具有功率调节功能的多电平开关电容无线充电AC-DC整流器

摘要

本文描述的是一种包括具有输出调节功能的开关电容(switched capacitor，SC)整流器的无线充电系统。无线充电的移动设备上的接收器的负载是电池。恒压充电、恒流充电和脉冲充电等电池充电应用需要调节。为此，无线电力传输(wireless power transfer，WPT)接收器会存在某种“智能”来监控输出电压/电流，调整电子电路的行为并实现闭环控制。由于多电平开关电容(multilevel switched‑capacitor，MSC)整流器具备输出控制能力，这允许所述MSC整流器直接对电池充电，而无需在设备中安装额外的DC/DC充电器。

说明书

相关申请案的交叉申请

本申请要求2018年6月1日由Zhao等人递交的发明名称为“MULTILEVEL SWITCHED-CAPACITOR AC-DC RECTIFIER FOR WIRELESS CHARGING WITH POWER REGULATION(具有功率调节功能的多电平开关电容无线充电AC-DC整流器)”的第62/679,577号美国临时专利申请案的优先权，其全部内容以引入的方式并入本文本中。

技术领域

本发明大体上涉及无线电池充电系统和与其一起使用的方法。

背景技术

消费者类移动电子设备在日常生活中变得多产。智能手机、平板电脑、个人电脑的计算能力、通信速度、显示分辨率逐步提升，导致电力需求接近现代移动电池技术的日用电量极限。为了减少定期充电的影响，很多制造商都提出并采用了快速充电技术，其中商用设备可以支持超过20W的有线充电。同时，无线电力传输近年来得到了发展，许多产品中都集成了商用无线充电器，不过主要还是在降低功率电平(例如，5W至10W)的情况下。

在典型的无线电力传输(Wireless Power Transfer，WPT)架构中，发射器将直流(Direct Current，DC)电压转换为交流(Alternating Current，AC)波形，从而为一对磁耦合线圈供电。当两个线圈松散地耦合在一个WPT系统中，电容器补偿它们的非耦合电感阻抗，提高有功功率传输效率。WPT接收器，通常是一个二极管全桥，将AC电压整流为DC电压以驱动负载，通常包括一个要更换的电池。

在接收侧，典型的移动设备包括接收线圈、补偿网络和整流器。这使得系统存在多种设计约束：空间约束，导致需要高功率密度、低剖面部件；充电速度快，功率电平高，散热能力有限，导致需要高AC/DC转换效率；系统必须产生最小的谐波含量，以满足电磁干扰(ElectroMagnetic Interference，EMI)和WPT标准，并最大限度地降低对敏感电子设备的干扰。这些约束限制了系统的可行性设计方案，因为小型低剖面的磁性材料和WPT线圈通常损耗极大。

然而，普通的WPT结构对采用20W快速充电提出了挑战。在负载为5V的典型输出电压下，一个二极管整流器和接收线圈在输出20W时，会导通一个峰值大于4安培的正弦电流。对于Q＝120和L＝20μH的标准商用接收线圈，这将导致线圈上的导通损耗为2.5W，并且由于二极管导通造成的损耗大致相等，降低效率并可能导致过热问题。此外，方波二极管整流器的输入电压将包含相当大的3次谐波和5次谐波。同时，二极管开关的寄生性和非线性会导致谐波产生和其它无功功率。除了补偿电容器，还需要额外的无源滤波器，以符合WPT频带限制和电磁兼容性，导致实践中的接收器的体积和损失增大。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种用于调节整流电路的装置包括：补偿器和调制器。所述补偿器用于接收所述整流电路的输出与参考电平的比较，并根据所述比较生成调制指数。所述调制器用于：接收所述调制指数，并生成所述MSC整流器中的开关的对应于所述调制指数的多个控制信号的时序。

