用于在磁諧振無線電力發(fā)送系統(tǒng)中的無線電力發(fā)送器的通信和電力控制的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] W下描述設(shè)及用于在磁諧振無線電力發(fā)送系統(tǒng)中的無線電力發(fā)送器的通信和電 力控制的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線電力指代通過磁禪合從無線電力發(fā)送器傳輸?shù)綗o線電力接收器的能量。因 此，無線電力發(fā)送系統(tǒng)或無線電力充電系統(tǒng)包括配置為無線地發(fā)送電力的源裝置W及配置 為無線地接收電力的目標(biāo)裝置。源裝置可W被稱為源或無線電力發(fā)送器，并且目標(biāo)裝置可 W被稱為目標(biāo)或無線電力接收器。
[0003] 源裝置包括源諧振器，而目標(biāo)裝置包括目標(biāo)諧振器。磁諧振禪合可W在源諧振器 和目標(biāo)諧振器之間形成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 解決方案
[0005] 在一個大體的方面中，提供一種用于在磁諧振無線電力發(fā)送系統(tǒng)中無線電力發(fā)送 器的通信和電力控制的方法，該方法包括向無線電力接收器發(fā)送通知信息，W及基于該通 知信息檢測無線電力接收器，該無線電力接收器接入無線電力發(fā)送器。該方法進(jìn)一步包括 基于電力控制和/或電力發(fā)送效率來確定無線電力接收器是否要停止無線電力發(fā)送器的 接入，W及響應(yīng)于無線電力接收器被確定為不正確地接入無線電力發(fā)送器而發(fā)送復(fù)位命令 到無線電力接收器。
[0006] 在另一大體的方面中，提供一種用于在磁諧振無線電力發(fā)送系統(tǒng)中無線電力接收 器的通信和電力控制的方法，該方法包括從無線電力發(fā)送器接收通知信息，W及基于該通 知信息發(fā)送捜索信號到無線電力發(fā)送器。該方法進(jìn)一步包括基于該捜索信號接入無線電力 發(fā)送器，W及響應(yīng)于復(fù)位命令從無線電力發(fā)送器接收到而復(fù)位無線電力接收器。
[0007] 在又一大體的方面中，提供一種包括配置為發(fā)送通知信息到無線電力接收器的通 信單元的磁諧振無線電力發(fā)送器。該發(fā)送器進(jìn)一步包括控制器，該控制器配置為基于通知 信息檢測無線電力接收器，該無線電力接收器接入無線電力發(fā)送器，W及基于電力控制和/ 或電力發(fā)送效率來確定無線電力接收器是否要停止無線電力發(fā)送器的接入。通信單元進(jìn)一 步配置為響應(yīng)于無線電力接收器被確定為不正確地接入無線電力發(fā)送器而發(fā)送復(fù)位命令 到無線電力接收器。
[000引在又一大體的方面中，提供一種包括配置為從無線電力發(fā)送器接收通知信息并基 于該通知信息而發(fā)送捜索信號到無線電力發(fā)送器的通信單元的磁諧振無線電力接收器。該 接收器進(jìn)一步包括控制器，該控制器配置為基于捜索信號接入無線電力發(fā)送器W及響應(yīng)于 復(fù)位命令從無線電力發(fā)送器接收到而復(fù)位無線電力接收器。
[0009] 其它特征和方面將從W下詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求而顯而易見。
【附圖說明】
[0010] 圖1是圖示無線電力發(fā)送系統(tǒng)的示例的示圖。
[0011] 圖2a和化是圖示在無線電力發(fā)送器的饋送器和諧振器中磁場分布的示例的示 圖。
[0012] 圖3a和圖3b是圖示無線電力發(fā)送器的饋送單元和諧振器的示例的示圖。
[0013] 圖4a是圖示無線電力發(fā)送器的諧振器中磁場分布的示例的示圖，該磁場由饋送 單元的饋送產(chǎn)生。
[0014] 圖4b是圖示無線電力發(fā)送器的饋送單元和諧振器的等效電路的示例的示圖。
[0015] 圖5是圖示電動車充電系統(tǒng)的示例的示圖。
[0016] 圖6a到圖化是圖示其中安裝無線電力接收器和無線電力發(fā)送器的應(yīng)用的示例的 示圖。
[0017] 圖8是無線電力發(fā)送系統(tǒng)的另一示例的示圖。
[001引圖9是圖不多源環(huán)境的不例的不圖。
[0019] 圖10是圖示在無線電力發(fā)送器中控制電力的方法的示例的示圖。
[0020] 圖11圖示在磁諧振無線電力發(fā)送系統(tǒng)中進(jìn)行通信和控制電力的方法的示例的流 程圖。
[0021] 圖12是圖示檢測磁諧振無線電力發(fā)送系統(tǒng)中的裝置的方法的示例的流程圖。
[0022] 圖13是圖示在磁諧振無線電力發(fā)送系統(tǒng)中控制電力的方法的示例的流程圖。
[0023] 圖14是圖示無線電力發(fā)送器的示例的示圖。
