用于實(shí)施差分驅(qū)動放大器及線圈布置的設(shè)備及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于實(shí)施差分驅(qū)動放大器及線圈布置的設(shè)備及方法。示范性實(shí)施例是針對以差分方式驅(qū)動負(fù)載。一種設(shè)備包括差分驅(qū)動放大器，所述差分驅(qū)動放大器包括與第一輸出節(jié)點(diǎn)及第二輸出節(jié)點(diǎn)耦合的切換裝置。所述第一輸出節(jié)點(diǎn)及所述第二輸出節(jié)點(diǎn)驅(qū)動包括初級線圈的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)。所述差分驅(qū)動放大器還包括經(jīng)配置以驅(qū)動所述切換裝置的驅(qū)動電路。所述驅(qū)動電路可經(jīng)配置以將驅(qū)動信號提供到所述切換裝置以更改所述切換裝置的傳導(dǎo)狀態(tài)，從而在所述第一輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生第一輸出信號及在所述第二輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生第二輸出信號。所述第一輸出信號及所述第二輸出信號可相對于參考電壓實(shí)質(zhì)上在量值上相等但在極性上相反。
【專利說明】用于實(shí)施差分驅(qū)動放大器及線圈布置的設(shè)備及方法
[0001 ] 依據(jù)35U.S.C.§119主張優(yōu)先權(quán)
[0002]本申請案依據(jù)35U.S.C.§119(e)主張以下各案的優(yōu)先權(quán):
[0003]在2009年12月7日所申請的題為“用于實(shí)施差分驅(qū)動放大器及線圈布置的設(shè)備及方法(APPARATUS AND METHOD FOR IMPLEMENTING A DIFFERENTIAL DRIVE AMPLIFIER ANDA COIL ARRANGMENT)”的第61/267，329號美國臨時專利申請案，其全部揭示內(nèi)容借此以引用的方式并入。
[0004]分案申請信息
[0005]本發(fā)明專利申請是申請日為2010年12月7日、申請?zhí)枮?01080055444.5、發(fā)明名稱為“用于實(shí)施差分驅(qū)動放大器及線圈布置的設(shè)備及方法”的發(fā)明專利申請案的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0006]本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及噪聲消除，且更特定來說，涉及差分驅(qū)動放大器的配置及線圈布置。
【背景技術(shù)】
[0007]長距離及/或?qū)?zhǔn)不敏感的無線電力系統(tǒng)的缺點(diǎn)可為高電平的傳導(dǎo)噪聲及輻射噪聲的發(fā)射。舉例來說，一些松耦合無線電力系統(tǒng)可利用高電壓及大初級線圈，所述兩者均可在經(jīng)由切換產(chǎn)生的信號是到系統(tǒng)的輸入時促使噪聲發(fā)射。當(dāng)此類系統(tǒng)靠近其它電子產(chǎn)品(例如，移動電話、游戲控制器、媒體重放裝置等)操作時，所述系統(tǒng)可引起電磁干擾挑戰(zhàn)。
[0008]由這些系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲的一部分為共模的。共模噪聲可歸因于使用高電壓及具有顯著表面積的無屏蔽初級繞組。當(dāng)系統(tǒng)在諧振下或接近諧振操作時，可利用高電壓以克服初級線圈與次級線圈之間的弱耦合。使用大的、無屏蔽初級繞組以在長距離上傳輸電力可進(jìn)一步使環(huán)繞區(qū)域暴露于所得噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一個方面涉及一種設(shè)備，其包含:第一線圈，其具有平面螺旋配置，所述第一線圈的匝之間的間距從所述線圈的外邊緣朝向所述第一線圈的中心增加；及第二線圈，其具有平面螺旋配置，所述第二線圈的匝之間的間距從所述線圈的外邊緣朝向所述第二線圈的中心增加，其中，所述第一線圈和所述第二線圈經(jīng)配置以經(jīng)由磁場以將無線電力傳輸給一個或多個接收線圈。。
[0010]本發(fā)明的另一方面涉及一種方法，其包含:以電流驅(qū)動第一線圈，所述第一線圈具有平面螺旋配置，所述第一線圈的匝之間的間距從所述線圈的外邊緣朝向所述第一線圈的中心增加;及以電流驅(qū)動第二線圈，所述第二線圈具有平面螺旋配置，所述第二線圈的匝之間的間距從所述線圈的外邊緣朝向所述第二線圈的中心增加，其中，所述第一線圈和所述第二線圈經(jīng)配置以經(jīng)由磁場以將無線電力傳輸給一個或多個接收線圈。
【附圖說明】
[0011]因此，已大體上描述了本發(fā)明，現(xiàn)將參考未必按比例繪制的隨附圖式，且其中:
[0012]圖l、2a及2b為根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)例實(shí)施例的單一切換裝置差分驅(qū)動放大器的示意圖；
[0013]圖3說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)例實(shí)施例的實(shí)例切換裝置；
[0014]圖4說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)例實(shí)施例的實(shí)例驅(qū)動電路；
[0015]圖5說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例的包括無線發(fā)射器及無線接收器的無線電力系統(tǒng)；
[0016]圖6說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例的包括差分驅(qū)動放大器的無線電力發(fā)射器的示意圖；
[0017]圖7說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)例實(shí)施例的差分輸出信號；
[0018]圖8說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)例實(shí)施例的用于平面電壓共同定位的雙線圈布置；
