無線電力接收機系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種無線電力接收機，能夠從近耦接無線電源以及中程無線電源接收無線電力。所述無線電力接收機包括主接收機電路和輔接收機電路。所述主接收機電路可調整為在近耦接模式下或諧振器模式下操作。在近耦接模式下，所述主接收機電路耦接到遠程設備的電力輸入，并且起所述主電力源的作用。在諧振器模式下，所述主電力電路與所述遠程設備電斷開/隔離并且形成閉合諧振環(huán)路，以起放大來自中程無線電源的電磁場的諧振器的作用。所述輔接收機電路耦接到所述遠程設備的電力輸入，并且被配置為從所述諧振器接收無線電力，并且當所述主接收機電路處于所述諧振器模式下時起電力源的作用。
【專利說明】無線電力接收機系統(tǒng)

【背景技術】
[0001]本發(fā)明涉及無線電力傳送，并且更特別地涉及用于無線地從無線電源接收電力的系統(tǒng)。
[0002]無線電源系統(tǒng)的使用連續(xù)增長。最常見的無線電源系統(tǒng)使用電磁場來無線地將電力從無線電源傳送到與遠程設備(諸如蜂窩電話、智能電話、媒體播放器或其它電子設備)關聯(lián)的無線電力接收機。存在大量不同類型的無線電源系統(tǒng)。例如，很多常規(guī)系統(tǒng)使用無線電源中的初級線圈和遠程設備的無線電力接收機中的次級線圈。初級線圈生成電磁場，電磁場從無線電源發(fā)射。無線電力接收機包括次級線圈，次級線圈可以放置于初級線圈所生成的電磁場內(nèi)。當遠程設備放置于充分接近無線電源內(nèi)時，電磁場在遠程設備可使用的次級線圈內(nèi)感應電力，例如，以對遠程設備供電和/或充電。當初級線圈和次級線圈彼此相對靠近時，這些類型的系統(tǒng)典型地提供最佳性能。由于這些原因，這些類型的系統(tǒng)經(jīng)常被提及為“近耦接”系統(tǒng)。
[0003]大量常規(guī)無線電源系統(tǒng)已經(jīng)被配置成當與對于高效使用近耦接系統(tǒng)而言正?？山邮芟啾瘸跫壘€圈和次級線圈比的離得更遠時高效地提供電力。給定它們可以在比近耦接系統(tǒng)更大的距離處高效地傳送電力，這些類型的無線電力傳送系統(tǒng)經(jīng)常被提及為“中程”系統(tǒng)。典型中程無線電力傳送系統(tǒng)依賴于Nicola Tesla在100多年前所公開的技術(見例如1901年10月22日公布的美國專利685，012)。在典型中程系統(tǒng)的情況下，電力傳送系統(tǒng)包括一對諧振器，其被布置在初級線圈與次級線圈之間或另外被布置在它們附近。每個諧振器被配置成包括電感器和電容器，而不包括任何的附加明顯負載。這樣將在諧振頻率處的阻抗保持為最小，這使得電容器與電感器之間的諧振電流最大化。電感器中的電流進而放大諧振器內(nèi)所感應的無線電力信號。給定它們的用于放大信號的能力，諧振器可以起橋的作用以用于擴展無線電源系統(tǒng)的范圍。在使用中，初級線圈生成在第一諧振器中感應電力的電磁場，第一諧振器生成在第二諧振器中感應電力的放大的電磁場，并且第二諧振器生成在次級線圈中感應電力的放大的電磁場。
[0004]雖然使用諧振器典型地在中程環(huán)境中提供改進的效率，但當無線電源和遠程設備太靠近時，諧振器可能減少效率。這把實際限制置于并入有諧振器的中程系統(tǒng)的使用之上。此外，具有諧振器的無線電源將典型地并不與沒有諧振器的遠程設備一起高效地操作(反之亦然)。結果，對于無線電源而言典型地需要與所匹配的遠程設備配對。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種無線電力接收機，能夠優(yōu)化自身以用于從不同類型的無線電源接收無線電力。所述無線電力接收機包括兩個接收機電路，被配置用于不同的操作參數(shù)。在一個實施例中，所述無線電力接收機包括主接收機電路和輔接收機電路。所述主接收機電路可調整為在近耦接模式下或諧振器模式下操作。在所述近耦接模式下，所述主接收機電路可以起所述遠程設備的主電力源的作用。在所述諧振器模式下，主電力電路可以與遠程設備電斷開/隔離，并且起諧振器的作用，以放大所接收到的無線電力信號。所述輔接收機電路可以被配置成當所述主接收機電路處于所述諧振器模式下時起用于所述遠程設備的電力源的作用。當所述主接收機電路處于近耦接模式下時，所述輔接收機電路也可以能夠將電力提供給所述遠程設備。
[0006]在一個實施例中，所述主接收機電路包括:接收機線圈(或其它電感器)和接收機電容器，形成儲能電路并且耦接到所述遠程設備的所述電力輸入。接收機線圈和接收機電容器可以形成諧振儲能電路。所述諧振儲能電路可以通過整流線路以及適當?shù)臑V波和調節(jié)線路耦接到所述電力輸入。所述主接收機電路包括:開關，被布置為允許所述諧振儲能電路選擇性地短路，以使得所述諧振儲能電路有效地與所述遠程設備電力輸入電斷開/隔離并且在閉合諧振環(huán)路中被配置成起諧振器作用。在一個實施例中，所述開關包括耦接到控制器的兩個FET的布置。所述控制器可以被配置成:當想要所述主接收機電路在諧振器模式下起作用時閉合所述FET并且短路所述諧振儲能電路。
