中N个PMOS管并联后一端与电源正极相连，另一端与谐振补偿电容相连；NfPM0S管并联后一端与电源正极相连，另一端与发射电感同名端相连；N个NMOS管并联后一端与谐振补偿电容相连，另一端与电源负极相连；N个NMOS管并联后一端与发射电感同名端相连，另一端与电源负极相连。
[0018]本发明的优选实施例，发射电路由直流电源，频率倍增电路，发射电感LI，谐振补偿电容Cl构成；接收电路为接收电感L2和整流电路滤波电路以及子芯片上的负载，C2表征的是接收电感的寄生电容。
[0019]在本发明的另一个优选实施例中，所述的磁耦合谐振无线供电系统还包括与频率倍增电路相连的控制信号发生电路。
[0020]频率为f I的控制信号由片外输入给频率倍增电路，频率倍增电路将直流电能转换成频率为f2的交流电从频率倍增电路的输出端输出，f2=N*fl，N为频率倍增电路的频率倍增倍数，原边发射电感和谐振补偿电容的谐振频率为f2 ;接收电感L2接收到磁谐振传递的能量并经整流电路后为负载直流电能。通过所述的谐振补偿电容使整个无线供电系统工作在谐振状态，使得接收电感和其自身的寄生电容的自谐振频率并不需要在系统工作频率附近，进而提高无线供电的功率和效率。
[0021]如图2所示，其给出了频率倍增电路示意图。为叙述方便，图2中仅给出了 N=2时的频率倍增电路示意图。如图3所示，其给出了频率倍增电路控制信号波形图，图3左边是频率倍增电路电压Vab与控制信号AI，EI，BI，DI的波形图，右边是Vab与控制信号A2，E2，B2，D2的波形图。为获得系统工作频率f2，频率均为fl的控制信号Al，A2，BI，B2，Dl,D2，El, E2应该这样设计:首先，使得晶体管Mai与Mei导通l/(2*f 2)时间，电流从Mai流过CULl流向Mei;然后，晶体管Mbi与MD1导通l/(2*f 2)时间，电流从Mbi流过L1、C1流向MD1，LI与Cl上的电流已换向；接着，晶体管Ma2与Me2导通l/(2*f 2)时间，电流从Ma2流过C1、L1流向Me2;然后，晶体管Mb2与MD2导通l/(2*f2)时间，电流从Mb2流过L1、C1流向Md2;然后又是晶体管Mai与Mei导通l/(2*f 2)时间，接着是Mbi与MD1导通l/(2*f 2)时间......如此循环。
则应有 l/fl=(l/(2*f2))*4，所以 f2=2*f10
【主权项】
1.一种用于三维叠层芯片的磁耦合谐振无线供电系统，其特征在于:包括电源、频率倍增电路、谐振补偿电容，发射电感、接受电感、整流及滤波电路和负载，所述发射电感的同名端与频率倍增电路的一端连接，发射电感的异名端与谐振补偿电容的一端连接，所述谐振补偿电容另一端与频率倍增电路连接，频率倍增电路另外的三端分别与控制信号、电源的正极、电源的负极连接；所述接收电感的同名端与发射电感的同名端同向；接收电感两端接入整流滤波电路的输入端，整流滤波电路的输出端与负载相连；所述的频率倍增电路包括2*N个PMOS管和2*N个NMOS管，其中N个PMOS管并联后一端与电源正极相连，另一端与谐振补偿电容相连办个PMOS管并联后一端与电源正极相连，另一端与发射电感同名端相连；NfNM0S管并联后一端与谐振补偿电容相连，另一端与电源负极相连；NfNM0S管并联后一端与发射电感同名端相连，另一端与电源负极相连。
2.如权利要求1所述的用于三维叠层芯片的磁耦合谐振无线供电系统，其特征在于还包括控制信号发生电路，所述控制信号发生电路为所述频率倍增电路提供控制信号。
3.一种如权利要求1所述磁耦合谐振无线供电系统的控制方法，其特征在于: 控制信号由片外提供；母芯片上的频率倍增电路接收由片外输入的控制信号，将电源的电能通过原边电路转换成正弦波电流传递到副边电路，且正弦波电流频率为控制信号的N倍，N为频率倍增电路的倍频倍数，N为自然数，N>0 ;所述整流滤波电路将磁耦合谐振电路传递的正弦波电流整流为正弦半波电流，再经滤波后获得直流电压提供给子芯片作为负载的供电电压。
4.如权利要求3所述磁耦合谐振无线供电系统的控制方法，其特征在于: 通过所述的谐振补偿电容使整个无线供电系统工作在谐振状态，使得接收电感和其自身的寄生电容的自谐振频率并不需要在系统工作频率附近，进而提高无线供电的功率和效率。
5.如权利要求3所述磁耦合谐振无线供电系统的控制方法，其特征在于:系统工作频率f2=N*f\，其中是控制信号频率，N是频率倍增倍数，N是自然数，N>0?
6.如权利要求3所述磁耦合谐振无线供电系统的控制方法，其特征在于: 为获得系统工作频率f2，频率均为Π的控制信号Ai，Bi, Ei, Di的设计方法如下，其中i=l,2,…，N:首先，使得晶体管Mai与Mei导通I/(2*f2)时间，电流从Mai流过Cl、LI流向Mei;然后，晶体管Mbi与MD1导通l/(2*f 2)时间，电流从Mbi流过L1、Cl流向Mdi，LI与Cl上的电流已换向；接着，晶体管Ma2与Me2导通l/(2*f2)时间，电流从Ma2流过Cl、LI流向Me2;然后，晶体管Mb2与M D2导通I/ (2*f 2)时间，电流从Mb2流过L1、Cl流向M D2;同理使各组PMOS管和NMOS管导通，最后是晶体管Mita与M En导通I/ (2*f 2)时间，接着是MBn与M Dn导通I/ (2*f 2)时间；接着又是晶体管Mai与Mei导通l/(2*f2)时间，晶体管Mbi与Mdi导通l/(2*f2)时间，如此循环，则应有l/fl=(l/(2*f2))*4，所以f2=2*f10
【专利摘要】本发明公开了一种用于三维叠层芯片的磁耦合谐振无线供电系统及其控制方法，应用于三维叠层芯片中，包括电源、频率倍增电路、谐振补偿电容，发射电感、接受电感、整流及滤波电路和负载；其中，控制信号由片外提供；母芯片上的频率倍增电路接收由片外输入的控制信号，将电源的电能通过磁耦合谐振电路的原边电路转换成正弦波电流传递到副边电路，且正弦波电流频率为控制信号的N倍，N为频率倍增电路的倍频倍数，N为自然数，N>0；所述整流滤波电路将磁耦合谐振电路传递的正弦波电流整流为正弦半波电流，再经滤波后获得直流电压提供给子芯片作为负载的供电电压。高频无线电能传输，减小了对片上电感感值大小和尺寸的要求，节省了片上面积。
【IPC分类】H01F38-14, H02J17-00
【公开号】CN104779717
【申请号】CN201510210135
【发明人】朱晓雷, 孙柳盛, 徐俊威, 毛卫军
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月29日