無線電力控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種無線電力傳輸組件具有選擇性可調(diào)整的諧振器電路，諧振器電路具有Q控制子電路，Q控制子電路改變諧振器電路的Q因子以控制由諧振器電路中繼的電力量。諧振器電路可以在無線電源、無線接收機(jī)、中間諧振器或其任何組合中。諧振器電路可以基于反饋電路來被主動(dòng)地配置。反饋電路可以感測次級(jí)電路中或其他位置的特性并且基于感測到的特性來主動(dòng)地操作控制子電路。反饋電路可以使得Q控制子電路在感測到的特性穿過閾值時(shí)改變（減小或增加）Q因子。Q控制子電路可以包括可變電阻器，該可變電阻器具有可以被改變以調(diào)整諧振器電路的Q因子的值。
【專利說明】無線電力控制系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明涉及無線電力傳輸。
[0002] 無線電源系統(tǒng)的使用持續(xù)增長。最常見的無線電源系統(tǒng)使用電磁場來將電力從 無線電源無線地傳輸?shù)脚c遠(yuǎn)程設(shè)備相關(guān)聯(lián)的電力接收機(jī)，諸如小區(qū)電話、智能電話、媒體播 放器或其他電子設(shè)備。有許多不同類型的無線電源系統(tǒng)。例如，許多常規(guī)的系統(tǒng)使用在無 線電源中初級(jí)線圈以及在遠(yuǎn)程設(shè)備的無線電力接收機(jī)中的次級(jí)線圈。初級(jí)線圈生成從無線 電源發(fā)出的電磁場。無線電力接收機(jī)包括可以放置在由初級(jí)線圈生成的電磁場內(nèi)的次級(jí)線 圈。當(dāng)遠(yuǎn)程設(shè)備被放置為與無線電源充分接近時(shí)，電磁場感應(yīng)在次級(jí)線圈內(nèi)的電力，該電力 可以由遠(yuǎn)程設(shè)備用于例如對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備供電和/或充電。這些類型的系統(tǒng)通常在初級(jí)線圈和 次級(jí)線圈彼此相對(duì)接近時(shí)提供最佳的性能。為此，這些類型的系統(tǒng)通常被稱為"接近耦合" 系統(tǒng)。
[0003] 很多常規(guī)的無線電源系統(tǒng)已經(jīng)被配置為在初級(jí)線圈和次級(jí)線圈分開得比用于接 近耦合系統(tǒng)的有效使用通?？山邮艿木嚯x更遠(yuǎn)時(shí)有效地提供電力。假定他們可以以大于接 近耦合系統(tǒng)的距離有效地傳輸電力，則這些類型的無線電力傳輸系統(tǒng)通常稱為"中距離"系 統(tǒng)。典型的中距離無線電力傳輸系統(tǒng)依賴于由Nicola Tesla在超過100年以前公開的技術(shù) (參見例如1901年10月22日公布的美國專利685, 012)。
[0004] 對(duì)于典型的中距離系統(tǒng)，電力傳輸系統(tǒng)包括一對(duì)諧振器，該對(duì)諧振器被布置在初 級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間或以其他方式布置在初級(jí)線圈和次級(jí)線圈附近。每個(gè)諧振器被配置 成包括電感器和電容器，并且不包括任何其他的明顯負(fù)載。這樣使得諧振頻率處的阻抗保 持為最小，這最大化了在電容器和電感器之間的諧振電流。電感器中的電流進(jìn)而放大在諧 振器內(nèi)感應(yīng)的無線電力信號(hào)。給出其放大信號(hào)的能力，諧振器可以用作用于擴(kuò)展無線電源 系統(tǒng)的范圍的橋。在使用中，初級(jí)線圈生成在第一諧振器中感應(yīng)電力的電磁場，該第一諧振 器生成在第二諧振器中的電力的放大的電磁場，并且第二諧振器生成在次級(jí)線圈中感應(yīng)電 力的放大的電磁場。例如，圖1圖示了已知的無線電源系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。圖1的無線電 源系統(tǒng)包括無線電源和無線接收機(jī)。無線電源包括對(duì)干線輸入的連接、AC/DC電源、用于將 DC電力切換為AC的逆變器、包括電容器和電感器L1的振蕩電路（tank circuit)。當(dāng)通電 時(shí)，振蕩電路電感器L1耦合到包括電感器L2和電容器的隔離的諧振器電路。無線接收機(jī) 包括具有電感器L3和電容器的隔離諧振器電路，隔離諧振器電路與無線電源的隔離諧振 器電路相耦合。無線接收機(jī)的隔離諧振器電路將電力中繼到無線接收機(jī)的次級(jí)電路。無線 接收機(jī)的次級(jí)電路包括次級(jí)電感器L4、電容器、整流器、控制器和負(fù)載。
[0005] 雖然諧振器的使用通常在中距離環(huán)境中提供提高的效率，但是當(dāng)無線電源和遠(yuǎn)程 設(shè)備過于接近時(shí)，諧振器可能減小效率。諧振器還能夠中繼更多的可用電力，導(dǎo)致比在一些 應(yīng)用中所期望的更高的電壓。這可能導(dǎo)致降低系統(tǒng)的整體效率，產(chǎn)生顯著的發(fā)熱，并且在接 收機(jī)處生成過大的電壓和環(huán)流。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種無線電力傳輸組件，該無線電力傳輸組件具有用于控制由諧振 器中繼的電力量的選擇性可調(diào)整的諧振器電路。諧振器電路可以在無線電源、無線接收機(jī)、 中間諧振器或其任何組合中。
[0007] 在一個(gè)實(shí)施例中，基于次級(jí)電路的反饋來主動(dòng)地配置諧振器電路。在一個(gè)實(shí)施例 中，次級(jí)電路的反饋是閾值的函數(shù)。例如，溫度、電壓、電流或電力閾值。在另一實(shí)施例中， 基于來自次級(jí)電路外部(諸如電池上的溫度傳感器）的反饋來主動(dòng)地配置諧振器電路。
[0008] 諧振器電路可以包括用于配置諧振器電路的控制子電路。在一個(gè)實(shí)施例中，控制 子電路連接到與諧振器電容器并聯(lián)的諧振器電感器，并且選擇性地旁路諧振電容器，或者 選擇性地提供與諧振器電容器并聯(lián)的電阻。在一個(gè)實(shí)施例中，控制子電路與諧振器電感器 和諧振器電容器串聯(lián)。在一個(gè)實(shí)施例中，控制子電路包括選擇性地旁路諧振器電容器或選 擇性地提供與諧振器電容器并聯(lián)的電阻的開關(guān)。該開關(guān)可以是一個(gè)或多個(gè)晶體管或另一開 關(guān)元件。在一個(gè)實(shí)施例中，控制子電路包括整流器，并且開關(guān)位于整流側(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中， 控制子電路包括能夠以AC進(jìn)行操作的開關(guān)。
[0009] 在一個(gè)實(shí)施例中，控制子電路改變諧振器電路的品質(zhì)因子，或"Q因子"，以改變中 繼到次級(jí)電路的電力量。在一個(gè)實(shí)施例中，通過反饋來主動(dòng)地控制子電路以減小由諧振器 電路中繼到次級(jí)電路的電力量。
