CN116670972A - Ac至ac无线功率系统 - Google Patents

Abstract

本文提供了一种无线功率发射器。无线功率发射器包括线圈、晶体管和控制器。线圈根据提供第一频率的交流输入的交流电源提供用于无线功率传输的磁场。晶体管耦合到交流电源的相和零。控制器以第二频率切换多个晶体管以驱动感应磁场的线圈两端的电流。电流包括与交流输入的第一频率相对应的包络。

Description

AC至AC无线功率系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年9月21日提交的题为“AC至AC无线功率系统”的美国临时专利申请第63/080795号的优先权，该申请通过引用结合于此，如同为所有目的在本申请中全面阐述一样。

技术领域

本公开总体上涉及无线功率系统，更具体地，涉及交流(AC)到AC无线功率系统。

背景技术

通常，无线功率传输方法的当代实现提供了功率发射机(Tx)和功率接收机(Rx)之间的功率传输。Tx(例如，无论是感应和/或谐振Tx)传统上使用直流(DC)输入功率操作，并向Rx提供DC输出功率。Rx耦合到电子设备，例如移动手持机。电子设备更喜欢直流电。Rx相应地将从Tx接收的DC输出功率传输到电子设备。

然而，对于使用AC电机的目标电子设备(例如厨房电器)，当代的实现方式不是最佳的。例如，大多数家用搅拌机和食品加工机使用交流电机。交流电机更喜欢交流输出功率，与等效直流电机相比，其成本通常较低，并且在远高于移动手持机功率水平(例如，高达2.2kW)的功率水平下运行。

因此，需要一种AC到AC无线功率系统，该系统能够为装配成从主AC电源操作的目标电子设备供电，这将避免与接收DC电压输出相关的显著的内部电子/电力系统变化。

发明内容

根据一个或多个实施例，本文提供了一种无线功率发射器。所述无线功率发射器包括线圈，所述线圈被配置为根据提供第一频率的交流输入的交流电源来提供用于无线功率传输的磁场。无线功率发射器包括多个晶体管，所述多个晶体管被配置为耦合到交流电源的相和零。所述无线功率发射器包括控制器，所述控制器被配置为以第二频率切换所述多个晶体管。该电流包括对应于交流输入的第一频率的包络。

根据一个或多个实施例，提供了一种无线功率接收器。所述无线功率接收器包括控制器和线圈，所述线圈被配置为从无线功率发射器接收用于无线功率传输的磁场。无线功率接收器包括整流器，被配置为产生发射器电流信号的包络作为输出。无线功率接收器包括多个晶体管，所述多个晶体管被配置为基于控制器的切换来产生包络的绝对值。

根据一个或多个实施例，上述无线功率发射器和无线功率接收器可以被实现为系统、方法、装置或计算机程序产品。

通过本公开的技术实现了附加的特征和优点。本文详细描述了本公开的其他实施例和方面。为了更好地理解本公开的优点和特征，请参考说明书和附图。

附图说明

在说明书结束时，在权利要求中特别指出并明确要求保护主题。本文实施例的上述和其他特征以及优点从以下结合附图进行的详细描述中显而易见，其中：

图1描绘了根据一个或多个实施例的系统；

图2描绘了根据一个或多个实施例的图；

图3描绘了根据一个或多个实施例的曲线图；

图4描绘了根据一个或多个实施例的时序图；

图5描绘了根据一个或多个实施例的图；

图6描绘了根据一个或多个实施例的曲线图；

图7描绘了根据一个或多个实施例的图；和

图8描绘了根据一个或多个实施例的系统。

具体实施方式

本文公开的实施例可以包括提供AC到AC无线功率传输的设备、系统、方法和/或计算机程序产品(例如，AC到AC的无线功率传输系统)。更具体地，AC到AC无线功率传输系统为需要AC电力作为输入和AC电力作为输出的系统提供了解决方案。

