CN104885330B - 供电设备以及无线电力发送器 - Google Patents
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Abstract
供电设备包括电源和交流AC发电机。电源生成直流DC电力。交流AC发电机包括被配置成基于DC电力来生成AC电力的电感器，其中，AC电力包括具有第一AC电压的第一AC电力和具有第二AC电压的第二AC电力，并且第一AC电压和第二AC电压具有彼此相反的相位。
Description
技术领域
实施方式涉及一种供电设备。
实施方式涉及一种无线电力发送器。
背景技术
无线电力传输或无线能量传递指的是将电能以无线方式传递至期望的装置的技术。在1800年代，广泛使用了采用电磁感应原理的电动机或变压器，然后提出了用于通过辐射电磁波比如无线电波或激光来传输电能的方法。实际上，在日常生活中频繁使用的电动牙刷或电动剃须刀基于电磁感应原理充电。电磁感应指的是当导体周围的磁场变化时感应出电压以使得电流流动的现象。虽然围绕小型装置迅速推进了电磁感应技术的商业化，但是其电力传输距离短。
迄今为止，除电磁感应以外，无线能量传输方案还包括基于谐振和短波射频的远程电信技术。
在上面的无线电力传输技术中，最近已经关注了基于磁谐振的能量传递技术。
在利用磁谐振的无线电力传输系统中，由于通过线圈以无线方式传递在发送侧与接收侧之间生成的电信号，所以用户可以容易地对诸如便携式装置的电器进行充电。
发明内容
技术问题
无线电力发送器生成具有谐振频率的AC电力以将AC电力传送至无线电力接收器。这需要以下方案：无线电力发送器容易地生成具有谐振频率的AC电力。这增加了提高无线电力传输效率的要求。
问题的解决方案
实施方式提供了一种能够容易地生成具有谐振频率的AC电力的供电设备。
实施方式提供了一种能够提高无线电力传输效率的供电设备。
实施方式提供了一种包括供电设备的无线电力发送器。
根据实施方式，提供了一种供电设备，包括：电源，生成直流(DC)电力；以及交流(AC)发电机，包括电感器以基于DC电力来生成AC电力，其中，AC电力包括具有第一AC电压的第一AC电力和具有第二AC电压的第二AC电力，并且第一AC电压和第二AC电压具有彼此相反的相位。
根据实施方式，提供了一种无线电力发送器，包括：电源，生成直流(DC)电力；以及交流(AC)发电机，包括电感器以基于DC电力生成AC电力；以及发送线圈，将AC电力发送至无线电力接收器，其中，AC电力包括具有第一AC电压的第一AC电力和具有第二AC电压的第二AC电力，并且第一AC电压和第二AC电压具有彼此相反的相位。
发明的有益效果
实施方式可以降低生成控制信号以便生成具有谐振频率的AC电力的复杂度。这可以降低无线电力发送器的结构的复杂度，并且提高无线电力发送器的效率。
附图说明
图1是示出了根据一种实施方式的无线电力传输系统的视图。
图2是示出了根据一种实施方式的发送感应线圈的等效电路的电路图。
图3是示出了根据一种实施方式的供电设备和无线电力发送器的等效电路的电路图。
图4是示出了根据一种实施方式的无线电力接收器的等效电路的电路图。
图5是根据第一实施方式的供电设备的框图。
图6是示出了根据第一实施方式的无线电力传输方法的流程图。
图7是示出了根据第一实施方式的直流(DC)发电机的框图。
图8是示出了根据第一实施方式的DC-DC转换器的电路图。
图9是示出了根据第一实施方式的AC发电机的框图。
图10是示出了根据第一实施方式的DC-AC转换器的电路图。
图11是示出了根据第一实施方式的无线电力传输方法的流程图。
图12是根据第一实施方式的供电设备中的节点的波形图。
图13是根据第二实施方式的无线电力传输系统的框图。
图14是示出了根据第二实施方式的无线电力传输系统的电路图。
图15是示出了根据第二实施方式的无线电力传输方法的流程图。
图16是根据第二实施方式的供电设备中的节点的波形图。
具体实施方式
在实施方式的描述中，应当理解，当层(或膜)、区域、图案或结构被称为在另一衬底、另一层(或膜)、另一区域、另一焊盘或另一图案“上面”或“下面”时，其可以“直接”或“间接地”在其他衬底、层(或膜)、区域、焊盘或图案上，或者还可以存在一个或更多个中介层。参照附图描述了层的这样的位置。
在下文中，将参照附图描述实施方式。出于方便或清晰的目的，图中所示的每个层的厚度和尺寸可能被放大、省略或示意性地绘制。另外，每个层的尺寸并不完全反映实际尺寸。
在下文中，将参照图1至图4对根据一种实施方式的无线电力传输系统进行描述。
图1是示出了根据一种实施方式的无线电力传输系统的视图。
参照图1，无线电力传输系统可以包括供电设备100、无线电力发送器200、无线电力接收器300和负载400。
根据一种实施方式，供电设备100可以被包括在无线电力发送器200中，但是实施方式不限于此。