[0024] 圖15是圖示無線電力接收器的示例的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 提供W下詳細(xì)描述來協(xié)助讀者獲得該里描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的全面理 解。然而，該里描述的系統(tǒng)、設(shè)備和/或方法的各種改變、修改和等效物對于本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員將是顯而易見的。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的功能和構(gòu)造的描述可能為了更 加清楚和簡潔而被省略。
[0026] 貫穿附圖和詳細(xì)描述中，相同附圖標(biāo)記指代相同元件。附圖可能不按比例，并且附 圖中元件的相對尺寸、比例和描繪可能為了清楚、說明和方便而被夸大。
[0027] 該里描述的特征可不同形式具體實(shí)現(xiàn)，并且不被解釋為受限于該里描述的示 例。更確切地說，已經(jīng)提供該里描述的示例，W使得公開將是充分和完整的，并且將向本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員傳達(dá)本公開的完整范圍。
[002引在源裝置和目標(biāo)裝置之間進(jìn)行通信的方案可W包括帶內(nèi)通信方案和帶外通信方 案。在帶內(nèi)通信方案中，源裝置和目標(biāo)裝置可W使用與用于電力發(fā)送的頻率相同的頻率來 彼此通信。在帶外通信方案中，源裝置和目標(biāo)裝置可W使用與用于電力發(fā)送的頻率不同的 頻率來彼此通信。
[0029]圖1是圖示無線電力發(fā)送系統(tǒng)的示例的示圖。參考圖1，無線電力發(fā)送系統(tǒng)包括源 裝置110和目標(biāo)裝置120。源裝置110是供應(yīng)無線電力的裝置，并且可W是供應(yīng)電力的各種 裝置中的任一種，諸如平板、終端、電視（TV)和供應(yīng)電力的任何其它裝置。目標(biāo)裝置120是 接收無線電力的裝置，并且可W是消耗電力的各種裝置中的任一種，諸如終端、TV、車輛、洗 衣機(jī)、無線電、照明系統(tǒng)W及消耗電力的任何其它裝置。
[0030] 源裝置110包括可變切換模式電源（SMP巧111、功率放大器112、匹配網(wǎng)絡(luò)113、發(fā) 送訂幻控制器114(例如，TX控制邏輯）、通信單元115、電力檢測器116和源諧振器131。 目標(biāo)裝置120包括匹配網(wǎng)絡(luò)121、整流器122、直流到直流值C/DC)轉(zhuǎn)換器123、通信單元 124、接收（R幻控制器125 (例如，RX控制邏輯）、電力檢測器127和目標(biāo)諧振器133。
[0031] 可變SMPS111通過切換從電源輸出的具有幾十赫茲化Z)頻率的交流（AC)電壓 來生成DC電壓?？勺僑MPS111可W輸出具有預(yù)定電平的DC電壓，或可W輸出具有通過控 制器114可調(diào)整的電平的DC電壓。
[0032] 電力檢測器116檢測可變SMPS111的輸出電流和輸出電壓，并且向控制器114提 供關(guān)于所檢測電流和所檢測電壓的信息。額外地，電力檢測器116檢測功率放大器112的 輸入電流和輸入電壓。
[003引功率放大器112通過使用具有若干千赫茲（曲Z)到幾十兆赫茲（MHz)的頻率的切 換脈沖信號將從可變SMPS111輸出的DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓，來生成電力。換言之，功率 放大器112使用基準(zhǔn)諧振頻率Few將供應(yīng)到功率放大器的DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓，并且生成 用于通信的通信電力、或用于充電的充電電力（可W用在多種目標(biāo)裝置中）。通信電力例如 可W是可由目標(biāo)裝置用來進(jìn)行通信的0.1到1毫瓦（mW)的低電力，而充電電力例如可W是 可由目標(biāo)裝置的裝置負(fù)載消耗的ImW到200瓦（W)的高電力。在本說明書中，術(shù)語"充電" 可W指代向元件或單元供應(yīng)電力，所述元件或單元利用電力對電池或其它可再充電裝置進(jìn) 行充電。另外，術(shù)語"充電"可W指代向消耗電力的元件或單元供應(yīng)電力。例如，術(shù)語"充電 電力"可W指代目標(biāo)裝置在運(yùn)行時消耗的電力、或用來對目標(biāo)裝置的電池進(jìn)行充電的電力。 單元或元件例如可W包括電池、顯示裝置、聲音輸出電路、主處理器和各種類型的傳感器。
[0034] 在本說明書中，術(shù)語"基準(zhǔn)諧振頻率"指代名義上被源裝置110使用的諧振頻率， 而術(shù)語"追蹤頻率"指代已基于預(yù)定方案調(diào)整的、被源裝置110使用的諧振頻率。
[0035] 控制器114可W檢測通信電力的反射波或充電電力的反射波，并且可W基于所檢 測的反射波來檢測目標(biāo)諧振器133和源諧振器131之間的失配?？刂破?14可W通過檢測 反射波的包絡(luò)或通過檢測反射波的電力的量來檢測失配。