根据一个或多个优点、技术效果和益处，因为AC到AC无线功率传输更适合于使用AC电机的目标电子设备，同时降低目标电子设备的复杂性和成本(与在其中结合基于DC的解决方案相比)。因此，本文所描述的实施例必须植根于系统的Tx和Rx的一个或多个控制器中，以执行主动操作以克服在无线功率传输方法的当代实现中具体出现的问题。

根据一个或多个实施例，本文提供了一种无线功率发射器。所述无线功率发射器包括线圈，所述线圈被配置为根据提供第一频率的交流输入的交流电源来提供用于无线功率传输的磁场。无线功率发射器包括多个晶体管，所述多个晶体管被配置为耦合到交流电源的相和零。所述无线功率发射器包括控制器，所述控制器被配置为以第二频率切换所述多个晶体管。该电流包括对应于交流输入的第一频率的包络。

根据本文中的一个或多个实施例或任何无线功率发射器实施例，第二频率可以大于第一频率。

根据本文中的一个或多个实施例或任何无线功率发射器实施例，第一频率可以包括50Hz或60Hz。

根据本文中的一个或多个实施例或任何无线功率发射器实施例，第二频率可以从20khz至200khz的范围中选择。

根据本文中的一个或多个实施例或任何无线功率发射器实施例，围绕电流的每个过零点的一个或者多个时隙可用于无线功率发射器与无线功率接收器的带内通信。

根据本文中的一个或多个实施例或任何无线功率发射器实施例，控制器可以同步多个晶体管的切换以生成包络。

根据本文中的一个或多个实施例或无线功率发射器实施例中的任何一个，控制器可以在多个晶体管的切换之间插入死区时间，以防止交流电源的相位或零的一次或多次短路。

根据本文中的一个或多个实施例或任何无线功率发射器实施例，多个晶体管可以包括场效应晶体管。

根据本文中的一个或多个实施例或任何无线功率发射器实施例，交流电源的零和相位可以经由两个背靠背的N型金属氧化物半导体(N-MOS)或P型金属氧化物晶体管(P-MOS)场效应晶体管连接。

根据一个或多个实施例，提供了一种无线功率接收器。所述无线功率接收器包括控制器和线圈，所述线圈被配置为从无线功率发射器接收用于无线功率传输的磁场。无线功率接收器包括整流器，其被配置为产生发射器电流信号的包络作为输出。无线功率接收器包括多个晶体管，所述多个晶体管被配置为基于控制器的切换来产生包络的绝对值。

