CN103545938A - 无线电力传输方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

无线电力传输方法、装置及系统。一种用于使用全桥和半桥逆变器拓补结构的无线电力传输装置的无线电力传输方法，所述方法包括以下步骤：检测能以无线方式传输电力的范围内是否存在无线电力接收器；将检测信号发送到所述无线电力接收器；从所述无线电力接收器接收识别信息和设置信息中的至少一个；从所述无线电力接收器接收控制误差数据包；通过使用全桥或半桥逆变器的驱动频率、占空比或功率信号相位的组合，控制要传输的电力量。

Description

无线电力传输方法、装置及系统
技术领域
本说明书涉及无线电力传输领域的无线电力传输方法、装置及系统。
背景技术
近年来，以无线方式非接触地将电能供应给无线电力接收器的方法已经用于替代了以有线方式供应电能的传统方法。以无线方式接收能量的无线电力接收器可以直接由所接收的无线电力来驱动，或者使用所接收到的无线电力为电池进行充电，此后再使无线电力接收器由所充的电力进行驱动。
管理磁感应无线电力传输技术的无线充电联盟(WPC)在2010年4月22日发布了标准文档“System description Wireless Power Transfer,Volume1，Low Power,Part1：Interface Definition，Version1.00Release Candidate1(RC1)”，用于无线电力传输的互用性。WPC的标准文档描述了一种通过磁感应从一个无线电力发送器向一个无线电力接收器传输电力的方法。
版本1.00涉及低功率5W的电力发送和接收。在WPC中规定的无线电力传输中目前并还没有定义超过5W的电力传输标准，但是预期将会执行超过5W的中等功率发送和接收的规范。
发明内容
因此，详细说明的一个方面是提供一种用于中等功率、能够与低功率接收器互操作的无线电力传输方法、无线电力传输装置和无线充电系统。
详细说明的另一方面是提供一种无线电力传输方法中通过与现有形式不同的形式发送和接收信号从而允许中等功率和低功率之间的可互操作的标准。
为了实现这些和其他优点，根据本说明书的目的，如本文此处所体现和广泛描述的，提供一种用于使用全桥和半桥逆变器拓补结构的无线电力传输装置的无线电力传输方法，所述方法包括以下步骤：检测能以无线方式传输电力的范围内是否存在无线电力接收器；将检测信号发送到所述无线电力接收器；从所述无线电力接收器接收识别信息和设置信息中的至少一个；从所述无线电力接收器接收控制误差数据包；通过使用全桥或半桥逆变器的驱动频率、占空比或功率信号相位的组合，控制要传输的电力量。
根据一个示例性实施方式，在从中等功率无线电力接收器接收到第一控制误差数据包之后，可以将逆变器拓补结构从半桥改变为全桥。
当接收到所述第一控制误差数据包时，可以基于从所述无线电力接收器收集的识别数据包中的版本信息选择要传输的电力量。可以响应于从半桥到全桥的转换而变换所述驱动频率。
根据一个示例性实施方式，无线电力发送器的电力传输单元可以使用对应于半桥的电压作为初始电压。
无线电力发送器可以基于所述无线电力接收器所通知的、所述无线电力接收器是对应于中等功率接收器还是对应于低功率接收器，使用全桥逆变器和半桥逆变器之一驱动电力传输单元。
根据一个示例性实施方式，无线电力发送器可以从所述无线电力接收器接收识别数据包，所述识别数据包可以包括与所述无线电力接收器相关的版本信息。
无线电力发送器可以初始地使用半桥逆变器驱动LC电路，并且基于所述版本信息确定是否将逆变器拓补结构从半桥改变(或转换)为全桥。当所述版本信息对应于中等功率时，所述无线电力发送器可以将逆变器拓补结构从半桥改变为全桥，当所述版本信息对应于低功率时保持半桥。
根据一个示例性实施方式，检测是否存在所述无线电力接收器的步骤所使用的驱动频率可以是140kHz。
详细描述还提供一种以无线方式从使用全桥和半桥逆变器拓补结构的无线电力发送器接收电力的方法。所述方法可以包括以下步骤：向所述无线电力发送器发送检测信号；向所述无线电力发送器发送识别信息和设置信息中的至少一个；向所述无线电力发送器发送控制误差数据包，其中无线电力接收器将版本信息发送到所述无线电力发送器，使得所述无线电力发送器通过使用全桥或半桥逆变器的驱动频率、占空比或功率信号相位的组合，控制要传输的电力量。
详细描述还提供一种使用全桥和半桥逆变器拓补结构的无线电力发送器，所述无线电力发送器配置为：检测能以无线方式传输电力的范围内是否存在无线电力接收器；将检测信号发送到所述无线电力接收器；从所述无线电力接收器接收识别信息和设置信息中的至少一个；从所述无线电力接收器接收控制误差数据包；通过使用全桥或半桥逆变器的驱动频率、占空比或功率信号相位的组合，控制要传输的电力量。
详细描述还提供一种无线充电系统，所述无线充电系统包括：无线电力发送器，其配置为以无线方式发送电力；无线电力接收器，其配置为以无线方式从所述无线电力发送器接收电力；其中所述无线电力发送器的电力传输单元包括配置为在全桥和半桥之间切换的LC电路；其中所述无线电力接收器向所述无线电力发送器通知所述无线电力接收器本身是对应于中等功率接收器还是对应于低功率接收器，使得所述无线电力发送器决定使用全桥还是半桥驱动所述电力传输单元。
本公开提出了一种LC谐振驱动方法，用于具有不同功率容量的无线电力发送器和无线电力接收器之间的可互操作，可以扩展无线电力发送器和接收器的应用范围。更详细地，发送器可以检测接收器是低功率接收器还是中等功率接收器，并选择LC谐振驱动模式。这会导致无线充电器之间的不同电力接收器的互操作。
此外，本公开提出了一种用于确保与WPC中正在讨论的“Wireless Power TransferVolume II：Medium Power Part1：Interface Definition”的3.2.2章电力发送器设计MP-A2的互操作的方法。更详细地，本公开提出了一种通过在接收第一控制误差(数据包)之后改变桥式电路的驱动方法(模式)而允许中等功率(～15W)发送系统与5W接收系统互操作的方法。
本申请可应用的进一步范围将会由下文所示的详细说明而变得更加明显。然而，应该理解的是，显示本公开优选实施方式的详细说明和特定实例仅仅用于例示，因为由这些详细说明，在本发明的精神和范围内的各种变形和改变对于本领域技术人员将会变得明显。
附图说明
所包含的附图提供对于本公开的进一步理解，并结合为且构成本说明书的一部分，示出了示例实施方式，并与描述一起共同说明本公开的原理。
在附图中：
图1是概念性地示出根据本发明实施方式的无线电力发送器和无线电力接收器的示例图；
图2A和2B分别是示出此处所公开实施方式中可以利用的无线电力发送器和无线电力接收器的构造的示例框图；
图3是示出根据感应耦合方法以无线方式从无线电力发送器向无线电力接收器传输电力的概念的视图；
图4A和4B是示出了在此处所公开实施方式中可以利用的磁感应方法中的无线电力发送器和无线电力接收器的部分的框图；
图5是示出了配置为具有根据此处所公开实施方式中可以利用的感应耦合方法接收电力的一个或多个发送线圈的无线电力发送器的框图；
图6是示出了根据谐振耦合方法以无线方式从无线电力发送器向无线电力接收器传输电力的概念的图；
图7A和7B是示出了在此处所公开实施方式中可以利用的谐振方法中的无线电力发送器和无线电力接收器的部分的框图；
图8是示出了配置为具有根据此处所公开实施方式中可以利用的谐振耦合方法接收电力的一个或多个发送线圈的无线电力发送器的框图；
图9是示出了以此处所公开的无线方式传输电力时通过无线电力信号的调制和解调在无线电力发送器和无线电力接收器之间发送和接收数据包的概念的视图；
图10是示出了以此处所公开的无线方式传输电力时发送和接收电力控制消息的构造的视图；
图11是示出了此处所公开的无线电力传输中执行调制和解调时的信号形式的视图；
图12是示出了根据此处所公开的实施方式的在非接触(无线)电力传输方法中使用的包括电力控制消息的数据包的视图；
图13是示出了根据此处所公开实施方式的无线电力发送器和无线电力接收器的工作阶段的视图；
图14至18是示出了包括无线电力发送器100和无线电力接收器之间的电力控制消息的数据包的结构的视图；
图19是示出了将电力从无线电力发送器传输到至少一个无线电力接收器的方法的概念视图；
图20是示出了WPC通信流程图的概念视图；
图21是示出了根据一个示例性实施方式的方法中的通信流程图的视图；
图22是接收器的识别数据包的构造图；
图23是示出了此处所提出的通信流程图的流程图；
图24和25是示出了中等功率的示例性使用的概念视图；
图26和27分别是使用全桥和半桥的电路的构造视图；
图28和29分别是使用全桥和半桥的电路的变型的概念视图；
图30是示出了根据另一示例性实施方式的通信流程图的流程图；
