具有延迟锁定环路的有源整流器,包括有源整流器的无线电力接收设备

摘要

提供一种有源整流器及包括该有源整流器的无线电力接收器。根据一方面，有源整流器可包括：第一环路，被配置成当输入信号的相位为正时提供电压；第二环路，被配置成当输入信号的相位为负时提供电压，其中，第一环路和第二环路包括延迟锁定环路，所述延迟锁定环路被配置成补偿由于包括在有源整流器中的开关的延迟而导致的反向电流泄漏。

说明书

技术领域

下面的描述涉及一种有源整流器，该有源整流器可用于无线电力传输。

背景技术

谐振电力传输系统是多种无线电力传输系统中的一种，且可包括发送谐 振电力的源装置和接收谐振电力的目标装置。谐振电力可从源装置无线地发 送到目标装置。

当与无线电力传输系统的目标装置对应的无线电力接收器使用无源整流 器时，由于包括在整流器中的二极管导致的压降，无源整流器可将交流电流 整流成其电压等于通过从输入的峰值电压减去压降而获得的值。无线电力接 收器中的整流器可以是影响电力传输效率的重要因素。

发明内容

技术方案

根据一方面，一种有源整流器可包括：第一环路，被配置成当输入信号 的相位为正时提供电压；第二环路，被配置成当输入信号的相位为负时提供 电压，其中，第一环路和第二环路包括延迟锁定环路，所述延迟锁定环路被 配置成补偿由于包括在有源整流器中的开关的延迟而导致的反向电流泄漏。

输入信号可通过磁耦合从源谐振器被接收。

第一环路可包括：第一开关，被配置成当输入信号的相位为正时基于关 于输入信号的差分信号而导通；第一延迟开关，当输入信号的相位为正时基 于关于输入信号的差分信号而导通；第一延迟锁定环路，被配置成补偿差分 信号的相位从正转换到负的时刻与第一延迟开关导通的时刻之间的延迟；电 容器，被配置成提供与输入信号的最大幅值基本上对应的电压。

第一延迟开关可包括：比较器，被配置成接收差分信号并且当差分信号 的相位为负时输出预定电压；电压缓冲器，被配置成储存从比较器输出的预 定电压，并且当储存的电压变成预定导通电压时输出导通电压；晶体管，被 配置成通过从电压缓冲器输出的导通电压而导通，其中，第一延迟锁定环路 被配置成提供与由于比较器和电压缓冲器而导致的延迟对应的电压偏移，并 将所述电压偏移添加到输入至比较器的差分信号的相位。

第一延迟锁定环路可包括：第二比较器，被配置成接收差分信号，并且 当差分信号的相位为负时输出预定电压；延迟单元，被配置成接收电压缓冲 器的输出，并在将第二比较器的预定延迟添加到所述接收的输出之后输出所 述接收的输出；相位检测单元，被配置成检测第二比较器的输出信号和延迟 单元的输出信号之间的相位差；电荷泵，被配置成提供与所述相位差对应的 电压偏移；延迟补偿单元，被配置成将所述电压偏移添加到输入至比较器的 差分信号的相位。

第二环路可包括：第二开关，被配置成当输入信号的相位为负时导通； 第二延迟开关，被配置成当输入信号的相位为负时导通；第二延迟锁定环路， 被配置成补偿输入信号的相位从正转换到负的时刻与第二延迟开关导通的时 刻之间的延迟；电容器，被配置成提供与输入信号的最大幅值对应的电压。

第二延迟开关可包括：比较器，被配置成接收输入信号并且当输入信号 的相位为负时输出预定电压；电压缓冲器，被配置成储存从比较器输出的预 定电压，并且当储存的电压变成预定导通电压时输出导通电压；晶体管，被 配置成通过从电压缓冲器输出的导通电压而导通，其中，第二延迟锁定环路 被配置成提供与由于比较器和电压缓冲器而导致的延迟对应的电压偏移，并 将所述电压偏移添加到输入至比较器的输入信号的相位。

第二延迟锁定环路可包括：第二比较器，被配置成接收输入信号，并且 当输入信号的相位为负时输出预定电压；延迟单元，被配置成接收电压缓冲 器的输出，并在将第二比较器的预定延迟添加到所述接收的输出之后输出所 述接收的输出；相位检测单元，被配置成检测第二比较器的输出信号和延迟 单元的输出信号之间的相位差；电荷泵，被配置成提供与所述相位差对应的 电压偏移；延迟补偿单元，被配置所述成将电压偏移添加到输入至比较器的 输入信号的相位。

根据另一方面，一种无线电力接收器可包括：目标谐振器，被配置成从 源谐振器接收电磁能量；有源整流器，被配置成通过对由目标谐振器接收的 AC信号进行整流而产生DC信号；DC-DC转换器，用于通过调节DC信号的信 号电平而输出整流的电压，其中，有源整流器包括延迟锁定环路，所述延迟 锁定环路被配置成补偿由于包括在有源整流器中的开关的延迟而导致的反向 电流泄漏。

有源整流器可包括：第一环路，被配置成当AC信号的相位为正时提供电 压；第二环路，被配置成当AC信号的相位为负时提供电压，其中，第一环路 和第二环路包括延迟锁定环路，所述延迟锁定环路被配置成补偿由于包括在 有源整流器中的开关的延迟而导致的反向电流泄漏。

第一环路可包括：第一开关，被配置成在AC信号的相位为正的时段基于 关于AC信号的差分信号而导通；第一延迟开关，被配置成在AC信号的相位 为正的时段基于关于AC信号的差分信号而导通；第一延迟锁定环路，被配置 成补偿差分信号的相位从正转换到负的时刻与第一延迟开关导通的时刻之间 的延迟；电容器，被配置成提供与AC信号的最大幅值基本上对应的DC电压。

