高精确度低温度漂移高侧电流感测硬件及方法技术

公开了高精确度低温度漂移高侧电流感测硬件及方法。无线电力传输系统包括：电桥，具有与其耦合的槽路电容器；感测电阻器，耦合在电桥与调节器的输入之间；切换电路，具有耦合在感测电阻器两端的第一和第二输入；增益级，具有电容耦合到切换电路的第一和第二输出的第一和第二输入。ADC通过比较增益级输出与参考电压来将输出数字化，与温度无关的电流源耦合到参考电阻器以生成参考电压。复位阶段，切换电路将增益级的输入彼此短接，增益级将其输入短接至其输出。切换电路在第一斩波阶段将感测电阻器耦合在增益级的第一和第二输入间，第二斩波阶段将感测电阻器反向耦合在增益级的第二和第一输入间。参考电阻器的电阻在整个温度范围内跟踪感测电阻器。范围内跟踪感测电阻器。范围内跟踪感测电阻器。

【技术实现步骤摘要】
高精确度低温度漂移高侧电流感测硬件及方法


[0001]本公开涉及无线电力传输领域，并且具体地涉及硬件、用于硬件的操作技术，以及用于感测经由无线电力传输无线地接收或发送的电力的方法。

技术介绍

[0002]便携式电子设备，诸如智能电话、智能手表、音频输出设备(耳塞、耳机)和可穿戴设备，它们依靠电池供电而不是通过有线传输线和分配系统发送到其的有线电力。用于这种设备的电池通常是可再充电的，因此，需要给这种电池进行再充电的方式。
[0003]大多数便携式电子设备包括通常符合Micro USB或USB
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C标准的充电端口，连接至电源的电源线可以插入该充电端口中以为其电池再充电。然而，这样的充电端口会使得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，一些较小的便携式电子设备(例如，耳塞和智能手表)可能缺乏用于设置充电端口的可用空间。另外，一些用户可能会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，已经开发了无线电力传输。如图1所示，典型的现有技术无线电力传输系统10利用发射器11和接收器15，该发射器包括形成串联谐振LC网络的传输线圈Lp和串联电容Cp，该串联谐振LC网络由来自电源12(通常是有线连接，但是在一些情况下是电池)的电力驱动，该电力产生时变电场，该接收器15包括形成类似的串联谐振LC网络的接收线圈Ls和串联电容Cs，在该串联谐振LC网络中，时变电场感应AC电流。存在其他可能的配置，其中L和C在初级侧和/或次级侧上并联，从而提供四种可能的方案
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串联
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串联、串联
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并联、并联
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串联和并联
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并联。取决于应用，每种方案都可能存在一些优点和/或缺点，并且串联
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串联配置在移动设备市场的最近发展中应用最广泛。接收器15包括桥式整流器16(包括示出的二极管D1
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D4)，桥式整流器对AC电流进行整流以产生DC电流，该DC电流将连接至调节器17的输入节点Nin的槽路电容器(tank capacitor)Ctank充电至调节器输入电压。调节器17(通常是低压差放大器)在其输出节点Nout处产生调节输出电压，该调节输出电压被提供给负载(由负载电阻Rl和负载电容Cl表示)。
[0005]在一些设计中，接收器15能够与发射器11进行数据通信。在良好设计的无线电力传输系统中，在稳态操作中，在发射器11和接收器15处执行功率测量，发射器和接收器进行通信以便将输送和接收的功率保持在期望的水平。具体地，接收器15测量接收到的功率并且将该测量值发送到发射器11，使得发射器可以评估是否有功率泄漏到异物，这是不期望的。
