谐振式无线电源接收电路及控制电路与无线电源转换方法技术

本发明专利技术提出一种谐振式无线电源接收电路，包含：一谐振电路，其接收一无线电源且产生一交流谐振讯号；一桥式整流电路，用以将该交流谐振讯号，转换为一整流输出讯号以驱动一负载，该整流输出讯号具有一整流输出电压及一整流输出电流，该桥式整流电路包括至少一多模式开关；以及一回授控制电路，用以根据相关于该整流输出讯号的一回授讯号而产生一多模式开关控制讯号，以控制该多模式开关，使其至少一部分时间操作于一导通操作，以使该整流输出电压的位准大致上等于该交流谐振电压的该振幅的二倍，或调节该整流输出电压及/或电流的位准对应于一输出电压及/或电流参考讯号。本发明专利技术还提出一种谐振式无线电源接收电路的控制电路与无线电源转换方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种谐振式无线电源接收电路，特别是指一种包含桥式整流电路的谐振式无线电源接收电路。本专利技术也涉及控制谐振式无线电源接收电路的控制电路与无线电源转换方法。
技术介绍
请参阅图1的现有技术，图中显示一种常见的谐振式无线电源接收电路(谐振式无线电源接收电路1)，其中谐振式无线电源接收电路包含谐振电路31，桥式整流电路33，直流直流转换电路34，以及负载35。图1中，谐振式无线电源发送电路(未示出)将无线电源40发送至无线场(wireless field)中(例如但不限于磁场，电场，电磁场)，谐振式无线电源接收电路1在无线场中通过谐振电路31在谐振作用之下，以例如但不限于耦合、感应或捕捉的方式来接收无线场中的无线电源40，而于谐振电路31的输出端产生一谐振输出电压VAC，整流电路33将谐振输出电压VAC整流而产生一整流输出电压VRECT，再由直流直流转换电路34转换后产生VOUT，以驱动负载35，达成无线电源传输。图1中所示的现有技术，其缺点在于，其整流输出电压VRECT可能会过低或是过高，此外，也因为整流输出电压VRECT无法确定，故需要额外的调节电路如直流直流转换电路34以产生稳定的输出电压。图1所示的现有技术是采用谐振的原理，因此：谐振式无线电源发送电路送出的谐振频率偏移原设定的谐振频率，或接收端耦合位置、角度或距离不同，或是多个谐振式无线电源接收电路同时耦合接收功率等等情形之下，可能会发生偏离谐振(off resonance)。偏离谐振若未做修正或控制，会导致功率耗损，或是接收电压过低(例如谐振输出电压VAC与整流输出电压VRECT)，造成后级电路无法正常工作(例如直流直流转换电路34以及负载35)。请参阅图2，图中显示整流电路的一种现有技术，桥式二倍压电路(美国专利US4268899,Bridge-Doubler Rectifier)，当CR5不导通时，桥式二倍压电路工作在一倍电压模式，当CR5导通时，桥式二倍压电路工作在二倍电压模式；此现有技术的缺点在于，第一、需要使用两个输出电容并且串联在一起，等效输出电容量会下降为其单一电容量的一半；第二、CR5必须是双向控制开关；第三、其电压调整的倍率选项仅有两种，但如前述，谐振式无线电源接收电路以谐振方式接收到的功率数值并不确定，若以此现有技术作为谐振式无线电源接收电路的整流电路，有可能在某些情况下，整流电路的输出电压1倍则过低、2倍则过高，导致耦接其后的后级电路无法正常工作或是损坏。请参阅图3A-3B，图中示出了谐振式无线电源接收电路的另一种现有技术，谐振式无线电源接收电路2包含了1倍/2倍主动式整流器38(其详细电路如图3B)，该1倍/2倍主动整流器38可将无线感应接收的交流电压，以1倍或2倍的整流电压输出，以解决前述整流电路的输出电压过低的问题。然而上述图3A,3B的现有技术的缺点在于，第一、该1倍/2倍主动整流器38的电路结构十分复杂，需要使用许多元件，例如图中所示需至少10个开关元件；第二、其电压调整的倍率选项仅有两种，但如前述，谐振式无线电源接收电路2以谐振方式接收到的功率数值并不确定，有可能在某些情况下，整流电路的输出电压1倍则过低、2倍则过高，导致耦接其后的后级电路无法正常工作或是损坏。