TW201337528A - 多電橋式拓撲 - Google Patents

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Abstract

具有一多電橋式拓撲的一電源供應器，可經配置以便在運作時提供多個不同電橋拓撲。該電源供應器包括複數個半橋接電路連接至一控制器。操作期間該控制器可選擇性地在複數個不同電橋拓撲之間配置該電源供應器，此係藉由控制各半橋接電路達成。

Description

多電橋式拓撲
具有一多電橋式拓撲的一電源供應器，可經配置以便在運作期間提供多個不同電橋拓撲。該電源供應器包括一控制器、一第一半橋接電路電連接至該控制器，以及一第二半橋接電路電連接至該控制器。操作期間該控制器可選擇性地在複數個不同電橋式拓撲之間選擇以配置該電源供應器，此係藉由控制第一半橋接電路中的切換器以及第二半橋接電路中的切換器而達成。
有些電源供應器係藉由施加交流電力跨一反相器電橋而運作。半橋接拓撲以及全橋接拓撲是兩種示範性的電橋拓撲。一半橋接拓撲繪於第一圖為其中一感應式電源供應系統的部分。該半橋接拓撲包括一控制器(102)、一儲能電路(104)，以及一反相器(106)。該反相器(106)係以一對切換器(例如像是場效電晶體FETs)實施。該控制器(102)係電連接至兩切換器，以選擇性地將一直流電壓源(V+)或是一參考電壓(接地)耦合至該儲能電路(104)。運作時，該等切換器的正時決定所產生之交流信號的各項特性。
一全橋接拓撲繪於第二圖為其中一感應式電源供應 系統的部分。該全橋接拓撲包括一控制器(202)、一儲能電路(204)，以及兩反相器(206,207)。各個反相器係以一對切換器(即EFTs)實施。該控制器係電連接全部切換器，以選擇性地將一直流電壓源(V+)或一參考電壓(接地)耦合至該儲能電路。運作時，該等切換器的正時決定所產生之交流信號的各項特性。
具有一多電橋式拓撲的一電源供應器，可經配置以便在運作期間提供多個不同電橋拓撲。該電源供應器包括一控制器、一第一半橋接電路電連接至該控制器，以及一第二半橋接電路電連接至該控制器。操作期間該控制器可選擇性地在複數個不同電橋式拓撲之間選擇以配置該電源供應器，此係藉由控制第一半橋接電路中的切換器以及第二半橋接電路中的切換器而達成。
該等拓撲可在操作期間藉由該控制器予以配置，此係以該等半橋接電路如何電連接為依據。一具體實施例中，該第一半橋接電路係經由一第一電容器而電連接至一初級線圈的一第一接頭，且該第二半橋接電路係經由一第二電容器而電連接至該初級電感器的第一接頭。在此具體實施例中，該電源供應器的控制器可藉由改變該等切換器如何被驅動而操作該多電橋式拓撲如同一半橋接或具有電容式分壓器的一半橋接。
另一具體實施例中，該第一半橋接電路係經由一第一電容器而電連接至一初級電感器的第一接頭，且該第二半橋接電路係電連接至該初級電感器的第二接頭。此具體實施例中，該 電源供應器的該控制器可操作該多電橋式拓撲如同一全橋接或一半橋接。
該控制器可控制該第一半橋接電路以及該第二半橋接電路，此係藉由驅動各電路作為一切換電路、一直流電源、一參考電壓，或一開路。各半橋接電路的切換器如何驅動，決定該電橋拓撲。因此，藉由改變該控制器在運作時如何驅動該等切換器，該電橋拓撲可在操作期間被改變。
配上額外的半橋接電路，能有額外的電橋拓撲可供相互之間切換。一具體實施例中，該電源供應器包括一第三半橋接電路電連接該控制器。操作期間該控制器可選擇性地在複數個不同電橋拓撲之間選擇以配置該電源供應器，此係藉由控制該第一半橋接電路、第二半橋接電路以及第三半橋接電路中的切換器而達成。
一具體實施例中，該控制器可選擇性地配置該等半橋接電路，以調整共振頻率。依據該等電容器的電容值以及該半橋接電路如何被驅動，電容器可對該電源供應器具有不同作用。在兩半橋接電路皆透過一電容器而電連接至一初級電感器接頭的情況下，若該等兩個半橋接電路係當作彼此同相的切換電路驅動，那麼電容器基本上會是並聯。若其中之一的半橋接電路係當作一參考電壓驅動且另一則是當作一切換電路驅動，那麼電連接至該半橋接而被當作一參考電壓驅動的電容器會發揮像是一分壓器的功能。可用的不同電橋拓撲也依據該等電容器是平衡或不平 衡而有所變化。平衡的電容器提供具有一共同共振頻率的額外多個電橋拓撲。不平衡的電容器提供具有不同共振頻率的額外多個電橋拓撲。其他電路元件同樣也可用來調整所配置儲能電路的共振頻率。舉例來說，這些元件可包括電容器、電感器、非線性半導電元件，或電阻器。這些元件可與該電橋構形串聯或是並聯而被包含在內。
一具體實施例中，該電源供應器包括一第四半橋接電路電連接該控制器。操作期間該控制器可選擇性地在複數個不同電橋拓撲之間選擇以配置該電源供應器，此係藉由控制第一半橋接電路、第二半橋接電路、第三半橋接電路以及第四半橋接電路中的切換器而達成。若第一半橋式以及第二半橋接電路係各自透過一分別的電容器電連接至一初級電感器的一接頭，且第三半橋式以及第四半橋接電路係透過一分別的電容器電連接至該初級電感器的另一接頭，那麼該等複數個不同電橋拓撲包括一對稱全橋接以及一具有電容式分壓器的對稱全橋接。
該電源供應器可實施在一無線電源供應器中，用以無線式供應電力至一遠端裝置。該控制器回應一新的遠端裝置被放置在該無線電源供應器附近、一遠端裝置需要較多或較少電力，或輸入電力的改變，而在複數個不同電橋拓撲之間選擇性地配置該電源供應器。
