CN108370247B - 用于无线电力系统的控制器 - Google Patents

Abstract

本公开的特征在于高分辨率脉冲宽度调制(HRPWM)控制器，其可以包括具有第一coarse_on寄存器和第一coarse_off寄存器的第一通道以及被配置为确定第一通道的重复率的计数器。当第一coarse_on寄存器的coarse_on值与计数器相等时，第一通道可以设置为“活动”，并且当第一coarse_off寄存器的coarse_off值与计数器相等时，第一通道可以设置为“不活动”。控制器可以包括：延迟线，被配置为生成偏移达精细分辨率值的一组延迟锁定波形；以及控制模块，被配置为从该组延迟锁定波形中选择延迟锁定波形，并且将所选择的延迟锁定波形应用于第一通道。

Description

用于无线电力系统的控制器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年10月29日提交的美国临时专利申请第62/247,901号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及用于无线电力系统和用于无线电力系统的控制器。

发明内容

在第一方面，本公开特征在于高分辨率脉冲宽度调制(HRPWM)控制器，其可包括具有第一coarse_on寄存器和第一coarse_off寄存器的第一通道以及被配置为确定第一通道的重复率的计数器。当第一coarse_on寄存器的coarse_on值和计数器相等时，第一通道可以设置为“活动”，并且当第一coarse_off寄存器的coarse_off值和计数器相等时，第一通道可以设置为“不活动”。控制器可以包括：延迟线，被配置为生成偏移达精细分辨率值的一组延迟锁定波形；以及控制模块，被配置为从该组延迟锁定波形中选择延迟锁定波形，并且将所选择的延迟锁定波形应用于第一通道。

HRPWM控制器的实施例可以包括以下特征中的任何一个或多个。

HRPWM控制器可以包括具有第二coarse_on寄存器和第二coarse_off寄存器的第二通道，用于确定与第二通道相关联的第二粗略分辨率值。第一和第二通道可以被配置为控制E类全桥逆变器、D类半桥逆变器或半桥转换器的第一开关元件和第二开关元件。重复率可以等于81.36MHz，并除以12得到大约6.78MHz的开关频率。

HRPWM控制器可以包括两个额外的通道。四个通道中的每一个可以包括被配置为控制D类全桥逆变器的对应开关元件。重复率等于81.36MHz，并除以12以获得大约6.78MHz的开关频率。四个输出通道中的每一个都可以被配置为控制转换器的相应开关元件。重复率可以等于81.36MHz，并除以814以获得大约100kHz的开关频率。计数器的分辨率可以约为12.3纳秒。

延迟线可以是锁相环(PLL)或延迟锁定环(DLL)。精细分辨率值可确定将该组延迟间隔中的哪一个应用于从该组延迟锁定波形中选择的多路复用器。延迟线可以生成17个均等隔开的延迟间隔，每个约为723皮秒。

第一coarse_on寄存器和第一coarse_off寄存器可以确定与第一通道相关联的第一粗略分辨率值，并且在粗略分辨率值上增加精细分辨率值可以延迟第一通道的开始并且减小第一通道的脉冲宽度。

将coarse_on值上的精细分辨率值设置为与coarse_off值上的精细分辨率值相等可以保持第一通道的脉冲宽度。将精细分辨率值相等设置可以使第一通道从其原始位置移位。

除非另有说明，HRPWM控制器的实施例还可以包括本文公开的任何其他特征，包括结合不同实施例公开的特征的任何组合。

在另一方面，本公开内容的特征在于无线电力传输系统，所述无线电力传输系统可包括：HRPWM控制器，其包括第一、第二、第三和第四通道；转换器，其可包括可分别由第一和第二通道控制的至少两个转换器晶体管；以及逆变器，可以包括分别由第三和第四通道控制的至少两个逆变器晶体管。转换器的输出可以耦合到逆变器的输入，并且逆变器可以被配置为驱动发射器谐振器以将电力无线地发射到接收器谐振器。

除非另有说明，无线电力传输系统的实施例还可以包括本文公开的任何其他特征，包括结合不同实施例公开的特征的任何组合。

在另一方面，本公开的特征在于可以耦合到无线电力发射器的系统。无线电力发射器可以包括耦合到逆变器的转换器，该逆变器被配置为驱动发射器谐振器以将电力无线地发射到接收器谐振器。该系统可以包括具有HRPWM控制器的子系统，HRPWM控制器可以包括耦合到转换器的对应开关元件的第一和第二通道以及耦合到逆变器的对应开关元件的第三和第四输出通道。系统还可以包括经由接口耦合到子系统的微控制器、耦合到子系统的第一和第二电压电源以及耦合到微控制器的无线通信模块。

系统的实施例可以包括以下特征中的任何一个或多个。

该接口可以是串行外围接口(SPI)。第一和第二电压电源可以分别为3.3V和5V。无线通信模块可以是蓝牙。

除非另有说明，系统的实施例还可以包括本文公开的任何其他特征，包括结合不同实施例公开的特征的任何组合。

另一方面，本公开的特征在于生成第一HRPWM信号的方法。该方法可以包括提供具有第一coarse_on寄存器和第一coarse_off寄存器的第一通道，并且将第一coarse_on寄存器的coarse_on值与计数器进行比较。计数器可以配置为确定第一通道的重复率。当第一coarse_on寄存器的coarse_on值和计数器相等时，第一通道可以设置为“活动”。该方法可以包括将第一coarse_off寄存器的coarse_off值与计数器进行比较。当第一coarse_off寄存器的coarse_off值和计数器相等时，第一通道可以设置为“不活动”。该方法可以进一步包括生成偏移达精细分辨率值的一组延迟锁定波形，以及将来自该组延迟锁定波形的所选择的延迟锁定波形应用于第一通道。

这些方法的实施例可以包括以下特征中的任何一个或多个。

所述方法可以进一步包括通过提供具有第N coarse_on寄存器和第N coarse_off寄存器的第N通道并且将第N coarse_on寄存器的coarse_on值与计数器进行比较，来生成第N HRPWM信号，所述计数器被配置为确定第N通道的重复率。当第N coarse_on寄存器的coarse_on值和计数器相等时，第N通道可以设置为“活动”。该方法可以包括将第N coarse_off寄存器的coarse_off值与计数器进行比较。当第N coarse_off寄存器的coarse_off值和计数器相等时，第N通道被设置为“不活动”。该方法可以包括经由延迟线生成偏移达精细分辨率值的一组延迟锁定波形，并且将延迟锁定波形组中的所选择的延迟锁定波形应用于第N通道。

在该方法的实施例中，N可以等于二(2)，并且两个通道中的每一个被配置为控制转换器或逆变器的对应开关元件。在所述方法的实施例中，N可以等于四(4)并且四个通道中的每一个被配置为控制转换器或逆变器的对应开关元件。

延迟线可以是锁相环(PLL)或延迟锁定环(DLL)。精细分辨率值可以确定将该组延迟间隔中的哪一个应用于输出所选择的延迟锁定波形的多路复用器。

第一coarse_on寄存器和第一coarse_off寄存器可以确定第一粗略分辨率值，并且在粗略分辨率值上增加精细分辨率值可以延迟第一通道的使能并且可以减小第一通道的脉冲宽度。将coarse_on值上的精细分辨率值设置为与coarse_off值上的精细分辨率值相等会保持第一通道的脉冲宽度。将精细分辨率值相等设置会使第一通道从其原始位置移位。

