CN102783018B - 用于实施差分驱动放大器及线圈布置的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

示范性实施例是针对以差分方式驱动负载。一种设备包括差分驱动放大器，所述差分驱动放大器包括与第一输出节点及第二输出节点耦合的切换装置。所述第一输出节点及所述第二输出节点驱动包括初级线圈的负载网络。所述差分驱动放大器还包括经配置以驱动所述切换装置的驱动电路。所述驱动电路可经配置以将驱动信号提供到所述切换装置以更改所述切换装置的传导状态，从而在所述第一输出节点处产生第一输出信号及在所述第二输出节点处产生第二输出信号。所述第一输出信号及所述第二输出信号可相对于参考电压实质上在量值上相等但在极性上相反。

Description

用于实施差分驱动放大器及线圈布置的设备及方法
依据35U.S.C.§119主张优先权
本申请案依据35U.S.C.§119(e)主张以下各案的优先权：
在2009年12月7日所申请的题为“用于实施差分驱动放大器及线圈布置的设备及方法(APPARATUSANDMETHODFORIMPLEMENTINGADIFFERENTIALDRIVEAMPLIFIERANDACOILARRANGMENT)”的第61/267,329号美国临时专利申请案，其全部揭示内容借此以引用的方式并入。
技术领域
本发明的实施例大体上涉及噪声消除，且更特定来说，涉及差分驱动放大器的配置及线圈布置。
背景技术
长距离及/或对准不敏感的无线电力系统的缺点可为高电平的传导噪声及辐射噪声的发射。举例来说，一些松耦合无线电力系统可利用高电压及大初级线圈，所述两者均可在经由切换产生的信号是到系统的输入时促使噪声发射。当此类系统靠近其它电子产品(例如，移动电话、游戏控制器、媒体重放装置等)操作时，所述系统可引起电磁干扰挑战。
由这些系统产生的噪声的一部分为共模的。共模噪声可归因于使用高电压及具有显著表面积的无屏蔽初级绕组。当系统在谐振下或接近谐振操作时，可利用高电压以克服初级线圈与次级线圈之间的弱耦合。使用大的、无屏蔽初级绕组以在长距离上传输电力可进一步使环绕区域暴露于所得噪声。
发明内容
本发明的一个方面提供一种用于减少放大器输出噪声的设备。所述设备包含：切换装置、第一线圈及第二线圈。所述切换装置具有传导状态且经配置以接收驱动信号。所述切换装置耦合到第一输出节点及第二输出节点。基于驱动信号更改传导状态以在第一输出节点处产生第一输出信号且在第二输出节点处产生第二输出信号。所述第一输出信号及第二输出信号实质上在量值上相等且在极性上相反。由第一输出节点来驱动第一线圈，且由第二输出节点来驱动第二线圈。第一线圈及第二线圈经配置以在足以对接收器装置供电或充电的电平下无线地输出电力。
本发明的另一方面提供一种用于减少放大器输出噪声的方法。在切换装置处接收来自驱动电路的驱动信号。基于所述驱动信号更改切换装置的传导状态以在第一输出节点处产生第一输出信号及在第二输出节点处产生第二输出信号。第一输出信号及第二输出信号实质上在量值上相等且在极性上相反。通过第一输出信号由第一输出节点来驱动第一线圈，且通过第二输出信号由第二输出节点来驱动第二线圈。经由第一线圈及第二线圈在足以对接收器装置供电或充电的电平下无线地输出电力。
本发明的又一方面提供一种用于减少放大器输出噪声的设备。所述设备包含用于在切换装置处接收来自驱动电路的驱动信号的装置。此外，所述设备包含用于基于驱动信号更改切换装置的传导状态以在第一输出节点处产生第一输出信号及在第二输出节点处产生第二输出信号的装置。所述第一输出信号及第二输出信号实质上在量值上相等且在极性上相反。此外，所述设备包含用于通过第一输出信号由第一输出节点来驱动第一线圈及通过第二输出信号由第二输出节点来驱动第二线圈的装置。所述第一线圈及所述第二线圈经配置以在足以对接收器装置供电或充电的电平下无线地输出电力。
本发明的一个方面提供一种设备，其包含第一线圈及第二线圈。第一线圈由第一信号驱动，且第二线圈由第二信号驱动。所述第一信号及第二信号实质上在量值上相等但在极性上相反。所述第一线圈及所述第二线圈具有在共同平面内的螺旋配置，所述螺旋配置提供分别在第一线圈及第二线圈内的实质上相等且相反的电压在共同平面上的实质上任何位置处的共同定位。所述第一线圈及所述第二线圈经配置以在足以对接收器装置供电或充电的电平下无线地输出电力。
本发明的另一方面提供一种用于对装置供电或充电的方法。通过第一信号驱动第一线圈，且通过第二信号驱动第二线圈。所述第一信号及第二信号实质上在量值上相等且在极性上相反。所述第一线圈及所述第二线圈具有在共同平面内的螺旋配置，所述螺旋配置提供分别在第一线圈及第二线圈内的实质上相等且相反的电压在共同平面上的实质上任何位置处的共同定位。所述第一线圈及所述第二线圈经配置以在足以对接收器装置供电或充电的电平下无线地输出电力。
本发明的又一方面提供一种用于对装置供电或充电的设备。所述设备包含用于通过第一信号驱动第一线圈的装置及用于通过第二信号驱动第二线圈的装置。所述第一信号及第二信号实质上在量值上相等且在极性上相反。第一线圈及第二线圈具有在共同平面内的螺旋配置，所述螺旋配置提供分别在第一线圈及第二线圈内的实质上相等且相反的电压在共同平面上的实质上任何位置处的共同定位。第一线圈及第二线圈经配置以在足以对接收器装置供电或充电的电平下无线地输出电力。
