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CN115023879A - 用于无线电力传输系统的辅助电源掉电保护 - Google Patents

用于无线电力传输系统的辅助电源掉电保护 Download PDF

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CN115023879A
CN115023879A CN202180011656.1A CN202180011656A CN115023879A CN 115023879 A CN115023879 A CN 115023879A CN 202180011656 A CN202180011656 A CN 202180011656A CN 115023879 A CN115023879 A CN 115023879A
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CN
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gate
signal
transistor
voltage
coupled
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CN202180011656.1A
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C·罗奇福德
M·达尼洛维奇
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WiTricity Corp
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Abstract

本公开的特点是用于保护无线电力接收器的晶体管的电路和方法，该无线电力接收器能够由辅助电源供电的栅极驱动器控制。该电路能够包括：比较器，该比较器被配置为生成指示辅助电源的值与预定阈值的比较的信号；以及故障锁存器，该故障锁存器被耦合到比较器。故障锁存器能够被配置为基于所生成的信号来触发，并且将信号传输到栅极驱动器的相应输入以使得晶体管的相应栅极处于锁定状态。分别被耦合到栅极驱动器的开关能够被配置为将栅极驱动器的相应输出与相应晶体管栅极断开连接。分别被耦合到相应晶体管栅极的栅极保持电路能够被配置为将相应晶体管栅极的锁定状态维持一时间段。

Description

用于无线电力传输系统的辅助电源掉电保护
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年1月29日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FOR AUXILIARYPOWER DROPOUT PROTECTION”的美国临时申请号62/967,328和于2020年6月9日提交的题为“GATE DRIVER IMPLEMENTATIONS FOR SAFE WIRELESS POWER SYSTEM OPERATION”的美国临时申请号63/036,975的优先权，其中每个都通过引用整体并入本文。
技术领域
以下公开涉及用于保护无线电力系统的一个或多个部件的方法和系统，并且更具体涉及用于在各种故障模式下操作无线电力接收器的一个或多个栅极驱动器的方法和系统。
背景技术
无线电力接收器或其部件可能容易受到各种故障模式的影响。例如，辅助电源可以用于从主源向电子系统的部件提供单独电压源或电流源。在另一示例中，辅助电源可以用于向用于复杂电子系统的有源部件(例如，晶体管)提供电压。在一些实例中，辅助电源可能会掉电，从而导致无线电力系统出现故障模式。
发明内容
在一个方面中，本公开的特征在于一种用于保护无线电力接收器的一个或多个部件的方法，该无线电力接收器包括一个或多个晶体管，该一个或多个晶体管被配置为由一个或多个相应栅极驱动器控制。栅极驱动器可以被配置为由辅助电源供电。该方法可以包括：通过比较器生成指示辅助电源的值与预定阈值的比较的信号；基于所生成的信号来触发故障锁存器，该触发包括：将信号传输到栅极驱动器的相应输入以引起一个或多个晶体管的相应栅极的锁定状态；通过分别耦合到一个或多个栅极驱动器的一个或多个开关将栅极驱动器的相应输出与相应晶体管栅极断开连接；以及通过分别耦合到晶体管栅极的一个或多个栅极保持电路将相应晶体管栅极的锁定状态维持一时间段。
示例方法的各种实施例可以包括以下特征中的一个或多个特征。该时间段可以至少部分地与和在无线电力接收器的谐振器上感应的电压相关联的持续时间重叠。辅助电源可以是电压源。该时间段可以至少部分地与辅助电源的值为零伏的持续时间重叠。一个或多个栅极驱动器可以被配置为驱动无线电力接收器的可调谐匹配网络的相应晶体管栅极。一个或多个栅极驱动器可以被配置为驱动耦合到无线电力接收器的整流器输入或整流器输出的保护电路的相应晶体管栅极。辅助电源的值可以是电压值。该信号可以指示辅助电源的值是高于预定阈值还是低于预定阈值。
一个或多个栅极保持电路可以各自包括至少一个上拉电阻器。一个或多个栅极保持电路可以各自包括至少一个电容器，该至少一个电容器具有基于时间段的电容值。该时间段可以为2秒或更短。
在另一方面中，本公开的特征在于一种用于无线电力接收器的一个或多个部件的保护电路。一个或多个部件可以包括一个或多个晶体管，该一个或多个晶体管被配置为由相应栅极驱动器控制。栅极驱动器可以被配置为由辅助电源供电。该电路可以包括比较器，该比较器被配置为生成指示辅助电源的值与预定阈值的比较的信号以及耦合到比较器的故障锁存器。故障锁存器可以被配置为基于所生成的信号来触发并且将信号传输到栅极驱动器的相应输入以使得一个或多个晶体管的相应栅极处于锁定状态。该电路可以包括一个或多个开关，该一个或多个开关分别耦合到一个或多个栅极驱动器并且被配置为将栅极驱动器的相应输出与相应晶体管栅极断开连接；以及一个或多个栅极保持电路，该一个或多个栅极保持电路分别耦合到晶体管栅极并且被配置为将相应晶体管栅极的锁定状态维持一时间段。
示例保护电路的各种实施例可以包括以下特征中的一个或多个特征。该时间段可以至少部分地和与在无线电力接收器的谐振器上感应的电压相关联的持续时间重叠。辅助电源可以是电压源。该时间段可以至少部分地与辅助电源的值为零伏的持续时间重叠。一个或多个栅极驱动器可以被配置为驱动无线电力接收器的可调谐匹配网络的一个或多个相应晶体管栅极。一个或多个栅极驱动器可以被配置为驱动耦合到无线电力接收器的整流器输入或整流器输出的保护电路的一个或多个相应晶体管栅极。辅助电源的值可以是电压。该信号可以指示辅助电源的值是高于预定阈值还是低于预定阈值。一个或多个栅极保持电路可以各自包括至少一个上拉电阻器。一个或多个栅极保持电路可以各自包括至少一个电容器，该至少一个电容器具有基于时间段的电容值。该时间段可以为2秒或更长。
在另一方面中，本公开的特征在于一种用于保护无线电力接收器的一个或多个部件的系统，其中接收器包括至少一个晶体管栅极。该系统可以包括栅极驱动器，该栅极驱动器被配置为提供至少一个控制信号以控制晶体管栅极的切换，使得将电力传输到耦合到接收器的负载；以及第一控制器，该第一控制器耦合到栅极驱动器并且被配置为生成保护信号。保护信号可以包括(i)故障信号，指示接收器的一个或多个部件中的故障；(ii)信号，指示晶体管栅极应当被锁存；和/或(iii)至少一个欠压信号，指示栅极驱动器的电源中存在欠压条件。基于所生成的保护信号，栅极驱动器可以被配置为调整所提供的控制信号以锁存晶体管栅极，使得电力不会传输到负载。
示例系统的各种实施例可以包括以下特征中的一个或多个特征。晶体管栅极可以形成有源整流器的一部分。调整控制信号以锁存晶体管栅极会导致有源整流器的输入处发生短路。晶体管栅极可以具有有源整流器的低侧晶体管。故障信号可以包括指示栅极驱动器的电源的输出电压低于预定电压电平的欠压信号。经调整的控制信号可以被配置为接通晶体管栅极一时间段。电源可以包括以下各项中的至少一项：DC-DC转换器或能量存储。控制信号可以是脉宽调制(PWM)信号。该系统可以包括第二控制器，该第二控制器耦合到栅极驱动器并且可以被配置为生成PWM信号。第一控制器和第二控制器可以是分开的控制器。负载可以是电池。该系统还可以包括电压调节器，该电压调节器被配置为向第二控制器提供指示电池的电压电平的信号。第一控制器可以被配置为监测与无线电力接收器、栅极驱动器或电源中的至少一个相关联的一个或多个信号以生成保护信号。
