CN102790433B - 无线电源接收器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

提供一种从无线电源发送器接收无线电源的无线电源接收器及其控制方法，其中，无线电源接收器从无线电源发送器接收无线电源；整流该无线电源；确定无线电源的电压值的纹波是否大于或等于预设门限值，以及如果无线电源的电压值的纹波大于或等于预设门限值，则改变无线电源接收器的至少一个元件值以将纹波抑制到预设门限值以下。

Description

无线电源接收器及其控制方法

技术领域

本发明通常涉及无线电源接收器及控制其的方法，更具体地，涉及抑制由负载调制（load modulation）所导致的纹波的无线电源接收器及控制其的方法。

背景技术

诸如移动电话机和个人数字助手（PDA）的移动终端由可充电电池供电。

近来，无线或非接触充电技术已经被开发并且被用于对这些可充电电池充电。通过使用这些使用无线电源发送/接收的无线充电技术，通过仅仅将例如移动电话机的设备放置在充电板上而不用将其连接到独立的充电连接器就可以对电池充电。

可以将这些无线充电技术大致分类为基于线圈的电磁感应方案、共振方案、以及将电能转换为微波并发送微波的射频（RF）/微波辐射方案。

基于电磁感应的电源发送方法是在主线圈和次线圈之间发送电源。具体地，随着磁铁绕线圈运动而产生感应电流，或者反之亦然。基于此，发送器产生磁场，而接收器随着根据磁场中的变化所感应的电流而产生能量。将这种现象称为磁感应，并且基于磁感应的电源发送方法具有极好的能量转移效率。

至于共振方案，电力被以无线方式传递给距离充电设备几米远的电子产品。共振方案使用物理的共振概念，即，如果音叉振铃或者共振，则附近的酒杯也可以以相同频率振铃。所述共振方案引发包含电能的电磁波共振，而不是声音共振。然而，仅仅当有具有共振频率的设备时，才可以直接转移共振电能。

传统无线电源接收器利用负载调制方案与无线电源发送器进行通信。然而，由于在传统无线电源接收器中执行负载调制，在输出电压中经常出现纹波。传统无线电源接收器可以包括稳压器以减少纹波，但是，增加稳压器到无线电源接收器会降低总效率，这是所不期望的。

发明内容

本发明已经被设计解决至少以上所提及的问题和/或缺点，并且提供至少以下所描述的优点。

本发明的一方面是提供能够在不增加例如稳压器的附加元件到接收器的情况下抑制输出电压纹波的无线电源接收器及其控制方法。

根据本发明的一方面，提供从无线电源发送器接收无线电源的无线电源接收器的控制方法。所述控制方法包括：从无线电源发送器接收无线电源；整流该无线电源；确定被整流的无线电源的电压值的纹波是否大于或等于预设门限值；以及如果无线电源的电压值的纹波大于或等于预设门限值，则改变无线电源接收器的至少一个元件值，以将纹波抑制到预设门限值以下。

根据本发明的另一方面，提供从无线电源发送器接收无线电源的无线电源接收器。所述无线电源接收器包括：电源接收器，从无线电源发送器接收无线电源；整流器，对无线电源进行整流；控制器，确定被整流的无线电源的电压值的纹波是否大于或等于预设门限值，以及如果无线电源的电压值的纹波大于或等于预设门限值，则改变无线电源接收器的至少一个元件值，以将纹波抑制到预设门限值以下；以及充电器，用于充电被整流的无线电源。

