TWI692166B - 無線電力系統 - Google Patents

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Abstract

一種無線電力系統，用於自一二次側線圈的一第一端接收一輸入電壓訊號，並依據輸入電壓訊號對一電池模組進行充電。無線電力系統包含：一主動整流器、一線性充電器和一直流降壓轉換器。主動整流器用於接收輸入電壓訊號，並對輸入電壓訊號進行整流以產生一整流電壓訊號。線性充電器包含：一第一電阻、一第二電阻、一第三電阻、一模式切換電路和一電流鏡電路。第一電阻耦接於一第一節點和一第二節點之間，其中電池模組耦接於第一節點。第二電阻耦接於第二節點和一接地端之間。第三電阻耦接於第三節點和接地端之間。模式切換電路用於依據第二節點的一第二節點電壓和第三節點的一第三節點電壓產生一模式切換訊號。電流鏡電路用於依據整流電壓訊號和模式切換訊號分別輸出一參考電流和一充電電流至第三節點和第一節點。直流降壓轉換器耦接於第一節點，用於依據第一節點的一第一節點電壓選擇性地輸出一第一輸出電壓訊號或一第二輸出電壓訊號。

Description

無線電力系統
本揭示文件有關一種電力系統，尤指一種用於植入式醫療用電子裝置的無線電力系統。
隨著醫療用電子裝置相關研究的不斷累積，植入式醫療用電子裝置的種類也越來越多樣化，例如心律調節器和人工耳蝸等等。而無線充電技術使得植入式醫療用電子裝置再也不必透過侵入式的手術或充電線路進行充電，大幅改善的病患的生活品質。然而，為了提升醫療用電子裝置的充放電效率，相關的整流電路、充電電路以及電源轉換電路有必要全部整合到同一晶片上。
有鑑於此，如何提供能整合於單一晶片之無線電力系統，實為業界有待解決的問題。
本揭示文件提供一種無線電力系統，該無線電力系統用於自一二次側線圈的一第一端接收一輸入電壓訊號，並依據該輸入電壓訊號對一電池模組進行充電。該無線電力系統包含：一主動整流器、一線性充電器和一直流降壓轉換器。該主動整流器用於接收該輸入電壓訊號，並對該輸 入電壓訊號進行整流以產生一整流電壓訊號。該線性充電器包含：一第一電阻、一第二電阻、一第三電阻、一模式切換電路和一電流鏡電路。該第一電阻耦接於一第一節點和一第二節點之間，其中該電池模組耦接於該第一節點。該第二電阻耦接於該第二節點和一接地端之間。該第三電阻耦接於該第三節點和該接地端之間。該模式切換電路用於依據該第二節點的一第二節點電壓和該第三節點的一第三節點電壓產生一模式切換訊號。該電流鏡電路用於依據該整流電壓訊號和該模式切換訊號分別輸出一參考電流和一充電電流至該第三節點和該第一節點。該直流降壓轉換器耦接於該第一節點，用於依據該第一節點的一第一節點電壓選擇性地輸出一第一輸出電壓訊號或一第二輸出電壓訊號。
上述的無線電力系統的元件皆適用於半導體製程，可以整合於單一系統單晶片之中。因此，無線電力系統可以提供高充放電效率。
100‧‧‧無線電力系統
101‧‧‧二次側線圈
103‧‧‧電池模組
105‧‧‧一次側線圈
110‧‧‧主動整流器
120、120a‧‧‧線性充電器
130、130a‧‧‧直流降壓轉換器
210‧‧‧模式切換電路
220‧‧‧電流鏡電路
222~224、330~340、510~540、610~640、810~840、910~920‧‧‧第一電晶體~第十九電晶體
310~320‧‧‧第一運算放大器~第二運算放大器
410‧‧‧調節電晶體
420‧‧‧調節運算放大器
550‧‧‧控制電路
552‧‧‧第一比較器
554‧‧‧第二比較器
652‧‧‧補償電路
860‧‧‧電感
AD1~AD2‧‧‧第一加法器~第二加法器
N1~N8‧‧‧第一節點~第八節點
R1~R3‧‧‧第一電阻~第三電阻
C1~C2‧‧‧第一電容~第二電容
Vs‧‧‧電源電壓訊號
Vin‧‧‧輸入電壓訊號
Vrec‧‧‧整流電壓訊號
Vn1~V6‧‧‧第一節點電壓~第六節點電壓
Vref1‧‧‧第一參考電壓
Vcmp1~Vcmp2‧‧‧第一補償訊號~第二補償訊號
V1~V2‧‧‧第一電壓~第二電壓
Vout1~Vout2‧‧‧第一輸出電壓訊號~第二輸出電壓訊號
Sms‧‧‧模式切換訊號
SW1~SW5‧‧‧第一開關訊號~第五開關訊號
Ichg‧‧‧充電電流
Iref‧‧‧參考電流
T1‧‧‧第一時段
T2‧‧‧第二時段
為讓揭示文件之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為根據本揭示文件一實施例的無線電力系統簡化後的功能方塊圖。