在另一方面中，本公开的特征在于一种用于保护无线电力接收器的一个或多个部件的方法，其中接收器包括至少一个晶体管栅极，该晶体管栅极被配置为由至少一个栅极驱动器控制。该方法可以包括：通过栅极驱动器提供至少一个控制信号以控制晶体管栅极的切换，使得将电力传输到耦合到接收器的负载；以及通过耦合到栅极驱动器的第一控制器生成保护信号。保护信号可以包括以下各项中的至少一项：(i)故障信号，指示接收器的一个或多个部件中的故障；(ii)信号，指示晶体管栅极应当被锁存；和/或(iii)至少一个欠压信号，指示栅极驱动器的电源中存在欠压条件。该方法可以包括：通过栅极驱动器基于所接收的保护信号来调整所提供的控制信号以锁存晶体管栅极，使得电力不传输到负载。
示例方法的各种实施例可以包括以下特征中的一个或多个特征。晶体管栅极可以形成有源整流器的一部分。调整控制信号以锁存晶体管栅极导致有源整流器的输入处发生短路。晶体管栅极可以是有源整流器的低侧晶体管。故障信号可以包括指示栅极驱动器的电源的输出电压低于预定电压电平的欠压信号。经调整的控制信号可以被配置为接通晶体管栅极一时间段。控制信号可以是脉宽调制(PWM)信号。电源可以包括以下各项中的至少一项：DC-DC转换器或能量存储。
控制信号可以包括脉宽调制(PWM)信号。该方法可以包括：通过耦合到栅极驱动器的第二控制器生成PWM信号。
附图说明
图1是示例性无线电力系统的框图。
图2A至图2D是耦合到辅助电源的示例性无线电力接收器的示意图。
图2E是图示了图2A至图2D的无线电力接收器中的示例性电压信号的曲线图。
图3A至图3D是包括示例性保护机制的耦合到辅助电源的示例性无线电力接收器的示意图。
图3E是耦合到图3C的一个或多个晶体管的示例性栅极保持电路的放大视图。
图3F是耦合到图3D的晶体管的示例性栅极保持电路的放大视图。
图4A是图示了具有图3A至图3F中图示的示例性保护机制的无线电力接收器中的示例性电压信号的曲线图。
图4B是图示了图4A的示例性电压信号在较长时间段内的曲线图。
图5是用于保护无线电力接收器的一个或多个部件的示例性方法的流程图。
图6是利用有源整流的示例性无线电力系统的示意图。
图7A是表示被配置为向图7B至图7C的栅极驱动器系统提供信号的一个或多个部件的框图。
图7B至图7C是表示用于保护图7D的无线电力接收器免受故障模式影响的示例性栅极驱动器系统的框图。
图7D是表示图7B至图7C的示例性栅极驱动器系统与无线电力接收器的示例性有源整流器之间的连接的示意图。
图8是与图7A至图7D的电路有关的各种信号的逻辑表。
图9A至图9B图示了与无线电力接收器的示例性整流器中的图7A至图7D的栅极驱动器系统有关的示例信号。
图10是用于在无线电力接收器的保护模式期间驱动晶体管栅极的示例方法的流程图。
图11是可以用于实现本文中所描述的系统和方法的示例计算机系统的框图。
具体实施方式
本文中所公开的是用于保护无线电力系统的一个或多个部件的系统和方法的示例性实施例。具体地，示例性系统和方法可以保护无线电力接收器的一个或多个部件免于由于用于供应控制一个或多个部件的电路系统的辅助电力的减小而导致的过压条件的影响。
无线电力系统
图1是示例性无线电力系统100的框图，该示例性无线电力系统100包括用于辅助电源掉电保护的示例性系统。系统100包括无线电力传输器102和无线电力接收器104。在传输器104中，电源105(例如，AC市电、电池等)向反相器108提供电力。附加部件可以包括反相器级108前面的电力因数校正(PFC)电路106。反相器108经由阻抗匹配网络110(包括固定网络部件和/或可调谐网络部件)驱动传输器谐振器线圈和电容部件112(“谐振器”)。谐振器112产生振荡磁场，该振荡磁场在接收器谐振器114中感应出电流和/或电压。所接收的能量经由阻抗匹配网络116(包括固定网络部件和/或可调谐网络部件)提供给整流器118。最终，经整流的电力被提供给负载120(例如，电动车辆或混合动力车辆的一个或多个电池)。在一些实施例中，电池电压电平可以影响无线电力系统100的各种参数(例如，阻抗)。因此，可以接收、确定或测量电池电压电平以作为输入提供给无线电力系统100的其他部分。例如，电动车辆的典型电池电压范围包括280V至420V等。
在一些实施例中，传输器102的一个或多个部件可以耦合到控制器122，该控制器122可以包括通信模块(例如，Wi-Fi、无线电、蓝牙、带内信令机制等)。在一些实施例中，传输器102的一个或多个部件可以耦合到一个或多个传感器124(例如，一个或多个电流传感器、一个或多个电压传感器、一个或多个电力传感器、一个或多个温度传感器、一个或多个故障传感器等)。基于来自一个或多个传感器124和一个或多个传感器128的反馈信号，控制器122和一个或多个传感器124可以可操作地耦合到传输器102的控制部分。
在一些实施例中，接收器104的一个或多个部件可以耦合到控制器126，该控制器126可以包括通信模块(例如，Wi-Fi、无线电、蓝牙、带内信令机制等)。在一些实施例中，传输器102的一个或多个部件可以耦合到一个或多个传感器128(例如，一个或多个电流传感器、一个或多个电压传感器、一个或多个电力传感器、一个或多个温度传感器、一个或多个故障传感器等)。基于来自一个或多个传感器124和一个或多个传感器128的反馈信号，控制器126和一个或多个传感器128可以可操作地耦合到传输器102的控制部分。
无线电力系统的示例可以在于2010年6月10日公布的题为“Wireless energytransfer systems”的美国专利申请公布号2010/0141042和于2012年5月10日公布的题为“Wireless energy transfer for vehicles”的美国专利申请公布号2012/0112535，两者均通过引用整体并入本文。
在一些实施例中，示例性阻抗匹配网络110、116可以包括一个或多个可变阻抗部件。一个或多个可变阻抗部件在本文中可以一起称为“可调谐匹配网络”(TMN)。TMN可以用于调整无线电力传输器102和/或接收器104的阻抗(例如，包括电抗)。在一些实施例中，可调谐匹配网络可以被称为“可调谐电抗电路”。在一些应用中，例如，在无线电力传输中，无线电力传输器102和接收器104所看到的阻抗可以动态变化。在这样的应用中，可能需要(114的)接收器谐振器线圈与负载120之间以及(112的)传输器谐振器线圈与反相器108之间的阻抗匹配，以防止不必要的能量损失和过热。
谐振器线圈所经历的阻抗可能为动态，在这种情况下，可以提供动态阻抗匹配网络来匹配变化的阻抗以提高系统100的性能(例如，效率、电力输送等)。在无线电力系统100中的电源105的情况下，因为接收电力的负载120(例如，电池或电池充电电路系统)的改变以及传输器102与接收器104之间的耦合(例如，由传输器和接收器谐振器线圈的相对位置的改变引起)的改变，所以加载反相器108的阻抗可能为高度可变。同样，加载接收器谐振器114的阻抗也可能由于接收电力的负载120的改变而动态改变。另外，对于不同的耦合条件和/或电源条件，接收器谐振器114的期望阻抗匹配可能也不同。
因而，例如，可能需要经由高度谐振无线电力传送来传输和/或接收电力的电力传输系统来配置或修改阻抗匹配网络110、116以维持高效电力传输。TMN的一个或多个部件可以被配置为呈现特定部件可达到的最小阻抗和最大阻抗之间的阻抗。在各种实施例中，可达到的阻抗可以取决于无线电力系统100的操作频率(例如，80kHz至90kHz)。可以连续地、间歇地或在电力传输中的某些点(例如，在电力传输的开始)执行这种配置。可调谐匹配网络的示例可以在于2017年8月3日公布的题为“Controlling wireless power transfersystems”的美国专利申请公布号2017/0217325和于2017年8月10日公布的题为“PWMcapacitor control”的美国专利申请公布号2017/0229917中找到，两者均通过引用整体并入本文。
高电力无线电力传输器可以被配置为在诸如为车辆、工业机器、机器人或依赖高电力的电子设备的电池供电和/或充电之类的应用中传输无线电力。为了说明的目的，以下公开集中于车辆的无线电力传输。然而，应当理解，本文中所描述的任一个或多个实施例可以应用于可以利用无线电力的其他应用。
辅助电源掉电
