导通，导通电流i1流过电阻r1，此时，电阻r1的电压v1＝i1*r1。随着电流i1的增大，电压v1升高，而vgs＝vg-v1，其中，vgs为nmos开关nmos1门极与源极之间的电压，vg为nmos开关nmos1的门极gate端电压，当v1增加时，vg-v1变小，vgs减小i1就会减小。因为nmos开关在饱和区工作时，电流i1正比于(vgs-vth)的平方，从而达到限流的目的。
图5中的无线充电接收端电路的其他组成结构和连接方式与实施例1或实施例2中的无线充电接收端电路相类似，具体的电路实现过程，可以参见上述实施例1或实施例2中的详细描述，在此不再赘述。
当然，本发明实施例中，在实际使用时为了达到所需要的过压保护效果，nmos开关以及与nmos开关连接的电阻的数量和大小也可以根据需求进行设置。
实施例4：
作为本发明实施例的另一个实施方式，参照图6所示，在图5所示的无线充电接收端电路的基础上，发明人采用源极负反馈的交流过压保护方式，在整流模块的两个交流输入端acp和acn分别连接一个nmos开关nmos1和nmos2，过压保护模块的过压检测电路的电压比较器comparator的正向输入端与整流模块的正向电压输出端vrect连接，电压比较器comparator的反向输入端连接参考电压输出端ovp_th，电压比较器的输出端与两个nmos开关nmos1和nmos2的门极分别连接。两个nmos开关nmos1和nmos2的源极分别连接电阻r1和电阻r2，再连接到整流模块的反向电压输出端gnd。从而使noms开关nmos1和电阻r1、noms开关nmos2和电阻r2分别构成一个源极负反馈电路。当整流模块的正向电压输出端vrect的电压超过连接在电压比较器comparator的反向输入端连接参考电压输出端ovp_th的预设的参考电压值时，noms开关nmos1导通，导通电流i1流过电阻r1，此时，电阻r1的电压v1＝i1*r1。随着电流i1的增大，电压v1升高，而vgs＝vg-v1，其中，vgs为nmos开关nmos1门极与源极之间的电压，vg为nmos开关nmos1的门极gate端电压。当v1增加时，vg-v1变小，vgs减小，i1就会减小。因为nmos开关在饱和区工作时，电流i1正比于(vgs-vth)的平方，从而达到限流的目的。同理，在noms开关nmos2导通，导通电流i2流过电阻r2时，也可以实现相同的限流目的。
图6中的无线充电接收端电路的其他组成结构和连接方式与实施例1或实施例2中的无线充电接收端电路相类似，具体的电路实现过程，可以参见上述实施例1或实施例2中的详细描述，在此不再赘述。
当然，本发明实施例中，在实际使用时为了达到所需要的过压保护效果，nmos开关以及与nmos开关连接的电阻的数量和大小也可以根据需求进行设置。
实施例5：
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种无线充电系统，包括：无线充电发射端电路和上述任一实施例所描述的无线充电接收端电路。
在一个实施例中，参照图2或图3所示，无线充电发射端电路包括：方波电源、与方波电源依次连接的发射端电容ctx和发射端线圈coil-tx。
本发明实施例提供的无线充电系统，通过上述实施例1至实施例4任一无线充电接收端电路实现电路过压保护，结构简单，可靠性好，实现降低电路成本。
实施例6：
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种无线充电接收端芯片，包括：上述任一实施例所描述的无线充电接收端电路。
本发明实施例提供的无线充电接收端芯片，通过上述实施例1至实施例4任一无线充电接收端电路实现电路过压保护，结构简单，可靠性好，实现降低电路成本。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
技术特征：
1.一种无线充电接收端电路，其特征在于，包括：电压接收模块、整流模块和过压保护模块，所述整流模块与所述电压接收模块和所述过压保护模块分别连接；
所述过压保护模块包括过压检测电路和与过压检测电路连接的至少一个nmos开关；
所述至少一个nmos开关的漏极与所述整流模块的交流输入端之间连接至少一个电容。
2.如权利要求1所述的无线充电接收端电路，其特征在于，所述整流模块具有两个交流输入端，所述两个交流输入端分别连接至少一个nmos开关。
3.如权利要求2所述的无线充电接收端电路，其特征在于，所述至少一个nmos开关的源极与所述整流模块的反向电压输出端之间连接至少一个电阻。
4.如权利要求3所述的无线充电接收端电路，其特征在于，所述至少一个nmos开关的源极连接的至少一个电阻的阻值之和大于其漏极连接的至少一个电容的交流阻抗之和。
5.如权利要求1所述的无线充电接收端电路，其特征在于，所述过压检测电路包括电压比较器；
所述电压比较器的正向输入端与所述整流模块的正向电压输出端连接，所述电压比较器的反向输入端连接参考电压输出端，所述电压比较器的输出端与所述至少一个nmos开关的门极连接。
6.如权利要求1-5任一项所述的无线充电接收端电路，其特征在于，所述电压接收模块包括接收端线圈，以及连接在接收端线圈两端的第一接收端电容和第二接收端电容。
7.如权利要求1-5任一项所述的无线充电接收端电路，其特征在于，所述整流模块包括桥式整流电路。
8.一种无线充电系统，其特征在于，包括：无线充电发射端电路和权利要求1-7任一项所述的无线充电接收端电路。
9.如权利要求8所述的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电发射端电路包括：方波电源、与方波电源依次连接的发射端电容和发射端线圈。
10.一种无线充电接收端芯片，其特征在于，包括：权利要求1-7任一项所述的无线充电接收端电路。
技术总结
本发明公开一种无线充电接收端电路、相关电路和芯片，其中，无线充电接收端电路包括：电压接收模块、整流模块和过压保护模块，所述整流模块与所述电压接收模块和所述过压保护模块分别连接；所述过压保护模块包括过压检测电路和与过压检测电路连接的至少一个NMOS开关；所述至少一个NMOS开关的漏极与所述整流模块的交流输入端之间连接至少一个电容。本发明实施例提供的无线充电接收端电路，在实现过压保护过程中，过压响应速度快，可以防止电路过热，导致无线充电接收端损毁的情况。无线充电接收电路的交流过压保护实现电路结构简单、电路制造成本低、可靠性好。
技术研发人员：赵利杰;郭越勇;程康康
受保护的技术使用者：美芯晟科技(北京)有限公司
技术研发日：.10.30
技术公布日：.02.18
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