TWI577105B - 用於在諧振功率無線接收器中的電壓調整的系統及方法 - Google Patents

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Description

用於在諧振功率無線接收器中的電壓調整的系統及方法 【相關的申請案】
此申請案主張美國臨時申請案第61/980,891號的優先權，該臨時申請案於2014年4月17日提出申請，標題為「在諧振功率無線接收器中的電壓調整(VOLTAGE REGULATION IN RESONANT POWER WIRELESS RECEIVER)」，以及在此藉由引用之方式併入本文中。
此揭露係關於無線功率傳輸，及特定而言，此揭露係關於用於提供諧振無線功率接收器的電壓調整的系統和方法。
用於低功率準位和中功率準位的無線功率傳輸的領域目前聚焦於諧振技術。頻率控制電路被使用以經由處於一特定的頻率的磁性線圈來產生AC電流，該磁性線圈被使用以作為一能量傳輸器。在傳輸線圈中產生的通量(flux)由於電磁感應而激發在接收器電路中的磁(magnetics)。接收器係基於：一調諧的LC電路，該調諧的LC電路在特定的傳輸頻率發生 諧振。此調諧的LC電路對於在接收器線圈中感應的電流作出反應，而放大結果的AC電壓(由於LC電路的諧振而造成的結果)。然後一般性地對於橫跨於LC電路而產生的AC電壓進行整流，結果的DC電壓係由諧振無線功率接收器所饋入的遠端電子設備來使用。
適當地設計的接收器使用具有高品質因數(high-quality factor(Q))的LC電路，該LC電路被完美地調諧至傳輸頻率，以將對於接收器所饋入(receiver-fed)的電子設備而言為可獲得使用的電壓最大化。然而，因為調諧的接收器LC電路進行操作而處於發生諧振的情況，結果的電壓理論上可上升至極大的準位，而潛在性地損壞由接收器饋入的電子設備。因而需要：一種用以將結果的接收器電壓調整至可由相關聯的電路來控制和使用的準位的方法。
希望直接地控制諧振接收器的振幅，其中前述者造成：事後整流的(post-rectified)DC電壓，該DC電壓被調整至適合用於相關聯的電子系統的準位。經常被討論的接收器的振幅控制的二種方法係：(1)LC電路諧振頻率的選擇性的重新調諧，或(2)LC電路的Q的減低(Q reduction)。在第一個情況中，接收器電路的諧振頻率從傳輸頻率被轉移開，而使得處於傳輸頻率的增益特性被減低，以致於：達成希望的結果的電壓。在第二個情況中，調諧的頻率維持為相同的，因此調諧的接收器的尖峰增益維持在處於傳輸頻率的情況下，但是電阻被加入諧振電路會減低電路的Q，因此減低增益，以使得：達成希望的結果的電壓。
利用此些的諧振的增益-調整的二個方法會具有數個問題(特別是當檢查使用於自動調整系統的適當性的時候)。因為具有高的Q(high-Q)的LC電路係非常地有效率的(因為具有高的Q(high-Q)的LC電路理論上並不消耗任何的功率)，諧振頻率的變動(或是重新調諧該電路)係最希望的調整方法。不幸地，電子控制式的可變的電容器或電子式可變的電感器係幻想目標，因此經由有效的電感或電容的動態的變動來進行LC電路的諧振頻率特性的調整並不為：用於調整電路的直接且實際的方法。Q的減低(Q-reduction)係實際的解決方案(因為併入電子式可變的電阻係顯而易見的)，但是經由額外的電阻而造成Q的減低(Q-reduction)必然地意指為：額外的功率消耗，及隨後的效率的損失很快地變成問題。
希望藉由重新調諧諧振LC電路的有效的增益特性而不併入額外的被動元件來開發：用於提供無線功率接收器的電壓調整的系統和方法。此外，希望控制無線功率接收器，而不直接地引入電阻性元件，以為了將結果的附加的功率消耗(parasitic power dissipation)最小化。
