用于高功率因數(shù)單相整流器的系統(tǒng)、方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示用于寬帶AC到DC轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。在一個(gè)方面中，提供一種用于至少部分基于交流電提供直流電DC輸出的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備。所述功率轉(zhuǎn)換設(shè)備包含第一整流器電路，其經(jīng)配置以將所述交流電整流為第一直流電。所述功率轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)一步包含平均電路，其經(jīng)配置以對從所述第一整流器電路接收的所述第一直流電求平均且提供第二直流電。所述功率轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)一步包含第二整流器電路，其經(jīng)配置以將所述交流電整流為第三直流電。從所述第二直流電和所述第三直流電導(dǎo)出所述直流電輸出。
【專利說明】用于高功率因數(shù)單相整流器的系統(tǒng)、方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及寬帶交流電(AC)到直流電(DC)轉(zhuǎn)換。更特定來說，本發(fā)明針對一種用于寬帶AC到DC轉(zhuǎn)換的高功率因數(shù)單相整流器拓?fù)洹?br> 【背景技術(shù)】
[0002]大量且多種系統(tǒng)使用直流電(DC)供電和操作。舉例來說，多種電子裝置使用DC供電，其包含例如移動(dòng)電話、便攜式音樂播放器、膝上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)外圍裝置、通信裝置(例如，藍(lán)牙裝置)、數(shù)碼相機(jī)、助聽器等。另外，例如電動(dòng)車輛中的電池也使用DC充電且提供DC輸出。用于向電子裝置提供功率或用于對電池充電的許多電源提供交流電(AC)。歸因于與DC相比可有效傳遞長距離功率以及產(chǎn)生AC方面的效率的相對優(yōu)點(diǎn)，通常使用交流電來提供功率。因此，許多系統(tǒng)中需要功率轉(zhuǎn)換電路將AC轉(zhuǎn)換為DC。舉例來說，當(dāng)利用DC對電池充電或?qū)ρb置供電時(shí)，通常使用電源，其接收AC且將AC轉(zhuǎn)換為DC以供用于對電池或依賴于DC的裝置充電或供電。因?yàn)檗D(zhuǎn)換期間功率經(jīng)常丟失，所以增加AC到DC轉(zhuǎn)換的效率的系統(tǒng)是合乎需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明中描述的標(biāo)的物的一個(gè)方面提供一種用于至少部分基于交流電提供直流電(DC)輸出的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備。所述功率轉(zhuǎn)換設(shè)備包含第一整流器電路，其經(jīng)配置以將交流電整流為第一直流電。所述功率轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)一步包含平均電路，其經(jīng)配置以對從第一整流器電路接收的第一直流電求平均且提供第二直流電。所述功率轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)一步包含第二整流器電路，其經(jīng)配置以將交流電整流為第三直流電。從第二直流電和第三直流電導(dǎo)出直流電輸出。
[0004]本發(fā)明中描述的標(biāo)的物的另一方面提供一種用于至少部分基于交流電提供直流電(DC)輸出的功率轉(zhuǎn)換方法的實(shí)施方案。所述方法包含經(jīng)由第一整流器電路將交流電整流為第一直流電。所述方法進(jìn)一步包含經(jīng)由平均電路對第一直流電求平均以提供第二直流電。所述方法進(jìn)一步包含經(jīng)由第二整流器電路將交流電整流為第三直流電。所述方法進(jìn)一步包含提供從第二直流電和第三直流電導(dǎo)出的直流電輸出。
[0005]本發(fā)明中描述的標(biāo)的物的又一方面提供一種用于至少部分基于交流電提供直流電(DC)輸出的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備。所述功率轉(zhuǎn)換設(shè)備包含用于將交流電整流為第一直流電的裝置。所述功率轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)一步包含用于對第一直流電求平均以提供第二直流電的裝置。所述功率轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)一步包含用于將交流電整流為第三直流電的裝置。所述功率轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)一步包含用于提供從第二直流電和第三直流電導(dǎo)出的直流電輸出的裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是用于AC到DC轉(zhuǎn)換的示范性系統(tǒng)的功能框圖。
[0007]圖2是包含全波橋整流器電路的如圖1所示用于AC到DC轉(zhuǎn)換的示范性系統(tǒng)的示意圖。
[0008]圖3是如圖2所示的全波橋整流器電路的示范性電壓和電流波形的曲線。
[0009]圖4是用于AC到DC轉(zhuǎn)換的另一示范性系統(tǒng)的示意圖。
[0010]圖5是用于AC到DC轉(zhuǎn)換的另一示范性系統(tǒng)的示意圖。
[0011]圖6是如圖5所示的系統(tǒng)的示范性電壓和電流波形的曲線。
[0012]圖7是用于AC到DC轉(zhuǎn)換的另一示范性系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖8是如圖7所示的系統(tǒng)的示范性電壓和電流波形的曲線。
[0014]圖9是用于AC到DC轉(zhuǎn)換的另一示范性系統(tǒng)的示意圖。
[0015]圖10是如圖9所示的系統(tǒng)的示范性電壓和電流波形的曲線。
[0016]圖11是用于AC到DC轉(zhuǎn)換的另一示范性系統(tǒng)的示意圖。
[0017]圖12是用于AC到DC轉(zhuǎn)換的另一示范性系統(tǒng)的示意圖。
[0018]圖13是可包含圖4-12的用于AC到DC轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)的任一者的示范性無線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的功能框圖。
[0019]圖14是可在圖13的無線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)中使用的示范性無線功率發(fā)射器系統(tǒng)的功能框圖。
[0020]圖15是可在圖13的無線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)中使用且可使用圖4-12的用于AC到DC轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)的示范性無線功率接收器系統(tǒng)的功能框圖。
[0021]圖16是用于對可包含圖13的無線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的電動(dòng)車輛充電的示范性系統(tǒng)的圖。
[0022]圖17是另一示范性無線功率發(fā)射器的功能框圖。
[0023]圖18是可使用圖4-12的用于AC到DC轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)的任一者的另一示范性無線功率接收器的功能框圖。
[0024]圖19是用于將AC轉(zhuǎn)換為DC的示范性方法的流程圖。
