高频多电平整流的制作方法

所描述的技术一般地涉及整流器电路。更具体地，本公开针对适合于高频操作的多电平整流器，诸如用于涉及通过无线功率充电系统接收无线功率的设备、系统和方法。

背景技术

越来越多和各种各样的电子设备经由可再充电电池来供电。这样的设备包括移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机外围设备、通信设备(例如，蓝牙设备)、数码相机、助听器，等等。虽然电池技术已经改进，但是电池供电的电子设备越来越需要并且消耗更大量的功率。如此，这些设备时常需要再充电。可再充电设备经常经由有线连接被充电，有线连接需要电缆或物理连接到功率供应的其他类似连接器。电缆和类似的连接器有时可能是不方便的或笨重的并且具有其他缺点。无线功率充电系统例如可以允许用户在没有物理电连接的情况下对电子设备充电和/或供电，因此减少电子设备的操作所需要的组件数目并且简化电子设备的使用。有效率地且安全地传送功率以用于对可再充电电子设备进行充电的无线充电系统和方法是可取的。

技术实现要素：

本文公开的实施方式每个具有若干创新方面，其中没有单个的一个方面单独负责本公开的可取属性。不限制如随后的权利要求所表达的本公开的范围，这里将简要地公开更突出的特征。在考虑本说明书之后，将理解各种实施方式的特征如何提供相对于当前无线传送系统的若干优点。

一种整流电路包括同步整流器，同步整流器电耦合到输入以接收周期性输入电压波形并且包括多个开关。同步整流器被配置为从周期性输入电压波形产生第一整流器输出电压，并且输出第一整流器输出电压。整流电路进一步包括多电平整流器控制电路，多电平整流器控制电路电耦合到同步整流器并且被配置为产生并提供控制信号给同步整流器，以选择性地以不同的致动配置致动多个开关。多电平整流器控制电路被配置为在周期性输入电压波形的周期内循环通过多个不同状态。多个不同状态中的每个状态对应于设置多个开关的致动配置的控制信号的相应设置。多个不同状态中的每个状态使得周期性输入电压波形的电压电平处于至少三个不同电压电平之一。多电平整流器控制电路电耦合到输入，并且进一步被配置为基于一个或多个特性来调节在多个不同状态之间切换的定时，该一个或多个特性是输入处的电流、或输入处的电压电平、或它们的组合。一个或多个特性可以对应于周期性输入电压波形内的一个或多个谐波的电平。

一种从周期性输入电压波形提供输出电压同时减少周期性输入电压波形中的谐波的方法包括：经由包括多个开关的同步整流器电路，对周期性输入电压波形进行整流以产生输出电压。该方法进一步包括：产生控制信号，控制信号被耦合以选择性地以不同切换配置致动多个开关，以在周期性输入电压波形的周期内循环通过多个不同状态。多个不同状态中的每个状态使得周期性输入电压波形的电压电平处于至少三个不同电压电平之一。该方法进一步包括：基于一个或多个特性来调节在多个不同状态之间切换的定时，该一个或多个特性是周期性输入电压波形的电流、或周期性输入电压波形的电压电平、或它们的组合。

一种整流装置包括用于对周期性输入电压波形进行整流以产生输出电压的部件。整流装置进一步包括用于在周期性输入电压波形的周期内循环通过多个不同状态的部件。多个不同状态中的每个状态使得周期性输入电压波形的电压电平处于至少三个不同电压电平之一。整流装置进一步包括用于基于一个或多个特性来调节在多个不同状态之间切换的定时的部件，该一个或多个特性是周期性输入电压波形的电流、或周期性输入电压波形的电压电平、或它们的组合。

一种用于无线功率传送的装置包括接收电路，接收电路包括线圈，线圈被配置为响应于由发射器生成的外部磁场而生成周期性输入电压波形。该装置进一步包括多电平整流电路，多电平整流电路耦合到接收电路以在输入处从接收电路接收周期性输入电压波形，并且被配置为输出用于向负载供电或充电的电压。多电平整流电路包括多个开关，该多个开关被控制以在多电平整流电路的输入处引起至少三个电压电平。至少三个电压电平中的每个对应于多个开关的多个不同状态之一。该装置进一步包括反馈电路，反馈电路耦合到接收电路并且被配置为输出一个或多个信号，该一个或多个信号指示周期性输入电压波形的一个或多个谐波。该装置进一步包括多电平整流器控制电路，其被配置为基于指示谐波的一个或多个信号来调节在多个不同状态之间切换的定时。

一种整流电路包括多电平波形发生器电路，多电平波形发生器电路被耦合以接收输入波形和输入波形的电流的指示，并且从这些生成多电平控制波形，其中多电平控制波形被维持与输入波形同相。控制信号生成电路耦合到多电平波形发生器电路以接收多电平控制波形，并且生成与多电平控制波形的电平相对应的控制信号。同步整流器被耦合以接收输入波形，并且包括多个开关以提供从输入波形生成的第一整流器输出电压。多个开关被耦合以从控制信号生成电路接收控制信号，并且第一整流器输出电压是多电平控制波形的函数。

在一种从输入波形提供输出电压的方法中，输入波形的电流和电压的指示被接收。多电平控制波形从输入波形被生成，其维持多电平控制波形相对于输入波形的相位。多个控制信号响应于多电平控制波形的电平而被生成，并且输入波形和多个控制信号在同步整流器处被接收。输出电压响应于控制信号从输入波形被生成。

一种多电平整流器包括波形发生器部件、控制信号生成部件和整流部件。波形发生器部件基于输入波形的电流和输入波形的电压的指示从输入波形生成多电平控制波形，多电平控制波形维持相对于输入波形的相位关系。控制信号生成部件用于从多电平控制波形的电平生成设置控制信号。整流部件用于响应控制信号而从输入波形生成输出电压。