本揭露提供：一種用於控制一功率接收電路的控制系統，該功率接收電路經配置以用於利用無線的方式來接收功率和產生一輸出電壓。功率接收電路具有：一諧振LC電路，該諧振LC電路包含：一電感性元件和一電容性元件，該電感性元件和該電容性元件利用並聯的方式相耦接。
根據本揭露的一態樣，控制系統包含：一切換電路， 該切換電路利用並聯的方式與諧振LC電路相耦接，及一反饋迴路電路，該反饋迴路電路經配置以用於：藉由控制持續時間來調整輸出電壓，其中在該持續時間期間，該切換電路在橫跨於諧振LC電路而形成的電壓的每一周期中處於一導通狀態。
在一示例性的實施例中，反請迴路電路可包含：一脈波寬度調變(PWM)控制電路，該脈波寬度調變(PWM)控制電路回應於代表在該輸出電壓與一參考電壓之間的一差異的一誤差訊號，產生用於控制切換電路的一PWM控制訊號。
亦者，該反饋迴路電路可包含：一零點跨越偵測電路，該零點跨越偵測電路經配置以用於識別橫跨於諧振LC電路而形成的電壓的零點跨越，以啟動PWM控制電路。
零點跨越偵測電路可操作於單相模式中以在每個橫跨於諧振LC電路而形成的電壓的正弦周期中，識別一單一的零點跨越。
可替代性地，零點跨越偵測電路可操作於雙相模式中以在每個橫跨於諧振LC電路而形成的電壓的正弦周期中，識別二個零點跨越。
反饋迴路電路可經配置以用以回應於由整流器電路產生的一整流訊號來控制切換電路，該整流器電路回應於橫跨於諧振LC電路而形成的電壓。
切換電路可使用第一N-類型的場效電晶體(NFET)和第二NFET來實施。第一NFET的汲極和第二NFET的汲極可被連接一起，第一NFET的源極可被耦接至諧振LC電路的 第一節點，及第二NFET的源極可被耦接至諧振電路的第二節點。
第一自舉驅動器(bootstrapped driver)可被提供以控制第一NFET。第一自舉驅動器可包含：一第一準位移位器，該第一準位移位器回應於用以控制第一NFET的閘極的PWM控制訊號，及一第一自舉電容器，該第一自舉電容器具有：耦接至諧振LC電路的第一節點的負端點和藉由第一二極體而耦接至DC電壓源的正端點。
經配置以用於控制第二NFET的第二自舉驅動器可包含：一第二準位移位器，該第二準位移位器回應於用以控制第二NFET的閘極的PWM控制訊號，及一第二自舉電容器，該第二自舉電容器具有：耦接至諧振LC電路的第二節點的負端點和藉由第二二極體而耦接至DC電壓源的正端點。
可使用一斜坡產生器來實施PWM控制電路，該斜坡產生器回應於由零點跨越偵測電路所產生的一訊號。PWM控制電路可進一步包含：一比較器，該比較器用於將該誤差訊號與由該斜坡產生器產生的一斜坡訊號作比較。PWM控制電路可經配置以基於該比較器的一輸出訊號來控制該切換電路的切換。
根據本揭露的方法，進行用以執行針對於功率接收系統的電壓調整的後續的步驟： -橫跨在諧振LC電路上耦接一分流器，以為了允許電流當分流器處於低電阻狀態時繞過諧振LC電路流動，及 -回應於功率接收電路的輸出電壓來控制持續時 間，其中在該持續時間期間，分流器在橫跨於諧振LC電路而形成的電壓的每一周期中處於低電阻狀態。
可產生一控制訊號，該控制訊號用於：基於代表在輸出電壓與誤差訊號之間的一差異的一誤差電壓來控制分流器。控制訊號可被形成以回應於橫跨於諧振LC電路而形成的電壓的零點跨越。舉例而言，分流器可為：可由PWM控制訊號控制的一開關。
對於彼些習知技藝者而言，本揭露的額外的優點和態樣將容易地從後續的【實施方式】中變得明顯的，其中本揭露的示例性的實施例被顯示和被描述。如同將被描述者，本揭露能夠實現於其他的和不同的實施例中，及本揭露的一些細節容許(susceptible of)在各種明顯的層面中的修正，其中所有者皆未偏離本揭露的精神。從而，圖式和描述在本質上被認為是具有示例說明性的，及並不被認為是具有限制性的。