第二环路可包括：第二开关，被配置成当AC信号的相位为负时导通；第 二延迟开关，被配置成当AC信号的相位为负时导通；第二延迟锁定环路，被 配置成补偿AC信号的相位从正转换到负的时刻与第二延迟开关导通的时刻 之间的延迟；电容器，被配置成提供与AC信号的最大幅值基本上对应的DC 电压。

根据另一方面，一种有源整流器可包括：第一电路，被配置成当输入信 号的相位为正时提供电压；第二电路，被配置成当输入信号的相位为负时提 供电压，其中，第一电路、第二电路或者第一电路和第二电路二者包括延迟 锁定电路，所述延迟锁定电路被配置成补偿有源整流器中的反向电流泄漏。

第一电路、第二电路或者第一电路和第二电路二者可包括至少一个开关， 第一电路和第二电路中的一个或者第一电路和第二电路二者的延迟锁定电路 被配置成补偿由于所述至少一个开关的延迟而导致的反向电流泄漏。

所述至少一个开关可包括晶体管。所述晶体管可包括PMOS晶体管或NMOS 晶体管。

第一电路、第二电路或者第一电路和第二电路二者可包括：开关，被配 置成在输入信号的相位为正时基于关于输入信号的差分信号而导通；延迟开 关，在输入信号的相位为正时基于关于输入信号的差分信号而导通；电容器， 被配置成提供与输入信号的最大幅值基本上对应的电压，其中，延迟锁定电 路被配置成补偿差分信号的相位从正转换到负的时刻与延迟开关导通的时刻 之间的延迟。

延迟开关可包括：比较器，被配置成接收差分信号并且当差分信号的相 位为负时输出预定电压；电压缓冲器，被配置成储存从比较器输出的预定电 压，并且当储存的电压变成预定导通电压时输出导通电压；晶体管，被配置 成通过从电压缓冲器输出的导通电压而导通，其中，延迟锁定电路被配置成 提供与由于比较器和电压缓冲器而导致的延迟对应的电压偏移，并将所述电 压偏移添加到输入至比较器的差分信号的相位。

延迟锁定电路可包括：第二比较器，被配置成接收差分信号，并且当差 分信号的相位为负时输出预定电压；延迟单元，被配置成接收电压缓冲器的 输出，并在将第二比较器的预定延迟添加到所述接收的输出之后输出所述接 收的输出；相位检测单元，被配置成检测第二比较器的输出信号和延迟单元 的输出信号之间的相位差；电荷泵，被配置成提供与所述相位差对应的电压 偏移；延迟补偿单元，被配置成将所述电压偏移添加到输入至比较器的差分 信号的相位。

一种电子装置可包括有源整流器。

其他特征和方面可从下面的详细描述、附图和权利要求中清楚。

附图说明

图1是示出无线电力传输系统的示图；

图2是示出有源整流器的示图；

图3是示出使用有源整流器进行整流的示图；

图4是示出图2的有源整流器的仿真的示图；

图5是示出具有延迟锁定环路的有源整流器的示图；

图6是示出图5的有源整流器的仿真的示图；

图7是示出有源整流器中的延迟锁定环路的示图；

图8至图14是示出各种谐振器的示图；

图15是示出图8的用于无线电力传输的谐振器的一个等效电路的示图。

在所有的附图和详细描述中，除非另外描述，否则相同的附图标号应该 被理解为指示相同的元件、特征和结构。为了清晰、说明和方便，可能夸大 这些元件的相对大小和描述。

具体实施方式

提供下面的详细描述，以帮助读者获得对于在此描述的方法、设备和/ 或系统的全面理解。因此，在此描述的系统、设备和/或方法的各种改变、修 改及等同物可被推荐给本领域的普通技术人员。描述的操作和/或处理步骤的 进行是一个示例；然而，除了必须以特定顺序发生的操作和/或步骤之外，操 作和/或处理步骤的顺序不限于在此阐述的顺序，而是可进行如本领域已知的 改变。此外，为了增加清楚性和简明，可省略对于公知功能和构造的描述。

一个或多个实施例可提供有源整流器，该有源整流器使用延迟锁定环路 补偿反向电流泄漏。在一些实施例中，有源整流器可用于无线电力传输系统 的无线电力接收器。当然，将认识到的是，有源整流器可用于可能需要进行 电力整流的其他电子装置。

图1示出了无线电力传输系统。

传输的无线电力可以是谐振电力。如图1所示，无线电力传输系统可具 有源-目标结构，所述源-目标结构包括源和目标。例如，无线电力传输系统 可包括对应于源的谐振电力发送器110和对应于目标的谐振电力接收器120。

谐振电力发送器110可包括源单元111和源谐振器115。源单元111可 被配置成从外部电压供应器接收能量，以产生谐振电力。在一些示例中，谐 振电力发送器110还可包括匹配控制器113，以执行谐振频率和/或阻抗匹配。

源单元111可包括交流(AC)至AC(AC/AC)转换器、AC至直流(DC) (AC/DC)转换器、(DC/AC)逆变器。AC/AC转换器可被配置成将从外部装置 输入的AC信号的信号电平调节到期望的电平。AC/DC转换器可(例如)通过 对从AC/AC转换器输出的AC信号进行整流来输出预定电平的DC电压。DC/AC 逆变器可被配置成通过快速地开关从AC/DC转换器输出的DC电压来产生(例 如，几兆赫兹(MHz)到几十MHz频带的)AC信号。其他频率的AC电也是可 行的。

匹配控制器113可被配置成设置源谐振器115的谐振带宽和源谐振器 115的阻抗匹配频率中的至少一个。在一些实施方式中，匹配控制器113可 包括源谐振带宽设置单元和源匹配频率设置单元中的至少一个。源谐振带宽 设置单元可设置源谐振器115的谐振带宽。源匹配频率设置单元可设置源谐 振器115的阻抗匹配频率。例如，可基于源谐振器115的谐振带宽的设置或 源谐振器115的阻抗匹配频率的设置来确定源谐振器115的Q因子。

