具有可调整功率输出的共振无线供电驱动器的制造方法
【专利说明】具有可调整功率输出的共振无线供电驱动器
[0001] 优先权信息
[0002] 此申请案基于编号为No. 61/782604,且于2013年3月14日申请的临时申请案而 主张优先权，上述所列的专利参考文献全体皆引用作为本说明书的揭示内容。
【背景技术】
[0003] 本发明是有关于一种共振无线供电（RffP)，特别是有关于一种共振无线供电驱动 器，其具有可调整的电源输出。
[0004] 无线供电（WP)传送系统使用在两个电磁线圈之间的互电感，以透过电磁感应来 传送功率。这些系统一般归类于"感应"或"共振"。在一个纯粹的感应无线供电传送系统 中，其运作如同变压器的一次侧绕阻的源线圈，被电压或电源所驱动。其运作如同二次侧绕 阻的接收线圈，则直接地连接或者透过一交流耦合电容器来连接桥式整流器。在此两个绕 阻中的电压以及电流可由通常用来描述变压器的比例关系来决定。
[0005] 在一共振无线供电（RWP)传送系统中，源线圈以及接收线圈连接至多个电容器以 形成电共振器。以电路设计的观点来看，这些电容器的功能是用来消除电感器的一些电抗 性阻抗，这使得更多的功率在一既定电压上传送。这些电感器的阻抗以及电容器在与操作 频率相反的方向上变化，所以消除仅在较小的频率范围中有效。换句话说，共振无线供电系 统利用一些被调整至功率将被传送时所处的特定频率的电路。这些电路一般不允许电源在 其它频率上传送。
[0006] 为了让RWP在大范围的负载条件下高效率地操作，无线供电源（source)的功率输 出必须是可调整的。若无线供电源的功率输出太低，可能无法提供足够的功率给接受装置。 若无线供电源的输出功率太高，可能造成额外的电流，导致能源的浪费。
[0007] 对于MHz频率的RWP供电源，经常使用E类放大器来将直流功率转换为交流。此 E类放大器仅在一特定工作周期上有效，所以不可能使用工作周期控制来调变功率，一般也 不可能随着所有接收装置被调整至一特定频率而改变频率。调整功率等级的已知方式是在 输入直流电源供应与E类放大器之间的直流-直流转换器。然而，此直流-直流转换器将 导致一些效能损失，也增加了供应源电子电路设计方面的复杂度。
【发明内容】
[0008] 根据本发明的一方面，提供了一种共振无线供电（RWP)系统，其包括信号产生器 与放大器架构。信号产生器提供一输入信号波形。放大器架构由一固定直流供应电压来供 电。放大器架构配置为差动放大器或单端放大器一样被操作，以提供两不同的输出功率等 级、在促发模式下提供一输出功率等级范围、或者使用在被调整的一匹配网络中的一电容 器来提供一输出功率等级范围。
[0009] 根据本发明的另一方面，提供了一种控制方法，用以控制共振无线供电系统。此控 制方法包括步骤：提供一放大器架构。此放大器架构由一固定直流供应电压来供电。放大 器架构配置被使用差动放大器或单端放大器操作，以提供两不同的输出功率等级、在促发 模式下提供一输出功率等级范围、或者使用在被调整的一匹配网络中的一电容器来提供一 输出功率等级范围。
【附图说明】
[0010] 图1表示共振无线供电传送器的一示例。
[0011] 图2表不根据本发明一实施例的系统，其改变放大器的输出功率。
[0012] 图3表示根据本发明另一实施例的系统，其改变放大器的输出功率。
[0013] 图4表示促发模式模式的特性。
[0014] 图5表不根据本发明又一实施例的系统，其改变放大器的输出功率。
[0015] 图6表示根据本发明一实施例的简化供电源电路。
[0016] 图7表示根据本发明一实施例的匹配阻抗控制架构。
[0017] 图8表示根据本发明一实施例，着重于差动E类放大器的共振无线供电系统。
【具体实施方式】
[0018] 本发明实施例提供一种电路与方法，以控制来自E类放大器的功率而不需使用工 作周期控制、频率变异、或直流-直流转换器。
[0019] 图1是表示共振无线供电传送器2的一示例。一固定直流电压12提供电源输入 至传送器。直流-直流转换器4将此固定直流电压12转换至放大器8所要求的电压电平。 信号产生器6提供相位与频率参考信号至放大器输入端。
[0020] 在共振无线供电（RWP)传送器2的一实施例中，这些信号包括具有连续固定频率 且相位彼此相反的两个方波。放大器8在信号产生器6的频率下根据直流-直流的输出来 产生输出功率。放大器8的输出功率透过匹配网络10而传送至源线圈L1。匹配网络10提 供在放大器8与源线圈Ll之间的阻抗匹配，确保功率有效地传送至源线圈Ll。当一相配的 接收线圈耦接源线圈Ll时，其透过电磁耦合来无线地接收功率。
[0021] 根据无线供电系统的操作条件，出自供电源的所需功率可在一些范围中变化。在 图1的系统中，改变放大器输出功率的常见方法是改变在放大器输入上的电压。直流-直 流转换器4只在需要时被要求来改变放大器输出功率。假使输出功率可藉由使用固定电压 12而改变，则可排除直流-直流转换器4,因此改善效率并减少系统复杂度。虽然频率与 工作周期调变已使用于感应充电系统以改变供电源功率，但是此技术并不适合于高共振系 统。可理解，放大器8可包括任何类型的放大器，例如D类、E类、F类放大器。
[0022] 图2表示根据本发明一实施例的系统20,其改变放大器8的输出功率而不需使用 输入电压、频率、或工作周期调变。在此方块图中，放大器8是直接地由固定直流电压12供 电，而此处不具有直流-直流转换器。图中所示的放大器8通常是如同差动放大器一样被操 作，产生相等以及反向的输出电压。事实上，放大器8包括两个组件放大器22与24。假使 信号产生器6禁能其频率参考信号的其中之一，对应的组件放大器24则不起作用。因此， 来自放大器8的输出功率可减少一半。这提供了输出功率调整的两个等级，对于一些基本 的无线供电系统来说可能是足够的。
[0023] 图3表示根据本发明另一实施例的系统30,其改变源输出功率。如同在图2的实 施例所示，放大器8由固定直流电压12来供电。在此方法中，信号产生器6所提供的频率参 考信号并非是连续方波，而是一系列连串在操作频率下的促发模式，在其中穿插多个静止 期间。此波群