本专利技术相较于图1的现有技术，具有回授控制的整流电路输出，可避免整流电路的输出电压过低或过高的问题，此外本专利技术亦可具有稳定的整流输出电压或整流输出电流，因此无需直流直流转换电路，可节省大量电路成本。本专利技术相较于图2与图3A,3B的现有技术，具有连续可调整的整流电路输出，可避免整流电路的输出电压过高或过低的问题，此外，电路亦可使用数量较少的元件，且与整流电路原有的整流元件共享，相较于此现有技术而言，可降低制造成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种谐振式无线电源接收电路及控制电路与无线电源转换方法，可避免整流电路的输出电压过低或过高的问题，并降低制造成本。为达上述目的，就其中一个观点言，本专利技术提供了一种谐振式无线电源接收电路，该谐振式无线电源接收电路包含：一谐振电路，包括具有至少一接收线圈的一接收电路以及具有至少一阻抗匹配电容器的一阻抗匹配电路，该谐振电路接收一无线电源且于其一谐振输出正端与其一谐振输出负端之间产生一交流谐振讯号，该交流谐振讯号包括一交流谐振电压，其中该交流谐振电压具有一振幅；一桥式整流电路，用以将该交流谐振讯号，转换为一整流输出讯号于其一整流输出端点及其一接地点之间，其中该整流输出讯号具有一整流输出电压及一整流输出电流，其中该桥式整流电路包含至少四整流元件，其分别具有电流流出端与电流流入端，该四整流元件包括第一整流元件、第二整流元件、第三整流元件以及第四整流元件，其中该第三整流元件与该第四整流元件的电流流出端互相耦接于该整流输出端点，该第一整流元件与该第二整流元件的电流输入端互相耦接于该接地点，该第三整流元件的电流输入端与该第一整流元件的电流流出端互相耦接于该谐振输出负端，该第四整流元件的电流输入端与该第二整流元件的电流流出端互相耦接于该谐振输出正端；其中该四整流元件的至少其中之一为一多模式开关(Multi-mode Switch)；其中该阻抗匹配电路与该接收电路串联且与该桥式整流电路串联；以及一回授控制电路，用以根据相关于该整流输出电压的一电压回授讯号及/或相关于该整流输出电流的一电流回授讯号，而产生一多模式开关控制讯号，用以控制该多模式开关，使其至少一部分时间操作于一导通操作，以达成以下功能：(1)使得该整流输出电压的位准大致上等于该交流谐振电压的该振幅的二倍，或(2)调节该整流输出电压的位准对应于一输出电压参考讯号，及/或调节该整流输出电流的位准对应于一输出电流参考讯号。在一较佳实施例中，该回授控制电路以该多模式开关控制讯号，控制该多模式开关，使其操作于一同步整流切换操作以及该导通操作的一分时组合，以调节该整流输出电压的位准对应于该输出电压参考讯号的位准，及/或调节该整流输出电流的位准对应于该输出电流参考讯号的位准。在一较佳实施例中，该四整流元件包含以下组合的其中一种：(一)该四整流元件包括一个多模式开关与三个二极管，所述二极管的顺向端与逆向端分别对应于该三整流元件各自的电流流入端与电流流出端；(二)该四整流元件包括四个多模式开关，且该回授控制电路以该多模式开关控制讯号，控制该四个多模式开关；(三)该四整流元件包括一个二极管以及三个多模式开关的组合，且该回授控制电路以该多模式开关控制讯号，控制该三个多模式开关；以及(四)该四整流元件包括二个二极管以及二个多模式开关的组合，且该回授控制电路以该多模式开关控制讯号，控制该二个多模式开关。在一较佳实施例中，所述多模式开关分别为一半导体开关。在一较佳实施例中，各多模式开关各与一旁路二极管并联，该旁路二极管的顺向端与逆向端分别耦接于对应的多模式开关的电流流入端与电流流出端。