[0019]圖9說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)例實(shí)施例的用于平面電壓共同定位的第一線圈布局；
[0020]圖10說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)例實(shí)施例的用于平面電壓共同定位的第二線圈布局；
[0021]圖11說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)例實(shí)施例的坐標(biāo)軸上的用于平面電壓共同定位的雙線圈布置；
[0022]圖12為根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)例實(shí)施例的所測量電壓對相距圖10的雙線圈布置的中心點(diǎn)的距離的圖表；
[0023]圖13說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例的包括差分驅(qū)動放大器的另一無線電力發(fā)射器的示意圖；
[0024]圖14說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例的又一差分驅(qū)動放大器的示意圖；及
[0025]圖15說明本發(fā)明的一個實(shí)例方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下文結(jié)合隨附圖式所闡述的詳細(xì)描述既定作為對本發(fā)明的示范性實(shí)施例的描述，且并不既定表示可實(shí)踐本發(fā)明的僅有實(shí)施例。貫穿此描述所使用的術(shù)語“示范性”意味著“充當(dāng)實(shí)例、例子或說明”，且未必應(yīng)解釋為比其它示范性實(shí)施例優(yōu)選或有利。所述詳細(xì)描述包括特定細(xì)節(jié)以便實(shí)現(xiàn)提供對本發(fā)明的示范性實(shí)施例的透徹理解的目的。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見，可在無這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明的示范性實(shí)施例。在一些例子中，以框圖形式展示眾所周知的結(jié)構(gòu)及裝置，以避免混淆本文中所呈現(xiàn)的示范性實(shí)施例的新穎性。
[0027]現(xiàn)將參考隨附圖式在下文中更充分地描述本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例，在所述隨附圖式中展示本發(fā)明的一些實(shí)施例，但并未展示本發(fā)明的所有實(shí)施例。實(shí)際上，本發(fā)明可以許多不同形式體現(xiàn)且不應(yīng)理解為限于本文中所闡述的所述實(shí)施例；更確切地說，提供這些實(shí)施例使得本發(fā)明將滿足可適用的法定要求。類似參考標(biāo)號始終指代類似元件。
[0028]如用于指代兩個對象之間的關(guān)系的術(shù)語(例如，“實(shí)質(zhì)上”、“約”、“大約”或其類似者)既定不僅反映精確關(guān)系，而且反映可能歸因于各種因素(例如，環(huán)境條件的影響、共同誤差容限或其類似者)所致的所述關(guān)系的變化。應(yīng)進(jìn)一步理解，盡管一些值或其它關(guān)系在本文中可在不修改的情況下進(jìn)行表達(dá)，但這些值或其它關(guān)系也可能為精確的或可能包括歸因于各種因素(例如，環(huán)境條件的影響、共同誤差容限或其類似者)所致的一定程度的變化。
[0029]術(shù)語“無線電力”在本文中用以意味著在不使用物理電導(dǎo)體的情況下在發(fā)射器與接收器之間傳輸?shù)呐c電場、磁場、電磁場或其它者相關(guān)聯(lián)的任何形式的能量。
[0030]本文中描述本發(fā)明的包括差分驅(qū)動放大器的各種實(shí)例設(shè)備。根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例，所述差分驅(qū)動放大器可包括單一切換裝置(例如，晶體管)，所述單一切換裝置用于接收單一控制信號(例如，單一柵極驅(qū)動信號)及產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上相等且相對于彼此來說相反的差分輸出信號。歸因于所述差分輸出信號之間的相等且相反的關(guān)系，所述信號可用以減少或?qū)嵸|(zhì)上消除輸入信號中存在的共模噪聲。因而，所述差分驅(qū)動放大器可包括于(例如)無線電力系統(tǒng)中以減少所述系統(tǒng)的傳導(dǎo)噪聲及輻射噪聲。另外，本發(fā)明的一些實(shí)例實(shí)施例還支持軟切換功能性且維持E類放大器的相位角對輸出功率的關(guān)系。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)例實(shí)施例，提供一種差分驅(qū)動放大器。所述差分驅(qū)動放大器可包括切換裝置。所述切換裝置可與第一輸出節(jié)點(diǎn)及第二輸出節(jié)點(diǎn)通信或耦合，其中所述第一輸出節(jié)點(diǎn)及所述第二輸出節(jié)點(diǎn)驅(qū)動負(fù)載網(wǎng)絡(luò)。所述差分驅(qū)動放大器還可包括經(jīng)配置以驅(qū)動所述切換裝置的驅(qū)動電路，其中所述驅(qū)動電路經(jīng)配置以將驅(qū)動信號提供到所述切換裝置以更改所述切換裝置的傳導(dǎo)狀態(tài)，從而在所述第一輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生第一輸出信號及在所述第二輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生第二輸出信號。所述第一輸出信號及所述第二輸出信號可相對于參考電壓實(shí)質(zhì)上在量值上相等但在極性上相反。
