CN103477537A - 用于高效率可变电力发送的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种高效率可变电力发送设备通过以下步骤输出可变电力：接通和断开具有恒定振幅的高频信号来相对于时间轴调制所述高频信号，基于具有预定电平的电源电压放大可变电力来满足目标装置所需要的电力电平，将从电力源接收的交流（AC）电压转换为直流（DC）电压，基于DC电压产生具有预定电平的电源电压，并将具有预定电平的电源电压提供给PA。

Description

用于高效率可变电力发送的设备和方法
技术领域
以下描述涉及使用无线电力的可变电力传输。
背景技术
由于针对便携式电子装置的需求得到迅速增加，所以对于这些装置来说使用有线电力供应已经变得越来越不方便。已经进行了关于无线电力传输的研究以克服有线电力供应的不便性以及传统电池的有限容量。一种传统的无线电力传输技术使用射频（RF）装置的谐振特性。
使用RF装置的谐振特性的无线电力传输系统可包括发送电力的源以及接收被发送的电力的目标。此外，无线电力传输系统可包括将来自源的电力进行放大以满足目标所需要的电力电平的功率放大器。当目标所需要的电力电平变化时，功率放大器可能需要对来自源的电力进行放大以满足需要的电力电平。
发明内容
技术方案
根据一个总的方面，一种高效率可变电力发送设备包括：可变电力产生单元，被构造为通过接通和断开具有恒定振幅的高频信号来相对于时间轴调制所述高频信号以输出可变电力；功率放大器（PA），被构造为基于具有预定电平的电源电压放大可变电力以满足目标装置所需要的电力电平；电源，被构造为将从电力源接收的交流（AC）电压转换为直流（DC）电压，基于DC电压产生具有预定电平的电源电压，并将具有预定电平的电源电压提供给PA。
高效率可变电力发送设备还可包括发送单元，所述发送单元被构造为通过发送线圈或天线将放大后的可变电力发送到目标装置。
可变电力产生单元可包括：高频信号产生单元，被构造为产生具有恒定振幅的高频信号；调制信号产生单元，被构造为产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；开关控制器，被构造为基于低频调制信号控制开关的接通和断开状态来调制高频信号以产生可变电力。
可变电力产生单元可包括：高频信号产生单元，被构造为产生具有恒定振幅的高频信号；调制信号产生单元，被构造为产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；数字逻辑处理单元，被构造为基于低频调制信号执行逻辑运算来调制高频信号以产生可变电力。
可变电力产生单元可包括：高频信号产生单元，被构造为产生具有恒定振幅的高频信号；调制信号产生单元，被构造为产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；控制器，被构造为基于低频调制信号控制高频信号产生单元的操作来产生可变电力。
调制信号产生单元可通过执行德尔塔-西格玛调制来产生低频调制信号。
电源可包括：整流单元，被构造为对AC电压进行整流来产生DC电压。
电源可包括：变换单元，被构造为将从电力源接收的AC电压变换为具有与PA的额定电压相对应的电平的AC电压；整流单元，被构造为对具有与PA的额定电压相对应的电平的AC电压进行整流来产生DC电压。
PA可被构造为以开关模式或饱和模式操作为具有从由D类、E类、F类、E/F类、逆D类、逆E类和逆F类构成的组中选择的类的放大器。
PA可包括从由氮化镓（GaN）电力装置、碳化硅（SiC）电力装置、横向双扩散金属氧化物半导体（LDMOS）电力装置以及金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）构成的组中选择的至少一个电力装置。
根据一个总的方面，一种高效率可变电力发送设备包括：高频信号产生单元，被构造为产生具有恒定振幅的高频信号；功率放大器（PA），被构造为基于可变电源电压放大高频信号以满足目标装置所需要的电力电平；可变电源，被构造为将从电力源接收的交流（AC）电压转换为直流（DC）电压，通过接通和断开DC电压来相对于时间轴调制DC电压以产生可变电源电压，并将可变电源电压提供给PA。
可变电源可包括：整流单元，被构造为对AC电压进行整流来产生DC电压；调制信号产生单元，被构造为产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；开关控制器，被构造为基于低频调制信号控制开关的接通和断开状态来调制DC电压以产生可变电源电压。
调制信号产生单元可通过执行德尔塔-西格玛调制来产生低频调制信号。
根据一个总的方面，一种高效率可变电力发送方法包括：将从电力源接收的交流（AC）电压转换为直流（DC）电压；基于DC电压产生具有预定电平的电源电压；将具有预定电平的电源电压提供给功率放大器（PA）；通过接通和断开具有恒定振幅的高频信号来相对于时间轴调制所述高频信号以输出可变电力；使用PA基于具有预定电平的电源电压放大可变电力来满足目标装置所需要的电力电平。
输出可变电力的步骤可包括：产生具有恒定振幅的高频信号；产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；基于低频调制信号控制开关的接通和断开状态来调制高频信号以产生可变电力。
输出可变电力的步骤可包括：产生具有恒定振幅的高频信号；产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；基于低频调制信号执行逻辑运算来调制高频信号以产生可变电力。
输出可变电力的步骤可包括：使用高频信号产生单元产生具有恒定振幅的高频信号；产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；基于低频调制信号控制高频信号产生单元的操作来产生可变电力。
产生低频调制信号的步骤可包括：通过执行德尔塔-西格玛调制来产生低频调制信号。
根据一个总的方面，一种高效率可变电力发送方法包括：将从电力源接收的交流（AC）电压转换为直流（DC）电压；通过接通和断开DC电压来相对于时间轴调制DC电压以产生可变电源电压；将可变电源电压提供给功率放大器（PA）；产生具有恒定振幅的高频信号；使用PA基于可变电源电压放大高频信号来满足目标装置所需要的电力电平。
产生可变电源电压的步骤可包括：产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；基于低频调制信号控制开关的接通和断开状态来调制DC电压以产生可变电源电压。
产生低频调制信号的步骤可包括：通过执行德尔塔-西格玛调制来产生低频调制信号。
根据一个总的方面，一种可变电力发送设备包括：可变电力产生单元，被构造为输出具有接通状态和断开状态的高频信号，其中，接通状态和断开状态具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比，高频信号在接通状态期间具有恒定振幅；电源，被构造为输出具有固定的预定电平的电源电压；功率放大器（PA），被具有固定的预定电平的电源电压操作，并被构造为放大高频信号来输出满足目标装置所需要的电力电平的可变电力。
所述设备还可包括：发送单元，被构造为通过包含超材料的发送线圈或包含超材料的天线将从PA输出的可变电力发送到目标装置。