本发明的一个方面提供一种设备，其包含第一线圈及第二线圈。第一线圈包含平面螺旋配置。第一线圈的匝之间的间距实质上从线圈的外边缘朝向第一线圈的中心增加。第二线圈包含平面螺旋配置。第二线圈的匝之间的间距实质上从线圈的外边缘朝向第二线圈的中心增加。
本发明的另一方面提供一种方法，其包含以电流驱动第一线圈，所述第一线圈包含平面螺旋配置；及以电流驱动第二线圈，所述第二线圈包含平面螺旋配置。第一线圈的匝之间的间距实质上从线圈的外边缘朝向第一线圈的中心增加。第二线圈的匝之间的间距实质上从线圈的外边缘朝向第二线圈的中心增加。
附图说明
因此，已大体上描述了本发明，现将参考未必按比例绘制的随附图式，且其中：
图1、2a及2b为根据本发明的各种实例实施例的单一切换装置差分驱动放大器的示意图；
图3说明根据本发明的各种实例实施例的实例切换装置；
图4说明根据本发明的各种实例实施例的实例驱动电路；
图5说明根据本发明的实例实施例的包括无线发射器及无线接收器的无线电力系统；
图6说明根据本发明的实例实施例的包括差分驱动放大器的无线电力发射器的示意图；
图7说明根据本发明的各种实例实施例的差分输出信号；
图8说明根据本发明的各种实例实施例的用于平面电压共同定位的双线圈布置；
图9说明根据本发明的各种实例实施例的用于平面电压共同定位的第一线圈布局；
图10说明根据本发明的各种实例实施例的用于平面电压共同定位的第二线圈布局；
图11说明根据本发明的各种实例实施例的坐标轴上的用于平面电压共同定位的双线圈布置；
图12为根据本发明的各种实例实施例的所测量电压对相距图10的双线圈布置的中心点的距离的图表；
图13说明根据本发明的实例实施例的包括差分驱动放大器的另一无线电力发射器的示意图；
图14说明根据本发明的实例实施例的又一差分驱动放大器的示意图；及
图15说明本发明的一个实例方法的流程图。
具体实施方式
下文结合随附图式所阐述的详细描述既定作为对本发明的示范性实施例的描述，且并不既定表示可实践本发明的仅有实施例。贯穿此描述所使用的术语“示范性”意味着“充当实例、例子或说明”，且未必应解释为比其它示范性实施例优选或有利。所述详细描述包括特定细节以便实现提供对本发明的示范性实施例的透彻理解的目的。所属领域的技术人员将显而易见，可在无这些特定细节的情况下实践本发明的示范性实施例。在一些例子中，以框图形式展示众所周知的结构及装置，以避免混淆本文中所呈现的示范性实施例的新颖性。
现将参考随附图式在下文中更充分地描述本发明的实例实施例，在所述随附图式中展示本发明的一些实施例，但并未展示本发明的所有实施例。实际上，本发明可以许多不同形式体现且不应理解为限于本文中所阐述的所述实施例；更确切地说，提供这些实施例使得本发明将满足可适用的法定要求。类似参考标号始终指代类似元件。
如用于指代两个对象之间的关系的术语(例如，“实质上”、“约”、“大约”或其类似者)既定不仅反映精确关系，而且反映可能归因于各种因素(例如，环境条件的影响、共同误差容限或其类似者)所致的所述关系的变化。应进一步理解，尽管一些值或其它关系在本文中可在不修改的情况下进行表达，但这些值或其它关系也可能为精确的或可能包括归因于各种因素(例如，环境条件的影响、共同误差容限或其类似者)所致的一定程度的变化。
术语“无线电力”在本文中用以意味着在不使用物理电导体的情况下在发射器与接收器之间传输的与电场、磁场、电磁场或其它者相关联的任何形式的能量。
本文中描述本发明的包括差分驱动放大器的各种实例设备。根据一些实例实施例，所述差分驱动放大器可包括单一切换装置(例如，晶体管)，所述单一切换装置用于接收单一控制信号(例如，单一栅极驱动信号)及产生实质上相等且相对于彼此来说相反的差分输出信号。归因于所述差分输出信号之间的相等且相反的关系，所述信号可用以减少或实质上消除输入信号中存在的共模噪声。因而，所述差分驱动放大器可包括于(例如)无线电力系统中以减少所述系统的传导噪声及辐射噪声。另外，本发明的一些实例实施例还支持软切换功能性且维持E类放大器的相位角对输出功率的关系。
根据本发明的一个实例实施例，提供一种差分驱动放大器。所述差分驱动放大器可包括切换装置。所述切换装置可与第一输出节点及第二输出节点通信或耦合，其中所述第一输出节点及所述第二输出节点驱动负载网络。所述差分驱动放大器还可包括经配置以驱动所述切换装置的驱动电路，其中所述驱动电路经配置以将驱动信号提供到所述切换装置以更改所述切换装置的传导状态，从而在所述第一输出节点处产生第一输出信号及在所述第二输出节点处产生第二输出信号。所述第一输出信号及所述第二输出信号可相对于参考电压实质上在量值上相等但在极性上相反。
另一实例实施例为一种无线电力发射器。所述无线电力发射器可包括：差分驱动放大器，其具有第一输出节点及第二输出节点；供应网络，其经配置以将电力提供到所述差分驱动放大器；及负载网络，其与所述第一输出节点及所述第二输出节点通信或耦合。所述差分驱动放大器可包含：切换装置，其与所述第一输出节点通信或耦合且与所述第二输出节点通信或耦合；及驱动电路，其经配置以将驱动信号提供到所述切换装置。所述切换装置可经配置以接收所述驱动信号且更改所述切换装置的传导状态以在所述第一输出节点处产生第一输出信号及在所述第二输出节点处产生第二输出信号。所述第一输出信号及所述第二输出信号可相对于参考电压实质上在量值上相等但在极性上相反。