12‧‧‧傳輸磁性線圈
14‧‧‧諧振無線功率接收器
16‧‧‧整流器
18‧‧‧分流開關電路
20‧‧‧零點跨越偵測電路
22‧‧‧脈波寬度調變(PWM)控制電路
24‧‧‧積分器
26‧‧‧誤差放大器
102‧‧‧比較器
104‧‧‧比較器
106‧‧‧電阻器
108‧‧‧電阻器
110‧‧‧電容器
112‧‧‧電阻器
114‧‧‧電阻器
116‧‧‧電阻器
118‧‧‧轉導放大器
120‧‧‧電阻器
122‧‧‧電阻器
124‧‧‧電容器
126‧‧‧電阻器
202‧‧‧零點跨越偵測比較器
204‧‧‧反相器
206‧‧‧AND閘
302‧‧‧反相器
304‧‧‧NFET
306‧‧‧電流源
308‧‧‧電容器
310‧‧‧電壓比較器
312‧‧‧S-R閂鎖器
402‧‧‧NFET
404‧‧‧NFET
406‧‧‧準位移位器
408‧‧‧二極體
410‧‧‧電容器
412‧‧‧準位移位器
414‧‧‧二極體
416‧‧‧電容器
502‧‧‧零點跨越偵測電路
504‧‧‧PWM控制電路
506‧‧‧零點跨越偵測電路
508‧‧‧PWM控制電路
510‧‧‧OR閘
當與後續的圖式相結合來閱讀時，本揭露的實施例的後續的【實施方式】可被最佳地理解，其中在該等圖式中，特徵並不必然地按照尺寸來繪示，而是被繪示以最佳地示例說明相關的特徵，其中：第1圖和第2圖示例說明：諧振LC電路的電壓和電流響應。
第3圖根據本揭露來顯示：用於控制諧振無線接收器的控制系統的示例性的實施例。
第4圖至第10圖示例說明：被呈現在第3圖中的各 種元件的示例性的實施。
第11圖示例說明：本揭露的雙相控制系統的示例性的二個-通道的實施。
將使用被呈現於後文中的特定的示例來形成本揭露。然而，本揭露的觀念可應用於後文中討論的技術的各種其他的修正。
所揭露的技術使用一被控制的分流裝置以針對於諧振的振盪的每一周期，中斷諧振的電容的電壓特性達到一控制的時間。在逐周期的基礎上針對於一給定的感應電流的初始條件的電容器的電壓響應的此中斷減低：針對此給定的初始條件的電路的尖峰電壓。藉由引入逐周期的電壓特性的此中斷，減低：對於被感應的電流的結果的整體響應，而有效地模擬出在諧振電路中的增加的電容。因此，有效的接收器諧振從系統傳輸/接收頻率被轉移開，而減低諧振LC接收器處於此頻率的電壓增益。在每個周期中的分流活動的持續時間、或由分流裝置所導致的頻率偏移的角度可容易地經由脈波寬度調變(PWM)迴路來控制，因此使得此方法特別地有利於使用電子反饋機制的實施。
參照至第1圖，其中第1圖顯示：諧振LC電路處於諧振的情況下的電壓和電流響應。在第1圖中電壓響應落後電流響應90度。針對於一給定的電流的初始條件而處於諧振的情況的感應的電壓與1/C成比例，其中C係LC電路的電容值。如同在第2圖中示例說明者，在每一周期中中斷諧振 LC電路的電壓響應達到一給定的持續時間會導致：一減低的尖峰電壓特性，該減低的尖峰電壓特性類比於：增加的電容的減低的尖峰電壓特性。電壓特性的此破壞將感應的尖峰電壓從VLC1減低至VLC2，前述者類比於：藉由VLC1/VLC2的因數來增加LC諧振電路的電容，而針對此給定的周期將有效的諧振頻率從ω0減低至ω0*(VLC2/VLC1)1/2。
第3圖示意性地顯示：控制系統的示例性的實施例，該控制系統用於控制在無線通訊系統中的諧振無線接收器，該無線通訊系統包含：被使用以作為能量傳輸器的傳輸磁性線圈12。由於電磁感應的緣故，在傳輸磁性線圈12中產生的磁通量激發在諧振無線功率接收器14中的磁，該諧振無線功率接收器被配置以作為一調諧的LC諧振電路，該調諧的LC諧振電路包含：利用並聯的方式相連接的電感性元件L和電容性元件C。調諧的LC電路處於一頻率的情況下發生諧振，該頻率對應於在傳輸磁性線圈12中產生的AC電流的頻率。