除非另有说明，方法的实施例还可以包括本文公开的任何其他特征，包括结合不同实施例公开的特征的任何组合。

在本说明书中描述的主题的一个或多个实现方式的细节在附图和下面的描述中阐述。主题的其他特征、方面和优点将从说明书、附图和权利要求中显而易见。

附图说明

图1示出了包括无线电力发射器和无线电力接收器的示例性无线电力系统的高级功能框图。

图2示出了示例性无线电力发射器实现方式的功能框图。

图3A示出了计数器控制机构的示例性实施例的图。图3B示出了说明时段的示例性波形的图。

图4示出了从计数1开始并停止在计数3(如计数器所示)的波形输出示例。

图5示出了针对设置和清零操作的寄存器比较的表示。

图6A展示被配置为生成用以生成一组延迟锁定波形的13.56MHz(6.78MHz×2)信号的振荡器。图6B示出了提供给多路复用器的一组延迟锁定波形。

图7A示出了COARSE_ON值上的精细分辨率值的增加。图7B示出了COARSE_ON和COARSE_OFF寄存器的精细分辨率值的相等设置。

图8示出了将定时寄存器分成两组寄存器，可见的和活动的。

图9A示出了在穿越TDC之前原始波形不改变状态的示例性PWM输出的图。图9B示出了原始波形和被请求波形的图，该被请求波形被写入到可见寄存器并且准备好被翻转成操作。图9C示出了当发生翻转(FLIP)时，输出在FLIP之前被设置为逻辑1。图9D示出了使用强制(FORCE)将输出设置为更新波形的期望状态的结果波形的图。应注意，在翻转之后，潜在的重叠条件被删除。

图10A示出了具有分别由PWM驱动信号Wave0-3控制的开关元件S1-S3的DC转换器的图。图10B示出了跨负载耦合的推式Amp1和拉式Amp2放大器组件的图。

图11示出了用于保存PWM驱动器信号边沿的粗略值的值的计数器以及用于确定何时达到计数的比较器的图。

图12示出了用于调整由PWM发生器生成的栅极控制信号的说明性步骤集合。

图13示出了包括调制模块的示例性无线电力传输系统。

图14示出了使用功率调制的带内通信的说明性实施例。

图15-16示出了PSL的说明性实施例。

图17A-17B示出了用于驱动多个谐振器的说明性无线电力发射器系统的示意图。图17C示出了激励表面上的不同区域的示例性多谐振器的图。

图18示出了可执行本文中所描述的处理的至少一部分的示例性计算机。

在各个附图中相同的附图标记和标记表示相同的元件。

具体实施方式

无线电力系统简介

这里描述的无线能量传输系统可以使用多种谐振器和谐振对象来实现。如本领域技术人员将认识到的，基于谐振器的电力传输的重要考虑因素包括谐振器品质因数和谐振器耦合。例如，在以下文献中提供了对这些问题的广泛讨论，例如耦合模式理论(CMT)、耦合系数和因子、品质因数(也称为Q因数)和阻抗匹配：2012年7月19日公布为US2012/0184338的美国专利申请第13/428,142号，2013年2月7日公布为US2013/0033118的美国专利申请第13/567,893号，2014年4月24日公布为US 2014/0111019的美国专利申请第14/059,094号，2011年8月11日公布为US2011/0193416的美国专利申请第12/986,018号，2015年12月24日公布为US2015/0372495的美国专利申请第14/745,041号，2015年10月22日公布为US2015/0303708的美国专利申请第14/688,432号以及2015年3月5日公布为US2015/0061404的美国专利申请第14/525,485号。这些申请中的每一个的全部内容通过引用并入本文。

电力传输系统可以依靠诸如AC(交流)到DC(直流)转换器、逆变器、放大器、整流器、DC到DC转换器、阻抗匹配电路和其他电力电子器件的电子电路来调节，监控，维护和/或修改用于向电子设备提供电力的电压和/或电流的特性。

本发明的实施例提供用于具有无线电力发射单元的高谐振无线电力传输系统的方法和装置。利用传感器、放大器、控制系统、计算机处理器、无线通信、振荡器和脉冲宽度调制(PWM)控制器可以精确控制发射功率。

图1示出了包括无线电力发射器101和无线电力接收器102的示例性无线电力系统100的高级功能框图。系统的输入电力例如由墙壁电力(AC电网)提供，其在AC/DC转换器块103中被转换为DC。可替代地，可以直接从电池或其他DC电源提供DC电压。功率因数校正级(未示出)也可以被包括在该系统中。高效率开关逆变器或放大器104将DC电压转换成用于驱动发射器谐振器106的AC电压波形。发射器阻抗匹配网络(Tx IMN)108将放大器104输出高效地耦合到发射器谐振器106，并且可以实现高效的开关-放大器操作。D类或E类开关放大器适用于许多应用，通常需要电感性负载阻抗以获得最高效率。发射器101的组件可以由发射器控制器110控制。此外，无线通信模块112可以耦合到发射器以促进与接收器102或其他系统(例如服务器或另一无线电力发射器)的通信114。

IMN 108将发射器谐振器106的阻抗变换成发射器放大器的这种阻抗，该发射器谐振器106的阻抗通过耦合加载到接收器谐振器116和输出负载118。由发射器谐振器106生成的振荡磁场120耦合到接收器谐振器116。接收到的能量耦合出接收器谐振器116，以例如直接给负载118供电或给电池充电。这里可以使用接收器阻抗匹配网络(Rx IMN)122来高效地将来自接收器谐振器116的能量耦合到负载118。其可以将实际负载阻抗转换成接收器谐振器所见的有效负载阻抗，其更接近地匹配加载以获得最佳效率。对于需要DC电压的负载，整流器124将接收到的AC电力转换回DC。在一些实施例中，诸如电压钳位、平滑电容器和/或DC/DC转换器126的附加级可以耦合在整流器124和负载118之间。在实施例中，接收器102的组件可以由接收器控制器128控制。无线通信模块130可以耦合到接收器以促进与发射器101或其他系统(诸如服务器或另一个接收器)的通信114。

专用集成电路(ASIC)概述

图2示出了示例性无线电力发射器实施方案的功能框图200。可以被提供为集成电路(IC)(例如专用集成电路(ASIC))的发射器控制系统202被耦合到计算机处理器204和无线通信系统206，该计算机处理器204可以经由串行外围接口(SPI)205被提供为微控制器，无线通信系统206可以提供为蓝牙、无线电、WiFi等。发射器控制系统202耦合到可以是降压-升压型AC/DC转换器的AC/DC转换器103、诸如D类放大器的放大器104以及耦合到发射器谐振器106的阻抗匹配网络(IMN)108。

发射器控制系统202包括耦合到锁相环(PLL)/延迟锁定环(DLL)模块210的内部或外部振荡器208。转换器脉冲宽度调制(PWM)模块212从PLL/DLL模块接收定时信号并且生成用于AC/DC转换器103中的开关元件的驱动信号。在实施例中，AC/DC转换器103包括开关元件，例如以半桥或全桥配置来配置的晶体管。逆变器PWM模块214接收来自PLL/DLL模块210的定时信号，并生成用于逆变器104中的开关元件的驱动信号。在实施例中，逆变器104可以是D类、E类或DE类，具有以桥或全桥配置而配置的晶体管。阻抗调整PWM模块216从PLL/DLL模块210接收定时信号并且生成用于IMN 108的控制信号。

在实施例中，针对转换器PWM模块212、逆变器PWM模块214和/或阻抗调整PWM模块216中的一个或多个提供引脚安全逻辑(PSL)以防止发生不期望的或不安全的开关元件状况，如在下面更全面描述的。在所示实施例中，转换器PSL模块218耦合在转换器PWM模块212和AC/DC转换器103之间，逆变器PSL模块220耦合在逆变器PWM模块214和逆变器104之间，阻抗调整PSL模块222耦合在阻抗调整PWM模块216和IMN 108之间。下面更全面地描述说明性PSL模块。

在实施例中，发射器控制系统202可以包括诸如电压、电流、温度和/或功率传感器的传感器224以监测无线电力发射器。来自这些传感器224的信号可用于向控制系统202的各种组件(诸如PWM模块(212,214,216)、PSL模块(218,220,222)、微控制器204等等)提供反馈。

高分辨率脉冲宽度调制(HRPWM)