电源可被构造为将交流（AC）电压转换为具有固定的预定电平的直流（DC）电压，并将DC电压作为具有固定的预定电平的电源电压提供给PA。
当PA被具有固定的预定电平的电源电压操作时PA可具有最大效率，并且当PA被具有除所述固定的预定电平之外的电平的电源电压操作时PA可具有比最大效率低的效率。
根据一个总的方面，一种可变电力发送设备包括：高频信号产生单元，被构造为输出具有接通状态和断开状态的高频信号，其中，所述接通状态和断开状态具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比，高频信号在接通状态期间具有恒定振幅；可变电源，被构造为输出具有接通状态和断开状态的可变电源电压，其中，接通状态和断开状态具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比，可变电源电压在接通状态期间具有固定的预定电平；功率放大器（PA），被可变电源电压操作，并被构造为放大高频信号来输出满足目标装置所需要的电力电平的可变电力。
电源可被构造为将交流（AC）电压转换为具有固定的预定电平的直流（DC）电压，根据目标装置所需要的电力电平接通和断开DC电压以产生可变电源电压，并将可变电源电压提供给PA。
当PA被具有固定的预定电平的电源电压操作时PA可具有最大效率，并且当PA被具有除所述固定的预定电平之外的电平的电源电压操作时PA可具有比最大效率低的效率。
实施例的示例可包括发送满足接收器所需要的电力电平的电力的量的无线电力发送系统，其中，所述接收器使用高效率可变电力发送设备无线地接收电力。
实施例的示例可包括高效率可变电力发送设备，其中，所述高效率可变电力发送设备对在保持高频信号以恒定振幅被输入到PA的同时发送电力的时间段进行调节，从而即使在输出电力的平均值为低时也能够使发送器具有最大效率。
实施例的示例可包括高效率可变电力发送设备，其中，所述高效率可变电力发送设备向PA提供固定的电压，从而使供应电力的电源的构造简单并使所述电源具有高效率。
实施例的示例可包括高效率可变电力发送设备，其中，所述高效率可变电力发送设备在不使用将DC电压转换为源装置所需要的DC电压的DC/DC转换器的情况下向PA提供电压，从而使电源的构造变得简单。
通过以下详细描述、附图和权利要求，其他特征和方面对于本领域的普通技术人员将是清楚的。
附图说明
图1是示出根据实施例的示例的高效率可变电力发送设备的框图。
图2是示出根据实施例的示例的可变电力产生单元的框图。
图3是示出根据实施例的示例的可变电力产生单元的框图。
图4是示出根据实施例的示例的高效率可变电力发送设备的框图。
图5a和图5b是示出根据实施例的示例的高效率可变电力发送设备中的功率放大器的输入电压和输出电压的示图。
图6是示出根据实施例的示例的高效率可变电力发送方法的流程图。
图7是示出根据实施例的示例的高效率可变电力发送方法的流程图。
图8至图13、图14a和图14b是示出根据实施例的示例的用于无线电力传输的各种谐振器的示图。
图15是示出图8的用于无线电力传输的谐振器的等效电路的示例的示图。
具体实施方式
提供以下详细描述以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。因此，在此描述的系统、设备和/或方法的各种改变、修改和等同物可被建议给本领域的普通技术人员。描述的处理步骤和/或操作的任何特定顺序仅仅是示例，并且处理步骤和/或操作的顺序不限于在此阐述的顺序，而是可以如本领域已知的那样改变，除非处理步骤和/或操作必须以特定顺序发生。此外，为了更加清晰和简明，可省略公知功能和结构的描述。
在所有的附图和详细描述中，相同的参考标号指示相同的元件、特征和结构。为了清晰、说明和方便，可能夸大这些元件的相对大小和描述。
通常，在无线电力传输系统中，向功率放大器（PA）供应电压的电源可以是开关模式电源（SMPS）。SMPS可将110伏特（V）或220V的交流电（AC）电压转换为PA稳定运行所需的DC电压，并且可将DC电压作为运行电力提供给PA。
SMPS可被构造为包括DC转换器和DC/DC转换器，在这种情况下，SMPS的尺寸可以比较大，并且会难以制造SMPS。
无线电力传输系统会需要接收基于接收器的状态或接收器的外部环境而改变的传输电力。在此示例中，当被输入PA的输入电力的量减少进而改变输出电力时，传输效率会大大降低。
为了发送具有恒定传输效率的可变电力，可考虑通过改变SMPS的输出电压来改变PA的输出电力的方法。然而，设计基于可变电源电压提供最大效率的PA并不容易实现。传统SMPS的构造复杂并且传统SMPS的尺寸大。因此，当添加输出可变电力的新功能时，SMPS的构造甚至会变得更加复杂并且SMPS的效率会降低。
以下描述提供在保持PA的输入电压或供应电压为恒定值的同时产生可变电力的方法的实施例的示例。在以下描述中，源装置是包括发送无线电力的发送器的设备，目标装置是包括接收无线电力的接收器的设备。
图1示出了根据实施例的示例的高效率可变电力发送设备。
参照图1，高效率可变电力发送设备包括可变电力产生单元110、PA120、电源130和发送单元140。
可变电力产生单元110被构造为对关于时间轴具有恒定振幅的高频信号进行调制。可变电力产生单元110通过接通和断开高频信号而调制高频信号来产生可变电力，其中，所述高频信号由高频信号产生单元111产生。在此示例中，可变电力产生单元110通过基于确定高频信号的接通和断开状态的持续时间的调制信号来调制高频信号以产生可变电力。例如，高频信号可具有13.56MHz或6.78MHz的频率。
可变电力产生单元110包括高频信号产生单元111、调制信号产生单元113和开关控制器115。
高频信号产生单元111被构造为产生具有恒定振幅的高频信号。高频信号产生单元111向PA120供应具有恒定振幅的高频信号。
调制信号产生单元113被构造为产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号。调制信号产生单元113确定高频信号的接通和断开状态的持续时间以产生低频调制信号。调制信号产生单元113可确定与在预定时间段内需要的电力电平相对应的占空比以产生低频调制信号。例如，低频调制信号可具有比高频调制信号的频率低的频率，诸如高频信号的频率的1/100。在高频信号具有如上所讨论的13.56MHz的频率的示例中，低频调制信号可具有0.1356MHz或135.6kHz的频率。在高频信号具有如上所讨论的6.78MHz的频率的示例中，低频调制信号可具有0.0678MHz或67.8kHz的频率。预定时间段的长度确定通过调制信号产生单元113多久更新一次低频调制信号的占空比，并因此确定由可变电力产生单元110产生的可变电力多久被更新一次。所述预定时间段越短，可变电力产生单元110可越快地更新它产生的可变电力。
例如，当需要的电力电平是最大电力电平时，调制信号产生单元113可确定占空比为100%，使得低频调制信号在预定时间段期间被保持在高的状态。在此示例中，高频信号在所述预定时间段期间被持续地输入到PA120。因此，在所述预定时间段期间，PA120的输出电力电平是最大电力电平。
当需要的电力电平是最小电力电平时，调制信号产生单元113可确定占空比为0%，使得低频调制信号在预定时间段期间被保持在低的状态。在此示例中，高频信号在所述预定时间段期间不被输入到PA120。因此，在所述预定时间段期间，PA120的输出电力电平是最小电力电平。
