用于无线电力传输的方法和设备以及感测和控制电路与流程

本公开内容涉及无线电力传输。

背景技术

无线充电允许便携式设备用户在没有充电电缆的情况下为便携式设备的内部电池充电。便携式设备的一些示例包括手机、平板电脑、健身追踪器和其他便携式设备。不同类型的设备可能需要从无线充电器输出不同的功率。例如，平板电脑在充电期间可能会比健身追踪器汲取更多功率。一些无线充电解决方案可能一次为多个设备充电。因此无线充电方案可能面临在一系列功率输出水平和负载条件下运行的挑战。

技术实现要素：

一般而言，本公开内容涉及一种无线电力传输(wpt)系统，其在宽范围的负载条件和功率输出需求下向便携式设备有效地传输功率。在一些示例中，wpt系统以khz或mhz范围内的开关频率操作，并且开关和驱动器损耗是功率放大器总损耗的主要部分。减少驱动器和开关损耗有助于提高系统效率，尤其是在半桥操作期间。本公开内容的wpt系统通过以半桥模式或全桥模式操作并且在模式之间自动地改变来减少驱动器和开关损耗，从而在宽范围的负载和功率输出条件下向便携式设备有效地传输功率。

本公开内容的wpt系统可以包括全桥d类零电压切换(zvs)拓扑功率放大器以及其他类似的拓扑。在全桥模式下，当负载和/或功率需求较高时，两个半桥均可以以高输入电压同步操作。然而，全桥拓扑在低功率和低阻抗操作中可能效率较低。放大器通过关断且保持关断半桥中之一的高侧开关并且接通且保持接通同一半桥的低侧开关来以半桥模式操作。半桥操作可以通过消除关断的半桥的驱动器和开关损耗来减小驱动器和开关损耗，因此可以提高wpt系统的整体系统效率。

在一个示例中，本公开内容涉及一种方法，该方法包括：由感测和控制单元确定电力传输电路的输出阻抗；以及由感测和控制单元确定电力传输电路的输出功率。响应于确定出输出阻抗大于输出阻抗阈值或者输出功率大于输出功率阈值，由感测和控制单元选择电力传输电路的全桥操作模式；以及响应于确定出输出阻抗小于输出阻抗阈值或者输出功率小于输出功率阈值，由感测和控制单元选择电力传输电路的半桥操作模式。

在另一示例中，本公开内容涉及一种感测和控制电路，包括：第一感测电路，其中，第一感测电路被配置成确定反映到功率放大器电路的阻抗；第二感测电路，其中，第二感测电路被配置成确定所述功率放大器电路的输出功率；以及第三感测电路，其中，所述第三感测电路被配置成确定所述功率放大器电路的dc输入电压。响应于确定出：反映到功率放大器电路的阻抗大于阻抗阈值，输出功率大于输出功率阈值，或者dc输入电压大于dc输入电压阈值，感测和控制电路被配置成选择功率放大器电路的全桥操作模式。响应于确定出：反映到功率放大器电路的阻抗小于阻抗阈值，输出功率小于输出功率阈值，或者dc输入电压小于dc输入电压阈值，感测和控制电路被配置成选择功率放大器电路的半桥操作模式。

在另一示例中，本公开内容涉及一种用于无线电力传输的设备，该设备包括：功率放大器电路以及感测和控制电路。该功率放大器电路包括：第一半桥电路，包括第一高侧开关和第一低侧开关；以及第二半桥电路，包括第二高侧开关和第二低侧开关，其中，第一半桥电路和第二半桥电路被布置为全桥电路。感测和控制电路被配置成：确定反映到功率放大器电路的阻抗，确定功率放大器电路的输出功率，响应于确定出反映到功率放大器电路的阻抗大于阻抗阈值或者输出功率大于输出功率阈值，选择功率放大器电路的全桥操作模式。响应于确定出反映到功率放大器电路的阻抗小于阻抗阈值或者确定出输出功率小于输出功率阈值，选择功率放大器电路的半桥操作模式。

在附图和下面的描述中阐述了本公开内容的一个或更多个示例的细节。根据说明书和附图以及权利要求，本公开内容的其他特征、目的和优点将是明显的。

附图说明

图1a是示出可以将电力传输到多于一个接收单元的示例性无线电力传输系统的概念图。

图1b是示出示例性电力传输单元(ptu)和电力接收单元(pru)的一些内部部件的框图。

图2a是示出描绘反映到其他部件的阻抗的示例性ptu和pru的框图。

图2b是描绘wpt系统可以操作的阻抗范围的图。

图2c是示出wpt系统在功率和阻抗操作范围上的操作模式的图。

图3a是示出根据本公开内容的一个或更多个技术的作为用于无线电力传输的设备的一部分的功率放大器电路的示意性框图。

图3b是根据本公开内容的一个或更多个技术的另一示例性功率放大器电路配置的示意性框图。

图3c是示出根据本公开内容的一个或更多个技术的在wpt系统中使用的功率放大器的另一示例性拓扑的示意性框图。

图4a描绘了包括连续模式转变的示例性电力传输电路模式信号。

图4b描绘了从全桥模式通过连续模式转变转变至半桥模式的示例性门控制信号。

图4c描绘了从半桥模式通过连续模式转变转变至全桥模式的示例性门控制信号。

图5是示出在阻抗变化时示例性功率放大器电路的模拟效率的图。

图6是示出在功率需求变化时示例性功率放大器电路的模拟效率的图。

图7是示出根据本公开内容的一个或更多个技术的无线电力传输电路的示例性操作模式的流程图。

图8是示出根据本公开内容的一个或更多个技术的无线电力传输电路的另一示例性操作模式的流程图。

具体实施方式

通常，本公开内容涉及无线电力传输(wpt)系统，其在宽范围的负载条件和功率输出需求下有效地将电力传输到便携式设备。在一些示例中，wpt系统以khz或mhz范围内的开关频率运行，开关和驱动器损耗是功率放大器总损耗的主要部分。减少驱动器和开关损耗有助于提高系统效率，尤其是在半桥运行期间。本公开内容的wpt系统通过在半桥模式或全桥模式操作并且在模式之间自动地改变来减少驱动器和开关损耗，以便在宽范围的负载和功率输出条件下向便携式设备有效地传送功率。

