CN106549435B - 用于无线充电系统的恒定电流射频发生器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于无线充电系统的恒定电流射频发生器。用于对电池进行无线充电的设备包括功率放大器，该功率放大器具有产生用于对电池进行无线充电的磁场的发射器线圈。低通滤波器装置被电耦合于功率放大器的输出。带阻滤波器被电耦合于低通滤波器装置的输出。带阻滤波器的输出被电耦合于与电池相关联的电阻性负载。低通滤波器装置和带阻滤波器被配置为变换与发射器线圈相关联的负载阻抗，以在功率放大器的输出处产生电流，该电流响应于负载阻抗的变化基本保持恒定。

Description

用于无线充电系统的恒定电流射频发生器
技术领域
本公开总体涉及用于无线充电的技术。具体地，本公开涉及提供用于无线充电的恒定电流。
背景技术
基本的无线充电系统可以包括无线功率发射器单元(PTU)以及无线功率接收单元(PRU)。例如，PTU可以包括发射(Tx)线圈，而PRU可以包括接收(Rx)线圈。磁谐振无线充电可以利用Tx线圈和Rx线圈之间的磁耦合。在一些情况下，PRU被实施于具有不同尺寸的机架的设备中。在一些情况下，PTU被配置为恒定电流源，即使在不同尺寸的机架改变PRU和PTU之间的磁耦合的谐振频率的时候。
基于无线充电联盟(A4WP)的无线充电系统可以依靠对发射器线圈中的电流的控制来实现设计的功率传输性能。该标准特别要求针对符合性对ITX(由功率放大器(PA)提供给线圈的电流)进行测试。不论负载阻抗有多大变化，都尽可能保持电流恒定。
典型的PA拓扑默认不向负载供应恒定电流射频(RF)电流。按照惯例，在变化的负载条件下提供恒定电流特性的功率放大器系统的设计包括闭环系统。例如，当前技术水平的A4WP PA设计利用具有可变电源电压以及反馈系统的D类开关模式PA拓扑，以随着变化的负载实现恒定电流特性。基于采样的输出电流调整PA电源电压以保持恒定电流特性。像这样的解决方案响应慢、实施复杂、并且可能不满足PA在无线功率传输系统中经受的所有极端负载条件。已知的解决方案依靠反馈来调整PA的输出电流。这些解决方案成本高、响应慢、并且可能不能够提供针对大负载阻抗范围的期望的覆盖。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种用于对电池进行无线充电的设备，包括：功率放大器，该功率放大器包括发射器线圈以产生用于对电池进行无线充电的磁场；低通滤波器装置，该低通滤波器装置被电耦合于功率放大器的输出；以及带阻滤波器，该带阻滤波器包括被电耦合于发射器线圈的输出，并且该带阻滤波器被电耦合于低通滤波器装置的输出，其中，低通滤波器装置和带阻滤波器被配置为变换与发射器线圈相关联的负载阻抗以在发射器线圈的输入处产生电流，该电流响应于负载阻抗的变化基本保持恒定。
根据本公开的另一个方面，提供了一种用于对电池进行无线充电的方法，包括：提供功率放大器和发射器线圈；利用发射器线圈来产生用于对电池进行无线充电的磁场；将低通滤波器装置电耦合于功率放大器的输出；将带阻滤波器电耦合于低通滤波器装置的输出；将带阻滤波器的输出电耦合于发射器线圈，该发射器线圈通过与接收器线圈的电感耦合与电池相关联；以及利用低通滤波器装置和带阻滤波器来变换与发射器线圈相关联的负载阻抗，以在发射器线圈的输入处产生电流，该电流响应于负载阻抗的变化基本恒定。
根据本公开的另一个方面，提供了一种用于对电子设备的电池进行无线充电的装置，包括：用于向发射器线圈传送电流以产生用于对电池进行无线充电的磁场的装置；以及用于变换与发射器线圈相关联的负载阻抗的装置，其中，在不使用反馈电路的情况下，响应于负载阻抗的变化，至发射器线圈的电流基本保持恒定。
根据本公开的另一个方法，提供了一种用于对电池进行无线充电的设备，包括：发射器线圈，该发射器线圈被配置为产生用于对电池进行无线充电的磁场；功率放大器，该功率放大器被配置为向发射器线圈传送电流；以及阻抗匹配电路，该阻抗匹配电路被配置为在不使用反馈电路的情况下变换与发射器线圈相关联的负载阻抗，以在发射器线圈的输入处产生电流，该电流响应于负载阻抗的变化基本保持恒定。
附图说明
图1是PTU向PRU提供功率的框图；
图2是用于对电池进行无线充电的设备的示意图；
图3A是LC阻抗变换网络的示意图；
图3B是图3A的LC阻抗变换网络的频率响应的曲线图；
图4A是示出图2的平面A处的恒定功率等位线(power contour)、以及具有静态电容拓扑的典型E类开关模式PA的理想负载线的史密斯圆图；
图4B是示出针对负载处的恒定电流特性的理想恒定功率等位线的史密斯圆图；
图5是示出简单的LC阻抗变换器的相位偏移的史密斯圆图；
图6是二阶低通阻抗变换网络的示意图；
图7A是陷波滤波器的示意图；
图7B是等同于基频处的图5的陷波滤波器的电路的示意图；
图8是用于设计具有恒定电流特性的开关模式功率放大器的示例性方法的处理流程图；
图9是基于具有有限电感的单端E类的开关模式功率放大器的示意图；
图10是示出图9所示的具有有限电感的单端E类的负载牵引仿真的史密斯圆图；
图11是合成的输出网络的示意图；
图12是通过每一阶段的贡献示出针对图11的网络的仿真相位偏移模式的史密斯圆图；
图13A是图11的组合滤波器的频率响应比较的曲线图；
图13B是被测得的原型组合滤波器的相位偏移的史密斯圆图；
图14A是图11的合成的输出网络和开关模式PA的组合的恒定效率等位图和仿真的恒定功率的史密斯圆图；以及