[0025]圖20展示用于AC到DC轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)的另一示范性功能框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下文結(jié)合附圖陳述的詳細(xì)描述希望作為本發(fā)明的示范性實(shí)施例的描述，且不希望表示其中可實(shí)踐本發(fā)明的僅有實(shí)施例。貫穿本描述中使用的術(shù)語“示范性”表示“充當(dāng)實(shí)例、例子或說明”，且不一定解釋為與其它示范性實(shí)施例相比是優(yōu)選或有利的。所述詳細(xì)描述出于提供對本發(fā)明的示范性實(shí)施例的透徹理解的目的而包含特定細(xì)節(jié)。在一些例子中，以框圖形式展示一些裝置。
[0027]如上所述，許多功率應(yīng)用采用交流電(AC)到直流電(DC)轉(zhuǎn)換來轉(zhuǎn)換例如來自公用電網(wǎng)的功率使得其可用于對電池充電或?qū)σ蕾囉贒C的電子裝置供電。
[0028]圖1是用于AC到DC轉(zhuǎn)換的示范性系統(tǒng)100的功能框圖。系統(tǒng)100包含電源102，其可提供時(shí)變電壓以產(chǎn)生單相交流電(AC)。電源102可為提供產(chǎn)生交流電(AC)的時(shí)變電壓的任何電源。整流器電路104可從電源102接收AC且將交流電整流為恒定直流電(DC)。提供來自整流器電路104的直流電輸出以對負(fù)載106供電或充電。舉例來說，負(fù)載106可能為經(jīng)配置以被充電的電池。負(fù)載106還可為使用直流電的任何其它電路，例如電子裝置中的集成電路或任何其它電路。[0029]高頻AC到DC的整流可導(dǎo)致諧波失真，其減小整流器電路104的效率且產(chǎn)生不合需要的發(fā)射。一些整流器電路可不能在高頻率下工作，可需要諧振濾波器，具有較差效率或需要多相AC功率。舉例來說，有源功率校正可用于公用事業(yè)管線頻率，然而，因?yàn)橛性垂β市Ｕ尚枰?yīng)是功率線頻率幾倍的開關(guān)功率，所以其對于幾KHz以上的頻率可能不可行?？墒褂霉忍畛渫?fù)?，然而?fù)載電流可隨傳入功率波動(dòng)且因此在幾KHz以上可能不可行。還可使用諧振濾波器網(wǎng)絡(luò)來移除諧波。然而，所述濾波器網(wǎng)絡(luò)可需要精確的電感器和電容器值，且因此可僅適于窄頻率范圍。還可將多脈沖整流器拓?fù)溆糜诙嘞喙β?，然而這些可僅適于三相功率網(wǎng)絡(luò)。如此，需要可在廣頻率范圍上起作用同時(shí)還使用單相功率提供高功率因數(shù)和減小的諧波的整流器拓?fù)洹?br> [0030]圖2是包含全波橋整流器電路204的如圖1所示用于AC到DC轉(zhuǎn)換的示范性系統(tǒng)200的示意圖。整流器電路204可經(jīng)配置以接收電源202產(chǎn)生的單相時(shí)變交流電且將所接收的AC轉(zhuǎn)換為可提供到負(fù)載&206的DC。整流器電路204可為包含二極管Dl、D2、D3和D4的全波橋整流器，其用以將從電源202接收的AC整流為直流電。經(jīng)整流DC可由電容器C1平滑以將恒定DC提供到負(fù)載&206。
[0031]圖3是如圖2所示的全波橋整流器電路204的示范性電壓和電流波形330和320的曲線。如圖所示，來自電源202的電壓波形330提供未失真正弦形狀。理想地，整流器電路204中的電流波形320將鏡射電壓波形330且也具有對應(yīng)未失真正弦形狀。然而，歸因于諧波失真等，如上文描述，整流器電路204的電流波形320具有擁有窄峰和谷的寬階躍。由于所述失真的緣故，系統(tǒng)200的效率減小。更特定來說，功率因數(shù)(即，流動(dòng)到負(fù)載206中的真實(shí)功率與整流器電路204的的表觀功率的比率)減小。負(fù)載206的非線性操作也可產(chǎn)生電流波形的失真320，從而導(dǎo)致減小的功率因數(shù)。低功率因數(shù)指示比電路中可用的功率少的功率供應(yīng)到負(fù)載206。因此，系統(tǒng)200中的效率減小。
[0032]圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例用于AC到DC轉(zhuǎn)換的另一示范性系統(tǒng)400的示意圖。單相AC電源402將AC提供到第一和第二整流器電路404a和404b。第一整流器電路404a和第二整流器電路404b可由多種不同類型的整流器電路和整流器電路拓?fù)湫纬?，如下文將進(jìn)一步描述。不管所使用的拓?fù)淙绾?，第一整流器電?04a和第二整流器電路404b均可將來自電源402的交流電整流為直流電。第一整流器電路404a可經(jīng)配置以將來自電源402的交流電整流為輸出處提供的第一直流電。
[0033]第一直流電可由平均電路410接收，平均電路410可對第一整流器電路404a的輸出求平均。平均電路410的操作可致使平均電路410的輸出小于第二整流器電路404b的輸出的峰值電壓。平均電路410可包括電感器L1和電容器C2。電感器L1與電容器C2可并聯(lián)電連接。電感器L1與電容器C2的電感可根據(jù)系統(tǒng)400的多種設(shè)計(jì)參數(shù)和操作條件選擇。平均電路410可進(jìn)一步包含二極管D5。平均電路410可提供從輸出自第一整流器電路404a的第一直流電導(dǎo)出的第二直流電。
[0034]第二整流器電路404b還可整流來自電源402的交流電以產(chǎn)生第三直流電。平均電路410的輸出與第二整流器電路404a的輸出電連接以形成共同輸出使得從平均電路410輸出的第二直流電與從第二整流器電路404a輸出的第三直流電組合。在一個(gè)方面中，第二整流器電路404b的最小輸出可受平均電路410的輸出限制，因?yàn)樗鲚敵鲭娺B接。在一個(gè)方面中，這可導(dǎo)致系統(tǒng)400的電流波形，其是較緊密近似正弦波形的階躍波形。由于系統(tǒng)400的操作的緣故，諧波減少且功率因數(shù)增加。在一個(gè)方面中，第一整流器電路404a可表征為較低電壓整流器電路，且第二整流器電路404b可表征為與第一整流器電路404a相比較高電壓整流器電路。從第二整流器電路404b和平均電路410輸出的直流電可進(jìn)一步由濾波器電路412濾波，濾波器電路412可(尤其)提供大體恒定DC以提供到負(fù)載&406。濾波器電路412還可經(jīng)配置以提供功率因數(shù)的增加和不合需要諧波的減少。濾波器電路412可包括電感器L2和電容器C3。
[0035]圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例用于AC到DC轉(zhuǎn)換的另一示范性系統(tǒng)500的示意圖。圖5展不可根據(jù)圖4的系統(tǒng)400使用的不范性第一和整流器電路504a和504b的不意圖。第一整流器電路504a包含包括二極管D8、D9、D1(i和D11的全橋整流器電路拓?fù)?，且?jīng)配置以將來自電源502的單相交流電整流為輸出處的第一直流電。第二整流器電路504b包括包含二極管D6、D7、D8和D9的全橋整流器電路拓?fù)湟詫碜噪娫?02的交流電整流為第二直流電。如圖5所示，第一和第二整流器電路504a和504b可共享例如二極管D8和D9等組件。如圖所示，第一整流器電路和第二整流器電路504a和504b的每一者可為全橋整流器電路。
[0036]第一整流器電路504b的輸出(作為第一直流電)提供到包含電感器L3、電容器C4和二極管D12的平均電路510。平均電路510的輸出電連接到第二整流器電路504b的輸出。組合的直流電輸出由包含電感器L4和電容器C5的濾波器電路512濾波，電容器C5可在一個(gè)方面中使輸出平滑以提供恒定DC。所述輸出接著提供到負(fù)載Rj06。如圖所示，包含二極管D6、D7、D8和D9的全波橋整流器電路與二極管Dltl和D11串聯(lián)電連接。圖5所示的第一和第二整流器電路504a和504b的拓?fù)淇膳c如下文描述的其它拓?fù)湎啾群喕?。減少組件數(shù)目可提供例如較低成本或增加的效率等各種益處。
[0037]圖6是如圖5所示的系統(tǒng)500的示范性電壓和電流波形630和620的曲線。如圖所示，電壓波形630具有未失真正弦形狀。系統(tǒng)500的電流波形620產(chǎn)生較緊密地近似未失真波(尤其與圖3的電流波形320相比)的階躍電流波形620。如較少失真電流波形620所指示，系統(tǒng)500可提供顯著諧波減少和增加的功率因數(shù)。應(yīng)了解，圖6以及其它圖的電壓和電流的值出于說明的目的而提供假設(shè)值，且多種不同的值和水平是可能的。因?yàn)橄到y(tǒng)500可為非恒定的，所以系統(tǒng)500可在寬廣的頻率范圍上使用。通過使用如圖4和5所示的整流器拓?fù)涞慕M合，電流波形可較緊密地近似正弦波，且系統(tǒng)的操作可允許避免如上文相對于不需要的諧波和減小的功率因數(shù)而描述的一些問題。可使用圖4和5所示的各個(gè)組件的寬廣范圍的組件值，同時(shí)仍提供高功率因數(shù)使得可針對寬廣范圍的頻率和操作條件設(shè)計(jì)系統(tǒng)400和500。