第2圖為依據本揭示文件一實施例的線性充電器簡化後的功能方塊圖。
第3圖為依據本揭示文件一實施例的模式切換電路簡化 後的功能方塊圖。
第4圖為依據本揭示文件另一實施例的線性充電器簡化後的功能方塊圖。
第5圖為依據本揭示文件一實施例的主動整流器簡化後的功能方塊圖。
第6圖為依據本揭示文件另一實施例的主動整流器簡化後的功能方塊圖。
第7圖為依據本揭示文件一實施例的第一補償訊號的時序變化圖。
第8圖為依據本揭示文件一實施例的直流降壓轉換器簡化後的功能方塊圖。
第9圖為依據本揭示文件另一實施例的直流降壓轉換器簡化後的功能方塊圖。
以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。
第1圖為根據本揭示文件一實施例的無線電力系統100簡化後的功能方塊圖。無線電力系統100耦接於二次側線圈101和一電池模組103。當電源電壓訊號Vs流經一次側線圈105時，二次側線圈101會提供輸入電壓訊號Vin。無線電力系統100用於接收輸入電壓訊號Vin，並依據輸入電壓訊號Vin對電池模組103進行充電。無線電力系統100包含一主動整流器110、線性充電器120和一直流降 壓轉換器(buck converter)130。為使圖面簡潔而易於說明，無線電力系統100中的其他元件與連接關係並未繪示於第1圖中。
實作上，電池模組103可以由各種合適的鋰電池來實現，且無線電力系統100、二次側線圈101和電池模組103適用於植入式醫療用電子裝置，以為植入式醫療用電子裝置提供電力。
另外，一次側線圈105可以由各種合適的無線充電發射器來實現。當一次側線圈105接近於二次側線圈101時，藉由由一次側線圈105、二次側線圈101和無線電力系統100的配合運作，便可以實現對電池模組103的無線充電。
主動整流器110耦接於二次側線圈101的第一端和第二端，用於自二次側線圈101的第一端接收輸入電壓訊號Vin。主動整流器110還用於對輸入電壓訊號Vin進行整流，以產生整流電壓訊號Vrec。線性充電器120耦接於主動整流器110和第一節點N1之間，用於接收整流電壓訊號Vrec並依據整流電壓訊號Vrec輸出充電電流Ichg至第一節點N1，以對耦接於第一節點N1的電池模組103進行充電。直流降壓轉換器130耦接於第一節點N1，用於依據第一節點N1的第一節點電壓Vn1選擇性地輸出第一輸出電壓訊號Vout1或第二輸出電壓訊號Vout2。第一節點電壓Vn1可以由線性充電器120提供，或是由電池模組103提供。
第2圖為依據本揭示文件一實施例的線性充電 器120簡化後的功能方塊圖。線性充電器120包含一第一電阻R1、一第二電阻R2、一第三電阻R3、一模式切換電路210和一電流鏡電路220。第一電阻R1耦接於第一節點N1和第二節點N2之間，第二電阻R2耦接於第二節點N2和接地端之間，第三電阻R3耦接於第三節點N3和接地端之間。模式切換電路210耦接於第二節點N2和第三節點N3，用於依據第二節點N2的第二節點電壓Vn2和第三節點N3的第三節點電壓Vn3輸出模式切換訊號Sms。電流鏡電路220用於依據整流電壓訊號Vrec和模式切換訊號Sms分別產生參考電流Iref和充電電流Ichg至第三節點N3和第一節點N1。
在第2圖的實施例中，電流鏡電路220包含第一電晶體222和第二電晶體224，其中第二電晶體224的寬長比大於第一電晶體222的寬長比。第一電晶體222的第一端用於接收整流電壓訊號Vrec，第一電晶體222的第二端耦接於第三節點N3。第二電晶體224的第一端用於接收整流電壓訊號Vrec，第二電晶體224的第二端耦接於第一節點N1。另外，第一電晶體222和第二電晶體224的控制端用於自模式切換電路210接收模式切換訊號Sms。
實作上，第一電晶體222和第二電晶體224可以用各種合適的P型電晶體來實現。
值得一提的是，電流鏡電路220可依據模式切換訊號Sms來決定對電池模組103進行定電流充電或是定電壓充電。
具體而言，電池模組103的荷電狀態(state of charge)會反映於第一節點電壓Vn1以及第二節點電壓Vn2。例如，當電池模組103的荷電狀態為接近100%時，第一節點電壓Vn1為4.2V，而第二節點電壓Vn2為1.2V。當第二節點電壓Vn2小於預設電壓時，模式切換電路210會指示電流鏡電路220輸出具有固定比值的參考電流Iref和充電電流Ichg，以利用充電電流Ichg對電池模組103進行定電流充電。在某些實施例中，參考電流Iref和充電電流Ichg的比值可為一千分之一。