[0006]能够进行这种功率测量的设计在图2中示出，其中，感测电阻器Rsense耦合在电桥16的第一输出节点N1(电桥的第二输出节点耦合到地)与耦合到电压调节器17的输入的节点Nin之间。在此，槽路电容器Ctank耦合在节点N1与地之间，并且在节点N1处形成整流电压VRECT。在接收器15侧，总接收功率被计算为LC槽中的功率损耗、整流器中的功率损耗和递送到剩余电路装置(即，在Rsense中、在调节器中和在未示出但可连接到节点Nin的一些附加电路装置中耗散的)的功率。接收器15还具有通过测量递送到负载的电压和电流来计算
供应到负载Rl的功率的能力；因此，递送到负载的功率被计算为VOUT(由调节器17输出到节点Nout的电压)乘以通过感测电阻器Rsense的电流Isense。接收器15电路装置中的功率损耗贡献者通过依赖于Isense的测量而被计算，它们应该是V*Isense或R*Isense2形式的。因为电流Isense是功率计算的公分母，所以准确地测量电流Isense很有用。图2的无线电力传输系统10在一些情况下不能够测量电流Isense至期望温度的一致性程度。
[0007]因此，已经开发了图3的无线电力传输系统20。这里，发射器与上述系统中的发射器相同，为了简洁起见，没有示出或描述。电桥16也与上述系统中的电桥相同。感测电阻器Rsense耦合在电桥16的第一输出节点N1(电桥的第二输出节点耦合到地)与耦合到电压调节器17的输入的节点Nin之间。槽路电容器Ctank耦合在节点N1与地之间，并且在节点N1处形成整流电压VRECT。
[0008]PNP晶体管QP1使其发射极耦合到节点N1以接收整流电压VRECT，使其集电极通过电流源25耦合到地，并且使其基极耦合到高压PMOS晶体管MP1的源极。类似地，PNP晶体管QP2使其发射极耦合到节点Nin以接收中间整流电压VRECT_INT，使其集电极通过电流源26耦合到地，并且使其基极耦合到高压PMOS晶体管MP2的源极。
[0009]电流源23耦合在节点N1与PMOS晶体管MP1的源极之间，并且电流源24耦合在节点Nin与PMOS晶体管MP2的源极之间。电阻器Rs耦合在PMOS晶体管MP1和MP2的源极之间，PMOS晶体管MP1和MP2使其漏极耦合到斩波电路27的输入。电阻器Rg耦合在PMOS晶体管MP1和MP2的漏极之间。PMOS晶体管MP3和MP4使其源极耦合到斩波电路27的输出，并且使其漏极耦合到NMOS晶体管MN1和MN2的漏极。PMOS晶体管MP4的栅极耦合到参考电压VREF，并且PMOS晶体管MP4的漏极通过二极管耦合到PMOS晶体管MP3的栅极，其中，在反相器的输出(其耦合到MP3的栅极)处形成电压VOUT。NMOS晶体管MN1和MN2的源极耦合到地，并且NMOS晶体管MN1和MN2的栅极耦合在一起并且耦合到MN1的漏极。
[0010]当电流当前未被供应到调节器17时，电流沿Rsense和VRECT_INT的方向从节点N1流出。该电流等于来自电流源25、23、45和26的偏置电流，其可以被称为I25、I23、I24和I26。应注意，电流I24+I26也流过Rsense，在电流读取中产生小偏移，但这不是大的问题，因为只要其保持小而稳定，其就可通过斩波器27移除。当负载电流流向调节器17时，其循环通过电阻器Rsense。因此，其在电阻器Rsense两端部署电压Rsense*Isense。由于I25、I23、I24和I26是固定的，所以附加负载电流(附加在偏置电流之上)的全部流经电阻器Rsense。因此，Rsense*Isense的变化是待测量电流的实际镜像。由于晶体管QP1和QP2是发射极跟随器，所以在电阻器Rg两端部署电压Rsense*Isense。当在电阻器Rg的两端部署电压时，该电压会产生在当前Rs中循环的电流I1＝Vsense/Rs。该电流使流过晶体管MP1/MP2的电流不平衡，并且因此电流差I1被承载在晶体管MP1/MP2的漏极处。因为晶体管MN1/NMN2被配置为电流镜，所以晶体管MP3和MP4具有相同的电流。因此，I1流入电阻器Rg，因此在电阻器Rg的两端产生电压VOUT＝Rg*I1，并且因此VOUT＝Rg*Vsen本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线电力系统，包括：电桥；线圈，被耦合在所述电桥的第一输入与第二输入之间；槽路电容器，被耦合在所述电桥的第一输出和第二输出之间；调节器；感测电阻器，具有第一端子和第二端子，所述第一端子被耦合到所述电桥的所述第一输出，所述第二端子被耦合到所述调节器的输入；切换电路，具有第一输入和第二输入，所述第一输入和第二输入分别被耦合到所述感测电阻器的所述第一端子和所述第二端子；增益级，具有第一输入和第二输入，所述第一输入和第二输入被电容地耦合到所述切换电路的第一输出和