根据本文中的一个或多个实施例或任何无线功率接收器实施例，无线功率发射器的整流器可以包括电压加倍电路。

根据本文中的一个或多个实施例或任何无线功率接收器实施例，无线功率接收器可以包括一个或更多个整流电容器，其大小被设定为在无线功率接收器驱动器振荡周期期间保持波动。

根据本文中的一个或多个实施例或任何无线功率接收器实施例，整流器可以被配置为使用变压器或全波驱动器提供全交流波重构。

根据本文中的一个或多个实施例或任何无线功率接收器实施例，围绕电流的每个过零点的一个或者多个时隙可用于无线功率接收器与无线功率发射器的带内通信。

根据本文中的一个或多个实施例或任何无线功率接收器实施例，无线功率接收器可以使用一个或更多个时隙来发送50比特的数字波形。

根据本文中的一个或多个实施例或任何无线功率接收器实施例，数字波形可以在8usec上发送。

根据本文中的一个或多个实施例或任何无线功率接收器实施例，无线功率接收器可以根据包络的绝对值向交流电动机提供交流电力。

根据本文中的一个或多个实施例或任何无线功率接收器实施例，多个晶体管可以包括场效应晶体管。

根据一个或多个实施例，提供了一种系统。该系统包括无线功率发射器，该无线功率发射器被配置为根据提供第一频率的交流输入的交流电源来提供用于无线功率传输的磁场。无线功率发射器包括多个第一晶体管，所述多个第一电阻器被配置为耦合到交流电源的相位和零。所述无线功率发射器包括控制器，所述控制器被配置为以第二频率切换所述多个第一晶体管，以驱动感应磁场的线圈两端的电流，所述电流包括对应于所述交流输入的第一频率的包络。该系统包括无线功率接收器，被配置为接收用于无线功率传输的磁场。所述无线功率接收器包括整流器，所述整流器被配置为产生对应于所述电流的发射器电流信号的包络作为输出。无线功率接收器包括多个第二晶体管，被配置为基于切换产生包络的绝对值。

根据本文中任何系统实施例的一个或多个实施例，围绕电流的每个过零点的一个或者多个时隙可以用于无线功率接收机和无线功率发射机之间的带内通信。

图1示出了描绘根据一个或多个实施例的系统100(例如，AC到AC无线功率传输系统)的框图。该系统包括无线功率发射器101和无线功率接收器102(本文中分别称为Tx 101和Rx 102)。Tx 101是能够从主AC电源103向Tx 101周围的空间产生电磁能的任何设备，该空间用于向Rx102提供电力。Rx 102是当存在于Tx 101周围的空间中时能够接收、使用和/或存储电磁能的任何设备。注意，Tx 101可以具有与Rx 102类似或相同的组件结构，反之亦然。

如图1所示，Rx 102包括用于接收、提供和/或存储电磁能的电路，其可以进一步提供给负载105。根据一个或多个实施例，Rx 102可用于对负载105充电，负载105的示例包括AC电机。Rx 102的电路还可以包括接收线圈110；谐振电容器120；全波发生器125；控制器135；以及整流器140。根据一些示例实施例，Rx 102可用于从Tx 101无线地获得感应功率，以向负载105供电。例如，Rx 102的输入级包括接收线圈110和连接到整流器140的谐振电容器120(例如，全波或半波整流级)。整流器140的输出连接到全波发生器125，该全波发生器向负载105产生全波AC输出。此外，Rx 102可以能够与Tx 101无线通信(例如，带内通信)。

根据一个或多个实施例，控制器135可以包括用于感测Rx 102的谐振电路(例如，接收线圈110和/或谐振电容器120)的电压和/或电流的感测电路、电路和/或软件。控制器135可以控制和/或经由节点145通信，以根据AC到AC无线功率传输的需要提供调制注入。谐振分量(例如，接收线圈110和/或谐振电容器120)的值可以被定义为与Tx 101的发射频率相匹配。Rx 102可以设置有或不设置谐振电容器120。附加地或替代地，谐振电路还可以包括至少一个分支，每个分支具有由控制器135控制的调谐电容器(rcap)。

根据一个或多个实施例，控制器135可以在其中包括逻辑上提供FIR均衡器、带内通信数据分析器、用于选择ping的选择器、用于动态确定耦合因子的耦合器、用于动态地确定工作频率的调节器等的软件(例如，固件159)。在这方面，控制器135可以具有系统存储器，其中软件和执行软件以实现本文描述的操作的处理器就位。控制器135可以包括基于微处理器、电子电路、集成电路的中央处理单元(CPU)，和/或实现为移植到诸如数字信号处理器、专用集成电路及其任何组合等特定设备的专用固件。根据一个或多个实施例，控制器135可用于执行Rx 102或其中的任何电路所需的计算。

整流器140可以基于市售的半波整流；全波整流；基于场效应晶体管(FET)的全波整流；以及它们的任何组合等。根据一个或多个实施例，整流器140可以是使用由专用逻辑电路或控制器135控制的一个或更多组件的任何整流器，例如4个二极管(例如，异步整流器)、2个二极管和2个FET(半同步)、4FET(同步)或2个电容器和2个开关，整流器140可以包括电压加倍电路，该电压加倍电路被设计为使用具有两个输出电容器的2个二极管或FET(例如，如关于图7所述)来提供电压加倍。

