用于無線功率接收器的前端電路、無線充電器和無線充電的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及用于無線功率接收器的前端電路、包括該前端電路的集成電路、近場通信設(shè)備以及包括該前端電路的移動通信設(shè)備。本公開還涉及無線接收功率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]典型的無線功率接收器包括可以為線圈形式的天線。在存在施加的變化磁場的情形中，回路中的感應(yīng)磁場產(chǎn)生AC電流和AC電壓。通過整流和平滑AC電壓，接收器可以從磁場中收集功率。功率可以存儲在例如電容器中，并且通常在DC到DC轉(zhuǎn)換或者供應(yīng)到調(diào)壓器后，可以在與接收器相關(guān)聯(lián)或者集成了接收器的設(shè)備或裝置中使用。示例設(shè)備可以是移動設(shè)備，例如智能電話、平板等。其他應(yīng)用可以包括NFC(近場通信)設(shè)備，在NFC設(shè)備中通過改變磁場，接收的功率可用于操作微控制器單元或其他功能，并且天線可在其他時間用于發(fā)射包含信息或數(shù)據(jù)的信號。
[0003]圖1示出了用于無線功率接收器的通用前端電路100。前端電路包括整流器110。如圖所示，整流器可以實現(xiàn)為包括以二極管D1、D2、D3和D4實現(xiàn)的四個整流元件在內(nèi)的全橋整流器。整流器110可以形成集成電路(未示出)的一部分，在整流器的輸入或AC側(cè)具有接觸焊盤或輸入端子ACl和AC2，并且在整理器的輸出或DC側(cè)具有輸出焊盤，輸出焊盤中一個在零電壓接地(GND)處、另一個在輸出電壓(Vrect)處。為確保輸出電壓(Vrect)足夠穩(wěn)定從而可用，可以在輸出電壓和接地之間連接一個或多個去耦電容器C3(也稱為平滑電容)，如圖所不O
[0004]如果施加磁場的強度迅速改變，具體地，如果施加磁場很強，天線中產(chǎn)生的電壓和電流可能超過需要和期望。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本公開的第一方面，提供了一種用于無線功率接收器的前端電路，所述電路包括:輸入端子，用于連接到天線;整流器，配置為對在輸入端子處接收的具有峰值輸入電壓的AC信號進行整流并提供具有輸出電壓的輸出；過壓檢測器，配置為執(zhí)行以下操作中的至少一個:檢測超過閾值電壓的輸出電壓為過壓和檢測超過所述閾值電壓的峰值輸入電壓；以及過壓控制器，配置為響應(yīng)于相應(yīng)的輸出電壓或峰值輸入電壓超過所述閾值電壓，在輸入端子上提供電學(xué)短路。在輸入端子上提供短路可以減小與提供過壓保護或過壓鉗制的其他方法相關(guān)聯(lián)的功率耗散和效率損失中一個或另一個。
[0006]在一個或多個實施例中，所述整流器包括配置為半橋整理器的兩個整流元件。在其他實施例中，所述整流器包括配置為全橋整流器的四個整流元件。全橋整流器一般可以比半橋整流器更加高效。
[0007]在一個或多個實施例中，所述前端電路還包括同步整流控制器，并且整流元件中的至少兩個均是適配為由所述同步整流控制器控制以提供同步整流的開關(guān)。使用諸如晶體管的開關(guān)來提供同步整流通常可以比使用二極管來提供無源整流導(dǎo)致更低的損耗。在一個或多個實施例中，所述過壓控制器配置為響應(yīng)于輸出電壓超過閾值電壓，控制開關(guān)中的兩個處于接通狀態(tài)以提供電學(xué)短路。在一個或多個其他實施例中，所述過壓控制器配置為響應(yīng)于輸出電壓超過閾值電壓，控制開關(guān)中的一個處于接通狀態(tài)以提供電學(xué)短路。在這些實施例中，短路可以只在通常構(gòu)成AC周期的每一對半周期的一個半周期中發(fā)生。在這些實施例中，所傳輸?shù)墓β实臏p小要小于與輸入端子短路相關(guān)聯(lián)的功率傳輸?shù)臏p小或停止。
[0008]在一個或多個實施例中，所述過壓檢測器還適配為檢測輸出電壓超過第二閾值電壓，并且所述控制器還配置為在提供電學(xué)短路之后響應(yīng)于輸出電壓不超過第二閾值電壓而關(guān)斷所述短路。斷開短路(通?？梢酝ㄟ^將用于形成短路的一個或多個開關(guān)關(guān)斷來實現(xiàn)，因而也可以稱為使短路關(guān)斷，或者通過禁用電壓鉗制來實現(xiàn))可以允許有效的功率傳輸以重新開始從而防止欠壓的情況。由此，可以使與所述前端電路相關(guān)聯(lián)的裝置或設(shè)備繼續(xù)操作，而不需要響應(yīng)于過壓情況而關(guān)閉，導(dǎo)致欠壓的情況。
[0009]在一個或多個實施例中，所述前端電路還包括天線，其中所述天線是配置為根據(jù)變化磁場產(chǎn)生AC信號的環(huán)形天線。所述前端電路還可以包括連接在輸出和地之間、用于平滑輸出電壓的去耦電容器。這種去耦電容器也可以替代地稱為平滑電容。
[0010]根據(jù)另一個方面，提供了一種集成電路，用于無線功率傳輸接收器并且包括上述前端電路，以及已調(diào)節(jié)電壓輸出端、未調(diào)節(jié)電壓輸出端和通信接口中的至少一個，其中所述前端電路結(jié)構(gòu)為對集成電路的其他功能模塊中的至少一個提供功率。