源谐振器115可被配置成将电磁能量传输到目标谐振器121。例如，源 谐振器115可通过与目标谐振器121的磁耦合101将谐振电力传输到谐振电 力接收器120。因此，源谐振器115可被配置成在设置的谐振带宽内谐振。

如图所示，谐振电力接收器120可包括：目标谐振器121；匹配控制器 123，用于执行谐振频率或阻抗匹配；目标单元125，用于将接收的谐振电力 传输到装置或负载。

目标谐振器121可被配置成从源谐振器115接收电磁能量。目标谐振器 121可被配置成在设置的谐振带宽内谐振。

匹配控制器123可设置目标谐振器121的谐振带宽和目标谐振器121的 阻抗匹配频率中的至少一个。在一些示例中，匹配控制器123可包括目标谐 振带宽设置单元、目标匹配频率设置单元或者这两个设置单元。目标谐振带 宽设置单元可设置目标谐振器121的谐振带宽。目标匹配频率设置单元可设 置目标谐振器121的阻抗匹配频率。例如，可基于目标谐振器121的谐振带 宽的设置和/或目标谐振器121的阻抗匹配频率的设置来确定目标谐振器121 的Q因子。

目标单元125可被配置成将接收的谐振电力传输到装置或负载。目标单 元125可包括AC/DC转换器和DC/DC转换器。AC/DC转换器可通过对从源谐 振器115发送到目标谐振器121的AC信号进行整流来产生DC电压。DC/DC 转换器可通过调节DC电压的电压电平来将额定电压供应给装置或负载。

例如，AC/DC转换器可被配置成使用延迟锁定环路的有源整流器。

在一个或多个实施例中，源谐振器115和目标谐振器121可被配置成螺 旋线圈结构的谐振器、涡旋线圈结构的谐振器、元结构(meta-structured) 的谐振器等。

参照图1，控制Q因子的步骤可包括：设置源谐振器115的谐振带宽和 目标谐振器121的谐振带宽；以及通过源谐振器115和目标谐振器121之间 的磁耦合101将电磁能量从源谐振器115传输到目标谐振器121。在一些示 例中，源谐振器115的谐振带宽可被设置成比目标谐振器121的谐振带宽宽 或者比目标谐振器121的谐振带宽窄。例如，可通过将源谐振器115的谐振 带宽设置成比目标谐振器121的谐振带宽宽或者比目标谐振器121的谐振带 宽窄，来保持源谐振器115的BW因子和目标谐振器121的BW因子之间的不 平衡关系。

对于采用谐振方案的无线电力传输，谐振带宽可能是重要因素。当Q因 子(例如，考虑源谐振器115和目标谐振器121之间的距离的改变、谐振阻 抗的改变、阻抗不匹配、反射信号等)是Qt时，Qt可具有与谐振带宽成反比 的关系，如等式1所给出的。

[等式1]

$\frac{\mathrm{\Delta f}}{f_0}=\frac{1}{\mathrm{Qt}}$

$={\Gamma }_{S,D}+\frac{1}{{\mathrm{BW}}_S}+\frac{1}{{\mathrm{BW}}_D}$

在等式1中，f₀表示中心频率，Δf表示带宽的改变，Γ_S，D表示源谐振器 115和目标谐振器121之间的反射损失，BW_S表示源谐振器115的谐振带宽， BW_D表示目标谐振器121的谐振带宽。BW因子可指示1/BW_S或1/BW_D。

由于一个或多个外部因素(例如，源谐振器115和目标谐振器121之间 的距离改变、源谐振器115和目标谐振器121中至少一个的位置改变等)，导 致可在源谐振器115和目标谐振器121之间产生阻抗不匹配。阻抗不匹配可 直接导致电力传输效率降低。当检测到与发送信号对应的部分地反射且返回 的反射波时，匹配控制器113可被配置成确定已经产生阻抗不匹配，并可执 行阻抗匹配。匹配控制器113可通过对反射波进行波形分析，经检测谐振点， 来改变谐振频率。匹配控制器113可将反射波的波形中具有最小振幅的频率 确定为谐振频率。

图1中的源谐振器115和/或目标谐振器121可具有在图8至图14中示 出的谐振器结构。

图2示出了有源整流器200。如图所示，有源整流器200可包括第一环 路和第二环路。第一环路和第二环路可以是电路。第一环路可被配置成当输 入AC信号的相位为正时提供电压，第二环路可被配置成当输入AC信号的相 位为负时提供电压。第一环路可包括第一开关210、第一延迟开关220及电 容器270。在一些实施例中，第一开关210可包括p沟道金属氧化物半导体 (PMOS)晶体管212，并且第一开关210可在输入AC信号的相位为正时，基 于关于输入AC信号的差分信号而“导通”(或者另外接通)。第一延迟开关 220可在AC信号的相位为正的时段，基于关于AC信号的差分信号而“导通”。 电容器270可被配置成提供与AC信号的最大幅值基本上对应的DC电压。

第一延迟开关220可包括比较器222、电压缓冲器224及晶体管226。比 较器222可接收差分信号，并且可在差分信号的相位为负时输出预定电压。 电压缓冲器224可被配置成储存从比较器222输出的预定电压，并且可在储 存的电压变成预定导通电压时输出导通电压。晶体管226可基于从电压缓冲 器224输出的导通电压而“导通”。在一些实施例中，晶体管226可对应于n 沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。

第二环路可包括第二开关240、第二延迟开关250及电容器270。例如， 第二开关240可包括PMOS晶体管242，并且可在AC信号的相位为负时“导 通”。第二延迟开关250可在输入AC信号的相位为负时“导通”。电容器270 可提供与AC信号的最大幅值基本上对应的DC电压。