[0007]在一個實施例中，所述輔接收機電路包括:接收機線圈，耦接到所述遠程設備的電力輸入。所述輔接收機線圈可以通過整流線路以及適當?shù)臑V波和調節(jié)線路被電連接到所述電力輸入。可以選擇所述輔接收機線圈的特性，以使得當所述主接收機電路處于所述諧振器模式下時，調諧所述輔接收機線圈，以高效地從所述主接收機電路接收無線電力。
[0008]在一個實施例中，所述輔接收機電路也可以可調整為操作在近耦接模式下或諧振器模式下。在該實施例中，所述輔接收機可以包括:接收機電容器，其與接收機電感器組合以形成儲能電路。所述輔接收機也可以包括:開關，用于選擇短路所述儲能電路從而其形成閉合諧振環(huán)路。在所述諧振器模式下，所述輔接收機電路可以起諧振器作用，以放大所接收到的無線電力信號?？梢圆煌卣{諧所述主接收機電路和所述輔接收機電路，從而每一個都在不同的中程無線電源的情況下更高效地操作。
[0009]在一個實施例中，所述主接收機電路可以配備有選擇性地可變的電容和/或選擇性地可變的電感，從而所述電路可以被調諧到不同的無線電力傳送參數(shù)。例如，所述電路可以包括:一組電容器和/或一組電感器以及控制器，所述控制器能夠選擇性地將想要的電容和/或想要的電感連接到所述接收機電路。
[0010]在一個實施例中，所述輔接收機電路可以配備有選擇性地可變的電容和/或選擇性地可變的電感，從而所述輔接收機電路可以被調諧到不同的無線電力傳送參數(shù)。例如，所述輔接收機電路可以包括:一組電容器和/或一組電感器以及控制器，所述控制器能夠選擇性地將想要的電容和/或想要的電感連接到所述接收機電路。在一些實施例中，所述主接收機電路和所述輔接收機電路兩者都可以具有選擇性地可變的電容和電感。在這樣的實施例中，所述系統(tǒng)可以包括:單個控制器，能夠控制這兩個接收機電路的電容和電感。
[0011]在一個實施例中，所述無線電力接收機包括:通信系統(tǒng)，能夠從無線電源接收通信。在該實施例中，所述無線電力接收機可以接收指示要操作在近耦接模式下還是要操作在中程模式下的通信。在中程模式下，所述無線電力接收機可以包括:控制器，其閉合所述FET或另外的開關，以引起所述主電力接收機操作為諧振器。在其中所述主接收機電路和/或所述輔接收機電路包括可變電容和/或可變電感的系統(tǒng)中，所述通信系統(tǒng)也可以用于通信想要的電容和/或電感、或指示適當電容和/或電感的通信信息。
[0012]在一個實施例中，所述無線電力接收機可以被配置成:在不需要來自所述無線電源的通信的情況下確定正確的操作模式。在一個實施例中，所述無線電力接收機可以包括:傳感器，能夠測量所述主接收機電路和/或所述輔接收機電路中所感應的電流和/或電壓。所述無線電力接收機可以包括:控制器，能夠基于所述傳感器所測量的電流和/或電壓來確定正確的操作模式。所述控制器可以使所述確定基于所感應的電力的不同特性，諸如電流和/或電壓的峰值或RMS值，或電流和/或電壓變化的頻率。作為另一示例，可以使得所述確定基于電流和/或電壓的改變速率。所述無線電力接收機可以包括:控制器，能夠對所述主接收機電路中所測量的電流和/或電壓與所述輔接收機電路中所測量的電流和/或電壓進行比較，并且據(jù)這樣的比較來確定正確的操作模式。
[0013]本發(fā)明提供一種可以從不同類型的無線電源接收電力的簡單有效的無線電力接收機。在一個實施例中，單個電力接收機可以選擇性地被重新配置以起近程接收機或用于中程接收機的諧振器的作用。在一個實施例中，所述主接收機電路和所述輔接收機電路兩者都能夠起諧振器的作用，由此為所述無線電力接收機提供用以對不同的中程無線電源進行適配的能力。在一個實施例中，所述主接收機電路和/或所述輔接收機電路中的可變電感和/或可變電容可以用于允許調諧系統(tǒng)以用于在無線電源操作特性的寬范圍上的改進的效率。本發(fā)明還提供用于確定正確的操作模式的各種替換的系統(tǒng)和方法。這允許本發(fā)明被容易地并入到各種不同的無線電源系統(tǒng)中。
[0014]通過參照當前實施例的描述以及附圖，將更充分地理解并且領會本發(fā)明的這些和其它目的、優(yōu)點和特征。
[0015]在詳細解釋本發(fā)明的實施例之前，應理解，本發(fā)明不限制于在以下描述中所闡述或在附圖中所圖解的各部件的操作的細節(jié)或構造和布置的細節(jié)。本發(fā)明可以在各種其它實施例中實現(xiàn)，并且以在此并未明確公開的替換方式被實踐或執(zhí)行。另外，應理解，在此使用的措辭和術語是為了描述的目的，并且不應被看作是限制。使用“包括”和“包含”以及其變形意味著涵蓋其后列出的項及其等同物以及附加項及其等同物。此外，在各個實施例的描述中可以使用枚舉。除非另外明確地聲明，否則使用枚舉不應解釋為將本發(fā)明限制為任何特定順序或數(shù)量的部件。使用枚舉也不應解釋為從本發(fā)明的范圍排除可以與所枚舉的步驟或部件組合在一起或組合到其中的任何附加步驟或部件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的具有近耦接無線電源和無線電力接收機的無線電源系統(tǒng)的示意性表示。