一具體實施例中，該多電橋式拓撲包括一初級電感器、一第一反相器、一第二反相器，以及一控制器。第一反相器 包括一第一切換器用於選擇性地耦合一第一節點至一第一電壓源，以及一第二切換器用於選擇性地耦合該第一節點至一第一參考電壓。該第一節點係經由一第一電容器而電連接至該初級電感器的第一接頭。第二反相器包括一第一切換器用於選擇性地耦合一第二節點至一第二電壓源，以及一第二切換器用於選擇性地耦合該第二節點至一第二參考電壓。該第二節點係經由一第二電容器而電連接至該初級電感器的第一接頭。該控制器可在多個不同電橋拓撲之間配置該多電橋式拓撲，此係藉由控制第一反相器的第一切換器以及第二切換器以及藉由控制第二反相器的第一切換器及第二切換器達成。
該多電橋式拓撲可包括一第三反相器，其具有一第一切換器用於選擇性地耦合一第三節點至一第三電壓源，並具有一第二切換器用於選擇性地耦合該第三節點至一第三參考電壓。該第三節點可被電連接至該初級電感器的第二接頭。
第一電壓源、第二電壓源以及第三電壓源可以是相同的電壓源，且第一參考電壓、第二參考電壓以及第三參考電壓可以是相同的參考電壓，例如像是接地。
控制器可控制第一反相器的第一切換器、第一反相器的第二切換器、第二反相器的第一切換器、第二反相器的第二切換器、第三反相器的第一切換器，以及第三反相器的第二切換器，以配置該多電橋拓撲為一等效全橋接拓撲、等效半橋接拓撲、具電容式分壓器的全橋接拓撲以及具電容式分壓器的半橋接拓撲 至少其中一項。
控制器可控制第一反相器的第一切換器、第一反相器的第二切換器、第二反相器的第一切換器、第二反相器的第二切換器、第三反相器的第一切換器，以及第三反相器的第二切換器，以在複數個不同電橋拓撲之間配置該多電橋式拓撲，其中各個該等複數個不同電橋拓撲擁有相同共振頻率。
控制器可藉由驅動第一切換器當作是一切換電路而配置該多電橋式拓撲成為一等效全橋接，此係藉由交替操作第一反相器的第一切換器以及第一反相器的第二切換器，控制器藉由與第一反相器同相而交替操作第二反相器的第一切換器以及第二反相器的第二切換器驅動第二反相器當作是一切換電路，且藉由與第一及第二反相器錯相而交替操作第三反相器的第一切換器以及第三反相器的第二切換器驅動第三反相器當作是一切換電路。
控制器可藉由驅動第一切換器當作是一切換電路而配置該多電橋式拓撲成為一等效半橋接，此係藉由交替操作該第一反相器的第一切換器以及第一反相器的第二切換器，控制器藉由與第一反相器同相而交替操作第二反相器的第一切換器以及第二反相器的第二切換器驅動第二反相器當作是一切換電路，且藉由驅動第三反相器的第一切換器為開路並驅動第三反相器的第二切換器為閉路以提供一直流參考電壓而該控制器驅動第三反相器為一參考電壓。或者，控制器可驅動第三反相器的第一切換器為閉路且第三反相器的第二切換器為開路，以提供一不同直流參考 電壓。
控制器可藉由驅動第一反相器作為一切換電路而配置該多電橋式拓撲為具有電容式分壓器的一全橋接，此係藉由交替操作第一反相器的第一切換器以及第一反相器的第二切換器達成，該控制器藉由驅動第二反相器的第一切換器開路且第二反相器的第二切換器閉路或藉由驅動第二反相器的第一切換器閉路且第二反相器的第二切換器開路而操作第二反相器作為一直流參考。控制器驅動第三反相器作為一切換電路，此係藉由交替操作第三反相器的第一切換器以及第三反相器的第二切換器與第一反相器錯相。
控制器可藉由驅動第一反相器作為一切換電路而配置該多電橋式拓撲成為具有電容式分壓器的半橋接，此係藉由交替操作第一反相器的第一切換器以及第一反相器的第二切換器達成，該控制器藉由驅動第二反相器的第一切換器為開路且驅動第二反相器的第二切換器為閉路而操作第二反相器作為一直流參考，且控制器藉由驅動第三反相器的第一切換器為開路且驅動第三反相器的第二切換器為閉路而驅動第三反相器作為一直流參考。或者，第二及第三反相器兩者的第一切換器皆驅動為閉路，且第二及第三反相器兩者的的第二切換器皆可驅動為開路。
一具體實施例中，用於一無線式電源供應器的一多電橋式拓撲包括一初級電感器、一第一反相器、一第二反相器，以及一控制器。該第一反相器包括一第一切換器用於選擇性地耦 合一第一節點至一電壓源以及一第二切換器用於選擇性地耦合該第一節點至一參考電壓，該第一節點係經由一第一電容器電連接至該初級電感器的第一接頭。該第二反相器包括一第一切換器用於選擇性地耦合一第二節點至一電壓源以及一第二切換器用於選擇性地耦合該第二節點至一參考電壓，該第二節點係電連接至該初級電感器的第二接頭。該控制器可在複數個不同電橋拓撲之間配置該多電橋式拓撲，此係藉由控制第一反相器的第一切換器以及第二切換器並且控制第二反相器的第一切換器及第二切換器達成。
藉由運用一多電橋式拓撲，一發射器可提供多樣的不同電橋拓撲。舉例來說，某些具體實施例可在一全橋接拓撲與一半橋接拓撲之間切換。某些具體實施例可在包含一電容式分壓器以及不包含一電容式分壓器的拓撲之間切換。在多個電橋拓撲之間切換的能力允許一電源供應器在運作期間接受配置，快速地以不同電位提供電力。也就是說，電源供應器可在一全橋接拓撲中提供一特定值域的電力，並在一半橋接拓撲中提供一不同值域的電力，或是具有電容式分壓器的一全橋接拓撲。此外，特定構形中，電源供應器可提供這些不同電力值域同時維持該電源供應器的共振頻率恆定。