因為發生諧振的緣故，調諧的LC電路放大由於在電感性元件L中感應的電流而形成的AC電壓。橫跨於LC電路而形成的AC電壓的波形可具有：類似於被顯示在第1圖中的電壓波形的正弦周期的正弦周期。橫跨於諧振LC電路而形成的AC電壓係由整流器16來整流，該整流器16產生：可被供應至由無線功率接收器14所饋入的電子設備的DC電壓VREG。輸出電容Co可被耦接至整流器16的輸出。
整流器16可經配置以作為：(例如)利用Schottky二 極體來建構的全橋式整流器。然而，本揭露的電壓調整技術當使用半橋式整流器時為同樣地有效用的。亦者，使用被控制的FET的主動-橋式整流器(active-bridge rectifier)亦可被使用以達到較高的效率。
如同前文所討論者，由整流器16產生的結果的電壓可增加至潛在性地損壞由接收器饋入的電子設備的準位。反饋迴路被提供以控制LC諧振電路的重新調諧，以為了將電壓VREG調整至希望的準位。根據本揭露，反饋迴路控制分流開關電路18的切換，該分流開關電路被提供以與調諧的LC諧振電路的電容性元件C相並聯。反饋迴路控制持續時間，其中在該持續時間期間，分流開關電路18在橫跨於諧振LC電路而形成的AC電壓的每一周期中處於導通狀態。每一周期的開始可由此電壓的零點跨越來識別。
在一示例性的實施例中，反饋迴路可包含：一零點跨越偵測電路20、一脈波寬度調變(PWM)控制電路22，該脈波寬度調變(PWM)控制電路控制分流開關電路18的切換、一積分器24，及一誤差放大器26。由PWM控制電路22控制的分流開關電路18當並無任何的電壓橫跨在分流開關電路18上時必須被啟始以將效率最大化和將在切換元件中的功率消耗最小化。零點跨越偵測電路20提供此資訊。被耦接至PWM控制電路的一個輸入的零點跨越偵測電路20經配置以識別：橫跨於LC電路而形成的和橫跨在分流開關電路18上施加的電壓的零點跨越。
PWM控制電路22的其他的輸入可由一積分的誤差 訊號來驅動，該積分的誤差訊號係由一誤差放大器來產生，該誤差放大器將結果的經整流的輸出電壓VREG與希望的參考電壓VREF作比較。
將LC諧振電路假設為被適當地調諧至傳輸頻率以發生諧振的情況，而回應於藉由傳輸磁性線圈12產生的耦合的通量所造成的激發，產生一增加的尖峰電壓波形。當由LC諧振電路感應的尖峰電壓增加時，結果的整流電壓VREG跟隨著諧振電路的AC尖峰電壓而增加。
當經過整流的輸出電壓VREG增加至參考電壓VREF的準位時，誤差放大器26產生一誤差訊號，該誤差訊號係由積分器24來積分和被供應至PWM控制電路22的輸入，該PWM控制電路在每一周期中於由零點跨越偵測電路20所偵測的橫跨於LC電路的電壓的零點跨越處被啟始。PWM控制電路22針對於LC電路的振盪周期的一部分將分流開關18接通，而避免對於存在的諧振電流的LC電路的電壓響應，直到分流開關18被斷開為止。分流開關18在LC電路的電壓的零點跨越處被接通，以為了避免在LC電路中的電容性元件C的瞬時的電壓放電(可潛在性地產生高電流和增加的功率消耗準位的情況)。
在後文中討論：被呈現在第3圖中的各種元件的示例性的實施。如同在第4圖中所顯示者，組合積分器24和誤差放大器26的一電路可藉由具有非反相積分的電壓放大器來實施。電壓放大器包含：比較器102和比較器104。使用由被耦接至比較器104的反相輸入的電阻器106和電阻器108所 組成的電阻分壓器來監控電壓VREG。參考電壓VREF被供應至比較器102和比較器104的非反相輸入。由電容器110和電阻器112所組成的積分電路被提供在比較器102的非反相輸入與比較器的輸出之間。電阻器114可被耦接在比較器102的輸出與比較器104的反相輸入之間。電阻器116被耦接在比較器104的反相輸入與比較器104的輸出之間以提供：一主動式低通濾波器的分級，該主動式低通濾波器的分級在比較器104的輸出處產生誤差電壓VERROR。代表在VREG與VREF之間的一被積分的差異的誤差電壓VERROR被供應至PWM控制電路22。
