電壓發生裝置及包括該電壓發生裝置的無線功率發送裝置的製作方法

2024-04-01 03:58:05

本發明涉及一種電壓發生裝置及包括該電壓發生裝置的無線功率發送裝置。

背景技術：

無線功率傳輸(wirelesspowertransfer)技術中通過線圈以無線的方式發送功率並接收以無線的方式發送的功率，其被廣泛地應用於智慧型手機等多種通信設備和多種家電設備的充電器領域中，並且日後可能應用到電動汽車等，所以該技術的應用範圍非常廣。在無線功率傳輸技術領域中，為了提高充電效率而進行著多種嘗試。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

(專利文獻1)韓國公開專利公報第2014-0060866號

技術實現要素：

根據本發明的一實施例，旨在提供如下的用於發送無線功率的電壓發生裝置，能夠提高充電效率並降低製造成本。

根據本發明的一實施例，旨在提供如下的包括用於發送無線功率的電壓發生裝置的無線功率發送裝置，能夠提高充電效率並降低製造成本。

根據本發明的一實施例的電壓發生裝置包括：第一電壓發生部，利用輸入電源而生成第一偏置電壓，並生成具有所述第一偏置電壓的正弦波形態的第一電壓；第二電壓發生部，利用所述輸入電源而生成第二偏置電壓，並生成具有所述第二偏置電壓且與所述第一電壓之間的相位差為180度的正弦波形態的第二電壓。

根據本發明的一實施例的無線功率發送裝置包括電壓發生裝置和送電部，所述電壓發生裝置包括：第一電壓發生部，利用輸入電源而生成第一偏置電壓，並生成具有所述第一偏置電壓的正弦波形態的第一電壓；第二電壓發生部，利用所述輸入電源而生成第二偏置電壓，並生成具有所述第二偏置電壓且與所述第一電壓之間的相位差為180度的正弦波形態的第二電壓，所述送電部得到所述第一電壓和所述第二電壓的施加，並以無線方式發送功率。

根據本發明的一實施例的電壓發生裝置及包括該電壓發生裝置的無線功率發送裝置可以提高充電效率並降低製造成本。

附圖說明

圖1概略地示出根據本發明的一實施例的包括電壓發生裝置的無線功率發送裝置。

圖2概略地示出根據本發明的一實施例的包括電壓發生裝置的無線功率發送裝置。

圖3是用於說明根據本發明的一實施例的電壓發生裝置的操作的操作時序圖。

符號說明

10、11：電壓發生裝置20、21：送電部

110、111：第一電壓發生部120、121：第二電壓發生部

130、131：控制部

具體實施方式

以下，參照附圖而對根據本發明的一實施例的電壓發生裝置及包括該裝置的無線功率發送裝置進行說明。

圖1概略地示出根據本發明的一實施例的包括電壓發生裝置的無線功率發送裝置，根據本發明的一實施的無線功率發送裝置可以包括電壓發生裝置10和送電部20。並且，根據本發明的一實施例的電壓發生裝置10可以包括：第一電壓發生部110、第二電壓發生部120和控制部130。

電壓發生裝置10利用從外部輸入的輸入電源vin而生成偏置電壓，並輸出具有所述偏置電壓的第一電壓vt1，以及具有與所述第一電壓vt1實質上相同的偏置電壓且與所述第一電壓vt1的相位差為180度的第二電壓vt2。

