控制功率傳輸以阻止功率接收器處的過壓的方法和功率傳輸器的制造方法
【專利摘要】提供了用于防止在功率接收器處的過壓的、控制在功率傳輸器中的功率傳輸?shù)姆椒ê脱b置。所述功率傳輸器從功率接收器接收預(yù)訂請求以預(yù)訂無線功率網(wǎng)絡(luò)。確定功率傳輸是否可用于功率接收器。當功率傳輸可用時，向功率接收器通知功率傳輸開始。連續(xù)地增加和傳送傳輸功率。在功率傳輸器處確定是否從功率接收器接收停止請求以停止增加電壓。當在功率傳輸器處接收到停止請求時，通過停止傳輸功率的持續(xù)增加以及從功率傳輸器傳輸開始充電命令給功率接收器來開始功率接收器的充電。
【專利說明】控制功率傳輸以阻止功率接收器處的過壓的方法和功率傳 輸器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大體上涉及一種無線功率傳輸系統(tǒng)，并且更具體地，涉及控制功率傳輸器 中的功率傳輸以阻止功率接收器處的過壓的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 最近已經(jīng)開發(fā)出無線充電技術(shù)或非接觸式充電技術(shù)，并且將其應(yīng)用到許多不同的 電子設(shè)備。利用無線功率傳輸和接收的無線充電技術(shù)使得，例如，蜂窩電話的電池能夠通過 將蜂窩電話放置在充電墊上來自動充電，而不需要單獨的充電連接器。無線充電技術(shù)對電 子產(chǎn)品進行無線充電，并且無需有線充電器，從而有利于電子產(chǎn)品的防水和便攜性。
[0003] 在基于諧振的充電方法中，當需要充電的功率接收器位于用于傳輸無線功率的功 率傳輸器的功率傳輸區(qū)域中時，功率傳輸器可以對功率接收器充電。當功率接收器提供用 于功率傳輸器的功率信息時，功率傳輸器向功率接收器傳輸所述功率接收器所要求的功 率。功率接收器只在接收到開始充電命令之后開始充電。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 【技術(shù)問題】
[0005] 如上所述，在接收到開始充電命令之后，例如，通過控制被連接到充電器（或電 池）的開關(guān)，功率接收器開始充電。然而，由于功率傳輸器在完成功率傳輸?shù)臏蕚渲罅⒓?傳輸功率，則被輸入到功率接收器的電壓可能會增加至過壓，這可能會在功率接收器處損 壞在功率傳輸線上的電路。
[0006] 此外，當另一功率接收器已經(jīng)在充電區(qū)域中執(zhí)行充電時，功率傳輸器對于另一個 功率接收器的傳輸功率可能會減少到另一個功率接收器的充電可能會被停止的程度。
[0007] 【技術(shù)解決方案】
[0008] 提出本發(fā)明以解決至少上述問題和/或缺點，并且至少提供以下描述的優(yōu)點。因 此，本發(fā)明的一個方面提供了一種考慮到功率接收器處的過壓來控制功率傳輸器的功率傳 輸?shù)难b置和方法。
[0009] 本發(fā)明的另一個方面提供了一種在充電階段開始時防止過壓的發(fā)生同時傳輸功 率接收器要求的功率的裝置和方法。
[0010] 本發(fā)明的另一個方面提供了一種在傳輸功率接收器所需的功率時逐步加大（step up)傳輸功率的裝置和方法。
[0011] 按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種方法，用于控制在功率傳輸器中的功率傳輸 以阻止功率接收器的過壓。功率傳輸器從功率接收器接收預(yù)訂請求，以預(yù)訂無線功率網(wǎng)絡(luò)。 確定功率傳輸是否可用于功率接收器。當功率傳輸是可用的，功率接收器被告知功率傳輸 開始。傳輸功率被加大和傳輸。在功率傳輸器處確定是否從功率接收器接收停止請求，以 停止增加電壓。當在功率傳輸器接收到停止請求時，傳輸功率的增加被停止。通過從功率 傳輸器傳輸開始充電命令給功率接收器，開始功率接收器的充電。
