双模式无线功率接收器制造技术

一种双模式接收器包含一电磁谐振器，其中该电磁谐振器具有用于形成一接收器线圈的一个或多个感应组件以及用于形成一匹配网络的一被动组件网络。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电磁谐振器及形成电磁谐振器的方法
本专利技术涉及无线功率传输领域，尤其涉及一种双模式无线功率接收器。
技术介绍
无线功率(WirelessPower，WP)传输系统使用两个磁线圈(magneticcoil)之间的互感以透过磁感应来传输功率，此类系统通常可被分类为”感应式”或”谐振”。而在一纯感应式无线功率传输系统中，作为一变压器的初级绕组(primarywinding)的源极线圈(sourcecoil)由一电压源或电流源来驱动，而作为次级绕组(secondarywinding)的接收器线圈直接或间接地通过一个交流耦合电容连接至一桥式整流器，而两个绕组之间的电压及电流可由通常用于描述变压器的关系来定义。在一谐振无线功率传输系统中，源极线圈以及接收线圈皆连接至电容以形成电谐振器(electricalresonators)。从电路设计的观点来看，该些电容的功能为抵销电感的部分反应阻抗(reactiveimpedance)并在一给定电压下传输更多功率。电感的阻抗与电容的阻抗随着操作频率呈反向变化，因此仅能在小范围的频率中有效的抵销，换句话说，谐振无线功率系统利用多个电路，该多个电路调整至特定频率来传输功率。该些电路通常不允许在其他频率上传输功率。近年来，已出现两种无线功率标准，无线功率联盟已发布作为一感应式充电标准的Qi标准。虽然使用了一谐振电容，但Qi标准中的质量因子Q处于较低的个位数，其代表谐振并未被充分地利用。使用Qi标准的装置在110-205KHz的频率范围下传输功率，因此传统Qi装置需要源极线圈与接收器线圈之间紧密的对齐(alignment)。而最近，数个组织开始引进使用高质量因子的谐振电路的无线功率系统来增加可用于充电的可使用范围，由于一电感的质量因子与频率成正比，所使用的频率通常远高于感应式充电器所使用的频率，针对新出现的谐振无线功率标准的一个题案建议在工业、科学研究与医疗(Industrial,ScienceandMedical,ISM)频段的操作频率为6.78MHz。
技术实现思路
根据本专利技术的一观点，提供一种电磁谐振器，其中该电磁谐振器具有用于形成一接收器线圈的一个或多个感应组件以及形成一匹配网络的一被动组件网络，该电磁谐振器包含定义在一低频范围的一第一选择频率以及定义在一高频范围的一第二选择频率以允许一整流电路操作在该高频范围以及该低频范围来达到主动电路(activecircuit)的最大使用率。根据本专利技术的另一观点，该电磁谐振器具有用于形成一接收器线圈的一个或多个感应组件以及形成一匹配网络的一被动组件网络，该电磁谐振器包含定义在一低频范围的一第一选择频率以及定义在一高频范围的一第二选择频率以允许一整流电路操作在该高频范围以及该低频范围来达到主动电路的最大使用率。根据本专利技术的另一观点，提供形成电磁谐振器的方法，其中该方法包含设置一电磁谐振器来包括用于形成一接收器线圈的一个或多个感应组件以及形成一匹配网络的一被动组件网络，并且该方法包含提供该电磁谐振器定义在一低频范围的一第一选择频率以及定义在一高频范围的一第二选择频率以允许一整流电路操作在该高频范围以及该低频范围来达到主动电路的最大使用率。【附图说明】图1为实现一低质量因子感应式充电接收器的一应用电路的示意图。图2为根据本专利技术的实现一高质量因子谐振无线功率接收器的一第二应用电路的示意图。图3为本专利技术的双模式接收器的电路架构的示意图。图4为根据本专利技术通过使用开关电容CC来实现的负载调变的示意图。图5为根据本专利技术的线圈布局示意图。图6为本专利技术包括同步整流器的一实施例的示意图。【具体实施方式】本专利技术涉及一种双模式无线功率接收器的设计，其中该双模式无线功率接收器可自操作在数百KHz范围的一感应式充电器或操作在数百万Hz范围的一谐振充电器中接收功率，该双模式无线功率接收器可具有110-205KHz的一低频操作范围以及6.78MHz的一高操作频率，但本专利技术可应用于任何至少差五倍频的两个频带。图1为实现一低质量因子感应式充电接收器的一感应式无线功率接收器电路2的示意图，其中电感L3代表该接收器线圈(Rx线圈)，其耦接至一源极线圈，电感L3所感应到的交流功率会透过一桥式整流器4来进行整流以产生一直流电压Vrect，桥式整流器4由四个(或更多个)二极管组成一桥式电路结构，使得在每一极性的输入下都能提供相同极性的输出，该桥式整流器根据一两线制(two-wire)交流输入提供全波整流，其与一个具有来自于一具有中间抽头次级绕组的变压器的三线(3-wire)输入的一整流器相比，具有更低的制造成本与重量。电容C2q以及电感L3形成一电磁谐振器(electromagneticresonator)，其谐振频率在该无线功率操作频率附近，此频率通常在数百KHz的范围，该串联谐振电路包含电感L3以及电容C2q且包含桥式整流器4的阻抗。