与Rx 102类似，Tx 101包括用于产生和发射电磁能(即，发射功率)的电路。Tx 101的电路可以包括发射机线圈160；谐振电容器165；驱动器170；可选的功率输入级168；控制器180还包括输入/输出(I/O)模块185和固件190。发射器线圈160和谐振电容器165提供LC电路，用于根据驱动器170和控制器180的操作产生感应电流以支持电力传输。

根据一个或多个实施例，发射器谐振电路包括发射器线圈160、谐振电容器165和驱动器170，其中一侧连接到主AC电源103的零连接，另一侧连接到相。零连接和相位可以分别经由两个背靠背FET连接(例如，如关于图2所描述的)，因此可以通过发射机谐振电路实现到相位或零的连接。注意，替代的电子开关可以包括N型金属氧化物半导体(N-MOS)FET、P型金属氧化物(P-MOS)FET、继电器或其他电开关组件。

图2描绘了根据一个或多个实施例的图200。图200可以对应于图1的Tx 101的示例发射机谐振电路和驱动器。图200示出了电源210和接地211(例如，来自墙壁的AC电源，分别为相位和零)、电容器220(例如，谐振电容器165)、线圈230(例如，发射器线圈160)、一个或多个晶体管250、260、270和280以及接地290。一个或多个晶体管250、260、270和280可以是FET，例如N-MOS和/或P-MOS FET。

根据一个或多个实施例，驱动器170连接到功率输入级168。功率输入级168连接到主AC电源103。功率输入级168可以包括具有输出电容器的全波或半波整流器电路。例如，可以选择输出电容器大小以在Tx驱动器振荡周期(例如，20khz-200khz)期间保持低波动(例如，10％)，尽管输出电容器不足以在整个AC周期(例如50Hz或60Hz)中保持这种低波动。在这方面，驱动器170可以在每一侧包括单个FET(例如，从而消除图2的晶体管260和280)。

根据一个或多个实施例，控制器180可以利用I/O模块185作为接口，以在控制器180和Tx 101的元件(例如，驱动器170和布线结195)之间发送和/或接收信息和指令。例如，控制器180可以包括用于感测发射器谐振电路的电压和/或电流的感测电路、电路、单元和/或软件。控制器180可以包括用于感测主AC电源103的电压和/或电流的感测电路、电路、单元和/或软件。根据一个或多个实施例，具有多个输出点的变压器可用于提供不同的输出电压电平以驱动谐振发射器谐振电路，并与占空比控制相结合。注意，控制器135和180可以被类似地配置。

根据一个或多个实施例，控制器180可以通过I/O模块185感测一个或更多个电流或电压，例如AC输入电压(Vin)和AC谐振电路电压(Vac)。根据一个或多个实施例，控制器180可以通过I/O模块185激活一个或更多个开关以改变谐振频率。此外，Rx 102和/或Tx101可以包括用于多个频率的多个开关。

根据一个或多个实施例，控制器180可以利用固件190作为操作和控制Tx 101的操作的机制。在这方面，控制器180可以是计算机化组件或适于执行如本文所述的方法的多个计算机化组件。例如，控制器135和/或180可以包括存储计算机可读存储介质的计算机程序产品。根据一个或多个实施例，控制器135和180还可以使系统参与带内通信，通过监测结195的电压或电流从Rx 102接收信号，并通过控制驱动器170向Rx 102发送信号。

在操作中，控制器180可以控制图2的FET控制点a-D的切换。控制器180可以直接或经由附加的驱动器级来控制切换。晶体管250、260、270和280以比AC电源振荡频率高得多的频率切换。根据一个或多个实施例，可以(例如，由控制器180根据任何开关策略)沿着20khz至200khz的范围选择FET切换频率。注意，AC电源振荡频率通常为50hz或60hz。