可替代性地，如同在第5圖中所顯示者，組合積分器24和誤差放大器26的電路可藉由具有非反相積分的轉導放大器118來實施。使用由被耦接至轉導放大器118的非反相輸入的電阻器120和電阻器122所組成的電阻分壓器來監控電壓VREG。參考電壓VREF被供應至轉導放大器118的反相輸入，該轉導放大器產生對應於在VREG與VREF之間的差異的一電流。由電容器124和電阻器126所組成的積分電路被提供在轉導放大器118的輸出與接地節點之間，以為了產生：代表在VREG與VREF之間的一被積分的差異的誤差電壓VERROR。
第6圖示例說明：零點跨越偵測電路20的示例性的實施，該零點跨越偵測電路使用橫跨於接收器14的諧振LC電路而形成的電壓以作為：被供應至零點跨越偵測比較器202的反相輸入和非反相輸入的輸入電壓。此輸入電壓被示例說 明在第7圖中。比較器的輸入的每一者被連接至諧振LC電路的節點中的一者。橫跨於諧振LC電路的電壓係一差動AC訊號(通常在本質上係正弦的)。比較器202的輸出當在比較器的輸入處的差動電壓係正的時候處於邏輯高電位，及比較器202的輸出當輸入電壓係負的時候處於邏輯低電位。因而，比較器201的輸出產生：具有大約50%的工作周期的數位脈波序列，該數位脈波序列具有與橫跨於諧振LC接收器電路而產生的正弦-形狀的電壓相同的頻率。比較器202的輸出訊號對應於：在第7圖中示例說明的零點跨越偵測電路20的「相位(Phase)」輸出訊號。
再者，零點跨越偵測電路20包含：一正沿脈波產生器(positive-edge pulse generator)，該正沿脈波產生器係由反相器204和AND閘206所組成，其中反相器204被耦接至比較器202的輸出，及AND閘206具有：被耦接至反相器204的輸出的一個輸入和被耦接至比較器202的輸出的另一輸入。AND閘206在偵測電路20的「脈波(Pulse)」輸出上輸出：對應於上升的零點跨越偵測的具有短暫的持續時間(short-duration)的脈波。如同在第7圖中所示例說明者，「脈波(Pulse)」輸出訊號係：具有非常低的工作周期的數位脈波序列，該數位脈波序列亦具有：與橫跨於諧振LC接收器電路而產生的正弦-形狀的電壓相同的頻率。
零點跨越偵測電路20的特定的實施可偵測：輸入電壓的上升的零點跨越、輸入電壓的下降的零點跨越，或是前述的二種零點跨越二者。亦者，可使用：具有相反的輸入連 接的二個零點跨越偵測器。該等二個零點跨越偵測器中的一者可經組態以用於偵測上升的零點跨越，而另一者則用於偵測下降的零點跨越。
零點跨越偵測電路20的「相位(Phase)」和「脈波(Pulse)」輸出訊號被供應至PWM控制電路22，PWM控制電路22的示例性的實施被顯示在第8圖中。PWM控制電路22產生：一脈波，該脈波對應於在每一周期中的持續時間，其中在每一周期中的持續時間期間，分流開關電路18維持為處於導通狀態。在第8圖中的PWM控制電路22包含：一斜坡產生器，該斜坡產生器包含：被耦接至N-類型的場效電晶體(NFET)304的閘極的反相器302，該N-類型的場效電晶體(NFET)被連接至電流源306和電容器308。反相器302的輸入被耦接至PWM控制電路22的「斜波(Ramp)」輸入，該PWM控制電路22的「斜波(Ramp)」輸入被供應有：在第9圖中示例說明的零點跨越偵測電路20的「相位(Phase)」輸出訊號。
如同在第9圖中所示例說明者，將由斜坡產生器所產生的斜坡電壓與在積分器24的輸出處產生的誤差電壓VERROR進行比較。特定地，斜坡產生器被控制以使得：當「斜波(Ramp)」輸入訊號處於邏輯高電位時，斜波被致能和被施加至電壓比較器310的非反相輸入。當「斜波(Ramp)」輸入訊號處於邏輯低電位時，電壓比較器310的非反相輸入被保持為低電位。
