CN217741393U - 无线功率*** - Google Patents

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Abstract

公开了无线功率***。无线功率***包括桥式整流器，它具有与线圈的第一和第二端子耦合的第一和第二输入，以及与整流电压节点耦合的输出。激励电路与第一输入耦合。保护电路有与第一端子电容性耦合的第一连接节点。保护电路，在Q因子测量模式下，当第一输入耦合到地时，钳位第一连接节点，当第一输入耦合到电源电压时，将第一连接节点连接到整流电压节点。保护电路，在无线功率模式下，作为整流器的一个引脚发挥作用。在第一连接节点和感测节点之间有通栅电路，感测电路与感测节点相连接，当保护电路处于Q因子测量模式时，测量无线功率***的Q因子。本公开的实施例提供了具有改进的稳健性的无线功率***。

Description

无线功率***
技术领域
本公开涉及无线功率传输领域，特别是涉及用于无线功率传输***内Q因子测量电路装置的保护电路。
背景技术
便携式电子设备，如智能手机、智能手表、音频输出设备(耳塞、耳机)和可穿戴设备都是依靠电池功率，而不是来自通过有线传输线和配电***传输给它们的有线功率而操作。用于此类设备的电池通常是可充电的，因此，需要一种为此类电池充电的方法。
大多数便携式电子设备包括充电端口，通常符合Micro USB或USB-C标准，可以将连接到电源的电源线***其中，为其电池提供充电。然而，这样的充电端口可能难以增强电子设备的防水性，而且会因反复使用而受到损害。此外，一些较小的便携式电子设备(例如，耳塞和智能手表)可能缺乏提供充电端口的可用空间。此外，一些用户可能会发现将电源线***电子设备的充电端口为该设备的电池充电是很麻烦的。
因此，为了解决这些问题，已经开发了无线功率传输。如图1所示，无线功率传输***10可以由第一设备11和第二设备15组成。第一设备 11可以是要进行无线充电的设备，如一对无线耳塞的充电盒，而第二设备15可以是既能进行无线功率传输又能进行无线功率接收的设备，如智能手机。
第一设备11包括接收线圈Ls(次级；电容Cs代表接收线圈的电容)，其中的时变电流由时变电场感应，以及接收器硬件12，该硬件整流、调节并利用接收线圈Ls中感应的时变电流，向设备11提供功率，例如为其电池充电。
第二设备15包括受控开关桥式电路(可操作为桥式整流器或DC-AC 逆变器)16，在节点Ac1和Ac2处与收发器线圈Lxcvr耦合，分立电容器Cxcvr被用来调谐第二设备15。受控开关桥式电路16由晶体管T1-T4 组成，晶体管T1-T4由栅极电压G1-G4控制。
储能电容器Ctank被耦合在节点Nin和节点N之间。电压调节器17 具有耦合到节点Nin的输入和耦合到节点Nout的输出。电池18通过开关SW1选择性地耦合在节点Nout和节点N之间，并通过开关SW2选择性地耦合在节点N和节点Nin之间。开关SW1和SW2彼此异相工作。当第二设备15作为接收器在功率接收模式下运行时，开关SW1闭合，而开关SW2断开，电路16作为AC-DC整流器运行，稳压器用于产生用于为第二设备15的电池充电的调节电压Vreg，当第二设备15作为发射器在功率传输模式下运行时，开关SW1断开，而开关SW2闭合，电路 16在一模式下作为由电池供电的DC-AC逆变器运行，将电池18提供的功率传输到第一设备11。控制器19产生栅极电压G1-G4，用于控制桥 16在所期望的整流器/逆变器模式下运行。
当第二设备15作为接收器工作时，受控开关桥式电路16对流入收发器线圈Lxcvr的交流电流进行整流，产生直流电流，直流电流对连接到节点Nin的储能电容器Ctank进行充电，储能电容器Ctank上形成整流电压Vrect。电压调节器17在其输出节点Nout处产生稳压输出电压Vreg，该电压被提供给电池18，从而为电池18充电。
当第二设备15作为发射器工作时，电池18的电压通过开关SW2 施加到节点Nin，并且成为电压Vrect。然后，栅极电压G1-G4由控制器 19驱动，以便产生流经收发器线圈Lxcvr的时变电流。
在这种无线功率传输***10中，可以进行Q因子测量，以便能够进行物体检测以及评估无线功率传输的效率。Q因子测量可以通过扫描由收发器15产生的时变电场的频率，同时测量在节点AC1处产生的峰值电压，然后将峰值电压除以节点Nin处产生的直流电压来进行。为了适应这一点，感测块9被耦合到线圈Lxcvr。Q因子测量周期可以与功率传输/接收周期交错进行，但不会同时发生。