流过发射机谐振电路的电流和该电流感应的磁场(例如，通过线圈230)是具有高频AC振荡的主AC波形的调制。关于图3进一步描述流过线圈230的电流，图3示出了根据一个或多个实施例的曲线图300。

通常，曲线图300示出了高频AC振荡320上的AC信号或包络310，其中振幅(Y轴)随时间(X轴)调制。也就是说，图表300将高频AC振荡320显示为20khz至200khz的“快速振荡”，这产生了AC信号或包络310(即，AC功率振荡包络)。根据一个或多个实施例，控制器180同步多个晶体管250、260、270和280的切换以生成包络310。注意，可以通过修改FET切换波形的占空比来提供对传输到Rx 102的功率的控制。此外，注意驱动器170的较低占空比可以产生具有较低电流幅度的类似波形。

根据一个或多个实施例，Tx 101和控制器180可以在切换FET时小心，以防止相位和零短路。控制器180还可以注意防止由于电压尖峰的供应和产生而导致发射器线圈160完全断开。为了实现FET的切换，控制器180可以对切换进行计时和/或在特定FET开关之间插入死区时间。

图4描绘了根据一个或多个实施例的时序图400。时序图400是场效应晶体管(FET)切换(即，示例性切换策略)的示例。

时序图400包括对应于FET控制点A-D的切换的线。在时间T1之前，控制点A-B为高，而控制点C-D为低。在时间T1，控制点C被切换到高。在时间T3，控制点A-B被切换到低。在时间T4，控制点D被切换到高。注意，时间T1、时间T2和时间T3之间的时间可以被认为是停滞时间。

此外，在时间T4，控制点B被切换到高。在时间T5，控制点C-D被切换到低。在时间T6，控制点A被切换到高。注意，时间T4、时间T5和时间T6之间的时间可以被认为是停滞时间。

图5描绘了根据一个或多个实施例的图500。图500可以对应于接收机(例如，图1的Rx 102)。图500示出了整流器505、一个或多个电容器510和515、一个或者多个线圈520、525、530和535、一个和多个晶体管540和550以及接地590。一个或多个晶体管540和550可以是FET。图1的控制器135可以进一步操作以执行感测594。图500示出了电源路径的示例性实现，其中晶体管540和550导通和截止以重构AC波形。

整流器505的电容器515被选择为滤除FET快速振荡期间的电流变化(如在现有接收机中)。一个或多个优点、技术效果和/或益处包括Rx 102与滤波主AC振荡所需的电容器相比具有相对较小的电容器。例如，对于2A输出系统，在100kHz的FET切换频率下操作的Rx102的电容器为20uF。为了实现类似的交流电源振荡性能，当代的实现需要一个40mF的电容器，这个电容器要大得多，也要贵得多。

整流器505可以产生包络596，该包络596进一步由线圈525和530、晶体管540和550以及地590操纵。也就是说，整流级的输出是(发射器电流信号的)包络596，因此是电源AC波形(例如，主AC电源103的绝对值)的单边版本。为了能够创建输出的真实AC波形，需要每半个周期反转一次整流波形。整流器505可以实现为基于二极管、FET或其组合的全波整流器。整流器505可以被实现为通过利用两个输出电容器515(例如，利用与关于图7所描述的拓扑类似的拓扑)来提供输出电压的加倍。

根据一个或多个实施例，可以通过使用在输入侧具有中间连接点的变压器来提供反转。中心点连接到整流器接地，变压器的上、下连接点通过FET连接到Vect。其中一个FET打开，另一个关闭。FET控制(点A和B)每半个周期切换一次，与电流达到零电平同步。变压器的输出是具有与主AC电源103匹配的振荡频率的AC波形。根据一个或多个实施例，系统100的控制器135和180确保输出的电压与主电压匹配，并且输出连接到AC负载。