[0038]圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例用于AC到DC轉(zhuǎn)換的另一不范性系統(tǒng)700的不意圖。圖7展示可根據(jù)圖4的系統(tǒng)400使用的其它示范性第一和整流器電路704a和704b的示意圖。第一整流器電路704a包含包括二極管D15、D16、D19和D2tl的全橋整流器電路。第二整流器電路704b包含包括二極管D13、D14, D15和D16的全橋整流器電路。第二整流器電路704b還包含包括電感器LjP L6的電流倍增器整流器電路。此外，可包含額外二極管D17和D18，如圖所示。還可包含電容器C8，如圖所示。類似于圖5所示的系統(tǒng)500，第一整流器電路704a和第二整流器電路704b可共享各個(gè)組件。在此配置中，電流倍增器電路可相對于負(fù)載RJ06朝向系統(tǒng)700的底部定位。如先前圖4和5所示，第一整流器電路704a的輸出連接到平均電路710。第二整流器電路704b的輸出在例如節(jié)點(diǎn)714處電連接到平均電路710的輸出。使用濾波器電路712對節(jié)點(diǎn)714處的直流電濾波和/或使其平滑以將恒定DC提供到負(fù)載Rl706,如上文參看圖4和5所描述。
[0039]圖8是如圖7所示的系統(tǒng)700的示范性電壓和電流波形830和820的曲線。如圖所示，電壓波形830提供未失真正弦信號(hào)。雖然電流波形820失真，但圖7所示的系統(tǒng)700的拓?fù)涞牟僮魈峁┹^緊密近似未失真正弦曲線(尤其與圖3的電流波形320相比)的階躍電流波形。如電流波形820所示，圖7的系統(tǒng)700的整流器電路拓?fù)淇商峁╋@著諧波減少和增加的功率因數(shù)。
[0040]如圖7所示，可根據(jù)各種操作條件且為根據(jù)系統(tǒng)700驅(qū)動(dòng)的負(fù)載盡可能多地減少諧波失真，可針對第一和第二整流器電路704a和704b使用多種不同拓?fù)?。如此，第一和第二整流器電?04a和704b可包含一個(gè)或一個(gè)以上整流器電路的組合或其它電路與整流器電路拓?fù)浣M合以產(chǎn)生所要直流電輸出且用于控制電流波形820的失真。
[0041]圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例用于AC到DC轉(zhuǎn)換的另一不范性系統(tǒng)900的不意圖。圖9展示可根據(jù)圖4的系統(tǒng)400使用的其它示范性第一和整流器電路904a和904b的示意圖。同樣如上文參看圖7描述，代替于使用如圖2所示的單一全波橋整流器電路204，可使用包含整流器電路的組合的整流器電路拓?fù)鋪硖峁└吖β室驍?shù)和減小諧波濾波器。第一整流器電路904a可包含形成全橋整流器電路的二極管D26、D27, D28和D29。還可包含電容器C12和C13,如圖所示。第二整流器電路904b可包含形成全橋整流器電路的二極管D22、D23、D24和D250第二整流器電路904b進(jìn)一步包含電流倍增器整流器電路，其包含與第二整流器電路904b的全橋整流器電路共同的電感器L9和Lltl以及二極管D24和D25。還可包含電容器C11,如圖所示。在一個(gè)實(shí)施例中，第二整流器電路904b的電流倍增器整流器電路可提供第一整流器電路904a的電壓的1.5倍的電壓。如上文參看圖4、5和7描述，第一整流器電路904a的輸出可提供到如上文描述的平均電路910。平均電路的輸出可與第一整流器電路904b的輸出電連接以產(chǎn)生直流電。此直流電可由如上文描述的濾波器電路912濾波和/或平滑以將較恒定DC提供到負(fù)載&906。
[0042]圖10是如圖9所示的系統(tǒng)900的示范性電壓和電流波形1030和1020的曲線。如圖所示，電壓波形1030展示為未失真正弦曲線。圖9的系統(tǒng)900的整流器拓?fù)涞牟僮鳟a(chǎn)生階躍電流波形，其也較緊密近似正弦波(尤其與圖3的電流波形320相比)。系統(tǒng)900可如上所述減小AC輸入(線)的諧波。舉例來說，系統(tǒng)900可提供AC線上的第三諧波中>30db的減小，連同第五諧波中9db的減小?？舍槍ι衔膮⒖磮D4、5和7描述的系統(tǒng)的任一者實(shí)現(xiàn)類似水平的諧波減小。系統(tǒng)900的組件的組件值可針對電感和電容在廣范圍上變化。此外，系統(tǒng)900可不諧振且因此可使用廣范圍的輸入頻率起作用。如此，系統(tǒng)900可提供高功率因數(shù)且增加系統(tǒng)900的效率。如圖9所示，第一和第二整流器電路904a和904b的任一者可個(gè)別包含不同類型的多個(gè)整流器電路(例如，整流器電路拓?fù)?以進(jìn)一步根據(jù)負(fù)載906或其它操作條件控制電流波形的失真。使用如上文展示的整流器拓?fù)涞慕M合可提供具有與正弦曲線相比盡可能最小失真的電流波形，且避免如上文描述的一些諧波/效率問題。此外，在一些例子中，額外整流器電路可級聯(lián)以提供功率因數(shù)的進(jìn)一步增加。舉例來說，可提供第三整流器電路(未圖示)，且其電連接以以供結(jié)合第一和第二整流器電路904a和904b使用，以便進(jìn)一步減小系統(tǒng)900中的諧波且增加功率因數(shù)。
[0043]圖11是用于AC到DC轉(zhuǎn)換的另一示范性系統(tǒng)1100的示意圖。圖11展示與圖9所示類似的電路配置，但其中二極管D31、D32、D33、D34> D35> D36> D37、D38和D39的方向已顛倒。雖然輸出極性可與圖9相比相反，但系統(tǒng)1100可以與圖9的系統(tǒng)900類似的方式起作用且仍提供顯著諧波減小。類似地，圖4、5和7的任一者的二極管也可顛倒，而不實(shí)質(zhì)上改變系統(tǒng)400,500和700的操作及益處。根據(jù)本文描述的原理，其它類似配置也是可能的。
[0044]圖12是用于AC到DC轉(zhuǎn)換的另一示范性系統(tǒng)1200的示意圖。圖12展示與圖9所示類似的電路配置，但其中可使用同步整流器電路。因此，圖9的二極管可用開關(guān)&、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8代替，所述開關(guān)由來自控制器1250的適當(dāng)波形驅(qū)動(dòng)以執(zhí)行與二極管類似的功能。所述開關(guān)可為多種不同開關(guān)(例如，中繼器、M0SFET、BJT等)的任一者。在一些例子中，使用同步整流器電路可允許對整流器操作的較大控制，尤其當(dāng)操作條件為動(dòng)態(tài)時(shí)。當(dāng)針對開關(guān)Sp S2、S3> S4、S5、S6、S7和S8以適當(dāng)波形驅(qū)動(dòng)時(shí)，圖1的系統(tǒng)1200可類似于圖9的系統(tǒng)900起作用。在其它實(shí)施例中，可使用半同步整流器電路。舉例來說，圖9的整流器電路的二極管的僅一部分可用開關(guān)代替。類似地，可針對上文參看圖4、5和7描述的電路的任一者使用開關(guān)代替二極管。根據(jù)本文描述的原理，其它類似配置也是可能的。
[0045]上文參看圖4-12描述的用于AC到DC轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)可在涉及使用從AC源驅(qū)動(dòng)的DC的多種其它系統(tǒng)中使用。根據(jù)一個(gè)示范性實(shí)施例，圖4-12描述的用于AC到DC轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)可在涉及例如以無線方式接收產(chǎn)生交流電的時(shí)變電壓的形式的功率的用于無線功率轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)中使用。可使用以無線方式接收的功率的許多應(yīng)用依賴于DC對系統(tǒng)供電或?yàn)殡姵爻潆?。舉例來說，無線功率可用于以無線方式為電動(dòng)車輛的電池充電(如下文將進(jìn)一步描述)或以無線方式為例如手機(jī)等電子裝置充電(如下文將進(jìn)一步描述)。如此，以下描述提供可包含如上文參看圖4-12描述的用于AC到DC轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)的無線功率系統(tǒng)的實(shí)例。舉例來說，上文參看圖4、5、7、9、11和12描述的電源的每一者可為經(jīng)由場以無線方式感應(yīng)的時(shí)變電壓(如下文將進(jìn)一步描述)。