第二延迟开关250可包括比较器256、电压缓冲器254及晶体管252。比 较器256可接收AC信号作为输入，并且可在AC信号的相位为负的时段输出 预定电压。电压缓冲器254可储存从比较器256输出的预定电压，并且可在 储存的电压变成预定导通电压时输出导通电压。晶体管252可通过从电压缓 冲器254输出的导通电压而导通或另外启动。在一些实施例中，晶体管252 可对应于NMOS晶体管。

图3示出了使用有源整流器进行的整流。参照图3，在有源整流器中不 会产生压降。因此，电压V可被整流成电压为(V_swing/2)V。V_swing指示输入AC 电的峰到峰振荡。

因此，当消除了整流器的压降时，可使整流器的效率最大化。然而，与 传统的无源整流器不同，可在有源整流器中产生反向电流泄漏。

图4示出了图2的有源整流器的仿真。在图4中，圆圈指示产生反向电 流泄漏的部分。在有源整流器200中，反向电流泄漏可导致比较器和电压缓 冲器之间的延迟。例如，参照图2，比较器可包括比较器222和/或比较器256， 电压缓冲器可包括电压缓冲器224和/或电压缓冲器254。包括在有源整流器 中的一个或多个开关会由于延迟而在适当时间没有“截止”，因此，可产生反 向电流泄漏。例如，开关可以是晶体管。如图2所示，晶体管可以是晶体管 226和/或晶体管252。反向电流泄漏可导致功率损耗，因此，可能不会实现 高的电力转换效率。

根据一个或多个实施例，可使用图5的延迟锁定环路克服在有源整流器 200中产生的反向电流泄漏。

图5示出了具有延迟锁定环路的有源整流器500。

如图所示，有源整流器500可包括第一环路和第二环路。第一环路和第 二环路可以是电路。第一环路可被配置成当输入AC信号的相位为正时提供电 压，第二环路可在输入AC信号的相位为负时提供电压。第一环路和第二环路 中的一个或这两个环路可包括延迟锁定环路，延迟锁定环路被配置成补偿由 于包括在有源整流器的第一环路和/或第二环路中的开关的延迟而导致的反 向电流泄漏。例如，延迟锁定环路可以是电路。

如图所示，第一环路可包括第一开关510、第一延迟开关520、第一延迟 锁定环路530及电容器570。例如，第一开关510可包括晶体管512，并且第 一开关510可在输入AC信号的相位为正时，基于关于AC信号的差分信号而 导通或者另外启动。例如，晶体管512可以是PMOS晶体管。第一延迟开关 520可在AC信号的相位为正时，基于关于输入AC信号的差分信号而导通。 第一延迟锁定环路530可被配置成补偿差分信号的相位从正转换到负的时刻 与第一延迟开关520导通的时刻之间的延迟。电容器570可被配置成提供与 AC信号的最大幅值对应的DC电压。

第一延迟开关520可包括比较器526、电压缓冲器524及晶体管522。比 较器526可接收差分信号，并且可在差分信号的相位为负时输出预定电压。 电压缓冲器524可储存从比较器526输出的预定电压，并且可在储存的电压 变成预定导通电压时输出导通电压。晶体管522可基于从电压缓冲器524输 出的导通电压而导通。在一些示例中，晶体管522可以是NMOS晶体管。

第一延迟锁定环路530可被配置成产生或提供与由比较器526和电压缓 冲器524导致的延迟对应的电压偏移，并将电压偏移添加到输入至比较器526 的差分信号的相位。

第二环路可包括第二开关540、第二延迟开关550、第二延迟锁定环路 560及电容器570。例如，第二开关540可包括晶体管542，并且第二开关540 可在输入AC信号的相位为负时导通。例如，晶体管542可以是PMOS晶体管。 第二延迟开关550可在输入AC信号的相位为负时导通。第二延迟锁定环路 560可被配置成补偿AC信号的相位从正转换到负的时刻与第二延迟开关550 导通的时刻之间的延迟。电容器570可被配置成提供与AC信号的最大幅值基 本上对应的DC电压。

第二延迟开关550可包括比较器556、电压缓冲器554及晶体管552。比 较器556可接收AC信号作为输入，并且可在AC信号的相位为负的时段输出 预定电压。电压缓冲器554可储存从比较器556输出的预定电压，并且可在 储存的电压变成预定导通电压时输出导通电压。晶体管552可通过从电压缓 冲器554输出的导通电压而导通。在一些示例中，晶体管552可以是NMOS晶 体管。第二延迟锁定环路560可产生或提供与由比较器556和电压缓冲器554 导致的延迟对应的电压偏移，并且可将电压偏移添加到输入至比较器556的 AC信号的相位。

图6示出了图5的有源整流器500的仿真结果。如将认识到的，有源整 流器500可被配置成使用对应于延迟的电压偏移而基本上补偿反向电流泄 漏，该电压偏移使用延迟锁定环路(例如，延迟锁定环路530和延迟锁定环 路560)获得。

图7示出了用于图5的有源整流器500的第二延迟锁定环路560的一个 实施例。如图所示，第二延迟锁定环路560可包括第二比较器710、延迟单 元720、相位检测单元730、电荷泵740及延迟补偿单元750。

第二比较器710可接收AC信号作为输入，并且可在输入AC信号的相位 为负的时段输出预定电压。延迟单元720可接收电压缓冲器554的输出，并 且可在将与第二比较器710对应的预定延迟添加到所述接收的输出之后输出 所述接收的输出。相位检测单元730可被配置成检测第二比较器710的输出 信号和延迟单元720的输出信号之间的相位差，并且可将所述相位差发送到 电荷泵740。电荷泵740可提供与从相位检测单元730检测的相位差对应的 电压偏移。延迟补偿单元750可在将输入到比较器556的AC信号的相位与所 述电压偏移相加之后，将所述电压偏移提供给比较器556。

