TW201203829A - Three-quarter bridge power converters for wireless power transfer applications and other applications - Google Patents

Description

201203829 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 相關申請案之交叉參考及優先權主張 本申明案主張在35 U.S.C.§119(e)的規範下於2〇1〇年3 月1日所提出之美國臨時專利申請案第61/339，166號之優 先權，本文以引用的方式將該案併入。 本揭示基本上係有關於功率轉換器（p〇wer c〇nverte〇。 更具體言之，本揭示係有關於用於無線功率轉換應用和其 它應用的四分之三橋式功率轉換器（three_quarter bHdge power converter) 〇 【先前技術】 許多功率轉換架構已被開發出來並使用於為數眾多的 應用之中。常用的二種功率轉換架構係半橋式（half bHdge) 架構和全橋式（full bridge)架構。 在使用對稱驅動的半橋式架構之中，其缺點之一在 於，在任何小於一最大驅動工作因數（duty fact〇r)的情形 下，均存在"空檔時間（dead time)，·，半橋式中的開關在此期 間内不工作（導通八此可以致使電流流過該等開關的内接二 極體（body diode)，造成巨大的漏損（通常是—等於或大於 I R漏損之4級）。將蕭特基二極體（Schottky diode)與該等開 關並聯可以有所幫助，但仍可能在某些運作條件期間造成 巨大的蕭特基漏損。雖然不對稱的驅動可以解決上述的* 檔時間問題，但缺點之一在於其通常導致不良的波形品 質，而可能在一匹配網路之中需要低甚多的阻抗。此增加 4 201203829 半橋式循環RMS電流，同樣地增加漏損。 具備相位調變的全橋式架構可以解決空檔時間問題， 因為電流永遠流過二個啟動之開關。然而，全橋式架構迫 使一負載在一高共模電壓（comm〇n m〇de v〇hage)處被差動 式地驅動，此在某些應用之中可能是一大缺點。 【發明内容】 本揭示係有關於用於無線功率轉換應用和其它應用的 四分之三橋式功率轉換器。 在第一態樣中，一種四分之三橋式功率轉換器包含一 第一開關，被組構成將一開關節點選擇性地耦接至一較高 電壓，以& 一第二開關’ 4皮組構成將肖開關節點選擇性地 麵接至車交低電壓。该功率轉換器也包含一第三開關，被 組構成在該第一及第二開關未將該開關節點耦接至該較高 及較低電a之時選擇性地使—第三電壓被提供至該開關節 ,在第二態樣中，—㈣統包含-負載以及-四分之三 橋^力率轉換器’ I组構成提供功率至該負載。該功率轉 換盗匕3第—開關’被組構成將一開關節點選擇性地耦 接至一較高電壓，以及一 弟—開關，被組構成將該開關節 點選擇性地耦接至一較低 ^ l七 一 权低電壓。該功率轉換器也包含一第 二開關，被組構成右马梦 $ 〇Λ —及第二開關未將該開關節點耦 接至5亥較南及較低電壓 至該開關節點。. 選擇性地使一第三電麼被提供 在第三態樣中，—種 種方法包含利用第一及第二開關反 201203829 復地分別將一開關節點耗接至 該方法也包含在該第一及第二 該較高及較低電壓之時利用_ 三電壓至該開關節點。 一較高電壓及—較低電壓。 開關未將該開關節點耦接至 第二開關選擇性地提供一第 【實施方式】 以下所述之圖1至圖10, 之本發明之原理的各種實施例 任何方式將其解讀為對本發明 者應能理解’本發明之原理可 適當配置的裝置或系統之中。 以及用以說明此專利文件中 均僅係用以例示，故不應以 範疇之限制。熟習相關技術 以被實施於任何形式之經過 圖1至圖6例示依據本揭示之示範性四分之三橋式功 率轉換器及相關細節。㈣新型四分之三橋式功率轉換器 拓樸架構可以被使用於I多應用之中…四分之三橋式功 率轉換器可以大幅降低或大致排除關聯於對稱式脈衝^度 調變（PWM)半橋式功率轉換器之整流二極體（咖刻― — de)傳導漏損，同時維持一基本半橋式架構的許多優點。 