本公开内容的wpt系统可以包括全桥d类零电压切换(zvs)拓扑或一些其他类似的拓扑。在全桥模式下，当负载和/或功率需求高时，两个半桥均以高输入电压同步操作。然而，全桥拓扑在低功率和低阻抗操作中可能效率较低。放大器通过关断且保持关断半桥中之一的高侧开关并且接通且保持接通同一半桥的低侧开关而在半桥模式下工作。半桥操作可以减少驱动器和开关损耗，并且可以提高wpt的系统效率。

利用谐振配置，wpt可以在发射器充电区域上同时对多个设备和不同类型的多个设备进行充电。改变发射器充电区域上设备的位置和方向可能会改变反映回wpt的电力发射单元(ptu)的阻抗。这可能导致显著不同的负载条件。例如，平板电脑、电力接收单元(pru)当在第一方向上集中在发射器充电区域上时可以高效地操作来在半桥模式下传输功率。然而，将平板电脑移向发射器充电区域的边缘并改变平板电脑的方向可能需要ptu切换到全桥模式以传送足够的功率来为平板电脑充电。

本公开内容的wpt系统可以检测反映(reflect)至ptu的负载阻抗，并且当负载超过阈值时，wpt系统将激活第二半桥以在全桥模式下操作。类似地，wpt系统可以检测所请求的功率，并且当功率下降到所传输的功率的某个阈值时，wpt可以关断功率放大器的第二支路并以半桥模式操作。

在其他示例中，本公开内容的wpt系统可以感测至功率放大器的dc输入电压以确定是否切换到全桥模式或半桥模式。如上所述，wpt系统可以响应于系统操作的需求来增加或减少功率放大器的dc输入电压。因此，dc输入电压的大小与功率放大器的反映阻抗以及功率放大器的功率输出有关。通过监测dc输入电压，wpt系统可以确定是否在全桥和半桥模式之间切换以达到最佳的系统效率，这是因为负载阻抗或功率需求例如通过改变发射器充电区域的设备数目和设备定向而改变。

本公开内容的描述将集中于谐振感应技术，诸如在无线电力联盟(a4wp)rezence标准中所描述的。然而，类似的技术也可以应用于在无线电力联盟(wpc)、电力事务联盟(pma)标准或其他无线电力传输标准中的低功率qi磁共振标准下运行的wpt系统。

图1a是示出可以将功率传输到多于一个接收单元的示例性无线电力传输系统的概念图。图1a示出了向pru10a-10e无线地传送功率的ptu20a。在一些示例中，ptu20a可以向比图1a中示出的pru更多或更少的pru传送功率。pru10a-10e的一些示例可以包括手机、笔记本电脑、诸如无线鼠标等笔记本配件、可穿戴设备、智能手表、平板电脑以及诸如电力工具电池等其他电池供电设备。在一些示例中，ptu20a可以是在诸如33w的特定最大负载下具有最大效率和目标设计点的4类发射器系统。33w的示例负载可以对应于平板电脑中的1个4类(cat4)接收器(13w)，智能手机中的2个3类(cat3)接收器(6.5w)以及三个1类(cat1)和2类(cat2)智能手表或健身追踪器。其他示例功率水平可以包括更高的功率水平，例如70w。

ptu20a可以包括用于wpt系统的控制和通信协议，其可以向ptu提供pru特性的反馈以优化效率和故障保护。在ptu20a与pru10a-10e之间的双向通信由通信链路15指示。在ptu20a与pru10a-10e之间的功率传输由电力链路25指示。

在操作中，用户可以在发射器充电区域内自由地移动充电项目(例如，智能手机或支持无线充电的其他设备)，并且ptu20a可以提供令人满意的功率水平来对该项目进行操作或充电。可以对多个项目充电，这可能会大大改变ptu20a必须提供的功率水平。ptu20a上的负载状况还可以根据项目的类型(例如，笔记本电脑或健身追踪器)以及项目在发射器充电区域上的位置和方向而变化。发射器充电区域也可以被称为充电表面。本公开内容的技术可以提高wpt系统的电力发射单元中的功率放大器的效率，特别是在低功率和低阻抗操作期间。wpt系统也可以被称为无线充电系统。本公开内容的技术可以扩展关于ptu20a内的功率放大器的有效操作的功率范围。

图1b是示出示例性ptu和pru的一些内部部件的框图。ptu或pru的其他示例可以包括更多或更少的部件并且图1b的示例中示出的一些功能可以组合或包含在不同于所示的功能块中的功能块中。例如，pru10的整流器12可以包括匹配电路(图1b中未示出)。

pru10对应于图1a中描绘的pru10a-10e并且可以是具有或不具有内部电池的手机、平板电脑或类似设备。pru10包括接收器(rx)谐振器11、整流器12、dc至dc转换器14、pru负载16和mcu18。

rx谐振器11可以是线圈或者接收从ptu20耦合的功率的类似结构。rx谐振器11可以被调谐为在诸如6.7mhz至6.9mhz的特定频率范围内操作，或者调谐至特定频率。