一种用于无线功率传送的接收电路包括接收耦合器和整流电路，整流电路耦合到接收耦合器以从接收耦合器接收输入波形。整流电路包括多电平波形发生器电路，多电平波形发生器电路被耦合以接收输入波形和输入波形的电流的指示，并且从这些生成多电平控制波形，其中多电平控制波形被维持与输入波形同相。控制信号生成电路耦合到多电平波形发生器电路以接收多电平控制波形，并且生成与多电平控制波形的电平相对应的控制信号。同步整流器被耦合以接收输入波形，并且包括多个开关以提供从输入波形生成的第一整流器输出电压。多个开关被耦合以从控制信号生成电路接收控制信号，并且第一整流器输出电压是多电平控制波形的函数。

以下详细描述与附图一起将提供对本公开的性质和优点的更好理解。

附图说明

现在将参考附图关于各种实施方式来描述本发明的上面提到的方面以及其他特征、方面和优点。然而，所图示的实施方式仅是示例而非限制。贯穿附图，类似的符号通常标识类似的组件，除非上下文另有指示。以下附图的相对尺寸可能未按比例绘制。

图1是根据一个示例性实施例的无线功率传送系统的功能框图。

图2是根据示例性实施例的发射电路系统或接收电路系统的一部分的示意图。

图3是根据示例性实施例的可以在感应式功率传送系统中使用的发射器的简化功能框图。

图4是根据示例性实施例的可以在感应式功率传送系统中使用的接收器的简化功能框图。

图5图示了三电平整流器的切换波形。

图6图示了三次和五次谐波被消去但是存在偶次谐波的多电平波形。

图7图示了来自全桥连接的三电平整流器的波形，该整流器被定时以消除二次、三次、四次、五次、六次、八次和九次谐波。

图8示出了可以用于三电平整流器的异步整流器电路的实施例的示例。

图9图示了三电平波形的周期，并且它的状态被标记。

图10图示了利用零电压切换(zvs)的三电平整流器。

图11示出了用于具有谐波控制的三电平整流器的示例性实施例的框图。

图12提供了用于提供反馈参数的图11的电路系统的更多细节。

图13示出了利用二次和三次谐波以及控制回路输出的仿真结果。

具体实施方式

后文参考附图更全面地描述新颖系统、装置和方法的各个方面。然而，本公开的教导可以按许多不同的形式来具体化，并且不限于贯穿本公开所提出的任何特定结构或功能。相反，这些方面被提供以使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本公开的范围完全传达给本领域的技术人员。本公开的范围包括本文公开的新颖系统、装置和方法的任何方面，而不论是独立于任何其他方面来实施还是与任何其他方面组合地来实施。例如，使用本文阐述的任何数目的方面，可以实施装置或者可以实践方法。另外，本公开的范围包括使用附加于或不同于本文阐述的各个方面的其他结构、功能、或结构和功能而被实践的这种装置或方法。本文公开的任何方面可以由权利要求的一个或多个元素来具体化。

尽管本文描述了特定方面，但是这些方面的许多变化和排列落入本公开的范围内。尽管提到了优选方面的一些益处和优点，但是本公开的范围不限于特定的益处、用途或目的。相反，本公开的各方面将广泛地适用于不同的无线功率传送技术和系统配置，其中的一些在附图中以及在优选方面的以下描述中通过示例的方式被说明。详细描述和附图仅是对本公开的说明而不是限制，本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。

在以下详细描述中，参考了形成本公开的一部分的附图。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例不是限制性的。不偏离这里提出的主题的精神或范围，可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变。如本文一般描述的和附图中图示的本公开的各方面可以按各种不同的配置来布置、替换、组合和设计，所有这些配置明确被设想到并且形成本公开的一部分。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的而非对本公开的限制。如果特定数量的权利要求元素被意图，则这样的意图将在权利要求中明确地记载，并且在没有这样的记载的情况下，不存在这样的意图。例如，如本文使用的，单数形式“一种”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚地指示。如本文使用的，术语“和/或”包括相关所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包括有”、“包括了”和“包括着”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件、和/或它们的群组。诸如“……中的至少一项”的表达，当在元素列表之前时，修饰整个元素列表而不是修饰列表的个体元素。

无线功率传送可以是指将与电场、磁场、电磁场或其他方式相关联的任何形式的能量从发射器传送到接收器，而不使用物理电导体(例如，功率可以通过自由空间传送)。输出到无线场(例如，磁场或电磁场)中的功率可以由“接收耦合器”接收、捕获或耦合以实现功率传送。

图1是根据一个示例性实施例的无线功率传送系统100的功能框图。输入功率102从功率源(在该图中未示出)提供给发射器104的发射耦合器114，以生成用于执行能量传送的无线(例如，磁或电磁)场105。接收器108(例如，蜂窝电话、gps单元、手表、移动媒体设备、膝上型计算机、密钥卡，等等)的接收耦合器118耦合到无线场105并且生成输出功率110，以用于由耦合到输出功率110的设备(在该图中未示出)存储或消耗。发射器104和接收器108两者分开距离112。

当接收耦合器118位于由发射耦合器114生成的无线场105中时，接收器108可以无线地接收功率。发射器104的发射耦合器114可以经由无线场105向接收耦合器118发射能量。接收器108的接收耦合器118可以经由无线场105接收或捕获从发射器104发射的能量。无线场105对应于发射耦合器114输出的能量可以由接收耦合器118捕获的区域。在一些实施例中，无线场105可以对应于发射器104的“近场”。“近场”可以对应于如下的区域，在该区域中存在由发射耦合器114中的电流和电荷产生的强反应场，这些强反应场在远场中最小地将功率辐射远离发射耦合器114。近场可以对应于在发射耦合器114的大约一个波长(或其分数)内的区域。

