CN105790318B - 无线接收装置和谐振器电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无线接收装置和谐振器电路。无线接收装置包括：谐振器电路和整流器电路，该谐振器电路包括：第一电感元件和与该第一电感元件串联连接的第二电感元件；第一电容元件，连接在该第一电感元件的第一端和该谐振器电路的第一输出端之间；以及串联连接的第二电容元件组，该第二电容元件组具有连接至该第一电感元件和该第二电感元件之间的一端，以及具有连接至该第二电感元件与该谐振器电路的第二输出端之间的另一端。整流器电路被配置为对来自该谐振器电路的信号提供整流，其中，该第二电容元件组的中间端连接到该整流器电路。本发明提供的运行在低谐振频率的无线接收装置在轻负载情况下不会错误地触发过压保护。
Description
技术领域
本发明涉及无线功率接收器方案，更具体地，涉及多模(multi-mode)无线接收装置和对应的谐振器电路设计。
背景技术
总体上讲，对于无线功率传输领域，传统的功率接收器方案需要相应数量的线圈和整流器以实现多模无线功率传输功能。例如，传统的功率接收器方案可能需要N个线圈和N个整流器来实现N模式的无线功率传输功能。提供了传统的无线功率接收器来解决这个问题。图4是示出了传统的无线功率接收器400的示意图。传统的无线功率接收器400包括一组线圈(电感器L2、L3，电容器C2a、C2q、C2b)和一个整流器405。为了实现双模无线功率传输功能，电感器L2、L3和电容器C2q形成谐振回路，以生成频率响应信号，而感应器L3和电容器C2a形成另一个谐振回路，以生成另一个频率响应信号。因此，传统的无线功率接收器400可以把两个线圈和两个整流器减少为一组线圈和整流器。然而，这种传统的无线功率接收器运行在低谐振频率时由于谐振频率漂移在轻负载情况下不可避免地遭受过压上升的问题。在轻负载情况下可能会错误地触发过压保护。这对于传统的无线功率接收器来说是不期望的。
发明内容
因此，根据本发明的目的之一是提供多模无线接收装置和对应的谐振器电路，以同时解决上述问题。
依据本发明的实施方式，披露了一种无线接收装置。无线接收装置包括谐振器电路和整流器电路，该谐振器电路包括：第一电感元件和与该第一电感元件串联连接的第二电感元件；第一电容元件，连接在该第一电感元件的第一端和该谐振器电路的第一输出端之间；以及串联连接的第二电容元件组，该第二电容元件组具有连接至该第一电感元件和该第二电感元件之间的一端，以及具有连接至该第二电感元件与该谐振器电路的第二输出端之间的另一端。整流器电路被配置为对来自该谐振器电路的信号提供整流。第二电容元件组的中间端连接到该整流器电路。
依据本发明的实施方式，披露了一种谐振器电路。该谐振器电路包括：第一电感元件以及与该第一电感元件串联连接的第二电感元件；第一电容元件，连接在该第一电感元件的第一端和该谐振器电路的第一输出端之间；以及串联连接的第二电容元件组，该第二电容元件组具有连接在该第一电感元件和该第二电感元件之间的一端，以及具有连接在该第二电感元件与该谐振器电路的第二输出端之间的另一端。该第二电容元件组的中间端作为该谐振器电路的第三输出端。
依据本发明的实施方式，当运行在低谐振频率的无线接收装置运行在轻负载情况下时，几乎没有频率偏移被引入到无线接收装置中。因此，轻负载情况下的无线接收装置不会从无线发送器接收过多的电能。从而，轻负载情况下不会错误地触发过压保护。
在阅读各个附图中例示的优选实施例的如下详细描述之后，本发明的这些和其他目的对本领域技术人员来说无疑将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的无线接收装置的电路示意图。
图2是根据本发明的另一实施方式的无线接收装置的电路示意图。
图3是图1或图2所示的谐振器电路的响应信号的耦合AC电压波形示意图与传统功率接收器的谐振器的响应信号的耦合AC电压波形示意图的比较。
图4是示出了传统的无线功率接收器的示意图。
具体实施方式
