CN113615034B - 用于无线功率传输的串联分布式射频发生器 - Google Patents

用于无线功率传输的串联分布式射频发生器 Download PDF

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Abstract

描述了一种用于无线功率传输的分布式射频(RF)发生器。分布式RF发生器可以包括导电环路，所述导电环路至少具有第一端部和第二端部，第一端部和第二端部适于电耦合到一个或多个直流(DC)电源，其中，环路包括多个分段，所述多个分段中的每个分段包括：一段导线和至少一个有源组件，其中，所述至少一个有源组件具有电耦合到环路的第一端子和第二端子，其中：在第一端子与第二端子之间存在DC电压；DC电流流入第一端子并流出第二端子；在第一端子和第二端子两端输出振荡RF电压；所述至少一个有源组件在相位上同步。

Description

用于无线功率传输的串联分布式射频发生器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年1月24日提交的题为“用于无线功率传输的串联分布式射频(RF)发生器”的美国临时专利申请第62/796,358号的权益和优先权，该美国临时专利申请的内容通过引用整体并入本文。
背景技术
无线功率传输是在不使用人造导体将电源连接到电负载的情况下将电能从电源传输到电负载。无线功率传输***由发射器和一个或多个接收器装置组成。发射器连接到电源并将电力转换为时变电磁场。一个或多个接收器装置经由电磁场接收功率，并将接收到的功率转换回由电负载利用的电流。
最近小型传感器和物联网(IoT)的激增已经引入了对诸如房间、工厂、谷仓等的大的预定义区域内的大量小型装置供电的新需求。因为导线限制了装置移动性，并且电池对装置功能和寿命施加了严格的限制，所以期望无线功率解决方案。
发明内容
总体上，描述了一种用于无线功率传输的分布式射频(RF)发生器及其***和方法，以进行无线功率传输。分布式RF发生器可以包括导电环路，所述导电环路至少具有第一端部和第二端部，第一端部和第二端部适于电耦合到一个或多个直流(DC)电源，其中，所述环路包括多个分段，所述多个分段中的每个分段包括：一段导线和至少一个有源组件，其中，所述至少一个有源组件具有电耦合到环路的第一端子和第二端子，其中：在第一端子与第二端子之间存在DC电压；DC电流流入第一端子并流出第二端子；在第一端子和第二端子两端输出振荡RF电压；所述至少一个有源组件在相位上同步。
所述分布式RF发生器还包括：至少一个无源子段，所述至少一个无源子段包括一段导线和至少一个无源组件，所述至少一个无源组件包括至少一个电容器；以及至少一个有源子段，所述至少一个有源子段包括一段导线和所述至少一个有源组件。所述至少一个无源组件可以包括所述至少一个电容器和与所述至少一个电容器并联连接的至少一个RF扼流圈。所述至少一个电容器可以被预先选择为使得环路以预定频率串联谐振。所述至少一个RF扼流圈可以包括电感器，并且所述至少一个RF扼流圈可以被预先选择为在预定频率处具有高阻抗，以便不显著影响环路的谐振。
每个有源组件可以包括零电压开关(ZVS)配置。每个ZVS配置可以包括控制电路，所述控制电路基于相应有源组件内的感测条件自动执行ZVS；相应有源组件内的感测条件包括感测到的RF电流。自动执行所述至少一个有源组件的相位同步，使得所有有源组件都与环路中流动的同一RF电流相位同步；每个ZVS配置包括多个晶体管，所述多个晶体管被配置为操作为ZVS放大器的电可控开关。每个ZVS放大器可以是E类放大器。
DC电源可以是多个直流(DC)电源中的一个；导电环路的第一端部和第二端部适于电耦合到所述多个DC电源。
附图说明
图1示出根据实施例的串联分布式RF发生器，其具有串联连接以形成环路的多个线性分段。
图2是图1中所示的RF发生器的简化示意图，该RF发生器具有单个有源组件，该有源组件具有执行零电压开关(ZVS)的E类放大器。
图3是示出具有图2和图4所示的E类ZVS放大器的有源组件的模拟电压和电流波形的曲线图。
图4是根据实施例的具有E类ZVS放大器的有源组件的简化框图，其中控制信号驱动放大器的电可控开关S1。
图5示出具有有源组件的分布式RF发生器，该有源组件包括根据实施例的E类放大器，其中无线功率接收器设置在分布式RF发生器的环的无线功率传输区域中。
图6是根据实施例的有源组件的简化框图，所述有源组件包括E类ZVS放大器并且使用电阻器Rsense来感测有源组件的正端子与负端子之间流动的RF电流。
图7是示出根据实施例的电流感测输入信号(正弦波)和控制信号输出(方波)的示例的曲线图。
图8-图11分别描绘了图4和图6中所示的有源组件的控制电路的不同代表性实施例的框图。
图12是示出有源组件的电压波形与电流波形之间的关系以及控制信号的电压波形与占空比之间的关系的曲线图。
图13和图14是具有自动零电压开关(AZVS)的E类放大器的框图。
图15是根据本公开的各种实施例的E类放大器，其被重新布置成使得RF发生器从其与用于输出RF功率的两个端子相同的端子汲取DC功率。
图16是根据本公开的各种实施例的由分布式RF发生器驱动的谐振磁性环形天线的简化电路示意图。
图17是示出根据本公开的各种实施例的无线功率***的物理实施例的照片。
具体实施方式
本公开涉及一种用于无线功率传输的串联分布式射频(RF)发生器。在一些实施例中，通过谐振近场磁性环形天线输送无线功率，该谐振近场磁性环形天线用振荡磁场填充整个感兴趣的体积。为了简化安装，期望***对环形天线的确切形状和尺寸两者相对不敏感，同时还在变化的负载条件下维持一致的操作。因此，描述了用于分布式RF发生器设计的各种实施例，其可以驱动谐振近场磁性环形天线，同时满足这些条件。
现在将参考附图详细描述本发明的具体实施例。为了一致性，各个附图中的相同元件由相同的附图标记表示。在本发明的实施例的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的更透彻理解。然而，本领域普通技术人员显然知道，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，没有详细描述众所周知的特征，以避免不必要地使描述复杂化。
在以下描述中，在本发明的各种实施例中，关于附图描述的任何组件可以等同于关于任何其他附图描述的一个或多个类似命名的组件。为简洁起见，基于各种图例隐式地标识这些组件中的至少一部分。此外，将不针对每个图重复对这些组件的描述。因此，每个图的组件的每个和每一实施例通过引用并入，并且假设可选地存在于具有一个或多个类似命名的组件的每个其他附图内。另外，根据本发明的各种实施例，附图的组件的任何描述将被解释为可选实施例，其可以作为关于任何其他附图中的对应的类似命名的组件描述的实施例的补充、结合或代替所述实施例来实现。在图中，黑色实心共线点表示可以可选地存在与实心共线点之前和/或之后的组件类似的附加组件。
