TW201347403A - 用於實施差分驅動放大器及線圈配置之裝置及方法 - Google Patents

Abstract

例示性實施例係針對以差分方式驅動一負載。一種裝置包括一差分驅動放大器，該差分驅動放大器包括一與一第一輸出節點及一第二輸出節點耦接之切換器件。該第一輸出節點及該第二輸出節點驅動一包括初級線圈之負載網路。該差分驅動放大器亦包括一經組態以驅動該切換器件之驅動電路。該驅動電路可經組態以將一驅動信號提供至該切換器件以更改該切換器件之導電狀態，從而在該第一輸出節點處產生一第一輸出信號及在該第二輸出節點處產生一第二輸出信號。該第一輸出信號及該第二輸出信號可相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性上相反。

Description

用於實施差分驅動放大器及線圈配置之裝置及方法

本發明之實施例大體上係關於雜訊消除，且更特定言之，係關於差分驅動放大器之組態及線圈配置。

本申請案依據35 U.S.C.§119(e)主張以下各案的優先權：於2009年12月7日所申請之題為「用於實施差分驅動放大器及線圈配置之裝置及方法(APPARATUS AND METHOD FOR IMPLEMENTING A DIFFERENTIAL DRIVE AMPLIFIER AND A COIL ARRANGMENT)」的美國臨時專利申請案第61/267,329號，其全部揭示內容藉此以引用之方式併入。

長距離及/或對準不敏感之無線電力系統之一缺點可為高位準之導電雜訊及輻射雜訊的發射。舉例而言，一些松耦合無線電力系統可利用高電壓及大初級線圈，該兩者均可在經由切換產生之信號為至系統之輸入時促使雜訊發射。當此類系統靠近其他電子產品(例如，行動電話、遊戲控制器、媒體播放器件等)操作時，該等系統可能引起電磁干擾挑戰。

由此等系統所產生之雜訊的一部分為共同模式雜訊。共同模式雜訊可歸因於使用高電壓及具有顯著表面積之無屏蔽初級繞組。當系 統在諧振下或接近諧振操作時，可利用高電壓以克服初級線圈與次級線圈之間的弱耦合。使用大的、無屏蔽初級繞組以在長距離上傳輸電力可進一步將環繞面積曝露至所得雜訊。

本發明之一方面提出一種裝置。該裝置包含：一切換器件，其回應於一驅動信號且與一第一輸出節點及一第二輸出節點耦接；及一經由該第一輸出節點驅動之第一初級線圈及一經由該第二輸出節點驅動之第二初級線圈，至該切換器件之該驅動信號更改該切換器件之一導電狀態以在該第一輸出節點處產生一第一輸出信號及在該第二輸出節點處產生一第二輸出信號，該第一輸出信號及該第二輸出信號相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性上相反。

本發明之另一方面提出一種無線電力傳輸器。該無線電力傳輸器包含：一差分驅動放大器，其具有一第一輸出節點及一第二輸出節點；及一經由該第一輸出節點驅動之第一初級線圈及一經由該第二輸出節點驅動之第二初級線圈；其中該差分驅動放大器包含：一切換器件，其回應於一驅動信號且與該第一輸出節點耦接及與該第二輸出節點耦接，至該切換器件之該驅動信號更改該切換器件之一導電狀態以在該第一輸出節點處產生一第一輸出信號及在該第二輸出節點處產生一第二輸出信號，該第一輸出信號及該第二輸出信號相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性上相反。

本發明之另一方面提出一種無線電力系統。該無線電力系統包含：一無線電力接收器，其包含至少一次級線圈；及一無線電力傳輸器，該無線電力傳輸器包含：一差分驅動放大器，其具有一第一輸出節點及一第二輸出節點；及一經由該第一輸出節點驅動之第一初級線圈及一經由該第二輸出節點驅動之第二初級線圈；其中該差分驅動放大器包含：一切換器件，其回應於一驅動信號且與該第一輸出節點及 該第二輸出節點耦接；且其中至該切換器件之該驅動信號更改該切換器件之一導電狀態以在該第一輸出節點處產生一第一輸出信號及在該第二輸出節點處產生一第二輸出信號，該第一輸出信號及該第二輸出信號相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性上相反。

本發明之另一方面提出一種方法。該方法包含：在一切換器件處接收來自一驅動電路之一驅動信號；基於該驅動信號更改該切換器件之一導電狀態以在一第一輸出節點處產生一第一輸出信號及在一第二輸出節點處產生一第二輸出信號，該第一輸出信號及該第二輸出信號相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性上相反；及分別藉由該第一輸出信號及該第二輸出信號經由該第一輸出節點及該第二輸出節點來驅動一負載網路。

本發明之另一方面提出一種裝置。該裝置包含：用於在一切換器件處接收來自一驅動電路之一驅動信號之構件；用於基於該驅動信號更改該切換器件之一導電狀態以在一第一輸出節點處產生一第一輸出信號及在一第二輸出節點處產生一第二輸出信號之構件，該第一輸出信號及該第二輸出信號相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性上相反；及用於分別藉由該第一輸出信號及該第二輸出信號經由該第一輸出節點及該第二輸出節點來驅動一負載網路之構件。