在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域一般技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同一元件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区别元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区别的基准。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的“包含”是开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置电性连接于第二装置，则代表该第一装置可直接连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地连接至该第二装置。
请参照图1，图1是根据本发明的实施方式的无线接收装置100的电路示意图。在这个实施方式，无线接收装置100是多模无线功率接收器，可以用于支持来自无线功率发送器(图1未示出)的限定在不同频段的多个频率信号的谐振，以提供或输出用于对电池(图1未示出)充电的自适应直流(direct-current,DC)电压电平。也就是说，无线接收装置100可以在多个频率下从发送器接收无线电能。此外，无线接收装置100可以通过只使用一组接收器线圈(即，仅一个二次绕组线圈)来实现，以达到支持多个频率信号谐振的功能。此外，不需要使用太多的整流二极管/开关来实现无线接收装置100的设计；可以节省电路成本。
无线接收装置100可以用于以限定在不同频段的至少两个不同的频率信号来接收电能，从而在不同负载情况下提供不同的DC电压电平，用于下一阶电路。下面的表格示出了不同的充电标准和相应的发送功率频率：
| 标准 | 发送频率 | 备注 |
| Qi | 100KHz-200KHz | 变化的 |
| PMA | 200KHz-300KHZ | 变化的 |
| A4WP | 6.78MHz | 固定的 |
| NFC | 13.56MHz | 固定的 |
例如，基于Qi标准的规范，本发明的无线接收装置100可以在不同负载情况下以100KHz至200KHz的两个不同频率接收功率。此外，基于电力联盟(Power MattersAlliance，PMA)标准的规范，上述无线功率发射器可以在200KHz至300KHz的频率传输功率，无线接收装置100在重负载情况下可以以200KHz至300KHz的谐振频率接收较高的电能，并且在低负载情况下可以以200KHz至300KHz的不同的谐振频率接收较低的电能。此外，无线接收装置100可以以约为6.78MHz的更高频率接收电能，该更高的频率由不同的无线充电标准，即无线充电联盟(Alliance for Wireless Power，A4WP)标准指定。此外，无线接收装置100可以以约为13.56MHz的固定频率接收电能，该固定频率由不同的无线充电标准(即，NFC标准)指定。因此，无线接收装置100支持多模无线功率接收功能和多个无线充电标准。无线接收装置100可以基于负载情况和无线功率发送器的频率相应地提供/生成自适应DC电压电平。此外，值得注意的是，多模无线接收器的设计只是示例性的，并不是对本发明的限制。在不同的实施方式中无线接收装置100可以是双模无线接收器。
具体地，无线接收装置100包括谐振器电路105和整流器电路110。谐振器电路105用于基于负载情况和来自上述无线功率发送器的不同信号/频率，在不同的谐振频率范围(即，不同的频带)提供谐振行为，以分别生成/输出不同的响应信号。整流器电路110被设置为对来自谐振器电路105的响应信号(AC电压波形)执行整流，以生成用于充电的自适应DC电压电平。
在实践中，谐振器电路105包括例如电感器L1和L2的多个电感元件以及例如电容器C1、C2、C3和C4的多个电容元件。电感器L1和L2串联连接，并且可以由一个接收线圈实现。电容器C1连接在电感器L1的第一端和谐振器电路105的第一输出端N1之间。电容器组由电容器C2和C3串联连接而成，该电容器组的一端连接在电感器L1和L2之间，其另一端连接在电感器L2与谐振器电路105的第二输出端N2之间。电容器C1至C4可以视为电感器L1和L2的匹配网络。
电容器C1的电容值被设计为远大于电容器C2和C3的电容值，从而当谐振器电路105运行在低谐振频率(例如，数百kHz范围)时，电容器C2和C3可以近似为开路。因此，在这种情形下，电感器L1、L2和电容器C1形成第一谐振回路，以生成低频响应信号至整流器电路110。具体地讲，对于无线功率发送器基于Qi标准以及PMA标准传输功率，谐振器电路105中电感器L1、L2和电容器C1形成第一谐振回路，生成低频响应信号。