另一实例实施例为一种无线电力系统。所述无线电力系统可包括无线电力接收器及无线电力发射器。所述无线电力接收器可包括至少一个次级线圈。所述无线电力发射器可包括：差分驱动放大器，其具有第一输出节点及第二输出节点；供应网络，其经配置以将电力提供到所述差分驱动放大器；及负载网络。所述差分驱动放大器可包含与所述第一输出节点及所述第二输出节点通信或耦合的切换装置，且所述负载网络可经由所述第一输出节点及所述第二输出节点来驱动。所述差分驱动放大器还可包括经配置以将驱动信号提供到所述切换装置的驱动电路。所述切换装置可经配置以接收所述驱动信号且更改所述切换装置的传导状态以在所述第一输出节点处产生第一输出信号及在所述第二输出节点处产生第二输出信号。所述第一输出信号及所述第二输出信号可相对于参考电压实质上在量值上相等但在极性上相反。
根据本发明的另一实例实施例，提供一种实例设备，所述实例设备包括用于切换的装置。所述用于切换的装置可与第一输出节点及第二输出节点通信或耦合，其中所述第一输出节点及所述第二输出节点驱动负载网络。所述设备还可包括用于驱动所述切换装置的装置，其中所述用于驱动所述切换装置的装置经配置以将驱动信号提供到所述切换装置以更改所述切换装置的传导状态，从而在所述第一输出节点处产生第一输出信号及在所述第二输出节点处产生第二输出信号。所述第一输出信号及所述第二输出信号可相对于参考电压实质上在量值上相等但在极性上相反。
本发明的又一实例实施例为一种实例方法。所述实例方法可包含在切换装置处接收来自驱动电路的驱动信号，及基于所述驱动信号更改所述切换装置的传导状态以在第一输出节点处产生第一输出信号及在第二输出节点处产生第二输出信号。所述第一输出信号及所述第二输出信号可相对于参考电压实质上在量值上相等但在极性上相反。所述实例方法还可包括分别通过所述第一输出信号及所述第二输出信号经由所述第一输出节点及所述第二输出节点来驱动负载网络。
本发明的另一实例实施例为一种实例设备。所述实例设备可包括由第一信号驱动的第一线圈，及由第二信号驱动的第二线圈。所述第一信号及所述第二信号可相对于参考电压实质上在量值上相等但在极性上相反。所述第一线圈及所述第二线圈可具有在共同平面内的螺旋配置，所述螺旋配置提供分别在所述第一线圈及所述第二线圈内的实质上相等且相反的电压在所述共同平面上的任何位置处的共同定位。
本文中所描述的各种实例实施例提供差分、相反信号的产生，所述信号能够限制或消除原本将从放大器输出的共模噪声。相反定向的复制信号在彼此紧密接近时可以实质上消除或毁减不良噪声的方式影响由所述信号所产生的场。根据本发明的一些实例实施例，单一切换装置用于产生第一输出信号及第二输出信号。所述第一输出信号及所述第二输出信号(统称为差分输出信号)可相对于参考电压实质上在量值上相等但在极性上相反。根据各种实例实施例，所述差分输出信号可以优于常规解决方案的涉及有源组件数量减少的方式来产生。所述差分输出信号可用以驱动负载网络，所述负载网络可包含各种组件，包括(例如)一个或一个以上线圈或绕组。根据各种实例实施例，可结合线圈布置来利用差分驱动放大器(例如，本文中所描述的单一切换装置晶体管差分驱动放大器)，所述线圈布置在对磁场产生影响不大或无影响的情况下使差分输出信号的高电压及低电压共同定位以实现噪声减少。
根据各种实例实施例，当实质上在量值上相等但在极性上相反的两个电压存在于实质上相同位置中时，电压被称为“共同定位”。本发明的一些实例实施例经由使用紧耦合线圈导体来产生共同定位电压，所述紧耦合线圈导体具有在给定位置处提供实质上在量值上相等但在极性上相反的电压的布置，如下文进一步所描述。一个或一个以上初级线圈中的导体可在物理上定位成彼此接近以产生共同定位电压。根据一些实例实施例，如果以此方式来实施，则线圈间电容性耦合可支配到接地的电容性耦合，且由所述初级线圈所投射的电现场可趋近零。
根据各种实例实施例，所述差分驱动放大器与所述线圈布置一起显著地减少电容性地连接到接地及周围电子装置两者的信号的量值。结果，可减少共模发射及对其它电子装置的干扰。
本发明的各种实例实施例还增加或最大化(例如)用于对一个或一个以上便携式装置(例如，移动电话、MP3播放器、便携式投影器、数码相机及其类似者)的电池充电或以其它方式供电的无线电力传送的效率。一些实例实施例利用最低设计要求且降低组件要求，借此减少成本。另外，尽管本文中所描述的实例实施例可针对无线电力传送，但差分驱动放大器的实例实施例可实施于广泛范围的应用(不限于无线电力系统)中。
图1描绘根据本发明的一些实例实施例的实例单一切换装置差分驱动放大器10的示意图。放大器10包括连接到供应电压(+Vcc)的上部RLC(电阻器/电感器/电容器)网络20，及连接到接地的下部RLC网络30。上部网络20及下部网络30共享切换装置40，所述切换装置40在所述两个网络之间浮动。切换装置40可接收可控制切换装置40的切换操作的控制或驱动信号。切换装置40还可界定两个输出节点n1及n2，其中在n1及n2处分别存在差分输出信号。所述控制或驱动信号可使所述切换装置更改其传导状态。以此方式，可在节点n1及节点n2处产生相对于彼此来说实质上相等且相反的差分输出信号。
上部RLC网络20可与下部RLC网络30相匹配，以使得所述网络的组件的特性(例如，电阻、电容、电感及其类似者)实质上相同。根据一些实例实施例，可在可匹配且紧耦合的电感器(还将其称作绕组或线圈)L1与L2之间连接切换装置40。电感器L3及L4也可匹配且紧耦合。