无线电力发送器200可以包括发送感应线圈210和发送谐振线圈220。
无线电力接收器300可以包括接收谐振线圈310、接收感应线圈320和整流单元330。
供电设备100的两个端子连接至发送感应线圈210的两个端子。
无线电力发送器200的发送谐振线圈220可以与发送感应线圈210间隔预定的距离。即，发送谐振线圈220可以与发送感应线圈210间隔开。
无线电力接收器300的接收谐振线圈310可以与接收感应线圈320间隔预定的距离。
图1示出了磁谐振方案。
实施方式可应用于以电磁感应方案以及磁谐振方案来传输电力。在这种情况下，例如，可以不形成图1的发送谐振线圈220和接收谐振线圈310。在这种情况下，可以在发送感应线圈210和接收感应线圈320之间以电磁感应方案将无线电力发送器200的AC电力传输至无线电力接收器300。
接收感应线圈320的两个端子连接至整流单元330的两个端子，并且负载400连接至整流单元330的两个端子。根据一种实施方式，负载400可以被包括在无线电力接收器300中，但是实施方式不限于此。
从供电设备100生成的电力被发送至无线电力发送器200。在无线电力发送器200中接收的电力被发送至无线电力接收器300，无线电力接收器300由于谐振现象而与无线电力发送器200进行谐振，即，具有与无线电力发送器200的谐振频率相同的谐振频率。
在下文中，将更详细地描述电力传输过程。
供电设备100生成具有预设频率的AC电力，并且将AC电力发送至无线电力发送器200。
发送感应线圈210和发送谐振线圈220相互感应地耦合。换言之，如果由于从供电设备100接收的电力而导致AC信号流经发送感应线圈210，则由于电磁感应而导致AC信号被感应到与发送感应线圈210物理上间隔开的发送谐振线圈220。
此后，在发送谐振线圈220中接收的电力被发送至无线电力接收器300，其中，无线电力接收器300通过谐振与无线电力发送器200构成谐振电路。
电力可以在两个LC电路、即发送谐振线圈220和接收谐振线圈310之间传输，这两个LC电路通过谐振互相阻抗匹配。当与通过电磁感应传输的电力进行比较时，利用谐振传输的电力可以以较高的效率被传输地更远。
接收谐振线圈310利用谐振从发送谐振线圈220接收电力。由于所接收的电力，导致AC信号流经接收谐振线圈310。在接收谐振线圈310中接收的电力被发送至接收感应线圈320，接收感应线圈320由于电磁感应而与接收谐振线圈310感应地耦合。在接收感应线圈320中接收的电力被整流单元330整流并且被发送至负载400。
在实施方式中，发送感应线圈210、发送谐振线圈220、接收谐振线圈310和接收感应线圈320可以具有各种形状比如环形形状、椭圆形形状和方形形状，但实施方式不限于此。
无线电力发送器200的发送谐振线圈220可以通过磁场将电力发送至无线电力接收器300的接收谐振线圈310。
具体地，发送谐振线圈220和接收谐振线圈310互相谐振耦合，以使得发送谐振线圈220和接收谐振线圈310以谐振频率工作。
发送谐振线圈220和接收谐振线圈310之间的谐振耦合可以显著地提高无线电力发送器200与无线电力接收器300之间的电力传输效率。
在无线电力传输中，品质因子和耦合系数很重要。即，如果品质因子和耦合系数中至少之一增大，则可以提高电力传输效率。
品质因子可以指的是可以被存储在无线电力发送器200或无线电力接收器300附近的能量的指标。
品质因子可以根据工作频率以及线圈的形状、尺寸和材料而变化。品质因子可以被表示为下面的等式Q＝w﹡L/R。在上面的等式中，L指线圈的电感，并且R指与线圈中产生的电力损耗量对应的电阻。
品质因子的值可以是0到无穷大。当品质因子增大时，可以提高无线电力发送器200与无线电力接收器300之间的电力传输效率。
耦合系数表示发送线圈和接收线圈之间的磁耦合度，并且其值为0到1。
耦合系数可以根据发送线圈与接收线圈之间的对准位置和距离而变化。
图2是示出了根据一种实施方式的发送感应线圈的等效电路的电路图。
如图2所示，发送感应线圈210可以包括发送感应线圈L1和电容器C1，并且可以由电感器L1和电容器C1构成具有期望的电感和期望的电容的电路。
发送感应线圈210可以被构造为以下等效电路：在该等效电路中，发送感应线圈L1的两个端子连接至电容器C1的两个端子。换言之，发送感应线圈210可以被构造为以下等效电路：在该等效电路中，发送感应线圈L1并联连接至电容器C1。
电容器C1可以包括可变电容器，并且可以通过调整电容器C1的电容进行阻抗匹配。发送谐振线圈220、接收谐振线圈310和接收感应线圈320中的每一个的等效电路可以与图2中示出的等效电路相同。
图3是根据一种实施方式的供电设备和无线电力发送器的等效电路的电路图。
如图3所示，发送感应线圈210包括具有预定电感的发送感应线圈电感器L1和具有预定电容的电容器C1。发送谐振线圈220包括具有预定电感的电感器L2和具有预定电容的电容器C2。