[0010] 在一個(gè)實(shí)施例中，次級(jí)電路包括促動(dòng)控制子電路的反饋電路。反饋電路可以感測 次級(jí)電路中的特性并且主動(dòng)地操作控制子電路。反饋電路可以操作控制子電路以滿足閾 值。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)穿過閾值時(shí)，反饋電路可以使得控制子電路改變(減小或增加)諧振 器電路的Q因子。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施例中，控制子電路包括能夠用作可變電阻器的組件。該組件可以是以 三極管模式或在線性區(qū)域中進(jìn)行操作晶體管。反饋電路可以能夠向控制可變電阻器的值的 控制子電路提供成比例的反饋信號(hào)。反饋電路可以包括能夠基于算法來調(diào)整相關(guān)反饋信號(hào) 的控制器。該算法可以基于被感測特性的實(shí)際值和期望值之間的相對(duì)差來改變反饋信號(hào)。 例如，控制器可以利用比例、積分、微分（PID)算法。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施例中，反饋電路包括向控制子電路提供直接反饋的模擬組件。在一個(gè) 實(shí)施例中，模擬組件根據(jù)閾值是否被滿足來提供高或低信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，反饋電路包 括數(shù)字控制器。數(shù)字控制器可以接收模擬輸入，并且生成用于控制子電路的控制信號(hào)。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施例中，諧振器電路可以包括諧振器關(guān)斷電路。諧振器關(guān)斷電路可以控 制子電路或與控制子電路分離的開關(guān)。諧振器電路或控制子電路可以包括用于提供與關(guān)斷 電路的控制相關(guān)的信息的傳感器。例如，諧振器關(guān)斷電路可以用于從無線接收機(jī)有效地消 除諧振器電路。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明可以被合并到具有通過初級(jí)諧振器電路中繼電力的初級(jí) 電感器的無線發(fā)射機(jī)中。無線發(fā)射機(jī)包括控制子電路，該控制子電路用于調(diào)整初級(jí)諧振器 電路的Q因子以調(diào)節(jié)從無線發(fā)射機(jī)發(fā)出的電力量。在一個(gè)實(shí)施例中，無線發(fā)射機(jī)包括基于 任何期望的控制特性來操作控制子電路的控制器。例如，無線發(fā)射機(jī)可以將發(fā)射的電力量 限制為與無線接收機(jī)期望的電力量相對(duì)應(yīng)。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，無線發(fā)射機(jī)被配置成與具有Q控制的無線接收機(jī)相結(jié)合地進(jìn)行 操作。無線接收機(jī)可以被配置成將其Q控制狀態(tài)傳遞到無線發(fā)射機(jī)。無線發(fā)射機(jī)可以被配 置為當(dāng)所有的無線接收機(jī)正在使用Q控制時(shí)降低諧振器電路的Q因子。
[0016] 本發(fā)明可以提供各種優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明簡化用于高諧振系統(tǒng)的諧振 反饋和Q控制。本發(fā)明可以提供用于允許一個(gè)場發(fā)射機(jī)對(duì)包括處于不同電力水平的接收機(jī) 的許多接收機(jī)供電的簡單控制。本發(fā)明允許控制系統(tǒng)控制發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)處或在中間 組件中的Q。本發(fā)明允許具有Q控制的發(fā)射機(jī)限制電力，或者控制Q允許多個(gè)附近系統(tǒng)，諸 如接近耦合和中距離系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種可以被合并到電池的標(biāo)簽 中的簡單的電池充電器和反饋系統(tǒng)。本發(fā)明可以允許系統(tǒng)控制Q，連同在使用干線電壓、相 位控制或頻率來針對(duì)最大效率進(jìn)行調(diào)整的同時(shí)傳遞接收機(jī)的電力需要。本發(fā)明可允許具有 數(shù)字監(jiān)視和通信的模擬Q控制。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明可以被合并到控制系統(tǒng)中，該控制 系統(tǒng)允許固定頻率、可變頻率、可變干線（幅度)、可變范圍（距離）和多個(gè)電力傳輸協(xié)議。本 發(fā)明允許用于高諧振系統(tǒng)寬松耦合和緊密耦合的電感系統(tǒng)之間的切換的控制。本發(fā)明可以 合并發(fā)射機(jī)，該發(fā)射機(jī)可以控制該各種距離處的很多接收機(jī)的電力，以在其他接收機(jī)減小 Q以按需要調(diào)整電力的同時(shí)調(diào)整為具有需要電力的最大距離。本發(fā)明可以允許基于諸如電 壓、電流或溫度的各種因子的Q控制。
[0017] 參考對(duì)當(dāng)前實(shí)施例的描述和附圖，本發(fā)明的這些和其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將被更 充分地理解和認(rèn)識(shí)。
[0018] 在詳細(xì)解釋本發(fā)明的實(shí)施例之前，將被理解的是：本發(fā)明不限于在附圖中所圖示 或在接下來的描述中所闡述的操作的細(xì)節(jié)、或者組件的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明可以在 各種其他實(shí)施例中被實(shí)現(xiàn)，并且可以以未在此明確公開的替代方式被實(shí)踐或執(zhí)行。此外， 將被理解的是：在此所使用的措辭和術(shù)語是出于描述的目的，并且不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的。 "包括"和"包含"及其變型的使用意圖包括在其后列出的項(xiàng)目及其等價(jià)物以及附加項(xiàng)目及 其等價(jià)物。此外，列舉可以被用于各種實(shí)施例的描述中。除非另外明確說明，列舉的使用不 應(yīng)被解釋為把發(fā)明限制于組件的任何特定順序或數(shù)量。列舉的使用也不應(yīng)被解釋為從發(fā)明 的范圍中排除可以與所列舉的步驟或組件組合或被組合到其中的任何附加的步驟或部件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是包括具有初級(jí)線圈和初級(jí)諧振器的無線電源和具有次級(jí)線圈和次級(jí)諧振 器的無線接收機(jī)的諧振無線電源系統(tǒng)的代表性視圖。
[0020] 圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的無線接收機(jī)的代表性示意圖。
[0021] 圖3是根據(jù)配置有LED指示器的一個(gè)實(shí)施例的無線接收機(jī)的代表性示意圖。
[0022] 圖4是根據(jù)具有LED指示器和光學(xué)隔離反饋電路的一個(gè)實(shí)施例的無線接收機(jī)的代 表性示意圖。
[0023] 圖5是根據(jù)配置有用于負(fù)載調(diào)制的電容元件的一個(gè)實(shí)施例的具有數(shù)字反饋電路 的無線接收機(jī)的代表性示意圖。
[0024] 圖6是根據(jù)配置有用于負(fù)載調(diào)制的電阻元件的一個(gè)實(shí)施例的無線接收機(jī)的代表 性示意圖。
[0025] 圖7是根據(jù)配置有有源整流電路的一個(gè)實(shí)施例的無線接收機(jī)的代表性示意圖。
[0026] 圖8是根據(jù)配置有耦合到諧振器電路的電流感測變壓器和有源整流電路的一個(gè) 實(shí)施例的無線接收機(jī)的代表性示意圖。
[0027] 圖9是包括用于補(bǔ)充模擬反饋電路的數(shù)字反饋電路的無線接收機(jī)的一個(gè)實(shí)施例 的代表性示意圖。
[0028] 圖10是圖示在諧振器電路活動(dòng)情況下本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的操作的無線測試接 收機(jī)的示波器快照。
[0029] 圖11是具有使用主動(dòng)Q控制的諧振器電路的無線測試接收機(jī)的示波器快照。
[0030] 圖12a是從非活動(dòng)狀態(tài)改變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)的無線測試接收機(jī)的示波器快照。
[0031] 圖12b是從非活動(dòng)狀態(tài)改變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)的無線測試接收機(jī)的示波器快照。
[0032] 圖13是常規(guī)無線接收機(jī)和根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的無線接收機(jī)的熱圖像。