參考本文之具體實施例的詳細描述以及圖示，將更能全面理解並領會本發明的這些以及其他目標、優點及特徵。
在詳加解說本發明的具體實施例之前，應能了解本 發明並不限於在以下詳細描述或圖示中所提出的操作細節、構造細節以及組件配置。本發明可實施在各種其他具體實施例中，並可採用本文並未明白揭示之替代方法實行或達成。而且，可想而知本文所用詞彚及用語係為描述之目的，並不應視為限制。所用「包括(including)」和「包含(comprising)」以及其變異用法，是要涵括以上所列物件以及其等效品，以及與其等效的額外物件。進一步，編號可被用來描述不同具體實施例。除非另行明白指出，所使用編號不應視為限制本發明為任何特殊順序或組件號碼。編號的使用也不應被視為由本發明的範疇中排除可和所編號步驟或組件組合或合併的任何額外步驟或組件。
102‧‧‧Controller 控制器
104‧‧‧Tank circuit 儲能電路
106‧‧‧Inverter 反相器
202‧‧‧Controller 控制器
204‧‧‧Tank circuit 儲能電路
206‧‧‧Inverter 反相器
207‧‧‧Inverter 反相器
300‧‧‧Power supply 電源供應器
301‧‧‧Secondary 次級線圈
302‧‧‧Controller 控制器
304‧‧‧Primary inductor 初級電感器
306‧‧‧Half-bridge circuit 半橋接電路
307‧‧‧Half-bridge circuit 半橋接電路
308‧‧‧Half-bridge circuit 半橋接電路
400‧‧‧Equivalent circuit 等效電路
500‧‧‧Equivalent circuit 等效電路
600‧‧‧Equivalent circuit 等效電路
700‧‧‧Equivalent circuit 等效電路
802‧‧‧Full bridge 全橋接
804‧‧‧Full bridge with capacitive divider 具有電容式分壓器的全橋接
806‧‧‧Half bridge 半橋接
808‧‧‧Half bridge with capacitive divider 具有電容式分壓器的半橋接
902‧‧‧Full bridge 全橋接
904‧‧‧Full bridge with capacitive divider 具有電容式分壓器的全橋接
906‧‧‧Half bridge 半橋接
908‧‧‧Half bridge with capacitive divider 具有電容式分壓器的半橋接
1002‧‧‧Half bridge circuit 半橋接電路
1004‧‧‧Half bridge circuit 半橋接電路
1006‧‧‧Half bridge circuit 半橋接電路
1008‧‧‧Half bridge circuit 半橋接電路
1104‧‧‧FET 場效電晶體
1108‧‧‧FET 場效電晶體
1102‧‧‧FET 場效電晶體
1104‧‧‧FET 場效電晶體
1106‧‧‧FET 場效電晶體
1108‧‧‧FET 場效電晶體
1202‧‧‧Inverter 反相器
1204‧‧‧Inverter 反相器
1220‧‧‧Full bridge configuration 全橋接構形
1222‧‧‧Full bridge configuration 全橋接構形
1224‧‧‧Full bridge configuration 全橋接構形
1226‧‧‧Full bridge configuration 全橋接構形
1320‧‧‧graph 圖形
1322‧‧‧graph 圖形
1324‧‧‧graph 圖形
F‧‧‧Resonant frequency 共振頻率
Q1~Q6‧‧‧Inverter 反相器
C1~C2‧‧‧Capacitor 電容器
第一圖繪出運用半橋接電路拓撲的一無線電源供應器。
第二圖繪出運用全橋接電路拓撲的一無線電源供應器。
第三圖繪出一無線電源供應器的一具體實施例，其具有一多電橋電路拓撲。
第四圖繪出該多電橋電路拓撲的一等效全橋接拓撲構形。
第五圖繪出該多電橋電路拓撲的一等效半橋接拓撲構形。
第六圖繪出該多電橋電路拓撲具有一電容式分壓器 的一等效全橋接拓撲構形。
第七圖繪出該多電橋電路拓撲具有一電容式分壓器的一等效半橋接拓撲構形。
第八圖繪出用於該多電橋式拓撲的四種構形。
第九圖繪出第八圖所繪每一個別構形的所接收電力以及線圈電流。
第十圖繪出一無線電源供應器的一具體實施例，其具有一對稱驅動多電橋電路拓撲。
第十一圖繪出具有電容式分壓器之無線電源供應器的一具體實施例，其具有一對稱驅動多電橋電路拓撲。
第十二圖繪出三個全橋接構形，其中用於各反相器的電容器係不平衡。
第十三圖繪出第十二圖所繪各個別構形的所接收電力以及線圈電流。各構形具有一不同共振點，因為各構形具有一不同有效電容。
第十四圖繪出用於各反相「切換器」位置的背靠背FETs。
第十五圖繪出僅用於低側切換位置的背靠背FETs。