另一方面，當第二節點電壓Vn2大於等於預設電壓時，模式切換電路210會指示電流鏡電路220將充電電流Ichg設置成大致反比於第一節點電壓Vn1或第二節點電壓Vn2，以對電池模組103進行定電壓充電。
第3圖為依據本揭示文件一實施例的模式切換電路210簡化後的功能方塊圖。模式切換電路210包含第一運算放大器310、第二運算放大器320、第三電晶體330和第四電晶體340。第一運算放大器310的第一輸入端(例如，正相輸入端)耦接於第三節點N3，第一運算放大器310的第二輸入端(例如，反相輸入端)用於接收第一參考電壓Vref1。第二運算放大器320的第一輸入端(例如，正相輸入端)耦接於第二節點N2，第二運算放大器320的第二輸入端(例如，反相輸入端)用於接收第一參考電壓Vref1。第三電晶體330的第一端耦接於第一運算放大器310的輸出端，第三電晶體330的控制端耦接於第二運算放大器320的輸出端。第四電晶體340的第一端耦接於第三電晶體330的第二 端，第四電晶體340的第二端耦接於第二運算放大器320的輸出端，第四電晶體340的控制端耦接於第一運算放大器310的輸出端。為使圖面簡潔而易於說明，模式切換電路210中的其他元件與連接關係並未繪示於第3圖中。
實作上，第三電晶體330和第四電晶體340可以用各種合適的P型電晶體來實現。
以下將以第2圖搭配第3圖來進一步說明線性充電器120的運作。當電池模組103的荷電狀態較低(例如，低於95%)時，第一節點電壓Vn1和第二節點電壓Vn2皆會低於第一參考電壓Vref1，所以第一運算放大器310和第二運算放大器320皆會輸出較低的電壓。不過，第一運算放大器310輸出的電壓，又低於第二運算放大器320輸出的電壓。因此，第三電晶體330會近似於順向偏壓的二極體而導通，第四電晶體340則會近似於逆向偏壓的二極體而關斷，使得模式切換電路210以第一運算放大器310的輸出作為模式切換訊號Sms。
在此情況下，模式切換訊號Sms會具有固定的電壓值，使得電流鏡電路220輸出固定的參考電流Iref，以及和參考電流Iref具有一定比例的固定充電電流Ichg，以對電池模組103進行定電流充電。
當電池模組103的荷電狀態值逐漸升高時，第一節點電壓Vn1和第二節點電壓Vn2會隨之上升，使得第二運算放大器320輸出的電壓也隨之上升。當電池模組103的荷電狀態較高(例如，大於95%)時，第二運算放大器320輸 出的電壓會大於第一運算放大器310輸出的電壓。因此，第三電晶體330會近似於逆向偏壓的二極體而關斷，第四電晶體340則會近似於順向偏壓的二極體而導通，使得模式切換電路210以第二運算放大器320的輸出作為模式切換訊號Sms。
在此情況下，由於第二運算放大器320輸出的電壓逐漸上升，第二電晶體224的導通程度會逐漸降低，使得充電電流Ichg的大小逐漸下降。充電電流Ichg的大小會大致反比於第一節點電壓Vn1或第二節點電壓Vn2，以對電池模組103進行定電壓充電。
第4圖為依據本揭示文件另一實施例的線性充電器120a簡化後的功能方塊圖。線性充電器120a適用於無線電力系統100，且相似於線性充電器120，差異在於線性充電器120a另包含一調節電晶體410和一調節運算放大器420。調節電晶體410的第一端耦接於第一電晶體222的第二端，調節電晶體410的第二端耦接於第三節點N3。調節運算放大器420的第一輸入端(例如，正相輸入端)耦接於調節電晶體410的第一端，調節運算放大器420的第二輸入端(例如，反相輸入端)耦接於第一節點N1，調節運算放大器420的輸出端耦接於調節電晶體410的控制端。
當線性充電器120a對電池模組103進行定電流充電時，調節電晶體410和調節運算放大器420可以動態調節充電電流Ichg的大小。例如，當充電電流Ichg上升時，調節運算放大器420輸出的電壓會下降，使得調節電晶體 410的導通程度降低。因此，參考電流Iref的大小會下降，而與參考電流Iref具有一定比例的充電電流Ichg的大小也會隨之下降。又例如，當充電電流Ichg下降時，調節運算放大器420輸出的電壓會上升，使得調節電晶體410的導通程度提高，以抬升充電電流Ichg的大小。
線性充電器120a中許多功能方塊的運作方式以及優點，相似於線性充電器120，為簡潔起見，在此不重複贅述。