调制信号产生单元113可通过执行德尔塔-西格玛（delta-sigma）调制来产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号。调制信号产生单元113可通过执行德尔塔-西格玛调制来确定高频信号的接通和断开状态的持续时间以产生低频调制信号。
开关控制器115基于由调制信号产生单元113产生的低频调制信号来控制开关的接通和断开状态以调制由高频信号产生单元111产生的高频信号。当低频调制信号处于高的状态时，开关控制器115可控制开关接通，并且当低频调制信号处于低的状态时，开关控制器115可控制开关断开。
高频信号基于接通和断开状态的确定的持续时间被输入到PA120。在此示例中，高频信号具有恒定振幅。具有恒定振幅的高频信号输入被输入到PA120。被放大并从PA120被输出的输出电力的平均值基于接通和断开状态的持续时间或占空比而变化。PA120输出基于接通和断开状态的持续时间或占空比而变化的可变电力。即使PA120接收具有恒定振幅的高频信号，PA120也输出具有基于接通和断开状态的持续时间或占空比而变化的平均值的可变电力。
PA120基于具有预定电平的电源电压对由可变电力产生单元110产生的可变电力进行放大以满足目标装置所需要的电力电平。在此示例中，电源电压被保持在预定电平。因此，PA120可高效率地放大从可变电力产生单元110输出的可变电力。
PA120可被构造为以开关模式或饱和模式操作为具有从由D类、E类、F类、E/F类、逆D类、逆E类和逆F类构成的组中选择的类的放大器，以最小化PA120的电力装置中的电力损失。
此外，PA120可被构造为包括从由氮化镓（GaN）电力装置、碳化硅（SiC）电力装置、横向双扩散金属氧化物半导体（LDMOS）电力装置以及金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）构成的组中选择的至少一个电力装置，使得PA120的效率和PA120的输出特性可被提高。
电源130将从电力源21接收的AC电压转换为DC电压。电源130基于DC电压产生具有预定电平的电源电压。电源130向PA120提供具有预定电平的电源电压。
电源130可被构造为传统的SMPS。
可选地，电源单元130可被构造为包括变换单元131和整流单元133，而不是被构造为复杂的SMPS。
变换单元131被构造为将从电力源21接收的AC电压变换为具有与PA120的额定电压相对应的电平的AC电压。例如，变换单元131可将220V的AC电压变换为具有与PA120的额定电压相对应的低电压的AC电压。变换单元131可被构造为1：N变压器。
整流单元133被构造为对具有与PA120的额定电压相对应的低电压的AC电压进行整流以产生DC电压。由整流单元133产生的DC电压作为具有预定电平的电源电压被提供给PA120。在此示例中，DC电压具有等于预定电平的固定值，并可被稳定地提供给PA120。
可选地，电源130可只包括整流单元133。在此示例中，整流单元133对从电力源21接收的AC电压进行整流以产生DC电压。由整流单元133产生的DC电压作为具有预定电平的电源电压被提供给PA120。
发送单元140被构造为通过发送线圈或天线将由PA120放大来满足目标装置所需要的电力电平的可变电力发送到所述目标装置。发送单元140通过发送线圈或天线发送从PA120输出的放大后的可变电力。
图2示出了根据实施例的示例的可变电力产生单元110。
参照图2，可变电力产生单元110包括高频信号产生单元210、调制信号产生单元220和数字逻辑处理单元230。
高频信号产生单元210被构造为产生具有恒定振幅的高频信号211。
调制信号产生单元220被构造为产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号221。调制信号产生单元220产生低频调制信号221，使得具有恒定振幅的高频信号211基于低频调制信号221的占空比被调制。从高频信号产生单元210输出的高频信号211保持恒定振幅，并基于低频调制信号221的占空比被输入到PA120。
调制信号产生单元220可被构造为通过执行德尔塔-西格玛调制来产生低频调制信号221。
调制信号产生单元220可被构造为产生基于各种方案相对于时间轴被调制的低频调制信号221，其中，所述各种方案对于脉冲宽度调制（PWM）领域的普通技术人员将是明显的。
数字逻辑处理单元230被构造为执行逻辑运算，使得由高频信号产生单元210产生的高频信号211基于由调制信号产生单元220产生的低频调制信号221被调制。数字逻辑处理单元230可被构造为执行逻辑运算，其中，在所述逻辑运算中，当低频调制信号221处于接通状态时，输出高频信号211，从而输出可变电力231。例如，数字逻辑处理单元230可被构造为简单的与门。数字逻辑处理单元230可被构造为执行更复杂的逻辑运算，所述更复杂的逻辑运算实现与简单的与门相同的功能。
图3示出了根据实施例的示例的可变电力产生单元110。
参照图3，可变电力产生单元110包括调制信号产生单元310、控制器320和高频信号产生单元330。
调制信号产生单元310被构造为产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号311。调制信号产生单元310可产生低频调制信号311，使得由高频信号产生单元330产生的具有恒定振幅的高频信号331基于低频调制信号311的接通和断开状态的持续时间相对于时间轴被调制。当从高频信号产生单元330输出的高频信号331被输入到PA120时，高频信号331保持恒定振幅，从而保持高的电力传输效率。
调制信号产生单元310可被构造为通过执行德尔塔-西格玛调制来产生低频调制信号311。
控制器320基于由调制信号产生单元310产生的低频调制信号311来控制高频信号产生单元330的操作。当低频调制信号311被输入到控制器320时，控制器320电子地控制高频信号产生单元330的接通和断开状态。在此示例中，高频信号产生单元330基于低频调制信号311的接通状态输出具有恒定振幅的高频信号331。
图4示出了根据实施例的示例的高效率可变电力发送设备。
参照图4，高效率可变电力发送设备包括高频信号产生单元410、PA420、可变电源430和发送单元440。
高频信号产生单元410被构造为产生具有恒定振幅的高频信号。
PA420基于可变电源电压对由高频信号产生单元410产生的高频信号进行放大以满足目标装置所需要的电力电平。处于可变电源电压的接通状态的可变电源电压的瞬时值是预定电平，然而可变电源电压的平均值通过基于可变电源电压的接通和断开状态相对于时间轴对可变电源电压的调制而变化。因此，PA420接收在处于可变电源电压的接通状态时具有预定电平的可变电源电压，并因此能够高效率地对高频信号进行放大。
PA420可被构造为以开关模式或饱和模式操作为具有从由D类、E类、F类、E/F类、逆D类、逆E类和逆F类构成的组中选择的类的放大器，以最小化PA的电力装置中的损失。
此外，PA420可被构造为包括从由GaN电力装置、SiC电力装置、LDMOS电力装置和MOSFET构成的组中选择的至少一个电力装置，使得PA420的效率和PA420的输出特性可被提高。