图14B是仿真的输出电流等位图对比A4WP认证所需的阻抗范围的史密斯圆图。
贯穿本公开和附图使用相同的编号来指示类似的组件和特征。100系列的数字指代最初在图1中出现的特征；200系列的数字指代最初在图2中出现的特征；诸如此类。
具体实施方式
本公开总体涉及用于无线充电的技术。具体地，本文所述的技术包括具有发射器(Tx)线圈的无线功率发射单元(PTU)中的装置，其中该发射器线圈被配置为产生磁场。该装置还可以包括用于调谐发射器线圈的调谐电路。
如上文所讨论的，在一些情况下，PTU被配置成作为恒定电流源，即使不同尺寸的机架可能改变无线功率接收单元(PRU)和PTU之间的磁耦合的谐振频率。例如，相比于膝上型计算设备，具有PRU的移动计算设备可以具有相对较小的金属机架。
本文讨论的技术可以利用无线充电标准协议来实现，该无线充电标准协议例如是由无线充电联盟(A4WP)于2014年11月05日提供的1.3版规范。无线功率接收(Rx)线圈可以是功率接收单元(PRU)的组件，而无线功率发射(Tx)线圈可以是功率发射单元(PTU)的组件，如下文更加详细讨论的。然而，本文所述的技术在适用的情况下可以利用任意其他无线充电标准协议来实现。
图1是包括向PRU提供功率的PTU的无线充电布置100的框图，其中，PTU包括谐振频率检测电路。PTU 102可以经由谐振器106和108之间的磁电感耦合(如箭头110所示)来耦合至PRU 104。PRU 104可以是被配置为通过电感耦合110接收电荷的计算设备128的组件。谐振器106在本文中可以被称为PTU 102的Tx线圈106。谐振器108在本文中可以被称为PRU104的Rx线圈108。
PTU 102可以包括匹配电路112，匹配电路112被配置为将功率放大器(PA)116的输出的阻抗与PRU 104的负载阻抗相匹配。匹配电路112还可以滤除由功率放大器116输出的电流的谐波，并且可以使得由功率放大器116输出的电流能够恒定。匹配电路112可以包括电子组件(例如，电容器、电感器以及其他电路元件)的任意适合的布置。不过，匹配电路112的具体示例性实施例在图2和图8中被示出。PTU 102的其他组件可以包括振荡器118、电流传感器120、蓝牙低功耗(BLE)模块122、控制器124、直流至直流(DC2DC)转换器126等等。电流传感器120可以是电流表、电压表或被配置为感测由于PTU 102和另一对象(例如，PRU104)之间的电感耦合而发生的负载变化的任意适合的传感器。传感器120可以向PTU 102的控制器124提供负载变化的指示。控制器124可以给功率放大器116通电，功率放大器116被配置为从DC2DC转换器126接收直流电流(DC)，并且放大和振荡该电流。振荡器118可以被配置为振荡以给定频率提供的功率。
如图1所示，电感耦合110可以在Tx线圈106和Rx线圈108之间发生，并且当与电感耦合相关联的磁通量穿过Rx线圈108时，计算设备128可以接收功率。整流器132可以从Rx线圈108接收具有交流电流(AC)的电压，并且可以被配置为产生具有直流电流(DC)的整流电压(Vrect)。如图1所示，DC2DC转换器134可以向电池136提供DC输出。
PRU 104还可以包括控制器138，该控制器138被配置为发起具有无线握手数据的无线广播。如上文所讨论的，无线握手广播可以由诸如BLE模块130之类的无线数据传输组件实现。
根据本技术，PA 116是向不同负载提供恒定RF电流的开关模式功率放大器。详细的设计方法还被提供来合成无线充电(A4WP)兼容的、法定批准的PA解决方案。
开关模式PA 116及其相应的输出网络被配置为在没有反馈和动态调整的情况下实现恒定电流特性。PA输出网络拓扑和设计可以是这样的PA，其以预定义的负载阻抗提供一定的功率，当负载具有大电阻和电抗变化时向负载提供近似恒定的电流输出，并且具有低谐波发射，这使得系统能够通过杂散发射(EMI)法定测试。
本文所述的简化系统通过策略性地选择输出网络电路参数以使得PA 116随着负载阻抗的增加自动输出更多功率来合成PA输出网络，从而产生优越的恒定电流特性。这简化了系统设计、降低了成本、并且在大负载阻抗范围内提供了更好的功能。
输出网络被配置为向开关模式PA 116呈现负载线(关于不同负载阻抗)，该负载线与PA 116的恒定功率等位线的最高梯度路径对齐。进而，这可以在允许恒定电流特性的同时实现上文所述的三个特征。
图1的框图不意图指示PTU 102和/或PRU 104要包括图1所示的所有组件。此外，PTU 102和/或PRU 104可以包括图1中未示出的任意数量的额外组件，这取决于具体实现方式的细节。
图2是用于对电池进行无线充电的恒定电流PA设备200的一个实施例的示意图，恒定电流PA设备200包括开关模式PA 116和匹配电路112，匹配电路112包括低通滤波器和阻抗变换装置204以及带阻/陷波滤波器206。理想操作模式下的开关模式PA的DC电源电压和输出功率之间的关系可以被概括成以下公式：
R＝αV2 DD/Pout
其中R表示为了得到输出功率Pout而给予PA 116的理想负载阻抗，并且α是因不同的开关模式PA拓扑而改变的系数。α值可以在0.056(针对偶次谐波E类拓扑)至1.356(针对并联电路E类拓扑)的范围内变动。
基于上述关系，组合的输出网络将负载阻抗RL变换成R，以便于得到关于RL的期望的输出功率。这可以通过应用具有低通特性的单个L网络阻抗变换器或一组L网络阻抗变换器来实现。例如，图3A中的LC阻抗变换电路可以利用以下方程合成：