第5圖為依據本揭示文件一實施例的主動整流器110簡化後的功能方塊圖。主動整流器110包含第五電晶體510、第六電晶體520、第七電晶體530、第八電晶體540、控制電路550、第一電容C1以及第二電容C2。第五電晶體510的第一端用於提供整流電壓訊號Vrec，第五電晶體510的第二端透過第四節點N4耦接於二次側線圈101的第一端，且用於接收輸入電壓訊號Vin。第六電晶體520的第一端用於提供整流電壓訊號Vrec，第六電晶體520的第二端耦接於第五電晶體510的該控制端，並透過第五節點N5耦接於二次側線圈101的第二端，第六電晶體520的控制端則耦接於第五電晶體510的第二端。第七電晶體530的第一端耦接於第四節點N4，第七電晶體530的第二端耦接於接地端。第八電晶體540的第一端耦接於第五節點N5，第八電晶體540的第二端耦接於接地端。第一電容C1的第一端用於接收整流電壓訊號Vrec，第一電容C1的第二端耦接於第六節點N6。第二電容C2則耦接於第六節點N6和接地端之間。
控制電路550包含第一比較器552和第二比較器554。第一比較器552的第一輸入端(例如，正相輸入端)耦接於接地端，第一比較器552的第二輸入端(例如，反相輸入端)耦接於第四節點N4，第一比較器552的輸出端耦接於第七電晶體530的控制端。第二比較器554的第一輸入端(例如，正相輸入端)耦接於接地端，第二比較器554的第二輸入端(例如，反相輸入端)耦接於第五節點N5，第二比較器554的輸出端耦接於第八電晶體540的控制端。
實作上，第五電晶體510和第六電晶體520可以用各種合適的P型電晶體來實現，而第七電晶體530和第八電晶體540可以用各種合適的N型電晶體來實現。
當輸入電壓訊號Vin所對應的電流是由二次側線圈101的第一端流向第四節點N4時，第四節點N4的電壓準位會高於第五節點N5的電壓準位。因此，第五電晶體510會導通而第六電晶體520會關斷，使得輸入電壓訊號Vin經由第五電晶體510傳遞至前述的線性充電器120，以及經由第一電容C1和第二電容C2傳遞至接地端。
此時，第四節點N4的電壓準位會高於接地端的電壓準位，而第五節點N5的電壓準位會低於接地端的電壓準位。因此，第一比較器552會輸出低電壓以關斷第七電晶體530，而第二比較器554會輸出高電壓以導通第八電晶體540。
另一方面，當輸入電壓訊號Vin所對應的電流是由二次側線圈101的第二端流向第五節點N5時，第五節點 N5的電壓準位會高於第四節點N4的電壓準位。此時，第五電晶體510和第八電晶體540會關斷，而第六電晶體520和第七電晶體530會導通。因此，輸入電壓訊號Vin會經由第六電晶體520傳遞至前述的線性充電器120。
第6圖為依據本揭示文件另一實施例的主動整流器110a簡化後的功能方塊圖。主動整流器110a相似於主動整流器110，差異在於主動整流器110a另包含第九電晶體610、第十電晶體620、第十一電晶體630、第十二電晶體640以及控制電路650。第九電晶體610的第一端耦接於第五電晶體510的第二端，第九電晶體610的第二端耦接於第四節點N4。第十電晶體620的第一端耦接於第六電晶體520的第二端，第十電晶體620的第二端耦接於第五節點N5。第十一電晶體630的第一端耦接於第四節點N4，第十一電晶體630的第二端耦接於第七電晶體530的第一端。第十二電晶體640的第一端耦接於第五節點N5，第十二電晶體640的第二端耦接於第八電晶體540的第一端。另外，第九電晶體610、第十電晶體620、第十一電晶體630和第十二電晶體640的控制端都耦接於第六節點N6。
實作上，第九電晶體610和第十電晶體620可以用各種合適的P型電晶體來實現，而第十一電晶體630和第十二電晶體640則可以用各種合適的N型電晶體來實現。
在本實施例中，第一電容C1和第二電容C2的電容值大致相等，使得第六節點N6的第六節點電壓Vn6的大小近似於整流電壓訊號Vrec的二分之一。因此，當輸入電 壓訊號Vin所對應的電流是由二次側線圈101的第一端流向第四節點N4時，第五電晶體510、第八電晶體540、第九電晶體610以及第十二電晶體640會導通，而第六電晶體520、第七電晶體530、第十電晶體620以及第十一電晶體630會關斷。當輸入電壓訊號Vin所對應的電流是由二次側線圈101的第二端流向第五節點N5時，第五電晶體510、第八電晶體540、第九電晶體610以及第十二電晶體640會關斷，而第六電晶體520、第七電晶體530、第十電晶體620以及第十一電晶體630會導通。