在一些实施例中，无线电力接收器104可以耦合到辅助电源202。图2A至图2D分别是耦合到辅助电源202的示例性无线电力接收器(统称为接收器200)的部分200a、200b、200c、200d的示意图。比如，辅助电源202可以向接收器104的一个或多个部件提供电力。这些部件可以包括可调谐匹配网络(TMN)206的一个或多个晶体管204b(例如，一个或多个场效应晶体管(FET))的一个或多个栅极驱动器204a、整流器212的输出处的保护电路210的晶体管208b(例如，绝缘栅双极晶体管(IGBT))的栅极驱动器208a等。注意，本文中的示例性系统和方法可以被配置为通过各种类型晶体管操作，这些类型的晶体管包括但不限于：FET(例如，结型FET、金属氧化物半导体FET(MOSFET))、IGBT、双极结型晶体管(BJT)等。
在一些情况下，该辅助电源202可以有益于向晶体管204b、208b的栅极提供隔离电源，这可以增加低压控制电路系统的抗噪性。如下文所进一步讨论的，当辅助电源202所供应的电力较小或辅助电源202掉电时(例如，经由12V电源轨)，晶体管204b和/或208b的栅极可以被接通并且被保持以防止无线电力传输器102在接收器谐振器214上感应出电压时的过压条件。例如，被配置为供应辅助电力的电池的电压电平可能会减小，例如，在没有交流发电机为电池充电的情况下。
为了比较的目的，在图2A至图2D中提供的示例中，无线电力接收器200不包括用于在辅助电源掉电期间保护接收器200免受损坏的辅助电源掉电保护电路。图2E是图示了无线电力接收器200中的示例性电压信号的曲线图。具体地，当辅助电源的12V轨(电压信号216)减小时，在晶体管栅极处确定的电压也减小(例如，栅极驱动器电源输出减小或掉电)。例如，表示与晶体管204b相关联的栅极切换的电压信号218随着时间而减小。表示与晶体管208b相关联的栅极切换的电压信号220由于不存在辅助电源掉电保护电路而保持为零(如电压信号216所表示的)。在该示例中，信号216、218和220在1ms内接近零或零伏。如果无线电力传输器102继续生成磁场达数秒，因此在接收器谐振器(例如，谐振器214)上感应出电压达数秒，则整流器212的晶体管204b和二极管变得易受故障风险和/或由于因为晶体管和二极管关闭而导致的过压条件造成的伤害的影响。
保护系统和方法
图3A至图3D分别是包括示例性保护机制的耦合到辅助电源202的示例性无线电力接收器(统称为接收器300)的部分300a、300b、300c、300d的示意图。如上所述，保护机制可以包括故障锁存器302和用于保护晶体管204b和整流二极管212免受潜在过压条件的影响的一个或多个栅极保持电路304a、304b、306。示例栅极保持电路304a、304b耦合在一个或多个晶体管204b与一个或多个栅极驱动器204a之间。示例栅极保持电路306耦合在晶体管208b与栅极驱动器208a之间。图3E是耦合到一个或多个晶体管204b的示例性栅极保持电路304a的放大视图。在所提供的示例中，栅极保持电路304b与栅极保持电路304a相同或几乎相同。因此，讨论相关的电路304a可以应用于电路304b。图3F是耦合到晶体管208b的示例性栅极保持电路306的放大视图。
图4A是图示了具有图3A至图3F的示例性保护机制的无线电力接收器300中的示例性电压信号的曲线图。图4B是图示了图4A的示例性电压信号在较长时间段内的曲线图。图5是用于保护无线电力接收器300的一个或多个部件的示例性方法500的流程图。注意，为了简单起见，下文成组引用各种部件(例如，晶体管204b、208b)。然而，本文中所讨论的示例性方法和系统可以用于和/或应用于无线电力接收器104的单个部件或部件子集(例如，一个或多个晶体管204b、晶体管208b、一个或多个晶体管204b的晶体管Qtmna1等)。
在一些实施例中，当辅助电源202停止向各种部件提供电力时，可以激活辅助掉电保护，如上文标题“辅助电源掉电”下所述。因此，12V电源轨(信号216)减小到零伏。如果在该时间期间传输器102正在在接收器104上感应出电压，则存在对依赖辅助电源的一个或多个部件造成伤害的危险。
一起参考图3A至图5，在步骤502中，故障锁存器302的比较器可以生成指示辅助电源202的值与预定阈值或范围的比较的信号。例如，该值可以是辅助电源轨电压。电压值可以与预定阈值电压或预定电压范围进行比较。在一些实施例中，信号可以指示该值是高于预定阈值、等于预定阈值还是低于预定阈值。在一些实施例中，预定阈值在辅助电源202的预期输出以下3％与10％之间。例如，对于被配置为提供大约12V电压的辅助电源，预定阈值400可以为11V(低于12V的8.3％)或更低。在该示例中，当辅助电源202提供低于11V的电压时，可以根据步骤504触发故障锁存器。在一些实施例中，信号可以指示该值是在预定范围之内还是之外。在一些实施例中，预定范围是辅助电源202的预期输出范围之外的±3％至±10％。例如，对于被配置为提供大约12V电压的辅助电源，预定范围可以是11V至13V(相对于12V的±8.3％)。在该示例中，当辅助电源202提供低于11V或高于13V的电压时，可以根据步骤504触发故障锁存器。如图4A至图4B所示，表示示例性辅助电源202的12V轨的信号216在时间t1从大约12V减小。
在步骤504中，机制302的故障锁存器可以基于所生成的信号而被触发(参见在t2处上升的信号402)。这会导致晶体管栅极(例如，晶体管204b或208b)的接通或锁存。在一些实施例中，在触发故障锁存器时，一个或多个信号可以传输到栅极驱动器204a、208a的输入以使得晶体管栅极锁存为高电平(锁定状态)。在图4A至图4B中，表示故障锁存器输出的信号402在时间t2处从0V变为大约3.3V，这表明故障锁存器已被触发。在大约时间t2，一个或多个TMN晶体管204b的一个或多个栅极锁存高电平。在一些传播延迟之后，在大约时间t3，保护电路晶体管208b的栅极锁存为高电平。
在步骤506中，栅极驱动器204a、208a的输出可以在t4、t5处分别经由一个或多个相应开关(也称为切换电路)308、310与晶体管204b、208b的相应栅极断开连接。在一些实施例中，栅极驱动器输出的断开连接可以在触发故障锁存器之后的50微秒内、70微秒内、100微秒内等发生。示例性切换电路308可以包括：
·比较器U1，其输入耦合到节点N1和节点N2，该节点N1和节点N2被配置为当栅极驱动器B1和B2的电源电压+15Vb下降到保持电压+15Vhub以下时，接通晶体管Q1；
·电阻器分压器，被配置为在晶体管Q1关断时，接通晶体管NMOS1和NMOS2，包括：
o电阻器R1，耦合在节点N1与节点N4之间；
o电阻器R2，耦合在节点N3与节点N4之间；
·NPN双极结型晶体管(BJT)Q1，其发射极耦合到节点N3，集电极耦合到节点N4，并且基极耦合到比较器U1的输出，被配置为当由比较器U1接通时，关断晶体管NMOS1和NMOS2；
·N沟道MOS晶体管NMOS1，其栅极耦合到节点N4，漏极耦合到节点N5，并且源极耦合到节点N3，被配置为当由Q1关断时，关断晶体管PMOS1；
·N沟道MOS晶体管NMOS2，其栅极耦合到节点N4，漏极耦合到节点N6，并且源极耦合到节点N3，被配置为当晶体管Q1关断时，关断晶体管PMOS2；
·电容器C1和电阻器R3，并联耦合在节点N5与节点N7之间，被配置为当晶体管NMOS1接通时，保持晶体管PMOS1接通，而当晶体管NMOS1关断时，使晶体管PMOS1放电并且保持晶体管PMOS1。
·P沟道MOS晶体管PMOS1，其栅极耦合到节点N5，漏极耦合到栅极驱动器B1的输出，并且源极耦合到节点N7，被配置为当由晶体管NMOS1关断时，将栅极驱动器B1与晶体管Qtmnb2断开连接；
·电容器C2和电阻器R4，并联耦合在节点N6与节点N8之间，被配置为当晶体管NMOS2接通时，保持晶体管PMOS2接通，而当晶体管NMOS2关断时，保持晶体管PMOS2关断；以及
·P沟道MOS晶体管PMOS2，其栅极耦合到节点N6，漏极耦合到栅极驱动器B2的输出，并且源极耦合到节点N8，被配置为当晶体管NMOS2关断时，将栅极驱动器B2与晶体管Qtmnb1断开连接。