本發明之另一方面提出一種裝置。該裝置包含：一由一第一信號驅動之第一線圈；及一由一第二信號驅動之第二線圈，該第一信號及該第二信號相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性上相反；其中該第一線圈及該第二線圈具有在一共同平面內之一螺旋組態，該螺旋組態提供分別在該第一線圈及該第二線圈內之實質上相等且相反之電壓在該共同平面上之任何位置處的共定位。

10‧‧‧差分驅動放大器

20‧‧‧上部RLC網路

30‧‧‧下部RLC網路

40‧‧‧切換器件

50‧‧‧差分驅動放大器

60‧‧‧差分驅動放大器

70‧‧‧場效電晶體

80‧‧‧驅動電路

82‧‧‧閘極驅動變壓器

83‧‧‧h橋電路/h橋網路

100‧‧‧差分驅動放大器

101‧‧‧分路電容器網路

102‧‧‧無線電力傳輸器/電容器

103‧‧‧平衡電容器網路

104‧‧‧無線電力接收器/電容器

105‧‧‧電容器

106‧‧‧電容器

110‧‧‧切換器件

111‧‧‧信號

112‧‧‧信號

120‧‧‧驅動電路

121‧‧‧輸入信號

122‧‧‧變壓器

123‧‧‧h橋

130‧‧‧供應網路

131‧‧‧抗流電感器

132‧‧‧抗流電感器

140‧‧‧初級線圈

140a‧‧‧初級線圈

140b‧‧‧初級線圈

141‧‧‧串聯電容器

150‧‧‧次級線圈

160‧‧‧整流器

170‧‧‧負載

180‧‧‧初級線圈網路

B1‧‧‧雙極接面電晶體

B2‧‧‧雙極接面電晶體

C‧‧‧電容器

C₀‧‧‧電容器

C/2‧‧‧分路電容器

C₀/2‧‧‧電容器

C1‧‧‧電容器

C2‧‧‧電容器

D1‧‧‧二極體

D2‧‧‧二極體

L1‧‧‧電感器

L2‧‧‧電感器

L3‧‧‧電感器

L4‧‧‧電感器

n1‧‧‧節點

n2‧‧‧節點

n3‧‧‧節點

n4‧‧‧節點

ng‧‧‧節點

R_L‧‧‧負載

圖1、圖2a及圖2b為根據本發明之各種實例實施例之單一切換器 件差分驅動放大器之示意圖；圖3說明根據本發明之各種實例實施例之一實例切換器件；圖4說明根據本發明之各種實例實施例之一實例驅動電路；圖5說明根據本發明之一實例實施例之包括無線傳輸器及無線接收器的無線電力系統；圖6說明根據本發明之一實例實施例之包括差分驅動放大器的無線電力傳輸器之示意圖；圖7說明根據本發明之各種實例實施例之差分輸出信號；圖8說明根據本發明之各種實例實施例之用於平面電壓共定位的雙線圈配置；圖9說明根據本發明之各種實例實施例之用於平面電壓共定位的第一線圈佈局；圖10說明根據本發明之各種實例實施例之用於平面電壓共定位的第二線圈佈局；圖11說明根據本發明之各種實例實施例的一座標軸上之用於平面電壓共定位的雙線圈配置；圖12為根據本發明之各種實例實施例的所量測電壓對相距圖10之雙線圈配置之中心點的距離之圖表；圖13說明根據本發明之一實例實施例的包括差分驅動放大器之另一無線電力傳輸器之示意圖；圖14說明根據本發明之一實例實施例之又一差分驅動放大器的示意圖；及圖15說明本發明之一實例方法之流程圖。

因此，已大體上描述了本發明，現將參考未必按比例繪製之隨附圖式。

下文結合隨附圖式所闡述之詳細描述意欲作為對本發明之例示性實施例的描述且並不意欲表示可實踐本發明的僅有實施例。貫穿此描述所使用之術語「例示性」意謂「充當一實例、例子或說明」，且未必應解釋為比其他例示性實施例較佳或有利。該詳細描述包括特定細節以便達成提供對本發明之例示性實施例之透徹理解的目的。熟習此項技術者將顯而易見，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之例示性實施例。在一些例子中，以方塊圖形式展示熟知結構及器件，以避免混淆本文中所呈現之例示性實施例的新穎性。

現將參考隨附圖式在下文中更充分地描述本發明之實例實施例，在該等隨附圖式中展示本發明之一些實施例，但並未展示本發明之所有實施例。實際上，本發明可以許多不同形式體現且不應理解為限於本文中所闡述之該等實施例；更確切地說，提供此等實施例使得本發明將滿足可適用之法定要求。類似參考數字始終指代類似元件。

如用於指代兩個物件之間的關係之術語(諸如，「實質上」、「約」、「大約」或其類似者)意欲不僅反映精確關係，而且反映可能歸因於各種因素(諸如，環境條件之效應、公差容限(common error tolerance)或其類似者)之彼關係的變化。應進一步理解，儘管一些值或其他關係在本文中可在不修改之情況下進行表達，但此等值或其他關係亦可能為精確的或可能包括歸因於各種因素(諸如，環境條件之效應、公差容限或其類似者)之一定程度的變化。

