CN107276447B - 多桥拓扑 - Google Patents

Abstract

一种具有多桥拓扑的功率供应配置成在操作期间提供多个不同的桥拓扑。所述功率供应包括连接到控制器的多个半桥电路。所述控制器能够通过控制半桥电路而在操作期间选择性地在多个不同的桥拓扑的之间配置所述功率供应。

Description

多桥拓扑

本案为分案申请。其母案的发明名称为“多桥拓扑”，申请日为2012年11月27日，申请号为201280058646.4。

背景技术

一些功率供应（power supply）通过在逆变器桥两端施加AC功率来操作。半桥拓扑和全桥拓扑是两种示例性桥拓扑。

半桥拓扑被图示为图1中感应功率供应系统的部分。半桥拓扑包括控制器102、储能（tank）电路104、和逆变器106。逆变器106被实现为一对开关，即场效应晶体管（FET）。控制器102被电连接到两个开关以便将DC电压源（V+）或者参考电压（地）选择性地耦合到储能电路104。在操作中，开关的时序（timing）指示所生成的AC信号的各种特性。

全桥拓扑被图示为图2中感性功率供应系统的部分。所述全桥拓扑包括控制器202、储能电路204和两个逆变器206、207。每个逆变器用一对开关（即FET）来实现。控制器电连接到所有的开关以便将DC电压源（V+）或者参考电压（地）选择性地耦合到储能电路。在操作中，开关的时序指示所生成的AC信号的各种特性。

发明内容

具有多桥拓扑的功率供应能够被配置成在操作期间提供多个不同的桥拓扑。所述功率供应包括控制器、电连接到控制器的第一半桥电路和电连接到控制器的第二半桥电路。控制器能够通过控制第一半桥电路中的开关和第二半桥电路中的开关而在操作期间选择性地在多个不同的桥拓扑之间配置功率供应。

在操作期间，能够通过控制器配置的拓扑取决于半桥电路如何电连接。在一个实施例中，第一半桥电路通过第一电容器被电连接到初级线圈的第一端子并且第二半桥电路通过第二电容器被电连接到初级电感器的第一端子。在该实施例中，功率供应的控制器能够通过改变开关如何被驱动而操作多桥拓扑作为半桥或者具有电容性分压器（capacitivedivider）的半桥。

在另一个实施例中，第一半桥电路通过第一电容器被电连接到初级电感器的第一端子并且第二半桥电路被电连接到初级电感器的第二端子。在该实施例中，功率供应的控制器能够操作多桥拓扑作为全桥或者半桥。

控制器能够通过驱动第一半桥电路和第二半桥电路中的每一个作为开关电路、DC源、参考电压或者开路电路而控制第一半桥电路和第二半桥电路。每个半桥电路的开关如何被驱动确定桥拓扑。因此，在操作期间通过改变控制器如何驱动开关，能够在操作期间改变桥拓扑。

利用附加的半桥电路，附加的桥拓扑对在其之间切换可用。在一个实施例中，功率供应包括电连接到控制器的第三半桥电路。控制器能够通过控制第一半桥电路、第二半桥电路和第三半桥电路而在操作期间选择性地在多个不同桥拓扑的之间配置所述功率供应。

在一个实施例中，控制器能够选择性地配置半桥电路来调节谐振频率。根据电容器的电容和半桥电路如何被驱动，电容器能够对功率供应产生不同的影响。在两个半桥电路都通过电容器电连接到初级电感器端子的情况下，如果两个半桥电路被驱动作为彼此同相的开关电路，那么电容器将实质上被并联。如果半桥电路中的一个被驱动作为参考电压而另一个个被驱动作为开关电路，那么电连接到被驱动为参考电压的半桥的电容器将用作分压器。可用的各种桥拓扑还根据电容器平衡还是不平衡而变化。平衡电容器提供具有共同谐振频率的附加的桥拓扑。不平衡电容器提供具有不同谐振频率的附加的桥拓扑。其他电路组件也可以被用来调节所配置的储能电路的谐振频率。例如，这些组件可以包括电容器、电感器、非线性半导体组件或电阻。这些组件可以串联或并联于桥配置而被包含。

在一个实施例中，功率供应包括电连接到控制器的第四半桥电路。控制器能够通过控制第一半桥电路、第二半桥电路、第三半桥电路和第四半桥电路而在操作期间选择性地在多个不同桥拓扑之间配置所述功率供应。在第一半桥和第二半桥电路均通过单独的电容器被电连接到初级电感器的一个端子且第三半桥和第四半桥电路通过单独的电容器被电连接到初级电感器的另一个端子的情况下，则多个不同的桥拓扑包括对称的全桥和具有电容性分压器的对称的全桥。

