無線電力接收機(jī)電路及其測量可用電力的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種無線電力接收機(jī)電路，包括：一電磁諧振器，包括用于接收電力源的一接收機(jī)線圈以及一匹配網(wǎng)絡(luò)，所述匹配網(wǎng)絡(luò)輸出一交流電力；一整流器電路，用于將源自所述電磁諧振器的交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力；以及一可用電力指示器，用于測量經(jīng)由所述整流器電路已整流過的電力，以根據(jù)所述測量結(jié)果估計所述無線電力接收機(jī)電路的瞬間可用電力，并判斷所述瞬間可用電力是否足夠驅(qū)動一負(fù)載電路。本發(fā)明還提供一種測量可用電力的方法，以用于所述無線電力接收機(jī)電路。
【專利說明】無線電力接收機(jī)電路及其測量可用電力的方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于一種無線供電系統(tǒng)，特別關(guān)于一種可獨(dú)立測量瞬間可用電力的共振式無線電力接收機(jī)電路及其測量可用電力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在共振式無線供電(resonant wireless power,縮寫為RWP)系統(tǒng)中，多個電力接收機(jī)裝置可同時通過近場磁耦合自單一來源接收電力。各接收機(jī)線圈與來源端線圈之間的率禹合因子(coupling factor)或互感(mutual inductance)可根據(jù)線圈的相對位置與方向而發(fā)生變化。即使接收機(jī)線圈并非直接互相耦合，各接收機(jī)線圈仍可通過與來源端線圈的互動(interactions),而影響其它接收機(jī)線圈的功率轉(zhuǎn)換。來源端可傳遞給接收機(jī)的電量必須有所限制。因此，于一既定時間內(nèi)傳送到任一接收機(jī)的可用(或可得)電力(availablepower)會是相對于來源端線圈的方向以及系統(tǒng)內(nèi)接收機(jī)線圈的狀態(tài)的函數(shù)。
[0003]為了使無線供電系統(tǒng)可提供用戶良好的感受，估計可用電力為必要的。以下假設(shè)無線供電系統(tǒng)的可用電力為未知的，用于說明為何估計可用電力為必要的。假設(shè)一裝置進(jìn)入無線供電系統(tǒng)中，以對其電池裝置進(jìn)行充電。無線功率轉(zhuǎn)換器的輸出端可出現(xiàn)一電壓，用于指示接收機(jī)裝置電力已備妥，于是接收機(jī)裝置可對該電池裝置進(jìn)行充電。然而，假設(shè)接收機(jī)裝置僅能自無線供電來源端汲取出0.5瓦特的電力，而待充電的裝置需使用I瓦特電力對其電池裝置進(jìn)行充電，就代表了此充電行為將導(dǎo)致供電系統(tǒng)崩潰。此時，無線功率轉(zhuǎn)換器的輸出端的電壓將下降，造成充電終止。接著，可能恢復(fù)充電，導(dǎo)致限制性循環(huán)行為(limit-cycling behavior) 。此外,無線供電來源端的過載也會影響系統(tǒng)內(nèi)對于其他裝置的電力轉(zhuǎn)換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，需要一種無線電力接收機(jī)電路及其測量可用電力的方法，以解決上述技術(shù)問題。
[0005]根據(jù)本發(fā)明之一實施例，一種無線電力接收機(jī)電路，包括:一電磁諧振器，包括用于接收電力源的一接收機(jī)線圈以及一匹配網(wǎng)絡(luò)，所述匹配網(wǎng)絡(luò)輸出一交流電力；一整流器電路，用于將源自所述電磁諧振器的交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力；以及一可用電力指示器，用于測量經(jīng)由所述整流器電路已整流過的電力，以根據(jù)所述測量結(jié)果估計所述無線電力接收機(jī)電路的瞬間可用電力，并判斷所述瞬間可用電力是否足夠驅(qū)動一負(fù)載電路。