图4是示出根据一种实施方式的无线电力接收器的等效电路的电路图。
如图4所示，接收谐振线圈310包括具有预定电感的电感器L3和具有预定电容的电容器C1。接收感应线圈320包括具有预定电感的电感器L4和具有预定电容的电容器C4。
整流单元330可以将来自接收感应线圈320的AC电力转换成DC电力，并且将DC电力传递至负载400。
具体地，整流单元330可以包括整流器和平滑电路。在实施方式中，硅整流器可以用作整流器的整流元件，并且如图4中所示，其被等效为二极管D1。
整流器可以将来自接收感应线圈320的AC电力转换成DC电力。
平滑电路可以通过去除包括在来自整流器的经转换的DC电力中的AC分量来输出平滑的DC电力。在实施方式中，如图4所示，整流电容器C5可以用作平滑电路，但实施方式不限于此。
负载400可以是预定的可再充电电池或者需要DC电力的装置。例如，负载400可以指电池。
无线电力接收器300可以被安装在需要电力的电子装置中，比如移动电话、笔记本电脑或鼠标中。因此，接收谐振线圈310和接收感应线圈320可以具有适合于电子装置的形状的形状。
无线电力发送器200可以通过带内通信方案或带外通信方案与无线电力接收器300交换信息。
带内通信指的是以下通信：该通信用于通过具有无线电力传输中使用的频率的信号在无线电力发送器200与无线电力接收器300之间交换信息。无线电力接收器300可以包括开关，并且可以通过开关的开关操作来接收或不接收从无线电力发送器200发送的电力。因此，无线电力发送器200可以通过检测无线电力发送器200中消耗的电量来识别无线电力接收器300的接通信号或关断信号。
具体地，无线电力接收器300可以通过使用电阻器和开关对电阻器中吸收的电量进行调整来改变无线电力发送器200中消耗的电力。无线电力发送器200可以通过检测电力消耗的变化来获得无线电力接收器300的状态信息。开关与电阻器串联连接。在一种实施方式中，无线电力接收器300的状态信息可以包括关于当前充电量和充电量的变化的信息。
更具体地，如果开关关断时，则电阻器中吸收的电力变成零，并且无线电力发送器200中消耗的电力减小。
如果开关短路，则电阻器中吸收的电力变得大于零，并且无线电力发送器200中消耗的电力增大。如果无线电力接收器重复上面的操作，则无线电力发送器200检测其中消耗的电力以与无线电力接收器300进行数字通信。
无线电力发送器200通过上面的操作接收无线电力接收器300的状态信息，使得无线电力发送器200可以发送适当的电力。
相反地，无线电力发送器200可以包括电阻器和开关，以将无线电力发送器200的状态信息发送至无线电力接收器300。在一种实施方式中，无线电力发送器200的状态信息可以包括以下信息：无线电力发送器200可以发送的最大供电量、无线电力发送器200向其提供电力的无线电力接收器300的数量、以及关于无线电力发送器200的可用电量的信息。
在下文中，将描述带外通信。
为了交换电力传输所需的信息，通过不同于谐振频率的特定频带来执行带外通信。无线电力发送器200和无线电力接收器300可以通过分别被安装在无线电力发送器200和无线电力接收器300中的带外通信模块来交换电力传输所需的信息。带外通信模块可以被安装在供电设备中。在一种实施方式中，带外通信模块可以使用短距离通信技术比如蓝牙(Bluetooth)、紫蜂(Zigbee)、WLAN、NFC等，但实施方式不限于此。
在下文中，将参照图5至图12对根据第一实施方式的供电设备进行描述。
图5是根据第一实施方式的供电设备的框图。
参照图5，根据第一实施方式的供电设备100包括电源110、DC发电机120、振荡器130和AC发电机150。供电设备100可以连接至无线电力发送器200，或者可以嵌入在无线电力发送器200中。
电源110生成具有DC电压的DC电力，并且将DC电力输出至其输出端子。虽然DC电力可以由从外部提供的AC电力来生成，但是实施方式不限于此。
DC发电机120的输入端子可以连接至电源110的输出端子。DC发电机120将具有第一DC电压的DC电力转换成具有第二DC电压的DC电力，以将具有第二DC电压的DC电力输出至其输出端子。
振荡器130生成具有正弦波的AC信号以将该AC信号输出至其输出端子。
AC发电机150使用具有第二DC电压的DC电力对振荡器130的AC信号进行放大，以生成具有方波的AC电压的AC电力，并且将所生成的AC电力输出至其输出端子。
无线电力发送器200通过使用谐振将具有方波的AC电压的AC电力传递至无线电力接收器300。
图6是示出了根据第一实施方式的无线电力传输方法的流程图。
电源110生成具有第一DC电压的DC电力(S101)。
振荡器130生成具有正弦波的AC信号(S103)。
