能够调整谐振频率的磁共振无线功率传输装置制造方法及图纸

公开了一种能够调谐谐振频率的磁共振无线功率传输装置。根据本发明专利技术的实施方式的无线功率传输装置包括：功率放大器，其用于使用驱动频率信号放大无线功率信号；谐振器，其用于构成谐振回路，并且使用谐振回路的谐振频率通过磁共振以无线方式发送从功率放大器输出的无线功率信号；以及谐振控制单部，其用于使用施加到谐振器的频率或由谐振器生成的频率信号来控制占空比以调整谐振器的谐振频率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及磁共振无线功率传输技术，更具体地涉及一种使用磁共振的无线功率传输技术。
技术介绍
图1是一般磁共振无线功率传输系统的结构图。参考图1，磁共振无线功率传输系统1包括通过磁共振以无线方式提供功率信号的功率供给装置(PowerTransmittingUnit，以下称为PTU)10和从PTU10接收功率信号的功率接收装置(PowerReceivingUnit，以下称为PRU)12。PTU10包括功率放大器100和谐振器110。功率放大器100包括N-沟道金属氧化物半导体(NMOS)M1101和M2102，并且谐振器110包括晶体管Cs111和电感器L112。在图1中，功率放大器100限于D类，但可以由AB类或B类功率放大器代替。利用驱动频率fdrv103驱动功率放大器。因此，由M1101和M2102组成的功率放大器100的输出是在驱动频率fdrv103下在电源电压VSUP104和接地电压105之间变化的方波形式。根据作为谐振无线功率传送标准的无线功率联盟(AllianceforWirelessPower，A4WP)，驱动频率fdrv被设定为6.78MHz。功率放大器100的输出被施加到由电容器Cs111和电感器L112构成的谐振器110。这里，L112表示传输天线(TXantenna)的等效电感，而Resr113是天线的寄生电阻分量。PTU谐振器110的谐振频率fR,PTU如表达式1所示。[表达式1]通常，谐振频率fR,PTU被控制为与驱动频率fdrv相同，并且在一些情况下，谐振频率fR,PTU稍微低于驱动频率fdrv，以提高功率放大器100的效率。由于晶体管M1101和M2102能够在满足该条件时执行零电压开关(ZVS)，所以能够显著降低开关损耗。此外，接收无线功率信号的PRU12包括由电容器Cs1122和用作天线的电感器L1124组成的谐振器120、由二极管D1至D4构成的整流器130、以及直流(DC)-DC转换器140。由于整流器130的输出是整流电压，所以电容器CRECT用于将整流电压转换为DC电压。在使用DC-DC转换器140将由电容器CRECT产生的DC电压VRECT转换为用于负载150的合适电压之后，负载150运行。DC-DC转换器140可以采用线性低压差(LDO)调整器、开关转换器、电荷泵等，但不限于此。如图1所示，整流器130可以是全波整流器，但是也可以使用半波整流器来实现。如图1所示，整流器130可以使用无源器件二极管D1至D4来实现，但是也可以实现为使用有源器件的有源整流器。PRU谐振器120的谐振频率如表达式2所示来确定。[表达式2]当PTU10的谐振器110和PRU12的谐振器120具有相同的谐振频率并且两个天线112、124彼此靠近时，发生磁共振。此时，能量从PTU的天线112传送到PRU的天线124。由于当谐振器110和谐振器120的谐振频率彼此不同时能量不会被有效地传送，因此使谐振器110和谐振器120的谐振频率匹配相同非常重要。通常，使用调谐无源器件L、C的方法，以用于匹配PTU10和PRU12的谐振特性。然而，由于调谐无源器件的方法涉及物理地调谐L和C，因此生产率低，并且不容易应对L值和C值由于外部因素而改变的情况。在效率方面，PTU10传输与PRU12所需的功率同样多的功率是最有效的。然而，当传输太多能量时，PRU12的电压VRECT过度增加并损坏整流器130和DC-DC转换器140，而当传输太少能量时，不能供给负载150所期望的功率。因此，PTU10接收PRU12的需求反馈以控制输出功率。根据A4WP，PTU10和PRU12使用蓝牙通信彼此通信。通常存在PTU10借以控制功率的三种方法。(1)驱动频率控制(2)功率放大器突发切换控制(3)功率放大器电源电压控制驱动频率控制涉及改变功率放大器100的驱动频率。由于供给PTU谐振器110的能量能够改变，所以可以进行功率控制。谐振逆变器、作为感应无线功率传输方法的Qi或功率事项联盟(PowerMattersAlliance，PMA)使用该方法。然而，根据例如A4WP的标准，由于驱动频率是固定的，因此这种控制是困难的。功率放大器突发切换控制涉及通过操作或不操作功率放大器100来控制施加到谐振器110的平均功率。