在一些实施例中，第一延迟锁定环路530也可以以与图7的延迟锁定环 路相同的方式实施。

再次参照图1，源谐振器115和/或目标谐振器121可被配置成螺旋线圈 结构的谐振器、涡旋线圈结构的谐振器、元结构(meta-structured)的谐振 器等。

在自然界中发现的许多材料的电磁特性在于它们具有唯一的磁导率或唯 一的介电常数。大多数材料通常具有正磁导率或正介电常数。因此，对于这 些材料，右手定则可应用于电场、磁场和指向矢量，因此，相应的材料可被 称为右手材料(RHM)。

另一方面，具有不是在自然界中通常发现的磁导率或介电常数的材料或 者人工设计(或人造)的材料在此可被称为“超材料”。基于相应介电常数或 磁导率的符号，超材料可被分类为ε负(ENG)材料、μ负(MNG)材料、双 负(DNG)材料、负折射率(NRI)材料、左手(LH)材料等。

磁导率可指示在相应材料中针对给定磁场产生的磁通密度与在真空状态 下针对所述给定磁场产生的磁通密度之间的比率。介电常数指示在相应材料 中针对给定电场产生的电通密度与在真空状态下针对所述给定电场产生的电 通密度之间的比率。磁导率和介电常数可确定相应材料在给定频率或给定波 长的传播常数。可基于磁导率和介电常数确定相应材料的电磁特性。根据一 方面，超材料可容易地置于谐振状态，而没有明显的材料尺寸改变。对于相 对大的波长区域或相对低的频率区域，这可以是实用的。图8示出了具有二 维(2D)结构的谐振器800。

如图所示，具有2D结构的谐振器800可包括传输线、电容器820、匹配 器830以及导体841和842。传输线可包括(例如)第一信号传导部分811、 第二信号传导部分812及接地传导部分813。

电容器820可串联地插入或另外布置在第一信号传导部分811和第二信 号传导部分812之间，从而电场可被限制在电容器820内。在各种实施方式 中，传输线可包括在传输线的上部的至少一个导体，并且还可包括在传输线 的下部的至少一个导体。电流可流经设置在传输线的上部的所述至少一个导 体，并且设置在传输线的下部的所述至少一个导体可电接地。如图8所示， 谐振器800可被配置成具有通常的2D结构。传输线可包括在传输线的上部的 第一信号传导部分811和第二信号传导部分812，并且可包括在传输线的下 部的接地传导部分813。如图所示，第一信号传导部分811和第二信号传导 部分812可被设置成面对接地传导部分813，电流流经第一信号传导部分811 和第二信号传导部分812。

在一些实施方式中，第一信号传导部分811的一端可电连接(即，短接) 到导体842，并且第一信号传导部分811的另一端可连接到电容器820。第二 信号传导部分812的一端可通过导体841接地，并且第二信号传导部分812 的另一端可连接到电容器820。因此，第一信号传导部分811、第二信号传导 部分812、接地传导部分813以及导体841和842可彼此连接，从而谐振器 800可具有电“闭合环路结构”。如在此使用的术语“闭合环路结构”可包括 电闭合的多边形结构，例如，圆形结构、矩形结构等。

电容器820可插入到传输线的中间部分中。例如，电容器820可插入到 第一信号传导部分811和第二信号传导部分812之间的空间中。在一些示例 中，电容器820可被配置成集总元件、分布式元件等。例如，分布式电容器 可被配置成分布式元件，并可包括Z字形导线以及在Z字形导线之间具有相 对高的介电常数的介电材料。

当电容器820插入到传输线中时，谐振器800可具有如上讨论的超材料 的性质。例如，由于电容器820的电容而使谐振器800可具有负磁导率。如 果是这样，则谐振器800还可被称为μ负(MNG)谐振器。可应用各种准则来 确定电容器820的电容。例如，能够使谐振器800具有超材料的特性的准则 可包括以下准则中的一个或多个：能够使谐振器800在目标频率具有负磁导 率的准则；能够使谐振器800在目标频率具有零阶谐振特性的准则等。还可 被称为MNG谐振器800的谐振器800还可具有零阶谐振特性(即，具有当传 播常数是“0”时的频率作为谐振频率)。如果谐振器800具有零阶谐振特性， 则谐振频率可独立于MNG谐振器800的物理尺寸。此外，通过适当地设计(或 配置)电容器820，MNG谐振器800可在基本上不改变MNG谐振器800的物理 尺寸的情况下充分地改变谐振频率。

例如，在近场中，电场可集中于插入到传输线中的电容器820上。因此， 由于电容器820，使得磁场可在近场中变为主导。在一个或多个实施例中， MNG谐振器800可使用集总元件的电容器820而具有相对高的Q因子。因此， 可提高电力传输效率。例如，Q因子指示在无线电力传输中欧姆损耗水平或 电抗相对于电阻的比率。无线电力传输的效率可根据Q因子的增加而增加。

MNG谐振器800可包括用于阻抗匹配的匹配器830。匹配器830可被配置 成适当地确定并调节MNG谐振器800的磁场的强度。根据该构造，电流可经 由连接器流入MNG谐振器800，或者可经由连接器从MNG谐振器800流出。 连接器可连接到接地传导部分813或匹配器830。在一些示例中，电力可通 过耦合来传输，而不使用连接器与接地传导部分813或匹配器830之间的物 理连接。

如图8所示，匹配器830可布置在由谐振器800的环路结构形成的环路 内。匹配器830可被配置成通过改变匹配器830的物理形状来调节谐振器800 的阻抗。例如，匹配器830可包括布置在与接地传导部分813分开距离h的 位置的用于阻抗匹配的导体831。可通过调节距离h改变谐振器800的阻抗。