DC发电机120将具有第一DC电压的DC电力转换成具有第二DC电压的DC电力(S105)。
AC发电机150使用具有第二DC电压的DC电力对振荡器130的AC信号进行放大，以生成具有方波的AC电压的AC电力(S107)。
无线电力发送器200通过使用谐振将具有方波的AC电压的AC电力传递至无线电力接收器300(步骤S109)。
图7是示出了根据第一实施方式的直流(DC)发电机的框图。
如图7所示，DC发电机120包括DC电力控制器121和DC-DC转换器123，并且分别与电源110和AC发电机150连接。
DC电力控制器121生成DC电力控制信号，以使得DC-DC转换器123可以通过使用DC电力控制信号将具有第一DC电压的DC电力转换成具有第二DC电压的DC电力。
DC-DC转换器123基于DC电力控制信号将具有第一DC电压的DC电力转换成具有第二DC电压的DC电力。
图8是示出了根据第一实施方式的DC-DC转换器的电路图。
如图8所示，DC-DC转换器123可以包括电感器L11、电力开关T11、二极管D11和电容器C11。电力开关T11可以由晶体管来实现。例如，电力开关T11可以包括N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)，并且可以用能够执行相同功能的其他装置来替换。
电感器L11的一个端子连接至电源110的输出端子，并且电感器L11的另一端子。
电力开关T11的栅极连接至用作DC电力控制器121的输出端子的节点A，并且电力开关T11的源极连接至接地端子。
二极管D11的阳极连接至电力开关T11的漏极，并且二极管D11的阴极连接至节点B和电容器C11。
电容器C11的一个端子连接至二极管D11的阴极，并且电容器C11的另一端子连接至接地端子。
图9是示出了根据第一实施方式的AC发电机的框图。
如图9所示，AC发电机150包括AC电力控制器151和DC-AC转换器153，并且分别连接至振荡器130、DC发电机120和无线电力发送器200。
AC电力控制器151基于从振荡器130生成的具有正弦波的AC信号来生成AC电力控制信号。
DC-AC转换器153基于AC电力控制信号将来自DC发电机120的具有第二DC电压的DC电力转换成具有方波的AC电压的AC电力。
图10是示出了根据第一实施方式的DC-AC转换器的电路图。
如图10所示，DC-AC转换器153包括上晶体管T21、下晶体管T22和隔直电容器C21，并且连接至DC发电机120、AC电力控制器151和发送感应线圈210。上晶体管T21和下晶体管T22可以包括n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)，并且可以由能够执行相同功能的其他装置代替。
AC电力控制器151可以包括与节点C连接的第一输出端子和与节点D连接的第二输出端子。AC电力控制器151基于振荡器130的具有正弦波的AC信号来生成上晶体管控制信号作为AC电力控制信号，并且通过节点C将上晶体管控制信号提供给上晶体管T21。AC电力控制器151基于振荡器130的具有正弦波的AC信号来生成下晶体管控制信号作为AC电力控制信号，并且通过节点D将下晶体管控制信号提供给下晶体管T22。
上晶体管T21的漏极可以连接至节点B，上晶体管T21的栅极可以通过节点C连接至AC电力控制器151的第一输出端子，并且上晶体管T21的源极可以连接至节点E。
下晶体管T22的漏极可以连接至节点B，下晶体管T22的栅极可以通过节点D连接至AC电力控制器151的第二输出端子，并且下晶体管T22的源极可以连接到地。
隔直电容器C21的一个端子可以连接至节点E，并且隔直电容器C21的另一端子可以连接至节点F，节点F连接至发送感应线圈L1的一个端子。
在下文中，将参照图11和图12对根据第一实施方式的无线电力传输方法进行描述。
图11是示出了根据第一实施方式的无线电力传输方法的流程图，并且图12是根据第一实施方式的供电设备中的节点的波形图。
具体地，图11示出根据图6所示的实施方式的无线电力传输方法。
电源110生成具有第一DC电压的DC电力(S201)。电源110可以将具有AC电压的AC电力转换成具有第一DC电压的DC电力。在这种情况下，第一DC电压可以包括不稳定的电压。
振荡器130生成具有正弦波的AC信号(S202)。
DC电力控制器121生成DC电力控制信号，以使得DC-DC转换器123可以将具有第一DC电压的DC电力转换成具有第二DC电压的DC电力(S203)，并且将DC电力控制信号输出至节点A。具体地，DC电力控制器121可以使用节点B处的电压作为反馈信息来生成DC电力控制信号。在这种情况下，DC电力控制信号可以包括在如图12所示的整个部分中表示的脉宽调制(PWM)信号。DC电力控制器121可以基于节点B处的电压来确定PWM信号的占空比。