在实施例中，可以使用脉冲宽度调制(PWM)来控制无线电力系统的组件。有益的是，这些PWM信号的系统的操作是高度精确和准确的。在实施例中，可以使用高分辨率脉冲宽度调制(HRPWM)控制器来生成和控制这样的信号。HRPWM控制器可以被视为混合控制器，利用延迟线和数字控制。示例性HRPWM模块可以包括分配给公共组的单个、两个、三个、四个或更多个输出通道。主计数器可以确定组内输出通道的重复率。在这个示例中，计数器的分辨率基于81.36MHz时钟频率，并且大约为12.3纳秒。

图3A示出了计数器控制机构的示例性实施例的图。81.36MHz时钟频率被输入到为主计数器304提供时钟的计数器控制器302。COUNT_LIMIT寄存器306提供81.36MHz时钟频率的周期的整数计数(参见图3B)。将COUNT_LIMIT 306与元件308中的主计数器304的值进行比较，并将其反馈给计数器控制器302。当COUNT_LIMIT相等时，比较器重置计数器并因此定义HRPWM通道310的周期，如图3B所示。应注意，每个HRPWM通道都提供一个主计数器。

在实施例中，每个输出通道可以按其各自的COARSE_ON寄存器和COARSE_OFF寄存器的值独立地设置或清零。当COARSE_ON值和主计数器相等时输出通道被设置为“活动”，而在与COARSE_OFF值匹配时输出通道被设置为“不活动”。

例如，独立通道配置功能允许在无线电力系统中针对功率级的单通道、半桥或全桥配置而改变占空比。图4示出了在计数1开始并停止在计数3(如计数器404所表示的)的波形402的示例。应注意，作为参考提供的上止点(TDC)波形在计数9开始，并在下一个计数(计数0)停止。TDC是波形402的起始位置。

图5示出了针对设置和清零操作的寄存器比较的表示。将主计数器304的值与COARSE_ON值502进行比较，并且将输出504提供给置位/重置或触发器锁存器506以设置通道输出。换句话说，当主计数器304等于COARSE_ON值502时，输出变高。将主计数器304的值与COARSE_OFF值508进行比较，并且将输出510提供给506以重置通道输出。当主计数器304等于COARSE_OFF值508时，输出变低。在图4所示的例子中，当COARSE_ON值等于计数1的主计数器时，输出(或波形)变高，当COARSE_OFF值等于计数3的主计数器时，输出变低。

粗略和精细分辨率控制

在实施例中，精细分辨率值由延迟线生成。例如，精细分辨率值可以由锁相环(PLL)延迟线的模拟输出抽头提供。来自PLL电路的输出可以生成17个等间隔的延迟时钟(或波形)，其间隔约为720皮秒。HRPWM粗略分辨率值针对PLL延迟线的输出创建一个“窗口”。精细(FINE)偏移寄存器中的精细分辨率值决定了17个延迟抽头中的哪一个应为通道控制逻辑提供时钟。换句话说，从来自延迟线的一组延迟锁定波形中选择精细分辨率值。在实施例中，FINE偏移寄存器、FINE_ON寄存器和FINE_off中的每一个都可以具有精细分辨率值。

图6A示出了被配置为生成提供给生成81.36MHz信号(13.56MHz×6)的锁相环(PLL)604的13.56MHz(6.78MHz×2)信号的振荡器602。延迟锁定环(DLL)606电路接收81.36MHz信号并生成具有723皮秒的相位分辨率的17个脉冲(P0-P16)。脉冲P0-P16用于为PWM脉冲提供精确分辨率。可以理解的是，所有的值仅仅是说明性的，并且可以使用任何实际值来满足特定应用的需要。图6B示出了提供给多路复用器608的一组延迟锁定波形(P0-P16)，并且精细偏移寄存器610选择了17个波形中的一个。该输出与比较器门逻辑614一起提供给AND逻辑门612。这导致延迟的输出波形616。

应当注意，精细分辨率值对HRPWM输出具有相反的效果，这具体取决于是应用于COARSE_ON值还是应用于COARSE_OFF值。图7A示出COARSE_ON值上增加精细分辨率值(在702处)延迟了(由虚线表示)波形波[n]700(其中n是输出通道)的使能(脉冲的上升沿704)的开始并减小脉冲宽度。在COARSE_OFF值上增加精细分辨率值(在706处)延迟波形[n]的禁用(下降沿708)并增加脉冲宽度。图7B示出中的COARSE_ON和COARSE_OFF寄存器设置相等的精细分辨率值保持了波形710的脉冲宽度，但是可以根据精细分辨率值将脉冲从上止点(TDC)起点移动得更远。例如，如果针对COARSE_ON和COARSE_OFF两者的精细分辨率值设置为P3，则脉冲宽度将保持不变，但以精细分辨率值定义的间隔的3倍移位。

寄存器配置

在实施例中，在PWM引擎运行时对定时值的修改可能导致不期望的操作。如图8所示，为了减轻这种潜在的问题，定时寄存器可以被分成两组寄存器：对串行外围接口(SPI)可见的“可见”寄存器804和运行PWM引擎802的“活动”寄存器806。对可见寄存器804的修改是隔离的，并且不影响PWM引擎802的操作。注意，状态寄存器808耦合到SPI和PWM引擎802两者。

在实施例中，当计数器处于归位或上止点(TDC)位置时，可以交换可见寄存器和活动寄存器。为了执行交换，在相应的控制寄存器中设置FLIP位作为对寄存器交换的请求。在交换执行完成后，FLIP位被清零。状态(STATE)位指示哪些寄存器对对SPI可见。如果PWM引擎802正在运行，则FLIP将在下一个上止点定时处发生。如果引擎未运行，则FLIP立即发生。如果活动寄存器置位尚未被初始化(重置状态)，则应在运行位之前设置FLIP位。应当注意，在同一操作中设置两个位可能会导致不期望的操作。

运行操作

在实施例中，PWM引擎802的开始和停止操作参考TDC位置。当PWM引擎802未运行时，计数器WAVE[x]位清零并且波形[n]输出信号是不活动的。当RUN/STOP位被置位时，计数器将递增并且输出将根据SET和CLEAR寄存器中的值改变状态。为了请求停止PWM引擎802，RUN/STOP位被清零。PWM引擎802将继续运行，直到PWM引擎802达到TDC为止。波形[n]输出将返回到不活动状态。用于PWM操作的通用输入/输出(GPIO)引脚的极性不受将波形[n]输出强制为不活动状态的影响。

外部控制

在实施例中，HRPWM具有通过GPIO引脚的外部翻转请求和/或外部START_STOP请求的能力。例如，外部START_STOP请求可以用于某种形式的二进制键控。通过为寄存器组创建两种不同的配置，例如频移键控(FSK)或幅移键控(ASK)，可以在两种配置之间切换。有关使用这些寄存器的信令示例，请参见“带内信令”一节。

为了使能外部翻转，可以使用FLIP_IN[1：0]位以选择要使用哪个GPIO引脚并使能EX_FLIP位。GPIO引脚的上升沿调度下一个TDC的翻转。为了使能外部RUN_STOP，选择使用哪个GPIO端口并设置EX_RUN位。当GPIO引脚处于活动状态时，PWM引擎将运行。当GPIO引脚返回到不活动状态时，PWM引擎将运行直至下一个TDC为止。

强制条件

在实施例中，可以使用“强制”机制来避免更新PWM引擎的寄存器值时可能产生系统故障的一些潜在的输出重叠状况。FORCE位置位或清零TDC处的PWM输出，而不是等待ON/OFF时序的满足。当满足以下三个条件时，引擎强制PWM输出为已知状态：

1.FORCE[x]位在COARSE_ON或COARSE_OFF寄存器中置位。FORCE_TO位确定新条件的极性。

2.安排“flip”以交换可见寄存器组和活动寄存器组。

3.更新发生在TDC处。

FORCE是一个同步的事件，上述三个条件应该重置以重复FORCE机制。虽然FORCE_TO和FORCE位显示在COARSE_ON和COARSE_OFF寄存器中，但应注意，通过在一个寄存器中设置‘1’并在另一个寄存器中设置‘0’，不能创建未确定的条件。这些位在每个寄存器中被镜像；对其中的一个进行写操作会导致写入其他两位。