所述功率供应可以被实现在无线功率供应内以用于将功率供应无线地提供给远程设备。控制器可以响应于新的远程设备被放置在无线功率供应附近、远程设备需要更多或更少的功率或者输入功率的改变来选择性地在多个不同桥拓扑之间配置所述功率供应。

在一个实施例中，多桥拓扑包括初级电感器、第一逆变器、第二逆变器和控制器。第一逆变器包括用于选择性地将第一节点耦合到第一电压源的第一开关和用于选择性地将第一节点耦合到第一参考电压的第二开关。第一节点通过第一电容器电连接到初级电感器的第一端子。第二逆变器包括用于选择性地将第二节点耦合到第二电压源的第一开关和选择性地将第二节点耦合到第二参考电压的第二开关。第二节点通过第二电容器电连接到初级电感器的第一端子。控制器能够通过控制第一逆变器的第一开关和第二开关以及通过控制第二逆变器的第一开关和第二开关而在多个不同的桥拓扑之间配置多桥拓扑。

多桥拓扑可包括第三逆变器，第三逆变器具有用于选择性地将第三节点耦合到第三电压源的第一开关和用于选择性地将第三节点耦合到第三参考电压的第二开关。第三节点能够被电连接到初级电感器的第二端子。

第一电压源、第二电压源和第三电压源可以是相同的电压源，并且第一参考电压、第二参考电压和第三参考电压可以是相同的参考电压，诸如地。

控制器能够控制第一逆变器的第一开关、第一逆变器的第二开关、第二逆变器的第一开关、第二逆变器的第二开关、第三逆变器的第一开关和第三逆变器的第二开关以将多桥拓扑配置成等价的全桥拓扑、等价的半桥拓扑、具有电容性分压器的全桥拓扑和具有电容性分压器的半桥拓扑中的至少一个。

控制器能够控制第一逆变器的第一开关、第一逆变器的第二开关、第二逆变器的第一开关、第二逆变器的第二开关、第三逆变器的第一开关和第三逆变器的第二开关以在多个不同桥拓扑之间配置多桥拓扑，在这里，多个不同的桥拓扑中的每一个都具有相同的谐振频率。

控制器可以通过以下操作而将多桥拓扑配置成等价全桥：通过交替地操作第一逆变器的第一开关和第一逆变器的第二开关而驱动第一逆变器作为开关电路；控制器通过与第一逆变器同相地交替操作第二逆变器的第一开关和第二逆变器的第二开关而驱动第二逆变器作为开关电路；以及控制器通过与第一和第二逆变器异相地交替操作第三逆变器的第一开关和第三逆变器的第二开关而驱动第三逆变器作为开关电路。

控制器可以通过以下操作而将多桥拓扑配置成等价的半桥：通过交替地操作第一逆变器的第一开关和第一逆变器的第二开关而驱动第一逆变器作为开关电路；控制器通过与第一逆变器同相地交替操作第二逆变器的第一开关和第二逆变器的第二开关而驱动第二逆变器作为开关电路；以及控制器通过驱动第三逆变器的第一开关断开以及驱动第三逆变器的第二开关闭合以便提供DC参考电压而驱动第三逆变器作为参考电压。可替换地，控制器可以驱动第三逆变器的第一开关闭合以及第三逆变器的第二开关断开以提供不同的DC参考电压。

控制器可以通过以下操作而将多桥拓扑配置成具有电容性分压器的全桥：控制器通过交替地操作第一逆变器的第一开关和第一逆变器的第二开关而驱动第一逆变器作为开关电路；控制器通过驱动第二逆变器的第一开关断开并驱动第二逆变器的第二开关闭合或者通过驱动第二逆变器的第一开关闭合和第二逆变器的第二开关断开而操作第二逆变器作为DC参考。控制器通过与第一逆变器异相地交替操作第三逆变器的第一开关和第三逆变器的第二开关而驱动第三逆变器作为开关电路。