互相串聯的第五電晶體510和第九電晶體610可以共同分擔第五電晶體510的第一端和第四節點N4之間的電壓差，因此可以避免第五電晶體510和第九電晶體610因源極/汲極電壓過大而損壞。相似地，互相串聯的第六電晶體520和第十電晶體620、互相串聯的第七電晶體530和第十一電晶體630以及互相串聯的第八電晶體540和第十二電晶體640皆能防止相鄰的電晶體因源極/汲極電壓過大而損壞。
另外，因為第七電晶體530和第八電晶體540具有較大的寬長比，第七電晶體530和第八電晶體540會具有較大的閘極寄生電容。因此，第七電晶體530和第一比較器552之間，以及第八電晶體540和第二比較器554之間可串聯有多個緩衝放大器(未繪示於第6圖中)。然而，串聯的多個緩衝放大器可能會使得第七電晶體530和第八電晶體540面臨延遲導通和延遲關閉的問題，使得主動整流器110 的轉換效率下降，以及電流自第四節點N4或第五節點N5逆流至接地端。
為了克服上述問題，控制電路650除了包含第一比較器552和第二比較器554，還包含了第一加法器AD1、第二加法器AD2以及補償電路652。第一加法器AD1耦接於第一比較器552的第二輸入端，第二加法器AD2耦接於第二比較器554的第二輸入端。補償電路652則耦接於第一加法器AD1和第二加法器AD2，用於分別輸出第一補償訊號Vcmp1和第二補償訊號Vcmp2至第一加法器AD1和第二加法器AD2。
如第7圖所示，以第一比較器552和第一加法器AD1為例，於第一時段T1中，第七電晶體530由關斷狀態切換至導通狀態。此時，補償電路652會輸出具有第一電壓V1的第一補償訊號Vcmp1至第一加法器AD1，以拉低第一比較器552的第二輸入端的電壓準位。如此一來，便可以使第一比較器552提前輸出高電壓來導通第七電晶體530。
另一方面，於第二時段T2中，第七電晶體530由導通狀態切換至關斷狀態。此時，補償電路652會輸出具有第二電壓V2的第一補償訊號Vcmp1至第一加法器AD1，以抬升第一比較器552的第二輸入端的電壓準位。如此一來，便可以使第一比較器552提前輸出低電壓來關斷第七電晶體530，其中第二電壓V2大於第一電壓V1。
相似地，當第八電晶體540由關斷狀態切換至導通狀態時，補償電路652會輸出具有第三電壓的第二補償 訊號Vcmp2至第二加法器AD2，以拉低第二比較器554的第二輸入端的電壓準位。如此一來，便可以使第二比較器554提前輸出高電壓來導通第八電晶體540。而當第八電晶體540由導通狀態切換至關斷狀態時，補償電路652會輸出具有第四電壓的第二補償訊號Vcmp2至第二加法器AD2，以抬升第二比較器554的第二輸入端的電壓準位。如此一來，便可以使第二比較器554提前輸出低電壓來關斷第八電晶體540，其中第四電壓大於第三電壓。
主動整流器110a中許多功能方塊的運作方式以及優點，相似於主動整流器110，為簡潔起見，在此不再贅述。
第8圖為依據本揭示文件一實施例的直流降壓轉換器130簡化後的功能方塊圖。直流降壓轉換器130包含第十三電晶體810、第十四電晶體820、第十五電晶體830、第十六電晶體840、第十七電晶體850以及一電感860。第十三電晶體810的第一端耦接於第一節點N1，第十三電晶體810的第二端耦接於第七節點N7，該第十三電晶體810的控制端用於接收第一開關訊號SW1。第十四電晶體820的第一端耦接於第七節點N7，第十四電晶體820的第二端耦接於接地端，第十四電晶體820的控制端用於接收第二開關訊號SW2。第十五電晶體830的第一端耦接於第八節點N8，第十五電晶體830的第二端用於提供第一輸出電壓訊號Vout1，第十五電晶體的控制端用於接收第三開關訊號SW3。第十六電晶體840的第一端耦接於第八節點N8，第 十六電晶體840的第二端用於提供第二輸出電壓訊號Vout2，第十六電晶體840的控制端用於接收第四開關訊號SW4。第十七電晶體850的第一端耦接於第八節點N8，第十七電晶體850的第二端耦接於接地端，第十七電晶體850的控制端用於接收第五開關訊號SW5。電感860耦接於第七節點N7和第八節點N8之間。
實作上，第十三電晶體810、第十五電晶體830和第十六電晶體840可以用各種合適的P型電晶體來實現，而第十四電晶體820和第十七電晶體850可以用各種合適的N型電晶體來實現。
當直流降壓轉換器130輸出第一輸出電壓訊號Vout1，且不輸出第二電壓輸出訊號Vout2時，第十三電晶體810和十四電晶體820會交替導通和關斷，第十五電晶體830和第十七電晶體850也會交替導通和關斷，而第十六電晶體840則是維持關斷狀態。
另一方面，當直流降壓轉換器130不輸出第一輸出電壓訊號Vout1，而是輸出第二電壓輸出訊號Vout2時，第十三電晶體810和十四電晶體820會交替導通和關斷，第十六電晶體840和第十七電晶體850也會交替導通和關斷，而第十五電晶體830則是維持關斷狀態。
另外，第三控制訊號SW3和第四控制訊號SW4可以是具有不同負載比的脈衝寬度調變(PWM)訊號，以將第一輸出電壓訊號Vout1和第二電壓輸出訊號Vout2設置為具有不同電壓值。
第9圖為依據本揭示文件另一實施例的直流降壓轉換器130a簡化後的功能方塊圖。直流降壓轉換器130a適用於無線電力系統100，且相似於直流降壓轉換器130，差異在於直流降壓轉換器130a另包含第十八電晶體910和第十九電晶體920。第十八電晶體910的第一端耦接於第十三電晶體810的第二端，第十八電晶體910的第二端耦接於第七節點N7。第十九電晶體920的第一端耦接於該第七節點N7，第十九電晶體920的第二端耦接於第十四電晶體820的第一端。
實作上，第十八電晶體910可以用各種合適的P型電晶體來實現，第十九電晶體920則可以用各種合適的N型電晶體來實現。
第十八電晶體910和第十九電晶體920的控制端皆用於接收第二參考電壓Vref2，其中第二參考電壓Vref2的大小近似於第一節點電壓Vn1的大小的二分之一。因此，當第十三電晶體810導通時，第十八電晶體910也會導通，而當第十四電晶體820導通時，第十九電晶體920也會導通。
如此一來，第十三電晶體810和第十八電晶體910可以共同分擔第十三電晶體810的第一端和第七節點N7之間的電壓差。因此，可以避免第十三電晶體810和第十八電晶體910因源極/汲極電壓過大而損壞。相似地，第十四電晶體820和第十九電晶體920可以共同分擔第七節點N7和接地端之間的電壓差。因此，可以避免第十四電晶體 820和第十九電晶體920因源極/汲極電壓過大而損壞。
由上述可知，無線電力系統100中的元件皆適用於半導體製程，可以整合於單一系統單晶片之中。因此，無線電力系統100可以提供高充放電效率。
在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。
應理解的是，說明書及申請專利範圍中使用的「電壓訊號」用語，在實作上可以用電流的形式來實現，而「電流訊號」用語在實作上可以用電壓的形式來實現。
另外，除非說明書中特別指明，否則任何單數格的用語都同時包含複數格的涵義。
以上僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
100‧‧‧無線電力系統
101‧‧‧二次側線圈
103‧‧‧電池模組
105‧‧‧一次側線圈
110‧‧‧主動整流器
120‧‧‧線性充電器
130‧‧‧直流降壓轉換器
N1‧‧‧第一節點
Vs‧‧‧電源電壓訊號
Vin‧‧‧輸入電壓訊號
Vrec‧‧‧整流電壓訊號
Vn1‧‧‧第一節點電壓
Ichg‧‧‧充電電流

Claims (12)

  1. 一種無線電力系統，該無線電力系統用於自一二次側線圈的一第一端接收一輸入電壓訊號，並依據該輸入電壓訊號對一電池模組進行充電，該無線電力系統包含：一主動整流器，用於接收該輸入電壓訊號，並對該輸入電壓訊號進行整流以產生一整流電壓訊號；一線性充電器，該線性充電器包含：一第一電阻，耦接於一第一節點和一第二節點之間，其中該電池模組耦接於該第一節點；一第二電阻，耦接於該第二節點和一接地端之間；一第三電阻，耦接於該第三節點和該接地端之間；一模式切換電路，用於依據該第二節點的一第二節點電壓和該第三節點的一第三節點電壓產生一模式切換訊號；以及一電流鏡電路，用於依據該整流電壓訊號和該模式切換訊號分別輸出一參考電流和一充電電流至該第三節點和該第一節點；以及一直流降壓轉換器，耦接於該第一節點，用於依據該第一節點的一第一節點電壓選擇性地輸出一第一輸出電壓訊號或一第二輸出電壓訊號。
  2. 如請求項1的無線電力系統，其中，當該第二節點電壓小於一預設電壓時，該參考電流和該充電電流具有一固定比值，當該第二節點電壓大於等於該預設電壓時，該充電電流的大小和該第一節點電壓或該第二節點電壓大致呈反比。
