用于无线功率发射的发射器制造技术

本申请涉及用于无线功率发射的发射器。一种无线功率发射器(300)包含发射天线(304)，所述发射天线(304)配置为包含环路电感器(480)和天线电容(CA)的谐振储能电路。所述发射器进一步包含经配置以驱动所述发射天线的E类放大器(306)，和可操作地耦合于所述发射天线与所述放大器之间的匹配电路(308)。所述匹配电路包括电感(LF)和电容(CF)。所述匹配电路的所述电感(LF)和所述放大器的电感(L2)可由单个电感器(478)实现。而且，所述匹配电路的所述电容(CF)和所述天线电容(CA)可由单个电容器(482)实现。所述接收器(608)包括包含并联谐振器的接收天线(618)和包括至少两个整流二极管的整流器电路(600)。

【技术实现步骤摘要】
用于无线功率发射的发射器分案申请的相关信息本申请是申请号为PCT/US2009/057355，申请日为2009年9月17日，优先权日为2008年9月17日，专利技术名称为“用于无线功率发射的发射器”的PCT申请进入国家阶段后申请号为200980135751.1的中国专利技术专利申请的分案申请。根据35U.S.C.§119主张优先权本申请案依据35U.S.C.§119(e)主张以下专利申请案的优先权：2008年9月19日申请的标题为“使用E类放大器的磁功率(MAGNETICPOWERUSINGACLASSEAMPLIFIER)”的第61/098,742号美国临时专利申请案，其揭示内容的全文以引用的方式并入本文中。2008年9月17日申请的标题为“高频率下的高效率技术(HIGHEFFICIENCYTECHNIQUESATHIGHFREQUENCY)”的第61/097,859号美国临时专利申请案，其揭示内容的全文以引用的方式并入本文中。2009年1月24日申请的标题为“无线功率电子电路(WIRELESSPOWERELECTRONICCIRCUIT)”的第61/147,081号美国临时专利申请案，其揭示内容的全文以引用的方式并入本文中。2009年6月19日申请的标题为“HF功率转换电子元件的开发(DEVELOPMENTOFHFPOWERCONVERSIONELECTRONICS)”的第61/218,838号美国临时专利申请案，其揭示内容的全文以引用的方式并入本文中。
本专利技术大体上涉及无线充电，且更具体来说涉及与便携式无线充电系统相关的装置、系统和方法。背景技术通常，例如无线电子装置等每一被供电装置均需要其自身的有线充电器和电源，所述电源通常是交流(AC)电源引出口。此有线配置在许多装置需要充电时变得不方便。正在开发使用耦合到待充电的电子装置的发射器与接收器之间的空中或无线功率发射的方法。接收天线收集辐射的功率，且将其整流为用于对装置供电或对装置的电池充电的可用功率。无线能量发射可基于嵌入在待供电或充电的主机电子装置中的发射天线、接收天线与整流电路之间的耦合。包含发射天线的发射器面临冲突的设计约束，例如相对小的体积、高效率、较少的材料清单(BillOfMaterials，BOM)和高可靠性。因此，需要改进用于无线功率发射的发射器设计以满足各种设计目的。附图说明图1说明无线功率发射系统的简化框图。图2说明无线功率发射系统的简化示意图。图3说明根据示范性实施例的环路天线的示意图。图4说明根据示范性实施例的无线功率发射系统的功能框图。图5说明根据示范性实施例的无线功率发射器的框图。图6A到图6B说明根据示范性实施例的包含波形的E类放大器。图7说明根据示范性实施例的经加载不对称E类放大器的电路图。图8说明根据示范性实施例的经加载对称E类放大器的电路图。图9说明根据示范性实施例的经加载双半桥放大器的电路图。图10说明根据示范性实施例的包含波形的滤波和匹配电路的电路图。图11A和图11B说明根据示范性实施例的中间驱动器电路的电路图。图12说明根据示范性实施例的无线功率发射器的部分的电路图。图13是根据示范性实施例的用于发射无线功率的方法的流程图。图14说明根据示范性实施例的无线功率接收器的电路图。具体实施方式词语“示范性”在本文中用以意味着“充当实例、例子或说明”。本文中被描述为“示范性”的任何实施例均不必理解为比其它实施例优选或有利。下文结合附图阐述的详细描述希望作为对本专利技术的示范性实施例的描述，且并不希望表示可实践本专利技术的仅有实施例。贯穿此描述所使用的术语“示范性”意味着“充当实例、例子或说明”，且不应必然将其解释为比其它示范性实施例优选或有利。出于提供对本专利技术的示范性实施例的透彻理解的目的，详细描述包含特定细节。所属领域的技术人员将显而易见，可在无这些特定细节的情况下实践本专利技术的示范性实施例。