出现的问题是，如果没有保护措施，感测块9的元件，如晶体管，在正常的功率传输/接收周期中可能被损坏。因此，需要进一步开发。
实用新型内容
鉴于上述无线功率传输***中的问题，本公开的实施例旨在提供具有改进性能的无线功率***。
本公开的实施例提供了一种无线功率***，包括：线圈，具有第一端子和第二端子；桥式整流器，具有第一输入和第二输入，第一输入和第二输入分别被耦合到线圈的第一端子和第二端子，并且桥式整流器具有输出，输出被耦合到整流电压节点；激励电路，被耦合到桥式整流器的第一输入；保护电路，具有第一连接节点，第一连接节点通过电容器被耦合到线圈的第一端子；其中保护电路被配置为，当处于Q因子测量模式时：当桥式整流器的第一输入被耦合到地时，钳位第一连接节点，以及当桥式整流器的第一输入被耦合到电源电压时，将第一连接节点连接到整流电压节点；其中保护电路被配置为当处于无线功率模式时被禁用；通栅电路，被耦合在保护电路的第一连接节点和感测节点之间；以及感测电路，被耦合到感测节点，并且被配置为当保护电路处于Q因子测量模式时，测量无线功率***的Q因子。
在一些实施例中，桥式整流器包括：第一晶体管对和第二晶体管对，被耦合在整流电压节点和地之间；其中保护电路包括一对保护晶体管，一对保护晶体管被耦合在整流电压节点和地之间，一对保护晶体管之间的抽头被耦合到保护电路的第一连接节点；以及其中一对保护晶体管中的每个晶体管在桥式整流器的第一晶体管对中的对应的一个晶体管被导通时被导通，并且在第一晶体管对中的对应的一个晶体管被关断时被关断。
在一些实施例中，桥式整流器包括：第一n沟道晶体管，被耦合在整流电压节点和桥式整流器的第一输入之间；第二n沟道晶体管，被耦合在整流电压节点和桥式整流器的第二输入之间；第三n沟道晶体管，被耦合在桥式整流器的第一输入和地之间；以及第四n沟道晶体管，被耦合在桥式整流器的第二输入和地之间；其中保护电路包括：p沟道晶体管，被耦合在整流电压节点和保护电路的第一连接节点之间，其中当保护电路处于无线功率模式时，保护电路的p沟道晶体管被配置为在桥式整流器的第一n沟道晶体管导通时导通，并且被配置为在桥式整流器的第一n沟道晶体管关断时关断；以及n沟道晶体管，被耦合在保护电路的第一连接节点和地之间，其中当保护电路处于无线功率模式时，保护电路的n沟道晶体管被配置为在桥式整流器的第三n沟道晶体管导通时导通，并且被配置为在桥式整流器的第三n沟道晶体管关断时关断，并且其中保护电路的n沟道晶体管被配置为在保护电路处于Q因子测量模式时关断。
在一些实施例中，第一n沟道晶体管具有栅极，第一n沟道晶体管的栅极被耦合以接收第一栅极电压；并且其中保护电路进一步包括附加的n沟道晶体管、第三电阻和齐纳二极管，附加的n沟道晶体管具有源极、漏极和栅极，附加的n沟道晶体管的源极被耦合到地，附加的n沟道晶体管的漏极通过第四电阻被耦合到第二连接节点，附加的n沟道晶体管的栅极被耦合以接收栅极电压，栅极电压是对第一栅极电压与通栅使能信号执行逻辑与操作的结果；第三电阻被耦合在整流电压节点和第二连接节点之间；齐纳二极管具有阴极和阳极，阴极被耦合到整流电压节点，阳极被耦合到第二连接节点；其中第二连接节点被耦合到保护电路的p沟道晶体管的栅极。
在一些实施例中，保护电路的p沟道晶体管的尺寸等于桥式整流器的第一n沟道晶体管的给定部分的尺寸；其中保护电路的n沟道晶体管的尺寸等于桥式整流器的第三n沟道晶体管的给定部分的尺寸；并且其中将保护电路的第一连接节点耦合到线圈的第一端子的电容器的电容值是线圈的寄生电容的给定部分的电容值。
在一些实施例中，通栅电路包括一对通栅晶体管，一对通栅晶体管被串联耦合在第一连接节点和感测节点之间，一对通栅晶体管被配置为：在保护电路处于Q因子测量模式时导通，并且在保护电路处于无线功率模式时关断。
在一些实施例中，无线功率***进一步包括：第一电阻，被耦合在电源电压和感测节点之间；以及第二电阻，被耦合在感测节点和地之间。
在一些实施例中，桥式整流器包括：第一晶体管，被耦合在整流电压节点和桥式整流器的第一输入之间；第二晶体管，被耦合在整流电压节点和桥式整流器的第二输入之间；第三晶体管，被耦合在桥式整流器的第一输入和地之间；以及第四晶体管，被耦合在桥式整流器的第二输入和地之间；其中保护电路包括：第一晶体管，被耦合在整流电压节点和保护电路的第一连接节点之间，其中当保护电路处于无线功率模式时，保护电路的第一晶体管被配置为在桥式整流器的第一晶体管导通时导通，并且被配置为在桥式整流器的第一晶体管关断时关断；以及第二晶体管，被耦合在保护电路的第一连接节点和地之间，其中当保护电路处于无线功率模式时，保护电路的第二晶体管被配置为在桥式整流器的第三晶体管导通时导通，并且被配置为在桥式整流器的第三晶体管关断时关断，并且其中保护电路的第二晶体管被配置为在保护电路处于Q因子测量模式时关断。
