本申请要求于2015年10月27日提交的美国专利申请号14/923,736的优先权，出于所有目的将其内容通过引用整体并入本文。
本公开总体涉及无线电力传输，并且更具体地涉及使用具有旁路模式的电力转换器的无线电力传输。
背景技术：
无线电力传输提供了一种用于在不使用传统电线的情况下输送电力的便捷技术。除了其他优点之外，无线电力传输还减少与电线相关的安全隐患(诸如跳闸和火灾危险)，并通过减少电线混乱来提高美感。更进一步，无线电力传输是对于便携式电子设备有线充电的麻烦少且经济有效的替代方案。例如，对于每天充电的便携式电子设备，无线电力传输可降低错误放置有线充电器的可能性，并防止与重复插拔设备相关的磨损和撕扯。
因此，希望提供改进的无线电力传输系统。
技术实现要素：
根据-些实施例，一种电力转换器包括：脉冲开关；电容器，被配置为向脉冲开关提供驱动电压；第一电路，被配置为在电力转换器在开关操作模式下操作时对电容器充电；以及第二电路，被配置为在电力转换器在旁路操作模式下操作时对电容器充电。
根据一些实施例，一种系统包括：反馈电路，基于电力转换器的输出电压和参考电压来生成脉宽调制信号；以及阈值电压检测电路。阈值电压检测电路被配置为确定脉宽调制信号的占空比是否超过预定阈值。当占空比超过预定阈值时，阈值电压检测电路进一步配置为发送第一信号以闭合与电力转换器相关联的旁路开关并发送第二信号以启用与脉冲开关关联的电荷泵，该脉冲开关与电力转换器相关联。
根据一些实施例，一种方法包括减小电力转换器的输入端子和输出端子之间的电压差。当电压差降到第一阈值电压以下时，该方法还包括：启用与电力转换器的高侧n型晶体管相关联的电荷泵，并闭合与电力转换器相关联的旁路开关。
附图说明
图1是根据一些实施例的具有转换器旁路模式的电子系统的简化图。
图2是根据一些实施例的具有旁路模式的降压转换器的简化图。
图3是根据一些实施例的控制器子电路的简化图。
图4是示出了在开关模式和旁路模式的操作之间转换时与降压转换器和控制器子电路的各个节点对应的时序图的简化图。
图5是根据一些实施例的具有启用/禁用功能的电荷泵电路的简化图。
图6是示出了在半开关周期期间施加到电荷泵电路的控制节点的各种控制信号的时序图的简化图。
图7是根据一些示例的阈值电压检测电路的简化图。
图8是示出了与阈值电压检测电路的各个节点对应的时序图的简化图。
图9是根据一些实施例的用于在电力转换器中在开关模式和旁路模式之间转换的方法的简化图。
图10是用于保护电力转换器的旁路开关的旁路开关保护系统的简化图。
图11是根据一些实施例的用于具有旁路开关保护系统的电力转换器中的状态机的简化图。
在附图中，具有相同附图标记的元件具有相同或类似的功能。
具体实施方式
在下面的描述中，阐述了与本公开一致的一些实施例的具体细节。然而，对于本领域技术人员显然的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践一些实施例。本文公开的具体实施例意在说明而不是限制性的。本领域技术人员可以实现本公开的范围和精神内的其它元件，尽管这里没有具体描述。此外，为了避免不必要的重复，可以将与一个实施例相关联地示出和描述的一个或多个特征并入其它实施例，除非另有具体描述或者如果该一个或多个特征使得实施例不起作用。
前面讨论过的无线电力传输的优点可以在无线电力接收器使用小型、轻量和/或具有成本有效的组件设计时得到增强。此外，期望的是，无线电力接收器包括提高各种子模块的能量效率和可靠性的特征。例如，许多无线电力接收器包括dc-dc电力转换器，例如降压转换器。尽管dc-dc电力转换器经常用于无线电力接收器中，但有些情况下，将dc-dc转换器级旁路的能效更高。然而，实现用于将dc-dc转换器旁路的电路存在许多挑战，例如防止通过旁路电路的过电流。此外，在很多情况下，用于dc-dc电力转换器的最小可用开关组件是n型晶体管，其可能比它们的p型对应物小两至三倍。然而，使用n型晶体管构建dc-dc电力转换器存在独特的挑战，特别是对于n型高侧晶体管。因此，期望为使用n型高侧晶体管的电力转换器提供可靠高效的旁路机构。