[0006]根據(jù)本發(fā)明之另一實施例，一種測量可用電力的方法，用于一共振式無線電力接收機(jī)電路，所述方法包括:提供一電磁諧振器，所述電磁諧振器包括一接收機(jī)線圈以及一匹配網(wǎng)絡(luò)，所述匹配網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生一交流電力；使用一整流器電路將源自所述電磁諧振器的交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力；以及使用一可用電力指示器測量經(jīng)由所述整流器電路已整流過的電力，以根據(jù)所述測量結(jié)果估計所述共振式無線電力接收機(jī)電路的瞬間可用電力，并根據(jù)所述瞬間可用電力判斷所述可用電力是否足夠驅(qū)動一負(fù)載電路。[0007]本發(fā)明提出的無線電力接收機(jī)可獨(dú)立測量瞬間可用電力，因此，可利用此信息智能地控制其電力汲取量，以確保使用者獲得良好的感受。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1顯示一無線電力接收機(jī)電路的簡化示意圖。
[0009]圖2顯示一無線電力接收機(jī)電路的交流模型。
[0010]圖3為顯示出使用圖2的無線電力接收機(jī)電路的兩個情境的電力(P)-電壓(V)曲線圖。
[0011]圖4為顯示出本發(fā)明所使用的兩個情境的測試-負(fù)載點的電力(P)-電壓(V)曲線圖。
[0012]圖5顯示本發(fā)明中用于實施測試-負(fù)載測量方法的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0013]在本說明書以及權(quán)利要求書當(dāng)中使用了某些詞匯來指代特定的元件。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及權(quán)利要求并不以名稱的差異作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”是一個開放式之用語，因此應(yīng)解釋成“包含但不限定于”。另外，“耦接” 一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接于第二裝置，則代表第一裝置可以直接電氣連接于第二裝置，或通過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至第二裝置。
[0014]實施例:
[0015]本發(fā)明揭露一種無線電力接收機(jī)可獨(dú)立測量瞬間可用電力的方法。所述接收機(jī)可利用此信息智能地控制其電力汲取量，以確保使用者獲得良好的感受。
[0016]圖1顯示一無線電力接收機(jī)電路2的簡化示意圖。所述無線電力接收機(jī)電路2包括依次連接的電磁諧振器、整流器電路以及負(fù)載。所述電磁諧振器包括形成一接收機(jī)線圈的一個或多個感應(yīng)元件以及形成一匹配網(wǎng)絡(luò)的多個被動元件。本實施方式中，所述電磁諧振器包括一個電感L2( S卩，接收機(jī)線圈)以及相互并聯(lián)的電容C2a與C2b。所述電容C2a與C2b形成所述匹配網(wǎng)絡(luò)，所述匹配網(wǎng)絡(luò)可于其輸出端輸出交流電力。具體的，由來源電感(圖未示)耦合至電感L2的電力會經(jīng)由橋式整流器4 (即所述整流器電路)整流，并且接著會經(jīng)由直流-直流轉(zhuǎn)換器6 (即所述負(fù)載的一部分)調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生調(diào)節(jié)過的輸出電壓。由電容C2a與C2b所形成的匹配網(wǎng)絡(luò)與電感L2產(chǎn)生共振，形成無線電力接收機(jī)電路2對來源電感于共振頻率上呈現(xiàn)一匹配的阻抗。所述橋式整流器4、直流-直流轉(zhuǎn)換器6以及負(fù)載電路可以由圖2所示的電路10內(nèi)的電阻RL模擬。電阻RL的跨壓V2的最高交流電壓值大略等于已整流過的電壓Vrect。
