本發(fā)明總體而言涉及一種轉換器，具體但不唯一地，涉及一種用于感應功率接收器的轉換器。

背景技術：

在許多不同類型的電氣系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)有電氣轉換器。一般而言，轉換器將第一類型的電源轉換成第二類型的輸出。這種轉換可以包括dc-dc(直流-直流)、ac-ac(交流-交流)和dc-ac(直流-交流)電氣轉換。在一些配置中，轉換器可以具有任何數(shù)量的dc和ac“部件”，例如dc-dc轉換器可能包含變壓器形式的ac-ac轉換器級。

使用轉換器的一個示例是在感應功率傳輸(ipt)系統(tǒng)中。ipt系統(tǒng)是已知技術(例如，電動牙刷的無線充電)和正開發(fā)技術(例如，“充電墊”上的手持設備的無線充電)的眾所周知的領域。

ipt系統(tǒng)通常將包括感應功率發(fā)射器和感應功率接收器。感應功率發(fā)射器包括一個發(fā)射線圈或多個發(fā)射線圈，其由合適的發(fā)射電路驅動以產生交變磁場。交變磁場將在感應功率接收器的一個接收線圈或多個接收線圈中感應出電流。然后，接收的功率可以用于對電池充電，或者為與感應功率接收器相關聯(lián)的設備或一些其他負載供電。此外，發(fā)射線圈和/或接收線圈可以連接到諧振電容器以創(chuàng)建諧振電路。諧振電路可以在對應的諧振頻率下增加功率吞吐量和效率。

然而，目前可用的感應功率接收器仍然可以遭受重大的功率損耗和/或大腳印(footprint)。因此，本發(fā)明可以為公眾提供有用的選擇。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)示例性實施例，提供一種感應功率接收器，包括：

功率拾取級；以及

功率整流和調節(jié)級，其包括具有多個控制設備的整流器，其中，控制設備中的至少一個是可控ac開關，

其中，接收器被配置為根據(jù)開路控制策略來切換至少一個ac開關。

公認的是，在不同的管轄范圍下，術語“包括”及其變型可以被賦予排他性含義或包含性含義。為了本說明書的目的，除非另外注明，否則這些術語意在具有包容性含義，即，它們將意味著包括使用直接引用的所列組件，并且可能還包括其他未指定的組件或元件。

在本說明書中對任何文件的引用并不構成這些文件是現(xiàn)有技術或形成公知常識的一部分的承認。

附圖說明

包括在說明書中并構成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，附圖與上面給出的本發(fā)明的總體描述以及下面給出的實施例的詳細描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。在圖中：

圖1是感應功率傳輸系統(tǒng)的框圖；

圖2是示例性接收器的框圖；

圖3是示例性接收器的電路圖；

圖4是示例性ac開關的電路圖；

圖5是又一個示例性接收器的電路圖；

圖6是用于控制ac開關的示例性波形時序的曲線圖；以及

圖7是又一個示例性接收器的電路圖。

具體實施方式

在圖1中總體上示出感應功率傳輸(ipt)系統(tǒng)。ipt系統(tǒng)包括感應功率發(fā)射器2和感應功率接收器3。感應功率發(fā)射器2連接到適當?shù)碾娫?(例如主電源或電池)。感應功率發(fā)射器2可以包括具有一個或更多個轉換器5(例如，ac-dc轉換器(取決于所使用的電源的類型))和逆變器6(例如，連接到轉換器5(如果存在))的發(fā)射器電路。逆變器6為一個發(fā)射線圈或多個發(fā)射線圈7提供ac信號，使得一個發(fā)射線圈或多個發(fā)射線圈7產生交變磁場。在一些配置中，發(fā)射線圈7也可以被認為與逆變器5分離。一個發(fā)射線圈或多個發(fā)射線圈7可以并聯(lián)或串聯(lián)連接到電容器(未示出)以創(chuàng)建諧振電路。

控制器8可以連接到感應功率發(fā)射器2的每個部件。控制器8可以適用于從感應功率發(fā)射器2的每個部件接收輸入以及產生控制每個部件的操作的輸出?？刂破?可以被實現(xiàn)為單個單元或單獨的單元，其被配置為根據(jù)其能力控制感應功率發(fā)射器2的各個方面，包括例如：功率流、調諧、選擇性地激勵發(fā)射線圈、感應功率接收器檢測和/或通信。

感應功率接收器3包括連接到功率調整電路10的一個接收線圈或多個接收線圈9，該功率調整電路10進而向負載11供應功率。當感應功率發(fā)射器2和感應功率接收器3的線圈適當?shù)伛詈蠒r，由一個發(fā)射線圈或多個發(fā)射線圈7產生的交變磁場在一個接收線圈或多個接收線圈9中感應出交流電。一個接收線圈或多個接收線圈9可以并聯(lián)或串聯(lián)連接到電容器(未示出)，以創(chuàng)建諧振電路。在一些感應功率接收器中，接收器可以包括控制器12，其可以控制一個接收線圈或多個接收線圈9的調諧、功率調整電路10的操作和/或通信。