在整个申请中，序数(例如，第一、第二、第三等)可以用作元件(即，本申请中的任何名词)的形容词。序数的使用不是暗示或创建元件的任何特定顺序，也不是将任何元件限制为仅是单个元件，除非明确地公开，诸如通过术语“之前”、“之后”、“单个”和其他这样的术语的使用。相反，序数的使用是为了在元件之间进行区分。作为示例，第一元件与第二元件不同，并且第一元件可以包含多于一个元件并且在元件的顺序中在第二元件之后(或之前)。
总体上，本发明的实施例提供了一种使用分布式RF发生器进行无线功率传输的方法，以及一种用于无线功率传输的***。图1示出根据代表性实施例的串联分布式RF发生器1。分布式RF发生器1包括多个线性分段，这些线性分段串联连接以形成环路。环路的两端由RF旁路电容器连接。RF旁路电容器通过两个RF扼流圈连接到DC电源VDC两端，所述两个RF扼流圈阻止RF电流和电压传递到DC电源。
注意，还可以从多于一个DC电源向环路提供DC功率。在这种情况下，环路可以具有与环路串联连接的两个或更多个RF旁路电容器。每个RF旁路电容器可以通过RF扼流圈连接到DC电源两端，所述RF扼流圈阻止RF电流和电压传递到DC电源。这些DC电源连接到环路，使得DC电源的DC电压相加。
在各种实施例中，环路的每个分段包括一个有源子段和多个无源子段。每个子段包括每单位长度具有一定电感的一定长度l的导线。这些长度的导线中的每个的电感在图1中由集总元件电感器符号描绘。每个无源子段通过无源接头连接到前一子段。根据代表性实施例，每个无源接头包括与RF扼流圈并联的电容器。选择所有无源接头中的电容器，使得整个环路以预定频率串联谐振。可以选择所有无源接头中的RF扼流圈，以在预定频率处具有高阻抗，以便不显著影响环路的谐振，同时仍然允许DC电流围绕环路流动。
分布式RF发生器有两个值得注意的频率，即，上述预定频率和驱动频率。预定频率是环路的自谐振频率，其被定义为当所有有源组件短路时其有效串联LRC谐振频率。如下面将更详细描述的，驱动频率由每个有源组件内部的内部振荡器或窄带通滤波器设置。这两个频率彼此不相等。然而，在包括ZVS配置的实施例中，通过ZVS要求它们彼此相关。
可以选择驱动频率，以便驱动频率确定能够ZVS的自谐振频率范围。实际的自谐振频率将取决于与环路周围环境中的物体的失谐以及与负载条件的失谐。可以选择无源接头中的电容器，使得环路的典型自谐振频率将接近自动ZVS(AZVS)配置可以适应的自谐振频率范围的中间，如下面将更详细地描述的。
根据代表性实施例，每个有源子段可以包括一段导线和有源组件。根据代表性实施例，有源组件是具有第一端子和第二端子的RF发生器。第一端子和第二端子分别同时用作DC功率的输入和RF功率的输出。DC电源VDC在由RF旁路电容器连接的环路的两端之间施加恒定的DC电压。该DC电压近似相等地分布在环路中的所有有源组件上。
DC电源还供应围绕环路循环的恒定DC电流。该DC电流流过每个有源组件的两个端子。每个有源组件的DC电压和DC电流的乘积等于供应给该组件的DC功率。每个有源组件吸收DC功率并将其转换为RF功率。该RF功率通过振荡RF电压输出，该振荡RF电压跨每个有源组件的两个端子生成并且线性地叠加在跨所述两个端子出现的DC电压上。
所有有源组件所生成的振荡RF电压串联相加。RF电压被同步，使得它们建设性地相加。所有有源组件所生成的总串联RF电压驱动围绕环路循环的RF电流，并且有源组件的相位同步通过将每个有源组件锁相到公共RF电流的相位来实现，该公共RF电流由于有源组件的串联连接而由所有有源组件共享。
通常，围绕环路循环的RF电流可以用于通过将RF功率输送到任何数量的RF负载来执行有用功，所述RF负载可以与环路串联放置，或者可以感应地或辐射地耦合到环路。在一些情况下，有源组件可以是具有自动零电压开关(ZVS)的E类放大器，如下面将更详细地描述的。
在一些情况下，可以期望抑制在分布式RF发生器的驱动频率的谐波倍数处的信号的传导。在这种情况下，可能需要或期望将环路与RF滤波器串联放置，这些滤波器使DC和驱动频率的信号通过，但是阻挡驱动频率的一个或多个谐波的信号。这样的滤波器可以包括低通滤波器、调谐谐振滤波器等。如果存在这样的滤波器，则应该调谐环路的串联谐振频率，同时包括这些滤波器在分布式RF发生器的驱动频率处的电抗效应。
现在，简要描述对分布式放大器的需求。考虑由具有以圆形、矩形或锯齿形图案成形的分布电容的单个环路组成的无线功率***的情况。在预定RF频率以预定RF电流幅值驱动该环路，并且调谐该环路以表现为在预定频率谐振的串联LRC电路。
如果环路在一个点处由单个RF放大器驱动，则当环路变大时会出现问题。无论环路的形状如何，环路每单位长度的电阻和其每单位长度的电感随着环路的尺寸无约束地增长而增长或接近恒定值。如果环路由单个RF放大器在单个驱动点处驱动，则这意味着环路在驱动点处的输入阻抗随着环路尺寸的增长和其导线总长度的增大而不断增长。
这意味着随着环路尺寸的增加，在环路与RF放大器之间实现适当的阻抗匹配将逐渐变得更加困难。另外，驱动点处的高阻抗意味着在该点处及其附近将存在高RF电压和高电场。该电场有可能在附近的电介质中引起损耗。由于通过电容耦合在附近导体上感应高电压的可能性，并且还由于经由杂散电场在人体组织中吸收RF功率，因此高电场还引起安全问题。
这些问题可以通过从多个点驱动环路来解决，如图1所描绘的。图1所示的***具有附加的优点：环路中的所有RF放大器从环路获得它们的功率，并且所有RF放大器使用公共RF电流锁定它们的相位。换言之，除了环路本身的导线之外，不需要附加的导线来驱动放大器。
接下来，描述E类ZVS放大器的操作原理。图2是根据代表性实施例的图1中所示的RF发生器的简化示意图，该RF发生器具有单个有源组件，该有源组件具有执行零电压开关(ZVS)的E类放大器。从DC电源VDC向放大器提供功率。围绕环路流动的电流I具有DC分量和RF分量两者。标记为RFC的RF扼流圈阻挡电流I的RF分量，但使DC分量以可忽略的阻力通过。
有源组件包括与电容器C1并联的电可控开关S1，以及用于接通和断开开关S1的控制电路(未示出)。当放大器20处于稳定状态时，开关S1以恒定周期T和占空比δ接通和断开。当S1接通时，电流I流过S1，并且有源组件两端的电压VD为零。当S1断开时，电流I流入电容器C1，使其充电。如果电流的DC分量足够小，则电容器C1两端的电压VD将近似为正弦，并且将在短于开关周期T的时间段之后返回到零。