[0046]可通過初級線圈與次級線圈之間的磁耦合實(shí)現(xiàn)用于充電或操作(例如，供電)非接觸無線功率發(fā)射。所述機(jī)制類似于交流電電力變壓器的機(jī)制，其中功率可從初級繞組中的交流電轉(zhuǎn)換到交變磁場中，交變磁場由磁性電路(通常由鐵或鐵軸承材料組成)耦合到次級繞組，在次級繞組中磁場轉(zhuǎn)換回到交流電(AC)。其它電路將所接收功率轉(zhuǎn)換為直流電(DC)以為例如上文參看圖4-9描述的電路等電池充電。
[0047]本文使用術(shù)語“無線功率”來表示與電場、磁場、電磁場或在不使用物理電導(dǎo)體的情況下在“發(fā)射電路”或發(fā)射器與“接收電路”或接收器之間發(fā)射的其它場相關(guān)聯(lián)的任何形式的能量。下文中，所有這三者將一股地稱為場，同時(shí)了解純粹磁場或純粹電場不輻射功率。這些必須耦合到接收電路以實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)移。
[0048]圖13是示范性無線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)1300的功能框圖。如下文將進(jìn)一步描述，上文參看圖4-12描述的系統(tǒng)可在無線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)1300中使用。輸入功率1302提供到電源1310，電源1310將輸入功率1302轉(zhuǎn)換為適于驅(qū)動(dòng)包含發(fā)射線圈1304的發(fā)射電路的形式，發(fā)射線圈1304產(chǎn)生用于提供能量轉(zhuǎn)移的場1308。包含接收線圈1306的接收電路耦合到場1308且產(chǎn)生電功率，所述電功率由接收功率轉(zhuǎn)換電路1320整流和濾波，其經(jīng)轉(zhuǎn)換以供由耦合到輸出功率1330的裝置(未圖示)存儲(chǔ)或消耗。發(fā)射線圈1304和接收線圈1306兩者分開一距離。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，發(fā)射線圈1304和接收線圈1306根據(jù)互諧振關(guān)系配置，且當(dāng)接收線圈1306的諧振頻率與發(fā)射線圈1304的諧振頻率非常接近時(shí)，發(fā)射線圈1304與接收線圈1306之間的發(fā)射損耗最小(當(dāng)接收線圈1306位于其中場1308的大部分磁通線在接收線圈1306附近通過或穿過接收線圈1306的區(qū)中時(shí))。
[0049]發(fā)射線圈1304和接收線圈1306可根據(jù)待與之相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用和裝置設(shè)定大小。通過將發(fā)射線圈1304的場的大部分能量耦合到接收線圈1306而非將電磁波中的大多數(shù)能量傳播到遠(yuǎn)場，發(fā)生有效能量轉(zhuǎn)移。當(dāng)在此近場中時(shí)，可在發(fā)射線圈1304與接收線圈1306之間形成耦合模式。發(fā)射線圈1304與接收線圈1306周圍可發(fā)生此近場耦合的區(qū)域可在本文中稱為耦合模式區(qū)。
[0050]在如圖13所示的一個(gè)實(shí)施例中，電源1310可接收50/60HZ下的公用事業(yè)電力1302，且將其轉(zhuǎn)換為高頻AC以驅(qū)動(dòng)發(fā)射線圈1304。電源1310可包含將公用事業(yè)AC電力轉(zhuǎn)換為脈沖DC的整流器1311。對于大負(fù)載(例如，電動(dòng)車輛充電器)，可使用功率因數(shù)校正電路1312來避免過多電流在公用電網(wǎng)中流動(dòng)。脈沖DC可由大能量存儲(chǔ)元件1313濾波為恒定DC。所述DC可接著通過斬波電路1314轉(zhuǎn)換為高頻方波且由濾波器1315濾波為正弦波。此輸出可接著連接到發(fā)射電路的發(fā)射線圈1304。在發(fā)射線圈1304中流動(dòng)的高頻AC電流可產(chǎn)生脈沖高頻磁場1308。發(fā)射線圈1304和電容器1316可在操作頻率下形成諧振電路，從而產(chǎn)生發(fā)射線圈1304與接收線圈1306之間較好的磁性耦合。
[0051]接收電路中的接收線圈1306耦合到脈沖高頻場1308(例如，磁場)且產(chǎn)生高頻AC功率，所述高頻AC功率連接到接收功率轉(zhuǎn)換器電路1320。接收線圈1306的電容器1321和電感器1307可在操作頻率下形成諧振電路，從而產(chǎn)生發(fā)射線圈1304與接收線圈1306之間較好的磁性耦合。AC功率由整流器1322轉(zhuǎn)換為脈沖DC。舉例來說，整流器1322可包含上文參看圖4-9描述的系統(tǒng)的整流器電路?？砂芰看鎯?chǔ)裝置1323以使脈沖DC平滑為恒定DC?？砂_關(guān)模式電源1324以將電壓調(diào)整為適于經(jīng)由輸出功率1330為電池(未圖示)充電的值。電源1310和接收功率轉(zhuǎn)換器電路1320可通過調(diào)制磁場1308或在單獨(dú)通信信道1332(例如，藍(lán)牙、物聯(lián)網(wǎng)、蜂窩、NFC等)上通信。
[0052]如所陳述，發(fā)射線圈1304與接收線圈1306之間能量的有效轉(zhuǎn)移在發(fā)射線圈1304與接收線圈1306之間匹配或近似匹配的諧振期間發(fā)生，且由電源1310在所述頻率下驅(qū)動(dòng)。然而，即使當(dāng)發(fā)射線圈1304與接收線圈1306之間的諧振不匹配時(shí)，也可轉(zhuǎn)移能量，但效率可受影響。通過將來自發(fā)射線圈1304的近場的能量耦合到駐留在其中建立了此近場的附近區(qū)域中的接收線圈1306而非將來自發(fā)射線圈1306的能量傳播到自由空間中而發(fā)生能量的轉(zhuǎn)移。近場可對應(yīng)于其中存在源自發(fā)射線圈1304中的電流和電荷的強(qiáng)反應(yīng)場(其不輻射功率離開發(fā)射線圈104a)的區(qū)。在一些情況下，近場可對應(yīng)于發(fā)射線圈1304(且針對接收線圈1306，反之亦然)的約一個(gè)1/2 π波長內(nèi)的區(qū)，如下文將進(jìn)一步描述。
[0053]圖14是可在圖13的無線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)1300中使用的示范性無線功率發(fā)射器系統(tǒng)1400的功能框圖。圖14展示可包含將50/60ΗΖ公用電網(wǎng)電力轉(zhuǎn)換為可用于驅(qū)動(dòng)發(fā)射電路1404的高頻AC所需的功能性的電源的示范性配置，但其它配置對于其它輸入電源也是可能的。50/60ΗΖ公用電網(wǎng)電力1402可由線路濾波器1411調(diào)節(jié)以移除高頻噪聲和破壞性電壓尖峰。整流器1412可將50/60ΗΖ AC轉(zhuǎn)換為脈沖DC。整流器1412可利用上文參看圖4-12描述的系統(tǒng)的組件/電路的任一者。
[0054]可包含有源功率因數(shù)校正電路1413用于調(diào)節(jié)目的以避免公用電網(wǎng)中歸因于異相電壓和電流的過多電流以及歸因于整流器1412的開關(guān)動(dòng)作的諧波失真。功率因數(shù)校正電路1413可調(diào)節(jié)來自公用電網(wǎng)的電流流動(dòng)使得其遵循公用電網(wǎng)電壓且呈現(xiàn)為具有良好功率因數(shù)的電阻性負(fù)載。功率因數(shù)校正電路1413可類似于開關(guān)模式電源，其在經(jīng)調(diào)制以與公用電網(wǎng)電壓波形匹配的一系列高頻脈沖中從公用電網(wǎng)汲取電流。