图31和32是示出了根据另一示例性实施方式的中等功率的示例性使用的概念视图；
具体实施方式
此处所公开的技术可以应用于无线电力传输(非接触电力传输)。但是，此处所公开的技术不限于此，还可以应用于技术的技术实质可以应用到的所有类型的电力传输系统和方法、无线充电电路和方法，以及使用以无线方式传输的电力的方法和装置。
应该注意的是，此处所使用的技术术语仅仅用于描述特定实施方式，而不用于限制本发明。此外，除非另外特别限定，否则此处所使用的技术术语应该理解为本发明所属领域技术人员所通常理解的含义，而不应该理解的过于广义或过于狭义。而且，如果此处所使用的技术术语是不能正确表示发明精神的错误术语，则它们应该替代为本领域技术人员所正确理解的技术术语。此外，应该基于字典定义或上下文理解发明中所使用的一般术语，而不应该理解的过于广义或过于狭义。
此外，除非另外清楚地使用，否则单数表达包括复数含义。在本申请中，术语“包含”和“包括”不应该理解为必须包括此处所公开的所有元件或步骤，而应该理解为不包括其中的一些元件或步骤，或应该理解为还包括其他元件或步骤。
此外，用于下文说明书中公开的组成元素的后缀“模块”或“单元”仅仅意图用于易于描述说明书，后缀本身不表示任何意义或功能。
而且，包括例如第一、第二等序数词的术语可以用于说明不同元件，但是元件不应该由这些术语所限制。术语仅仅用于将一元件与其他元件进行区别的目的。例如，第一元件可以命名为第二元件，类似地，第二元件可以命名为第一元件，而不会偏离本发明的权利范围。
在下文中，将会参照附图详细说明本发明的优选实施方式，不管附图中的标记如何，用相同附图标记来指定相同或相似元件，其重复说明将被省略。
而且，在说明本发明的过程中，当对于本发明所属公知技术的特定说明被判定为模糊了本发明的要点时，将省略其详细说明。此外，需要注意的是，附图仅仅用于易于解释本发明的精神，由此，不应该理解为由附图限制本发明的精神。
定义
多对一通信：在一个发送器(Tx)和多个接收器(Rx)之间通信
单向通信：仅将所需的信息从接收器发送到发送器
此处，发送器和接收器分别与发送单元(设备)和接收单元(设备)表示相同。在下文中，可以一起使用这些术语。
无线电力发送器和无线电力接收器的概念视图
图1是概念性地示出根据本发明实施方式的无线电力发送器和无线电力接收器的示意图。
参照图1，无线电力发送器100可以是配置为以无线方式传输无线电力接收器200所需电力的电力传输装置。
另外，无线电力发送器100可以是配置成通过以无线方式传输电力来为无线电力接收器200的电池进行充电的无线充电装置。后面将参照图9说明无线电力发送器100是无线充电装置的情况。
此外，无线电力发送器100可以利用各种形式的在非接触状态下将电力传输给需要电力的无线电力接收器200的装置来实现。
无线电力接收器200是可操作为以无线方式从无线电力发送器100接收电力的设备。而且，无线电力接收器200可以使用所接收到的无线电力为电池充电。
另一方面，此处所描述的用于以无线方式接收电力的电子设备应该广义地理解为包括便携式电话、蜂窝电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、平板电脑、多媒体设备等，以及输入、输出设备，例如键盘、鼠标、视听辅助设备等。
如后面所述，无线电力接收器200可以是移动通信终端(例如便携式电话、蜂窝电话、平板电脑等)或多媒体设备。
另一方面，无线电力发送器100可以使用一种或多种无线电力发送方法，在不与无线电力接收器200相互接触的情况下以无线方式传输电力。换句话说，无线电力发送器100可以使用基于无线电力信号的磁感应现象的感应耦合方法和基于无线电力信号在特定频率的电磁谐振现象的磁谐振耦合方法中的至少一种来传输电力。
感应耦合方法中的无线电力传输是使用初级线圈和次级线圈以无线方式传输电力的技术，指的是利用通过磁感应现象导致的变化磁场从一线圈到另一线圈感应电流而传输电力。
感应耦合方法中的无线电力传输指的是无线电力接收器200利用从无线电力发送器100发送的无线电力信号生成谐振、从而通过谐振现象将电力从无线电力发送器100发送到无线电力接收器200的技术。
在下文中，将会详细说明根据此处所公开的实施方式的无线电力发送器100和无线电力接收器200。在分配每个下述附图中的组成元素的参考标记时，相同的参考标记将会用于相同的组成元素，即使它们是在不同的附图中示出。
图2A和2B是示出此处所公开实施方式中可以利用的无线电力发送器100和无线电力接收器200的构造的示例框图。
无线电力发送器
参照图2A，无线电力发送器100可以包括电力发送单元110。电力发送单元110可以包括电力转换单元111和电力发送控制单元112。
电力转换单元111通过将从发送侧电源单元190提供的电力转换为无线电力信号，而将其传输到无线电力接收器200。电力转换单元111传输的无线电力信号以具有振荡特性的磁场或电磁场的形式生成。为此，电力转换单元111可以配置为包括用于生成无线电力信号的线圈。
电力转换单元111可以包括根据每种电力传输方法生成不同类型无线电力信号的组成元件。例如，电力转换单元111可以包括用于形成改变磁场的初级线圈，以向无线电力接收器200的次级线圈感应电流。另外，电力转换单元111可以包括用于形成具有特定谐振频率的磁场的线圈(或天线)，以根据谐振耦合方法在无线电力接收器200中生成谐振频率。
另外，电力转换单元111可以使用前述感应耦合方法和谐振耦合方法中的至少一种传输电力。
在电力转换单元111所包含的组成元件中，将参照图4和5在后面描述那些用于感应耦合方法的元件，并且将参照图7和8描述那些用于谐振耦合方法的元件。
另一方面，电力转换单元111还可以包括用于控制形成无线电力信号所使用的频率、所施加的电压、所施加的电流等的特性的电路。
电力发送控制单元112控制电力发送单元110所包含的组成元件。电力发送控制单元112可以实施为集成到用于控制无线电力发送器100的另一个控制单元(未示出)中。
另一方面，无线电力信号可以到达的区域可以划分为两种类型。首先，活动(active)区域表示将电力传输到无线电力接收器200的无线电力信号通过的区域。接下来，半活动区域表示无线电力发送器100能够检测无线电力接收器200的存在的感兴趣区域。此处，电力发送控制单元112可以检测无线电力接收器200是否位于活动区域或检测区域中，或者从该区域移除。具体地，电力发送控制单元112可以使用从电力转换单元111或者单独设置在其中的传感器形成的无线电力信号检测无线电力接收器200是否位于活动区域或检测区域中。例如，电力发送控制单元112可以通过监视用于形成无线电力信号的电力的特性是否被无线电力信号改变，来检测无线电力接收器200的存在，该无线电力信号受存在于检测区域中的无线电力接收器200所影响。但是，活动区域和检测区域可以根据无线电力传输方法(例如感应耦合方法、谐振耦合方法等)而改变。
电力发送控制单元112可以执行识别无线电力接收器200、或者根据检测无线电力接收器200的存在的结果确定是否开始无线电力传输的处理。
另外，电力发送控制单元112可以确定用于形成无线电力信号的电力转换单元111的频率、电压、电流的至少一个特性。可以通过无线电力发送器100侧的状况或者无线电力接收器200侧的状况来执行特性确定。
电力发送控制单元112可以从无线电力接收器200接收电力控制消息。电力发送控制单元112可以基于所接收到的电力控制消息确定电力转换单元111的频率、电压、电流的至少一个特性，此外基于电力控制消息执行其他控制操作。
例如，电力发送控制单元112可以根据电力控制消息确定用于形成无线电力信号的频率、电压、电流的至少一个特性，该电力控制消息包括无线电力接收器200中的整流功率量信息、充电状态信息和识别信息中的至少一个。
另外，作为使用电力控制消息的另一控制操作，无线电力发送器100可以基于电力控制消息执行与无线电力传输相关的典型控制操作。例如，无线电力发送器100可以接收要通过电力控制消息从听觉或视觉上输出的、与无线电力接收器200相关的信息，或者接收设备之间认证所需的信息。
在示例性实施方式中，电力发送控制单元112可以通过无线电力信号接收电力控制消息。在另一示例性实施方式中，电力发送控制单元112可以通过用于接收用户数据的方法接收电力控制消息。
为了接收前述电力控制消息，无线电力发送器100还可以包括调制／解调单元113，其电连接到电力转换单元111。调制／解调单元113可以调制已经由无线电力接收器200调制过的无线电力信号，并且使用其接收电力控制消息。
此外，电力发送控制单元112可以通过利用无线电力发送器100中所包括的通信装置(未示出)接收包括电力控制消息的用户数据，来获取电力控制消息。
[支持带内双向通信]
在根据此处所公开的示例性实施方式的允许双向通信的无线电力传输环境下，电力发送控制单元112可以向无线电力接收器200发送数据。由电力发送控制单元112所发送的数据可以被发送，以请求无线电力接收器200发送电力控制消息。