控制器可以通过以下操作而将多桥拓扑配置成具有电容性分压器的半桥：控制器通过交替地操作第一逆变器的第一开关和第一逆变器的第二开关而驱动第一逆变器作为开关电路；控制器通过驱动第二逆变器的第一开关断开和驱动第二逆变器的第二开关闭合而操作第二逆变器作为DC参考；以及控制器通过驱动第三逆变器的第一开关断开以及驱动第三逆变器的第二开关闭合而驱动第三逆变器作为DC参考。可替换地，第二和第三逆变器二者的第一开关都可以被驱动闭合，并且第二和第三逆变器二者的第二开关都可以被驱动断开。

在一个实施例中，用于无线功率供应的多桥拓扑包括初级电感器、第一逆变器、第二逆变器和控制器。第一逆变器包括用于选择性地将第一节点耦合到电压源的第一开关和用于选择性地将第一节点耦合到参考电压的第二开关，第一节点通过第一电容器而电连接到初级电感器的第一端子。第二逆变器包括用于选择性地将第二节点耦合到电压源的第一开关和用于选择性地将第二节点耦合到参考电压的第二开关，第二节点电连接到初级电感器的第二端子。控制器可以通过控制第一逆变器的第一开关和第二开关以及控制第二逆变器的第一开关和第二开关而在多个不同桥拓扑之间配置多桥拓扑。

通过利用多桥拓扑，发射器可以提供各种不同的桥拓扑。例如，一些实施例可以在全桥拓扑和半桥拓扑之间切换。一些实施例可以在包括电容性分压器的拓扑和不包括电容性分压器的拓扑之间切换。在多个桥拓扑之间切换的能力允许功率供应在操作期间被配置成快速提供在不同水平的功率。也就是说，功率供应可以在全桥拓扑中提供一定的功率范围，并且在半桥拓扑中或者在具有电容性分压器的全桥拓扑中提供不同的功率范围。另外，在某些配置中，功率供应可以提供这些不同的功率范围，而同时为功率供应保持恒定的谐振频率。

本发明的这些和其他目的、优点以及特性将通过参考当前实施例和附图的描述而被更加全面的理解和认识。

在本发明实施例被详细解释之前，应该理解的是本发明不限于在下述描述中阐述和附图所示的操作细节或者结构和组件布置的细节。本发明可以以各种其他实施例来实现以及以这里未明确公开的可替换方式而被实践和执行。还应该理解的是，这里所使用的措辞和术语是用于描述的目的而不应该被认为是限制的目的。使用“包括”和“包含”及其变形意味着包括其后列出的项目及其等价物和附加的项目及其等价物。另外，枚举可以被用于各种实施例的描述中。除非另有明确的描述，枚举的使用不应被解释为将本发明限制为任何特定的次序或者组件数目。而且枚举的使用也不应被解释为从本发明的范围内排除可能与枚举的步骤或组件相组合或者结合到其中的任何附加步骤或组件。

附图说明

图1图示利用半桥电路拓扑的无线功率供应。

图2图示利用全桥电路拓扑的无线功率供应。

图3图示具有多桥电路拓扑的无线功率供应的一个实施例。

图4图示多桥电路拓扑的等价全桥拓扑配置。

图5图示多桥电路拓扑的等价半桥拓扑配置。

图6图示多桥电路拓扑的具有电容性分压器的等价全桥拓扑配置。

图7图示多桥电路拓扑的具有电容性分压器的等价半桥拓扑配置。

图8图示多桥拓扑的四种配置。

图9图示图8中所示的每个相应配置的接收功率和线圈电流。

图10图示具有对称驱动多桥电路拓扑的无线功率供应的实施例。

图11图示具有电容性分压器的对称驱动多桥电路拓扑的无线功率供应的实施例。

图12图示其中用于每个逆变器的电容器是不平衡的三个全桥配置。

图13图示图12中所示的每个相应配置的接收功率和线圈电流。每个配置具有不同的谐振点，因为每个配置具有不同的有效电容。

图14图示用于每个逆变“开关”位置的背靠背（back to back）FET。

图15图示仅用于低侧开关位置的背靠背FET。

具体实施方式

本公开涉及具有多桥拓扑的功率供应，其能够被配置成在操作期间提供多个不同桥拓扑。在图3中示出具有多桥拓扑和次级侧301的功率供应300的一个实施例。功率供应300包括控制器302、三个半桥电路306、307、308或逆变器以及初级电感器304。三个半桥电路都与控制器302电通信。控制器302可以通过控制每个半桥电路306、307、308中的开关而在操作期间选择性地配置多个不同的桥拓扑之间的功率供应。

