以无线方式接收电力的电子设备的制作方法

本公开总体上涉及一种接收无线电力的电子设备，更具体地，涉及一种具有双向开关的无线电力接收器。

背景技术：

1、已经在诸如智能电话的电子设备上利用了使用电磁感应方案或磁共振方案的无线充电技术。当电力发射单元(ptu)(例如，无线充电板)和电力接收单元(pru)(例如，智能电话)彼此接触或者在一定距离内彼此接近时，pru的电池可以通过ptu的发射线圈与pru的接收线圈之间的电磁感应或电磁共振被充电。

2、图1是示出了执行无线充电的无线电力接收器的电路图。无线电力接收器100可以包括谐振电路110、第一整流电路130、第二整流电路140、电容器151、低压差(ldo)稳压器152、充电器153、电池154、开关电路170和控制器180。谐振电路110可以包括第一线圈111、第一电容器112、第二线圈113和双向开关120。第二线圈113可以是电感小于第一线圈111的电感的线圈。第一线圈111可以是与第一电容器112形成并联谐振的接收器(rx)谐振线圈，并且第二线圈113可以是连接到第二整流电路140的rx辅助线圈或馈电线圈。第一线圈111和第二线圈113可以彼此磁耦合，使得可以在第一线圈111与第二线圈113之间形成互感mf。由于所形成的互感mf，可以在第二线圈113中感生出在第一线圈111中感生出的通过谐振电路的品质因素q增大了的电压。由于在第二线圈113中感生出的电压，电流然后可以流过第二整流电路140。

3、如将在下面参照图2a和图2b更详细地描述的，构成谐振电路110的第一线圈111、第一电容器112和第二线圈113之间的连接状态可以因双向开关120的导通/关断状态而不同，并且由谐振电路110从无线电力发射器接收并向第二整流电路140和第一整流电路130发射的无线电力可以因第一线圈111、第一电容器112和第二线圈113之间的连接状态而不同。

4、双向开关120可以包括两个或更多个开关(例如，第一开关121和第二开关122)。第一开关121和第二开关122中的每一者可以是n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)，并且第一二极管123和第二二极管124可以分别是第一开关121的体二极管和第二开关122的体二极管。第一开关121和第二开关122可以通过使相应源极在节点127处串联连接而具有公共源极电压。在栅极驱动电路160的控制下，可以将以公共源极电压作为参考电压的公共栅极电压施加到第一开关121和第二开关122中的每一者的栅极。例如，可以基于高谐振频率(例如，6.78mhz)在第一线圈111中形成感生电压，使得可以依据高频率(例如，6.78mhz)使第一开关121和第二开关122的源极电压交变。通过对第一开关121和第二开关122中的每一者的栅极施加以公共源极电压作为参考电压的栅极电压，可以稳定地控制第一开关121和第二开关122的导通/关断状态。施加栅极电压或者施加(或输出)驱动信号可以意指对第一开关121和第二开关122的栅极施加超过每个阈值电压的电压。不施加栅极电压或者不施加驱动信号可以意指对第一开关121和第二开关122的栅极施加不超过每个阈值电压的电压。当栅极电压被施加到第一开关121和第二开关122中的每一者的栅极时，可以将第一开关121和第二开关122切换为“导通”状态，并且可以将双向开关120的两端电连接。当栅极电压未被施加到第一开关121和第二开关122中的每一者的栅极时，可以将第一开关121和第二开关122切换为“关断”状态，并且双向开关120的两端之间的电连接路径可以被切断。

5、第一整流电路130可以包括第三二极管131、第四二极管132和/或电容器133。当第一开关121和第二开关122被从“导通”状态切换为“关断”状态时，在对第一开关121和第二开关122的两端施加预定量值或更大的电压时，第三二极管131和第四二极管132可以工作来对感生电压进行整流，并且因此将整流后的电压作为电容器133的两端电压施加。电容器133可以用由第三二极管131和第四二极管132整流的电压充电。电容器133可以连接到第一开关121和第二开关122的节点127，并且可以在其一端处被施加有第一开关121和第二开关122的源极电压。

6、在电容器133用由第三二极管131和第四二极管132整流的电压或在第一开关121和第二开关122的两端处产生的电压尖峰充电之后，充电的能量可以通过并联连接到电容器133的至少一个电阻器被放电。

7、第二整流电路140可以包括四个二极管141、142、143和144，并且对感生电压进行整流以将整流后的电压作为电容器151的两端电压施加。

8、第一整流电路130可以形成对电容器133充电的能量收集电路。能量收集电路可以包括第一整流电路130、并联连接到电容器133的齐纳二极管dz1101、以及齐纳二极管dz2103。电容器133、齐纳二极管dz1 101和齐纳二极管dz2 103中的每一者的一端可以连接到作为第一开关121和第二开关122的公共源极的节点127。

9、齐纳二极管101可以将施加到电容器133的整流后的电压调节为预定电压(例如，齐纳二极管101的齐纳击穿电压)或更低电压。电阻器rg 102可以是第一开关121和第二开关122的栅极电阻器，并且电容器cgs 104可以是第一开关121和第二开关122的栅极-源极电容器。能量收集电路还可以包括并联连接到第一开关121的栅极和源极和/或第二开关122的栅极和源极的齐纳二极管dz2 103。齐纳二极管103可以将施加到电容器104的电压调节为预定电压(例如，齐纳二极管103的齐纳击穿电压)或更低电压。开关电路170可以包括光耦合器qc1 175和开关qc2 176。二极管177可以是开关176的体二极管。光耦合器175可以包括发光二极管(led)171和光电二极管173。电阻器rp 174可以是光电二极管173的内部电阻器。电阻器rc 172可以是光耦合器175的led 171的内部电阻器。

10、可以以施加到光耦合器175的开关176的电压vcon的形式从控制器180为开关电路170提供第一控制信号。可以一直从电池154为控制器180供应用于施加电压vcon的电力。控制器180可以在接收无线电力时基于ldo稳压器152被供应有用于施加电压vcon的电力。

11、控制器180可以将第二整流电路140的输出端的整流后的电压vrec与阈值进行比较，并且基于比较结果来对开关176施加电压vcon。控制器180可以在确定第二整流电路140的输出端处的整流后的电压vrec大于或等于阈值时施加超过开关176的阈值电压的电压vcon。光耦合器175可以基于从控制器180施加到开关176的电压vcon来工作。当从控制器180施加到开关176的电压vcon的量值超过开关176的阈值电压时，开关176可以被切换为“导通”状态，使得led 171可以通过开关176连接到接地。随着led 171通过开关176连接到接地，led 171可以基于节点178的电压被切换为“导通”状态以辐射光。节点178的电压可以是例如第二整流电路140的输出端处的整流后的电压vrec。或者，除第二整流电路140的输出端处的整流后的电压vrec以外的来自外部电源的电压可以被施加到led 171。当从led 171辐射的光到达时，光电二极管173可以被切换为“导通”状态。随着光电二极管173被切换为导通状态，可以在电阻器174与第一开关121和第二开关122的源极之间形成连接路径。随着电流沿着电阻器174与第一开关121和第二开关122的源极之间的连接路径流动，电容器133的电荷可以被放电。因此，当电容器104的两端电压(其等于第一开关121和第二开关122的栅极和源极之间的电压)逐渐地减小至第一开关121和第二开关122的阈值电压以下时，第一开关121和第二开关122可以被切换为“关断”状态。

12、控制器180可以在确定第二整流电路140的输出端处的整流后的电压vrec小于阈值时，将施加到开关176的电压vcon控制为基本上为0。当从控制器180施加到开关176的电压vcon的量值不超过开关176的阈值电压时，开关176可以被切换为关断状态，使得led 171可以被切换为“关断”状态并且不会从led 171辐射光。当从led 171辐射的光未到达时，光电二极管173可以被切换为“关断”状态。随着光电二极管173被切换为“关断”状态，电阻器174与第一开关121和第二开关122的源极之间的连接可以被切断，并且电容器104可以由电容器133中存储的能量充电。当电容器104的两端电压增加至第一开关121和第二开关122的阈值电压以上时，第一开关121和第二开关122可以被切换为导通状态。

13、当从控制器180施加到开关电路170的开关176的电压vcon的量值超过开关176的阈值电压时，电容器104的两端电压可以减小至第一开关121和第二开关122的阈值电压以下，使得第一开关121和第二开关122可以被切换为“关断”状态。另一方面，当从控制器180施加到开关电路170的开关176的电压vcon的量值小于开关176的阈值电压时，电容器104的两端电压可以增加至第一开关121和第二开关122的阈值电压以上，使得第一开关121和第二开关122可以被切换为“导通”状态。也就是说，开关电路170可以根据从控制器180施加到开关176的电压vcon来以电容器104的两端电压的形式输出用于控制包括第一开关121和第二开关122的双向开关120的控制信号。

14、图2a是示出了当从控制器施加的电压vcon的量值超过开关的阈值电压时无线电力接收器的等效电路的图。图2b是示出了当从控制器施加的电压vcon的量值小于开关的阈值电压时无线电力接收器的等效电路的图。在图2a和图2b的等效电路图中，接收电路210可以包括图1的第二整流电路140、电容器151、ldo稳压器152、充电器153和电池154。

15、参照图2a，如参照图1所描述的，当从控制器180施加到开关电路170的开关176的电压vcon的量值超过开关176的阈值电压时，包括第一开关121和第二开关122的双向开关120可以被切换为“关断”状态，使得电流可以不流过双向开关120的两端。在这种情况下，接收电路210可以串联连接到第一线圈111、第一电容器112和第二线圈113以形成串联谐振电路，并且接收电路210、第一线圈111、第一电容器112和第二线圈113可以形成一个闭合环路200a。另外，基于从电力发射器产生的磁场，可以在包括谐振电路110的第一线圈111、第一电容器112和第二线圈113的电路中感生出电流，使得谐振电路110可以接收无线电力。

16、参照图2b，如参照图1所描述的，当从控制器180施加到开关电路170的开关176的电压vcon的量值小于开关176的阈值电压时，包括第一开关121和第二开关122的双向开关120可以被切换为“导通”状态，使得电流可以流过双向开关120的两端。在这种情况下，接收电路210可以并联连接到第一电路和第二线圈113以形成并联谐振电路，所述第一电路是通过串联连接第一线圈111和第一电容器112而形成的。第一线圈111和第一电容器112可以形成一个闭合环路201b，并且接收电路210和第二线圈113可以形成一个闭合环路202b。另外，可以基于从电力发射器产生的磁场在包括谐振电路110的第一线圈111和第一电容器112的第一电路中感生出电流，并且可以基于在第一电路中产生的磁场对包括第二线圈113的第二电路感生出电流，使得谐振电路110可以接收无线电力。

技术实现思路

1、技术问题

2、参照图1、图2a和图2b描述的无线电力接收器100需要用于控制第一开关121和第二开关122的栅极电压的栅极驱动电路160，这限制了无线电力接收器100的小型化。此外，由于栅极驱动电路160包括许多元件，因此无线电力接收器100在生产成本的任何降低方面也受到限制。

3、根据本公开的方面，一种无线电力接收设备可以包括源极可以连接到接地的双向开关。

4、技术方案

5、根据本公开的方面，提供了一种从无线电力发射器接收无线电力的无线电力接收器。所述无线电力接收器包括：谐振电路，所述谐振电路被配置为接收无线电力，并且包括第一线圈、第二线圈和第一电容器。所述无线电力接收器还包括：整流电路，所述整流电路连接到所述谐振电路，并且包括形成全桥结构的第一整流电路和第二整流电路。所述无线电力接收器也包括驱动电路。所述第一整流电路包括第一mosfet、第二mosfet、第三mosfet和第四mosfet。所述第一mosfet的源极和所述第二mosfet的源极连接到其中所述第一线圈和所述第一电容器串联连接的谐振器的两端。所述第三mosfet的源极和所述第四mosfet的源极连接到接地。所述驱动电路连接到所述第一mosfet的栅极、所述第二mosfet的栅极、所述第三mosfet的栅极和所述第四mosfet的栅极。当所述驱动电路使所述第一mosfet和所述第二mosfet关断并且使所述第三mosfet和所述第四mosfet导通时，随着基于从所述无线电力发射器产生的第一磁场在所述谐振器中感生出第一电流并且基于在所述谐振器中产生的第二磁场在所述第二线圈中感生出第二电流，所述谐振电路接收无线电力，并且在所述第二线圈中感生出的所述第二电流由所述第二整流电路整流。

6、根据本公开的方面，提供了一种从无线电力发射器接收无线电力的无线电力接收器。所述无线电力接收器包括：谐振电路，所述谐振电路被配置为接收无线电力，并且包括第一线圈、第二线圈、第一电容器和双向开关。所述无线电力接收器还包括：整流电路，所述整流电路连接到所述谐振电路；以及驱动电路。所述双向开关包括第一mosfet和第二mosfet。所述第一mosfet的源极和所述第二mosfet的源极连接到接地。所述驱动电路连接到所述第一mosfet的栅极和所述第二mosfet的栅极。当所述驱动电路使所述第一mosfet和所述第二mosfet关断时，随着基于从所述无线电力发射器产生的第一磁场在包括所述第一线圈、所述第二线圈和所述第一电容器的第一电路中感生出第一电流，所述谐振电路被配置为接收无线电力。当所述驱动电路使所述第一mosfet和所述第二mosfet导通时，随着基于从所述无线电力发射器产生的所述第一磁场在包括所述第一线圈和所述第一电容器的第二电路中感生出第二电流并且基于在所述第二电路中产生的第二磁场在包括所述第二线圈的第三电路中感生出第三电流，所述谐振电路被配置为接收无线电力。

7、有益效果

8、根据本公开的实施例，提供了一种从无线电力发射器接收无线电力的无线电力接收器。所述无线电力接收器包括源极可以连接到接地的双向开关。所述无线电力接收器可以不需要图1的复杂栅极驱动电路160，因此，可以用小尺寸以低单位成本进行生产。