无线电力接收器
参照图2B，无线电力接收器200可以包括电源单元290。电源单元290提供无线电力接收器200的操作所需的电力。电源单元290可以包括电力接收单元291，以及电力接收控制单元292。
电力接收单元291接收以无线方式从无线电力发送器100传输的电力。
电力接收单元291可以包括根据无线电力传输方法接收无线电力信号所需的组成元件。而且，电力接收单元291可以根据至少一种无线电力传输方法接收电力，在这种情况下，电力接收单元291可以包括每种方法所需的组成元件。
首先，电力接收单元291可以包括用于接收以具有振动特性的磁场或电磁场形式传输的无线电力信号的线圈。
例如，电力接收单元291可以包括通过改变的磁场而感应电流的次级线圈，作为根据感应耦合方法的组成元件。在示例性实施方式中，电力接收单元291可以包括线圈和其中通过具有特定谐振频率的磁场生成谐振现象的谐振电路，作为根据谐振耦合方法的组成元件。
在另一示例性实施方式中，当电力接收单元291根据至少一种无线电力传输方法接收电力时，电力接收单元291可以实现为通过使用线圈接收电力，或者实现为通过使用根据每种电力传输方法不同地形成的线圈接收电力。
在电力接收单元291所包含的组成元件中，将参照图4A和4B在后面描述那些用于感应耦合方法的元件，并且将参照图7A和7B描述那些用于谐振耦合方法的元件。
另一方面，电力接收单元291还可以包括整流器和调节器，将无线电力信号转化为直流。而且，电力接收单元291还可以包括用于保护所接收到的电力信号不会生成过压或过流的电路。
电力接收控制单元292可以控制电源单元290中所包含的每个组成元件。
具体地，电力接收控制单元292可以将电力控制消息传输到无线电力发送器100。电力控制消息可以指示无线电力发送器100启动或终止无线电力信号的传输。而且，电力控制消息可以指示无线电力发送器100控制无线电力信号的特性。
在示例性实施方式中，电力接收控制单元292可以通过无线电力信号和用户数据中的至少一种传输电力控制消息。
为了发送前述电力控制消息，无线电力接收器200还可以包括电连接到电力接收单元291的调制／解调单元293。与无线电力发送器100的情况类似，调制／解调单元293可以用于通过无线电力信号发送电力控制消息。电力通信调制／解调单元293可以用作控制流过无线电力发送器100的电力转换单元111的电流和／或电压的装置。在下文中，将说明一种用于允许无线电力发送器100侧和无线电力接收器200侧的电力通信调制／解调单元113或293分别用于通过无线电力信号发送和接收电力控制消息的方法。
由电力转换单元111形成的无线电力信号由电力接收单元291所接收。此时，电力接收控制单元292控制无线电力接收器200侧的电力通信调制／解调单元293调制无线电力信号。例如，电力接收控制单元292可以执行调制处理，使得通过改变连接到电力接收单元291的电力通信调制／解调单元293的电抗而改变从无线电力信号所接收的电力量。从无线电力信号所接收的电力量的变化引起用于形成无线电力信号的电力转换单元111的电流和／或电压变化。此时，无线电力发送器100侧的调制／解调单元113可以检测电流和／或电压的变化，从而执行解调处理。
换句话说，电力接收控制单元292可以生成包括意图传输到无线电力发送器100的电力控制消息的数据包，并调制无线电力信号从而允许在其中包括数据包，电力发送控制单元112可以基于执行电力通信调制／解调单元113的解调处理的结果对数据包解码，从而获取包含在数据包中的电力控制消息。
此外，电力接收控制单元292可以通过利用无线电力接收器200中所包含的通信装置(未示出)发送包括电力控制消息的用户数据，将电力控制消息发送到无线电力发送器200。
[支持带内双向通信]
在根据此处所公开的示例性实施方式的允许双向通信的无线电力传输环境下，电力接收控制单元292可以从无线电力发送器100接收数据。由无线电力发送器100所发送的数据可以被发送，以请求无线电力接收器200发送电力控制消息。
此外，电源单元290还可以包括充电器298和电池299。
从电源单元290接收用于操作的电力的无线电力接收器200可以通过从无线电力发送器100所传输的电力进行操作，或者通过使用所传输的电力为电池299进行充电并且此后接收所充入的电力进行操作。此时，电力接收控制单元292可以控制充电器298使用所传输的电力执行充电。
在下文中，将描述适于此处所公开的示例性实施方式的无线电力发送器和无线电力接收器。首先，将参照图3至图5描述允许无线电力发送器根据感应耦合方法将电力传输到电子设备的方法。
感应耦合方法
图3是示出根据感应耦合方法以无线方式从无线电力发送器向电子设备传输电力的概念的视图。
当以感应耦合方法传输无线电力发送器100的电力时，如果流过电力发送单元110内的初级线圈的电流强度改变，那么穿过初级线圈的磁场将由于电流而改变。改变的磁场在无线电力接收器200中的次级线圈处生成感应电动势。
根据前述方法，无线电力发送器100的电力转换单元111可以包括在磁感应中作为初级线圈工作的发送(Tx)线圈1111a。而且，无线电力接收器200的电力接收单元291可以包括在磁感应中作为次级线圈工作的接收(Rx)线圈2911a。
首先，无线电力发送器100和无线电力接收器200以如下方式布置：无线电力发送器100侧的发送线圈1111a和无线电力接收器200侧的接收线圈在位置上彼此相邻。然后，如果电力发送控制单元112控制发送线圈(Tx线圈)1111a的电流改变，那么电力接收单元291控制使用感应到接收线圈(Rx线圈)2911a的电动势将电力提供给无线电力接收器200。
通过感应耦合方法进行无线电力传输的效率可能受到频率特性的影响很小，但是会受到包括每个线圈的无线电力发送器100和无线电力接收器200之间的对准和距离的影响。
另一方面，为了以感应耦合方法执行无线电力传输，无线电力发送器100可以配置为包括平面形式的界面(interface surface，未示出)。一个或多个电子设备可以放置在界面的上部，发送线圈1111a可以安装在界面的下部。在这种情况中，在安装在界面下部的发送线圈1111a和放置在界面上部的无线电力接收器200的接收线圈2911a之间形成了小规模的垂直间隔，由此线圈之间的距离变得足够小，从而有效率地通过感应耦合方法实现非接触电力传输。
而且，对准指示器(未示出)指示放置在界面上部的无线电力接收器200的位置。对准指示器指示无线电力接收器200的能够合适地实现安装在界面下部的发送线圈1111a与接收线圈2911a之间的对准的位置。对准指示器另选地可以是简单的标志，或者可以以引导无线电力接收器200的位置的突起结构形式形成。另外，对准指示器可以以例如安装在界面下部的磁铁的磁体形式形成，由此通过相互磁力引导线圈合适地设置到安装在无线电力接收器200内的具有相反极性的磁体。
另一方面，无线电力发送器100可以形成为包括一个或多个发送线圈。无线电力发送器100可以选择性地使用一个或多个发送线圈中适于与无线电力接收器200的接收线圈2911a进行配置的一些线圈，以增强电力发送效率。下面将参照图5描述包括一个或多个发送线圈的无线电力发送器100。
在下文中，将会详细说明使用适于此处所公开实施方式的感应耦合方法的无线电力发送器和电子设备的配置。
感应耦合方法中的无线电力发送器和电子设备
图4A和4B是示出了在此处所公开实施方式中可以利用的磁感应方法中的无线电力发送器100和无线电力接收器200的部分的框图。将参照图4A描述无线电力发送器100中所包含的电力发送单元110的构造，以及将会参照图4B描述无线电力接收器200中所包含的电源单元290的构造。
参照图4A，无线电力发送器100的电力转换单元111可以包括发送(Tx)线圈1111a和逆变器1112。
发送线圈1111a可以如上所述根据电流变化形成对应于无线电力信号的磁场。发送线圈1111a可以另选地实现为平面螺旋型或筒形螺线管型。
逆变器1112将从电源单元190得到的DC输入变换为AC波形。逆变器1112所变换的AC电流驱动包括发送线圈1111a和电容器(未示出)的谐振电路，在发送线圈1111a中形成磁场。
此外，电力转换单元111还可以包括定位单元1114。
定位单元1114可以移动或旋转发送线圈1111a，从而增强使用感应耦合方法的非接触电力传输的有效性。如上所述，这是因为包括初级线圈和次级线圈的无线电力发送器100和无线电力接收器200之间的对准和距离可以影响使用感应耦合方法的电力传输。尤其是，定位单元1114可以在无线电力接收器200不存在于无线电力发送器100的活动区域内时使用。