適用此方式之一實例係在磁性耦合無線功率傳輸環境 之中。在此等形式的環境中’ 一功率"發射器”（一變壓器之 初級側）與一功率”接收器"（該變壓器之次級側）彼此實體分 離。該功率發射器代表用以發送功率的任何適當結構，= β亥功率接收器代表用以接收功率的任何適當結構。實務 上，上述變壓器之初級側位於一實體裝置之中，而上述變 壓器之次級側則位於一完全分離的不同裝置之中。此外， 接收器（次級）線圈可以是各種不同之形狀及尺寸，而發射器 6 201203829 及接收器可以是由不同公司製造。綜而言之，招較於其他 隔離式（isolated)功率傳輸機制，此環境顯現出一些獨特的 挑戰性： 確切的耦合係數&係未知的，且基本上低於一隔離式 功率轉換器，故轉換比率可能難以預測； _為了最小化電磁干擾（eleCtr〇-magnetic interference ; EMI)並致能反應阻抗匹配之使用，波形應該 盡可能是正弦波； 初級及-入級側並非位於同一鐵芯（c〇re)之上，且發射 器線圈可以比接收器線圈大甚多，故可能存在不包含於鐵 芯之中的磁通線（magnetic flux line);且 -為了簡化裝置並促進在一多重發射線圈之矩陣中之 切換，其可能需要將發射（初級）線圈之一侧耦接至接地端。 以下所顯示及所描述之四分之三橋式功率轉換器可以 被使用於該等或其他環境以在運作期間降低功率漏損。 圖1例示一第一示範性四分之三橋式功率轉換器1〇〇。 如圖1所示，功率轉換器100包含開關1〇2_1〇4,其可以代 表使用於一半橋式功率轉換器架構中的典型開關。開關1〇2 耦接以接收一供應電壓K+，而開關104耦接至接地端。上 述之厂+及接地電壓代表軌線電壓（rail v〇ltage)e開關1〇2 可以在一控制信號G1的控制下選擇性地將供應電壓耦 接至一開關節點106。開關104可以在一控制信號G2的控 制下選擇性地將開關節點106耦接至接地端。開關丨〇2_丨〇4 各自均包含任何適當的開關結構，諸如一 M0SFET或其他 201203829 電晶體元件。 開關節點106耦接至一電感器丨08，其在此實例之中係 搞接至一輸出電容器110以及一直流（DC)阻隔電容器112。 電感器108代表具有任何適當電感器值之任何適當感應結 構。電容器11 〇-112各自均代表具有任何適當電容值之任何 適當電容性結構。 電容器Π2亦耦接至一線圈，其在此實例之中代表一 變壓器1 14之初級側。變壓器丨丨4之次級側搞接至一負載 116。變壓器114包含用於以一隔離方式傳輸功率之任何適 备結構。變壓器114的每一側可以具有任何適當結構，諸 如具有任何繞圈數目的線圈。如上所述，變壓器〖丨4之 初級側可以包含一個不同發射線圈之矩陣，可被切換至或 切離功率轉換器100。 一第二開關11 8被加入功率轉換.器1 00以形成四分 一橋式架構。β亥第二開關i〖8選擇性地將開關節點1 % 接至一能量儲存或能量源。此例中，上述之能量儲存或 直源係由一電容器12〇構成的功率儲存組件，雖然其可 使用任何其他適當之能量源或儲存組件。電容器^ Μ包 具有任何適當電容值之任何適當電容性結構。在一些實 狀中，漣波〇*iPple)可以是„ 118《通期Fs1電流流量 -嚴密函數（strictfunction)e實務上，將電容器120中之 波限制在數百毫伏特可以是有效益性的，以降低或最小 電容器120中的介電漏損。此可以藉由增加電容器120 尺寸達成。 8 201203829 開關1 1 8可以在一把制^士妹r。 帝仏虎G3的控制下選擇性地將開 關節點1 06麵接至能量儲存或能 廿又此直源。開關11 8包含用以 將一能量儲存或能量源搞接至— 将疋卽點之任何適當結 構。舉例而言，開關丨18可以代矣_扭y 代表一棱供雙向阻隔功能之 結構。在一些實施例之中 间關11 8可以利用串聯之 MOSFET電晶體（或其他種類 a 貝二€日日體）實施而成。例如，開 關118 t構成可以是利用二個源極端搞接在一起的 MOSFET並將其閘極接頭組構成接收該控制信號.