用于无线充电系统的恒定电流射频发生器技术方案

本公开涉及用于无线充电系统的恒定电流射频发生器。用于对电池进行无线充电的设备包括功率放大器，该功率放大器具有产生用于对电池进行无线充电的磁场的发射器线圈。低通滤波器装置被电耦合于功率放大器的输出。带阻滤波器被电耦合于低通滤波器装置的输出。带阻滤波器的输出被电耦合于与电池相关联的电阻性负载。低通滤波器装置和带阻滤波器被配置为变换与发射器线圈相关联的负载阻抗，以在功率放大器的输出处产生电流，该电流响应于负载阻抗的变化基本保持恒定。

【技术实现步骤摘要】

本公开总体涉及用于无线充电的技术。具体地，本公开涉及提供用于无线充电的恒定电流。
技术介绍
基本的无线充电系统可以包括无线功率发射器单元(PTU)以及无线功率接收单元(PRU)。例如，PTU可以包括发射(Tx)线圈，而PRU可以包括接收(Rx)线圈。磁谐振无线充电可以利用Tx线圈和Rx线圈之间的磁耦合。在一些情况下，PRU被实施于具有不同尺寸的机架的设备中。在一些情况下，PTU被配置为恒定电流源，即使在不同尺寸的机架改变PRU和PTU之间的磁耦合的谐振频率的时候。基于无线充电联盟(A4WP)的无线充电系统可以依靠对发射器线圈中的电流的控制来实现设计的功率传输性能。该标准特别要求针对符合性对ITX(由功率放大器(PA)提供给线圈的电流)进行测试。不论负载阻抗有多大变化，都尽可能保持电流恒定。典型的PA拓扑默认不向负载供应恒定电流射频(RF)电流。按照惯例，在变化的负载条件下提供恒定电流特性的功率放大器系统的设计包括闭环系统。例如，当前技术水平的A4WPPA设计利用具有可变电源电压以及反馈系统的D类开关模式PA拓扑，以随着变化的负载实现恒定电流特性。基于采样的输出电流调整PA电源电压以保持恒定电流特性。像这样的解决方案响应慢、实施复杂、并且可能不满足PA在无线功率传输系统中经受的所有极端负载条件。已知的解决方案依靠反馈来调整PA的输出电流。这些解决方案成本高、响应慢、并且可能不能够提供针对大负载阻抗范围的期望的覆盖。
技术实现思路
根据本公开的一个方面，提供了一种用于对电池进行无线充电的设备，包括：功率放大器，该功率放大器包括发射器线圈以产生用于对电池进行无线充电的磁场；低通滤波器装置，该低通滤波器装置被电耦合于功率放大器的输出；以及带阻滤波器，该带阻滤波器包括被电耦合于发射器线圈的输出，并且该带阻滤波器被电耦合于低通滤波器装置的输出，其中，低通滤波器装置和带阻滤波器被配置为变换与发射器线圈相关联的负载阻抗以在发射器线圈的输入处产生电流，该电流响应于负载阻抗的变化基本保持恒定。根据本公开的另一个方面，提供了一种用于对电池进行无线充电的方法，包括：提供功率放大器和发射器线圈；利用发射器线圈来产生用于对电池进行无线充电的磁场；将低通滤波器装置电耦合于功率放大器的输出；将带阻滤波器电耦合于低通滤波器装置的输出；将带阻滤波器的输出电耦合于发射器线圈，该发射器线圈通过与接收器线圈的电感耦合与电池相关联；以及利用低通滤波器装置和带阻滤波器来变换与发射器线圈相关联的负载阻抗，以在发射器线圈的输入处产生电流，该电流响应于负载阻抗的变化基本恒定。根据本公开的另一个方面，提供了一种用于对电子设备的电池进行无线充电的装置，包括：用于向发射器线圈传送电流以产生用于对电池进行无线充电的磁场的装置；以及用于变换与发射器线圈相关联的负载阻抗的装置，其中，在不使用反馈电路的情况下，响应于负载阻抗的变化，至发射器线圈的电流基本保持恒定。根据本公开的另一个方法，提供了一种用于对电池进行无线充电的设备，包括：发射器线圈，该发射器线圈被配置为产生用于对电池进行无线充电的磁场；功率放大器，该功率放大器被配置为向发射器线圈传送电流；以及阻抗匹配电路，该阻抗匹配电路被配置为在不使用反馈电路的情况下变换与发射器线圈相关联的负载阻抗，以在发射器线圈的输入处产生电流，该电流响应于负载阻抗的变化基本保持恒定。