術語「無線電力」在本文中用以意謂在不使用實體電磁導體之情況下在傳輸器與接收器之間傳輸的與電場、磁場、電磁場或其他者相關聯的任何形式之能量。

本文中描述本發明之包括差分驅動放大器之各種實例裝置。根據一些實例實施例，該差分驅動放大器可包括一單一切換器件(例如，電晶體)，該單一切換器件用於接收一單一控制信號(例如，單一 閘極驅動信號)及產生實質上相等且相對於彼此而言相反之差分輸出信號。歸因於該等差分輸出信號之間的相等且相反之關係，該等信號可用以減少或實質上消除該輸入信號中存在之共同模式雜訊。因而，該差分驅動放大器可包括於(例如)無線電力系統中以減少該等系統之導電雜訊及輻射雜訊。另外，本發明之一些實例實施例亦支援軟切換功能性且維持E類放大器之相位角對輸出功率之關係。

根據本發明之一實例實施例，提供一種差分驅動放大器。該差分驅動放大器可包括一切換器件。該切換器件可與一第一輸出節點及一第二輸出節點通信或耦接，其中該第一輸出節點及該第二輸出節點驅動一負載網路。該差分驅動放大器亦可包括一經組態以驅動該切換器件之驅動電路，其中該驅動電路經組態以將一驅動信號提供至該切換器件以更改該切換器件之一導電狀態，從而在該第一輸出節點處產生一第一輸出信號及在該第二輸出節點處產生一第二輸出信號。該第一輸出信號及該第二輸出信號可相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性上相反。

另一實例實施例為一種無線電力傳輸器。該無線電力傳輸器可包括：一差分驅動放大器，其具有一第一輸出節點及一第二輸出節點；一供應網路，其經組態以將電力提供至該差分驅動放大器；及一負載網路，其與該第一輸出節點及該第二輸出節點通信或耦接。該差分驅動放大器可包含：一切換器件，其與該第一輸出節點通信或耦接且與該第二輸出節點通信或耦接；及一驅動電路，其經組態以將一驅動信號提供至該切換器件。該切換器件可經組態以接收該驅動信號且更改該切換器件之一導電狀態以在該第一輸出節點處產生一第一輸出信號及在該第二輸出節點處產生一第二輸出信號。該第一輸出信號及該第二輸出信號可相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性上相反。

另一實例實施例為一種無線電力系統。該無線電力系統可包括一無線電力接收器及一無線電力傳輸器。該無線電力接收器可包括至少一次級線圈。該無線電力傳輸器可包括：一差分驅動放大器，其具有一第一輸出節點及一第二輸出節點；一供應網路，其經組態以將電力提供至該差分驅動放大器；及一負載網路。該差分驅動放大器可包含一與該第一輸出節點及該第二輸出節點通信或耦接之切換器件，且該負載網路可經由該第一輸出節點及該第二輸出節點來驅動。該差分驅動放大器亦可包括一經組態以將一驅動信號提供至該切換器件之驅動電路。該切換器件可經組態以接收該驅動信號且更改該切換器件之一導電狀態以在該第一輸出節點處產生一第一輸出信號及在該第二輸出節點處產生一第二輸出信號。該第一輸出信號及該第二輸出信號可相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性上相反。

根據本發明之另一實例實施例，提供一種實例裝置，該實例裝置包括一用於切換之構件。該用於切換之構件可與一第一輸出節點及一第二輸出節點通信或耦接，其中該第一輸出節點及該第二輸出節點驅動一負載網路。該裝置亦可包括一用於驅動該切換器件之構件，其中該用於驅動該切換器件之構件經組態以將一驅動信號提供至該切換器件以更改該切換器件之一導電狀態，從而在該第一輸出節點處產生一第一輸出信號及在該第二輸出節點處產生一第二輸出信號。該第一輸出信號及該第二輸出信號可相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性上相反。

本發明之又一實例實施例為一種實例方法。該實例方法可包含在一切換器件處接收來自一驅動電路之一驅動信號，及基於該驅動信號更改該切換器件之一導電狀態以在一第一輸出節點處產生一第一輸出信號及在一第二輸出節點處產生一第二輸出信號。該第一輸出信號及該第二輸出信號可相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性 上相反。該實例方法亦可包括分別藉由該第一輸出信號及該第二輸出信號經由該第一輸出節點及該第二輸出節點來驅動一負載網路。

本發明之另一實例實施例為一種實例裝置。該實例裝置可包括一由一第一信號驅動之第一線圈，及一由一第二信號驅動之第二線圈。該第一信號及該第二信號可相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性上相反。該第一線圈及該第二線圈可具有一在一共同平面內之螺旋組態，該螺旋組態提供分別在該第一線圈及該第二線圈內之實質上相等且相反之電壓在該共同平面上之任何位置處的共定位。