[0055]可包含能量存儲(chǔ)元件1414，且其可為極大電容器或其可由電感器和電容器組成。在任一情況下，所述組件可較大以便存儲(chǔ)足夠能量從而持續(xù)50/60HZ公用電網(wǎng)電力的半個(gè)循環(huán)。較低供電電源可省略能量存儲(chǔ)元件1414，但驅(qū)動(dòng)發(fā)射線圈1404的所得高頻AC功率可因而具有作為包絡(luò)疊加的經(jīng)整流50/60HZ公用電網(wǎng)電力的波形，從而導(dǎo)致較高峰值電壓和電流以及較高峰值磁場。可能需要在各個(gè)功率電平下避免此問題。
[0056]斬波器電路1415可用于轉(zhuǎn)換先前組件1411到1414產(chǎn)生的經(jīng)整流和平滑DC，且可在發(fā)射電路1404的操作頻率下將經(jīng)平滑DC斬波為方波。作為示范性實(shí)施方案，此頻率可處于20KHz，但可使用產(chǎn)生可行大小發(fā)射線圈1404和接收線圈的任何頻率。較高頻率可允許在電源1410和發(fā)射線圈1404兩者中使用較小組件，而較低頻率可歸因于較低開關(guān)損耗而產(chǎn)生較高效率。已提議充電系統(tǒng)使用從400Hz到IMHz范圍內(nèi)的頻率。
[0057]可包含匹配電路1416以作為濾波器執(zhí)行雙重任務(wù)，將斬波器電路1415產(chǎn)生的方波轉(zhuǎn)換為具有經(jīng)抑制諧波的正弦波，且使斬波器電路1415的阻抗與由電容器1417和發(fā)射線圈1404的電感器1405組成的諧振電路匹配。由于匹配電路1416正在高頻率下操作，所以組件可相對較小，但必須具有高質(zhì)量以避免損耗。電容器1417可與發(fā)射電路1404中的電感器1405并聯(lián)或串聯(lián)，但在任何情況下可具有最高質(zhì)量以避免當(dāng)在此裝置中流動(dòng)的電流由于諧振電路的操作Q而倍增時(shí)的損耗。類似地，發(fā)射電路1406中的電感器1405可由高質(zhì)量組件組成以避免損耗?？墒褂美钇澗€增加表面積且最大程度利用繞組中的斬波器?；蛘撸€圈發(fā)射線圈1404可由具有經(jīng)選擇以保持電阻性損耗為低的厚度、寬度和金屬類型的金屬條帶制成。用于磁性電路的鐵氧體材料可經(jīng)選擇以避免操作頻率下的飽和、渦電流和損耗。
[0058]電源1410可進(jìn)一步包含負(fù)載感測電路(未圖示)，用于檢測發(fā)射線圈1404產(chǎn)生的磁場1408附近有源接收線圈的存在與否。借助實(shí)例，負(fù)載感測電路監(jiān)視流動(dòng)到斬波器電路1415的電流，其受磁場1408附近適當(dāng)對準(zhǔn)的接收線圈的存在與否影響。對斬波器電路1415上的負(fù)載的改變的檢測可由控制器(未圖示)監(jiān)視，用于確定是否啟用功率因數(shù)校正電路1413來發(fā)射能量和與有源接收線圈通信。斬波器電路1415處測得的電流可進(jìn)一步用于確定無效對象是否定位在發(fā)射線圈1404的充電區(qū)內(nèi)。
[0059]圖15是可在圖13的無線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)1300中使用且可使用圖4_12的用于AC到DC轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)的示范性無線功率接收器系統(tǒng)1500的功能框圖。接收器系統(tǒng)1500可將高頻磁場1508轉(zhuǎn)換為高頻AC功率，所述高頻AC功率轉(zhuǎn)換為用于為電池(未圖示)充電或?qū)ρb置(未圖示)供電的DC功率1530。接收線圈1506包含電感器1507，其連同電容器1521 一起形成諧振電路。上文參看圖14描述的電感器1507和電容器1521的組件質(zhì)量的評論此處也適用。匹配電路1522可執(zhí)行與匹配電路1413類似的功能，只是反過來接收線圈1506產(chǎn)生的高頻AC功率阻抗匹配到整流器1523且整流器1523產(chǎn)生的諧波不耦合到接收電路1506。整流器電路1523可用于減小由整流動(dòng)作產(chǎn)生的諧波且減小匹配電路1522上的濾波要求。舉例來說，整流器電路1523可利用和/或包含上文參看圖14-12描述的系統(tǒng)的組件和拓?fù)洹＿@可允許提供高功率因數(shù)以增加功率轉(zhuǎn)換的效率，以無線方式接收功率且將所述功率提供到負(fù)載(例如，用于充電的電池)。
[0060]可使用能量存儲(chǔ)元件1524使脈沖DC平滑為恒定DC。能量存儲(chǔ)元件1524可在高頻率(與圖14的能量存儲(chǔ)元件1414相比)下操作，因此組件可較小。可使用開關(guān)模式電源1525來響應(yīng)于電池管理系統(tǒng)(未圖示)調(diào)節(jié)DC電壓以及可能DC電流。作為替代，開關(guān)模式電源1525的調(diào)節(jié)功能可提供在電源1410內(nèi)的發(fā)射器處，但此方法可取決于從接收器系統(tǒng)1400到電源1410的快速且可靠通信鏈路且向整個(gè)系統(tǒng)添加復(fù)雜性。
[0061]圖16是用于對可包含圖13的無線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)1300的電動(dòng)車輛1650充電的示范性系統(tǒng)的圖。無線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)1600實(shí)現(xiàn)當(dāng)電動(dòng)車輛1650停放在充電基底系統(tǒng)1610a附近時(shí)電動(dòng)車輛1650的充電。說明停放區(qū)域中用于待停放在對應(yīng)充電基底系統(tǒng)1610a、1610b上的兩個(gè)電動(dòng)車輛的空間。在一些實(shí)施例中，本地配電中心1640可連接到功率干線1642且經(jīng)配置以將交流電(AC)或直流電(DC)供應(yīng)經(jīng)由功率鏈路(或電源)1602提供到充電基底系統(tǒng)1610a。充電基底系統(tǒng)1610a還包含如上文描述用于以無線方式轉(zhuǎn)移或接收功率的發(fā)射線圈1604a。電動(dòng)車輛1612可包含電池單元1634、接收線圈1606和接收器功率轉(zhuǎn)換電路1620。接收線圈1606可與發(fā)射線圈1604a交互以如上文描述以無線方式轉(zhuǎn)移功率。
[0062]發(fā)射線圈1604或接收線圈1606任一者也可稱為或配置為“環(huán)形”天線。發(fā)射線圈1604或接收線圈1606也可在本文中稱為或配置為“磁性”天線或感應(yīng)線圈。術(shù)語“線圈”在一個(gè)方面中希望指代可以無線方式輸出或接收能量用于耦合到另一“線圈”的組件。線圈也可稱為經(jīng)配置以用無線方式輸出或接收功率的類型的“天線”。
[0063]本地配電中心1640可經(jīng)配置以經(jīng)由通信回程1642與外部源(例如，電力網(wǎng))或經(jīng)由通信鏈路1632與充電基底系統(tǒng)1610a通信。
[0064]在一些實(shí)施例中，接收線圈1606可與發(fā)射線圈1604a對準(zhǔn)，且因此簡單地通過駕駛者相對于發(fā)射線圈1604a準(zhǔn)確定位電動(dòng)車輛1650而安置在近場區(qū)內(nèi)。在其它實(shí)施例中，可給予駕駛者視覺反饋、聽覺反饋或其組合以確定電動(dòng)車輛1650何時(shí)適當(dāng)停放以用于無線功率轉(zhuǎn)移。在另外其它實(shí)施例中，電動(dòng)車輛1650可通過自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)定位，自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)可前后(例如，以曲折移動(dòng))移動(dòng)電動(dòng)車輛1650直到對準(zhǔn)誤差已達(dá)到可容忍值為止。這可由電動(dòng)車輛1650在無或有僅最小駕駛者干預(yù)的情況下自動(dòng)且自發(fā)執(zhí)行，條件是電動(dòng)車輛1650裝備有伺服轉(zhuǎn)向輪、超聲波傳感器和智能以調(diào)整車輛。在另外其它實(shí)施例中，接收線圈1606、發(fā)射線圈1604a或其組合可具有用于使線圈1606和1604a相對于彼此移位和移動(dòng)以更準(zhǔn)確地將其定向且在其間形成更有效耦合的功能性。