因此，定位单元1114可以包括驱动单元(未示出)，用于移动发送线圈1111a，使得无线电力发送器100的发送线圈1111a和无线电力接收器200的接收线圈2911a之间的中心到中心距离位于预定范围内，或者旋转发送线圈1111a，使得发送线圈1111a和接收线圈2911a的中心彼此重叠。
为此，无线电力发送器100还可以包括由用于检测无线电力接收器200的位置的传感器形成的检测单元(未示出)，电力发送控制单元112可以基于从位置检测传感器接收到的无线电力接收器200的位置信息控制定位单元1114。
另外，为此，电力发送控制单元112可以通过电力通信调制／解调单元113接收关于与无线电力接收器200的对准或距离的控制信息，并且基于所接收到的关于对准或距离的控制信息控制定位单元1114。
如果电力转换单元111配置为包括多个发送线圈，那么定位单元1114可以确定多个发送线圈中的哪个将会用于电力发送。下面将参照图5说明包括多个发送线圈的无线电力发送器100的构造。
另一方面，电力转换单元111还可以包括电力感应单元1115。无线电力发送器100侧的电力感应单元1115监视流入发送线圈1111a的电流或电压。提供电力感应单元1115以检查无线电力发送器100是否正常运行，由此电力感应单元1115可以检测从外部提供的电力的电压或电流，并且检查所检测的电压或电流是否超过阈值。电力感应单元1115虽然未示出，但其可以包括用于检测从外部提供的电力的电压或电流的电阻，以及用于将所检测的电力的电压值或电流值与阈值进行比较以输出比较结果的比较器。基于电力感应单元1115的检查结果，电力发送控制单元112可以控制开关单元(未示出)切断施加于发送线圈1111a的电力。
参照图4B，无线电力接收器200的电源单元290可以包括接收(Rx)线圈2911a和整流器2913。
通过在发送线圈1111a中形成的磁场的变化而将电流感应到接收线圈2911a。接收线圈2911a的实现类型可以是与发送线圈1111a类似的平面螺旋型或筒形螺线管型。
另外，串联和并联的电容器可以配置为连接到接收线圈2911a，从而增强无线电力接收的有效性或执行谐振检测。
接收线圈2911a可以为单个线圈或多个线圈的形式。
整流器2913对电流执行全波整流，将交流转换为直流。例如，整流器2913可以实现为由四个二极管组成的全桥整流器或使用有源组件的电路。
此外，整流器2913还可以包括调节器，用于将整流的电流转换为更加平坦和稳定的直流。另外，整流器2913的输出电力提供给电源单元290的每个组成元件。另外，整流器2913还可以包括DC-DC转换器，用于将输出的DC电力转换为合适的电压，以将其调整为每个组成元件(例如，诸如充电路298的电路)所需的电力。
电力通信调制／解调单元293可以连接到电力接收单元291，可以配置有电阻相对于直流变化的电阻元件，以及可以有配置电抗相对于交流变化的电容元件。电力接收控制单元292可以改变电力通信调制／解调单元293的电阻或电抗，从而调制电力接收单元291所接收到的无线电力信号。
另一方面，电源单元290还可以包括电力感应单元2914。无线电力接收器200侧的电力感应单元2914监视由整流器2913整流的电力的电压和／或电流，如果整流的电力的电压和／或电流超过阈值作为检测结果，则电力接收控制单元292将电力控制消息发送到无线电力发送器100以传输合适的电力。
配置为包括一个或多个发送线圈的无线电力发送器
图5是示出了配置为具有根据此处所公开实施方式中可以利用的感应耦合方法接收电力的一个或多个发送线圈的无线电力发送器的框图。
参照图5，根据此处所公开实施方式的无线电力发送器100的电力转换单元111可以包括一个或多个发送线圈1111a-1至1111a-n。一个或多个发送线圈1111a-1至1111a-n可以是部分重叠的初级线圈的阵列。通过一个或多个发送线圈中的一些，可以确定活动区域。
一个或多个发送线圈1111a-1至1111a-n可以安装在界面的下部。另外，电力转换单元111还可以包括用于建立和释放一个或多个发送线圈1111a-1至1111a-n中的一些的连接的复用器1113。
检测到无线电力接收器200放置在界面上部的位置时，电力发送控制单元112可以考虑所检测的无线电力接收器200的位置来控制复用器1113，从而允许一个或多个发送线圈1111a-1至1111a-n中的能够与无线电力接收器200的接收线圈2911a置于感应耦合关系的线圈彼此连接。
为此，电力发送控制单元112可以获取无线电力接收器200的位置信息。例如，电力发送控制单元112可以通过无线电力发送器100中设置的位置检测单元(未示出)获取无线电力接收器200在界面上的位置。对于另一示例，电力发送控制单元112可以另选地从界面上的对象接收指示无线电力信号强度的电力控制消息，或者接收指示分别使用一个或多个发送线圈1111a-1至1111a-n的对象的识别信息的电力控制消息，基于接收的结果确定它与一个或多个发送线圈中的哪个邻近地定位，从而获取无线电力接收器200的位置信息。
另一方面，作为界面一部分的活动区域可以表示当无线电力发送器100以无线方式将电力传输至无线电力接收器200时，高效率磁场可以穿过的一部分。此时，形成穿过活动区域的磁场的单个发送线圈或者多个发送线圈中的一个或组合可以指定为主单元。因此，电力发送控制单元112可以基于所检测的无线电力接收器200的位置确定活动区域，并且建立对应于活动区域的主单元的连接，以控制复用器1113，由此允许无线电力接收器200的接收线圈2911a和属于主单元的线圈置于感应耦合关系。
另外，电力转换单元111还可以包括用于控制阻抗的阻抗匹配单元(未示出)，以与其连接的线圈形成谐振电路。
在下文中，将参照图6至8公开用于允许无线电力发送器根据谐振耦合方法传输电力的方法。
谐振耦合方法
图6是示出了根据谐振耦合方法以无线方式从无线电力发送器向电子设备传输电力的概念的视图。
首先，下面将简要说明谐振。谐振是指当周期性地接收与振动系统的自然频率具有相同频率的外力时，振动幅度显著增加的现象。谐振是在所有类型的振动(例如机械振动、电振动等)中发生的现象。通常，当从外部对振动系统施加振动力时，如果其自然频率与外部所施加力的频率相同，则振动变强，由此增加了宽度。
利用相同的原理，当预定距离内彼此分离的多个振动体以相同频率振动时，多个振动体彼此发生谐振，在这种情况中，造成多个振动体之间的减小的电阻。在电路中，可以通过使用电感器和电容器制成谐振电路。
当无线电力发送器100根据感应耦合方法传输电力时，由电力发送单元110中的交流电力形成具有特定振动频率的磁场。如果由于所形成的磁场在无线电力接收器200中发生谐振现象，则通过无线电力接收器200中的谐振现象生成电力。
可以通过下述等式1中的公式确定谐振频率。
[等式1]
f = 1 2 π LC
此处，通过电路中的电感(L)和电容(C)确定谐振频率(f)。在使用线圈形成磁场的电路中，可以通过线圈的匝数等确定电感，可以通过线圈之间的间隙、面积等确定电容。除了线圈，可以配置电容谐振电路以连接到其，以确定谐振频率。
参照图6，当根据谐振耦合方法以无线方式发送电力时，无线电力发送器100的电力转换单元111可以包括在其中形成磁场的发送(Tx)线圈1111b，以及连接到发送线圈1111b以确定特定振动频率的谐振电路1116。可以通过使用电容电路(电容器)实现谐振电路1116，可以基于发送线圈1111b的电感和谐振电路1116的电容确定特定振动频率。
谐振电路1116的电路元件构造可以以各种形式实现使得电力转换单元111形成磁场，不限于图6所示出的并联连接到发送线圈1111b的形式。
另外，无线电力接收器200的电力接收单元291可以包括谐振电路2912和接收(Rx)线圈2911b，通过在无线电力发送器100中形成的磁场生成谐振现象。换句话说，还可以使用电容电路实现谐振电路2912，谐振电路2912配置为使得基于接收线圈2911b的电感和谐振电路2912的电容确定的谐振频率具有与所形成磁场的谐振频率相同的频率。
可以以不同形式实现谐振电路2912的电路元件的构造，使得电力接收单元291通过磁场生成谐振，不限于图6所示出的串联连接到接收线圈2911b的形式。
无线电力发送器100中的特定振动频率可以具有LTX、CTX，并且可以通过使用等式1获取。此处，当将无线电力接收器200的LRX和CRX代入等式1中的结果与特定谐振频率相同时，无线电力接收器200生成谐振。
根据通过谐振耦合的非接触电力传输方法，当无线电力发送器100和无线电力接收器200分别在相同频率谐振时，通过短距离磁场传播电磁波，因此如果它们具有不同频率，则在设备之间不存在能量传输。
结果，通过谐振耦合方法的非接触电力传输的效率极大地受频率特性影响，而包含每个线圈的无线电力发送器100和无线电力接收器200之间的对准和距离的影响相对小于感应耦合方法。
在下文中，将详细说明适用于此处所公开实施方式的谐振耦合方法中的无线电力发送器和电子设备的构造。
谐振耦合方法中的无线电力发送器