本文中所描述之各種實例實施例提供差分、相反信號之產生，該等信號能夠限制或消除否則將自一放大器輸出之共同模式雜訊。該等相反定向之複本信號在彼此緊密接近時可以一實質上消除或毀減不良雜訊之方式影響由該等信號所產生之場。根據本發明之一些實例實施例，一單一切換器件用於產生一第一輸出信號及一第二輸出信號。該第一輸出信號及該第二輸出信號(統稱為差分輸出信號)可相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性上相反。根據各種實例實施例，該等差分輸出信號可以優於習知解決方案之涉及主動組件量減少之方式來產生。該等差分輸出信號可用以驅動一負載網路，該負載網路可包含各種組件，包括(例如)一或多個線圈或繞組。根據各種實例實施例，可結合一線圈配置來利用一差分驅動放大器(諸如，本文中所描述之單一切換器件電晶體差分驅動放大器)，該線圈配置在對磁場產生影響不大或無影響之情況下使差分輸出信號之高電壓及低電壓共定位以達成雜訊減少。

根據各種實例實施例，當實質上在量值上相等但在極性上相反之兩個電壓存在於實質上相同位置中時，電壓被稱為「共定位」。本發明之一些實例實施例經由使用緊耦合線圈導體來產生共定位電壓，該等緊耦合線圈導體具有在一給定位置處提供實質上在量值上相等但 在極性上相反之電壓的配置，如下文進一步所描述。一或多個初級線圈中之導體可在實體上定位成彼此接近以產生共定位電壓。根據一些實例實施例，若以此方式來實施，則線圈間電容耦合可支配至接地之電容耦合，且由該初級線圈所產生之電場可趨近零。

根據各種實例實施例，該差分驅動放大器與該線圈配置一起顯著地減少電容性地連接至接地及周圍電子器件兩者之信號的量值。結果，可減少共同模式發射及對其他電子器件之干擾。

本發明之各種實例實施例亦增加或最大化(例如)用於對一或多個攜帶型器件(例如，行動電話、MP3播放器、攜帶型計劃器、數位相機及其類似者)充電或以其他方式供電之無線電力轉移的效率。一些實例實施例利用最低設計要求且降低組件要求，藉此減少成本。另外，儘管本文中所描述之實例實施例可針對無線電力轉移，但差分驅動放大器之實例實施例可實施於廣泛範圍之應用(不限於無線電力系統)中。

圖1描繪根據本發明之一些實例實施例之實例單一切換器件差分驅動放大器10的示意圖。放大器10包括一連接至供應電壓(+Vcc)之上部RLC(電阻器/電感器/電容器)網路20，及一連接至接地之下部RLC網路30。上部網路20及下部網路30共用切換器件40，該切換器件40在該兩個網路之間浮動。切換器件40可接收一可控制切換器件40之切換操作的控制或驅動信號。切換器件40亦可界定兩個輸出節點n1及n2，其中在n1及n2處分別存在差分輸出信號。該控制或驅動信號可使該切換器件更改其導電狀態。以此方式，可在節點n1及節點n2處產生相對於彼此而言實質上相等且相反之差分輸出信號。

上部RLC網路20可與下部RLC網路30相匹配，以使得該等網路之組件的特性(例如，電阻、電容、電感及其類似者)實質上相同。根據一些實例實施例，可在可匹配且緊耦合之電感器(亦將其稱作繞組或 線圈)L1與L2之間連接切換器件40。電感器L3及L4亦可匹配且緊耦合。

如本文中所使用，術語「浮動」可用以指示一器件未連接至一固定電位(例如，+Vcc或接地)。舉例而言，若一器件經由非零阻抗組件(諸如，電感器或電容器)連接至一固定電位，則該器件可為浮動的。因而，在一浮動組件之端子處之電位可傾向於相對於一固定電位而漂移或浮動。

可體現為電晶體(例如，場效電晶體或其類似者)之切換器件40可回應於一控制或驅動信號(諸如，在圖1中所描繪之方波)而切換為打開或閉合。根據各種實例實施例，上部網路及下部網路中之電流I1及I2在各別網路中方向相反。由於切換器件40所執行之切換操作以及電流I1及I2，可在節點n1及n2處產生差分輸出信號。歸因於L3電感器與L4電感器之耦合效應，在節點n1及n2處產生之差分輸出信號可相互作用以消除存在於輸入信號中之雜訊。因而，負載R_L可接收在導電雜訊及輻射雜訊兩者上均具有相關聯減少之信號。

如上文所陳述，電感器L3與L4之間的耦合可促進放大器所提供之雜訊減少。為了最大化雜訊消除，電感器L3及L4可定位成儘可能靠近以使得該等電感器強耦合。實務上，設計者可能想要接近於達成完全雜訊消除之假想狀況，同時仍要避免信號之全部消除。根據一些實例實施例，可使用組合於單一封裝中之一對強耦合電感器(諸如，Coiltronix DRQ127-470-R)，其使該等電感器儘可能緊密耦合。由於強耦合，可迫使該等電感器之每一者中之電流的值幾乎相等，從而促進產生相反定向之信號。根據電感器未包括於同一封裝(例如，無線電力系統)中之實例實施例，電感器L3及L4可為用於將無線電力傳輸至一或多個次級線圈之相互纏繞之線圈且可利用藉由將該等電感器維持為緊密接近而形成之強耦合。