[0033] 圖14是示出了在各個(gè)位置處（X/Y/Z軸定位）接收適當(dāng)電力的各種無線接收機(jī)的 代表性視圖，其中的一些包括Q控制。
[0034] 圖15是每一個(gè)都具有不同厚度的三個(gè)不同充電表面的代表性視圖，根據(jù)一個(gè)實(shí) 施例的無線接收機(jī)可以能夠通過該不同充電表面接收電力。
[0035] 圖16是根據(jù)能夠從各種感應(yīng)電力發(fā)射機(jī)接收電力的一個(gè)實(shí)施例的無線接收機(jī)的 代表性視圖。
[0036] 圖17是包括Q控制電路并且能夠選擇驅(qū)動(dòng)電路的半橋、全橋或其組合的無線發(fā)射 機(jī)的代表性視圖。
[0037] 圖18是根據(jù)合并在電池中的一個(gè)實(shí)施例的無線接收機(jī)的代表性視圖。
[0038] 圖19是根據(jù)配置有具有背靠背場效應(yīng)晶體管的控制子電路的一個(gè)實(shí)施例的無線 接收機(jī)的代表性示意圖。
[0039] 圖20是配置有具有背靠背場效應(yīng)晶體管和可變電阻反饋的控制子電路的一個(gè)實(shí) 施例的無線接收機(jī)的代表性示意圖。
[0040] 圖21是根據(jù)配置有可選斷開的一個(gè)實(shí)施例的無線接收機(jī)的代表性示意圖。
[0041] 圖22是根據(jù)配置成可選地將諧振器電路和初級(jí)電路耦合到接收機(jī)輸出的一個(gè)實(shí) 施例的無線接收機(jī)的代表性示意圖。
[0042] 圖23是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的并且在用于Q因子控制的控制子電路中配置有串聯(lián)電 阻的無線接收機(jī)的代表性示意圖。
[0043] 圖24是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的并且配置有光學(xué)隔離反饋電路的無線接收機(jī)的代表性 示意圖。
[0044] 圖25是無線接收機(jī)的線圈和感應(yīng)電源的線圈之間的空間關(guān)系的代表性視圖。
[0045] 圖26是無線接收機(jī)的線圈和感應(yīng)電源的線圈之間的寬松耦合的場區(qū)和緊密耦合 的場區(qū)的代表性視圖。
[0046] 圖27是可以被合并到無線接收機(jī)的實(shí)施例中的一些可選組件的代表性示意圖。
[0047] 圖28是用于中距離發(fā)射機(jī)的控制方法的代表性流程圖。
[0048] 圖29是與Q控制無線接收機(jī)兼容的接近耦合發(fā)射機(jī)的控制方法的代表性流程圖。
[0049] 圖30是具有Q因子控制的無線接收機(jī)的代表性流程圖。
[0050] 圖31是具有Q因子控制的便攜式設(shè)備和無線電力發(fā)射機(jī)的代表性視圖。
[0051] 圖32是配置成控制Q因子的無線電力接收機(jī)的代表性視圖。
[0052] 圖33是合并到感應(yīng)炊具中的無線電力接收機(jī)的代表性視圖。
[0053] 圖34是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的場擴(kuò)展器的代表性視圖。
[0054] 圖35示出了接收機(jī)側(cè)無線電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的電路拓?fù)洹?br> [0055] 圖36示出了接收機(jī)側(cè)無線電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的電路分析的電流和電壓的圖形。

【具體實(shí)施方式】
[0056] 常規(guī)的中距離無線電力系統(tǒng)可以包括將電力從無線電力發(fā)射機(jī)中繼到無線電力 接收機(jī)的諧振器。通常，諧振器的Q因子越高，相對(duì)于諧振器所存儲(chǔ)的能量的能量損耗的速 率就越低。即，Q因子越高，諧振器中的振蕩就消失得越慢。因此，諧振器的Q因子與可以 由諧振器在給定距離中繼的電力的量相關(guān)。較高的Q因子可以導(dǎo)致較高的電力中繼，并且 較低的Q因子可以減小中繼的電力的量。主動(dòng)地配置諧振器中的一個(gè)或多個(gè)以控制諧振器 電路的Q因子可以允許諸如通過調(diào)節(jié)從無線電源發(fā)出的電力量或在遠(yuǎn)程設(shè)備中接收到的 電力量來調(diào)節(jié)通過無線電力傳輸系統(tǒng)的電力量。圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的 無線接收機(jī)。在該實(shí)施例中，無線接收機(jī)包括諧振電路、次級(jí)電路以及控制子電路，該控制 子電路用于通過基于來自次級(jí)電路的反饋主動(dòng)地配置諧振器來改變諧振器電路的Q因子。 在該實(shí)施例中，控制子電路連接到與諧振器電容器C3并聯(lián)的諧振器電感器L3?？刂谱与?路包括晶體管Q1，該晶體管Q1可以被促動(dòng)以選擇性地旁路諧振器電容器C3,并且從而極大 地降低諧振器的Q因子。雖然諧振器的Q因子可以被減小，但是次級(jí)諧振器L3中的感應(yīng)電 流仍然可以把場延伸到次級(jí)電感器L4。以該方式，在次級(jí)電感器L4中接收到的電力可以小 于在Q因子沒有降低情況下將以其他方式接收到的量。當(dāng)諧振電容器C3被旁路時(shí)，次級(jí)諧 振器L3可以用作非諧振、低Q諧振器，并且把減小量的場延伸到次級(jí)電感器L4。雖然電流 可以流過旁路，但是該實(shí)施例中的旁路不意味著浪費(fèi)諧振器中的過多電力。相反，電路的較 低Q可以使較少量的場諧振到次級(jí)電感器L4,允許接收機(jī)繼續(xù)以可接受的電壓量、電力量 或兩者來進(jìn)行操作。
[0057] 如示出的，該實(shí)施例的次級(jí)電路包括用于控制晶體管Q1的操作的反饋。在該實(shí)施 例中，當(dāng)反饋超過閾值時(shí)，促動(dòng)晶體管Q1以減小諧振器的Q因子。在操作中，無線接收機(jī)可 以被放置在電磁場中，使得在諧振器電路中感應(yīng)AC電流，并且電力被中繼到次級(jí)電路。
[0058] 可調(diào)整諧振器可以被合并到無線電力傳輸系統(tǒng)的基本上任何組件中，以允許在電 力傳輸?shù)幕旧先魏坞A段的電力控制。例如，可調(diào)整諧振器可以代替常規(guī)諧振器被合并到 無線發(fā)射機(jī)、無線接收機(jī)和/或中間諧振器中。如果可調(diào)整諧振器被合并到中間諧振器中， 則電路可以被配置為諧振特定量的場，從而可能防止不可接受的量的場局部化在中間諧振 器周圍。例如，如果無線電源位于房間的中間并且中間諧振器位于房間周圍，則每個(gè)諧振器 可以被配置為提供高達(dá)特定量的諧振場。這可以防止在遠(yuǎn)程設(shè)備被放置在中間諧振器附近 時(shí)過多的場水平損壞遠(yuǎn)程設(shè)備。中間諧振器可以基于在諧振電路中的感應(yīng)電流或電壓或者 可以使用外部場傳感器來確定最大或額定場水平。
[0059] 如上所述，圖2是合并了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的無線接收機(jī)的示意性表示。無線 接收機(jī)被配置成無線地接收來自無線電力發(fā)射機(jī)(未示出）的電力。無線電力發(fā)射機(jī)可以包 括生成磁通的初級(jí)電感器和諧振器。無線接收機(jī)可以被耦合到遠(yuǎn)程設(shè)備的電力輸入。例如， J1和J2可以耦合到遠(yuǎn)程設(shè)備的電力輸入。例如，J1和J2可以是針對(duì)導(dǎo)線的板中的輸出端 子、焊盤、或孔。遠(yuǎn)程設(shè)備可以是利用電力的基本上任何組件。例如，遠(yuǎn)程設(shè)備可以是小區(qū) 電話、智能電話、媒體播放器、個(gè)人數(shù)字助理、膝上型計(jì)算機(jī)、筆記本或平板計(jì)算機(jī)。無線接 收機(jī)所遞送的電力可以以基本上任何方式來使用，諸如對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備直接供電和/或?qū)τ糜?遠(yuǎn)程設(shè)備的電池進(jìn)行充電。無線接收機(jī)可以由制造商直接集成到遠(yuǎn)程設(shè)備中。在這樣的實(shí) 施例中，遠(yuǎn)程設(shè)備可以被配置為將無線接收機(jī)容納在遠(yuǎn)程設(shè)備的殼體內(nèi)，并且電力輸入可 以是把電力從無線電力接收機(jī)遞送到遠(yuǎn)程設(shè)備的電力管理單元(未示出）的內(nèi)部電連接。電 力管理單元(未示出）可以根據(jù)需要控制電力的使用，例如，通過使用常規(guī)的電力控制算法 來將電力提供給遠(yuǎn)程設(shè)備或?qū)h(yuǎn)程設(shè)備的電池進(jìn)行充電。替代地，無線電力接收機(jī)可以被 配置為附連到本來不意圖無線地接收電力的遠(yuǎn)程設(shè)備以允許該遠(yuǎn)程設(shè)備無線地接收電力。