可选的，在第二方面中，为了推进所述第一方面，所述调制器还用于：根据一个或多个参考电压电平和参考波形，生成MSC整流电路的对应于调制指数的控制信号的时序；根据所述调制指数和所述一个或多个参考电压生成多个调制直流(direct current，DC)电压电平；通过将所述调制DC电压电平与所述参考波形进行比较，生成对应的多个控制信号。

可选地，在第三方面中，为了推进所述第二方面，所述装置还包括：增益传感器和比较器。所述增益传感器用于接收所述整流电路的所述输出，并根据所述输出生成输出电平的指示。所述比较器用于接收所述输出电平的所述指示和所述参考电平，并根据所述输出电平的所述指示和所述参考电平之间的差值生成误差值。所述补偿器包括积分器，用于接收所述误差值并根据所述误差值生成所述调制指数，作为累积误差值。

可选地，在第四方面中，为了推进所述第三方面，所述装置还包括：所述调制DC电压电平的幅值取决于所述累积误差值。

可选地，在第五方面中，为了推进所述第三方面和所述第四方面中的任一方面，所述装置还包括：限制器，用于接收和限制所述累积误差值的范围，并将所述误差值提供给所述调制器，作为范围受限累积误差值。

可选地，在第六方面中，为了推进所述第三方面至所述第五方面中的任一方面，所述装置还包括：前馈电路，用于接收所述累积误差值和前馈参数，并将所述误差值提供给所述调制器，作为加速累积误差值。

可选地，在第七方面中，为了推进所述第三方面至所述第六方面中的任一方面，所述增益传感器用于接收所述整流电路的所述输出作为输出电压电平。

可选地，在第八方面中，为了推进所述第七方面，所述增益传感器包括：分压器，用于接收并分压所述输出电压电平；模数转换器，用于接收所述分压后的输出电压电平并提供所述输出电平的所述指示，作为数字值。

可选地，在第九方面中，为了推进前述任一方面，所述多个调制DC电压电平的数量为3。

可选地，在第十方面中，为了推进前述任一方面，所述参考波形为参考正弦波。

可选地，在第十一方面中，为了推进所述第十方面，所述调制器用于通过将所述对应的调制DC电压电平的幅值与所述参考正弦波进行比较，生成所述控制信号中的每个控制信号的时序。

可选地，在第十二方面中，为了推进所述第十一方面，所述调制器包括：多个比较器，分别用于接收所述参考正弦波和所述对应的调制DC电压电平中的对应一个，并提供所述控制信号中的一个作为对应比较器的输出。

根据本发明的另一方面，一种无线接收电力的方法，包括：响应于多个控制信号，使用多电平开关电容(multilevel switched-capacitor，MSC)整流器纠正接收到的功率波形以生成输出电压；生成所述多个控制信号。生成多个控制信号包括：接收所述输出电压；将所述输出电压与参考值进行比较；根据所述比较生成调制指数；根据所述调制指数，生成所述多个控制信号中的每个控制信号的时序。

根据本发明的另一方面，一种稳压整流系统，包括：多电平开关电容(multilevelswitched-capacitor，MSC)整流电路和调节电路。所述多电平开关电容(multilevelswitched-capacitor，MSC)整流电路用于接收输入波形和多个控制信号，并响应于所述多个控制信号，生成用于驱动来自所述输入波形的负载的输出。所述调节电路用于接收所述整流电路的所述输出，根据所述整流电路的所述输出与参考电平的比较确定调制指数，根据所述调制指数生成对应的多个控制信号。

根据本发明的另一方面，一种响应于多个控制信号根据输入波形生成多电平输出波形的整流电路，包括：第一桥臂，连接于输入节点和输出节点之间；第二桥臂，连接于所述输入节点和所述输出节点之间。所述第一桥臂包括多个第一电容器和用于接收第一多个控制信号的多个第一开关。所述第一开关用于：通过多个串联的所述第一电容器将在所述输入节点侧接收的所述输入波形连接到所述输出节点，所述第一电容器的数量取决于对应的所述第一多个控制信号的数量，断言所述第一多个控制信号在第一半周期内在所述输出节点侧生成所述多电平输出波形；所述第二桥臂包括多个第二电容器和用于接收第二多个控制信号的多个第二开关。所述第二开关用于：通过多个串联的所述第二电容器将在所述输入节点侧接收的所述输入波形连接到所述输出节点，所述第二电容器的数量取决于对应的所述第二多个控制信号的数量，断言所述第二多个控制信号在第二半周期内在所述输出节点侧生成所述多电平输出波形。