为了使效率最大化，以称为零电压开关(ZVS)的模式运行放大器是最佳的。在这种模式下，选择开关S1的定时，使其在电容器C1的电压达到零时的同一时刻接通。这确保了当开关S1接通时，电容器C1不具有任何存储的电能。如果不满足ZVS条件，则存储在电容器C1中的任何电能将在开关S1接通时的瞬间耗散为开关S1的电阻中的热量。
假设满足ZVS条件，并且开关S1接近理想状态，则开关S1将耗散可忽略的功率。开关S1在其两端具有正DC电压，该正DC电压等于一个周期内的电压VD的平均值。因此，有源组件必须吸收等于该DC电压和电流I的DC分量的乘积的DC功率。
由于有源组件在ZVS条件下耗散可忽略的功率，所以有源组件所吸收的几乎所有DC功率都被转换成RF功率。该RF功率被输送到RF负载RLOAD，并且维持围绕环路流通的RF电流。
图3是示出图2和图4中所示的E类ZVS放大器的有源组件的模拟电压和电流波形的曲线图。顶部曲线图示出了流过图2的电感器L0或者流入图4中描绘的有源组件的正端子并流出负端子的电流波形的RF分量(实线)和电流波形的DC分量(虚线)。底部曲线图示出了开关S1两端的电压波形(实线)及其在一个周期内的平均值(点划线)。电压波形的平均值等于跨有源组件的两个端子的DC电压。在图3的底部曲线图中还描绘了电可控开关S1的控制信号波形。该控制信号波形是二进制逻辑控制信号。当控制信号为逻辑高时，S1导通。当控制信号为逻辑低时，S1断开。开关S1在控制信号经历低到高转变的时刻接通。注意，该转变与有源组件的电压波形的过零点同步，这意味着该E类放大器在零电压开关(ZVS)模式下操作。
图4示出根据代表性实施例的包括AZVS的E类放大器的有源组件40的简化框图。该有源两端组件表示图2的简化示意图中所示的S1、C1组合，以及生成电可控开关S1的控制信号的附加电路。
控制电路可以从有源组件的正端子和负端子获得其DC功率。可以使用滤波、整流、调节、开关和/或DC-DC转换的某种组合来从跨这两个端子存在的时变电压VD生成恒定DC电压。替代地，可以使用滤波、整流、调节、开关和/或DC-DC转换的某种组合，以从由耦合电感器L1和L2形成的变压器中的次级电感L2中感应的RF电压生成恒定DC电压。
根据实施例，控制电路生成周期为T、占空比为δ和相位为的方波。周期T由控制电路内的内部频率参考(诸如石英晶体或MEMs谐振器)设置。控制电路基于从感测电压波形VD得到的反馈来改变占空比δ。如果电压波形VD在开关S1接通的时刻之前达到零，则控制电路增大占空比δ，使开关S1在周期中更快地接通。如果电压波形VD在开关S1接通的时刻尚未达到零，则控制电路减小占空比δ，使开关S1在周期中稍后接通。控制电路连续监测电压波形VD，并相应地调节占空比δ，以便保持ZVS条件。该反馈机制的时间尺度被选择为比开关周期T慢得多。
通过上述机制，有源组件能够在E类放大器的宽范围的调谐和负载条件下自动维持ZVS条件。这允许维持有效的ZVS操作而无需精确调谐或阻抗匹配。
注意，上述AZVS机制也可以应用于由单个E类放大器组成的RF放大器，如图13所示。方波发生器(诸如可变占空比方波发生器203)可以生成具有由输入RF信号确定的频率和相位的方波。输入信号可以是正弦波、方波或一些其他波形。方波发生器的输出是具有由来自ZVS定时偏差检测器206的反馈信号确定的占空比的方波。
方波发生器203还可以包含取决于占空比的相移。S1的开关将来自输入DC电源端子VDC的DC功率转换成输出至负载的RF功率，负载被描绘为有效串联电阻Rload。实际上，负载可以与电感器L0串联耦合，与电容器C0并联耦合，与电感器L0电感耦合，或者通过将RF功率从由L0和C0组成的储能电路传输到RF负载的任何其他机构耦合。来自ZVS定时偏差检测器206的反馈对用于开关S1的驱动信号的占空比进行自动控制，以确保对于宽范围的负载电阻值和L0、C0储能电路的调谐满足ZVS条件，因此允许有效操作，而不需要E类放大器的输出网络的精确调谐和阻抗匹配。
接着，描述有源组件的串联组合。根据实施例，图4中所示的有源组件(可以用作图1中所示的有源组件)从与其用于输出RF功率的两个端子相同的端子获得其功率。如果在环路中串联连接多个有源组件，如图1所示，则单个DC电源可以通过环路本身同时为所有有源组件供电，而不需要附加的导线。只要定时被设置成使得所有有源组件同相切换，则所有有源组件的RF功率将相加。
图5示出了具有有源组件的分布式RF发生器，该有源组件包括根据实施的E类放大器，其中在分布式RF发生器的环路的无线功率传输区域中设置有无线功率接收器。可以通过布置有源组件以将它们的相位锁定到单个公共源来建立有源组件的相位同步。由于所有有源组件都是串联的，所以它们都共享相同的RF电流。如果每个有源组件相对于该RF电流维持恒定的相位关系，则有源组件都相对于彼此维持恒定的相位关系。因此，可以通过每个有源组件的相位锁定为相对于流过它的RF电流的相位具有恒定的偏移来建立有源组件的相位同步。
图4示出了可以实现这一点的一种手段。包括电感器L1和L2的变压器拾取感应的RF电压Vind，所述RF电压与流过有源组件的RF电流成线性比例。该信号被馈送到控制电路，并且控制电路使用该信号设置控制电路作为控制信号生成的方波的频率和相位。这可以使用例如窄带通滤波器无源地实现，或者使用例如锁相环或注入锁定振荡器有源地实现。
图6是根据实施例的有源组件的简化框图，所述有源组件包括E类ZVS放大器并且使用电阻器Rsense来感测有源组件的正端子与负端子之间流动的RF电流。图6还示出用于相对于彼此锁定有源组件的相位的替代方法。取代使用图4中所示的变压器来感测RF电流，图6中所描绘的有源组件使用串联电阻器Rsense来感测有源组件的两个端子之间流动的RF电流。注意，电阻器Rsense两端的电压相对于图4中的电感器L2中感应的电压Vind相位偏移90°。因此，需要图6中标记为“90°相移”的方框所描绘的附加电路来适应该90°相位差。该附加90°相移可以并入控制电路本身的行为中。
因为所有有源组件相对于彼此维持恒定的相位，所以该锁相机制还将确保所有有源组件都以相同的频率操作，而不管它们的内部频率参考的任何变化。
现在，讨论相位与占空比之间的关系。图7示出了电流感测输入信号(正弦波)和控制信号输出(方波)的示例。图7还以图形方式定义了电流感测输入(正弦波)与控制输出(方波)之间的相位角。将两个波之间的相对相位角定义为它们各自的傅里叶级数的基波分量的复相角之间的相位差。相位角的这种定义意味着：当方波脉冲的中心(定义为上升沿和下降沿之间的中间点)与正弦波的峰值同步时，正弦波和方波是同相的。