可变电源430将从电力源31接收的AC电压转变为DC电压。可变电源430通过接通和断开DC电压而相对于时间轴调制DC电压。可变电源430基于调制的DC电压产生可变电源电压，并将产生的可变电源电压供应给PA420。在此情况下，可变电源430通过基于确定可变电源电压的接通和断开状态的持续时间的低频调制信号来调制DC电压以产生可变电源电压。
可变电源430包括整流单元431、调制信号产生单元433和开关控制器435。
整流单元431被构造为对从电力源31接收的AC电压进行整流以产生DC电压。
调制信号产生单元433被构造为产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号。调制信号产生单元433通过确定DC电压的接通和断开状态的持续时间来产生低频调制信号。调制信号产生单元433可通过确定在预定时间段内根据目标装置所需要的电力电平的占空比来产生低频调制信号。
例如，当需要的电力电平是最大的电力电平时，调制信号产生单元433可使低频调制信号在预定时间段期间持续地处于高的状态。在此示例中，由整流单元431产生的DC电压在预定时间段期间被持续地输入到PA420。因此，在所述预定时间段期间，PA420的输出电力电平为最大的电力电平。
当需要的电力电平是最小的电力电平时，调制信号产生单元433可使低频调制信号在预定时间段期间持续地处于低的状态。在此示例中，由整流单元431产生的DC电压在预定时间段期间不被输入到PA420。因此，在所述预定时间段期间，PA420的输出电力电平为零，也就是，最小电力电平。
调制信号产生单元433可通过执行德尔塔-西格玛调制来产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号。
开关控制器435控制开关的接通和断开状态，使得由整流单元431产生的DC电压基于由调制信号产生单元433产生的低频调制信号被调制。当低频调制信号处于高的状态时，开关控制器435可控制开关被接通，并且当低频调制信号处于低的状态时，开关控制器435可控制开关被断开。
可变电源430可包括变换单元（未示出，但类似于图1中的变换单元131）。变换单元将从电力源31接收的AC电压变换为具有与PA420的额定电压相对应的电平的AC电压。例如，变换单元（未示出）可将220V的AC电压变换为与PA420的额定电压相对应的低电压。变换单元（未示出）可被构造为1：N变压器。
发送单元440被构造为通过发送线圈或天线将由PA420放大以满足目标装置所需要的电力电平的可变电力发送到所述目标装置。发送单元440通过发送线圈或天线来发送从PA420输出的可变电力。
图5a和图5b示出了根据实施例的示例的高效率可变电力发送设备中的PA的输入电压和输出电压。
在图5a中示出具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的调制信号，在图5b中示出由调制信号产生的可变电力输出。
参照图5a，当目标装置所需要的电力电平是高的电力510时，调制信号被持续地保持在高的状态。当目标装置所需要的电力电平是中间电力520或低的电力530时，调制信号的接通状态的持续时间或与高的状态相关联的占空比根据需要的电力电平减小。当目标装置所需要的电力电平为零（也就是，断开）540时，不需要发送无线电力，并且因此调制信号被持续地保持在低的状态。
参照图5b，具有恒定振幅的高频信号基于图5a中的每个调制信号被调制。当目标装置所需要的电力电平为高的电力550时，PA在调制信号被持续地保持在高的状态的时间段期间持续地输出电力。因此，输出电力可以是最大的电力电平。当目标装置所需要的电力电平被改变为中间电力560或低的电力570时，调制信号被保持在高的状态的时间段减少，并且因此输出电力的平均值减小。当目标装置所需要的电力电平为零（也就是，断开）580时，不需要发送无线电力，并因此调制信号被持续地保持在低的状态并且PA不输出电力。因此，PA基于调制信号的接通状态的持续时间或调制信号的占空比输出可变电力。
图6示出了根据实施例的示例的高效率可变电力发送方法。
在操作610，高效率可变电力发送设备将从电力源接收的AC电压转换为DC电压。高效率可变电力发送设备可使用整流器将AC电压转换为DC电压。可选地，高效率可变电力发送设备可使用AC/DC转换器将AC电压转换为DC电压。
在操作620，高效率可变电力发送设备基于DC电压产生具有预定电平的电源电压，并将具有预定电平的电源电压提供给PA。
在操作630，高效率可变电力发送设备通过接通和断开具有恒定振幅的高频信号而相对于时间轴调制所述高频信号来输出可变电力。
根据实施例的示例，高效率可变电力发送设备产生具有恒定振幅的高频信号。高效率可变电力发送设备产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号。在此示例中，可基于在预定时间段内高频信号被接通的持续时间来确定占空比。高效率可变电力发送设备基于低频调制信号而控制开关的接通和断开状态来调制高频信号以产生可变电力。
根据实施例的示例，高效率可变电力发送设备产生具有恒定振幅的高频信号。高效率可变电力发送设备产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号，并基于低频调制信号执行逻辑运算来调制高频信号以产生可变电力。
根据实施例的示例，高效率可变电力发送设备使用高频信号产生单元产生具有恒定振幅的高频信号，产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号，并基于低频调制信号控制高频信号产生单元的操作来产生可变电力。
根据实施例的示例，高效率可变电力发送设备通过执行德尔塔-西格玛调制来产生低频调制信号。
在操作640，高效率可变电力发送设备基于具有预定电平的电源电压来放大可变电力以满足目标装置所需要的电力电平。
图7示出了根据实施例的示例的高效率可变电力发送方法。
在操作710，高效率可变电力发送设备将从电力源接收的AC电压转换为DC电压。
在操作720，高效率可变电力发送设备通过接通和断开DC电压而相对于时间轴调制DC电压以产生可变电源电压，并将可变电源电压提供给PA。
根据实施例的示例，高效率可变电力发送设备产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号，并基于低频调制信号而控制开关的接通和断开状态来调制DC电压以产生可变电源电压。
根据实施例的示例，高效率可变电力发送设备通过执行德尔塔-西格玛调制来产生低频调制信号。
在操作730，高效率可变电力发送设备产生具有恒定振幅的高频信号。
在操作740，高效率可变电力发送设备基于可变电源电压来放大高频信号以满足目标装置所需要的电力电平。
高效率可变电力发送方法可适用于使用源谐振器和/或目标谐振器执行无线发送的产品或系统，其中，源谐振器和/或目标谐振器可被构造为螺旋线圈结构的谐振器、涡旋线圈结构的谐振器、元结构（meta-structured）的谐振器等。
在下文中，为了简洁地理解，将描述相关术语。用于制造谐振器的材料中的部分或全部材料可具有唯一的相对磁导率μ（μγ）（以下简称磁导率）和/或唯一的相对介电常数ε（εγ）（以下简称介电常数）。磁导率是在相应的材料中针对给定磁场产生的磁通密度与在真空状态下针对所述给定磁场产生的磁通密度之间的比率。介电常数是在相应的材料中针对给定电场产生的电通密度与在真空状态下针对所述给定电场产生的电通密度之间的比率。磁导率和介电常数确定相应材料在给定频率或给定波长下的传播常数。可基于磁导率和介电常数确定相应的材料的电磁特性。具体地，具有人工结构并具有在自然界中不存在的磁导率和/或介电常数的材料被称为超材料。即使超材料的尺寸基本保持不变，也可容易地在相对大的波长范围或相对低的频率范围内在超材料中建立谐振状态。