比較器310的輸出被耦接至重置-主導的(reset-dominant)的S-R閂鎖器312的重置輸入R。閂鎖器312 的設定輸入S被連接至PWM控制電路22的「觸發(Trigger)」輸入，該PWM控制電路22的「觸發(Trigger)」輸入被供應有在第9圖中示例說明的零點跨越偵測電路20的「脈波(Pulse)」輸出訊號。閂鎖器312的Q輸出產生：在第9圖中示例說明的分流控制PWM輸出訊號SWON。SWON控制訊號被供應至分流開關電路18以控制切換。
當「斜波(Ramp)」輸入處於邏輯高電位時，PWM控制電路22係作用的。「觸發(Trigger)」訊號係：與「斜波(Ramp)」邏輯高電位脈波的開始同步的具有短暫的持續時間的脈波，該「斜波(Ramp)」邏輯高電位脈波的開始被使用以指示PWM控制電路的作用時間區間的開始。「觸發(Trigger)」訊號被輸入至閂鎖器312的S輸入，以使得：若在比較器310的反相輸入處的誤差電壓VERROR低於在非反相輸入處的斜坡電壓，Q輸出將變為處於邏輯高電位。Q輸出將維持為處於邏輯高電位，直到斜坡電壓上升超過VERROR電壓為止，其中處於該點時Q輸出閂鎖於邏輯低電位。
第10圖顯示：分流開關電路18的示例性的實施例，該分流開關電路利用並聯的方式與接收器14的諧振LC電路相耦接。橫跨於LC電路而形成的差動AC電壓可藉由全橋式整流器16轉換為DC電壓，該DC電壓以在處於接地的LC電路的每一側上的電壓的最低部分為參照。因此，在LC電路的二個側上的電壓係正弦的和具有不同相位的(out of phase)，而操作在尖峰振幅與接近於接地的數值之間。將LC電路的二側短路在一起的分流開關電路18因此必須能夠區別 性地經受住尖峰電壓，但不需承受低於接地的偏移(excursion)。分流開關電路18的切換可使用第一NFET 402和第二NFET 404(使用背對背的方式連接)來完成，該第一NFET 402和該第二NFET 404分別地使用第一自舉驅動器和第二自舉驅動器來控制，該第一自舉驅動器和該第二自舉驅動器以諧振LC電路的相關聯的側為參照。
第一自舉驅動器包含：準位移位器406、二極體408，及自舉電容器410。第二自舉驅動器包含：準位移位器412、二極體414，及自舉電容器416。每一個自舉驅動器接受：由PWM控制電路22供應的以接地為參照(ground-referred)的邏輯準位輸入SWON。此輸入係由準位移位器406和準位移位器412移動準位至閘極-驅動輸出，該等閘極-驅動輸出被供應至分別的NFET 402和NFET 404的閘極。每一閘極驅動輸出在本端浮動供應電壓VBST內進行操作。本端供應電壓VBST在自舉電容器410和自舉電容器416上產生，該自舉電容器410和該自舉電容器416中的每一者係以諧振LC電路的相關聯的側為參照。使用由本端DC電源供應器提供的VREFRESH電壓且經由分別的二極體408和二極體414再補充在電容器410和電容器416上的電荷。舉例而言，5V的電壓可從本端DC電源供應器被提供。
前文所討論的零點跨越偵測電路20和PWM控制電路22在橫跨於LC電路的電壓的單相上進行操作。意即，在LC電路的電壓的每個正弦周期中，僅有一個零點跨越被偵測。因而，分流開關電路18在電壓正弦的每一周期期間針對 於單一的脈波被啟動，及切換控制脈波序列具有與LC電路的電壓波形相同的頻率。然而，可使用LC電路的電壓的二個相位(意即藉由偵測在正弦周期中的每一個零點跨越)來實施本揭露的控制系統。可使用具有相反的輸入連接的相同的控制通道，或是藉由使用專用的雙相控制電路來實施雙相控制。單相實施和雙相實施二者呈現：類似的一般的控制特性，但是雙相實施被希望藉由該雙相實施的接近100%的工作周期的能力而具有遠遠更大的控制範圍。