  3. 如請求項1的無線電力系統，其中，該電流鏡電路包含：一第一電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第一電晶體的該第一端用於接收該整流電壓訊號，該第一電晶體的該第二端耦接於該第三節點；以及一第二電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第二電晶體的該第一端用於接收該整流電壓訊號，該第二電晶體的該第二端耦接於該第一節點；其中該第一電晶體和該第二電晶體的控制端用於接收該模式切換訊號。
  4. 如請求項3的無線電力系統，其中，該電流鏡電路另包含：一調節電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該調節電晶體的該第一端耦接於該第一電晶體的該第二端，該調節電晶體的該第二端耦接於該第三節點；以及 一調節運算放大器，包含一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，該調節運算放大器的該第一輸入端耦接於該調節電晶體的該第一端，該調節運算放大器的該第二輸入端耦接於該第一節點，該調節運算放大器的該輸出端耦接於該調節電晶體的該控制端。
  5. 如請求項1的無線電力系統，其中，該模式切換電路包含：一第一運算放大器，包含一第一輸入端、一第二輸入端和一控制端，其中該第一運算放大器的該第一輸入端耦接於該第三節點，該第一運算放大器的該第二輸入端用於接收一第一參考電壓；一第二運算放大器，包含一第一輸入端、一第二輸入端和一控制端，其中該第二運算放大器的該第一輸入端耦接於該第二節點，該第二運算放大器的該第二輸入端用於接收該第一參考電壓；一第三電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第三電晶體的該第一端耦接於該第一運算放大器的該輸出端，該第三電晶的該控制端耦接於該第二運算放大器的該輸出端；以及一第四電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第四電晶體的該第一端耦接於該第三電晶體的該第二端，該第四電晶體的該第二端耦接於該第二運算放大器 的該輸出端，該第四電晶體的該控制端耦接於該第一運算放大器的該輸出端。
  6. 如請求項1的無線電力系統，其中，該主動整流器包含：一第五電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，該第五電晶體的該第一端用於提供該整流電壓訊號，該第五電晶體的該第二端透過一第四節點耦接於該二次側線圈的該第一端，且用於接收該輸入電壓訊號；一第六電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，該第六電晶體的該第一端用於提供該整流電壓訊號，該第六電晶體的該第二端耦接於該第五電晶體的該控制端，並透過一第五節點耦接於該二次側線圈的一第二端，該第六電晶體的該控制端耦接於該第五電晶體的該第二端；一第七電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，該第七電晶體的該第一端耦接於該第四節點，該第七電晶體的該第二端耦接於該接地端；一第八電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，該第八電晶體的該第一端耦接於該第五節點，該第八電晶體的該第二端耦接於該接地端；一第一電容，包含一第一端和一第二端，該第一電容的該第一端用於接收該整流電壓訊號，該第一電容的該第二端耦接於一第六節點； 一第二電容，耦接於該第六節點和該接地端之間；以及一控制電路，耦接於該第七電晶體和該第八電晶體的控制端，用於自該第四節點接收一第四節點電壓、自該第五節點接收一第五節點電壓，其中該控制電路用於依據該第四節點電壓和該第五節點電壓切換該第七電晶體和該第八電晶體的開關狀態。
  7. 如請求項6的無線電力系統，其中，當該第四節點電壓小於該接地電壓時，該控制電路將該第七電晶體自關斷狀態切換至導通狀態，當該第五節點電壓小於該接地電壓時，該控制電路將該第八電晶體自關斷狀態切換至導通狀態。
  8. 如請求項6的無線電力系統，其中，該控制電路包含：一第一比較器，包含一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，該第一比較器的該第一輸入端耦接於該接地端，該第一比較器的該第二輸入端耦接於該第四節點，該第一比較器的該輸出端耦接於該第七電晶體的該控制端；以及一第二比較器，包含一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，該第二比較器的該第一輸入端耦接於該接地 端，該第二比較器的該第二輸入端耦接於該第五節點，該第二比較器的該輸出端耦接於該第八電晶體的該控制端。