本文描述的本发明技术的实施例通过使用具有输出调节功能的多电平开关电容(multilevel switched-capacitor，MSC)整流器来改进现有无线电力传输(wirelesspower transfer，WPT)系统。WPT接收器会存在某种“智能”来监控输出电压/电流，调整电子电路的行为并实现闭环控制。由于所述MSC整流器具备输出控制能力，可以直接对电池充电，而无需在设备中安装额外的DC/DC充电器。

提供本发明内容是为了以简化的形式引入概念的选择，这些概念将在以下具体实施方式中进行进一步的描述。本发明内容的目的旨在识别权利要求书所要求的主题的关键特征或必要特征，也并非旨在帮助确定所要求的主题的范围。所要求的主题不限于解决背景技术中指出的任何或所有缺点的实现方式。

附图说明

本发明的各个方面以示例方式说明，并且不受附图的限制，附图的类似参考指示类似的元件。

图1示出了示例无线电池充电系统。

图2示出了可以实现根据本发明的方法和教示的电子设备的示例细节。

图3是使用MSC整流器的输出调节，以及一些影响系统操作的输入和输出的一个实施例的框图。

图4是SC整流器的七电平实施例的示意性电路。

图5是图4的MSC整流器中开关的选通信号图。

图6A至图6D示出了图4的实施例中的七电平SC整流器在一个半周期中的开关子区间期间的等效电路。

图7A至图7C示出了各种调制指数下的整流器输入波形和选通信号。

图8总结了输入电压和输出电压之间关系的示例。

图9示出了使用用于图3的WPT系统的双环控制策略的实施例。

图10提供了MSC整流器的闭环设计的实施例的更多细节。

图11示出了作为三个数字比较器输出的选通信号的生成，其中输入是半正弦参考和DC电压参考。

图12是操作和调节多电平开关电容整流器的过程的一个实施例的流程图。

图13A和图13B示出了多电平波形相对于标准方波形的的低次谐波的减少。

具体实施方式

现将参考这些附图来描述本发明，这些附图通常涉及用于对电子设备的可充电电池进行无线充电的无线电池充电系统和与其一起使用的方法，其中，所述电子设备包括由所述电池供电的负载。

更具体地，下文展示了具有输出调节功能的开关电容(switched container，SC)整流器的实施例。无线充电的移动设备上的接收器的负载是电池。恒压充电、恒流充电和脉冲充电等电池充电应用需要调。为此，WPT接收器可以存在某种“智能”来监控输出电压/电流，调整电子电路的行为并实现闭环控制。由于多电平开关电容(multilevel switched-capacitor，MSC)整流器具备输出控制能力，这允许所述MSC整流器直接对电池充电，而无需在设备中安装额外的DC/DC充电器。

正如背景技术中所讨论的那样，小型化AC-DC整流器和线圈上的高导电损耗会成为无线快速充电的障碍。所述MSC整流器的实施例具有多电平设计和良好可扩展性的特点，以适应不同的额定功率和负载范围。由于降压转换比，整个系统的电流都减少了，这大大减少了在发射器、接收器和WPT线圈上的传导损耗。此外，与传统的二极管桥式整流器相比，多电平波形提高了整流器输入端的谐波含量。因此，本文提出的设计适合高效率、低谐波含量的无线充电应用。

图1示出了示例性无线电池充电系统100。例如，无线电池充电系统100可以是但不限于Qi标准的无线电池充电系统。Qi标准是由无线充电联盟(Wireless PowerConsortium，WPC)开发的开放接口标准，定义了基于几毫米距离感应充电的无线电力传输。Qi标准无线电池充电系统通常使用充电垫和置于所述充电垫之上的可兼容电池供电设备，通过谐振电感耦合进行充电。