[0065]充電基底系統(tǒng)1610a可位于多種位置中。作為非限制性實(shí)例，一些適宜的位置包含電動(dòng)車輛所有者家中的停放區(qū)域、保留用于常規(guī)基于石油的加油站之后無線充電模式化的電動(dòng)車輛的停放區(qū)域，以及例如購物中心和雇傭地點(diǎn)等其它位置處的停放區(qū)。
[0066]為電動(dòng)車輛充電以無線方式提供許多益處。舉例來說，充電可在無駕駛者干預(yù)和操縱的情況下自動(dòng)、虛擬執(zhí)行，借此改進(jìn)對用戶的便利性。也可不存在暴露的電接觸且無機(jī)械磨損，借此改進(jìn)無線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)1600的可靠性。可不需要具利用電纜和連接器的操縱，且可不存在可暴露于戶外環(huán)境中的濕氣和水的電纜、插塞或插座，借此改進(jìn)安全性。也可不存在可見或可接達(dá)的插座、電纜和插塞，借此減少對功率充電裝置的潛在破壞。此外，由于電動(dòng)車輛可用作使電力網(wǎng)穩(wěn)定的分布式存儲(chǔ)裝置，所以可需要便利的對接到電網(wǎng)解決方案來增加車輛對于車輛到電網(wǎng)(V2G)操作的可用性。
[0067]無線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)1600還可提供美學(xué)和非妨礙性優(yōu)點(diǎn)。舉例來說，可不存在可妨礙車輛和/或行人的充電柱和電纜。
[0068]在其它實(shí)施例中，可使用無線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)對可使用以無線方式接收的功率操作的多種可再充電電子裝置或其它裝置充電。圖17是另一示范性無線功率發(fā)射器1704的功能框圖。發(fā)射器1704可包含發(fā)射電路1706和發(fā)射線圈1714。發(fā)射電路1706可通過提供振蕩信號(hào)而將RF功率提供到發(fā)射線圈1714，從而致使在發(fā)射線圈1714附近產(chǎn)生能量(例如，磁通量)(如上文描述)。發(fā)射器1704可在任何適宜的頻率下操作。借助實(shí)例，發(fā)射器1704可在13.56MHz的ISM頻帶下操作。
[0069]如上文描述，發(fā)射線圈1706可包含固定阻抗匹配電路1709和濾波器電路1708，其經(jīng)配置以將諧波發(fā)射減小到防止耦合到接收器的裝置的自干擾的水平。其它示范性實(shí)施例可包含不同濾波器拓?fù)洌?但不限于)陷波濾波器，其衰減特定頻率同時(shí)通過其它頻率，且可包含自適應(yīng)阻抗匹配，所述自適應(yīng)阻抗匹配可基于可測量發(fā)射量度(例如，到線圈1714的輸出功率，或由驅(qū)動(dòng)器電路1724汲取的DC電流)變化。發(fā)射電路1706進(jìn)一步包含經(jīng)配置以驅(qū)動(dòng)如振蕩器1723確定的RF信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器電路1724。發(fā)射電路1706包括離散裝置或電路，或者可包括集成組合件。來自發(fā)射線圈1714的示范性RF功率輸出可大約為
2.5瓦，用于對電子裝置充電。
[0070]發(fā)射電路1706可進(jìn)一步包含控制器1715，用于在針對特定接收器的發(fā)射相位(或工作循環(huán))期間選擇性啟用振蕩器1723，用于調(diào)整振蕩器1723的頻率或相位，以及用于調(diào)整用于實(shí)施通信協(xié)議(用于經(jīng)由其附接的接收器與相鄰裝置交互)的輸出功率電平。應(yīng)注意，控制器1515也可在本文中稱為處理器1715。振蕩器相位和發(fā)射路徑中的相關(guān)電路的調(diào)整可允許減少帶外發(fā)射，尤其當(dāng)從一個(gè)頻率轉(zhuǎn)變到另一頻率時(shí)。發(fā)射器1704可集成到充電墊中，用于以無線方式對多種便攜式電子裝置充電。
[0071]圖18是可使用圖4-12的用于AC到DC轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)的任一者的另一示范性無線功率接收器1808的功能框圖。接收器1808包含可包含接收線圈1818的接收電路1810。接收器1808進(jìn)一步耦合到裝置1850以向裝置1850提供所接收的功率。應(yīng)注意，將接收器1808說明為在裝置1850外部，但其可集成到裝置1850中。能量可以無線方式傳播到接收線圈1818且接著經(jīng)由接收電路1810的其余部分耦合到裝置1850。借助實(shí)例，充電裝置可包含例如移動(dòng)電話、便攜式音樂播放器、膝上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)外圍裝置、通信裝置(例如，藍(lán)牙裝置)、數(shù)碼相機(jī)、助聽器(和其它醫(yī)療裝置)等裝置。
[0072]接收線圈1818可經(jīng)調(diào)諧以在與發(fā)射線圈1714(圖7)相同的頻率下或在指定范圍的頻率內(nèi)諧振。接收線圈1818可與發(fā)射線圈1814類似地設(shè)定尺寸或可基于相關(guān)聯(lián)裝置1850的尺寸不同地設(shè)定大小。借助實(shí)例，裝置1850可為具有小于發(fā)射線圈1714的直徑或長度的直徑或長度尺寸的便攜式電子裝置。在此實(shí)例中，接收線圈1818可實(shí)施為多匝線圈以便減小調(diào)諧電容器(未圖示)的電容值且增加接收線圈的阻抗。借助實(shí)例，接收線圈1818可放置在裝置1850的大體圓周周圍以便使線圈直徑最大化且減少接收線圈1818的環(huán)形匝(即，繞組)數(shù)以及繞組間電容。
[0073]如上文參看圖17描述，接收電路1810可向接收線圈1818提供阻抗匹配。同樣如上文描述，接收電路1810包含用于將所接收RF能量源轉(zhuǎn)換為充電功率以供裝置1850使用的功率轉(zhuǎn)換電路1806。功率轉(zhuǎn)換電路1806包含RF到DC轉(zhuǎn)換器1820 (例如，整流器)，且還可包含如上文描述的DC到DC轉(zhuǎn)換器1822 (調(diào)節(jié)器)。RF到DC轉(zhuǎn)換器1820可利用如上文參看圖4-12描述的一些或所有電路提供高功率因數(shù)和諧波含量的減少。接收電路1810可進(jìn)一步包含用于將接收線圈1818連接到功率轉(zhuǎn)換電路1806或者用于將功率轉(zhuǎn)換電路1806斷開連接的開關(guān)電路1812。將接收線圈1818與功率轉(zhuǎn)換電路1806斷開連接不僅中止裝置1850的充電，而且還改變?nèi)绨l(fā)射器1704(圖17) “所見”的“負(fù)載”。接收電路1810進(jìn)一步包含用于協(xié)調(diào)本文所描述的接收器1808的處理(包含對本文所描述的開關(guān)電路1812的控制)的處理器1816。處理器1816還可調(diào)節(jié)DC到DC轉(zhuǎn)換器1822以改進(jìn)性能。
[0074]應(yīng)了解，雖然以上圖式展示各種無線充電系統(tǒng)，但本文描述的系統(tǒng)和方法可同樣適用于使用非無線連接的充電系統(tǒng)。舉例來說，發(fā)射線路可直接連接在系統(tǒng)之間以為電池(未圖示)充電。
[0075]圖19是用于將AC轉(zhuǎn)換為DC的示范性方法1900的流程圖。雖然參看圖4描述，但方法1900可結(jié)合參看圖5、7、9、11和12-18描述的系統(tǒng)的任一者使用。在框1902處，經(jīng)由第一整流器電路404a將來自電源402的交流電整流為第一直流電。在框1904處，經(jīng)由平均電路410對第一直流電求平均以提供第二直流電。平均電路410可包括電感器和電容器。在框1906處，還經(jīng)由第二整流器電路404b將交流電整流為第三直流電。第一和第二整流器電路404a和404b可包含全波整流器電路，且可共享組件。第一和第二整流器電路404a和404b的每一者可包含包括整流器電路的組合的整流器拓?fù)洹?br> [0076]在框1908處，提供從第二直流電和第三直流電導(dǎo)出的直流電。舉例來說，平均電路410和第二整流器電路404b的輸出可電連接使得第二和第三直流電組合。可提供從第二直流電和第三直流電導(dǎo)出的直流電來對負(fù)載406供電或充電。方法1900可進(jìn)一步包含至少部分基于以無線方式接收的功率產(chǎn)生交流電。舉例來說，電源402可包括經(jīng)配置以當(dāng)感應(yīng)時(shí)變電壓以產(chǎn)生交流電時(shí)以無線方式接收功率的線圈。在一些實(shí)施例中，所述方法可進(jìn)一步包含經(jīng)由濾波器電路對直流電濾波以使DC平滑到恒定電平。