在该示例性实施例中，一个目的是使栅极驱动器B1和B2的输出与晶体管Qtmnb2和Qtmnb1断开连接。因而，选择P沟道MOSFET(例如，PMOS1和PMOS2)与高侧路径串联连接，因为它们通过将它们的栅极电压拉至低于其源极电压而接通。通过使用N沟道MOSFET(例如，分别为NMOS1和NMOS2)将P沟道MOSFET栅极连接到-5Vb，如果当驱动器B1和B2的输出为高电平时，P沟道MOSFET源极为+15V，则可以接通P沟道MOSFET。因为源极到栅极电压分别由电容器C1和C2保持，所以在驱动器输出低至-5Vb之后，P沟道MOSFET可以保持接通达一小时间段。通过关断N沟道MOSFET，P沟道MOSFET栅极与-5Vb断开连接，源极到栅极电容器C1和C2两端的相应电压分别通过电阻器R3和R4放电而衰减到零(0)V，。当比较器U1检测到栅极电源电压+15Vb已降至+15Vhub以下时，可以关断N沟道MOSFET。
示例性切换电路310可以包括：
·电阻器R5，耦合在节点N10与节点N11之间，并且被配置为允许电流通过二极管DZ1，从而阻断其指定电压；
·齐纳二极管DZ1，当与电阻器R5组合时，耦合在节点N11与节点N12之间，并且被配置为当+15Vg大于二极管DZ1的齐纳电压加上晶体管NMOS3的栅极电压阈值时，保持晶体管NMOS3接通；
·N沟道MOS晶体管NMOS3，其栅极耦合到节点N11，漏极耦合到节点N13，并且源极耦合到节点N10，并且被配置为当+15Vg下降到低于二极管DZ1的齐纳电压加上晶体管NMOS3的栅极电压阈值时，关断晶体管PMOS3；
·P沟道MOS晶体管PMOS3，其栅极耦合到节点N13，漏极耦合到栅极驱动器B3的输出，并且源极耦合到节点N14，并且被配置为当由晶体管NMOS3关断时，将栅极驱动器B3与晶体管Qprot断开连接；以及
·电容器C3和电阻器R6，并联耦合在节点N13与节点N14之间，并且被配置为当由晶体管NMOS3接通时，保持晶体管PMOS3接通；而且当晶体管NMOS2关断时，保持晶体管PMOS3关断。
在该示例性实施例中，一个目的是使B3的输出与Qprot断开连接。因而，选择P沟道MOSFET(例如，PMOS3)与高侧路径串联连接，因为它通过将栅极电压拉至低于其源极电压来接通。通过使用N沟道MOSFET(例如，NMOS3)将P沟道MOSFET栅极连接到0Vg，如果当驱动器B3的输出为高电平时，P沟道MOSFET源极为+15V，则可以接通P沟道MOSFET。因为源极到栅极电压由电容器C3保持，所以当驱动器输出变为低至0Vg后，P沟道MOSFET可以保持接通一小时间段。通过关断N沟道MOSFET，P沟道MOSFET栅极与0Vg断开连接，并且源极到栅极电容器C3两端的电压通过电阻器R6放电而衰减到零(0)V。当+15Vg降至二极管DZ1的齐纳电压和NMOS3栅极阈值电压之和以下时，可以关断N沟道MOSFET。
参考图4A至图4B，在时间t4处，信号404a(比较器U1的输出以及NMOS1和NMOS2的栅极源极电压)在时间t3处下降到零(0)V，从而启动栅极驱动器204a的一个或多个输出与一个或多个TMN晶体管204b栅极的断开连接。在时间t5处，信号404b(NMOS3的栅极电压)下降到NMOS3的栅极阈值电压以下，并且启动栅极驱动器208a的一个或多个输出与一个或多个保护电路晶体管208b的栅极的断开连接。注意，开关处的电压在时间t1或其附近开始下降。
在步骤508中，晶体管204b、208b的相应栅极的锁定状态可以经由耦合到晶体管204b、208b的栅极的相应栅极保持电路312、314而保持或维持。示例性栅极保持电路312可以包括：
·电阻器Rhu1，耦合在节点N7与节点N2之间，并且被配置为当晶体管PMOS1将晶体管Qtmnb2与栅极驱动器B1断开连接时，将晶体管Qtmnb2的栅极拉至+15Vhub；
·电阻器Rhu2，耦合在节点N2与节点N8之间，并且被配置为当晶体管PMOS2将晶体管Qtmnb1与栅极驱动器B2断开连接时，将晶体管Qtmnb1的栅极拉至+15Vhub；
·电容器Chu1，耦合在节点N9与节点N2之间，并且被配置为存储足够电荷并且在+15Vb已经掉电之后，维持节点N2上的和晶体管Qtmnb2和Qtmnb1的栅极上的高压+15Vhub；以及
·二极管Dhu1，与电阻器Rhu3串联耦合在节点N2与节点N1之间，并且被配置为在+15Vb仍然具有电压的同时，为电容器Chu1充电，并且在+15Vg已经掉电之后，防止电容器Chu1放电。
在该示例性实施例中，一个目的是创建电压源以在+15Vb已经掉电之后继续保持晶体管Qtmnb2和Qtmnb1的栅极。当+15Vb仍具有电压时，大容量电容器Chu1可以通过与电阻器Rhu3串联的二极管Dhu1充电；然后在+15Vb已经分别通过Rhu1和Rhu2掉电后，向晶体管Qtmnb2和Qtmnb1的栅极供应电压。
示例性栅极保持电路314可以包括：
·电阻器Rhu4，耦合在节点N14和节点N15之间，当晶体管PMOS3将晶体管Qprot与栅极驱动器B3断开时，将晶体管Qprot的栅极拉至+15Vhug；
·电容器Chu2，耦合在节点N15与节点N16之间，并且被配置为存储足够电荷并且在+15Vg已经掉电之后，维持节点N15和晶体管Qprot的栅极上的高压+15Vhug；以及
·二极管Dhu2，与电阻Rhu5串联耦合在节点N15与节点N12之间，并且被配置为在+15Vg仍具有电压的同时为电容器Chu2充电，并且在+15Vg已经掉电之后，防止电容器Chu2放电。
在该示例性实施例中，一个目的是创建电压源以在+15Vb已经下降之后继续保持晶体管Qprot的栅极。当+15Vb仍具有电压时，大容量电容器Chu2可以通过与电阻器Rhu5串联的二极管Dhu2充电，然后在+15Vg已经通过Rhu4掉电之后，向晶体管Qprot的栅极供应电压。
参考图4A至图4B中，在时间t4处和之后，信号406a(TMN晶体管204b的栅极电压)表示维持TMN晶体管204b的栅极的锁定状态。在时间t5处和之后，信号406b(保护电路晶体管208b的栅极电压)表示维持保护电路晶体管208b的栅极的锁定状态。
在一些实施例中，保持电路312、314中的一个或多个保持电路被配置为在辅助电源已经下降到或接近0V之后继续保持晶体管204b、208b的相应栅极一时间段。在一些实施例中，在辅助电源已经下降到或接近0V之后，一个或多个栅极可以保持1秒或更短、2秒或更短、3秒或更短或更长。例如，在图4B中，只要辅助电源处于或接近0V，就会保持栅极。
在一些实施例中，一个或多个保持电路312、314包括用于维持晶体管栅极的锁定状态的一个或多个上拉电阻器。例如，保持电路312包括一个或多个上拉电阻器Rhu1和Rhu2(例如，一个或多个10kΩ电阻器)，并且保持电路314包括一个或多个上拉电阻器Rhu5(例如，一个或多个100kΩ电阻器))，该一个或多个上拉电阻器Rhu5耦合到相应保持电容器。在一些实施例中，电容器Chu1和Chu2的相应电容值可以被选择为使得一个或多个保持电路312、314能够在传输器102正在在接收器104的谐振器上感应出电压的预期时间内维持晶体管栅极的锁定状态。通常，电容值越大，栅极的锁定状态可以维持的时间越长。电容器Chu1和Chu2中的每个电容器的示例保持电容值为1mF。在一些实施例中，电容器Chu1和Chu2的相应放电电流低对于维持锁定状态是有益的。放电电流来自晶体管204b和208b的栅极泄漏电流IGSS以及开关电路308和310中的MOSFET的漏极泄漏电流IDSS。
保持电容器Chu2放电速率的示例计算如下：
Figure BDA0003770894410000161
只要传输器102正在在接收器104的谐振器上感应出电压，保持电容器电压保持在晶体管204b和208b栅极阈值电压之上是有益的。示例目标保持持续时间为2秒，晶体管208b的示例栅极阈值电压Qprot为7.5V，并且保持电容器Chu2上的示例放电电流为2.4uA。
满足这些要求的最小保持电容器的计算示例如下：
Figure BDA0003770894410000171
在一些实施例中，如果辅助电源的值返回到预期值(或在值范围内)，则释放栅极(例如，不再由保持电路312、314保持)。
栅极驱动器操作
在示例性无线电力接收器中，有源整流可以用于生成用于为负载供电或为电池120充电的期望DC信号。有源整流采用耦合的有源受控开关以便(例如，在半桥配置或全桥配置中)形成整流器。开关可以包括晶体管(例如，FET、MOSFET、BJT、IGBT等)。在一个示例性无线电力系统中，有源整流器可以用于将在无线电力接收器处接收的振荡电流(AC)转换为直流(DC)，该DC可以用于最终将能量传送到负载，如下文所进一步描述的。
