具有整流调节器的LDO自由无线功率接收器制造技术

本文公开了具有整流调节器的LDO自由无线功率接收器，其中共同形成“整流调节器”的桥式整流器和相关联的控制电路装置能够对输入时变电压进行整流以及调节所产生的经整流的输出电压。为了实现这一点，在给定的阶段期间导通的桥式整流器的晶体管的栅极电压可以经由模拟控制来调制(以增加那些晶体管的导通电阻)或者经由脉宽调制来调制(以在阶段结束之前关断那些晶体管)。备选地或附加地，在给定的阶段期间将以其它方式关断的桥式整流器的晶体管可以被接通以帮助耗散过量功率，并且从而调节输出电压。本设计中不使用传统的电压调节器(诸如，低压差放大器)。低压差放大器)。低压差放大器)。

【技术实现步骤摘要】
具有整流调节器的LDO自由无线功率接收器


[0001]本公开涉及无线功率传输领域，并且具体地涉及硬件、针对硬件的操作技术、以及用于使桥式整流器执行整流功能和调节功能的方法。

技术介绍

[0002]便携式电子设备(诸如，智能手机、智能手表、音频输出设备(耳塞式耳机、头戴式耳机))以及可穿戴设备依靠电池供电，而不是来自通过有线传输线和配电系统向其传输的有线电源。用于该设备的电池通常是可再充电的，并且因此需要为该电池再充电的方法。
[0003]大多数便携式电子设备包括充电端口，通常符合Micro USB或USB
‑
C标准，连接到电源的电源线可以被插入到该充电端口中以提供用于它们的电池的再充电。然而，该充电端口可能难以提高电子设备的防水性，并且容易因重复使用而损坏。此外，一些更小的便携式电子设备(例如，耳塞式耳机和智能手表)可能缺乏可用空间来提供充电端口。此外，一些用户可能发现将电源线插入电子设备的充电端口以对该设备的电池充电很麻烦。
[0004]因此，为了解决这些问题，已经开发了无线功率传输。如图1所示，典型的现有技术无线功率传输系统10利用包括传输线圈Lp和串行电容Cp的发射器11形成由来自电源12(通常为有线连接，但在某些情况下为电池)的电功率驱动的串行谐振L,C网络，生成时变电场，以及利用包括接收线圈Ls和串行电容Cs的接收器15形成类似的串行谐振L,C网络，其中时变电场感应出AC电流。存在其它可能的配置，其中L,C并行在初级侧和/或次级侧，提供四种可能的方案——串行
‑r/>串行、串行
‑
并行、并行
‑
串行、以及并行
‑
并行。取决于应用，每种方案都可能存在一些优势和/或劣势，并且串行
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串行配置在针对移动设备市场的最近发展中被最广泛地使用。接收器15包括桥式整流器16(由所图示的二极管D1
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D4组成)，该桥式整流器16对AC电流进行整流以产生DC电流，该DC电流对连接到调节器17的输入节点Nin的槽路电容器Ctank进行充电到调节器输入电压。调节器17(通常为低压差放大器)在其输出节点Nout处产生经调节的输出电压，该经调节的输出电压被提供到负载(由负载电阻R1和负载电容C1表示)。
[0005]尽管这种现有技术无线功率传输系统10是功能性的并且被广泛使用，但是调节器17的使用由于调节器17使用大功率MOS器件而消耗了大量的集成电路面积。由于这种无线功率传输系统10主要被用在便携式电子设备中，因此该面积消耗是不合需要的。因此，需要进一步开发无线功率传输系统。

技术实现思路

[0006]本文公开了桥式整流器和相关联的控制电路装置，该桥式整流器和相关联的控制电路共同形成“整流调节器(regtifier)”，能够对输入时变电压进行整流以及调节所产生的经整流的输出电压。为了实现这个，可以经由模拟控制(以增加那些晶体管的导通电路)或经由脉宽调制(以在阶段结束之前关断那些晶体管)来调制在给定的阶段期间导通的桥整流器的晶体管的栅极电压。备选地或附加地，在给定的阶段期间将以其它方式关断的桥
式整流器的晶体管可以被接通以帮助耗散过量功率并且由此调节输出电压。在本设计中不使用传统的电压调节器，诸如低压差放大器。
附图说明
[0007]图1是现有技术无线功率传输系统的示意框图。
[0008]图2是本文中所公开的无线功率传输系统的示意框图，其中桥式整流器还执行调节功能，使能没有附加的电压调节电路。
[0009]图3是示出了图2的无线功率传输系统在操作中(当反馈回路正在控制桥式整流器以执行同相串行电压调节时)的电压的时序图。