附图说明

从结合附图的以下描述中，本发明的某些实施例的以上和其他方面、特点和优点将是更加显而易见，其中：

图1是示出根据本发明实施例的无线电源发送/接收系统的框图；

图2是示出根据本发明实施例的无线电源接收器的框图；

图3A和3B是示出根据本发明实施例的不同负载调制方案的电路图；

图4示出根据本发明实施例的调制器；

图5是示出根据本发明实施例的在无线电源接收器中的控制方法的流程图；以及

图6是示出根据本发明另一个实施例的在无线电源接收器中的控制方法的流程图。

贯穿附图，相同的附图参考编号将被理解为是指相同的元件、特点和结构。

具体实施方式

现在将参照附图详细描述本发明的各种实施例。在以下描述中，特定的细节（例如详细的配置和部件）仅提供来帮助对本发明这些实施例的总体理解。因此，在不脱离本发明范围和精神的情况下可以对这里所描述的实施例进行各种改变和修改。这对于本领域技术人员将是显而易见的。另外，为了清晰和简洁起见，省略了对众所周知功能和构造的描述。

图1是示出根据本发明实施例的无线电源发送/接收系统的框图。

参照图1，无线电源发送/接收系统包括无线电源发送器110和无线电源接收器120。无线电源发送器110实现到无线电源接收器120的电气连接。例如，无线电源发送器110将无线电源以电磁波形式供应给无线电源接收器120。

无线电源发送器110与无线电源接收器120进行双向通信。例如，无线电源发送器110和无线电源接收器120可以是处理和发送/接收通信分组的设备、移动电话机、PDA、个人多媒体播放器（PMP）、智能电话机等等。

无线电源发送器110以无线方式将电源供应给无线电源接收器120。另外，无线电源发送器110可以将无线电源发送给多个无线电源接收器。

当无线电源发送器110利用共振方案时，无线电源发送器110和无线电源接收器120之间的距离最好是30米或更小。当无线电源发送器110利用电磁感应方案时，无线电源发送器110和无线电源接收器120之间的距离最好是10厘米或更小。

无线电源接收器120可以将有关无线电源接收器120的信息发送给无线电源发送器110。与无线电源接收器120有关的信息可以包括无线电源接收器120的充电状态信息、位置信息、身份信息、电池容量信息、电池电平信息、等等。

基于该有关信息，无线电源发送器110可以将用于使能/禁止无线充电功能的控制信号发送给无线电源接收器120。一旦从无线电源发送器110接收到用于使能/禁止无线充电功能的控制信号，无线电源接收器120相应地使能/禁止该无线充电功能。

无线电源接收器120可以使用负载调制方案将以上所述的信息发送给无线电源发送器110。例如，无线电源接收器120可以包括用于执行负载调制的开关。所述开关可以包括负载开关、空程（free-wheeling）开关、N沟道金属氧化半导体（N-MOS）开关、P沟道金属氧化半导体（P-MOS）开关等等。

然而，如上所述，作为执行负载调制的结果，无线电源接收器120会在输出电压中遭受纹波。特定地，由于在执行负载调制的过程中阻抗的变化而出现纹波。

根据本发明实施例，无线电源接收器120抑制所产生的纹波。

图2是示出根据本发明实施例的无线电源接收器的框图。

参照图2，无线电源接收器120包括电源接收器210、整流器220、充电器230、控制器240、调制器250和存储器260。

电源接收器210接收从无线电源供应器所供应的无线电源。根据本发明实施例，无线电源接收器120可以基于共振方案从无线电源供应器接收无线电源，于是可以用具有特定感应的环形线圈来实现。

当电源接收器210在从无线电源供应器输出的电磁场共振时，电源接收器210接收无线电源。当电源接收器210包含环形线圈时，环形线圈的电感L经历改变，于是有可能提供接收各种频率的电磁波（即，无线电源）的结构。本领域的普通技术人员将理解，可以使用多个环形线圈，并且可以无限制地使用能够通过在电磁波的频率处共振来接收无线电源的其他设备。

将电源接收器210连接到整流器220，并且将所接收的无线电源输出给整流器220。所接收的无线电源可以具有从无线电源供应器输出的特定电压值，并且所述电压值可以大于或等于被无线电源接收器120使用的电压值。另外，无线电源可以是交流（AC）的形式。

整流器220对输入的无线AC电源进行整流，并且以直流（DC）形式输出被整流的无线电源。本领域的普通技术人员将理解，整流器220可以是例如二极管、或者能够整流无线电源的其他设备。