在一些实施例中，第一晶体管具有栅极，第一晶体管的栅极被耦合以接收第一栅极电压；并且其中保护电路进一步包括附加的晶体管、第三电阻和齐纳二极管，附加的晶体管具有第一导通端子、第二导通端子以及栅极，第一导通端子被耦合到地；第二导通端子通过第四电阻被耦合到第二连接节点，附加的晶体管的栅极被耦合以接收栅极电压，栅极电压是对第一栅极电压与通栅使能信号执行逻辑与操作的结果；第三电阻被耦合在整流电压节点和第二连接节点之间；齐纳二极管具有阴极和阳极，阴极被耦合到整流电压节点，阳极被耦合到第二连接节点；其中第二连接节点被耦合到保护电路的第一晶体管的栅极。
在一些实施例中，保护电路的第二晶体管的尺寸等于桥式整流器的第一晶体管的给定部分的尺寸；其中保护电路的第一晶体管的尺寸等于桥式整流器的第三晶体管的给定部分的尺寸；并且其中将保护电路的第一连接节点耦合到线圈的第一端子的电容器的电容值是线圈的寄生电容的给定部分的电容值。
本公开的实施例还提供了另一种无线功率***，包括：第一线圈端子节点和第二线圈端子节点；桥式整流器，具有第一输入和第二输入，第一输入和第二输入分别被耦合到第一线圈端子节点和第二线圈端子节点，并且桥式整流器具有输出，输出被耦合到整流电压节点；激励电路，被耦合到桥式整流器的第一输入；保护电路，具有第一连接节点，第一连接节点通过电容器被耦合到第一线圈端子节点；其中保护电路被配置为，当处于Q因子测量模式时：当桥式整流器的第一输入被耦合到地时，钳位第一连接节点，以及当桥式整流器的第一输入被耦合到电源电压时，将第一连接节点连接到整流电压节点；其中保护电路被配置为当处于无线功率模式时被禁用；以及通栅电路，被耦合在保护电路的第一连接节点和感测节点之间。
在一些实施例中，桥式整流器包括：第一晶体管对和第二晶体管对，被耦合在整流电压节点和地之间；其中保护电路包括一对保护晶体管，一对保护晶体管被耦合在整流电压节点和地之间，一对保护晶体管之间的抽头被耦合到保护电路的第一连接节点；以及其中一对保护晶体管中的每个晶体管在桥式整流器的第一晶体管对中的对应的一个晶体管被导通时被导通，并且在第一晶体管对中的对应的一个晶体管被关断时被关断。
在一些实施例中，桥式整流器包括：第一n沟道晶体管，被耦合在整流电压节点和桥式整流器的第一输入之间；第二n沟道晶体管，被耦合在整流电压节点和桥式整流器的第二输入之间；第三n沟道晶体管，被耦合在桥式整流器的第一输入和地之间；以及第四n沟道晶体管，被耦合在桥式整流器的第二输入和地之间；其中保护电路包括：p沟道晶体管，被耦合在整流电压节点和保护电路的第一连接节点之间，其中当保护电路处于无线功率模式时，保护电路的p沟道晶体管被配置为在桥式整流器的第一n沟道晶体管导通时导通，并且被配置为在桥式整流器的第一n沟道晶体管关断时关断；以及n沟道晶体管，被耦合在保护电路的第一连接节点和地之间，其中当保护电路处于无线功率模式时，保护电路的n沟道晶体管被配置为在桥式整流器的第三n沟道晶体管导通时导通，并且被配置为在桥式整流器的第三n沟道晶体管关断时关断，并且其中保护电路的n沟道晶体管被配置为在保护电路处于Q因子测量模式时关断。
在一些实施例中，第一n沟道晶体管具有栅极，第一n沟道晶体管的栅极被耦合以接收第一栅极电压；并且其中保护电路进一步包括附加的n沟道晶体管、第三电阻和齐纳二极管，附加的n沟道晶体管具有源极、漏极和栅极，附加的n沟道晶体管的源极被耦合到地，附加的n沟道晶体管的漏极通过第四电阻被耦合到第二连接节点，附加的n沟道晶体管的栅极被耦合以接收栅极电压，栅极电压是对第一栅极电压与通栅使能信号执行逻辑与操作的结果；第三电阻被耦合在整流电压节点和第二连接节点之间；齐纳二极管具有阴极和阳极，阴极被耦合到整流电压节点，阳极被耦合到第二连接节点；其中第二连接节点被耦合到保护电路的p沟道晶体管的栅极。
本公开的实施例提供了具有改进的稳健性的无线功率***。
附图说明
图1是根据现有技术的无线功率传输***的示意框图。
图2是本文所描述的收发器设备的原理示意框图，如可用于代替图 1的无线功率传输***的收发器设备。
图3是本文所述的包括保护电路的收发器设备的示意框图，如可用于代替图1的无线功率传输***的收发器设备。
具体实施方式
