具有功率调节功能的多电平开关电容无线充电AC-DC整流器制造技术

本文描述的是一种包括具有输出调节功能的开关电容(switched capacitor，SC)整流器的无线充电系统。无线充电的移动设备上的接收器的负载是电池。恒压充电、恒流充电和脉冲充电等电池充电应用需要调节。为此，无线电力传输(wireless power transfer，WPT)接收器会存在某种“智能”来监控输出电压/电流，调整电子电路的行为并实现闭环控制。由于多电平开关电容(multilevel switched‑capacitor，MSC)整流器具备输出控制能力，这允许所述MSC整流器直接对电池充电，而无需在设备中安装额外的DC/DC充电器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有功率调节功能的多电平开关电容无线充电AC-DC整流器相关申请案的交叉申请本申请要求2018年6月1日由Zhao等人递交的专利技术名称为“MULTILEVELSWITCHED-CAPACITORAC-DCRECTIFIERFORWIRELESSCHARGINGWITHPOWERREGULATION(具有功率调节功能的多电平开关电容无线充电AC-DC整流器)”的第62/679,577号美国临时专利申请案的优先权，其全部内容以引入的方式并入本文本中。
本专利技术大体上涉及无线电池充电系统和与其一起使用的方法。
技术介绍
消费者类移动电子设备在日常生活中变得多产。智能手机、平板电脑、个人电脑的计算能力、通信速度、显示分辨率逐步提升，导致电力需求接近现代移动电池技术的日用电量极限。为了减少定期充电的影响，很多制造商都提出并采用了快速充电技术，其中商用设备可以支持超过20W的有线充电。同时，无线电力传输近年来得到了发展，许多产品中都集成了商用无线充电器，不过主要还是在降低功率电平(例如，5W至10W)的情况下。在典型的无线电力传输(WirelessPowerTransfer，WPT)架构中，发射器将直流(DirectCurrent，DC)电压转换为交流(AlternatingCurrent，AC)波形，从而为一对磁耦合线圈供电。当两个线圈松散地耦合在一个WPT系统中，电容器补偿它们的非耦合电感阻抗，提高有功功率传输效率。WPT接收器，通常是一个二极管全桥，将AC电压整流为DC电压以驱动负载，通常包括一个要更换的电池。在接收侧，典型的移动设备包括接收线圈、补偿网络和整流器。这使得系统存在多种设计约束：空间约束，导致需要高功率密度、低剖面部件；充电速度快，功率电平高，散热能力有限，导致需要高AC/DC转换效率；系统必须产生最小的谐波含量，以满足电磁干扰(ElectroMagneticInterference，EMI)和WPT标准，并最大限度地降低对敏感电子设备的干扰。这些约束限制了系统的可行性设计方案，因为小型低剖面的磁性材料和WPT线圈通常损耗极大。然而，普通的WPT结构对采用20W快速充电提出了挑战。在负载为5V的典型输出电压下，一个二极管整流器和接收线圈在输出20W时，会导通一个峰值大于4安培的正弦电流。对于Q＝120和L＝20μH的标准商用接收线圈，这将导致线圈上的导通损耗为2.5W，并且由于二极管导通造成的损耗大致相等，降低效率并可能导致过热问题。此外，方波二极管整流器的输入电压将包含相当大的3次谐波和5次谐波。同时，二极管开关的寄生性和非线性会导致谐波产生和其它无功功率。除了补偿电容器，还需要额外的无源滤波器，以符合WPT频带限制和电磁兼容性，导致实践中的接收器的体积和损失增大。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，一种用于调节整流电路的装置包括：补偿器和调制器。所述补偿器用于接收所述整流电路的输出与参考电平的比较，并根据所述比较生成调制指数。所述调制器用于：接收所述调制指数，并生成所述MSC整流器中的开关的对应于所述调制指数的多个控制信号的时序。可选的，在第二方面中，为了推进所述第一方面，所述调制器还用于：根据一个或多个参考电压电平和参考波形，生成MSC整流电路的对应于调制指数的控制信号的时序；根据所述调制指数和所述一个或多个参考电压生成多个调制直流(directcurrent，DC)电压电平；通过将所述调制DC电压电平与所述参考波形进行比较，生成对应的多个控制信号。可选地，在第三方面中，为了推进所述第二方面，所述装置还包括：增益传感器和比较器。所述增益传感器用于接收所述整流电路的所述输出，并根据所述输出生成输出电平的指示。所述比较器用于接收所述输出电平的所述指示和所述参考电平，并根据所述输出电平的所述指示和所述参考电平之间的差值生成误差值。所述补偿器包括积分器，用于接收所述误差值并根据所述误差值生成所述调制指数，作为累积误差值。可选地，在第四方面中，为了推进所述第三方面，所述装置还包括：所述调制DC电压电平的幅值取决于所述累积误差值。可选地，在第五方面中，为了推进所述第三方面和所述第四方面中的任一方面，所述装置还包括：限制器，用于接收和限制所述累积误差值的范围，并将所述误差值提供给所述调制器，作为范围受限累积误差值。可选地，在第六方面中，为了推进所述第三方面至所述第五方面中的任一方面，所述装置还包括：前馈电路，用于接收所述累积误差值和前馈参数，并将所述误差值提供给所述调制器，作为加速累积误差值。可选地，在第七方面中，为了推进所述第三方面至所述第六方面中的任一方面，所述增益传感器用于接收所述整流电路的所述输出作为输出电压电平。可选地，在第八方面中，为了推进所述第七方面，所述增益传感器包括：分压器，用于接收并分压所述输出电压电平；模数转换器，用于接收所述分压后的输出电压电平并提供所述输出电平的所述指示，作为数字值。可选地，在第九方面中，为了推进前述任一方面，所述多个调制DC电压电平的数量为3。可选地，在第十方面中，为了推进前述任一方面，所述参考波形为参考正弦波。可选地，在第十一方面中，为了推进所述第十方面，所述调制器用于通过将所述对应的调制DC电压电平的幅值与所述参考正弦波进行比较，生成所述控制信号中的每个控制信号的时序。可选地，在第十二方面中，为了推进所述第十一方面，所述调制器包括：多个比较器，分别用于接收所述参考正弦波和所述对应的调制DC电压电平中的对应一个，并提供所述控制信号中的一个作为对应比较器的输出。根据本专利技术的另一方面，一种无线接收电力的方法，包括：响应于多个控制信号，使用多电平开关电容(multilevelswitched-capacitor，MSC)整流器纠正接收到的功率波形以生成输出电压；生成所述多个控制信号。生成多个控制信号包括：接收所述输出电压；将所述输出电压与参考值进行比较；根据所述比较生成调制指数；根据所述调制指数，生成所述多个控制信号中的每个控制信号的时序。根据本专利技术的另一方面，一种稳压整流系统，包括：多电平开关电容(multilevelswitched-capacitor，MSC)整流电路和调节电路。所述多电平开关电容(multilevelswitched-capacitor，MSC)整流电路用于接收输入波形和多个控制信号，并响应于所述多个控制信号，生成用于驱动来自所述输入波形的负载的输出。所述调节电路用于接收所述整流电路的所述输出，根据所述整流电路的所述输出与参考电平的比较确定调制指数，根据所述调制指数生成对应的多个控制信号。根据本专利技术的另一方面，一种响应于多个控制信号根据输入波形生成多电平输出波形的整流电路，包括：第一桥臂，连接于输入节点和输出节点之间；第二桥臂，连接于所述输入节点和所述输出节点之间。所述第一桥臂包括多个第一电容器和用于接收第一多个控制信号的多个第一开关。所述第一开关用于：通过多个串联的所述第一电容器将在所述输入节点侧接收的所述输入波形连接到所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于调节多电平开关电容(multilevel switched-capacitor，MSC)整流电路的装置，其特征在于，包括：/n补偿器，用于接收所述MSC整流电路的输出与参考电平的比较，并根据所述比较生成调制指数；/n调制器，用于接收所述调制指数，并生成所述MSC整流器中的开关的对应于所述调制指数的多个控制信号的时序。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180601 US 62/679,5771.一种用于调节多电平开关电容(multilevelswitched-capacitor，MSC)整流电路的装置，其特征在于，包括：
补偿器，用于接收所述MSC整流电路的输出与参考电平的比较，并根据所述比较生成调制指数；
调制器，用于接收所述调制指数，并生成所述MSC整流器中的开关的对应于所述调制指数的多个控制信号的时序。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调制器还用于：
根据一个或多个参考电压电平和参考波形，生成MSC整流电路的对应于调制指数的控制信号的所述时序；
根据所述调制指数和所述一个或多个参考电压，生成多个调制直流(directcurrent，DC)电压电平；
通过将所述调制DC电压电平与所述参考波形进行比较，生成对应的多个控制信号。


3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：
增益传感器，用于接收所述MSC整流电路的所述输出，并根据所述输出生成输出电平的指示；
比较器，用于接收所述输出电平的所述指示和所述参考电平，并根据所述输出电平的所述指示和所述参考电平之间的差值生成误差值，
其中，所述补偿器包括：
积分器，用于接收所述误差值并根据所述误差值生成所述调制指数，作为累积误差值。


4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述调制DC电压电平的幅值取决于所述累积误差值。


5.根据权利要求3和4中任一项所述的装置，其特征在于，还包括：
限制器，用于接收和限制所述累积误差值的范围，并将所述误差值提供给所述调制器，作为范围受限累积误差值。


6.根据权利要求3至5中任一项所述的装置，其特征在于，还包括：
前馈电路，用于接收所述累积误差值和前馈参数，并将所述误差值提供给所述调制器，作为加速累积误差值。


7.根据权利要求3至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述增益传感器用于接收所述MSC整流电路的所述输出，作为输出电压电平。


8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述增益传感器包括：
分压器，用于接收并分压所述输出电压电平；
模数转换器，用于接收所述分压后的输出电压电平并提供所述输出电平的所述指示，作为数字值。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述多个调制DC电压电平的数量为3。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述参考波形是参考正弦波。


11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述调制器用于：通过将所述对应调制DC电压电平的幅值与所述参考正弦波进行比较，生成所述控制信号中的每个控制信号的时序。


12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述调制器包括：
多个比较器，分别用于接收所述参考正弦波和所述对应的调制DC电压电平中的对应一个，并提供所述控制信号中的一个作为对应比较器的输出。


13.一种无线接收电力的方法，其特征在于，包括：
响应于多个控制信号，使用多电平开关电容(multilevelswitching-capacitor，MSC)整流器纠正接收到的功率波形以生成输出电压；
生成所述多个控制信号，包括：
接收所述输出电压；
将所述输出电压与参考值进行比较；
根据所述比较生成调制指数；
根据所述调制指数，生成所述多个控制信号中的每个控制信号的时序。


14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，生成所述多个控制信号还包括：
接收一个或多个直流(directcurrent，DC)参考电压电平；
根据所述调制指数和所述DC参考电压电平，生成多个调制DC参考电压；
接收参考波形；
通过将所述调制DC参考电压中的对应一个与所述参考波形进行比较，生成所述多个控制信号中的每个控制信号的所述时序。


15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
在接收电路的无线电力接收器侧从发送电路的无线电力发射器无线接收所述功率波形。


16.根据权利要求14和15中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述比较确定误差值，其中，所述多个调制DC参考电压根据所述误差值和所述DC参考电压电平生成。


17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，确定所述误差值包括：
将所述输出电压转换为数字值；
将所述输出电压的所述数字值与所述参考值进行比较；
将所述输出电压的所述数字值与所述参考值进行比较的结果进行综合，以确定所述误差值。


18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，确定所述误差值还包括：
限制所述输出电压的所述数字值与所述参考值进行比较的所述综合结果的值的范围，以确定所述误差值。
到参考值确定误差值。


19.根据权利要求17和18中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述误差值还包括：
接收前馈参数；
将所述输出电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵崇文，丹尼尔·科斯蒂内特，杨松楠，
申请(专利权)人：华为技术美国有限公司，田纳西大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：美国;US