充电器230是用来存储电源的设备。例如，当无线电源接收器120是移动电话机或者智能电话机时，充电器230是电池或类似物。

控制器240控制无线电源接收器120的总体操作。控制器240读取被存储在存储器（260）中的用于操作无线电源接收器120的程序、应用、或者算法。因此，控制器240产生用于控制无线电源接收器120的总体操作的控制信号。

因此，控制器240监视被应用于整流器220的输出端221的电压，即，控制器240监视被整流的无线电源的电压。具体地，控制器240监视被整流的无线电源的纹波并且确定纹波是否大于或等于预设门限。

例如，控制器240从整流器220的输出端221接收被整流无线电源的一部分，并且通过模数转换（ADC）被整流无线电源的一部分来产生时间序列电压值数据。控制器240计算在时间序列电压值数据之间的差值，并且将所述差值确定为纹波的绝对值。

控制器240确定纹波的绝对值是否大于或等于预设门限值。控制器240可以包括例如比较器的元件。比较器接收预设门限值作为参考值，并且接收所计算的差值作为比较值。基于它们之间的比较结果，比较器确定纹波的绝对值是否大于或等于预设门限值。

如果纹波的绝对值小于预设门限值，则控制器240不输出附加的控制信号。然而，如果纹波的绝对值大于或等于该预设门限值，则控制器240可以产生用于改变电源接收器210或者调制器250的元件值的控制信号。

另外，本领域的普通技术人员将理解，可以修改其中控制器240监视在整流器220的输出端221上的电压并且把它与门限值比较的结构。

调制器250包括开关。调制器250在控制器240的控制下打开/关闭开关。随着调制器250打开/关闭开关，可以改变从无线电源供应器看到的阻抗。无线电源供应器基于阻抗的改变可以从无线电源接收器120接收相关的信息。

调制器250基于电阻性负载调制方案或者电容性负载调制方案执行信号调制。可以基于调制方案以各种不同的电路样式来设计调制器250。

如上所述，控制器240产生用于改变电源接收器210和调制器250当中的至少一个元件值的控制信号。控制器240可以改变电源接收器210和调制器250的至少之一具有的至少一个元件值。在至少一个元件值中的改变意图用于减少所检测纹波的绝对值。

控制器240可以在实时监视纹波的绝对值的同时连续地改变所述元件值。因此，控制器240可以产生元件值改变控制信号，直到纹波的绝对值小于预设门限值为止。

控制器240可以读取被存储在存储器260中的在纹波和目标元件值之间的查找表，并且输出元件值改变控制信号。存储器260可以存储关于在恰当纹波的绝对值和元件值中的改变（其对应于纹波绝对值和恰当纹波绝对值之间的差值）之间的关系的查找表。所述的恰当纹波可以是对于控制无线电源接收器120可利用的纹波。恰当纹波的值，例如，可以是100mV以下。

如上所述，无线电源接收器120在不使用整流器的情况下抑制被整流无线电源的纹波。

图3A和3B是示出根据本发明实施例的不同负载调制方案的电路图。

具体地，图3A是示出根据本发明实施例的电阻性负载调制方案的电路图。

参照图3A，无线电源发送器（TX）包括电源供应器301、电容器302、电阻器303、以及线圈304。无线电源接收器（RX）包括线圈305、电阻器306、电容器307、电阻器308、电阻器309、以及开关310。本领域的普通技术人员将理解，图3A中的无线电源接收器仅仅示出电源接收器和调制器，为了简便省略了其它部件。

电源供应器301供应具有预设电压电平V1和特定电流等级I1的AC电源。将电源供应器301连接到电容为C1的电容器302。将电容器302的另一端连接到电阻为R1的电阻器303。将电阻器303的另一端连接到电感为L1的线圈304。然后将线圈304的另一端连接回电源供应器301。