图9A示出了其中原始波形902在穿越TDC之前不改变状态的示例性PWM输出。图9B示出了原始波形902和被写入到可见寄存器并准备好被翻转操作的所请求的波形904。当发生翻转(由FLIP箭头906表示)时，如图9C所示，在FLIP之前，输出被设置为逻辑1。新波形的期望的输出表明波形应该在TDC后处于逻辑0。直到下一个PWM周期，COARSE_OFF定时值才会将输出清零。这可能会导致故障情况，特别是在PWM引擎正在驱动全桥或半桥配置的情况下。图9D示出了使用FORCE操作将输出设置为更新波形的期望状态的结果波形(具有更新908的波形)。应注意，在翻转之后，潜在的重叠条件将被删除。

HRPWM在无线电力传输系统的应用

在实施例中，PWM可以用于控制转换器或逆变器中的开关器件。开关器件开启时段与关闭时段相比越长，则供给负载的总功率越高。术语占空比通常是一个百分比，它描述了开关器件在开启时间和关断时间上的比例。低占空比对应于低功率，因为大部分时间电源关闭。

在实施例中，PWM由一个或多个PWM发生器(参见例如图2中的212,214,216)执行以控制开关元件以驱动负载。图10A示出了具有分别由PWM驱动信号Wave0-3控制的开关元件S1-S3的转换器1000。图10B示出了跨负载1002耦合的逆变器或放大器1001的推式Amp1和拉式Amp2放大器组件。放大器开关元件S4-S7由相应的PWM驱动信号Wave4-7控制。应注意，总线电压Vbus由放大器前面的转换器和/或电源提供(参见图1)。

在实施例中，参照图2，转换器PWM模块212和逆变器PWM模块214产生波形以控制用于转换器103和逆变器104中的开关元件的驱动信号。开关元件驱动波形可以基于例如由时钟频率设置的周期性和计数至可编程限值计数器来控制。如前所述，寄存器模块内的PWM寄存器，例如COARSE_ON，COARSE_OFF，FINE_ON和FINE_OFF可以设置波形边沿，通常每个周期设置两个边沿(或者更多，但通常是偶数个边沿)。

在说明性实施例中，以两组(0和1)提供PWM控制寄存器。提供两组允许在系统运行时改变PWM波形的可编程操作特性，而不会扰乱波形生成：当使用一组时，另一组被修改，然后可以交换两组以改变PWM操作。

PWM波形的生成可以包括用于异步和/或同步起始控制和波形脉冲宽度的同步重新加载的功能，并且对于一些应用，包括波形周期的同步重新加载。单个PWM发生器可以包括单个计数器机制(周期计数器)，用于生成一个或多个波形来控制开关元件。

对于具有两个或更多PWM发生器的系统，例如发射器控制系统308，可以同时启动多个PWM发生器中的周期计数器。在一个实施例中，公共控制信号(EX_RUN，从每个PWM组内的引脚GPIO[3...0]引脚中选择)启动多个周期计数器。

通过经由GPIO引脚将信号驱动出控制设备，公共控制信号也可以从用于系统内的通用控制或用于多个设备之间的公共控制的发射器控制系统内部进行控制。对于一些应用，该机制包括与前述控制信号分离的公共控制信号，以便以所有发生器共有的方式改变脉冲宽度。

在实施例中，多个PWM发生器可以具有共同的周期性，但波形开启和关闭边沿可以被设置以定义多个PWM发生器之间的任何期望的关系。例如，一旦编程完成后，PWM发生器被配置为基于EX_RUN信号的状态而使能启动。通过这种机制，两个或更多个PWM发生器可以与已知的相位偏移共同启动，使得能够生成具有已知和可控相位偏移的输出波形和得到的电磁信号。

在实施例中，提供了一种机制，通过该机制，这些控制信号可以在集成电路外部，以允许多个集成电路由共同信号控制。提供了另一种机制，通过该机制，一组设备中的一个设备可以由内部产生的控制信号控制，同时向外部发射所述信号以共同控制其他集成电路。

在将GPIO[n](n＝{0...3})配置为输出引脚，然后设置GPIO[n]的值之后，可以使用可编程控制在该部分内操作这些引脚控制，或者在将GPIO[n]配置为输入引脚后经由该部分的外部输入操作这些引脚控制。PWM周期性通过PWM_COUNT_LIMIT_[k]寄存器设置。

通过直接控制波形边沿来设置波形相位和脉冲宽度，通常每个周期放置两个边沿(或更多，但通常是偶数个边沿)。边沿由{COARSE_ON_x|FINE_ON_x}(x＝{0...9})寄存器控制用于断言边沿，边沿由{COARSE_OFF_x|FINE_OFF_x}寄存器控制用于取消断言边沿。

在示例实施例中，主控制器负责设置这些寄存器值，并且对寄存器组{0,1}执行寄存器设置操作。如在示例性实施例中，多个发生器和多个集成电路从字面上(直接或通过时钟树分布)由公共时钟操作和/或由同相控制机制隐含地由公共时钟操作。

在如上所述配置了多个类似时钟的PWM发生器和触发机制之后，主控制器将向PWM发生器断言共同触发机制，导致产生在时间上同步并且偏移任意相位的波形。

图11示出了保持用于PWM驱动器信号边沿的粗略值的值的计数器1102和确定何时达到计数的比较器1104。将一定量的时间添加到粗略边沿位置以为栅极驱动器信号的边沿提供精细(高分辨率)。可以包括图2中的转换器PWM模块220和放大器PWM模块222的PWM控制器提供具有独立可编程(开/关)的多个通道，尽管通道通常按照共享单个周期的两组或四组进行分组。PWM通道的数量可基于应用进行配置。

在图2的说明性实施例中，控制器202可以包括11个PWM通道，分成四组：

A组：四个通道：转换器控制(220图2)

B组：四个通道：逆变器控制(222图2)

C组：两个通道：可调阻抗控制(224图2)

D组：一个通道：正弦波发生器的内部定时器。

示例性地将上述分成多组以允许针对每组通道的不同的PWM周期(例如：B组中的PWM周期为6.78MHz；A组中的PWM周期为100kHz或250kHz；等等)。在实施例中，可编程计数递增计数器，诸如图11所示的计数递增计数器，由单个组中的所有通道共享。每组的计数递增值确定该组(A，B，C等)中PWM的周期。选择给定范围内的任何输入频率和{2...8192}范围内的任何整数除数的组合允许系统在宽范围的PWM频率下工作。

每组{A，B，C，D}计数递增上限被存储为COUNT_LIMIT_{A，B，C，D}[12：0]。寄存器值可以直接加载。由于计数从0开始，因此如果您写入60，则计数为61，回读为60。“粗略”时基由计数器PWM_COUNTER_{A，B，C，D}[l2：0]定义，其中在每个PWM周期内从0x0开始计数直至COUNT_LIMIT_{A，B，C，D}的值。

两个计数递增计数器共享相同的输入时钟。说明性的计数器时钟频率范围{75...85}MHz允许精确生成各种各样的目标PWM频率：

81.3600MHz/12＝6.78000MHz

15.0MHz/8192＝9.16kHz

PWM频率设置的精度限制为计数器时钟的整数除数。精密频率设置需要一个期望频率的整数倍的精确的计数器时钟。这个倍数应该设置得尽可能高，以便在脉冲宽度的规范中达到最大精度。

计数器时钟还控制多抽头模拟延迟线，用于将每个时钟周期分为高分辨率的时间点。在实施例中，使用17抽头延迟线，如图6A所示。抽头之间的时间间隔与计数器时钟的周期成正比。对于17抽头延迟线，81.36MHz(12.3ns周期)/17个抽头＝723ps/抽头。占空比精度是计数器时钟周期和除数的函数，对于6.78MHz(在81.36MHz下为12×17)，每个循环提供204个时间点的精度。