整流器12将来自rx谐振器11的交流(ac)转换成直流(dc)，并将该功率信号传输到dc至dc转换器14。整流器12还可以发送信息并从mcu18接收命令。例如，整流器12可以确定来自rx谐振器11的功率水平或电流，并向mcu18发送指示所确定的功率水平或电流的信号。

dc至dc转换器14可以将来自整流器12的信号的电压水平转换成供pru负载16使用的更高或更低的电压。dc至dc转换器14还可以感测与pru10的操作有关的信息并向mcu18发送指示电压、电流或类似信息的信号。例如，dc至dc转换器14可以检测到dc至dc转换器14的输入电压和dc至dc转换器14输出到pru负载16的输出电压，并将电压值传送给mcu18。

pru负载16可以包括在未连接至ptu20时为pru10供电的内部电池。在其他示例中，pru负载16可以直接为pru10的操作供电。

mcu18可以包括任何类型的处理器，包含：微控制器(mcu)，例如在包含处理器内核、存储器和可编程输入/输出外围设备的单个集成电路上的计算机、微处理器(μp)(例如单个集成电路(ic)上的中央处理单元(cpu))或其他类型的控制器；数字信号处理器(dsp)；专用集成电路(asic)；现场可编程门阵列(fpga)；片上系统(soc)或等效的分立或集成逻辑电路。处理器可以是集成电路，即集成的处理电路，并且集成的处理电路可以被实现为固定的硬件处理电路，可编程的处理电路和/或固定的和可编程的处理电路的组合。mcu18可以从pru10的部件(例如整流器12和dc至dc转换器14)接收指示电压、电流、功率的信号或其他这样的信号。mcu18可以控制pru10所具有的某些功能，包括通信和信号传输指令，以及控制用于与ptu20通信的电路。mcu18可以将从传感器接收的诸如电压水平等信息发送给ptu20，这会影响ptu20的操作。

图1b的示例中的ptu20包括发射器(tx)谐振器21、匹配电路22、功率放大器24、电源26和mcu28。ptu20可以根据rezence标准或其他wpt标准来操作为wpt系统。

tx谐振器21可以是类似的rx谐振器11，因为其可以包括以下线圈或类似结构：其将从功率放大器24接收的功率传输到位于发射器充电区域内的一个或更多个pru中的一个或更多个rx谐振器线圈。匹配电路22将tx谐振器21的输入阻抗与功率放大器24的输出阻抗相匹配。ptu20也可以称为电力传输电路。

功率放大器24可以包括全桥功率放大器，其可以在较低功率或负载阻抗下作为半桥功率放大器来操作。在一些示例中，功率放大器24包括布置为h桥的两个支路的两个半桥电路。在一些示例中，ptu20的功率放大器24可以包括d类、零电压切换(zvs)电路拓扑或另一种类似的拓扑。

全桥拓扑对于高功率应用可能具有优势，但全桥拓扑在低功率和低阻抗操作期间可能具有低效率。当作为半桥放大器工作时，功率放大器24的两个半桥中的一个可以被禁用。在全桥模式下，两个半桥放大器电路可以同步工作。以这种方式，功率放大器24可以被配置成在ptu20的预期功率需求的整个范围和负载阻抗范围内有效地操作。在本公开内容中，全桥模式可以被认为等同于高功率模式并且半桥模式可以被认为等同于低功率模式。然而，如贯穿本公开内容所讨论的，选择全桥或半桥模式可能不仅取决于要传送的功率的量，而且取决于所反映的阻抗或至功率放大器的dc供电电压的水平。

ptu20的mcu28可以类似于mcu18，其中mcu28可以包括如上所述的任何类型的处理器，并且可以包括用于在ptu20与pru10之间传输信息和命令的通信功能。

mcu28可以根据一个或更多个因素在全桥操作和半桥操作之间进行选择。一个因素可以是发射器充电区域内的设备或pru的类型或数量。例如，与一个或更多个健身追踪器相比，pru10可能为笔记本计算机提供明显更多的功率。笔记本计算机或多个不同的设备可以使从pru10请求的功率超过输出功率阈值。mcu28可以选择全桥模式来提供所需的较高功率。

可以被mcu28使用来选择操作模式的第二因素是反映到功率放大器24的负载阻抗。例如，诸如手机等pru可以被定向在充电表面上，使得tx谐振器21和rx谐振器11可以高效地传输功率。因此，反映到功率放大器24的负载阻抗可能小于阻抗阈值。mcu28可以选择半桥模式，这可以降低功率放大器24和pru10的驱动器和开关损耗，并且因此在较低的阻抗下更有效。放置在充电表面的边缘上的或取向使得tx谐振器21和rx谐振器11的效率较低的手机可能超过阻抗阈值，并导致mcu28选择高功率或全桥模式。

在其他示例中，mcu28可以感测至功率放大器24的dc输入电压(vdcin)以确定是否切换到全桥模式或半桥模式。响应于上面讨论的系统操作需求，mcu28可以增加或减少从电源26至功率放大器24的dc输入电压。vdcin的幅度与功率放大器24的反映阻抗以及功率放大器24的功率输出有关。由于负载阻抗或功率需求改变，通过监测dc输入电压，wpt系统可以确定是否在全桥和半桥模式之间切换以达到最佳的系统效率。

mcu28可以被称为ptu20的感测和控制单元或感测和控制电路。mcu28可以部分地基于ptu20的操作条件来调整输出功率阈值、阻抗阈值、vdcin阈值或其他阈值。工作条件可能包括环境温度、最大电源电压、最大谐振电流和类似因素。在一些示例中，mcu28可以监测设备温度，并且如果设备温度超过阈值，则mcu28可以停止输送功率。高设备温度可能指示电池有问题，并且关闭电源可以防止设备损坏、起火或爆炸。类似地，响应于谐振器电流超过阈值，mcu28可以减小或关闭功率放大器24，这可以防止损坏谐振器或其他系统部件。

图2a是示出描绘反映到其他部件的阻抗的示例ptu和pru的框图。pru10f和ptu20b的部件对应于图1a和图1b中描绘的类似部件。

图2a描绘了zload54，它是反映到ptu20b的功率放大器24d的阻抗。换言之，zload54是功率放大器24d在功率放大器24d的输出处看到的阻抗，其与功率放大器24d的输出阻抗不同。zload54是通过匹配网络32、rx谐振器11a(l2)和tx谐振器21a(l1)反映的、来自pru10f的滤波器整流器负载34。功率放大器24d可以对应于图1b中描绘的功率放大器24以及以下图3a至图3c中描述的功率放大器24a至24c。