图7A和7B是示出了在此处所公开实施方式中可以利用的谐振方法中的无线电力发送器100和无线电力接收器200的部分的框图。
将参照图7A描述无线电力发送器100中所包含的电力发送单元110的构造。
无线电力发送器100的电力转换单元111可以包括发送(Tx)线圈1111b、逆变器1112和谐振电路1116。逆变器1112可以配置为连接到发送线圈1111b和谐振电路1116。
发送线圈1111b可以与根据感应耦合方法传输电力的发送线圈1111a分离地安装，但是可以使用一个单个线圈在感应耦合方法和谐振耦合方法中传输电力。
如上所述，发送线圈1111b形成用于传输电力的磁场。当被施加交流电力时，发送线圈1111b和谐振电路1116生成谐振，此时，可以基于发送线圈1111b的电感和谐振电路1116的电容确定振动频率。
为此，逆变器1112将从电源单元190获得的DC输入变换为AC波形，所变换的AC电流施加到发送线圈1111b和谐振电路1116。
此外，电力转换单元111还可以包括频率调整单元1117，其用于改变电力转换单元111的谐振频率。根据公式1，基于组成电力转换单元111的电路内的电感和／或电容确定电力转换单元111的谐振频率，由此电力发送控制单元112可以通过控制频率调整单元1117改变电感和／或电容来确定电力转换单元111的谐振频率。
例如，频率调整单元1117可以配置为包括用于调整谐振电路1116中包括的电容器之间的距离以改变电容的马达，或者包括用于调整发送线圈111b的匝数或直径以改变电感的马达，或者包括用于确定电容和／或电感的有源元件。
另一方面，电力转换单元111还可以包括电力感应单元1115。电力感应单元1115的操作与前述相同。
参照图7B，将描述无线电力接收器200中所包含的电源单元290的构造。如上所述，电源单元290可以包括接收(Rx)线圈2911b和谐振电路2912。
此外，电源单元290的电力接收单元291还可以包括整流器2913，其用于将由于谐振现象生成的AC电流转换为DC。整流器2913可以与前述相似地配置。
另外，电力接收单元291还可以包括电力感应单元2914，其用于监视所整流的电力的电压和／或电流。电力感应单元2914可以与前述相似地配置。
配置为包括一个或多个发送线圈的无线电力发送器
图8是示出了配置为具有根据此处所公开实施方式中可以利用的谐振耦合方法接收电力的一个或多个发送线圈的无线电力发送器的框图。
参照图8，根据此处所公开实施方式的无线电力发送器100的电力转换单元111可以包括一个或多个发送线圈1111b-1至1111b-n和连接到每个发送线圈的谐振电路(1116-1至1116-n)。而且，电力转换单元111还可以包括用于建立和释放一个或多个发送线圈1111b-1至1111b-n中的一些的连接的复用器1113。
一个或多个发送线圈1111b-1至1111b-n可以配置为具有相同的振动频率，或者其中的一些可以配置为具有不同的振动频率。由分别连接到一个或多个发送线圈1111b-1至1111b-n的谐振电路(1116-1至1116-n)的电感和／或电容确定振动频率。
为此，频率调整单元1117可以配置为改变分别连接到一个或多个发送线圈1111b-1至1111b-n的谐振电路(1116-1至1116-n)的电感和／或电容。
带内通信
图9是示出了以此处所公开的无线方式传输电力时通过无线电力信号的调制和解调在无线电力发送器和无线电力接收器之间发送和接收数据包的概念的视图。
如图9所示，无线电力发送器100所包含的电力转换单元111可以生成无线电力信号。可以通过电力转换单元111所包含的发送线圈1111生成无线电力信号。
由电力转换单元111生成的无线电力信号10a可以到达无线电力接收器200，从而通过无线电力接收器200的电力接收单元291接收。所生成的无线电力信号可以通过电力接收单元291所包含的接收线圈2911接收。
电力接收控制单元292可以控制连接到电力接收单元291的调制／解调单元293在无线电力接收器200接收无线电力信号时调制无线电力信号。当所接收到的无线电力信号被调制时，无线电力信号可以在磁场或电磁场内形成闭合回路。这可以允许无线电力发送器100感应调制的无线电力信号10b。调制／解调单元113可以解调所感应的无线电力信号，并且从所解调的无线电力信号中解码数据包。
在无线电力发送器100和无线电力接收器200之间通信时利用的调制方法可以是幅度调制。如前述，幅度调制是反向散射调制，可以是其中无线电力接收器200侧的电力通信调制／解调单元293改变由电力转换单元111形成的无线电力信号10a的幅度、无线电力发送器100侧的电力接收控制单元292检测所调制的无线电力信号10b的幅度的反向散射调制方法。
无线电力信号的调制和解调
在下文中，将参照图10和11给出在无线电力发送器100和无线电力接收器200之间发送或接收的数据包的调制和解调的说明。
图10是示出了以此处所公开的无线方式传输电力时发送或接收电力控制消息的构造的视图，图11是示出了此处所公开的无线电力传输中执行调制和解调时的信号形式的视图。
参照图10，如图11的(a)所示，通过无线电力接收器200的电力接收单元291所接收到的无线电力信号可以是非调制无线电力信号51。无线电力接收器200和无线电力发送器100可以根据由电力接收单元291内的谐振电路2912设定的谐振频率建立谐振耦合，可以通过接收线圈2911b接收无线电力信号51。
电力接收控制单元292可以通过改变调制／解调单元293内的负载阻抗，调制通过电力接收单元291接收的无线电力信号51。调制／解调单元293可以包括用于调制无线电力信号51的无源元件2931和有源元件2932。调制／解调单元293可以调制无线电力信号51，使其包括期望发送至无线电力发送器100的数据包。此处，可以将数据包输入到调制／解调单元293内的有源元件2932。
此后，无线电力发送器100的电力发送控制单元112可以通过包络检波解调所调制的无线电力信号52，以及将所检测的信号53解码为数字数据54。解调可以检测流入电力转换单元111的、分为两种状态(HI阶段和LO阶段)的电流或电压，并基于根据状态所分类的数字数据获取由无线电力接收器200发送的数据包。
在下文中，将说明允许无线电力发送器100从解调的数字数据获取由无线电力接收器200发送的电力控制消息的过程。
参照图11的(b)，电力发送控制单元112从包络检波的信号检测使用时钟信号(CLK)的编码比特。所检测的编码比特根据在无线电力接收器200侧的调制过程中所使用的比特编码方法编码。比特编码方法可以对应于不归零制(NRZ)和双相编码中的任一种。
例如，所检测的比特可以是差分双相(DBP)编码比特。根据DBP编码，允许无线电力接收器200侧的电力接收控制单元292具有两种状态转变以编码数据比特1，并且具有一种状态转变以编码数据比特0。换句话说，可以以在时钟信号的上升沿和下降沿生成HI状态和LO状态之间的转变的方式编码数据比特1，可以以在时钟信号的上升沿生成HI状态和LO状态之间的转变的方式编码数据比特0。
另一方面，电力发送控制单元112可以从根据比特编码方法检测的比特串使用组成数据包的字节格式获取字节单位的数据。例如，可以通过使用如图12的(c)所示的11比特异步串行格式传送所检测的比特串。换句话说，所检测的比特可以包括表示字节开始的起始比特和表示字节结束的终止比特，还可以包括位于起始比特和终止比特之间的数据比特(b0至b7)。而且，还可以包括用于检查数据误差的奇偶校验比特。字节单位的数据组成了包含电力控制消息的数据包。
[支持带内双向通信]
如前所述，图9示出了无线电力接收器200使用由无线电力发送器100形成的载波信号10a发送数据包。但是，无线电力发送器100也可以使用类似方法将数据发送到无线电力接收器200。
也就是说，电力发送控制单元112可以控制调制／解调单元113调制要发送到无线电力接收器200的数据，使得数据可以包含在载波信号10a中。此处，无线电力接收器200的电力接收控制单元292可以控制调制／解调单元293执行解调，从而从所调制的载波信号10a中获取数据。
数据包格式
在下文中，将给出根据此处所公开的示例性实施方式的使用无线电力信号的通信中所使用的数据包的结构的说明。
图12是示出了根据此处所公开的实施方式的在非接触(无线)电力传输方法中使用的包括电力控制消息的数据包的视图。
如图12中的(a)所示，无线电力发送器100和无线电力接收器200可以发送和接收期望以命令包(command_packet)510的形式发送的数据。命令包510可以包括报头511和消息512。
报头511可以包括指示包含在消息512中的数据的类型的字段。可以基于指示数据类型的字段的值决定消息的大小和类型。