[0010]图4是图2的无线功率传输系统的示意框图，该示意框图示出了在图3的同相串行电压调节的阶段A期间的无线功率传输系统的操作。
[0011]图5是图2的无线功率传输系统的示意框图，该示意框图示出了在图3的同相串行电压调节的阶段B期间的无线功率传输系统的操作。
[0012]图6是示出了图2的无线功率传输系统在操作中(当反馈回路正在控制桥式整流器以执行反相并行电压调节时)的电压的时序图。
[0013]图7是图2的无线功率传输系统的示意框图，该示意框图示出了在图6的反相并行电压调节的阶段A期间的无线功率传输系统的操作。
[0014]图8是图2的无线功率传输系统的示意框图，该示意框图示出了在图6的反相并行电压调节的阶段B期间的无线功率传输系统的操作。
[0015]图9是示出了图2的无线功率传输系统在操作中(当反馈回路正在控制桥式整流器以执行低侧同相串行电压调节时)的电压的时序图。在该示例中，调节仅被施加在低侧上，用于允许更好地了解依据本文中所公开的无线功率传输系统被施加到低侧的驱动信号与依据现有技术被施加到高侧的常规驱动信号之间的实质差异。
[0016]图10是示出了图2的无线功率传输系统在操作中(当反馈回路正在控制桥式整流器以执行低侧反相并行电压调节时)的电压的时序图。
[0017]图11是示出了图2的无线功率传输系统在操作中的电压的时序图，其中反馈回路在控制桥式整流器以执行同相串行电压调节和控制桥式整流器以执行图示了在功率传输期间被传输的FSK符号的反相并行电压调节之间进行切换。
[0018]图12是示出了当使用基于PWM的同相串行电压调节来操作时反馈信号FB和经调制的晶体管的PWM控制的时序图。
[0019]图13是示出了图2的无线功率传输系统在操作中(当反馈回路正在控制桥式整流器以执行低侧基于PWM的同相串行电压调节时)的电压的时序图。
[0020]图14是示出了当反馈回路正在控制桥式整流器以执行低侧基于PWM的同相串行电压调节时的可用的三种不同的PWM控制技术的时序图。
[0021]图15是针对图2的整流调节器的备选配置的示意图。
[0022]图16是示出了当反馈回路正在控制桥式整流器以使用图16的整流调节器执行低侧基于PWM的同相串行电压调节时的可用的PWM控制技术中的一个PWM控制技术的时序图。
[0023]图17a是在图2的控制器内的AC1和AC2信号以及相关联的产生的GA信号和GB信号的时序图。
[0024]图17b是在图2的控制器内用于产生GA信号和GB信号所使用的迟滞比较器的输出/输入传递函数。
[0025]图17c是用于产生GA信号的迟滞比较器的示意图。
[0026]图17d是用于产生GB信号的迟滞比较器的示意图。
[0027]图18a是图示了在图2的控制器内用于在同相串行电压调节与反相并行电压调节之间切换图2的整流调节器的模式选择电路装置的示意图。
[0028]图18b是图示了在图2的控制器内用于在同相串行电压调节与反向并行电压调节之间切换图2的整流调节器并且支持基于PWM的同相串行电压调节的模式选择电路的示意图。
[0029]图18c是图示了存在放大器和比较器作为反馈回路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线功率接收系统，包括：晶体管的桥式整流器布置，接收输入时变功率信号，并且被耦合在接地与输出节点之间；反馈器件，接收来自所述输出节点的输入，并且根据所述输入生成反馈信号；控制电路，被耦合以接收所述输入时变功率信号和所述反馈信号，并且基于所述输入时变功率信号和所述反馈信号，生成用于所述桥式整流器布置的所述晶体管的栅极电压，以引起：在第一阶段期间接通所述桥式整流器布置的两个晶体管，并且在第二阶段期间接通所述桥式整流器布置的两个其它晶体管，以由此引起所述输入时变功率信号的整流来在所述输出节点处产生输出电压；以及在所述第一阶段期间调制所述桥式整流器布置的至少一个晶体管的栅极电压，并且在所述第二阶段期间调制所述桥式整流器布置的至少一个其它晶体管的栅极电压，以由此引起由所述输入时变功率信号传递的过量功率的耗散，并且因此在整流之上执行输出电压调节。2.