图2b是描绘wpt系统可以操作的阻抗范围的图。图2b的y轴指示阻抗的实部或电阻。x轴指示阻抗的虚部。操作角36、38、40和42指示诸如图2a中的ptu20b等ptu可以操作的最大和最小阻抗角。响应于阻抗超过阻抗阈值，诸如mcu28等ptu的感测和控制单元可以选择全桥模式或半桥模式。

图2c是示出wpt系统在功率和阻抗操作范围上的操作模式的图。如果感测和控制单元感测到诸如电力传输电路(例如，ptu10)的功率放大器24等功率放大器的输出功率超过输出功率阈值pt48，则感测和控制单元可以选择全桥模式43。在一些示例中，pt48可以被选择为最大额定输出功率pmax49的一半或者小于一半。

类似地，当反映到功率放大器的阻抗超过阻抗阈值rt47时，感测和控制单元可以选择全桥模式43。在一些示例中，rt47可以被选择为最大额定阻抗rmax46的一半或小于一半。在包括功率放大器的电力传输电路的操作点小于功率阈值pmax49或阻抗阈值rmax46的示例中，感测和控制单元可以选择半桥模式45。在其他示例中，模式转变点被设置为最大发射功率的65％，或者负载电阻范围的一半。在一些示例中，感测和控制单元可以通过选择连续模式转变方案在全桥和半桥模式之间平滑地转换。连续模式转变将参照图4a至图4c更详细地描述。

图3a至图3c示出了可以根据本公开内容的技术操作的功率放大器电路的几个示例。图3a至图3c的功率放大器电路是布置为具有两个半桥放大器的h桥的全桥放大器电路。当处于半桥模式时，通过关断和中断高侧开关以及接通和保持接通(leaveon)低侧开关来禁用半桥中之一。在一些示例中，作为电力传输电路的一部分的功率放大器电路可以是d类零电压切换(zvs)电路拓扑的示例配置。在图3a至图3c中描绘的拓扑是可以由wpt系统使用的电源拓扑的示例，如在本公开内容中所描述的。其他电源拓扑虽然未示出但是也可以被根据本公开内容的技术的wpt系统使用。功率放大器24a至24c可对应于图1b中所描绘的功率放大器24。

图3a是示出作为用于无线电力传输的设备的一部分的功率放大器电路的示意性框图。图3a中的一些部件对应于其他附图中的部件。例如，图3a中的电源26对应于图1b中描绘的电源26。类似地，控制器和驱动器28a可对应于图1b中所示的mcu28。控制器和驱动器28a也可以被称为感测和控制电路。尽管图3a至图3c的示例描绘了n沟道mosfet，但功率放大器也可以被配置成使用p沟道器件。

功率放大器24a包括第一半桥电路和第二半桥电路，第一半桥电路包括第一高侧开关qhs156和第一低侧开关qls158，第二半桥电路包括第二高侧开关qhs260和第二低侧开关qls262。第一半桥电路和第二半桥电路被布置为全桥电路。

控制器和驱动器28a可以包括被配置成感测功率放大器24a中的参数的感测和控制电路。在一些示例中，控制器和驱动器28a还可以经由通信链路从pru接收信号，如图1a和图1b所示。控制器和驱动器28a可以被包括在图1b中描绘的mcu28中，或者可以是与mcu28通信的单独的功能块。

控制器和驱动器28a可以包括第一感测电路和第二感测电路。第一感测电路可以被配置成确定反映到功率放大器电路的阻抗。第二感测电路可以被配置成确定功率放大器电路的输出功率。控制器和驱动器28a可以通过控制高侧和低侧开关(qhs156、qhs260、qls158以及qls262)的栅极电压来控制功率放大器24a的模式(半桥或全桥)以及输出。这也将在下文参照图4a至图4c来更详细地描述。

电源26向高侧开关qhs156和qhs260的漏极提供dc电压输入vin。在本公开内容中，vin也可以被称为vdcin。在一些示例中，vdcin可能来自预调节器。高侧开关qhs156的源极在节点sw1处连接至低侧开关qls158的漏极。高侧开关qhs260的源极在节点sw2处连接至低侧开关qls262的漏极。在图3a的示例中，低侧开关qls158和qls262的源极接地。节点sw1连接至电容器cp50，电容器cp50串联连接至zload54并进一步连接至节点sw2。zload54对应于图2a中描绘的zload54。通过组合的谐振器和匹配电路(例如，tx谐振器21和匹配电路22)反映的阻抗代替图3a至图3c中的zload54。

在图3a至图3c的示例中，电容器cp50是单个元件匹配电容器。然而，在其他示例中，cp50可以由诸如匹配电路22等匹配电路来代替。在这些示例中，cp50可以是多元件匹配阵列，其可以由mcu28和/或控制器和驱动器28a来控制以匹配负载的阻抗，从而最大化来自电源26的功率传输。

在操作期间，响应于确定出反映到功率放大器电路24a的阻抗大于诸如rt等阻抗阈值或者输出功率大于诸如pt等输出功率阈值，控制器和驱动器28a被配置成选择功率放大器电路24a的全桥操作模式。此外，响应于确定出反映到功率放大器电路24a的阻抗小于阻抗阈值或者输出功率小于输出功率阈值，控制器和驱动器28a被配置成选择功率放大器电路的半桥操作模式。控制器和驱动器28a可以通过禁用功率放大器电路的第一半桥来选择半桥操作模式。在一些示例中，控制器和驱动器28a通过关断第一高侧开关(例如，第一半桥电路的qhs260)并且接通第一低侧开关(例如，第一半桥电路的qls262)来禁用第一半桥电路。