图1示出了示例性无线电池充电系统100包括适配器112、无线电力发射器(transmitter，TX)122、无线电力接收器(receiver，RX)和充电器142。从图1中可以看出，无线电力接收器和充电器142示出为电子设备132的一部分，电子设备132还包括可充电电池152和由电池152供电的负载162。由于电子设备132由电池供电，因此电子设备132也可以称为电池供电设备132。根据电子设备132的类型，负载162可以包括，例如，一个或多个处理器、显示器、收发器等。例如，电子设备132可以是移动智能手机、平板电脑或笔记本电脑，但不限于此。电池152，例如锂离子电池，可以包括一个或多个具有外部连接的电化电池，这些外部连接用于为电子设备132的负载162供电。

适配器112将从AC电源102接收的交流(alternating current，AC)电压转换为直流(direct current，DC)输入电压(Vin)。AC电源102可以由墙插或插座或发电机提供，但不限于此。无线电力发射器122从适配器112接收输入电压(Vin)，并依此将电力无线发送到无线电力接收器和充电器142。无线电力发射器122可以通过电缆电耦合到适配器112，所述电缆包括多根导线，其中一根或多根导线可用于将输入电压(Vin)从适配器112提供到无线电力发射器122，一根或多根导线可以提供适配器112和无线电力发射器122之间的通信通道。通信信道可以允许在适配器112和所述无线电力发射器122之间进行有线双向通信。将适配器112电耦合到无线电力发射器122的电缆可以包括提供公共接地(ground，GND)的地线。在图1中，适配器112和无线电力发射器122之间的电缆通常由延伸到适配器112和无线电力发射器122之间的双向箭头表示。这种电缆可以是通用串行总线(universal serial bus，USB)电缆等，但不限于此。

无线电力接收器和充电器142通过电感耦合从无线电力发射器122无线接收电力并使用所接收的电力为电池152充电。无线电力接收器和充电器142还可以与无线电力发射器122进行双向无线通信，例如使用Qi标准中定义的带内通信。在图1中，在无线电力发射器122与无线电力接收器和充电器142之间延伸的双向箭头一般用于表示在两者之间进行无线电力传输和通信。

图2是可实践实施例的示例性电子设备132。例如，电子设备132可以是无线电子设备(例如，移动电话)，也可以是其它示例中的其它设备，例如台式计算机、膝上型计算机、平板电脑、手持计算设备、汽车计算设备和/或其它计算设备。如图2所示，电子设备132示为包括负载162，负载162包括各种电子部件，这些电子部件包括至少一个发射器202、至少一个接收器204、存储器206、至少一个处理器208和至少一个输入/输出设备212。处理器208可以执行电子设备132的各种处理操作。例如，处理器208可以执行信号编码、数据处理、功率控制、输入/输出处理或使电子设备132能够操作的任何其它功能。处理器208可包括用于执行一个或多个操作的任何合适的处理或计算设备。例如，处理器208可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列或专用集成电路。

发射器202可以用于调制数据或其它内容以通过至少一个天线210进行传输。发射器202还可以用于在将RF信号提供给天线210进行传输之前对其进行放大、滤波和频率转换。发射器202可以包括用于生成无线传输信号的任何合适的结构。

接收器204可以用于对通过至少一个天线210接收的数据或其它内容进行解调制。接收器204还可以用于对通过天线210接收的RF信号进行放大、滤波和频率转换。在一些实施例中，接收器204是RF信号接收器。接收器204可以包括用于处理无线接收信号的任何合适的结构。天线210可以包括用于发送和/或接收无线信号的任何合适的结构。同一天线210可以用于发送和接收RF信号，或者，不同天线210可以用于发射信号和接收信号。