[0032]另一實(shí)例實(shí)施例為一種無線電力發(fā)射器。所述無線電力發(fā)射器可包括:差分驅(qū)動放大器，其具有第一輸出節(jié)點(diǎn)及第二輸出節(jié)點(diǎn);供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，其經(jīng)配置以將電力提供到所述差分驅(qū)動放大器;及負(fù)載網(wǎng)絡(luò)，其與所述第一輸出節(jié)點(diǎn)及所述第二輸出節(jié)點(diǎn)通信或耦合。所述差分驅(qū)動放大器可包含:切換裝置，其與所述第一輸出節(jié)點(diǎn)通信或耦合且與所述第二輸出節(jié)點(diǎn)通信或耦合;及驅(qū)動電路，其經(jīng)配置以將驅(qū)動信號提供到所述切換裝置。所述切換裝置可經(jīng)配置以接收所述驅(qū)動信號且更改所述切換裝置的傳導(dǎo)狀態(tài)以在所述第一輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生第一輸出信號及在所述第二輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生第二輸出信號。所述第一輸出信號及所述第二輸出信號可相對于參考電壓實(shí)質(zhì)上在量值上相等但在極性上相反。
[0033]另一實(shí)例實(shí)施例為一種無線電力系統(tǒng)。所述無線電力系統(tǒng)可包括無線電力接收器及無線電力發(fā)射器。所述無線電力接收器可包括至少一個次級線圈。所述無線電力發(fā)射器可包括:差分驅(qū)動放大器，其具有第一輸出節(jié)點(diǎn)及第二輸出節(jié)點(diǎn)；供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，其經(jīng)配置以將電力提供到所述差分驅(qū)動放大器;及負(fù)載網(wǎng)絡(luò)。所述差分驅(qū)動放大器可包含與所述第一輸出節(jié)點(diǎn)及所述第二輸出節(jié)點(diǎn)通信或耦合的切換裝置，且所述負(fù)載網(wǎng)絡(luò)可經(jīng)由所述第一輸出節(jié)點(diǎn)及所述第二輸出節(jié)點(diǎn)來驅(qū)動。所述差分驅(qū)動放大器還可包括經(jīng)配置以將驅(qū)動信號提供到所述切換裝置的驅(qū)動電路。所述切換裝置可經(jīng)配置以接收所述驅(qū)動信號且更改所述切換裝置的傳導(dǎo)狀態(tài)以在所述第一輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生第一輸出信號及在所述第二輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生第二輸出信號。所述第一輸出信號及所述第二輸出信號可相對于參考電壓實(shí)質(zhì)上在量值上相等但在極性上相反。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)例實(shí)施例，提供一種實(shí)例設(shè)備，所述實(shí)例設(shè)備包括用于切換的裝置。所述用于切換的裝置可與第一輸出節(jié)點(diǎn)及第二輸出節(jié)點(diǎn)通信或耦合，其中所述第一輸出節(jié)點(diǎn)及所述第二輸出節(jié)點(diǎn)驅(qū)動負(fù)載網(wǎng)絡(luò)。所述設(shè)備還可包括用于驅(qū)動所述切換裝置的裝置，其中所述用于驅(qū)動所述切換裝置的裝置經(jīng)配置以將驅(qū)動信號提供到所述切換裝置以更改所述切換裝置的傳導(dǎo)狀態(tài)，從而在所述第一輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生第一輸出信號及在所述第二輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生第二輸出信號。所述第一輸出信號及所述第二輸出信號可相對于參考電壓實(shí)質(zhì)上在量值上相等但在極性上相反。
[0035]本發(fā)明的又一實(shí)例實(shí)施例為一種實(shí)例方法。所述實(shí)例方法可包含在切換裝置處接收來自驅(qū)動電路的驅(qū)動信號，及基于所述驅(qū)動信號更改所述切換裝置的傳導(dǎo)狀態(tài)以在第一輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生第一輸出信號及在第二輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生第二輸出信號。所述第一輸出信號及所述第二輸出信號可相對于參考電壓實(shí)質(zhì)上在量值上相等但在極性上相反。所述實(shí)例方法還可包括分別通過所述第一輸出信號及所述第二輸出信號經(jīng)由所述第一輸出節(jié)點(diǎn)及所述第二輸出節(jié)點(diǎn)來驅(qū)動負(fù)載網(wǎng)絡(luò)。
[0036]本發(fā)明的另一實(shí)例實(shí)施例為一種實(shí)例設(shè)備。所述實(shí)例設(shè)備可包括由第一信號驅(qū)動的第一線圈，及由第二信號驅(qū)動的第二線圈。所述第一信號及所述第二信號可相對于參考電壓實(shí)質(zhì)上在量值上相等但在極性上相反。所述第一線圈及所述第二線圈可具有在共同平面內(nèi)的螺旋配置，所述螺旋配置提供分別在所述第一線圈及所述第二線圈內(nèi)的實(shí)質(zhì)上相等且相反的電壓在所述共同平面上的任何位置處的共同定位。
[0037]本文中所描述的各種實(shí)例實(shí)施例提供差分、相反信號的產(chǎn)生，所述信號能夠限制或消除原本將從放大器輸出的共模噪聲。相反定向的復(fù)制信號在彼此緊密接近時可以實(shí)質(zhì)上消除或毀減不良噪聲的方式影響由所述信號所產(chǎn)生的場。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)例實(shí)施例，單一切換裝置用于產(chǎn)生第一輸出信號及第二輸出信號。所述第一輸出信號及所述第二輸出信號(統(tǒng)稱為差分輸出信號)可相對于參考電壓實(shí)質(zhì)上在量值上相等但在極性上相反。根據(jù)各種實(shí)例實(shí)施例，所述差分輸出信號可以優(yōu)于常規(guī)解決方案的涉及有源組件數(shù)量減少的方式來產(chǎn)生。所述差分輸出信號可用以驅(qū)動負(fù)載網(wǎng)絡(luò)，所述負(fù)載網(wǎng)絡(luò)可包含各種組件，包括(例如)一個或一個以上線圈或繞組。根據(jù)各種實(shí)例實(shí)施例，可結(jié)合線圈布置來利用差分驅(qū)動放大器(例如，本文中所描述的單一切換裝置晶體管差分驅(qū)動放大器)，所述線圈布置在對磁場產(chǎn)生影響不大或無影響的情況下使差分輸出信號的高電壓及低電壓共同定位以實(shí)現(xiàn)噪聲減少。