術語“線圈”可以包括其中電流產生磁場的導電結構。例如，感應“線圈”可以是三維形狀或二維平面形狀的導電線、使用印刷電路板(pcb)技術在多個pcb“層”之上制造成三維形狀的導電材料、以及其他線圈狀形狀。術語“線圈”的使用(以單數(shù)或復數(shù)的形式)并不意味著在這個意義上是限制性的?？梢愿鶕?jù)應用使用其他配置。

功率調整電路10被配置為將感應電流轉換成適合于負載11的形式，并且可以包括例如功率整流器、功率調節(jié)電路或兩者的組合。在示例性實施例中，可以期望以開路控制的形式提供功率調節(jié)電路。開路控制通常包含與負載串聯(lián)的開關，從而控制負載電流(與其中開關與負載并聯(lián)并且控制負載電壓的短路控制相比)。

開路控制通常存在至少兩個問題。首先由于切換負載電流而導致的切換損耗，其次在切換期間發(fā)生的電壓尖峰(voltagespike)。

國際專利公開號wo0118936(其內容通過引用并入本文)嘗試通過在功率調節(jié)電路中使用零電流切換(zcs)以及耗散緩沖器(dissipativesnubber)來提供解決方案以減小電壓尖峰。然而在這種情況下，功率調節(jié)開關獨立于功率整流器來提供，因此組件數(shù)量相對較多。此外，耗散緩沖器可以是電路內的損耗源。

圖2示出了根據(jù)示例性實施例的接收器3，其中功率整流器202與功率調節(jié)電路204組合作為集成轉換器以提供zcs開路控制。這可以減少組件數(shù)量，可以允許更小的腳印。此外，通過供應輔助電路208的再生緩沖器(regenerativesnubber)206來最小化電壓尖峰。這可以使與緩沖器206相關聯(lián)的任何損耗最小化。

在圖3中更詳細地示出功率整流器202、功率調節(jié)電路204和再生緩沖器206。功率拾取級是串聯(lián)調諧的諧振電路302。功率整流器202包括具有兩個上二極管d1、d2的全橋整流器。兩個下部設備(傳統(tǒng)整流器中通常為二極管)為ac開關s1、s2。在不需要任何另外的切換組件的情況下，負載11連接到功率整流器202/功率調節(jié)電路204的輸出。根據(jù)應用的需求，可以使用半橋電路或其他整流電路。在圖7中示出半橋電路的示例。

如后所述，兩個ac開關s1、s2也形成開路功率調節(jié)電路204。

在圖4中示出每個ac開關s1(或s2)的示例。兩個背對背式fet402、404通過具有公共陽極410的公共源極及其體二極管406、408而連接。柵極被共同地連接并且提供有數(shù)字控制信號412以硬導通或硬關斷。在這種方式中，如果開關未導通(如具有體二極管的單個fet的情況)，則s1和s2不能導電，這允許有效的開路控制。

可選地，ac開關s1、s2可以是不包括體二極管的單個晶體管。

再生緩沖器206包括與諧振回路并聯(lián)連接的兩個二極管d6、d7和平滑電容器c4。c4的值可以根據(jù)應用的需求來選擇。例如，在為移動電話設計的接收器中，可以選擇c4來將由切換引起的電壓尖峰保持在輸出電壓的1％之內，諸如33μf的值。通過避免耗散緩沖器中的電阻器，損耗被最小化，并且儲存在電容器中的所得能量由輔助電路208使用。輔助電路208可以例如包括內務處理電路，例如，包括對s1和s2的控制。

在圖5中示出可替換的功率整流器202、功率調節(jié)電路204和再生緩沖器206。該配置通常類似于圖3。然而，功率整流器202包括具有兩個下二極管d3、d4的全橋整流器。兩個上部設備(在傳統(tǒng)整流器中通常為二極管)是ac開關s1、s2。

現(xiàn)在參考圖6描述圖5中的兩個ac開關s1、s2的控制。當通過在gate1處施加低信號來關斷s1時，在d6的陽極處的電壓(vx)變高。然后，當通過在gate2處施加高信號來導通s2時，vx下降到中間電壓。最后，當通過在gate2處施加低信號來關斷s2時，vx下降回到零。在d7的陽極處的電壓(vy)遵從與相反切換s2和s1的類似的電壓分布。

在當兩個開關關斷時通常會發(fā)生的vx或vy中的電壓尖峰由d6/d7和c4來鉗位602。

隨著負載增加，開關的占空比也增加，直到達到由vy和vx定義的最大占空比(例如：50％)。

雖然已經通過對本發(fā)明的實施例的描述來說明了本發(fā)明，以及雖然已經詳細描述了實施例，但是申請人的意圖并不是將所附權利要求的范圍限制于或以任何方式限制于這樣的細節(jié)。本領域技術人員將容易看出額外的優(yōu)點和修改。因此，本發(fā)明在其更廣泛的方面不限于具體細節(jié)、代表性裝置和方法、以及示出和描述的說明性示例。因此，在不偏離申請人的總體發(fā)明構思的精神或范圍的情況下，可以從這些細節(jié)進行偏離。