[0036] 在控制器114的控制下，匹配網(wǎng)絡(luò)113補(bǔ)償源諧振器131和目標(biāo)諧振器133之間的 阻抗失配，W使得源諧振器131和目標(biāo)諧振器133最優(yōu)地匹配。匹配網(wǎng)絡(luò)113包括電容器 和電感器的組合，它們通過開關(guān)連接到控制器114,所述開關(guān)處于控制器114的控制之下。
[0037] 控制器114可W基于反射波的電壓電平和源諧振器131或功率放大器112的輸出 電壓的電平來計(jì)算電壓駐波比（VSWR)。當(dāng)VSWR大于預(yù)定值時，控制器114檢測到失配。在 本示例中，控制器114計(jì)算N個預(yù)定追蹤頻率中的每一個的電力發(fā)送效率，確定N個預(yù)定追 蹤頻率中具有最佳電力發(fā)送效率的追蹤頻率Fc。,,，并且將基準(zhǔn)諧振頻率Fc。,改變?yōu)樵撟粉?頻率Feest。
[003引此外，控制器114可W控制功率放大器112所使用的切換脈沖信號的頻率。通過 控制功率放大器112所使用的切換脈沖信號，控制器114可W生成要被發(fā)送到目標(biāo)裝置120 的調(diào)制信號。換言之，通信單元115可W經(jīng)由帶內(nèi)通信發(fā)送各種消息給目標(biāo)裝置120。額外 地，控制器114可W檢測反射波，并且可W通過反射波的包絡(luò)來解調(diào)從目標(biāo)裝置120接收的 信號。
[0039] 控制器114可W使用各種方案來生成用于帶內(nèi)通信的調(diào)制信號。為了生成調(diào)制 信號，控制器114可W接通或關(guān)閉功率放大器112所使用的切換脈沖信號，或可W進(jìn)行 delta-sigma調(diào)制。額外地，控制器114可W生成具有預(yù)定包絡(luò)的脈寬調(diào)制（PWM)信號。
[0040] 通信單元115可W使用通信信道進(jìn)行帶外通信。通信單元115可W包括通信模 塊，諸如紫蜂模塊、藍(lán)牙模塊或通信單元115可W用來進(jìn)行帶外通信的任何其它通信模塊。 通信單元115可W經(jīng)由帶外通信向目標(biāo)裝置120發(fā)送數(shù)據(jù)140或從目標(biāo)裝置120接收數(shù)據(jù) 140。
[0041] 源諧振器131經(jīng)由與目標(biāo)諧振器133的磁禪合來傳輸諸如通信電力或充電電力之 類的電磁能量130到目標(biāo)諧振器133。
[0042] 目標(biāo)諧振器133經(jīng)由與源諧振器131的磁禪合來接收諸如通信電力或充電電力之 類的電磁能量130。額外地，目標(biāo)諧振器133經(jīng)由帶內(nèi)通信從源裝置110接收各種消息。
[0043] 匹配網(wǎng)絡(luò)121使從源裝置110觀察的輸入阻抗與從負(fù)載觀察的輸出阻抗匹配。匹 配網(wǎng)絡(luò)121可W配置有電容器和電感器的組合。
[0044] 整流器122通過整流目標(biāo)諧振器133所接收的AC電壓來生成DC電壓。
[0045] DC/DC轉(zhuǎn)換器123基于負(fù)載的額定電壓調(diào)整從整流器122輸出的DC電壓的電平。 例如，DC/DC轉(zhuǎn)換器123可W將從整流器122輸出的DC電壓的電平調(diào)整為從3伏（V)到10V 的范圍中的電平。
[0046] 電力檢測器127檢測DC/DC轉(zhuǎn)換器123的輸入端126的電壓（例如，Vdd)W及DC/ DC轉(zhuǎn)換器123的輸出端的電流和電壓。電力檢測器127將輸入端126的所檢測電壓和輸出 端的所檢測電流和所檢測電壓輸出到控制器125?？刂破?25使用輸入端126的所檢測電 壓來計(jì)算從源裝置110接收的電力的發(fā)送效率。額外地，控制器125使用輸出端的所檢測 電流和所檢測電壓來計(jì)算傳輸?shù)截?fù)載的電力的量。源裝置110的控制器114基于負(fù)載所要 求的電力的量和傳輸?shù)截?fù)載的電力的量來確定需要由源裝置110發(fā)送的電力的量。當(dāng)通信 單元124向源裝置110傳輸輸出端的電力的量（例如，所計(jì)算的傳輸?shù)截?fù)載的電力的量） 時，源裝置110的控制器114可W計(jì)算需要由源裝置110發(fā)送的電力的量。
[0047] 通信單元124可W通過解調(diào)由檢測在目標(biāo)諧振器133和整流器122之間的信號或 通過檢測整流器122的輸出信號而獲得的所接收信號來進(jìn)行用于發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的帶內(nèi) 通信。換言之，控制器125可W解調(diào)經(jīng)由帶內(nèi)通信接收的消息。
[0048] 額外地，控制器125可W調(diào)整目標(biāo)諧振器133的阻抗來調(diào)制要發(fā)送到源裝置110 的信號。例如，控制器125可W增大目標(biāo)諧振器的阻抗W使得反射波將被源裝置110的控 制器114檢測到。在本示例中，取決