根据权利要求1所述的无线功率接收系统，其中具有在所述第一阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是在所述第一阶段期间被接通的所述两个晶体管中的一个晶体管；其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个其它晶体管是在所述第二阶段期间被接通的所述两个晶体管中的一个晶体管；其中在所述第一阶段期间的所述至少一个晶体管的栅极电压的调制以及在所述第二阶段期间的所述至少一个其它晶体管的栅极电压的调制用于调制所述至少一个晶体管和所述至少一个其它晶体管的漏极到源极的电阻，使得由所述输入时变功率信号传递的所述过量功率被耗散。3.根据权利要求2所述的无线功率接收系统，其中具有在所述第一阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是高侧晶体管；并且其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个其它晶体管是高侧晶体管。4.根据权利要求2所述的无线功率接收系统，其中具有在所述第一阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是低侧晶体管；并且其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个其它晶体管是低侧晶体管。5.根据权利要求1所述的无线功率接收系统，其中具有在所述第一阶段期间被调制的栅极的所述至少一个晶体管不是在所述第一阶段期间被接通的所述两个晶体管中的一个晶体管；其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极的所述至少一个其它晶体管不是在所述第二阶段期间被接通的所述两个晶体管中的一个晶体管；其中在所述第一阶段期间的所述至少一个晶体管的栅极电压的调制以及在所述第二阶段期间的所述至少一个其它晶体管的栅极电压的调制用于充分地接通所述至少一个晶体管和所述至少一个其它晶体管，使得由所述输入时变功率信号传递的所述过量功率被耗散。6.根据权利要求5所述的无线功率接收系统，其中具有在所述第一阶段期间被调制的
栅极电压的所述至少一个晶体管是高侧晶体管；并且其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个其它晶体管是高侧晶体管。7.根据权利要求5所述的无线功率接收系统，其中具有在所述第一阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是低侧晶体管；并且其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个其它晶体管是低侧晶体管。8.根据权利要求1所述的无线功率接收系统，其中所述反馈器件包括放大器，所述放大器具有被耦合到所述输出节点的非反相端子、被耦合到参考电压的反相端子、以及输出，所述反馈信号在所述输出处被生成。9.根据权利要求8所述的无线功率接收系统，其中所述参考电压是所期望的输出电压；其中如果所述输出节点处的所述输出电压超过所述参考电压，则所述放大器放大所述反馈信号，并且所述控制电路装置在所述第一阶段期间调整所述桥式整流器布置的至少一个晶体管的栅极电压的调制，并在所述第二阶段期间调整所述桥式整流器布置的至少一个其它晶体管的栅极电压的调制，以引起由所述输入时变信号传递的过量功率的充分耗散，使得在所述输出节点处的所述输出电压保持接近于所述参考电压。10.根据权利要求1所述的无线功率接收系统，其中晶体管的所述桥式整流器布置包括：被连接在所述输出节点与接地之间的串联耦合的第二晶体管和第三晶体管，以及被连接在所述输出与接地之间的串联耦合的第一晶体管和第四晶体管；其中在所述第一阶段期间被接通的所述两个晶体管是所述第一晶体管和所述第二晶体管，并且在所述第二阶段期间被接通的所述两个晶体管是所述第三晶体管和所述第四晶体管；其中具有在所述第一阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是所述第一晶体管；并且其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是所述第三晶体管。11.根据权利要求1所述的无线功率接收系统，其中晶体管的所述桥式整流器布置包括：被连接在所述输出节点与接地之间的串联耦合的第二晶体管和第三晶体管，以及被连接在所述输出与接地之间的串联耦合的第一晶体管和第四晶体管；其中在所述第一阶段期间被接通的所述两个晶体管是所述第一晶体管和所述第二晶体管，并且在所述第二阶段期间被接通的所述两个晶体管是所述第三晶体管和所述第四晶体管；其中具有在所述第一阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是所述第二晶体管；并且其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是所述第四晶体管。12.根据权利要求1所述的无线功率接收系统，其中晶体管的所述桥式整流器布置包括：被连接在所述输出节点与接地之间的串联耦合的第二晶体管和第三晶体管，以及被连接在所述输出与接地之间的串联耦合的第一晶体