[0012] 按照本發(fā)明的另一個方面，提供一種功率傳輸器，以用于控制功率傳輸來阻止功 率接收器處的過壓。功率傳輸器包括無線通信單元，用于從功率接收器接收預(yù)訂請求以預(yù) 訂無線功率網(wǎng)絡(luò)。功率傳輸器還包括諧振信號發(fā)生器，用于在控制器的控制下將傳輸功率 提供給功率接收器。功率傳輸器進一步包括：控制器，用于確定功率傳輸是否可用于功率接 收器，在功率傳輸可用時通過無線通信單元來向功率接收器通知功率傳輸開始，使用諧振 信號發(fā)生器來增加和傳送傳輸功率，通過無線通信單元來確定是否從功率接收器中接收停 止請求以停止增加電壓，當接收到停止請求時停止傳輸功率的增加，以及通過無線通信單 元通過傳輸開始充電命令給功率接收器來開始功率接收器的充電。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 結(jié)合附圖，從以下的詳細描述中，本發(fā)明的以上和其他方面、特征、和優(yōu)點將變得 更加顯而易見，在附圖中：
[0014] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的功率傳輸器和功率接收器的框圖；
[0015] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的功率傳輸器與功率接收器的操作的流程圖；
[0016] 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的控制在功率傳輸器中的功率傳輸?shù)姆椒ǖ膱D；以 及
[0017] 圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的通知幀的圖。

【具體實施方式】
[0018] 將參考所附附圖來對本發(fā)明的實施例進行詳細描述。盡管相同或者相似的組件在 不同的附圖中顯示，但是其也可以被分配有相同或者相似的標號。將省略本領(lǐng)域中已知的 結(jié)構(gòu)或者過程的詳細描述，以避免對本發(fā)明的主題的混淆。
[0019] 本發(fā)明的實施例提供了一種在充電階段開始時防止在功率接收器處發(fā)生過壓，同 時傳輸功率接收器所要求的功率的裝置和方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，如果功率接收器進 行了用于預(yù)訂功率傳輸器所寄宿在（hosted)的無線功率網(wǎng)絡(luò)的預(yù)訂請求，則基于功率接 收器的功率信息來確定功率接收器的功率傳輸是否可用。如果功率傳輸是可用的，則向功 率接收器通知分階段的功率傳輸將開始。傳輸功率被逐步加大和傳輸，直到從功率接收器 接收到用于停止增加電壓的請求。如果接收到用于停止增加電壓的請求，則停止增加傳輸 功率，并且通過發(fā)送開始充電命令來開始充電。因此，當充電階段開始時，本發(fā)明的實施例 在傳輸功率接收器所要求的功率中防止過壓發(fā)生。
[0020] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的，構(gòu)成無線功率傳輸系統(tǒng)的功率傳輸器100和功率接 收器110的框圖。圖1中，功率傳輸器100和功率接收器110被示為一對一連接。然而， 本發(fā)明的無線功率傳輸系統(tǒng)還可以包括一個或多個功率傳輸器100和一個或多個功率接 收器110。功率接收器可以被實施為蜂窩電話機、個人數(shù)字助理（PDA)、運動圖像專家組 (MPEG)-I或MPEG-2音頻層II I (MP3)設(shè)備、膝上型計算機、照相機、或者任何類型的電子設(shè) 備。
[0021] 參照圖1，功率傳輸器100被配置為包括：電源10,其具有，例如，電壓控制振蕩器 (VCO)，用于供電以產(chǎn)生控制器18所確定的諧振頻率信號。功率傳輸器100還包括：放大器 12,用于根據(jù)從電源10提供的功率來對電源10所產(chǎn)生的信號進行放大。功率傳輸器100 還包括：諧振信號發(fā)生器14,用于根據(jù)由放大器12產(chǎn)生的高振幅信號來在無線諧振信號中 傳輸來自電源10的功率。功率傳輸器進一步包括：電壓/電流測量單元16,用于測量由電 源10產(chǎn)生的電壓和電流?？刂破?8控制的功率傳輸器100的一般的無線功率傳輸操作。 具體地，控制器18根據(jù)在電壓/電流測量單元16處檢測到電壓和電流來監(jiān)視無線傳輸?shù)?諧振信號的電壓和電流，并且控制電源10和放大器12的操作，以使得諧振信號的電壓和電 流保持在預(yù)先設(shè)定的正常范圍內(nèi)。功率傳輸器100還包括無線通信單元19,其被配置為采 用多種無線短距離通信方案中的一個，以對于在控制器18的控制下的無線功率傳輸操作 來與功率接收器110進行通信。諧振信號發(fā)生器14在諧振信號發(fā)生器14的上部包括充電 基板，在其上可以布置功率接收器。