在一个示例性实施例中，无线场105可以是磁场，并且发射耦合器114和接收耦合器118被配置为感应地传送功率。发射耦合器和接收耦合器118可以进一步根据相互谐振关系来配置。当接收耦合器118的谐振频率和发射耦合器114的谐振频率基本相同或非常接近时，发射器104与接收器108之间的传输损耗减小。谐振感应式耦合技术因此可以允许在各种距离上且利用各种耦合器配置的改进的效率和功率传送。当根据相互谐振关系被配置时，在一种实施例中，发射器104输出时变磁场，其具有与发射耦合器114的谐振频率相对应的频率。当接收耦合器118在无线场105内时，时变磁场可以在接收耦合器118中感应出电流。当接收耦合器118被配置为在发射耦合器114的频率处谐振时，能量可以更有效率地被传送。在接收耦合器118中感应出的交变电流(ac)可以被整流以产生直流(dc)，其可以被提供以对负载(未示出)充电或供电。

图2是根据示例性实施例的发射电路系统或接收电路系统的一部分的示意图。如图2中图示的，发射或接收电路系统250可以包括耦合器252。耦合器252在本文中也可以称为或者被配置作为“磁”耦合器、天线、或感应线圈。术语“耦合器”一般地指代无线地输出或接收能量以用于耦合到另一“耦合器”的组件。耦合器252还可以称为被配置为无线地输出或接收功率的类型的线圈或电感器。如本文使用的，耦合器252是被配置为无线地输出和/或接收功率的类型的“功率传送组件”的示例。耦合器252可以包括空气芯或物理芯，诸如铁氧体芯(在该图中未示出)。

耦合器252可以形成被配置为在谐振频率处谐振的谐振电路的一部分。耦合器252(其可以是环路耦合器或磁耦合器)的谐振频率基于电感和电容。电感可以简单地是由耦合器252创建的电感，而电容器可以被添加以在期望的谐振频率处创建谐振结构。作为非限制性示例，电容器254和电容器256被添加到发射或接收电路系统250，以创建在期望的操作频率处谐振的谐振电路。因此，对于较大直径的耦合器，维持谐振所需要的电容的大小可以随着环路的直径或电感增大而减小。使用其他组件形成的其他谐振电路也是可能的。

作为另一非限制性示例，电容器(未示出)可以并联放置在电路系统250的两个端子之间。对于发射耦合器，信号258(具有与耦合器252的谐振频率基本上对应的频率)可以是向耦合器252的输入。对于接收耦合器，信号258(具有与耦合器252的谐振频率基本上对应的频率)可以是耦合器252的输出。

图3是根据示例性实施例的可以在感应式功率传送系统中使用的发射器300的简化功能框图。发射器300包括发射电路系统302和可操作地耦合到发射电路系统302的发射耦合器304。在一些实施例中，发射耦合器304是线圈或者可以称为线圈(例如，感应线圈)。在示例性实施例中，发射耦合器304被配置为在充电区域内生成电磁场或磁场。在示例性实施例中，发射耦合器304被配置为在足以对接收器设备充电或供电的功率电平(例如，在1瓦或更多瓦的数量级，诸如1瓦、5瓦、10瓦、50瓦、100瓦等)处向充电区域内的接收器设备发射功率。例如，无线电话充电站可以进行发射以使得接收设备可以获得5瓦，或者膝上型充电站可以提供120瓦。

发射电路系统302可以通过多个功率源(未示出)接收功率。发射电路系统302可以包括被配置为驱动发射耦合器304的各种组件。在一些示例性实施例中，发射电路系统302可以被配置为基于如本文所描述的接收器设备的存在和构造来调节无线功率的传输。这样，发射电路系统302可以有效率地且安全地提供无线功率。

发射电路系统302包括控制器315。在一些实施例中，控制器315可以是微控制器或处理器。在其他实施例中，控制器315可以被实施为专用集成电路(asic)。控制器315可以直接地或间接地可操作地连接到发射电路系统302的每个组件。控制器315可以进一步被配置为从发射电路系统302的组件中的每个组件接收信息，并且基于接收的信息执行计算。控制器315可以被配置为生成用于组件中的每个组件的控制信号，控制信号可以调节该组件的操作。这样，控制器315可以被配置为基于由它执行的计算的结果来调节功率传送。

发射电路系统302可以进一步包括可操作地连接到控制器315的存储器320。存储器320可以包括随机访问存储器(ram)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、闪存、或非易失性ram。存储器320可以被配置为暂时地或永久地存储数据，以用于在由控制器315执行的读取和写入操作中使用。例如，存储器320可以被配置为存储作为控制器315的计算的结果而生成的数据。这样，存储器320允许控制器315基于数据随时间的变化来调节发射电路系统302。

发射电路系统302可以进一步包括可操作地连接到控制器315的振荡器312。振荡器312可以被配置为在无线功率传送的操作频率处生成振荡信号。例如，在一些示例性实施例中，振荡器312被配置为操作在6.78mhzism频带处。控制器315可以被配置为在发射阶段(或占空比)期间选择性地启用振荡器312。控制器315可以进一步被配置为调节振荡器312的频率或相位，这可以减少带外发射，尤其是在从一个频率转变到另一频率时。如上面描述的，发射电路系统302可以被配置为向发射耦合器304提供一定量的充电功率，其可以在发射耦合器304周围生成能量(例如，磁通量)。

发射电路系统302进一步包括可操作地连接到控制器315和振荡器312的驱动器电路314。驱动器电路314可以被配置为驱动从振荡器312(如上面描述的)接收的信号。

发射电路系统302可以进一步包括可操作地连接到发射耦合器304的低通滤波器316。在一些示例性实施例中，低通滤波器316可以被配置为对驱动器电路314所生成的电流的模拟信号和电压的模拟信号进行接收和滤波。在一些实施例中，低通滤波器316可以更改模拟信号的相位。低通滤波器316可以针对电流和电压两者引起相同量的相位改变，而抵消改变。在一些实施例中，控制器315可以被配置为补偿由低通滤波器316引起的相位改变。低通滤波器316可以被配置为将谐波发射减小到可以防止自干扰的水平。其他示例性实施例可以包括不同的滤波器拓扑，诸如陷波滤波器，其衰减特定频率而使其他频率通过。