該等 —SFET < ;及極端可以㈣至該能量儲存或能量源及該開 關節點10 6。在特·定的音Λ丨 > 上 ’ 實施例之中’功率轉換器1 〇〇可以使 用總共四個MOSFET或其他開關。 運作期間’控制信號G1&G2(用於開關ig2_ig4之控 ::可以與使用於半橋式結構中者完全相同。其可以在控制 ^ ^及G2二者均未被確立發出（停用）時確立發出（啟用） '號G3(用於開關118之控制）。因此，當開關102-104 =均被切斷（不導通）之時，開關118被連通（導通）。開關 6上的電壓因此可以與半橋式之情況類似，除了在 開關11 8的導_播如p卩_ 旳導通期間，該電壓被箝制至一儲存於電容器12〇 上的電壓 F ( 4-' a 4 ^ ;20(或疋一來自另一能量儲存或能量源之電 壓）°取決於普 、貫施方式’上述之電壓F/u平均可以是供應電 壓N的一半。 、匕方式’S亥四分之三橋式功率轉換器1〇〇可以在复 運作期P^I^L/、 a低或排除"空檔時間"，使得開關節點106隨時均 .平——、 冤源軌線、一功率儲存組件、或一些其他能量儲 201203829 存或能量源。此可以大致排除整流二極體傳導漏損。 負轉116代表用以自功率轉換器1〇〇接收電力 適當結構。例如’負載116 ▼以包含一無線功率接收器， 用於以無線的方式自功率轉換器刚接收電力。該無線功 率接收器可以構成一更大裝置的一部分，諸如一行動電 話 '可攜式電腦、或其他電子裝置。負載116 Φ可以代表 -馬達(motor)，諸如一可逆型DC或ac馬達。任何其 當之負載H6均可以使用，諸如—RL負載。 -圖2例不有關圖i之四分之三橋式功率轉換器1〇〇之 示範模擬波形。如圖2所示，控制信號⑴及⑺包含用以 連通開關1〇2_104之脈衝。若控制信號GUG2定義一 5〇% 作因數’則在開關1 〇2_ i 04均未導通時將不會出現空擋時 間。然而’如圖2所示’在較低卫作因數時，控制信號w 和G2的脈衝之間可以有顯著的空檔時間。如上所述，控制 信號⑺在控㈣號G1及G2二者均係低位準時具有高位 準脈衝’從而啟用開關118以將節點1〇6耦接至電容器 120。此有助於降低或排除功率轉換器1〇〇中的空檔時間。 圖2同時亦例示位於開關節點1〇6上的電壓通 過電感器⑽的電流⑹、以及位於電容器12〇上的電壓 (^)此外，® 2例示通過三開關1〇2、刚、ιι8之電流 (/们及/川）》如圖2所示，當開關1〇2_1〇4將開關 筇點106交替地耦接至源電壓F+及接地端時，開關節點又％ 上的電壓^不僅只是在高低位準之間擺盈。在該等時點 之間（此在其他方式之中將形成空播時間），開關節點1〇6係 10 201203829 輕接至電容器12〇且’在此實例之中，接收一大約等於源 電壓F+—半的電壓。 、 此處模擬的波形顯示出一個特別的控制信號對電感器 電流Λ的相位關係。其係一針對該模擬所選擇之一諧振頻 率與-運作頻率之函|。不同的選擇卩以造成不同的相位 關係。該四分之三橋式功率轉換器1〇〇之運作並未特別要 求在所有開關電流（“、/_、和〜s)處之一讀振電路包辦 導通電流h的整個360。範圍，故理論上電流"可以一直在 一低電阻路徑中流動。實務上，開關動作間的一些非交疊 時間基本上被用以確保其中並無電流突然流過。 圖3例示一第二示範性四分之三橋式功率轉換器3〇〇。 如圖3所示，功率轉換器3〇〇包含耦接至一開關節點3〇6 之開關302-304、-電感器3〇8、以及—輸出電容器31〇。 電容器310耦接至一線圈，其在此實例之中代表一變壓器 314之初級側。一負載316耦接至變壓器314之次級側並可 以代表一無線功率接收器。一開關318將諸如一電容器32〇 之能量儲存或能量源耦接至該開關節點3〇6。在圖3之中， 功率轉換器300之運作係利用由電感器3〇8、輸出電容器 310、以及變壓器314之初級側所構成之一串聯諧振架構。 圖4例示一第三示範性四分之三橋式功率轉換器。 如圖4所示，功率轉換器4〇〇包含輕接至一開關節點俱 之開關402-404。-輸出電容器41〇搞接至開關節點4〇6及 —線圈’該線圈在此實例之中代表一變壓器414之初級側。 —負載4丨6耦接至變壓器414之次級側並可以代表一無線 201203829 功率接收器。一開關4丨8將諸如一電容器420之能量儲存 或月b里源輕接至該開關節點406。在圖4之中，功率轉換5| 400之運作係利用由輸出電容器41〇以及變壓器414之初級 側之漏電感（leakage inductance)所構成之一串聯諧振架構。 圖5例示一第四示範性四分之三橋式功率轉換器5〇〇。 如圖5所示，功率轉換器5〇〇包含耦接至一開關節點5〇6 之開關502-504。一 DC阻隔電容器512耦接至開關節點5〇6 及一線圈’該線圈在此處係代表一變壓器5 14之初級側。 一負載516搞接至變壓器514之次級側。一開關518耦接 至一介於該DC阻隔電容器5 12及變壓器5 14之間的節點 522。開關5 1 8選擇性地將節點522耦接至接地端。在圖5 之中’功率轉換器5〇〇以一非諧振之方式運作。然而，開 關5 1 8仍然可以在開關5〇2_5〇4的非導通時段期間被連通以 避免有關空棺時間的問題。在此實施例之中’電容器5 12 實際上係做為耦接至開關節點5〇6之能量儲存或能量源， 且開關5 1 8使得電容器5 12上的電壓可以在開關節點5〇6 處看見。 圖ό例示一第五示範性四分之三橋式功率轉換器6〇〇。 如圖6所示，功率轉換器6〇〇包含耦接至一開關節點6〇6 之開關602-604。一 DC阻隔電容器612耦接至開關節點6〇6 以及一負載616,其在此實例之中表示為一電感器614及一 電阻器615»—開關618耦接至一介於該Dc阻隔電容器612 及負載6 1 6之間的節點622。開關6丨8選擇性地將節點622 耦接至接地端。在圖6之中，功率轉換器6〇〇對一電感式 12 201203829 負载而非一無線功率傳輸系統以一非諧振及非隔離式之方 式運作。然而，同樣地，開關618仍然可以在開關6〇2_6〇4 的非導通時段期間被連通以避免有關空擋時間的問題。在 此實施例之中，電容器612實際上係做為耦接至開關節點 606之能量儲存或能量源，且開關618使得電容器612上的 電壓可以在開關節點606處看見。 相較於傳統之半橋式架構，四分之三橋式功率轉換器 可以在不犧牲波形對稱性下增進效率。相較於傳統之全橋 式木構，四分之二橋式功率轉換器可以具有一初級側連接 至接地端之變壓器，可以有助於發射線圈矩陣之容易切換 以及變壓器電壓及電流之容易量測。 雖然圖1至圖6例示示範性四分之三橋式功率轉換器 及相關'細節，但其可以對圖i至冑6進行許多修改。舉例 而吕，上述的四分之三橋式功率轉換器令的每一組件均可

將其返回至V+)。並且，W 1至圖6 8、318、418，並藉由運 、318、418耗取能量（並 6中的各個組件均可以被 13 201203829 結合、省略、或者進一步再細分，且可以依據特定之需求 加入額外的組件。此外，此專利文件中的任一功率轉換器 均可以在正常的半橋式運作期間使用多重開關以選擇性地 將-開關節點耦接至不同的電壓軌線，諸如一較高之電壓 厂+及一較低之電壓（不一定是接地端）。 圖7例示依據本揭示之四分之三橋式功率轉換器之一 不範性控制電路700。纟可以使用控制電路7〇〇卩，舉例而 言，對以上所述或以下所述的任一種四分之三橋式功率轉 換器產生控制信號G1_G3e在此實例之中，控制電路· 使用一混合式類比及數位方式以產生該等控制信號。 如圖7所示，控制電$ 7〇〇 &含一頻率字组單元 (freq_ey W(>rd叫702以及—工作字組單元（duty word ⑽⑴704。此等單领輸出代表用以驅動功率轉換器 之一控制信號之頻率及工作 午及作週期（duty cycle)之數值。該等 數值可U代表24位元之數值。一 默值 相位累積器（phase aCCUmulator)706 利用頻率 蜜接哭… a 子，·且早70 702之輸出運作。相位 累積器706之一輸出被提供至一 « 7n. . ^ , 力法器708 ’其將相位累積 益寫之輸出與工作字組單元7〇4之輸出相加。 其辨識該相位累積器之輸古a h：tx -}f m _el -- 问二人位元(high-order ㈣並利用一最南有效位元(MSB)抽取單& 7 出來。該相位累積器之輸出 α ^ 问久位70破用以做為一夂者 相位。其辨識該加法器之輪出之一高 文為夕考 抽取單元712將其抽取出來 凡’、、利用一應 被用以做為一可變相位该加法器之輸出之高次位元 14 201203829