[0060] 圖2的無線接收機(jī)通常包括諧振器電路、次級(jí)電路和控制子電路。諧振器電路可 以包括諧振器電感器L3和諧振器電容器C3。諧振器電感器和諧振器電容器的特性可以根 據(jù)應(yīng)用、期望的次級(jí)電路輸出或其他電路組件的選擇來改變。在所描繪的實(shí)施例中，諧振器 電容器C3是高質(zhì)量的0. luF 600V 3%金屬聚丙帽(松下ECG ECW-F6104HL)，并且諧振器電 感器L3是例如具有12阻，28 AWG，400mm的平面卷繞線圈。在其他實(shí)施例中，諧振器電感器 L3可以是任何其他類型的電感器，諸如絞合線線圈、PCB線圈或印刷線圈?？梢栽谥C振器電 路中利用大范圍的諧振電容器和諧振電感器。例如，具有低ESR的額定為大約100伏特和 大約2安培的電流的電容器和電感器的不同組合可以提供與廣泛的各種消費(fèi)電子設(shè)備(諸 如具有集成的無線接收機(jī)的移動(dòng)電話或電池）的電力需求相當(dāng)?shù)钠谕敵鲭妷?。足夠說明 的是，可以利用適用于將無線電力中繼到次級(jí)電路的諧振器電感器和諧振器電容器的類型 和值的基本上任何組合。
[0061] 如圖2中所示，控制子電路可以包括AC/DC轉(zhuǎn)換器和開關(guān)。在圖2的實(shí)施例中，AC/ DC轉(zhuǎn)換器是全橋整流器D1-D4,并且開關(guān)是具有下拉電阻器R1的晶體管Q1。晶體管Q1可 以是在SC73封裝中的7A 100V 72毫歐姆的Rds N溝道邏輯電平FET - NXP BUK9875-100A， 115。電阻器 R1 可以是 100K 1/8W 5%的金屬膜電阻器 1202 SMD-digikey PN P100ECT。 在使用中，電阻器R1在反饋電路(下面討論的）處于不確定狀態(tài)的情況下可以保持晶體管 Q1截止。
[0062] 如圖2中所示，控制子電路連接到諧振器電感器L3,諧振器電感器L3與諧振電容 器C3并聯(lián)。在一個(gè)實(shí)施例中，控制子電路可以用于選擇性地旁路電容器C3周圍的電流。在 一個(gè)實(shí)施例中，控制子電路可以用于選擇性地提供并聯(lián)電阻。例如，晶體管Q1可以以三極 管模式進(jìn)行操作，以選擇性地提供與諧振器電容器C3并聯(lián)的可變電阻。作為另一示例，控 制電路可以包括與晶體管Q1串聯(lián)的電阻器。在圖2的實(shí)施例中，除了別的之外，整流器可 以促進(jìn)使用單個(gè)低成本晶體管Q1來旁路諧振器電容器C3或者提供與諧振器電容器C3并 聯(lián)的電阻。在其他應(yīng)用中，諧振器電路中的整流器可以被消除(參見例如圖19和圖20)。 [0063] 在本實(shí)施例中，諧振器電路被合并到無線接收機(jī)中并且耦合到次級(jí)電路。次級(jí)電 路的設(shè)計(jì)和配置可以隨應(yīng)用而改變。在圖2的實(shí)施例中，次級(jí)電路通常包括次級(jí)電感器L4、 AC/DC轉(zhuǎn)換器和反饋電路。一般來說，次級(jí)電感器L4在適當(dāng)?shù)碾姶艌龃嬖跁r(shí)生成AC電力。 AC/DC轉(zhuǎn)換器將感應(yīng)的AC電力轉(zhuǎn)換成DC電力。在所描繪的實(shí)施例中，AC/DC轉(zhuǎn)換器是全橋 整流器D5-D8，但是整流器可以隨應(yīng)用按期望改變。例如，全橋整流器可以用半橋整流器來 替換(參見例如圖27)。在遠(yuǎn)程設(shè)備被配置成接收處于由次級(jí)電感器L4生成的頻率的AC電 力的應(yīng)用中，AC/DC轉(zhuǎn)換器可以是不必要的。在一些應(yīng)用中，提供具有諧振振蕩電路的次級(jí) 電路可能是合乎期望的。在這樣的應(yīng)用中，可以與次級(jí)電感器串聯(lián)或并聯(lián)地引入電容器(參 見例如圖27)。在一些應(yīng)用中，可能期望包括與次級(jí)電感器L4并聯(lián)的標(biāo)識(shí)電容器。標(biāo)識(shí)電 容器的值可以被選擇，從而向意圖符合Qie可互操作的無線電力標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程設(shè)備提供處于 期望標(biāo)識(shí)頻率(諸如1 MHz)的諧振響應(yīng)。
[0064] 在該實(shí)施例中，基于來自次級(jí)電路的反饋來調(diào)整諧振電路的Q因子。在圖2中，在 從次級(jí)電路接收模擬信號(hào)的意義上，反饋電路是模擬反饋電路。反饋電路的輸出可以基本 上是數(shù)字的(例如"導(dǎo)通"或"截止"晶體管的信號(hào))，或者它可以是模擬的(例如，可以以三極 管模式操作晶體管以使得晶體管Q1呈現(xiàn)為可變電阻器的可變信號(hào))。在其他實(shí)施例中，如 下面將要討論的，不同類型的反饋電路可以替換或補(bǔ)充圖2中描繪的模擬反饋電路。
[0065] 在該實(shí)施例中，反饋電路被配置成基于次級(jí)電路中的DC電壓來驅(qū)動(dòng)控制電路。在 本實(shí)施例中，反饋電路被耦合到整流器的DC側(cè)上的次級(jí)電路的電力輸出的高側(cè)。反饋電路 可以基于期望的控制因子(例如溫度、電壓、電流或電力）而被耦合到次級(jí)電路的不同位置 處。在一些應(yīng)用中，反饋電路可以被耦合到次級(jí)電路外部的組件。例如，當(dāng)電池溫度是控制 因子時(shí)，反饋電路可以被耦合到位于遠(yuǎn)程設(shè)備的電池附近的溫度傳感器。雖然溫度傳感器 可以是次級(jí)電路的部分，但是其可以替代地在次級(jí)電路外部。例如，溫度傳感器可被集成到 遠(yuǎn)程設(shè)備的電路中，或者他可以直接集成到諧振電路中。
[0066] 在圖2中，次級(jí)電路的反饋是由模擬反饋電路設(shè)置的閾值電壓值的函數(shù)。更具體 地，在該實(shí)施例中，反饋電路的輸出取決于次級(jí)電路中的電壓是否超過閾值。在其他基于 閾值的模擬反饋實(shí)施例中，反饋可以是溫度閾值、電流閾值、電力閾值或某個(gè)其他閾值的函 數(shù)。在圖2的實(shí)施例中，模擬反饋電路包括齊納二極管Z1和電壓檢測器U1。在替代實(shí)施例 中，模擬反饋電路可以包括生成反饋信號(hào)的不同組件。例如，模擬反饋電路可以包括比較器 電路、運(yùn)算放大器或能夠產(chǎn)生反饋信號(hào)的其他電路。圖示實(shí)施例的反饋信號(hào)是高信號(hào)或低 信號(hào)，在次級(jí)電路中的電壓超過閾值時(shí)該反饋信號(hào)閉合晶體管Q1。在其他實(shí)施例中，反饋電 路可以被配置為產(chǎn)生"高"輸出，該輸出以三極管模式或線性區(qū)域中的特定點(diǎn)操作晶體管， 從而使晶體管有效地用作電阻器。反饋電路可以被配置成提供"高"輸出，該"高"輸出與 使得晶體管提供期望電阻所需要的信號(hào)相對(duì)應(yīng)。在替代實(shí)施例中，反饋電路可以被配置成 提供可變輸出，而不是簡單的"高"或"低"輸出。在該實(shí)施例中，輸出可以被改變以打開晶 體管、閉合晶體管或在三極管模式中基本上任何點(diǎn)處操作晶體管Q1。以三極管模式操作晶 體管允許晶體管有效地用作電阻器。通過提供選擇性改變的反饋信號(hào)，該替代實(shí)施例允許 晶體管有效地操作為可變電阻器。該晶體管可以根據(jù)控制因子來以不同的狀態(tài)進(jìn)行操作。 例如，在閾值控制因子的情況下，晶體管的操作狀態(tài)可以根據(jù)超過該閾值多少來改變。如果 控制因子超過閾值相對(duì)小的量，則晶體管可以在其呈現(xiàn)相對(duì)高電阻的三極管模式中的點(diǎn)處 進(jìn)行操作。如果控制因子超過閾值相對(duì)大的量，則晶體管可以被完全閉合，或者在其呈現(xiàn)相 對(duì)小的電阻的三極管模式中的點(diǎn)處進(jìn)行操作。