并且当谐振器电路105运行在高谐振频率(例如，MHz范围)时，电容器C1可以近似为短路。因此，在这种情形下，电感器L2和电容器C2、C3形成第二谐振回路，以生成高频响应信号至整流器电路110。具体地讲，对于无线功率发送器基于A4WP标准以及NFC标准传输功率，谐振器电路105中的电感器L2和电容器C2、C3形成第二谐振回路，生成高频响应信号。
当上述无线功率发送器基于Qi标准传输功率并且无线接收装置100处于重负载情况时，则谐振器电路105中形成的第一谐振回路，生成/提供限定在第一频带的第一响应信号；在这个实施方式中，第一频带约为100KHz。
当上述无线功率发送器基于Qi标准传输功率并且无线接收装置100处于轻负载情况时，谐振器电路105中形成的第一谐振回路，生成/提供限定在第三频带的第三响应信号；在这个实施方式中，第三频带约为1MHz。
当上述无线功率发送器基于其他高频的无线充电标准(例如A4WP)传输功率且不论无线接收装置100处于重负载或轻负载情况，谐振器电路105中形成的第二谐振回路生成/提供限定在第二频带的第二响应信号；在这个实施方式中，第二频带约为6.78MHz，第二响应信号表示较高的频率响应信号。该第二频率响应信号(即，高频响应信号)经由电容器组C2和C3的中间端和电容器C3的一端传送到整流器电路110。由于电感器L1和L2可以由同一组绕组线圈实现，并且高频响应信号从电感器L1和L2之间的中间点经由电容器C2发送到整流器电路110，电感器L1和L2的结构可以视为中间抽头(center-taped)结构。
整流器电路110包括三个输入端N1至N3和两个输出端，并且包括三组二极管，每组二极管包括串联连接的两个二极管。三组二极管包括第一组二极管D1和D2、第二组二极管D3和D4以及第三组二极管D5和D6。第一组和第二组二极管D1至D4的结构可以视为桥式整流器的结构。谐振器电路105的第一输出端N1连接在第一组二极管D1和D2之间，谐振器电路105的第二输出端N2连接在第二组二极管D3和D4之间，电容器组C2和C3的中间端连接在第三组二极管D5和D6之间。
此外，在此实施方式中整流器电路的设计并不意味着对本发明的限制。在另一实施方式中整流器电路可以通过使用晶体管开关来实现。请参照图2，图2是根据本发明的另一实施方式的无线接收装置200的电路示意图。无线接收装置200包括如图1所示的谐振器电路105以及整流器电路210。图2所示的谐振器电路105的操作和功能与图1所示的谐振器电路105的操作和功能相同；省略了进一步的详细描述。整流器电路210耦接到谐振器电路105，并且被配置为对谐振器电路105的响应信号进行整流。整流器电路210包括三组开关，每组开关包括串联连接的两个开关。三组开关包括第一组开关S1和S2、第二组开关S3和S4以及第三组开关S5和S6。谐振器电路105的第一输出端N1连接在第一组开关S1和S2之间，谐振器电路105的第二输出端N2连接在第二组开关S3和S4之间，电容器组C2和C3的中间端连接在第三组开关S5和S6之间。图1所示的第三组二极管D5和D6以及图2所示的第三组开关S5和S6是辅助的(auxiliary)设计，可以分别视为辅助的二极管对和辅助的开关对。
请参照图3，图3是图1或图2所示的谐振器电路105的响应信号的耦合AC电压波形示意图与图4所示的传统功率接收器的谐振器的响应信号的耦合AC电压波形示意图的比较。当传统功率接收器运行在轻负载情况并且无线功率发送器基于Qi标准传输功率时，理想情况下，传统无线接收器内的谐振器运行在1MHz的频率，该频率远离Qi标准限定的110KHz至205KHz的范围，并且理想情况下，运行在轻负载情况下的传统无线功率接收器不从无线功率发送器接收过多的电能。然而，实际上，如图3所示，V1表示传统无线功率接收器中谐振器的频率谐振造成的耦合AC电压波形。V1表明，轻负载情况下的传统无线功率接收器实际上运行在大约500KHz的谐振频率，而不是1MHz。也就是说，频率响应显著漂移。由于500KHz的频率接近Qi标准限定的110KHz至205KHz的范围，这不可避免地导致操作在轻负载情况下的传统无线功率接收器从无线功率发送器接收更高的电能。因此，轻负载情况下的传统无线功率接收器会经常触发对于轻负载情况来说不必要的过压保护。