下面的公开使本领域的技术人员能够制造和使用这里公开的主题。此处描述的一般原则可应用于除上述详述的那些之外的实施例和应用，而不偏离本公开的精神和范围。本公开并不旨在局限于所示的实施例，而是赋予与本公开或建议的原理和特征相一致的最广泛的范围。
无线功率***包括：具有第一和第二端子的线圈；桥式整流器，具有分别耦合到线圈的第一端子和第二端子耦合的第一输入和第二输入，并具有耦合到整流电压节点的输出；与线圈的第一输入耦合的激励电路；以及保护电路，具有通过电容器耦合到线圈的第一端子的第一连接节点。
当处于Q因子测量模式时，保护电路被配置为：当桥式整流器的第一输入被耦合到地时，钳位第一连接节点；当桥式整流器的第一输入被耦合到电源电压时，将第一连接节点与整流电压节点连接。
当处于无线功率模式时，该保护电路被配置为禁用。
该无线功率***还包括耦合在保护电路的第一连接节点和感测节点之间的通栅(pass gate)电路；以及耦合到感测节点并被配置为在保护电路处于Q因子测量模式时测量无线功率***的Q因子的感测电路。
本文还公开了操作包括桥式整流器的无线功率***的方法。该方法包括，在无线功率模式下：在线圈处接收时变电场；操作桥式整流器以整流由时变电场在线圈中感应的交流信号，以在电压整流节点处产生整流电压；当桥式整流器的低侧晶体管耦合到地时，将通过电容耦合到线圈的第一连接节点钳位；以及当直接与低侧晶体管电连接的桥式整流器的高侧晶体管导通时，将第一连接节点与整流电压连接。
该方法还包括，在Q因子测量模式下：关断桥式整流器的高侧晶体管，并导通桥式整流器的低侧晶体管；导通通栅晶体管，以将第一连接节点耦合到感测节点；激励线圈；停止激励线圈，并感测第一连接节点处的电压；以及基于在第一连接节点处感测的电压来确定无线功率***的Q因子。
参考图2描述的是一种收发器设备15'，例如可与图1的无线功率传输***10一起使用。
收发器设备15'包括受控开关桥式电路(可作为桥式整流器或 DC-AC逆变器操作)16，受控开关桥式电路16在节点Ac1和Ac2处与收发器线圈Lxcvr耦合，其中Cxcvr代表调谐电容器以调整阻抗匹配，电容器Cpar代表有目的地在节点Ac1和Ac2之间添加的寄生电容以调整***的阻抗。
受控开关桥式电路16由晶体管T1-T4组成，晶体管T1-T4由栅极电压G1-G4控制。更详细地说：晶体管T1具有耦合到节点Nin的漏极，耦合到节点Ac1的源极，耦合到栅极电压G1的栅极；晶体管T3具有耦合到节点Ac1的漏极，耦合到节点N(可以是地或其他参考电压)的源极，耦合到栅极电压G3的栅极；晶体管T2具有耦合到节点Nin的漏极，耦合到节点Ac2的源极，耦合到栅极电压G2的栅极；以及晶体管T4 具有耦合到节点Ac2的漏极，耦合到节点N的源极，耦合到栅极电压 G4的栅极。
储能电容器Ctank被耦合在节点Nin和节点N之间。电压调节器17 具有与节点Nin耦合的输入和与节点Nout耦合的输出。电池18通过开关SW1选择性地耦合在节点Nout和节点N之间，并通过开关SW2选择性地耦合在节点N和节点Nin之间。开关SW1和SW2在彼此异相操作；当收发器设备15'在功率接收模式下作为接收器操作时，开关SW1被闭合，而开关SW2被断开，电路16作为AC-DC整流器运作，调节器运作以产生用于给电池18充电的调节电压Vreg，当收发器设备15'在功率传输模式下作为发射器操作时，开关SW1被断开，而开关SW2被闭合，电路16作为由电池供电的DC-AC逆变器。控制器19产生栅极电压 G1-G4，用于控制桥16以期望的整流器/逆变器模式运行。
当收发器设备15'作为接收器工作时，受控开关桥式电路16对交流电进行整流，产生直流电，对连接到节点Nin的储能电容器Ctank进行充电，并在储能电容器Ctank上形成整流电压Vrect。电压调节器17在其输出节点Nout处产生稳压输出电压Vreg，该电压被提供给电池18，从而为电池18充电。
当收发设备15'作为发射器工作时，电池18的电压通过开关SW2 施加到节点Nin上，成为电压Vrect。然后，栅极电压G1-G4由控制器 19驱动，以产生流经收发线圈Lxcvr的时变电流。该控制方案的细节可见2019年10月30日提交的美国专利申请号16/669,068，其内容通过引用全部并入。
激励电路21耦合在电源Vdd电压和收发器线圈Lxcvr的节点Ac1 之间(因为电容Cxcvr和Cpar是代表电容而不是物理元件)。