[0067] 在圖2的實(shí)施例中，齊納二極管和電壓檢測器的特性控制模擬反饋電路的閾 值。在當(dāng)前的實(shí)施例中，Z1是8. 7V，500mW的齊納minimelf SMD封裝一二極管，Inc. ZMM5238B-7,并且U1是電壓檢測器芯片，具有約4. 6V閾值CMOS非反相輸出，T0-92封裝一 松下一SSG麗1381SUU。在操作中，U1在輸出電壓不超過4. 6V時(shí)輸出"低"信號(hào)，或者在輸 出電壓不超過4. 6V時(shí)輸出"高"信號(hào)。該閾值可以通過調(diào)整齊納二極管和/或電壓檢測器 芯片的特性來改變。
[0068] 在操作期間，控制電路進(jìn)行操作以在次級(jí)電路中的輸出電壓超過閾值4. 6V時(shí)選 擇性地減小諧振器電路的Q因子(或Q值)。更具體地，如果次級(jí)輸出電壓高于閾值，則控 制子電路將諧振器電路配置為降低諧振器電路的Q值，從而降低由諧振器電路中繼的電力 量，并且有效地減小次級(jí)電路中接收到的電力。如果次級(jí)輸出電壓低于閾值，則控制子電路 允許諧振器電路保持在最大Q因子。在本實(shí)施例中，通過反饋電路來促動(dòng)控制電路，反饋電 路提供來自次級(jí)電路的反饋環(huán)路。該反饋環(huán)路產(chǎn)生循環(huán)控制方案，在該循環(huán)控制方案中反 饋電路在次級(jí)輸出電壓超過閾值時(shí)生成"高"反饋信號(hào)。作為響應(yīng)，控制子電路閉合晶體管 Q1，以將諧振器電路重新配置為具有較低的Q值，這降低了由諧振器中繼的電力并且使得 次級(jí)輸出電壓下降。當(dāng)次級(jí)輸出電壓低于閾值電壓時(shí)，反饋電路將停止把"高"反饋發(fā)送到 控制子電路。當(dāng)控制子電路停止從反饋電路接收到"高"反饋時(shí)，則控制子電路將打開晶體 管Q1，這允許諧振器電路恢復(fù)到其原始Q值。當(dāng)諧振電路恢復(fù)到原始Q值時(shí)，次級(jí)輸出電壓 可以再次上升。如果次級(jí)輸出電壓超過閾值電壓，則整個(gè)過程重新開始。以該方式，無線接 收機(jī)可以主動(dòng)地調(diào)整諧振電路的Q值，以防止超過特定輸出電壓。
[0069] 在由諧振器電路截取的磁通足以使諧振器電路在其原始Q值處中繼足夠的通量 (例如，中繼電力）以持續(xù)超過閾值電壓的情況下，控制電路在操作期間可以迅速地參與和 脫離控制電路。諧振器的該主動(dòng)的重新配置可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)間的平均Q值。即，通過在提供 第一 Q值的第一配置和提供第二Q值的第二配置之間選擇性地配置諧振器，可以提供在第 一 Q值和所述第二Q值之間的有效Q值。在一個(gè)實(shí)施例中，第一配置是開路配置，并且第二 配置是旁路配置。通過在開路配置和旁路配置之間主動(dòng)地重新配置，所述無線接收機(jī)可以 選擇性地將諧振器電路調(diào)整為控制由諧振器電路中繼到次級(jí)電感器L4的電力。在替代實(shí) 施例中，配置之一可以是并聯(lián)電阻配置。
[0070] 在操作期間，次級(jí)輸出電壓可以由于除了被重新配置的諧振器的Q值之外的其他 因子而改變。例如，無線接收機(jī)上的負(fù)載可以改變電磁場中的遠(yuǎn)程設(shè)備的數(shù)目，或者無線接 收機(jī)和電源之間的距離可以改變。因?yàn)榉答伝诖渭?jí)輸出電壓，所以該系統(tǒng)可以自動(dòng)考慮 這些改變。
[0071] 雖然圖2的開關(guān)被連接到諧振器電感器L3,但是開關(guān)的配置可以根據(jù)應(yīng)用而改 變。例如，在圖19和圖20中圖示的替代實(shí)施例中，控制子電路可以包括與諧振器電容器C3 和諧振器電感器L3串聯(lián)的開關(guān)。在圖19和圖20的實(shí)施例中，交換機(jī)包括兩個(gè)背靠背場效 應(yīng)晶體管，其柵極連接在一起。高于閾值電壓的柵極電壓把諧振器電路配置為開路配置，并 且低于閾值電壓的柵極電壓把諧振器電路配置為的隔離的諧振器電路配置。雖然圖19和 圖20示出了與諧振器電容器和諧振器電感器串聯(lián)的背靠背晶體管，但是該背靠背晶體管 可以替代地連接到與諧振器電容器并聯(lián)的諧振器電感器。
[0072] 在圖2和圖19的兩個(gè)實(shí)施例中，控制子電路可以被操作為改變諧振器的Q因子， 并且實(shí)際上，控制通過諧振器中繼的電力量。在圖2中，當(dāng)晶體管Q1不活動(dòng)（inactive)時(shí)， 控制子電路對(duì)諧振器電路的Q因子的影響最小。當(dāng)晶體管Q1活動(dòng)（active)時(shí)，控制子電 路對(duì)諧振器電路的Q因子具有顯著影響。當(dāng)晶體管Q1以三極管模式進(jìn)行操作時(shí)，Q因子在 活動(dòng)和非活動(dòng)配置的Q因子之間改變。
[0073] 在圖19中，當(dāng)控制子電路處于開路配置時(shí)，控制子電路對(duì)諧振器電路的Q因子具 有顯著影響。例如，具有處于開路配置中的控制子電路的諧振器電路的Q因子大約為零。
[0074] 在圖2和圖19的兩個(gè)實(shí)施例中，可以通過對(duì)控制子電路處于各種配置中的時(shí)間量 進(jìn)行控制來調(diào)整諧振器的Q因子。例如，可以通過對(duì)控制子電路處于多個(gè)配置中的每一個(gè) 的時(shí)間比率來實(shí)現(xiàn)存在具有不同的Q因子或時(shí)間平均的Q因子的多個(gè)配置的情況。時(shí)間平 均的Q因子可以與諧振器在每個(gè)配置中的時(shí)間量成正比。例如，在時(shí)間平均的Q因子線性 成比例的諧振器電路中，一個(gè)配置中的Q因子是100,并且另一配置中的Q因子是0,則Q因 子50可以通過控制子電路約50%的時(shí)間處于一個(gè)配置中并且約50%的時(shí)間處于另一配置 中來實(shí)現(xiàn)。不同的Q因子可以通過改變比率來實(shí)現(xiàn)。例如，在上述線性比例的應(yīng)用中，約25 的Q因子可以通過約25%的時(shí)間操作在提供100的Q因子的配置中并且約75%的時(shí)間操作 在提供〇的Q因子的配置中來實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)可以控制為特定的Q因子。例 如，不同諧振器電路配置的Q因子可以是預(yù)定的，并且控制器可以能夠?qū)⒅C振器電路主動(dòng) 地重新配置為實(shí)現(xiàn)期望的Q因子或者Q因子范圍。改變諧振器的Q因子的周期可以按與系 統(tǒng)所包含的電容量成比例地調(diào)整。在具有最小電容量的應(yīng)用中，可能期望增加占空比循環(huán) 的頻率，以便最小化該系統(tǒng)中的電壓波動(dòng)。例如，切換頻率可以以電力傳輸頻率的速率來執(zhí) 行，其中針對(duì)諧振器中的電流的單個(gè)周期的部分來調(diào)整Q因子。例如，Q因子可以在諧振器 中流動(dòng)的電流的單個(gè)周期的前20%中增加，并且在該周期的其余80%中減小。在其他應(yīng)用 中，該系統(tǒng)可以基于附加或替代的因素(諸如溫度、電壓、電流或電力）來控制Q因子。在這 些其他應(yīng)用中，系統(tǒng)不必知道在其各種配置中的諧振器電路的電感、電容或Q因子。
[0075] 在一個(gè)實(shí)施例中，控制子電路包括能夠用作可變電阻器的組件。該組件可以是以 三極管模式或在線性區(qū)域中進(jìn)行操作的晶體管。反饋電路可以能夠向控制該可變電阻器的 值的控制子電路提供成比例的反饋信號(hào)。反饋電路可以包括能夠基于算法來調(diào)整相關(guān)反饋 信號(hào)的控制器。算法可以基于在被感測特性的實(shí)際值和期望值之間的相對(duì)差來改變反饋信 號(hào)。例如，控制器可以利用控制環(huán)路，諸如比例、積分、微分（PID)算法。在一個(gè)實(shí)施例中， 反饋信號(hào)的占空比可以與在次級(jí)輸出電壓和閾值之間的差成比例。