[0017]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的具有中程無線電源和無線電力接收機的無線電源系統(tǒng)的示意性表示。
[0018]圖3是根據(jù)本發(fā)明第一替換實施例的具有中程無線電源和無線電力接收機的無線電源系統(tǒng)的示意性表示。
[0019]圖4是根據(jù)本發(fā)明第二替換實施例的具有近耦接無線電源和無線電力接收機的無線電源系統(tǒng)的示意性表示。
[0020]圖5是根據(jù)本發(fā)明第三替換實施例的具有中程無線電源和無線電力接收機的無線電源系統(tǒng)的示意性表示。
[0021]圖6是根據(jù)本發(fā)明第四替換實施例的具有中程無線電源和無線電力接收機的無線電源系統(tǒng)的示意性表示。
[0022]圖7是根據(jù)本發(fā)明第五替換實施例的具有中程無線電源和無線電力接收機的無線電源系統(tǒng)的示意性表示。

【具體實施方式】
[0023]圖1和圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例的無線電力接收機。該實施例的無線電力接收機10被配置成:無線地從近耦接無線電源100 (見圖1)或從中程無線電源100’(見圖2)接收電力。無線電力接收機10耦接到遠程設備D，從而其可以將無線地接收到的電力供給至遠程設備D。無線電力接收機10能夠選擇性地被重新配置成操作在近耦接模式下或中程模式下，以允許其高效地從不同類型的無線電源100、100’接收電力。該實施例的無線電力接收機10通常包括主接收機電路12、輔接收機電路14和用于控制無線電力接收機10的操作的控制器18。在該實施例中，主接收機電路12和輔接收機電路14并聯(lián)連接到遠程設備D的電力輸入，從而它們都能夠將電力遞送到遠程設備D。該實施例的主接收機電路12包括諧振儲能電路，并且能夠選擇性地被配置成操作為用于中程電力傳送系統(tǒng)的近耦接接收機或諧振器。可以調諧主接收機電路12，以用于作為接收機與近耦接無線電源100的高效操作，并且用于作為諧振器與中程無線電源100’的高效操作。該實施例的輔接收機電路14包括電感器，并且被配置成當主接收機電路12被配置成操作為諧振器時，高效地從主接收機電路12接收無線電力。在使用中，控制器18能夠適當?shù)卮_定正確操作模式并且將主接收機電路12配置成起近耦接接收機或諧振器的作用。本發(fā)明公開了用于確定正確操作模式的各種系統(tǒng)和方法。
[0024]圖1和圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的無線電力接收機10的示意性表示。該實施例的無線電力接收機10可以耦接到遠程設備D的電力輸入。遠程設備D可以實質上是任何利用電氣電力的部件。例如，遠程設備D可以是蜂窩電話、智能電話、媒體播放器、個人數(shù)字助理、膝上型計算機、筆記本或平板計算機。可以通過實質上任何方式(例如直接對遠程設備D供電和/或對用于遠程設備D的電池進行充電)來使用無線電力接收機10所遞送的電力。無線電力接收機10可以由制造商直接集成到遠程設備D中。在這樣的實施例中，遠程設備D可以被配置成:在遠程設備D的外殼內(nèi)容納無線電力接收機10，并且電力輸入可以是將電力從無線電力接收機10遞送到遠程設備D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)可以例如通過使用常規(guī)電力控制算法而按著想要的那樣來控制電力的使用，以將電力提供給遠程設備D或對遠程設備D的電池進行充電。替換地，無線電力接收機10可以被配置成附接到并非意圖無線地接收電力的遠程設備D，以允許該遠程設備D無線地接收電力。
[0025]如上所述，圖1的無線電力接收機10通常包括主接收機電路12、輔接收機電路14和用于控制無線電力接收機10的操作的控制器18。主接收機電路12和輔接收機電路14可以耦接到遠程設備D的電力輸入，從而它們兩者都能夠將電力遞送到遠程設備D。在該實施例中，主接收機電路12和輔接收機電路14與遠程設備D的電力輸入并聯(lián)地電連接。雖然未示出，但兩個接收機電路12和14可以與電力管理單元(未示出)的電力輸入并聯(lián)連接，從而它們可以替換地或同時地通過電力管理單元將電力供給至遠程設備D。在該實施例中，主接收機電路12包括儲能電路20，當存在適當?shù)碾姶艌鰰r在儲能電路20中感應電力。該實施例的儲能電路20包括電感器22和電容器24。電感器22可以是導線的線圈(諸如Litz導線)，或能夠響應于電氣電力的供給而生成電磁場的另外的部件。電容器24可以是常規(guī)電容器或具有適當?shù)挠糜趦δ茈娐?0的電容的另外的部件。選擇具有意圖調諧主接收機電路12的特性的儲能電路電感器22和儲能電路電容器24，以在想要的近耦接無線電源100的操作特性下高效地操作。例如，電感器22和電容器24可以被選擇為在從無線電源100期望的電力水平和操作頻率下提供最佳性能。這可能牽涉實質上變化的電感器的任何有關特性(諸如電感值、線圈形狀、線圈直徑、導線匝數(shù)、導線類型、導線規(guī)格)和/或電容器的任何有關特性(諸如電容值和電容器的類型)。
