一种交流电流传感器及无线充电芯片

技术领域

本申请涉及无线电力传输领域，特别涉及一种交流电流传感器及无线充电芯片。

背景技术

智能设备的充电逐渐从有线充电向无线充电发展。无线充电的原理是通过发射器和接收器之间的电路耦合实现电力传输，其中，发射器设置在无线充电设备中，接收器设置在智能设备中，发射器中设置有发射线圈(TX线圈)，接收器中设置有接收线圈(RX线圈)。TX线圈能否准确耦合对应的RX线圈决定了无线充电设备是否能够准确地对智能设备进行充电，而耦合是否准确取决于发射器对接收器中RX线圈的电流测量是否准确，发射器还可以通过电流测量来判断接收器是否需要充电或者完成充电。

发射器可以通过设置交流电流传感器来测量TX线圈的电流，再计算得到RX线圈的电流。TX线圈通常包括串联的一个电感和一个电容，常规的交流电流传感器可以利用一个次级线圈来靠近电感，并测量出次级线圈的电流，由于次级线圈的电流与初级线圈的电流成正比，因此可以根据次级线圈的电流和比例得到电感的电流，并将电感的电流作为测得的TX线圈的电流。

然而，这种交流电流传感器由于依靠次级线圈进行测量，因此无法集成，占用面积较大，并且测量的误差也较大。

发明内容

本申请提供了一种交流电流传感器及无线充电芯片，可用于解决常规的交流电流传感器测量TX线圈的电流精度较低、不易集成的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种交流电流传感器，包括：

积分电路，被配置为通过所述积分电路的第一输入端接收第一电感电压V

微分电路，被配置为通过所述微分电路的第一输入端接收第一电容电压V

校准电路，被配置为基于所述第一电容电压V

其中，在校准完成后，所述微分电路输出的第二电容电压V

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述校准电路包括：

时钟电路，被配置为根据所述第一电容电压V

逻辑电路，所述逻辑电路的输出端分别与所述积分电路的第二输入端和所述微分电路的第二输入端耦接，所述逻辑电路用于根据所述第四时钟信号CLK4，同时调节所述第一可调电阻和所述第二可调电阻的阻值；

第一采样保持电路，所述第一采样保持电路的第一输入端与所述积分电路的输出端耦接，所述第一采样保持电路用于根据所述第一时钟信号CLK1和所述第二时钟信号CLK2，对所述第二电感电压V

第二采样保持电路，所述第二采样保持电路的第一输入端与所述微分电路的输出端耦接，所述第二采样保持电路用于根据所述第一时钟信号CLK1和所述第二时钟信号CLK2，对所述第二电容电压V

比较器，所述比较器的第一输入端与所述第一采样保持电路的输出端耦接，所述比较器的第二输入端与所述第二采样保持电路的输出端耦接；所述比较器用于根据所述第三时钟信号CLK3，实时比较所述第三电感电压V

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述第一可调电阻和所述第二可调电阻结构相同，均包括：

串联设置的固定电阻和多个可变电阻，每个可变电阻的阻值与所述固定电阻的阻值存在预设比例关系；

多个可调开关，所述多个可调开关与所述多个可变电阻一一对应，所述可调开关并联在对应的可变电阻的两端，所述可调开关包括用于接收开关控制信号的控制输入端，所述可调开关用于在所述开关控制信号的控制下进行通断。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述逻辑电路包括：依次连接的多个触发器和多个逻辑门，所述多个触发器、所述多个逻辑门与所述第一可调电阻的多个可调开关或者所述第二可调电阻的多个可调开关一一对应；

所述逻辑门的第一输入端与对应的触发器的第一输出端耦接，所述逻辑门的输出端分别与下一个逻辑门的第二输入端和下一个逻辑门对应的触发器的第一输入端耦接，其中，位于第一个的逻辑门的第二输入端和对应的触发器的第一输入端用于接收所述比较器输出的状态信号；

每个所述触发器的第二输入端用于接收所述第四时钟信号CLK4，每个所述触发器的第三输入端用于接收第一使能信号，每个所述触发器的第二输出端与对应的可调开关的控制输入端耦接，每个所述触发器的第二输出端用于输出对应的可调开关的开关控制信号。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述第一采样保持电路和所述第二采样保持电路的结构相同，均包括第一触发开关、第一运算放大器、第二触发开关和第二运算放大器；

