用于无线功率发送器的高效功率放大器系统技术方案

一种用于提供无线功率的示例设备，包括：电源；耦合到电源的功率放大器，该功率放大器包括耦合到电源和耦合到公共开关输出的第一开关和第二开关，以及耦合到功率放大器的脉宽调制器(“PWM”)，该PWM被配置为在开启和关闭状态之间基本上同时切换第一开关和第二开关中的每一个，并且将第一开关和第二开关保持在相反的开启和关闭状态；耦合到电源和PWM的控制器，该控制器被配置为：接收指示负载阻抗的传感器信号；基于传感器信号确定PWM的占空比；以及基于PWM的占空比调节电源的输出电压。

High efficiency power amplifier system for wireless power transmitter

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于无线功率发送器的高效功率放大器系统
本公开一般地涉及功率放大器，并且更一般地涉及用于无线功率发送器的高效功率放大器系统。
技术介绍
高频磁场可用于向远程设备无线供电。一种典型的实施方式包括具有发送(“TX”)线圈和接收(“RX”)线圈的谐振双线圈系统。功率放大器(PA)系统或驱动器以特定于应用的量级的高频AC电流驱动TX线圈。然而，与其中PA馈送基本恒定的阻抗负载的射频(“RF”)通信应用不同，由于TX和RX线圈之间的耦合的改变、异物的存在等，TX线圈可能呈现可变的阻抗负载。阻抗负载的这种改变会降低功率传输的效率。
技术实现思路
描述了用于无线功率发送器的高效功率放大器系统的各种示例。一种用于提供无线功率的示例设备包括电源；耦合到电源的功率放大器，该功率放大器包括耦合到电源和耦合到公共开关输出的第一开关和第二开关，以及耦合到功率放大器的脉宽调制器(“PWM”)，PWM被配置为在开启和关闭状态之间基本上同时切换(toggle)所述第一开关和第二开关中的每一个，并且将第一开关和第二开关保持在相反的开启和关闭状态；耦合到电源和PWM的控制器，该控制器被配置为：接收指示负载阻抗的传感器信号；基于传感器信号确定PWM的占空比；以及基于PWM的占空比调节电源的输出电压。一种用于提供无线功率的示例方法包括接收负载阻抗的指示；基于负载阻抗确定占空比；基于占空比确定电源电压；调节电源以供应电源电压；在开启和关闭状态之间切换第一开关和第二开关以生成电源输出，切换的比率基于占空比，第一开关和第二开关被切换(switch)以将它们保持在相反的开启或关闭状态；以及向射频(“RF”)发送线圈输出电源输出。一种包括处理器可执行指令的示例非暂时性计算机可读介质，该处理器可执行指令被配置为使得处理器接收负载阻抗的指示；基于负载阻抗确定占空比；基于占空比确定电源电压；调节电源以供应电源电压；以及向功率放大器发送信号以建立占空比，从而在开启和关闭状态之间切换第一开关和第二开关以生成电源输出，切换的比率基于占空比，第一开关和第二开关被切换以将它们保持在相反的开启或关闭状态。提及这些说明性示例不是为了限制或限定本公开的范围，而是为了提供示例来帮助理解本公开。在提供进一步描述的详细描述中讨论了说明性示例。通过检查本说明书，可以进一步理解各种示例提供的优点。附图说明结合到本说明书并构成本说明书的部分的附图示出了一个或多个特定示例，并且与示例的描述一起用于解释特定示例的原理和实施方式。图1示出了用于无线功率发送器的示例高效功率放大器系统；图2示出了用于无线功率发送器的示例高效功率放大器系统；图3示出了实现目标阻抗的占空比图；图4示出了应用于采用无源阻抗变换网络的高效率功率放大器的负载的负载阻抗；以及图5示出了在所选择的占空比下实现目标电流的电源电压图；图6示出了用于提供高效无线功率传输的示例查找表；图7A-7B示出了在负载电抗范围上的电路响应的示例图；图8示出了用于提供高效无线功率传输的示例方法；以及图9示出了用于提供高效无线功率传输的示例控制器。具体实施方式本文在用于无线功率发送器的高效功率放大器系统的背景下描述了示例。本领域普通技术人员将认识到，以下描述仅是说明性的，并不意图以任何方式进行限制。现在将详细参考如附图中所示的示例的实施方式。相同的参考标记将在所有附图和以下描述中用于指代相同或相似的项目。为了清楚起见，没有示出和描述本文描述的示例的所有常规特征。当然，应当理解，在任何这种实际实施方式的开发中，必须做出许多特有于实施方式的决定，以便实现开发者的特有目标，诸如符合与应用和业务相关的约束，并且这些特有目标将从一个实施方式至另一个实施方式以及从一个开发者至另一个开发者而变化。通过在TX线圈中引起(induce)电磁场(“EMF”)并将RX线圈定位在EMF内，EMF在RX线圈中引起电流，该电流然后可以被供应给接收设备，可以将功率从电源无线地传输到设备。然而，功率传输的效率依赖于负载阻抗与电源设计的紧密匹配。因此，负载阻抗的变化会导致功率传输变得低效。为了适应变化的负载阻抗，根据本公开的示例电源采用耦合到由脉宽调制(“PWM”)驱动器驱动的功率放大器单元的可变直流(“directcurrent，DC”)到DC(“DC/DC”)转换器，以生成要供应给发送线圈的输出信号，其中该PWM驱动器根据PWM占空比(或者仅“占空比”)切换两个开关(被布置为半桥)。通过使占空比变化，可以跨负载阻抗的范围保持电源的效率。此外，通过基于改变的占空比还调节由DC/DC转换器供应给功率放大器的电压，可以保持基本恒定的电流输出。因此，当负载阻抗改变时，占空比改变以保持到负载的有效功率传输，并且功率DC/DC转换器的电压输出改变以基于改变的占空比保持到负载的恒定输出电流。为了进一步帮助适应负载阻抗变化，可以在半桥结构的输出和发送线圈的输入之间结合无源滤波器和负载映射网络(或“阻抗变换网络”或“电抗开关网络”)，以将预期的负载阻抗范围变换到由电源设计所适应的阻抗范围。此外，阻抗变换网络可以结合低通或高通滤波器组件，以降低来自发送线圈的谐波功率的幅度。阻抗变换网络设计的大小和复杂性可以基于阻抗的预期范围而变化，电源可以在没有显著效率损失的情况下传输功率通过该阻抗的预期范围。给出这个说明性示例是为了向读者介绍本文讨论的一般主题，并且本公开不限于该示例。以下部分描述了各种附加非限制性示例和用于无线功率发送器的高效功率放大器系统的示例。现在参考图1，图1示出了用于无线功率发送器的示例高效功率放大器系统100。该示例中的系统100包括DC/DC转换器110，该DC/DC转换器110从DC电源102接收DC电压，并将可选DC电压供应给功率放大器120。功率放大器120的输出在到达发送线圈150之前通过阻抗变换网络140，在该发送线圈150中生成EM场以激励接收线圈170并向该接收线圈170供电。系统100还包括传感器160，该传感器160在该示例中以功率发送频率感测负载阻抗(包括在该示例中的TX线圈)，并且向控制器130提供负载阻抗的指示。控制器接收负载阻抗，并为功率放大器120选择对应于所感测的负载阻抗的占空比。然后，所选择的占空比被用于识别DC/DC转换器110的输出电压，以保持到负载的恒定的电流。因此，当负载阻抗变化时，诸如由于TX线圈150和RX线圈170之间的相对运动、环境中的干扰对象、TX线圈150或RX线圈170中的一个或两个的变形等，改变的负载阻抗被提供给控制器，该控制器调节系统参数——占空比和DC电压——以保持到负载的有效功率传输。DC/DC转换器110可以是能够供应可选输出电压的任何合适的DC/DC转换器，诸如可变输出开关模式DC/DC转换器。应当理解，可以采用任何合适的可变DC输出电源。例如，DC电源102可以是交流(“alternatingcurrent，AC”)电源，并且DC/DC转换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于提供无线功率的设备，包括：/n电源；/n功率放大器，耦合到所述电源，所述功率放大器包括耦合到电源和耦合到公共开关输出的第一开关和第二开关，以及/n脉宽调制器(“PWM”)，耦合到所述功率放大器，所述PWM被配置为在开启状态和关闭状态之间基本上同时切换第一开关和第二开关中的每一个，并且将第一开关和第二开关保持在相反的开启状态和关闭状态；/n控制器，耦合到所述电源和所述PWM，所述控制器被配置为：/n接收指示负载的阻抗的传感器信号；/n基于所述传感器信号确定所述PWM的占空比；以及/n基于所述PWM的占空比调节电源的输出电压。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171229 US 62/611,7501.一种用于提供无线功率的设备，包括：
电源；
功率放大器，耦合到所述电源，所述功率放大器包括耦合到电源和耦合到公共开关输出的第一开关和第二开关，以及
脉宽调制器(“PWM”)，耦合到所述功率放大器，所述PWM被配置为在开启状态和关闭状态之间基本上同时切换第一开关和第二开关中的每一个，并且将第一开关和第二开关保持在相反的开启状态和关闭状态；
控制器，耦合到所述电源和所述PWM，所述控制器被配置为：
接收指示负载的阻抗的传感器信号；
基于所述传感器信号确定所述PWM的占空比；以及
基于所述PWM的占空比调节电源的输出电压。