圖2a描繪呈單一切換器件差分驅動放大器50之形式的本發明之另一實例實施例，該單一切換器件差分驅動放大器50供無線電力系統使用。圖2a將圖1之電感器L1及L2描繪為放大器50之「耦合電感器」且將圖1之電感器L3及L4描繪為放大器50之傳輸線圈(亦稱作初級線圈)。在無線電力系統內，該等傳輸線圈可經組態以在一或多個次級線圈(未描繪)中誘發一電流以將無線電力提供至一連接至該一或多個次級線圈之負載，諸如對一電池充電或以其他方式提供電力來操作一器件。另外，放大器50藉由將在圖1中之電容器C₀組合成單一電容器C₀/2(具有一半之額定電容)來減少組件之數目。

圖2b描繪單一切換器件差分驅動放大器60之又一實例實施例。放大器60藉由以下動作來進一步減少組件之數目：修改節點n1與節點n2之間的電容網路以消除兩個電容器C及共同接地，及包括單一分路電容器C/2(具有一半之額定電容)。根據一些實例實施例，可由組合電容為C/2之若干電容器來替換該單一分路電容器。

如關於圖1、圖2a及圖2b所描述，可提供根據本發明之各種實例實施例之單一切換器件差分驅動放大器。由各種實例實施例所利用之切換器件40可為用於關於一控制信號執行切換的任何構件。根據各種實例實施例，該切換器件可包含一電晶體，諸如在圖3中所描繪之場效電晶體70。電晶體70為一n型金氧半導體(NMOS)。一NMOS電晶體可用以控制汲極(D)端子與源極(S)端子之間的切換，該切換藉由控制閘極(G)及源極(S)處的端子來完成。一NMOS可通常在一OFF(斷開)模式(或該開關在汲極與源極之間打開)中操作，且若相較源極處之電壓在閘極處施加一正電壓，則其轉變至一ON(接通)模式(或該開關在汲極與源極之間閉合)。

因而，電晶體70之閘極可連接至用於控制自源極至汲極之導電性的控制信號或驅動信號。就此而言，至該閘極之輸入信號可更改該 電晶體之導電狀態。如下文進一步描述，電晶體70(或另一切換器件)之閘極可連接至由驅動電路提供之驅動信號。該汲極可構成一第一輸出節點且可經由一電感器連接至一供應電壓。該源極可構成一第二輸出節點且可經由一電感器連接至接地。

電晶體70說明可根據各種實例實施例來實施之一實例切換器件。亦可根據實例實施例來實施其他類型之切換器件。舉例而言，該切換器件可體現為以下各者或以下各者之部分：處理器(例如，信號處理器)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其類似者。

圖4說明根據一些實例實施例之驅動電路80。驅動電路80可在81處接收一輸入信號且在84處將一驅動信號提供至切換器件40之閘極。可經由一閘極驅動變壓器82及一h橋網路83來在84處產生驅動信號。根據一些實例實施例，為了在84處產生用於一切換器件之驅動信號，可使用變壓器82來實施一隔離驅動方案。根據一些實例實施例，變壓器82可為一脈衝變壓器。變壓器82可感測其輸入端子上之電壓差且在其輸出端子上施加相同電壓。藉由跨越切換器件40之閘極及源極而連接變壓器82之輸出端子，即使源極及汲極在n1與n2之間浮動時亦可執行切換。

在一些實例實施例中，切換器件40可經設計以快速切換，此情形可能需要快速改變切換器件之閘極處的驅動信號。為達成快速改變之驅動信號，可利用h橋電路83。參看圖4，h橋電路83可包括二極體D1及D2以及雙極接面電晶體(BJT)B1及B2。二極體以及電容器C1及C2可形成一倍壓器電路，該倍壓器電路可用以跨越節點n4及n2而產生一直流(DC)電壓。可以推挽(push-pull)組態設定該等BJT以使用此DC電壓來驅動切換器件40之閘極。推挽組態可依賴於BJT之若干固有特性。B1可為一PNP電晶體，且在BJT基極電壓(連接至節點n3)可高 於發射極處之電壓時充當集電極(連接至節點n4)與發射極(連接至節點ng)之間的閉合之開關。另一方面，B2可為一NPN電晶體，且在其基極電壓(連接至節點n3)可低於發射極之電壓時充當其集電極(連接至節點n2)與發射極(連接至節點ng)之間的閉合之開關。當不作為閉合之開關操作時，B1及B2兩者均可充當打開之開關。

當變壓器迫使節點n3之電壓高於節點n2處之電壓時，B1可感測到其基極端子與發射極端子之間的正電壓，從而導致電流自電容器C1流動至切換器件40之閘極。類似地，B2可感測到其基極與其發射極之間的低電壓，從而使切換器件40之閘極放電至節點n2。結果，h橋83提供切換器件40之閘極處信號電壓之快速斜上升與快速斜下降(相對於其源極)，藉此允許快速切換。