所述第一触发开关的第一端用于接收对应的所述第二电感电压V

所述第一触发开关的第二端还连接有第一接地电容，所述第二触发开关的第二端还连接有第二接地电容，所述第一触发开关的第三端用于接收所述第一时钟信号CLK1，所述第二触发开关的第三端用于接收所述第二时钟信号CLK2。

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述积分电路还包括：与所述第一可调电阻串联的第一电容；

所述第一可调电阻远离所述第一电容的一端，以及所述第一电容远离所述第一可调电阻的一端共同被配置为所述积分电路的第一输入端，所述第一电容两端的电压被配置为所述第二电感电压V

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述微分电路还包括：与所述第二可调电阻串联的第二电容；

所述第二可调电阻远离所述第二电容的一端，以及所述第二电容远离所述第二可调电阻的一端共同被配置为所述微分电路的第一输入端，所述第二可调电阻两端的电压被配置为所述第二电容电压V

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，还包括：

第一滤波电路，所述第一滤波电路用于对所述TX线圈中电感两端的电压V

第二滤波电路，所述第二滤波电路用于对所述TX线圈中电容两端的电压V

结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，流经所述TX线圈的电流通过以下公式确定：

其中，I

第二方面，本申请实施例还提供一种无线充电芯片，包括如第一方面及各种可实现方式中的交流电流传感器。

本申请实施例提供一种交流电流传感器及无线充电芯片，交流电流传感器带有电流校准功能，校准过程无需使用商用电流传感器提供参考电流，可以校准微分电路和积分电路的时间常数，使其不受工艺变化的影响，进而校准后电流检测精度不受片上元件参数影响，电流测量精度较高，而且结构紧凑，易于集成。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是常规的交流电流传感器的电路结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种交流电流传感器的整体结构示意图；

图3是图2中积分电路的结构示意图；

图4是图2中微分电路的结构示意图；

图5是图3中第一可调电阻和图4中第二可调电阻的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的时钟电路的结构示意图；

图7是图6所示时钟电路输出的信号时序波形示例示意图；

图8是本申请实施例提供的逻辑电路的结构示意图；

图9是本申请实施例提供的第一采样保持电路和第二采样保持电路的结构示意图；

图10是本申请实施例提供的比较器的结构示意图；

图11是图10所示比较器的输出结果的一个示意图；

图12是本申请实施例提供的校准电路的整体时序逻辑示意图；

图13是图2中第一滤波电路和第二滤波电路的结构示意图；

图14是本申请实施例提供的交流电流传感器在校准的过程中第二电感电压和第二电容电压的信号波形时序示意图；

图15是本申请实施例提供的电压测量电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

下面首先对常规的交流电流传感器进行介绍。

图1是常规的交流电流传感器的电路结构示意图。参照图1所示，设置在发射器中的TX线圈通常包括串联的一个电感L

结构a所示的交流电流传感器是插入一个已知的电阻作为检测电阻R

结构b所示的交流电流传感器是利用一个次级线圈来靠近电感L

结构c所示的交流电流传感器是构建一个与功率晶体管并联的SensFET器件，检测通过SensFET器件的电流，再根据晶体管和SensFET器件的宽度确定通过晶体管的电流，然而，这种方法中晶体管尺寸失配会降低电流检测精度。

结构d所示的交流电流传感器广泛应用于DC-DC转换器(Direct current-Directcurrent converter)，但是在发射器中存在多个TX线圈的情况下，RX线圈和TX线圈之间的耦合会影响电流检测精度。

通过常规的交流电流传感器的实现结构可以发现，常规的交流电流传感器存在测量TX线圈的电流精度较低、不易集成的技术问题。为了解决常规的交流电流传感器存在的技术问题，本申请通过以下实施例公开了一种交流电流传感器。本申请实施例提供的交流电流传感器应用于无线充电设备，用于测量流经对应TX线圈的电流。需要说明的是，无线充电设备中可以设置一个TX线圈，也可以设置多个TX线圈，本申请实施例对此不作具体限定。

图2是本申请实施例提供的一种交流电流传感器的整体结构示意图。参照图2所示，本申请实施例提供的交流电流传感器包括积分电路100、微分电路200和校准电路300。其中，积分电路100被配置为通过积分电路100的第一输入端接收第一电感电压V