应当理解的是，电子设备132中可以使用一个或多个发射器202，电子设备132中可以使用一个或多个接收器204，电子设备132中可以使用一个或多个天线210。尽管示出为独立的方块或部件，但至少一个发射器202和至少一个接收器204可以组合成收发器。相应地，图2中可能已经示出收发器对应的单个方块，而不是示出发射器202对应的独立方块和接收器204对应的独立方块。

电子设备132还包括一个或多个输入/输出设备212。输入/输出设备212有利于与用户进行交互。每个输入/输出设备212包括用于向用户提供信息或从用户接收信息的任何合适的结构，例如扬声器、麦克风、小键盘、键盘、显示器或触摸屏。

此外，电子设备132包括至少一个存储器206。存储器206存储电子设备132使用、生成或收集的指令和数据。例如，存储器206可存储由处理器208执行的软件或固件指令以及用于减少或消除传入信号中的干扰的数据。每个存储器206包括任何合适的易失性和/或非易失性存储和检索设备。可以使用任何合适类型的存储器，例如随机存取存储器(randomaccess memory，RAM)、只读存储器(read only memory，ROM)、硬盘、光盘、用户识别模块(subscriber identity module，SIM)卡、记忆棒、安全数码(secure digital，SD)存储卡等。

在无线电力接收器和充电器142对电池152进行充电期间，负载162可抽取瞬态电流。这些瞬态电流可以由电池152和/或无线电力接收器和充电器142提供。当对电池152充电时，无线电力接收器和充电器142可以与无线电力发射器122通信。更具体地，无线电力接收器和充电器142可以使用接收线圈L2通过带内通信通道向无线电力发射器122发送信息。

图3是使用多电平开关电容(multilevel switched-capacitor，MSC)整流器的输出调节，以及一些影响系统操作的输入和输出的一个实施例的框图。更具体地，图3示出了DC至DC无线电力传输系统的发送侧和接收侧的元件。在本示例中，在发送侧，电压源V

在接收侧，除了电容器371、电感器373和电阻器375的谐振槽外，接收器还包括MSC整流器301，用于从接收侧谐振槽接收AC波形。MSC整流器的阻抗用Z

DC至DC WPT系统的一些外部干扰在图3中由系统周围的箭头表示，包括输入电压和负载的变化。在发送侧，输入变化，例如V

DC至DC WPT系统的常用方法是使用二极管整流器，之后使用二极管整流器和负载之间的DC/DC转换级，而不是使用下文描述的MSC整流器301的实施例。由于电流Ip和I

考虑到电容器的能量密度比磁性部件高，开关电容DC/DC转换器(switched-capacitor DC/DC converter，SCC)可以实现高功率密度设计和降压能力。这对于功率管理片上系统(System-on-Chip，SoC)应用来说是有利的。广泛研究了各种SCC拓扑，并且几种拓扑(Ladder、Cockcroft-Walton、Fibonacci、Dickson等)可以通过不同的设计权衡实现DC/DC转换级，但是，二电平整流器的输入电压波形V

为了解决这些问题，图3的实施例采用多电平开关电容(multilevel switched-capacitor，MSC)AC-DC整流器301。这些实施例合并了两个级，而不是使用传统的全桥AC-DC整流器加上接收器中的降压DC/DC转换器。MSC整流器301不仅用作具有较少无源滤波器的低谐波含量的AC-DC整流器，而且还提供有效的降压转换以连接低电压充电电路。

为了保持输出电压V

根据MSC整流器的输入电压和输出电压的关系，可以定义MSC整流器的调制指数m：

其中，V

图4是七电平实施例SC整流器的电路示意图。其它实施例可以通过在每个桥臂中使用较少或较多数量的开关电容级来使用较少或较多数量的电平。图5是图4的MSC整流器中开关的选通信号图。