图1是根据一些实施例的具有转换器旁路模式的电子系统100的简化图。电子系统100包括电子设备110。电子设备110实际上可以是任何电子设备，诸如台式或便携式计算机、移动计算设备(诸如智能电话或手表、遥控器、电动和/或混合动力电动车辆)等。电子设备110可以包括用作电子系统100的负载的一个或多个电子模块120。电子模块120可以包括上述电子设备的任何电子部件，例如集成电路、显示器、致动器、传感器、信号处理器电路等和/或其组合。在一些示例中，电子模块120可以耦合到电池125。电池125在充电时用作电子系统100的负载并且在放电时用作电源。根据一些示例，当电子模块120从外部电源接收电力时电池125可以被充电，并且当没有外部电源可用时可以使电池125放电。电池125可以包括任何合适的能量存储设备，例如但不限于锂离子电池、电容器、超级电容器等。
电子设备110使用电源130接收电力。根据一些实施例，电源130可以包括整流器140和转换器150。整流器140执行交流(ac)到直流(dc)转换以将接收到的ac电力转换成dc电力。整流器140可以使用任何合适的拓扑或拓扑的组合(诸如全桥和/或半桥)，并且可以是同步的或异步的。转换器150执行dc-dc转换以使dc电力的电压移位，以传递到电子模块120和/或电池125。像整流器140一样，转换器150可以使用任何合适的拓扑(包括同步或异步拓扑)。例如，当转换器150是dc-dc开关模式转换器时，转换器150的拓扑结构可以包括降压、升压、降压-升压、反激(flyback)、正向或任何其他合适的dc-dc开关模式拓扑。
根据一些实施例，转换器150可以具有允许将功率转换步骤旁路的旁路模式。根据这样的实施例，转换器150可以与旁路开关160相关联。当旁路开关160断开时，来自整流器140的电力在被传递到电子模块120之前由转换器150调节。当旁路开关160闭合时，来自整流器140的电力直接传递到电子模块120，而无需由转换器150进一步调节。例如，当来自整流器140的电力适合于传递到电子模块120而不需要转换器150进一步调节时，转换器150的旁路模式减少了在电力转换步骤可以被跳过的情况下与转换器150相关联的能量损失。
电源130从外部电源170接收电力。如图1所示，电源130可以被配置为无线电力接收器。根据这样的实施例，外部电源170被配置为无线电力发射器。根据一些示例，电磁场可以用于将来自外部电源170的电力发射到电源130。在一些实施例中，当电磁场包括随时间变化的磁场时，外部电源160可以使用感应式近场和/或谐振电力传输耦合机构和/或类似物耦合到电源130。为了促进这样的实施例，外部电源170和电源130可以包括用于无线电力传输的感应线圈180。除了传输电力之外，电磁场还可以用于在电子设备110和外部电源170之间传送数据。尽管图1描绘了从外部电源170到电源130的无线电力传输，但应该理解，电源130可以替代地或附加地被配置为有线电源。为了促进这样的实施例，外部电源170被配置为通过电线提供电力。导线可以包括任何合适的导体，诸如usb电缆、以太网电缆、基座连接器、ac电线、膝上型电脑充电电缆和/或类似物。除了传输电力之外，电缆还可以用于在电子设备110和外部电源170之间传送数据。
图2是根据一些实施例的具有旁路模式的降压转换器200的简化图。在与图1一致的一些实施例中，降压转换器200可以用于实现电源130的至少一些部分，包括转换器150和/或旁路开关160。
降压转换器200在输入节点212(v_in)和输出节点214(v_out)之间执行dc-dc转换。输出节点214的dc电压可配置在从零伏到输入节点212的dc电压的范围内。与可用于执行dc-dc转换的其他电路相比，如降压转换器200采用的降压拓扑结构在能量消耗和尺寸方面是有效的。如图2所示，降压转换器200具有同步降压拓扑，其包括耦合在输入节点212和开关节点216之间的高侧脉冲开关222、耦合在开关节点216和地之间的低侧脉冲开关224、耦合在开关节点216和输出节点214之间的电感器226以及耦合在输出节点214和地之间的电容器228。在图2所示的同步降压拓扑中，脉冲开关222和224同步切换——即，当一个开关闭合时另一个断开，反之亦然。切换发生在高频(例如，10khz和更高)。