在一些示例中，可设置控制器来控制匹配器830，控制器产生控制信号 并将控制信号发送到匹配器830，使得匹配器改变其物理形状，从而可调节 谐振器的阻抗。例如，匹配器830的导体831和接地传导部分813之间的距 离h可基于控制信号增加或减小。控制器可基于各种因素产生控制信号。

例如，如图8所示，匹配器830可被配置成无源元件(诸如导体831)。 当然，在其他实施例中，匹配器830可被配置成有源元件(诸如二极管、晶 体管等)。如果有源元件包括在匹配器830中，则可基于由控制器产生的控制 信号驱动有源元件，并且可基于所述控制信号调节谐振器800的阻抗。例如， 当有源元件是包括在匹配器830中的二极管时，可根据所述二极管是处于导 通状态还是处于截止状态来调节谐振器800的阻抗。

在一些示例中，还可将磁芯设置为穿过MNG谐振器800。磁芯可执行增 加电力传输距离的功能。

图9示出了具有三维(3D)结构的谐振器900。

参照图9，具有3D结构的谐振器900可包括传输线和电容器920。传输 线可包括第一信号传导部分911、第二信号传导部分912及接地传导部分913。 例如，电容器920可串联地插入在传输链路的第一信号传导部分911和第二 信号传导部分912之间，从而电场可被限制在电容器920内。

如图9所示，谐振器900可具有通常的3D结构。传输线可包括在谐振器 900的上部的第一信号传导部分911和第二信号传导部分912，并且可包括在 谐振器900的下部的接地传导部分913。第一信号传导部分911和第二信号 传导部分912可被设置成面对接地传导部分913。在该布置方式中，电流可 沿x方向流过第一信号传导部分911和第二信号传导部分912。由于该电流， 可沿-y方向形成磁场H(W)。然而，将认识到的是，在其他实施方式中，还可 沿其他方向(例如，+y方向)形成磁场H(W)。

在一个或多个实施例中，第一信号传导部分911的一端可电连接(即， 短接)到导体942，并且第一信号传导部分911的另一端可连接到电容器920。 第二信号传导部分912的一端可通过导体941接地，并且第二信号传导部分 912的另一端可连接到电容器920。因此，第一信号传导部分911、第二信号 传导部分912、接地传导部分913以及导体941和942可彼此连接，由此使 谐振器900可具有电闭合环路结构。如图9所示，电容器920可插入或另外 布置在第一信号传导部分911和第二信号传导部分912之间。例如，电容器 920可插入在第一信号传导部分911和第二信号传导部分912之间的空间中。 电容器920可包括(例如)集总元件、分布式元件等。在一个实施方式中， 具有分布式元件的形状的分布式电容器可包括Z字形导线以及布置在Z字形 导线之间的具有相对高的介电常数的介电材料。

在一些示例中，当电容器920插入到传输线中时，谐振器900可具有如 上讨论的超材料的性质。

例如，当作为集总元件插入的电容器的电容被适当地确定时，谐振器900 可具有超材料的特性。当谐振器900通过适当地调节电容器920的电容而具 有负磁导率时，谐振器900还可被称为MNG谐振器。可应用各种准则来确定 电容器920的电容。例如，所述准则可包括以下准则中的一个或多个：能够 使谐振器900具有超材料的特性的准则；能够使谐振器900在目标频率具有 负磁导率的准则；能够使谐振器900在目标频率具有零阶谐振特性的准则等。 基于上述准则中的至少一个准则，可确定电容器920的电容。

还可被称为MNG谐振器900的谐振器900可具有零阶谐振特性(即，具 有当传播常数是“0”时的频率作为谐振频率)。如果谐振器900具有零阶谐 振特性，则谐振频率可独立于MNG谐振器900的物理尺寸。因此，通过适当 地设计(或配置)电容器920，MNG谐振器900可在不改变MNG谐振器900的 物理尺寸的情况下充分地改变谐振频率。

参照图9的MNG谐振器900，在近场中，电场可集中于插入到传输线中 的电容器920上。因此，由于电容器920使得磁场可在近场中变为主导。并 且，由于具有零阶谐振特性的MNG谐振器900可具有类似于磁偶极子的特性， 因此磁场可在近场中变为主导。由于电容器920的插入而形成的相对小量的 电场可集中于电容器920上，因此，磁场可变得进一步主导。

此外，MNG谐振器900可包括用于阻抗匹配的匹配器930。匹配器930 可被配置成适当地调节MNG谐振器900的磁场的强度。可通过匹配器930确 定MNG谐振器900的阻抗。在一个或多个实施例中，电流可经由连接器940 流入MNG谐振器900，或可经由连接器940从MNG谐振器900流出。连接器 940可连接到接地传导部分913或匹配器930。

如图9所示，匹配器930可布置在由谐振器900的环路结构形成的环路 内。匹配器930可被配置成通过改变匹配器930的物理形状来调节谐振器900 的阻抗。例如，匹配器930可包括位于与接地传导部分913分开距离h的位 置的用于阻抗匹配的导体931。可通过调节距离h改变谐振器900的阻抗。

在一些实施方式中，可提供控制器来控制匹配器930。在这种情况下， 匹配器930可基于由控制器产生的控制信号来改变匹配器930的物理形状。 例如，匹配器930的导体931和接地传导部分913之间的距离h可基于控制 信号增加或减小。因此，可改变匹配器930的物理形状，从而可调节谐振器 900的阻抗。可使用各种方案来调节匹配器930的导体931和接地传导部分 913之间的距离h。作为一个示例，多个导体可包括在匹配器930中，并且可 通过适应性地激活所述多个导体中的一个来调节距离h。可选地或另外地， 可通过上下调节导体931的物理位置来调节距离h。例如，可基于控制器的 控制信号来控制距离h。控制器可使用各种因素产生控制信号。如图9所示， 匹配器930可被配置成无源元件(例如，诸如导体931)。当然，在其他实施 例中，匹配器930可被配置成有源元件(诸如二极管、晶体管等)。当有源元 件包括在匹配器930中时，可基于由控制器产生的控制信号驱动有源元件， 并且可基于所述控制信号调节谐振器900的阻抗。例如，如果有源元件是包 括在匹配器930中的二极管，则可根据所述二极管是处于导通状态还是处于 截止状态来调节谐振器900的阻抗。