图6是利用有源整流的示例性无线电力系统600的示意图。示例性系统600包括无线电力传输器602和接收器604。示例性传输器602包括耦合到滤波器电路608(其可以包括例如一个或多个电感部件L3tA、L3tB，一个或多个电容部件等)的反相器606(例如，半桥反相器、全桥反相器等)。反相器606可以包括两个或更多个开关(例如，晶体管Q1、Q2、Q3和Q4)。开关Q1、Q2、Q3、Q4可以经由相应控制信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4来控制。如上所述，滤波器608还可以耦合到传输谐振器和/或匹配电路610(包括电容器C2t、C1tA、C1tB和谐振器线圈L1t)。
在该示例性系统600中，电路208的谐振器线圈L1t可以感应耦合到接收谐振器和/或匹配电路612(包括电容器C1rA、C1rB、C2r和电感器L1r)的谐振器线圈L1r，以便将电力从传输器602无线传输到接收器604。注意，传输器线圈L1t生成振荡磁场，该振荡磁场可以在接收器线圈L1r处感应出振荡电流。该电流可以具有例如85kHz的频率。在许多实例中，由于反相器606，所以电流I3r可以包括谐波。在一些实施例中，可以通过接收器604的一个或多个部件进一步影响(例如，整形、失真等)电流I3r的特点(例如，相位、幅度、形状、谐波含量等)。例如，电路612和614可以包括可以更改电流I3r的相位或形状的电感部件和/或电容部件。在一些情况下，电流I3r的失真会在操作整流器开关时产生挑战，如下文所进一步描述的。
示例性接收器604可以包括耦合到接收谐振器和/或匹配电路612的滤波器电路614(包括例如一个或多个电感部件L3rA、L3rB、一个或多个电容部件等)。滤波器电路614可以改变电流I3r的特点(例如，减少失真)。
滤波器电路614可以耦合到整流器616(例如，半桥整流器、全桥整流器等)，该整流器616可以包括两个或更多个开关(例如，晶体管Q5、Q6、Q7和Q8)。示例性整流器616可以直接或间接耦合到负载618(例如，电池)。在一些实施例中，电流传感器620可以确定(例如，测量、感测等)电流I3r的特点。电流传感器620可以耦合在滤波器614的输出和/或整流器616的输入处。例如，电流传感器620可以确定整流器616输入处的电流I3r的相位。传感器信号可以被提供给处理器和/或控制器(例如，控制器126)进行处理。在一些实施例中，处理器和/或控制器可以基于电流传感器620的一个或多个信号来生成用于控制整流器616的一个或多个开关的控制信号(例如，PWM信号)。整流器616的每个开关(例如，晶体管)可以由对应栅极驱动器控制。处理器和/或控制器可以向整流器616的一个或多个开关(例如，分别为晶体管Q5、Q6、Q7、Q8)的栅极驱动器提供控制信号(例如，PWM5、PWM6、PWM7、PWM8)。在一些实施例中，电流传感器620可以包括过零检测器，该过零检测器被配置为检测电流I3r的过零。检测器信号可以提供给控制器(例如，控制器126)以确定开关的控制信号。
在一些实施例中，控制信号可以使得整流器开关在各种模式下操作。这些模式可以包括硬切换和软切换(例如，零电压切换)。在一些实施例中，整流器开关可以在第一时间段期间在一个模式下操作而在第二时间段期间在另一模式下操作。在一些情况下，开关可以在给定时间段内在两种模式之间交替。
在一些实施例中，有源整流器616的一个或多个晶体管可以作为安全机制操作以保护无线电力系统600的一个或多个部件。例如，以下故障模式中的一个或多个故障模式可能是危险的和/或有有害影响：对电池618过度充电；车辆在电力传输期间离开；接收器604的一个或多个部件中的过压条件；接收器604的一个或多个部件中的短路；和/或在接收器604中循环能量。
在一些情况下，为了防止上述故障场景中的一个或多个故障场景，接收器604的晶体管由栅极驱动器打开可能是有益的。这些晶体管可以包括(i)整流器的晶体管(例如，接通晶体管Q7和Q8，同时关断晶体管Q5和Q6)；(ii)TMN 206的晶体管204b的栅极驱动器204a；和/或(iii)整流器212的输出处的保护电路210的晶体管208b的栅极驱动器208a。栅极驱动器的故障可能导致上述故障场景中的一个或多个故障场景。在以下场景(也被称为“故障模式”)中的任一个或多个场景中，栅极驱动器可能会发生故障和/或无法接通晶体管：
·耦合到栅极驱动器的电池的欠压条件。例如，欠压条件可能是12V电池的电压低于6V。
·耦合到栅极驱动器的电池的过压条件。例如，过压条件可能是12V电池的电压大于18V。
·栅极驱动器的电源发生故障事件、欠压事件、过压事件或短路事件。
·PWM生成不当(例如，PWM信号低(例如，零或接地))。
·耦合到一个或多个栅极驱动器的控制器出现故障。
用于有源整流器616的一个或多个晶体管的一个或多个栅极驱动器可以被配置为防止上述故障模式中的一个或多个故障模式。在各种实施例中，一个或多个栅极驱动器可以被配置为锁存或接通整流器晶体管的栅极(例如，接通晶体管Q7和Q8，同时关断晶体管Q5和Q6)以使整流器有效短路。通过使整流器短路，可以保护无线电力接收器和/或所耦合的车辆免受如所描述的各种故障状态的影响。
图7A图示了表示一个或多个部件700a的框图，该一个或多个部件700a被配置为向图7B至图7C的栅极驱动器系统700b、700c提供信号。图7B至图7C图示了表示用于保护无线电力接收器700d免受故障模式影响的示例性栅极驱动器系统700b、700c的框图。示例性栅极驱动器系统700b、700c可以包括预驱动级702、电源704、能量存储706和后驱动级710。图7D图示了示例性栅极驱动器系统700b、700c与用于无线电力接收器700d(例如，具有低侧晶体管Q1、Q2)的示例性有源整流器726之间的连接。
参考图7A，栅极驱动器系统700b、700c可以从安全控制器714接收一个或多个信号以启用保护模式。控制器714可以被配置为：
·监测电源704(例如，经隔离的DC-DC转换器)的一个或多个输出电压电平(例如，初级输出电压电平VPRI和/或次级输出电压电平VSEC)；
·监测耦合到电源的12V电池的电压电平；和/或
·根据栅极驱动器系统700b、700c的故障条件生成信号(例如，“HW ENABLE”)。
HW ENABLE是在电力传输模式期间实现栅极驱动器系统700b、700c的硬件的正常操作的硬件控制信号。控制器714可以至少部分地基于来自电源704的经监测电压电平VPRI、VSEC来生成硬件信号HW ENABLE，用于提供给预驱动级702。在一些情况下，信号HWENABLE可以具有二进制输出。当没有故障条件时，信号HW ENABLE可以为“高电平”(也称为“被断言”)。当没有故障条件时，PWM信号在电力传输模式下启用开关。当故障条件发生时，HW ENABLE为“低电平”(也称为“被禁用”)。硬件信号HW ENABLE可以响应于安全控制器714所检测的电力级过流或过压事件而被取消断言。如果12V电池的电压过低，则HW ENABLE信号可以被设置为过低电平(当与较低阈值(例如，6V、8V、10V等)相比较时)或过高电平(当与较高阈值(例如，14V、16、18V等)相比较时)。
安全控制器714可以被配置为取消断言使能信号(SW ENABLE)以实现栅极驱动器系统700b、700c的保护模式。信号SW ENABLE是在电力传输模式期间使得栅极驱动器系统700b、700c的软件或固件能够正常操作的软件控制信号。信号SW ENABLE至少部分地基于所监测的电压电平VPRI、VSEC。当系统处于电力传输模式时，信号SW ENABLE为高电平(有效)，而当处于保护模式，为低电平(无效)。当安全控制器已经清除系统(例如，栅极驱动器系统700b和700c、无线电力接收器、无线电力系统等)中的所有故障锁存器时，当一个或更多个诊断自检例程已经执行和/或当系统初始化状态转换的正确序列发生时，使能信号SWENABLE可以产生(为高或被断言)。
在一些实施例中，控制器714可以包括一个或多个集成电路(IC)，其任务是监测无线电力系统的一个或多个部分以确保安全。在一些实施例中，控制器714可以和与无线电力接收器相关联的其他控制器或计算系统分开。控制器714可以是专用IC(ASIC)，该专用IC被配置为根据一个或多个监管标准(例如，与汽车行业有关的监管标准)进行操作，并且在一些实例中，监测与无线电力接收器相关联的一个或多个信号.