第11圖示例說明：本揭露的雙相控制系統的示例性的二個-通道的實施。二個控制通道被耦接至接收器14的諧振LC電路以偵測在橫跨於LC電路的電壓的每一周期中的二個零點跨越。第一控制通道包含：一零點跨越偵測電路502和一PWM控制電路504。第二控制通道包含：零點跨越偵測電路506和PWM控制電路508。零點跨越偵測電路502和零點跨越偵測電路506的每一者可利用類似於在第6圖中的零點跨越偵測電路的方式來配置。PWM控制電路504和PWM控制電路508中的每一者可利用類似於在第8圖中的PWM控制電路的方式來配置。PWM控制電路504和PWM控制電路508的輸出訊號被供應至OR閘510而產生一分流控制PWM訊號SWON，以為了回應於在橫跨於LC電路的電壓的每一正弦周期中的零點跨越二者，而使得分流開關電路18處於導通狀態。
前面的記述示例說明和描述：本發明的態樣。此外，本揭露僅顯示和描述較佳實施例，但是如同前述者，應理解到：本發明能夠使用於各種其他的組合、修正，及環境中， 及能夠在如同在此表達的發明性的觀念的範疇內進行改變或修正，而與前文的教示，及/或相關的技術領域的技藝或知識相稱。
在前文中描述的實施例進一步地希望解釋被知悉以實施本發明的最佳實施例和促進其他的習知技藝者在此些實施例(或其他的實施例)中利用本發明和進行由本發明的特定的應用或使用所要求的各種修正。從而，該記述無意於將本發明限制為在此所揭示的形式。
12‧‧‧傳輸磁性線圈
14‧‧‧諧振無線功率接收器
16‧‧‧整流器
18‧‧‧分流開關電路
20‧‧‧零點跨越偵測電路
22‧‧‧脈波寬度調變(PWM)控制電路
24‧‧‧積分器
26‧‧‧誤差放大器

Claims (18)

  1. 一種用於控制一功率接收電路的控制系統，該功率接收電路經配置以用於利用無線的方式來接收功率、產生一輸出電壓和具有一諧振LC電路，該諧振LC電路包含：一電感性元件和一電容性元件，該電感性元件和該電容性元件利用並聯的方式相耦接，該控制系統包含：一切換電路，該切換電路利用並聯的方式與該諧振LC電路相耦接，及一反饋迴路電路，該反饋迴路電路經配置以用於藉由控制持續時間來調整該輸出電壓，其中在該持續時間期間，該切換電路在橫跨於該諧振LC電路而形成的一電壓的每一周期中處於一導通狀態，其中該反饋迴路電路包含：一脈波寬度調變(PWM)控制電路，該脈波寬度調變控制電路回應於代表在該輸出電壓與一參考電壓之間的一差異的一誤差訊號，以產生用於控制該切換電路的一PWM控制訊號，及其中該反饋迴路電路進一步包含：一零點跨越偵測電路，該零點跨越偵測電路經配置以用於識別橫跨於該諧振LC電路而形成的該電壓的一零點跨越，而啟動該PWM控制電路。
  2. 如請求項1所述之控制系統，其中該反饋迴路電路經配置以用以回應於由一整流器電路產生的一整流的訊號來控制 該切換電路，該整流器電路回應於橫跨於該諧振LC電路而形成的電壓。
  3. 如請求項1所述之控制系統，其中該切換電路包含：一第一N-類型的場效電晶體(NFET)和一第二NFET，該第一NFET的汲極和該第二NFET的汲極被連接在一起，該第一NFET的源極被耦接至該諧振LC電路的一第一節點，及該第二NFET的源極被耦接至該諧振電路的一第二節點。
  4. 如請求項3所述之控制系統，進一步包含：一第一自舉驅動器，該第一自舉驅動器經配置以用於控制該第一NFET和包含：一第一準位移位器，該第一準位移位器回應於用以控制該第一NFET的閘極的該PWM控制訊號，及一第一自舉電容器，該第一自舉電容器具有耦接至該諧振LC電路的該第一節點的一負端點和藉由一第一二極體而耦接至一DC電壓源的一正端點。