L＝RQL/ω C＝QL/RLω QL＝(RL/R-1)1/2
其中ω是角频率。图3A的这种电路具有低通频率响应，如图3B所示。然而，低通频率响应可能不够锐利到抑制低阶谐波。额外的带阻滤波可以被用于进一步抑制低阶谐波。
仅仅应用阻抗变换和滤波器网络不能保证恒定电流特性，因为输出功率特征取决于开关模式PA 116的拓扑。可以通过在开关模式PA的输出处进行负载牵引仿真(例如，图2中的参考平面A)来发现输出功率特征。
图4A描绘了通过以R为史密斯圆图的中心的绘制的具有静态电容的典型E类PA的恒定功率等位线。可以看出，恒定功率等位线利用多个等位线截断实轴，这表示随着负载阻抗的增大，输出功率先增大再减小。这不会转化成整体恒定电流特性。
如图4A所示，针对最佳恒定电流特性，增大负载电阻的负载线需要从史密斯圆图的实轴旋转至与开关模式PA的恒定功率等位线的最大梯度路径对齐。沿着该路径进行操作保证输出功率随着负载阻抗的增大而单调增大的最高速率，因此最佳恒定电流特性是可能的。
为了实现与恒定功率等位线的被识别的最高梯度路径对齐的负载线，需要将实轴顺时针旋转θ的阻抗变换网络，这等同于将恒定功率等位线逆时针旋转θ，从而使得最大梯度路径与实轴对齐，如图4B所示。对史密斯圆图的这种旋转策略可以被理解成相位偏移。然而，为了同时实现低通滤波、阻抗变换、以及恒定电流特性所需的相位偏移，需要被精确合成的输出网络。
图3A所示的LC低通阻抗变换网络可以将负载侧处的RL变换为提供给开关模式PA的R，其中RL＞R。当广义阻抗Rout被提供给网络时，它将被变换成由以下表达式表示的Rout’：
Rout’＝Rout/(1+ωRoutC)2+j[ωL-ωCRout 2/(1+ωRoutC)2]
在以R为中心的史密斯圆图上，R’out位于：
Γ＝(Rout’-R)/(Rout’+R)
将L和C替换为RL、R和QL，生成：
Γ＝-(R2 out-R2 L)(RL-2R)/RL(Rout+RL)2-2jQLR(R2 out-R2 L)/RL(Rout+RL)2
其轨迹在图5中被标绘出，并且在史密斯圆图上它与实轴的夹角可以按以下公式计算：
可以看出，该夹角不依赖于输出电阻，并且它在史密斯圆图上呈现为直线。换言之，LC低通网络可以作为相位偏移元件。如图5所示，由图3A中的LC网络引入的相位偏移在史密斯圆图上被标绘为以R作为原点并且扫描。可以看出，其提供了的顺时针旋转，这对应于由上述公式所确定的的相位偏移。因此，低通滤波器装置204可以变换功率放大器的输出阻抗R以与电阻性负载输入阻抗RL相匹配。
一阶阻抗变换无法提供精确的相位偏移和期望的阻抗变换两者。因此，低通滤波器装置204可以包括第一阶低通滤波器208和第二阶低通滤波器210。二阶解决方案提供又一个自由度(中间阶段阻抗RINT)以允许PA输出网络同时实现适合的阻抗变换和恒定电流特性。第二低通滤波阶段还改善了电磁干扰(EMI)抑制。
二阶低通阻抗变换网络400在图6中被示出，其中两个LC网络被用于转换负载阻抗RL以与输出阻抗R相匹配。选择中间阻抗RINT，使得RINT＜RL并且RINT＜R。输出网络的电路参数可以按以下公式计算：
L1＝RINTQL1/ω C1＝QL1/Rω QL1＝(R/RINT-1)1/2
L2＝RINTQL2/ω C2＝QL2/RLω QL2＝(RL/RINT-1)1/2
由各阶所引入的负载线的相应顺时针旋转可以按以下公式计算：
一旦输入和输出阻抗(R，RL)被确定，那么就存在为PA提供期望的组合相位偏移以实现最佳恒定电流特性的唯一中间阻抗RINT。阻抗变换网络的输出处的陷波滤波器(带阻滤波器)网络206可以提供对前几个谐波的额外阻断。例如，三个谐振对可以分别被调谐为以lf0、mf0和nf0谐振，其中，f0是基频(针对A4WP为6.78MHz)，并且系数l、m和n是表示f0的1次、m次和n次谐波的整数。如图7A-B所示，谐波势阱等同于f0处的LCπ网络。接着之前的分析，等效电感L’和电容C’、C”值可以通过改变串联或并联谐振槽的Q(lmn)来调整，从而使得它给负载带来预定相位偏移ρ。当输入和输出阻抗相同(即，为RL)时，提供预定相位偏移ρ的等效电容和电感值可以按以下公式计算：
C′＝C″＝(1-cos(ρ))/(RLωsin(ρ))L′＝RLsin(ρ)/ω
除了相位偏移，相同的网络还可以被用于执行阻抗变换，这取决于具体实施例的设计特征。为了实现恒定电流特性，二阶LC网络的相位偏移组合加上由陷波滤波器引入的相位偏移ρ可以按以下公式来确定：
其中陷波滤波器电路的Q可以按以下公式来计算：
Q1＝1RL sin(ρ)/(12-1)(1-cos(ρ))
Qm＝m RL sin(ρ)/(m2-1)(1-cos(ρ))
Qn＝RL sin(ρ)(n2-1)/n
这种关系可以使得开关模式PA能够同时实现以设计负载阻抗RL得到期望的输出功率、最佳恒定电流特性、以及优良的低通和带阻滤波，以便于去除EMI。
本公开描述了PA输出网络，其中，输出网络电路参数被选择来使得PA随着负载阻抗的增大而自动地输出更多功率，这可以产生最佳恒定电流特性。从而，显著简化了系统设计、降低了成本、并且在大负载阻抗范围内提供了更好的功能。
图8示出用于A4WP无线充电系统的、从PA输出的开关模式恒定电流的设计流程方法800。在方框802中，确定产品规格(例如，效率、成本、板上面积等)。在方框804中，基于产品规格选择开关模式PA的操作模式(例如，E类或D类，单端或差分等)。