DC-DC转换器123基于DC电力控制信号将具有第一DC电压的DC电力转换成具有第二DC电压的DC电力(步骤S205)。在这种情况下，第二DC电压可以包括稳定的电压。第二DC电压的幅值可以等于、小于或大于第一DC电压。如图8所示，DC-DC转换器173可以包括升压转换器。在这种情况下，第二DC电压的幅值大于第二DC电压的幅值。例如，第一DC电压的幅值可以是5V，并且第二DC电压的幅值可以是19V，但是实施方式不限于此。
AC电力控制器151基于振荡器130的具有正弦波的AC信号来生成AC电力控制信号(S209)。AC电力控制器151基于振荡器130的具有正弦波的AC信号来生成上晶体管控制信号作为AC电力控制信号，并且可以通过节点C将上晶体管控制信号提供给上晶体管T21。AC电力控制器151可以基于振荡器130的具有正弦波的AC信号来生成下晶体管控制信号作为AC电力控制信号，并且可以通过节点D将下晶体管控制信号提供给下晶体管T22。
将参照图12对上晶体管控制信号和下晶体管控制信号进行描述。
如图12所示，上晶体管控制信号(节点C的电压)和下晶体管控制信号(节点D的电压)是方波。
上晶体管控制信号的一个周期连续地包括上晶体管T21的接通时隙、上晶体管T21的死区时隙和上晶体管T21的关断时隙。上晶体管T21的接通时隙和上晶体管T21的死区时隙可以对应于从振荡器130输出的AC信号的正弦波的二分之一周期。上晶体管T21的关断时隙可以对应于正弦波的其余的二分之一周期。
下晶体管控制信号的一个周期连续地包括下晶体管T22的接通时隙、下晶体管T22的死区时隙和下晶体管T22的关断时隙。下晶体管T22的接通时隙和下晶体管T22的死区时隙可以对应于从振荡器130输出的AC信号的正弦波的二分之一周期。下晶体管T22的关断时隙可以对应于正弦波的其余的二分之一周期。
上晶体管T21的接通时隙中的上晶体管控制信号具有使上晶体管T21接通的电平。使上晶体管T21接通的电平可以是高电平。
上晶体管T21的关断时隙中的上晶体管控制信号具有使上晶体管T21关断的电平。使上晶体管T21关断的电平可以是低电平。
下晶体管T22的接通时隙中的下晶体管控制信号具有使下晶体管T22接通的电平。使下晶体管T22接通的电平可以是高电平。
下晶体管T22的关断时隙中的下晶体管控制信号具有使下晶体管T22关断的电平。使下晶体管T22关断的电平可以是低电平。
在上晶体管T21的接通时隙中，下晶体管T22的关断时隙中的下晶体管控制信号具有使下晶体管T22关断的电平。
在下晶体管T22的接通时隙中，上晶体管T21的关断时隙中的下晶体管控制信号具有使下晶体管T22关断的电平。
在上晶体管T21的死区时隙中，上晶体管控制信号具有使上晶体管T21关断的电平。在下晶体管T22的死区时隙中，下晶体管控制信号具有使下晶体管T22关断的电平。上晶体管T21的死区时隙和下晶体管T22的死区时隙防止上晶体管T21和下晶体管T22同时接通，使得可以防止短路。
为了将具有50％占空比的方波的电压的电力输出至节点E，上晶体管T21的接通时隙可以具有与一个周期T的(50-a)％对应的时间长度，并且上晶体管T21的死区时隙可以具有与一个周期T1的a％对应的时间长度。此外，上晶体管T21的关断时隙可以具有与一个周期T的(50-a)％对应的时间长度，并且下晶体管T22的接通时隙可以具有与一个周期T1的(50-a)％对应的时间长度。另外，下晶体管T22的死区时隙可以具有与一个周期T的a％对应的时间长度，并且下晶体T22的关断时隙可以具有与一个周期T1的50％对应的时间长度。例如，a可以是1％。
DC-AC转换器153基于AC电力控制信号将从DC发电机120输出的具有第二DC电压的DC电力转换成具有方波的AC电力(S211)，并且将AC电力输出至节点F。
将参照图12对DC-AC转换器153的操作进行描述。
上晶体管T21和下晶体管T22根据具有死区时隙的上晶体管控制信号和下晶体管控制信号将具有如图12中示出的方波电压的AC电力输出至节点E。
隔直电容器C21阻断方波的电力中的DC电流以将具有方波的AC电压的AC电力输出至节点F。
无线电力发送器200通过谐振将具有方波的AC电压的AC电力传递至无线电力接收器300(S213)。
然而，根据图5至图12的实施方式，当上晶体管T21和下晶体管T22两者均是N沟道MOSFET时，为了控制上晶体管T21，需要将具有高于从DC发电机120输出的DC电压的电压的控制信号施加至上晶体管T21的栅极。这可能降低具有谐振频率的AC电力的生成效率。
此外，当上晶体管T21和下晶体管T22两者是N沟道MOSFET时，如果同时接通上晶体管T21和下晶体管T22两者，则形成短路，使得可以降低AC电力的生成效率。因此，使用具有死区时间的控制信号，使得不同时接通上晶体管T21和下晶体管T22。这可以增加生成上晶体管T21和下晶体管T22的控制信号的复杂度。此外，由于死区时间部分很短，所以不容易控制死区时间部分。