[0077]圖20展示用于AC到DC轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)的另一示范性功能框圖。所述系統(tǒng)可包含功率轉(zhuǎn)換設(shè)備2000，其包括用于參看圖1-19論述的各種動(dòng)作的裝置2002、2004、2006和2008。
[0078]以上描述的方法的各種操作可由能夠執(zhí)行所述操作的任何適當(dāng)裝置(例如，各種硬件和/或軟件組件、電路和/或模塊)執(zhí)行。通常，圖中所說明的任何操作可由能夠執(zhí)行所述操作的對應(yīng)功能裝置執(zhí)行。舉例來說，用于整流的裝置可包括整流器電路，其可為上文描述的整流器電路的任一者或其任何組合。此外，用于求平均的裝置可包括平均電路。用于提供直流電的裝置可包括如上文參看圖4-12描述的電路。
[0079]可使用各種不同技藝和技術(shù)中的任一者來表不信息和信號(hào)。舉例來說，可由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子或其任何組合來表示貫穿以上描述中提及的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號(hào)、位、符號(hào)和碼片。
[0080]結(jié)合本文中所揭示的實(shí)施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可被實(shí)施為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或兩者的組合。為清楚地說明硬件與軟件的此互換性，上文已大致關(guān)于其功能性而描述了各種說明性組件、塊、模塊、電路和步驟。此功能性實(shí)施為硬件還是軟件取決于特定應(yīng)用和強(qiáng)加于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)約束。所描述的功能性可針對每一特定應(yīng)用以不同方式實(shí)施，但此類實(shí)施決策不應(yīng)解釋為導(dǎo)致偏離本發(fā)明的實(shí)施例的范圍。[0081]結(jié)合本文所揭示的實(shí)施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊和電路可用通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件，或經(jīng)設(shè)計(jì)以執(zhí)行本文所描述的功能的其任何組合來實(shí)施或執(zhí)行。通用處理器可為微處理器，但在替代方案中，處理器可為任何常規(guī)處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機(jī)。處理器還可實(shí)施為計(jì)算裝置的組合，例如，DSP與微處理器的組合、多個(gè)微處理器的組合、一個(gè)或一個(gè)以上微處理器與DSP核心的聯(lián)合，或任何其它此類配置。
[0082]可直接以硬件、以由處理器執(zhí)行的軟件模塊或以上述兩者的組合體現(xiàn)結(jié)合本文所揭示的實(shí)施例而描述的方法或算法的步驟及功能。如果實(shí)施在軟件中，所述功能可作為一個(gè)或一個(gè)以上指令或代碼存儲(chǔ)在有形非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀媒體上或經(jīng)由所述計(jì)算機(jī)可讀媒體發(fā)射。軟件模塊可駐留于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、快閃存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、電可編程ROM(EPROM)、電可擦除可編程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盤、可裝卸盤、CD-ROM或此項(xiàng)技術(shù)中已知的任何其它形式的存儲(chǔ)媒體中。將存儲(chǔ)媒體耦合到處理器，使得處理器可從存儲(chǔ)媒體讀取信息和將信息寫入到存儲(chǔ)媒體。在替代方案中，存儲(chǔ)媒體可與處理器成一體式。如本文中所使用，磁盤和光盤包含緊密光盤(CD)、激光光盤、光學(xué)光盤、數(shù)字多功能光盤(DVD)、軟磁盤和藍(lán)光光盤，其中磁盤通常以磁性方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而光盤使用激光以光學(xué)方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上文的組合也應(yīng)包含在計(jì)算機(jī)可讀媒體的范圍內(nèi)。處理器和存儲(chǔ)媒體可駐留于ASIC中。ASIC可駐留于用戶終端中。在替代方案中，處理器和存儲(chǔ)媒體可作為離散組件駐留于用戶終端中。
[0083]出于概括本發(fā)明的目的，本文已描述本發(fā)明的某些方面、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征。應(yīng)理解，不一定根據(jù)本發(fā)明的任何特定實(shí)施例實(shí)現(xiàn)所有此類優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化如本文教示的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)或一組優(yōu)點(diǎn)的方式體現(xiàn)或?qū)嵭?，而不一定?shí)現(xiàn)如本文可能教示或提示的其它優(yōu)點(diǎn)。
[0084]將容易了解對以上描述的實(shí)施例的各種修改，且本文界定的一股原理可適用于其它實(shí)施例而不脫離本發(fā)明的精神或范圍。因此，本發(fā)明不希望限于本文中所展示的實(shí)施例，而是應(yīng)被賦予與本文中所揭示的原理和新穎特征一致的最廣范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于至少部分基于交流電提供直流電DC輸出的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備,其包括: 第一整流器電路，其經(jīng)配置以將所述交流電整流為第一直流電； 平均電路，其經(jīng)配置以對從所述第一整流器電路接收的所述第一直流電求平均且提供第二直流電；以及 第二整流器電路，其經(jīng)配置以將所述交流電整流為第三直流電，所述直流電輸出是從所述第二直流電和所述第三直流電導(dǎo)出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其進(jìn)一步包括濾波器電路，所述濾波器電路包括電感器和電容器且經(jīng)配置以對所述直流電輸出濾波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一權(quán)利要求所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述平均電路經(jīng)配置以提供比所述第二整流器電路的輸出的峰值電壓電平小的電壓電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述平均電路包括電感器和電容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述電感器與所述電容器并聯(lián)電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述第一整流器電路和所述第二整流器電路包括全波整流器電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述全波整流器電路的每一者包括四個(gè)二極管，且其中所述四個(gè)二極管中的兩個(gè)二極管在所述第一整流器電路與所述第二整流器電路之間共享。