2.根据权利要求1所述的设备，还包括被配置为检测所述负载的阻抗的传感器，并且其中，所述控制器被配置为从所述传感器接收所述传感器信号。


3.根据权利要求1或2中任一项所述的设备，其中，所述控制器还被配置为访问查找表，以基于所述负载的阻抗确定所述PWM的占空比。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述控制器还被配置为访问查找表，以基于所述占空比确定所述电源的输出电压。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述控制器还被配置为基于所述阻抗计算映射函数，以确定所述占空比。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中，所述功率放大器被配置为提供基本零电压开关和基本零电流开关。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，所述控制器还被配置为基于所述占空比计算映射函数，以确定所述输出电压。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，还包括：
阻抗变换网络，耦合到所述公共开关输出；以及
发送射频(“RF”)线圈，耦合到所述阻抗变换网络的输出。


9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述阻抗变换网络包括低通滤波器或高通滤波器中的至少一个。


10.根据权利要求8或9中任一项所述的设备，其中，所述阻抗变换网络包括低通滤波器，所述低通滤波器包括耦合在所述功率放大器和发送RF线圈之间的电容器和电感器。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的设备，其中，所述第一开关和第二开关中的每一个包括金属氧化物半导体场效应晶体管，并且还包括：
第一肖特基二极管，耦合在第一开关的输出和第一开关的输入之间，以及
第二肖特基二极管，耦合在第二开关的输出和第二开关的输入之间，
其中，所述第一肖特基二极管和第二肖特基二极管在相应的输入和输出之间被偏置...

【专利技术属性】
技术研发人员：A格温达拉吉，
申请(专利权)人：威里利生命科学有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US