图8至图14示出了谐振器的实施例的示例。
图8示出了具有二维（2D）结构的谐振器800的实施例的示例。
参照图8，具有2D结构的谐振器800包括传输线、电容器820、匹配器830以及导体841和842。传输线包括第一信号传导部分811、第二信号传导部分812及接地传导部分813。
电容器820串联地插入第一信号传导部分811和第二信号传导部分812之间，从而可在电容器820内建立电场。通常，传输线可包括在传输线的上部的至少一个导体，并且还可包括在传输线的下部的至少一个导体。电流可流经设置在传输线的上部的所述至少一个导体，并且设置在传输线的下部的所述至少一个导体可电接地。设置在传输线的上部的导体可被区分为并可被称为第一信号传导部分811和第二信号传导部分812。设置在传输线的下部的导体可被称为接地传导部分813。
如图8所示，谐振器800具有2D结构。传输线包括在传输线的上部的第一信号传导部分811和第二信号传导部分812，并且包括在传输线的下部的接地传导部分813。第一信号传导部分811和第二信号传导部分812被设置成面对接地传导部分813。电流流经第一信号传导部分811和第二信号传导部分812。
第一信号传导部分811的一端连接到导体842，并且第一信号传导部分811的另一端连接到电容器820。第二信号传导部分812的一端连接到导体841，并且第二信号传导部分812的另一端连接到电容器820。因此，第一信号传导部分811、第二信号传导部分812、接地传导部分813以及导体841和842彼此连接，从而谐振器800具有电闭合环路结构。术语“环路结构”可包括具有任何闭合构造的结构，例如圆形结构、矩形结构、多边形结构等。“具有环路结构”可指示电闭合环路结构。
如图8所示，电容器820插入到传输线的中间部分中。具体地，电容器820插入到第一信号传导部分811和第二信号传导部分812之间的空间中。电容器820可被构造成集总元件、分布式元件等。具体地，被构造成分布式元件的分布式电容器可包括Z字形导线及在Z字形导线之间的具有相对高的介电常数的介电材料。
当电容器820插入到传输线中时，谐振器800可具有超材料的性质。超材料是具有人工结构并具有在自然界中不存在的预定电特性的材料。在自然界中存在的所有材料的电磁特性可具有唯一的磁导率或唯一的介电常数。大多数材料具有正磁导率或正介电常数。在大多数材料的情况下，右手规则可应用于电场、磁场和坡印亭（Poynting）矢量，并因此相应材料可被称为右手材料（RHM）。然而，超材料具有在自然界中不存在的磁导率或介电常数，并可基于相应的介电常数或磁导率的符号被分类为ε负（ENG）材料、μ负（MNG）材料、双负（DNG）材料、负折射率（NRI）材料、左手（LH）材料等。
当被构造为集总元件的电容器820的电容被适当确定时，谐振器800可具有超材料的特性。谐振器800通过适当地调节电容器820的电容可具有负磁导率，并因此谐振器800还可被称为MNG谐振器800。可应用各种准则来确定电容器820的电容。例如，所述各种准则可包括：能够使谐振器800具有超材料的特性的准则；能够使谐振器800在目标频率具有负磁导率的准则；能够使谐振器800在目标频率具有零阶谐振特性的准则等。基于上述准则中的至少一个准则，可适当地确定电容器820的电容。
还被称为MNG谐振器800的谐振器800可具有零阶谐振特性（即，具有当传播常数是“0”时的谐振频率）。如果谐振器800具有零阶谐振特性，则谐振频率可独立于MNG谐振器800的物理尺寸。通过适当地改变电容器820的电容，可改变MNG谐振器800的谐振频率。因此，可不改变MNG谐振器800的物理尺寸来改变MNG谐振器800的谐振频率。
在近场中，电场集中于插入到传输线中的电容器820上。因此，由于电容器820，使得磁场在近场中变成主导。当使用被构造为集总元件的电容器820时，MNG谐振器800具有相对高的Q因子，并因此可提高电力传输效率。Q因子指示在无线电力传输中欧姆损耗的水平或电抗与电阻的比率。将理解的是，无线电力传输的效率将根据Q因子的增加而增加。
MNG谐振器800包括用于阻抗匹配的匹配器830。匹配器830适当地调节MNG谐振器800的磁场的强度。谐振器800的阻抗通过匹配器830来确定。电流可经由连接器（未示出）流入MNG谐振器800，或者可经由连接器从MNG谐振器800流出。连接器可连接到接地传导部分813或匹配器830。电力可通过耦合来传送，而不使用连接器与接地传导部分813或匹配器830之间的物理连接。
更具体地说，如图8所示，匹配器830布置在由谐振器800的环路结构形成的环路内。匹配器830通过改变匹配器830的物理形状来调节谐振器800的阻抗。例如，匹配器830包括布置在与接地传导部分813分开距离h的位置的用于阻抗匹配的导体831。通过调节距离h来改变谐振器800的阻抗。
虽然在图8中未示出，但是可设置控制器来控制匹配器830。在此情况下，匹配器830可基于通过控制器产生的控制信号来改变匹配器830的物理形状。例如，匹配器830的导体831和接地传导部分813之间的距离h可基于控制信号而增加或减小。因此，可改变匹配器830的物理形状，从而可调节谐振器800的阻抗。
如图8所示，匹配器830可被构造成无源元件（诸如导体831）。根据实施例，匹配器830可被构造成有源元件（诸如二极管、晶体管等）。当有源元件包括在匹配器830中时，可基于由控制器产生的控制信号来驱动有源元件，并且可基于所述控制信号调节谐振器800的阻抗。例如，作为有源元件的二极管可被包括在匹配器830中。可根据所述二极管在控制信号的控制下是处于导通状态还是处于截止状态来调节谐振器800的阻抗。
虽然在图8中未示出，但是磁芯可穿过MNG谐振器800。磁芯执行增加电力传输距离的功能。
图9示出了具有三维（3D）结构的谐振器900。
参照图9，具有3D结构的谐振器900包括传输线和电容器920。传输线包括第一信号传导部分911、第二信号传导部分912及接地传导部分913。电容器920串联地插入在传输线的第一信号传导部分911和第二信号传导部分912之间，使电场被限制在电容器920内。
如图9所示，谐振器900可具有3D结构。传输线包括在谐振器900的上部的第一信号传导部分911和第二信号传导部分912，并且包括在谐振器900的下部的接地传导部分913。第一信号传导部分911和第二信号传导部分912被设置成面对接地传导部分913。电流可沿x方向流过第一信号传导部分911和第二信号传导部分912。由于该电流，可沿-y方向形成磁场H（W）。可选地，不同于图9的示图，可沿+y方向形成磁场H（W）。
第一信号传导部分911的一端连接到导体942，并且第一信号传导部分911的另一端连接到电容器920。第二信号传导部分912的一端连接到导体941，并且第二信号传导部分912的另一端连接到电容器920。因此，第一信号传导部分911、第二信号传导部分912、接地传导部分913以及导体941和942彼此连接，使得谐振器900具有电闭合环路结构。术语“环路结构”可包括具有任何闭合构造的结构，例如，圆形结构、矩形结构、多边形结构等。“具有环路结构”可指示电闭合环路结构。