根据一个或多个实施例，可以使用全波驱动器，包括使用双开关将GND和Vect交替地连接到输出信号。例如，连接到相位输出的全波驱动器的一半在半个周期中将输出连接到Vect，在后半个周期将输出连接到GND，而驱动器的后半部分将零输出连接到Vsect，或者GND与前半个驱动器的定时相反。从而消除了对输出变压器线圈的需求。

根据一个或多个实施例，系统100实现Rx 102和Tx 101之间的通信。通信可以至少但不限于提供Rx 102和Tx 101的标识、对发射电流/功率电平的控制以及提供消耗功率报告以帮助Tx 101检测异物存在。在系统101上，功率电平可能很高，并且使用电阻元件或电容的连接来波动功率电平可能是有问题的。因此，通信可以提供带内数据。例如，在AC主波形的过零点附近的时隙期间执行带内数据传输。在过零点期间，Tx 101的FET可以保持完全闭合，并且Rx 102可以简单地向谐振系统注入信号，该信号被Tx 101感测为主线圈电压的波动。

例如，可以定义以AC主波形的过零点为中心的400usec的时隙(即，时隙的宽度)。在该时隙期间(例如，对于400usec的宽度)，Tx 101将驱动器FET保持恒定连接到零。Rx 102可以使用时隙来注入携带数据的电流波形。这可以是携带用于传输控制和功率信息的特定分组结构的数字调制。

转到图6，根据一个或多个实施例，示出了插入在Tx 101功率的零时隙上的Rx数据的曲线图600。通常，曲线图600示出了随时间(X轴)调制的振幅(Y轴)。也就是说，曲线图600示出了在全AC主循环期间主线圈上的电流610的概念图，其中AC主信号的过零点附近的槽620被静音。更具体地，Tx 101的驱动器170将线圈160设置为零，并且Rx 102使用时隙来传输数据(其被视为线圈160上的电流)。作为示例，时隙620可用于传送50比特的数字波形，每个比特通过8usec传输。请注意，“0”位和“1”位可用于不同的脉冲形状。50比特可以被细分为前导比特和具有起始比特、数据比特、停止比特和奇偶校验比特的数据字节。

根据另一实施例，槽620可用于感测外来物体。可以通过经由Tx 101或Rx 102(即，其中的谐振电路)发送短脉冲并测量衰减模式和/或速率和振荡频率来执行对异物的感测。

根据另一实施例，可以使用与时隙620相邻的时隙来计算功耗。Tx 101测量时隙620处的驱动功率，Rx 102测量同一时隙期间的接收功率，并且Rx 102在下一个通信时隙向Tx 101报告。Tx 101可以使用该信息来确定是否存在异物并消耗部分发射功率。邻近或接近过零的时隙(例如，时隙620)的使用确保了与系统101的最大或平均功率传输相比，该时隙处的功率电平相对较低。由于系统101的精度随着功率电平的增加而降低，因此系统101在使用相对低的功率时隙进行这种测量方面提供了强大的优势。

图7描绘了根据一个或多个实施例的图700。图700可以对应于用于使输出电压加倍的AC整流器电路。AC整流器电路可用于Tx 101的功率输入级168和/或Rx 102的整流器140中。

图700示出了二极管705和706以及输出电容器710和711。根据一个或多个实施例，二极管705和706可以替代地是FET或其他类型的晶体管。二极管705和706以相反极性彼此连接，其中一侧连接到AC电源720的相，另一侧连接到匹配电容器(即，输出电容器710和711)。输出电容器710和711的第二侧连接到AC电源零信号730。输出电容器710和710的第二侧也可以连接到整流器输出(例如，电容器711可以连接到正输出740，电容器710可以连接到负输出750)。

