具有可調(diào)整功率輸出的共振無線供電驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【專利說明】具有可調(diào)整功率輸出的共振無線供電驅(qū)動(dòng)器
[0001] 優(yōu)先權(quán)信息
[0002] 此申請(qǐng)案基于編號(hào)為No. 61/782604,且于2013年3月14日申請(qǐng)的臨時(shí)申請(qǐng)案而 主張優(yōu)先權(quán)，上述所列的專利參考文獻(xiàn)全體皆引用作為本說明書的揭示內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0003] 本發(fā)明是有關(guān)于一種共振無線供電（RffP)，特別是有關(guān)于一種共振無線供電驅(qū)動(dòng) 器，其具有可調(diào)整的電源輸出。
[0004] 無線供電（WP)傳送系統(tǒng)使用在兩個(gè)電磁線圈之間的互電感，以透過電磁感應(yīng)來 傳送功率。這些系統(tǒng)一般歸類于"感應(yīng)"或"共振"。在一個(gè)純粹的感應(yīng)無線供電傳送系統(tǒng) 中，其運(yùn)作如同變壓器的一次側(cè)繞阻的源線圈，被電壓或電源所驅(qū)動(dòng)。其運(yùn)作如同二次側(cè)繞 阻的接收線圈，則直接地連接或者透過一交流耦合電容器來連接橋式整流器。在此兩個(gè)繞 阻中的電壓以及電流可由通常用來描述變壓器的比例關(guān)系來決定。
[0005] 在一共振無線供電（RWP)傳送系統(tǒng)中，源線圈以及接收線圈連接至多個(gè)電容器以 形成電共振器。以電路設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來看，這些電容器的功能是用來消除電感器的一些電抗 性阻抗，這使得更多的功率在一既定電壓上傳送。這些電感器的阻抗以及電容器在與操作 頻率相反的方向上變化，所以消除僅在較小的頻率范圍中有效。換句話說，共振無線供電系 統(tǒng)利用一些被調(diào)整至功率將被傳送時(shí)所處的特定頻率的電路。這些電路一般不允許電源在 其它頻率上傳送。
[0006] 為了讓RWP在大范圍的負(fù)載條件下高效率地操作，無線供電源（source)的功率輸 出必須是可調(diào)整的。若無線供電源的功率輸出太低，可能無法提供足夠的功率給接受裝置。 若無線供電源的輸出功率太高，可能造成額外的電流，導(dǎo)致能源的浪費(fèi)。
[0007] 對(duì)于MHz頻率的RWP供電源，經(jīng)常使用E類放大器來將直流功率轉(zhuǎn)換為交流。此 E類放大器僅在一特定工作周期上有效，所以不可能使用工作周期控制來調(diào)變功率，一般也 不可能隨著所有接收裝置被調(diào)整至一特定頻率而改變頻率。調(diào)整功率等級(jí)的已知方式是在 輸入直流電源供應(yīng)與E類放大器之間的直流-直流轉(zhuǎn)換器。然而，此直流-直流轉(zhuǎn)換器將 導(dǎo)致一些效能損失，也增加了供應(yīng)源電子電路設(shè)計(jì)方面的復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種共振無線供電（RWP)系統(tǒng)，其包括信號(hào)產(chǎn)生器 與放大器架構(gòu)。信號(hào)產(chǎn)生器提供一輸入信號(hào)波形。放大器架構(gòu)由一固定直流供應(yīng)電壓來供 電。放大器架構(gòu)配置為差動(dòng)放大器或單端放大器一樣被操作，以提供兩不同的輸出功率等 級(jí)、在促發(fā)模式下提供一輸出功率等級(jí)范圍、或者使用在被調(diào)整的一匹配網(wǎng)絡(luò)中的一電容 器來提供一輸出功率等級(jí)范圍。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種控制方法，用以控制共振無線供電系統(tǒng)。此控 制方法包括步驟：提供一放大器架構(gòu)。此放大器架構(gòu)由一固定直流供應(yīng)電壓來供電。放大 器架構(gòu)配置被使用差動(dòng)放大器或單端放大器操作，以提供兩不同的輸出功率等級(jí)、在促發(fā) 模式下提供一輸出功率等級(jí)范圍、或者使用在被調(diào)整的一匹配網(wǎng)絡(luò)中的一電容器來提供一 輸出功率等級(jí)范圍。
【附圖說明】
[0010] 圖1表示共振無線供電傳送器的一示例。