如图9所示，电容器920插入第一信号传导部分911和第二信号传导部分912之间。具体地，电容器920插入在第一信号传导部分911和第二信号传导部分912之间的空间中。电容器920可被构造为集总元件、分布式元件等。具体地，被构造为分布式元件的分布式电容器可包括Z字形导线及在Z字形导线之间的具有相对高的介电常数的介电材料。
当电容器920插入到传输线中时，谐振器900可具有如上讨论的与图8的谐振器800关联的超材料的性质。
当被构造为集总元件的电容器920的电容被适当确定时，谐振器900可具有超材料的特性。谐振器900可通过适当地调节电容器920的电容而具有负磁导率，并因此谐振器900还可被称为MNG谐振器900。可应用各种准则来确定电容器920的电容。例如，所述各种准则可包括：能够使谐振器900具有超材料的特性的准则；能够使谐振器900在目标频率具有负磁导率的准则；能够使谐振器900在目标频率具有零阶谐振特性的准则等。基于上述准则中的至少一个准则，可适当地确定电容器920的电容。
还被称为MNG谐振器900的谐振器900可具有零阶谐振特性（即，具有当传播常数是“0”时的谐振频率）。如果谐振器900具有零阶谐振特性，则谐振频率独立于MNG谐振器900的物理尺寸。通过适当地改变电容器920，可改变MNG谐振器900的谐振频率。因此，不需要改变MNG谐振器900的物理尺寸来改变MNG谐振器900的谐振频率。
在近场中，电场集中于插入到传输线中的电容器920上。因此，由于电容器920而使得磁场在近场中变成主导。具体地，由于具有零阶谐振特性的MNG谐振器900具有类似于磁偶极子的特性，因此磁场在近场中变成主导。由于电容器920的插入而产生相对小的电场，并且所述小的电场集中于电容器920中，因此磁场变得更加主导。
此外，MNG谐振器900包括用于阻抗匹配的匹配器930。匹配器930适当地调节MNG谐振器900的磁场的强度。
通过匹配器930确定MNG谐振器900的阻抗。电流可经由连接器940流入MNG谐振器900，或可经由连接器940流出MNG谐振器900。连接器940连接到图9中的接地传导部分913，且可连接到匹配器930。
更具体地说，如图9所示，匹配器930布置在由谐振器900的环路结构形成的环路内。匹配器930通过改变匹配器930的物理形状来调节谐振器900的阻抗。例如，匹配器930包括位于与接地传导部分913分开距离h的位置的用于阻抗匹配的导体931。通过调节距离h来改变谐振器900的阻抗。
虽然在图9中未示出，但是可设置控制器来控制匹配器930。在这种情况下，匹配器930可基于由控制器产生的控制信号来改变匹配器930的物理形状。例如，匹配器930的导体931和接地传导部分913之间的距离h可基于控制信号而增加或减小。因此，可改变匹配器930的物理形状，从而可调节谐振器900的阻抗。可使用各种方案来调节匹配器930的导体931和接地传导部分913之间的距离h。例如，多个导体可被包括在匹配器930中，并且可通过适应性地激活所述多个导体中的一个导体来调节距离h。又例如，可通过上下调节导体931的物理位置来调节距离h。可基于控制器的控制信号来控制距离h。控制器可使用各种因素产生控制信号。
如图9所示，匹配器930可被构造成无源元件（例如，诸如导体931）。根据实施例，匹配器930可被构造成有源元件（诸如二极管、晶体管等）。当有源元件被包括在匹配器930中时，可基于由控制器产生的控制信号驱动所述有源元件，并且可基于所述控制信号调节谐振器900的阻抗。例如，作为有源元件的二极管可被包括在匹配器930中。可根据所述二极管在控制信号的控制下是处于导通状态还是处于截止状态来调节谐振器900的阻抗。
虽然在图9中未示出，但磁芯可穿过被构造成MNG谐振器的谐振器900。磁芯执行增加电力传输距离的功能。
图10示出了被构造成大型（bulky type）谐振器的用于无线电力传输的谐振器1000的示例。
参照图10，第一信号传导部分1011和导体1042通过一体地形成为单个单元来彼此连接，而不是被单独地制造然后彼此连接。类似地，第二信号传导部分1012和导体1041也通过一体地形成为单个单元来彼此连接。
如果第二信号传导部分1012和导体1041被单独制造然后彼此连接，则由于接缝1050而会产生传导损耗。为了消除这种传导损耗，第二信号传导部分1012和导体1041不使用单独的接缝来彼此连接，也就是说，它们通过一体地形成为单个单元而彼此无缝连接。因此，可消除由接缝1050导致的传导损耗。为了实现相同的效果，第一信号传导部分1011和导体1042通过被一体地形成为单个单元而彼此无缝连接。然后，由第一信号传导部分1011和导体1042形成的单元以及由第二信号传导部分1012和导体1041形成的单元可连接到接地传导部分1013。
为了进一步减少传导损耗，第一信号传导部分1011、导体1042、接地传导部分1013、导体1041以及第二信号传导部分1012可无缝且一体地被构造为单个单元。
参照图10，将至少两个部分连接成一体的形式的无缝连接类型被称为大型连接。
谐振器1000还包括串联地插入到第一信号传导部分1011和第二信号传导部分1012之间的电容器1020以及用于阻抗匹配的匹配器1030。
图11示出了被构造成中空型谐振器的用于无线电力传输的谐振器1100。
参照图11，被构造成中空型谐振器的谐振器1100的第一信号传导部分1111、第二信号传导部分1112、接地传导部分1113以及导体1141和1142中的每一个都在内部包括空的空间。
对于给定的谐振频率，有效电流可被建模成：仅流入第一信号传导部分1111的一部分（而非第一信号传导部分1111的全部）、第二信号传导部分1112的一部分（而非第二信号传导部分1112的全部）、接地传导部分1113的一部分（而非接地传导部分1113的全部）以及导体1141和1142中每个导体的一部分（而非导体1041和1042的全部）。具体地，当第一信号传导部分1111、第二信号传导部分1112、接地传导部分1113以及导体1141和1142中的每一个的深度明显比在给定的谐振频率的相应趋肤深度更深时，明显比趋肤深度深的部分是无效的。明显更深的深度增加谐振器1100的重量和制造成本。
因此，对于给定的谐振频率，可基于第一信号传导部分1111、第二信号传导部分1112、接地传导部分1113以及导体1141和1142中的每一个的相应趋肤深度与相应趋肤深度相同或仅稍稍深于相应趋肤深度，来适当地确定第一信号传导部分1111、第二信号传导部分1112、接地传导部分1113以及导体1141和1142中的每一个的深度。当第一信号传导部分1111、第二信号传导部分1112、接地传导部分1113以及导体1141和1142中的每一个具有与相应趋肤深度相同或稍稍深于相应趋肤深度的适当深度时，谐振器1100变轻，并且降低谐振器1100的制造成本。
例如，如图11中的放大区域1160中所示，第二信号传导部分1112的趋肤深度为“d”mm，并且d根据以下的等式1来确定，其中，f表示频率，μ表示磁导率，σ表示导体常数：
d = 1 πfμσ - - - ( 1 )
当第一信号传导部分1111、第二信号传导部分1112、接地传导部分1113以及导体1141和1142由具有5.8×107西门子/米（S·m-1）的传导率的铜制成时，针对10Hz的谐振频率，趋肤深度约为0.6mm，并且针对100MHz的谐振频率，趋肤深度约为0.006mm。