图8描绘了根据一个或多个实施例的系统800。系统800具有具有一个或多个中央处理单元(CPU)的设备801(例如，图1的系统100的Rx102和/或Tx 101)，这些中央处理单元统称为处理器802(例如图1的控制器135和180)。处理器802(也称为处理电路)经由系统总线803耦合到系统存储器804和各种其他组件。系统存储器804可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、内部或外部闪存、嵌入式静态RAM(SRAM)和/或任何其他易失性或非易失性存储器。例如，ROM耦合到系统总线，并且可以包括控制设备801的某些基本功能的基本输入/输出系统(BIOS)，并且RAM是耦合到系统母线803的读写存储器，以供处理器802使用。

图8还示出了耦合到系统总线803的I/O适配器805、通信适配器806和适配器807。I/O适配器805可以是与驱动器和/或任何其他类似组件通信的小型计算机系统接口(SCSI)适配器。通信适配器806将系统总线803与网络812互连，网络812可以是外部网络(电力或其他)，使得设备801能够与其他这样的设备(例如，连接到Rx 102的Tx 101)通信数据和/或传输电力。显示器813(例如，屏幕、显示监视器)通过适配器807连接到系统总线803，适配器807可以包括用于提高图形密集型应用的性能的图形控制器和视频控制器。经由适配器807连接到系统总线803的附加输入/输出设备，例如鼠标、触摸屏、小键盘、照相机、扬声器等。

在一个实施例中，适配器805、806和807可以连接到经由中间总线桥连接到系统总线803的一个或多个I/O总线。用于连接诸如硬盘控制器、网络适配器和图形适配器之类的外围设备的合适的I/O总线通常包括公共协议，诸如外围组件互连(PCI)。

系统存储器804是计算机可读存储介质的示例，其中软件819可以被存储为用于由处理器802执行以使设备801操作的指令，如本文参考图1-8所述。结合图1，软件819可以表示用于Tx 101的固件190，使得存储器804和处理器802(例如，控制器180)逻辑上提供FIR均衡器851、带内通信数据的分析器852、用于选择ping的选择器、用于动态地确定耦合因子的耦合器853、以及用于确定耦合系数的滤波器853，用于动态确定操作频率的调节器854等。

如本文所示，本文所公开的实施例可以包括处于任何可能的技术细节集成级别的设备、系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括其上具有计算机可读程序指令的计算机可读存储介质(或介质)，用于使控制器执行本发明的方面。

计算机可读存储介质可以是能够保留和存储计算机可读程序指令的有形设备。计算机可读存储介质可以是，例如，但不限于，电子存储设备、磁存储设备、光学存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备，或前述的任何适当组合。本文所使用的计算机可读存储介质本身不应被解释为瞬态信号，例如无线电波或其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输介质传播的电磁信号(例如，通过光纤电缆的光脉冲)或通过电线传输的电信号。

本文所述的计算机可读程序指令可以经由连接(例如，带内通信)从设备、设备、计算机或外部存储器传送和/或下载到相应的控制器。用于执行本发明的操作的计算机可读程序指令可以是汇编程序指令、指令集体系结构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微码、固件指令、状态设置数据、集成电路的配置数据，或以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，包括面向对象的编程语言，如Smalltalk、C++等，以及过程编程语言，例如“C”编程语言或类似编程语言。在一些实施例中，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)的电子电路可以通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化电子电路来执行计算机可读程序指令，以便执行本发明的方面。

附图中的流程图和框图说明了根据本发明的各种实施例的设备、系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个块可以表示指令的模块、段或部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方式中，在方框中标注的功能可能出现在图中流程图和框图中标注的顺序之外。例如，事实上，连续显示的两个块可以基本上同时执行，或者这些块有时可以按照相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还将注意到，框图和/或流程图的每个块以及框图和/或者流程图中的块的组合可以由执行指定功能或动作或者执行专用硬件和计算机指令的组合的基于专用硬件的系统来实现。

这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”也包括复数形式，除非上下文另有明确规定。将进一步理解，术语“包括”和/或“包括”，当在本文中使用时，指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数，步骤、操作，元件组件和/或其组的存在或添加。