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一權(quán)利要求所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述第一整流器電路和所述第二整流器電路的一者或兩者包括包含整流器電路的組合的整流器拓?fù)洹?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述整流器拓?fù)浒ㄅc電流倍增器電路串聯(lián)電連接的全波整流器電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一權(quán)利要求所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述直流電輸出經(jīng)提供以對負(fù)載供電或充電。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一權(quán)利要求所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述交流電至少部分基于以無線方式接收的功率而產(chǎn)生。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其進(jìn)一步包括經(jīng)配置以用無線方式接收所述以無線方式接收的功率且產(chǎn)生所述交流電的線圈。
13.一種用于至少部分基于交流電提供直流電DC輸出的功率轉(zhuǎn)換方法，其包括: 經(jīng)由第一整流器電路將所述交流電整流為第一直流電； 經(jīng)由平均電路對所述第一直流電求平均以提供第二直流電；以及 經(jīng)由第二整流器電路將所述交流電整流為第三直流電；以及 提供從所述第二直流電和所述第三直流電導(dǎo)出的所述直流電輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括經(jīng)由電感器和電容器對所述直流電輸出濾波。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14中任一權(quán)利要求所述的方法，其中求平均包括提供比所述第二整流器電路的輸出的峰值電壓小的電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求13到15中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述平均電路包括電感器和電容器。
17.根據(jù)權(quán)利要求13到16中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第一整流器電路和所述第二整流器電路包括全波整流器電路。
18.根據(jù)權(quán)利要求17 所述的方法，其中所述全波整流器電路的每一者包括四個(gè)二極管，且其中所述四個(gè)二極管中的兩個(gè)二極管在所述第一整流器電路與所述第二整流器電路之間共享。
19.根據(jù)權(quán)利要求13到18中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述第一整流器電路和所述第二整流器電路的一者或兩者包括包含整流器電路的組合的整流器拓?fù)洹?br> 20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述整流器拓?fù)浒ㄅc電流倍增器電路串聯(lián)電連接的全波整流器電路。
21.根據(jù)權(quán)利要求13到20中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括使用所述直流電輸出對負(fù)載供電或充電。
22.根據(jù)權(quán)利要求13到21中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括至少部分基于以無線方式接收的功率產(chǎn)生所述交流電。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中產(chǎn)生包括經(jīng)由經(jīng)配置以用無線方式接收所述以無線方式接收的功率的線圈產(chǎn)生所述交流電。
24.一種用于至少部分基于交流電提供直流電DC輸出的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其包括: 用于將所述交流電整流為第一直流電的裝置； 用于對所述第一直流電求平均以提供第二直流電的裝置； 用于將所述交流電整流為第三直流電的裝置；以及 用于提供從所述第二直流電和所述第三直流電導(dǎo)出的所述直流電輸出的裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其進(jìn)一步包括濾波器電路，所述濾波器電路包括電感器和電容器且經(jīng)配置以對所述直流電輸出濾波。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25中任一權(quán)利要求所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中用于求平均的裝置包括用于提供比所述用于將所述交流電整流為所述第三直流電的裝置的輸出的峰值電壓小的電壓的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求24到26中任一權(quán)利要求所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中用于求平均的裝置包括包含電感器和電容器的平均電路。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述電感器與所述電容器并聯(lián)電連接。
29.根據(jù)權(quán)利要求24到28中任一權(quán)利要求所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述用于提供所述第一直流電輸出的裝置包括第一整流器電路，且其中所述用于提供所述第三直流電輸出的裝置包括第二整流器電路，且其中所述第一整流器電路和所述第二整流器電路包括全波整流器電路。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述全波整流器電路的每一者包括四個(gè)二極管，且其中所述四個(gè)二極管中的兩個(gè)二極管在所述第一整流器電路與所述第二整流器電路之間共享。
31.根據(jù)權(quán)利要求24到30中任一權(quán)利要求所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述用于提供所述第一直流電的裝置和所述用于提供所述第三直流電輸出的裝置的一者或兩者包括包含整流器電路的組合的整流器拓?fù)洹?br> 32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述整流器拓?fù)浒ㄅc電流倍增器電路串聯(lián)電連接的全波整流器電路。
33.根據(jù)權(quán)利要求24到32中任一權(quán)利要求所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述直流電輸出經(jīng)提供以對負(fù)載供電或充電。
34.根據(jù)權(quán)利要求24到33中任一權(quán)利要求所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述交流電經(jīng)配置以至少部分基于以無線方式接收的功率而產(chǎn)生。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其進(jìn)一步包括經(jīng)配置以用無線方式接收所述以無線方式接收的功率并產(chǎn)生所述交流電的線圈。
【文檔編號(hào)】H02M1/42GK103947097SQ201280056887
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月17日
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