  9. 如請求項8的無線電力系統，其中，該控制電路更包含：一第一加法器，耦接於該第一比較器的該第二輸入端；一第二加法器，耦接於該第二比較器的該第二輸入端；以及一補償電路，用於分別輸出一第一補償訊號和一第二補償訊號至該第一加法器和該第二加法器；其中，當該第七電晶體由關斷狀態切換至導通狀態時，該第一補償訊號具有一第一電壓，當該第七電晶體由導通狀態切換至關斷狀態時，該第一補償訊號具有一第二電壓，當該第八電晶體由關斷狀態切換至導通狀態時，該第二補償訊號具有一第三電壓，當該第八電晶體由導通狀態切換至關斷狀態時，該第二補償訊號具有一第四電壓，其中，該第二電壓大於該第一電壓，且該第四電壓大於該第三電壓。
  10. 如請求項6的無線電力系統，其中，該主動整流器另包含：一第九電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端， 其中該第九電晶體的該第一端耦接於該第五電晶體的該第二端，該第九電晶體的該第二端耦接於該第四節點；一第十電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第十電晶體的該第一端耦接於該第六電晶體的該第二端，該第十電晶體的該第二端耦接於該第五節點；一第十一電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，該第十一電晶體的該第一端耦接於該第四節點，該第十一電晶體的該第二端耦接於該第七電晶體的該第一端；以及一第十二電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，該第十二電晶體的該第一端耦接於該第五節點，該第十二電晶體的該第二端耦接於該第八電晶體的該第一端，其中，該第九電晶體、該第十電晶體、該第十一電晶體和該第十二電晶體的控制端耦接於該第六節點。
  11. 如請求項1的無線電力系統，其中，該直流降壓轉換器包含：一第十三電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第十三電晶體的該第一端耦接於該第一節點，該第十三電晶體的該第二端耦接於一第七節點，該第十三電晶體的該控制端用於接收一第一開關訊號；一第十四電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第十四電晶體的該第一端耦接於該第七節點， 該第十四電晶體的該第二端耦接於該接地端，該第十四電晶體的該控制端用於接收一第二開關訊號；一電感，耦接於該第七節點和一第八節點之間；一第十五電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第十五電晶體的該第一端耦接於該第八節點，該第十五電晶體的該第二端用於提供該第一輸出電壓訊號，該第十五電晶體的該控制端用於接收一第三開關訊號；一第十六電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第十六電晶體的該第一端耦接於該第八節點，該第十六電晶體的該第二端用於提供該第二輸出電壓訊號，該第十六電晶體的該控制端用於接收一第四開關訊號；以及一第十七電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，該第十七電晶體的該第一端耦接於該第八節點，該第十七電晶體的該第二端耦接於該接地端，該第十七電晶體的該控制端用於接收一第五開關訊號。
  12. 如請求項11的無線電力系統，其中，該直流降壓轉換器另包含：一第十八電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第十八電晶體的該第一端耦接於該第十三電晶體的該第二端，該第十八電晶體的該第二端耦接於該第七節點；以及 一第十九電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第十九電晶體的該第一端耦接於該第七節點，該第十九電晶體的該第二端耦接於該第十四電晶體的該第一端；其中該第十八電晶體和該第十九電晶體的控制端用於接收一第二參考電壓，且該第二參考電壓的大小為該第一節點電壓的二分之一。
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