圖5描繪根據本發明之各種實例實施例之一實例無線電力系統。圖5之無線電力系統可包括無線電力傳輸器102及無線電力接收器104。無線電力傳輸器102可包括差分驅動放大器100，差分驅動放大器100又可包括單一切換器件110及驅動電路120。驅動電路120可接收一輸入信號121。無線電力傳輸器102亦可包括供應網路130及初級線圈140。無線電力接收器104可包括次級線圈150、整流器160及負載170，負載170可為一動態負載。在一些實例實施例中，負載170可為用於電子器件之可再充電電池。

根據各種實例實施例，圖5之無線電力系統實施切換操作以將由供應網路130所提供之DC電壓轉換成一高頻信號。差分驅動放大器100可如上文所描述而操作以產生兩個差分之高頻輸出信號，該等信號實質上相等且相反。可將該等差分輸出信號遞送至各別初級線圈，該等初級線圈經定位以經由初級線圈140之耦合來提供雜訊消除。初級線圈140可經定向以使得該等線圈中之電流在相同方向上流動，藉此提供雜訊消除同時亦對初級線圈140之磁場產生具有最小效應。歸 因於電流之方向，可產生具有相同極性之磁場。該磁場可在無線電力接收器之一或多個次級線圈150中誘發電流。該一或多個次級線圈150可接收誘發之交流(AC)信號，該AC信號可接著經由整流器160整流且饋入至一負載170。

圖6說明無線電力傳輸器之更詳細示意圖。如上文所陳述，差分驅動放大器100可利用由供應網路130提供之DC供應(電壓)。供應網路130可包括兩個緊耦合之抗流電感器(LDC)131及132，抗流電感器131及132可將DC電壓饋入至切換器件110之汲極端子及源極端子。根據一些實例實施例，抗流電感器131及132之緊耦合可部分地負責對準差分驅動放大器輸出之高側及低側的相位。

切換器件110可包含一電晶體，該電晶體依據該閘極端子處之AC輸入而浮動。隔離驅動電路120可藉由在121處接收輸入信號及在124處將驅動或控制信號提供至切換器件110之閘極來將信號提供至閘極端子。類似於圖4中所說明之隔離驅動電路，隔離驅動電路120可包括變壓器122及h橋123。可包括L1及R1以減弱驅動信號之改變(dV/dT)且防止產生高階諧波。根據各種實例實施例，驅動電路120輔助切換器件110跨越各種負載條件而維持零電壓切換。

在一些實例實施例中，該驅動電路可將一步階函數輸入信號提供至切換器件110。圖7說明相對於接地之實例差分輸出信號，該等信號可基於一步階函數(step function)輸入信號而在切換器件之輸出節點處產生。該步階函數可產生為半正弦信號之差分輸出信號。信號111可為可在切換器件110之汲極處俘獲之正輸出信號。信號112可為可在切換器件110之源極處俘獲之負輸出信號。值得注意的是，信號111及信號112相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性上相反。在圖7中所說明之實例中，該參考電壓為大約6伏特。然而，根據各種實例實施例，該參考電壓(例如)可為大約零伏特。

圖6之分路電容器網路101、平衡電容器網路103及初級線圈網路180可包括於一負載網路中。根據實例實施例之無線電力系統亦可包括一接收器(圖6中未展示)以自初級線圈140a及140b接收電力，該接收器包括一或多個次級線圈及一整流器。在一些實例實施例中，該接收器亦可包括於負載網路中。

可在切換器件110之輸出節點(例如，汲極及源極)之間連接分路電容器網路101。圖6之分路電容器網路101包括單一電容器102，然而，本發明之一些實例實施例可在分路電容器網路101內包括若干電容器。根據一些實例實施例，分路電容器網路101在切換器件110實施為一電晶體時促進調諧切換器件110以達成零電壓切換。就此而言，可回應於切換操作而儲存電荷或者自分路電容器網路102釋放電荷。

平衡電容器網路103可包括用以提供隔離接地參考之若干電容器(例如，電容器104、電容器105及電容器106)，該等電容器可促使改良差分驅動放大器輸出信號之間的平衡。根據一些實例實施例，電容器104及105可匹配。包括於平衡電容器網路103中的至接地之連接亦可提供使高頻雜訊分路至接地之路徑。

初級線圈網路180可包括初級線圈140a及140b以及連接於該等線圈之間且與線圈串聯連接之串聯電容器141。或者，在一些實例實施例中，初級線圈網路180可包括單一初級線圈。在一雙線圈網路中，初級線圈140a及140b可為緊耦合之一對等長度線圈。該兩個初級線圈之緊耦合亦可促進維持差分放大器輸出信號之間的相位關係。藉由定位初級線圈140a及140b以使得電流在相同方向上流經該等線圈，初級線圈140a及140b可使具有相等且相反電位之電壓共定位且減少雜訊發射。因為電流在相同方向上流經初級線圈140a及140b，所以由該等線圈所產生之磁場不受影響或實質上不受影響。由第一線圈及第二線圈所產生之磁場可具有相同極性。串聯電容器141可連接於該等初級線 圈之間以促進使負載達到自差分驅動放大器之角度而言合適之相位角。在一些實例實施例中，作為對串聯電容器之替代，第一電容器可連接於切換器件之第一輸出節點與第一線圈之間，且第二電容器可連接於切換器件之第二輸出節點與第二線圈之間。第一電容器及第二電容器可具有為串聯電容器141之電容兩倍之額定電容。根據一些實例實施例，第一電容器及第二電容器可結合包括單一線圈之初級線圈網路來實施。