[0038]根據(jù)各種實(shí)例實(shí)施例，當(dāng)實(shí)質(zhì)上在量值上相等但在極性上相反的兩個電壓存在于實(shí)質(zhì)上相同位置中時，電壓被稱為“共同定位”。本發(fā)明的一些實(shí)例實(shí)施例經(jīng)由使用緊耦合線圈導(dǎo)體來產(chǎn)生共同定位電壓，所述緊耦合線圈導(dǎo)體具有在給定位置處提供實(shí)質(zhì)上在量值上相等但在極性上相反的電壓的布置，如下文進(jìn)一步所描述。一個或一個以上初級線圈中的導(dǎo)體可在物理上定位成彼此接近以產(chǎn)生共同定位電壓。根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例，如果以此方式來實(shí)施，則線圈間電容性耦合可支配到接地的電容性耦合，且由所述初級線圈所投射的電現(xiàn)場可趨近零。
[0039]根據(jù)各種實(shí)例實(shí)施例，所述差分驅(qū)動放大器與所述線圈布置一起顯著地減少電容性地連接到接地及周圍電子裝置兩者的信號的量值。結(jié)果，可減少共模發(fā)射及對其它電子裝置的干擾。
[0040]本發(fā)明的各種實(shí)例實(shí)施例還增加或最大化(例如)用于對一個或一個以上便攜式裝置(例如，移動電話、MP3播放器、便攜式投影器、數(shù)碼相機(jī)及其類似者)的電池充電或以其它方式供電的無線電力傳送的效率。一些實(shí)例實(shí)施例利用最低設(shè)計要求且降低組件要求，借此減少成本。另外，盡管本文中所描述的實(shí)例實(shí)施例可針對無線電力傳送，但差分驅(qū)動放大器的實(shí)例實(shí)施例可實(shí)施于廣泛范圍的應(yīng)用(不限于無線電力系統(tǒng))中。
[0041]圖1描繪根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)例實(shí)施例的實(shí)例單一切換裝置差分驅(qū)動放大器10的示意圖。放大器10包括連接到供應(yīng)電壓(+Vcc)的上部RLC(電阻器/電感器/電容器)網(wǎng)絡(luò)20，及連接到接地的下部RLC網(wǎng)絡(luò)30。上部網(wǎng)絡(luò)20及下部網(wǎng)絡(luò)30共享切換裝置40，所述切換裝置40在所述兩個網(wǎng)絡(luò)之間浮動。切換裝置40可接收可控制切換裝置40的切換操作的控制或驅(qū)動信號。切換裝置40還可界定兩個輸出節(jié)點(diǎn)nl及n2，其中在nl及n2處分別存在差分輸出信號。所述控制或驅(qū)動信號可使所述切換裝置更改其傳導(dǎo)狀態(tài)。以此方式，可在節(jié)點(diǎn)nl及節(jié)點(diǎn)n2處產(chǎn)生相對于彼此來說實(shí)質(zhì)上相等且相反的差分輸出信號。
[0042]上部RLC網(wǎng)絡(luò)20可與下部RLC網(wǎng)絡(luò)30相匹配，以使得所述網(wǎng)絡(luò)的組件的特性(例如，電阻、電容、電感及其類似者)實(shí)質(zhì)上相同。根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例，可在可匹配且緊耦合的電感器(還將其稱作繞組或線圈)LI與L2之間連接切換裝置40。電感器L3及L4也可匹配且緊耦入口 ο
[0043]如本文中所使用，術(shù)語“浮動”可用以指示一裝置未連接到固定電位(例如，+Vcc或接地)。舉例來說，如果裝置經(jīng)由非零阻抗組件(例如，電感器或電容器)連接到固定電位，則所述裝置可為浮動的。因而，在一浮動組件的端子處的電位可傾向于相對于固定電位而漂移或浮動。
[0044]可體現(xiàn)為晶體管(例如，場效應(yīng)晶體管或其類似者)的切換裝置40可響應(yīng)于控制或驅(qū)動信號(例如，在圖1中所描繪的方波)而切換為斷開或閉合。根據(jù)各種實(shí)例實(shí)施例，上部網(wǎng)絡(luò)及下部網(wǎng)絡(luò)中的電流Il及12在相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中方向相反。由于切換裝置40所執(zhí)行的切換操作以及電流Il及12，可在節(jié)點(diǎn)nl及n2處產(chǎn)生差分輸出信號。歸因于L3電感器與L4電感器的耦合效應(yīng)，在節(jié)點(diǎn)nl及n2處產(chǎn)生的差分輸出信號可相互作用以消除存在于輸入信號中的噪聲。因而，負(fù)載Rl可接收在傳導(dǎo)噪聲及輻射噪聲兩者上均具有相關(guān)聯(lián)減少的信號。
[0045]如上文所陳述，電感器L3與L4之間的耦合可促進(jìn)放大器所提供的噪聲減少。為了最大化噪聲消除，電感器L3及L4可定位成盡可能靠近以使得所述電感器強(qiáng)耦合。實(shí)際上，設(shè)計者可能想要接近于實(shí)現(xiàn)完全噪聲消除的假想狀況，同時仍要避免信號的全部消除。根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例，可使用組合于單一封裝中的一對強(qiáng)親合電感器(例如，Coi ItronixDRQ127-470-R)，其使所述電感器盡可能緊密耦合。由于強(qiáng)耦合，可迫使所述電感器的每一者中的電流的值幾乎相等，從而促進(jìn)產(chǎn)生相反定向的信號。根據(jù)電感器未包括于同一封裝(例如，無線電力系統(tǒng))中的實(shí)例實(shí)施例，電感器L3及L4可為用于將無線電力傳輸?shù)揭粋€或一個以上次級線圈的相互纏繞的線圈，且可通過將所述電感器維持為緊密接近而利用強(qiáng)耦入口 ο
[0046]圖2a描繪呈單一切換裝置差分驅(qū)動放大器50的形式的本發(fā)明的另一實(shí)例實(shí)施例，所述單一切換裝置差分驅(qū)動放大器50供無線電力系統(tǒng)使用。圖2a將圖1的電感器LI及L2描繪為放大器50的“耦合電感器”且將圖1的電感器L3及L4描繪為放大器50的“傳輸線圈”(還稱作初級線圈)。在無線電力系統(tǒng)內(nèi)，所述傳輸線圈可經(jīng)配置以在一個或一個以上次級線圈(未描繪)中感應(yīng)電流以將無線電力提供到一連接到所述一個或一個以上次級線圈的負(fù)載，例如對一電池充電或以其它方式提供電力來操作一裝置。另外，放大器50通過將在圖1中的電容器C。組合成單一電容器(:。/2(具有一半的額定電容)來減少組件的數(shù)目。