[0026]在一些應用中，可能想要遠程設備D或無線電力接收機中的控制器(或微控制器)盡可能快速地供電。例如，在一些無線電源系統(tǒng)中，期望無線電力接收機或遠程設備D與無線電源100、100’進行通信。這些通信可以用于各種目的，諸如確保無線電源100、100’與無線電力接收機10之間的兼容性或通信在設置無線電源100、100’、無線電力接收機10或遠程設備D的操作參數(shù)方面有用的信息。無線電力接收機10或遠程設備D足夠快地通信的故障可能引起無線電源100、100’停止供給電力或在另外的方面不利地影響操作。在確保控制器盡可能快地供電(例如，與無線電源交換通信)很重要的應用中，可能想要調諧主接收機電路12的儲能電路20，從而甚至當主接收機電路12處于近耦接配置中時，其從中程無線電源100’感應足夠的電力，以對控制器供電。當操作于近耦接無線電源100時，這可能涉及效率方面的折中。
[0027]在該實施例中，主接收機電路12被配置成將整流后的電力提供給遠程設備D。相應地，儲能電路20通過整流器耦接到遠程設備D的電力輸入。雖然整流器可能隨著不同應用而變化，但該實施例的主接收機電路12包括具有在兩對二極管中所布置的四個二極管28a - d的全波整流器26。整流器的類型(例如全波或半波)以及特定整流器線路(例如橋式整流器、中心抽頭、二極管橋)可以隨著不同的應用而變化，如想要的那樣。在遠程設備D對AC電力進行操作或具有其自身的整流器的應用中，主接收機電路12可以不包括整流器。在遠程化設備D對AC電力進行操作的應用中，可能想要在電路中包括附加開關，以將儲能電路20與遠程設備D電斷開/隔離。如果想要的話，則整流器26的輸出可以傳過濾波和/或調節(jié)線路(諸如被配置成減少整流后的電力中的紋波的平滑電路(未示出))。例如，存儲電容器或平滑電容器可以耦接到整流器26的輸出。
[0028]如上所述，無線電力接收機10被配置成選擇性地操作在近耦接模式下或中程模式下。在該實施例中，通過變化主接收機電路112的配置來實現(xiàn)想要的操作模式。在圖1的實施例中，主接收機電路12能夠選擇性地被配置成操作為近耦接接收機或諧振器。為了允許這種重新配置，主接收機電路12包括開關16，開關16被布置成可閉合以選擇性地短路儲能電路20，以引起儲能電路20形成閉合諧振環(huán)路。雖然開關16的配置可以變化，但所圖解的實施例的開關16包括兩個在基準34 (諸如如地)的相對側上所布置的兩個FET30a - b。每個FET 30a - b包括:柵極32a - b，其受控制器18電驅動，從而控制器18可以打開并且閉合FET 30a - b。替換類型的開關可以包括繼電器、晶體管或三端器件、或任何其它能夠在AC電路中提供開關功能的電部件的布置。當開關16打開時，儲能電路20保持通過整流器26耦接到遠程設備D的電力輸入。在該配置中，主接收機電路12高效地操作為近耦接接收機。當開關16閉合時，儲能電路20被短路，并且有效地變?yōu)榕c遠程設備D的電力輸入電斷開/隔離。在該配置中，儲能電路20變?yōu)殚]合諧振環(huán)路，并且起能夠有效地從中程無線電源接收、放大并且重傳輸電力的諧振器的作用。諧振器通過生成放大的電磁場來重傳輸電力。調諧無線電力接收機10，從而諧振器所產(chǎn)生的放大的電磁場在輔接收機電路14中高效地感應電力。
[0029]如上所述，該實施例的無線電力接收機10包括:控制器18，被配置成選擇性地在近耦接模式與中程模式之間切換無線電力接收機10的操作模式?？刂破?8能夠控制施加到FET 30a - b的柵極32a-b的驅動信號。例如，控制器18可以具有驅動兩個柵極32a_b的單個輸出，或其可以具有用于每個32a-b的分離輸出。替換地，控制器18可以控制將驅動信號施加到柵極32a - b的中間部件。當控制器18的輸出不足以直接控制柵極32a - b時，可以使用這種替換。在一些應用中，無線電力接收機10將具有其自身的控制器，而在其它應用中，無線電力接收機10可以與遠程設備D共享控制器。例如，在一些應用中，可以在作為遠程設備D的一部分的控制器中實現(xiàn)控制器18。在使用中，該實施例的控制器18能夠打開開關16以將主接收機電路12配置成在近耦接模式下操作，或閉合開關16以將主接收機電路12配置成操作為用于中程模式的諧振器。無線電力接收機10可以被配置成使用各種不同方法來確定正確操作模式。在一個實施例中，無線電力接收機10可以使用與無線電源100、100’的通信來確定操作模式。例如，無線電源100、100’和無線電力接收機10可以都包括無線通信收發(fā)機(諸如藍牙、WiFi或NFC通信收發(fā)機)。無線電力接收機10可以使用內(nèi)建于遠程設備D中的通信系統(tǒng)，或其可以具有其自身的專用通信系統(tǒng)。在使用中，無線電力接收機10可以使用通信能力針對適當?shù)牟僮髂Ｊ蕉儐枱o線電源100、100’，并且控制器18可以對應地配置主接收機電路12。作為另一示例，無線電源100、100’和無線電力接收機10可以被配置成通過電力傳送線圈進行通信。在該示例的一個實施例中，無線電力接收機10可以能夠使用反向散射調制或實質上能夠通過電力傳送線圈通信的任何其它類型的通信從無線電源100、100’接收通信。
