用于無(wú)線(xiàn)電力接收的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]以下的說(shuō)明涉及無(wú)線(xiàn)電力傳輸(WPT)系統(tǒng)，更具體地，涉及用于無(wú)線(xiàn)電力接收的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線(xiàn)電力是從無(wú)線(xiàn)電力傳輸(WPT)裝置通過(guò)磁耦合傳送到無(wú)線(xiàn)電力接收裝置的能量。無(wú)線(xiàn)電力接收裝置可以使用所接收的能量操作電池或?qū)﹄姵剡M(jìn)行充電。因此，WPT和充電系統(tǒng)包括用于無(wú)線(xiàn)傳送電力的源設(shè)備和用于無(wú)線(xiàn)接收電力的目標(biāo)設(shè)備。源設(shè)備可以被稱(chēng)為WPT裝置。此外，目標(biāo)設(shè)備可以被稱(chēng)為無(wú)線(xiàn)電力接收裝置。
[0003]基于諧振方案的WPT在源設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備的位置方面提供了高的自由度。
[0004]源設(shè)備包括源諧振器，并且目標(biāo)設(shè)備包括目標(biāo)諧振器。磁耦合和諧振耦合發(fā)生在源諧振器和目標(biāo)諧振器之間。源設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備可以相互通信，以傳送和接收控制信息和狀態(tài)信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本
【發(fā)明內(nèi)容】
被提供來(lái)以簡(jiǎn)化的形式引入概念的選擇，這些概念將在下面的【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步描述。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并不旨在標(biāo)識(shí)所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用作確定所要求保護(hù)的主題的范圍的輔助。
[0006]在一個(gè)一般方面，同步整流器包括第一開(kāi)關(guān)單元;第二開(kāi)關(guān)單元;第三開(kāi)關(guān)單元；和第四開(kāi)關(guān)單元;其中所述同步整流器被配置為經(jīng)由第一輸入端和第二輸入端接收交流(AC)輸入功率；響應(yīng)于第一輸入端的電壓大于第二輸入端的電壓，第二開(kāi)關(guān)單元和第三開(kāi)關(guān)單元被閉合，第一開(kāi)關(guān)單元和第四開(kāi)關(guān)單元被打開(kāi)，AC輸入功率的電流經(jīng)由閉合的第二開(kāi)關(guān)單元和閉合的第三開(kāi)關(guān)單元被提供到同步整流器的輸出端，并且響應(yīng)于第二輸入端的電壓大于第一輸入端的電壓，第一開(kāi)關(guān)單元和第四開(kāi)關(guān)單元被閉合，第二開(kāi)關(guān)單元和第三開(kāi)關(guān)單元被打開(kāi)，AC輸入功率的電流經(jīng)由閉合的第一開(kāi)關(guān)單元和閉合的第四開(kāi)關(guān)單元提供到輸出端。
[0007]第一開(kāi)關(guān)單元的第一端可以連接到第一輸入端，且第一開(kāi)關(guān)單元的第二端可以連接到地;第二開(kāi)關(guān)單元的第一端可以連接到第二輸入端，且第二開(kāi)關(guān)單元的第二端可以連接到地;第三開(kāi)關(guān)單元的第一端可以連接到輸出端，且第三開(kāi)關(guān)單元的第二端可以連接到第一輸入端；以及第四開(kāi)關(guān)單元的第一端可以連接到輸出端，且第四開(kāi)關(guān)單元的第二端可以連接到第二輸入端。
[0008]同步整流器還可包括整流器控制器，其配置為基于第一輸入端的電壓和第二輸入端的電壓控制第一開(kāi)關(guān)單元的閉合和打開(kāi)，并基于第一輸入端的電壓和第二輸入端的電壓控制第二開(kāi)關(guān)單元的閉合和打開(kāi)。
