经由可变耦合电容的无线功率传输制造技术

经由可变耦合电容的无线功率传输。提供包括充电器和便携式装置的系统。便携式装置经由耦合电容被耦合至充电器。充电器甚至对于耦合电容中的较大变化也提供较恒定的电流至便携式装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及无线功率传输。
技术介绍
固定的与便携式的装置之间的无线功率传输消除了功率连接器以及伴随的接触 清洁、肮脏与潮湿的环境以及电击危险的问题。通常，连接器是电子系统中最不可靠的组 件。无线功率传输已经被采用来用于给便携式的电池提供功率的装置(比如手机和电 动牙刷）充电。便携式装置可以是无线集成电路卡，以及固定的装置可以是卡耦合装置 (card coupling device)。备选的是，便携式装置可以是移动电话、智能电话或计算机平 板，以及固定的装置可以是电池充电器。在本公开中，充电器是更广泛种类的固定的装置的 代表。例如，由无线功率协会(Wireless Power Consortium)发展的Qi标准已经被许多 公司采用，以用于电感性的无线功率传输。电感性的功率传输的一个缺点是对在充电器和 便携式装置中依靠屏蔽而包含较强磁场的需要，这增加了成本。随着人紧密邻近充电器，此 类屏蔽被要求，以将磁场强度限制于可容许的等级。
技术实现思路
提供了包括充电器和便携式装置的系统。便携式装置经由耦合电容被耦合到充电 器。充电器甚至对于耦合电容中的较大变化也提供较恒定的电流至便携式装置。充电器包括源、第一电抗性组件和第二电抗性组件。源提供在源频率(fs)的交流 电流，以及具有第一端子(terminal)与第二端子以及源阻抗。第一电抗性组件在第一端子 和中间点之间被连接。第二电抗性组件在中间点和第二端子之间被连接。第一电抗性组件 与第二电抗性组件中的一个是电容器，而且第一电抗性组件与第二电抗性组件中的另一个 是第一电感器。第一电抗性组件、第二电抗性组件和源阻抗组合起来具有戴维南（Th6 venin)等效阻抗。第一电感器和所述电容器具有与源频率不同的共振频率。充电器还包括 第一板、第二电感器和第二板。第一板是具备电传导性的。第二电感器在中间点和第一板之 间被连接。第二板是具备电传导性的而且被连接至第二端子。便携式装置具有第三板、第四板和电负载电阻。第三板面向第一板而且是具备电 传导性的，而且因此在第三板和第一板之间形成第一电容。第四板面向第二板而且是具备 电传导性的，而且因此在第二板和第四板之间形成第二电容。电负载电阻在第三板和第四 板之间被连接。 第一和第二电容一起而具有等效串联电容。等效串联电容具有在初始值和初始值 的60%之间的范围内的值。戴维南等效阻抗具有正的虚分量以及是负载电阻的至少三倍的 量值。第二电感器具有与等效串联电容的初始值的电抗近似相等的电抗。充电器提供电流至电负载电阻，其在等效串联电容的范围上变化小于约10%。 被通信的数据可以包括关于便携式装置存在和充电启动的信息。其它数据可以包 括便携式装置中电池的充电状态、对充电器的关于何时减少或关闭充电电流的指示。【附图说明】 图1是一电路的示意图，该电路采用经由可变耦合电容的无线功率传输。图2是图1的电路的特定实施例中的电路的示意图。图3是图2的子电路的示意图。图4是一电路的示意图，该电路是图3的子电路的戴维南等效。图5是一电路的示意图，该电路是图2的电路的戴维南等效。 图6A、6B和7是图5的电路的各种阻抗的相位复矢量(phasor)表示。图8是输出电流Ι?相对图3的电路的耦合电的曲线图。 图9是一系统的示意图，该系统包括充电器和便携式装置，其具有对应的形成电容 性耦合的金属板。 图10是另一个系统的示意图，该系统包括充电器和便携式装置，其具有对应的形 成电容性耦合的金属板。 图11是系统一实施例的物理表示的图，该系统包括充电器和便携式装置，其具有 对应的形成电容性耦合的金属板。 图12是依照本公开对于电路的示范设计列出值的表。【具体实施方式】 本公开提出电容性充电接口，由此充电器具有一对绝缘的具备传导性的板，在本 文中也称为充电器板。具有与充电器板的布局相对应的布局的一对绝缘的具备传导性的板 的便携式装置被相对充电器板放置，形成连接充电器至便携式装置的两个耦合电容器。这 些耦合电容器的电容可以由于便携式装置的在充电器上的不准确放置和表面污染而变化。 本公开描述一种充电接口，其提供较不受耦合电容变化影响的功率传输。 当每一对充电器板被相等振幅、相反相位电压所驱动时，外部场的相当大的抵消 被影响。通过用接地的环(ring)包围所述数对板，电场被进一步地屏蔽和衰减。本文示出随 着这两个电容器的每一个中的较小电容如此被形成，相当大的功率流可以被得到。 电容性耦合的一个挑战是维持功率流，即使在充电器和/或便携式装置的表面具 有污垢层时。此类层将加宽板之间的空隙和减小电容。本公开提出一种电路，其提供大体上 恒定的电流，而不管耦合电容中的宽变化。 使用充电器中的振幅调制和便携式装置中的负载调制，双向通信能够在固定的和 便携式装置之间实现。类似地，其它调制方案可以被实现。被通信的数据可以包括关于便携 式装置存在和充电启动的信息。其它数据可以包括便携式装置中电池的充电状态、对充电 器的关于何时减少或关闭充电电流的指示。 图1是电路100的示意图，该电路采用经由可变耦合电容的无线功率传输。电功率 从充电器101传输至便携式装置102。便携式装置102可以是例如手机或便携式计算装置，以 及充电器101可以是电池充电器。来自源频率fe的AC功率源105(具有内部电阻R|:1: 110、第一端子C和第二端子D) 的直流电(DC)功率对便携式装置102和它的负载(如由负载电阻RL 135表示的)是可用的。在一典型的实施例中，RL 135表示能量存储装置(例如，能够被再充电的电池）以及 整流器、电压或电流调节器的负载电阻。电流II140被提供给RL 135。源电压VS被应用于串联共振电路，该串联共振电路包括在第一端子C和中间点A 之间被连接的串联电抗性组件107。并联电抗性组件108在中间点A和端子D之间被连接。在 一个实施例中，电抗性组件107是电容器，以及电抗性组件108是电感器。在一备选实施例 中，电抗性组件107是电感器，以及电抗性组件108是电容器。电容器和电感器形成串联共振 电路，其具有从源频率&故意地偏移高达5%的共振频率，导致VS振幅的近似三到十倍范 围内的端子A和B之间的电压。 源电压Vs被示出为正弦波生成器，但是它也可以表示非正弦曲线源的输出的基 频分量，比如方波。电抗性组件可以具有损耗。电抗性组件107具有电抗XH115和电阻驗銜111。电 抗性组件108具有电抗客g120和电阻Rp125。 充电器101具有具备电传导性的板131和板136。电感器Lee150在中间点A和板131 之间被连接。板136连接至点B和D。便携式装置102具有面向板131的板132。板132是具备电传导性的且因此在板132 和板131之间形成电容2CC130。便携式装置102还具有面向板136的板137。板137是具备电 传导性的且因此在板136和板137之间形成电容2CC138。 理想的是，板131和板132相对于彼此完美地对准，而且类似地，板136和板137完美 地对准。实际上，一定程度的未对准可能发生。在板131和132之间的具有宽度V'的空隙133 可以包括绝缘封装材料、空气和污染物的变化组合。类似的空隙在板136和137之间存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：充电器，具有：源，所述源提供在源频率（fs）的交流电流，以及具有第一端子与第二端子以及源阻抗；第一电抗性组件，在所述第一端子和中间点之间被连接；第二电抗性组件，在所述中间点和所述第二端子之间被连接，其中，所述第一电抗性组件与所述第二电抗性组件中的一个是电容器，而且所述第一电抗性组件与所述第二电抗性组件中的另一个是第一电感器，其中，所述第一电抗性组件、所述第二电抗性组件和所述源阻抗组合起来具有戴维南等效阻抗，其中，所述第一电感器和所述电容器具有与所述源频率不同的共振频率；第一板，所述第一板是具备电传导性的；第二电感器，在所述中间点和所述第一板之间被连接；以及第二板，所述第二板是具备电传导性的而且被连接至所述第二端子；以及便携式装置，具有：第三板，所述第三板面向所述第一板，其中，所述第三板是具备电传导性的，而且因此在所述第三板和所述第一板之间形成第一电容；第四板，所述第四板面向所述第二板，其中，所述第四板是具备电传导性的，而且因此在所述第二板和所述第四板之间形成第二电容；以及电负载电阻，在所述第三板和第四板之间被连接，其中，所述第一和第二电容一起具有等效串联电容，其中，所述等效串联电容具有在初始值和所述初始值的60%之间的范围内的值，其中，所述戴维南等效阻抗具有正的虚分量以及是所述负载电阻的至少三倍的量值，其中，所述第二电感器具有与所述等效串联电容的所述初始值的电抗近似相等的电抗。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y塞尔恩，
申请(专利权)人：艾利森公司，
类型：发明
国别省市：美国;US