发射电路系统302可以进一步包括可操作地连接到低通滤波器316和发射耦合器304的固定阻抗匹配电路318。固定阻抗匹配电路318可以被配置为将发射电路系统302的阻抗(例如，50欧姆)匹配到发射耦合器304的阻抗。其他示例性实施例可以包括自适应阻抗匹配，自适应阻抗匹配可以基于可测量的发射度量而变化，诸如所测量的去往发射耦合器304的输出功率或驱动器电路314的dc电流。

发射电路系统302可以进一步包括分立器件、分立电路、和/或组件的集成组装件。

发射耦合器304可以被实施为天线条带，并且厚度、宽度和金属类型被选择以保持电阻性损耗为低。在一个实施例中，发射耦合器304一般可以被配置用于与较大结构的关联，诸如桌子、垫子、灯、或其他较不便携的配置。在发射耦合器304在尺寸上相对于接收耦合器可以更大的示例性应用中，发射耦合器304将不一定需要大的匝数来获得合理的电感以形成被调谐到期望操作频率的谐振电路的一部分。

图4是根据一种实施例的可以在感应式功率传送系统中使用的接收器400的示例性框图。接收器400包括接收电路系统402、接收耦合器404和负载450。接收电路系统402电耦合到负载450以用于向其提供接收的充电功率。应当注意，接收器400被图示为在负载450外部，但是可以集成到负载450中。接收耦合器404可操作地连接到接收电路系统402。接收耦合器404可以被配置作为如上面参考图2所描述的接收耦合器418。在一些实施例中，如上面描述的，接收耦合器404可以被调谐为在与发射耦合器304的谐振频率类似的频率处谐振，或者在指定的频率范围内谐振。接收耦合器404可以与发射耦合器304类似地确定尺寸，或者可以基于负载450的尺寸而不同地确定大小。接收耦合器404可以被配置为耦合到由发射耦合器304生成的磁场(如上面描述的)，并且向接收电路系统402提供一定量的接收能量以向负载450供电或充电。

接收电路系统402可操作地耦合到接收耦合器404和负载450。由接收电路系统402呈现给接收耦合器404的阻抗可以被配置为匹配接收耦合器404的阻抗(例如，经由在412处示意性地表示的匹配电路)，这提高了效率。接收电路系统402可以被配置为基于从接收耦合器404接收的能量来生成功率。接收电路系统402可以被配置为将所生成的功率提供给负载450。在一些实施例中，接收器400可以被配置为向发射器300发射信号，该信号指示从发射器300接收的功率量。

接收电路系统402包括处理器信令控制器416，其被配置为协调接收器400的过程。接收电路系统402可以进一步包括可操作地连接到处理器信令控制器416的存储器420。存储器420可以包括随机访问存储器(ram)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、闪存、或非易失性ram。存储器420可以被配置为暂时地或永久地存储数据，以用于在由处理器信令控制器416执行的读取和写入操作中使用。例如，存储器420可以被配置为存储作为处理器信令控制器416的计算的结果而生成的数据。这样，存储器420允许处理器信令控制器416基于数据随时间的变化来调节接收电路系统402。

接收电路系统402包括功率转换电路系统406，其用于将接收的能量源转换为充电功率用于由负载450使用。功率转换电路系统406包括耦合到dc至dc转换器410的ac至dc转换器408。ac至dc转换器408将来自接收耦合器404的ac信号整流成dc功率，而dc至dc转换器410将整流后的能量信号转换成与负载450兼容的能量势(例如，电压)。各种ac至dc转换器408被设想到，包括部分整流器和完全整流器、调节器、电桥、倍增器、以及线性转换器和开关转换器。

接收电路系统402可以进一步包括匹配电路412，其被配置为将接收耦合器404连接到功率转换电路系统406，或者替换地用于将功率转换电路系统406从接收耦合器204断开。将接收耦合器404从功率转换电路系统406断开不仅可以暂停对负载450的充电，还可以改变由发射器300(图3)“看到”的“负载”。

进一步考虑接收电路系统402，图4的ac至dc转换器408的至少一部分将包括整流器。使用在无线功率中的整流器(诸如全桥或倍压器类型的那些整流器)生成被整流的波形的奇次谐波。无线功率接收器还需要在宽范围的功率电平和dc输出电压内操作，该范围将取决于耦合、发射器功率和整流器上设置的dc负载而变化。低阶谐波(诸如三阶谐波和五阶谐波)可能难以在没有庞大、有损和昂贵的组件的情况下滤波。因此，无线传送接收电路系统402将受益于这样的整流器：它们不生成这些较低阶奇次谐波达相同程度，由此减少滤除这些谐波的需要。多电平整流器，其中用于整流器的周期性输入电压波形具有三个或更多个电平而不是每个循环(例如，周期性输入电压波形的每个周期)中只有高电平和低电平，可以帮助消除这些低阶谐波(通过从一开始减少或消除它们的生成)，而极大地简化电磁干扰(emi)合规性。

多电平整流器中的电平数目可以是三个、四个、五个或更多个。一定数目的示例将针对三电平整流器来详细解释，但是一经阅读本公开，针对多于三个电平的使用应当是明显的。本文中的许多示例描述了多电平整流器在无线功率传送的上下文中的使用，如可以在电池的无线充电时被使用。应当理解，本文描述的这些方法和装置可以更一般地被应用在其他高频整流应用中，或者被应用在如下的场合：与否则将使用先前技术(诸如以开环布置运行整流器)而获得的以其他方式可以提供的相比，期望更高的精度。

可以使用多电平整流器的场合的示例是在多兆赫兹范围中，诸如在无线充电应用中使用的6.78mhzism频带。在这样的应用中，接收电路可以在电压和电流两者的方面向整流器呈送高度可变的输入，这取决于发射器的详情以及接收元件和发射元件多强地被耦合，从而整流器可能需要处理比如4:1的电压范围和宽负载电流范围。负载或输入电压的改变可能更改将操作保持在零电压切换(zvs)之下并且正确地被定时以消除不期望的谐波所需要的开关定时。