本文中的各种实施例的描述是为了说明的目的而呈现的，但并不旨在穷尽或限制于所公开的实施例。在不脱离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。这里使用的术语被选择为最好地解释实施例的原理、对市场上发现的技术的实际应用或技术改进，或者使本领域普通技术人员能够理解这里公开的实施例。

Claims (20)

1.一种无线功率发射器，包括：

线圈，被配置为根据提供第一频率的交流输入的交流电源提供用于无线功率传输的磁场；

多个晶体管，被配置为耦合到所述交流电源的相和零；和

控制器，被配置为以第二频率切换多个晶体管以驱动感应所述磁场的线圈两端的电流，所述电流包括对应于所述交流输入的第一频率的包络。

2.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中所述第二频率大于所述第一频率。

3.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中所述第一频率包括50Hz或60Hz。

4.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中所述第二频率选自20khz至200khz的范围。

5.根据权利要求1所述的无线功率发射机，其中围绕所述电流的每个过零点的一个或多个时隙用于所述无线功率发射机与无线功率接收机的带内通信。

6.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中所述控制器同步所述多个晶体管的切换以生成所述包络。

7.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中所述控制器在所述多个晶体管的切换之间插入死区时间，以防止所述交流电源的相位零的一个或多个短路。

8.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中所述多个晶体管包括场效应晶体管。

9.根据权利要求8所述的无线功率发射器，其中所述交流电源的所述零和所述相经由两个背靠背的N型金属氧化物半导体(N-MOS)或P型金属氧化物晶体管(P-MOS)场效应晶体管连接。

10.一种无线功率接收器，包括：

控制器；

线圈，被配置为从无线功率发射器接收用于无线功率传输的磁场；

整流器，被配置为产生发射器电流信号的包络作为输出；

多个晶体管，被配置为基于所述控制器的切换产生所述包络的绝对值。

11.根据权利要求10所述的无线功率接收器，其中所述无线功率发射器的整流器包括电压加倍电路。

12.根据权利要求10所述的无线功率接收器，其中所述无线功率接收器包括一个或多个整流电容器，所述整流电容器的大小为在无线功率接收器驱动器振荡周期期间保持波动。

13.根据权利要求10所述的无线功率接收器，其中所述整流器被配置为使用变压器或全波驱动器提供全交流波重构。

14.根据权利要求10所述的无线功率接收器，其中围绕所述电流的每个过零点的一个或多个时隙用于所述无线功率接收器与所述无线功率发射器的带内通信。

15.根据权利要求14所述的无线功率接收器，其中所述无线功率接收器使用所述一个或多个时隙来发送50比特的数字波形。

16.根据权利要求15所述的无线功率接收器，其中所述数字波形通过8usec传输。

17.根据权利要求10所述的无线功率接收器，其中所述无线功率接收器根据所述包络的绝对值向交流电动机提供交流电力。

18.根据权利要求10所述的无线功率接收器，其中所述多个晶体管包括场效应晶体管。

19.一种系统，包括：

无线功率发射器，被配置为根据提供第一频率的交流输入的交流电源提供用于无线功率传输的磁场，所述无线功率发射器包括：

多个第一晶体管，被配置为耦合到所述交流电源的相和零，和

控制器，被配置为以第二频率切换所述多个第一晶体管，以驱动感应所述磁场的线圈两端的电流，所述电流包括对应于所述交流输入的所述第一频率的包络；和

无线功率接收器，被配置为接收用于所述无线功率传输的所述磁场，所述无线功率接收器包括：

整流器，被配置为产生与所述电流相对应的发射器电流信号的包络作为输出，和

多个第二晶体管，被配置为基于切换产生包络的绝对值。

20.根据权利要求19所述的系统，其中围绕所述电流的每个过零点的一个或多个时隙用于所述无线功率接收器和所述无线功率发射器之间的带内通信。