[发明专利]一种具备全局功率控制功能的无线能量传输系统

说明书

本发明公开了一种具备全局功率控制功能的无线能量传输系统，包括发射端和接收端，发射端包括：功率放大器，连接于功率放大器输出端的LC补偿电路，连接于LC补偿电路输出端的谐振耦合电路和解调电路，以及PWM控制电路；其中，PWM控制电路连接于解调电路输出端和功率放大器输入端之间；接收端包括：耦合电路，连接于耦合电路的整流桥，以及连接于整流桥的调制电路；其中，谐振耦合电路和耦合电路共同构成所述无线能量传输系统的能量耦合链路；所述调制电路根据输出电压的状态产生相应的调制信号，所述解调电路检测采样节点电压在所述调制信号作用下的变化，以在发射端恢复出包含输出电压状态的信息，即解调信号，并将解调信号传输至所述PWM控制电路。

技术领域

本发明涉及模拟集成电路设计领域，具体涉及一种具备全局功率控制功能的无线能量传输系统。

背景技术

无线充电技术具有便于连接、节省器件端口等优势，能够为一些极端情况下工作的电路提供更优的充电方案。例如，对于人体植入设备，若通过有线方式充电或频繁更换电池，则成本过高，操作过难，采用无线充电技术便能很好的解决这些设计上的困难。

典型的无线充电电路如图1所示，主要包括发射端和接收端。其中，发射端主要包括功率放大器和补偿电路，接收端通常包括级联的补偿网络、整流桥和稳压电路。因为无线能量传输系统工作时必然会遇到周围环境干扰、线圈相对位置变化等问题导致的耦合因子变化，进一步导致接收端输出电压不稳定，所以接收端稳压电路不可或缺。常见的稳压电路包括LDO、BUCK等，在一些充电电路设计中，还会在稳压电路后加入充电管理电路。然而，器件的多级级联一方面会降低工作效率，大面积功率管导致接收端体积增大；另一方面，仅调制接收端功率无法提升系统整体效率。

因此，在一些采用全局控制的无线充电电路中，通过上行通信链路将输出状态传输至发射端，调整发射功率。这种方式能够有效提高无线能量传输整体效率，但通信器件将产生额外的面积和功耗开销；尤其对于人体植入设备而言，接收端设计应该在实现功能的前提下越简单越好。

综上所述，亟需提出新的无线充电电路。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提出一种具备全局功率控制功能的无线能量传输系统，无需额外的通信链路即可实现上行数据传输，并实现全局功率控制，解决了现有的全局功率控制系统所存在的接收端占用面积和功耗开销大的问题。

为达上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种具备全局功率控制功能的无线能量传输系统，包括发射端和接收端，所述发射端包括：功率放大器，连接于功率放大器输出端的LC补偿电路，连接于LC补偿电路输出端的谐振耦合电路和解调电路，以及PWM控制电路；其中，PWM控制电路连接于解调电路输出端和功率放大器输入端之间；所述接收端包括：耦合电路，连接于耦合电路的整流桥，以及连接于整流桥的调制电路；其中，谐振耦合电路和耦合电路共同构成所述无线能量传输系统的能量耦合链路；所述调制电路根据输出电压的状态产生相应的调制信号，所述解调电路检测采样节点电压在所述调制信号作用下的变化，以在发射端恢复出包含输出电压状态的信息，即解调信号，并将解调信号传输至所述PWM控制电路。

更进一步地，所述调制电路连接于整流桥的输出端，包括：并联的第一负载支路和第二负载支路，以及负载控制单元；其中，第二负载支路的等效电阻大于第一负载支路的等效电阻；所述负载控制单元基于输出电压而产生控制第一负载支路和第二负载支路交替通断的脉冲信号；其中，所述调制电路的信号调制方式为调频，根据输出电压的状态调整所述脉冲信号的频率。