在轻负载和典型的调谐条件下，控制信号输出的占空比将大约为50％，并且控制信号与RF电流感测输入之间的相移将大约为零。在重负载下，或者在谐振环路失谐的情况下，控制信号输出的占空比将需要不同于50％，以便实现ZVS。如果有源组件以串联链连接，则每个有源组件将独立地调节其占空比，以便实现ZVS条件。
如果每个控制电路的电流感测输入与控制信号输出之间的相移独立于占空比，则放大器链产生不稳定性，其中围绕环路的总串联DC电压不被所有有源组件均等地共享。为了消除这种不稳定性，每个控制电路需要在电流感测输入与控制信号输出之间引入取决于占空比的相移用于消除这种不稳定性的取决于占空比的相移的一个示例由以下式给出：
其中和δi分别是第i个有源组件的相移和占空比，并且系数k是大于0的无量纲数。对于较大的k值，***变得更稳定。注意，如果k＝1，则不管占空比δi如何，控制信号输出的下降沿保持与电流感测输入的负斜率过零点同步。
图2、图4和图6中描绘的电可控开关S1可以使用例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)或开关速度显著快于***的预定操作频率的任何电可控开关来实现。
图8至图11分别描绘了图4和图6中所示的有源组件40和60的控制电路的不同代表性实施例的框图。图8和图9中所示的控制电路80和90具有AZVS配置，而图10中所示的控制电路100不具有AZVS配置。这些有源两端组件代表图2的简化示意图中所示的S1、C1组合，以及生成电可控开关S1的控制信号的附加电路。
控制电路80-100可以从有源组件的正端子和负端子获得其DC功率。可以使用滤波、整流、调节、开关和/或DC-DC转换的某种组合来从跨这两个端子存在的时变电压VD生成恒定DC电压。替代地，可以使用滤波、整流、调节、开关和/或DC-DC转换的某种组合，以从由耦合电感器L1和L2(图9)形成的变压器中的次级电感器L2中感应的RF电压生成恒定的DC电压。图8和图10通过将感测装置用作“RF电流感测”更一般地描绘了该感测装置。
在图8至图10所示的每个实施例中，控制电路80-100的RF-DC转换器和/或滤波器块101(图8和图10)、102(图9)向振荡器电路供电，该振荡器电路生成周期为T、占空比为δ且相位为的方波。在图11所示的实施例中，RF电流感测装置104、窄带通滤波器112和阻抗匹配113产生驱动信号，该驱动信号在一些情况下可以是周期为T的正弦波，具有由DC偏压发生器111提供的DC偏压。选择该正弦波的振幅和DC偏压，使得以其开关模式下驱动电控开关S1。周期T由锁相振荡器103中的控制电路内的内部频率参考(诸如石英晶体)设置。控制电路80-110基于从电流感测装置104输出的电压波形的相位来设置控制信号的相位。在控制电路实施AZVS(图8和图9)的情况下，如果电压波形VD在开关S1接通时刻之前达到零(这由ZVS定时偏差检测器105检测到)，则所述ZVS定时偏差检测器的输出被占空比移位器和移相器块106(图8和图9)以用于增大占空比δ，使开关S1在周期中更快地接通。如果电压波形VD在开关S1接通的时刻尚未达到零(这由ZVS定时偏差检测器105检测到)，则所述ZVS定时偏差检测器的输出由占空比移位器和移相器块106使用以减小占空比δ，使开关S1在周期中稍后接通。控制电路连续监测电压波形VD，并相应地调节占空比δ，以便保持ZVS条件。该反馈机制的时间尺度被选择为比开关周期T慢得多。
有源组件的开关S1可以是包括多个晶体管的放大器，这些晶体管通常是MOSFET。在一些实施例中，放大器可以包括E类放大器。虽然已知在E类放大器中使用ZVS配置，但是在E类放大器中使用AZVS配置是未知的。通过上述AZVS机制，有源组件能够在E类放大器的宽范围的调谐和负载条件下自动维持ZVS条件。这使得能够维持有效的ZVS操作而不需要精确调谐或阻抗匹配。
然而，如图10所示，控制电路可以在不实施AZVS的情况下执行其功能，但是如果开关的定时使得开关在VD完全返回到零伏之前被置于接通状态，则这可能导致在开关S1中消耗一些能量。因此，使用AZVS机制提高了性能和效率。
参考图11，有源组件110使用无源滤波器112代替有源振荡器来驱动电可控开关S1。该滤波器112是窄带通滤波器，其在***的期望驱动频率下具有最大RF传输。滤波器112的输入电压来自RF电流感测装置104，该RF电流感测装置感测环路中的RF电流并输出与流过有源组件110的RF电流成比例的电压。如上文所指示的，这样的组件的示例可以为RF变压器或串联电阻器，RF变压器或串联电阻器为不需要外部电力的无源组件。滤波器112的输出通过阻抗匹配电路113与电可控开关S1的输入阻抗匹配。选择阻抗匹配，使得对于某个预定范围的RF电流电平，满足电可控开关S1的电压和功率驱动要求。
选择带通滤波器112的输入与输出之间的相移，使得电可控开关S1的输入处的驱动信号将具有适当的定时，以满足用于环路的预定调谐和加载的ZVS要求。除了由RF电流感测装置104、带通滤波器112和阻抗匹配电路113生成的信号之外，来自DC偏压发生器111的附加DC偏置电压通过电压求和机构114被添加到输入到电可控开关S1的电压。用于使DC和RF电压相加的电压求和机构的示例包括电阻器、电容器、电感器和/或变压器的网络。
DC偏压发生器111服务于两个目的。首先，DC偏压发生器111允许***在启动时开始振荡。当首次施加功率时，不存在RF电流。因此，不存在到带通滤波器112的RF输入，并且因此不存在到电可控开关S1的RF驱动信号。DC偏压发生器111将电可控开关S1偏置到完全接通与完全关断之间的中间状态。当电可控开关S1处于该状态时，其可以表现为线性放大器。该线性放大器的输出的任何波动引起环路中的电流的成比例波动。RF电流感测装置104拾取这些波动，并通过带通滤波器112、阻抗匹配电路113和求和网络114将这些波动发送到电可控开关S1的输入。因此，有源组件110的***形成闭合反馈环路。该反馈环路提供正反馈，使***以窄带通滤波器的带宽内某处的频率振荡。小的初始波动被放大成大的振荡。振荡呈指数增长，直到电可控开关饱和并被驱动到其开关模式，此时电可控开关成为有效的E类放大器。
DC偏压发生器111的第二个目的是允许将电可控开关S1的占空比设置为预定值，这取决于环路的预期调谐、功率和负载条件。注意，该***自然地使所有有源组件同相切换。每个驱动信号的相位由有源组件的内部窄带通滤波器112的相移和在环路中循环的RF电流的相位确定。RF电流由所有有源组件共享。因此，如果窄带通滤波器112都具有近似相同的相移，则环路的所有电可控开关S1的驱动波形的相位将近似相同，并且所有有源组件的RF电压波形将建设性地相加。