[0030]控制器18可以替換地能夠通過試錯來確定正確操作模式。例如，控制器18可以在近耦接模式下操作達到第一時間段，而在中程模式下操作達到第二時間段，并且可以選取為在證明為優(yōu)選的任何模式(諸如將最大量的電力提供給遠程設備D的模式)下操作。
[0031]作為另一替換方法，控制器18可以能夠通過感測主接收機電路12和/或輔接收機電路14中所接收到的電力的一個或更多個特性來確定正確操作模式。在一個實施例中，主接收機電路12包括電流傳感器(未示出)，其能夠確定主接收機電路12中所感應的電流的幅度。電流傳感器可以由電壓傳感器替代。在一些實施例中，主接收機電路12可以包括電流傳感器和電壓傳感器二者?？刂破?8可以估計所測量的信號的不同特性(諸如電流和/或電壓的峰值或RMS值、電流和/或電壓變化的頻率或電流和/或電壓的改變速率)。各種電流傳感器和電壓傳感器對于本領域技術人員是已知的?？刂破?8可以被編程為基于所感測的(多個)值來確定正確操作模式。例如，在其中主接收機電路12包括電流傳感器的實施例中，控制器18可以對所感測的電流與預定值進行比較，以確定無線電力接收機10應操作在近耦接模式下還是中程模式下。作為另一示例，在其中主接收機電路12和輔接收機電路14均包括電流傳感器、電壓傳感器或這兩種傳感器的實施例中，控制器18可以比較這兩個傳感器所取得的測量，以確定適當?shù)牟僮髂Ｊ健?br> [0032]如上所述，輔接收機電路14還耦接到遠程設備D的電力輸入。調諧輔接收機電路14，以當主接收機電路12被配置成操作為諧振器時在存在主接收機電路12所生成的電磁場時高效地感應電力。在該實施例中，輔接收機電路14包括電感器40，當存在適當?shù)碾姶艌鰰r，電感器40感應電力。電感器40可以是導線的線圈(例如Litz導線)，或另外的能夠響應于電氣電力的供給而生成電磁場的部件。選擇具有意圖調諧輔接收機電路14的特性的電感器40，以在包括諧振器102’的中程無線電源100’的期望的操作下高效地操作。例如，當存在操作于諧振器模式下的主接收機電路12所產(chǎn)生的放大的電磁場時，電感器40可以被選擇為高效地感應最大電力。至于電感器24，這可以牽涉實質上變化的電感器的任何有關特性(諸如電感值、線圈形狀、線圈直徑、導線匝數(shù)、導線類型、導線規(guī)格)和/或電容器的任何有關特性(諸如電容值和電容器的類型)。
[0033]在所圖解的實施例中，輔接收機電路14不包括諧振電容器，但如果想要的話，則可以添加電容器以為輔接收機電路14提供儲能電路。在該實施例中，排除電容器，以允許輔接收機電路14在更寬頻率范圍上以增加的效率來操作。一般說來，添加諧振電容器可以在更小的操作頻率范圍內(nèi)提供增加的效率，但可能減少該范圍之外的效率。因此，當可以合理地期望無線電源在電容器的效率范圍內(nèi)供給電力時，有時可能想要將諧振電容器添加到輔接收機電路14。
[0034]在該實施例中，輔接收機電路14被配置成將整流后的電力提供給遠程設備D。相對應地，電感器40通過整流器耦接到遠程設備D的電力輸入。雖然整流器可能隨著不同應用而變化，但該實施例的輔接收機電路14包括具有在兩對二極管中所布置的四個二極管44a - d的全波整流器42。整流器的類型(例如全波或半波)以及特定整流器線路(例如橋式整流器、中心抽頭或二極管橋)可以隨著不同應用而變化，如想要的那樣。在遠程設備D對AC電力進行操作或具有其自身的整流器的應用中，輔接收機電路14可以不包括整流器。如果想要的話，則整流器42的輸出可以通過濾波和/或調節(jié)電線路(諸如被配置成減少整流后的電力中的紋波的平滑電路(未示出))。例如，存儲電容器或平滑電容器可以耦接到整流器42的輸出。
[0035]在一些應用中，可能想要系統(tǒng)包括可以用于允許無線電源標識和/或驗證遠程設備的兼容性的集成標識電容器。圖3示出無線電力接收機210的替換實施例。除了另外公開的之外，無線電力接收機210通常與無線電力接收機10相同，并且除了前面帶“2”之外，無線電力接收機210的某些部件由用于無線電力接收機10的相同標號標識。在該替換實施例中，主接收機電路212包括與儲能電路220并聯(lián)布置的標識電容器238?？梢赃x擇標識電容器238的值以提供在用于意圖符合Qi?協(xié)作無線電力標準的遠程設備的在想要的頻率(諸如IMHz)處的諧振響應。