管和第四晶体管；其中在所述第一阶段期间被接通的所述两个晶体管是所述第一晶体管和所述第二晶体管，并且在所述第二阶段期间被接通的所述两个晶体管是所述第三晶体管和所述第四晶体管；其中具有在所述第一阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是所述第一晶体管和所述第二晶体管；并且其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是所述第三晶体管和所述第四晶体管。13.根据权利要求1所述的无线功率接收系统，其中晶体管的所述桥式整流器布置包括：被连接在所述输出节点与接地之间的串联耦合的第二晶体管和第三晶体管，以及被连接在所述输出与接地之间的串联耦合的第一晶体管和第四晶体管；其中在所述第一阶段期间被接通的所述两个晶体管是所述第一晶体管和所述第二晶体管，并且在所述第二阶段期间被接通的所述两个晶体管是所述第三晶体管和所述第四晶体管；其中具有在所述第一阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是所述第三晶体管；并且其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是所述第一晶体管。14.根据权利要求1所述的无线功率接收系统，其中晶体管的所述桥式整流器布置包括：被连接在所述输出节点与接地之间的串联耦合的第二晶体管和第三晶体管，以及被连接在所述输出与接地之间的串联耦合的第一晶体管和第四晶体管；其中在所述第一阶段期间被接通的所述两个晶体管是所述第一晶体管和所述第二晶体管，并且在所述第二阶段期间被接通的所述两个晶体管是所述第三晶体管和所述第四晶体管；其中具有在所述第一阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是所述第四晶体管；并且其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是所述第二晶体管。15.根据权利要求1所述的无线功率接收系统，其中晶体管的所述桥式整流器布置包括：被连接在所述输出节点与接地之间的串联耦合的第二晶体管和第三晶体管，以及被连接在所述输出与接地之间的串联耦合的第一晶体管和第四晶体管；其中在所述第一阶段期间被接通的所述两个晶体管是所述第一晶体管和所述第二晶体管，并且在所述第二阶段期间被接通的所述两个晶体管是所述第三晶体管和所述第四晶体管；其中具有在所述第一阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是所述第三晶体管和所述第四晶体管；并且
其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是所述第一晶体管和所述第二晶体管。16.根据权利要求1所述的无线功率接收系统，其中所述控制电路包括：控制信号发生器，被配置为：在所述第一阶段期间，生成第一控制信号，所述第一控制信号具有足以完全接通所述桥式整流器布置的所述晶体管的电压幅度，并且生成第二控制信号，所述第二控制信号具有足够低以完全关断所述桥式整流器布置的所述晶体管的电压幅度；在所述第二阶段期间，将所述第二控制信号生成为具有足以完全接通所述桥式整流器布置的所述晶体管的电压幅度，并且将所述第一控制信号生成为具有足够低以完全关断所述桥式整流器布置的所述晶体管的电压幅度；第一开关电路，被配置为：在所述第一阶段期间，通过将栅极电压生成为等于所述第一控制信号的电压减去所述反馈信号的电压来生成用于所述至少一个晶体管的栅极电压；并且在所述第二阶段期间，通过将栅极电压生成为等于所述第一控制信号的电压来生成用于所述至少一个晶体管的栅极电压；以及第二开关电路，被配置为：在所述第一阶段期间，通过将栅极电压生成为等于所述第二控制信号的电压来生成用于所述至少一个其它晶体管的栅极电压；并且在所述第二阶段期间，通过将栅极电压生成为等于所述第二控制信号的电压减去所述反馈信号的电压来生成用于所述至少一个其它晶体管的栅极电压。