介於上述的參考及可變相位之間的差異被用以產生控 制指唬G1及G2(此處其係PWM信號卜特別是，MSB抽取 單兀710之輸出被提供至一反相器714及一邏輯及閘（and gate)720，而反相器714之輸出被提供至一邏輯及閘716。 MSB抽取單元712之輸出被提供至一反相器718及邏輯及 閘716，而反相器718之輸出被提供至邏輯及閘72〇。邏輯 及閘716和720分別輸出控制信號⑴和Q2。藉由利用一 邏輯非或閘（NOR gate)722執行G1及G2信號之邏輯NOR 運鼻而產生控制信號G3 ^信號G3因此在G1及G2均未確 立毛出時被確立發出。在此實例之中，工作因數解析度可 以疋大約1.2x1 〇_7，此可能遠較所需為佳。 控制k號Gl、G2、和G3在此例中可以具有低相位碎 動（phase jitter) ’諸如一時脈周期之相位碎動。對於一個 MHz的時脈而g ,此僅造成一丨的相位碎動。此方法， 〆、在數子上係與直接數位合成（direct digital synthesis ; DDS) 才關本質上可以實施一擾動添加（dithering)機制，強制使 得工作因數之平均恰等於： 工作因數工作字組^)/22^ (假定其係使用24位元之數值）。對於諧振式轉換器， 於。白振巧路的兩頻衰減（high frequency roll-off)，負載中 的碎動可以為之縮減。 儘管圖7例示四分之三橋式功率轉換器之一示範性控 制電路700 > # / , 實例’但其可以對圖7進行許多修改。例如， 其可从使用杯· /-T -tf . 何其他適當之組合邏輯或其他機制以產生適 15 201203829 當之控制信號。並且’ 7中的各個經件均可以被結合、 省略、或者進一步再細分…以依據特定之需求加入額 外的組件。 上述之功率轉換器拓樸結構可以使用於各種不同的應 用舉例而5，四分之二橋式功率轉換器可以適用於可 能使用半橋式轉換器的任何應用。此四分之三橋式轉換器 對於半橋式轉換器中可能造成空檔時間的任何工作因數均 具有較佳之效率（小於50%工作因數）。 3玄四分之二橋式轉換器之另一應用係做為全橋式轉換 器中需要將負載之一側或變壓器之一側連接至接地端之情 況之一替代。此可以包含，舉例而言，使用多重發射線圈 之應用，以及一或多個線圈可以選擇性地被耦接至該橋式 電路之應用，此中之一實例顯示於圖8之中，其例示依據 本揭示之具有多重發射線圈之一示範性四分之三橋式功率 轉換器800。 如圖8所示’功率轉換器8〇〇包含二開關802-804，選 擇性地將一節點806分別耦接至一源電壓F+及接地端。節 點806同時亦耦接至一開關8丨8，其選擇性地將節點8〇6耦 接至一能量儲存或能量源（諸如一電容器82〇)。在此實例之 中’節點806耦接至多重串列，其中每一串列均包含彼此 串聯之一線圈814a-8 14η(諸如一電感器）及一電晶體 8 1 5a-8 15η(諸如一 MOSFET)。線圈814a-8 14η代表用以發送 功率至一負載816之多重線圈。舉例言之’線圈814a_814n 可以構成一多線圈功率發射台的一部分，其使得將負載8 16 16 201203829 之一接收線圈822相對於該發射台置放之方式可以具有較 大的自由度。 電容器810a-810n與電晶體815a_815n之内接二極體的 串聯組合在每一串列之中容許一 DC位準偏移，其等同於將 該串列自圖8電路的其餘部分分離。其中存在一微小偏壓 電流（諸如FET漏電流）之流動以維持該分離。此允許使用單 MOSFET做為電晶體8l5a-815n以在線圈814a-814n之間 進行選擇。 儘管圖8例示具有多重發射線圈之四分之三橋式功率 轉換器之一實例800，但其可以對圖8進行許多修改。