本發明係關於一種具有一多電橋式拓撲的電源供應器，可經配置以便在運作時提供多個不同電橋拓撲。具有一多電橋式拓撲以及一次級線圈(301)之電源供應器(300)的一具體實施 例繪於第三圖。電源供應器(300)包括一控制器(302)、三個半橋接電路(306,307,308)或反相器，以及一初級電感器(304)。全部三個半橋接電路係與控制器(302)電通信。控制器(302)在操作期間可選擇性地在複數個不同電橋拓撲之間配置電源供應器，此係藉由控制各半橋接電路(306,307,308)中的切換器達成。
藉由在多個電橋拓撲之間切換，電源供應器可提供不同的電力值域。舉例來說，依據電源供應器如何配置，第三圖的電源供應器可提供四個不同電位。第八圖繪出四個不同等效電路(802,804,806,808)，顯示能夠使用第三圖之電源供應器配置的四個不同電橋拓撲。所描繪的電橋拓撲包括：全橋接(802)、具有電容式分壓器的全橋接(804)、半橋接(806)，以及具有電容式分壓器的半橋接(808)。各電橋拓撲的詳盡描繪係與以下第四至第七圖相關加以描述。
現在詳述第四圖。第四圖顯示第三圖電源供應器所造成之有效電路(400)，此時第一反相器(306)(Q1,Q2)以及第二反相器(307)(Q3,Q4)係以同相驅動，且第三反相器(308)(Q5,Q6)係以180°錯相驅動。這就有效地造成一全橋接拓撲。
為配置此電橋拓撲，控制器(302)驅動第一反相器(306)(Q1,Q2)作為一切換電路，此係藉由交替操作第一反相器的第一切換器(Q1)以及第一反相器的第二切換器(Q2)。控制器(302)亦驅動第二反相器(307)(Q3,Q4)作為一切換電路，此係藉由交替操作第二反相器的第一切換器(Q3)以及第二反相器的 第二切換器(Q4)與第一反相器同相。最後，該控制器驅動第三反相器(308)(Q5,Q6)作為一切換電路，此係藉由交替操作第三反相器的第一切換器(Q5)以及第三反相器的第二切換器(Q6)與第一及第二反相器錯相。為求明晰，第二反相器並未描繪於第四圖中，而是顯示此構形的等效電路(400)。
現在詳述第五圖。第五圖顯示第三圖的電源供應器所造成之有效電路(500)，此時第一反相器(306)(Q1,Q2)以及第二反相器(307)(Q3,Q4)係以同相驅動，且第三反相器(308)(Q5,Q6)係連至一參考電壓。這就有效地造成一半橋接拓撲。為配置此電橋拓撲，控制器(302)驅動第一反相器(306)(Q1,Q2)作為一切換電路，此係藉由交替操作第一反相器的第一切換器(Q1)以及第一反相器的第二切換器(Q2)。控制器亦驅動第二反相器(307)(Q3,Q4)作為一切換電路，此係藉由交替操作第二反相器的第一切換器(Q3)以及第二反相器的第二切換器(Q4)與第一反相器同相。最後，控制器(302)驅動第三反相器(308)(Q5,Q6)作為一參考電壓，此係藉由驅動第三反相器的第一切換器(Q5)為開路並驅動第三反相器的第二切換器(Q6)為閉路以提供一直流參考電壓。或者，控制器可驅動第三反相器的第一切換器(Q5)為閉路且第三反相器的第二切換器(Q6)為開路，以提供一直流參考電壓。為求明晰，第二及第三反相器並未顯示於第五圖中，而是顯示此構形的等效電路(500)。
所用驅動一詞是指控制器如何要求切換器動作。某 些情況下，一切換器可藉由缺少一信號加以驅動，而非出現一信號。舉例來說，若0V信號被施加至一切換器，可「驅動」該切換器為開路。不同切換器或電晶體對於不同控制信號可採不同反應。
現在詳述第六圖。第六圖顯示第三圖之電源供應器所造出的有效電路，此時第一反相器(306)(Q1,Q2)以及第三反相器(308)(Q5,Q6)兩者彼此錯相180度驅動，且第二反相器(307)係驅動至該參考電壓。如此造成具有一電容式分壓器使用於高壓側的一全橋接驅動系統。為配置此電橋拓撲，控制器(302)驅動第一反相器(306)(Q1,Q2)與第三反相器(308)(Q5,Q6)作為切換電路，此係藉由交替操作第一反相器(306)的第一切換器(Q1)與第一反相器(306)的第二切換器(Q2)並藉由交替操作第三反相器(308)的第一切換器(Q5)與第三反相器(308)的第二切換器(Q6)但與第一反相器(306)錯相180度。最後，控制器(302)驅動第二反相器(307)(Q3,Q4)作為一參考電壓，此係藉由驅動第二反相器(307)的第一切換器(Q3)為開路且第二反相器(308)的第二切換器(Q4)為閉路。或者，控制器(302)可驅動第二反相器(307)的第一切換器(Q3)為閉路且第二反相器(307)的第二切換器(Q4)為開路，以提供一參考電壓。為求明晰，第二反相器(307)並未描繪於第六圖中，而是顯示此構形的等效電路(600)。
現在詳述第七圖。第七圖顯示由第三圖之電源供應器造成的有效電路(700)，此第一反相器(306)(Q1,Q2)係作為一切換電路驅動同時第二反相器(307)與第三反相器(308)係驅動至 一參考電壓。如此造成具有一電容式分壓器使用於高壓側的一半橋接電路。為配置此電橋拓撲，控制器(302)驅動第一反相器(306)(Q1,Q2)作為一切換電路，此係藉由交替操作第一反相器的第一切換器(Q1)以及第一反相器的第二切換器(Q2)。控制器(302)也驅動第二反相器(307)(Q3,Q4)以及第三反相器(308)(Q5,Q6)作為一參考電壓，此係藉由驅動第二反相器(307)及第三反相器(308)的第一切換器(Q3,Q5)為開路且驅動第二反相器(307)及第三反相器(308)的第二切換器(Q4,Q6)為閉路以達成通至參考電壓的連接。或者，控制器(302)可驅動第二反相器(307)及第三反相器(308)的第一切換器(Q3,Q5)為閉路且第二反相器(307)及第三反相器(308)的第二切換器(Q4,Q6)為開路以達成通至一參考電壓的連接。為求明晰，第二反相器(307)及第三反相器(308)並未顯示於第七圖中，而是顯示此構形的等效電路(700)。