如本文中所使用，术语“浮动”可用以指示一装置未连接到固定电位(例如，+Vcc或接地)。举例来说，如果装置经由非零阻抗组件(例如，电感器或电容器)连接到固定电位，则所述装置可为浮动的。因而，在一浮动组件的端子处的电位可倾向于相对于固定电位而漂移或浮动。
可体现为晶体管(例如，场效应晶体管或其类似者)的切换装置40可响应于控制或驱动信号(例如，在图1中所描绘的方波)而切换为断开或闭合。根据各种实例实施例，上部网络及下部网络中的电流I1及I2在相应网络中方向相反。由于切换装置40所执行的切换操作以及电流I1及I2，可在节点n1及n2处产生差分输出信号。归因于L3电感器与L4电感器的耦合效应，在节点n1及n2处产生的差分输出信号可相互作用以消除存在于输入信号中的噪声。因而，负载RL可接收在传导噪声及辐射噪声两者上均具有相关联减少的信号。
如上文所陈述，电感器L3与L4之间的耦合可促进放大器所提供的噪声减少。为了最大化噪声消除，电感器L3及L4可定位成尽可能靠近以使得所述电感器强耦合。实际上，设计者可能想要接近于实现完全噪声消除的假想状况，同时仍要避免信号的全部消除。根据一些实例实施例，可使用组合于单一封装中的一对强耦合电感器(例如，CoiltronixDRQ127-470-R)，其使所述电感器尽可能紧密耦合。由于强耦合，可迫使所述电感器的每一者中的电流的值几乎相等，从而促进产生相反定向的信号。根据电感器未包括于同一封装(例如，无线电力系统)中的实例实施例，电感器L3及L4可为用于将无线电力传输到一个或一个以上次级线圈的相互缠绕的线圈，且可通过将所述电感器维持为紧密接近而利用强耦合。
图2a描绘呈单一切换装置差分驱动放大器50的形式的本发明的另一实例实施例，所述单一切换装置差分驱动放大器50供无线电力系统使用。图2a将图1的电感器L1及L2描绘为放大器50的“耦合电感器”且将图1的电感器L3及L4描绘为放大器50的“传输线圈”(还称作初级线圈)。在无线电力系统内，所述传输线圈可经配置以在一个或一个以上次级线圈(未描绘)中感应电流以将无线电力提供到一连接到所述一个或一个以上次级线圈的负载，例如对一电池充电或以其它方式提供电力来操作一装置。另外，放大器50通过将在图1中的电容器Co组合成单一电容器Co/2(具有一半的额定电容)来减少组件的数目。
图2b描绘单一切换装置差分驱动放大器60的又一实例实施例。放大器60通过以下动作来进一步减少组件的数目：修改节点n1与节点n2之间的电容网络以消除两个电容器C及共同接地，及包括单一分路电容器C/2(具有一半的额定电容)。根据一些实例实施例，可由组合电容为C/2的若干电容器来替换所述单一分路电容器。
如关于图1、2a及2b所描述，可提供根据本发明的各种实例实施例的单一切换装置差分驱动放大器。由各种实例实施例所利用的切换装置40可为用于关于控制信号执行切换的任何装置。根据各种实例实施例，所述切换装置可包含晶体管，例如在图3中所描绘的场效应晶体管70。晶体管70为n型金属氧化物半导体(NMOS)。NMOS晶体管可用以控制漏极(D)端子与源极(S)端子之间的切换，所述切换是通过控制栅极(G)及源极(S)处的端子来完成。NMOS可通常在OFF(断开)模式(或所述开关在漏极与源极之间断开)中操作，且如果相较于源极处的电压在栅极处施加正电压，则其转变到ON(接通)模式(或所述开关在漏极与源极之间闭合)。
因而，晶体管70的栅极可连接到用于控制从源极到漏极的传导性的控制信号或驱动信号。就此来说，到所述栅极的输入信号可更改所述晶体管的传导状态。如下文进一步描述，晶体管70(或另一切换装置)的栅极可连接到由驱动电路提供的驱动信号。所述漏极可构成第一输出节点且可经由电感器连接到供应电压。所述源极可构成第二输出节点且可经由电感器连接到接地。
晶体管70说明可根据各种实例实施例来实施的一个实例切换装置。还可根据实例实施例来实施其它类型的切换装置。举例来说，所述切换装置可体现为以下各者或以下各者的部分：处理器(例如，信号处理器)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其类似者。
图4说明根据一些实例实施例的驱动电路80。驱动电路80可在81处接收输入信号且在84处将驱动信号提供到切换装置40的栅极。可经由栅极驱动变压器82及h桥网络83在84处产生驱动信号。根据一些实例实施例，为了在84处产生用于切换装置的驱动信号，可使用变压器82来实施隔离驱动方案。根据一些实例实施例，变压器82可为脉冲变压器。变压器82可感测其输入端子上的电压差且在其输出端子上施加相同电压。通过跨越切换装置40的栅极及源极而连接变压器82的输出端子，即使源极及漏极在n1与n2之间浮动时也可执行切换。
在一些实例实施例中，切换装置40可经设计以快速切换，此情形可能需要切换装置的栅极处快速改变的驱动信号。为实现快速改变的驱动信号，可利用h桥电路83。参看图4，h桥电路83可包括二极管D1及D2以及双极结晶体管(BJT)B1及B2。二极管以及电容器C1及C2可形成倍压器电路，所述倍压器电路可用以跨越节点n4及n2而产生直流(DC)电压。可以推挽(push-pull)配置设定所述BJT以使用此DC电压来驱动切换装置40的栅极。推挽配置可依赖于BJT的若干固有特性。B1可为PNP晶体管，且在BJT基极电压(连接到节点n3)可高于发射极处的电压时充当集电极(连接到节点n4)与发射极(连接到节点ng)之间的闭合的开关。另一方面，B2可为NPN晶体管，且在其基极电压(连接到节点n3)可低于发射极的电压时充当其集电极(连接到节点n2)与发射极(连接到节点ng)之间的闭合的开关。当不作为闭合的开关操作时，B1及B2两者均可充当断开的开关。