在一些示例中，电感器226可以包括空芯电感器、铁氧体磁芯电感器、集成电路(ic)电感器等。通常基于降压转换器200的允许纹波电流和开关频率来选择电感器224的电感，并且因此可以基于预期应用来在宽范围上变化。例如，电感器232的电感可以在1μh到100mh的范围中。类似地，电容器228可以包括任何合适类型的电容器，诸如电解电容器、陶瓷电容器、聚合物电容器等。在一些实施例中，电容器228可以被省略。例如，电容器228的电容可以在0f至1mf的范围中。
脉冲开关222和224使用控制器232和驱动器234而被断开和闭合(即，断开和闭合)。控制器232监测输出节点214的dc电压，并且生成脉冲宽度调制(pwm)控制信号以将输出节点214的dc电压维持在期望的水平。根据一些实施例，pwm控制信号可以包括以有规律的间隔发射并具有可变占空比的一系列电压脉冲。占空比由控制器232设置以便实现输出节点214的目标dc电压。占空比的范围可以从0％(没有电力从输入节点212流到输出节点214，即，零dc输出电压)到100％(电力从输入节点212连续流到输出节点214，即，输入dc电压和输出dc电压相同)。在中间值(例如，50％占空比)下，通过高侧脉冲开关222以突发方式从输入节点212提取电力，由包括电感器226和/或电容器228的lc电路进行滤波，并且作为dc电力传递到输出节点214。
pwm控制信号经由pwm控制节点241(pwm)被发射到驱动器234。驱动器234从控制器232接收pwm控制信号，并且发射对应的栅极驱动信号以断开和闭合脉冲开关222和224。通常，栅极驱动信号相对于pwm控制信号的电压取决于脉冲开关222和224的实现。因此，驱动器234可以包括用于将pwm控制信号转换为合适的栅极驱动信号的电路，诸如逻辑电路、电平移位器、电荷泵、放大器和/或类似物。栅极驱动信号被施加到脉冲开关222和224的控制端子，诸如栅极端子和/或基极端子。
旁路开关250耦合在输入节点212和输出节点214之间。当旁路开关250闭合时，输入节点212和输出节点214直接电耦合，由此将dc输出电压钳位到dc输入电压。使用旁路开关250，降压转换器200具有至少两种操作模式：(1)开关模式，其中旁路开关250断开并且脉冲开关222和224以小于100％占空比操作；以及(2)旁路模式，其中旁路开关250闭合并且脉冲开关222和224以100％占空比操作。
根据一些实施例，可以使用晶体管(诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)和/或绝缘栅双极晶体管(igbt))来实现脉冲开关222和224以及旁路开关250。每个晶体管具有源极、栅极和漏极，并且通过施加相对于源极电压的栅极电压来导通和关断。晶体管可以被分类为n型晶体管(例如，nmos)和/或p型晶体管(例如，pmos)。当栅极电压超过源极电压至少阈值电压时，n型晶体管导通，以及当栅极电压比源极电压低至少阈值电压时，p型晶体管导通。如图2所示，脉冲开关222和224以及旁路开关250使用nmos晶体管来实现。
在许多常规dc-dc转换器中，使用p型晶体管来实现高侧开关，因为生成足够高的栅极电压以导通高侧n型晶体管是具有挑战性的。诸如自举电容器和自举电路之类的附加电路通常用于生成具有足够高电压的栅极驱动信号以导通高侧n型晶体管。然而，此附加电路通常限制了传统dc-dc转换器的功能。例如，自举通常与最大占空比相关联(即，自举电路在100％占空比或接近100％时无效)。这可能妨碍在旁路操作模式下操作具有高侧n型晶体管的dc-dc转换器。然而，p型晶体管通常比它们的n型晶体管大两至三倍。因此，期望提供使用高侧n型晶体管并且能够在旁路操作模式下操作的改进的电力转换器。
为了解决这些挑战，降压转换器200可以包括耦合在高侧电源节点242和开关节点216之间的高侧电源电容器260。驱动器234耦合到高侧电源节点242以从高侧电源电容器260提取电荷。高侧电源电容器260以超过高侧脉冲开关222的阈值电压的电压存储电荷。因此，驱动器234通过将来自高侧电源电容器260的电荷施加到高侧脉冲开关222的栅极来导通高侧脉冲开关222。