17.根据权利要求1所述的无线功率接收系统，其中所述控制电路包括：控制信号发生器，被配置为：在所述第一阶段期间，生成第一控制信号，所述第一控制信号具有足以完全接通所述桥式整流器布置的所述晶体管的电压幅度，并且生成第二控制信号，所述第二控制信号具有足够低以完全关断所述桥式整流器布置的所述晶体管的电压幅度；并且在所述第二阶段期间，将所述第二控制信号生成为具有足以完全接通所述桥式整流器布置的所述晶体管的电压幅度，并且将所述第一控制信号生成为具有足够低以完全关断所述桥式整流器布置的所述晶体管的电压幅度；第一开关电路，被配置为：在所述第一阶段期间，将用于所述至少一个晶体管的栅极电压生成为等于所述第一控制信号的电压；并且在所述第二阶段期间，将用于所述至少一个晶体管的栅极电压生成为等于所述第一控制信号的电压和所述反馈信号的电压的总和；以及第二开关电路，被配置为：在所述第一阶段期间，将用于所述至少一个其它晶体管的栅极电压生成为等于所述第二控制信号的电压和所述反馈信号的电压的总和；并且在所述第一阶段期间，将用于所述至少一个其它晶体管的栅极电压生成为等于所述第二控制信号的电压。18.根据权利要求1所述的无线功率接收系统，
其中具有在所述第一阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是在所述第一阶段期间被接通的所述两个晶体管中的一个晶体管；其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个其它晶体管是在所述第二阶段期间被接通的所述两个晶体管中的一个晶体管；其中经由脉宽调制来执行在所述第一阶段期间的所述至少一个晶体管的栅极电压的调制和在所述第二阶段期间的所述至少一个其它晶体管的栅极电压的调制。19.根据权利要求18所述的无线功率接收系统，其中具有在所述第一阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是高侧晶体管；并且其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是高侧晶体管。20.根据权利要求18所述的无线功率接收系统，其中具有在所述第一阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是低侧晶体管；并且其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是低侧晶体管。21.根据权利要求18所述的无线功率接收系统，其中所述反馈器件是比较器，所述比较器具有被耦合到所述输出节点的非反相端子、被耦合到等于所期望的输出电压的参考电压的反相端子、以及以数字形式生成所述反馈信号的输出；其中当所述输出电压超过所述参考电压时，所述比较器断言所述反馈信号；其中当所述反馈信号被断言时，所述控制电路在所述第一阶段期间通过将所述至少一个晶体管的栅极电压拉低来调制所述至少一个晶体管的栅极电压，并且当所述反馈信号被断言时，所述控制电路在所述第二阶段期间通过将所述至少一个其它晶体管的栅极电压拉低来调制所述至少一个其它晶体管的栅极电压。22.根据权利要求1所述的无线功率接收系统，其中所述控制电路在所述第一阶段期间通过将所述桥式整流器布置的所述两个晶体管的相应栅极电压生成为具有第一恒定幅度来接通所述两个晶体管；其中具有在所述第一阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是在所述第一阶段期间被接通的所述两个晶体管中的一个晶体管；其中所述控制电路在所述第一阶段期间通过降低所述至少一个晶体管的栅极电压来调制所述至少一个晶体管的栅极电压，使得所述至少一个晶体管的栅极电压的幅度从所述第一恒定幅度下降到小于所述第一恒定幅度的第二恒定幅度；其中所述控制电路在所述第二阶段期间通过将所述桥式整流器布置的所述两个其它晶体管的相应栅极电压生成为具有所述第一恒定幅度来接通所述两个其它晶体管；其中具有在所述第二阶段期间被调制的栅极电压的所述至少一个晶体管是在所述第二阶段期间被接通的所述两个晶体管中的一个晶体管；并且其中所述控制电路在...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y，
申请(专利权)人：意法半导体亚太私人有限公司，
类型：发明
国别省市：