在实施例中，PWM波形断言/取消断言时间由时间点寄存器确定。在一个特定实施例中，低阶位[3：0]指定17个延迟线抽头中的哪一个将用于精度(高分辨率或精细)边沿布置，高阶位[13：4]指定精度边沿将被放置在内的计数器值。

示例：6.78MHz PWM(81.36MHz/12)，COUNT_LIMIT＝0xb

·在时间点[13：4]＝0x6；在时间点[3：0]＝0x0，50％占空比

·在时间点[13：4]＝0x3；在时间点[3：0]＝0x0，25％占空比

对于22％的占空比：

0.22·12＝2.64：整数2，余数为0.64

0.64·16＝10.24：抽头#10，时间点[13：4]＝0x2；[3：0]＝0xa

HRPWM的优点对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。例如，在正常操作和校准期间可以实现例如以谐波频率形式的降噪。应理解到，FCC规定限制了可以产生的能量。对转换器和/或放大器中的开关元件的精确控制以及对IMN的控制可显著改善噪声性能。

在实施例中，例如通过使用在可接受频带处具有陷波衰减滤波器的宽带放大器来感测有用和/或无用的谐波频率，其中残余未滤波信号是带外噪声。也可以测量带外噪声的幅度和/或频率。应该理解的是，这种滤波和测量可以使用任何合适的技术来执行。通过将电路操作从“高度滤波”改变为“失谐”，可以对幅度的相对差异进行测量，以确定系统传输的带外能量的水平。PWM波形可以调整为通过对波形上升和/或下降沿的栅极驱动器信号进行粗略和精细边沿调整来降低噪声。

另外，在实施例中，无线电力发射器可以在有或者没有负载的情况下运行，负载可以是优化的或未知的。

可以基于发射器与一个或多个接收器之间的通信利用反馈在无线电力接收器或多个接收器处来调整功率水平。除了调整放大器操作外，HRPWM还可以控制转换器，以便降低提供给RF放大器的电压。

为了提高无线电力发射器中的功率开关的效率，类似于上述，功率调整可以包括基于相位和幅度测量值的反馈以确定实际阻抗，从而可以调解精细量以实现期望的阻抗，从而导致提高电力发射效率。

图12示出用于调整由PWM发生器产生的栅极控制信号的说明性步骤集合。在步骤1202中，系统被初始化。在步骤1204中，转换器被激活并且在步骤1206中逆变器被激活。在步骤1208中，测量经滤波的电流幅度，并且在步骤1210中，测量未滤波的电流。在步骤1212中，测量噪声并在步骤1214中测量谐波。在步骤1216中，确定是否超过和/或未满足任何阈值。在步骤1216中，调整一个或多个PWM信号。如果阈值未被超过，则在步骤1220可以认为降噪完成。

使用HRPWM的带内信令

在本发明的另一方面，无线电力传输系统包括通过及时调整发射功率电平以从发射器向接收器发送信息(通信和/或信号)的电力发射器和电力接收器之间的数据信令或数据通信。这种及时幅度调制(AM)可以使用幅移键控(ASK)或其他合适的调制技术来提供。

图13示出了与图2的系统具有共性的说明性无线电力传输系统1300，并且附加了耦合到转换器PWM模块212、逆变器PWM模块214和阻抗调整PWM模块216的调制模块1302。应当理解，调制模块1302不需要耦合到这些模块中的每一个。调制模块1302向PWM模块提供信息以使能对开关元件的栅极驱动信号的调节以提供期望的调制。以上针对高分辨率PWM讨论了PWM发生器。应该理解，接收器具有解调模块来接收和解调所发送的信息。另外，接收器可以通过调整发射器看到的阻抗来调制信息以发送给发射器。发射器上的调制模块1302可以解调从接收器发送的数据。在实施例中，调制模块可以被集成到控制器204中。

在实施例中，使用诸如ASK的幅度调制(AM)。幅移键控(ASK)是指将数字数据表示为载波幅度变化的幅度调制形式。通过在T秒的位持续时间内发送固定幅度载波和固定频率来表示二进制码元1。如果信号值是1，则发送载波信号；否则，发送信号值0。使用有限数量的不同信号来表示数字数据，以及有限数量的幅度，每个幅度被分配一个独特的二进制数字模式。

应理解，可以传送各种数据类型以满足特定应用的需要。在实施例中，示例性数据包括操作参数、源阻抗、可允许的负载水平以及与发射器和接收器功率特性相关的其他系统动态。

一般来说，很容易理解，数据通信不应该引入可导致系统在电气设备的规定限制之外运行的射频(RF)噪声。希望提供一种从无线电力发射器向能够在任何实际的半导体或其他过程中构建的无线电力接收器发送数据的噪声和谐波消除的具有成本效益的手段。

图14示出了使用功率调制的带内通信的说明性实施例。处理器(诸如图2的微控制器(MCU)204耦合到发射器，例如图2的发射器控制系统202。处理器204包括串行数据集模块1402，其可以存储编程的调制数据，诸如参数信息、针对接收器的数据请求等。串行数据发射器模块1404例如通过到通用或其他IO引脚1406的连接而与发射器控制系统202通信。

在实施例中，发射器控制系统202包括第一和第二HRPWM寄存器组0(1408)和组1(1410)，它们可存储用于控制PWM栅极驱动器信号以产生各自的幅度电平以实现幅度调制的信息。例如，第一寄存器组可以为数字“一”提供幅度电平，并且第二寄存器组可以为数字“零”提供幅度。耦合到IO引脚1406的多路复用器1412可以选择适当的PWM寄存器组来调制该信号。应该理解，可以使用更复杂的幅度调制，例如通过使用符号和额外的控制信号。在一个实施例中，上面讨论的6.78MHz信号用于调制。在实施例中，功率可以被设置得尽可能高，使得幅度变化在尽可能小的同时可被检测到。在实施例中，多路复用器1412输出耦合到控制用于输出1416的开始和结束调制的PWM波形的开始/停止模块1414。

PWM控制寄存器1408,1410允许在系统运行时改变PWM发生器的可编程操作特性而不会扰乱波形生成：当使用一组时，另一组被修改，然后这两组可被交换以改变PWM操作。PWM发生器包含执行波形脉冲宽度同步重新加载的功能。当用于调制时，两组PWM控制寄存器1408,1410都被编程，每一组表示不同的发射功率电平。

在实施例中，PWM控制允许通过添加附加组控制寄存器(超出示例组0和1)、通过在四组控制寄存器之间切换(增加组数{0,1}为组{0,1,2,3})来将发射数据表示为多变量符号以及简单二进制符号，诸如四元符号(每个符号两个位)。通过用处理器中的控制回路代替UART控制来实现控制，以操作附加的控制信号(从1个控制信号增加到2个控制信号)从而指导符号编码，或通过另一种机制。

通过用处理器中的控制回路代替UART控制以调制符号转换速率来例如在时间域中创建基于过渡的数据表示，实施例允许发射数据被表示为时间上的变化，使得符号速率可以随时间变化以提供附加的通信信息。

调制过程也可以在无线电力接收器中用于反向通信。在这种情况下，电力接收器中的PWM控制被修改以调整发射器看到的负载。当在接收器中的数据流的控制下执行该修改时，发射器可以通过监测有效阻抗的变化来检测负载的变化，并且因此提取为解调的数据。不需要额外的外部电路来执行调制，并且新的调制过程在与发射器共同谐振操作时不会影响接收器的调谐，无线电力传输的一个方面。

在实施例中，通过系统的“翻转”操作，GPIO[3：0]引脚可以用作触发机制，用于改变来自HRPWM模块控制的放大器的输出功率。控制寄存器组(0,1)可以通过GPIO[3：0]引脚交换/翻转，因为它们可以被配置为HRPWM模块“更改脉冲宽度”操作的触发机制。