第九圖繪出各個這些電橋拓撲通過初級電感器的電流，以及傳送至一遠端裝置中之負載的電力。全橋接(902)的圖形顯示，電源供應器可透過初級線圈用約10安培電流約200瓦的值域供應電力。具有電容式分壓器之全橋接(904)的圖形顯示，電源供應器可透過初級電感器用約7安培電流約100瓦的值域供應電力。半橋接(906)的圖顯示，電源供應器可透過初級電感器用約5安培電流約50瓦的值域供應電力。具有分壓器之半橋接(908)的圖形顯示，電源供應器可透過初級電感器用約3安培電流約10瓦的值域供應電力。
第九圖也顯示，這四構形中各自的共振頻率一樣，約100 kHz。若此類多電橋式拓撲被實施在一無線式電源供應器當中，擁有可在相同共振點提供不同電力值域的多個拓撲會很有幫助。
在不同電橋拓撲之間切換容許電源供應器以不同電位提供電力。電力可在這些電位進一步微調。也就是說，電橋拓撲可以是一宏觀調整使得該電源供應器可提供一電力值域，並且一額外的調整可用來當作一微調，或微觀調整。各電橋拓撲有一最大電量可因應一特定輸入信號(即特定操作頻率、工作週期以及幹線電壓)傳輸至該負載。該電量可以多種不同方式往下調整。待電橋拓撲被選取後可用來做細微調整之特性的某些範例包括：操作頻率、幹線電壓、工作週期，或該半橋接的相位。舉例來說，第九圖中若適當反相器以約90KHz被驅動，那麼較少電力會被傳輸至該負載。
調整的段差尺度(即每個特性變化的輸出電力變化)並不會是各特性以及各電橋拓撲都相同。舉例來說，在一全橋接構形中調整操作頻率幾赫茲，會造成輸出電力的調整要大於如果同樣幾赫茲調整是在一半橋接拓撲中所做而導致之電力調整。
操作期間隨時提供不同電橋拓撲的能力，可以是藉由改變匝數或繞圈數而費勁重組初級電感器的另外選擇。進一步，它也可以是在某些電源供應器中增加整組電感器且(或)電容器以調整其輸出電力值域之昂貴方式的另外選擇。
使用電容式分壓器的能力，使得電源供應器能夠提供額外的電力值域。舉例來說，若以一特定操作頻率、幹線電壓、工作週期在一全電橋拓撲與一半電橋拓撲之間切換，電力係以約為4的因數削減。然而，藉由使用一電容式分壓器配合一全橋接，電力被約為2的因數削減。此外，使用一電容式分壓器配合一半橋接，使得電力(相較於全橋接)能夠以約為10的因數削減。使用額外的半橋接電路，可給予電源供應器可提供額外電力值域的能力。舉例來說，若有三個半橋接電路各自透過一分別的電容器電連接至一初級電感器的接頭，那麼最大電力輸出可被削減1/2或1/3，此係依據是一個還是兩個半橋式電路各自被驅動作為一參考電壓。
回過頭參照第三圖，本具體實施例係一多電橋式反相拓撲，其中三個半橋接電路被用來驅動一無線供電系統。第一反相器(306)(Q1,Q2)和第三反相器(308)(Q5,Q6)可一起形成一全橋接系統。第二反相器(307)(Q3,Q4)提供電源供應器被配置為一全橋接拓撲或一半橋接拓撲的選擇性，並且也提供包括一電容式分壓器的能力以減低被傳送之電力。
半橋接電路以及反相器等用語在本說明書中係互換使用，指的是一對切換器共享一共同節點，其中各切換器係由一控制信號驅動。這些切換器可以是場效電晶體，例如像是MOSFETs、BJTs，或其他種類的電晶體或切換器。
半橋接電路可選擇性地耦合一電壓源或一參考電壓 至該共同節點。如第三圖所示，高壓側切換器(Q1,Q3,Q5)全都與一電壓源關連，在所描繪具體實施例中為V+，且低壓側切換器(Q2,Q4,Q6)全都與一參考電壓關連，在所描繪具體實施例中為接地。各半橋接電路至少可用四種方式加以配置：作為一切換電路、作為一直流參考電壓、作為一直流電壓源，或作為一開路。為操作一半橋接作為一切換電路，低壓側場效電晶體和高壓側場效電晶體係交替驅動。操作一半橋式作為一直流電壓源，低壓側場效電晶體係驅動為關以在該共同節點與該參考電壓之間造成一開路，且高壓側場效電晶體係驅動為開以造成一接線至該直流幹線電壓，V+。操作一半橋接作為一參考電壓，低壓側場效電晶體係驅動為開以造成一接線至該參考電壓，且高壓側場效電晶體係驅動為關以在該節點與該電壓源之間造成一斷路。操作一半橋接電路為一開路，兩場效電晶體皆驅動為關以在該共同節點與電壓源和參考電壓兩者之間皆造成一開路。藉由配置該等半橋接電路，可實施多種不同電橋式拓撲，包括一全橋接拓撲(見第四圖)、具有電容式分壓器的一全橋接拓撲(第六圖)、一半橋接拓撲(第五圖)，以及具有一電容式分壓器的一半橋接拓撲(第七圖)。額外的半橋接電路使得額外的電橋拓撲成為可能，例如像是對稱全橋接以及具有電容式分壓器的對稱全橋接。
第四至第七圖顯示一特定構形的等效電路。為求明晰，這些圖有若有需要多餘的反相器元件被移除。舉例來說，第七圖中，由C2所造成的電容式分壓器是因為反相器(未顯示)有 一場效電晶體被驅動以造成一接線至參考電壓且另一個場效電晶體被驅動以在該反相器節點與電壓源之間造成一開路。