报头511可以包括识别数据包的发送器(发起方)的地址字段。例如，地址字段可以指示无线电力接收器200的标识符或无线电力接收器200所属组的标识符。当无线电力接收器200发送数据包510时，无线电力接收器200可以生成数据包510，使得地址字段能够指示与接收器200本身相关的识别信息。
消息512可以包括数据包510的发起方期望发送的数据。包含在消息512中的数据可以是报告、请求或对于另一方的响应。
根据一个示例性实施方式，可以如图12的(b)所示配置命令包510。包含在命令包510中的报头511可以以预定大小表示。例如，报头511可以具有2字节大小。
报头511可以包括接收地址字段。例如，接收地址字段可以具有6比特大小。
报头511可以包括操作命令字段(OCF)或操作组字段(OGF)。OGF是针对用于无线电力接收器200的每组命令给定的值，OCF是针对包括无线电力接收器200的每个组中所存在的每个命令给定的值。
消息512可以分为参数的长度字段5121和参数的值字段5122。即，数据包510的发起方可以利用表示期望发送的数据所需要的至少一个参数的长度-值对(5121a-5122a等)生成消息。
参照图12的(c)，无线电力发送器100和无线电力接收器200可以以向命令包510进一步添加前导520以及校验和530的数据包的形式发送和接收数据。
前导520可以用于与无线电力发送器100所接收的数据执行同步，以及检测报头520的起始比特。前导520可以配置为重复相同的比特。例如，前导520可以配置为使得根据DBP编码的数据比特1重复11至25次。
校验和530可以用于检测当发送电力控制消息时命令包510中可能发生的误差。
工作阶段
在下文中，将给出无线电力发送器100和无线电力接收器200的工作阶段的说明。
图13示出了根据此处所公开实施方式的无线电力发送器100和无线电力接收器200的工作阶段。另外，图14至18示出了无线电力发送器100和无线电力接收器200之间的包括电力控制消息的数据包的结构。
参照图13，用于无线电力传输的无线电力发送器100和无线电力接收器200的工作阶段可以分为选择阶段(状态)610、ping阶段620、识别和配置阶段630、电力传输阶段640。
在选择状态610，无线电力发送器100检测在无线电力发送器100能够以无线方式发送电力的范围内是否存在对象，在ping状态620，无线电力发送器100向所检测到的对象发送检测信号，无线电力接收器200发送对检测信号的响应。
另外，在识别和配置状态630，无线电力发送器100识别通过之前状态所选择的无线电力接收器200，并获取用于电力发送的配置信息。在电力传输状态640，无线电力发送器100向无线电力接收器200发送电力，同时响应于从无线电力接收器200接收的控制信息控制电力发送。
在下文中，将详细说明每个工作阶段。
(1)选择状态
在选择状态610中，无线电力发送器100执行检测处理，选择存在于检测区域内的无线电力接收器200。如上所述，检测区域指的是相关区域内的对象能影响电力转换单元111的电力特性的区域。与ping状态620相比，用于在选择状态610中选择无线电力接收器200的检测处理是检测用于形成无线电力发送器100侧的电力转换单元中的无线电力信号的功率量的变化、从而检查是否有任何对象存在于预定范围内的处理，而不是使用电力控制消息从无线电力接收器200接收响应的方案。在使用无线电力信号检测对象、而不是使用下面将描述的ping状态620中的数字格式的数据包方面，选择状态610中的检测处理可以称为模拟ping处理。
选择状态610中的无线电力发送器100可以检测对象进入或移出检测区域。另外，无线电力发送器100可以将能够以无线方式传输电力的无线电力接收器200与位于检测区域内的对象中的其他对象(例如钥匙、硬币等)相区分。
如上所述，能够以无线方式传输电力的距离可以根据感应耦合方法和谐振耦合方法而不同，由此用于在选择状态610中检测对象的检测区域也可以彼此不同。
首先，在根据感应耦合方法传输电力的情况下，在选择状态610中的无线电力发送器100能够监视界面(未示出)，以检测对象的对准和移除。
另外，无线电力发送器100能够检测放置在界面上部的无线电力接收器200的位置。如上所述，形成为包括一个或多个发送线圈的无线电力发送器100可以执行以下处理：在选择状态610中进入ping状态620，在ping状态620中使用每个线圈检查是否从对象发送了对于检测信号的响应，或者随后进入识别状态630以检查是否从对象发送了识别信息。无线电力发送器100可以基于通过前述过程获取的无线电力接收器200的检测位置确定用于非接触电力传输的线圈。
另外，当根据谐振耦合方法传输电力时，在选择状态610中，无线电力发送器100能够通过检测电力转换单元的频率、电流和电压中的任一个由于位于检测区域内的对象而发生改变，来检测对象。
另一方面，在选择状态610中，无线电力发送器100可以通过使用感应耦合方法和谐振耦合方法的至少任意一种检测方法来检测对象。无线电力发送器100可以根据每种电力发送方法执行对象检测处理，随后从用于非接触电力传输的耦合方法中选择检测对象的方法以前进到其他状态620、630和640。
另一方面，对于无线电力发送器100，形成为在选择状态610中检测对象的无线电力信号和形成为在随后的状态620、630和640中执行数字检测、识别、配置和电力发送的无线电力信号在频率、强度等方面可以具有不同特性。这是因为无线电力发送器100的选择状态610对应于用于检测对象的空闲状态，从而允许无线电力发送器100减少空闲状态中的消耗电力，或者生成用于有效地检测对象的专用信号。
(2)ping状态
在ping状态620中，无线电力发送器100通过电力控制消息执行检测存在于检测区域内的无线电力接收器200的处理。与在选择状态610中使用无线电力信号等特性检测无线电力接收器200的处理相比，ping状态620中的检测处理可以称为数字ping处理。
在ping状态620中，无线电力发送器100形成检测无线电力接收器200的无线电力信号，调制由无线电力接收器200所调制的无线电力信号，并且从所调制的无线电力信号中获取与对检测信号的响应对应的数字数据格式的电力控制消息。无线电力发送器100可以接收与对检测信号的响应对应的电力控制消息，以识别作为电力发送目标的无线电力接收器200。
形成为允许ping状态620中的无线电力发送器100执行数字检测处理的检测信号可以是通过在预定时间段内应用特定工作点的电力信号所形成的无线电力信号。工作点可以表示施加于发送(Tx)线圈的电压的频率、占空比和幅度。无线电力发送器100可以生成通过在预定时间段内应用特定工作点的电力信号所生成的检测信号，并且试图从无线电力接收器200接收电力控制消息。
另一方面，与对检测信号的响应对应的电力控制消息可以是表示无线电力接收器200所接收的无线电力信号的强度的消息。例如，如图15所示，无线电力接收器200可以发送信号强度数据包5100，其包含表示无线电力信号的接收强度的消息，作为对检测信号的响应。数据包5100可以包括报头5120，其用于通知表示信号强度的数据包，以及消息5130，其表示由无线电力接收器200所接收的电力信号的强度。消息5130内的电力信号强度可以是表示用于无线电力发送器100和无线电力接收器200之间的电力发送的感应耦合或谐振耦合的程度的值。
无线电力发送器100可以接收对于检测信号的响应消息以发现无线电力接收器200，然后扩展数字检测处理，以进入识别和配置状态630。换句话说，无线电力发送器100保持特定工作点的电力信号，随后发现无线电力接收器200，以接收识别和配置状态630中所需的电力控制消息。
但是，如果无线电力发送器100不能发现可以传输电力的无线电力接收器200，则无线电力发送器100的工作阶段将返回到选择状态610。
(3)识别和配置状态
在识别和配置状态630中，无线电力发送器100可以接收无线电力接收器200所发送的识别信息和／或配置信息，由此控制有效地执行电力发送。
在识别和配置状态630中，无线电力接收器200可以发送包括其自己的识别信息的电力控制消息。为此，如图15A所示，无线电力接收器200例如可以发送识别数据包5200，其包含表示无线电力接收器200的识别信息的消息。数据包5200可以包括报头5220，用于通知表示识别信息的数据包，以及消息5230，其包含电子设备的识别信息。消息5230可以包括表示用于非接触电力传输的合同的版本的信息(2531和5232)，用于识别无线电力接收器200的制造商的信息5233，表示存在或不存在扩展设备标识符的信息5234，基本设备标识符5235。另外，如果显示在表示存在或不存在扩展设备标识符的信息5234中存在扩展设备标识符，则将以单独方式发送如图15B所示的包含扩展设备标识符的扩展识别数据包5300。数据包5300可以包括用于通知表示扩展设备标识符的数据包的报头5320，以及包含扩展设备标识符的消息5330。当如上所述方式使用扩展设备标识符时，基于制造商的识别信息5233、基本设备标识符5235和扩展设备标识符5330的信息将用于识别无线电力接收器200。