多电平整流器可能发生定时误差。可能导致开环操作的在定时中的误差种类可能极大地降低谐波消去的有效性。系统时钟的传播延迟可能引入定时误差。定时误差也可能源于晶体管导通和关断。在一个晶体管的关断与相对的晶体管的导通之间的死时间(deadtime)允许晶体管漏极上的电压取决于负载而以不同的速率改变。

多电平整流器可以用来消除三次谐波，并且如本文中解释的，定时可以被调节以保持期望的谐波消去最佳地起作用。在高频处，波形的定时可以被更改以便改进由于波形上的改变所致的谐波。使用如本文描述的反馈方法，波形可以被校正。二次谐波(如果由于不完美的定时而存在)也可以被校正。更具体地，这里被用来确定用于多电平整流器的控制信号的反馈是整流器的输入处的信号，因为这个输入上的谐波是这里的主要兴趣。如此，下文没有着眼于输出电压上的闭环以便控制输出电压；然而，由于整流器的操作被反映在它的输入处生成的谐波中，因此仍然使用术语反馈。

图5图示了在去往多电平整流器电路的输入处的三电平输入电压波形。用于整流器的开关的控制信号可以被生成以引起三电平输入电压波形。图9图示了切换波形与控制信号的关系，这些控制信号应用到用于图8的实施例的开关而以不同的致动配置选择性地致动开关。具体地，用于控制整流器的三电平波形的一个周期被示出。在图5中，y轴表示三电平整流器的输出处的电压，并且x轴表示波形的相位。如所图示的，输出处的电压在第一相位角处从地升高到高状态，然后在第二相位角处从高状态变为中间状态(例如，高状态高于中间状态)，然后在第三相位角处从中间状态变为低状态(例如，低状态低于中间状态)，并且然后在第四相位角处从低状态返回到地。在所图示的示例中，第一至第四相位角分别是30度、150度、210度和330度，但是可以替代地使用其他相位角。在这个示例中，高状态对应于10v的输出，中间状态对应于0v的输出，并且低状态对应于-10v的输出，但是可以替代地使用其他电压。

图6示出了多电平波形的切换波形和相位角的另一示例，其可以用来控制同步整流器以使得三次和五次谐波被消去，但存在偶次谐波。由于在二次和四次谐波处仍然存在对可接受的电磁干扰(emi)的量的限制，因此可能可取的是将这些谐波也去除。通过采取图6中的波形并且减去它的180度相移版本，偶次谐波消失，因为波形现在是对称的。这在图7中图示出，图7示出了来自桥连接的三电平整流器的波形，其被定时以消除二次、三次、四次、五次、六次、八次和九次谐波。

在图5中可以看到，二次和三次谐波基本上不存在，但是五次谐波仍在那里。在6.78mhzism频带应用的无线功率应用中，由于二次和四次谐波落在ism频带上，所以可能优选的是如图6中图示的消去五次谐波而不是二次谐波。

为了获得并且维持正确的定时，尤其是在诸如6.78mhz的高频处，可能需要除了开环布置之外的某种布置。归因于创建波形所需要的栅极驱动器、逻辑和模拟电路系统中的传播延迟，定时可能变化。反馈机制被用于校正谐波，因为所需要的谐波抑制在没有反馈的情况下不能容易地被实现，以校正所涉及的频率处的定时波形。

图8示出了有源或同步整流器电路的示例，其可以用作三电平整流器并且还包括2分(divide-by-2)电荷泵。图11示出了用于具有谐波控制的三电平整流器的示例性实施例的框图。图12提供了用于提供反馈参数的电路系统的更多细节。图8中示出的拓扑可以与图11的系统一起用来生成图5和图6中示出的输入电压波形的不同电平的定时。然而，要注意，其他整流器拓扑也被设想到。例如，图8的拓扑的全桥连接的版本可以用来创建图7中的波形。

图8图示了多电平整流器的示例，诸如可以用于下面的图11的三电平整流器1102。如图8中示出的，整流器800包括前段802和后段804。去往整流器800的输入ac波形(例如，周期性输入电压波形)在节点vin处接收，并且整流器800的输出在节点vrect处提供。去往整流器800的控制输入包括ih、il、hh、hm、lm和ll，其中控制输入中的每个控制输入是去往相关联的栅极驱动器(其在图8中每个标记为“gd”)的输入。前段802包括两个晶体管801和803。整流器800的后段804包括晶体管821、晶体管823、晶体管825和晶体管827。

晶体管801的栅极由栅极驱动器811(输入ih的栅极驱动器)驱动，并且晶体管803的栅极由栅极驱动器813(输入il的栅极驱动器)驱动。这两个前段晶体管801和803串联，并且来自节点vin的信号被施加到这两个前段晶体管之间的节点。

后段晶体管在输出节点vrect与地之间形成串联的开关集合。晶体管821的栅极由栅极驱动器831(输入hh的栅极驱动器)驱动。晶体管823的栅极由栅极驱动器833(输入hm的栅极驱动器)驱动。晶体管825的栅极由栅极驱动器835(输入lm的栅极驱动器)驱动。晶体管827的栅极由栅极驱动器837(输入ll的栅极驱动器)驱动。

晶体管821耦合在输出vrect与第一中间节点之间。前段的晶体管801也耦合到该第一中间节点。晶体管823耦合在第一中间节点与节点vmid之间。晶体管825耦合在节点vmid与第二中间节点之间。前段的晶体管803也耦合到该第二中间节点。晶体管827耦合在第二中间节点与地之间。电容器c4841耦合在第一和第二中间节点之间。电容器841因此被“看到”为在前段的晶体管801和803的输出之间。