各構形中，電源供應器的共振頻率(F)一般而言係定義為：
電容器為平衡的具體實施例中，C1和C2係大致相等。電容器為不平衡的具體實施例中，C1和C2係不相等。
一具體實施例中，電容器C1、C2係平衡。因此，若在下列電橋拓撲之間切換：全橋接、具有電容式分壓器的全橋接、半橋接，以及具有電容式分壓器的半橋接，電源供應器維持其共振頻率。
使用第三圖中所顯示相同多電橋式拓撲的另一具體實施例中，該系統可藉由配置其中一半橋接電路為一開路構形而改變其共振頻率。此具體實施例中，電源供應器電路看來基本上會像是第二圖，其中C2並未包括在電路中。也就是說，第二反相器係被配置為一開路，以致第二反相器的兩切換器(Q3,Q4)皆係被驅動為關且電壓源及參考電壓皆未連接至電容器旁邊的共同節點。藉此，C2不再位於電路中，且該系統的共振頻率僅由C1和Lcoil決定，而非由(C1+C2)及Lcoil決定。
電源供應器配置一半橋接電路成為一斷路構形的具 體實施例中，可實施一額外的場效電晶體以避免內接二極體傳導。第十四圖顯示用於高壓側及低壓側切換器的背接場效電晶體。第十五點顯示一替代的構造，其中僅為低壓側切換器包括背接場效電晶體。這些構造有助於避免內接二極體傳導。
某些具體實施例可包括額外的半橋接電路。一具體實施例包括四個半橋接電路，初級電感器每一側兩個。這就有效地使得線圈驅動對稱，如此可減低電磁干擾、減低電磁相容性顧慮，並對通訊信號強度有好處。為取得對稱驅動的好處，初級電感器可以被驅動為全橋接或被驅動為具有電容式分壓器的全橋接。也就是說，可藉由驅動全部四個半橋接電路(1002,1004,1006,1008)達成一電力位準，如第十圖所示。或者，可藉由將該初級電感器各側的一組場效電晶體(1104,1108)接地並驅動其他場效電晶體(1002,1006)而達成第二電力位準，如第十一圖所示。此構形也維持一不變共振頻率。
另一替代的具體實施例中，可運用多於四個半橋接電路。各個所繪出具體實施例顯示一或兩個半橋接電路連接至一初級電感器接頭，然而，基本上任何數目的半橋接電路可透過分別的電容器連接至該初級電感器接頭。電容器的值可經調整以維持一期望的共振頻率。電容器的值也可以是不平衡或不匹配，以容許特定電力步進而不是雙倍或對半，例如像是第十二圖或第十三圖所示。
第十二圖顯示三個全橋接構形(1220,1222,1224)，其 中用於各反相器的電容器係不平衡。這些構形中，發射器或電源供應器可藉由驅動兩反相器(1202,1204或1220)選取兩電容器，或可藉由驅動第一反相器(1202或1222)或第二反相器(1204或1224)選取其中一電容器，並保持未被驅動的兩場效電晶體皆為關(而不是讓一個開一個關)。
第十三圖顯示如何會有三個不同共振點，因為三個不同有效電容值可被選取。全橋接構形(1220)對應至圖形(1320)，全橋接構形(1222)對應至圖形(1322)，且全橋接構形(1224)對應至圖形(1324)。隨著發射器的共振頻率遠離接收器共振頻率(本例中為100 kHz)，有效電力傳送被減低。在某些具體實施例中，接收器的共振頻率會改變，或不同接收器會具有不同共振頻率。
為符合電磁相容性(EMC)、電磁干擾(EMI)等考量，較接近諧振操作且高壓側及低壓側兩者皆以50%工作週期運作傾向於減低干擾。如此可導致由已完成充電或處於待命狀態的一裝置發出減少的電力。藉由切換驅動拓撲，輸出電力可被減少然而維持靠近諧振並以一較高工作週期操作，因此改進干擾特性。
方向性用語，例如像是「垂直」、「水平」、「上方」、「下方」、「在上」、「在下」、「內部」、「朝內」、「外部」、「朝外」，是要用來協助描述本發明，其係依據圖解中所示具體實施例的方位。方向性用語的使用，不應被解讀為限制本發明為任何特殊的定向。
以上係本發明之具體實施例的描述。可有許多變異 及改變而不會偏離文後隨附申請專利範圍所定義之本發明的精神及其更寬廣觀點，申請專利範圍應以包括均等論在內的專利法專則加以解釋。本說明書是為示範目的而呈現，並不應解讀為本發明所有具體實施例的排他性描述，或解讀為申請專例範圍侷限於關於這些具體實施例所繪出或描述的特定元件。舉例來說，但不限於，本發明的任何個別元件可由替代元件取代，前提是其提供實質上類似機能或以其他方式提供適當操作。舉例來說，這就包括目前已知的替代元件，例如像是熟悉本技藝人士目前已知的元件，以及末來可能發展出來的替代元件，例如像是一旦發展出這種東西，熟悉本藝人士即可認出是一替代元件。進一步，所揭示具體實施例包括一起描述的複數個特徵並可共同提供一堆好處。本發明並不僅限於包括所有這些特徵的具體實施例，或是僅限於包括全部所提出好處的具體實施例，除非在所提出申請專利範圍中另有明白指出。以單數指稱的任何申請專利範圍之元素，例如用「一個(a、an)」、「該(the)」、「所稱(said)」，不應解讀為是要限制該元素為單數。
300‧‧‧Power supply 電源供應器
301‧‧‧Secondary 次級線圈
302‧‧‧Controller 控制器
304‧‧‧Primary inductor 初級電感器
306‧‧‧Half-bridge circuit 半橋接電路
307‧‧‧Half-bridge circuit 半橋接電路
308‧‧‧Half-bridge circuit 半橋接電路