无线电源在线圈304中被振荡（或者产生），并且在电感为L2的线圈305中被接收。将线圈305连接到电阻为R2的电阻器306。将电阻器306的另一端连接到电容为C2的电容器307。将电容器307的另一端连接到电阻器308和电阻器309。电阻器308的电阻为Rm，而电阻器309的电阻为RL。电阻器308的另一端和电阻器309的另一端分别被连接到开关301和线圈305的两端。

图3A中所示的无线电源发送器中的电路分析可以被表达为方程式（1）中所示。

$V_1=(R_1+{\mathrm{j\ωL}}_1+\frac{1}{\mathrm{j\ω}{C}_1})I_1-{\mathrm{j\ωMI}}_2.......\left(1\right)$

在方程式（1）中，w表示AC电源的角频率，而M表示线圈304和线圈305之间的互感。

图3A中所示的无线电源接收器中的电路分析可以被表达为方程式（2）中所示。

$0=-{\mathrm{j\ωMI}}_1+(R_2+{\mathrm{j\ωL}}_2+\frac{1}{{\mathrm{j\ωC}}_2}+\frac{R_L{R}_m}{R_L+R_m})I_2.......\left(2\right)$

方程式（1）中的 可以被表示为Z₁₁，方程式（2）中的可以被表示为Z₂₂。

在方程式（1）和方程式（2）的总结中，被作用于电源供应器301的一端的电压可以被总结为如方程式（3）中所示。

$V_1=(Z_{11}+\frac{{\mathrm{\ω}}^2{M}^2}{Z_{22}})I_1=(Z_{11}+Z_r)I_1.......\left(3\right)$

方程式（3）中的Z_r可以是

进一步，在方程式（1）和方程式（2）的总结中，被作用于无线电源接收器的电流可以被总结为如方程式（4）中所示。

$I_2=\left(\frac{\mathrm{j\ωM}}{Z_{11}{Z}_{22}+{\mathrm{\ω}}^2{M}^2}\right)V_1.......\left(4\right)$

如方程式（4）中所示，被作用于无线电源接收器的电源电流被Z22影响，引发在负载调制期间的电流改变，于是产生纹波。

因此，通过改变Z22中的至少一个元件值可以改变纹波电平。例如，用于抑制纹波电平的控制信号可以是用于增加电阻Rm的控制信号。

图3B是示出根据本发明实施例的电容性负载调制方案的电路图。

参照图3B，无线电源发送器可以包括电源供应器321、电容器322、电阻器323、以及线圈324。无线电源接收器（RX）包括线圈325、电阻器326、电容器327、电容器328、电容器329、开关330、以及电阻器331。本领域的普通技术人员将理解，图3B中的无线电源接收器仅仅示出电源接收器和调制器，并且为了简便省略了其它部件。

电源供应器321供应具有预设电压电平V1和特定电流等级I1的AC电源。将电源供应器321连接到电容为C1的电容器322。将电容器322的另一端连接到电阻为R1的电阻器323。将电阻器323的另一端连接到电感为L1的线圈324的一端。将线圈324的另一端连接回电源供应器321。

无线电源在线圈324中被振荡（或者产生），并且在线圈325中被接收。线圈325的电感为L2，并且被连接到电阻为R2的电阻器326。将电阻器326的另一端连接到电容为C2的电容器327。将电容器327的另一端连接到电容分别为C3和Cm的电容器328和电容器329。另外，将电容器327连接到电阻为RL的电阻器331。将电容器329连接到开关330。将电容器328的另一端、开关330和电阻器331连接回线圈325。

图3B中所示的无线电源发送器中的电路分析也可以被表达为如上方程式（1）中所示。

图3B中所示的无线电源接收器中的电路分析可以被表达为方程式（5）中所示。

$0=-{\mathrm{j\ωMI}}_1+(R_2+{\mathrm{j\ωL}}_2+\frac{1}{{\mathrm{j\ωC}}_2}+\left(\frac{1}{\mathrm{j\ω}(C_3+C_m)}\right|\left|R_l\right))I_2......\left(5\right)$