根據一些實例實施例，初級線圈網路180可經組態以藉由使實質上相等且相反之電壓在由初級線圈網路界定之平面表面上之任何位置處共定位來促進雜訊消除。根據一些實例實施例，初級線圈網路180可經組態以使實質上相等且相反之電壓在環繞初級線圈網路180之三維空間中之任何位置處共定位。根據各種實例實施例，可藉由如上文所描述之差分輸出信號來驅動該等初級線圈。然而，根據一些實例實施例，本文中所描述之初級線圈配置及組態可結合任何類型之差分驅動放大器來利用，該等差分驅動放大器包括(但不限於)如本文中所描述之單一切換器件差分驅動放大器。舉例而言，該等初級線圈配置及組態可與包括多個切換器件及/或電晶體之差分驅動放大器一起使用。

關於初級線圈之定位組態，每一初級線圈可在一幾何平面上纏繞為一螺旋形。為了促進電壓之共定位，一線圈之每一匝之間的距離可隨著該螺旋組態朝向一區域之中心移動而增加。第一線圈及第二線圈可因此在一共同平面內具有一螺旋組態，該螺旋組態提供分別在第一線圈及第二線圈內之實質上相等且相反之電壓在該共同平面上之任何位置處的共定位。根據一些實例實施例，可利用向一中心點或中心區域旋入且接著返回旋出之單一線圈。因而，一線圈配置可由在一中心位置處連接之兩個線圈來構建以達成單一線圈實例實施例。

圖8說明根據本發明之各種實例實施例之雙線圈配置。圖9說明僅描繪第一線圈之圖8的實例實施例。圖10說明僅描繪第二線圈之圖8的實例實施例。

圖11說明在一座標系統軸上定向之用於量測相距中心或起點(origin)之距離的雙線圈配置。當將差分輸出信號施加至該等線圈時，可達成實質上相等且相反之電壓的共定位。為說明線圈組態之效應，可在線圈之每一匝處量測電壓。每一匝與座標系統上之一特定位置相關聯。圖12描繪在每一匝處量測到之電壓的圖表。電壓高於零之資料點與在第一線圈之各匝處所進行之量測相關聯，且電壓低於零之資料點與在第二線圈之各匝處所進行之量測值關聯。由於該等匝係定位在與中心相距一特定距離處，因此可關於距離來界定該水平軸。如藉由該等資料點所指示，在與中心相距相同或實質上相同之距離處，在第一線圈及第二線圈上所進行之量測具有相等且相反之電壓。

除了如上文所描述而配置一初級線圈網路之外或作為對配置一初級線圈網路的替代，可以一類似方式配置一次級線圈網路。就此而言，該等線圈配置亦可實施於一無線電力系統之接收器中。該次級線圈網路可利用具有類似線圈幾何形狀之中心抽頭至接地線圈組態以達成類似結果。

圖13描繪呈無線電力傳輸器形式之本發明之另一實例實施例，該無線電力傳輸器包括單一切換器件差分驅動放大器。圖7之無線電力傳輸器與圖6中所描繪之無線電力傳輸器類似之處在於，圖7之無線電力傳輸器包括一供應網路、一驅動電路、一切換器件、一分路電容器網路、一平衡電容器網路及一初級線圈網路。僅舉例而言，亦針對圖7之實例實施例之元件而提供部件識別符、被動器件值及部件特性。類似地，圖14描繪未連接至初級線圈網路之差分驅動放大器之又一實例實施例。

亦可提供包括自上文所描述之裝置導出之方法操作的本發明之各種實例實施例。在圖15中描繪一實例方法。圖15之實例方法包括：在200處，在一切換器件處接收來自一驅動電路之一驅動信號；及在210處，基於該驅動信號而更改該切換器件之導電狀態。藉由更改該切換器件之導電狀態，可在一第一輸出節點處產生一第一輸出信號且在一第二輸出節點處產生一第二輸出信號。第一輸出信號及第二輸出信號可相對於一參考電壓實質上在量值上相等但在極性上相反。該實例方法亦可包括：在220處，分別藉由第一輸出信號及第二輸出信號經由第一輸出節點及第二輸出節點來驅動一負載網路。

熟習本發明關於之技術者將想到具有前述描述及相關聯圖式中所呈現之教示之益處的本文中所闡述之本發明之許多修改及其他實施例。因此，應理解，本發明不限於所揭示之特定實施例且修改及其他實施例意欲包括於隨附申請專利範圍之範疇內。此外，儘管前述描述及相關聯圖式在元件及/或功能之某些實例組合之情形下描述實例實施例，但應瞭解可在不脫離隨附申請專利範圍之範疇的情況下藉由替代實施例來提供元件及/或功能之不同組合。就此而言，例如，不同於上文明確描述之彼等組合之外的元件及/或功能之不同組合亦預期為可在隨附申請專利範圍中之一些者中得以闡述。儘管本文中使用特定術語，但該等術語僅在一般及描述性意義上使用且並非用於限制目的。