通过在多个桥拓扑之间进行交换，功率供应可以提供不同的功率范围。例如，取决于功率供应如何被配置，图3的功率供应可以提供四个不同的功率水平。在图8中图示四个不同的等价电路802、804、806、808，其示出了能够使用图3的功率供应来配置的四个不同桥拓扑。所描述的桥拓扑包括：全桥802、具有电容性分压器的全桥804、半桥806以及具有电容性分压器的半桥808。下面结合图4-7对每个桥拓扑进行全面描述。

现在将详细描述图4。图4示出了当第一逆变器306（Q1、Q2）和第二逆变器307（Q3、Q4）被同相驱动而第三逆变器308（Q5、Q6）被相差180°相位驱动时图3功率供应所创建的有效电路400。这有效地创建全桥拓扑。

为了配置该桥拓扑，控制器302通过交替地操作第一逆变器的第一开关（Q1）和第一逆变器的第二开关（Q2）而驱动第一逆变器306（Q1、Q2）作为开关电路。控制器302还通过与第一逆变器同相地交替操作第二逆变器的第一开关（Q3）和第二逆变器的第二开关（Q4）而驱动第二逆变器307（Q3、Q4）作为开关电路。最后，控制器通过与第一和第二逆变器异相地交替操作第三逆变器的第一开关（Q5）和第三逆变器的第二开关（Q6）而驱动第三逆变器308（Q5、Q6）作为开关电路。为了清楚起见，第二逆变器未被示于图4中，而是示出了该配置中的等价电路400。

现在将详细描述图5。图5示出了当第一逆变器306（Q1、Q2）和第二逆变器307（Q3、Q4）被同相驱动而第三逆变器308（Q5、Q6）被连接到参考电压时，图3功率供应所创建的有效电路500。这有效地创建半桥拓扑。为了配置该桥拓扑，控制器通过交替地操作第一逆变器的第一开关（Q1）和第一逆变器的第二开关（Q2）而驱动第一逆变器306（Q1、Q2）作为开关电路。控制器还通过与第一逆变器同相地交替操作第二逆变器的第一开关（Q3）和第二逆变器的第二开关（Q4）而驱动第二逆变器307（Q3、Q4）作为开关电路。最后，控制器302通过驱动第三逆变器的第一开关（Q5）断开以及驱动第三逆变器的第二开关（Q6）闭合以提供DC参考电压而驱动第三逆变器308（Q5、Q6）作为参考电压。可替换地，控制器可以驱动第三逆变器的第一开关（Q5）闭合以及驱动第三逆变器的第二开关（Q6）断开以提供DC参考电压。为了清楚起见，图5中未示出第二和第三逆变器，而是示出了该配置中的等价电路500。

术语驱动被用来指示控制器如何告知开关进行动作。在一些环境中，开关可以在不存在信号的情况下而不是信号存在的情况下被驱动。例如，0V信号被施加给开关，其可以“驱动”开关断开。不同的开关或者晶体管可以对不同的控制信号不同地做出反应。

现在将详细描述图6。图6示出了当第一逆变器306（Q1、Q2）和第三逆变器308（Q5、Q6）都彼此相差180度被驱动并且第二逆变器307被驱动为参考电压时，图3功率供应所创建的有效电路。这创建具有用在高侧的电容性分压器的全桥驱动系统。为了配置该桥拓扑，控制器302通过交替地操作第一逆变器306的第一开关（Q1）和第一逆变器306的第二开关（Q2），以及通过交替地但是与第一逆变器306相差180°地操作第三逆变器308的第一开关（Q5）和第三逆变器308的第二开关（Q6），而驱动第一逆变器306（Q1、Q2）和第三逆变器308（Q5、Q6）作为开关电路。最后，控制器302通过驱动第二逆变器307的第一开关（Q3）断开以及驱动第二逆变器308的第二开关（Q4）闭合而驱动第二逆变器307（Q3、Q4）作为参考电压。可替换地，控制器302可以驱动第二逆变器307的第一开关（Q3）闭合以及第二逆变器307的第二开关（Q4）断开以提供参考电压。为了清楚起见，图6中未示出第二逆变器307，而是示出了该配置的等价电路600。