两个子电路用于维持高侧电源电容器260的电压。第一个是自举电路262，其耦合在输入节点212和高侧电源节点242之间。当降压转换器200在开关操作模式下操作时，自举电路262对高侧电源电容器260充电。第二子电路是耦合在开关节点216和高侧电源节点242之间(即，与高侧电源电容器260并联)的电荷泵电路264。当降压转换器200在旁路操作模式下操作时，电荷泵电路264对高侧电源电容器260充电。电荷泵264从控制器232接收指示降压转换器200何时以旁路模式操作的电荷泵启用信号243(cp_en)。
旁路电源电容器252和电荷泵254耦合在旁路电源节点244和输出节点214之间。类似于电荷泵264，电荷泵254从控制器232接收指示降压转换器200何时以旁路模式操作的电荷泵启用信号243。当被启用时，电荷泵254将旁路电源电容器252充电到足以导通旁路开关250的电压。
根据一些实施例，当从开关模式转换为旁路模式时，控制器232可以将降压转换器200的占空比从它的初始值朝向100％增加。控制器232可以附加地和/或备选地降低输入节点212的dc输入电压。例如，在与图1一致的一些实施例中，控制器232可以与外部电源(诸如外部电源170)和/或输入级(如整流器140)进行通信，以减少输入节点212的dc输入电压。在一些示例中，随着输出电压增加和/或输入电压降低，控制器232可以监测输入节点212与输出节点214之间的电压差。当电压差达到阈值电压时，控制器232可以经由电荷泵启用信号243启用电荷泵254和264。在一些示例中，控制器232可以通过将旁路模式信号245(byp_on)发送到驱动器234来同时将降压转换器200的占空比设置为100％。
根据一些实施例，当从旁路模式转换为开关模式时，控制器232可以经由电荷泵启用信号243来禁用电荷泵254和264。控制器232还可以经由旁路模式信号245将从旁路模式到开关模式的转换传送到驱动器234。结果，输入节点212和输出节点214不再被钳位，并且自举电路262恢复充电高侧电源电容器260的作用。例如，控制器232可以在进入旁路模式之前将降压转换器200的占空比降低回到它的初始值。控制器232可以附加地和/或备选地增大输入节点212的dc输入电压。例如，在与图1一致的一些实施例中，控制器232可以与外部电源(诸如外部电源170)和/或输入级(如整流器140)进行通信，以增大输入节点212的dc输入电压。
图3是根据一些实施例的控制器子电路300的简化图。根据与图2一致的一些实施例，控制器子电路300可以用于实现控制器232的至少一部分，以便生成和发射降压转换器200的pwm控制信号和/或其他控制信号。为了促进这样的实施例，pwm信号发生器电路300可以耦合到降压转换器200的输出节点214、pwm控制节点241、电荷泵启用信号243和/或旁路模式信号245。
逻辑模块310基于输入电压设置信号324(v_set)生成电压选择信号322(v_sel)。根据一些实施例，逻辑模块310还可以基于旁路启用信号325(byp_en)生成电荷泵启用信号243(cp_en)和/或旁路模式信号245(byp_on)。根据一些实施例，电压选择信号322和电压设置信号324可以是例如6位和8位之间的数字值。电压选择信号322被发送到多路复用器332和334以便生成参考电压326(v_ref)。根据一些实施例，可以使用包括电源电压节点340(v_dd)、固定电压节点342(v_ref，p1)、p型晶体管344、比较器346、电阻器348a-c以及与多路复用器332和334相关布置的电容器349，如图3所示。
参考电压326与反馈电压350之间的电压差使用运算放大器312进行放大。根据一些实施例，可以使用包括电阻器352a-b的分压器基于输出节点214的电压来确定反馈电压350。在一些示例中，运算放大器312可以与反馈电容器354相关联。使用比较器314将运算放大器312的输出与锯齿波形328进行比较。比较器314的输出是经由pwm控制节点241发送到驱动器电路(诸如驱动器234)的pwm控制信号(v_pwm)。
图4是示出了在开关模式和旁路操作模式之间转换时与降压转换器200和/或控制器子电路300的各个节点对应的时序图410-450的简化图。在与图2和图3一致的一些实施例中，时序图410中描绘的电压轨迹可以描绘旁路启用信号325，时序图420中描绘的电压轨迹可以描绘参考电压326，时序图430中描绘的电压轨迹可以描绘输入节点212和输出节点214的电压，时序图440中描绘的电压轨迹可以描绘旁路模式信号245，以及时序图450中描绘的电压轨迹可以描绘高侧电源电容器260和旁路电源电容器252两端上的电压。