同时，P沟道MOSFET可以用作上晶体管T21，但是P沟道MOSFET的类型不是各种各样的，成本昂贵，并且与N沟道MOSFET相比，性能退化。此外，由于上晶体管T21的响应特性特征不同于下晶体管T22的响应特性，所以生成上晶体管T21和下晶体管T22的控制信号的复杂度增大，并且上晶体管T21和下晶体管T22生成具有不同电量的AC电力以降低电力传输效率。
将参照图13至图16对根据第二实施方式的无线电力发送器进行描述。
图13是示出了根据第二实施方式的无线电力传输系统的框图。
如图13所示，无线电力传输系统包括供电设备100和无线电力发送器200。虽然未示出，但是无线电力传输系统还可以包括被配置成从无线电力发送器200接收无线AC电力的无线电力接收器300。供电设备100可以包括电源160、DC发电机170、振荡器180和AC发电机190。供电设备100连接至无线电力发送器200。无线电力发送器200可以包括发送感应线圈230和发送谐振线圈240。
发送感应线圈230可以包括AC发电机190的电感器225，但是实施方式不限于此。电源160生成具有第一DC电压的DC电力以将该DC电力输出至输出端子。
振荡器180生成具有正弦波的AC信号以将该AC信号输出至AC发电机150。
DC发电机170的输入端子连接至电源160的输出。DC发电机170将具有第一DC电压的电力转换成具有第二DC电压的电力以将该具有第二DC电压的电力输出至输出端子。DC发电机170的构造可以等同于或类似于DC发电机120的构造。
AC发电机190基于振荡器180的具有正弦波的AC信号使用DC发电机170的第二AC电力来生成具有第一AC电压的第一AC电力和具有第二AC电压的第二AC电力。在这种情况下，第一AC电压和第二AC电压可以具有相同的幅值。第一AC电压和第二AC电压可以具有彼此相反的相位。例如，当AC电压具有高电平时，第二AC电压可以具有低电平。
发送感应线圈230的输入端子连接至AC发电机190的输出端子。发送感应线圈230通过使用电磁感应将从AC发电机190输出的第一AC电力和第二AC电力传递至发送谐振线圈240。因此，发送谐振线圈240可以生成具有AC电压的AC电力，该AC电压被表示为图16的节点L处的电压，通过将第一AC电力的第一AC电压与第二AC电力的第二AC电压相加而获得。在这种情况下，第一AC电压可以在相对于0V的正极方向上相加，并且第二AC电力可以在相对于0V的负极方向上相加。因此，相加的AC电压的幅值可以大于第一AC电压或第二AC电压的幅值。例如，相加的AC电压的幅值可以比第一AC电压或第二AC电压的幅值的两倍大。
同时，在AC发电机190的电感器225由发送感应线圈230代替的情况下，如图14所示，从AC发电机190的电感器225生成的具有第一AC电压的第一AC电力和具有第二AC电压的第二AC电力可以通过使用电磁感应被直接传递至发送谐振线圈240。
发送谐振线圈240通过使用谐振将从发送感应线圈230接收的电力传递至无线电力接收器300。
图14是示出了根据第二实施方式的无线电力传输系统的电路图。
如图14所示，AC发电机190包括AC电力控制器191、第一开关装置192和第二开关装置193。
电感器225可以被包括在AC发电机190中。
第一开关装置192包括晶体管T41。第二开关装置193包括晶体管T42。例如，第一开关装置T41和第二开关装置T42可以包括n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)，并且可以用能够执行相同功能的其他装置替换。第一开关装置T41和第二开关装置T42的源极可以按照命令(in command)连接到接地端子。
发送谐振线圈240可以被布置成靠近电感器225。因此，从电感器225生成的具有第一AC电压的第一AC电力和具有第二AC电压的第二AC电力可以通过电磁感应被传递至发送谐振线圈240。
电感器225可以被包括在发送感应线圈230中，或者可以与发送感应线圈230分离地形成。
当电感器225与发送感应线圈230分离地形成时，发送感应线圈230可以被布置成靠近电感器225，并且发送谐振线圈240可以被布置成靠近发送感应线圈230。
电感器225可以包括第一电感器L1a和第二电感器L1b。
第一电感器L1a可以包括具有预定电感的第一线圈。第二电感器L1b可以包括具有预定电感的第二线圈。
第一电感器L1a的第一线圈的绕组方向可以与第二电感器L1b的第二线圈的绕组方向相反。
第一电感器L1a和第二电感器L1b可以具有相同的电感，但是实施方式不限于此。
第一电感器L1a的一个端子可以连接至DC发电机170的输出端子，并且第一电感器L1a的另一端子可以连接至第一开关装置192。