在下一方框806中，利用上文提供的公式基于DC电源电压和输出功率确定开关模式PA的输出阻抗R和PA内的或与PA相关联的L和C的值。例如，计算给予PA以实现期望的功率输出等级的期望的输出阻抗R，然后可以根据设计公式确定用于支持所选操作模式的时序的L和C的电抗值。
在方框808中，运行负载牵引仿真以在史密斯圆图上绘制恒定功率等位线。在史密斯圆图的顶部，可以穿过图的中心画出负载线以指示等位线的最大梯度路径。这条线是针对整体PA呈现最佳恒定电流特性的理想负载路径。这条线和史密斯圆图的实轴之间的倾斜角θ指示阻抗变换网络和输出滤波器的理想相位偏移。
在方框810中，随后基于θ选择低通阻抗变换器电路拓扑，其中它可以包含π网络(如图4所示)、T网络、其他单个网络、或多个LC网络的组合。然后在方框812中，基于根据电磁兼容性(EMC)估计被阻断的频率来定义输出陷波滤波器。然后电感器和电容器的组合可以被设计来提供适合的相位偏移。
接下来，在方框814中，通过调整设计参数(例如，陷波滤波器部分的Q、RINT等)来优化阻抗变换器和陷波滤波器分段，从而通过阻抗变换阶段和滤波器阶段的组合相位偏移来实现期望的相位偏移θ。这可以是迭代过程，如方框816所示，在方框816中确定来自输出网络的组合相位偏移是否等于θ。如果不等于，则操作返回至方框814。如果等于，则恒定电流开关模式PA已经被优化，如方框818所指示的。通过由阻抗变换阶段和滤波器阶段的组合相位偏移实现期望的相位偏移θ，PA可以被使得能够同时提供恒定电流特性、期望的功率输出和低EMI发射。
方法800不应该被解释成意为方框必须以所示顺序来执行。此外，取决于具体实现方式的设计考虑，更多或更少的动作可以被包含在方法800中。
图9示出基于A4WP的无线充电装置的恒定电流PA 900。PA 900包括具有有限的电感和10.8V的VDD(源自12VDC电源)的单端E类拓扑，它具有紧凑型尺寸和低廉的成本。无线充电线圈系统可以调用PA 900来向30Ohm(欧姆)的负载提供12瓦特的功率。基于针对这种拓扑的E类PA的设计公式，L和C值可以按以下公式计算：
R＝1.356VDD 2/Pout＝13.27Ohm
L1＝0.732R/ω＝228nH
C1＝0.985/Rω＝1212pF
这种PA结构的负载牵引仿真可以被执行，并且如图10所示，可以使得理想的负载线角度θ＝197度(与PA的输出和负载之间的98.5度的相位偏移相对应)被识别。
图11示出用于对电池进行无线充电的设备1100，该设备1100包括两级L低通网络，后面跟随有陷波滤波器。L网络通过20欧姆的中间阻抗将13.27欧姆的源阻抗变换成30欧姆的负载阻抗。陷波滤波器具有30欧姆的特征阻抗并且抑制6.78MHz的5次、6次和7次谐波。
仿真的相位偏移(负载线的旋转)在图12中被示出。可以看到L低通阻抗变换器的两个阶段分别提供和的旋转。为了实现整体θ＝＝197°的旋转，陷波滤波器网络可以被优化为提供2ρ＝55°的旋转。陷波滤波器相应的Q5、Q6和Q7分别是25、20.6和96.6。
组合滤波器网络的频率响应在图13A中被示出。可以看到随着频率平稳下降的曲线表示单独的低通滤波器阶段，以及接近平稳下降的曲线表示组合滤波器响应，其中对三个陷波滤波器的添加提供了至少55dB的大于30MHz(EMI杂散发射测试的起始点)的谐波的衰减。在高频处具有最大值的第三条曲线表示滤波器电路的原型的经验数据，并且示出与仿真符合得很好。原型网络的相位偏移也被测量，并且结果如图13B所示。负载线的方向很好地与理想负载线相对齐。
图14A-B示出将开关模式PA和合成的输出网络组合后的仿真负载牵引等位线。如图14A所示，PA设计以目标阻抗输出期望的功率。与设计目标很好地对齐的各个恒定功率等位线单调地截住实轴。图14B描绘滤波器的输出处的恒定电流等位线以及基于A4WP规范的恒定电流特性所需的阻抗范围。可以看出，尽管覆盖了非常大的电阻和电抗范围(2～50欧姆、-54～12j欧姆)，但PA设计大致呈现了非常好的恒定电流特性。阻抗范围的变化只在740mA和860mA峰值之间(或者在523mA和608mA RMS之间)，这被认为对于恒定电流特性方面是可保证的。
本文所述的PA解决方案结合无线充电线圈来使用。然而，发明的PA解决方案还可以在结合时钟生成电路使用时起作用。
示例
示例1是一种用于对电池进行无线充电的设备。该设备包括：功率放大器，该功率放大器包括发射器线圈，以产生用于对电池进行无线充电的磁场；低通滤波器装置，该低通滤波器装置被电耦合于功率放大器的输出；以及带阻滤波器，该带阻滤波器被电耦合于低通滤波器装置的输出，该带阻滤波器的输出被电耦合于发射器线圈，其中，低通滤波器装置和带阻滤波器变换与发射器线圈相关联的负载阻抗，以使得功率放大器在发射器线圈的输入处产生电流，该电流响应于负载阻抗的变化基本保持恒定。
示例2包括示例1的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，电池通过发射器线圈和接收器线圈之间的电感耦合与发射器线圈相关联，并且表现为与该发射器线圈相关联的负载电阻。
示例3包括示例1至2中的任一示例的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，低通滤波器装置和带阻滤波器变换与发射器线圈相关联的负载阻抗，从而使得在向进行充电的电池传送期望的功率时，与发射器线圈相关联的负载阻抗与功率放大器的阻抗相匹配。