图12示出了单个有源组件的模拟电压和电流波形。上面的曲线图示出了流过有源组件的两个端子的RF电流(实曲线)和DC电流(虚曲线)。下面的曲线图示出了对于三个不同的占空比值(δ)的跨有源组件的两个端子的电压。在该示例中，系数k被设置为0.8。
在该示例中，当控制信号输出的占空比为55％(点划曲线)时，在开关S1接通的时间点，电压尚未达到零。从该曲线图中可以看出，当开关接通时，电压突然下降到零，这意味着电容器C1中的存储电能作为热量耗散。
当控制信号输出的占空比为50％(实曲线)时，在开关S1接通的时间点电压恰好为零。因此，在开关瞬间开关S1中不消耗热量，这是由于电容器C1在该时刻没有存储能量。
当控制信号输出的占空比为45％(虚曲线)时，在开关S1接通的时间点处，电压已经过零，并且变为负。从该曲线图中可以看出，当开关接通时，电压突然上升到零，这意味着存储在电容器C1中的电能作为热量耗散。
在图8和图9描绘的框图中所示的ZVS定时偏差检测器105检测电压波形的过零点与开关S1的接通时间之间的定时偏差。根据该检测到的偏差，ZVS定时偏差检测器105生成反馈信号，该反馈信号调节控制信号输出的占空比和相位，以便自动维持ZVS条件。
注意，在一些实施例中，开关S1将使用包含内部体二极管的MOSFET来实现。内部体二极管将防止跨有源组件的两个端子的电压变得比该二极管的正向电压降更负。因此，在一些实施例中，图12中所示的第三波形(虚线)将在某个负电压处被限幅。该事实不会影响ZVS定时偏差检测器检测电压波形的过零点与开关S1的接通时间之间的定时偏差的能力。
还要注意，即使不完全满足ZVS条件，只要近似满足ZVS条件，放大器的效率也将很高。存储在电容器C1中的能量相对于其电压成二次关系。因此，每个周期的能量损失在ZVS的最佳占空比处具有软(即，二次)最小值，这意味着占空比相对于最佳占空比的小偏差将基本上不降低***的效率。
因为AZVS***可以容忍与最佳占空比的小偏差而不会感受到其效率的显著降低，所以可以使用ZVS定时偏差检测器检测电压波形经过略高于或低于零的阈值电压的时间，而不是检测电压波形经过零的时间。这样的检测器可以更实用地实现，并且只要阈值电压相对于峰值电压较小，就将产生可接受的性能。如果必要的话，可基于电压波形的斜率和电压阈值的值将小时间偏差添加到ZVS定时偏差检测器，以便校正由非零电压阈值引入的小定时误差。这种偏差将使具有非零电压阈值的ZVS定时偏差检测器更好地接近电压阈值恰好为零的的理想检测器的行为。
ZVS定时偏差检测器可以以若干方式实施。三种可能的实施方式描述如下。在一个实施方式中，可以使ZVS定时偏差检测器感测S1两端的电压超过大于零的某个阈值的时间。因为该阈值穿越将由于开关S1的接通时间而在控制信号的上升沿之后延迟短时间，所以每当占空比太长时，阈值穿越将发生在控制信号的上升沿之后。替代地，当占空比太短时，S1两端的电压将在控制信号的上升沿之前已经低于阈值。因此，ZVS定时偏差检测器可以使用两个事件(即，控制信号的上升沿和S1两端的电压的阈值穿越)的时间顺序作为二进制信号，以确定占空比是应该增大还是减小以便实现ZVS。在第二实施方式中，可以使ZVS定时偏差检测器产生二进制信号，如果S1两端的电压在等于或稍微早于S1接通的时间点的时刻高于阈值，则所述二进制信号具有一个逻辑值，且如果S1两端的电压在等于或稍微早于S1接通的时间点的时刻低于该阈值，则所述二进制信号具有相反逻辑值。
可以通过在开关S1两端的电压与阈值电压之间进行比较来生成该二进制信号，并将该二进制值存储在数字锁存器中，该数字锁存器由与S1的导通同步或稍微在S1的导通之前的信号进行时钟控制。在一些情况下，可能需要轻微的延迟来满足锁存器的建立时间和保持时间。如果是这种情况，则可以在控制信号的上升沿和开关S1的接通之间添加轻微的延迟，因此确保可以在S1两端的电压下降到零之前适当地测量S1两端的电压与阈值电压之间的逻辑比较。在第三实施方式中，如果期望线性反馈控制信号，则ZVS定时偏差检测器可以使用时钟采样和保持电路来在S1接通的时刻对开关S1两端的电压值进行采样。如果需要满足采样和保持电路的建立时间和保持时间，则可以在控制信号的上升沿与S1的接通之间添加轻微的延迟。
图14中示出自动零电压开关(AZVS)的另一实施例。比较器和锁存器可以检测在Q1导通的时刻，Q1的漏极电压是高于还是低于参考电压VREF。锁存器的输出被低通滤波并用作反馈信号以控制栅极驱动波形的占空比。反馈使Q1导通的时间偏移，直到Q1的漏极电压在栅极驱动信号的上升沿处等于VREF。如果VREF非常接近零，则该反馈环路自动将放大器维持在ZVS操作状态。因此，参考电压VREF可以设置为尽可能接近0V，同时仍然大于由寄生电感引起的任何漏极电压振荡的幅度。反馈网络改变栅极驱动的占空比，以确保总是满足ZVS条件。
本文描述的AZVS放大器提供了在变化的负载条件下以及在由于环路的可变形状的变化而存在失谐的情况下保持的有效操作。然而，对于不同尺寸的环路会出现另一个问题。随着环路尺寸的增大，其电感增大。因此，总串联电容C0必须减小。如果电容C1保持固定，则K必须减小。最终，AZVS放大器将不再能够适应期望的调谐范围Δf0。可以随着环路尺寸的增大而减小C1，但是这是不期望的两个原因。首先，为了使RF电流幅值保持恒定，DC电源电压将需要与C1成相反地变化，当环路尺寸变大时，需要使用具有非常高的额定电压的组件。第二，如果从一个点驱动环路，则驱动点处的RF输入阻抗随着环路尺寸的增大而不断增大。
驱动点处的高阻抗意味着在该点处及其附近将存在高RF电压和高电场。该电场不仅有可能在附近的电介质中引起损耗，而且由于经由杂散电场在人体组织中可能吸收RF功率而引起安全问题。通过用多个同步RF发生器从多个点驱动环路来解决这两个问题。每个RF发生器都需要DC电源。虽然可以将单独的电力电缆延伸到每个发生器，但是这将极大地增加导线量。因此，期望在除了环路本身的导线之外没有任何附加布线的情况下为发生器供电。这通过添加与环路的分布式电容器并联的RF扼流圈来实现，这允许环路同时支持DC电流和RF电流两者。每个RF发生器通过相同的两个端子接收DC功率并输出RF功率。
图15示出了为了实现上述目的而修改的E类放大器。具体地，图15示出了E类放大器，其被重新布置成使得RF发生器从其用于输出RF功率的两个端子相同的端子汲取其DC功率。栅极驱动电路G1除了将Q1的漏极到源极电压用作AZVS反馈环路的输入信号之外，还使用Q1的漏极到源极电压作为电源。G1还包含连接到电流感测变压器的附加输入，该电流感测变压器用于将内部振荡器的相位锁定到围绕环路循环的RF电流的相位。当多个RF发生器串联连接在一起时，这种锁相对于锁定多个RF发生器的相位是必要的。