第一電壓發生部110響應於第一控制信號c_s1和第二控制信號c_s2而將輸入電源vin轉換成具有第一偏置電壓的第一電壓vt1並輸出。第一電壓發生部110包括：第一電感器l1，連接到施加輸入電源vin的端子和第一節點n1之間；第一開關元件s1，連接到第一節點n1和輸出第一電壓vt1的第一輸出端子之間；第二開關元件s2，連接到第一節點n1和接地端之間；以及第一電容器c1，連接到第一輸出端子和接地端之間。第一開關元件s1響應於第一控制信號c_s1而接通/斷開(on/off)，第二開關元件s2響應於第二控制信號c_s2而接通/斷開。即，第一電壓發生部110藉助於開關元件的開關操作而將輸入電源vin升壓而生成第一偏置電壓，並輸出具有第一偏置電壓的正弦波形態的第一電壓vt1。換言之，第一電壓發生部110與升壓轉換器類似地進行工作而利用輸入電源vin生成第一偏置電壓，並與逆變器類似地進行工作而輸出具有第一振幅和第一頻率的正弦波形態的第一電壓vt1。第一振幅和第一頻率可以根據第一控制信號c_s1和第二控制信號c_s2的負荷係數和頻率而確定。

第二電壓發生部120響應於第三控制信號c_s3和第四控制信號c_s4而將輸入電源vin轉換成具有第二偏置電壓且與所述第一電壓vt1的相位差為180度的第二電壓vt2並輸出。第二偏置電壓可以具有與第一偏置電壓實質上相同的大小。第二電壓發生部120包括：第二電感器l2，連接到施加輸入電源vin的端子和第二節點n2之間；第三開關元件s3，連接到第二節點n2和輸出第二電壓vt2的第二輸出端子之間；第四開關元件s4，連接到第二節點n2和接地端之間；以及第二電容器c2，連接到第二輸出端子和接地端之間。第三開關元件s3響應於第三控制信號c_s3而接通/斷開，第四開關元件s4響應於第四控制信號c_s4而接通/斷開。即，第二電壓發生部120藉助於開關元件的開關操作而將輸入電源vin升壓而生成第二偏置電壓，並輸出具有第二偏置電壓的正弦波形態的第二電壓vt2。換言之，第二電壓發生部120與升壓轉換器類似地進行工作而利用輸入電源vin生成第二偏置電壓，並與逆變器類似地進行工作而輸出具有第二振幅和第二頻率的正弦波形態的第一電壓vt2。第二振幅和第二頻率可以根據第三控制信號c_s3和第四控制信號c_s4的負荷係數和頻率而確定，且可以分別與第一振幅和第一頻率實質上相同。

控制部130輸出第一控制信號c_s1、第二控制信號c_s2、第三控制信號c_s3和第四控制信號c_s4。當無線功率接收裝置靠近無線功率發送裝置1時，控制部130可以輸出用於輸出第一電壓vt1和第二電壓vt2的第一控制信號c_s1、第二控制信號c_s2、第三控制信號c_s3和第四控制信號c_s4。為此，控制部130可以得到第一電壓vt1和第二電壓vt2的反饋。並且，為了決定第一偏置電壓和第二偏置電壓的大小、第一電壓vt1和第二電壓vt2分別的振幅和頻率，控制部130可以從外部輸入信號。來自外部的所述信號可以是從無線功率接收裝置輸入的信號。

控制部130作為計算設備，可包括至少一個處理單元和存儲器，且可以由預定的邏輯電路實現。其中，處理單元例如可以包括：中央處理裝置、微處理器、專用集成電路(applicationspecificintegratedcircuit,asic)、現場可編程門陣列(fieldprogrammablegatearrays，fpga)等，並且可以具有多個核。存儲器可以是易失性存儲器(例如，ram等)、非易失性存儲器(例如，rom、快閃記憶體等)或它們的組合。並且，控制部130可以包括額外的磁存儲器或者光學存儲器等。所述存儲器(memory或者storage)中可以存儲有能夠被處理單元執行的計算機可讀指令。所述計算機可讀指令可以是編寫出以用於根據被從外部輸入的信號(如，從無線功率接收裝置接收的信號)以及被反饋獲取的第一電壓vt1和第二電壓vt2而輸出第一控制信號c_s1、第二控制信號c_s2、第三控制信號c_s3和第四控制信號c_s4的指令。