示例4包括示例1至3中的任一示例的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，低通滤波器装置包括连接至第二阶低通滤波器的第一阶低通滤波器系列。可选择地，第一阶低通滤波器包括第一电感器和第一电容器，并且第二阶低通滤波器包括第二电感器和第二电容器。
示例5包括示例1至4中的任一示例的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，功率放大器具有输出阻抗R，电阻性负载具有输入阻抗RL，低通滤波器装置提供具有的相位偏移的输出电压，其中，
可选择地，低通滤波器装置被配置为变换功率放大器的输出阻抗R以与电阻性负载阻抗RL相匹配。
示例6包括示例1至5中的任一示例的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，低通滤波器装置和带阻滤波器将会滤除在功率放大器的输出处产生的电流的谐波。
示例7包括示例1至6中的任一示例的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，第二阶低通滤波器将第一阶低通滤波器系列和带阻滤波器互连。
示例8包括示例1至7中的任一示例的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，低通滤波器装置和带阻滤波器顺时针旋转史密斯圆图上的实轴并且逆时针旋转恒定功率等位线，从而将最大梯度路径与实轴对齐。
示例9包括示例1至8中的任一示例的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，低通滤波器装置和带阻滤波器将史密斯圆图上的实轴顺时针旋转角度角度与的相位偏移相对应。
示例10包括示例1至9中的任一示例的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，低通滤波器装置包括连接至第二阶低通滤波器的第一阶低通滤波器系列，该第一阶低通滤波器包括第一电感器L1和第一电容器C1，并且该第二阶低通滤波器包括第二电感器L2和第二电容器C2，中间阻抗RINT被提供在第一阶低通滤波器和第二阶低通滤波器之间，其中，L1、C1、L2和C2的值满足以下公式以从功率放大器中得到基本恒定的电流：
L1＝RINTQL1/ω C1＝QL1/Rω QL1＝(R/RINT-1)1/2
L2＝RINTQL2/ω C2＝QL2/RLω QL2＝(RL/RINT-1)1/2
其中，ω是角频率，R是第一阶低通滤波器的输入处的阻抗，RL是第二阶低通滤波器的输出处的阻抗，并且Q是品质因数。可选择地，低通滤波器装置和带阻滤波器的相位偏移组合通过选择中间阻抗RINT和Q的值，将史密斯圆图上的负载线从实轴旋转至恒定功率等位线的期望的最大梯度路径。
示例11是用于对电池进行无线充电的方法。该方法包括：提供功率放大器和发射器线圈；利用发射器线圈来产生用于对电池进行无线充电的磁场；将低通滤波器装置电耦合于功率放大器的输出；将带阻滤波器电耦合于低通滤波器装置的输出；将带阻滤波器的输出电耦合于发射器线圈，该发射器线圈通过与接收器线圈的电感耦合与电池相关联；以及利用低通滤波器装置和带阻滤波器来变换与发射器线圈相关联的负载阻抗，以使得功率放大器在发射器线圈的输入处产生电流，该电流响应于负载阻抗的变化基本是恒定的。
示例12包括示例11的方法，包括或排除可选特征。在该示例中，电池通过发射器线圈和接收器线圈之间的电感耦合与发射器线圈相关联并且表现为与发射器线圈相关联的负载电阻。
示例13包括示例11至12中的任一示例的方法，包括或排除可选特征。在该示例中，低通滤波器装置和带阻滤波器变换与发射器线圈相关联的负载阻抗，从而使得在向进行充电的电池传送期望的功率时将与发射器线圈相关联的负载阻抗与功率放大器的阻抗相匹配。
示例14包括示例11至13中的任一示例的方法，包括或排除可选特征。在该示例中，低通滤波器装置包括连接至第二阶低通滤波器的第一阶低通滤波器系列。可选择地，第一阶低通滤波器包括第一电感器和第一电容器，且第二阶低通滤波器包括第二电感器和第二电容器。
示例15包括示例11至14中的任一示例的方法，包括或排除可选特征。在该示例中，功率放大器具有输出阻抗R，电阻负载具有输入阻抗RL，低通滤波器装置提供具有的相位偏移的输出电压，其中，
可选择地，该方法包括利用低通滤波器装置变换功率放大器的输出阻抗R以与电阻性负载阻抗RL相匹配。
示例16包括示例11至15中的任一示例的方法，包括或排除可选特征。在该示例中，低通滤波器装置和带阻滤波器将滤除在功率放大器的输出处产生的电流的谐波。
示例17包括示例11至16中的任一示例的方法，包括或排除可选特征。在该示例中，第二阶低通滤波器将第一阶低通滤波器系列和带阻滤波器互连。
示例18是一种用于对电池进行无线充电的设备。该设备包括：功率放大器和与电池相关联的发射器线圈，发射器线圈产生用于对电池进行无线充电的磁场；以及滤波电路，该滤波电路被电连接至功率放大器的输出，并且具有被电连接至发射器线圈的输出，该发射器线圈通过与接收器线圈的电感耦合与电池相关联；滤波电路包括带阻滤波器、第一阶低通滤波器以及第二阶低通滤波器的串联组合，带阻滤波器、第一阶低通滤波器以及第二阶低通滤波器的串联组合变换与发射器线圈相关联的负载阻抗，从而使得功率放大器在该功率放大器的输出处产生电流，该电流响应于负载阻抗的变化基本是恒定的。