在识别和配置状态630中，无线电力接收器200可以发送包含关于最大期望功率的信息的电力控制消息。为此，无线电力接收器200例如可以发送如图16所示的配置数据包5400。数据包可以包括用于通知其是配置数据包的报头5420和包含关于最大期望功率的信息的消息5430。消息5430可以包括功率等级5431、关于最大期望功率的信息5432、指示确定无线电力发送器侧的主电池的电流的方法的指示器5433、以及可选配置数据包的数量5434。指示器5433可以指示无线电力发送器侧的主电池的电流是否确定为如用于无线电力传输的合同所规定的。
另一方面，无线电力发送器100可以基于识别信息和／或配置信息生成用于与无线电力接收器200的电力充电的电力传输合同。电力传输合同可以包括在电力传输状态640中确定电力传输特性的参数的限制。
无线电力发送器100可以在进入电力传输状态640之前终止识别和配置状态630，返回到选择状态610。例如，无线电力发送器100可以终止识别和配置状态630，从而发现能够以无线方式接收电力的另一个电子设备。
(4)电力传输状态
在电力传输状态640中，无线电力发送器100向无线电力接收器200发送电力。
当传输电力时，无线电力发送器100可以从无线电力接收器200接收电力控制消息，并且响应于所接收到的电力控制消息控制施加到发送线圈的电力特性。例如，用于控制施加到发送线圈的电力特性的电力控制消息可以如图17所示包含在控制误差数据包5500中。数据包5500可以包括通知其为控制误差数据包的报头5520和包含控制误差值的消息5530。无线电力发送器100可以根据控制误差值控制施加到发送线圈的电力。换句话说，可以控制施加到发送线圈的电流，从而如果控制误差值为“0”则保持该电流，如果控制误差值为负值则减小该电流，如果控制误差值为正值则增加该电流。
无线电力发送器100可以在电力传输状态640中监视基于识别信息和／或配置信息所生成的电力传输合同内的参数。作为监视参数的结果，如果发送到无线电力接收器200的电力偏离了电力传输合同中所包含的限制，则无线电力发送器100可以取消电力发送并返回到选择状态610。
无线电力发送器100可以基于从无线电力接收器200所传输的电力控制消息终止电力传输状态640。
例如，如果当使用无线电力接收器200所传输的电力为电池充电时电池的充电已经完成，则用于请求暂停无线电力传输的电力控制消息将被传输到无线电力发送器100。在这种情况中，无线电力发送器100可以接收用于请求暂停电力传输的消息，然后终止无线电力传输，返回到选择状态610。
对于另一实例，无线电力接收器200可以传输用于请求重新协商或重新配置的电力控制消息，以更正之前生成的电力传输合同。当需要比当前发送的电力量更大或更小的电力量时，无线电力接收器200可以传输用于请求重新协商电力传输合同的消息。在这种情况中，无线电力发送器100可以接收用于请求重新协商电力传输合同的消息，然后终止非接触电力传输，返回到识别和配置状态630。
为此，由无线电力接收器200所发送的消息例如可以是如图18所示的结束电力传输数据包5600。数据包5600可以包括用于通知其为结束电力传输数据包的报头5620，以及包含表示暂停原因的结束电力传输代码的消息5630。结束电力传输代码可以表示充电完成、内部故障、过热、过压、过流、电池故障、重新配置、无响应和未知错误中的任一个。
多个电子设备的通信方法
在下文中，将会给出对于至少一个电子设备使用无线电力信号与一个无线电力发送器执行通信的方法的描述。
图19是示出了将电力从无线电力发送器传输到至少一个无线电力接收器的方法的概念图。
无线电力发送器100可以向一个或多个无线电力接收器200和200'发送电力。图19示出了两个电子设备200和200’，但是根据此处所公开的示例性实施方式的方法可不限于所示电子设备的数量。
根据无线电力发送器100的无线电力传输方法，活动区域和检测区域可以不同。因此，无线电力发送器100可以确定是位于根据谐振耦合方法的活动区域或检测区域中的无线电力接收器，还是位于根据感应耦合方法的活动区域或检测区域中的无线电力接收器。根据确定结果，支持每种无线电力传输方法的无线电力发送器100可以改变用于每个无线电力接收器的电力传输方法。
在根据此处所公开的示例性实施方式的无线电力传输中，当无线电力发送器100根据相同的无线电力传输方法向一个或多个电子设备200和200'传输电力时，电子设备200和200'可以通过之间不冲突的无线电力信号执行通信。
参照图19，由无线电力发送器100所生成的无线电力信号10a可以分别到达第一电子设备200'和第二电子设备200。第一电子设备200'和第二电子设备200可以使用所生成的无线电力信号10a发送无线电力信息。
第一电子设备200'和第二电子设备200可以工作为用于接收无线电力信号的无线电力接收器。根据此处所公开示例性实施方式的无线电力接收器可以包括接收所生成的无线电力信号的电力接收单元291’和291、调制或解调所接收的无线电力信号的调制／解调单元293’和293、以及控制无线电力接收器的每个组件的控制器292'和292。
本公开提出了使用多种通信协议的无线充电系统(或无线电力发送器／接收器)中的通信协议选择方法，允许无线充电系统中的感应方法和谐振方法互操作的发送器的结构，允许感应方法和谐振方法互操作的发送器的通信方法。在下文中，将给出详细说明。
此外，本公开提出了一种用于确保与WPC中正在讨论的“Wireless Power TransferVolume II：Medium Power Part1：Interface Definition”的3.2.2章电力发送器设计MP-A2的互操作的方法。更详细地，本公开提出了一种通过在接收第一控制误差(数据包)之后改变桥式电路的驱动方法(模式)而允许中等功率(～15W)发送系统与5W接收系统互操作的方法。在下文中，将给出其详细说明。
根据无线电力接收器的功率信息改变无线电力发送器的模式的方法
在下文中，将参照图20至32说明通过在WPC的无线电力规范部分1系统说明的第5章系统控制中的识别和配置阶段与电力传输阶段之间添加新的阶段来将中等功率(～15W)系统扩展为低功率(5W)系统供使用的技术。
首先，参照图20至23给出使用中等功率的无线电力发送器／接收器中的通信协议选择方法的描述。
图20是示出了WPC通信流的概念图，图21是示出了根据一个示例性实施方式的方法中的通信流的视图，图22是接收器的识别数据包的构造图，图23是示出了此处所提出的通信流的流程图。
中等功率无线电力发送器的硬件可以具有全桥构造，以比现有发送器发送更高的功率。此处，当以全桥模式(或使用全桥构造或全桥逆变器)向现有5W接收器传输电力时，电压和电流可能极大地不受约束。这可能会引起接收器损坏。
因此，需要一种允许中等功率无线电力发送器甚至向5W接收器稳定地传输电力的方法。
很显然，中等功率发送器TX稳定地向中等功率接收器RX传输电力。可能额外需要中等功率发送器TX与现有低功率接收系统之间的互操作。为此，基于从RX所收集的版本信息，本公开可允许TX执行LC驱动模式(半桥和全桥)转换，从而针对低功率接收系统和中等功率编码系统中的每种是稳定和适当的。
如所示，在识别接收器之后接收到第一控制误差的时刻，可向现有的WPC通信流添加确定与从RX收集的识别数据包相关的版本信息以改变LC驱动模式的处理。
作为更加详细的实例，根据本公开的无线电力发送器可以使用全桥和半桥逆变器拓补结构。即，无线电力发送器可以包括用于切换全桥和半桥逆变器(或切换全桥和半桥模式)的电力传输单元。
根据本公开的无线电力传输方法可以包括检测无线电力接收器是否存在于能够以无线方法向其传输电力的范围内，以及将检测信号发送到无线电力接收器。可以通过前面的描述理解这些过程，因此其详细说明将被省略。
接下来，该方法还可以包括接收由无线电力接收器所发送的识别信息和设置信息中的至少一个(S120)，以及从无线电力接收器接收控制误差数据包(S130)。作为该信息收集的预先步骤，可以执行半桥模式驱动(S110)。此处，该方法还可以包括在现有WPC通信流中识别接收器之后接收到第一控制误差的时间点，通过确定从无线电力接收器所收集的识别数据包中的版本信息而改变LC驱动模式。这里，本公开可不限于此。例如，还可以通过收集除版本信息之外的最大功率信息来确定低功率接收器或中等功率接收器。
最终，在无线电力传输方法中，为了控制要传输的电力量，无线电力发送器可以使用全桥或半桥逆变器的操作频率、占空比或功率信号相位的组合。即，无线电力发送器可以基于由无线电力接收器所通知的相应的无线电力接收器是中等功率接收器还是低功率接收器，以全桥驱动模式和半桥驱动模式之一驱动电力传输单元(S140)。