第二输出；模数转换器ADC，被配置为通过将所述增益级的输出与第一差分参考电压和第二差分参考电压进行比较，来将所述增益级的所述输出数字化；以及参考电压生成器，包括与温度无关的电流源，所述与温度无关的电流源被耦合以向参考电阻器提供电流，所述参考电阻器具有电阻，所述电阻是所述感测电阻器的电阻的倍数，并且所述电阻在温度变化期间跟踪所述感测电阻器的电阻，其中所述第一差分参考电压被形成在所述参考电阻器的两端；其中所述切换电路被配置为：在复位阶段中，将所述增益级的所述第一输入和所述第二输入彼此短接；其中所述增益级被配置为：在所述复位阶段中，将所述增益级的第一输入和第二输入短接至所述增益级的输出；其中所述切换电路被配置为：在第一斩波阶段中，将所述感测电阻器的所述第一端子和所述第二端子耦合到所述增益级的所述第一输入和所述第二输入；以及其中所述切换电路被配置为：在第二斩波阶段中，将所述感测电阻器的所述第一端子和所述第二端子耦合到所述增益级的所述第二输入和所述第一输入。2.根据权利要求1所述的无线电力系统，进一步包括：处理电路装置，被配置为对来自所述ADC的输出进行滤波和去斩波。3.根据权利要求1所述的无线电力系统，其中所述切换电路被配置为：在所述复位阶段之后，以等于所述ADC的采样频率的速率在所述第一斩波阶段与所述第二斩波阶段之间交替给定次数。4.根据权利要求1所述的无线电力系统，其中所述切换电路被配置为：在所述复位阶段之后，以小于所述ADC的采样频率的速率在所述第一斩波阶段与所述第二斩波阶段之间切换给定次数。5.根据权利要求4所述的无线电力系统，进一步包括：处理电路装置，被配置为接收来自所述ADC的输出，并且被配置为舍弃在所述复位阶段与所述第一斩波阶段之间的转变期间取得的样本，并且舍弃在所述第一斩波阶段与所述第二斩波阶段之间的转变期间取得的样本。6.根据权利要求4所述的无线电力系统，其中所述切换电路被配置为在所述第一斩波阶段与所述第二斩波阶段之间进行所述复位阶段。
7.根据权利要求1所述的无线电力系统，其中所述增益级包括：第一放大器，具有第一输入、第二输入、第三电容器、第四电容器、第一开关、以及第二开关，所述第一输入通过第一高压电容器被耦合到所述切换电路的所述第一输出，所述第二输入通过第二高压电容器被耦合到所述切换电路的所述第二输出，所述第三电容器将所述第一放大器的所述第一输入耦合到所述第一放大器的第一输出，所述第四电容器将所述第一放大器的所述第二输入耦合到所述第一放大器的第二输出，所述第一开关将所述第一放大器的所述第一输入选择性地耦合到所述第一放大器的所述第一输出，所述第二开关将所述第一放大器的所述第二输入选择性地耦合到所述第一放大器的所述第二输出。8.根据权利要求7所述的无线电力系统，其中所述增益级进一步包括：共模反馈电路，将共模电压耦合在所述第一放大器的所述第一输出与所述第二输出之间。9.根据权利要求7所述的无线电力系统，进一步包括：抗混叠滤波器，接收来自所述第一放大器的所述第一输出和所述第二输出的输入，并将输出提供到所述ADC。10.根据权利要求7所述的无线电力系统，其中所述第一高压电容器和所述第二高压电容器为金属
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氧化物
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金属电容器。11.根据权利要求7所述的无线电力系统，其中所述增益级进一步包括：第二放大器，具有第一输入、第二输入、第五电容器、第六电容器、第三开关以及第四开关，所述第一输入通过第一低压电容器被耦合到所述第一放大器的所述第一输出，所述第二输入通过第二低压电容器被耦合到所述第一放大器的所述第二输出，所述第五电容器将所述第二放大器的所述第一输入耦合到所述第二放大器的第一输出，所述第六电容器将所述第二放大器的所述第二输入耦合到所述第二放大器的第二输出，所述第三开关将所述第二放大器的所述第一输入选择性地耦合到所述第二放大器的所述第一输出，所述第四开关将所述第二放大器的所述第二输入选择性地耦合到所述第二放大器的所述第二输出。12.根据权利要求11所述的无线电力系统，其中所述增益级进一步包括：共模反馈电路，将共模电压耦合在所述第一放大器的所述第一输出与所述第二输出之间，以及耦合在所述第二放大器的所述第一输出与所述第二输出之间。13.根据权利要求11所述的无线电力系统，进一步包括：抗混叠滤波器，接收来自所述第二放大器的所述第一输出和所述第二输出的输入，并且将输出提供到...

【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：