为了解决上述问题，本发明提供了无线接收装置100和200。如图3所示，V2表示图1或图2中实施方式的谐振器电路105的频率谐振造成的耦合电压响应波形。V2表明，基于Qi标准，轻负载情况下的无线接收装置100和200实际上操作在约1MHz的谐振频率。这几乎没有引入频率漂移。因此，这可以防止运行在轻负载情况下的无线接收装置100和200从无线功率发送器接收较高的电能。因此，触发不期望的过压保护的问题得以解决。此外，在实施方式中，仅需要一组接收器绕组线圈来实现多模无线功率接收的功能，能够节省附加的电路成本。
本领域技术人员将容易注意到，在保持本发明的教导的同时，可以对装置和方法做出大量修改和变化。因此，上述公开内容应当被理解为仅由权利要求的范围限制。
Claims (10)
1.一种无线接收装置，其特征在于，该无线接收装置包括：
谐振器电路，该谐振器电路包括：
第一电感元件和与该第一电感元件串联连接的第二电感元件；
第一电容元件，连接在该第一电感元件的第一端和该谐振器电路的第一输出端之间；以及
串联连接的第二电容元件组，该第二电容元件组具有连接至该第一电感元件和该第二电感元件之间的一端，以及具有连接至该第二电感元件与该谐振器电路的第二输出端之间的另一端；以及
整流器电路，被配置为对来自该谐振器电路的信号提供整流，
其中，该第二电容元件组的中间端连接到该整流器电路。
2.根据权利要求1所述的无线接收装置，其特征在于，当该谐振器电路运行在低谐振频率时，该第一电感元件和该第二电感元件以及该第一电容元件形成谐振回路，用于提供低频响应信号；并且，当该谐振器电路运行在高谐振频率时，该第二电感元件和该第二电容元件组形成另一谐振回路，用于提供高频响应信号。
3.根据权利要求2所述的无线接收装置，其特征在于，该高频响应信号经由该第二电容元件组的中间端和该第二电感元件的一端被发送到该整流器电路。
4.根据权利要求1所述的无线接收装置，其特征在于，在该谐振器电路运行在低谐振频率时，当该无线接收装置运行在重负载情况下，该谐振器电路被设置为生成限定在第一频带中的第一响应信号，当该无线接收装置运行在轻负载情况下，该谐振器电路被设置为生成限定在第三频带中的第三响应信号；其中该第三频带远离该第一频带。
5.根据权利要求1所述的无线接收装置，其特征在于，该整流器电路包括：
三组二极管，其中每组二极管包括串联连接的两个二极管，该三组二极管包括并联连接的第一组二极管、第二组二极管和第三组二极管，
其中，该谐振器电路的该第一输出端连接至该第一组二极管的两个二极管之间，该谐振器电路的该第二输出端连接至该第二组二极管的两个二极管之间，该第二电容元件组的中间端连接至该第三组二极管的两个二级管之间。
6.根据权利要求1所述的无线接收装置，其特征在于，该整流器电路包括：
三组开关，其中每组开关包括串联连接的两个开关，该三组开关包括并联连接的的第一组开关、第二组开关以及第三组开关，
其中，该谐振器电路的该第一输出端连接至该第一组开关的两个开关之间，该谐振器电路的该第二输出端连接至该第二组开关的两个开关之间，该第二电容元件组的中间端连接至该第三组开关的两个开关之间。
7.一种谐振器电路，该谐振器电路包括：
第一电感元件以及与该第一电感元件串联连接的第二电感元件；
第一电容元件，连接在该第一电感元件的第一端和该谐振器电路的第一输出端之间；以及
串联连接的第二电容元件组，该第二电容元件组具有连接至该第一电感元件和该第二电感元件之间的一端，以及具有连接至该第二电感元件与该谐振器电路的第二输出端之间的另一端，
其中，该第二电容元件组的中间端作为该谐振器电路的第三输出端。
8.根据权利要求7所述的谐振器电路，其特征在于，当该谐振器电路运行在低谐振频率时，该第一电感元件和该第二电感元件以及该第一电容元件形成谐振回路，用于提供低频响应信号；并且，当该谐振器电路运行在高谐振频率时，该第二电感元件和该第二电容元件组形成另一谐振回路，用于提供高频响应信号。
9.根据权利要求8所述的谐振器电路，其特征在于，该高频响应信号经由该第二电容元件组的中间端和该第二电感元件的一端从该谐振器电路向外发送。
10.根据权利要求7所述的谐振器电路，其特征在于，该谐振器电路用于无线接收装置，且该谐振器电路运行在低谐振频率，当该无线接收装运行作在重负载情况下时，该谐振器电路被设置为生成限定在第一频带中的第一响应信号，并且当该无线接收装置运行在轻负载情况下时，该谐振器电路被设置为生成限定在第三频带中的第三响应信号；其中该第三频带远离该第一频带。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |