用于擴展無線充電器的電力能力的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及無線電力。更確切地說，本發(fā)明針對無線電力傳遞系統(tǒng)中的發(fā)射器和接收器。
【背景技術(shù)】
[0002]越來越多的數(shù)目及種類的電子裝置經(jīng)由可再充電電池供電。此類裝置包含移動電話、便攜式音樂播放器、膝上型計算機、平板計算機、計算機外圍裝置、通信裝置(例如，藍牙裝置)、數(shù)碼相機、助聽器等等。雖然電池技術(shù)已得到改進，但電池供電的電子裝置越來越需要及消耗更大量的電力，借此常常需要再充電。可再充電的裝置常常經(jīng)由有線連接通過物理地連接到電源的電纜或其它類似連接器充電。電纜和類似連接器有時可能不方便或繁瑣，且具有其它缺點。能夠在待用以為可再充電的電子裝置充電或向電子裝置提供電力的自由空間中傳遞電力的無線充電系統(tǒng)可以克服有線充電解決方案的一些不足。由此，向電子裝置有效且安全地傳遞電力的無線電力傳遞系統(tǒng)及方法是合乎需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的系統(tǒng)、方法和裝置的各種實施方案各自具有若干方面，其中的單個方面并不單獨負責本文所描述的合乎需要的屬性。在不限制所附權(quán)利要求書的范圍的情況下，本文描述一些顯要特征。
[0004]在附圖和下文描述中闡述本說明書中描述的標的物的一或多個實施方案的細節(jié)。其它特征、方面和優(yōu)點將從描述、圖式及權(quán)利要求書變得顯而易見。應(yīng)注意，以下各圖的相對尺寸可能未按比例繪制。
[0005]在特定實施例中，提供一種用于對可充電裝置充電的無線電力接收器設(shè)備。所述用于為可充電裝置充電的無線電力接收器設(shè)備可包含接收天線，其經(jīng)配置以用無線方式在足以為可充電裝置充電的電平處接收電力。所述無線電力接收器設(shè)備還可包含轉(zhuǎn)換器電路。所述轉(zhuǎn)換器電路可耦合到接收天線。所述轉(zhuǎn)換器電路可經(jīng)配置以接收從所述以無線方式接收的電力導出的輸入電壓。所述轉(zhuǎn)換器電路還可經(jīng)配置以基于輸入電壓與第一電壓電平閾值之間的關(guān)系而產(chǎn)生相對于所述輸入電壓縮放到某一值的輸出電壓。
[0006]在另一特定實施例中，提供一種用于對可充電裝置充電的無線電力接收器設(shè)備。所述用于為可充電裝置充電的無線電力接收器設(shè)備可包含用于以無線方式在足以對可充電裝置充電的電平處接收電力的裝置。所述用于為可充電裝置充電的無線電力接收器設(shè)備還可包含用于接收從所述以無線方式接收的電力導出的輸入電壓的裝置，其耦合到所述用于以無線方式接收電力的裝置。所述用于為可充電裝置充電的無線電力接收器設(shè)備還可包含用于基于輸入電壓與第一電壓電平閾值之間的關(guān)系而從所述用于接收輸入電壓的裝置產(chǎn)生相對于所述輸入電壓縮放到某一值的輸出電壓的裝置。
[0007]在另一特定實施例中，一種用于為可充電裝置充電的方法可包含在接收天線處以無線方式在足以為可充電裝置充電的電平處接收電力。所述方法還可包含在耦合到所述接收天線的轉(zhuǎn)換器電路處接收從所述以無線方式接收的電力導出的輸入電壓。所述方法還可包含基于輸入電壓與第一電壓電平閾值之間的關(guān)系從所述轉(zhuǎn)換器電路產(chǎn)生相對于所述輸入電壓而縮放到某一值的輸出電壓。
【附圖說明】
[0008]圖1為根據(jù)示范性實施例的示范性無線電力傳遞系統(tǒng)的功能框圖。
[0009]圖2為根據(jù)示范性實施例的可用于圖1的無線電力傳遞系統(tǒng)中的示范性組件的功能框圖。
[0010]圖3為根據(jù)示范性實施例的包含發(fā)射或接收天線的圖2的發(fā)射電路或接收電路的一部分的不意圖。
[0011]圖4為根據(jù)示范性實施例的可用于圖1的無線電力傳遞系統(tǒng)中的發(fā)射器的功能框圖。
[0012]圖5為根據(jù)示范性實施例的可用于圖1的無線電力傳遞系統(tǒng)中的接收器的功能框圖。
[0013]圖6為根據(jù)示范性實施例的可用于圖1的無線電力傳遞系統(tǒng)中的利用轉(zhuǎn)換器電路的接收器的功能框圖。
[0014]圖7為根據(jù)示范性實施例的實施為多個瓦片電路的圖6的轉(zhuǎn)換器電路的框圖。
[0015]圖8為根據(jù)示范性實施例的可用于圖5和6的接收器中的實施為電荷栗電路的轉(zhuǎn)換器電路的示意圖。
[0016]圖9是根據(jù)示范性實施例的可用于圖5和6的接收器中的實施為具有比較器的電荷栗電路的轉(zhuǎn)換器電路的示意圖。
[0017]圖10為根據(jù)示范性實施例的用于應(yīng)用轉(zhuǎn)換器電路以產(chǎn)生輸出電壓的示范性過程的流程圖。
[0018]圖11為根據(jù)示范性實施例的接收器的功能框圖。
[0019]圖12是根據(jù)示范性實施例的轉(zhuǎn)換器電路的示范性輸入及輸出電壓的曲線。
【具體實施方式】
[0020]下文結(jié)合附圖闡述的詳細描述既定作為示范性實施例的描述，且無意表示可實踐的僅有實施例。貫穿此描述所使用的術(shù)語“示范性”意指“充當實例、例子或說明”，且未必應(yīng)解釋為比其它示范性實施例優(yōu)選或有利。具體描述包含出于提供對示范性實施例的透徹理解的目的的具體細節(jié)。在一些情況下，以框圖形式展示一些裝置。
[0021]以無線方式傳遞電力可指將與電場、磁場、電磁場或其它者相關(guān)聯(lián)的任何形式的能量從發(fā)射器傳遞到接收器，而不使用物理電導體(例如，可通過自由空間來傳遞電力)。到無線場(例如，磁場或電磁場)的電力輸出可由“接收天線”接收、俘獲或耦合以實現(xiàn)電力傳遞。將理解，貫穿此說明書，兩個組件“耦合”可指其通過直接或間接方式進行的交互，且可進一步指物理地連接(例如，有線)耦合或物理地斷開(例如，無線)耦合。
[0022]圖1為根據(jù)示范性實施例的示范性無線電力傳遞系統(tǒng)100的功能框圖。輸入電力102可從電源(未圖示)提供到發(fā)射器104以用于產(chǎn)生用于提供能量傳遞的場105。接收器108可耦合到場105且產(chǎn)生輸出電力110以供耦合到輸出電力110的裝置(未圖示)存儲或消耗。發(fā)射器104與接收器108兩者分開距離112。在一個示范性實施例中，發(fā)射器104與接收器108是根據(jù)相互共振關(guān)系而配置。當接收器108的諧振頻率與發(fā)射器104的諧振頻率實質(zhì)上相同或極為接近時，發(fā)射器104與接收器108之間的發(fā)射損失最小。由此，可與可要求大線圈極其接近(例如，mm)的純電感解決方案相比，在較大距離上提供無線電力傳遞。諧振電感耦合技術(shù)因此可允許改進的效率和在各種距離上且利用多種電感線圈配置進行的電力傳遞。
[0023]當接收器108位于由發(fā)射器104產(chǎn)生的能量場105中時，接收器108可接收電力。場105對應(yīng)于其中通過發(fā)射器104輸出的能量可以通過接收器105俘獲的區(qū)。在一些情況下，場105可以對應(yīng)于發(fā)射器104的“近場”，如下文將進一步描述。發(fā)射器104可包含用于輸出能量發(fā)射的發(fā)射天線114(例如，發(fā)射線圈)。接收器108進一步包含用于接收或俘獲來自能量發(fā)射的能量的接收天線118(例如，接收線圈)。近場可對應(yīng)于其中存在由發(fā)射天線114中的最低限度地輻射電力遠離發(fā)射天線114的電流及電荷產(chǎn)生的強反應(yīng)性場的區(qū)。在一些情況下，近場可對應(yīng)于在發(fā)射天線114的約一個波長(或其分數(shù))內(nèi)的區(qū)。發(fā)射天線114和接收天線118根據(jù)應(yīng)用和待與其相關(guān)聯(lián)的裝置而設(shè)定大小。如上所述，有效能量傳遞可通過將發(fā)射天線114的場105中的大部分能量耦合到接收天線118而非在電磁波中將大多數(shù)能量傳播到遠場而發(fā)生。當定位在場105內(nèi)時，可在發(fā)射天線114與接收天線118之間形成“耦合模式”。發(fā)射天線114及接收天線118周圍的可發(fā)生此耦合的區(qū)域在本文中被稱作耦合模式區(qū)。
[0024]圖2為根據(jù)示范性實施例的可用于圖1的無線電力傳遞系統(tǒng)100中的示范性組件的功能框圖。發(fā)射器204可包含發(fā)射電路206，其可包含振蕩器222、驅(qū)動器電路224及濾波與匹配電路226。振蕩器222可經(jīng)配置以產(chǎn)生期望頻率(例如468.75kHz、6.78MHz或13.56MHz)下的信號，所述期望頻率可響應(yīng)于頻率控制信號223來調(diào)節(jié)?？蓪⒄袷幤餍盘柼峁┑浇?jīng)配置以在(例如)發(fā)射天線214的諧振頻率下驅(qū)動發(fā)射天線214的驅(qū)動器電路224。驅(qū)動電路224可以是經(jīng)配置以從振蕩器222接收方波并且輸出正弦波的開關(guān)放大器。舉例來說，驅(qū)動電路224可為E類放大器。還可包含濾波與匹配電路226以濾出諧波或其它不必要的頻率，且將發(fā)射器204的阻抗匹配到發(fā)射天線214。作為驅(qū)動發(fā)射天線214的結(jié)果，發(fā)射器204可在足以對電子裝置充電或供電的電平下以無線方式輸出電力。作為一個實例，所提供的電力可例如約300毫瓦到5瓦，以對具有不同電力需求的不同裝置供電或充電。也可提供較高或較低電力電平。
[0025]接收器208可包含接收電路210，其可包含匹配電路232和整流器與開關(guān)電路234以從AC電力輸入產(chǎn)生DC電力輸出，以便為如圖2中所展示的電池236充電，或者為耦合到接收器108的裝置(未圖示)供電?？砂ヅ潆娐?32以使接收電路210的阻抗與接收天線218匹配。接收器208和發(fā)射器204可另外在單獨通信信道219 (例如，藍牙、紫蜂、蜂窩式等)上通信。接收器208和發(fā)射器204可以替代地使用無線場206的特性經(jīng)由帶內(nèi)信令通?目Ο
[0026]如下文更完全描述，接收器208 (其最初可具有選擇性地停用的相關(guān)聯(lián)負載(例如，電池236))可經(jīng)配置以確定由發(fā)射器204發(fā)射并且由接收器208接收的電力量是否適于為電池236充電。此外，接收器208可經(jīng)配置以在確定電力的量適當后即刻啟用負載(例如，電池236)。在一些實施例中，接收器208可經(jīng)配置以直接利用從無線電力傳遞場接收的電力，而不對電池236充電。舉例來說，例如近場通信(NFC)或射頻識別裝置(RFID等通信裝置可經(jīng)配置以從無線電力傳遞場接收電力，且通過與無線電力傳遞場交互而通信和/或利用所接收電力與發(fā)射器204或其它裝置通信。
[0027]圖3為根據(jù)示范性實施例的包含發(fā)射或接收天線352的圖2的發(fā)射電路206或接收電路210的一部分的示意圖。如圖3中所說明，用于包含下文描述的實施例的示范性實施例中的發(fā)射或接收電路350可包含天線352。天線352還可稱為或經(jīng)配置為“環(huán)路”天線352。天線352也可在本文中被稱作或經(jīng)配置為“磁性”天線或感應(yīng)線圈。術(shù)語“天線”一般是指可以無線方式輸出或接收用于耦合到另一“天線”的能量的組件。天線還可被稱作經(jīng)配置以用無線方式輸出或接收電力的類型的線