现在将详细描述图7。图7示出了当第一逆变器306（Q1、Q2）被驱动作为开关电路而第二逆变器307和第三逆变器308被驱动为参考电压时，图3功率供应所创建的有效电路700。这创建具有用在高侧的电容性分压器的半桥电路。为了配置该桥拓扑，控制器302通过交替地操作第一逆变器的第一开关（Q1）和第一逆变器的第二开关（Q2）而驱动第一逆变器306（Q1、Q2）作为开关电路。控制器302还通过驱动第二逆变器307和第三逆变器308的第一开关（Q3、Q5）断开以及驱动第二逆变器307和第三逆变器（308）的第二开关（Q4、Q6）闭合以使得连接到参考电压而驱动第二逆变器307（Q3、Q4）和第三逆变器308（Q5、Q6）作为参考电压。可替换地，控制器302可以驱动第二逆变器307和第三逆变器308的第一开关（Q3、Q5）闭合以及第二逆变器307和第三逆变器308的第二开关（Q4、Q6）断开以使得连接到参考电压。为了清楚起见，图7中未示出第二逆变器307和第三逆变器308，而是示出了该配置的等价电路700。

图9图示对于这些桥拓扑中的每一个，通过初级电感器的电流和递送到远程设备中负载的功率。全桥的曲线图902图示功率供应可以提供通过初级线圈大约10安培的电流与大约200瓦特范围的功率。具有电容性分压器的全桥的曲线图904示出功率供应可以提供通过初级电感器大约7安培的电流与大约100瓦特范围的功率。半桥的曲线图906示出功率供应可以递送大约50瓦特的功率给负载与通过初级电感器大约5安培的电流。具有分压器的半桥的曲线图908示出了功率供应可以递送大约10瓦特的功率给负载与通过初级电感器大约3安培的电流。

图9还示出了功率供应的谐振频率在这四个配置的每一个中是相同的，大约为100KHz。当该类型的多桥拓扑被实现到无线功率供应中时，具有在相同谐振点处提供不同的功率范围的多个拓扑可能是有用的。

在不同的桥拓扑之间进行切换允许功率供应提供不同水平的功率。在那些水平上可以进一步调节功率。即，桥拓扑可以使得功率供应能够提供功率范围的宏观调节并且附加的调节可以用作精调（fine tune）或者微调。每个桥拓扑具有对于给定的输入信号（即给定的操作频率、占空比以及干线电压（rail voltage））能够递送给负载最大数量的功率。该数量可以以多种不同的方式向下调节。在桥拓扑被选择之后能够用于进行精调调节的特性的一些示例包括操作频率、干线电压、占空比或者半桥的相。例如，在图9中，如果合适的逆变器在大约90KHz处被驱动，那么较少的功率将被递送到负载。

调节的步长大小（即每特性改变的输出功率上的改变）对于每个特性和每个桥拓扑来说可能是不相同的。例如，与在半桥拓扑中进行相同的几赫兹的调节的情况相比，在全桥配置中调节操作频率达几赫兹可能导致对输出功率的更大的调节。

在操作期间在运行中提供不同桥拓扑的能力可以作为对通过改变匝数或抽头而对初级电感器的昂贵的重新配置的替换方式。另外的，它也可以作为在某些功率供应中被用来调节输出功率范围的昂贵的附加电感器和/或电容器组的替换方式。

使用电容性分压器的能力使得功率供应能够提供附加的功率范围。例如，当对于给定操作频率、干线电压、占空比在全桥拓扑和半桥拓扑之间进行切换时，功率减少到大约四分之一。然而，利用与全桥相结合的电容性分压器，功率减少到大约二分之一。另外，利用与半桥相结合的电容性分压器，使得功率（当与全桥相比时）能够被减少到大约十分之一。利用附加的半桥电路能够给功率供应带来提供附加功率范围的能力。例如，如果三个半桥电路均通过单独的电容器电连接到初级电感器的端子，那么最大的功率输出根据半桥电路中的一个还是两个被驱动为参考电压而分别减少1/3或2/3。

参考回图3，目前实施例是多桥逆变拓扑，其中三个半桥电路被用于驱动无线功率系统。第一逆变器306（Q1、Q2）和第三逆变器308（Q5、Q6）能够一起形成全桥系统。第二逆变器307（Q3、Q4）为功率供应提供以全桥拓扑、半桥拓扑来配置的选项，并且也提供包括电容性分压器来降低所传输的功率的能力。

在整个公开内容中术语半桥电路和逆变器被用于可互换地指代共享共同节点的一对开关，其中每个开关由控制信号驱动。开关可以是场效应晶体管，诸如MOSFET、BJT或者其它类型的晶体管或开关。