方程式（5）中的 可以被表示为Z₃₃。

在方程式（1）和方程式（5）的总结中，被作用于电源供应器321的一端的电压可以被总结为方程式（6）中所示。

$V_1=(Z_{11}+\frac{{\mathrm{\ω}}^2{M}^2}{Z_{33}})I_1=(Z_{11}+Z_r)I_1.....\left(6\right)$

方程式（6）中的Zr可以是

进一步，在方程式（1）和方程式（5）的总结中，被作用于无线电源接收器的电流可以被总结为方程式（7）。

$I_2=\left(\frac{\mathrm{j\ωM}}{Z_{11}{Z}_{33}+{\mathrm{\ω}}^2{M}^2}\right)V_1......\left(7\right)$

如方程式（7）中所示，被作用于无线电源接收器的电源的电流被Z33影响，引发在负载调制期间的电流改变，于是产生纹波。

因此，可以通过改变Z33中的至少一个元件值来改变纹波电平。例如，用于抑制纹波电平的控制信号可以是用于增加电容Cm的控制信号。

图4示出根据本发明实施例的调制器。

参照图4，调制器被连接到整流器410、控制器420、以及充电器430。图4中所示的调制器基于电阻性负载调制方案执行调制。调制器包括电阻器422、电阻器424、可变电阻器426、以及开关427。将整流器410连接到被连接到电阻器422、可变电阻器426和充电器430的节点421。

将电阻器422的另一端连接到被连接到控制器420和电阻器424的节点423。将电阻器424的另一端连接到被连接到整流器410、开关427以及充电器430的节点425。

将可变电阻器426的另一端连接到控制器420和开关427。可变电阻器426具有阻抗为Rm，其值是可变的。例如，可变电阻器426基于从控制器420接收的元件值改变控制信号改变它的电阻。

如果纹波的绝对值大于或等于门限值，则控制器420改变可变电阻器426的电阻。基于电阻的变化，可以将纹波的绝对值抑制到门限值以下。

开关427可以包括N-MOS元件。在这种情况中，将N-MOS元件的栅极连接到控制器420以接收调制信号。

通过改变结合图4的可变电阻器426的电阻将纹波的绝对值抑制在门限值之下仅仅是一个示例。本领域的普通技术人员也很容易理解通过改变可变电容器的电容将纹波的绝对值抑制到门限值之下的结构。

图5是示出根据本发明实施例的在无线电源接收器中的控制方法的流程图。

参照图5，无线电源接收器在步骤S501从无线电源发送器接收无线电源。

无线电源接收器在步骤S503对所接收的无线电源进行整流，并且输出被整流的DC无线电源。

在步骤S505中，无线电源接收器确定被整流无线电源的纹波的绝对值是否大于或等于预设门限值。如果所述纹波的绝对值大于或等于预设门限值，则无线电源接收器在步骤S507改变元件值，以便可以将纹波的绝对值抑制到小于预设门限值。根据本发明的实施例，无线电源接收器可以用预设值改变元件值。然后无线电源接收器以预设值重复地改变元件值，直到纹波的预设值低于预设门限值。

如果纹波的绝对值小于预设门限值，则无线电源接收器在步骤S509中对无线电源充电。

图6是示出根据本发明另一个实施例的在无线电源接收器中的控制方法的流程图。

参照图6，无线电源接收器在步骤S601从无线电源发送器接收无线电源。

无线电源接收器在步骤S603对所接收的无线电源整流，并输出被整流的DC无线电源。

在步骤S605中，无线电源接收器确定被整流的无线电源的纹波的绝对值是否大于或等于预设门限值。如果纹波的绝对值大于或等于预设门限值，则无线电源接收器在步骤S607计算所测量纹波的绝对值和恰当纹波的绝对值之间的差值。