图3b是根据本公开内容的一个或更多个技术的另一示例性功率放大器电路配置的示意性框图。除了一些无源部件具有不同的拓扑之外，图3b和图3c类似于图3a。

如同图3a和图3c，功率放大器电路24b包括：第一半桥电路，其包括第一高侧开关qhs156和第一低侧开关qls158；以及第二半桥电路，其包括第二高侧开关qhs260和第二低侧开关qls262。第一半桥电路和第二半桥电路布置为全桥电路。控制器和驱动器28a和电源26的功能与以上针对图3a所描述的功能相同。

电源26向高侧开关qhs156和qhs260的漏极提供dc电压输入vin。高侧开关qhs156的源极连接至低侧开关qls158的漏极。高侧开关qhs260的源极连接至低侧开关qls262的漏极。在图3a的示例中，低侧开关qls158和qls262的源极接地。qhs156的源极连接至电容器cp52。电容器cp50串联连接至zload54，并进一步连接至qhs260的源极。qhs156的源极还通过串联连接的电感器l176和电容器c178接地。类似地，qhs260的源极也通过串联连接的电感器l272和电容器c274接地。

功率放大器电路24b的操作与以上针对功率放大器电路24a所描述的操作相同。然而，针对无线电力传输应用，图3b和图3c的示例的拓扑可以具有超过图3a的拓扑的优点。功率放大器24b和24c的拓扑可以允许zvs在较宽的负载条件范围下操作。在一些示例中，如果反映到功率放大器的阻抗负载远远背离功率放大器的设计点，则具有功率放大器24a的拓扑的功率放大器可能会失去zvs操作。

图3c是示出根据本公开内容的一个或更多个技术的在wpt系统中使用的功率放大器的另一示例性拓扑的示意性框图。功率放大器24c包括第一半桥电路和第二半桥电路，第一半桥电路包括第一高侧开关qhs156和第一低侧开关qls158，第二半桥电路包括第二高侧开关qhs260和第二低侧开关qls262。第一半桥电路和第二半桥电路被布置为全桥电路。控制器和驱动器28a以及电源26的功能与上面针对图3a和图3b所描述的功能相同。

电源26向高侧开关qhs156和qhs260的漏极提供dc电压输入vin。高侧开关qhs156的源极连接至低侧开关qls158的漏极。高侧开关qhs260的源极连接至低侧开关qls262的漏极。在图3a和图3b的示例中，低侧开关qls158和qls262的源极接地。qhs156的源极连接至电容器cp50。电容器cp50串联连接至zload54，并进一步连接至qhs260的源极。电感器l1280连接qhs1的源极和qhs2的源极。电感器l1280还与cp52和zload54的串联布置并联连接。功率放大器电路24c的操作与上述功率放大器电路24a和24b的操作相同。如上所述，功率放大器电路24c在负载可变的wpt应用中可能具有优势。

图4a描绘了包括连续模式转变的示例性电力传输电路模式信号。如图4a所描述的，连续模式转变从半桥操作模式的结束时间开始操作直到全桥操作模式的开始时间。类似地，尽管在图4a中未示出，但是连续模式转变也可以从全桥操作模式的结束时间开始操作直到半桥操作模式的开始时间。图4a的示例描述了从半桥模式移动到全桥模式时的低到高转换。在其他示例中，对于放大器电路的不同布置，转变可以不同。例如，在一些示例中，图3a至图3c所示的qhs260和qls262可以是耗尽型mosfet或某种其他类型的开关。

诸如mcu28或控制器和驱动器28a等电力传输电路的感测和控制电路可以执行连续模式转变，将连续模式转变信号发送到功率放大器电路，例如功率放大器电路24a至24b。利用连续模式转变方案，感测和控制单元可以在全桥模式和半桥模式之间平滑转变。这将在图4b和图4c中更详细地讨论。

图4b和图4c描绘了根据本公开内容的一个或更多个技术的作为wpt的部件的功率放大器可以接收的示例性控制信号。图4b和图4c中的方波信号是来自感测和控制单元的可以被发送到功率放大器电路的门控制信号的示例。栅极ghs1、gls1、ghs2和gls2对应于图3a至图3c中所示的栅极ghs1、gls1、ghs2和gls2。

图4b描绘了从全桥模式120a通过连续模式转变122a转变至半桥模式124a的示例性门控制信号。在半桥模式下，栅极ghs2保持低，而栅极gls2保持高。来自感测和控制电路的这些栅极信号可以通过关断且保持关断第一半桥电路的第一高侧开关qhs2并且接通且保持接通第一半桥电路的第一低侧开关qls2来禁用第一半桥电路。在其他示例中，功率放大器可以禁用另外的半桥，该另外的半桥包括处于半桥模式的qhs1和qls1。在一些示例中，诸如图3a至图3c中所描绘的控制器和驱动器28a等控制器可以控制栅极信号的占空比以平滑全桥模式与半桥模式之间的转换。

当检测到由prt请求并由pru接收的功率时，wpt系统可以选择全桥模式。当功率下降到功率阈值以下时，wpt可以关断全桥电路的一个支路并以半桥模式操作。

图4c描绘了从半桥模式124b通过连续模式转变122b转变至全桥模式120b的示例性门控制信号。在半桥模式下，栅极ghs2保持低，而栅极gls2保持高。当转变到全桥模式时，来自感测和控制电路的这些栅极信号可以通过使得第一半桥电路的第一高侧开关qhs2响应例如脉宽调制(pwm)信号来启用第一半桥电路。类似地，感测和控制电路可以使得第一半桥电路的第一低侧开关qls2响应pwm信号。

图5和图6是示出包括根据本公开内容的一个或更多个技术操作的功率放大器电路的示例性电力传输电路的模拟效率的图表。这些图表示出了图3b中描绘的示例性功率放大器电路24b在下述示例性部件值下的操作：qhs1、qhs2、qls1、qls2：英飞凌科技公司生产的irl60hs118；lp＝8.845μh；cp＝62.3pf；l1＝l2＝150nh；c1＝c2＝1μf。

图5是示出在阻抗变化时示例性功率放大器电路的模拟效率的图表。图5的图表示出了功率放大器电路的效率，该功率放大器电路保持33w的输出功率并且使阻抗从0ω到30ω变化。