在一些实施例中，栅极驱动器系统700b、700c可以从电力控制器(例如，微控制器(MCU))720接收一个或多个信号。电力控制器720的任务可以是(例如，基于从电压调节器7160接收到的信号)调节车辆电池的电力。控制器720可以被配置为生成用于控制一个或多个晶体管栅极(例如，图7D的晶体管Q1、Q2的栅极G1、G2)的脉宽调制(PWM)信号(例如，PWMA、PWMB)。
在一些实施例中，电源704的初级侧电压电平VPRI可以由电压调节器716(例如，包括DC-DC转换器)生成。电压调节器可以监测电池电压(例如，无线电力接收器被配置为充电的电动车辆电池的电压)。电压VPRI可以用于为控制器714和720供电。在一些实施例中，取决于系统的部件对不同电压电平(例如，VPRI_1、VPRI_2、VPRI_3等)的需求，可能存在一个或多个初级电压电平。这些不同的初级电压电平可以由一个或多个转换器或调节器提供。
参考图7B，示例性电源704被配置为在其初级侧上产生低压信号VPRI(例如，3.3V)，该低压信号VPRI被提供给控制器714、控制器720和/或预驱动电路702。当初级电压VPRI低于预定阈值(例如，3V、2.5V、2V、1V或更低)时，预驱动电路702被配置为产生欠压信号PRI UVLO。示例性电源704可以被配置为在其次级侧上产生高压信号VSEC(例如，15V)，该高压信号VSEC被提供给能量储存706CE-BANK(例如，一个或多个电池、一个或多个电容器等)和/或一个或多个电容器CVSEC。在一些实施例中，系统700b、700c依赖于能量存储706以防VSEC减小或掉电。次级电压VSEC可以提供给控制器714和/或预驱动电路702中的监测器，例如，以检测欠压条件。例如，监测器可以将电压电平VSEC与下限阈值(例如，15V、14V、12V、10V或更低)进行比较。在一些实施例中，控制器714中的监测器可以将电压电平VSEC与上限阈值(例如，16V、18V、20V或更高)进行比较。
示例性预驱动电路702可以耦合到(a)被配置为接收控制信号PWMA和故障信号HWENABLE的第一或非逻辑门722a和(b)被配置为接收控制信号PWMB和故障信号HW ENABLE的第二或非逻辑门722b。预驱动电路702被配置为接收或非门722a、722b的输出。预驱动电路702和或非门722a、722b被配置为产生经反相控制信号
Figure BDA0003770894410000221
预驱动电路702可以耦合到与逻辑门724，该与逻辑门724被配置为接收故障信号HW ENABLE和使能信号SW ENABLE。预驱动电路702可以被配置为在初级低压侧上接收与门724的输出并且在次级高压侧上输出锁存信号LATCH FETS。锁存信号LATCH FETS作为输入提供给后驱动电路710。
示例性反相后驱动电路710可以接收、处理和/或反相控制信号
Figure BDA0003770894410000222
因此，在电力传输模式下，后驱动电路710输出控制信号POST-PWMA、POST-PWMB(曲线图906a、906b)，该控制信号被配置为控制电路700d(参见图9A)的栅极G1、G2的切换。在保护模式下，后驱动电路710输出控制信号POST-PWMA、POST-PWMB(曲线图908a、908b)，使得栅极G1、G2被锁存(参见图9B)。信号LATCH FETS可以被配置为在LATCH FETS为高电平时启用控制信号
Figure BDA0003770894410000231
以通过后驱动电路710到达栅极G1、G2。当信号LATCH FETS为低时，信号POST-PWMA、POST-PWMB可以使得栅极G1、G2锁存为高电平。
图8是与一个或多个电路700a、栅极驱动器系统700b和700c、和/或接收器700d有关的各种信号的逻辑表800。逻辑表800可以用于了解栅极驱动器系统700b、700c的安全操作。注意，表800的左侧包括逻辑输入802，而右侧包括逻辑输出804。
在表800的#14行的示例场景中，逻辑输入802指示故障信号HW ENABLE但不指示使能信号SW ENABLE。在该示例中，栅极G1、G2被锁存为高电平，并且不产生PWM信号(PWMA、PWMB)。
在#19行的示例场景中，逻辑输入802指示没有欠压条件(根据经反相信号
Figure BDA0003770894410000232
)和来自控制器720的使能信号HW ENABLE、SW ENABLE。因此例如，#19行的逻辑输出804包括控制信号PWMA、PWMB的生成，从而使得晶体管Q1、Q2能够在电力传输模式下操作。从表800可以看出，行#16至#19中的逻辑组合是使得能够为电力传输模式生成PWM信号的信号组合的集合(与行#1至#15相比较)。
图9A至图9B图示了与无线电力接收器的示例性整流器900中的栅极驱动器系统700b、700c有关的示例信号。图9A描绘了电力传输模式期间的信号，其中交流电流902a和交流电压902b被输入到整流器900，从而产生到电池VDC的输出电流904。注意，在电力传输模式期间，后驱动信号PWMA、PWMB使栅极G1、G2切换状态(如曲线图906a、906b所示)。因此，栅极不处于保护模式。相比之下，在保护模式下的图9B中，栅极驱动器的后驱动信号PWMA、PWMB处于接通状态(如曲线图908a、908b所示)。当晶体管栅极保持接通时，输入电流通过低侧晶体管Q1、Q2短路，从而启用安全或保护模式。这使得整流器输出电流904下降到零。
注意，本文中所描述的一个或多个栅极驱动器的实现方式和操作可以应用于TMN206的晶体管204b的栅极驱动器204a和/或整流器212的输出处的保护电路210的晶体管208b的栅极驱动器208a。
图10是用于保护如上所述的无线电力接收器的部件的示例方法1000的流程图。在步骤1002中，栅极驱动器(例如，栅极驱动器系统700b、700c)可以提供一个或多个控制信号(例如，PWM信号POST-PWMA、POST-PWMB)来控制晶体管栅极(例如，整流器(例如，整流器900)的栅极G1、G2)在电力传输模式下的切换，使得电力传输到负载(例如，电池)。
在步骤1004中，耦合到栅极驱动器的控制器(例如，安全控制器714)可以生成保护信号。保护信号可以包括(i)故障信号，指示接收器的一个或多个部件中的故障；(ii)使能信号，指示晶体管栅极(例如，栅极G1或G2)应当被锁存；和/或(ii)至少一个欠压信号，指示栅极驱动器的电源(例如，电源704和/或能量库706)中存在欠压条件。
在步骤1006中，栅极驱动器可以基于所接收的保护信号来调整控制信号以锁存晶体管栅极，使得电力不传输到负载。如以上示例实施例所描述的，栅极驱动器系统700b、700c的预驱动电路702可以从电力控制器720接收PWM信号PWMA、PWMB。预驱动电路702可以向后驱动电路710提供信号
Figure BDA0003770894410000241
该后驱动电路710向晶体管栅极G1、G2提供PWM信号POST-PWMA、POST-PWMB。参考图9A，在电力传输模式期间，曲线图906a、906b中所图示的PWM信号POST-PWMA、POST-PWMB用于驱动栅极G1、G2的切换。在保护模式下，PWM信号POST-PWMA、POST-PWMB被调整以锁存栅极G1、G2。参考图9B，曲线图908a和908b分别图示了如停留在高水平(分别在箭头910a和910b处指示)的PWM信号POST-PWMA和POST-PWMB。这使得分别锁存栅极G1和G2，并且停止向负载传输电力。例如，所传输的电力可以在调整后立即停止，或随着时间的推移而减小。作为锁存的结果，示例整流器输出电流904在时间t0之后减小到零。
硬件和软件实现方式
图11是可以用于实现本文中所描述的系统和方法的示例计算机系统1100的框图。通用计算机、网络设施、移动设备或其他电子系统也可以包括系统1100的至少一部分。系统1100包括处理器1110、存储器1120、存储设备1130和输入/输出设备1140。部件1110、1120、1130和1140中的每个部件都可以例如使用系统总线1150互连。处理器1110能够处理用于在系统1100内执行的指令。在一些实现方式中，处理器1110是单线程处理器。在一些实现方式中，处理器1110是多线程处理器。处理器1110能够处理存储在存储器1120中或存储设备1130上的指令。
存储器1120在系统1100内存储信息。在一些实现方式中，存储器1120是非瞬态计算机可读介质。在一些实现方式中，存储器1120是易失性存储器单元。在一些实现方式中，存储器1120是非易失性存储器单元。在一些示例中，上文所描述的数据中的一些或全部数据可以存储在个人计算设备上、托管在一个或多个集中式计算设备上的数据存储中、或者经由基于云的存储存储。在一些示例中，一些数据存储在一个位置中，而其他数据存储在另一位置中。在一些示例中，可以使用量子计算。在一些示例中，可以使用函数式编程语言。在一些示例中，可以使用电子存储器，诸如基于闪存的存储器。
存储设备1130能够为系统1100提供大容量存储。在一些实现方式中，存储设备1130是非暂态计算机可读介质。在各种不同的实现方式中，存储设备1130可以包括例如硬盘设备、光盘设备、固态驱动器、闪存驱动器或一些其他大容量存储设备。例如，存储设备可以存储长期数据(例如，数据库数据、文件系统数据等)。输入/输出设备1140为系统1100提供输入/输出操作。在一些实现方式中，输入/输出设备1140可以包括以下各项中的一项或多项：网络接口设备(例如，以太网卡)、串行通信设备(例如，RS-232端口)和/或无线接口设备(例如，802.11卡、3G无线调制解调器或4G无线调制解调器)。在一些实现方式中，输入/输出设备可以包括被配置为接收输入数据并将输出数据发送到其他输入/输出设备的驱动设备，例如，键盘、打印机和显示设备1160。在一些示例中，可以使用移动计算设备、移动通信设备和其他设备。