半桥电路可以选择性地将电压源或参考电压耦合到共同节点。如图3所示，高侧开关（Q1、Q3、Q5）都与电压源（所示实施例中的V+）相关联，而低侧开关（Q2、Q4、Q6）都与参考电压（所示实施例中的地）相关联。每个半桥电路可以以至少四种方式进行配置：作为开关电路，作为DC参考电压，作为DC电压源或者作为开路电路。为了操作半桥作为开关电路，低侧FET和高侧FET被交替驱动。为了操作半桥作为DC电压源，低侧FET被驱动截止以便在共同节点和参考电压之间创建开路电路并且高侧FET被驱动导通以创建到DC干线电压V+的连接。为了操作半桥作为参考电压，低侧FET被驱动导通以创建到参考电压的连接并且高侧FET被驱动截止以创建节点和电压源之间的开路电路。为了操作半桥电路作为开路电路，两个FET均被驱动为截止以创建共同节点与电压源和参考电压二者之间的开路电路。通过配置半桥电路，能够实现各种不同的桥拓扑，包括全桥拓扑（见图4），具有电容性分压器的全桥拓扑（图6），半桥拓扑（图5）以及具有电容性分压器的半桥拓扑（图7）。附加的半桥电路能够实现附加的桥拓扑，比如对称全桥和具有电容性分压器的对称全桥。

图4-7图示特定配置的等价电路。为了清楚起见，在合适的情况下已经从这些图中去除了额外的逆变器组件。例如，在图7中，由C2创建的电容性分压器被创建是因为逆变器（未示出）使一个FET被驱动为创建到参考电压的连接并且使另一个FET驱动为创建逆变器节点和电压源之间的开路电路。

在每个配置中，功率供应的谐振频率（F）通常被定义为：

在其中电容器平衡的实施例中，C1和C2近似相等。在其中电容器不平衡的实施例中，C1和C2是不等的。

在一个实施例中，电容器C1、C2是平衡的。因此，当在以下桥拓扑之间切换时：全桥、具有电容性分压器的全桥、半桥以及具有电容性分压器的半桥，功率供应保持其谐振频率。

在另一个实施例中，使用与图3所示相同的多桥拓扑，该系统可以通过将半桥电路之一配置成开路电路配置来改变其谐振频率。在该实施例中，功率供应电路看上去本质类似于图2，其中C2 不包含在电路中。也就是说，第二逆变器被配置成开路电路，因此第二逆变器（Q3、Q4）的两个开关都驱动截止并且电压源和参考电压都不连接到邻近电容器C2的共同节点。这样做，C2不再在电路中，系统的谐振频率仅仅由C1和Lcoil而不是（C1+C2）与Lcoil来限定。

在其中功率供应将半桥电路配置成为开路电路配置的实施例中，可实现防止体二极管导通的附加FET。图14示出了用于高侧和低侧开关的背靠背FET。图15示出了可替换的构造，其中背靠背FET仅包含用于低侧开关。这些构造有助于防止体二极管导通。

一些实施例可以包括附加的半桥电路。一个实施例中包括四个半桥电路，初级电感器的每侧上有两个。这有效地使得线圈驱动对称，这能够降低电磁干扰，减少电磁兼容问题，并且对通信信号强度有益。为了主张对称驱动的益处，初级电感器能够被驱动为全桥或具有电容性分压器的全桥。也就是说，可以通过驱动所有的四个半桥电路1002、1004、1006、1008来实现一个功率水平，如图10所示。可替换地，可以通过将在初级电感器的每一侧的一组FET 1104、1108接地并且驱动另外的FET1002、1006来实现第二功率水平，如图11所示。该配置也保持恒定的谐振频率。

多于四个的半桥电路也能够在其他可替换实施例中所使用。每个所述实施例示出连接到初级电感器端子的一个或两个半桥电路，然而，实质上任意数量的半桥电路可以通过单独的电容器连接到初级电感器的端子。电容器值可以被调节以维持所期望的谐振频率。电容器值也可以是不平衡的或者非匹配的以允许除两倍或者减半之外的特定功率步长，诸如在图12和13中所示。

图12示出了三个全桥配置1220、1222、1224，其中每个逆变器的电容是不平衡的。在这些配置中，发射器或者功率供应能够通过驱动两个逆变器1202、1204（1220）而选择两个电容器，或者能够通过驱动第一逆变器1202（1222）或者第二逆变器1204（1224），以及保持未驱动逆变器的两个FET都截止（而不是一个导通一个截止）而选择两个电容器中的任意一个。