在将GPIO[n](n＝{0..3})配置为输出引脚，然后设置GPIO[n]的值之后从该部分内部对这些引脚控制进行操作，或者在将GPIO[n]配置为输入引脚后通过该部分的外部输入对这些引脚控制进行操作。

PWM周期性通过PWM_COUNT_LIMIT_[k]寄存器设置。翻转操作也会改变该寄存器，该寄存器可以用作调节PWM功率的另一种机制。调整PWM功率的最直接方法是通过调整PWM波形的占空比('开'时间相对于'关'时间)来执行。通过直接控制波形边沿来设置波形相位和脉冲宽度，通常每个周期布置两个边沿(或者更多，但总是偶数个边沿)。边沿由{COARSE_ON_x|FINE_ON_x}(x＝{0..9})寄存器控制用于断言边沿，由{COARSE_OFF_x|FINE_OFF_x}寄存器控制用于取消断言边沿。

在示例实施例中，主控制器负责设置这些寄存器值，并且对寄存器组{0,1}执行寄存器设置操作。如在示例性实施例中，多个发生器和多个集成电路从字面上(直接或通过时钟树分布)和/或由同相控制机制隐含地从公共时钟操作。

在配置如上所述的多个类似时钟的PWM发生器和触发器机制之后，主控制器将向PWM发生器断言共同触发机制，从而导致产生时间上同步并且被任意相位偏移的波形。

引脚安全逻辑(PSL)

在实施例中，提供引脚安全逻辑(PSL)以防止可能损坏诸如开关晶体管的器件的栅极驱动器信号波形。可以理解，谐振电路可以存储大量的能量。例如，如果电流路径被中断，则存储的能量将找到潜在的破坏性路径。

再参照图2，可以提供转换器、放大器和/或阻抗调整PSL模块226、228、230，用于保护由发射器控制系统202控制的功率放大器。保护由可编程的跨通道安全操作状态以及灵活驱动器禁止功能和每个通道的功率限制控件提供。PSL还定义每个输出的“活动”状态的极性，并控制PWM输出的重置行为。

在实施例中，PSL模块同步或异步地执行放大器开启和关闭控制，并且作为电平监视器的函数或经由SPI写入操作，通过在内部关闭高侧驱动器和/或在外部通过引脚控制来为节制电力系统提供即时路径。PSL模块可防止在应用开发过程中发生的意外错误，保护放大器免受逆变器直通情况的影响，并在PWM不运行时禁用高侧驱动器，以防止负载直通情况。PSL还可以通过带自动重启的高侧关闭功能为功率调节功能提供支持，并提供保护机制，在无主机干预的情况下防止重启。

在PWM发生器(HRPWM)提供栅极时序但不直接控制放大器栅极驱动器的实施例中，采用PSL模块来定义操作状态和安全操作区(SOA)条件。PSL配置设置定义AFE放大器控制引脚是处于活动状态还是不活动状态以及它们是如何从活动操作转换到不活动操作。作为故障检测或安全操作点管理或功率调节的功能，PSL模块还混合了来自多个比较器输出和数字控制的输入，用于抑制驱动。引脚安全逻辑将放大器开启、PWM极性、安全和控制等多维问题集中在一个模块中，以便于配置。

在实施例中，与HRPWM通道一样，PSL操作可以被分成四个组(A，B，C，D)。这允许独立的操作，而同一条件下可以触发多于一个PSL组。

·A组：通道0,1,2,3；转换器控制

·B组：通道4,5,6,7；逆变器(功率放大器)控制

·C组：通道8,9；开关电容器(AZ PWM)控制

·D组：通道10；正弦波发生器的变频控制

在这些组中的每个组中，偶数通道被认为是“高侧”驱动器，并且它们与次高编号(奇数；“低侧”驱动器)通道在逻辑上配对。在实施例中，A组和B组可被描述为全桥控制器，C组可被描述为为半桥控制，而D组可被描述为单个PWM通道。在其他实施例中，A组或B组中的两个通道可以用于驱动半桥转换器或逆变器。换言之，该控制系统可以耦合到具有各种配置的驱动电路的电力发射器。

PSL将控制信号之间以及通道之间的交互描述为“活动/不活动”。在处理之后并且在发送到引脚之前，每个通道的ACTIVE_LO位将活动/不活动状态转换为预期的引脚电平。

示例：

·驱动NMOS门的通道会配置ACTIVE_LO＝'0'(假；引脚高电平开启)

·驱动PMOS门的通道会配置ACTIVE_LO＝'1'(真；引脚低电平开启)

在实施例中，通道被配对({0,1}，{2,3}，{4,5}，{6,7}，{8,9})，在概念上作为推拉对，以帮助定义可能会对驱动器造成直通损坏的错误情况。当通道在其伙伴通道被断言的同时被断言时发生错误。

例如，图10A和10B示出用于开关元件S0-7的栅极控制信号。如果开关S4和S7导通，则S5同时导通将是错误的。PWM模块可以控制栅极驱动信号Wave0-7以避免错误情况。

当检测到错误时，每对PAIR_ERR_n{n＝0,2,4,6,8}状态位被置位，这是一个持久状态，通过向状态位写入'0'来将其清零。在检测到错误的时刻，偶数通道(“高侧”)的输出状态被禁止活动(强制进入“不活动”状态)。该设置是持久的，直到通过SPI写入清零状态位，此后强制不活动功能被异步释放。

电流和/或电压测量结果可以提供给电平比较器(LMON)并作为放大器保护和/或调节功能的输入发送到PSL。PSL基于比较器结果和其他数字输入生成独立的逻辑功能。提供输入故障功能：三个PWM通道组A，B和C中的每一个有一个独立功能。在实施例中，故障功能具有9或10个外部输入，其中每个外部输入包括比较器0-8的九个输入。

A组和B组可以包含第10个输入，分别来自引脚INHA或INHB。每个输入可以在本地屏蔽，提供可配置的“与-或(AND-OR)”运算。该屏蔽对每个组都是唯一的。功能控制寄存器包括位MASK_CMP[8：0]和MINH_PIN(用于组A和B)。一个附加控制寄存器SW_INH对于每个组的功能是本地的，设置成允许保护功能的直接软件控制(强制)。

图15-16示出了PSL的说明性实施例。在图15中，可选地将LM_OUT(例如，过电流)、INHx和WTDG(看门狗定时器)掩蔽到门1502a，b，c中，并且穿过逻辑门“或(OR)”1504以产生到多路复用器(或mux)1506的输出。SW_INH提供软件禁止控制，并且还提供给复用器1506。可以使用TDC来重置mux。TDC指谐振负载中对应于低或最小能量的点。在所说明的实施例中，mux输出产生一个偶数通道的wave_inhm。

当发生故障时，PWM模块可以继续运行，在由mux1506的控制位定义的时间段内，只有高侧(偶数通道)输出受到变成不活动(关闭)的影响。与INH_OP_GROUP_n[1：0]{n＝A，B，C}相关联的逻辑定义如下：

·00：忽略故障功能，INH_NOW_n保持低电平，组中的高侧(偶数)通道不受影响。

·01：允许故障功能异步控制组中的高侧通道。

·10：锁存故障功能，在下一个TDC时自动清零，控制组中的高侧通道。旨在用于调节功能。在故障原因被移除之前，故障功能不会被禁用。

·11：锁定故障功能，INH_INF_n清零后，在下一个TDC清零，控制组中的高侧通道。旨在用于保护功能。在故障原因被移除之前，故障功能不会被禁用。

如图16所示，当故障功能出于活动状态时，组中的高侧(偶数)通道将被禁止(禁用/“强制关闭”)。在所说明的实施例中，来自mux 1506(图15)的信号wave_inh以波动(偶数)信号门控，而不是波动(奇数)信号门控。如上所述，输出信号padn可以连接到放大器、转换器等以控制开关元件。