微分电路200被配置为通过微分电路200的第一输入端接收第一电容电压V

校准电路300被配置为基于第一电容电压V

如此，本申请实施例提供的交流电流传感器带有电流校准功能，校准过程无需使用商用电流传感器提供参考电流，可以校准微分电路和积分电路的时间常数，使其不受工艺变化的影响，进而校准后电流检测精度不受片上元件参数影响，电流测量精度较高，而且结构紧凑，易于集成。

下面首先对本申请实施例提供的交流电流传感器的各个电路进行介绍。

图3是图2中积分电路的结构示意图。参照图3所示，在一些实施例中，积分电路100可以包括第一可调电阻110以及与第一可调电阻110串联的第一电容120。第一可调电阻110远离第一电容120的一端，以及第一电容120远离第一可调电阻110的一端共同被配置为积分电路100的第一输入端，第一电容120两端的电压被配置为第二电感电压V

图4是图2中微分电路的结构示意图。参照图4所示，在一些实施例中，微分电路200可以包括第二可调电阻210以及与第二可调电阻210串联的第二电容220。第二可调电阻210远离第二电容220的一端，以及第二电容220远离第二可调电阻210的一端共同被配置为微分电路200的第一输入端，第二可调电阻210两端的电压被配置为第二电容电压V

图5是图3中第一可调电阻和图4中第二可调电阻的结构示意图。参照图5所示，本申请实施例中，第一可调电阻110和第二可调电阻210的结构相同，均包括串联设置的固定电阻111、多个可变电阻112以及多个可调开关113，每个可变电阻112的阻值与固定电阻111的阻值存在预设比例关系。在一个示例中，如图5所示，可变电阻112的数量可以为5个，阻值分别为R

在一些实施例中，本申请实施例提供的校准电路可以包括时钟电路、逻辑电路、第一采样保持电路、第二采样保持电路和比较器。

图6是本申请实施例提供的时钟电路的结构示意图。时钟电路310被配置为根据第一电容电压V

参照图6所示，在一些实施例中，时钟电路310可以包括第一过零检测器311、第一反相器3121、第二反相器3122、第三反相器3123、第四反相器3124、第五反相器3125、第六反相器3126、第七反相器3127、延时器313、第一与门电路3141、第二与门电路3142、第三与门电路3143、第四与门电路3144、第一信号频率取值电路3151、第二信号频率取值电路3152以及或门电路316。第一电容电压V

图8是本申请实施例提供的逻辑电路的结构示意图。逻辑电路320的输出端分别与积分电路的第二输入端和微分电路的第二输入端耦接，逻辑电路320用于根据第四时钟信号CLK4，同时调节第一可调电阻和第二可调电阻的阻值。

参照图8所示，在一些实施例中，逻辑电路320可以包括依次连接的多个触发器321和多个逻辑门322，多个触发器321、多个逻辑门322与第一可调电阻的多个可调开关或者第二可调电阻的多个可调开关一一对应。逻辑门322的第一输入端与对应的触发器321的第一输出端(Q端)耦接，逻辑门322的输出端分别与下一个逻辑门322的第二输入端和下一个逻辑门322对应的触发器321的第一输入端耦接，其中，位于第一个的逻辑门322的第二输入端和对应的触发器321的第一输入端(T端)用于接收比较器输出的状态信号STATE。每个触发器321的第二输入端(>端)用于接收第四时钟信号CLK4，每个触发器321的第三输入端(CLR端)用于接收第一使能信号EN，每个触发器321的第二输出端(QB端)与对应的可调开关的控制输入端耦接，每个触发器321的第二输出端(QB端)用于输出对应的可调开关的开关控制信号。例如：结合图5和图8，位于第一个的触发器321的第二输出端输出第五个可变电阻对应的可调开关的开关控制信号SW0，位于第二个的触发器321的第二输出端输出第四个可变电阻对应的可调开关的开关控制信号SW1，位于第三个的触发器321的第二输出端输出第三个可变电阻对应的可调开关的开关控制信号SW2，位于第四个的触发器321的第二输出端输出第二个可变电阻对应的可调开关的开关控制信号SW3，位于第五个的触发器321的第二输出端输出第一个可变电阻对应的可调开关的开关控制信号SW4。

图9是本申请实施例提供的第一采样保持电路和第二采样保持电路的结构示意图。本申请实施例中第一采样保持电路330的第一输入端与积分电路的输出端耦接，第一采样保持电路330用于根据第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2，对第二电感电压V