区段132描绘了全桥模式下具有反映到功率放大器的低阻抗负载的功率放大器电路24b的操作。在一些情况下，随着阻抗增加，效率从小于92％变化到小于94％。相比之下，在相同的阻抗范围内以半桥模式操作的同一功率放大器电路可以实现超过96％的效率，如由区段130所指示的那样。区段134指示功率放大器电路在跨越约12ω的阻抗阈值(例如rt)之后的效率。在阻抗阈值以上，功率放大器电路切换到全桥模式。图5的图表示出了本公开内容的技术的优点，在功率放大器电路以半桥模式操作时本公开内容的技术针对较低阻抗负载将得到较高效率。

图6是示出在功率需求变化时示例性功率放大器电路的模拟效率的图表。图6的图表示出了保持25ω的rload并且使功率从0w变化到33w的功率放大器电路的效率。

区段138示出了在例如大于20w的较高功率设置下以全桥模式操作的示例性功率放大器电路24b的效率。区段136示出了在例如小于20w的较低功率设置下以半桥模式的操作。区段140示出了在例如20w以下的较低功率设置下以全桥模式操作的示例性功率放大器电路24b的效率。比较区段140与区段136，图6示出了对于低于例如在这个示例中约20w的功率阈值pt的输出功率，以半桥模式操作的功率放大器电路的效率比以全桥模式工作时效率更高。

图7是示出根据本公开内容的一个或更多个技术的无线电力传输电路的示例性操作模式的流程图。将按照图1b和图2a来描述图7的步骤，除非另有说明。

感测和控制单元，例如ptu20的mcu28，可以确定诸如图1b中所描绘的wpt系统等电力传输电路的输出阻抗(82)。mcu28可以从ptu20的部件，例如从匹配电路22和功率放大器24，接收传感器信息，其可以包括以下参数：诸如阻抗、电压、功率输出以及其他类似参数。mcu28也可以经由带外信令通信链路从pru10接收信息。mcu28可以确定反映到功率放大器24的输出阻抗，如关于图2a所描述的。如在图1a中所讨论的，反映的阻抗可能受pru的数目、pru的类型(例如，健身追踪器或平板电脑)以及pru的方向的影响。

mcu28可以进一步确定电力传输电路的输出功率(84)。mcu28可以例如从功率放大器24接收输出功率信息。负载和功率需求可以显著变化。如上所述，输出功率可以取决于pru的数目或类型。例如，笔记本电脑可能需要比手机更多的功率。

响应于确定出输出阻抗大于输出阻抗阈值，例如rt或zt，或者输出功率大于输出功率阈值，例如pt，mcu28可以选择电力传输电路的全桥操作模式(86)。换言之，在全桥模式下，当负载和/或功率需求高时，两个半桥以高输入电压同步操作。

响应于确定出输出阻抗小于输出阻抗阈值或者输出功率小于输出功率阈值，mcu28可以选择电力传输电路的半桥操作模式(88)。如所描述的，例如涉及上面的图5和图6，在低功率或低阻抗情况下，半桥操作模式可能更有效。

如上所述，本公开内容的wpt系统在高功率或高阻抗操作期间以及当vdcin超过阈值时以全桥模式操作d类拓扑。在低功率和低阻抗操作期间，放大器通过关断半桥中之一的高侧开关并保持低侧开关导通而以半桥模式操作。这些技术可以提供优于常规wpt系统的优点。作为一个示例，功率放大器的效率可以通过本公开内容中所描述的技术来改善，因为在半桥模式下在低功率和低阻抗操作期间驱动器和开关损耗减小，如图以上3a至图3c中所描述的。功率和反映阻抗阈值可以设置为最大额定功率和ptu在无线电力传输应用中看到的最大反映阻抗的一半或小于一半。也可以基于诸如环境温度等操作条件来调整阻抗阈值和功率阈值。

本公开内容的技术在客户级别(例如，客户的产品)上操作。这些技术描述整个系统的功率放大器部分的操作。在一些示例中，如图1b和图2a所示，完整的解决方案可以包括具有匹配电路(例如，匹配电路22)的谐振器(例如，tx谐振器21)。组合的谐振器和匹配电路取代图3a至图3c中的zload。具有通信能力的处理器(例如，mcu28)和驱动器ic(例如，控制器和驱动器28a)可以如上面关于图3a至图3c和图4a至图4c所描述的那样驱动功率放大器24。在一些示例中，vdcin可能来自预调节器。

图8是示出根据本公开内容的一个或更多个技术的无线电力传输电路的另一示例性操作模式的流程图。图8描述了用于确定示例性操作模式的决定过程。在图8中，vreg是从图1b的上半部分中描绘的pru10的dc至dc块14出来的电压。换言之，vreg是传送给pru负载16的电压。

图8的示例性控制算法首先将系统设置成至少暂时稳定的状态。一旦达到稳定状态，如图8中上半部分所描述的，控制算法将比较dc输入电压vdcin与阈值电压vt。vdcin对应于从电源26输出到功率放大器24a至24c的输入电压vin，如图3a至图3c所示。vt可以被设置为小于到功率放大器的最大输入电压的一半，并且在一些示例中，可以被设置为显著小于该最大输入电压的一半。该电压阈值设置可以根据具体实现方式的系统参数而变化。此外，通过如上面关于图4a至图4c所描述的连续模式转变切换方案可以平滑地实现模式之间的转换。

图8是基于通过观察到功率放大器的输入电压来确定模式(全桥或半桥)之间的转变，这是因为由ptu传送的功率取决于输入电压和反映阻抗，例如如上面关于图2c所描述的。因此，ptu可以增加或减少到功率放大器(例如，功率放大器24)的输入电压，功率放大器24用于调节dc至dc转换器14的输出电压或者调节传送到接收单元(例如，pru10)的功率，如图1b所描述的。换言之，ptu20可以通过mcu28来控制电源26的输出以调节在pru负载16处接收的功率和/或电压。如上所述，pru10可以经由通信链路向ptu20传送某些参数，例如接收的功率或dc至dc转换器14的输出电压。因此，对到功率放大器24的输入电压的测量可以根据pru的位置变化向ptu20提供关于功率水平和阻抗条件的信息。

