本技術涉及無線功率傳輸領域,尤其涉及一種無線功率傳輸系統中的發(fā)射器、其控制方法及控制芯片。
背景技術:
1、隨著技術的進一步發(fā)展,無線功率傳輸已成為向基于電池的移動電子設備(如手機、平板電腦、數碼相機、mp3播放器和/或類似設備)供電或充電的高效和便捷的機制。無線功率傳輸系統通常包括發(fā)射器和接收器。
2、請參閱圖1所示的典型的無線功率傳輸系統框圖示意圖。無線功率傳輸系統包括發(fā)射器10和接收器20。發(fā)射器10包括級聯連接的發(fā)射器電路11和原邊諧振腔,其中原邊諧振腔包括串聯連接的發(fā)射器線圈lp和諧振電容cp。接收器20包括級聯連接的副邊諧振腔和接收器電路21,其中副邊諧振腔120包括串聯連接的接收器線圈ls和諧振電容cs。
3、在實際應用時,發(fā)射器10可以被配置在充電墊內,其中的發(fā)射器線圈lp被置于充電墊的頂面之下。接收器20可以被嵌入到移動電子設備(如手機、平板電腦、數碼相機、mp3播放器和/或類似設備)中。
4、當將接收器20置于發(fā)射器10的功率輸出范圍之內時,如當將移動電子設備放置在充電墊附近時,發(fā)射器線圈lp和接收器線圈ls之間會建立磁耦合,如耦合系數為k,而將發(fā)射器10的輸出功率傳送至接收器20,也即在發(fā)射器10和接收器20之間形成無線功率傳輸,以為負載(如移動電子設備中的可充電電池和/或電池組)充電。
5、請再參閱圖1,發(fā)射器10還包括用于控制發(fā)射器電路11的控制芯片12,接收器20還包括用于控制接收器電路21的控制芯片22。
6、具體的,無線充電在一定標準下進行,目前市面上主流的無線充電協議是qi協議,qi協議允許滿足協議的發(fā)射器與接收器之間進行無線功率傳輸,即使他們彼此之間不是專用的或不是來自相同的制作廠商。
7、qi協議電能標準描述了發(fā)射器必須能夠為接收器提供保證其需要的電能水平,電能水平取決于接收器,如其型號等。
8、在實際應用中,為滿足功率等級不同的接收器,或同一接收器不同充電功率的需求。請參閱圖2所示的現有的發(fā)射器電路的電路示意圖,其包括級聯連接的boost電路300、橋式開關變換單元111以及諧振腔112,boost電路300連接一電壓源vdc,如9v電壓源。
9、整個無線功率傳輸系統工作時,當接收器可以支持或需要更大的功率等級充電時,控制芯片12控制boost電路300工作,把9v電壓源提高到更高電壓,然后經后級的橋式開關變換單元111以及諧振腔112以滿足接收器高功率等級的能量的需求;當接收器不支持或不需要更大的功率等級充電時,控制芯片12控制boost電路300不工作,使其相當于導線,則9v電壓源直接經后級的橋式開關變換單元111以及諧振腔112以滿足接收器需要較低功率等級充電的需求。
10、從上述的描述可知,在發(fā)射器中加入boost電路300無疑增加了發(fā)射器的體積以及成本,且boost電路300內開關管需要高頻切換以實現升壓的功能,這不但給控制芯片12帶來負擔,還導致開關損耗以及開關高頻切換帶來的干擾問題。
11、因此,業(yè)界急需一種低成本、體積小、控制簡單的發(fā)射器及其控制方法或控制芯片,且能根據需求輸出不同功率等級。
技術實現思路
1、根據一個實施例,提供了無線功率傳輸系統中的發(fā)射器,包括:開關變換單元,包括至少一開關管;可控諧振單元,包括串聯連接的第一諧振電感和第一電容開關串聯支路,所述第一電容開關串聯支路包括串聯連接的第一諧振電容和第一控制開關,所述可控諧振單元連接在所述開關變換單元的第一端與第二端之間;諧振腔,包括串聯連接的第二諧振電容和發(fā)射器線圈,以及并聯在所述第二諧振電容兩端的第二電容開關串聯支路,所述第二電容開關串聯支路包括串聯連接的第三諧振電容和第二控制開關,所述諧振腔連接在所述第一電容開關串聯支路的兩端之間;其中所述第一控制開關被配置為關斷,所述第二控制開關被配置為閉合,所述開關變換單元被配置為工作在第一開關頻率,使得所述發(fā)射器輸出第一功率;或所述第一控制開關被配置為閉合,所述第二控制開關被配置為關斷,所述開關變換單元被配置為工作在第二開關頻率,使得所述發(fā)射器輸出第二功率,其中所述第二開關頻率大于所述第一開關頻率,所述第二功率大于所述第一功率。