[0009]第一開(kāi)關(guān)單元、第二開(kāi)關(guān)單元、第三開(kāi)關(guān)單元和第四開(kāi)關(guān)單元可以通過(guò)與制造整流器控制器的工藝不同的工藝來(lái)制造。
[0010]整流器控制器可以被進(jìn)一步配置為控制第一開(kāi)關(guān)單元和第二開(kāi)關(guān)單元，以補(bǔ)償?shù)谝婚_(kāi)關(guān)單元和第二開(kāi)關(guān)單元相對(duì)于第三開(kāi)關(guān)單元和第四開(kāi)關(guān)單元的延遲。
[0011]第一開(kāi)關(guān)單元可以是第一N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET);第二開(kāi)關(guān)單元可以是第二N溝道MOSFET;第三開(kāi)關(guān)單元可以是第一P溝道MOSFET;以及第四開(kāi)關(guān)單元可以是第二 P溝道MOSFET。
[0012]第一 P溝道MOSFET和第二 P溝道MOSFET可以是交叉耦合的(cross-coupled)。
[0013]第一開(kāi)關(guān)單元、第二開(kāi)關(guān)單元、第三開(kāi)關(guān)單元和第四開(kāi)關(guān)單元可以是各自分立的功率晶體管。
[0014]在另一個(gè)一般方面，用于提供電力的裝置包括:同步整流器，其配置為對(duì)交流(AC)輸入功率進(jìn)行整流，以產(chǎn)生直流(DC)功率;和DC/DC變換器，被配置為變換DC功率的DC電平；其中所述同步整流器包括第一開(kāi)關(guān)單元;第二開(kāi)關(guān)單元;第三開(kāi)關(guān)單元;和第四開(kāi)關(guān)單元；同步整流器可以進(jìn)一步配置為經(jīng)由同步整流器的第一輸入端和同步整流器的第二輸入端接收AC輸入功率；響應(yīng)于第一輸入端的電壓大于第二輸入端的電壓，第二開(kāi)關(guān)單元和第三開(kāi)關(guān)單元被閉合，第一開(kāi)關(guān)單元和第四開(kāi)關(guān)單元被打開(kāi)，并且AC輸入功率的電流經(jīng)由閉合的第二開(kāi)關(guān)單元和閉合的第三開(kāi)關(guān)單元被提供到同步整流器的第一輸出端;響應(yīng)于第二輸入端的電壓大于第一輸入端的電壓，第一開(kāi)關(guān)單元和第四開(kāi)關(guān)單元被閉合，第二開(kāi)關(guān)單元和第三開(kāi)關(guān)單元被打開(kāi)，AC輸入功率的電流經(jīng)由閉合的第一開(kāi)關(guān)單元和閉合的第四開(kāi)關(guān)單元被提供到第一輸出端，并且第一輸出端被連接到DC/DC變換器的第三輸入端。
[0015]同步整流器還可包括整流器控制器，被配置為基于第一輸入端的電壓和第二輸入端的電壓控制第一開(kāi)關(guān)單元的閉合和打開(kāi)，并基于第一輸入端的電壓和第二輸入端的電壓控制第二開(kāi)關(guān)單元的閉合和打開(kāi)。
[0016]第一開(kāi)關(guān)單元、第二開(kāi)關(guān)單元、第三開(kāi)關(guān)單元和第四開(kāi)關(guān)單元可以通過(guò)與制造整流器控制器的工藝不同的工藝來(lái)制造。
[0017]整流器控制器可以被進(jìn)一步配置為控制第一開(kāi)關(guān)單元和第二開(kāi)關(guān)單元，以補(bǔ)償?shù)谝婚_(kāi)關(guān)單元和第二開(kāi)關(guān)單元相對(duì)于第三開(kāi)關(guān)單元和第四開(kāi)關(guān)單元的延遲。
[0018]第一開(kāi)關(guān)單元可以是第一N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET);第二開(kāi)關(guān)單元可以是第二N溝道MOSFET;第三開(kāi)關(guān)單元可以是第一P溝道MOSFET;以及第四開(kāi)關(guān)單元可以是第二 P溝道MOSFET。
[0019]第一 P溝道MOSFET和第二 P溝道MOSFET可以是交叉耦合的。