在一些实现方式中，上文所描述的方法的至少一部分可以通过在执行时使得一个或多个处理设备执行上文所描述的过程和功能的指令来实现。这样的指令可以包括例如经解释指令(诸如脚本指令)、或可执行代码、或存储在非暂态计算机可读介质中的其他指令。存储设备1130可以通过网络以分布式方式(诸如服务器群或一组广泛分布的服务器)实现，或可以在单个计算设备中实现。
尽管已经在图11中对示例处理系统进行了描述，但是本说明书中所描述的主题、功能操作和过程的实施例可以在其他类型的数字电子电路系统中、在有形体现的计算机软件或固件中、在计算机硬件(包括在本说明书中公开的结构和它们的结构等同物)中、或它们中的一种或多种的组合中实现。本说明书中描述的主题的实施例可以实现为一个或多个计算机程序，即，编码在有形非易失性程序载体上以供由数据处理装置执行或控制其操作的一个或多个计算机程序指令模块。可替代地或附加地，程序指令可以在人工生成的经传播信号上编码，例如，机器生成的电、光或电磁信号，该信号被生成以编码信息用于传输到合适接收器装置以供数据处理装置执行。计算机存储介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、随机或串行存取存储器设备、或它们中的一个或多个的组合。
术语“系统”可以涵盖用于处理数据的所有种类的装置、设备和机器，包括例如可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机。处理系统可以包括专用逻辑电路系统，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件之外，处理系统还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或它们中的一个或多个的组合的代码。
计算机程序(也可以称为或描述为程序、软件、软件应用、模块、软件模块、脚本或代码)可以以任何形式的编程语言编写，这些编程语言包括经编译语言或经解释语言、或声明性语言或过程性语言；并且它可以以任何形式部署，这些形式包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适合在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以但不必对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其他程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中、专用于所讨论的程序的单个文件中、或多个协调文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的各部分的文件)中。可以部署计算机程序以在一个计算机或位于一个站点或跨越多个站点分布并且通过通信网络互连的多个计算机上执行。
本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由一个或多个可编程计算机执行，该一个或多个可编程计算机执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并且生成输出来执行功能。过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路系统执行，并且装置也可以实现为专用逻辑电路系统，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。
适合于执行计算机程序的计算机可以包括例如通用微处理器或专用微处理器或两者、或任何其他类型的中央处理单元。通常，中央处理单元将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机通常包括用于执行指令的中央处理单元以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。通常，计算机还将包括或可操作地耦合以从用于存储数据的一个或多个大容量存储设备(例如，磁盘、磁光盘或光盘)接收数据或向其传输数据或两者。然而，计算机不需要有这样的设备。而且，计算机可以嵌入到另一设备中，例如，移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频或视频播放器、游戏控制台、全球定位系统(GPS)接收器或便携式存储设备(例如，通用串行总线(USB)闪存驱动器)，仅举几例。
适用于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，例如包括半导体存储器设备，例如，EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如，内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM磁盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路系统补充或结合在专用逻辑电路系统中。
本说明书中描述的主题的实施例可以在计算系统中实现，该计算系统包括后端部件(例如，作为数据服务器)，或包括中间件部件(例如，应用服务器)，或包括前端部件(例如，具有图形用户界面或用户可以通过其与本说明书中描述的主题的实现方式进行交互的Web浏览器的客户端计算机)，或一个或多个这样的后端部件、中间件部件或前端部件的任何组合。系统的部件可以通过任何数字数据通信形式或介质(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)，例如，互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系凭借在相应计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序而产生。
虽然本说明书包含许多具体实现细节，但这些不应被解释为对可能要求保护的范围的限制，而是对特定实施例的特征的描述。在本说明书中在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独或以任何合适的子组合来实现。而且，尽管特征可以在上文描述为在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是在一些情况下可以从所要求保护的组合中去除一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。
同样，虽然在附图中按特定次序对操作进行了描述，但这不应被理解为要求这些操作按所示的特定次序或按顺序次序执行，或所有所图示的操作都被执行以获得期望结果。在某些情形下，多任务和并行处理可能是有利的。而且，上文所描述的实施例中各个系统部件的分开不应理解为在所有实施例中都需要这种分开，并且应当理解，所描述的程序部件和系统通常可以集成在单个产品中，也可以打包成多个产品。
已经描述了本主题的特定实施例。其他实施例在以下权利要求的范围内。例如，权利要求中记载的动作可以按不同次序执行，但仍达到可期望结果。作为一个示例，附图中所描绘的过程不一定需要所示的特定次序或顺序次序来实现可期望结果。在某些实现方式中，多任务和并行处理可能是有利的。可以从所描述的过程中提供其他步骤或阶段，或可以消除步骤或阶段。因而，其他实现方式在所附权利要求的范围内。
术语
本文中所使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应被视为限制。
如在说明书和权利要求书中使用的术语“大约”、短语“大约等于”和其他类似短语(例如，“X的值为大约Y”或“X大约等于Y”)应当理解为意指一个值(X)在另一值(Y)的预定范围内。除非另有说明，否则预定范围可以是正负20％、10％、5％、3％、1％、0.1％或小于0.1％。
除非明确指出相反，否则如在说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一”和“一个”应当理解为意指“至少一个”。如在说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应当理解为意指如此结合的元素中的“一个或两个”，即，在一些情况下结合存在而在其他情况下分离存在的元素。使用“和/或”列出的多个元素应当以相同方式解释，即，如此结合的元素中的“一个或多个”元素。除了由“和/或”子句具体标识的元素之外，可以可选地存在其他元素，无论是否与那些具体标识的元素相关或无关。因此，作为非限制性示例，当与诸如“包括”之类的开放式语言结合使用时，对“A和/或B”的引用在一个实施例中可以仅是指A(可选地包括除B之外的元素)；在另一实施例中，仅是指B(可选地包括除A之外的元素)；在又一实施例中，是指A和B两者(可选地包括其他元素)等。
如在说明书和权利要求书中使用的，“或”应当被理解为与如上文定义的“和/或”具有相同的含义。例如，当分开列表中的项时，“或”或“和/或”应当被解释为具有包容性，即，包括至少一个，而且还包括若干元素或元素列表中的一个以上，以及(可选地)其他未列出的项。只有明确指出相反的术语(诸如“仅一个或“恰好一个”)或当在权利要求中使用时的术语“由......组成”将是指包含若干个元素或元素列表中的一个元素。一般而言，如果前面带有排他性术语(诸如“任一”、“其中一个”、“只有一个”或“恰好一个”)，则如所使用的术语“或”仅应解释为指示排他性备选方案(即“一个或另一个但并非两者”)。权利要求中使用的“基本上由……组成”应当具有专利法领域所使用的一般含义。