整流器的输出在vrect处获取，vrect通过平滑电容器c2855连接到地。整流器800上的负载由r2857表示，其可以连接在vrect处(在图8中示出为未连接)。多电平整流器拓扑给出可以用来选择两个不同输出电压的自由电荷泵，其中vrect是全输出电压，其可以连接到由r2857表示的负载，并且vmid是输出电压的一半，其可以连接到由r1853表示的负载。在电荷泵上设置负载可能增大整流器的谐波，但只是略微增大。具有对vmid或vrect的选择允许选择更接近期望电平的输出。替换的或次级的输出可以在vmid处获取，vmid在此处示出为通过平滑电容器c3851和负载电阻器r1851连接到地，但是r2857处的负载在这个表示中没有被连接。开关可以用来选择两个输出电压中的任何一个。

图9图示了具有被标记为0、1、2和3的多个不同状态的三电平波形的循环。其上面是表，该表将状态联系到图8中的不同驱动器的输入。对于前段，对于状态0、1，ih为高并且il为低；并且对于状态2、3，il为高并且ih为低。在后段中，对于状态0、3，hh和lm为低，并且hm和ll为高；并且对于状态1、2，hh和lm为高，并且hm和ll为低。

在示例性实施例中，三电平整流器使用锁相环(pll)生成低频信号上的定时，以在栅极驱动、逻辑和模拟电路系统中的延迟可忽略时(诸如低于1mhz)对波形进行整流；但是在更高的频率处，诸如在6.78mhz处，它们可能使多电平整流器的性能降级到如下的点，在该点处不存在关于emi的性能增益。图11中示出的多电平整流器控制电路1140可以提供控制回路(诸如由图11的反馈参数块1111和定时发生器1115来提供)，其可以用来调节边缘的定时以补偿任何缺陷。控制回路基于周期性输入电压波形的emi含量上的定时的影响来生成。

对三次谐波的电平的控制可以如下地实施。三次谐波是三电平波形的脉冲宽度的函数。只要脉冲宽度为60度，就不存在三次谐波，而不论脉冲在何处。因此，对宽度的调节可以用来控制三次谐波，并且三次谐波解调器可以用来确定如何调节定时以减少三次谐波。在真实的整流器中，脉冲不是完美的方形，因此理想的脉冲宽度将略微偏离60度。

控制五次谐波也可以是有益的。利用图5中的波形，存在五次谐波，但是没有偶次谐波。移动正脉冲和负脉冲(同时维持60度宽度)改变五次谐波电平，而对三次谐波没有影响。利用如图6中示出的在48度、168度、192度和312度处的边缘，三次和五次谐波被消去。偶次谐波开始出现，但是对于6.78mhzism频段应用，低阶偶次谐波落在ism频段上。五次谐波解调器可以用来检测五次谐波的相位和幅度，并且确定哪种方式来调节定时以减少五次谐波。

利用控制之下的三次和五次谐波，如果需要，可以通过使用三电平整流器的图8中的半桥的全桥版本来消除偶次谐波，而导致图7中示出的波形。解调二次谐波(与图12中的元件1203和1205一样)可以用来精细调谐由两个桥半部所需要的180度相移，以去除偶次谐波。这可以提供相对于减少五次谐波的显著改进。

通过这里讨论的波形中的任何波形，可以实现在谐振电流与去往整流器零电压切换的电压输入之间的有意相移的增加。零电压切换(zvs)可以减小高阶emi并且提高效率。图10示出了当整流器1000利用诸如关于图9所图示的波形进行操作时，在整流器的输入(例如，图10的vin)处的零电压切换波形的示例。

在图11的示例中，无线充电系统1100包括整流器1102。整流器1102可以是有源的或同步的。整流器1102可以从接收耦合器接收它的输入(例如，周期性输入电压波形)，接收耦合器包括耦合接收电感器1131和滤波器1133。滤波器1133可以包括各种滤波元件。整流器1102的输入处的周期性输入电压波形vres因此是来自接收耦合器的经滤波的信号，并且整流器1102从该经滤波的信号生成输出vrect。控制信号ih、il、hh、hm、lm和ll被提供给整流器1102。如下面更详细解释的，多电平整流器控制电路1140被配置为生成控制信号。这些控制信号通过切换控制电路系统1103被施加到整流器1102内的栅极驱动器，以表示多电平切换波形或它的状态。切换波形由定时发生器1115基于从多电平整流器控制电路1140的反馈参数块1111提供的参数来提供，定时发生器1115是多电平整流器控制电路1140的一部分，多电平整流器控制电路1140基于供应给整流器的电流波形和电压波形来生成控制信号，这些控制信号在生成控制整流器的开关的切换波形时被使用。在这个示例中，参数是时钟、分离调节参数和宽度调节参数。这些参数可以用来分别校正相位、二次谐波和三次谐波。反馈参数块1111包括锁相环(pll)1113，并且连接到整流器1102的输入vres以感测它的电压和去往整流器1102的电流。电流可以由电流感测回路1117来感测。关于对电压进行感测，这里描述的示例性实施例使用vin作为向反馈参数块1111的输入，但是在其他布置中，输入电压可以在去往反馈参数块1111之前由分压器缩减。

图12更详细地示出了多电平整流器控制电路1140的反馈参数块1111的示例。来自vres的电压感测连接到低通滤波器lpf1201，并且然后连接到pll1213。输入信号的基频在这个示例中被取为6.78mhz，但是其他频率是可能的。来自lpf1201的滤波器电压也被供应给相位检测器1209(如是电流感测结果)以确定电流、电压同步，并且生成用于相移块1215的控制信号。相位检测器1209的输出可以通过电容器1221连接到地以充当环路滤波器。相移块1215还从pll1213接收6x时钟并且生成clk信号。

生成时钟信号的相位反馈校正环路对准整流器输入处的电压波形和电流波形。在该控制回路中可以有意地引入电流与电压之间的有意相位偏移，以便允许整流器的软切换。如在这个示例中，实施方式可以采用电流传感器和电压传感器的形式。通过在继续排序经过多电平波形中的步骤之前等待换相，实施方式还可以采用在死时间期间的同步的形式。