图4示出了用于WPT整流应用的七电平开关电容AC-DC整流拓扑的实施例。该实施例有利于降低谐波含量和提高效率。AC电压源V

图4的拓扑构成单相整流器，包含两个相同桥臂：桥臂A和桥臂B，两个桥臂同步运行，相位相对于V

参照桥臂A(桥臂B)，每个飞跨电容器C

图5示出了用于桥臂A中的开关设备的控制信号的实施例，以及如何根据调制指数m的参数生成这些信号的时序。时序生成将在下文结合图9至图11进一步论述。所示的控制信号序列在桥臂A是激活的一个输入半周期内用于七电平SC整流器。对于每个选通信号，实线表示高边开关和电荷共享开关(S

如关于图9至图11进一步讨论，通过将一组DC参考值与参考波形进行比较而生成这些信号的时序，其中参考波形是参考正弦波V

请注意，也可以使用程序控制的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)调制方案，目的是消除低次谐波。图4的调制方案是基于载波的调制，频谱中存在低次谐波。然而，与方波相比，多电平阶梯波的谐波含量仍然很低。由于闭环控制实现简单，因此采用基于载波的PWM。

图6A至图6D示出了图4的实施例中的七电平SC整流器在一个半周期中的一系列关子区间内的等效电路。对于稳态分析，整流器的输入与正弦电流源I

在子区间1中，整流器的输入电压为0V，所有低边开关S

由于具有C

图7A至图7C示出了不同调制指数下的整流器输入波形和选通信号，分别示出了m＝2、m＝3.06和m＝3.5的示例。图7A至图7C与图5布置相同，但为了简化图示，仅示出了S

如图7A至图7C中的示例所示，描绘了图4中所示的七电平MSC整流器在不同调制指数下的整流器输入波形。可以看出，阶梯波形是MSC整流器的输入波形。与图5所示类似，输入波形呈阶梯形。整流器的输出电压V

图8总结了输入电压和输出电压之间关系的示例，其中电压增益被定义为具有如图3所示的MSC整流器的无线电力传输系统的输入DC电压V

如图8所示，通过电压增益到调制指数曲线的宽度，调制指数与电压增益之间的关系取决于负载条件，因此，为实现预期的输出调节，需要闭环控制系统。还值得注意的是，对于图4中示出的示例MSC整流器，可实现的最大调制指数为～3.81，对应于电压增益的1/3，此时输入AC波形变为方波。在调制指数m～＝2.5时，AC波形最好地模拟生成最小3次和5次谐波含量的正弦波。

图9示出了使用图3的可用于生成图5的控制信号的WPT系统的双环控制策略的实施例，其中图9所示的框图是多个可能实施例的一个示例。一般来说，也可以使用以MSC整流器901为特征的WPT系统，但不限于发送侧控制、接收侧控制和其它不同控制策略的组合。在图9中，MSC整流器901可以对应于图3的MSC整流器301，并且全桥逆变器981可以通过图3的开关391、393、395和397来实现。

在接收侧，MSC整流器901可以根据电池充电要求，根据电压(V

在图9所示的实施例中，示出WPT上的快速内环包括增益903连接的传感器，以接收MSC整流器901的电压(Vl

结合图10描述快速内环的实施例的更多细节。MSC整流器901的输出还可以通过通信链路985，例如通过Qi标准的带内通信链路，传回WPT发射器，以用于对WPT发射侧的调节。

继续图9和发射侧的调节元件，除了所示实施例的全桥逆变器981之外，还有一个慢速外控制环。由逆变器981可见的干扰可以包括接收到的输入电压V

在发射器的慢速外环中，用于逆变器981的增益的传感器983可以与来自通信链路985的信息一起用作算法的输入，例如最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)算法987，以确定逆变器981的电压和控制变量输入V

图10提供了MSC整流器的闭环设计的实施例的更多细节。MSC整流器1001的闭环控制器用于在发生扰动时，例如输入电压或负载发生变化时，将输出电压、电流或输出功率调节到期望点。注意，图10所示的控制块只是MSC整流器1001的输出调节的一个示例。MSC整流器1001也可以使用但不限于开环控制、前馈控制和其他控制策略的组合来调节MSC整流器的输出。这里描述的MSC整流器调节实施例的一般原理是使用调制指数m调节输出电压/电流/功率。