送電部20得到第一電壓vt1和第二電壓vt2的供應，並以無線的方式發送功率。具體地，送電部20可以根據第一電壓vt1和第二電壓vt2的變化而改變周圍的磁場或電場，從而使功率以無線的方式被發送。送電部20可以包括：送電線圈l_tx，用於連接到輸出第一電壓vt1的第一輸出端子以及輸出第二電壓vt2的第二輸出端子之間。如上所述，第一電壓vt1和第二電壓vt2可以分別為具有第一偏置電壓和第二偏置電壓的正弦波形態的電壓，且第一偏置電壓和第二偏置電壓可以具有相同的大小，第一電壓vt1和第二電壓vt2可以具有相同的振幅和頻率。因此，在送電部20的送電線圈l_tx的兩端被施加沒有dc偏置和/或諧波(harmonic)成分的具有正弦波形態的電壓。因此，可以防止因dc偏置和/或諧波(harmonic)成分的功率損失和/或emi噪聲增加等問題的產生。並且，送電部20可以不用專門的電容器而只由送電線圈實現。

圖2概略地示出根據本發明的一實施例的包括電壓發生裝置的無線功率發送裝置，根據本發明的一實施例的無線功率發送裝置包括電壓發生裝置11和送電部21。

電壓發生裝置11的構成及操作與圖1中說明的電壓發生裝置10的構成及操作相同。具體地，電壓發生裝置11可以包括第一電壓發生部111、第二電壓發生部121和控制部131。第一電壓發生部111、第二電壓發生部121和控制部131可以分別與圖1中說明的第一電壓發生部110、第二電壓發生部120和控制部130的構成和操作相同。

送電部21得到第一電壓vt1和第二電壓vt2的供應，並以無線方式發送功率。送電部21可以包括送電電容器c_tx和送電線圈l_tx。

圖2中示出根據本發明的一實施例的無線功率發送裝置1-1，其中送電部21還包括諧振電容器c_tx，除此之外，與圖1中示出的無線功率發送裝置1相同。通過額外地包括諧振電容器，可以在作為第一電壓vt1偏置電壓的第一偏置電壓以及作為第二電壓vt2偏置電壓的第二偏置電壓不同的情況下，也可以使無線功率傳輸順利進行。

圖3是用於說明根據本發明的一實施例的電壓發生裝置的操作的操作時序圖。

如圖3所示，控制部(圖1的130或圖2的131)所輸出的第一控制信號c_s1、第二控制信號c_s2、第三控制信號c_s3和第四控制信號c_s4可以是正弦波脈衝寬度調製(spwm：sinusoidalpulsewidthmodulation)信號形態的信號。並且，控制部(圖1的130或圖2的131)可以輸出第一控制信號c_s1、第二控制信號c_s2、第三控制信號c_s3和第四控制信號c_s4以使第一開關元件(圖1和圖2的s1)和第二開關元件(圖1和圖2的s3)相輔地接通/斷開，並使第三開關元件(圖1和圖2的s3)和第四開關元件(圖1和圖2的s4)相輔地接通/斷開。即，第一控制信號c_s1的反轉信號可以是第二控制信號c_s2，第三控制信號c_s3的反轉信號可以是第四控制信號c_s4。

雖未示出，但是控制部(圖1的130或圖2的131)可以比較三角波形態的信號和正弦波形態信號而生成第一控制信號c_s1、第二控制信號c_s2、第三控制信號c_s3和第四控制信號c_s4。具體地，控制部(圖1的130或圖2的131)可以比較最小值為0v且最大值為第一峰值電壓v_p1的三角波形態的信號，與如第一電壓vt1的最小值為第二峰值電壓v_p2且最大值為第一峰值電壓v_p1的正弦波形態的信號，從而生成第一控制信號c_s1和第二控制信號c_s2並輸出；並比較最小值為0v且最大值為第一峰值電壓v_p1的三角波形態的信號，與如第二電壓vt2的最小值為第二峰值電壓v_p2且最大值為第一峰值電壓v_p1的正弦波形態的信號，從而生成第三控制信號c_s3和第四控制信號c_s4並輸出。此時，為了生成第一控制信號c_s1和第二控制信號c_s2而使用的正弦波形態的信號與為了生成第三控制信號c_s3和第四控制信號c_s4而使用的正弦波形態的信號的相位差可以為180度。