在一些情况下，以框图形式展示众所周知的结构及装置以免使本文中所呈现的示范性实施例的新颖性模糊不清。本文使用术语“无线功率”来表示与电场、磁场、电磁场相关联或在不使用物理电磁导体的情况下以其它方式从发射器发射到接收器的任何形式的能量。本文将系统中的功率转换描述为对包含例如移动电话、无绳电话、MP3播放器、头戴式耳机等装置无线地充电。大体上，无线能量传送的一个基本原理包含使用例如低于30MHz的频率的磁耦合谐振(即，谐振感应)。然而，可使用各种频率，包含准许在相对高辐射等级下的许可免除操作的频率，例如在135kHz以下(LF)或在13.56MHz(HF)。在射频识别(RFID)系统通常使用的这些频率下，系统必须遵守干扰和安全性标准，例如欧洲的EN300330或美国的FCC第15部分标准。借助于说明而非限制，本文使用缩写LF和HF，其中“LF”指代f0＝135kHz且“HF”指代f0＝13.56MHz。图1说明根据各种示范性实施例的无线功率发射系统100。将输入功率102提供到发射器104以用于产生用于提供能量传送的磁场106。接收器108耦合到磁场106且产生输出功率110供耦合到输出功率110的装置(未图示)存储或消耗。发射器104和接收器108两者分开一距离112。在一个示范性实施例中，发射器104和接收器108是根据相互谐振关系而配置，且当接收器108的谐振频率和发射器104的谐振频率匹配时，当接收器108位于磁场106的“近场”中时发射器104与接收器108之间的发射损耗最小。发射器104进一步包含发射天线114以用于提供用于能量发射的装置，且接收器108进一步包含接收天线118以用于提供用于能量接收或耦合的装置。发射天线和接收天线是根据将与其相关联的应用和装置来定尺寸。如所陈述，有效能量传送通过将发射天线的近场中的能量的大部分耦合到接收天线而不是将能量的大部分在电磁波中传播到远场而发生。在此近场中，耦合可建立于发射天线114与接收天线118之间。天线114和118周围的此近场耦合可能发生的区域在本文称为耦合模式区。图2展示无线功率发射系统的简化示意图。由输入功率102驱动的发射器104包含振荡器122、功率放大器或功率级124以及滤波和匹配电路126。振荡器经配置以产生所需频率，其可响应于调整信号123而调整。振荡器信号可由功率放大器124以响应于控制信号125的放大量而放大。可包含滤波和匹配电路126以对谐波或其它不希望的频率进行滤波，且将发射器104的阻抗与发射天线114匹配。电子装置120包含接收器108，其可包含匹配电路132和整流与切换电路134以产生DC功率输出，以对如图2所示的电池136充电或对耦合到接收器的装置电子元件(未图示)供电。可包含匹配电路132以将接收器108的阻抗与接收天线118匹配。如图3中说明，示范性实施例中使用的天线可配置为“环路”天线150，其在本文也可称为“磁”、“谐振”或“磁谐振”天线。环路天线可经配置以包含空气磁芯或物理磁芯(例如铁氧体磁芯)。此外，空气磁芯环路天线允许将其它组件放置于磁芯区域内。另外，空气磁芯环路可更容易使得能够将接收天线118(图2)放置于发射天线114(图2)的其中发射天线114(图2)的耦合模式区可更有效的平面内。如所陈述，发射器104与接收器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线功率发射器，其包括：发射电路，其配置为谐振储能电路，所述谐振储能电路包含与第一电感器耦合的第一电容器，所述发射电路经配置以响应于时变信号来无线地发射功率以对接收器装置供电或充电；以及驱动器电路，其可操作地耦合到所述发射电路，所述驱动器电路经配置以产生所述时变信号，所述驱动器电路包括：第一驱动器级电路，其包括：第一开关，其经配置以响应于第一控制信号来控制所述时变信号；第二电容器，其与所述第一开关并联耦合；第三电容器，其耦合到所述第一开关及所述第二电容器；以及第二电感器，其耦合到所述第一开关及所述第二电容器；以及第二驱动器级电路，其包括：第二开关，其经配置以响应于第二控制信号来控制所述时变信号；第四电容器，其与所述第二开关并联耦合；第五电容器，其耦合到所述第二开关及所述第四开关；以及第三电感器，其耦合到所述第二开关及所述第四电容器。

【技术特征摘要】