第二电感器L1b的一个端子可以连接至DC发电机170的输出端子，并且第二电感器L1b的另一端子可以连接至第二开关装置193。
第一电感器L1a和第二电感器L1b可以互相并联连接。
发送谐振线圈240包括发送谐振线圈L2和电容器C2。发送谐振线圈L2的两个端子分别连接至电容器C2的两个端子。发送谐振线圈L2的一个端子变成节点L。
发送谐振线圈240可以将来自DC发电机170的具有第一DC电压的第一DC电力转换成具有第二DC电压的第二DC电力，以将具有第二DC电压的第二DC电力输出至节点G。
AC电力控制器191可以生成第一AC电力控制信号以通过节点H将该第一AC电力控制信号提供给第一开关装置192，并且可以生成第二AC电力控制信号以通过节点L将该第二AC电力控制信号提供给第二开关装置193。
晶体管T41包括与节点J连接的漏极、与节点H连接的栅极以及与接地端子连接的源极。
晶体管T42包括与节点K连接的漏极、与节点I连接的栅极以及与接地端子连接的源极。
晶体管T41和晶体管T42可以互相并联连接。
第一电感器L1a包括与节点G连接的一个端子和与节点J连接的另一端子。第一电感器L1a和发送谐振线圈L2互相感应地耦合。第一电感器L1a的绕组方向可以与发送谐振线圈240的发送谐振线圈L2的绕组方向相同。
第二电感器L1b包括与节点G连接的一个端子和与节点K连接的另一端子。第二电感器L1b和发送谐振线圈L2互相感应地耦合。第二电感器L1b的绕组方向可以与发送谐振线圈240的发送谐振线圈L2的绕组方向相反。
在下文中，将参照图15和图16对根据第二实施方式的无线电力传输方法进行描述。
图15是示出了根据第二实施方式的无线电力传输方法的流程图，以及图16是根据第二实施方式的供电设备中的节点的波形图。
电源160生成为具有第一DC电压的电力的第一DC电力(S301)。具体地，电源160可以将具有AC电压的AC电力转换成具有第一DC电压的第一DC电力。在这种情况下，DC电压可以是不稳定的电压。
振荡器130生成具有正弦波的AC信号(S303)。
DC发电机170生成具有第二DC电压的第二DC电力(S304)以将该第二DC电力输出至节点G。在这种情况下，如图16所示，第二DC电压可以是稳定且恒定的DC电压。第二DC电压的幅值可以等于、小于或大于第一DC电压的幅值。如图8所示，DC-DC转换器173可以包括升压转换器。在这种情况下，第二DC电压的幅值大于第一DC电压的幅值。例如，第一DC电压的幅值可以是5V，而第二DC电压的幅值可以是19V。
AC电力控制器191基于具有正弦波的AC信号来生成第一AC电力控制信号以将该第一AC电力控制信号输出至节点H(S305)。
AC电力控制器191基于具有正弦波的AC信号来生成第二AC控制信号以将该第二AC电力控制信号输出至节点I(S307)。
将参照图16对第一AC电力控制信号和第二AC电力控制信号进行描述。
如图16所示，第一AC电力控制信号和第二AC电力控制信号可以是方波。第一AC电力控制信号和第二AC电力控制信号可以具有50％的占空比。第一AC电力控制信号和第二AC电力控制信号可以具有彼此相反的相位。
AC电力控制信号的一个周期包括晶体管T41的接通时隙和晶体管T41的关断时隙。
第二AC电力控制信号的一个周期包括晶体管T42的接通时隙和晶体管T42的关断时隙。
晶体管T41的接通时隙中的第一AC电力控制信号具有使晶体管T41接通的电平。使晶体管T41接通的电平可以是高电平。
晶体管T41的关断时隙中的第一AC电力控制信号具有使晶体管T41关断的电平。使晶体管T41关断的电平可以是低电平。
晶体管T42的接通时隙中的第二AC电力控制信号具有使晶体管T41接通的电平。使晶体管T42接通的电平可以是高电平。
晶体管T42的关断时隙中的第二AC电力控制信号具有使晶体管T41关断的电平。使晶体管T42关断的电平可以是低电平。
在晶体管T41的接通时隙中，晶体管T42的关断时隙的第二AC电力控制信号具有使晶体管T42关断的电平。
在晶体管T42的接通时隙中，晶体管T42的关断时隙的第二AC电力控制信号具有使晶体管T42关断的电平。
晶体管T41的接通时隙可以具有与一个周期T的50％对应的时间长度，晶体管T41的关断时隙可以具有与一个周期T的50％对应的时间长度，晶体管T42的接通时隙可以具有与一个周期T的50％对应的时间长度，并且晶体管T42的关断时隙可以具有与一个周期T的50％对应的时间长度。
晶体管T41可以根据处于高电平的第一AC电力控制信号接通，并且晶体管T42可以根据处于低电平的第二AC电力控制信号关断。在这种情况下，根据从DC发电机170输出的第二DC电力的第二DC电压的电流流至第一电感器L1a和晶体管T41。具有第一AC电压的第一AC电力可以由第一电感器L1a生成(S309)。