参照图9所示，在一些实施例中，第一采样保持电路330和第二采样保持电路340的结构相同，均包括第一触发开关331、第一运算放大器332、第二触发开关333和第二运算放大器334。第一触发开关331的第一端用于接收对应的第二电感电压V

图10是本申请实施例提供的比较器的结构示意图。本申请实施例中比较器350的第一输入端与第一采样保持电路的输出端耦接，比较器350的第二输入端与第二采样保持电路的输出端耦接。比较器350用于根据第三时钟信号CLK3，实时比较第三电感电压V

参照图10所示，在一些实施例中，结构e为比较器350的逻辑结构，结构f为比较器350的具体设计结构，结构e和结构f表示相同的结构。其中，S表示SET端，R表示RESET端，EN表示使能端，V

图11是图10所示比较器的输出结果的一个示意图。参照图11所示，由于初始时第一可调电阻和第二可调电阻的阻值均处于最小值，所以V

图12是本申请实施例提供的校准电路的整体时序逻辑示意图。参照图12所示，CLK1是频率为f

图13是图2中第一滤波电路和第二滤波电路的结构示意图。本申请实施例中第一滤波电路用于对TX线圈中电感L

参照图13所示，在一些实施例中，第一滤波电路包括第一衰减器(Attenuator)410、第一低通滤波器(LPF)420、第二衰减器(Attenuator)430、第二低通滤波器(LPF)440和第一作差电路450，具体地，第一接线点A处的电压经第一衰减器410衰减和第一低通滤波器420低通滤波后，消除频率f0以外的其他频率分量，得到的信号输入第一作差电路450，第二接线点B处的电压经第二衰减器430衰减和第二低通滤波器440低通滤波后，消除频率f0以外的其他频率分量，得到的信号也输入第一作差电路450，两路电压信号作差得到第一电感电压V

第二滤波电路包括第三衰减器(Attenuator)510、第三低通滤波器(LPF)520、第四衰减器(Attenuator)、第四低通滤波器(LPF)和第二作差电路530。第四衰减器(Attenuator)、第四低通滤波器(LPF)可以分别用第二衰减器(Attenuator)430和第二低通滤波器(LPF)440替代，即第二接线点B处的电压可以合并为一路进行滤波处理。具体地，第二接线点B处的电压经第二衰减器430衰减和第二低通滤波器440低通滤波后，消除频率f0以外的其他频率分量，得到的信号同时输入第二作差电路530，第三接线点C处的电压经第三衰减器510衰减和第三低通滤波器520低通滤波后，消除频率f0以外的其他频率分量，得到的信号也输入第二作差电路530，两路电压信号作差得到第一电容电压V

本申请实施例中，第一滤波电路和第二滤波电路中各个衰减器的衰减系数相同，均为β。如此，低通滤波器用于消除f

图14是本申请实施例提供的交流电流传感器在校准的过程中第二电感电压和第二电容电压的信号波形时序示意图。参照图14所示，对于片上实现，微分电路和积分电路所使用的时间常数RC相同，由于时间常数RC随着工艺变化，电流检测精度会降低。所以，为了补偿电流传感器中微分电路的电阻R和微分电路的电容C的变化，TX线圈中电感两端的电压V

公式(1)中，f

本申请实施例中，经过时间常数RC校准以后，微分电路输出的第二电容电压V

公式(2)中，I

公式(2)具体可以通过以下公式(3)推导得出：

公式(3)中，I

在经过校准后，V

另外，本申请实施例提供的交流电流传感器还可以包括电压测量电路，可以用于测量TX线圈两端的电压以及相位信息。

图15是本申请实施例提供的电压测量电路的结构示意图。参照图15所示，电压测量电路600包括第三作差电路610、第三采样保持电路(S&H)620、第二时钟电路(CLKgenerator II)630、第二过零检测器640、第三过零检测器650、异或门660和第五低通滤波器(LPF)670。第三作差电路610对第一接线点A处的电压V

如此，本申请实施例提供的交流电流传感器带有电流校准功能，校准过程无需使用商用电流传感器提供参考电流，可以校准微分电路和积分电路的时间常数，使其不受工艺变化的影响，进而校准后电流检测精度不受片上元件参数影响，电流测量精度较高，而且结构紧凑，易于集成。

另外，本申请实施例还提供一种无线充电芯片，包括上述申请实施例中的交流电流传感器，结构紧凑，集成程度较高，整体面积较小，而且电流检测精度不受片上元件参数影响，电流测量精度较高。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。