无线电源接收器在步骤S609读取针对在所述差值和在与其对应的元件值中的改变之间关系的查找表。

表1是查找表的示例。基于电阻性负载调制方案。

表1

例如，如果在纹波的绝对值和恰当纹波的绝对值之间的差值为10mV，则无线电源接收器在步骤S611增加电阻元件0.11欧姆。因此，无线电源接收器一次就将纹波抑制到门限值以下，而不用反复改变该元件值。

如果纹波的绝对值小于预设门限值，则无线电源接收器在步骤S613执行充电。

从前面的描述显而易见，本发明提供能够抑制纹波而不用例如整流器的附加部件的无线电源接收器及其控制方法。

虽然已经参照某些实施例说明和描述了本发明，本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求书及其等价物所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (12)

1.一种在从无线电源发送器接收无线电源的无线电源接收器中的控制方法，所述方法包括：

从无线电源发送器接收无线电源；

整流该无线电源；

调制被整流的无线电源

监视被整流无线电源的电压值；

以直流(DC)形式输出被整流的无线电源；

确定被整流的无线电源的电压值的纹波是否大于或等于预设门限值；以及

如果无线电源的电压值的纹波大于或等于预设门限值，则改变无线电源接收器的至少一个元件值以将由被整流的无线电源的调制所导致的该纹波抑制到预设门限值以下。

2.如权利要求1所述的控制方法，其中，基于电阻性负载调制方案调制被整流的无线电源。

3.如权利要求1所述的控制方法，其中，改变至少一个元件值包括改变可变电阻器的电阻。

4.如权利要求1所述的控制方法，其中，改变至少一个元件值包括以预设值重复地改变至少一个元件值，直到纹波低于所述预设门限值为止。

5.如权利要求1所述的控制方法，其中，改变至少一个元件值包括：

计算在纹波的绝对值和恰当纹波的绝对值之间的差值；

读取针对在差值和对应于差值的元件值的改变之间的关系的查找表；以及

以读取的元件值的改变来改变至少一个元件值。

6.一种从无线电源发送器接收无线电源的无线电源接收器，包括：

电源接收器，从无线电源发送器接收无线电源；

整流器，整流该无线电源并且以直流(DC)形式输出被整流的无线电源；

用于调制被整流的无线电源的调制器；

控制器，监视被整流的无线电源的电压值，并且确定被整流的无线电源的电压值的纹波是否大于或等于预设门限值，如果无线电源的电压值的纹波大于或等于预设门限值，则改变无线电源接收器的至少一个元件值以将由被整流的无线电源的调制所导致的该纹波抑制在预设门限值之下；以及

充电器，充电被整流的无线电源。

7.如权利要求6所述的无线电源接收器，其中，调制器基于电阻性负载调制方案调制被整流的无线电源，并且包括可变电阻器。

8.如权利要求7所述的无线电源接收器，其中，控制器改变可变电阻器的电阻以将纹波抑制在预设门限值之下。

9.如权利要求6所述的无线电源接收器，其中，控制器以预设值重复改变至少一个元件值，直到纹波在预设门限值之下。

10.如权利要求6所述的无线电源接收器，进一步包括存储器，存储针对在恰当纹波的绝对值和与在纹波的绝对值和恰当纹波的绝对值之间的差值对应的元件值中的改变之间的关系的查找表；

其中，控制器计算在纹波的绝对值和恰当纹波的绝对值之间的差值，读取针对在差值和与所述差值对应的元件值中的改变之间的关系的查找表，并且以读取的元件值中的改变来改变至少一个元件值。

11.如权利要求6所述的无线电源接收器，其中，调制器包括：

第一电阻器，具有被连接到整流器的第一端和被连接到控制器的第二端；

第二电阻器，具有被连接到控制器和第一电阻器的第二端的第一端和被连接到整流器的第二端；

可变电阻器，具有被连接到第一电阻器的第一端和被连接到控制器的第二端；以及

开关，具有被连接到可变电阻器的第二端的第一端，以及被连接到充电器的第二端。

12.如权利要求11所述的无线电源接收器，其中，开关包括N沟道金属氧化半导体(N-MOS)元件，其栅极被连接到控制器。