[发明专利]具有可编程电源路径的无线电源接收器

说明书

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.§119，本申请要求如下申请的优先权：2014年1月8日递交的申请号为61/924，762，标题为「Wireless Power Receiver with Programmable Power Path Mode」的美国临时案，在此合并参考上述申请案的全部内容。

技术领域

本发明通常涉及无线电源(Wireless power,WP)，更特别地，涉及具有可编程(programmable)电源路径模式的无线电源接收器。

背景技术

无线电源传输系统(wireless power transfer system)利用两个磁性线圈之间的互感通过磁性感应传输功率(power)。在接收器侧，通常，接收线圈(receiver coil)连接至桥式整流器(bridge rectifier)，该桥式整流器之后跟随着一稳压器(regulator)。桥式整流器将交流电信号(AC power signal)转换为直流电源(DC power supply)，以及，稳压器将该直流电源调整至用于后续电路(如电池充电器)的合适的电压电平。无线电源系统通常分为感应(inductive)式或共振(resonant)式。在感应式无线电源系统中，无线发射器(wireless transmitter)和接收器(receiver)像紧密耦合的变压器(tightly coupling transformer)一样操作，以传送能量。感应式中的限制使得它仅适用于同时给单个接收器(single receiver)充电。另一方面，在共振式无线电源系统中，功率传送是通过松耦合线圈对(loosely coupled coil pairs)以及利用电气共振来提高系统效率。接收器的数量可以增加且可以在相同领域中充电。

在无线电源接收器侧，电压调整(voltage regulation)用来将整流电压(rectifier voltage)降压(step-down)至用于后续的充电器电路的合适电压。在感应式的单个接收器无线电源系统中，此调整可以是低压差稳压器(Low dropout regulator,LDO)。LDO的效率由其输出输入比(output-to-input ratio)限定(define)。在单个接收器无线系统中，LDO的输入电压(该整流电压)可以被控制到非常接近于其输出电压，以及获得更高的功率效率(power efficiency)。功率控制是通过带内(in band)或带外(out-of-band)通信从接收器发送功率控制消息至发射器。

在共振式无线电源系统中，由于每个接收器具有不同耦合因子(coupling factor)的线圈，因此，多个接收器不可能控制所有的整流电压都接近于目标充电电压。因此，该整流电压会远远高于稳压器的输出，这使得通过LDO的功率传输非常低效。因此，当电压降压比较大(large)时，为了更好的效率，应用开关式稳压器(SMPS)。

近年来，快速充电对于智能手机和平板应用越来越重要。越来越多的产品采用具有较大的充电电流(例如，>1A)来减小充电时间，这些产品已经在消费市场中推出。在快速充电中，充电器电路可以在比稳定电压(例如，～5V)更高的输入电压(例如，～20V)上充电。因此，通过电源开关(power switch,PSW)，无线电源接收器可以将整流器的输出直接连接至快速充电的充电器。该电源开关用以控制一些无线电源标准所需要的无线充电的启动/停止(start/stop)。

在旨在支持具有快速充电功能的电感式和共振式的多模式(multi-mode)无线接收器的集成电路(integrated circuit,IC)中，这需要较大的芯片面积来分别实现LDO、SMPS和PSW的导通器件(pass device)，以及，使得该集成电路的实现成本很高。一种更具成本效益的方法是通过共享相同的导通器件来实现上述LDO、SMPS和PSW。此外，为了实现高功率传输效率的性能，使用NMOS(N-channel metal oxide semiconductor，N沟道金属氧化物半导体)型场效应管(Field Effect Transistor,FET)作为它的导通器件比PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor,P沟道金属氧化物半导体)型场效应管导通器件具有更好的效率和更小的芯片面积。