Claims (30)

  1. 一種電源供應器，其包含：一控制器；一第一半橋接電路電連接至該控制器；一第二半橋接電路電連接至該控制器；其中該控制器可在操作期間選擇性地在複數個不同電橋拓撲之間選擇以配置該電源供應器，此係藉由控制該第一半橋接電路以及該第二半橋接電路而達成。
  2. 如申請專利範圍第1項的電源供應器，其中：該控制器控制該第一半橋接電路，此係藉由驅動該第一半橋接電路作為一切換電路、驅動該第一半橋接電路作為一直流電源、驅動該第一半橋接電路作一參考電壓，以及驅動該第一半橋接電路作為一開路至少其中一項，且該控制器控制該第二半橋接電路，此係藉由驅動該第二半橋接電路作為一切換電路、驅動該第二半橋接電路作為一直流電源、驅動該第二半橋接電路作一參考電壓，以及驅動該第二半橋接電路作為一開路至少其中一項。
  3. 如申請專利範圍第1項的電源供應器，其中該等不同電橋拓撲包括一半橋接以及一具有一電容式分壓器的半橋接。
  4. 如申請專利範圍第1項的電源供應器，其中該等不同電橋拓撲包括一全橋接以及一半橋接。
  5. 如申請專利範圍第1項的電源供應器，包括一第三半橋接 電路電連接至該控制器，其中該控制器在操作期間選擇性地配置該電源供應器在複數個不同電橋拓撲之間配置該電源供應器，此係藉由控制該第一半橋接電路、該第二半橋接電路，以及該第三半橋接電路而達成。
  6. 如申請專利範圍第1項的電源供應器，其中該第一半橋接電路係經由一第一電容器而電連接至一初級線圈的一第一接頭，且該第二半橋接電路係經由一第二電容器而電連接至該初級電感器的該第一接頭。
  7. 如申請專利範圍第6項的電源供應器，其中該第一電容器的電容值以及該第二電容器的電容值係平衡配置。
  8. 如申請專利範圍第6項的電源供應器，其中該第一電容器以及第二電容器的電容值係不平衡配置。
  9. 如申請專利範圍第6項的電源供應器，其中該控制器選擇性地配置該電源供應器以使用該第一電容器和該第二電容器至少其中之一作為一分壓器。
  10. 如申請專利範圍第6項的電源供應器，其中該控制器選擇性地配置該電源供應器的該第一半橋接電路以及該第二半橋接電路以調整該共振頻率。
  11. 如申請專利範圍第1項的電源供應器，其中該第一半橋接電路係經由一第一電容器而電連接至一初級電感器的一第一接頭，且該第二半橋接電路係電連接至該初級電感器的一第二接頭。
  12. 如申請專利範圍第1項的電源供應器，包括一第三半橋接電路電連接至該控制器以及一第四半橋接電路電連接至該控制器，其中該控制器操作期間在複數個不同電橋拓撲之間選擇性地配置該電源供應器，此係藉由控制該第一半橋接電路、該第二半橋接電路、該第三半橋接電路以及該第四半橋接電路而達成，其中該等複數個不同電橋拓撲包括一對稱全橋接以及一具有電容式分壓器的對稱全橋接。
  13. 如申請專利範圍第1項的電源供應器，其中該電源供應器係實施在一無線式電源供應器內用於無線式供應電力至一遠端裝置，其中該控制器因應至少一新的遠端裝置被放置在靠近該電源供應器並需供電而選擇性地在複數個不同電橋拓撲之間配置該電源供應器，該遠端裝置需要或多或少的電力且需要輸入電力的一變化。
  14. 一種多電橋式拓撲以供一無線電源供應器無線式供應電力至一遠端裝，該多電橋式拓撲包含：一初級電感器，其具有一第一接頭以及一第二接頭；一第一反相器，其包括一第一切換器用於選擇性地耦合一第一節點至一第一電壓源以及一第二切換器用於選擇性地耦合該第一節點至一第一參考電壓，該第一節點係經由一第一電容器電連接至該初級電感器的第一接頭；一第二反相器，其包括一第一切換器用於選擇性地耦合一第二節點至一第二電壓源以及一第二切換器用於選擇性 地耦合該第二節點至一第二參考電壓，該第二節點係經由一第二電容器電連接至該初級電感器的第一接頭；以及一控制器，用於藉由控制第一反相器的第一切換器以及第二切換器在複數個不同電橋拓撲之間配置該多電橋式拓撲，並用於控制該第二反相器的該第一切換器及該第二切換器。
  15. 如申請專利範圍第14項的多電橋式拓撲，包括一第三反相器，該第三反相器包括一第一切換器用於選擇性地耦合一第三節點至一第三電壓源以及一第二切換器用於選擇性地耦合該第三節點至一第三參考電壓，該第三節點係電連接至該初級電感器的第二接頭。
  16. 如申請專利範圍第15項的多電橋式拓撲，其中該第一電壓源、該第二電壓源以及該第三電壓源係相同電壓源，且其中該第一參考電壓、該第二參考電壓以及該第三參考電壓係相同參考電壓。
  17. 如申請專利範圍第15項的多電橋式拓撲，其中該控制器控制該第一反相器的該第一切換器、該第一反相器的該第二切換器、該第二反相器的該第一切換器、該第二反相器的該第二切換器、該第三反相器的該第一切換器，以及該第三反相器的該第二切換器，以配置該多電橋式拓撲為一等效全橋接拓撲、等效半橋接拓撲、具電容式分壓器的全橋接拓撲以及具電容式分壓器的半橋接拓撲至少其中一項。
  18. 如申請專利範圍第15項的多電橋式拓撲，其中該控制器控 制該第一反相器的該第一切換器、該第一反相器的該第二切換器、該第二反相器的該第一切換器、該第二反相器的該第二切換器、該第三反相器的該第一切換器，以及該第三反相器的該第二切換器，以在複數個不同電橋拓撲之間配置該多電橋式拓撲，其中各個該等複數個不同電橋拓撲擁有相同共振頻率。