[0017]經(jīng)由適當(dāng)設(shè)計電阻RL的數(shù)值，可使系統(tǒng)內(nèi)的阻抗達(dá)成匹配，并且使傳送至電阻RL的電力最大化。即使實際無線供電系統(tǒng)內(nèi)沒有實體的電阻RL，若計算整流器加上負(fù)載電路的等效阻抗，相同的條件仍可適用。為了確保無線供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)作，可將等效阻抗的電阻值設(shè)定為大于所述特定電阻RL的值。
[0018]圖3顯示使用如圖2所示的無線電力接收機(jī)傳遞至一負(fù)載電阻的電力(P)與電壓(V)曲線圖。圖中可清楚看出最大電力發(fā)生于阻抗理想匹配時。此最大電力發(fā)生于小于圖標(biāo)右側(cè)的未負(fù)載電壓(unloaded voltage)的一電壓處。圖3中顯不出兩個情境,其中一個可用電力相對高(情境0，如曲線301所示)，另一個可用電力相對低(情境1，如曲線302所示)?？捎秒娏τ神詈弦蜃?、來源端線圈的電流以及系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)的其他接收機(jī)等因素所影響。來源端的電力已被調(diào)整，使得于兩個情境的未負(fù)載電壓大約相等。
[0019]在實際的無線供電系統(tǒng)中，負(fù)載電阻并非是可被控制的變量。直流-直流轉(zhuǎn)換器6不斷地調(diào)整其輸入阻抗，用于傳遞必需的電力至負(fù)載。對于接收機(jī)而言，與來源端的耦合因子是未知的。唯有在無線電力接收機(jī)通過斷開一開關(guān)或?qū)⑵漭敵稣{(diào)節(jié)器(regulator)禁能的方式限制輸出電力的情況下，無線電力接收機(jī)才可知道其輸出電力。此為未負(fù)載條件，表示于圖上的電阻RL最大值的點。考慮到一無線電力接收機(jī)開啟后進(jìn)入如圖3的情境O或情境I所示的未負(fù)載條件。由于電壓相等，無法決定接收機(jī)是操作于哪個狀態(tài)下，因此無法估計出可擷取出多少的電力而不會達(dá)到過載的情況。因此，需要一種接收機(jī)可實現(xiàn)的合理的測量方法，用于估計無線供電系統(tǒng)的可用電力。
[0020]單點測量已整流過的電壓的方法已驗證過不足以估計可用電力。然而，兩點測量方式可用于估計可用電力。本實施例中，所述兩點測量方式指利用所述電阻RL處于負(fù)載開路狀態(tài)以及具有測試-負(fù)載狀態(tài)時的兩種數(shù)值來測量可用電力。具體的，假設(shè)無線電力接收機(jī)可在電阻RL的兩數(shù)值(RLU與RLT)上測量電力，其中RLU為非常大數(shù)值，而RLT為測試數(shù)值。此外，還假設(shè)所述測試數(shù)值是高于汲取額定電力所需的電阻RL，但并不至于到非常大。于電子RL的兩數(shù)值RLU與RLT所做的測量顯示于圖4所示的情境O (如曲線401所示)與情境I (如曲線402所示)范例中的0U、0T、1U與IT四個點。電力-電壓曲線上各點數(shù)值顯示于下表1所示的范例中。于情境0，當(dāng)汲取I瓦(W)電力時，所顯示的壓降僅為16伏特(V)中的0.5伏特。從電力與電壓的曲線形狀來看，可推斷出于情境O中大約可自系統(tǒng)中汲取I瓦以上電力。然而，于情境1，當(dāng)電力僅0.7瓦時，由點IU至IT的壓降為3伏特。這可指示出于情境I的可用電力并非遠(yuǎn)高于0.7瓦?？梢岳斫獾氖牵粝到y(tǒng)被適當(dāng)?shù)拿枥L以及/或模擬，可得知電力-電壓曲線的形狀，并且可使用兩點測量的方式精確地預(yù)測可用電力。值得注意的是，于情境O與情境I的測試電力并不相同，但在決定可用電力時這并非必要的。