[0036]雖然圖3的無線電力接收機210包括主接收機電路212中的標識電容器238，但標識電容器238可以位于別處。圖4示出替換的無線電力接收機310，其中，標識電容器338集成到輔接收機電路314中。例如，在所圖解的實施例中，與電感器340并聯(lián)布置標識電容器338。在該實施例中，串聯(lián)諧振電容器324 (即主接收機電路312中的儲能電路電容器)與并聯(lián)標識電容器338分離。將這些不同的電容器連接到不同的線圈可以在一些應用中在調諧電路方面提供一些優(yōu)點。除了另外公開的之外，無線電力接收機310通常與無線電力接收機10相同，并且除了前面帶“3”之外，無線電力接收機310的某些部件由用于無線電力接收機10的相同標號標識。
[0037]圖1的無線電力接收機10允許兩個不同的操作模式一一個用于近耦接電源，并且一個用于中程電源。在一些應用中，可能想要進一步增強無線電力接收機的適配性。圖5示出被配置成提供附加適配性的無線電力接收機410的替換實施例。除了另外公開的之外，無線電力接收機410通常與無線電力接收機10相同，并且除了前面帶“4”之外，無線電力接收機410的某些部件由用于無線電力接收機10的相同標號標識。圖5的無線電源410包括在主接收機電路412和輔接收機電路414兩者中的開關416、454。除了開關454之外，串聯(lián)諧振電容器456也添加到輔接收機電路14。輔接收機電路414中的額外開關454和電容器456通過允許輔接收機電路414 (類似于主接收機電路412)起諧振器作用而使能附加操作模式。例如，在該實施例中，兩個開關可以保持打開，以允許主接收機電路412和/或輔接收機電路414從近耦接無線電源接收電力，或開關416、454之一可以閉合，以允許無線電力接收機410從中程無線電源高效地接收電力。在使用中，開關416可以閉合，以允許主接收機電路412操作為用于輔接收機電路414的諧振器，或開關454可以閉合，以允許輔接收機電路414操作為用于主接收機電路414的諧振器。通過正確調諧主接收機電路412和輔接收機電路414的部件，無線電力接收機410可以被重新配置成高效地從具有不同操作特性的中程無線電源接收電力。例如，主接收機電路412可以被配置成操作為用于具有第一電力水平和第一操作頻率的中程無線電源的高效諧振器，并且輔接收機電路414可以被配置成操作為用于具有不同電力水平和/或不同操作頻率的中程無線電源的高效諧振器。
[0038]兩個開關416、454可以受控于控制器418。例如，控制器418可以能夠產(chǎn)生選擇性地打開或閉合開關416、454的驅動信號，以實現(xiàn)想要的操作模式。至于圖1的實施例，控制器418可以能夠基于實質上任何系統(tǒng)和方法來確定適當?shù)牟僮髂Ｊ健＠?，無線電力接收機410可以基于與無線電源的通信、不同操作模式的依次測試或主接收機電路412和/或輔接收機電路414中的電力特性的測量來確定適當?shù)牟僮髂Ｊ健?br> [0039]在一些應用中，可能想要為無線電力接收機提供附加調諧選項。圖6示出替換無線電力接收機510，其中，主接收機電路512包括可選電容器550、552，可選電容器550、55可以選擇性地單獨切換到電路中，或彼此組合。除了其它方面以外，附加電容器550、552可以允許主接收機電路512針對不同操作參數(shù)而被調諧。例如，在調諧主接收機電路512以高效地從在固定頻率處操作的無線電源接收電力當中，使用可選電容器550、552可能是特別有用的。作為另一示例，當想要限制無線電力接收機510中所接收到的電力的量時，可選電容器550、552可以用于使得電路失諧。可選電容器550、552可以與儲能電路電容器524并聯(lián)連接，并且可以包括分離開關562、564。雖然可以使用不同類型的開關，但開關562和564中的每一個可以包括一對背對背的FET 558a-b、560a - b以及必要的控制電路。在該實施例中，控制器518可以被配置成控制去往FET 558a - b和5560a - b的柵極的驅動信號，以按想要那樣而打開或閉合開關562、564，從而在電路內(nèi)或電路外切換可選電容器550、552。控制器518可以能夠確定適當?shù)碾娙?。例如，控制?18可以基于與無線電源100、100’的通信、具有不同電容值的系統(tǒng)的依次測試或主接收機電路512和/或輔接收機電路514中的電力的特性的測量來確定適當?shù)碾娙荨３肆硗夤_的之外，無線電力接收機510通常與無線電力接收機10相同，并且除了前面帶“5”之外，無線電力接收機510的某些部件由用于無線電力接收機10的相同標號標識。
[0040]雖然所圖解實施例包括兩個可選電容器，但主接收機電路512可以包括任何想要數(shù)量的可選電容器。此外，所圖解實施例示出主接收機電路512中的可選電容器。附加地或替換地，可選電容器可以添加到輔接收機電路514，以允許調諧輔接收機電路514。此外，圖6的實施例圖解具有可調整的電容的系統(tǒng)。在一些應用中，可能想要為主接收機電路512或輔接收機電路514提供可調整的電感。在這樣的應用中，電路可以包括可以按想要那樣而切換進入以及離開電路的可選線圈或線圈分段。在一些實施例中，電路可以包括單個多抽頭線圈，并且不同的抽頭可以用于變化電路的電感?？烧{整的電感可以單獨使用，或與可調整的電容組合。
[0041]圖1-圖6的實施例均包括用于選擇性地短路儲能電路以將主接收機電路重新配置成起諧振器作用的開關。在一些應用中，主接收機電路可能已經(jīng)包括可以提供開關功能的部件。在這樣的應用中，可能不要求分離的開關。例如，圖7示出無線電源610的實施例，其中，主接收機電路612和輔接收機電路614均包括有源整流器670a-b。除了另外公開的之外，無線電力接收機610通常與無線電力接收機10相同，并且除了前面帶“6”之外，無線電力接收機610的某些部件由用于無線電力接收機10的相同標號標識。在該實施例中，該有源整流器670a-b是半同步整流器，其包括按適當順序正常地被驅動以對電路中所感應的AC電力進行整流的一系列開關672a-d和674a - d (例如FET)。在該實施例中，主接收機電路612中的整流器開關672a-d可以被操作以短路儲能電路620，并且將主接收機電路612重新配置成操作為諧振器。更具體地說，當想要重新配置主接收機電路612以操作為用于輔接收機電路614的諧振器時,控制器618可以被配置成閉合開關672a和672b。一旦閉合，這些開關672a和672b就在儲能電路620中引起閉合諧振環(huán)路，并且實質上防止電力通過開關672c和672d流動到遠程設備D。雖然相關于主接收機電路612進行了圖解，但該替換方法也可以并入到輔接收機電路614中。例如，輔接收機電路614的有源整流器670b中的開關可以被控制器618操作，以允許輔接收機電路614選擇性地起諧振器的作用。
[0042]以上描述是本發(fā)明當前實施例的描述。在不脫離包括等同物的教導的待根據(jù)專利法的原則而解釋的所附權利要求所限定的本發(fā)明的精神和更寬泛方面的情況下，可以進行各種替換和改變。該公開是為了說明性目的而提出的，而不應解釋為本發(fā)明所有實施例的窮舉描述或將權利要求的范圍限制為與這些實施例相關地圖解或描述的特定要素。例如，而并非進行限制，所描述發(fā)明的任何單獨(多個)要素可以由提供基本上相似功能或另外地提供恰當操作的替換要素替代。這包括例如目前已知的替換要素(諸如可能是目前本領域技術人員已知的要素)以及可以在未來開發(fā)的替換要素(諸如在開發(fā)時本領域技術人員可以認識為替換的要素)。此外，所公開的實施例包括被一致地描述并且可以協(xié)作地提供益處集合的多個特征。除了另外在所列出的權利要求中明確闡述的范圍之外，本發(fā)明不僅限制于包括所有這些特征或提供所有所聲明的益處的這些實施例。任何以單數(shù)(例如使用代詞或數(shù)量詞“某個”、“一個”、“這個”或“所述”)對權利要求要素的引用不應被解釋為將該要素限制為單數(shù)。
【權利要求】
1.一種無線電力接收機，包括: 主接收機電路，具有耦接到電力輸出的儲能電路以及跨所述儲能電路的相對端連接的開關; 輔接收機電路，具有耦接到電力輸出的電感器； 控制器，被配置為:選擇性地將所述開關操作在其中所述儲能電路中所感應的電力被遞送到所述電力輸出的打開模式下以及在其中所述開關在所述儲能電路中創(chuàng)建閉合諧振環(huán)路由此所述主接收機電路起諧振器作用的閉合模式下。
2.如權利要求1所述的無線電力接收機，其中，所述儲能電路包括電感器和電容器，當所述開關處于所述打開模式下時，選擇所述電感器和所述電容器以高效地與近耦接無線電源耦接。
3.如權利要求1所述的無線電力接收機，其中，當所述開關處于所述閉合模式下時，選擇所述電感器和所述電容器，以高效地與中程無線電源耦接。
4.如權利要求1所述的無線電力接收機，其中，所述輔接收機包括電容器，當所述開關處于所述閉合模式下時所述電容器被選擇以高效地耦接到所述閉合諧振環(huán)路。
5.如權利要求1所述的無線電力接收機，其中，所述開關包括一對場效應晶體管，所述一對場效應晶體管被串行地布置在基準的相對側上。
6.如權利要求 1所述的無線電力接收機，其中，所述主接收機電路包括整流器。
7.如權利要求1所述的無線電力接收機，其中，所述輔接收機電路包括整流器。
8.如權利要求1所述的無線電力接收機，其中，所述輔接收機電路包括電容器，所述輔接收機電路電感器和所述輔接收機電路電容器形成儲能電路，所述輔接收機電路包括跨所述儲能電路的相對端連接的開關。
9.如權利要求8所述的無線電力接收機，其中，所述控制器被配置為:在所述輔接收機電路儲能電路中所感應的電力被遞送到所述電力輸出的打開模式下以及在所述開關在所述輔接收機電路儲能電路中創(chuàng)建閉合諧振環(huán)路的閉合模式下，選擇性地操作所述輔接收機電路開關，由此所述輔接收機電路起諧振器的作用。
10.如權利要求1所述的無線電力接收機，其中，所述主接收機電路和所述輔接收機電路中的至少一個包括可選電容器。
11.如權利要求1所述的無線電力接收機，其中，所述主接收機電路和所述輔接收機電路中的至少一個包括可選電感器。