当变压器迫使节点n3的电压高于节点n2处的电压时，B1可感测到其基极端子与发射极端子之间的正电压，从而导致电流从电容器C1流动到切换装置40的栅极。类似地，B2可感测到其基极与其发射极之间的较低电压，从而使切换装置40的栅极放电到节点n2。结果，h桥83提供切换装置40的栅极处信号电压的快速斜上升与快速斜下降(相对于其源极)，借此允许快速切换。
图5描绘根据本发明的各种实例实施例的实例无线电力系统。图5的无线电力系统可包括无线电力发射器102及无线电力接收器104。无线电力发射器102可包括差分驱动放大器100，差分驱动放大器100又可包括单一切换装置110及驱动电路120。驱动电路120可接收输入信号121。无线电力发射器102还可包括供应网络130及初级线圈140。无线电力接收器104可包括次级线圈150、整流器160及负载170，负载170可为动态负载。在一些实例实施例中，负载170可为用于电子装置的可再充电电池。
根据各种实例实施例，图5的无线电力系统实施切换操作以将由供应网络130所提供的DC电压转换成高频信号。差分驱动放大器100可如上文所描述而操作以产生两个差分的高频输出信号，所述信号实质上相等且相反。可将所述差分输出信号递送到相应初级线圈，所述初级线圈经定位以经由初级线圈140的耦合来提供噪声消除。初级线圈140可经定向以使得所述线圈中的电流在相同方向上流动，借此提供噪声消除同时还对初级线圈140的磁场产生具有最小影响。归因于电流的方向，可产生具有相同极性的磁场。所述磁场可在无线电力接收器的一个或一个以上次级线圈150中感应电流。所述一个或一个以上次级线圈150可接收感应的交流(AC)信号，所述AC信号可接着经由整流器160整流且馈入到负载170。
图6说明无线电力发射器的更详细示意图。如上文所陈述，差分驱动放大器100可利用由供应网络130提供的DC供应。供应网络130可包括两个紧耦合的扼流电感器(LDC)131及132，扼流电感器131及132可将DC电压馈入到切换装置110的漏极端子及源极端子。根据一些实例实施例，扼流电感器131及132的紧耦合可部分地负责对准差分驱动放大器输出的高侧及低侧的相位。
切换装置110可包含晶体管，所述晶体管依据栅极端子处的AC输入而浮动。隔离驱动电路120可通过在121处接收输入信号及在124处将驱动或控制信号提供到切换装置110的栅极来将信号提供到栅极端子。类似于图4中所说明的隔离驱动电路，隔离驱动电路120可包括变压器122及h桥123。可包括L1及R1以减弱驱动信号的改变(dV/dT)且防止产生高阶谐波。根据各种实例实施例，驱动电路120辅助切换装置110跨越各种负载条件而维持零电压切换。
在一些实例实施例中，所述驱动电路可将阶跃函数输入信号提供到切换装置110。图7说明相对于接地的实例差分输出信号，所述信号是基于阶跃函数输入信号而在切换装置的输出节点处产生。所述阶跃函数可产生为半正弦信号的差分输出信号。信号111可为可在切换装置110的漏极处俘获的正输出信号。信号112可为可在切换装置110的源极处俘获的负输出信号。值得注意的是，信号111及信号112相对于参考电压实质上在量值上相等但在极性上相反。在图7中所说明的实例中，所述参考电压为大约6伏特。然而，根据各种实例实施例，所述参考电压(例如)可为零伏特。
图6的分路电容器网络101、平衡电容器网络103及初级线圈网络180可包括于负载网络中。根据实例实施例的无线电力系统还可包括接收器(图6中未展示)以从初级线圈140a及140b接收电力，所述接收器包括一个或一个以上次级线圈及一整流器。在一些实例实施例中，所述接收器也可包括于负载网络中。
可在切换装置110的输出节点(例如，漏极及源极)之间连接分路电容器网络101。图6的分路电容器网络101包括单一电容器102，然而，本发明的一些实例实施例可在分路电容器网络101内包括若干电容器。根据一些实例实施例，分路电容器网络101在切换装置110实施为晶体管时促进调谐切换装置110以用于零电压切换。就此来说，可响应于切换操作而交替地存储电荷和从分路电容器网络102释放电荷。
平衡电容器网络103可包括用以提供隔离接地参考的若干电容器(例如，电容器104、电容器105及电容器106)，所述电容器可促使改善差分驱动放大器输出信号之间的平衡。根据一些实例实施例，电容器104及105可匹配。包括于平衡电容器网络103中的到接地的连接还可提供使高频噪声分路到接地的路径。
初级线圈网络180可包括初级线圈140a及140b以及连接于所述线圈之间且与线圈串联连接的串联电容器141。或者，在一些实例实施例中，初级线圈网络180可包括单一初级线圈。在双线圈网络中，初级线圈140a及140b可为紧耦合的一对等长度线圈。所述两个初级线圈的紧耦合还可促进维持差分放大器输出信号之间的相位关系。通过定位初级线圈140a及140b以使得电流在相同方向上流经所述线圈，初级线圈140a及140b可使具有相等且相反电位的电压共同定位且减少噪声发射。因为电流在相同方向上流经初级线圈140a及140b，所以由所述线圈所产生的磁场不受影响或实质上不受影响。由第一线圈及第二线圈所产生的磁场可具有相同极性。串联电容器141可连接于所述初级线圈之间以促进使负载达到从差分驱动放大器的角度来说合适的相位角。在一些实例实施例中，作为对串联电容器的替代，第一电容器可连接于切换装置的第一输出节点与第一线圈之间，且第二电容器可连接于切换装置的第二输出节点与第二线圈之间。第一电容器及第二电容器可具有为串联电容器141的电容两倍的额定电容。根据一些实例实施例，第一电容器及第二电容器可结合包括单一线圈的初级线圈网络来实施。