每个功能输出均根据具有不同时间标记的相同AND-OR功能生成三个状态标志：

·INH_INF_n{n＝A，B，C}是一个持久性标志，报告自上次状态标志写入‘0’以来，故障/禁止功能是否一直处于活动状态。

·INH_NOW_n{n＝A，B，C}是一个只读标志，报告故障/禁止功能是否处于活动状态。应注意，由于同步自动清零行为导致的延迟，即使因果事件不再有效，也可以设置此标志(见INH_RAW标志)。

·INH_RAW_n{n＝A，B，C}是一个只读标志，报告故障/禁止功能的原因现在是否有效。应注意，如果INH_OP_GROUP_n＝00，则此INH_RAW_n对引脚逻辑没有影响。

无论HRPWM通道输出的状态或可能的故障条件如何，输出引脚都可以独立地被使能或禁用。使能的引脚具有主动推拉驱动，禁用的引脚未被驱动。控制寄存器位PIN_HIZ_n{0..9}控制并报告驱动器控制的状态。在系统重置时，所有驱动引脚都被禁止(无驱动器活动)，允许外部弱电阻为放大器的功率器件建立默认状态。当驱动谐振负载时，不应该使用这种机制来“安全”放大器，因为当现在不受控制的负载放电时，它可能会导致外部晶体管过度的功耗。

在实施例中，PSL可以防止各种不合期望的状况，包括保护无线电力发射器电路免于处理来自可通过二进制开关晶体管放大器汲取的超过发射器被设计为承载的水平的电流和电压的太多能量和损害。PSL还可以减少将过量的电力传输给非预期的接收器。无线电力的非预期的接收器，例如并非设计用于接收无线电力的金属片、金属涂层材料或电子器件(如RFID或NFC标签)，可能因无线电力的传输而被损坏或毁坏。控制发射电力的水平可以降低损坏无线电力的非预期的接收器的风险。实施例还可以控制传输的功率水平以实现源控制的调节目的，以提高操作效率。

控制电力传输功率的水平通过减少可能接收到的不需要的能量的量来提高发射器系统的整体效率。不需要的能量通常会被丢弃作为消散的热。此外，实施例提供的保护可以仅用于防止串联配置的晶体管中的一个启用而另一个晶体管保持启用。这允许晶体管电路继续工作，但消除了晶体管堆栈的功率输入。当该装置用于控制谐振负载时，这种继续从谐振负载中汲取能量同时防止能量进入谐振负载的能力提供了对系统能量的基本保护和控制，并降低了如果检测到的误差被用来简单地关断放大器中的晶体管则可能会发生的失去对谐振器中的能量控制的风险。

示出并描述了具有D类放大器的说明性实施例。D类放大器有四个控制信号，分成两对。每一对晶体管都将控制一对晶体管，在偏置电源和接地回路之间以串联堆叠方式排列。将负载的一个端子连接到晶体管之间的公共中心点，这对控制信号可以导致负载看到的偏置从偏置电源变化到地面返回电平。如果负载的另一个端子连接到由同一组中产生的一对波形控制的另一对晶体管，则四个晶体管控制中的复杂相互作用可导致负载上偏置电平和相对极性的广泛的有意义和有用的变化。

“降压-升压”转换器具有不同的返回路径，但与D类配置具有类似的问题，在电路中串联连接的晶体管对之间具有过量的功率馈通。

系统监视一对信号中每个信号的状态。如果在任何时候，一对中的两个信号同时处于活动状态，则从属信号变为不活动状态。该功能可以在临时基础上启用，也可以可选地锁存，以防止从属信号的进一步激活，直到处理器中的外部控制过程被干预为止。在这两种情况下，错误状况都会被锁存，并且可以通过INT引脚可选地向外部控制进程发送信号告知错误状况。

该系统包含各种控制信号。系统中的几个模拟信号，包括电压和电流测量值，都通过可编程电平比较器进行处理。这些比较器的状态是一组二进制控制信号，其基于模拟信号和比较器的编程电平之间的关系以及相对幅度(相对极性)而改变。可以配置几个外部引脚，根据系统中二进制信号的外部状态提供二进制控制信号。

驱动多个谐振器

图17A示出了用于驱动多个谐振器的说明性无线电力发射器系统1700的示意性表示。虽然系统1700被示出为具有四个谐振器，但是应该理解，可以使用任何实际数量的谐振器和相关电路。

第一电力发射子系统1702a包括耦合到第一发射器控制系统1706a(诸如图2的发射器控制系统202)的第一处理器1704a，诸如微控制器或数字信号处理器。第一电力发射子系统1702a耦合到形成第一无线发射器模块1712a的一部分的驱动模块1708a和阻抗调整模块1710a(其可以是IMN的一部分)。可以理解，驱动模块1708a可以包括例如图2的转换器和放大器模块208、210。第一无线发射器模块1712a进一步包括谐振器1714a，谐振器1714a可以耦合到IMN，如图2所示。

另外的发射子系统1702b-N被示为耦合到相应的另外的无线发射器模块1712b-N。在所示的实施例中，第一功率发射子系统1702a，并且更具体地说，第一数字信号处理器1704a被耦合到另外的数字信号处理器1704b-N，使得第一数字信号处理器1704a是主设备，并且另外的数字信号处理器1704b-N是从设备。无线通信模块1716耦合到第一数字信号处理器1704a，其控制另外的处理器1704b-N。类似地，第一发射器控制系统1706a经由“同步输出”经由主-从配置中的“同步输入”耦合到发射器控制系统1706b-N。

图17B示出了第一发射器控制系统1706a，它是图17A所示的主机，耦合到第一无线发射器模块1712a。另外的(从)无线发射器模块1712b-N由相应的另外的发射器控制系统1706b-N控制。

在实施例中，多个谐振器1714a-N同时被主动控制。谐振器1714a-N被定位成使得它们的电磁场有效地相互作用。在实施例中，交互场的相位关系以期望的方式被控制。

图17B展示代表以50度分隔的谐振器1714a-N(例如，0度处的第一谐振器1714a，50度处的第二谐振器1714b，100度处的第三谐振器1714c及150度处的第四谐振器1714N)处的电流或电压的波形。应该理解，可以使用(通过谐振器1714a-N)所产生的场之间的任何实用程度的分离，并且场分离在所有场中不必相同。对于6.78MHz时钟并且如本文所述使用HRPWM，谐振器场的最小相位偏移可以是大约1.76度。

谐振器1714被控制以使得它们的电磁(EM)场在时间和谐振器附近的三维空间上被精确限定。谐振器1714可被控制以生成允许特定量的能量被引导到三维空间中的特定区域的场。这允许该空间中的不同设备从谐振发射器接收不同的特定电平的功率。

实施例允许多个谐振发射器电路针对交变EM场以精确定义的相位偏移(相位角差)来操作。多个发射器电路可以设置为不同的功率电平，或设置为从公共场空间下沉(移除)功率。在正在执行传输的同时，可以在多个发射器电路中同时并同步修改发射频率和/或功率电平和/或相位差，而不停止发射以进行期望的改变。

再次参照图17A和17B所示，主要(主)控制由经由串行外围接口(SPI)进行通信的外部微控制器1704a提供。在其他实施例中，控制由状态机(SM)执行，并且处理器或SM可以是设备内部的或外部的。

如图17C所示，谐振器1714a-N例如可以激励表面上的不同区域1718a-N。例如，第一谐振器1714a可以生成适合给膝上型计算机充电的相对高功率区域1718a(大约20-75W)。第二谐振器1714b可以生成具有不同功率水平的另一个区域1718b(例如，以较低的5-15W来为移动电话充电)。第三谐振器1714c可以在区域1718c处以0.25-5W处对可穿戴电子设备充电。应该理解，区域1718可以重叠。