图13示出了如何具有三个不同的谐振点，因为能够选择三个不同的有效电容值。全桥配置1220对应于曲线图1320，全桥配置1222对应于曲线图1322，以及全桥配置1224对应于曲线图1324。随着发射器的谐振频率移动远离接收器的谐振频率（在这种情况下为100KHz），有效的功率传递减少。在一些实施例中，接收器的谐振频率可以变化或者不同的接收器可以具有不同的谐振频率。

关于EMC、EMI问题，在谐振附近进行操作以及在高侧和低侧开关二者运行于50％的占空比的情况下趋向于减少干扰。这能够导致充电完成或在备用状态的装置减少功率的问题。通过切换驱动拓扑，输出功率能够被降低而保持接近谐振并且以较大的占空比操作，从而改善干扰特性。

诸如“垂直的”，“水平的”，“顶”，“底”，“上方”，“下方”，“内部的”，“向内”，“外部的”和“向外的”之类的方向术语被用于基于图示中所示的实施例的方位而辅助描述本发明。方向术语的使用不应该被解释为将本发明限制为一个或多个任何特定方向。

以上描述是本发明的当前的实施例。在不脱离在附加权利要求中所限定的本发明的精神和较宽范围的情况下，可以作出各种改变和变化，其根据包括等价条款的专利法的原则来被解释。本公开内容被呈现用于说明的目的而不应该解释为对本发明所有实施例的穷尽描述或者将权利要求范围限制到关于这些实施例所阐述或描述的特定元件。例如，且不限于，所描述的发明的一个或多个任何独立的元件可以被提供本质上相同的功能或者以其他方式提供恰当的操作的可替换的元件所替代。这包括，例如，目前已知的可替换的元件，诸如目前对于本领域技术人员可能已知的那些元件，以及可以在将来发展出的可替换的元件，诸如本领域技术人员在研发时可能认识到能够作为可替换的元件。另外，所公开的实施例包括多个特征，其被共同描述并且共同提供多个益处。本发明并不仅仅限于包括所有这些特征或提供所有所述益处的那些实施例，除非在某种程度上以其他方式在权利要求中明确阐述。任何对单数形式的权利要求元件的引用，例如，使用术语“一”，“一个”，“该”或者“所述”不应被解释为将元件限制为单数。

Claims (23)

1.一种用于将功率无线地供应到远程设备的无线功率供应系统，所述系统包括：

控制器；

第一半桥电路，电连接到所述控制器；

第二半桥电路，电连接到所述控制器；

其中，所述控制器通过控制第一半桥电路和第二半桥电路来在操作期间选择性地在多个不同的桥拓扑之间配置无线功率供应系统；

其中，所述控制器通过基于来自多个不同的桥拓扑中的每一个处的远程设备的反馈调整半桥电路中的至少一个的特性来选择性地配置无线功率供应系统以精细调节递送到所述远程设备的功率量。

2.根据权利要求1所述的无线功率供应系统，其中所述特性的调整的分辨率基于所选桥拓扑而变化。

3.根据权利要求1所述的无线功率供应系统，其中半桥电路中的至少一个的特性包括半桥电路中的至少一个的操作频率、干线电压、占空比和相位中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的无线功率供应系统，其中所述不同的桥拓扑包括全桥和半桥。

5.根据权利要求1所述的无线功率供应系统，其中所述控制器响应于远程设备被放置在靠近无线功率供应系统并需要功率而在多个不同的桥拓扑之间选择性地配置功率供应。

6.根据权利要求1所述的无线功率供应系统，其中第一半桥电路和第二半桥电路电连接到储能电路，所述储能电路包括初级线圈和电容器。

7.一种将功率无线地供应到远程设备的无线功率供应系统，所述无线功率供应系统包括：

初级电感器，具有第一端子和第二端子；

第一逆变器，包括用于选择性地将第一节点耦合到第一电压源的第一开关和用于选择性地将第一节点耦合到第一参考电压的第二开关，所述第一节点电连接到初级电感器的第一端子；

第二逆变器，包括用于选择性地将第二节点耦合到第二电压源的第一开关和用于选择性地将第二节点耦合到第二参考电压的第二开关，所述第二节点电连接到初级电感器的第二端子；以及