12.如權利要求1所述的無線電力接收機，其中，所述主接收機電路包括具有多個整流開關的有源整流器，所述主接收機電路開關包括所述整流開關中的至少兩個； 其中，所述控制器被配置為:選擇性地操作所述整流開關中的至少兩個，以在所述儲能電路中創(chuàng)建閉合諧振環(huán)路。
13.一種無線電力接收機，能夠適配為用于與近耦接無線電源和中程無線電源一起使用，包括: 第一接收機電路，具有儲能電路，所述第一電路具有其中所述儲能電路耦接到電力輸出的近耦接配置以及其中所述儲能電路與所述電力輸出電斷開/隔離并且形成閉合諧振環(huán)路的諧振器配置；以及 第二接收機電路，具有耦接到所述電力輸出的電感器，所述第二接收機電路被配置為與所述閉合諧振環(huán)路耦接。
14.如權利要求13所述的接收機，其中，所述第一接收機電路包括:跨所述儲能電路的相對端連接的開關，所述開關選擇性地可閉合以引起所述儲能電路形成所述閉合諧振環(huán)路。
15.如權利要求14所述的接收機，還包括:控制器，被配置為選擇性地操作所述開關。
16.如權利要求15所述的接收機，其中，所述開關包括一對場效應晶體管，所述一對場效應晶體管被串行地布置在基準的相對側上。
17.如權利要求13所述的接收機，其中，所述第一接收機電路包括整流器。
18.如權利要求13所述的接收機，其中，所述第二接收機電路包括整流器。
19.如權利要求13所述的接收機，其中，所述第二接收機電路還包括:電容器，所述第二接收機電路電感器和所述第二接收機電路電容器形成儲能電路，所述第一電路具有其中所述第二接收機電路儲能電路被耦接到電力輸出的近耦接配置以及其中所述第二接收機電路儲能電路與所述電力輸出電斷開/隔離并且形成閉合諧振環(huán)路的諧振器配置。
20.如權利要求19所述的接收機，其中，所述第二接收機電路包括:開關，跨所述第二接收機電路儲能電路的相對端而連接。
21.如權利要求20所述的接收機，其中，所述控制器被配置為:選擇性地操作所述第二接收機電路開關。
22.如權利要求13所述的接收機，其中，所述第一接收機電路包括:可選電容器。
23.如權利要求13所述的接收機，其中，所述第一接收機電路包括:可選電感器。
24.如權利要求14所述的接收機，其中，所述第一接收機電路包括具有多個整流開關的有源整流器，所述第一接收機電路開關包括所述整流開關中的至少兩個；以及 其中，所述控制器被配置為:選擇性地操作所述整流開關中的至少兩個以在所述第一接收機電路儲能電路中創(chuàng)建閉合諧振環(huán)路。
25.一種用于操作無線電力接收機的方法，包括以下步驟: 提供第一接收機電路，所述第一接收機電路能夠被配置為在近耦接模式下操作為電源電路而在中程模式下操作為諧振器； 提供第二接收機電路，所述第二接收機電路能夠在中程模式下操作為電源電路，當所述第一接收機電路被配置成操作為所述諧振器時，調諧所述第二接收機電路以有效地與所述第一接收機電路耦接； 確定無線電源是近耦接無線電源還是中程無線電源； 在確定所述無線電源是近耦接無線電源時，將所述第一接收機電路配置成操作為電源電路；以及 在確定所述無線電源是中程無線電源時，將所述第一接收機電路配置成操作為諧振器。
26.如權利要求25所述的方法，其中，所述提供第一接收機電路的步驟包括:為所述第一接收機電路提供儲能電路以及被適配為選擇性地將所述儲能電路短路到閉合諧振環(huán)路的開關；以及 其中，所述將第一接收機電路配置成操作為電源電路的步驟包括打開所述開關。
27.如權利要求25所述的方法，其中，所述提供第一接收機電路的步驟包括:為所述第一接收機電路提供儲能電路以及被適配為選擇性地將所述儲能電路短路到閉合諧振環(huán)路的開關；以及 其中，所述將第一接收機電路配置成操作為諧振器的步驟包括閉合所述開關。
28.如權利要求27所述的方法，其中，所述開關包括一對場效應晶體管。
29.如權利要求27所述的方法，其中，所述第一接收機電路包括可選電容器；以及 還包括步驟:選擇性地將所述可選電容器切換到所述第一接收機電路。
30.如權利要求27所述的方法，其中，所述確定步驟包括: 從無線電源獲得指示所述無線電源是近耦接無線電源還是中程無線電源的無線通信；以及 作為通信的功能，確定所述無線電源是近耦接無線電源還是中程無線電源。
31.如權利要求27所述的方法，其中，所述確定步驟包括: 測量所述第一接收機電路和所述第二接收機電路中的至少一個中的的電力的特性；以及 作為所測量的特性的 功能，確定所述無線電源是近耦接無線電源還是中程無線電源。
32.如權利要求27所述的方法，其中，所述確定步驟包括: 測量所述第一接收機電路中的電力的特性； 測量所述第二接收機電路中的電力的特性；以及 作為所測量的特性的功能，確定所述無線電源是近耦接無線電源還是中程無線電源。
【文檔編號】H04B5/00GK104054229SQ201380004781
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年1月4日 優(yōu)先權日:2012年1月6日
【發(fā)明者】M.J.諾康克, C.J.摩爾, J.B.泰勒 申請人:捷通國際有限公司