可以理解的是，可以在两维和/或三维空间中提供谐振器间定相，并且可以提供不同的功率水平，并且可以以相似和/或不同的尺寸提供谐振器线圈。在这种配置中，由谐振器产生的信号可以生成局部最小值和最大值，从而可以发生“热”和“冷”点。应该理解，如果检测到诸如金属物体之类的异物，则可以需要“冷”点。另外，向比如手机提供过多的能量是不可取的。在实施例中，无线通信(例如蓝牙)可以用于发射器和设备之间的通信。如本文详细描述的，HRPWM可用于精确控制放大器中的栅极驱动器，例如以实现所需的相位关系并锁定相位关系。

其他实施例

图18展示可执行本文中所描述的处理的至少一部分的示例性计算机1800。计算机1800包括处理器1802、易失性存储器1804、非易失性存储器1806(例如硬盘)、输出设备1807和图形用户界面(GUI)1808(例如，鼠标、键盘、显示器)。非易失性存储器1806存储计算机指令1810、操作系统1812和数据1814。在一个示例中，计算机指令1810由处理器1802在易失性存储器1804之外执行。在一个实施例中，物品1816包括非暂时性计算机可读指令。

处理可以用硬件、软件或两者的组合来实现。可以在可编程计算机/机器上执行的计算机程序中执行处理，每个可编程计算机/机器包括处理器、存储介质或处理器可读的其他制品(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)、至少一个输入设备和一个或多个输出设备。程序代码可以应用于使用输入设备输入的数据以执行处理并生成输出信息。

该系统可以至少部分地经由计算机程序产品(例如，在机器可读存储设备中)执行处理，以供数据处理装置(例如，可编程处理器、一台计算机或多台计算机等)执行或控制数据处理装置的操作。每个这样的程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。但是，程序可以用汇编语言或机器语言来实现。该语言可以是编译的或解释的语言，并且可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适用于计算环境的其他单元。计算机程序可以被部署为在一个计算机上或多个计算机上在一个站点上执行或者分布在多个站点上并且通过通信网络互连。计算机程序可以存储在能够由通用或专用可编程计算机读取的存储介质或设备(例如，CD-ROM、硬盘或磁盘)上，用于在存储介质或设备是由计算机读取时配置和操作计算机。处理还可以实现为配置有计算机程序的机器可读存储介质，其中在计算机程序执行时，计算机程序中的指令使计算机运行。

处理可以由执行一个或多个计算机程序以执行系统的功能的一个或多个可编程处理器执行。全部或部分系统可以被实现为专用逻辑电路(例如，FPGA(现场可编程门阵列)和/或ASIC(专用集成电路))。

已经描述了本发明的示例性实施例，对于本领域的普通技术人员现在将变得显而易见的是，也可以使用包含其概念的其他实施例。这里包含的实施例不应限于所公开的实施例。本文引用的所有出版物和参考文献全文通过引用明确地并入本文。

这里描述的不同实施例的元件可以被组合以形成未在上面具体阐述的其他实施例。在单个实施例的上下文中描述的各种元件也可以分开提供或以任何合适的子组合提供。

Claims (20)

1.一种高分辨率脉冲宽度调制(HRPWM)控制器，包括：

第一通道，其具有第一coarse_on寄存器和第一coarse_off寄存器；

计数器，其被配置为确定所述第一通道的重复率，其中：

当所述第一coarse_on寄存器的coarse_on值与所述计数器相等时，所述第一通道被设置为“活动”；

当所述第一coarse_off寄存器的coarse_off值与所述计数器相等时，所述第一通道被设置为“不活动”；以及

延迟线，其被配置为生成偏移达精细分辨率值的一组延迟锁定波形；

控制模块，其被配置为从所述一组延迟锁定波形中选择延迟锁定波形，并将所选择的延迟锁定波形应用于所述第一通道。

2.根据权利要求1所述的HRPWM控制器，还包括具有第二coarse_on寄存器和第二coarse_off寄存器的第二通道，其用于确定与所述第二通道相关联的第二粗略分辨率值。

3.根据权利要求2所述的HRPWM控制器，其中，所述HRPWM控制器的所述第一通道和所述第二通道被配置为控制E类全桥逆变器、D类半桥逆变器、或者半桥转换器的第一开关元件和第二开关元件。

4.根据权利要求2所述的HRPWM控制器，还包括两个附加通道。

5.根据权利要求4所述的HRPWM控制器，其中，所述HRPWM控制器的四个通道中的每一个被配置为控制D类全桥逆变器的对应开关元件。

6.根据权利要求4所述的HRPWM控制器，其中，所述HRPWM控制器的四个输出通道中的每一个被配置为控制转换器的对应开关元件。

7.根据权利要求1所述的HRPWM控制器，其中，所述延迟线是锁相环(PLL)或延迟锁定环(DLL)。

8.根据权利要求1所述的HRPWM控制器，其中，所述精细分辨率值确定将所述一组延迟间隔中的哪一个应用于从所述一组延迟锁定波形中进行选择的多路复用器。

9.根据权利要求1所述的HRPWM控制器，其中，所述第一coarse_on寄存器和所述第一coarse_off寄存器确定与所述第一通道相关联的第一粗略分辨率值，并且其中，增加所述粗略分辨率值上的所述精细分辨率值延迟第一通道的开始并且减小所述第一通道的脉冲宽度。

10.根据权利要求1所述的HRPWM控制器，其中，将所述coarse_on值上的所述精细分辨率值设置为与所述coarse_off值上的所述精细分辨率值相等保持所述第一通道的脉冲宽度。

11.根据权利要求10所述的HRPWM控制器，其中，设置为与所述精细分辨率值相等使第一通道从其原始位置移位。

12.一种用于生成第一HRPWM信号的方法，所述方法包括：

提供具有第一coarse_on寄存器和第一coarse_off寄存器的第一通道；

将所述第一coarse_on寄存器的coarse_on值与计数器进行比较，所述计数器被配置为确定所述第一通道的重复率，其中，当所述第一coarse_on寄存器的coarse_on值与所述计数器相等时，所述第一通道被设置为“活动”；

将所述第一coarse_off寄存器的coarse_off值与所述计数器进行比较，其中，当所述第一coarse_off寄存器的coarse_off值与所述计数器相等时，所述第一通道被设置为“不活动”；

生成偏移达精细分辨率值的一组延迟锁定波形；以及

将从所述一组延迟锁定波形中选择的延迟锁定波形应用于所述第一通道。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括通过以下步骤生成第NHRPWM信号：

提供具有第N coarse_on寄存器和第N coarse_off寄存器的第N通道；

将所述第N coarse_on寄存器的coarse_on值与所述计数器进行比较，所述计数器被配置为确定所述第N通道的重复率，其中，当所述第Ncoarse_on寄存器的coarse_on值与所述计数器相等时，所述第N通道被设置为“活动”；

将所述第N coarse_off寄存器的coarse_off值与所述计数器进行比较，其中当所述第N coarse_off寄存器的coarse_off值与所述计数器相等时，所述第N通道被设置为“不活动”；

经由延迟线生成偏移达精细分辨率值的一组延迟锁定波形；以及

将从所述一组延迟锁定波形中选择的延迟锁定波形应用于所述第N通道。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，N＝2并且两个通道中的每一个被配置为控制转换器或逆变器的对应开关元件。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，N＝4并且四个通道中的每一个被配置为控制转换器或逆变器的对应开关元件。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述延迟线是锁相环(PLL)或延迟锁定环(DLL)。

17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述精细分辨率值确定将所述一组延迟间隔中的哪一个应用于输出所选择的延迟锁定波形的多路复用器。

18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一coarse_on寄存器和所述第一coarse_off寄存器确定第一粗略分辨率值，并且其中，增加所述粗略分辨率值上的所述精细分辨率值延迟第一通道的开始并且减小所述第一通道的脉冲宽度。

19.根据权利要求12所述的方法，其中，将所述coarse_on值上的所述精细分辨率值设置为与所述coarse_off值上的所述精细分辨率值相等保持所述第一通道的脉冲宽度。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，设置为与所述精细分辨率值相等使第一通道从其初始位置移位。

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