2008.09.17 US 61/097,859;2008.09.20 US 61/098,742;1.一种无线功率发射器，其包括：发射电路，其配置为谐振储能电路，所述谐振储能电路包含与第一电感器耦合的第一电容器，所述发射电路经配置以响应于时变信号来无线地发射功率以对接收器装置供电或充电；以及驱动器电路，其可操作地耦合到所述发射电路，所述驱动器电路经配置以产生所述时变信号，所述驱动器电路包括：第一驱动器级电路，其包括：第一开关，其经配置以响应于第一控制信号来控制所述时变信号；第二电容器，其与所述第一开关并联耦合；第三电容器，其耦合到所述第一开关与所述第二电容器之间的节点；以及第二电感器，其耦合到所述第一开关与所述第二电容器之间的节点；以及第二驱动器级电路，其包括：第二开关，其经配置以响应于第二控制信号来控制所述时变信号；第四电容器，其与所述第二开关并联耦合；第五电容器，其耦合到所述第二开关与所述第四电容器之间的节点；以及第三电感器，其耦合到所述第二开关与所述第四电容器之间的节点。2.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中所述发射电路与所述驱动器电路并联耦合。3.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中所述第一驱动器级电路配置为E类放大器电路，且其中所述第二驱动器级电路配置为E类放大器电路。4.根据权利要求3所述的无线功率发射器，其中所述驱动器电路的质量因数包括至少1.79。5.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其进一步包括与所述第二电感器串联耦合的第一电源电压以及与所述第三电感器串联耦合的第二电源电压。6.根据权利要求5所述的无线功率发射器，其中所述第一电源电压及所述第二电源电压包括相同的电源电压。7.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中所述驱动器电路配置为包括所述第一驱动器级电路及所述第二驱动器级电路的对称E类放大器电路，其中所述第一驱动器级电路配置为E类放大器电路，且所述第二驱动器级电路配置为所述第一驱动器级电路的镜像。8.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中所述第一控制信号和所述第二控制信号经配置为彼此相移180度，从而以180度相移波形分别驱动所述第一开关及所述第二开关。9.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中所述发射电路的所述第一电容器与所述第二电容器、所述第三电容器、所述第四电容器及所述第五电容器中的至少一者相同或与所述第二电容器、所述第三电容器、所述第四电容器及所述第五电容器中的至少一者相组合。10.一种用于发射无线功率的方法，其包括：由发射电路响应于时变信号来无线地发射功率，所述发射电路配置为谐振储能电路，所述谐振储能电路包括与第一电感器耦合的第一电容器；以及由驱动器电路产生所述时变信号，所述驱动器电路包括第一驱动器级电路，所述第一驱动器级电路包括经配置以响应于第一控制信号来控制所述时变信号的第一开关，与所述第一开关并联耦合的第二电容器，耦合到所述第一开关与所述第二电容器之间的节点的第三电容器，以及耦合到所述第一开关与所述第二电容器之间的节点的第二电感器，所述驱动器电路进一步包括第二驱动器级电路，所述第二驱动器级电路包括经配置以响应于第二控制信号来控制所述时变信号的第二开关，与所述第二开关并联耦合的第四电容器，耦合到所述第二开关与所述第四电容器之间的节点的第五电容器，以及耦合到所述第二开关与所述第四电容器之间的节点的第三电感器。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述发射电路与所述驱动器电路并联耦合。12.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一驱动器级电路配置为E类放大器电路，且其中所述第二驱动器级电路配置为E类放大器电路。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述驱动器电路的质量因数包括至少1.79。14.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括通过第一电源电压将功率供应到所述驱动器电路，其中所述第一电源电压与所述第二电感器串联耦合，以及通过第二电源电压将功率供应到所述驱动器电路，其中所述第二电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：奈杰尔·P·库克，卢卡斯·西贝尔，汉斯彼得·威德默，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US