用于無線充電系統(tǒng)的單級整流和調(diào)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及無線充電系統(tǒng)，具體地涉及用于無線充電系統(tǒng)的整流運行和調(diào)節(jié)運 行。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無線充電系統(tǒng)中，多重電源轉(zhuǎn)換級對被從電源傳送至電池（負載）的能量進行 處理。系統(tǒng)效率被定義為輸出功率（負載處）與輸入功率（來自電源）之比，并且是每個電 源轉(zhuǎn)換級的效率的乘積。因此，減少電源轉(zhuǎn)換級的數(shù)量對于維持高系統(tǒng)效率是有利的。通 常，假定DC電源向系統(tǒng)提供輸入。實際上，DC電源其本身是來自AC電源的多重轉(zhuǎn)換級的 副產(chǎn)物，進一步加重了該問題。
[0003] 功率發(fā)送器（transmitter)由斬波電路、諧振網(wǎng)絡(luò)和初級線圈組成，該斬波電路 是全橋配置或半橋配置，該諧振網(wǎng)絡(luò)由電感器和電容器的一些配置組成。功率接收器具有 次級線圈、整流級（rectificationstage)和降壓轉(zhuǎn)換器（使用外部濾波器部件），假如不 用考慮效率該整流級由同步整流器或簡單二極管形成，該降壓轉(zhuǎn)換器向被充電的電池提供 調(diào)節(jié)。該初級線圈和次級線圈之間的物理分離改變該諧振網(wǎng)絡(luò)的特性，并因此改變功率傳 輸能為。
[0004] 許多商業(yè)產(chǎn)品將接收器的整流器級使用在開路環(huán)路中，緊接著是用于向負載提供 調(diào)節(jié)的降壓轉(zhuǎn)換器級。該整流器級的開關(guān)通常與諧振波形同步，該諧振波形被整流W提高 二極管整流器的效率。由開關(guān)組成的降壓轉(zhuǎn)換器向負載提供調(diào)節(jié)。如果輸入功率需要被調(diào) 節(jié)，該接收器與發(fā)送器進行通信。然而，該方式要求該功率接收器具有兩級W用于對被充電 的電池的電壓或電流進行調(diào)節(jié)，使得該接收器難W達到非常高的效率。另外，非隔離的DC/ DC調(diào)節(jié)器通常是降壓轉(zhuǎn)換器，該降壓轉(zhuǎn)換器為簡單起見是硬開關(guān)化ard-swit化ed)拓撲。 因此，為了增加開關(guān)頻率W使電感縮小和克服磁性部件技術(shù)的限制導致較低效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)一種用于無線功率接收器的整流和調(diào)節(jié)電路的實施例，該電路包括線圈、全 波整流器和控制單元。該全波整流器具有第一可控的整流器對，該第一可控的整流器對包 括第一晶體管和第二晶體管，該第一晶體管被連接至該線圈的第一端子，該第二晶體管被 連接至該線圈的第二端子。該控制單元可被操作來控制該全波整流器的晶體管的開關(guān)，從 而該全波整流器（a)通過對流經(jīng)該線圈的電流或?qū)υ摼€圈兩端的電壓進行整流生成被整 流的輸出，該被整流的輸出用于對該無線功率接收器的電池進行充電，W及化）調(diào)節(jié)該被 整流的輸出。
[0006] 根據(jù)一種用于無線功率接收器的整流和調(diào)節(jié)方法的實施例，該無線功率接收器使 用包括全波整流器的電路，該全波整流器具有第一可控的整流器對，該第一可控的整流器 對包括第一晶體管和第二晶體管，該第一晶體管被連接至線圈的第一端子，該第二晶體管 被連接至該線圈的第二端子，該方法包括：開關(guān)該全波整流器的該晶體管，從而該全波整流 器通過對流經(jīng)該線圈的電流或?qū)υ摼€圈兩端的電壓進行整流生成被整流的輸出，用于對該 無線功率接收器的電池進行充電；開關(guān)該全波整流器的該晶體管，W調(diào)節(jié)該被整流的輸出。
[0007] 根據(jù)一種無線功率接收器的實施例，該接收器包括電池、濾波器、線圈、全波整流 器和控制單元，該濾波器被連接至該電池，該線圈用于對該電池進行充電，該全波整流器將 該線圈連接至該濾波器。該全波整流器具有第一可控的整流器對，該第一可控的整流器對 包括第一晶體管和第二晶體管，該第一晶體管被連接至該線圈的第一端子，該第二晶體管 被連接至該線圈的第二端子。該控制單元可被操作來控制該全波整流器的晶體管的開關(guān)， 從而該全波整流器（a)通過對流經(jīng)該線圈的電流或?qū)υ摼€圈兩端的電壓進行整流生成被 整流的輸出，該被整流的輸出用于對該電池進行充電，W及化）調(diào)節(jié)該被整流的輸出。
[0008] 通過閱讀下面的【具體實施方式】W及參看附圖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認識到其他 的特征和化點。
【附圖說明】
[0009] 附圖中的元件不一定是相對彼此按比例的。相似的附圖標記指相應的類似部件。 各種所示實施例的特征能夠被結(jié)合，除非其彼此排斥。實施例在附圖中被示出，并且在接下 來的【具體實施方式】中進行了詳細說明。