在一些实施方式中，还可将磁芯设置为穿过被配置成MNG谐振器的谐振 器900。磁芯可执行增加电力传输距离的功能。

图10示出了被配置成大型(bulky type)的用于无线电力传输的谐振器 1000。如在此使用的，术语“大型”可表示以整体形式连接至少两个部件的 无缝连接。如图所示，第一信号传导部分1011和导体1042可一体地形成， 而不是被单独制造，从而彼此连接。类似地，第二信号传导部分1012和导体 1041也可一体地制造。

当第二信号传导部分1012和导体1041被单独制造然后彼此连接时，由 于接缝1050可产生传导损耗。因此，在一些实施方式中，第二信号传导部分 1012和导体1041可不使用单独的接缝而彼此连接(即，彼此无缝连接)。因 此，可减少由接缝1050导致的传导损耗。例如，第二信号传导部分1012和 接地传导部分1013可被无缝且一体地制造。类似地，第一信号传导部分1011、 导体1042及接地传导部分1013可被无缝且一体地制造。

可提供如这里在一个或多个实施例中所描述的类似构造的匹配器1030。 图11示出了被配置成中空型的用于无线电力传输的谐振器1100。

参照图11，谐振器1100的第一信号传导部分1111、第二信号传导部分 1112、接地传导部分1113以及导体1141和1142中的一个或多个被配置成中 空型结构。如在此使用的术语“中空型”表示可包括内部空间为空的构造。

对于给定的谐振频率，有效电流可被建模成：仅流入第一信号传导部分 1111的一部分(而非第一信号传导部分1111的全部)、第二信号传导部分1112 的一部分(而非第二信号传导部分1112的全部)、接地传导部分1113的一部 分(而非接地传导部分1113的全部)以及导体1141和1142的一部分(而非 导体1041和1042的全部)。当第一信号传导部分1111、第二信号传导部分 1112、接地传导部分1113以及导体1141和1142中的每一个的深度明显比在 给定的谐振频率的相应趋肤深度更深时，其可能是无效的。然而，在一些示 例中，明显更深的深度可能增加谐振器1100的重量或制造成本。

因此，对于给定的谐振频率，可基于第一信号传导部分1111、第二信号 传导部分1112、接地传导部分1113以及导体1141和1142中的每一个的相 应趋肤深度，来适当地确定第一信号传导部分1111、第二信号传导部分1112、 接地传导部分1113以及导体1141和1142中的每一个的深度。当第一信号传 导部分1111、第二信号传导部分1112、接地传导部分1113以及导体1141和 1142中的每一个具有比相应趋肤深度更深的适当深度时，谐振器1100可变 得更轻，并且还可降低谐振器1100的制造成本。

例如，如图11所示，第二信号传导部分1112的深度(如在由圆指示的 放大示图区域1160中所进一步示出)可被确定为“d”mm，并且d可根据 来确定。这里，f表示频率，μ表示磁导率，σ表示导体常数。在 一个实施例中，当第一信号传导部分1111、第二信号传导部分1112、接地传 导部分1113以及导体1141和1142由铜制成且它们可具有5.8×10⁷西门子/米 (S·m^-1)的传导率时，针对10kHz的谐振频率，趋肤深度可以是大约0.6mm， 针对100MHz的谐振频率，趋肤深度可以是大约0.006mm。可提供如这里在一 个或多个实施例中所描述的类似构造的电容器1120和匹配器1130。

图12示出了使用平行薄片的用于无线电力传输的谐振器1200。

参照图12，平行薄片可应用于包括在谐振器1200中的第一信号传导部 分1211和第二信号传导部分1212中的每一个。

第一信号传导部分1211和第二信号传导部分1212中的一个或者这两个 信号传导部分可能不是理想导体，因此可能具有固有电阻。由于该电阻导致 可能产生欧姆损耗。欧姆损耗可减小Q因子并且还降低耦合效应。

通过将平行薄片应用于第一信号传导部分1211和第二信号传导部分 1212，可减少欧姆损耗，并且可增加Q因子和耦合效应。参照由圆指示的放 大示图部分1270，当应用平行薄片时，第一信号传导部分1211和第二信号 传导部分1212中的每一个可包括多条导线。所述多条导线可平行地设置，并 且可在第一信号传导部分1211和第二信号传导部分1212中的每一个的端部 被电连接(即，被短接)。

当平行薄片应用于第一信号传导部分1211和第二信号传导部分1212中 的每一个时，所述多条导线可平行地设置。因此，导线上的电阻之和可减小。 因此，可减小电阻损耗，并且可增加Q因子和耦合效应。

可提供如这里在一个或多个实施例中所描述的类似构造的布置在接地传 导部分1213之上的电容器1220和匹配器1230。

图13示出了包括分布式电容器的用于无线电力传输的谐振器1300。

参照图13，包括在谐振器1300中的电容器1320被配置成用于无线电力 传输。作为集总元件的电容器可具有相对高的等效串联电阻(ESR)。已提出 各种方案来减小包含在集总元件的电容器中的ESR。根据实施例，通过使用 作为分布式元件的电容器1320，可减小ESR。如将认识到的，由ESR导致的 损耗可降低Q因子和耦合效应。