提供對所揭示例示性實施例之先前描述以使任何熟習此項技術者能夠製造或使用本發明。熟習此項技術者將易於顯見對此等例示性實施例之各種修改，且在不脫離本發明之精神或範疇的情況下，本文中所界定之一般原理可應用於其他實施例。因此，本發明不意欲限於本文中所展示之例示性實施例，而應符合與本文中所揭示之原理及新穎特徵相一致的最廣範疇。

10‧‧‧差分驅動放大器

20‧‧‧上部RLC網路

30‧‧‧下部RLC網路

40‧‧‧切換器件

C‧‧‧電容器

C₀‧‧‧電容器

L1‧‧‧電感器

L2‧‧‧電感器

L3‧‧‧電感器

L4‧‧‧電感器

n1‧‧‧節點

n2‧‧‧節點

R_L‧‧‧負載

Claims (18)

1. 一種用於對一器件供電或充電之裝置，其包含：一第一線圈，其包含一平面螺旋組態，該第一線圈之圈與圈之間的一間距由該第一線圈之一外緣朝向該第一線圈之一中心點實質上遞增；及一第二線圈，其包含一平面螺旋組態，該第二線圈之圈與圈之間的一間距由該第二線圈之一外緣朝向該第二線圈之一中心點實質上遞增，該第二線圈經組態以實質上塑形為該第一線圈之一鏡像之形狀。
2. 如請求項1之裝置，其中該第二線圈實質上與該第一線圈位於一共同平面上。
3. 如請求項1之裝置，其中該第一線圈及該第二線圈經定位以使得該第一線圈及該第二線圈形成一對稱結構，當自該第一線圈及該第二線圈之該平面螺旋組態之上觀看時，該對稱結構相對於一軸實質上對稱。
4. 如請求項1之裝置，其中輸入該第一線圈及該第二線圈之輸入信號經組態以自該第一線圈及該第二線圈之該平面螺旋組態之一外緣輸入。
5. 如請求項1之裝置，其中該第一線圈於該第一線圈之該中心點及該第二線圈之該中心點處實體地連接至該第二線圈以產生一單一線圈配置。
6. 如請求項1之裝置，其中該第一線圈及該第二線圈經組態以無線地輸出足以對一接收器器件供電或充電之一位準的電力。
7. 一種用於對一器件供電或充電之方法，其包含：以電流驅動包含一平面螺旋組態之一第一線圈，該第一線圈 之圈與圈之間的一間距由該第一線圈之一外緣朝向該第一線圈之一中心點實質上遞增；及以電流驅動包含一平面螺旋組態之一第二線圈，該第二線圈之圈與圈之間的一間距由該第二線圈之一外緣朝向該第二線圈之一中心點實質上遞增，該第二線圈經組態以實質上塑形為該第一線圈之一鏡像之形狀。
8. 如請求項7之方法，其中該第二線圈實質上與該第一線圈位於一共同平面上。
9. 如請求項7之方法，其中該第一線圈及該第二線圈經定位以使得該第一線圈及該第二線圈形成一對稱結構，當自該第一線圈及該第二線圈之該平面螺旋組態之上觀看時，該對稱結構相對於一軸實質上對稱。
10. 如請求項7之方法，其中輸入該第一線圈及該第二線圈之輸入信號經組態以自該第一線圈及該第二線圈之該平面螺旋組態之一外緣輸入。
11. 如請求項7之方法，其中該第一線圈於該第一線圈之該中心點及該第二線圈之該中心點處實體地連接至該第二線圈以產生一單一線圈配置。
12. 如請求項7之方法，其中該第一線圈及該第二線圈經組態以無線地輸出足以對一接收器器件供電或充電之一位準的電力。
13. 一種用於對一器件供電或充電之裝置，其包含：用於以電流驅動包含一平面螺旋組態之一第一線圈之構件，該第一線圈之圈與圈之間的一間距由該第一線圈之一外緣朝向該第一線圈之一中心點實質上遞增；及用於以電流驅動包含一平面螺旋組態之一第二線圈之構件，該第二線圈之圈與圈之間的一間距由該第二線圈之一外緣朝向 該第二線圈之一中心點實質上遞增，該第二線圈經組態以實質上塑形為該第一線圈之一鏡像之形狀。
14. 如請求項13之裝置，其中該第二線圈實質上與該第一線圈位於一共同平面上。
15. 如請求項13之裝置，其中該第一線圈及該第二線圈經定位以使得該第一線圈及該第二線圈形成一對稱結構，當自該第一線圈及該第二線圈之該平面螺旋組態之上觀看時，該對稱結構相對於一軸實質上對稱。
16. 如請求項13之裝置，其中輸入該第一線圈及該第二線圈之輸入信號經組態以自該第一線圈及該第二線圈之該平面螺旋組態之一外緣輸入。
17. 如請求項13之裝置，其中該第一線圈於該第一線圈之該中心點及該第二線圈之該中心點處實體地連接至該第二線圈以產生一單一線圈配置。
18. 如請求項13之裝置，其中該第一線圈及該第二線圈經組態以無線地輸出足以對一接收器器件供電或充電之一位準的電力。