例如， 功率轉換器800可以包含任何數目之發射線圈。 另一四分之三橋式功率轉換器可以包含使用電流及電 壓感測裝置，圖9顯示—實例。在圖9之中，一四分之三 橋式功率轉換器9〇〇包含耦接至一節點9〇6之開關 902-904 ’⑦節點9G6同時亦耦接至—電容器91〇。電容器 910耦接至一線圈914，其可以是一電感器或者是一變壓器 的一部分（諸如一無線功率傳輸線圈）。一開關9丨8將一能量 儲存或能量源（諸如一電容器92〇)耦接至該開關節點9〇6。 在此貫例之中’一電壓感測單元跨線圈914輕接， 且一電流感測單το 926與線圈914串聯。電壓感測單元924 匕3用以Ϊ /則電壓之任何適當結構，而電流感測單元926 匕3用以I測電流之任何適當結構。在此實例之中，該 四刀之一橋式木構有助於將感測單元924 926使用於一單 端模式’表不此等單元不必使用差·動式信i。此可以促使 17 201203829 此等早70中的而共模排斥（c〇mm〇n m〇de咖⑷⑽）需求之 降低或排除。 儘管圖9例示具有電流及電壓感測裝置之四分之三橋 式功率轉換器之-實例_，但其可以對冑9進行許多修 改。例如’感測單元924_926可以配合上述四分之三橋式電 路的任-實施例使用。並且’功率轉換器_可以包含感 測單元924-926中的其中一個而省略另一個。 顯示於以上電路中的每一組件均可以利用任何適當之 結構實施。此夕卜’該等圖式例示該等電路的示範性實施方 式。在該等電路之中，均可以依據特定之需求加入、省略、 結合、進-步細分、或移動組件。另—方面，以上所顯示 的波形均僅係例示’用以表示電路之特^實施方式之可能 或模擬之表現。 圖H)例示依據本揭示之一利用四分之三橋式功率轉換 器以進行功率轉換之示範性方法则。如圖H)所示，在步 驟刚2’接收-四分之三橋式功率轉換器之至少一驅動信 號此可以包含’舉例而言’一外部組件提供指定一預定 頻率及工作因數之用以驅動四分之三橋式功率轉換器之一 或多個信號。該外部組件可以表示用以控制該功率轉換器 之任何適當來源，諸如一外部處理裝置或控制器。 該四分之三橋式功率轉換器中之開關的控制信號產生 於步驟1〇〇4。在匕可以包含，舉例而|，一控制電路產生功 率轉換器# G1-G3控制信號。在一特別的實例中，此可以 包含該控制電路產生G1及G2控制信號以在一預定之工作 201203829 因數下驅動該功率轉換器。此亦可以包含該控制電路產生 G3控制信號，使得其在G1及G2控制信號均無效（低位準） 之時變成有效（高位準）。 該四分之三橋式功率轉換器中之第一及第二開關在步 驟1006被連通及切斷。如此進行以將該功率轉換器中之— 開關節點耦接至較高及較低之軌線電壓，諸如厂+及接地。 該開關節點耗費於耗接至較高軌線電壓的總時間相對於較 低電壓軌線的總時間定義出工作因數，且在第一及第二開 關均被切斷時可能存在—些空檔時間。其可以透過 G2控制信號控制該第一及第二開關。 步驟1_之中，在該第一及第二開關的切斷期間，其 使用一第二開關以將該開關節點輕接至一電麼。此可以包 含，舉例而言，該第三開關關合，使得該開關節點處接^ 一位於一電容器上之雷题。兮笛_ 節U db μ ν第二開關可以在上述之開關 Ρ..、占藉由㈣-或第二開關竊接至一軌線時被斷開。此大 =降低或排除四分之三橋式功率轉換器中之空權時㈣ 第二開關可以由G3控制信號控制。 Λ 儘管圖1 0例示利用一四分二 之二橋式功率轉換器以進行 力率轉換之一方法之實例1〇〇 修改仁其可以對圖10進行許多 二的:牛…雖然其顯示為-連串循序之步驟，但圖 中料夕步驟可以重疊、並行發生 以不同之順序進行。 丁夕人次者疋 有所IT本專利文件中使用的特定單字及片語加以定義應 耦接語及其衍生詞係表示組件之間的任何直 19 201203829 接或間接之通連，無論該等組件彼此之間是否有實體接 觸。包含"及"包括”等用語及其衍生用詞意味非局限性之含 納。，，或"一語係包容性的，表示"及/或"之意。"