  5. 如請求項4所述之控制系統，進一步包含：一第二自舉驅動器，該第二自舉驅動器經配置以用於控制該第二NFET和包含：一第二準位移位器，該第二準位移位器回應於用以控制該第二NFET的閘極的該PWM控制訊號，及一第二自舉電容器，該第二自舉電容器具有耦接至該諧振LC電路的該第二節點的一負端點和藉由一第二二極體而耦接至該DC電壓源的一正端點。
  6. 如請求項1所述之控制系統，其中該零點跨越偵測電路經配置以操作於一單相模式中而在每個橫跨於該諧振LC電路而形成的電壓的正弦周期中識別一單一的零點跨越。
  7. 如請求項1所述之控制系統，其中該零點跨越偵測電路經配置以操作於一雙相模式而在每個橫跨於該諧振LC電路而形成的電壓的正弦周期中識別二個零點跨越。
  8. 如請求項1所述之控制系統，其中該PWM控制電路包含：一斜坡產生器，該斜坡產生器回應於由該零點跨越偵測電路產生的一訊號。
  9. 如請求項8所述之控制系統，其中該PWM控制電路進一步包含：一比較器，該比較器用於將該誤差訊號與由該斜坡產生器產生的一斜坡訊號作比較。
  10. 如請求項9所述之控制系統，其中該PWM控制電路經配置以基於該比較器的一輸出訊號來控制該切換電路的切換。
  11. 如請求項1所述之控制系統，其中該切換電路包含一分流切換電路，當該切換電路處於該導通狀態時，該分流切換電路將短路該LC電路。
  12. 一種用於一功率接收系統的電壓調整的方法，該功率接收系統經配置以用於利用無線的方式來接收功率和產生一輸出電壓，該功率接收系統具有一諧振LC電路，該諧振LC電路包含：一電感性元件和一電容性元件，該電感性元件和該電容性元件利用並聯的方式相耦接，該方法包含以下步驟：橫跨於該諧振LC電路耦接一分流器，以便當該分流器處於一低電阻狀態時，允許電流繞過該諧振LC電路，產生一控制訊號，該控制訊號用於基於代表在該輸出電壓與一誤差訊號之間的一差異的一誤差電壓來控制該分流器，識別橫跨於該諧振LC電路而形成的一電壓的一零點跨越，及回應於該功率接收系統的該輸出電壓，來控制持續時間，其中在該持續時間期間，該分流器在橫跨於該諧振LC電路而形成的該電壓的每一周期中處於該低電阻狀態。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該控制訊號回應於該零點跨越而被產生。
  14. 如請求項12所述之方法，其中該分流器係可由該控制訊號控制的一關關。
  15. 如請求項14所述之方法，其中該控制訊號係一PWM訊號。
  16. 如請求項12所述之方法，其中當該分流器處於該低電阻狀態時，該分流器將短路該LC電路。
  17. 一種用於利用無線的方式來接收功率以產生一輸出電壓的系統，包含：一諧振LC電路，該諧振LC電路包含：一電感性元件和一電容性元件，該電感性元件與該電容性元件利用並聯的方式相耦接，一整流器，該整流器用於整流橫跨於該諧振LC電路而形成的一電壓以產生該輸出電壓，一分流電路，該分流電路利用並聯的方式與該諧振LC電路相耦接，及一控制電路，該控制電路經配置以用於控制該分流電路的阻抗以調整該輸出電壓，其中該分流電路包含一開關，及該控制電路經配置以控制持續時間，其中在該持續時間期間，該分流電路在橫跨於該諧振LC電路而形成的該電壓的每一周期中處於一導通狀態，其中該控制電路包含一脈波寬度調變(PWM)控制電路，該脈波寬度調變控制電路回應於代表在該輸出電壓與一參考電壓之間的一差異的一誤差訊號，以產生用於控制該分流電路的一PWM控制訊號，及 其中該控制電路更包含一零點跨越偵測電路，該零點跨越偵測電路經配置以用於識別橫跨於該諧振LC電路而形成的該電壓的一零點跨越，而啟動該PWM控制電路。
  18. 如請求項17所述之系統，其中當該分流電路處於該導通狀態時，該分流電路將短路該LC電路。
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