如图13所示，电容器1320可被配置成具有Z字形结构的导线。

通过采用作为分布式元件的电容器1320，在一些示例中可减小由于ESR 而导致的损耗。另外，通过设置作为集总元件的多个电容器，可减小由于ESR 而导致的损耗。由于作为集总元件的所述多个电容器中的每一个的电阻通过 并联连接而减小，因此作为集总元件的并联连接的电容器的有效电阻也可减 小，由此可减小由于ESR而导致的损耗。例如，通过采用均为1pF的10个电 容器而不是使用10pF的单个电容器，在一些示例中可减小由于ESR而导致的 损耗。

图14A示出了在以图8的2D结构设置的谐振器800中使用的匹配器830 的一个实施例，图14B示出了在以图9的3D结构设置的谐振器900中使用的 匹配器930的一个实施例。

图14A示出了包括匹配器830的2D谐振器的一部分，图14B示出了包括 匹配器930的图9的3D谐振器的一部分。

参照图14A，匹配器830可包括导体831、导体832及导体833。导体832 和导体833可连接到接地传导部分813和导体831。例如，可基于导体831 和接地传导部分813之间的距离h来确定2D谐振器的阻抗。可通过控制器控 制导体831和接地传导部分813之间的距离h。可使用各种方案来调节导体 831和接地传导部分813之间的距离h。例如，所述各种方案可包括以下方案 中的一个或多个：通过适应性地激活导体831、导体832及导体833中的一 个来调节距离h的方案；上下调节导体831的物理位置的方案等。

参照图14B，匹配器930可包括导体931、导体932、导体933以及导体 941和942。导体932和导体933可连接到接地传导部分913和导体931。导 体932和933可连接到接地传导部分913和导体931。可基于导体931和接 地传导部分913之间的距离h来确定3D谐振器的阻抗。例如，可通过控制器 控制导体931和接地传导部分913之间的距离h。与包括在2D结构的谐振器 中的匹配器830类似，在包括在3D结构的谐振器中的匹配器930中，可使用 各种方案来调节导体931和接地传导部分913之间的距离h。例如，所述各 种方案可包括以下方案中的一个或多个：通过适应性地激活导体931、导体 932及导体933中的一个来调节距离h的方案；上下调节导体931的物理位 置的方案等。

在一些实施方式中，匹配器可包括有源元件。因此，使用有源元件调节 谐振器的阻抗的方案可与以上描述的方案类似。例如，可通过使用有源元件 改变流过匹配器的电流的路径来调节谐振器的阻抗。

图15示出了图8的用于无线电力传输的谐振器800的一个等效电路。

图8的用于无线电力传输的谐振器800可被建模成图15的等效电路。在 图15中描绘的等效电路中，L_R表示电力传输线的电感，C_L表示以集总元件 的形式插入到电力传输线的中间的电容器820的电容，C_R表示图8的电力传 输和/或接地之间的电容。

在一些示例中，谐振器800可具有零阶谐振特性。例如，当传播常数是 “0”时，谐振器800可被假设成具有谐振频率ω_MZR。谐振频率ω_MZR可由等式 2表示。

[等式2]

${\omega }_{\mathrm{MZR}}=\frac{1}{\sqrt{L_R{C}_L}}$

在等式2中，MZR表示μ零谐振器。

参照等式2，谐振器800的谐振频率ω_MZR可通过L_R/C_L来确定。谐振器800 的物理尺寸和谐振频率ω_MZR可彼此独立。由于物理尺寸彼此独立，因此谐振 器800的物理尺寸可充分减小。

一个或多个实施例可提供有源整流器，该有源整流器使用延迟锁定环路 来补偿反向电流泄漏。在一些实施例中，无线电力接收器可使用有源整流器， 以消除在无源整流器中产生的压降。例如，无线电力接收器可使用延迟锁定 环路来补偿在有源整流器中产生的反向电流泄漏。使用延迟锁定环路对反向 电流泄漏进行的补偿可通过基于输入AC电压的改变而改变补偿值来执行。

在各个实施例中，可使用硬件组件和/或软件组件实现在此描述的单元。 例如，可使用一个或多个通用或专用计算机(例如，诸如处理器、控制器和 算术逻辑单元、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程阵列、可编程逻 辑单元、微处理器或能够以定义的方式响应并执行指令的任何其他装置)来 实现处理装置。处理装置可运行操作系统(OS)以及在OS上运行的一个或多 个软件应用。处理装置还可响应于软件的执行来访问、存储、操纵、处理及 创建数据。为了简洁的目的，对于处理装置的描述使用单数；然而，本领域 的技术人员将认识到，处理装置可包括多个处理元件及多种类型的处理元件。 例如，处理装置可包括多个处理器或者处理器和控制器。另外，不同的处理 配置是可行的，诸如并行处理器。

软件可包括用于独立或共同地指导或配置处理装置以进行期望操作的计 算机程序、代码段、指令或它们的某种组合。可在任何类型的机器、组件、 物理或虚拟设备、计算机存储介质或装置中永久或暂时地实现软件和数据， 或者在能够向处理装置提供指令或数据或者能够被处理装置解释的传播信号 波中永久或暂时地实现软件和数据。软件还可分布在网络连接的计算机系统 中，从而以分布式方式存储和执行软件。具体地说，软件和数据可被一个或 多个计算机可读记录介质存储。计算机可读记录介质可包括能够存储之后可 被计算机系统或处理装置读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录 介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁 带、软盘、光学数据存储装置。此外，实施例所属领域的编程技术人员可基 于并使用在此提供的附图的流程图和框图以及它们的相应描述来容易地解释 用于实现在此公开的示例性实施例的功能程序、代码及代码段。

已经在上面描述了多个示例性实施例。然而，应该理解的是，可进行各 种修改。例如，如果按不同的顺序执行所描述的技术和/或如果在描述的系统、 架构、装置或电路中的组件以不同的方式组合和/或被其他组件或它们的等同 物替代或补充，则可实现合适的结果。因此，其他实施方式在权利要求的范 围内。