谐振器1100还包括串联地插入到第一信号传导部分1111和第二信号传导部分1112之间的电容器1120以及用于阻抗匹配的匹配器1130。
图12示出了被构造为平行薄片类型谐振器的用于无线电力传输的谐振器1200的示例。
参照图12，包括在谐振器1200中的第一信号传导部分1211、第二信号传导部分1212和接地传导部分1213均被构造为多个平行薄片。
第一信号传导部分1211、第二信号传导部分1212和接地传导部分1213通常由不是理想导体的材料制成，并因此具有电阻。由于该电阻导致在谐振器1200中存在欧姆损耗。欧姆损耗减小Q因子并降低耦合效应。
通过将第一信号传导部分1211、第二信号传导部分1212和接地传导部分1213中的每个构造为多个平行薄片，可减少欧姆损耗，从而增加Q因子和耦合效应。参照由圆指示的部分1270，第一信号传导部分1211、第二信号传导部分1212和接地传导部分1213中的每个包括多个导线，其中，所述多个导线被构造成彼此平行布置的薄片并且在第一信号传导部分1211和第二信号传导部分1212的端部被短接在一起。这使得导线的电阻之和减小。因此，欧姆损耗降低，从而增加Q因子和耦合效应。
谐振器1200还包括被串联地插入到第一信号传导部分1211和第二信号传导部分1212之间的电容器1220以及应用于阻抗匹配的匹配器1230。
图13示出了包括分布式电容器的用于无线电力传输的谐振器1300的示例。
参照图13，包括在谐振器1300中的用于无线电力传输的电容器1320被构造成分布式电容器。构造成集总元件的电容器可具有相对高的等效串联电阻（ESR）。已提出各种方案来减小被构造成集总元件的电容器的ESR。根据实施例，通过使用被构造成分布式元件的电容器1320，可减小ESR。如本领域所已知的，由ESR导致的损耗降低Q因子和耦合效应。
如图13所示，被构造成分布式元件的电容器1320具有Z字形结构。例如，被配置成分布式元件的电容器1320可包括Z字形导线和在所述Z字形导线之间的具有相对高的介电常数的介电材料。
如图13所示，通过采用被构造成分布式元件的电容器1320，可减小由于ESR而出现的损耗。另外，通过采用被构造成并联连接的集总元件的多个电容器，可减小由于ESR而出现的损耗。由于被构造成集总元件的并联连接的多个电容器中每个电容器的电阻由于并联连接而减小，因此被构造成集总元件的并联连接的电容器的有效电阻也减小，由此减小由于ESR而出现的损耗。例如，通过采用并行连接的均为1pF的10个电容器而不是使用10pF的单个电容器，可减小由于ESR而出现的损耗。
图14a示出了在具有图8的2D结构的谐振器800中使用的匹配器830的示例，图14b示出了在具有图9的3D结构的谐振器900中使用的匹配器930的示例。
具体地，图14a示出了图8的包括匹配器830的2D谐振器的一部分，图14b示出了图9的包括匹配器930的3D谐振器的一部分。
参照图14a，匹配器830包括导体831、导体832及导体833。导体832和导体833连接到接地传导部分813和导体831。2D谐振器的阻抗取决于导体831和接地传导部分813之间的距离h。可通过控制器（未示出，但是以上结合图8进行了讨论）控制导体831和接地传导部分813之间的距离h。可使用各种方案来调节导体831和接地传导部分813之间的距离h。例如，所述各种方案可包括：通过适应性地激活导体831、导体832及导体833中的一个导体来调节距离h的方案；上下调节导体831的物理位置的方案，等。
参照图14b，匹配器930包括导体931、导体932和导体933。导体932和导体933连接到接地传导部分913和导体931。3D谐振器的阻抗取决于导体931和接地传导部分913之间的距离h。可通过控制器（未示出，但是以上结合图9进行了讨论）控制导体931和接地传导部分913之间的距离h。与包括在2D结构的谐振器中的匹配器830类似，在包括在3D结构的谐振器中的匹配器930中，可使用各种方案来调节导体931和接地传导部分913之间的距离h。例如，所述各种方案可包括：通过适应性地激活导体931、导体932及导体933中的一个导体来调节距离h的方案；上下调节导体931的物理位置的方案，等。
虽然在图14a和图14b中未示出，但是匹配器可包括有源元件。可使用各种方案来调节使用有源元件的谐振器的阻抗。例如，所述各种方案可包括：通过使用有源元件改变流经匹配器的电流的路径来调节谐振器的阻抗的方案。
图15示出了图8的用于无线电力传输的谐振器800的一个等效电路的示例。
用于无线电力传输的谐振器800可被建模成图15的等效电路。在图15的等效电路中，LR表示谐振器的电感，CR表示谐振器800的电容，CL表示被构造成插入到图8的传输线的中间的集总元件的电容器的电容。
谐振器800可具有零阶谐振特性。例如，当传播常数是“0”时，谐振器800的谐振频率可被假设成ωMZR。
谐振频率ωMZR可由以下等式2表示。
ω MZR = 1 L R C L - - - ( 2 )
在等式2中，MZR表示μ零谐振器。与被构造成集总元件的电容器的电容CL相比，谐振器800的电容CR是忽略不计的，因此CR被从等式2省略。
参照等式2，谐振器800的谐振频率ωMZR取决于LRCL。谐振器800的物理尺寸和谐振频率ωMZR彼此独立，并因此可在不改变谐振频率ωMZR的情况下减小谐振器800的物理尺寸。
已经在上面描述了实施例的多个示例。然而，应该理解的是，可在这些示例中进行各种修改。例如，如果按不同的顺序执行所描述的技术和/或如果在描述的系统、架构、装置或电路中的组件以不同的方式组合和/或被其他组件或它们的等同物替代或补充，则可实现合适的结果。因此，其他实施方式在权利要求及其等同物的范围内。

Claims (31)

1.一种高效率可变电力发送设备，所述设备包括：
可变电力产生单元，被构造为通过接通和断开具有恒定振幅的高频信号来相对于时间轴调制所述高频信号以输出可变电力；
功率放大器（PA），被构造为基于具有预定电平的电源电压放大可变电力以满足目标装置所需要的电力电平；
电源，被构造为将从电力源接收的交流（AC）电压转换为直流（DC）电压，基于DC电压产生具有预定电平的电源电压，并将具有预定电平的电源电压提供给PA。
2.如权利要求1所述的设备，所述设备还包括：发送单元，被构造为通过发送线圈或天线将放大后的可变电力发送到目标装置。
3.如权利要求1所述的设备，其中，可变电力产生单元包括：
高频信号产生单元，被构造为产生具有恒定振幅的高频信号；
调制信号产生单元，被构造为产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；
开关控制器，被构造为基于低频调制信号控制开关的接通和断开状态来调制高频信号以产生可变电力。
4.如权利要求1所述的设备，其中，可变电力产生单元包括：
高频信号产生单元，被构造为产生具有恒定振幅的高频信号；
调制信号产生单元，被构造为产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；
数字逻辑处理单元，被构造为基于低频调制信号执行逻辑运算来调制高频信号以产生可变电力。
5.如权利要求1所述的设备，其中，可变电力产生单元包括：
高频信号产生单元，被构造为产生具有恒定振幅的高频信号；
调制信号产生单元，被构造为产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；
控制器，被构造为基于低频调制信号控制高频信号产生单元的操作来产生可变电力。