在一较佳实施例中，该谐振式无线电源接收电路还包含一输出电容器，耦接于该整流输出端点与该接地点之间，其中于该整流输出电压的位准大致上等于该交流谐振电压的该振幅的二倍时，于该交流谐振电压的负半波电压时，对该阻抗匹配电容器充电，而于该交流谐振电压的正半波电压时，该阻抗匹配电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐振式无线电源接收电路，其特征在于，包含：一谐振电路，包括：一接收电路，具有至少一接收线圈；以及一阻抗匹配电路，与该接收电路耦接，该阻抗匹配电路具有至少一阻抗匹配电容器，其中，该谐振电路接收一无线电源且于其一谐振输出正端与其一谐振输出负端之间产生一交流谐振讯号，该交流谐振讯号包括一交流谐振电压，其中该交流谐振电压具有一振幅；一桥式整流电路，用以将该交流谐振讯号，转换为一整流输出讯号于其一整流输出端点及其一接地点之间，其中该整流输出讯号具有一整流输出电压及一整流输出电流，其中该桥式整流电路包含至少四整流元件，其分别具有电流流出端与电流流入端，该四整流元件包括第一整流元件、第二整流元件、第三整流元件以及第四整流元件，其中该第三整流元件与该第四整流元件的电流流出端互相耦接于该整流输出端点，该第一整流元件与该第二整流元件的电流输入端互相耦接于该接地点，该第三整流元件的电流输入端与该第一整流元件的电流流出端互相耦接于该谐振输出负端，该第四整流元件的电流输入端与该第二整流元件的电流流出端互相耦接于该谐振输出正端；其中该四整流元件的至少其中之一为一多模式开关；其中该阻抗匹配电路与该接收电路串联且与该桥式整流电路串联；以及一回授控制电路，用以根据相关于该整流输出电压的一电压回授讯号及/或相关于该整流输出电流的一电流回授讯号，而产生一多模式开关控制讯号，用以控制该多模式开关，使其至少一部分时间操作于一导通操作，以达成以下功能：(1)使得该整流输出电压的位准大致上等于该交流谐振电压的该振幅的二倍，或(2)调节该整流输出电压的位准对应于一输出电压参考讯号，及/或调节该整流输出电流的位准对应于一输出电流参考讯号。...

【技术特征摘要】
2015.05.15 US 62/161,9121.一种谐振式无线电源接收电路，其特征在于，包含：一谐振电路，包括：一接收电路，具有至少一接收线圈；以及一阻抗匹配电路，与该接收电路耦接，该阻抗匹配电路具有至少一阻抗匹配电容器，其中，该谐振电路接收一无线电源且于其一谐振输出正端与其一谐振输出负端之间产生一交流谐振讯号，该交流谐振讯号包括一交流谐振电压，其中该交流谐振电压具有一振幅；一桥式整流电路，用以将该交流谐振讯号，转换为一整流输出讯号于其一整流输出端点及其一接地点之间，其中该整流输出讯号具有一整流输出电压及一整流输出电流，其中该桥式整流电路包含至少四整流元件，其分别具有电流流出端与电流流入端，该四整流元件包括第一整流元件、第二整流元件、第三整流元件以及第四整流元件，其中该第三整流元件与该第四整流元件的电流流出端互相耦接于该整流输出端点，该第一整流元件与该第二整流元件的电流输入端互相耦接于该接地点，该第三整流元件的电流输入端与该第一整流元件的电流流出端互相耦接于该谐振输出负端，该第四整流元件的电流输入端与该第二整流元件的电流流出端互相耦接于该谐振输出正端；其中该四整流元件的至少其中之一为一多模式开关；其中该阻抗匹配电路与该接收电路串联且与该桥式整流电路串联；以及一回授控制电路，用以根据相关于该整流输出电压的一电压回授讯号及/或相关于该整流输出电流的一电流回授讯号，而产生一多模式开关控制讯号，用以控制该多模式开关，使其至少一部分时间操作于一导通操作，以达成以下功能：(1)使得该整流输出电压的位准大致上等于该交流谐振电压的该振幅的二倍，或(2)调节该整流输出电压的位准对应于一输出电压参考讯号，及/或调节该整流输出电流的位准对应于一输出电流参考讯号。2.如权利要求1所述的谐振式无线电源接收电路，其中，该回授控制电路以该多模式开关控制讯号，控制该多模式开关，使其操作于一同步整流切换操作以及该导通操作的一分时组合，以调节该整流输出电压的位准对应于该输出电压参考讯号的位准，及/或调节该整流输出电流的位准对应于该输出电流参考讯号的位准。3.