[0047]圖2b描繪單一切換裝置差分驅(qū)動放大器60的又一實(shí)例實(shí)施例。放大器60通過以下動作來進(jìn)一步減少組件的數(shù)目:修改節(jié)點(diǎn)η I與節(jié)點(diǎn)η 2之間的電容網(wǎng)絡(luò)以消除兩個電容器C及共同接地，及包括單一分路電容器C/2(具有一半的額定電容)。根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例，可由組合電容為C/2的若干電容器來替換所述單一分路電容器。
[0048]如關(guān)于圖l、2a及2b所描述，可提供根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)例實(shí)施例的單一切換裝置差分驅(qū)動放大器。由各種實(shí)例實(shí)施例所利用的切換裝置40可為用于關(guān)于控制信號執(zhí)行切換的任何裝置。根據(jù)各種實(shí)例實(shí)施例，所述切換裝置可包含晶體管，例如在圖3中所描繪的場效應(yīng)晶體管70。晶體管70為η型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS) AMOS晶體管可用以控制漏極(D)端子與源極(S)端子之間的切換，所述切換是通過控制柵極(G)及源極(S)處的端子來完成。匪OS可通常在OFF(斷開)模式(或所述開關(guān)在漏極與源極之間斷開)中操作，且如果相較于源極處的電壓在柵極處施加正電壓，則其轉(zhuǎn)變到ON(接通)模式(或所述開關(guān)在漏極與源極之間閉合)。
[0049]因而，晶體管70的柵極可連接到用于控制從源極到漏極的傳導(dǎo)性的控制信號或驅(qū)動信號。就此來說，到所述柵極的輸入信號可更改所述晶體管的傳導(dǎo)狀態(tài)。如下文進(jìn)一步描述，晶體管70(或另一切換裝置)的柵極可連接到由驅(qū)動電路提供的驅(qū)動信號。所述漏極可構(gòu)成第一輸出節(jié)點(diǎn)且可經(jīng)由電感器連接到供應(yīng)電壓。所述源極可構(gòu)成第二輸出節(jié)點(diǎn)且可經(jīng)由電感器連接到接地。
[0050]晶體管70說明可根據(jù)各種實(shí)例實(shí)施例來實(shí)施的一個實(shí)例切換裝置。還可根據(jù)實(shí)例實(shí)施例來實(shí)施其它類型的切換裝置。舉例來說，所述切換裝置可體現(xiàn)為以下各者或以下各者的部分:處理器(例如，信號處理器)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其類似者。
[0051]圖4說明根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例的驅(qū)動電路80。驅(qū)動電路80可在81處接收輸入信號且在84處將驅(qū)動信號提供到切換裝置40的柵極?？山?jīng)由柵極驅(qū)動變壓器82及h橋網(wǎng)絡(luò)83在84處產(chǎn)生驅(qū)動信號。根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例，為了在84處產(chǎn)生用于切換裝置的驅(qū)動信號，可使用變壓器82來實(shí)施隔離驅(qū)動方案。根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例，變壓器82可為脈沖變壓器。變壓器82可感測其輸入端子上的電壓差且在其輸出端子上施加相同電壓。通過跨越切換裝置40的柵極及源極而連接變壓器82的輸出端子，即使源極及漏極在nl與n2之間浮動時也可執(zhí)行切換。
[0052]在一些實(shí)例實(shí)施例中，切換裝置40可經(jīng)設(shè)計以快速切換，此情形可能需要切換裝置的柵極處快速改變的驅(qū)動信號。為實(shí)現(xiàn)快速改變的驅(qū)動信號，可利用h橋電路83。參看圖4，h橋電路83可包括二極管Dl及D2以及雙極結(jié)晶體管(BJT)Bl及B2。二極管以及電容器Cl及C2可形成倍壓器電路，所述倍壓器電路可用以跨越節(jié)點(diǎn)n4及n2而產(chǎn)生直流(DC)電壓?？梢酝仆?push-pull)配置設(shè)定所述BJT以使用此DC電壓來驅(qū)動切換裝置40的柵極。推挽配置可依賴于BJT的若干固有特性。BI可為PNP晶體管，且在BJT基極電壓(連接到節(jié)點(diǎn)n3)可高于發(fā)射極處的電壓時充當(dāng)集電極(連接到節(jié)點(diǎn)n4)與發(fā)射極(連接到節(jié)點(diǎn)ng)之間的閉合的開關(guān)。另一方面，B2可為NPN晶體管，且在其基極電壓(連接到節(jié)點(diǎn)n3)可低于發(fā)射極的電壓時充當(dāng)其集電極(連接到節(jié)點(diǎn)n2)與發(fā)射極(連接到節(jié)點(diǎn)ng)之間的閉合的開關(guān)。當(dāng)不作為閉合的開關(guān)操作時，BI及B2兩者均可充當(dāng)斷開的開關(guān)。
[0053]當(dāng)變壓器迫使節(jié)點(diǎn)n3的電壓高于節(jié)點(diǎn)n2處的電壓時，BI可感測到其基極端子與發(fā)射極端子之間的正電壓，從而導(dǎo)致電流從電容器Cl流動到切換裝置40的柵極。類似地，B2可感測到其基極與其發(fā)射極之間的較低電壓，從而使切換裝置40的柵極放電到節(jié)點(diǎn)n2。結(jié)果，h橋83提供切換裝置40的柵極處信號電壓的快速斜上升與快速斜下降(相對于其源極)，借此允許快速切換。