其包含了吸引无线功率的电路，因此它相对较高。该电磁谐振器的该质量因子为：其中ωi为感应式无线功率系统的操作角频率，Rl为二极管桥式整流器4的等效电阻，电阻Rl相对较高，因此该电路的质量因子通常处于较低的个位数。根据以下公式选择Cs的值使得该电磁谐振器的谐振频率等于该感应式无线功率系统的操作频率。图2为根据本专利技术的实现高质量因子谐振无线功率接收器的谐振功率接收器电路8的示意图，其中一电感L2代表接收器线圈(Rx线圈)，电容C2a与C2b在电感L2与桥式整流器4之间形成一谐振匹配网络，该匹配网络为串并联，因为电容C2a与负载串联而电容C2b与负载并联。电感L2以及电容C2a与C2b形成一电磁谐振器，由于部分电感电流可在仅包含电感L2、电容C2a以及C2b(加上寄生电阻)的一循环中流通，因此该电磁谐振器的质量因子相对较高，可能大于100，并且需要在确保电容C2a以及C2b串联后与L2在操作频率ωr上谐振的前提下选择电容C2a以及C2b的值。在某些例子中可将该谐振接收器操作在一相对高的频率，以将该谐振器的该质量因子最大化，在其他实施例中操作频率为6.78MHz。可自操作在数百KHz的一感应式充电器或操作在数百万Hz的一谐振充电器接收功率的一双模式无线功率接收器具有显著的实用性，在此处所讨论的范例具有110-205KHz的低频操作范围以及6.78MHz的高操作频率，但该方法可应用于任何差五倍频的两频带。虽然感应式接收器以及谐振接收器的架构相似，但在给定不同操作频率的情况下，所需要的电感以及电容值通常差异很大。对一应用而言，可使用的整流范围具有某些限制，举例来说，对于使用锂电池的移动电子装置而言，其需要产生一固定的5V供应电压并且对该电池以3至4.2V充电，因此可在5V至15V的范围中选择该整流电压并可选择一降压稳压器如一buck降压稳压器或一线性降压稳压器(lineardropoutregulator)以有效提供固定的5V供应电压。对一双模式接收器而言，此电压范围皆可在两种模式中被观测，然而，对于相同接收线圈电感值而言，在6.78MHz下的感应电压会远高于100KHz下的感应电压，实际感应电压表示为：Vind＝ωMI1(式4)其中Vind为感应电压，M为互感，I1为源极线圈电流而ω为操作角频率，互感M与源极线圈电感和接收器线圈电感的乘积的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双模式接收器包含一电磁谐振器，其特征在于，该电磁谐振器包含一个或多个用于形成一接收器线圈的感应组件以及用于形成一匹配网络的一被动组件网络，该电磁谐振器具有定义在一低频率范围的一第一选择频率以及定义在一高频率范围的一第二选择频率，允许一整流电路操作在该高频率范围以及该低频率范围以达到主动电路的最大使用率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.14 US 61/782,637;2013.08.01 US 13/956,374;1.一种电磁谐振器，其特征在于，包含一个或多个用于形成一接收器线圈的感应组件以及用于形成一匹配网络的一被动组件网络，该电磁谐振器具有定义在一低频率范围的一第一选择频率以及定义在一高频率范围的一第二选择频率，允许一整流电路操作在该高频率范围以及该低频率范围以达到主动电路的最大使用率；该一个或多个感应组件包含第一电感和第二电感，该被动组件网络包括第一电容、第二电容及第三电容，其中，该第二电感与该第一电容并联后与该第一电感串联，该第二电容串联在该第二电感与该第一电容的并联电路之后，该第三电容串联在该第二电容之后，该整流电路的输入端连接在该第三电容两端。2.如权利要求1所述的电磁谐振器，其特征在于，该电磁谐振器用于在该低频率范围内产生一低质量因子感应式充电接收器。3.如权利要求1所述的电磁谐振器，其特征在于，该电磁谐振器用于在该高频率范围内产生一高质量因子谐振充电接收器。4.如权利要求1所述的电磁谐振器，其特征在于，该整流电路包含一桥式整流器。5.如权利要求1所述的电磁谐振器，其特征在于，该整流电路包含一同步整流器。6.如权利要求1所述的电磁谐振器，其特征在于，该电磁谐振器在该高频率范围中的有效电感低于在该低频范围中的有效电感。7.如权利要求1所述的电磁谐振器，其特征在于，该一个或多个感应组件包含两个感应组件，其中该两个感应组件用于接收低频率功率以及高频率功率，并且组装在一印刷电路板的相同平面上。8.如权利要求1所述的电磁谐振器，其特征在于，该一个或多个感应组件形成一同心结构，且高频组件设置于外侧。9.如权利要求1所述的电磁谐振器，其特征在于，该一个或多个感应组件形成一同心结构，且高频组件设置于内侧。10.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：派翠克·史丹利·里尔，
申请(专利权)人：联发科技新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG