具有并联共振电源路径的无线电源的制作方法
【专利说明】具有并联共振电源路径的无线电源
[0001] 优先权信息
[0002] 本申请要求如下申请的优先权:2014年8月6日递交的申请号为61/862,585的美国 临时案，在此合并参考上述申请案的全部内容。
【背景技术】
[0003] 本发明设及一种充电设备(charging device)领域，更特别地，设及一种具有大的 充电区域而有源电路(active circuit)极少(minimal)的多个设备无线充电器(multiple-device wireless charger)。
[0004] 设计多个设备充电器的传统方法是：（a)使用具有多个有源器件(active device) 的多个线圈（coil), W选择性地激活(activate)它们;或者，（b)使用单个的大线圈来覆盖 整个充电区域。
[0005] 由于被选择性激活地线圈具有高禪合系数(coupling factor)，因此，方法(a)能 够提供良好的效率。高禪合系数导致高效率。然而，由于方法(a)要求每个线圈具有至少一 个有源器件，因此，该解决方案的复杂度、成本、尺寸及重量随充电区域增加。
[0006] 由于大的源线圈（source coil)禪合到小的接收线圈（receiver coil)中的此结 构(arrangement)具有低禪合系数，因此，方法(b)倾向于不提供良好的效率。低禪合系数意 味着低效率。使用方法(b)的另一问题是，当相比于接收设备源线圈是大的（large)时，接收 设备中的任何金属将影响源线圈的电感（inductance)。运种效应被称作金属失谐(metal detuning)C
[0007] 在现有技术中，中继器(repeater)(无源共振器，passive resonator)已被用来改 善源线圈和接收线圈之间的禪合，该源线圈和接收线圈被长距离分离开来，或者，具有相对 大的尺寸比（size ratio)。在本发明中，使用多个并行的(parallel)中继器来改善源线圈 和接收线圈之间的禪合。此外，我们使用接收器的金属失谐效应来改善电源传输(power transf er)的选择性。
【发明内容】
[0008] 根据本发明的一方面，提供了一种无线充电器，用于给多个设备充电。该无线充电 器包括一个或多个驱动线圈，禪接于驱动放大器。多个中继线圈禪合到所述一个或多个驱 动线圈。一个或多个接收线圈禪合到所述中继线圈。所述一个或多个中继线圈被调谐，W使 得当所述一个或多个接收线圈极为接近(in close proximity)时，所述中继线圈才是共振 的（resonant)。
[0009] 根据本发明的另一方面，提供了一种形成(form)无线充电器的方法，用于给多个 设备充电。该方法包括:提供一个或多个驱动线圈，所述一个或多个驱动线圈禪接于驱动放 大器。此外，该方法包括:放置(positioning)多个中继线圈，所述多个中继线圈禪合到所述 一个或多个驱动线圈。此外，该方法包括:放置一个或多个接收线圈，所述一个或多个接收 线圈禪合到所述中继线圈。所述一个或多个中继线圈被调谐(tuned), W使得当一个或多个 共振线圈极为接近时，该中继线圈才是共振的。
【附图说明】
[0010] 图1是说明无线电源系统的通用电路的示意图；
[0011] 图2是说明普通线圈结构的示例；
[0012] 图3是说明图2所示线圈结构的示意图；
[0013] 图4是根据本发明说明一种1:2禪合的磁性系统的示意图；
[0014] 图5是说明图4所示线圈结构模式的示意图；
[0015] 图6是根据本发明说明一种1:2并联禪合的磁性系统的示意图；
[0016] 图7是说明图6所示线圈结构模式的示意图。
【具体实施方式】
[0017] 本发明描述了一种用W设计多个设备无线充电器的技术，该多个设备无线充电器 具有大充电区域而有源电路极小。本发明刻意(del化erately)调整(tune)中继器偏离共振 (off resonance), W使得中继器仅在接收器金属存在时才是谐振的（in化ne)。
[0018] 图1示出了一种共振式无线电源(resonant wireless power,RWP)系统102。可W 用来描述RWP系统的大部分重要方面的两个复数阻抗（complex impedance)是：开路阻抗 (open-circuit impedance)Zoc和反射阻抗（refIected impedance)Zref。可WW多种不同 的方式建模源线圈（source coil)L1和接收线圈（receiver coil)L2之间的互感(Mutual inductance)(或禪合，coupling)。禪合可W被表示为互感M，或无量纲禪合系数(unitless coupling coefficient)k。互感M、禪合系数k和线圈电感LI、L2服从等式1所表示的关系。
[0019] M二化拓奇 等式1
[0020] 在此情形中，禪合k被模型化为（is modeled as)与接收线圈L2串联的流控电压源 (current-controlled vol1:age source)。此电压源Voc看到的阻抗（包括线圈L2、匹配网络 106和负载(整流器、dc/dc、负载电流））为Zoc。在源端（source side)，当禪合存在时，可W 将该禪合效应建模为与源线圈Ll串联的阻抗，该阻抗被称作反射阻抗Zref。开路阻抗和反 射阻抗均为复数(complex quantity)，它们具有实部(有功部分)和虚部(无功部分）。对于 1:1的RWP系统，反射阻抗与开路阻抗的关系如等式2。
[0021] Z喊=等式2 '厶OC
[0022] 图2描绘了 S线圈无线电源系统2的一种示例。被标注为"src"的源放大器(source amplifier巧区动一驱动线圈（化ive coil化1，W形成发射器(transmitterM。此驱动线圈 Ll通过禪合系数kl2禪合到具有线圈电感L2的中继线圈6。中继器6通过禪合k23并经由接收 线圈L3禪合到接收器(receiver)RX。也存在直接禪合kl3,但此禪合可W被忽略。中继L2直 接连接至电容C。
[0023] 图3示出了 一种图2所示普通（standard)线圈结构的模型（model)。发射器 (transmitter)4被模型化为具有电阻（resistance)Rs、可变电压源（variable voltage sou;rce)Vs、源匹配网络（source matching network)4和电感LI。发射器4通过禪合kl2磁禪 合到中继器6。中继器6被模型化为具有电感L2,该电感L2禪接于电容Cl。中继器6通过禪合 k23磁禪合到接收器8。接收器8被模型化为具有电感L3a、接收匹配网络16和电阻Rla。在发 射器4上，可W构造等效电路结构，W简化中继器6和接收器8的负载模型。该等效电路结构 12包括电压源Rs、源匹配网络18、电感Ll和反射阻抗（refIected impedance)Zref，该反射 阻抗Zref与中继器6和接收器8有关。
[0024] 实