[0054]圖5描繪根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)例實(shí)施例的實(shí)例無線電力系統(tǒng)。圖5的無線電力系統(tǒng)可包括無線電力發(fā)射器102及無線電力接收器104。無線電力發(fā)射器102可包括差分驅(qū)動放大器100，差分驅(qū)動放大器100又可包括單一切換裝置110及驅(qū)動電路120。驅(qū)動電路120可接收輸入信號121。無線電力發(fā)射器102還可包括供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)130及初級線圈140。無線電力接收器104可包括次級線圈150、整流器160及負(fù)載170，負(fù)載170可為動態(tài)負(fù)載。在一些實(shí)例實(shí)施例中，負(fù)載170可為用于電子裝置的可再充電電池。
[0055]根據(jù)各種實(shí)例實(shí)施例，圖5的無線電力系統(tǒng)實(shí)施切換操作以將由供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)130所提供的DC電壓轉(zhuǎn)換成高頻信號。差分驅(qū)動放大器100可如上文所描述而操作以產(chǎn)生兩個差分的高頻輸出信號，所述信號實(shí)質(zhì)上相等且相反。可將所述差分輸出信號遞送到相應(yīng)初級線圈，所述初級線圈經(jīng)定位以經(jīng)由初級線圈140的親合來提供噪聲消除。初級線圈140可經(jīng)定向以使得所述線圈中的電流在相同方向上流動，借此提供噪聲消除同時還對初級線圈140的磁場產(chǎn)生具有最小影響。歸因于電流的方向，可產(chǎn)生具有相同極性的磁場。所述磁場可在無線電力接收器的一個或一個以上次級線圈150中感應(yīng)電流。所述一個或一個以上次級線圈150可接收感應(yīng)的交流(AC)信號，所述AC信號可接著經(jīng)由整流器160整流且饋入到負(fù)載170。
[0056]圖6說明無線電力發(fā)射器的更詳細(xì)示意圖。如上文所陳述，差分驅(qū)動放大器100可利用由供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)130提供的DC供應(yīng)。供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)130可包括兩個緊耦合的扼流電感器(LDC) 131及132，扼流電感器131及132可將DC電壓饋入到切換裝置110的漏極端子及源極端子。根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例，扼流電感器131及132的緊耦合可部分地負(fù)責(zé)對準(zhǔn)差分驅(qū)動放大器輸出的高側(cè)及低側(cè)的相位。
[0057]切換裝置110可包含晶體管，所述晶體管依據(jù)柵極端子處的AC輸入而浮動。隔離驅(qū)動電路120可通過在121處接收輸入信號及在124處將驅(qū)動或控制信號提供到切換裝置110的柵極來將信號提供到柵極端子。類似于圖4中所說明的隔離驅(qū)動電路，隔離驅(qū)動電路120可包括變壓器122及h橋123?？砂↙I及Rl以減弱驅(qū)動信號的改變(dV/dT)且防止產(chǎn)生高階諧波。根據(jù)各種實(shí)例實(shí)施例，驅(qū)動電路120輔助切換裝置110跨越各種負(fù)載條件而維持零電壓切換。
[0058]在一些實(shí)例實(shí)施例中，所述驅(qū)動電路可將階躍函數(shù)輸入信號提供到切換裝置110。圖7說明相對于接地的實(shí)例差分輸出信號，所述信號是基于階躍函數(shù)輸入信號而在切換裝置的輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生。所述階躍函數(shù)可產(chǎn)生為半正弦信號的差分輸出信號。信號111可為可在切換裝置110的漏極處俘獲的正輸出信號。信號112可為可在切換裝置110的源極處俘獲的負(fù)輸出信號。值得注意的是，信號111及信號112相對于參考電壓實(shí)質(zhì)上在量值上相等但在極性上相反。在圖7中所說明的實(shí)例中，所述參考電壓為大約6伏特。然而，根據(jù)各種實(shí)例實(shí)施例，所述參考電壓(例如)可為零伏特。
[0059]圖6的分路電容器網(wǎng)絡(luò)101、平衡電容器網(wǎng)絡(luò)103及初級線圈網(wǎng)絡(luò)180可包括于負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中。根據(jù)實(shí)例實(shí)施例的無線電力系統(tǒng)還可包括接收器(圖6中未展示)以從初級線圈140a及140b接收電力，所述接收器包括一個或一個以上次級線圈及一整流器。在一些實(shí)例實(shí)施例中，所述接收器也可包括于負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中。
[0060]可在切換裝置110的輸出節(jié)點(diǎn)(例如，漏極及源極)之間連接分路電容器網(wǎng)絡(luò)101。圖6的分路電容器網(wǎng)絡(luò)101包括單一電容器102，然而，本發(fā)明的一些實(shí)例實(shí)施例可在分路電容器網(wǎng)絡(luò)101內(nèi)包括若干電容器。根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例，分路電容器網(wǎng)絡(luò)101在切換裝置110實(shí)施為晶體管時促進(jìn)調(diào)諧切換裝置110以用于零電壓切換。就此來說，可響應(yīng)于切換操作而交替地存儲電荷和從分路電容器網(wǎng)絡(luò)102釋放電荷。
[0061]平衡電容器網(wǎng)絡(luò)103可包括用以提供隔離接地參考的若干電容器(例如，電容器104、電容器105及電容器106)，所述電容器可促使改善差分驅(qū)動放大器輸出信號之間的平衡。根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例，電容器104及105可匹配。包括于平衡電容器網(wǎng)絡(luò)103中的到接地的連接還可提供使高頻噪聲分路到接地的路徑。