[0022] 功率傳輸器100的控制器18可以利用，例如，微控制器單元（MCU)來配置。將在 下文中詳細描述當充電階段開始時，控制功率傳輸器100以傳輸由功率接收器110所要求 的功率的操作。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，功率接收器110可以是在待機狀態(tài)下，以用于從功率傳輸 器100接收功率并開始充電，或可以在從功率傳輸器100接收功率的同時已經(jīng)在執(zhí)行充電。 功率接收器Iio的結(jié)構(gòu)在圖1中示出。
[0024] 功率接收器110包括諧振器20,以用于接收從功率傳輸器100的諧振信號發(fā)生器 14傳輸?shù)臒o線諧振信號。功率接收器110還包括整流器22,以用于將經(jīng)由匹配電路21接 收的交流（AC)形式的功率整流為直流（DC)形式。功率接收器110另外包括DC/DC轉(zhuǎn)換 器23 (也稱為恒壓發(fā)生器），用于將從整流器22輸出的功率轉(zhuǎn)換為，例如，由利用功率接收 器110建立的便攜式終端所要求的操作功率（例如，+5V)。功率接收器110還包括外部充 電器/電源管理集成電路（PMIC) 24,以利用操作功率來充電。功率接收器110還包括控制 器25,以用于測量從整流器22輸出的電壓，以及輸入到DC/DC轉(zhuǎn)換器23的電壓，S卩，輸入 電壓Vin和輸出電壓Vout，以及從DC/DC轉(zhuǎn)換器23輸出的電流lout?？刂破?5可以利用 MCU來配置，并且可以基于所測量的電壓/電流信息來確定功率接收狀態(tài)，并且提供關(guān)于功 率接收狀態(tài)的信息。在圖1中，控制器25被示為測量電壓和電流，但是功率接收器110還 可以包括電壓/電流測量單元，以用于測量電壓/電流。
[0025] 功率接收器110的無線通信單元26被配置成采用多種無線短距離通信方案中的 一種，以對于在控制器25的控制下的無線功率接收的操作來與功率傳輸器100進行通信。
[0026] 當功率接收器進入功率傳輸器100的充電區(qū)域中，并且做出預(yù)訂由功率傳輸器 100控制的無線功率網(wǎng)絡(luò)的請求時，知道分階段的功率傳輸已經(jīng)開始，功率接收器110的控 制器25在短時期內(nèi)測量輸入電壓Vin。連接到外部充電器24的功率接收器110的負載開 關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，直到接收到開始充電命令。盡管圖1示出的是對于DC/DC轉(zhuǎn)換器23的開 /關(guān)控制，"充電"是指功率傳輸?shù)酵獠砍潆娖?4。例如，DC/DC轉(zhuǎn)換器23和外部充電器24 之間的負載開關(guān)可以用于施加/切斷功率傳輸。
[0027] 如果測量的輸入電壓Vin達到預(yù)定閾值電壓，則控制器25通過無線通信單元26 向功率傳輸器100發(fā)送停止請求，以停止分階段的功率傳輸。報告幀可以被用于停止請求 的傳輸。因此，當從功率接收器Iio接收到報告幀時，功率傳輸器100停止逐步加大傳輸功 率的操作。在功率接收器110處可接收的最大電壓Vmax和參考電壓Vhigh之間確定預(yù)定 的閾值電壓。參考電壓Vhigh被用來將最小電壓Vmin和最大電壓Vmax之間的范圍劃分成 預(yù)定部分。在參考電壓Vhigh和最小電壓Vmin之間的部分（范圍）表示在功率接收器110 處具有相對較好功率接收效率的范圍。
[0028] 閾值電壓可被確定用于將最大電壓Vmax和參考電壓Vhigh之間的部分（范圍） 劃分成預(yù)定部分的閾值電壓?？梢砸韵旅娴姆绞絹慝@得閾值電壓的示例。例如，假設(shè)最大 電壓Vmax為24V，參考電壓Vhigh為14V，并且劃分比例為50%，則閾值電壓可基于以下的 數(shù)學(xué)式1的等式來計算。
[0029] 數(shù)學(xué)式1
[0030] [數(shù)學(xué)式1]
[0031] Threshold Voltage = Reference Voltage(Vhigh)+
[0032] (Maximum Voltage (Vmax)-Reference Voltage (Vhigh))*0· 5