在时间t1，旁路启用信号325从低转换为高，如时序图410所示。这标志着从开关模式转换为旁路操作模式的开始。如先前关于图2所讨论的，当进入旁路模式时，输出节点214的电压增加并且输入节点212的电压降低以减小两个节点之间的电压差，如t1和t2之间的时序图430中所示。为了增加输出节点214的电压，控制器子电路300的参考电压326增加，如时序图420所示。尽管在时间t1和t2之间出现的电压变化被描绘为线性的并且随时间渐变，但是应该理解，可以使用各种函数，包括但不限于阶梯函数、非线性函数等。此外，虽然输入电压和输出电压都被描绘为在时间t1和t2之间变化，但是应当理解，输入电压和输出电压中的零个、一个或两个可以在时间t1和t2之间保持恒定。
在时间t2处，输入节点212和输出节点214之间的电压差下降到阈值电压以下，从而导致旁路模式信号245从低转换为高并且电荷泵254和264被启用。在时间t2和t3之间，电荷泵254和264分别开始给旁路电源电容器252和高侧电源电容器260充电。
在时间t3，旁路电源电容器252两端上的电压增加到旁路开关250的导通阈值电压以上，从而导致旁路开关250闭合。结果，输出节点214的电压被钳位到输入节点212的电压，如时序图430所示。在时间t3和t4之间，降压转换器200保持旁路模式。
在时间t4，旁路启用信号325从高转换为低，如时序图410所示。这标志着从旁路模式转换回到开关操作模式的开始。同样在时间t4，旁路模式信号245从高转换为低并且电荷泵254和264被禁用。禁用电荷泵254使得旁路开关250重新断开，使得输入节点212和输出节点214不再被钳位。在时间t4和t5之间，输入电压和输出电压恢复到其期望的设置，该设置可以与时间t1之前的初始设置相同或不同。具体而言，如时序图420所示，使用参考电压326来控制输出节点214的电压。当目标输出电压小于输入电压时，参考电压326在控制输出节点214的电压方面是有效的，因此在转换回到开关操作模式与使用参考电压326恢复对输出节点214的电压的控制之间可能存在延迟。
图5是根据一些实施例的具有启用/禁用功能的电荷泵电路500的简化图。根据与图2一致的一些实施例，电荷泵电路500可以用于实现降压转换器200的电荷泵254和/或电荷泵264。
电荷泵电路500包括输入节点512、输出节点514(v_cp)以及启用/禁用节点516(cp_en)。电荷泵电路500还包括控制节点522a-d和524a-d。电荷泵电路500还包括如图5所示布置的各种电路元件，包括p型晶体管、n型晶体管、开关、电容器、电流源、齐纳二极管和/或类似物。
电荷泵电路500接收控制节点522a-d和524a-d处的控制信号以及启用/禁用节点516处的的启用/禁用信号(诸如电荷泵启用信号243)。当启用/禁用信号与输出节点514之间的电压差在开关530的阈值电压内时，开关530断开并且电荷泵电路500被启用。当电压差超过开关530的阈值电压时，开关530导通并且输出节点514的电压被钳位到输入节点512的电压。因为当开关530闭合时输出电压和输入电压被钳位，所以充电泵电路500被禁用。
图6是示出了在半开关周期期间分别施加到电荷泵电路500的控制节点522a-d的控制信号612a-d的时序图的简化图。控制信号612a和612d最初是低的，并且控制信号612b和612c最初是高的。在半开关周期开始时，控制信号612c从高转换为低。在第一时间延迟622之后，控制信号612d从低转换为高。在第二时间延迟624之后，控制信号612b从高转换为低。在第三时间延迟626之后，控制信号612a从低转换为高。在半开关周期结束时，控制信号612a-d以相反的次序转换回它们的初始值。控制信号612a-d在开关周期的第二半部分保持在它们的初始值。在开关周期的第二半部分期间，类似于控制信号612a-d的控制信号分别被施加到电荷泵电路500的控制节点524a-d。
图7是根据一些示例的阈值电压检测电路700的简化图。根据与图2和图3一致的一些实施例，阈值电压检测电路700可以用于实现控制器232和/或逻辑模块310的至少一部分。