对于基于电压的调节，目标是在输入电压V

针对具有基于输出电压电平V

u(k)＝u(k-1)+T

其中，u(k)为积分器的输出值，u(k-1)为最后一个值，T

饱和块1019放置在数字积分器1017之后，如果积分超过阈值，则限制最大输出值和最小输出值。这个有限值u(k)

图11示出了用于实现图8的调制电路809的一个实施例。在dc_base方块1167处生成DC基准值。例如，在一个实施例中，这些基准值可以仅仅是基于带隙设备的间隙值(V

图12是操作和调节多电平开关电容整流器响应于多个控制信号纠正接收到的功率波形以生成输出电压的过程的一个实施例的流程图。从1201开始，无线电力发射器(例如，图1的122)将电力无线发送到无线电力接收器(例如，图1的142)，其中，在1203处接收该电力。例如，参见图3，电力可以从发送侧的线圈383发送到接收侧的线圈373。在1205处，MSC整流器301响应于在1206处生成的可应用于MSC整流器的开关(例如，图4的实施例中示出的开关)的一组控制信号来纠正接收到的功率波形以生成其输出电压。

1206的更多细节见1207、1209、1211和1213。在1207处，接收输出电压，例如在图8的分压器811处接收V

在1213处根据调制指数m(k)生成控制信号的时序。例如，在上述实施例中，图5和图11的参考正弦波形等参考波形与调制DC参考电压进行比较，生成用于整流器的控制信号的时序。然后，在1215处，可以将生成的输出电压施加到电池或其它负载。

具有使用所描述的闭环控制的输出调节功能的多电平开关电容整流器的实施例可以在大负载变化和输入电压变化时调节输出电压。对于电池充电应用，输出电压应该根据电池的电荷状态改变参考值。闭环控制机制为MSC整流器提供对输入变化、负载变化和参考变化的输出调节能力，提供电池充电应用可接受的动态性能。

又如上所述，使用所描述的稳压MSC整流器实施例的另一个好处是降低了WPT接收器中的谐波含量。与全桥整流器的二电平转换器相比，多电平转换器可以产生低总谐波失真(total harmonic distortion，THD)和开关频率等于输出波形基频的近正弦电压。具体来说，选择性谐波消除(selective harmonic elimination，SHE)可以用程序控制的开关模式消除3次谐波和5次谐波等一系列低次谐波，从而降低对接收器实现的滤波要求。该特征减小了有空间要求应用的大小，有助于满足WPT应用的带宽要求和EMI要求。

图13A和图13B示出了多电平波形相对于来自全桥整流器的二电平波形的低次谐波的减少。图13A示出了一个周期中的时域七电平波形和方波形。如图所示，七电平波形的电平之间的电压步长ΔV比方波形的电平之间的电压步长要小。图13B查看了使用SHE的七电平阶梯波的频谱，所述七电平阶梯波与基波幅值相同的二电平方波进行了比较。多电平SHE波形的3次和5次谐波为零，导致总谐波含量大幅度下降。

本文描述的现有技术的某些实施例可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。使用的软件存储在上述一个或多个处理器可读存储设备上，以对一个或多个处理器进行编程，以执行本文描述的功能。处理器可读存储设备可以包括计算机可读介质，例如易失性和非易失性介质、可移动和不可移动介质。例如但不限于，计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质和通信介质。计算机可读存储介质可以在用于存储计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息的任何方法或技术中实现。计算机可读存储介质的示例包括RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储技术、CD-ROM、数字通用磁盘(digital versaltiledisk，DVD)或其它光盘存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其它磁性存储设备、或可以用来存储期望的信息并可由计算机访问的任何其它媒体。计算机可读介质或介质不包括传播的、调制的或瞬时的信号。