6.如权利要求5所述的设备，其中，调制信号产生单元通过执行德尔塔-西格玛调制来产生低频调制信号。
7.如权利要求1所述的设备，其中，电源包括：整流单元，被构造为对AC电压进行整流来产生DC电压。
8.如权利要求1所述的设备，其中，电源包括：
变换单元，被构造为将从电力源接收的AC电压变换为具有与PA的额定电压相对应的电平的AC电压；
整流单元，被构造为对具有与PA的额定电压相对应的电平的AC电压进行整流来产生DC电压。
9.如权利要求1所述的设备，其中，PA被构造为以开关模式或饱和模式操作为具有从由D类、E类、F类、E/F类、逆D类、逆E类和逆F类构成的组中选择的类的放大器。
10.如权利要求1所述的设备，其中，PA包括从由氮化镓（GaN）电力装置、碳化硅（SiC）电力装置、横向双扩散金属氧化物半导体（LDMOS）电力装置以及金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）构成的组中选择的至少一个电力装置。
11.一种高效率可变电力发送设备，所述设备包括：
高频信号产生单元，被构造为产生具有恒定振幅的高频信号；
功率放大器（PA），被构造为基于可变电源电压放大高频信号以满足目标装置所需要的电力电平；
可变电源，被构造为将从电力源接收的交流（AC）电压转换为直流（DC）电压，通过接通和断开DC电压来相对于时间轴调制DC电压以产生可变电源电压，并将可变电源电压提供给PA。
12.如权利要求11所述的设备，其中，可变电源包括：
整流单元，被构造为对AC电压进行整流来产生DC电压；
调制信号产生单元，被构造为产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；
开关控制器，被构造为基于低频调制信号控制开关的接通和断开状态来调制DC电压以产生可变电源电压。
13.如权利要求12所述的设备，其中，调制信号产生单元通过执行德尔塔-西格玛调制来产生低频调制信号。
14.如权利要求11所述的设备，其中，PA被构造为以开关模式或饱和模式操作为具有从由D类、E类、F类、E/F类、逆D类、逆E类和逆F类构成的组中选择的类的放大器。
15.如权利要求11所述的设备，其中，PA包括从由氮化镓（GaN）电力装置、碳化硅（SiC）电力装置、横向双扩散金属氧化物半导体（LDMOS）电力装置以及金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）构成的组中选择的至少一个电力装置。
16.一种高效率可变电力发送方法，所述方法包括：
将从电力源接收的交流（AC）电压转换为直流（DC）电压；
基于DC电压产生具有预定电平的电源电压；
将具有预定电平的电源电压提供给功率放大器（PA）；
通过接通和断开具有恒定振幅的高频信号来相对于时间轴调制所述高频信号以输出可变电力；
使用PA基于具有预定电平的电源电压放大可变电力来满足目标装置所需要的电力电平。
17.如权利要求16所述的方法，其中，输出可变电力的步骤包括：
产生具有恒定振幅的高频信号；
产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；
基于低频调制信号控制开关的接通和断开状态来调制高频信号以产生可变电力。
18.如权利要求16所述的方法，其中，输出可变电力的步骤包括：
产生具有恒定振幅的高频信号；
产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；
基于低频调制信号执行逻辑运算来调制高频信号以产生可变电力。
19.如权利要求16所述的方法，其中，输出可变电力的步骤包括：
使用高频信号产生单元产生具有恒定振幅的高频信号；
产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；
基于低频调制信号控制高频信号产生单元的操作来产生可变电力。
20.如权利要求19所述的方法，其中，产生低频调制信号的步骤包括：通过执行德尔塔-西格玛调制来产生低频调制信号。
21.一种高效率可变电力发送方法，所述方法包括：
将从电力源接收的交流（AC）电压转换为直流（DC）电压；
通过接通和断开DC电压来相对于时间轴调制DC电压以产生可变电源电压；
将可变电源电压提供给功率放大器（PA）；
产生具有恒定振幅的高频信号；
使用PA放大高频信号来满足
22.如权利要求21所述的方法，其中，产生可变电源电压的步骤包括：
产生具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比的低频调制信号；
基于低频调制信号控制开关的接通和断开状态来调制DC电压以产生可变电源电压。
23.如权利要求22所述的方法，其中，产生低频调制信号的步骤包括：通过执行德尔塔-西格玛调制来产生低频调制信号。
24.一种可变电力发送设备，所述设备包括：
可变电力产生单元，被构造为输出具有接通状态和断开状态的高频信号，其中，接通状态和断开状态具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比，高频信号在接通状态期间具有恒定振幅；
电源，被构造为输出具有固定的预定电平的电源电压；
功率放大器（PA），被具有固定的预定电平的电源电压操作，并被构造为放大高频信号来输出满足目标装置所需要的电力电平的可变电力。
25.如权利要求24所述的设备，所述设备还包括：发送单元，被构造为通过包含超材料的发送线圈或包含超材料的天线将从PA输出的可变电力发送到目标装置。
26.如权利要求24所述的设备，其中，电源被构造为将交流（AC）电压转换为具有固定的预定电平的直流（DC）电压，并将DC电压作为具有固定的预定电平的电源电压提供给PA。
27.如权利要求24所述的设备，其中，当PA被具有固定的预定电平的电源电压操作时PA具有最大效率，并且当PA被具有除所述固定的预定电平之外的电平的电源电压操作时PA具有比最大效率低的效率。
28.一种可变电力发送设备，所述设备包括：
高频信号产生单元，被构造为输出具有接通状态和断开状态的高频信号，其中，所述接通状态和断开状态具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比，高频信号在接通状态期间具有恒定振幅；
可变电源，被构造为输出具有接通状态和断开状态的可变电源电压，其中，接通状态和断开状态具有根据目标装置所需要的电力电平的占空比，可变电源电压在接通状态期间具有固定的预定电平；
功率放大器（PA），被可变电源电压操作，并被构造为放大高频信号来输出满足目标装置所需要的电力电平的可变电力。
29.如权利要求28所述的设备，所述设备还包括：发送单元，被构造为通过包含超材料的发送线圈或包含超材料的天线将从PA输出的可变电力发送到目标装置。
30.如权利要求28所述的设备，其中，电源被构造为将交流（AC）电压转换为具有固定的预定电平的直流（DC）电压，根据目标装置所需要的电力电平接通和断开DC电压以产生可变电源电压，并将可变电源电压提供给PA。
31.如权利要求28所述的设备，其中，当PA被具有固定的预定电平的电源电压操作时PA具有最大效率，并且当PA被具有除所述固定的预定电平之外的电平的电源电压操作时PA具有比最大效率低的效率。
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