[0011]根據(jù)另一個方面，提供了一種包括上述前端電路的近場通信(NFC)設(shè)備。NFC設(shè)備可以適配為在發(fā)射模式中修改輸入端子處的阻抗以改變天線處的磁場。
[0012]根據(jù)又一個方面，提供了一種移動設(shè)備。所述移動設(shè)備包括上述集成電路和近場通信設(shè)備中的至少一個。所述移動設(shè)備還可以包括存儲模塊，其中所述前端電路結(jié)構(gòu)為至少向所述存儲模塊提供功率。
[0013]根據(jù)另一個方面，提供了一種配置為控制上述前端電路的控制器，所述控制器包括:用于接收表不輸出電壓的信號的輸出電壓輸入和用于接收表不峰值輸入電壓的信號的峰值輸入電壓輸入中的至少一個;過壓檢測器單元，配置為使用相應(yīng)的表示輸出電壓的信號和表示峰值輸入電壓的信號，以進行以下操作的中的至少一個:檢測超過閾值電壓的輸出電壓為過壓和檢測超過閾值電壓的峰值輸入電壓；以及過壓控制器，配置為響應(yīng)于相應(yīng)的輸出電壓或峰值輸入電壓超過閾值電壓，在輸入端子上提供電學(xué)短路。
[0014]根據(jù)不同方面，提供一種向諧振無線功率傳輸接收器提供過壓保護的方法，所述方法包括:對在輸入端子處接收的AC信號進行整流以提供具有輸出電壓的輸出；檢測超過閾值電壓的輸出電壓或檢測輸入端子上超過閾值電壓的電壓；以及響應(yīng)于相應(yīng)的輸出電壓或輸入端子上的電壓超過所述閾值電壓，在輸入端子上提供電學(xué)短路。
[0015]所述方法可以包括:對在輸入端子處接收的AC信號進行整流以提供具有輸出電壓的輸出包括主動地控制整流器電路中的至少兩個開關(guān)以提供同步整流，并且在輸入端子上提供電學(xué)短路包括控制開關(guān)中的兩個處于接通狀態(tài)。
[0016]參考下文所述的實施例，本發(fā)明的上述方面及其他方面將變得清楚并得到闡明。
【附圖說明】
[0017]參考附圖只作為示例描述實施例，其中:
[0018]圖1示出了用于無線功率接收器的通用前端電路；
[0019]圖2示出了用于無線功率接收器的另一個前端電路；
[0020]圖3示出了對用于無線功率接收器的前端電路中的過壓情況進行調(diào)節(jié)的電路結(jié)構(gòu)；
圖4示出了一種前端電路的結(jié)構(gòu)；
[0021]圖5示出了根據(jù)實施例的用于無線功率接收器的前端電路；
[0022]圖6(1)示出了根據(jù)其他實施例的用于無線功率接收器的前端電路；
[0023]圖6(2)示出了根據(jù)其他實施例的用于無線功率接收器的前端電路；
[0024]圖7示出了過壓事件期間的磁場和輸出電壓；
[0025]圖8示出了根據(jù)實施例的移動設(shè)備的框圖；以及
[0026]圖9示出了根據(jù)一個或多個實施例的示例性方法的流程圖。
[0027]應(yīng)當(dāng)注意，附圖是示意性而非按比例繪制。為使附圖清楚簡明，這些附圖中部件的相對尺寸和比例以放大或減小的方式示出。相同的附圖標(biāo)記一般用于指代改變和不同實施例中的對應(yīng)或相似特征。
【具體實施方式】
[0028]圖2示出了用于無線功率接收器的前端電路200。前端電路200與圖1所示的電路相似，并包括整流器210。在該電路中，用開關(guān)T1-T4替換二極管D1-D4作為整流器210中的整流元件。如圖所示，開關(guān)T1-T4通?？梢詫崿F(xiàn)為晶體管。為對整流器輸入上的變化輸入電壓進行整流，開關(guān)在控制器280的控制下在合適時間接通或斷開，以實現(xiàn)所謂“主動”或同步整流:每當(dāng)需要一個整流元件阻斷電流流過時(即當(dāng)元件上存在負(fù)電壓時)，該開關(guān)斷開;相反地，每當(dāng)需要該元件允許電流流過時(即當(dāng)元件上存在正電壓)，該開關(guān)接通。因此本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知，開關(guān)以與常規(guī)“無源”整流器中的二極管相似的方式進行操作。然而，用開關(guān)來替換二極管可以避免與流過二極管的正向電流相關(guān)聯(lián)的正向電壓降(典型地約0.7V)。在使用晶體管作為開關(guān)的情形中，與Rds-C1n相關(guān)聯(lián)的損耗替代了由二極管上的正向電壓降所導(dǎo)致的損耗。
[0029]只要整流器輸出消耗的功率與無線功率接收器天線/線圈接收的功率相當(dāng)，輸出電壓就是穩(wěn)定的并且可在接收器及更多相連電路的允許操作電壓范圍內(nèi)得到控制。然而，與整流器輸出相連的負(fù)載的突發(fā)改變將導(dǎo)致整流器輸出電壓升高。根據(jù)降低無線功率發(fā)射器能量所需要的時間和整體性能，整流器電壓有可能超過允許和安全水平，可能損壞整流器本身和/或相連的電路。因此，整流器輸出電壓應(yīng)保持在最大閾值以下。該閾值可以依賴于技術(shù)、系統(tǒng)或規(guī)定限制中任一個。
[0030]圖3示出了與圖1所示電路相似的用于無線功率接收器的前端電路，包括對這