在下面的描述中，vreg指示dc至dc转换器14的输出电压设定点，而vout指示dc至dc转换器14的输出电压。而且，pout指示从dc至dc转换器14输出到pru负载16的功率水平，而preg指示用于pru负载16的功率电平设定点。pru10可以将这些参数传送给ptu20的感测和控制单元，例如mcu28。

在操作期间，ptu20的感测和控制单元mcu28可以确定pru10的dc至dc转换器14的输出电压vout。ptu20的感测和控制单元mcu28还可以确定通过pru10的pru负载16接收的功率水平。

响应于确定出输出电压vout小于输出电压设定点vreg或者功率水平pout小于功率水平设定点preg(90)，mcu28可以增加到功率放大器24的直流(dc)输入电压vdcin的大小(92)。mcu28还可以监测由pru10发送的用于安全和设备保护的其他参数和信息(92)。这是框90的“是”分支。来自框92的监测功能回到框90。

在来自框90的“否”分支之后，响应于确定出dc至dc转换器14的输出电压vout大于输出电压设定点vreg或者功率水平pout大于功率水平设定点preg(94)，mcu28可以减小dc输入电压vdcin(96)。mcu28还可以监测由pru10发送的用于安全和设备保护的其他参数和信息(96)。这是框94的“是”分支。来自框96的监测功能返回到框90。

在来自框94的“否”分支之后，响应于确定出输出电压vout等于输出电压设定点vreg或功率水平pout等于功率水平设定点preg(98)，mcu28可以跟随来自块98的“是”分支。mcu28还可以确定dc输入电压vdcin是否小于dc输入电压阈值vt(100)。

在来自框100的“是”分支之后，响应于确定出dc输入电压vdcin小于dc输入电压阈值vt，mcu28可以选择半桥操作模式(102)。在来自框100的“否”分支之后，响应于确定出dc输入电压vdcin大于输入电压阈值vt，mcu28可以选择全桥操作模式(104)。一旦mcu28选择半桥模式或全桥模式，或者在来自框98的“否”分支之后，mcu28可以继续监测pru10的电压和功率参数(90)。

在一个或更多个示例中，上文所描述的功能可以以硬件、软件、固件或其任意组合来实施。例如，图1b的各种部件，诸如mcu28，可以以硬件、软件、固件或其任意组合来实现。如果以软件实现，则可以将功能作为一个或更多个指令或代码存储或传输到计算机可读介质上并由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可以包括对应于诸如数据存储介质等有形介质的计算机可读存储介质，或包括便于计算机程序例如根据通信协议从一处传送到另一处的任何介质的通信介质。

作为示例而非限制，这样的计算机可读存储介质可以包括ram、rom、eeprom、闪存或者可以用于以指令或数据结构的形式存储期望程序代码并且可以通过计算机访问的任何其他介质。然而，应该理解的是，计算机可读存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或其他瞬态介质，而是针对非瞬态有形存储介质。上述的组合也应该包括在计算机可读介质的范围内。

指令可以由一个或更多个处理器(例如一个或更多个dsp、通用目的微处理器、asic、fpga或其他等效的集成或离散逻辑电路)来执行。因此，如本文所使用的术语“处理器”可以指任何前述结构或适用于实施本文所描述的技术的任何其他结构。另外，在一些方面中，本文描述的功能可以设置在被配置成用于编码和解码的专用硬件和/或软件模块内，或者被并入组合的编解码器中。而且，这些技术可以在一个或更多个电路或逻辑元件中完全实现。

本公开内容的技术可以在包括无线手持机、集成电路(ic)或一组ic(例如，芯片组)的各种各样的设备或装置中实现。在本公开内容中描述了各种部件、模块或单元以强调被配置成执行所公开的技术的设备的功能方面，但是不一定需要通过不同的硬件单元来实现。相反，如上所述，各种单元可以组合在硬件单元中或者结合合适的软件和/或固件通过可互操作的硬件单元的集合(包括如上所述的一个或更多个处理器)来提供。

示例1.一种方法，包括：由感测和控制单元确定电力传输电路的输出阻抗；以及由感测和控制单元确定电力传输电路的输出功率。响应于确定出所述输出阻抗大于输出阻抗阈值或者所述输出功率大于输出功率阈值，由感测和控制单元选择电力传输电路的全桥操作模式；以及响应于确定出所述输出阻抗小于输出阻抗阈值或者所述输出功率小于输出功率阈值，由感测和控制单元选择电力传输电路的半桥操作模式。

示例2.根据示例1所述的方法，其中，所述电力传输电路包括第一半桥电路和第二半桥电路，所述方法还包括：选择所述半桥操作模式包括禁用所述电力传输电路的所述第一半桥电路。

示例3.根据示例1-2中的任一项或其任意组合所述的方法，其中，所述第一半桥电路包括高侧开关和低侧开关，并且禁用所述第一半桥电路包括关断所述第一半桥电路的高侧开关并接通所述第一半桥电路的低侧开关。

示例4.根据示例1-3的任意组合所述的方法，其中，还包括：由所述感测和控制单元执行连续模式转变，其中，所述感测和控制单元在以下期间执行所述连续模式转变：从所述半桥操作模式的结束时间到所述全桥操作模式的开始时间，以及从所述全桥操作模式的结束时间到所述半桥操作模式的开始时间。

示例5.根据示例1-4的任意组合所述的方法，所述方法还包括：所述感测和控制单元确定所述电力传输电路的dc输入电压；响应于确定出所述dc输入电压大于dc输入电压阈值，由所述感测和控制电路选择所述电力传输电路的全桥操作模式；以及响应于确定出所述dc输入电压小于dc输入电压阈值，由所述感测和控制单元选择所述电力传输电路的半桥操作模式。