示例19包括示例18的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，电池通过发射器线圈和接收器线圈之间的电感耦合与发射器线圈相关联并且表现为与发射器线圈相关联的负载电阻。
示例20包括示例18至19中的任一示例的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，带阻滤波器、第一阶低通滤波器以及第二阶低通滤波器的串联组合变换与发射器线圈相关联的负载阻抗，从而使得在向进行充电的电池传送期望的功率时将与发射器线圈相关联的负载阻抗与功率放大器的阻抗相匹配。
示例21包括示例18至20中的任一示例的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，第一阶低通滤波器包括第一电感器和第一电容器，并且第二阶低通滤波器包括第二电感器和第二电容器。
示例22包括示例18至21中的任一示例的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，功率放大器具有输出阻抗R，电阻负载具有输入阻抗RL，带阻滤波器、第一阶低通滤波器以及第二阶低通滤波器的串联组合被配置为提供具有的相位偏移的输出电压，其中，
可选择地，带阻滤波器、第一阶低通滤波器以及第二阶低通滤波器的串联组合变换功率放大器的输出阻抗R以与电阻负载阻抗RL相匹配。
示例23包括示例18至22中的任一示例的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，带阻滤波器、第一阶低通滤波器以及第二阶低通滤波器的串联组合将滤除在功率放大器的输出处产生的电流的谐波。
示例24包括示例18至23中的任一示例的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，第二阶低通滤波器将第一阶低通滤波器系列和带阻滤波器互连。
示例25包括一种用于对电子设备的电池进行无线充电的装置。该装置包括：用于向发射器线圈传送电流以产生用于对电池进行无线充电的装置；以及用于变换与发射器线圈相关联的负载阻抗的装置，从而使得在不使用反馈电路的情况下，响应于所述负载阻抗的变化，被传送至发射器线圈的电流基本保持恒定。
示例26包括示例25的装置，包括或排除可选特征。在该示例中，用于变换与发射器线圈相关联的负载阻抗的装置包括：低通滤波器装置和带阻滤波器装置，低通滤波器装置和带阻滤波器装置被置于发射器线圈和用于向发射器线圈传送电流的装置之间。可选择地，低通滤波器装置包括连接至第二阶低通滤波器的第一阶低通滤波器系列。可选择地，第一阶低通滤波器系列包括第一电感器和第一电容器，并且第二阶低通滤波器包括第二电感器和第二电容器。可选择地，低通滤波器装置提供具有的相位偏移的输出电压，其中：
在上述公式中，R是功率放大器的输出阻抗，且RL是与发射器线圈相关联的负载阻抗。
示例27包括示例25至26中的任一示例的装置，包括或排除可选特征。在该示例中，用于变换与发射器线圈相关联的负载阻抗的装置将滤除在用于向发射器线圈传送电流的装置的输出处产生的电流的谐波。
示例28是一种用于对电池进行无线充电的设备。该设备包括：发射器线圈，该发射器线圈产生用于对电池进行无线充电的磁场；功率放大器，该功率放大器向发射器线圈传送电流；以及阻抗匹配电路，该阻抗匹配电路被配置为在不使用反馈电路的情况下变换与发射器线圈相关联的负载阻抗，从而使得功率放大器在发射器线圈的输入处产生电流，该电流响应于负载阻抗的变化基本保持恒定。
示例29包括示例28的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，阻抗匹配电路变换与发射器线圈相关联的负载阻抗，从而使得在向进行充电的电池传送期望的功率时将与发射器线圈相关联的负载阻抗与功率放大器的阻抗相匹配。
示例30包括示例28至29中的任一示例的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，阻抗匹配电路包括：低通滤波器装置，该低通滤波器装置被电耦合于功率放大器的输出；以及带阻滤波器，该带阻滤波器被电耦合于低通滤波器装置的输出，带阻滤波器的输出被电耦合于发射器线圈。可选择地，低通滤波器装置包括连接至第二阶低通滤波器的第一阶低通滤波器系列。可选择地，低通滤波器装置提供具有的相位偏移的输出电压，其中：
在上述公式中，R是功率放大器的输出阻抗，且RL是与发射器线圈相关联的负载阻抗。可选择地，低通滤波器装置被配置为变换功率放大器的输出阻抗R以与电阻负载阻抗RL相匹配。
示例31包括示例28至30中的任一示例的设备，包括或排除可选特征。在该示例中，阻抗匹配电路将滤除在功率放大器的输出处产生的电流的谐波。
不需要将本文所示出和所描述的所有组件、特征、结构、特点等都包含在具体方面中。如果说明书说明“可”、“可以”、“能”或“可能”包含组件、特征、结构或特点，那么例如不要求包含具体的组件、特征、结构或特点。如果说明书或权利要求涉及“一”或“一个”元件，那么这不表示只存在一个元件。如果说明书或权利要求涉及“额外的”元件，那么这不排除存在不止一个额外元件。
应该注意的是，虽然参考具体实现方式描述了一些方面，但是可能有根据一些方面的其他实现方式。此外，电路元件的布置和/或顺序或本文所述的和/或附图所示的其他特征不需要以所示和所述的具体方式进行布置。可能有根据一些方面的许多其他布置。