图16示出了多个RF发生器(如图15中的RF发生器)可以如何串联连接并围绕环路分布。更具体地，图16示出了由分布式RF发生器驱动的谐振磁环形天线的简化示意图。通常，环路由经由一段导线连接的Na个有源RF发生器和Np个无源接头组成。每个无源接头由与RF扼流圈并联的电容器组成。RF扼流圈被选择为在驱动频率下具有高阻抗，以便不显著影响环路的谐振，但仍然允许DC电流围绕环路流动。RF发生器使用相同的两个端子作为DC功率输入和RF功率输出。
对于E类放大器的分布式版本，常数K的值由下式给出：
其中χ0是所有无源接头的总串联电抗，χ1是有源接头的所有电容器的总串联电抗，χ0 (sing.)是单个无源接头的电抗，并且χ1 (sing.)是单个有源接头的电容器的电抗。如果比率Npχ0 (sing.)/Naχ1 (sing.)保持固定，则式2意味着K与环路尺寸无关。因此，与包含单个RF发生器和单个驱动点的环路的情况不同，分布式RF发生器可以供应与环路尺寸无关的调谐范围，而没有对组件值进行任何改变。
锁相。为了适当地驱动环路，图16中描绘的所有分布式RF发生器必须同步。虽然这可以通过经由星形配置将所有放大器连接到公共本地振荡器来实现，但是这种解决方案是不期望的，因为这种方案针对每个RF发生器需要单独的电缆，这极大地增加了布线量。因此，期望将RF发生器布置成使得它们彼此同相锁定，而无需除了环路本身的导线之外的任何附加布线。根据各种实施例，可以通过将每个RF发生器锁定到它们都共享的某个RF信号的相位来实现锁相。因为所有RF发生器串联连接，所以由所有RF发生器共享的公共RF电流将其自身建议为该公共信号的自然选择。
图15示出了可以如何实现锁相。电流感测变压器拾取与围绕环路流动的RF电流成比例的感应电压。然后将内部振荡器电路的相位锁定到该感应电压的相位。锁相振荡器用于产生栅极驱动波形。假设所有RF发生器都是相同的，这保证了每个RF发生器的栅极驱动波形相对于RF电流的相位具有相同的相位，这确保了所有RF发生器相对于彼此同相。
图17是示出图15的示意图的物理实施例的照片。具体地，图17示出了具有分布式RF发生器(例如，三个RF发生器)的无线供电***的照片，该分布式RF发生器为三个经调节的无线负载(或无线接收器)供电并耦合到三个经调节的无线负载(或无线接收器)。每个接收器向LED负载输送经调节的5W功率。DC输入功率为34W(57V下0.6A)。当负载存在时，DC至DC效率为44％。当负载不存在时，***汲取13W的DC功率。
应当注意，为了说明本发明的原理和概念，本文已经描述了代表性或说明性实施例。如本领域技术人员鉴于本文提供的描述将理解的，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本文描述的实施例进行许多修改。例如，虽然已经主要参考具有特定的放大器配置的有源组件的特定配置描述了本发明的原理和概念，但是本发明的原理和概念同样适用于实现本文描述的目标的其他配置，如本领域技术人员鉴于本文提供的描述将理解的。例如，可以使用其他类别的放大器和/或不包含ZVS原理的放大器来实现图1所示的分布式RF发生器配置。在不脱离本发明原理和概念的情况下，可以对本文描述的实施例进行许多其他修改，并且如本领域技术人员将理解的，所有这些修改都落在本发明的范围内。
条款1.一种用于无线功率传输的分布式射频(RF)发生器，包括：导电环路，至少具有第一端部和第二端部，第一端部和第二端部适于电耦合到直流(DC)电源，其中，所述环路包括多个分段，所述多个分段中的每个分段包括：一段导线和至少一个有源组件，其中，所述至少一个有源组件具有电耦合到环路的第一端子和第二端子，其中：在第一端子与第二端子之间存在DC电压；DC电流流入第一端子并流出第二端子；在第一端子和第二端子两端输出振荡RF电压；所述至少一个有源组件在相位上同步。
条款2.根据条款1所述的分布式RF发生器，其中，所述分布式RF发生器还包括：至少一个无源子段，所述至少一个无源子段包括一段导线和至少一个无源组件，所述至少一个无源组件包括至少一个电容器；以及至少一个有源子段，所述至少一个有源子段包括一段导线和所述至少一个有源组件。
条款3.根据条款1-2所述的分布式RF发生器，其中，所述至少一个无源组件包括所述至少一个电容器和与所述至少一个电容器并联连接的至少一个RF扼流圈。
条款4.根据条款1-3所述的分布式RF发生器，其中，所述至少一个电容器被预先选择为使得环路以预定频率串联谐振。
条款5.根据条款1-4所述的分布式RF发生器，其中：所述至少一个RF扼流圈包括电感器；至少一个RF扼流圈被预先选择为在预定频率处具有高阻抗，以便不显著影响环路的谐振。
条款6.根据条款1-5所述的分布式RF发生器，其中，每个有源组件具有零电压开关(ZVS)配置。
条款7.根据条款1-6所述的分布式RF发生器，其中：每个ZVS配置包括控制电路，所述控制电路基于相应有源组件内的感测条件自动执行ZVS；相应有源组件内的感测条件包括感测到的RF电流。
条款8.根据条款1-7所述的分布式RF发生器，其中：自动执行所述至少一个有源组件的相位同步，使得所有有源组件都与环路中流动的同一RF电流相位同步；并且每个ZVS配置包括多个晶体管，所述多个晶体管被配置为操作为ZVS放大器的电可控开关。
条款9.根据条款1-8所述的分布式RF发生器，其中，每个ZVS放大器都是E类放大器。
条款10.根据条款1-9所述的分布式RF发生器，其中：DC电源是多个直流(DC)电源中的一个；并且导电环路的第一端部和第二端部适于电耦合到所述多个DC电源。
条款11.一种用于无线功率传输的***，包括：直流(DC)电源；以及用于无线功率传输的分布式射频(RF)发生器，所述分布式RF发生器包括：导电环路，具有至少第一端部和第二端部，第一端部和第二端部适于电耦合到DC电源，其中，环路包括多个分段，所述多个分段中的每个分段包括：一段导线和至少一个有源组件，其中，所述至少一个有源组件具有电耦合到环路的第一端子和第二端子，其中：在第一端子与第二端子之间存在DC电压；DC电流流入第一端子并流出第二端子；在第一端子和第二端子两端输出振荡RF电压；所述至少一个有源组件在相位上同步。
条款12.根据条款11所述的***，其中：DC电源是多个直流(DC)电源中的一个；并且导电环路的第一端部和第二端部适于电耦合到所述多个DC电源。所述***还可以包括根据条款1-10所述的分布式RF发生器的组件。