[0020]整流器控制器可以被進(jìn)一步配置為基于第一輸入端的電壓和第二輸入端的電壓控制第一 N溝道MOSFET和第二 N溝道MOSFET的閉合和打開(kāi)。
[0021 ]整流器控制器和DC/DC變換器可以在單個(gè)芯片上制造。
[0022]第一開(kāi)關(guān)單元、第二開(kāi)關(guān)單元、第三開(kāi)關(guān)單元和第四開(kāi)關(guān)單元可以是各自分立的功率晶體管。
[0023]DC/DC變換器可以是DC/DC降壓變換器。
[0024]DC/DC變換器可以包括連接在DC/DC變換器的第三輸入端和第二輸出端之間的第五開(kāi)關(guān)單元;連接在第二輸出端和地之間的第六開(kāi)關(guān)單元;和DC/DC控制器，配置為通過(guò)以交替的方式閉合和打開(kāi)第五開(kāi)關(guān)單元和第六開(kāi)關(guān)單元變換經(jīng)整流的AC輸入功率的DC電平，使得當(dāng)?shù)谖彘_(kāi)關(guān)單元和第六開(kāi)關(guān)單元中的一個(gè)被閉合時(shí)，第五開(kāi)關(guān)單元和第六開(kāi)關(guān)單元中的另一個(gè)被打開(kāi)。
[0025]在另一一般方面，提供功率的方法包括通過(guò)同步整流器整流交流(AC)輸入功率，以產(chǎn)生直流(DC)功率;并且通過(guò)DC/DC變換器變換DC功率的DC電平;其中同步整流器包括第一開(kāi)關(guān)單元;第二開(kāi)關(guān)單元;第三開(kāi)關(guān)單元;和第四開(kāi)關(guān)單元;整流包括經(jīng)由同步整流器的第一輸入端和同步整流器的第二輸入端接收AC輸入功率;響應(yīng)于第一輸入端的電壓大于第二輸入端的電壓，閉合第二開(kāi)關(guān)單元和第三開(kāi)關(guān)單元，打開(kāi)第一開(kāi)關(guān)單元和第四開(kāi)關(guān)單元，將AC輸入功率的電流經(jīng)由閉合的第二開(kāi)關(guān)單元和閉合的第三開(kāi)關(guān)單元提供到同步整流器的第一輸出端；響應(yīng)于第二輸入端的電壓大于第一輸入端的電壓，閉合第一開(kāi)關(guān)單元和第四開(kāi)關(guān)單元，打開(kāi)第二開(kāi)關(guān)單元和第三開(kāi)關(guān)單元，并將AC輸入功率的電流經(jīng)由閉合的第一開(kāi)關(guān)單元和閉合的第四開(kāi)關(guān)單元提供到第一輸出端；以及第一輸出端被連接到DC/DC變換器的第三輸入端。
[0026]在另一一般方面，用于提供電力的裝置包括:同步整流器，其包括多個(gè)開(kāi)關(guān)元件；整流器控制器，配置為以交替的方式控制同步整流器的開(kāi)關(guān)元件來(lái)整流交流(AC)功率，以產(chǎn)生直流(DC)功率;包括多個(gè)開(kāi)關(guān)元件的DC/DC變換器;和DC/DC控制器，配置為以交替的方式控制DC/DC變換器的開(kāi)關(guān)元件來(lái)調(diào)節(jié)由同步整流器產(chǎn)生的DC功率的DC電平并且輸出具有經(jīng)調(diào)節(jié)的DC電平的DC功率;其中，整流器控制器和DC/DC控制器一起制造在單個(gè)芯片上;并且同步整流器的多個(gè)開(kāi)關(guān)元件和DC/DC變換器的多個(gè)開(kāi)關(guān)元件被制造為分立的片外開(kāi)關(guān)元件。
[0027]DC/DC控制器可以被進(jìn)一步配置為以交替的方式控制DC/DC變換器的開(kāi)關(guān)元件以進(jìn)行DC功率的脈寬調(diào)制來(lái)調(diào)節(jié)DC功率的電平。
[0028]該裝置可進(jìn)一步包括配置為接收無(wú)線(xiàn)AC功率并將接收到的無(wú)線(xiàn)AC功率提供到同步整流器的諧振器；以及配置為用具有經(jīng)變換的DC電平的DC功率對(duì)電池充電的充電電路。
[0029]其它特征和方面將從以下的詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求書(shū)變得顯然。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1示出無(wú)線(xiàn)電力傳輸(WPT)系統(tǒng)的示例。
