[发明专利]隔离的电容性功率传输

说明书

本申请案涉及隔离的电容性功率传输。展示一种用于跨串联谐振电路的电容器将隔离功率传输提供到低功率负载的方法及装置。所述方法包含：比较经由反馈环路接收到的输出电压与所期望的输出电压。响应于确定所述输出电压不等于所述期望的输出电压，所述方法确定所述串联谐振电路的谐振频率的子谐波阶以用作切换频率，并大体上以所述谐振频率的所述确定的子谐波阶切换所述串联谐振电路。

优先权主张及相关专利申请案

此非临时申请案基于以下先前美国临时专利申请案主张优先权：(i)以陈磊(LeiChen)、拉贾什·穆霍帕德亚(Rajarshi Mukhopadhyay)、及马克W.摩根(Mark W.Morgan)的名义，在2015年10月21日申请的“谐波电容性功率传输(HARMONIC CAPACITIVE POWERTRANSFER)”的第62/244,224号申请案；所述申请案特此以全文引用的方式并入。

技术领域

所揭示的实施例大体上涉及功率传输的领域。更特定来说，且并非通过任何限制，本发明涉及改进低功率电容性功率传输的效率。

背景技术

在(例如)用于检测温度或压力的工业传感器应用中，为了安全和保护设备，需要将电力供应器与模拟前端隔离。电源接口要求对可能高于100KV/μs的共模瞬变的抗性，使得例如变压器/电容器的高压隔离装置是必要的。在此设置中，效率难以在低于50mW的输出功率范围处维持高于50％，尤其当较大寄生电阻及电容存在于高压装置上时。另外，例如小于大约3×3mm²且在一些情况中小于大约2mm宽的形状因子对例如场发射器的传感器应用是至关重要的。然而，高压变压器的使用通常引发较大的面积成本。

现今，隔离电源市场中的大多数(即使并非全部)现存选择是基于变压器。因为用于实施变压器所必要的大量空间，所以这些现存选择不能满足上述对大小的要求，其中数个隔离电源装置具有从7×7mm²到15×15mm²变动的尺寸。另外，现存选择在低电力区域中没有功率效率，其中效率在25mW下从10％到40％变动。

发明内容

本专利申请案揭示一种用于改进针对低功率情况(例如，50mW或更小)提供隔离的功率的功率转换器的效率的方法及装置。申请人注意到，50mW并非所揭示的方法的用途的上限。如果槽阻抗(tank impedance)可足够低，那么技术不具有针对输出功率电平的上限。然而，所揭示的方法对于低功率区域中的操作具有更显著的优点。谐振功率转换器使用串联谐振电路，所述串联谐振电路提供跨作为串联谐振电路的部件的高压电容器的输出电压。反馈电路包含反馈电压从接收器电路到功率转换器的隔离传输。所述串联谐振电路以谐振频率的子谐波阶进行操作以改进功率传输的效率。使用反馈，控制器选择提供必要功率输出的谐振频率的最大子谐波阶，接着对频率及到串联谐振电路的输入电压中的一者或两者进行微调以实现所期望的输出电压。在功率转换器的操作期间可调整子谐波阶及输入电压两者以适应改变的负载。

一方面，揭示一种用于将隔离的电容性功率传输提供到低功率负载的电子装置的实施例。所述电子装置包含：电感器，其连接到第一电容器的第一端子，以形成跨所述第一电容器将交流(AC)电压提供到低功率负载的串联谐振电路；以及切换电路，其经连接而以所述串联谐振电路的所述谐振频率的子谐波将切换电压提供到所述串联谐振电路。

另一方面，揭示一种跨串联谐振电路的电容器将隔离功率传输提供到低功率负载的方法的实施例。所述方法包含：确定经由反馈环路接收到的输出电压是否等于所期望的输出电压；响应于确定所述输出电压不等于所述期望的输出电压，确定所述串联谐振电路的所述谐振频率的子谐波阶用作切换频率；以及大体上以所述谐振频率的所述确定的子谐波阶切换所述串联谐振电路。