關聯"及，·= 其關聯"等語及其衍生用詞可以表示包含、被包含於其内、 互連、含納、被含納於其内、連接至或連接於、耦接至戈 耦接於、可與其通連、配合、交錯、並列、接近、黏結至 或黏結於、具有、具有某性質、有關或相關、或類似涵義。 雖然本揭示之說明係透過特定實施例以及基本上相關 聯之方法，但此等實施例及方法之改造及變異對於熟習相 關技術者應係顯而易見的。因此，上述示範性實施例之說 明並非對本揭示加以界定或限制。其他變化、替換、及改 造均有可能在未脫離本揭示之精神和範疇下達成，如同以 下申請專利範圍所界定。 【圖式簡單說明】 配合所附圖式之說明有助於對本揭示及其特徵之更加 完整之理解，其中： 圖1至圖6例示依據本揭示之示範性四分之三橋式功 率轉換器及相關細節； 圖7例示依據本揭示之四分之三橋式功率轉換器之一 示範性控制電路； 圖8例示依據本揭示之具有多重發射線圈之一示範性 四分之三橋式功率轉換器； 圖9例示依據本揭示之具有電流及電壓感測裝置之一 不性四分之三橋式功率轉換器；以及 20 201203829 圖1 〇例示依據本揭示之一利用四分之三橋式功率轉換 器以進行功率轉換之示範性方法。 【主要元件符號說明】 100 四分之三橋式功率轉換器 102 開關 104 開關 106 開關節點 108 電感器 110 輸出電容器 112 直流阻隔電容器 114 變壓器 116 負載 118 開關 120 電容器 300 四分之三橋式功率轉換器 302 開關 304 開關 306 開關節點 308 電感器 3 10 輸出電容器 314 變壓器 316 負載 318 開關 320 電容器 21 201203829 400 四分之三橋式功率轉換器 402 開關 404 開關 406 開關節點 410 輸出電容器 414 變壓器 416 負載 418 開關 420 電容器 500 四分之三橋式功率轉換器 502 開關 504 開關 506 開關節點 5 12 .直流阻隔電容器 5 14 變壓器 5 16 負載 5 18 開關 522 節點 600 四分之三橋式功率轉換器 602 開關 604 開關 606 開關節點 612 直流阻隔電容器 614 電感器 22 201203829 615 電 阻 器 616 負 載 618 開 關 622 々/r 即 點 700 控 制 電 路 702 頻 率 字 組單 元 704 工 作 字 組單 元 706 相 位 累 積器 708 加 法 器 710 最 有 效位 元 (MSB)抽取單 712 最 有 效位 元 (MSB)抽取單 714 反 相 器 716 邏 輯 及 閘 718 反相 器 720 邏 輯 及 閘 722 邏 輯非 或閘 800 四 分 之 三橋 式 功率轉換器 802 開 關 804 開 關 806 々/Γ 即 點 810a- 810n 電 容 器 814a-814n 線 圈 815 a- 815n 電 晶 體 816 負 載 23 201203829 818 開關 820 電容器 822 線圈 900 四分之三橋式功率轉換器 902 開關 904 開關 906 節點 910 電容器 914 線圈 918 開關 920 電容器 924 電壓感測單元 926 電流感測單元 1000 功率轉換之方法 1002-1008 步驟 G1-G3 控制信號 II 通過電感器108的電流 Ii〇2 通過開關102之電流 11 04 通過開關104之電流 11 1 8 通過開關11 8之電流 Vi〇6 開關節點1 〇 6上的電壓 V 1 20 電容器120上的電壓 V + .供應電壓 24

Claims (1)