条款13.一种用于无线功率传输的方法，包括：提供直流(DC)电源；以及提供分布式射频(RF)发生器，所述分布式RF发生器包括导电环路，所述导电环路至少具有第一端部和第二端部，所述第一端部和所述第二端部电耦合到DC电源，其中，环路包括多个分段，所述多个分段中的每个分段包括：一段导线和至少一个有源组件，其中，所述至少一个有源组件具有电耦合到环路的第一端子和第二端子，其中：存在于在第一端子与第二端子之间存在DC电压；DC电流流入第一端子并流出第二端子；在第一端子和第二端子两端输出振荡RF电压；所述至少一个有源组件在相位上同步。
条款14.根据条款13所述的方法，其中，所述分布式RF发生器还包括：至少一个无源子段，所述至少一个无源子段包括一段导线和至少一个无源组件，所述至少一个无源组件包括至少一个电容器；以及至少一个有源子段，所述至少一个有源子段包括一段导线和所述至少一个有源组件。
条款15.根据条款13-14所述的方法，其中：DC电源是多个直流(DC)电源中的一个；并且导电环路的第一端部和第二端部适于电耦合到所述多个DC电源。所述方法还可以包括提供根据条款1-10所述的分布式RF发生器或根据条款11-12所述的***的组件。

Claims (15)

1.一种用于无线功率传输的分布式射频RF发生器，包括：
导电环路，至少具有第一端部和第二端部，所述第一端部和所述第二端部适于电耦合到直流DC电源，其中，所述环路包括多个分段，所述多个分段中的每个分段包括：
一段导线和至少一个有源组件，其中，所述至少一个有源组件具有电耦合到所述环路的第一端子和第二端子，其中：
在所述第一端子与所述第二端子之间存在DC电压；
DC电流流入所述第一端子并流出所述第二端子；
在所述第一端子和所述第二端子两端输出振荡RF电压；并且
所述至少一个有源组件在相位上同步。
2.根据权利要求1所述的分布式射频RF发生器，其中，所述分布式射频RF发生器还包括：
至少一个无源子段，所述至少一个无源子段包括一段导线和至少一个无源组件，所述至少一个无源组件包括至少一个电容器；以及
至少一个有源子段，所述至少一个有源子段包括一段导线和所述至少一个有源组件。
3.根据权利要求2所述的分布式射频RF发生器，其中，所述至少一个无源组件包括所述至少一个电容器和与所述至少一个电容器并联连接的至少一个RF扼流圈。
4.根据权利要求3所述的分布式射频RF发生器，其中，所述至少一个电容器被预先选择为使得所述环路以预定频率串联谐振。
5.根据权利要求4所述的分布式射频RF发生器，其中：
所述至少一个RF扼流圈包括电感器；并且
所述至少一个RF扼流圈被预先选择为在所述预定频率处具有高阻抗，以便不显著影响所述环路的谐振。
6.根据权利要求1所述的分布式射频RF发生器，其中，每个有源组件具有零电压开关ZVS配置。
7.根据权利要求6所述的分布式射频RF发生器，其中：
每个ZVS配置包括控制电路，所述控制电路基于相应有源组件内的感测条件自动执行ZVS；并且
相应有源组件内的感测条件包括感测到的RF电流。
8.根据权利要求7所述的分布式射频RF发生器，其中：
自动执行所述至少一个有源组件的相位同步，使得所有有源组件都与所述环路中流动的同一RF电流相位同步；并且
每个ZVS配置包括多个晶体管，所述多个晶体管被配置为操作为ZVS放大器的电可控开关。
9.根据权利要求8所述的分布式射频RF发生器，其中，每个ZVS放大器都是E类放大器。
10.根据权利要求1所述的分布式射频RF发生器，其中：
所述DC电源是多个直流DC电源中的一个；并且
所述导电环路的所述第一端部和所述第二端部适于电耦合到所述多个DC电源。
11.一种用于无线功率传输的***，包括：
直流DC电源；以及
用于无线功率传输的分布式射频RF发生器，所述分布式射频RF发生器包括：
导电环路，至少具有第一端部和第二端部，所述第一端部和所述第二端部适于电耦合到所述DC电源，其中，所述环路包括多个分段，所述多个分段中的每个分段包括：
一段导线和至少一个有源组件，其中，所述至少一个有源组件具有电耦合到所述环路的第一端子和第二端子，其中：
在所述第一端子与所述第二端子之间存在DC电压；
DC电流流入所述第一端子并流出所述第二端子；
在所述第一端子和所述第二端子两端输出振荡RF电压；并且
所述至少一个有源组件在相位上同步。
12.根据权利要求11所述的***，其中：
所述DC电源是多个直流DC电源中的一个；并且
所述导电环路的第一端部和第二端部适于电耦合到所述多个DC电源。
13.一种用于无线功率传输的方法，包括：
提供直流DC电源；以及
提供分布式射频RF发生器，所述分布式射频RF发生器包括导电环路，所述导电环路至少具有第一端部和第二端部，所述第一端部和所述第二端部适于电耦合到所述DC电源，其中，所述环路包括多个分段，所述多个分段中的每个分段包括：
一段导线和至少一个有源组件，其中，所述至少一个有源组件具有电耦合到所述环路的第一端子和第二端子，其中：
在所述第一端子与所述第二端子之间存在DC电压；
DC电流流入所述第一端子并流出所述第二端子；
在所述第一端子和所述第二端子两端输出振荡RF电压；并且
所述至少一个有源组件在相位上同步。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述分布式射频RF发生器还包括：
至少一个无源子段，所述至少一个无源子段包括一段导线和至少一个无源组件，所述至少一个无源组件包括至少一个电容器；以及
至少一个有源子段，所述至少一个有源子段包括一段导线和所述至少一个有源组件。
15.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述DC电源是多个直流DC电源中的一个；以及
所述导电环路的所述第一端部和所述第二端部适于电耦合到所述多个DC电源。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104685797A (zh) * 2012-09-28 2015-06-03 高通股份有限公司 用于检测无线充电发射特性的***和方法
WO2016072865A1 (en) * 2014-11-05 2016-05-12 Powerbyproxi Limited An inductive power receiver

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3447159A (en) 1966-06-27 1969-05-27 Sanders Associates Inc Diode bandswitch loop antenna
JPH07227003A (ja) * 1993-12-15 1995-08-22 Fuji Electric Co Ltd 移動体の無接触給電装置