通信媒体通常体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或传播的、调制的或瞬时的数据信号中的其它数据，例如载波或其它传输机制，且包含任何信息传送介质。术语“调制的数据信号”是指具有一个或多个特征设置或改变方式以对信号中的信息进行编码的信号。例如但不限于，通信介质包括有线网络或直连等有线介质，以及RF等无线介质和其它无线介质。上述任何一项的组合也包括在计算机可读介质的范围内。

在替代性实施例中，部分或全部所述软件可以由专用硬件逻辑部件替换。例如但不限于，可用硬件逻辑部件的说明性类型包括现场可编程门阵列(Field-programmableGate Array，FPGA)、专用集成电路(Program-specific Integrated Circuit，ASIC)、专用标准产品(Program-specific Standard Product，ASSP)、片上系统(System-on-a-chip，SOC)、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)等。在一个实施例中，实现一个或多个实施例的软件(存储于存储设备上)用于对一个或多个处理器进行编程。一个或多个处理器可以与一个或多个计算机可读介质/存储设备、外围设备和/或通信接口通信。

应理解，本发明可以具体体现为许多不同的形式且不应被解释为仅限于本文所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本主题完整无缺，并将本发明充分传达给本领域技术人员。事实上，本主题旨在覆盖包括在由所附权利要求书限定的本主题公开的精神和范围内的这些实施例的替代物、修改和等同物。另外，在以下本主题详细描述中，阐述了许多特定细节以便提供对本主题的透彻理解。然而，所属领域的普通技术人员将清楚，可以在没有这样具体细节的情况下实践本主题。

本文结合根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图说明和/或方框图来描述本发明的各方面。应当理解，流程图说明和/或方框图中的每个方块以及流程图说明和/或方框图中的方块的组合可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得所述指令通过所述计算机或其它可编程指令执行装置的处理器执行，创建用于实现流程图和/或方框图中指定的功能/动作的机制。

本发明的描述是为了说明和描述的目的而提出的，但并不旨在以所公开的形式详尽无遗或限于本发明。在不偏离本发明的范围和精神的前提下，多种修改和改变对本领域技术人员而言是显而易见的。选择和描述的本发明各个方面以便更好地解释本发明的原理和实际应用，并且使本领域技术人员能够理解本发明适合预期特定用途的各种修改。

已结合各种实施例描述了本发明。然而，通过对附图、本发明和所附权利要求书的研究，能够理解和实现所公开实施例的其它变体和修改，并且此类变体和修改应被解释为包含在所附权利要求书中。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元素或步骤，不定冠词“a”或者“an”不排除多个。

为了本文的目的，应当指出，图中所描绘的各种特征的尺寸不一定按比例绘制。

出于本文目的，说明书中可以引用“一实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”或“另一实施例”来描述不同的实施例或相同的实施例。

出于本文目的，连接可以是直接连接或间接连接(例如，通过一个或多个其它部分)。在一些情况下，当一个元件被称为与另一个元件连接或耦合时，该元件可以直接连接到该另一个元件或通过中间元件间接连接到该另一个元件。当一个元件被称作与另一个元件直接连接时，那么该元件与另一个元件之间就没有中间元件。如果两个设备直接或间接相连，以便它们之间能够传输电子信号，则这两个设备就处于通信状态。

出于本文目的，术语“基于”一词可理解为“至少部分基于”。

出于本文目的，在没有其它上下文的情况下，使用数字术语，例如“第一”对象、“第二”对象和“第三”对象，可能并不意味着对对象进行排序，而是可用于识别目的，以标识不同的对象。

以上详细描述是为了说明和描述的目的而提出的。其并非旨在穷举或限制发明主题为所公开的精确形式。根据上述教导，许多修改和变化是可能的。选出所描述的各个实施例的目的是为了更好地解释公开技术的原理和其实际应用，因而使本领域技术人员能够更好利用各个实施例的技术和适合预期特定用途的各种变化。打算由所附权利要求书界定范围。

虽然已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应该理解的是，权利要求书定义的主题不必局限于上面描述的具体特征或动作。相反，公开上述具体特征和行为作为实现权利要求的示例形式。