[发明专利]一种无线能量传输系统及其无线相移控制方法

说明书

本申请提供一种具有无线相移控制的无线能量传输系统，包括接收端、发射端和耦合线圈；接收端包括整流器和相移控制器，整流器包括晶体管，相移控制器用于控制晶体管的栅极控制信号的延时，以调整整流器的输入电压与输入电流之间的相位差，当接收端的负载电流变化时，相位差跟随变化从而达到输出稳压；耦合线圈用于对接收端和发射端耦合，使得当整流器的输入电压与输入电流之间存在相位差时，发射端的输出电压和输出电流之间的相位差跟随整流器的输入电压与输入电流之间的相位差变化；发射端包括相移检测器和功率放大器，相移检测器用于根据发射端的输出电压和输出电流之间的相位差产生控制信号，功率放大器用于根据控制信号调整发射端的传输功率。

技术领域

本申请涉及无线能量传输领域，尤其涉及一种无线能量传输系统及其无线相移控制方法。

背景技术

无线能量传输技术凭借其安全性和方便性，在可植入医疗设备、可穿戴设备和移动设备等电子产品领域得到了越来越广泛的应用。一个完整的无线能量传输系统是由发射端、耦合线圈和接收端这三部分构成。首先发射端将DC电源转换成AC电源，其次耦合线圈将能量从发射端线圈传输到接收端线圈，最后接收端将接收到的AC电源转换成DC电源并产生稳定的电压输出。

传统的研究主要集中在接收端整流器的设计，追求高效率和快速瞬态响应等性能，然而其发射端往往工作在最大功率情况，在低负载情况时，整体系统效率比较低，从而引起严重的发热问题，并且对便携式发射端应用中电池运行时间损耗较大。

因此，基于接收端负载变化从而自适应调节发射端传输功率的控制技术是非常重要的。为了实现这一控制技术，首先要完成接收端到发射端的信息反馈。近年来有不少研究通过各种方法来实现信息反馈，如有线连接、2.4GHz通信、额外耦合线圈、负载变化键控等，但这些方法都需要用到额外的片外器件或者线圈，增加了物料损耗和面积，提高了成本，并且引入了额外的功耗。

发明内容

本申请提供一种具有无线相移控制的无线能量传输系统，包括接收端、发射端和耦合线圈；

所述接收端包括整流器和相移控制器，所述整流器包括晶体管，所述相移控制器用于控制所述晶体管的栅极控制信号的延时，以调整所述整流器的输入电压与输入电流之间的相位差，当所述接收端的负载电流变化时，所述相位差跟随变化从而达到输出的稳压；

所述耦合线圈用于对所述接收端和所述发射端耦合，使得当所述整流器的输入电压与输入电流之间存在相位差时，所述发射端的输出电压和输出电流之间的相位差跟随所述整流器的输入电压与输入电流之间的相位差变化；

所述发射端包括相移检测器和功率放大器，所述相移检测器用于根据所述发射端的输出电压和输出电流之间的相位差产生控制信号，所述功率放大器用于根据所述控制信号调整所述发射端的传输功率。

可选地，所述整流器包括第一晶体管和第二晶体管；

所述相移控制器用于通过控制输出至所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极控制信号的延时来调整所述整流器的输入电压与输入电流之间的相位差。

可选地，所述相移控制器用于控制所述第一晶体管的栅极控制信号和所述第二晶体管的栅极控制信号的延时，来控制所述第一晶体管和所述第二晶体管的打开与关断，使得所述整流器在完成整流的同时完成稳压工作；

其中，当所述第一晶体管的栅极控制信号和所述第二晶体管的栅极控制信号存在延时时，所述整流器的输入电压滞后于输入电流，使得当所述整流器的负载电流增大时，所述整流器的输入电压与输入电流的相位差减小，负载电流减小时，所述整流器的输入电压与输入电流的相位差增大。

可选地，所述相移控制器包括反馈分压电阻、跨导放大器、补偿电阻与补偿电容、两个比较器和两个延时器、第一组晶体管、第二组晶体管；

所述两个比较器分别用于根据所述整流器的输入电压输出电平信号，所述电平信号用于分别控制所述第一组晶体管和所述第二组晶体管的导通和断开；