控制器，用于通过控制第一逆变器的第一开关和第二开关以及通过控制第二逆变器的第一开关和第二开关来在多个不同的桥拓扑之间配置无线功率供应系统；

其中，所述控制器通过基于来自多个不同的桥拓扑中的每一个处的远程设备的反馈调整逆变器中的至少一个的特性来选择性地配置无线功率供应系统以精细调节递送到所述远程设备的功率量。

8.根据权利要求7所述的无线功率供应系统，其中所述第一节点通过一个或多个电容器电连接到初级电感器的第一端子，并且其中所述第二节点通过一个或多个电容器电连接到初级电感器的第二端子。

9.根据权利要求7所述的无线功率供应系统，其中第一电压源和第二电压源是相同电压源。

10.根据权利要求7所述的无线功率供应系统，其中所述特性的调整的分辨率基于所选桥拓扑而变化。

11.根据权利要求7所述的无线功率供应系统，其中所述特性包括半桥电路中的至少一个的操作频率、干线电压、占空比和相位。

12.根据权利要求7所述的无线功率供应系统，其中所述不同的桥拓扑包括全桥和半桥。

13.根据权利要求7所述的无线功率供应系统，其中所述控制器响应于远程设备被放置在靠近无线功率供应系统并需要功率而在多个不同的桥拓扑之间选择性地配置无线功率供应系统。

14.根据权利要求7所述的无线功率供应系统，所述控制器通过以下操作而将无线功率供应系统配置为全桥，

所述控制器通过交替地操作第一逆变器的第一开关和第一逆变器的第二开关而驱动第一逆变器作为开关电路；并且

所述控制器通过与第一逆变器同相地交替操作第二逆变器的第一开关和第二逆变器的第二开关而驱动第二逆变器作为开关电路。

15.根据权利要求7所述的无线功率供应系统，所述控制器通过以下操作而将无线功率供应系统配置为半桥，

所述控制器通过交替地操作第一逆变器的第一开关和第一逆变器的第二开关而驱动第一逆变器作为开关电路；并且

所述控制器通过驱动第二逆变器的第一开关断开和驱动第二逆变器的第二开关闭合而驱动第二逆变器作为参考电压。

16.一种用于将功率无线地供应到远程设备的无线功率供应系统，所述系统包括：

控制器；

第一半桥电路，电连接到所述控制器；

第二半桥电路，电连接到所述控制器；

其中第一半桥电路和第二半桥电路电连接到初级线圈；

其中，所述控制器通过控制第一半桥电路和第二半桥电路来在半桥拓扑和全桥拓扑之间选择性地配置无线功率供应系统；

其中，所述控制器通过基于来自远程设备的反馈调整第一特性来在配置在半桥拓扑中时选择性地精细调节递送到所述远程设备的功率量；

其中，所述控制器通过基于来自远程设备的反馈调整第二特性来在配置在全桥拓扑中时选择性地精细调节递送到所述远程设备的功率量。

17.根据权利要求16所述的无线功率供应系统，其中第一特性是至少干线电压、占空比、操作频率和相位中的一个，并且其中第二特性是至少干线电压、占空比、操作特性和相位中的一个。

18.根据权利要求16所述的无线功率供应系统，其中所述控制器通过调整占空比和操作频率中的至少一个来在配置在半桥拓扑中时选择性地精细调节递送到远程设备的功率量，并且其中所述控制器通过调整相位和操作频率中的至少一个来在配置在全桥拓扑中时选择性地精细调节递送到远程设备的功率量。

19.根据权利要求16所述的无线功率供应系统，其中所述控制器通过调整操作频率来在配置在半桥拓扑中时选择性地精细调节递送到远程设备的功率量，并且其中所述控制器通过调整占空比来在配置在全桥拓扑中时选择性地精细调节递送到远程设备的功率量。

20.根据权利要求16所述的无线功率供应系统，其中所述控制器通过调整操作频率来在配置在半桥拓扑中时选择性地精细调节递送到远程设备的功率量，并且其中所述控制器通过调整相位来在配置在全桥拓扑中时选择性地精细调节递送到远程设备的功率量。

21.根据权利要求16所述的无线功率供应系统，其中所述控制器响应于远程设备被放置在靠近无线功率供应系统并需要功率而将无线功率供应系统选择性地配置成不同的桥拓扑。

22.根据权利要求16所述的无线功率供应系统，其中第一特性的调整的步长大小不同于第二特性的调整的步长大小的分辨率。

23.根据权利要求16所述的无线功率供应系统，其中第一半桥电路和第二半桥电路通过至少一个电容器电连接到初级线圈。