[0062]初級線圈網(wǎng)絡(luò)180可包括初級線圈140a及140b以及連接于所述線圈之間且與線圈串聯(lián)連接的串聯(lián)電容器141?；蛘?，在一些實(shí)例實(shí)施例中，初級線圈網(wǎng)絡(luò)180可包括單一初級線圈。在雙線圈網(wǎng)絡(luò)中，初級線圈140a及140b可為緊親合的一對等長度線圈。所述兩個初級線圈的緊耦合還可促進(jìn)維持差分放大器輸出信號之間的相位關(guān)系。通過定位初級線圈140a及140b以使得電流在相同方向上流經(jīng)所述線圈，初級線圈140a及140b可使具有相等且相反電位的電壓共同定位且減少噪聲發(fā)射。因?yàn)殡娏髟谙嗤较蛏狭鹘?jīng)初級線圈140a及140b，所以由所述線圈所產(chǎn)生的磁場不受影響或?qū)嵸|(zhì)上不受影響。由第一線圈及第二線圈所產(chǎn)生的磁場可具有相同極性。串聯(lián)電容器141可連接于所述初級線圈之間以促進(jìn)使負(fù)載達(dá)到從差分驅(qū)動放大器的角度來說合適的相位角。在一些實(shí)例實(shí)施例中，作為對串聯(lián)電容器的替代，第一電容器可連接于切換裝置的第一輸出節(jié)點(diǎn)與第一線圈之間，且第二電容器可連接于切換裝置的第二輸出節(jié)點(diǎn)與第二線圈之間。第一電容器及第二電容器可具有為串聯(lián)電容器141的電容兩倍的額定電容。根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例，第一電容器及第二電容器可結(jié)合包括單一線圈的初級線圈網(wǎng)絡(luò)來實(shí)施。
[0063]根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例，初級線圈網(wǎng)絡(luò)180可經(jīng)配置以通過使實(shí)質(zhì)上相等且相反的電壓在由初級線圈網(wǎng)絡(luò)界定的平面表面上的任何位置處共同定位來促進(jìn)噪聲消除。根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例，初級線圈網(wǎng)絡(luò)180可經(jīng)配置以使實(shí)質(zhì)上相等且相反的電壓在環(huán)繞初級線圈網(wǎng)絡(luò)180的三維空間中的任何位置處共同定位。根據(jù)各種實(shí)例實(shí)施例，可通過如上文所描述的差分輸出信號來驅(qū)動所述初級線圈。然而，根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例，本文中所描述的初級線圈布置及配置可結(jié)合任何類型的差分驅(qū)動放大器來利用，所述差分驅(qū)動放大器包括(但不限于)如本文中所描述的單一切換裝置差分驅(qū)動放大器。舉例來說，所述初級線圈布置及配置可與包括多個切換裝置及/或晶體管的差分驅(qū)動放大器一起使用。
[0064]關(guān)于初級線圈的定位配置，每一初級線圈可在一幾何平面上纏繞為螺旋形。為了促進(jìn)電壓的共同定位，線圈的每一匝之間的距離可隨著所述螺旋配置朝向一區(qū)域的中心移動而增加。第一線圈及第二線圈可因此在一共同平面內(nèi)具有螺旋配置，所述螺旋配置提供分別在第一線圈及第二線圈內(nèi)的實(shí)質(zhì)上相等且相反的電壓在所述共同平面上的任何位置處的共同定位。根據(jù)一些實(shí)例實(shí)施例，可利用向一中心點(diǎn)或中心區(qū)域旋入且接著返回旋出的單一線圈。因而，線圈布置可由在一中心位置處連接的兩個線圈來構(gòu)建以實(shí)現(xiàn)單一線圈實(shí)例實(shí)施例。
[0065]圖8說明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)例實(shí)施例的雙線圈布置。圖9說明僅描繪第一線圈的圖8的實(shí)例實(shí)施例。圖10說明僅描繪第二線圈的圖8的實(shí)例實(shí)施例。
[0066]圖11說明在一坐標(biāo)系統(tǒng)軸上定向的用于測量相距中心或原點(diǎn)的距離的雙線圈布置。當(dāng)將差分輸出信號施加到所述線圈時，可實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上相等且相反的電壓的共同定位。為說明線圈配置的效應(yīng)，可在線圈的每一匝處測量電壓。每一匝與坐標(biāo)系統(tǒng)上的一特定位置相關(guān)聯(lián)。圖12描繪在每一匝處測量到的電壓的圖表。電壓高于零的數(shù)據(jù)點(diǎn)與在第一線圈的各匝處所進(jìn)行的測量相關(guān)聯(lián)，且電壓低于零的數(shù)據(jù)點(diǎn)與在第二線圈的各匝處所進(jìn)行的測量值關(guān)聯(lián)。由于所述匝定位在與中心相距一特定距離處，因此可關(guān)于距離來界定所述水平軸。如通過所述數(shù)據(jù)點(diǎn)所指示，在與中心相距相同或?qū)嵸|(zhì)上相同的距離處，在第一線圈及第二線圈上所進(jìn)行的測量具有相等且相反的電壓。
[0067]除了如上文所描述而布置初級線圈網(wǎng)絡(luò)之外或作為對布置初級線圈網(wǎng)絡(luò)的替代，可以類似方式布置次級線圈網(wǎng)絡(luò)。就此來說，所述線圈布置還可實(shí)施于無線電力系統(tǒng)的接收器中。所述次級線圈網(wǎng)絡(luò)可利用具有類似線圈幾何形狀的中心抽頭到接地線圈配置來實(shí)現(xiàn)類似結(jié)果。
[0068]圖13描繪呈無線電力發(fā)射器形式的本發(fā)明的另一實(shí)例實(shí)施例，所述無線電力發(fā)射器包括單一切換裝置差分驅(qū)動放大器。圖7的無線電力發(fā)射器與圖6中所描繪的無線電力發(fā)射器類似之處在于，圖7的無線電力發(fā)射器包括供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、驅(qū)動電路、切換裝置、分路電容器網(wǎng)絡(luò)、平衡電容器網(wǎng)絡(luò)及初級線圈網(wǎng)絡(luò)。舉例來說，還針對圖7的實(shí)例實(shí)施例的元件而提供部件識別符、無源裝置值及部件特性。類似地，圖14描繪未連接到初級線圈網(wǎng)絡(luò)的差分驅(qū)動放大器的又一實(shí)例實(shí)施例。