[0076] 在本實(shí)施例中，D1至D8可以是2A 100V快速二極管一二極管，inc B1100LB-13-F。
[0077] 濾波電容器C4是可選的。在一些實(shí)施例中，可以提供額外的濾波組件以對(duì)次級(jí) 電路輸出進(jìn)行濾波。在本實(shí)施例中，濾波電容器C4針對(duì)負(fù)載存在重檢測提供約22ms的時(shí) 間常數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，C4可以是在1210 SMD封裝中的luf 50V陶瓷X5R-松下一ECG ECJ-4YB1H105K。在一個(gè)實(shí)施例中，可以根據(jù)所需要的輸出電壓來使用16伏特額定濾波電 容器。
[0078] 無線接收機(jī)的一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)或多個(gè)指示器。參考圖3, 一個(gè)實(shí)施例包括用于 指示Q控制何時(shí)活動(dòng)的LED指示器以及用于指示充電何時(shí)發(fā)生的LED指示器。
[0079] 無線接收機(jī)的一個(gè)實(shí)施例包括光隔離器，該光隔離器將諧振器電路和控制子電路 與次級(jí)電路隔離。參考圖4,圖示了具有LED指示器和光學(xué)隔離的反饋電路的無線接收機(jī)的 代表性示意圖。光隔離器可以有助于防止一側(cè)上的高電壓或迅速改變的電壓損壞組件或在 另一側(cè)上使信號(hào)失真。圖24中圖示了包括光隔離器的一個(gè)實(shí)施例。
[0080] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5-9和圖19-22所示的實(shí)施例，無線接收機(jī)的實(shí)施例可以類似于上述 實(shí)施例，只有幾處例外。圖5-9和圖19-22的實(shí)施例的反饋電路包括被配置為向諧振器電 路提供反饋以控制諧振器所中繼的控制電力的控制器。與其他實(shí)施例一樣，反饋電路可以 提供控制信號(hào)用于主動(dòng)對(duì)控制子電路進(jìn)行控制。反饋電路可以包括如圖2-9的實(shí)施例中所 示的場效應(yīng)晶體管，或者包括如圖19和圖20的實(shí)施例中所示的兩個(gè)背靠背場效應(yīng)晶體管。 在圖19中，反饋電路可以被配置成提供在交替狀態(tài)之間切換控制子電路的高或低輸出。在 圖20中，反饋電路包括提供控制子電路的比例控制的運(yùn)算放大器。例如，反饋電路可以具 有模擬輸出，以允許背靠背晶體管用作可變電阻。在圖19和圖20中，無線接收機(jī)可以包括 控制器，該控制器可以監(jiān)視反饋電路的輸出、次級(jí)電路的輸出或二者。此外，控制器可以如 本文其他地方所述那樣進(jìn)行通信。
[0081] 在一個(gè)實(shí)施例中，如圖22中所示，控制器可以選擇雙線圈電力接收模式，該模式 中可以使用開關(guān)將來自諧振器電路和有源整流電路的DC輸出耦合在一起。利用該配置，如 果控制器確定諧振器和初級(jí)線圈接近耦合到感應(yīng)電源，則該控制器可以通過閉合雙電力開 關(guān)來將無線接收機(jī)配置成使用來自諧振器電感器L3和次級(jí)電感器L4二者的電力。在圖5 所示的實(shí)施例中，反饋電路的控制器合并被適配成感測關(guān)于次級(jí)電路的輸出的信息的傳感 器。在替代實(shí)施例中，傳感器可以是與控制器分離的組件。如上所述，感測到的信息可以包 括電壓、電流、溫度和電力特性中的至少一個(gè)。在圖示的實(shí)施例中，控制器可以基于的次級(jí) 電路的輸出（例如J1)處感測到的電壓來向諧振器電路提供反饋。例如，類似于其他實(shí)施例， 控制器可以控制控制子電路，以響應(yīng)于感測到的電壓達(dá)到閾值而選擇性地旁路諧振器電路 或選擇性地提供與諧振器電路并聯(lián)的電阻。以該方式中，控制器可以通過針對(duì)第一持續(xù)時(shí) 間選擇一個(gè)Q因子并且針對(duì)另一持續(xù)時(shí)間選擇另一 Q因子來主動(dòng)控制諧振器電路的Q因 子，從而得到取決于第一持續(xù)時(shí)間相對(duì)于第二持續(xù)時(shí)間的相對(duì)時(shí)間的時(shí)間平均Q因子。
[0082] 在一個(gè)實(shí)施例中，控制器可以通過針對(duì)循環(huán)的部分選擇一個(gè)Q因子并且針對(duì)該循 環(huán)的另一部分選擇另一 Q因子來主動(dòng)地控制諧振器電路的Q因子。例如，系統(tǒng)可以在高Q諧 振器電路L3、C3上使用旁路負(fù)載，以將其從高Q諧振器轉(zhuǎn)換為低Q諧振器，諸如圖2-9中所 示的電路中的任何一個(gè)。在被旁路時(shí)，低Q諧振器仍然可以把一些場諧振到接收機(jī)L4中， 但是因?yàn)樵贚3中存在減小的電流而導(dǎo)致僅在旁路中幾乎不損失能量。L3的旁路可以針對(duì) 在L3中的再循環(huán)電流的若干循環(huán)來進(jìn)行，或者可以基于逐個(gè)循環(huán)地進(jìn)行，其中該旁路被空 比循環(huán)，或者針對(duì)每個(gè)周期的一百分比來施加。此外，旁路的定時(shí)可以在循環(huán)期間的任何時(shí) 間被執(zhí)行。在旁路每循環(huán)被施加一次或兩次的一個(gè)實(shí)施例中，定時(shí)可以對(duì)應(yīng)于在諧振器電 路L3/C3中接收到的電力的電流波形的過零點(diǎn)。例如，旁路可以在每個(gè)過零點(diǎn)之后保持截 止或者去激活達(dá)循環(huán)的百分比或持續(xù)時(shí)間，并且然后在循環(huán)的其余部分期間保持激活。作 為另一示例，該旁路可以在過零點(diǎn)處被激活達(dá)循環(huán)的百分比或持續(xù)時(shí)間，并且然后在該循 環(huán)的其余部分期間去激活。如果在逐個(gè)循環(huán)的基礎(chǔ)上控制旁路，則由L4接收的電壓以較 高的頻率循環(huán)，允許較小容量的電容器濾除波動(dòng)電壓。通過調(diào)整高Q和低Q狀態(tài)之間的諧 振器的占空比，接收機(jī)可以調(diào)整L3中的電流量，從而調(diào)整在L4中接收到的電力量。例如， 當(dāng)將遠(yuǎn)程設(shè)備放置在具有較高耦合量的發(fā)射機(jī)上時(shí)，L3諧振器中的電流在高Q狀態(tài)期間增 力口。為了補(bǔ)償增加并且防止接收機(jī)過電壓，旁路的占空比可以增加，增加了低Q狀態(tài)的占空 比以減小由遠(yuǎn)程設(shè)備接收到的總電力。
[0083] 現(xiàn)在參考圖35和圖36來描述在操作期間在Q因子之間循環(huán)的系統(tǒng)模型。具體地， 描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的4線圈系統(tǒng)(換言之，2線圈接收機(jī)電路和2線圈發(fā)射機(jī)電 路）的分析和仿真。
[0084] 參見圖35,示出了用于該分析的4線圈無線電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的接收機(jī)側(cè)。其包括 跨1^-(：3振蕩電路兩端的可以切換的電阻Rs。在該電路中，馬是電感器。的等效串聯(lián)電阻 (ESR)，并且假定電容C3無損耗。L4的ESR可以被認(rèn)為是總負(fù)載&的部分。
[0085] 為了簡化分析，在圖35中通過電流源is來仿真來自無線電力傳輸(WPT)網(wǎng)絡(luò)的發(fā) 射機(jī)側(cè)的時(shí)變通量。（如果通量耦合系數(shù)在發(fā)射機(jī)側(cè)諧振器和接收機(jī)側(cè)諧振器之間小，則該 假設(shè)可以是有效的)。