附图说明图1是PTU向PRU提供功率的框图；图2是用于对电池进行无线充电的设备的示意图；图3A是LC阻抗变换网络的示意图；图3B是图3A的LC阻抗变换网络的频率响应的曲线图；图4A是示出图2的平面A处的恒定功率等位线(powercontour)、以及具有静态电容拓扑的典型E类开关模式PA的理想负载线的史密斯圆图；图4B是示出针对负载处的恒定电流特性的理想恒定功率等位线的史密斯圆图；图5是示出简单的LC阻抗变换器的相位偏移的史密斯圆图；图6是二阶低通阻抗变换网络的示意图；图7A是陷波滤波器的示意图；图7B是等同于基频处的图5的陷波滤波器的电路的示意图；图8是用于设计具有恒定电流特性的开关模式功率放大器的示例性方法的处理流程图；图9是基于具有有限电感的单端E类的开关模式功率放大器的示意图；图10是示出图9所示的具有有限电感的单端E类的负载牵引仿真的史密斯圆图；图11是合成的输出网络的示意图；图12是通过每一阶段的贡献示出针对图11的网络的仿真相位偏移模式的史密斯圆图；图13A是图11的组合滤波器的频率响应比较的曲线图；图13B是被测得的原型组合滤波器的相位偏移的史密斯圆图；图14A是图11的合成的输出网络和开关模式PA的组合的恒定效率等位图和仿真的恒定功率的史密斯圆图；以及图14B是仿真的输出电流等位图对比A4WP认证所需的阻抗范围的史密斯圆图。贯穿本公开和附图使用相同的编号来指示类似的组件和特征。100系列的数字指代最初在图1中出现的特征；200系列的数字指代最初在图2中出现的特征；诸如此类。具体实施方式本公开总体涉及用于无线充电的技术。具体地，本文所述的技术包括具有发射器(Tx)线圈的无线功率发射单元(PTU)中的装置，其中该发射器线圈被配置为产生磁场。该装置还可以包括用于调谐发射器线圈的调谐电路。如上文所讨论的，在一些情况下，PTU被配置成作为恒定电流源，即使不同尺寸的机架可能改变无线功率接收单元(PRU)和PTU之间的磁耦合的谐振频率。例如，相比于膝上型计算设备，具有PRU的移动计算设备可以具有相对较小的金属机架。本文讨论的技术可以利用无线充电标准协议来实现，该无线充电标准协议例如是由无线充电联盟(A4WP)于2014年11月05日提供的1.3版规范。无线功率接收(Rx)线圈可以是功率接收单元(PRU)的组件，而无线功率发射(Tx)线圈可以是功率发射单元(PTU)的组件，如下文更加详细讨论的。然而，本文所述的技术在适用的情况下可以利用任意其他无线充电标准协议来实现。图1是包括向PRU提供功率的PTU的无线充电布置100的框图，其中，PTU包括谐振频率检测电路。PTU102可以经由谐振器106和108之间的磁电感耦合(如箭头110所示)来耦合至PRU104。PRU104可以是被配置为通过电感耦合110接收电荷的计算设备128的组件。谐振器106在本文中可以被称为PTU102的Tx线圈106。谐振器108在本文中可以被称为PRU104的Rx线圈108。PTU102可以包括匹配电路112，匹配电路112被配置为将功率放大器(PA)116的输出的阻抗与PRU104的负载阻抗相匹配。匹配电路112还可以滤除由功率放大器116输出的电流的谐波，并且可以使得由功率放大器116输出的电流能够恒定。匹配电路112可以包括电子组件(例如，电容器、电感器以及其他电路元件)的任意适合的布置。不过，匹配电路112的具体示例性实施例在图2和图8中被示出。PTU102的其他组件可以包括振荡器118、电流传感器120、蓝牙低功耗(BLE)模块122、控制器124、直流至直流(DC2DC)转换器126等等。电流传感器120可以是电流表、电压表或被配置为感测由于PTU102和另一对象(例如，PRU104)之间的电感耦合而发生的负载变化的任意适合的传感器。传感器120可以向P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对电池进行无线充电的设备，包括：功率放大器，所述功率放大器包括发射器线圈以产生用于对电池进行无线充电的磁场；低通滤波器装置，所述低通滤波器装置被电耦合于所述功率放大器的输出；以及带阻滤波器，所述带阻滤波器包括被电耦合于发射器线圈的输出，并且所述带阻滤波器被电耦合于所述低通滤波器装置的输出，其中，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器被配置为变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗以在所述发射器线圈的输入处产生电流，该电流响应于所述负载阻抗的变化基本保持恒定。

【技术特征摘要】