阈值电压检测电路700耦合到pwm控制节点241以监测pwm控制信号。如图7所示，pwm控制信号以及延迟版本的pwm信号710被路由到阈值电压检测电路700的各个逻辑块。由阈值电压检测电路700实现的逻辑操作的输出是旁路模式信号245。中间信号732和734也在图7中示出。
阈值电压检测电路700的逻辑块被布置为使得旁路模式信号282在pwm控制信号的占空比被认为是高的六个连续周期之后从低转换为高。当一个周期中的关闭期(offperiod)的持续时间小于单发(oneshot)信号720的持续时间时，pwm控制信号的占空比被认为是高。单发信号720的持续时间基于由电阻器722和电容器724限定的rc延迟来确定。因此，短的rc延迟导致低阈值电压(即，当降压转换器200的占空比非常接近于100％并且输入电压和输出电压之间的差非常低时，旁路模式信号245从低转换为高)，反之亦然。
图8是示出了与阈值电压检测电路的各个节点对应的时序图810-850的简化图。时序图810对应于pwm控制信号，而时序图820对应于单发信号720。在pwm控制信号的关闭期的持续时间小于单发信号720的持续时间的六个连续周期之后，中间信号732(如时序图830中描绘)从高转换为低，中间信号734(如在时序图840中描绘)从低转换为高，并且旁路模式信号245(如时序图850中描绘)从低转换为高。随后，在pwm控制信号的关闭期的持续时间超过单发信号720的持续时间的六个周期之后，中间信号732和734以及旁路模式信号245返回到它们的初始值。
图9是根据一些实施例的用于在电力转换器中在开关模式和旁路模式之间转变的方法900的简化图。根据与图1至图8一致的一些实施例，方法900可以由诸如控制器232的控制器用于在开关模式和旁路模式之间转换时操作诸如降压转换器200的电力转换器。在开关模式期间，电力转换器以小于100％的占空比工作，以提供与输入电压成比例的输出电压。在旁路模式期间，耦合在电力转换器的输入和输出之间的旁路开关被闭合，从而导致输出电压被钳位到输入电压并且电力转换器的开关电路被旁路。在一些示例中，电力转换器包括使用自举电路和高侧电源电容器的n型高侧晶体管，以在开关模式期间提供足够高的电压来导通高侧n型晶体管。自举电路可以与它对高侧电源电容器有效充电的最大占空比相关联。
在处理910处，电力转换器的输入端子和输出端子之间的差分电压被减小。根据一些实施例，当输出电压最初低于输入电压时，处理910可以包括通过增加电力转换器的占空比来增加输出电压。处理910可以附加地和/或备选地包括降低电力转换器的输入电压。当电力转换器并入无线功率接收器内时，减小输入电压可以包括无线地和/或使用无线电力发射器通过电线进行通信以调整输入电压。
在处理920处，当确定输入端子和输出端子之间的差分电压下降到阈值电压以下时，启用第一电荷泵并且闭合旁路开关。根据一些实施例，使用监测电力转换器的占空比(例如阈值电压检测电路700)的阈值电压检测电路来确定阈值交叉。根据一些实施例，阈值电压被选择为足够高以便不超过自举电路的最大占空比。同时，阈值电压希望尽可能低，以避免在旁路开关的端子两端上存在大的电压差的情况下导通旁路开关而损坏旁路开关。因此，选择阈值电压以平衡这些考虑因素。第一电荷泵一旦启用，就会对高侧电源电容器充电，以允许即使电力转换器的占空比超过自举电路的最大值，高侧晶体管也会导通。根据一些实施例，处理920包括启用用于导通旁路开关的第二电荷泵。在一些示例中，旁路开关可以通过另一合适的机构来接通。一旦完成处理920，电力转换器在旁路模式下操作。
在处理930处，为了从旁路模式转换回开关模式，断开旁路开关，并且禁用第一电荷泵(和第二电荷泵，当适用时)。当旁路开关断开时，输出电压停止被钳位到输入电压，并且电力转换器可以再次以小于100％的占空比工作。
在处理940处，恢复输入端子和输出端子之间的电压差。根据一些实施例，处理940可以包括通过减小电力转换器的占空比来减小输出电压。处理940可以另外和/或备选地包括增加输入电压。类似于处理910，当电力转换器在无线电力接收器中实现时，增加输入电压可以包括无线地和/或使用无线电力发射器通过电线进行通信以调整输入电压。