[0010] 圖1示出了一種無線充電系統(tǒng)的實施例的方框圖，該無線充電系統(tǒng)包括具有單個 的整流和調(diào)節(jié)級的功率接收器；
[0011] 圖2示出了一種圖1中的功率接收器的實施例的方框圖，該功率接收器被實施為 電壓型諧振轉(zhuǎn)換器；
[0012] 圖3示出了與運行圖2的功率接收器相關(guān)聯(lián)的各種波形，該運行使用交替邊沿調(diào) 制（alternate-edgemodulation)W實現(xiàn)整流和調(diào)節(jié)；
[0013] 圖4示出了一種圖1中的功率接收器的實施例的方框圖，該功率接收器被實施為 電流型諧振轉(zhuǎn)換器；
[0014] 圖5示出了與運行圖4的功率接收器相關(guān)聯(lián)的各種波形，該運行使用交替邊沿調(diào) 制W實現(xiàn)整流和調(diào)節(jié)；
[0015] 圖6示出了與運行圖4的功率接收器相關(guān)聯(lián)的各種波形，該運行使用具有后沿調(diào) 制（trailing-edgemodulation)的相位偏移調(diào)制（phase-shiftmodulation)W實現(xiàn)整流 和調(diào)節(jié)；
[0016] 圖7示出了與運行圖4的功率接收器相關(guān)聯(lián)的各種波形，該運行使用具有前沿調(diào) 制（leading-edgemodulation)的相位偏移調(diào)制W實現(xiàn)整流和調(diào)節(jié)；
[0017] 圖8示出了與運行圖4的功率接收器相關(guān)聯(lián)的各種波形，該運行使用具有交替邊 沿調(diào)制的相位偏移調(diào)制W實現(xiàn)整流和調(diào)節(jié)；
[0018] 圖9示出了另一種圖1中的功率接收器的實施例的方框圖，該功率接收器被實施 為僅具有一對可控的整流器和中央抽頭（centertap)配置；
[0019] 圖10示出了與運行圖9的功率接收器相關(guān)聯(lián)的各種波形，該運行使用交替邊沿調(diào) 制W實現(xiàn)整流和調(diào)節(jié)；
[0020] 圖11示出了一種零交叉（zero-crossing)檢測電路的實施例的方框圖，該檢測電 路與具有單個整流和調(diào)節(jié)級的無線功率接收器的電流型諧振轉(zhuǎn)換器一起使用；
[0021] 圖12示出了另一種零交叉檢測電路的實施例的方框圖，該檢測電路與具有單個 整流和調(diào)節(jié)級的無線功率接收器的電流型諧振轉(zhuǎn)換器一起使用；
[0022] 圖13示出了另一種零交叉檢測電路的實施例的方框圖，該檢測電路與具有單個 整流和調(diào)節(jié)級的無線功率接收器的電流型諧振轉(zhuǎn)換器一起使用。
【具體實施方式】
[0023] 本文中所描述的實施例在無線充電系統(tǒng)中使用次級側(cè)控制，該允許較大程度上的 可控性。該無線充電系統(tǒng)的功率接收器包括次級線圈、全波整流器和控制單元。該全波整 流器具有第一可控的整流器對，該第一可控的整流器對包括第一晶體管和第二晶體管，該 第一晶體管被連接至該線圈的第一端子，該第二晶體管被連接至該線圈的第二端子。如本 文中稍后更加詳細進行說明的，根據(jù)中央抽頭配置是否被使用，該全波整流器可僅具有該 第一可控的整流器對，或者還可包括第二可控的整流器對。無論哪種情況下，該控制單元可 被操作來控制該全波整流器的晶體管的開關(guān)，從而該全波整流器（a)通過對流經(jīng)該線圈的 電流或?qū)υ摼€圈兩端的電壓進行整流生成被整流的輸出，該被整流的輸出用于對該無線功 率接收器的電池進行充電，W及化）調(diào)節(jié)該被整流的輸出。照此，因為該全波整流器的晶體 管被控制來向該電池（負載）提供整流和調(diào)節(jié)兩者，額外的調(diào)節(jié)級（比如，非隔離的DC/DC 轉(zhuǎn)換器）不是必要的。因此，僅一個轉(zhuǎn)換級被用于該功率接收器中，從而提升高效率并且降 低尺寸和成本。
[0024] 圖1示出了功率接收器100和相應的無線充電系統(tǒng)102的一個實施例。無線充 電系統(tǒng)102的功率發(fā)送器104包括斬波電路106、諧振網(wǎng)絡(luò)108、初級線圈110和控制單元 112,斬波電路106是全橋配置或半橋配置，諧振網(wǎng)絡(luò)108具有電感器和電容器的一些配置， 控制單元112用于控制斬波電路106的運行并且與功率接收器100進行通信。例如，發(fā)送 器控制單元112通過斬波電路106的〇4對晶體管Q1的頻率或其他控制變量進行調(diào)節(jié)。發(fā) 送器控制單元112還能夠如圖1中虛線所示的與功率接收器100進行通信，然而只要功率 發(fā)送器104針對輸入電壓Vin的變化維持恒定的基波分量江undamen化1component)，對于 操作點中的大多數(shù)通信并不是必須的。
[0025] 功率發(fā)送器104通過初級線圈110將功率無線傳輸給功率接收器100,用于對無 線功率接收器100的電池114進行充電。例如，功率發(fā)送器104可W是一個墊，功率接收器 100可被放置在該墊上進行充電。斬波電路106具有圖1中