[0021 ] 表格1:范例情境之電力-電壓點[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種無線電力接收機(jī)電路，包括: 一電磁諧振器，包括用于接收電力源的一接收機(jī)線圈以及一匹配網(wǎng)絡(luò)，所述匹配網(wǎng)絡(luò)輸出一交流電力； 一整流器電路，用于將源自所述電磁諧振器的交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力；以及 一可用電力指示器，用于測量經(jīng)由所述整流器電路已整流過的電力，以根據(jù)測量結(jié)果估計并指示所述無線電力接收機(jī)電路的瞬間可用電力。
2.如權(quán)利要求1所述的無線電力接收機(jī)電路，更包括一調(diào)節(jié)器，耦接于所述整流器電路的輸出端，用于將經(jīng)由所述整流器電路已整流過的電力轉(zhuǎn)換為已調(diào)節(jié)的輸出電力。
3.如權(quán)利要求1所述的無線電力接收機(jī)電路，其特征在于，所述可用電力指示器包括一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器耦接于所述整流器電路的輸出端，用于接收經(jīng)由所述整流器電路已整流過的電力信號，并將所述電力信號轉(zhuǎn)換為所述測量結(jié)果。
4.如權(quán)利要求3所述的無線電力接收機(jī)電路，其特征在于，所述可用電力指示器還包括一微控制器單元，與所述模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器連接，用于根據(jù)所述測量結(jié)果執(zhí)行可用電力的估計，并且根據(jù)所述估計結(jié)果控制多個開關(guān)。
5.如權(quán)利要求4所述的無線電力接收機(jī)電路，其特征在于，所述可用電力指示器進(jìn)一步用于判斷所述瞬間可用電力是否足夠驅(qū)動一負(fù)載電路，所述多個開關(guān)之一者用于在可用電力指示器判斷出所述瞬間可用電力足夠驅(qū)動所述負(fù)載電路之前，將所述無線電力接收機(jī)電路與所述負(fù)載電路斷開。
6.如權(quán)利要求5所述的無線電力接收機(jī)電路，進(jìn)一步包括一電阻元件，所述電阻元件與所述多個開關(guān)之另一者串聯(lián)后并聯(lián)于所述整流器電路兩端，當(dāng)所述多個開關(guān)之另一者導(dǎo)通時，所述電阻元件會加載所述整流器電路的輸出電力，并且使用所述模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測試-電阻測量。
7.如權(quán)利要求1所述的無線電力接收機(jī)電路，其特征在于，所述可用電力利用一兩點測量方式測量。
8.如權(quán)利要求1所述的無線電力接收機(jī)電路，其特征在于，進(jìn)一步包括耦接于所述可用電力指示器的直流-直流轉(zhuǎn)換器，所述直流-直流轉(zhuǎn)換器形成所述負(fù)載電路，且在所述可用電力指示器判斷出所述可用電力足夠驅(qū)動所述負(fù)載電路之前，所述直流-直流轉(zhuǎn)換器被禁能。
9.一種測量可用電力的方法，用于一共振式無線電力接收機(jī)電路，所述方法包括: 提供一電磁諧振器，所述電磁諧振器包括一接收機(jī)線圈以及一匹配網(wǎng)絡(luò)，所述匹配網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生一交流電力； 使用一整流器電路將源自所述電磁諧振器的交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力；以及 使用一可用電力指示器測量經(jīng)由所述整流器電路已整流過的電力，以根據(jù)測量結(jié)果估計所述共振式無線電力接收機(jī)電路的瞬間可用電力，并根據(jù)所述瞬間可用電力判斷所述可用電力是否足夠驅(qū)動一負(fù)載電路。
10.如權(quán)利要求9所述的測量可用電力的方法，其特征在于，所述可用電力利用一兩點測量方式測量。
【文檔編號】G01R21/133GK103746461SQ201310334237
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月3日
【發(fā)明者】阿南德·薩慕斯, 派翠克史丹利里爾 申請人:聯(lián)發(fā)科技（新加坡）私人有限公司