示例6.根据示例1-5的任意组合所述的方法，其中，所述电力传输电路包括最大dc输入电压，并且所述dc输入电压阈值为所述最大dc输入电压的一半。

示例7.根据示例1-6的任意组合所述的方法，其中，所述电力传输电路包括最大额定功率输出，并且所述输出功率阈值为所述最大额定功率输出的一半

示例8.根据示例1-7的任意组合所述的方法，其中，所述电力传输电路包括最大反映阻抗，并且所述输出阻抗阈值为所述最大反映阻抗的一半。

示例9.根据示例1-8的任意组合所述的方法，其中，所述感测和控制单元部分地基于所述电力传输电路的操作条件来调整所述输出功率阈值，并且所述感测和控制单元部分地基于所述电力传输电路的操作条件来调整所述输出阻抗阈值，其中，所述操作条件包括：环境温度、谐振器电流和电源电压。

示例10.根据示例1-9的任意组合所述的方法，还包括：由所述感测和控制单元确定电力接收单元(pru)的输出电压；由所述感测和控制单元确定由所述pru接收的功率水平；响应于确定出所述输出电压小于输出电压设定点或者所述功率水平小于功率水平设定点，由所述感测和控制单元增加直流(dc)输入电压。响应于确定出所述输出电压大于所述输出电压设定点或者所述功率水平大于所述功率水平设定点，由所述感测和控制单元减小所述dc输入电压。响应于确定出所述输出电压等于所述输出电压设定点或者所述功率水平等于所述功率水平设定点，由所述感测和控制单元进一步确定所述dc输入电压是否小于dc输入电压阈值。响应于确定所述dc输入电压小于所述dc输入电压阈值，由所述感测和控制单元选择所述半桥操作模式，以及响应于确定出所述dc输入电压大于所述输入电压阈值，由所述感测和控制单元来选择所述全桥操作模式。

示例11.一种感测和控制电路，包括：第一感测电路，其中，所述第一感测电路被配置成确定反映到功率放大器电路的阻抗；第二感测电路，其中，所述第二感测电路被配置成确定所述功率放大器电路的输出功率；以及第三感测电路，其中，所述第三感测电路被配置成确定所述功率放大器电路的dc输入电压。响应于确定出：反映到所述功率放大器电路的阻抗大于阻抗阈值，所述输出功率大于输出功率阈值，或者所述dc输入电压大于dc输入电压阈值，所述感测和控制电路被配置成选择所述功率放大器电路的全桥操作模式。响应于确定出：反映到所述功率放大器电路的阻抗小于所述阻抗阈值，所述输出功率小于所述输出功率阈值，或者所述dc输入电压小于dc输入电压阈值，所述感测和控制电路被配置成选择所述功率放大器电路的半桥操作模式。

示例12.根据示例11所述的感测和控制电路，其中，所述感测和控制电路被配置成：选择所述半桥操作模式包括禁用所述功率放大器电路的第一半桥电路。

示例13：根据示例11-12的任意组合所述的感测和控制电路，其中，所述感测和控制电路被配置成通过关断所述第一半桥电路的第一高侧开关并且接通所述第一半桥电路的第一低侧开关来禁用所述第一半桥电路。

示例14.一种用于无线电力传输的设备，所述设备包括：功率放大器电路以及感测和控制电路。所述功率放大器电路包括：第一半桥电路，包括第一高侧开关和第一低侧开关；以及第二半桥电路，包括第二高侧开关和第二低侧开关，其中，所述第一半桥电路和所述第二半桥电路被布置为全桥电路。所述感测和控制电路被配置成：确定反映到所述功率放大器电路的阻抗，确定所述功率放大器电路的输出功率，响应于确定出反映到所述功率放大器电路的阻抗大于阻抗阈值或者输出功率大于输出功率阈值，选择所述功率放大器电路的全桥操作模式。响应于确定出反映到所述功率放大器电路的阻抗小于阻抗阈值或者所述输出功率小于所述输出功率阈值，选择所述功率放大器电路的半桥操作模式。

示例15.根据示例14所述的设备，所述感测和控制电路还被配置成确定所述功率放大器电路的dc输入电压。响应于确定出所述功率放大器电路的所述dc输入电压大于dc输入电压阈值，选择所述功率放大器电路的全桥操作模式；以及响应于确定出所述功率放大器电路的所述dc输入电压小于所述dc输入电压阈值，选择所述功率放大器电路的半桥操作模式。

示例16.根据示例14-15的任意组合所述的设备，其中，选择所述半桥操作模式包括禁用所述第一半桥电路，禁用所述第一半桥电路包括关断所述第一半桥电路的所述第一高侧开关并且接通所述第一半桥电路的所述第一低侧开关。

示例17.根据示例14-16的任意组合所述的设备，其中，所述感测和控制电路包括连续模式转变，且所述感测和控制电路还被配置成在以下期间执行所述连续模式转变：从所述半桥操作模式的结束时间到所述全桥操作模式的开始时间，以及从所述全桥操作模式的结束时间到所述半桥操作模式的开始时间。

示例18.根据示例14-17的任意组合所述的设备，其中，所述功率放大器电路包括最大dc输入电压，并且所述dc输入电压阈值是所述最大dc输入电压的一半。

示例19.根据示例14-16的任意组合所述的设备，其中，所述功率放大器电路包括最大反映阻抗，并且所述阻抗阈值为所述最大反映阻抗的一半。

示例20.根据示例14-16的任意组合所述的设备，其中，所述感测和控制电路部分地基于所述设备的操作条件来调整所述输出功率阈值，并且所述感测和控制电路部分地基于所述设备的操作条件来调整所述阻抗阈值，其中，所述操作条件包括：环境温度、谐振器电流和电源电压。

已经描述了本公开内容的各种示例。这些和其他示例在所附权利要求的范围内。