[0033] 在數(shù)學(xué)式I的等式中，閾值電壓為14+((24-14) *0. 5) = 19V。具體地，在分階段的 功率傳輸期間，如果由功率接收器110的控制器25測量的輸入電壓Vin大于19伏，則控制 器25向功率傳輸器100發(fā)送請求來停止分階段的功率傳輸。
[0034] 知道了分階段的功率傳輸已經(jīng)停止，控制器25可以改變連接到外部充電器24上 的負載開關(guān)變?yōu)閷?dǎo)通（ON)狀態(tài)?；蛘撸刂破?5可以將負載開關(guān)保持在關(guān)斷（OFF)狀態(tài)， 并且當接收到，例如，指示充電開始的開始充電命令時將其變化為ON狀態(tài)。例如，從功率傳 輸器100接收到指示用于以某一步長（step)來逐步加大傳輸功率的分階段的功率傳輸?shù)?完成，即，功率傳輸器100的操作完成的通知巾貞時，控制器25可以將負載開關(guān)改變?yōu)镺N狀 態(tài)。
[0035] 除了新開始充電的功率接收器110,至少一個其它功率接收器可能已經(jīng)執(zhí)行充電， 同時從功率傳輸器100接收功率。
[0036] 所述至少一個其它功率接收器還以和功率接收器110相同的方式來在短時間內(nèi) 測量輸入電壓Vin。由于其它功率接收器已經(jīng)執(zhí)行充電，所以連接到外部充電器24的負載 開關(guān)處于ON狀態(tài)。然而，如果所測量的輸入電壓Vin達到閾值電壓，則已經(jīng)進行充電的所述 至少一個其它功率接收器也可以向功率傳輸器100發(fā)送用于停止分階段功率傳輸?shù)恼埱蟆?閾值電壓可以針對所述至少一個其它功率接收器的每一個來進行變化，因為對于每個功率 接收器的參考電壓Vhigh和最大電壓Vmax是不同的。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，具有上述配置的功率傳輸器100和功率接收器110的操作 將在下文中參考圖2來進行詳細說明。在本發(fā)明的實施例中，無線充電條件的變化可以分 類為負載檢測階段、搜索階段、注冊階段、待機階段、以及充電階段。根據(jù)本發(fā)明的實施例， 在下文中將參考圖3來詳細描述在功率傳輸器處各階段中的功率的變化。
[0038] 參照圖2,在負載檢測階段200中，功率傳輸器在預(yù)定的測量時間周期內(nèi)傳輸某一 電平的功率，以檢測負載變化。如果功率接收器在功率傳輸器上，則其中功率接收器在功率 傳輸器的頂部上的功率305與其中在功率傳輸器上沒有任何物品的功率300不同，如圖3 中所示。一旦以上述方式檢測到負載變化，功率傳輸器確定功率接收器位于功率傳輸器的 充電區(qū)域中，則其階段被定義為負載檢測階段200。
[0039] 在搜索階段205,功率傳輸器通過傳輸功率來驅(qū)動功率接收器來搜索有效的功率 接收器。功率接收器通過從功率傳輸器接收功率而被驅(qū)動，并且通過發(fā)送搜索幀來搜索附 近的功率傳輸器，以在無線功率網(wǎng)絡(luò)中進行注冊。
[0040] 在本發(fā)明實施例的無線功率傳輸和接收方法中，搜索幀具有如表1中所示的結(jié) 構(gòu)。
[0041] 表 1
[0042] [表 1]
[0043]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于防止在功率接收器處的過壓的控制在功率傳輸器中的功率傳輸?shù)姆椒ǎ?述方法包括以下步驟： 在功率傳輸器處從功率接收器接收預(yù)訂請求，以預(yù)訂無線功率網(wǎng)絡(luò)； 確定功率傳輸是否可用于功率接收器； 當功率傳輸是可用的，向功率接收器通知功率傳輸開始； 增加和傳送所述傳輸功率； 在功率傳輸器處確定是否從功率接收器接收停止請求，以停止增加電壓； 當在功率傳輸器接收到停止請求時，停止傳輸功率的增加；以及 通過從功率傳輸器傳送開始充電命令給功率接收器，來開始對功率接收器的充電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，向功率接收器通知功率傳輸開始包括：傳送包括 指示功率傳輸開始的信息的通知幀，并且其中，指示功率傳輸開始的信息在所述通知幀中 的狀態(tài)字段中設(shè)立。