根据一些实例实施例，初级线圈网络180可经配置以通过使实质上相等且相反的电压在由初级线圈网络界定的平面表面上的任何位置处共同定位来促进噪声消除。根据一些实例实施例，初级线圈网络180可经配置以使实质上相等且相反的电压在环绕初级线圈网络180的三维空间中的任何位置处共同定位。根据各种实例实施例，可通过如上文所描述的差分输出信号来驱动所述初级线圈。然而，根据一些实例实施例，本文中所描述的初级线圈布置及配置可结合任何类型的差分驱动放大器来利用，所述差分驱动放大器包括(但不限于)如本文中所描述的单一切换装置差分驱动放大器。举例来说，所述初级线圈布置及配置可与包括多个切换装置及/或晶体管的差分驱动放大器一起使用。
关于初级线圈的定位配置，每一初级线圈可在一几何平面上缠绕为螺旋形。为了促进电压的共同定位，线圈的每一匝之间的距离可随着所述螺旋配置朝向一区域的中心移动而增加。第一线圈及第二线圈可因此在一共同平面内具有螺旋配置，所述螺旋配置提供分别在第一线圈及第二线圈内的实质上相等且相反的电压在所述共同平面上的任何位置处的共同定位。根据一些实例实施例，可利用向一中心点或中心区域旋入且接着返回旋出的单一线圈。因而，线圈布置可由在一中心位置处连接的两个线圈来构建以实现单一线圈实例实施例。
图8说明根据本发明的各种实例实施例的双线圈布置。图9说明仅描绘第一线圈的图8的实例实施例。图10说明仅描绘第二线圈的图8的实例实施例。
图11说明在一坐标系统轴上定向的用于测量相距中心或原点的距离的双线圈布置。当将差分输出信号施加到所述线圈时，可实现实质上相等且相反的电压的共同定位。为说明线圈配置的效应，可在线圈的每一匝处测量电压。每一匝与坐标系统上的一特定位置相关联。图12描绘在每一匝处测量到的电压的图表。电压高于零的数据点与在第一线圈的各匝处所进行的测量相关联，且电压低于零的数据点与在第二线圈的各匝处所进行的测量值关联。由于所述匝定位在与中心相距一特定距离处，因此可关于距离来界定所述水平轴。如通过所述数据点所指示，在与中心相距相同或实质上相同的距离处，在第一线圈及第二线圈上所进行的测量具有相等且相反的电压。
除了如上文所描述而布置初级线圈网络之外或作为对布置初级线圈网络的替代，可以类似方式布置次级线圈网络。就此来说，所述线圈布置还可实施于无线电力系统的接收器中。所述次级线圈网络可利用具有类似线圈几何形状的中心抽头到接地线圈配置来实现类似结果。
图13描绘呈无线电力发射器形式的本发明的另一实例实施例，所述无线电力发射器包括单一切换装置差分驱动放大器。图7的无线电力发射器与图6中所描绘的无线电力发射器类似之处在于，图7的无线电力发射器包括供应网络、驱动电路、切换装置、分路电容器网络、平衡电容器网络及初级线圈网络。举例来说，还针对图7的实例实施例的元件而提供部件识别符、无源装置值及部件特性。类似地，图14描绘未连接到初级线圈网络的差分驱动放大器的又一实例实施例。
还可提供包括从上文所描述的设备导出的方法操作的本发明的各种实例实施例。在图15中描绘一个实例方法。图15的实例方法包括：在200处，在切换装置处接收来自驱动电路的驱动信号；及在210处，基于所述驱动信号而更改所述切换装置的传导状态。通过更改所述切换装置的传导状态，可在第一输出节点处产生第一输出信号且在第二输出节点处产生第二输出信号。第一输出信号及第二输出信号可相对于参考电压实质上在量值上相等但在极性上相反。所述实例方法还可包括：在220处，分别通过第一输出信号及第二输出信号经由第一输出节点及第二输出节点来驱动负载网络。
所属领域的技术人员将想到具有前述描述及相关联图式中所呈现的教示的益处的本文中所阐述的本发明的许多修改及其它实施例。因此，应理解，本发明不限于所揭示的特定实施例，且修改及其它实施例既定包括于所附权利要求书的范围内。此外，尽管前述描述及相关联图式在元件及/或功能的某些实例组合的上下文中描述实例实施例，但应了解可在不脱离所附权利要求书的范围的情况下通过替代实施例来提供元件及/或功能的不同组合。就此来说，例如，除上文明确描述的那些组合外的元件及/或功能的不同组合也预期为可在所附权利要求书中的一些中得以阐述。尽管本文中使用特定术语，但所述术语仅在一般及描述性意义上使用且并非用于限制目的。
提供对所揭示示范性实施例的先前描述以使任何所属领域的技术人员能够制造或使用本发明。所属领域的技术人员将易于显见对这些示范性实施例的各种修改，且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文中所界定的一般原理可应用于其它实施例。因此，本发明既定不限于本文中所展示的示范性实施例，而应被赋予与本文中所揭示的原理及新颖特征相一致的最广范围。

Claims (45)

1.一种用于减少放大器输出噪声的设备，其包含：
切换装置，其具有传导状态且经配置以接收驱动信号，所述切换装置耦合到第一输出节点及第二输出节点，所述传导状态基于所述驱动信号而更改以在所述第一输出节点处产生第一输出信号及在所述第二输出节点处产生第二输出信号，所述第一输出信号及所述第二输出信号在量值上相等且在极性上相反；及
由所述第一输出节点驱动的第一线圈和由所述第二输出节点驱动的第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈经配置以在足以对接收器装置供电或充电的电平下无线地输出电力。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一线圈及所述第二线圈经布置以使得通过所述第一线圈及所述第二线圈的电流产生具有共同极性的相应磁场。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述切换装置经配置以在所述第一输出节点与所述第二输出节点之间浮动，所述第一输出节点经由第一扼流电感器耦合到接地且所述第二输出节点经由第二扼流电感器耦合到供应电压。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述第一扼流电感器与所述第二扼流电感器经定位以具有耦合效应。
5.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含经配置以产生所述驱动信号的驱动电路。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述驱动电路包括包含变压器的隔离驱动电路。
7.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含耦合于所述第一输出节点与所述第二输出节点之间的电容网络，所述电容网络包含耦合于所述第一输出节点与所述第二输出节点之间的一个或一个以上电容器。
8.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含电容网络，所述电容网络包含耦合于所述第一输出节点与接地之间的一个或一个以上电容器及耦合于所述第二输出节点与接地之间的一个或一个以上电容器。
9.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含耦合于所述第一线圈与所述第二线圈之间的一个或一个以上电容器。
10.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含差分驱动放大器，所述差分驱动放大器包含所述切换装置、所述第一输出节点和所述第二输出节点。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一线圈和所述第二线圈经定位以具有耦合效应。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述切换装置包含单一切换装置。
13.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一线圈和所述第二线圈在中心点处连接以产生单一线圈布置。
14.一种用于减少放大器输出噪声的方法，其包含：
在切换装置处接收来自驱动电路的驱动信号；
基于所述驱动信号更改所述切换装置的传导状态以在第一输出节点处产生第一输出信号及在第二输出节点处产生第二输出信号，所述第一输出信号及所述第二输出信号在量值上相等且在极性上相反；
通过所述第一输出信号由所述第一输出节点来驱动第一线圈及通过所述第二输出信号由所述第二输出节点来驱动第二线圈；及
经由所述第一线圈和所述第二线圈在足以对接收器装置供电或充电的电平下无线地输出电力。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一线圈及所述第二线圈经布置以使得通过所述第一线圈及所述第二线圈的电流产生具有共同极性的相应磁场。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述切换装置经配置以在所述第一输出节点与所述第二输出节点之间浮动，所述第一输出节点经由第一扼流电感器耦合到接地且所述第二输出节点经由第二扼流电感器耦合到供应电压。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一扼流电感器与所述第二扼流电感器经定位以具有耦合效应。
18.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含以所述驱动电路产生所述驱动信号。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述驱动电路包括包含变压器的隔离驱动电路。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述切换装置包含耦合于所述第一输出节点与所述第二输出节点之间的电容网络，所述电容网络包含耦合于所述第一输出节点与所述第二输出节点之间的一个或一个以上电容器。
21.根据权利要求14所述的方法，其中所述切换装置包含电容网络，所述电容网络包含耦合于所述第一输出节点与接地之间的一个或一个以上电容器及耦合于所述第二输出节点与接地之间的一个或一个以上电容器。
22.根据权利要求14所述的方法，其中所述切换装置包含耦合于所述第一线圈与所述第二线圈之间的一个或一个以上电容器。
23.根据权利要求14所述的方法，其中差分驱动放大器包含所述切换装置、所述第一输出节点和所述第二输出节点。
24.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一线圈和所述第二线圈经定位以具有耦合效应。
25.根据权利要求14所述的方法，其中所述切换装置包含单一切换装置。
26.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一线圈和所述第二线圈在中心点处连接以产生单一线圈布置。
27.一种用于减少放大器输出噪声的设备，其包含：
用于在切换装置处接收来自驱动电路的驱动信号的装置；
用于基于所述驱动信号更改所述切换装置的传导状态以在第一输出节点处产生第一输出信号及在第二输出节点处产生第二输出信号的装置，所述第一输出信号及所述第二输出信号在量值上相等且在极性上相反；及
用于通过所述第一输出信号由所述第一输出节点来驱动第一线圈及通过所述第二输出信号由所述第二输出节点来驱动第二线圈的装置，所述第一线圈和所述第二线圈经配置以在足以对接收器装置供电或充电的电平下无线地输出电力。
28.根据权利要求27所述的设备，其中所述第一线圈及所述第二线圈经布置以使得通过所述第一线圈及所述第二线圈的电流产生具有共同极性的相应磁场。
29.根据权利要求27所述的设备，其中所述切换装置经配置以在所述第一输出节点与所述第二输出节点之间浮动，所述第一输出节点经由第一扼流电感器耦合到接地且所述第二输出节点经由第二扼流电感器耦合到供应电压。
30.根据权利要求29所述的设备，其中所述第一扼流电感器与所述第二扼流电感器经定位以具有耦合效应。
31.根据权利要求27所述的设备，其进一步包含用于产生所述驱动信号的装置，所述用于产生所述驱动信号的装置包含所述驱动电路。
32.根据权利要求31所述的设备，其中所述驱动电路包括包含变压器的隔离驱动电路。
33.根据权利要求27所述的设备，其进一步包含用于电容性地耦合所述第一输出节点和所述第二输出节点的装置，所述用于电容性地耦合的装置包含耦合于所述第一输出节点与所述第二输出节点之间的一个或一个以上电容器。
34.根据权利要求27所述的设备，其进一步包含用于电容性地耦合所述第一输出节点和接地的第一装置和用于电容性地耦合所述第二输出节点和接地的第二装置，所述用于电容性地耦合的第一装置包含耦合于所述第一输出节点与接地之间的一个或一个以上电容器，所述用于电容性地耦合的第二装置包含耦合于所述第二输出节点与接地之间的一个或一个以上电容器。
35.根据权利要求27所述的设备，其进一步包括用于电容性地耦合所述第一线圈和所述第二线圈的装置，所述用于电容性地耦合的装置包含耦合于所述第一线圈与所述第二线圈之间的一个或一个以上电容器。
36.根据权利要求27所述的设备，其中差分驱动放大器包含所述切换装置、所述第一输出节点和所述第二输出节点。
37.根据权利要求27所述的设备，其中所述第一线圈和所述第二线圈经定位以具有耦合效应。
38.根据权利要求27所述的设备，其中所述切换装置包含单一切换装置。
39.根据权利要求27所述的设备，其中所述第一线圈和所述第二线圈在中心点处连接以产生单一线圈布置。
40.一种用于供电或充电装置的设备，其包含：
由第一信号驱动的第一线圈；及
由第二信号驱动的第二线圈，所述第一信号及所述第二信号在量值上相等但在极性上相反，所述第一线圈及所述第二线圈具有在共同平面内的螺旋配置，所述螺旋配置提供分别在所述第一线圈及所述第二线圈内的相等且相反的电压在所述共同平面上的任何位置处的共同定位，所述第一线圈和所述第二线圈经配置以在足以对接收器装置供电或充电的电平下无线地输出电力。
41.根据权利要求40所述的设备，其中所述第一线圈在中心点处物理连接到所述第二线圈以产生单一线圈布置。
42.一种用于对装置供电或充电的方法，其包含：
通过第一信号驱动第一线圈；及
通过第二信号驱动第二线圈，所述第一信号及所述第二信号在量值上相等且在极性上相反，所述第一线圈及所述第二线圈具有在共同平面内的螺旋配置，所述螺旋配置提供分别在所述第一线圈及所述第二线圈内的相等且相反的电压在所述共同平面上的任何位置处的共同定位，所述第一线圈和所述第二线圈经配置以在足以对接收器装置供电或充电的电平下无线地输出电力。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述第一线圈在中心点处物理连接到所述第二线圈以产生单一线圈布置。
44.一种用于对装置供电或充电的设备，其包含：
用于通过第一信号驱动第一线圈的装置；及
用于通过第二信号驱动第二线圈的装置，所述第一信号及所述第二信号在量值上相等且在极性上相反，所述第一线圈及所述第二线圈具有在共同平面内的螺旋配置，所述螺旋配置提供分别在所述第一线圈及所述第二线圈内的相等且相反的电压在所述共同平面上的任何位置处的共同定位，所述第一线圈和所述第二线圈经配置以在足以对接收器装置供电或充电的电平下无线地输出电力。
45.根据权利要求44所述的设备，其中所述第一线圈在中心点处物理连接到所述第二线圈以产生单一线圈布置。
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