电容器Cq被耦合在激励电路21和焊盘Qs之间。n沟道晶体管MN1 具有与焊盘Qs耦合的漏极，与n沟道晶体管MN2的源极耦合的源极，与Q因子测量使能信号Q_En耦合的栅极。晶体管MN2的源极与晶体管 MN1的源极耦合，其漏极与电阻器R1和R2(在Vdd和地之间串联耦合) 之间的抽头耦合，其栅极与Q因子测量启用信号Q_En耦合。感测电路装置23被耦合到电阻器R1和R2之间的抽头。
第二设备15'可以在收发器模式(Rx或Tx)或Q因子测量模式下运行。
在Q因子测量模式下，Q因子测量使能信号Q_En由控制器19断言 (asserted)，以导通晶体管MN1和MN2，从而建立从Qs焊盘到串联连接的电阻器R1和R2的中心抽头的连接。此外，晶体管T3和T4同时由控制器19断言栅极电压G3和G4而导通，从而将节点Ac1和Ac2短路到地。然后，激励电路21激励线圈Lxcvr，直到它达到稳定状态。一旦停止激励，节点Nf处的电压VLC的响应(其将是围绕设置在电阻器R1 和R2之间的抽头处的共模电压Vcm振荡的衰减正弦波)被感测电路装置23通过电容Cq感测到。然后，由感测电路装置23感测到的振幅和定时信息可用于确定第二设备15'的Q因子。
在收发器模式期间，控制器19产生控制信号G1-G4，以便使电路 16作为接收器或逆变器，如上所述。附加的，在收发器模式期间，Q因子测量使能信号Q_En被解除断言，关断晶体管MN1和MN2以有效地将节点Qs与Vcm隔离，同时激励电路21的内部电路有效地阻断了来自激励电路21的收发信号，而电路16的开关动作导致线圈Lxcvr上的电压VLC在正负最大幅度之间切换，例如-50V和50V。由于晶体管MN1 和MN2关断，焊盘Qs浮置，因此跟随电压VLC，因为它通过电容器 Cq交流耦合到节点Qs。这可能是一个问题，因为它可能导致晶体管MN1并且进而MN2击穿。特别是，当焊盘Qs处的电压幅度变得足够正时，晶体管MN1会击穿，而当焊盘Qs上的电压幅度变得足够负时，晶体管MN1会无意中导通。在收发器模式下，可以通过使用适当的钳位电路将焊盘Qs钳位到地来解决这个问题。
然而，钳位电路会耗散功率，对于某些所需的高效率的无线功率传输的情况，耗散的功率水平是不可忽视的。
为了在所需的高效率的无线功率传输的应用中允许Q因子测量，开发了图3的收发器设备15"。
现在参考图3，收发器设备15"与图2的收发器设备15'具有相同的连接和拓扑结构，除了在焊盘Qs和晶体管MN1的漏极之间耦合了保护电路22，并且控制器19'的功能被修改。
控制器19'包括逻辑核心23，产生Gate_G1、Gate_G2、Gate_G3和 Gate_G4控制信号，以及Q因子测量使能信号Q_En，该信号被反转产生 Q_En_B。第一与门31对Gate_G1和Q_En_B进行逻辑与(AND)操作，产生栅极电压G1。第二与门32对Gate_G2和Q_En_B进行逻辑与操作，产生栅极电压G2。或门33对Gate_G3和Q_E进行逻辑或操作，产生栅极电压G3。或门34对Gate_G4和Q_En进行逻辑或，产生栅极电压G4。
第三与门35对Gate_G1和Q_En_B进行逻辑与操作，产生栅极电压G1a。
第四与门36对Gate_G3和Q_En_B进行逻辑-与操作，产生栅极电压G3a。
保护电路22包括p沟道晶体管T1a，其源极耦合到节点Nin(因此 T1a的源极耦合到晶体管T1和T2的漏极)，漏极耦合到Qs焊盘，栅极耦合到节点N2。保护电路22还包括一个n沟道晶体管T3a，其栅极耦合到栅极电压G3a，漏极耦合到晶体管T1a的漏极，源极耦合到地。齐纳二极管Dz的阳极耦合到节点N2，阴极耦合到节点Nin。电阻器R3 与二极管Dz并联耦合在节点Nin和N2之间。电阻器R4被耦合在节点 N2和n沟道晶体管MN3的漏极之间。n沟道晶体管MN3的源极耦合到地，其栅极耦合到栅极电压G1a。
在收发器模式下，Q因子测量使能信号Q_En被逻辑核心23驱动为逻辑低，因此Q_En_B被驱动为逻辑高。另外，在收发器模式期间，逻辑核心23产生Gate_G1、Gate_G2、Gate_G3和Gate_G4控制信号，以便使桥16要么整流线圈Lp中感应的时变电流，要么在线圈Lp中产生时变电流，从而产生时变电场，这取决于是在接收器模式还是发射器模式。
由于晶体管T3a由栅极电压G3a驱动，并且在收发器模式下Q_En_B 为高，显然，在收发器模式下，当晶体管T3导通时，晶体管T3a导通，当晶体管T3关断时，晶体管T3a关断。类似地，由于G1和Q_En_B为高，当栅极电压G1a变高时，晶体管MN3被导通，从而从节点N2吸收(sink)电流以导通晶体管T1a，所以当晶体管T1导通时，晶体管T1a 导通。当Vrect为正时，晶体管T1关断；因此，当Vrect超过齐纳二极管Dz的击穿电压时，齐纳二极管Dz击穿，并将晶体管T1a的栅极连接到Vrect，当晶体管T1关断时，关断晶体管T1a。
如前所述，在收发器模式期间，Q因子测量使能信号Q_En被解除断言。这关断晶体管MN1和MN2。由于节点Qs通过电容器Cq与电压 VLC交流耦合，节点Qs处的电压跟随电压VLC。然而，尽管如此，如果没有保护电路22(如果节点Qs直接与晶体管MN1的漏极电连接)，则节点Qs上的电压可能飙升到足够高以损坏晶体管MN1和MN2，除非晶体管MN1和MN2被专门设计为阻止节点Qs上的潜在电压。然而，这将产生负面影响，损害晶体管MN1和MN2在ESD事件发生时为ESD 电流提供一个低阻抗路径的能力。
由于在收发器模式期间，节点Qs的电压通常跟随电压VLC(它跟随节点Ac1的电压)，因此可以理解，如果节点Qs的电路与节点Ac1 的结构类似，Qs处的电压将密切甚至完全跟随节点Ac1处的电压，这是受控制的。正是由于这个原因，保护电路22包括在节点Nin和地之间串联耦合的晶体管T1a和T3a。
为了保护晶体管MN1和MN2免受收发器模式下节点Qs上的浮动电压的影响，同时不让晶体管T1a和T3a对整流过程有实质性的贡献， Cq的尺寸要远小于Cp(例如，要小1000倍)，而且晶体管T1a和T3a 的尺寸要比晶体管T1和T3的尺寸小相同的系数(这里为1000)。其结果是，流经晶体管T1a和T3a的电流比流经晶体管T1和T3的电流低相同的系数(这里是1000)，但节点Qs处的电压受到控制--当电压Qs本来会变成负值时，它被晶体管T3a钳位到地，而当电压Qs本来到达Vrect 以上时，它通过晶体管T1a被迫达到Vrect。在节点Qs处发生ESD事件期间，晶体管T1a和T3a提供了通往地和Vrect的低电阻路径，因此保护电路22的这种设计也提供了ESD保护。
在Q因子测量模式期间，Q因子测量使能信号Q_En被断言，其结果是栅极电压G1和G2被解除断言以关断晶体管T1和T2，而栅极电压 G3和G4被接通以导通晶体管T3和T4。然而，由于Q_En_B被解除断言，这意味着栅极电压G1a和G3a被关断，关断晶体管G1a和G3a。因此，在Q因子测量模式下，保护电路22变得透明。Q因子测量如上所述进行。
总之，晶体管T1a和T3a对整流过程的贡献不过是1/1000，同时在收发器模式下保护晶体管MN1和MN2不受损害，在Q因子测量模式下是透明的，并起到在节点Qs处提供静电保护的作用。
在给出的示例中，晶体管T1a和T3a的尺寸是晶体管T1和T3的 1/1000，但也可以设想其他的尺寸差异，这取决于所需的ESD保护规格。
还要注意的是，虽然晶体管T1是n沟道晶体管，但晶体管T1a可以是(而且在示例中是)p沟道晶体管，因为它的尺寸小得多，提供了涉及晶体管MN3、电阻器R3和R4以及齐纳二极管Dz的简单栅极驱动方案。
虽然本公开的内容只描述了有限的几个实施例，但本领域的技术人员在受益于本公开内容的情况下，将理解到可以设想出不偏离本公开内容范围的其他实施例。因此，本公开的范围应只受所附权利要求书的限制。

Claims (14)

1.一种无线功率***，其特征在于，包括：
线圈，具有第一端子和第二端子；
桥式整流器，具有第一输入和第二输入，所述第一输入和所述第二输入分别被耦合到所述线圈的所述第一端子和所述第二端子，并且所述桥式整流器具有输出，所述输出被耦合到整流电压节点；
激励电路，被耦合到所述桥式整流器的所述第一输入；
保护电路，具有第一连接节点，所述第一连接节点通过电容器被耦合到所述线圈的所述第一端子；
其中所述保护电路被配置为，当处于Q因子测量模式时：
当所述桥式整流器的所述第一输入被耦合到地时，钳位所述第一连接节点，以及
当所述桥式整流器的所述第一输入被耦合到电源电压时，将所述第一连接节点连接到所述整流电压节点；
其中所述保护电路被配置为当处于无线功率模式时被禁用；
通栅电路，被耦合在所述保护电路的所述第一连接节点和感测节点之间；以及
感测电路，被耦合到所述感测节点，并且被配置为当所述保护电路处于所述Q因子测量模式时，测量所述无线功率***的Q因子。
2.根据权利要求1所述的无线功率***，其特征在于：
其中所述桥式整流器包括：第一晶体管对和第二晶体管对，被耦合在所述整流电压节点和地之间；
其中所述保护电路包括一对保护晶体管，所述一对保护晶体管被耦合在所述整流电压节点和地之间，所述一对保护晶体管之间的抽头被耦合到所述保护电路的所述第一连接节点；以及
其中所述一对保护晶体管中的每个晶体管在所述桥式整流器的所述第一晶体管对中的对应的一个晶体管被导通时被导通，并且在所述第一晶体管对中的所述对应的一个晶体管被关断时被关断。
3.根据权利要求1所述的无线功率***，其特征在于：
其中所述桥式整流器包括：
第一n沟道晶体管，被耦合在所述整流电压节点和所述桥式整流器的所述第一输入之间；
第二n沟道晶体管，被耦合在所述整流电压节点和所述桥式整流器的所述第二输入之间；
第三n沟道晶体管，被耦合在所述桥式整流器的所述第一输入和地之间；以及
第四n沟道晶体管，被耦合在所述桥式整流器的所述第二输入和地之间；
其中所述保护电路包括：
p沟道晶体管，被耦合在所述整流电压节点和所述保护电路的所述第一连接节点之间，其中当所述保护电路处于所述无线功率模式时，所述保护电路的所述p沟道晶体管被配置为在所述桥式整流器的所述第一n沟道晶体管导通时导通，并且被配置为在所述桥式整流器的所述第一n沟道晶体管关断时关断；以及
n沟道晶体管，被耦合在所述保护电路的所述第一连接节点和地之间，其中当所述保护电路处于所述无线功率模式时，所述保护电路的所述n沟道晶体管被配置为在所述桥式整流器的所述第三n沟道晶体管导通时导通，并且被配置为在所述桥式整流器的所述第三n沟道晶体管关断时关断，并且其中所述保护电路的所述n沟道晶体管被配置为在所述保护电路处于所述Q因子测量模式时关断。
4.根据权利要求3所述的无线功率***，其特征在于，所述第一n沟道晶体管具有栅极，所述第一n沟道晶体管的所述栅极被耦合以接收第一栅极电压；并且其中所述保护电路进一步包括附加的n沟道晶体管、第三电阻和齐纳二极管，所述附加的n沟道晶体管具有源极、漏极和栅极，所述附加的n沟道晶体管的所述源极被耦合到地，所述附加的n沟道晶体管的所述漏极通过第四电阻被耦合到第二连接节点，所述附加的n沟道晶体管的所述栅极被耦合以接收栅极电压，所述栅极电压是对所述第一栅极电压与通栅使能信号执行逻辑与操作的结果；所述第三电阻被耦合在所述整流电压节点和所述第二连接节点之间；所述齐纳二极管具有阴极和阳极，所述阴极被耦合到所述整流电压节点，所述阳极被耦合到所述第二连接节点；其中所述第二连接节点被耦合到所述保护电路的所述p沟道晶体管的栅极。
5.根据权利要求3所述的无线功率***，其特征在于，所述保护电路的所述p沟道晶体管的尺寸等于所述桥式整流器的所述第一n沟道晶体管的给定部分的尺寸；其中所述保护电路的所述n沟道晶体管的尺寸等于所述桥式整流器的所述第三n沟道晶体管的所述给定部分的尺寸；并且其中将所述保护电路的所述第一连接节点耦合到所述线圈的所述第一端子的所述电容器的电容值是所述线圈的寄生电容的所述给定部分的电容值。
6.根据权利要求1所述的无线功率***，其特征在于，所述通栅电路包括一对通栅晶体管，所述一对通栅晶体管被串联耦合在所述第一连接节点和所述感测节点之间，所述一对通栅晶体管被配置为：在所述保护电路处于所述Q因子测量模式时导通，并且在所述保护电路处于所述无线功率模式时关断。
7.根据权利要求1所述的无线功率***，其特征在于，进一步包括：第一电阻，被耦合在电源电压和所述感测节点之间；以及第二电阻，被耦合在所述感测节点和地之间。
8.根据权利要求1所述的无线功率***，其特征在于：
其中所述桥式整流器包括：
第一晶体管，被耦合在所述整流电压节点和所述桥式整流器的所述第一输入之间；
第二晶体管，被耦合在所述整流电压节点和所述桥式整流器的所述第二输入之间；
第三晶体管，被耦合在所述桥式整流器的所述第一输入和地之间；以及
第四晶体管，被耦合在所述桥式整流器的所述第二输入和地之间；
其中所述保护电路包括：
第一晶体管，被耦合在所述整流电压节点和所述保护电路的所述第一连接节点之间，其中当所述保护电路处于所述无线功率模式时，所述保护电路的所述第一晶体管被配置为在所述桥式整流器的所述第一晶体管导通时导通，并且被配置为在所述桥式整流器的所述第一晶体管关断时关断；以及
第二晶体管，被耦合在所述保护电路的所述第一连接节点和地之间，其中当所述保护电路处于所述无线功率模式时，所述保护电路的所述第二晶体管被配置为在所述桥式整流器的所述第三晶体管导通时导通，并且被配置为在所述桥式整流器的所述第三晶体管关断时关断，并且其中所述保护电路的所述第二晶体管被配置为在所述保护电路处于所述Q因子测量模式时关断。
9.根据权利要求8所述的无线功率***，其特征在于，所述第一晶体管具有栅极，所述第一晶体管的所述栅极被耦合以接收第一栅极电压；并且其中所述保护电路进一步包括附加的晶体管、第三电阻和齐纳二极管，所述附加的晶体管具有第一导通端子、第二导通端子以及栅极，所述第一导通端子被耦合到地；所述第二导通端子通过第四电阻被耦合到第二连接节点，所述附加的晶体管的所述栅极被耦合以接收栅极电压，所述栅极电压是对所述第一栅极电压与通栅使能信号执行逻辑与操作的结果；所述第三电阻被耦合在所述整流电压节点和所述第二连接节点之间；所述齐纳二极管具有阴极和阳极，所述阴极被耦合到所述整流电压节点，所述阳极被耦合到所述第二连接节点；其中所述第二连接节点被耦合到所述保护电路的所述第一晶体管的栅极。
10.根据权利要求9所述的无线功率***，其特征在于，所述保护电路的所述第二晶体管的尺寸等于所述桥式整流器的所述第一晶体管的给定部分的尺寸；其中所述保护电路的所述第一晶体管的尺寸等于所述桥式整流器的所述第三晶体管的所述给定部分的尺寸；并且其中将所述保护电路的所述第一连接节点耦合到所述线圈的所述第一端子的所述电容器的电容值是所述线圈的寄生电容的所述给定部分的电容值。
11.一种无线功率***，其特征在于，包括：
第一线圈端子节点和第二线圈端子节点；
桥式整流器，具有第一输入和第二输入，所述第一输入和所述第二输入分别被耦合到所述第一线圈端子节点和所述第二线圈端子节点，并且所述桥式整流器具有输出，所述输出被耦合到整流电压节点；
激励电路，被耦合到所述桥式整流器的所述第一输入；
保护电路，具有第一连接节点，所述第一连接节点通过电容器被耦合到所述第一线圈端子节点；
其中所述保护电路被配置为，当处于Q因子测量模式时：
当所述桥式整流器的所述第一输入被耦合到地时，钳位所述第一连接节点，以及
当所述桥式整流器的所述第一输入被耦合到电源电压时，将所述第一连接节点连接到所述整流电压节点；
其中所述保护电路被配置为当处于无线功率模式时被禁用；以及
通栅电路，被耦合在所述保护电路的所述第一连接节点和感测节点之间。
12.根据权利要求11所述的无线功率***，其特征在于：
其中所述桥式整流器包括：第一晶体管对和第二晶体管对，被耦合在所述整流电压节点和地之间；
其中所述保护电路包括一对保护晶体管，所述一对保护晶体管被耦合在所述整流电压节点和地之间，所述一对保护晶体管之间的抽头被耦合到所述保护电路的所述第一连接节点；以及
其中所述一对保护晶体管中的每个晶体管在所述桥式整流器的所述第一晶体管对中的对应的一个晶体管被导通时被导通，并且在所述第一晶体管对中的所述对应的一个晶体管被关断时被关断。
13.根据权利要求11所述的无线功率***，其特征在于：
其中所述桥式整流器包括：
第一n沟道晶体管，被耦合在所述整流电压节点和所述桥式整流器的所述第一输入之间；
第二n沟道晶体管，被耦合在所述整流电压节点和所述桥式整流器的所述第二输入之间；
第三n沟道晶体管，被耦合在所述桥式整流器的所述第一输入和地之间；以及
第四n沟道晶体管，被耦合在所述桥式整流器的所述第二输入和地之间；
其中所述保护电路包括：
p沟道晶体管，被耦合在所述整流电压节点和所述保护电路的所述第一连接节点之间，其中当所述保护电路处于所述无线功率模式时，所述保护电路的所述p沟道晶体管被配置为在所述桥式整流器的所述第一n沟道晶体管导通时导通，并且被配置为在所述桥式整流器的所述第一n沟道晶体管关断时关断；以及
n沟道晶体管，被耦合在所述保护电路的所述第一连接节点和地之间，其中当所述保护电路处于所述无线功率模式时，所述保护电路的所述n沟道晶体管被配置为在所述桥式整流器的所述第三n沟道晶体管导通时导通，并且被配置为在所述桥式整流器的所述第三n沟道晶体管关断时关断，并且其中所述保护电路的所述n沟道晶体管被配置为在所述保护电路处于所述Q因子测量模式时关断。
14.根据权利要求13所述的无线功率***，其特征在于，所述第一n沟道晶体管具有栅极，所述第一n沟道晶体管的所述栅极被耦合以接收第一栅极电压；并且其中所述保护电路进一步包括附加的n沟道晶体管、第三电阻和齐纳二极管，所述附加的n沟道晶体管具有源极、漏极和栅极，所述附加的n沟道晶体管的所述源极被耦合到地，所述附加的n沟道晶体管的所述漏极通过第四电阻被耦合到第二连接节点，所述附加的n沟道晶体管的所述栅极被耦合以接收栅极电压，所述栅极电压是对所述第一栅极电压与通栅使能信号执行逻辑与操作的结果；所述第三电阻被耦合在所述整流电压节点和所述第二连接节点之间；所述齐纳二极管具有阴极和阳极，所述阴极被耦合到所述整流电压节点，所述阳极被耦合到所述第二连接节点；其中所述第二连接节点被耦合到所述保护电路的所述p沟道晶体管的栅极。
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