图10是用于保护电力转换器的旁路开关的旁路开关保护系统1000的简化图。根据与图2一致的一些实施例，旁路开关保护系统1000可以用于实现控制器232的至少一部分。与这样的实施例一致，旁路开关保护系统可以监测流过输入节点212和输出节点214之间的旁路开关250的电流和/或输入节点212的电压。
旁路开关保护系统1000包括耦合到逻辑模块1020的过电流保护(ocp)模块1010。当电力转换器在旁路模式下操作时，ocp模块1010使用电流监视器1015来监测流过旁路开关250的电流。当ocp模块1010检测到超过电流极限值的电流时，ocp模块1010向逻辑模块1020发射指示发生过电流事件的信号。逻辑模块1020耦合到旁路开关250，并且当发生过电流事件时断开旁路开关250以停止过量电流流动。
旁路开关保护系统1000还包括耦合到逻辑模块1020的输入电压钳位模块1030。输入电压钳位模块1030监测输入节点212的电压以确保输入电压不超过预定的钳位电压。在从开关模式转换为旁路模式期间，输入电压向输出电压降低。因此，在该转换期间，输入电压钳位模块1030从逻辑模块1020接收信号以降低钳位电压，以匹配对输入电压的调整。
图11是根据一些实施例的用于具有旁路开关保护系统的电力转换器中的状态机1100的简化图。在与图1至图10一致的一些示例中，状态机1100可以使用包括旁路开关保护系统(诸如旁路开关保护系统1000)的控制器(诸如控制器232)来实现。
状态机1100从初始状态1102转换为旁路启用信号监测状态1104。当旁路启用信号为低时，电力转换器的输出电压被维持和/或调整以实现目标输出电压设置或初始输出电压设置。状态保持为状态1104。当旁路启用信号为高时，状态机1100转换为输入电压监测状态1106。当输入电压高于预定上限时，控制器降低输入电压。例如，控制器可以与无线电力传输单元(ptu)通信以减小输入电压。状态转换回到状态1104。当输入电压低于预定上限时，状态机1100转换为钳位电压降低状态1108。钳位电压根据输入电压的变化而减小，并且状态机1100转换为斜坡输出电压状态1110。输出电压朝着输入电压增加，并且状态机1100转换为电压差监测状态1112。当电压差大于阈值电压时，在状态1113重新检查旁路启用信号，并且当旁路启用信号保持为高时，状态返回到状态1112。
当电压差下降到阈值电压以下时，状态机1100转换为旁路开关导通状态1114。旁路开关被导通，并且状态机1100在过电流监测状态1116、旁路启用信号监测状态1118、输入电压监测状态1120和电压差监测状态1122之间转换。只要满足所有这些条件(即，没有检测到过电流，旁路启用信号保持为高，输入电压在预定限值内，以及电压差保持低于阈值电压)，状态机1100继续转变通过状态1112-状态1118。当一个或多个条件被破坏时，状态机1100转换为旁路开关关断状态1126。旁路开关被关断，并且状态机1100转换为输出电压斜坡状态。输出电压返回到它的初始设置，并且状态机1100返回到旁路启用信号监测状态1104。
一些控制器(诸如控制器232)的示例可以包括具有可执行代码的非瞬时有形机器可读介质，所述可执行代码在由一个或多个处理器运行时可以使一个或多个处理器执行方法900和/或状态机1100的处理。可以包括方法900和/或状态机1100的处理的一些常见形式的机器可读介质例如是软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、cd-rom、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、ram、prom、eprom、flash-eprom、任何其他存储器芯片或盒式存储器和/或处理器或计算机适于读取的任何其他介质。
虽然已经示出和描述了说明性实施例，但是在前述公开内容中考虑了各种修改、改变和替换，并且在一些情况下，可以采用实施例的一些特征而不相应使用其他特征。本领域的普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。因此，本发明的范围应该仅由所附权利要求来限定，并且权利要求应以与本文公开的实施例的范围一致的方式广义地解释。