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，預(yù)訂請求包括至少一條功率信息,其包括功率接 收器的標識符（ID)、用于通信的協(xié)議版本、功率接收器的最小和最大電壓、以及功率接收器 的參考輸出電壓和參考輸出電流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，確定功率傳輸是否可用于功率接收器是基于來 自多條功率信息中的參考輸出電壓和參考輸出電流的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，增加和傳送傳輸功率包括：在向功率接收器通知 功率傳輸開始之后分階段地增加和傳送傳輸功率，其中，階段的長度基于在功率接收器的 功率信息中包括的參考輸出電壓和參考輸出電流來計算。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括當接收停止請求時,維持傳輸功率的當前 電平。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括： 當除了所述功率接收器之外還存在至少一個其他功率接收器時，向所述至少一個其他 功率接收器通知對所述功率接收器開始功率傳輸；以及 當停止增加傳輸功率的操作時，向所述功率接收器和所述至少一個其他功率接收器通 知增加傳輸功率的操作被停止。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括： 在預(yù)定時段中確定是否檢測到負載變化； 當負載變化被檢測到時，傳送功率來驅(qū)動功率接收器； 響應(yīng)于向功率接收器傳送功率，來從功率接收器接收搜索請求；以及 在接收搜索請求的回復(fù)之后，從功率接收器接收預(yù)訂請求。
9. 一種用于防止在功率接收器處的過壓的控制功率傳輸?shù)墓β蕚鬏斊?，所述功率傳?器包括： 無線通信單元，用于從功率接收器接收預(yù)訂請求以預(yù)訂無線功率網(wǎng)絡(luò)； 諧振信號發(fā)生器，用于在控制器的控制下將傳輸功率提供給功率接收器； 控制器，用于確定功率傳輸是否可用于功率接收器，在功率傳輸可用時通過無線通信 單元來向功率接收器通知功率傳輸開始，使用諧振信號發(fā)生器來增加和傳送傳輸功率，通 過無線通信單元來確定是否從功率接收器中接收停止請求以停止增加電壓，當接收到停止 請求時停止傳輸功率的增加，以及通過無線通信單元通過傳送開始充電命令給功率接收器 來開始功率接收器的充電。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率傳輸器，其中，所述控制器通過無線通信單元來傳送包 括指示功率傳輸開始的信息的通知幀。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率傳輸器，其中，指示功率傳輸開始的信息在所述通知 幀中的狀態(tài)字段中設(shè)立。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率傳輸器，其中，預(yù)訂請求包括至少一條功率信息，其包 括功率接收器的標識符（ID)、用于通信的協(xié)議版本、功率接收器的最小和最大電壓、以及功 率接收器的參考輸出電壓和參考輸出電流。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率傳輸器，其中，所述控制器基于來自多條功率信息中 的參考輸出電壓和參考輸出電流來確定功率傳輸是否可用于功率接收器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率傳輸器，其中，所述控制器在向功率接收器通知功率傳 輸開始之后分階段地增加和傳送傳輸功率，其中，階段的長度基于在功率接收器的功率信 息中包括的參考輸出電壓和參考輸出電流來計算。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的功率傳輸器，其中，所述控制器當除了所述功率接收器之 外還存在正在執(zhí)行充電的至少一個其他功率接收器時，向所述至少一個其他功率接收器通 知對所述功率接收器開始功率傳輸；并且當停止增加傳輸功率的操作時，向所述功率接收 器和所述至少一個其他功率接收器通知增加傳輸功率的操作被停止。
【文檔編號】H02J17/00GK104396119SQ201380031937
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】邊江虎, 李炅雨, 權(quán)赫春, 金南倫, 鄭熙遠 申請人:三星電子株式會社