在途中所示的各个系统中，一些情形中的元件可以分别具有相同或不同的编号以指示所表示的元件不同和/或类似。然而，元件可以足够灵活以具有不同的实现方式并且与本文所述或所示的一些或所有系统配合。附图中所示的各种元件可以相同或不同。哪个元件被称为第一元件以及哪个元件被称为第二元件是任意的。
应该理解的是，上文提到的示例中的细节可以在一个或多个方面的任意地方使用。例如，，上文所述的计算设备的所有可选特征还可以关于本文所述的计算机可读介质或方法中的任一者被实现。此外，虽然流程图和/或状态图在本文被用于描述方面，但是技术不限于本文的那些图或相应的描述。例如，流程不需要通过每个示出的框或状态，或者不需要以本文所述或所示的完全相同的顺序移动。
本技术不限于本文所列举的具体细节。事实上，了解了本公开的优势的本领域的相关技术人员可以理解可以在本技术的范围内根据上述描述和附图进行许多其他改变。因此，定义本技术的范围的所附权利要求包括对其的任意修改。

Claims (25)

1.一种用于对电池进行无线充电的设备，包括：
功率放大器，所述功率放大器包括发射器线圈以产生用于对电池进行无线充电的磁场；
低通滤波器装置，所述低通滤波器装置被电耦合于所述功率放大器的输出；以及
带阻滤波器，所述带阻滤波器包括被电耦合于发射器线圈的输出，并且所述带阻滤波器被电耦合于所述低通滤波器装置的输出，
其中，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器被配置为变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗以在所述发射器线圈的输入处产生电流，该电流响应于所述负载阻抗的变化基本保持恒定，并且其中，为了变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器被配置为将所述功率放大器的恒定输出等位线的最大梯度路径与阻抗史密斯圆图上的实轴对齐。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电池通过所述发射器线圈和接收器线圈之间的电感耦合与所述发射器线圈相关联，并且表现为与所述发射器线圈相关联的负载电阻。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器被配置为变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗，以在向进行充电的所述电池传送期望的功率时将与所述发射器线圈相关联的负载阻抗与所述功率放大器的阻抗相匹配。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述低通滤波器装置包括连接至第二阶低通滤波器的第一阶低通滤波器系列。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述第一阶低通滤波器包括第一电感器和第一电容器，并且所述第二阶低通滤波器包括第二电感器和第二电容器。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述功率放大器具有输出阻抗R，电阻性负载具有负载阻抗RL，所述低通滤波器装置提供具有的相位偏移的输出电压，其中，
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述低通滤波器装置被配置为变换所述功率放大器的输出阻抗R以与所述电阻性负载阻抗RL相匹配。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器被配置为滤除在所述功率放大器的输出处产生的所述电流的谐波。
9.根据权利要求4所述的设备，其中，所述第二阶低通滤波器被配置为将所述第一阶低通滤波器系列和所述带阻滤波器互连。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器被配置为顺时针旋转史密斯圆图上的实轴并且逆时针旋转恒定功率等位线，以将最大梯度路径与所述实轴对齐。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器被配置为将史密斯圆图上的实轴顺时针旋转角度以提供的相位偏移。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述低通滤波器装置包括连接至第二阶低通滤波器的第一阶低通滤波器，所述第一阶低通滤波器包括第一电感器L1和第一电容器C1，并且所述第二阶低通滤波器包括第二电感器L2和第二电容器C2，中间阻抗RINT被提供在所述第一阶低通滤波器和所述第二阶低通滤波器之间，其中，L1、C1、L2和C2的值满足以下公式以从所述功率放大器中得到基本恒定的电流：
L1＝RINTQL1/ω C1＝QL1/Rω QL1＝(R/RINT-1)1/2
L2＝RINTQL2/ω C2＝QL2/RLω QL2＝(RL/RINT-1)1/2
其中，ω是角频率，R是所述第一阶低通滤波器的输入处的阻抗，RL是所述第二阶低通滤波器的输出处的阻抗，并且Q是品质因数。
13.根据要求12所述的设备，其中，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器的相位偏移组合被配置为通过选择所述中间阻抗RINT和所述Q的值，来将所述史密斯圆图上的负载线从所述实轴旋转至恒定功率等位线的期望的最大梯度路径。