2015.09.22 US 14/861,9311.一种用于对电池进行无线充电的设备，包括：功率放大器，所述功率放大器包括发射器线圈以产生用于对电池进行无线充电的磁场；低通滤波器装置，所述低通滤波器装置被电耦合于所述功率放大器的输出；以及带阻滤波器，所述带阻滤波器包括被电耦合于发射器线圈的输出，并且所述带阻滤波器被电耦合于所述低通滤波器装置的输出，其中，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器被配置为变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗以在所述发射器线圈的输入处产生电流，该电流响应于所述负载阻抗的变化基本保持恒定。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电池通过所述发射器线圈和接收器线圈之间的电感耦合与所述发射器线圈相关联，并且表现为与所述发射器线圈相关联的负载电阻。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器被配置为变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗，以在向进行充电的所述电池传送期望的功率时将与所述发射器线圈相关联的负载阻抗与所述功率放大器的阻抗相匹配。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述低通滤波器装置包括连接至第二阶低通滤波器的第一阶低通滤波器系列。5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述第一阶低通滤波器包括第一电感器和第一电容器，并且所述第二阶低通滤波器包括第二电感器和第二电容器。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述功率放大器具有输出阻抗R，电阻性负载具有输入阻抗RL，所述低通滤波器装置提供具有的相位偏移的输出电压，其中，7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述低通滤波器装置被配置为变换所述功率放大器的输出阻抗R以与所述电阻性负载阻抗RL相匹配。8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器被配置为滤除在所述功率放大器的输出处产生的所述电流的谐波。9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二阶低通滤波器被配置为将所述第一阶低通滤波器系列和所述带阻滤波器互连。10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器被配置为顺时针旋转史密斯圆图上的实轴并且逆时针旋转恒定功率等位线，以将最大梯度路径与所述实轴对齐。11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器被配置为将史密斯圆图上的实轴顺时针旋转角度所述角度与的相位偏移相对应。12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述低通滤波器装置包括连接至第二阶低通滤波器的第一阶低通滤波器，所述第一阶低通滤波器包括第一电感器L1和第一电容器C1，并且所述第二阶低通滤波器包括第二电感器L2和第二电容器C2，中间阻抗RINT被提供在所述第一阶低通滤波器和所述第二阶低通滤波器之间，其中，L1、C1、L2和C2的值满足以下公式以从所述功率放大器中得到基本恒定的电流：L1＝RINTQL1/ωC1＝QL1/RωQL1＝(R/RINT-1)1/2L2＝RINTQL2/ωC2＝QL2/RLωQL2＝(RL/RINT-1)1/2其中，ω是角频率，R是所述第一阶低通滤波器的输入处的阻抗，RL是所述第二阶低通滤波器的输出处的阻抗，并且Q是品质因数。13.根据要求12所述的设备，其中，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器的相位偏移组合被配置为通过选择所述中间阻抗RIN...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨松楠，肖斌，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US