如权利要求2所述的谐振式无线电源接收电路，其中，该四整流元件包含以下组合的其中一种：(一)该四整流元件包括一个多模式开关与三个二极管，所述二极管的顺向端与逆向端分别对应于该三整流元件各自的电流流入端与电流流出端；(二)该四整流元件包括四个多模式开关，且该回授控制电路以该多模式开关控制讯号，控制该四个多模式开关；(三)该四整流元件包括一个二极管以及三个多模式开关的组合，且该回授控制电路以该多模式开关控制讯号，控制该三个多模式开关；以及(四)该四整流元件包括二个二极管以及二个多模式开关的组合，且该回授控制电路以该多模式开关控制讯号，控制该二个多模式开关。4.如权利要求1至3中任一项所述的谐振式无线电源接收电路，其中，所述多模式开关分别为一半导体开关。5.如权利要求1至3中任一项所述的谐振式无线电源接收电路，其中，各多模式开关各与一旁路二极管并联，该旁路二极管的顺向端与逆向端分别耦接于对应的多模式开关的电流流入端与电流流出端。6.如权利要求1所述的谐振式无线电源接收电路，其中，还包含一输出电容器，耦接于该整流输出端点与该接地点之间，其中于该整流输出电压的位准大致上等于该交流谐振电压的该振幅的二倍时，于该交流谐振电压的负半波电压时，对该阻抗匹配电容器充电，而于该交流谐振电压的正半波电压时，该阻抗匹配电容器对该输出电容器充电。7.一种谐振式无线电源接收电路，其特征在于，包含：一谐振电路，包括：一接收电路，具有至少一接收线圈；以及一阻抗匹配电路，与该接收电路耦接，该阻抗匹配电路具有至少一阻抗匹配电容器，其中，该谐振电路接收一无线电源且于其一谐振输出正端与其一谐振输出负端之间产生一交流谐振讯号，该交流谐振讯号包括一交流谐振电压，其中该交流谐振电压具有一振幅；一桥式整流电路，用以将该交流谐振讯号，转换为一整流输出讯号于其一整流输出端点及其一接地点之间，以驱动一负载，其中该整流输出讯号具有一整流输出电压及一整流输出电流，其中该桥式整流电路包含至少四整流元件，其分别具有电流流出端与电流流入端，该四整流元件包括第一整流元件、第二整流元件、第三整流元件以及第四整流元件，其中该第三整流元件与该第四整流元件的电流流出端互相耦接于该整流输出端点，该第一整流元件与该第二整流元件的电流输入端互相耦接于该接地点，该第三整流元件的电流输入端与该第一整流元件的电流流出端互相耦接于该谐振输出负端，该第四整流元件的电流输入端与该第二整流元件的电流流出端互相耦接于该谐振输出正端；其中该四整流元件的至少其中之一为一多模式开关；其中该阻抗匹配电路与该接收电路串联且与桥式整流电路串联；以及一控制电路，用以根据一模式选择讯号，而产生一多模式开关控制讯号，用以控制该多模式开关，使其操作于一导通操作，以使得该整流输出电压的位准大致上等于该交流谐振电压的该振幅的二倍。8.如权利要求7所述的谐振式无线电源接收电路，其中，还包含一输出电容器，耦接于该整流输出端点与该接地点之间，其中于该整流输出电压的位准大致上等于该交流谐振电压的该振幅的二倍时，于该交流谐振电压的负半波电压时，对该阻抗匹配电容器充电，而于该交流谐振电压的正半波电压时，该阻抗匹配电容器对该输出电容器充电。9.一种回授控制电路，用以控制一谐振式无线电源接收电路，该谐振式无线电源接收电路包含：一谐振电路，包括具有至少一接收线圈的一接收电路、以及具有至少一阻抗匹配电容器的一阻抗匹配电路，该谐振电路接收一无线电源且于其一谐振输出正端与其一谐振输出负端之间产生一交流谐振讯号，该交流谐振讯号包括一交流谐振电压，其中该交流谐振电压具有一振幅；一桥式整流电路，用以将该交流谐振讯号，转换为一整流输出讯号于其一整流输出端点及其一接地点之间，其中该整流输出讯号具有一整流输出电压及一整流输出电流，其中该桥式整流电路包含至少四整流元件，其分别具有电流流出端与电流流入端，该四整流元件包括第一整流元件、第二整流元件、第三整流元件以及第四整流元件，其中该第三整流元件与该第四整流元件的电流流出端互相耦接于该整流输出端点，该第一整流元件与该第二整流元件的电流输入端互相耦接于该接地点，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国基，魏维信，
申请(专利权)人：立锜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71