14.一种用于对电池进行无线充电的方法，包括：
提供功率放大器和发射器线圈；
利用所述发射器线圈来产生用于对电池进行无线充电的磁场；
将低通滤波器装置电耦合于所述功率放大器的输出；
将带阻滤波器电耦合于所述低通滤波器装置的输出；
将所述带阻滤波器的输出电耦合于发射器线圈，该发射器线圈通过与接收器线圈的电感耦合与所述电池相关联；以及
利用所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器来变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗，以在所述发射器线圈的输入处产生电流，该电流响应于所述负载阻抗的变化基本恒定，并且其中，为了变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器被配置为将所述功率放大器的恒定输出等位线的最大梯度路径与阻抗史密斯圆图上的实轴对齐。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述电池通过所述发射器线圈和所述接收器线圈之间的电感耦合与所述发射器线圈相关联，并且表现为与所述发射器线圈相关联的负载电阻。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器被配置为变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗，以在向进行充电的所述电池传送期望的功率时将与所述发射器线圈相关联的负载阻抗与所述功率放大器的阻抗相匹配。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述低通滤波器装置包括连接至第二阶低通滤波器的第一阶低通滤波器系列。
18.一种用于对电子设备的电池进行无线充电的装置，包括：
用于向发射器线圈传送电流以产生用于对电池进行无线充电的磁场的装置；以及
用于变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗的装置，其中，在不使用反馈电路的情况下，响应于所述负载阻抗的变化，至发射器线圈的所述电流基本保持恒定，并且其中，为了变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗，所述用于变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗的装置被配置为将所述用于向发射器线圈传送电流以产生用于对电池进行无线充电的磁场的装置的恒定输出等位线的最大梯度路径与阻抗史密斯圆图上的实轴对齐。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述用于变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗的装置包括：低通滤波器装置和带阻滤波器装置，所述低通滤波器装置和所述带阻滤波器装置被置于所述发射器线圈和用于向发射器线圈传送电流的装置之间。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述低通滤波器装置包括连接至第二阶低通滤波器的第一阶低通滤波器系列。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述第一阶低通滤波器系列包括第一电感器和第一电容器，并且所述第二阶低通滤波器包括第二电感器和第二电容器。
22.根据权利要求19所述的装置，其中，所述低通滤波器装置提供具有的相位偏移的输出电压，其中：
R是所述功率放大器的输出阻抗；以及
RL是与所述发射器线圈相关联的负载阻抗。
23.一种用于对电池进行无线充电的设备，包括：
发射器线圈，所述发射器线圈被配置为产生用于对电池进行无线充电的磁场；
功率放大器，所述功率放大器被配置为向所述发射器线圈传送电流；以及
阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路被配置为在不使用反馈电路的情况下变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗，以在所述发射器线圈的输入处产生电流，该电流响应于所述负载阻抗的变化基本保持恒定，并且其中，为了变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗，所述阻抗匹配电路被配置为将所述功率放大器的恒定输出等位线的最大梯度路径与阻抗史密斯圆图上的实轴对齐。
24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述阻抗匹配电路被配置为变换与所述发射器线圈相关联的负载阻抗，以在向进行充电的所述电池传送期望的功率时，将与所述发射器线圈相关联的负载阻抗与所述功率放大器的阻抗相匹配。
25.根据权利要求23或24所述的设备，其中，所述阻抗匹配电路包括：
低通滤波器装置，所述低通滤波器装置被电耦合于所述功率放大器的输出；以及
带阻滤波器，所述带阻滤波器被电耦合于所述低通滤波器装置的输出，所述带阻滤波器的输出被电耦合于发射器线圈。
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