[0069]還可提供包括從上文所描述的設(shè)備導(dǎo)出的方法操作的本發(fā)明的各種實(shí)例實(shí)施例。在圖15中描繪一個實(shí)例方法。圖15的實(shí)例方法包括:在200處，在切換裝置處接收來自驅(qū)動電路的驅(qū)動信號；及在210處，基于所述驅(qū)動信號而更改所述切換裝置的傳導(dǎo)狀態(tài)。通過更改所述切換裝置的傳導(dǎo)狀態(tài)，可在第一輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生第一輸出信號且在第二輸出節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生第二輸出信號。第一輸出信號及第二輸出信號可相對于參考電壓實(shí)質(zhì)上在量值上相等但在極性上相反。所述實(shí)例方法還可包括:在220處，分別通過第一輸出信號及第二輸出信號經(jīng)由第一輸出節(jié)點(diǎn)及第二輸出節(jié)點(diǎn)來驅(qū)動負(fù)載網(wǎng)絡(luò)。
[0070]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到具有前述描述及相關(guān)聯(lián)圖式中所呈現(xiàn)的教示的益處的本文中所闡述的本發(fā)明的許多修改及其它實(shí)施例。因此，應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所揭示的特定實(shí)施例，且修改及其它實(shí)施例既定包括于所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。此外，盡管前述描述及相關(guān)聯(lián)圖式在元件及/或功能的某些實(shí)例組合的上下文中描述實(shí)例實(shí)施例，但應(yīng)了解可在不脫離所附權(quán)利要求書的范圍的情況下通過替代實(shí)施例來提供元件及/或功能的不同組合。就此來說，例如，除上文明確描述的那些組合外的元件及/或功能的不同組合也預(yù)期為可在所附權(quán)利要求書中的一些中得以闡述。盡管本文中使用特定術(shù)語，但所述術(shù)語僅在一般及描述性意義上使用且并非用于限制目的。
[0071]提供對所揭示示范性實(shí)施例的先前描述以使任何所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制造或使用本發(fā)明。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于顯見對這些示范性實(shí)施例的各種修改，且在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本文中所界定的一般原理可應(yīng)用于其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明既定不限于本文中所展示的示范性實(shí)施例，而應(yīng)被賦予與本文中所揭示的原理及新穎特征相一致的最廣范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種設(shè)備，其包含: 第一線圈，其具有平面螺旋配置，所述第一線圈的匝之間的間距從所述線圈的外邊緣朝向所述第一線圈的中心增加;及 第二線圈，其具有平面螺旋配置，所述第二線圈的匝之間的間距從所述線圈的外邊緣朝向所述第二線圈的中心增加， 其中，所述第一線圈和所述第二線圈經(jīng)配置以經(jīng)由磁場以將無線電力傳輸給一個或多個接收線圈。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第二線圈實(shí)質(zhì)上與所述第一線圈位于共同平面上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一線圈和所述第二線圈經(jīng)定位以使得所述第一線圈和所述第二線圈形成對稱結(jié)構(gòu)，所述對稱結(jié)構(gòu)在從所述第一線圈和所述第二線圈的所述平面螺旋配置上方觀看時實(shí)質(zhì)上圍繞一軸而對稱。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中至所述第一線圈和所述第二線圈的輸入信號經(jīng)配置以從所述第一線圈和所述第二線圈的所述平面螺旋配置的外邊緣輸入。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一線圈在所述第一線圈的中心點(diǎn)和所述第二線圈的中心點(diǎn)處物理連接到所述第二線圈以產(chǎn)生單一線圈布置。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第二線圈經(jīng)配置以形狀上為所述第一線圈的映象。7.一種方法，其包含: 以電流驅(qū)動第一線圈，所述第一線圈具有平面螺旋配置，所述第一線圈的匝之間的間距從所述線圈的外邊緣朝向所述第一線圈的中心增加;及 以電流驅(qū)動第二線圈，所述第二線圈具有平面螺旋配置，所述第二線圈的匝之間的間距從所述線圈的外邊緣朝向所述第二線圈的中心增加， 其中，所述第一線圈和所述第二線圈經(jīng)配置以經(jīng)由磁場以將無線電力傳輸給一個或多個接收線圈。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第二線圈實(shí)質(zhì)上與所述第一線圈位于共同平面上。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一線圈和所述第二線圈經(jīng)定位以使得所述第一線圈和所述第二線圈形成對稱結(jié)構(gòu)，所述對稱結(jié)構(gòu)在從所述第一線圈和所述第二線圈的所述平面螺旋配置上方觀看時實(shí)質(zhì)上圍繞一軸而對稱。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中至所述第一線圈和所述第二線圈的輸入信號經(jīng)配置以從所述第一線圈和所述第二線圈的所述平面螺旋配置的外邊緣輸入。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一線圈在所述第一線圈的中心點(diǎn)和所述第二線圈的中心點(diǎn)處物理連接到所述第二線圈以產(chǎn)生單一線圈布置。12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第二線圈經(jīng)配置以形狀上為所述第一線圈的映象。
【文檔編號】H03F3/217GK105827208SQ201610137324
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2010年12月7日
【發(fā)明人】瑞安·曾, 加布里埃爾·梅奧
【申請人】高通股份有限公司