如在说明书和权利要求书中使用的，短语“至少一个”在提及一个或多个元素的列表时应当被理解为意指从元素列表中的任一个或多个元素中选择的至少一个元素，但不一定包括在元素列表中具体列出的每个元素中的至少一个，并且不排除元素列表中的元素的任何组合。该定义还允许除了在短语“至少一个”所指的元素列表中具体标识的元素之外的元素可以可选地存在，无论是否与那些具体标识的元素相关或无关。因此，作为非限制性示例，在一个实施例中，“A和B中的至少一个”(或等同地，“A或B中的至少一个”，或等同地，“A和/或B中的至少一个”)可以是指至少一个(可选地，包括多于一个)A，不存在B(并且可选地，包括除B之外的元素)；在另一实施例中，可以是指至少一个(可选地，包括多于一个)B，不存在A(并且可选地，包括除A之外的元素)；在又一实施例中，是指至少一个(可选地，包括多于一个)A和至少一个(可选地，包括多于一个)B(并且可选地，包括其他元素)等。
使用“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变型旨在涵盖其后列出的项和附加项。
在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等之类的序号术语来修改权利要求要素本身并不意味着一个权利要求要素相对于另一权利要求要素的任何优先权、优先级或顺序或执行方法的动作的时间次序。序号术语仅用作标签来区分具有特定名称的一个权利要求要素与具有相同名称(但用于使用序号术语)的另一权利要求要素，以区分权利要求要素。

Claims (40)

1.一种用于保护无线电力接收器的一个或多个部件的方法，所述一个或多个部件包括一个或多个晶体管，所述一个或多个晶体管被配置为由相应一个或多个栅极驱动器控制，所述栅极驱动器被配置为由辅助电源供电，所述方法包括：
通过比较器生成指示所述辅助电源的值与预定阈值的比较的信号；
基于所生成的信号来触发故障锁存器，所述触发包括将信号传输到所述栅极驱动器的相应输入以使得所述一个或多个晶体管的相应栅极处于锁定状态；
通过分别被耦合到所述一个或多个栅极驱动器的一个或多个开关，将所述栅极驱动器的相应输出与相应晶体管栅极断开连接；以及
通过分别被耦合到所述晶体管栅极的一个或多个栅极保持电路，将所述相应晶体管栅极的所述锁定状态维持一时间段。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述时间段至少部分地和与在所述无线电力接收器的谐振器上感应的电压相关联的持续时间重叠。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述辅助电源是电压源，并且所述时间段至少部分地与所述辅助电源的所述值为零伏的持续时间重叠。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个栅极驱动器被配置为驱动所述无线电力接收器的可调谐匹配网络的所述相应晶体管栅极。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个栅极驱动器被配置为驱动保护电路的所述相应晶体管栅极，所述保护电路被耦合到所述无线电力接收器的整流器输入或整流器输出。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述辅助电源的所述值是电压值。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号指示所述辅助电源的所述值是高于所述预定阈值还是低于所述预定阈值。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个栅极保持电路各自包括至少一个上拉电阻器。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个栅极保持电路各自包括至少一个电容器，所述至少一个电容器具有基于所述时间段的电容值。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述时间段为2秒或更短。
11.一种用于无线电力接收器的一个或多个部件的保护电路，所述一个或多个部件包括一个或多个晶体管，所述一个或多个晶体管被配置为由相应栅极驱动器控制，所述栅极驱动器被配置为由辅助电源供电，所述电路包括：
比较器，被配置为生成指示所述辅助电源的值与预定阈值的比较的信号；
故障锁存器，被耦合到所述比较器，所述故障锁存器被配置为基于所生成的信号来触发，并且将信号传输到所述栅极驱动器的相应输入，以使得所述一个或多个晶体管的相应栅极处于锁定状态；
一个或多个开关，分别被耦合到所述一个或多个栅极驱动器，并且被配置为将所述栅极驱动器的相应输出与相应晶体管栅极断开连接；以及
一个或多个栅极保持电路，分别被耦合到所述晶体管栅极，并且被配置为将所述相应晶体管栅极的所述锁定状态维持一时间段。
12.根据权利要求11所述的电路，其中所述时间段至少部分地和与在所述无线电力接收器的谐振器上感应的电压相关联的持续时间重叠。
13.根据权利要求11所述的电路，其中所述辅助电源是电压源，并且所述时间段至少部分地与所述辅助电源的所述值为零伏的持续时间重叠。
14.根据权利要求11所述的电路，其中所述一个或多个栅极驱动器被配置为驱动所述无线电力接收器的可调谐匹配网络的一个或多个相应晶体管栅极。
15.根据权利要求11所述的电路，其中所述一个或多个栅极驱动器被配置为驱动保护电路的一个或多个相应晶体管栅极，所述保护电路被耦合到所述无线电力接收器的整流器输入或整流器输出。
16.根据权利要求11所述的电路，其中所述辅助电源的所述值是电压。
17.根据权利要求11所述的电路，其中所述信号指示所述辅助电源的值是高于所述预定阈值还是低于所述预定阈值。
18.根据权利要求11所述的电路，其中所述一个或多个栅极保持电路各自包括至少一个上拉电阻器。
19.根据权利要求11所述的电路，其中所述一个或多个栅极保持电路各自包括至少一个电容器，所述至少一个电容器具有基于所述时间段的电容值。
20.根据权利要求12所述的电路，其中所述时间段为2秒或更长。
21.一种用于保护无线电力接收器的一个或多个部件的系统，所述部件包括至少一个晶体管栅极，所述系统包括：
栅极驱动器，被配置为提供至少一个控制信号以控制所述晶体管栅极的切换，使得电力被传输到负载，所述负载被耦合到所述接收器；以及
第一控制器，被耦合到所述栅极驱动器并且被配置为生成保护信号，所述保护信号包括：
(i)指示所述接收器的一个或多个部件中的故障的故障信号；
(ii)指示所述晶体管栅极应当被锁存的信号；和/或
(iii)指示所述栅极驱动器的电源中存在欠压条件的至少一个欠压信号，
其中基于所生成的保护信号，所述栅极驱动器被配置为调整所提供的控制信号以锁存所述晶体管栅极，使得电力不会被传输到所述负载。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述晶体管栅极形成有源整流器的一部分，并且其中调整所述控制信号以锁存晶体管栅极会导致所述有源整流器的输入处发生短路。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述晶体管栅极是所述有源整流器的低侧晶体管。
24.根据权利要求21所述的系统，其中所述故障信号包括指示所述栅极驱动器的电源的输出电压低于预定电压电平的欠压信号。
25.根据权利要求21所述的系统，其中经调整的控制信号被配置为接通所述晶体管栅极一时间段。
26.根据权利要求21所述的系统，其中所述电源包括以下各项中的至少一项：DC-DC转换器或能量存储。
27.根据权利要求21所述的系统，其中所述控制信号是脉宽调制(PWM)信号。
28.根据权利要求27所述的系统，还包括：
第二控制器，被耦合到所述栅极驱动器并且被配置为生成所述PWM信号。
29.根据权利要求28所述的系统，其中所述第一控制器和所述第二控制器是分开的控制器。
30.根据权利要求27所述的系统，其中所述负载是电池，并且所述系统还包括：
电压调节器，被配置为向所述第二控制器提供指示所述电池的电压电平的信号。
31.根据权利要求21所述的系统，其中所述第一控制器被配置为监测与所述无线电力接收器、所述栅极驱动器、或所述电源中的至少一个相关联的一个或多个信号以生成所述保护信号。
32.一种用于保护无线电力接收器的一个或多个部件的方法，其中所述一个或多个部件包括至少一个晶体管栅极，所述至少一个晶体管栅极被配置为由至少一个栅极驱动器控制，所述方法包括：
通过栅极驱动器提供至少一个控制信号，以控制所述晶体管栅极的切换，使得电力被传输到负载，所述负载被耦合到所述接收器；以及
通过被耦合到所述栅极驱动器的第一控制器生成保护信号，所述保护信号包括以下各项中的至少一项：
(i)指示所述接收器的一个或多个部件中的故障的故障信号，；
(ii)指示所述晶体管栅极应当被锁存的信号；和/或
(iii)指示所述栅极驱动器的电源中存在欠压条件的至少一个欠压信号；
通过所述栅极驱动器基于所接收的保护信号来调整所提供的控制信号以锁存所述晶体管栅极，使得电力不被传输到所述负载。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述晶体管栅极形成有源整流器的一部分；并且
其中调整所述控制信号以锁存所述晶体管栅极会导致所述有源整流器的输入处发生短路。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述晶体管栅极是所述有源整流器的低侧晶体管。
35.根据权利要求32所述的方法，其中所述故障信号包括指示所述栅极驱动器的电源的输出电压低于预定电压电平的欠压信号。
36.根据权利要求32所述的方法，其中经调整的控制信号被配置为接通所述晶体管栅极一时间段。
37.根据权利要求32所述的方法，其中所述控制信号是脉宽调制(PWM)信号。
38.根据权利要求32所述的方法，其中所述电源包括以下各项中的至少一项：DC-DC转换器或能量存储。
39.根据权利要求32所述的方法，其中所述控制信号是脉宽调制(PWM)信号。
40.根据权利要求39所述的方法，还包括：
通过被耦合到所述栅极驱动器的第二控制器生成所述PWM信号。
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