1. 201203829 七、申凊專利範圍： 1' 種四分之三橋式功率轉換器，包含： 第開關’被組構成將一開關節點選擇性地耦接至 一較高電壓； 開關’被組構成將該開關節點選擇性地輕接至 一較低電壓；以及 —第三開關，被組構成在該第一及第二開關未將該開 關節鉍耦接至續鉍古, 、 較同及較低電壓之時選擇性地使一第三電 壓被提供至該開關節點。 _如申明專利範圍第1項所述之功率轉換器，其中該 第-開關被組構成將該開關節點選擇性地耦接至一能量儲 存或能量源。 、 3·如中請專利範圍第2項所述之功率轉換器，其中該 〇肩關被組構成將該開關節點選擇性地耦接至一電容 器。 h中μ專利圍苐i項所述之功率轉換器，其中該 開關被組構成將—能量儲存或能量源選擇性地耦接至 也端，該能置儲存或能量源耦接至該開關節點。 如申叫專利範圍第丨項所述之功率轉換器，更包含： 電路耦接至该開關節點並被組構成提供功率至一 •裁°亥電路包含至少—線圈或變壓器繞組（transformer Winding) 〇 如申明專利範圍第5項所述之功率轉換器，更包含 列項目中的至少一項 25 201203829 一單端式電壓感測器’被組構成量測一跨該線圈或變 壓器繞組之電壓；以及 一單端式電流感測器，被組構成量測一通過該線圈或 變壓器繞組之電流。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之功率轉換器，更包含： 控制電路’被組構成產生該第一、第二、及第三開 關之控制信號。 8.如申請專利範圍第7項所述之功率轉換器，其中該 控制電路包含： X 一相位累積器，被組構成接收一關聯一驅動頻率之數 值； 一加法器，被組構成將該相位累積器之一輸出與一 聯一驅動工作因數之數值相加； 、關 至少一抽取單元，被組構成識別在該相位累積器 輸出中之一最高有效位元以及在該加法器之一輪出中之〜 最尚有效位元；以及 之〜 組合邏輯，被組構成利用所述最高有效位 制信號。 屋生誘控 9.如申請專利範圍第丨項所述之功率轉換器，其 該較高電壓包含一供應電壓； "、中. 該較低電壓包含接地；以及 έ亥第二電壓大約是該供應電壓的一半。 10 · —種系統，包含： 一負載；以及 26 201203829 -四分之三橋式功率轉換器，被組構成提供功率至該 負載，該功率轉換器包含： 第-開關’破組構成將一開關節點選擇性地耦接至 一較高電壓； 一第二開關，被組構成將該開關節點選擇性地耦接至 一較低電壓；以及 第三開關，被組構成在該第一及第二開關未將該開 關節點輕接至該較高及較低電壓 < 時選擇性地使一第三電 壓被提供至該開關節點。 11 ·如申明專利範圍第丨〇項所述之系統，其中該第三 開關被組構成將該開關節點選擇性地㈣至—能量儲存或 能量源。 2.如申研專利範圍第丨丨項所述之系統，其中該第三 開關被組構成將該開關節點選擇性地耦接至一電容器。 13.如申凊專利範圍第丨〇項所述之系統，其中該第三 開關被組構成將—能量儲存或能量源選擇性地㈣至接地 端’該能量儲存或能量源耦接至該開關節點。 汝申„月專利範圍第丨〇項所述之系統，其中該功率 轉換器更包含： 電路耗接至该開關節點並被組構成提供功率至一 負載4電路包含至少—線圈或變壓器繞組。 士申明專利範圍第丨4項所述之系統，其中該功率 轉換器更包含以下項目中的至少一項： 單端式電壓感測器’被組構成量測一跨該線圈或變 27 201203829 壓器繞組之電壓；以及 一單端式電流感測器，被組構成量測一通過該線圈或 變壓器繞組之電流。 16·如申請專利範圍第1〇項所述之系統，更包含·· 一控制電路，被組構成產生該第一、第二、及第三開 關之控制信號。 17.如中請專利範圍第16項所述之线，纟中該控制 電路包含： 相位累積器，被組構成接收—關聯—驅動頻率之數 值； Μ床裔，被組構成 聯一驅動工作因數之數值相加； 才由取單元’被組構成識別在該相位累積器之 之-最高有效位元以及在該加法器之一輸出中之 敢咼有效位元；以及 制信=邏輯，被組構成制所述最高有效位Μ生該. :8.如申請專利範圍第10項所述之系統，其中： s亥四分之三橋式功率 一部分；χ 、刀早轉換器包含-無線功率發射器, 5亥負載包含一無線功率接收器。 1 9.如申請專利範圍第 之=榣u 只碍延夂系統，其中該四j —橋式功率轉換器耦接至一 繞組之矩陣。 已3夕重發射線圈或變壓i 28 201203829 2 0. 一種方法，包含： 利用第一及第二開關反復地分別將一開關節點耦接至 一較高電壓及一較低電壓；以及 在該第一及第二開關未將該開關節點耦接至該較高及 較低電壓之時利用一第三開關選擇性地提供一第三電壓至 該開關節點。 八、圖式： (如次頁） 29