  19. 如申請專利範圍第15項的多電橋式拓撲，其中該控制器配置該多電橋式拓撲為一等效全橋接，此係藉由該控制器驅動該第一反相器作為一切換電路，此係藉由交替操作該第一反相器的該第一切換器以及該第二反相器的該第一切換器而達成；該控制器驅動該第二反相器作為一切換電路，此係藉由交替操作該第二反相器的該第一切換器以及該第二反相器的該第二切換器與該第一反相器同相而達成；並且該控制器驅動該第三反相器作為一切換電路，此係藉由交替操作該第三反相器的該第一切換器以及該第三反相器的該第二切換器，與該第一反相器及該第二反相器錯相。
  20. 如申請專利範圍第15項的多電橋式拓撲，其中該控制器配置該多電橋式拓撲為一等效半橋接，此係藉由該控制器驅動該第一反相器作為一切換電路而，此係藉由交替操作該第一反相器的該第一切換器以及該第一反相器的該第二切換器而達成；該控制器驅動該第二反相器作為一切換電路，此係藉 由交替操作該第二反相器的該第一切換器以及該第二反相器的該第二切換器與該第一反相器同相而達成；並且該控制器驅動該第三反相器作為一參考電壓，此係藉由驅動該第三反相器的該第一切換器為開路且驅動該第三反相器的該第二切換器為閉路以提供一直流參考電壓而達成。
  21. 如申請專利範圍第15項的多電橋式拓撲，其中該控制器配置該多電橋式拓撲成為一具有電容式分壓器的全橋接，此係藉由該控制器驅動該第一反相器作為一切換電路，此係藉由交替操作該第一反相器的該第一切換器以及該第二反相器的該第一切換器而達成；該控制器操作該第二反相器作為一直流參考，此係藉由驅動該第二反相器的該第一切換器為開路且驅動該第二反相器的該第二切換器為閉路而達成；且該控制器驅動該第三反相器作為一切換電路，此係藉由交替操作該第三反相器的該第一切換器以及該第三反相器的該第二切換器與該第一反相器錯相而達成。
  22. 如申請專利範圍第15項的多電橋式拓撲，其中該控制器配置該多電橋式拓撲為一具有電容式分壓器的半橋接，此係藉由該控制器驅動該第一反相器作為一切換電路而，此係藉由交替操作該第一反相器的該第一切換器以及該第一反相器的該第二切換器而達成； 該控制器操作該第二反相器作為一直流參考，此係藉由驅動該第二反相器的該第一切換器為開路且驅動該第二反相器的該第二切換器為閉路而達成；且該控制器驅動該第三反相器作為一直流參考，此係藉由驅動該第三反相器的該第一切換器為開路且驅動該第三反相器的該第二切換器為閉路而達成。
  23. 如申請專利範圍第15項的多電橋式拓撲，其中該控制器控制該第一反相器的該第一切換器、該第一反相器的該第二切換器、該第二反相器的該第一切換器、該第二反相器的該第二切換器、該第三反相器的該第一切換器，以及該第三反相器的該第二切換器，以在複數個不同電橋拓撲之間配置該多電橋式拓撲，其中該等複數個不同電橋拓撲的一子集擁有不同共振頻率。
  24. 如申請專利範圍第15項的多電橋式拓撲，包括一第四反相器，該第四反相器包括一第一切換器用於選擇性地耦合一第三節點至一第四電壓源以及一第二切換器用於選擇性地耦合該第四節點至一第四參考電壓，該第四節點係電連接至該初級電感器的該第二接頭。
  25. 如申請專利範圍第24項的多電橋式拓撲，其中該第一反相器、第二反相器、第三反相器以及該第四反相器係作為一對稱全橋接以及一具有電容式分壓器之對稱全橋接至少其中一項予以操作。
  26. 如申請專利範圍第14項的多電橋式拓撲，其中該第一電容器的電容值以及該第二電容器的電容值係平衡配置。
  27. 如申請專利範圍第14項的多電橋式拓撲，其中該第一電容器的電容值以及該第二電容器的電容值係不平衡配置。
  28. 一種用於一無線電源供應器的多電橋式拓撲，該多電橋式拓撲包含：一初級電感器，其具有一第一接頭以及一第二接頭；一第一反相器，包括一第一切換器用於選擇性地耦合一第一節點至一電壓源以及一第二切換器用於選擇性地耦合該第一節點至一參考電壓，該第一節點係經由一第一電容器電連接至該初級電感器的第一接頭；一第二反相器，包括一第一切換器用於選擇性地耦合一第二節點至一電壓源以及一第二切換器用於選擇性地耦合該第二節點至一參考電壓，該第二節點係電連接至該初級電感器的第二接頭；以及一控制器，用於藉由控制第一反相器的第一切換器以及第二切換器在複數個不同電橋拓撲之間配置該多電橋式拓撲，並用於控制該第二反相器的該第一切換器及該第二切換器。
  29. 如申請專利範圍第28項的多電橋式拓撲，其中該控制器配置該多電橋式拓撲作為一全橋接，此係藉由該控制器驅動該第一反相器作為一切換電路，此係藉 由交替操作該第一反相器的該第一切換器以及該第二反相器的該第一切換器而達成；且該控制器驅動該第二反相器作為一切換電路，此係藉由交替操作該第二反相器的該第一切換器以及該第二反相器的該第二切換器與該第一反相器同相而達成。
  30. 如申請專利範圍第28項的多電橋式拓撲，其中該控制器配置該多電橋式拓撲作為一全橋接，此係藉由該控制器驅動該第一反相器作為一切換電路，此係藉由交替操作該第一反相器的該第一切換器以及該第二反相器的該第一切換器而達成；且該控制器驅動該第二反相器作為一參考電壓，此係藉由驅動該第二反相器的該第一切換器為開路且驅動該第二反相器的該第二切換器為閉路而達成。
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