[0031]圖2示出供電裝置的結(jié)構(gòu)的示例。
[0032]圖3示出同步整流器的操作的示例。
[0033]圖4示出同步整流器的操作的另一個(gè)示例。
[0034]圖5示出同步整流器的結(jié)構(gòu)的示例。
[0035]圖6示出整流器控制器的結(jié)構(gòu)的示例。
[0036]圖7a至7c示出同步整流器的輸入和輸出信號(hào)波形的示例。
[0037]圖8示出直流/直流(DC/DC)變換器的結(jié)構(gòu)的示例。
[0038]圖9示出DC/DC控制器的示例。
[0039 ]圖10示出接收(RX)系統(tǒng)控制器的示例。
[0040]圖11示出供給功率的方法的示例。
【具體實(shí)施方式】
[0041]提供下面的詳細(xì)說(shuō)明以幫助讀者獲得對(duì)本文所描述的方法、裝置和/或系統(tǒng)的全面理解。然而，本文所描述的方法、裝置和/或系統(tǒng)的各種改變、修改和等同物將對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員變得明顯。本文描述的操作的順序僅是示例，并且不限于此處闡述的那些，除了必然以特定順序發(fā)生的操作之外，將對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然的是操作的順序可以改變。同樣，為了更加清楚和簡(jiǎn)明可省略對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的功能和結(jié)構(gòu)的描述。
[0042]在整個(gè)附圖和詳細(xì)描述中，相同的參考數(shù)字指代相同的元件。附圖可能不是按比例的，附圖中的相對(duì)尺寸、比例和元件的描述可為了清楚、說(shuō)明和方便起見(jiàn)而擴(kuò)大。
[0043]圖1示出了無(wú)線(xiàn)電力傳輸(WPT)系統(tǒng)100的示例。
[0044]WPT系統(tǒng)100包括WPT裝置110、無(wú)線(xiàn)電力接收裝置120以及負(fù)載130。
[0045]WPT裝置110可以被稱(chēng)為WPT系統(tǒng)100的發(fā)射器(TX)元件。無(wú)線(xiàn)電力接收裝置120可以被稱(chēng)為WPT系統(tǒng)100的接收器(RX)元件。
[0046]負(fù)載130使用充電電路131利用通過(guò)無(wú)線(xiàn)電力接收裝置120無(wú)線(xiàn)接收的功率對(duì)電池132充電。無(wú)線(xiàn)電力接收裝置120和負(fù)載130可以是無(wú)線(xiàn)設(shè)備的一部分，如移動(dòng)設(shè)備。
[0047]WPT裝置110包括信號(hào)發(fā)生器111、功率放大器(PA) 112和TX諧振器113。
[0048]信號(hào)發(fā)生器111產(chǎn)生用于無(wú)線(xiàn)傳輸功率的信號(hào)。該信號(hào)可以具有預(yù)定的頻率。
[0049]該信號(hào)可以是交流(AC)電壓，具有在數(shù)十赫茲(Hz)的頻帶的頻率。
[0050]PA 112通過(guò)放大由信號(hào)發(fā)生器111產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)產(chǎn)生放大的信號(hào)。
[0051]TX諧振器113通過(guò)經(jīng)放大的信號(hào)的諧振將經(jīng)放大的信號(hào)傳輸?shù)綗o(wú)線(xiàn)電力接收裝置120的RX諧振器121JX諧振器113可以通過(guò)經(jīng)放大的信號(hào)的磁共振將經(jīng)放大的信號(hào)傳輸?shù)綗o(wú)線(xiàn)電力接收裝置120的RX諧振器121。
[0052]TX諧振器113將經(jīng)放大的信號(hào)傳輸?shù)絉X諧振器121作為電磁能量。具體地，TX諧振器113可以通過(guò)與RX諧振器121的磁耦合將通信功率或充電功率傳輸?shù)綗o(wú)線(xiàn)電力接收裝置120。
[0053]無(wú)線(xiàn)電力接收裝置120包括RX諧振器121、整流器122和直流/直流(DC/DC)變換器123。
[0054]RX諧振器