[0011] 圖2表不根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的系統(tǒng)，其改變放大器的輸出功率。
[0012] 圖3表示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的系統(tǒng)，其改變放大器的輸出功率。
[0013] 圖4表示促發(fā)模式模式的特性。
[0014] 圖5表不根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的系統(tǒng)，其改變放大器的輸出功率。
[0015] 圖6表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的簡化供電源電路。
[0016] 圖7表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的匹配阻抗控制架構(gòu)。
[0017] 圖8表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，著重于差動(dòng)E類放大器的共振無線供電系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種電路與方法，以控制來自E類放大器的功率而不需使用工 作周期控制、頻率變異、或直流-直流轉(zhuǎn)換器。
[0019] 圖1是表示共振無線供電傳送器2的一示例。一固定直流電壓12提供電源輸入 至傳送器。直流-直流轉(zhuǎn)換器4將此固定直流電壓12轉(zhuǎn)換至放大器8所要求的電壓電平。 信號(hào)產(chǎn)生器6提供相位與頻率參考信號(hào)至放大器輸入端。
[0020] 在共振無線供電（RWP)傳送器2的一實(shí)施例中，這些信號(hào)包括具有連續(xù)固定頻率 且相位彼此相反的兩個(gè)方波。放大器8在信號(hào)產(chǎn)生器6的頻率下根據(jù)直流-直流的輸出來 產(chǎn)生輸出功率。放大器8的輸出功率透過匹配網(wǎng)絡(luò)10而傳送至源線圈L1。匹配網(wǎng)絡(luò)10提 供在放大器8與源線圈Ll之間的阻抗匹配，確保功率有效地傳送至源線圈Ll。當(dāng)一相配的 接收線圈耦接源線圈Ll時(shí)，其透過電磁耦合來無線地接收功率。
[0021] 根據(jù)無線供電系統(tǒng)的操作條件，出自供電源的所需功率可在一些范圍中變化。在 圖1的系統(tǒng)中，改變放大器輸出功率的常見方法是改變?cè)诜糯笃鬏斎肷系碾妷骸Ｖ绷?直 流轉(zhuǎn)換器4只在需要時(shí)被要求來改變放大器輸出功率。假使輸出功率可藉由使用固定電壓 12而改變，則可排除直流-直流轉(zhuǎn)換器4,因此改善效率并減少系統(tǒng)復(fù)雜度。雖然頻率與 工作周期調(diào)變已使用于感應(yīng)充電系統(tǒng)以改變供電源功率，但是此技術(shù)并不適合于高共振系 統(tǒng)。可理解，放大器8可包括任何類型的放大器，例如D類、E類、F類放大器。
[0022] 圖2表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的系統(tǒng)20,其改變放大器8的輸出功率而不需使用 輸入電壓、頻率、或工作周期調(diào)變。在此方塊圖中，放大器8是直接地由固定直流電壓12供 電，而此處不具有直流-直流轉(zhuǎn)換器。圖中所示的放大器8通常是如同差動(dòng)放大器一樣被操 作，產(chǎn)生相等以及反向的輸出電壓。事實(shí)上，放大器8包括兩個(gè)組件放大器22與24。假使 信號(hào)產(chǎn)生器6禁能其頻率參考信號(hào)的其中之一，對(duì)應(yīng)的組件放大器24則不起作用。因此， 來自放大器8的輸出功率可減少一半。這提供了輸出功率調(diào)整的兩個(gè)等級(jí)，對(duì)于一些基本 的無線供電系統(tǒng)來說可能是足夠的。
[0023] 圖3表示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的系統(tǒng)30,其改變?cè)摧敵龉β省Ｈ缤趫D2的實(shí) 施例所示，放大器8由固定直流電壓12來供電。在此方法中，信號(hào)產(chǎn)生器6所提供的頻率參 考信號(hào)并非是連續(xù)方波，而是一系列連串在操作頻率下的促發(fā)模式，在其中穿插多個(gè)靜止 期間。此波群