为了生成分离调节，lpf1201的输出去往相移块1203，相移块1203的输出被发送到混频器1205。混频器1205还从来自pll1213接收2x时钟信号，并且通过低通滤波器1207提供分离调节信号，2x时钟信号具有与基波(这里是13.56mhz)的谐波相对应的频率。分离调节以状态0为代价来控制状态2的宽度(例如，状态的定时基于指示输入信号中存在的这种谐波的信号而被调节)。

平衡整流器(诸如倍压器整流器或全桥整流器)通常不生成偶次谐波。然而，同步整流器的定时中的不完美可能引起一些二次谐波。如在示例性应用中，当应用的二次谐波落在ism频带上时，在无线功率系统中校正二次谐波的需求并不是至关重要的。然而，校正它对消除高阶谐波可能是有用的。

通过对输入电压波形进行解调以提取它的二次谐波含量，可以校正二次谐波。混频器1205接收来自pll1213的参考时钟、以及输入电压的相移版本(来自相移块1203)，该参考时钟具有基波两倍的频率(在这个示例中为13.56mhz)，pll1213在一个输入上被同步到控制整流器的时钟。在1205处添加这些的叠加将导致如下的信号，该信号指示正半周期和负半周期需要在哪个方向上被移动以消去二次谐波。所要求的相移将使混频器的分离调节输出与需要的所要求的调节成比例。分离调节主要影响二次和五次谐波，其中校正二次谐波以五次谐波为代价，并且校正五次谐波以二次为代价。

lpf1201的输出也在相移块1215处被接收，相移块1215的输出然后去往混频器1217。混频器1217还从pll1213接收3x时钟信号，并且通过低通滤波器1219提供宽度调节信号，3x时钟信号具有基波的谐波处的频率(在这个示例中为20.3mhz)。宽度调节控制去往正的脉冲和去往负的脉冲的宽度；也就是说，状态1和3的宽度，以状态0和状态2的宽度为代价(例如，从而状态的定时基于指示输入中的该谐波的信号而被调节)。宽度调节主要影响三次谐波。

只要正脉冲和负脉冲为60度宽，针对上升时间和下降时间被补偿，三次谐波将被消去。对三次谐波的解调允许脉冲的宽度被调节，直到三次谐波被消去，而不论电路内的死时间和延迟。三次谐波校正环路与二次以相同方式工作，例外是脉冲的宽度(状态1和3)被调节。

图13图示了当控制回路进行调节以消去三次谐波时的三次谐波的消除。图13示出了利用二次和三次谐波和控制回路输出的仿真结果。图13示出了针对如下电路的仿真结果，该电路基于用于二次和三次谐波和控制回路输出的图11和图12的电路。底部迹线1301示出了整流器的输出斜升并且稳定在13v附近。顶部的迹线是相位误差1303、分离调节1305和宽度调节1307。中心的迹线集合示出了经解调的二次和三次谐波。迹线1311和1313分别示出了用于二次谐波的同相迹线和正交迹线。迹线1315和1317分别示出了三次谐波的同相迹线和正交迹线。如所示出的，在大约60μs之后，这些电平收敛到接近0mv。图12的相移块1203和1211分别用来针对二次和三次谐波而解调混频器1205和1217中的误差的指示。

为了进一步说明实施例的各方面的示例，如参考图11和图12所描述的，整流电路1100包括同步整流器，诸如三电平整流器1102耦合到输入1117以接收周期性输入电压波形。同步整流器1102包括多个开关，并且被配置为输出从周期性输入电压波形生成的第一整流器输出电压。整流电路1100进一步包括被配置为生成控制信号(例如，从切换控制电路1103输出)的多电平整流器控制电路1140，控制信号被耦合并且被配置为以不同的致动配置来选择性地致动多个开关。多电平整流器控制电路1140被配置为在周期性输入电压波形的周期(例如，循环)内循环通过多个不同状态，其中多个不同状态中的每个状态对应于调节多个开关的致动配置的对控制信号的调节(例如，经由切换电路1103)。多个不同状态中的每个状态使得周期性输入电压波形的电压电平处于至少三个不同电压电平(例如，如上面描述的多个电平)之一。多电平整流器控制电路1140电耦合到输入vin1117，并且进一步被配置为基于输入处的电流或电压电平的一个或多个特性来调节在多个不同状态之间切换的定时。

作为示例，一个或多个特性可以对应于周期性输入电压波形的基频的一个或多个谐波的指示、或相位信息和与谐波含量的量有关的信息的组合。多电平整流器控制电路1140可以被配置为调节在多个不同状态之间切换的定时，以减少一个或多个谐波。

更特别地，关于图12，多电平整流器控制电路1140可以包括被配置为接收第一信号和第二信号的混频器1205，第一信号具有在基频的谐波处的第一频率，第二信号基于基频处的周期性输入电压波形。多电平整流器控制电路1140被配置为基于混频器1205的输出来调节多个不同状态中的状态之一的定时。换言之，多电平整流器控制电路1140被配置为解调周期性输入电压波形的一个或多个谐波，并且基于该解调来调节多个不同状态中的状态之一的定时。

在一个方面，多个不同状态可以包括：与至少三个不同电压电平之一相对应的第一中间状态；与至少三个不同电压电平之一相对应的高状态；与至少三个不同电压电平之一相对应的第二中间状态；以及与至少三个不同电压电平之一相对应的低状态。多电平整流器控制电路1140调节高状态的宽度和低状态的宽度，以减少例如周期性输入电压波形的三次谐波。另外，多电平整流器控制电路可以调节高状态和低状态的分离，以减少输入波形的二次谐波。

整流电路1100可以是用于无线功率传送的接收电路的一部分，并且周期性输入电压波形由接收电路的接收耦合器1131输出，其被配置为响应于由发射器生成的磁场来生成周期性输入电压波形。