[0086] WPT網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)方程如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種無線電力傳輸組件，包括： 諧振器電路，被適配為將無線電力從無線電力發(fā)射機(jī)中繼到無線電力接收機(jī)，所述諧 振器電路具有Q值；以及 Q控制子電路，被配置為選擇性地調(diào)整所述諧振器電路的所述Q值以控制由所述諧振 器電路中繼的電力量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力傳輸組件，其中，所述諧振器電路和所述Q控制子電 路被設(shè)置在無線電力發(fā)射機(jī)、無線電力接收機(jī)和中間電力中繼組件中的至少一個(gè)中，所述 中間電力中繼組件被配置成將電力從所述無線電力發(fā)射機(jī)中繼到所述無線電力接收機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力傳輸組件，其中，所述諧振器電路包括電感和電容。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力傳輸組件，其中，所述諧振器電路包括具有電感器 和電容器的振蕩電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力傳輸組件，其中，所述Q控制子電路被配置成在第一 Q值和第二Q值之間改變所述Q值，所述第二Q值與所述第一 Q值不同。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力傳輸組件，其中，所述Q控制子電路被配置成在針對(duì) 電源循環(huán)的第一部分的第一Q值和針對(duì)所述電源循環(huán)的第二部分的第二Q值之間改變所述 Q值，所述第一 Q值不同于所述第二Q值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力傳輸組件，其中，所述Q控制子電路被配置成在針 對(duì)第一多個(gè)電源循環(huán)的第一 Q值和針對(duì)第二多個(gè)所述電源循環(huán)的第二Q值之間改變所述Q 值，所述第一 Q值不同于所述第二Q值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力傳輸組件，其中，所述諧振器電路和所述Q控制子電 路被設(shè)置在無線電力接收機(jī)和中間電力中繼組件的至少一個(gè)內(nèi)；并且 進(jìn)一步包括通信發(fā)射機(jī)，所述通信發(fā)射機(jī)被配置成向無線電力發(fā)射機(jī)發(fā)射表示所述Q 值的通信，由此所述無線電力發(fā)射機(jī)能夠基于所述Q值來控制由所述無線電力發(fā)射機(jī)發(fā)射 的電力量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線電力傳輸組件，其中，所述Q控制子電路被耦合到所述諧 振器電路并且被配置成選擇性地旁路所述電容器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線電力傳輸組件，其中，所述Q控制子電路被耦合到所述 諧振器電路，并且被配置成選擇性地提供與所述電容器并聯(lián)的電阻。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力傳輸組件，其中，所述Q控制子電路與所述電感器 和所述電容器串聯(lián)耦合。
12. -種諧振器電路，包括： 諧振電感器； 諧振電容器，所述諧振電感器和所述諧振電容器被布置為形成具有Q值的振蕩電路； 并且 其中，所述諧振器電路被配置成響應(yīng)于控制變量來主動(dòng)地調(diào)整所述振蕩電路的所述Q 值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的諧振器電路，其中，所述控制變量表示無線電力接收機(jī)的 操作特性。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的諧振器電路，其中，所述操作特性是無線電力接收機(jī)的溫 度、電壓、電流和電力中的至少一個(gè)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的諧振器電路，其中，所述控制變量表示無線電力接收機(jī)外 部的操作特性。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的諧振器電路，其中，所述操作特性是電池的溫度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的諧振器電路，其中，所述諧振器電路被配置成在第一Q值和 第二Q值之間改變所述Q值，所述第二Q值與所述第一 Q值不同。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的諧振器電路，其中，所述諧振器電路被配置成在針對(duì)電源 循環(huán)的第一部分的第一Q值和針對(duì)所述電源循環(huán)的第二部分的第二Q值之間改變所述Q 值，所述第一 Q值不同于所述第二Q值。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的諧振器電路，其中，所述諧振器電路被配置成在針對(duì)第一 多個(gè)電源循環(huán)的第一 Q值和針對(duì)第二多個(gè)電源循環(huán)的第二Q值之間改變所述Q值，所述第 一 Q值不同于所述第二Q值。
20. -種諧振器電路，包括： 諧振電感器； 諧振電容器，所述諧振電感器和所述諧振電容器被布置為形成具有Q值的振蕩電路； 以及 Q控制子電路，被耦合到所述振蕩電路，并且能夠選擇性地調(diào)整為選擇性地改變所述振 蕩電路的所述Q值，所述Q控制子電路被配置成響應(yīng)于控制變量來選擇性地調(diào)整所述Q值。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的諧振器電路，其中，所述Q控制子電路被連接到與所述諧振 電容器并聯(lián)的所述諧振電感器。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的諧振器電路，其中，所述Q控制子電路被配置成選擇性地旁 路所述諧振電容器。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的諧振器電路，其中，所述Q控制子電路被配置成選擇性地施 加與所述諧振電容器并聯(lián)的電阻。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的諧振器電路，其中，所述Q控制子電路與所述諧振電感器和 所述諧振電容器串聯(lián)連接。
25. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的諧振器電路，其中，所述Q控制子電路包括開關(guān)，以便選擇 性地旁路所述諧振電容器或者選擇性地提供與所述諧振電容器并聯(lián)的電阻。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的諧振器電路，其中，所述開關(guān)包括一個(gè)或多個(gè)晶體管。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的諧振器電路，其中，所述Q控制子電路包括整流器，并且所 述開關(guān)被設(shè)置在整流側(cè)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的諧振器電路，其中，所述開關(guān)是AC開關(guān)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的諧振器電路，其中，所述控制變量表示無線電力接收機(jī)的 操作特性。
30. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的諧振器電路，其中，所述Q控制子電路被配置成在第一 Q值 和第二Q值之間改變所述Q值，所述第二Q值與所述第一 Q值不同。
31. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的諧振器電路，其中，所述Q控制子電路被配置成在針對(duì)電 源循環(huán)的第一部分的第一 Q值和針對(duì)所述電源循環(huán)的第二部分的第二Q值之間改變所述Q 值，所述第一 Q值不同于所述第二Q值。
32. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的諧振器電路，其中，所述Q控制子電路被配置成在針對(duì)第一 多個(gè)電源循環(huán)的第一 Q值和針對(duì)第二多個(gè)電源循環(huán)的第二Q值之間改變所述Q值，所述第 一 Q值不同于所述第二Q值。
33. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的諧振器電路，其中，所述Q控制子電路被配置成主動(dòng)地調(diào)整 所述Q值以控制通過所述諧振器電路中繼到次級(jí)電路的電力量。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的諧振器電路，其中，通過用于控制的反饋和電力量來主動(dòng) 地控制所述Q控制子電路。
35. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的諧振器電路，進(jìn)一步包括次級(jí)電路，所述次級(jí)電路包括配 置成促動(dòng)所述Q控制子電路的反饋電路。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的諧振器電路，其中，所述反饋電路包括傳感器，所述傳感器 被配置成感測所述次級(jí)電路中的特性，所述反饋電路被配置成根據(jù)所述感測的特性來促動(dòng) 所述Q控制子電路。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的諧振器電路，其中，所述感測的特性是溫度、電流、電壓或 電力中的至少一個(gè)。
38. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的諧振器電路，其中，所述反饋電路促動(dòng)所述Q控制子電路以 滿足閾值。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的諧振器電路，其中，所述反饋電路促動(dòng)所述Q控制子電路以 在穿過所述閾值時(shí)改變所述Q值。
40. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的諧振器電路，其中，所述Q控制子電路包括可變電阻器。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的諧振器電路，其中，所述可變電阻器是以三極管模式或在 線性區(qū)域中進(jìn)行操作的晶體管。
42. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的諧振器電路，其中，通過反饋電路來主動(dòng)地控制所述Q控制 子電路，所述反饋電路被配置成向所述Q控制子電路提供成比例的反饋信號(hào)，以與所述反 饋信號(hào)成比例地改變所述可變電阻器的值。
43. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的諧振器電路，其中，通過反饋電路來主動(dòng)地控制所述Q控制 子電路，所述反饋電路包括能夠基于算法來調(diào)整反饋信號(hào)的控制器。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的諧振器電路，其中，所述算法被配置成基于被感測特性的 感測值和期望值之間的相對(duì)差來調(diào)整所述反饋信號(hào)。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的諧振器電路，其中，所述算法是比例、積分、微分算法。
46. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的諧振器電路，其中，通過反饋電路來主動(dòng)地控制所述Q控制 子電路，所述反饋電路包括提供所述Q控制子電路的直接反饋的至少一個(gè)模擬組件。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的諧振器電路，其中，所述至少一個(gè)模擬組件被配置成根據(jù) 閾值是否被滿足來提供高信號(hào)或低信號(hào)。
48. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的諧振器電路，其中，所述反饋電路包括數(shù)字控制器，所述數(shù) 字控制器接收模擬輸入并且被配置成生成用于所述Q控制子電路的控制信號(hào).
48. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的諧振器電路，進(jìn)一步包括關(guān)斷電路，所述關(guān)斷電路能夠關(guān) 斷所述諧振器電路以從無線電源系統(tǒng)中有效地消除所述諧振器電路。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的諧振器電路，其中，所述Q控制子電路用作所述關(guān)斷電路。
50. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的諧振器電路，其中，所述關(guān)斷電路與所述Q控制子電路分 離。
51. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的諧振器電路，進(jìn)一步包括傳感器，所述傳感器用于感測與 所述關(guān)斷電路的控制相關(guān)的值。
52. -種無線電力發(fā)射機(jī)，包括： 具有Q值的初級(jí)諧振器電路；以及 Q控制子電路，被配置成選擇性地調(diào)整所述Q值以調(diào)節(jié)從所述無線電力發(fā)射機(jī)發(fā)出的 電力量。
53. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的無線電力發(fā)射機(jī)，其中，所述Q控制子電路包括控制器，所 述控制器被配置成根據(jù)控制特性來控制所述Q控制子電路。
54. 根據(jù)權(quán)利要求53所述的無線電力發(fā)射機(jī)，其中，所述控制特性被選擇為使得所述Q 值被調(diào)整為把所發(fā)射的電力量限制成與一個(gè)或多個(gè)無線電力接收機(jī)期望的電力量相對(duì)應(yīng)。
55. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的無線電力發(fā)射機(jī)，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)無線電力接收 機(jī)，所述無線電力接收機(jī)中的每一個(gè)具有Q控制狀態(tài)并且被配置成將所述Q控制狀態(tài)傳遞 到所述無線電力發(fā)射機(jī)。
56. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的無線電力發(fā)射機(jī)，其中，所述無線電力發(fā)射機(jī)被配置成：當(dāng) 所述Q控制狀態(tài)指示所有的所述無線電力接收機(jī)正在使用Q控制來限制接收的電力量時(shí)， 減小所述初級(jí)諧振器電路的所述Q值。
57. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的無線電力發(fā)射機(jī)，其中，所述無線電力發(fā)射機(jī)被配置成：當(dāng) 所述Q控制狀態(tài)指示所有的無線電電力接收機(jī)正在使用Q控制來限制接收的電力量時(shí)，減 小發(fā)射的電力量。
【文檔編號(hào)】B60L11/18GK104067477SQ201380006574
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月24日
【發(fā)明者】D.W.巴曼, B.C.梅斯, J.K.施萬內(nèi)克, J.B.泰勒, N.W.庫伊文霍文, M.J.諾爾康克, C.J.摩爾, J.J.羅爾德, K.J.布拉德 申請(qǐng)人:捷通國際有限公司