US9105449B2 (en) 2007-06-29 2015-08-11 Lam Research Corporation Distributed power arrangements for localizing power delivery
WO2010008586A2 (en) * 2008-07-18 2010-01-21 Peregrine Semiconductor Corporation Low-noise high efficiency bias generation circuits and method
EP2453519A4 (en) * 2009-07-06 2013-01-16 Samsung Electronics Co Ltd WIRELESS ENERGY TRANSMISSION SYSTEM AND RESONATOR FOR THE SYSTEM
EP2524834A1 (de) * 2011-05-18 2012-11-21 Brusa Elektronik AG Vorrichtung zum induktiven Laden zumindest eines elektrischen Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges
JP5788819B2 (ja) 2012-03-21 2015-10-07 株式会社日本自動車部品総合研究所 電源装置、送電装置、および電力伝送システム
US9859797B1 (en) * 2014-05-07 2018-01-02 Energous Corporation Synchronous rectifier design for wireless power receiver
TWI464441B (zh) 2013-08-28 2014-12-11 U & U Engineering Inc 具有距離閘功能之微波偵測器
JPWO2015063920A1 (ja) * 2013-10-31 2017-03-09 三菱電機エンジニアリング株式会社 共振型高周波電源装置
JP6315109B2 (ja) 2015-01-15 2018-04-25 株式会社村田製作所 給電装置
US20170149282A1 (en) * 2015-11-24 2017-05-25 Qualcomm Incorporated Wireless power transfer receiver having synchronous rectifier synchronized to wireless power transfer signal
US10170940B2 (en) 2016-05-04 2019-01-01 Imperial Innovations Limited Wireless power transfer system
US10250078B2 (en) 2016-10-18 2019-04-02 Robert A Moffatt Wireless power transfer to multiple receiver devices across a variable-sized area
US10892649B2 (en) * 2016-10-18 2021-01-12 Etherdyne Technologies Inc. Radio frequency (RF) power source and method for use with a wireless power transmitter of a wireless power transfer system
US10044230B2 (en) * 2016-10-18 2018-08-07 Robert A Moffatt Integrated power transmitter for wireless power transfer
DE112017005586T5 (de) * 2016-11-07 2019-08-29 Koninklijke Philips N.V. Leistungssender und Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Leistung
AU2019256623B2 (en) * 2018-04-20 2024-07-04 Etherdyne Technologies, Inc. Tiles having built-in wireless power transfer transmitter and receiver devices
US10931149B2 (en) * 2018-06-29 2021-02-23 Etherdyne Technologies, Inc. Wireless power receiver circuits that provide constant voltage or current to an electrical load, and methods
US11362543B2 (en) * 2018-06-29 2022-06-14 Etherdyne Technologies, Inc. Wireless power receiver circuits that provide constant voltage or current to an electrical load, and methods
US10950383B2 (en) * 2018-08-24 2021-03-16 Etherdyne Technologies, Inc. Large area power transmitter for wireless power transfer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104685797A (zh) * 2012-09-28 2015-06-03 高通股份有限公司 用于检测无线充电发射特性的***和方法
WO2016072865A1 (en) * 2014-11-05 2016-05-12 Powerbyproxi Limited An inductive power receiver
CN107636931A (zh) * 2014-11-05 2018-01-26 鲍尔拜普罗克西有限公司 感应功率接收器

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