當控制部(圖1的130或圖2的131)輸出第一控制信號c_s1、第二控制信號c_s2、第三控制信號c_s3和第四控制信號c_s4時，電壓發生裝置(圖1的10或圖2的11)可以輸出如圖3所示的第一電壓vt1和第二電壓vt2。如圖3所示，第一電壓vt1可以是具有偏置電壓v_offset且最大值為第一峰值電壓v_p1，最小值為第二峰值電壓v_p2的正弦波形態的交流電壓。第二電壓vt2可以是具有偏置電壓v_offset且最大值為第一峰值電壓v_p1，最小值為第二峰值電壓v_p2且與第一電壓vt1的相位差為180度的正弦波形態的交流電壓。第一電壓vt1和第二電壓vt2可以利用輸入電壓(圖1和圖2中的vin)而生成。

偏置電壓v_offset作為輸入電壓(圖1和圖2的vin)得到升壓的電壓，可以是存儲於第一電容器(圖1和圖2的c1)和第二電容器(圖1和圖2的c2)中的電壓。為了將偏置電壓v_offset存儲於第一電容器(圖1和圖2的c1)和第二電容器(圖1和圖2的c2)中，第一電壓發生電路(圖1的110或圖2的111)和第二電壓發生電路(圖1的120或圖2的121)可以作為升壓轉換器而工作。即，直到第一電容器(圖1和圖2的c1)和第二電容器(圖1和圖2的c2)兩端的電壓成為偏置電壓v_offset，控制部(圖1的130或圖2的131)可以輸出第一控制信號c_s1、第二控制信號c_s2、第三控制信號c_s3和第四控制信號c_s4，以使第一電壓發生電路(圖1的110或圖2的111)和第二電壓發生電路(圖1的120或圖2的121)作為升壓轉換器而工作。

如圖1和圖2所示，第一電壓vt1和第二電壓vt2分別被施加到送電部(圖1的20或圖2的21)的兩端。因此，送電部(圖1的20或圖2的21)兩端的電壓變成與圖3的vt1-vt2相同的電壓。如果，第一峰值電壓v_p1為30v，第二峰值電壓v_p2為10v，則送電部(圖1的20或圖2的21)兩端的電壓可以是最大值+vpp為10v，最小值-vpp為-20v的正弦波形態的交流電壓。在此情況下，偏置電壓v_offset可以是10v。

圖3中示出了第一電壓發生部(圖1的110或圖2的111)和第二電壓發生部(圖1的120或圖2的121)均輸出正弦波形態的電壓的情形，但是第一電壓發生部(圖1的110或圖2的111)和第二電壓發生部(圖1的120或圖2的121)可以分別只工作半個周期。例如，在第一個半周期內，第一電壓發生部(圖1的110或圖2的111)可以進行開關操作而向送電部(圖1的20或圖2的21)的一端輸出相當於正弦波的半周期的電壓，第二電壓發生部(圖1的120或圖2的121)則停止開關操作，並將輸入電壓vin輸出到送電部(圖1的20或圖2的21)的另一端；在第二個半周期內，第二電壓發生部(圖1的120或圖2的121)進行開關操作而向送電部(圖1的20或圖2的21)的另一端輸出相當於正弦波的半周期的電壓，第一電壓發生部(圖1的110或圖2的111)則停止開關操作，並將輸入電壓vin輸出到送電部(圖1的20或圖2的21)的一端。

以上，對本發明的實施例進行了詳細的說明，但是本發明的權利範圍不限於此，本發明的所屬技術領域中具有基本知識的人員可以認識到，在不脫離權利要求書中記載的本發明的技術思想的範圍內，可以進行多種修改和變形。