2、更進一步的,所述發(fā)射器線圈用于與無線功率傳輸系統中的接收器內的接收器線圈耦合。
3、更進一步的,所述第一開關頻率在110khz至205khz之間,所述第二開關頻率在300khz至420khz之間。
4、更進一步的,所述第一諧振電感連接在所述開關變換單元的第一端或第二端與所述第一電容開關串聯支路之間。
5、更進一步的,所述第一諧振電感連接在所述開關變換單元的第一端與所述第一電容開關串聯支路的第一端之間;所述可控諧振單元還包括第二諧振電感,所述第二諧振電感連接在所述開關變換單元的第二端與所述第一電容開關串聯支路的第二端之間。
6、更進一步的,還包括控制芯片,用于輸出控制所述開關變換單元、所述第一控制開關和所述第二控制開關的開關控制信號。
7、根據又一個實施例,提供了無線功率傳輸系統中的發(fā)射器的控制方法,所述發(fā)射器包括依此級聯連接的開關變換單元、可控諧振單元和諧振腔,所述可控諧振單元包括串聯連接的第一諧振電感和第一電容開關串聯支路,所述第一電容開關串聯支路包括串聯連接的第一諧振電容和第一控制開關,所述可控諧振單元連接在所述開關變換單元的兩輸出端子之間,諧振腔包括串聯連接的第二諧振電容和發(fā)射器線圈,以及并聯在所述第二諧振電容兩端的第二電容開關串聯支路,所述第二電容開關串聯支路包括串聯連接的第三諧振電容與第二控制開關,所述諧振腔連接在所述第一電容開關串聯支路的兩端之間,包括:s1:所述發(fā)射器檢測到有接收器置于其功率傳輸范圍之內;s2:控制所述第一控制開關關斷、所述第二控制開關閉合,并控制所述開關變換單元工作在第一開關頻率,以使得所述發(fā)射器輸出第一功率,所述發(fā)射器通過載波通訊接收來自接收器的載波信號;s3:根據載波信號判斷所述接收器是否支持工作在高于第一功率的第二功率,若是,控制所述第一控制開關閉合、所述第二控制開關關斷;s4:控制所述開關變換單元工作在第二開關頻率,使得所述發(fā)射器輸出第二功率,其中所述第二開關頻率大于所述第一開關頻率。
8、更進一步的,在步驟s3與步驟s4之間還包括:s31:所述發(fā)射器與所述接收器之間通過載波通訊進行數據傳輸,所述數據傳輸階段包括ping階段、配置階段和協商階段中的至少一者。
9、更進一步的,在步驟s3中還包括:控制所述開關變換單元內的開關管均關斷。
10、更進一步的,步驟s3中的根據載波信號判斷所述接收器是否支持工作在高于第一功率的第二功率,為:根據載波信號判斷所述接收器的型號,以判斷所述接收器是否支持工作在高于第一功率的第二功率。
11、根據又一個實施例,提供了一種控制芯片,用于控制第一控制開關和第二控制開關,其中所述第一控制開關與第一諧振電容串聯連接形成第一電容開關串聯支路,所述第一電容開關串聯支路與第一諧振電感串聯連接,以形成可控諧振單元,所述可控諧振單元連接在一開關變換單元的第一端與第二端之間;第二控制開關與第三諧振電容串聯連接形成第二電容開關串聯支路,所述第二電容開關串聯支路與第二諧振電容并聯后與發(fā)射器線圈串聯連接以形成諧振腔,所述諧振腔與所述第一電容開關串聯支路并聯連接,所述控制芯片控制所述第一控制開關關斷、所述第二控制開關閉合、所述開關變換單元工作在第一開關頻率;或所述控制芯片控制所述第一控制開關閉合、所述第二控制開關關斷、所述開關變換單元工作在第二開關頻率,其中所述第二開關頻率大于所述第一開關頻率。
12、更進一步的,所述第一開關頻率在110khz至205khz之間,所述第二開關頻率在300khz至420khz之間。
13、前面已經相當廣泛地概述了本公開的特征和技術優(yōu)點,以便可以更好地理解以下公開的詳細描述。下文將描述本公開的附加特征和優(yōu)點,其構成本公開權利要求的主題。本領域技術人員應當理解,所公開的概念和具體實施例可以容易地用作修改或設計用于實現本公開的相同目的的其他結構或過程的基礎。本領域技術人員還應該認識到,這樣的等效結構不脫離所附權利要求中闡述的本公開內容的精神和范圍。