这可以被称为突发切换操作。近距离无线通信(NFC)等使用该方法来传输功率。由于这种方法以功率放大器100的驱动频率和突发频率被调制的形式生成频谱，因此可以认为以预定宽度产生辐射频率。由于在A4WP中允许的频率大约为6.78±15kHz，因此可以进行这种控制，但是必须防止频率超过带宽。图2是使用功率放大器电源电压控制的磁共振无线功率传输系统的结构图。参考图2，通过利用位于电源200和功率放大器220之间的DC-DC转换器240控制功率放大器220的电源电压VSUP250，可以调整供给谐振器260的能量。由于即使当功率放大器220的结构不是D类时也能够使用上述方法，因此上述方法是最灵活的方法。然而，需要额外的成本来配置DC-DC转换器240，并且存在DC-DC转换器240的损耗将降低无线功率传输系统的总效率的风险。图3是通过控制开关器件来控制供给功率的无线功率传送装置的电路图。参考图3，在将能量传送给使用电感器300和电容器310的谐振回路并且通过二极管320和330将其转换为DC之后，使用控制电路340将能量供给负载360。在这种情况下，控制电路340控制开关器件350，从而控制供给负载360的功率。图4是使用采用时钟信号的谐振频率控制方法的无线功率传送装置的结构图。参考图4，N1410作为电阻操作，使得Vout400成为期望的电压，或者N1410被控制为使用时钟信号420控制Vout400的开关。根据该方法，谐振器的谐振频率被改变以调整由谐振回路接收的能量。
技术实现思路
技术问题本专利技术旨在提供一种在无线功率传输系统中主动控制谐振频率的方法。技术方案本专利技术的一个方面提供了一种无线功率传输装置，包括：功率放大器，所述功率放大器被配置成使用驱动频率信号来放大无线功率信号；谐振器，所述谐振器被配置成构成谐振回路并且使用所述谐振回路的谐振频率通过磁共振以无线方式发送从所述功率放大器输出的无线功率信号；和谐振控制部，所述谐振控制部被配置成通过用施加到所述谐振器的频率或由所述谐振器生成的频率信号控制占空比来调谐所述谐振器的谐振频率。谐振器可以包括：第一电容器；与所述第一电容器串联连接的电感器；与所述电感器并联连接并与所述第一电容器串联连接的第二电容器；和与所述第二电容器串联连接的开关，其中，根据通过所述谐振控制部对所述开关的占空比进行控制而对所述第二电容器充电的时段来调谐所述谐振频率。所述谐振控制部可以使用施加到所述谐振器的所述频率或由所述谐振器产生的频率来生成开关驱动信号，使用所述开关驱动信号驱动所述谐振器的开关，并且在每个周期通过控制所述开关的占空比来有源地控制电容量。此时，所述谐振控制部可以通过改变施加到所述开关的栅极的调谐电压来控制所述开关的占空比。所述谐振控制部可以通过放大所述调谐电压来控制所述开关的占空比。所述谐振控制部可以从施加到所述谐振器的信号或由所述谐振器生成的信号中提取频率分量，并直接改变所提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线功率传输装置，其特征在于，包括：功率放大器，所述功率放大器被配置成使用驱动频率信号来放大无线功率信号；谐振器，所述谐振器被配置用于构成谐振回路并且使用所述谐振回路的谐振频率通过磁共振以无线方式发送从所述功率放大器输出的无线功率信号；以及谐振控制部，所述谐振控制部被配置成通过用施加到所述谐振器的频率或由所述谐振器生成的频率信号控制占空比来调谐所述谐振器的谐振频率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.06 KR 10-2014-01013011.一种无线功率传输装置，其特征在于，包括：功率放大器，所述功率放大器被配置成使用驱动频率信号来放大无线功率信号；谐振器，所述谐振器被配置用于构成谐振回路并且使用所述谐振回路的谐振频率通过磁共振以无线方式发送从所述功率放大器输出的无线功率信号；以及谐振控制部，所述谐振控制部被配置成通过用施加到所述谐振器的频率或由所述谐振器生成的频率信号控制占空比来调谐所述谐振器的谐振频率。2.根据权利要求1所述的无线功率传输装置，其特征在于，所述谐振器包括：第一电容器；与所述第一电容器串联连接的电感器；与所述电感器并联连接并与所述第一电容器串联连接的第二电容器；以及与所述第二电容器串联连接的开关，其中，根据通过所述谐振控制部对所述开关进行占空比控制而对所述第二电容器充电的时段，调谐所述谐振频率。3.根据权利要求1所述的无线功率传输装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄钟泰，申铉翊，李东洙，李钟勋，全商吾，宋益圭，金旲昊，李焌，
申请(专利权)人：曼珀斯有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR