雙模式無線功率接收器制造技術

一種雙模式接收器包含一電磁諧振器，其中該電磁諧振器具有用于形成一接收器線圈的一個或多個感應組件以及用于形成一匹配網絡的一被動組件網絡。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】電磁諧振器及形成電磁諧振器的方法
本專利技術涉及無線功率傳輸領域，尤其涉及一種雙模式無線功率接收器。
技術介紹
無線功率(WirelessPower，WP)傳輸系統使用兩個磁線圈(magneticcoil)之間的互感以透過磁感應來傳輸功率，此類系統通常可被分類為”感應式”或”諧振”。而在一純感應式無線功率傳輸系統中，作為一變壓器的初級繞組(primarywinding)的源極線圈(sourcecoil)由一電壓源或電流源來驅動，而作為次級繞組(secondarywinding)的接收器線圈直接或間接地通過一個交流耦合電容連接至一橋式整流器，而兩個繞組之間的電壓及電流可由通常用于描述變壓器的關系來定義。在一諧振無線功率傳輸系統中，源極線圈以及接收線圈皆連接至電容以形成電諧振器(electricalresonators)。從電路設計的觀點來看，該些電容的功能為抵銷電感的部分反應阻抗(reactiveimpedance)并在一給定電壓下傳輸更多功率。電感的阻抗與電容的阻抗隨著操作頻率呈反向變化，因此僅能在小范圍的頻率中有效的抵銷，換句話說，諧振無線功率系統利用多個電路，該多個電路調整至特定頻率來傳輸功率。該些電路通常不允許在其他頻率上傳輸功率。近年來，已出現兩種無線功率標準，無線功率聯盟已發布作為一感應式充電標準的Qi標準。雖然使用了一諧振電容，但Qi標準中的質量因子Q處于較低的個位數，其代表諧振并未被充分地利用。使用Qi標準的裝置在110-205KHz的頻率范圍下傳輸功率，因此傳統Qi裝置需要源極線圈與接收器線圈之間緊密的對齊(alignment)。而最近，數個組織開始引進使用高質量因子的諧振電路的無線功率系統來增加可用于充電的可使用范圍，由于一電感的質量因子與頻率成正比，所使用的頻率通常遠高于感應式充電器所使用的頻率，針對新出現的諧振無線功率標準的一個題案建議在工業、科學研究與醫療(Industrial,ScienceandMedical,ISM)頻段的操作頻率為6.78MHz。
技術實現思路
根據本專利技術的一觀點，提供一種電磁諧振器，其中該電磁諧振器具有用于形成一接收器線圈的一個或多個感應組件以及形成一匹配網絡的一被動組件網絡，該電磁諧振器包含定義在一低頻范圍的一第一選擇頻率以及定義在一高頻范圍的一第二選擇頻率以允許一整流電路操作在該高頻范圍以及該低頻范圍來達到主動電路(activecircuit)的最大使用率。根據本專利技術的另一觀點，該電磁諧振器具有用于形成一接收器線圈的一個或多個感應組件以及形成一匹配網絡的一被動組件網絡，該電磁諧振器包含定義在一低頻范圍的一第一選擇頻率以及定義在一高頻范圍的一第二選擇頻率以允許一整流電路操作在該高頻范圍以及該低頻范圍來達到主動電路的最大使用率。根據本專利技術的另一觀點，提供形成電磁諧振器的方法，其中該方法包含設置一電磁諧振器來包括用于形成一接收器線圈的一個或多個感應組件以及形成一匹配網絡的一被動組件網絡，并且該方法包含提供該電磁諧振器定義在一低頻范圍的一第一選擇頻率以及定義在一高頻范圍的一第二選擇頻率以允許一整流電路操作在該高頻范圍以及該低頻范圍來達到主動電路的最大使用率。【附圖說明】圖1為實現一低質量因子感應式充電接收器的一應用電路的示意圖。圖2為根據本專利技術的實現一高質量因子諧振無線功率接收器的一第二應用電路的示意圖。圖3為本專利技術的雙模式接收器的電路架構的示意圖。圖4為根據本專利技術通過使用開關電容CC來實現的負載調變的示意圖。圖5為根據本專利技術的線圈布局示意圖。圖6為本專利技術包括同步整流器的一實施例的示意圖。【具體實施方式】本專利技術涉及一種雙模式無線功率接收器的設計，其中該雙模式無線功率接收器可自操作在數百KHz范圍的一感應式充電器或操作在數百萬Hz范圍的一諧振充電器中接收功率，該雙模式無線功率接收器可具有110-205KHz的一低頻操作范圍以及6.78MHz的一高操作頻率，但本專利技術可應用于任何至少差五倍頻的兩個頻帶。圖1為實現一低質量因子感應式充電接收器的一感應式無線功率接收器電路2的示意圖，其中電感L3代表該接收器線圈(Rx線圈)，其耦接至一源極線圈，電感L3所感應到的交流功率會透過一橋式整流器4來進行整流以產生一直流電壓Vrect，橋式整流器4由四個(或更多個)二極管組成一橋式電路結構，使得在每一極性的輸入下都能提供相同極性的輸出，該橋式整流器根據一兩線制(two-wire)交流輸入提供全波整流，其與一個具有來自于一具有中間抽頭次級繞組的變壓器的三線(3-wire)輸入的一整流器相比，具有更低的制造成本與重量。電容C2q以及電感L3形成一電磁諧振器(electromagneticresonator)，其諧振頻率在該無線功率操作頻率附近，此頻率通常在數百KHz的范圍，該串聯諧振電路包含電感L3以及電容C2q且包含橋式整流器4的阻抗。其包含了吸引無線功率的電路，因此它相對較高。該電磁諧振器的該質量因子為：其中ωi為感應式無線功率系統的操作角頻率，Rl為二極管橋式整流器4的等效電阻，電阻Rl相對較高，因此該電路的質量因子通常處于較低的個位數。根據以下公式選擇Cs的值使得該電磁諧振器的諧振頻率等于該感應式無線功率系統的操作頻率。圖2為根據本專利技術的實現高質量因子諧振無線功率接收器的諧振功率接收器電路8的示意圖，其中一電感L2代表接收器線圈(Rx線圈)，電容C2a與C2b在電感L2與橋式整流器4之間形成一諧振匹配網絡，該匹配網絡為串并聯，因為電容C2a與負載串聯而電容C2b與負載并聯。電感L2以及電容C2a與C2b形成一電磁諧振器，由于部分電感電流可在僅包含電感L2、電容C2a以及C2b(加上寄生電阻)的一循環中流通，因此該電磁諧振器的質量因子相對較高，可能大于100，并且需要在確保電容C2a以及C2b串聯后與L2在操作頻率ωr上諧振的前提下選擇電容C2a以及C2b的值。在某些例子中可將該諧振接收器操作在一相對高的頻率，以將該諧振器的該質量因子最大化，在其他實施例中操作頻率為6.78MHz。可自操作在數百KHz的一感應式充電器或操作在數百萬Hz的一諧振充電器接收功率的一雙模式無線功率接收器具有顯著的實用性，在此處所討論的范例具有110-205KHz的低頻操作范圍以及6.78MHz的高操作頻率，但該方法可應用于任何差五倍頻的兩頻帶。雖然感應式接收器以及諧振接收器的架構相似，但在給定不同操作頻率的情況下，所需要的電感以及電容值通常差異很大。對一應用而言，可使用的整流范圍具有某些限制，舉例來說，對于使用鋰電池的移動電子裝置而言，其需要產生一固定的5V供應電壓并且對該電池以3至4.2V充電，因此可在5V至15V的范圍中選擇該整流電壓并可選擇一降壓穩壓器如一buck降壓穩壓器或一線性降壓穩壓器(lineardropoutregulator)以有效提供固定的5V供應電壓。對一雙模式接收器而言，此電壓范圍皆可在兩種模式中被觀測，然而，對于相同接收線圈電感值而言，在6.78MHz下的感應電壓會遠高于100KHz下的感應電壓，實際感應電壓表示為：Vind＝ωMI1(式4)其中Vind為感應電壓，M為互感，I1為源極線圈電流而ω為操作角頻率，互感M與源極線圈電感和接收器線圈電感的乘積的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙模式接收器包含一電磁諧振器，其特征在于，該電磁諧振器包含一個或多個用于形成一接收器線圈的感應組件以及用于形成一匹配網絡的一被動組件網絡，該電磁諧振器具有定義在一低頻率范圍的一第一選擇頻率以及定義在一高頻率范圍的一第二選擇頻率，允許一整流電路操作在該高頻率范圍以及該低頻率范圍以達到主動電路的最大使用率。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.03.14 US 61/782,637;2013.08.01 US 13/956,374;1.一種電磁諧振器，其特征在于，包含一個或多個用于形成一接收器線圈的感應組件以及用于形成一匹配網絡的一被動組件網絡，該電磁諧振器具有定義在一低頻率范圍的一第一選擇頻率以及定義在一高頻率范圍的一第二選擇頻率，允許一整流電路操作在該高頻率范圍以及該低頻率范圍以達到主動電路的最大使用率；該一個或多個感應組件包含第一電感和第二電感，該被動組件網絡包括第一電容、第二電容及第三電容，其中，該第二電感與該第一電容并聯后與該第一電感串聯，該第二電容串聯在該第二電感與該第一電容的并聯電路之后，該第三電容串聯在該第二電容之后，該整流電路的輸入端連接在該第三電容兩端。2.如權利要求1所述的電磁諧振器，其特征在于，該電磁諧振器用于在該低頻率范圍內產生一低質量因子感應式充電接收器。3.如權利要求1所述的電磁諧振器，其特征在于，該電磁諧振器用于在該高頻率范圍內產生一高質量因子諧振充電接收器。4.如權利要求1所述的電磁諧振器，其特征在于，該整流電路包含一橋式整流器。5.如權利要求1所述的電磁諧振器，其特征在于，該整流電路包含一同步整流器。6.如權利要求1所述的電磁諧振器，其特征在于，該電磁諧振器在該高頻率范圍中的有效電感低于在該低頻范圍中的有效電感。7.如權利要求1所述的電磁諧振器，其特征在于，該一個或多個感應組件包含兩個感應組件，其中該兩個感應組件用于接收低頻率功率以及高頻率功率，并且組裝在一印刷電路板的相同平面上。8.如權利要求1所述的電磁諧振器，其特征在于，該一個或多個感應組件形成一同心結構，且高頻組件設置于外側。9.如權利要求1所述的電磁諧振器，其特征在于，該一個或多個感應組件形成一同心結構，且高頻組件設置于內側。10.如權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：派翠克·史丹利·里爾，
申請(專利權)人：聯發科技新加坡私人有限公司，
類型：發明
國別省市：新加坡;SG