如果使用如图8中示出的整流器拓扑，则三电平整流器1102可以包括前段802，前段802包括连接在第一中间节点与输入之间的第一开关801、以及连接在输入与第二中间节点之间的第二开关803，其中电容841连接在第一和第二中间节点之间。三电平整流器1102可以进一步包括后段804，后段804包括：连接在第一输出节点与第一中间节点之间的第三开关821；连接在第一中间节点与第三中间节点之间的第四开关823；连接在第三中间节点与第二中间节点之间的第五开关825；以及连接在第二中间节点与地之间的第六开关827。整流器输出电压从第一输出节点vrect获取。

三电平整流器1102被连接以从第三中间节点(例如，在vmid处)提供第二整流器输出电压。

多电平整流器控制电路1140包括锁相环1213(图12)，其被配置为维持控制信号相对于周期性输入电压波形的相位。

此外，根据示例性实施例，提供了一种从周期性输入电压波形提供输出电压，同时减少周期性输入电压波形中的谐波的方法。该方法包括：经由包括多个开关的同步整流器电路，对周期性输入电压波形进行整流以生成输出电压。该方法进一步包括：生成控制信号，控制信号被耦合而选择性地以不同的切换配置来致动多个开关，以在周期性输入电压波形的周期内循环通过多个不同状态。多个不同状态中的每个状态使得周期性输入电压波形的电压电平处于至少三个不同电压电平之一。该方法进一步包括：基于周期性输入电压波形的电流或电压电平的一个或多个特性，来调节在多个不同状态之间切换的定时。

在另一方面，提供了一种整流装置，其包括用于对周期性输入电压波形进行整流以生成输出电压的部件。用于整流的部件例如可以对应于图11中示出的三电平整流器1102。整流装置进一步包括用于在周期性输入电压波形的周期内循环通过多个不同状态的部件。用于循环通过多个不同状态的部件可以对应于图11的多电平控制电路1140。多个不同状态中的每个状态使得周期性输入电压波形的电压电平处于至少三个不同电压电平之一。整流装置进一步包括用于基于周期性输入电压波形的电流或电压电平的一个或多个特性，来调节在多个不同状态之间切换的定时的部件。用于调节定时的部件也可以对应于图11的多电平控制电路1140。

根据本文描述的各方面实施例，提供了一种用于无线功率传送的装置，其包括接收电路，接收电路包括线圈(例如，图11的接收电感器1131)，线圈被配置为响应于由发射器生成的外部磁场而生成周期性输入电压波形。该装置进一步包括多电平整流电路，诸如图11的三电平整流器1102，其耦合到接收电路以在输入处从其接收周期性输入电压波形，并且输出用于向负载供电或充电的电压。多电平整流电路包括多个开关，多个开关被控制以在多电平整流电路的输入处引起至少三个电压电平，其中至少三个电压电平中的每个电压电平对应于多个开关的多个不同状态之一。该装置包括反馈电路，诸如图11的多电平控制电路1140的反馈块1111，其耦合到接收电路并且被配置为输出一个或多个信号，该一个或多个信号指示周期性输入电压波形的一个或多个谐波。该装置进一步包括多电平整流器控制电路1140，其被配置为基于指示谐波的一个或多个信号来调节在多个不同状态之间切换的定时。

由上面描述的装置或系统执行的方法的各种操作可以由能够执行这些操作的任何合适的部件来执行，诸如(多个)各种硬件和/或软件组件、电路、和/或(多个)模块。一般而言，附图中图示的任何操作或组件可以由能够执行所图示组件的操作的对应功能部件来执行或替换。

信息和信号可以使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示。例如，贯穿上文描述中可能参考的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以通过电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或它们的任何组合来表示。

关于本文公开的实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实施为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，各种说明性的组件、块、模块、电路和步骤已经在上文一般地按照它们的功能被描述。这样的功能被实施为硬件还是软件取决于特定应用和施加于整个系统的设计约束。所描述的功能可以针对每个特定应用以不同的方式实施，但是这样的实施例决策不可以被解释为引起从这里提出的实施例范围的偏离。

关于本文公开的实施例所描述的各种说明性块、模块和电路可以利用被设计为执行本文描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或它们的任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但是在替代方式中，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实施为计算设备的组合，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合dsp内核、或任何其他这样的配置。

关于本文公开的实施例所描述的方法或算法的步骤和功能可以直接具体化在硬件中，在由处理器执行的软件模块中、或在两者的组合中。如果实施在软件中，则功能可以作为一个或多个指令或代码存储在有形的非暂态计算机可读介质上或通过其传输。软件模块可以驻留在随机访问存储器(ram)、闪存、只读存储器(rom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)、寄存器、硬盘、可移除盘、cdrom、或本领域已知的任何其他形式的存储介质中。存储介质耦合到处理器，以使得处理器可以从存储介质读取信息并且向存储介质写入信息。在替代方式中，存储介质可以与处理器形成整体。如本文使用的盘和碟包括紧致碟(cd)、激光碟、光碟、数字多功能碟(dvd)、软盘和蓝光碟，其中盘通常磁性地再现数据，而碟利用激光光学地再现数据。以上的组合也可以被包括在计算机可读介质的范围内。处理器和存储介质可以驻留在asic中。

出于概述本公开的目的，本文已经描述了某些方面、优点和新颖特征。将理解，不是必然根据任何特定实施例都可以实现所有这些优点。因此，这里描述的各个方面可以按实现或优化如本文所教导的一个优点或一组优点的方式被具体化或执行，而不是必然实现本文可能教导或建议的其他优点。

在附图中示出和/或在本文中讨论为彼此电连接、电耦合或进行通信的(功能性或其他方面)组件被通信地耦合。也就是说，它们可以直接地或间接地被连接，以使得信号在它们之间的通信或其他传送成为可能。

“项目(诸如实施例)是示例性”的描述是如下的指示：正被描述的项目是一种示例。术语“示例性”的使用不一定指示正被描述的项目好于或优于其他项目，例如，其他实施例。

上面描述的实施例的各种修改将容易是明显的，并且不偏离本公开的精神或范围，本文定义的一般原理可以应用到其他实施例。因此，本公开不限于本文示出的实施方式，而是符合与本文公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。