晶体管T41可以根据处于低电平的第一AC电力控制信号关断，并且晶体管T42可以根据处于高电平的第二AC电力控制信号接通。在这种情况下，根据从DC发电机170输出的第二DC电力的第二DC电压的电流流至第二电感器L1b和晶体管T42。具有第二AC电压的第二AC电力可以由第二电感器L1b生成(S311)。
可以以谐振方案将第一AC电力传递至发送谐振线圈240，并且可以以谐振方案将第二AC电力传递至发送谐振线圈240(S313)。如图16(节点L)所示，第一AC电力和第二AC电力可以基于0V彼此对称，并且可以具有相反的相位。例如，第一AC电压可以具有相对于0V的正极方向，而第二AC电压可以具有相对于0V的负极方向。因此，从发送谐振线圈240生成的AC电力的AC电压被定义为第一AC电压的幅值与第二AC电压的幅值之间的宽度，并且可以具有比第一AC电压的幅值和第二AC电压的幅值较小的幅值。
以这种方式，可以使用谐振方案将具有大的幅值的AC电压的AC电力传递至无线电力接收器300(S315)。
因此，由于可以根据实施方式容易地生成要发送的电力，所以可以提高电力传输效率。
实施方式可应用于能够以无线方案将电力传输至需要电力的电子装置比如便携式电话、笔记本电脑和鼠标的传输设备。
Claims (4)
1.一种无线电力发送器，包括：
电源，被配置成生成第一直流电力；
直流发电机，被连接至所述电源的输出端子，所述直流发电机将具有第一直流电压的所述第一直流电力转换为具有第二直流电压的第二直流电力，以将具有所述第二直流电压的所述第二直流电力输出至所述直流发电机的输出端子；
交流发电机，包括被配置成基于所述第二直流电力来生成交流电力的电感器；以及
振荡器，被配置成生成交流信号以将所述交流信号提供给所述交流发电机，
其中，所述交流电力包括具有第一交流电压的第一交流电力和具有第二交流电压的第二交流电力，并且所述第一交流电压和所述第二交流电压具有彼此相反的相位，
其中，所述交流发电机包括：开关装置，所述开关装置与所述电感器连接并且被开关控制以生成所述第一交流电力和所述第二交流电力；以及交流电力控制器，被配置成基于所述交流信号生成交流电力控制信号以控制所述开关装置，
其中，所述电感器包括与所述电源并联连接的第一电感器和第二电感器，以及
其中，所述第一电感器的线圈的绕组方向与所述第二电感器的线圈的绕组方向相反，
其中，所述开关装置包括分别与所述第一电感器和所述第二电感器连接的第一开关装置和第二开关装置，
其中，所述第一电感器与发送谐振线圈彼此感应地耦合，
其中，所述第二电感器与所述发送谐振线圈彼此感应地耦合，
其中，所述第一电感器的绕组方向与所述发送谐振线圈的绕组方向相同，
其中，所述第二电感器的绕组方向与所述发送谐振线圈的绕组方向相反，以及
其中，所述第一开关装置的接通时隙具有对应于一个周期的50％的时间长度，所述第一开关装置的关断时隙具有对应于一个周期的50％的时间长度，所述第二开关装置的接通时隙具有对应于一个周期的50％的时间长度，所述第二开关装置的关断时隙具有对应于一个周期的50％的时间长度，
其中，所述第一电感器的一个端子连接至所述直流发电机的输出端子，所述第一电感器的另一个端子连接至所述第一开关装置，
其中，所述第二电感器的一个端子连接至所述直流发电机的输出端子，所述第二电感器的另一个端子连接至所述第二开关装置，
其中，所述发送谐振线圈包括谐振线圈和电容器，所述谐振线圈的两个端子分别连接至所述电容器的两个端子，
其中，所述发送谐振线圈被配置为将来自所述第一电感器和所述第二电感器的电力无线地发送至另一外部装置，
其中，所述发送谐振线圈将具有通过把所述第一交流电力的第一交流电压和所述第二交流电力的第二交流电压相加而获得的交流电压的交流电力传递至无线电力接收器。
2.根据权利要求1所述的无线电力发送器，其中，所述交流发电机在所述交流信号的控制下生成所述第一交流电力和所述第二交流电力，
其中，当所述第一交流电压和所述第二交流电压中的一个处于高电平时，所述第一交流电压和所述第二交流电压中的另一个处于低电平。
3.根据权利要求1所述的无线电力发送器，其中，所述交流电力控制信号包括分别要被提供给所述第一开关装置和所述第二开关装置的第一交流电力控制信号和第二交流电力控制信号，并且所述第一交流电力控制信号和所述第二交流电力控制信号具有彼此相反的相位，
其中，所述第一交流电力由所述第一电感器响应于所述第一交流电力控制信号在所述第一开关装置的开关控制下生成，
其中，所述第二交流电力由所述第二电感器响应于所述第二交流电力控制信号在所述第二开关装置的开关控制下生成。
4.根据权利要求1所述的无线电力发送器，其中，所述第一开关装置和所述第二开关装置共同地与接地端子连接，
其中，所述第一开关装置和所述第二开关装置以所述交流信号的二分之一周期为单位被开关控制。
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