例如，在具有中等功率的协商阶段，在从中等功率接收器接收到第一控制误差之后，可以将逆变器拓补结构从半桥(逆变器)改变为全桥(逆变器)。
在这种情况中，根据是否将初始LC驱动模式从半桥模式切换为全桥模式或者从全桥模式切换为板桥模式，可能会引起接收器的稳定性问题。这是接收器的整流电压很可能由于识别电力接收器和频率变换时使用的LC驱动模式的转换而突然改变两倍或者半(1／2)倍的原因。
为了解决该问题，可以在从中等功率无线电力接收器接收到第一控制误差数据包之后将逆变器拓补结构从半桥变为全桥。当接收到第一控制误差数据包时，可以基于从无线电力接收器所收集的识别数据包中的版本信息选择要传输的电力量。更详细地，在此示例性实施方式中，无线电力发送器可以初始地在具有高增益的频率处以半桥模式驱动其LC电路，并且检查接收器是中等功率接收器。然后在接收到第一控制误差数据包之后转换为全桥时，无线电力发送器可以将频率变换为具有低增益的频率，由此防止电压过多地施加到次级侧(接收器侧)。
作为一个示例，发送器可以初始地以半桥模式在传输到接收器的高功率频率下驱动LC电路。当接收器被识别时，发送器可以收集与接收器相关的版本信息。此处，接收器可以通过识别数据包(参见图22)将其版本信息发送给发送器。然后发送器可以在识别阶段中接收接收器的版本信息。
无线电力发送器的电力传输单元可以使用与半桥相对应的电压作为初始电压。因此，半桥的初始电压可以是12V。此外，可以将初始频率设置在135至145kHz(占空比为50％)的范围。更详细地，为了通过现有低功率接收器的测试，在识别接收器(执行数字ping)时频率可以设置为140kHz。
接下来，当接收器的版本信息超过2.0时，LC驱动模式可以从半桥切换为全桥，如果不是，则保持为半桥驱动模式。即，当检查到接收器的版本信息超过2.0时，发送器可以将其LC电路切换为全桥模式以传输电力。当半桥切换为全桥时，工作频率(或驱动频率，在下文中“驱动频率”)可以变换(S150)。
如此，无线电力发送器可以开始以半桥模式驱动LC电路，并基于版本信息确定是否将LC电路切换为全桥。
当从半桥转换为全桥时，TX可以将起始频率设置在不损坏RX的整流器电路的范围内。作为一个示例，仅当保持相同频率切换驱动模式时，增益值可以增大两倍。因此，当RX需要增益值小于两倍时，TX的起始频率可以设置为超过140kHz。即，全桥模式中的驱动频率可以超过140kHz。
图24和25是示出了中等功率的示例性使用的概念图，图26和27分别是使用全桥和半桥的电路的构造视图。
应该使用PID算法进行电力传输的控制。如图24所示，可以理解的是，当占空比为40％和移相为80％时，输出电力分别对应于全桥。因此，如图25所示，电压仅施加到驱动1的半桥模式可以通过向驱动1和驱动2中的每一个施加电压的移相变化为全桥模式。
作为更加详细的数值，驱动频率范围可以是fop=110～205kHz，全桥的移相范围可以是80％至100％。此外，驱动频率范围在fop=205kHz时可以是50％至100％。
半桥的占空比范围在fop=110～205kHz时可以是40％至50％，在fop=205kHz时可以是25％至50％。
更高的驱动频率或更低的相位或占空比可能会引起传输更低量的电力。为了传输足够量的电力，可以利用下述解控制驱动频率。
0.07×fop-0.5kHz，对于110至140kHz范围内的fop；
0.006×fop-0.4kHz，对于140至205kHz范围内的fop。
对于硬件构造，参照图26，在全桥模式中，可以以PWM1的反转信号形式或移相形式生成微机输出端子的PWM2脉冲，以驱动LC电路。在半桥模式中，参照图27，微机输出端子的PWM2脉冲可以变换为驱动LC电路的接地信号，相应地，半桥输出可以如图25的第一图所示地表示。该硬件构造可以改变为各种形式。
图28和29是示出了分别使用全桥和半桥的电路的变型的构造视图。
与前述使用同步选通驱动器的示例性实施方式不同，在该示例性实施方式中，驱动器可以分别连接到开关，可以通过将微机输出端子的PWM3和4脉冲生成为PWM1和2的反转信号形式或移相形式来驱动全桥模式的LC电路。此外，可以通过将微机输出端子的PWM3脉冲实现为PWM1的反转信号形式、将PWM2脉冲实现为GND以及将PWM4实现为高信号来驱动半桥模式的LC电路。
此外，本公开可以公开用于转换初始驱动的另一示例性实施方式。在下文中，将参照图30至32更详细地说明该另一示例性实施方式。
图30是示出了根据另一示例性实施方式的通信流的流程图，图31和32是示出了根据另一示例性实施方式的中等功率的示例性使用的概念图。
如图30至32所示，发送器可以在根据现有的WPC通信流接收到第一控制误差之前初始地在具有低增益的频率下以全桥模式驱动其LC电路，并通过接收和收集版本信息检查接收器是低功率接收器(S220)，以及接收第一控制误差(S230)。此后，发送器可以在转换为半桥模式时将频率变换为具有低增益的频率，从而防止电压过多地施加到次级侧(低功率接收器)。
更详细地，当为了通过用于现有低功率可互操作接收器的测试，在识别接收器(执行数字ping)时需要超过205kHz的低频率时，可以执行用于全桥驱动信号的移相或者可以调节占空比。例如，全桥的初始驱动频率可以是205kHz，占空比可以是40％。
此处，当接收器的版本信息低于2.0时，LC驱动模式可以从全桥模式切换为半桥模式(S240)，如果不低于2.0，可以保持全桥模式。在从全桥切换为半桥时，可能会引起传输到接收器的电力量减小的问题。为了对此进行补偿，可以变换驱动频率(S250)。作为一个实例，对于TX线圈MP-A2，可以在140kHz的操作频率和40％的占空比下驱动LC电路。然后，当版本低于2.0时，半桥的频率可以变换为140kHz。
因此，电力发送器设计MP-A2使用半桥和全桥逆变器拓补结构驱动初级线圈和串联电容。在上述规定的工作频率范围内，初级线圈和屏蔽的组件具有自感Lp=7.8uH。串联电容的值为Cp=328nF。逆变器的输入电压为12V。邻近谐振，穿过串联电容发展的电压能够达到超过200V pk-pk的电平。
如此，接收器可以通过识别数据包将其自身的版本信息发送到发送器，发送器可以保持现有的LC驱动模式，直到接收到第一控制误差。然后发送器可以基于接收器的版本信息确定接收器是低功率接收器还是中等功率接收器。根据所确定的结果，发送器可以改变LC驱动模式并且变换频率。这可以导致消除将高压施加到接收器的风险。
本领域技术人员可以理解的是，根据此处所公开的前述实施方式的无线电力发送器的构造还可以适用于其他设备，例如插接站、支架设备和其它电子设备，不包括仅适用于无线充电器的情况。
前述实施方式和优点仅仅是示例性的，不解释为限制本公开。本教导可以易于适用于其他类型的装置。本说明书用于示例，不限制权利要求的范围。许多替换、改变和变形对于本领域技术人员都是明显的。此处所示的示例性实施方式的特征、结构、方法和其他特点可以以各种方式组合，以获得附加和／或替换示例性实施方式。
由于当前特征可以体现为多种形式而不脱离其特性，所以也应该理解，前述实施方式不受任何前述详细说明的限制，除非特殊限定，否则应在所附权利要求所限定的范围内宽泛地解释，因此落入权利要求的界限和范围或者这些界限和范围的等同物内的所有变化和改变意图包含在所附权利要求内。

Claims (20)

1.一种用于使用全桥和半桥逆变器拓补结构的无线电力传输装置的无线电力传输方法，所述方法包括以下步骤：
检测能以无线方式传输电力的范围内是否存在无线电力接收器；
将检测信号发送到所述无线电力接收器；
从所述无线电力接收器接收识别信息和设置信息中的至少一个；
从所述无线电力接收器接收控制误差数据包；
通过使用全桥或半桥逆变器的驱动频率、占空比或功率信号相位的组合，控制要传输的电力量。
2.根据权利要求1的方法，其中在从中等功率无线电力接收器接收到第一控制误差数据包之后，将逆变器拓补结构从半桥改变为全桥。
3.根据权利要求2的方法，其中当接收到所述第一控制误差数据包时，基于从所述无线电力接收器收集的识别数据包中的版本信息来选择要传输的电力量。
4.根据权利要求3的方法，其中响应于从半桥到全桥的转换而变换所述驱动频率。
5.根据权利要求1的方法，其中无线电力发送器的电力传输单元使用对应于半桥的电压作为初始电压。
6.根据权利要求1的方法，其中无线电力发送器基于所述无线电力接收器所通知的、所述无线电力接收器是对应于中等功率接收器还是对应于低功率接收器，使用全桥逆变器和半桥逆变器之一来驱动电力传输单元。
7.根据权利要求1的方法，其中无线电力发送器从所述无线电力接收器接收识别数据包，所述识别数据包包括与所述无线电力接收器相关的版本信息。
8.根据权利要求7的方法，其中所述无线电力发送器初始地使用半桥逆变器来驱动LC电路，并且基于所述版本信息确定是否将逆变器拓补结构从半桥改变为全桥。
9.根据权利要求8的方法，其中当所述版本信息对应于中等功率时，所述无线电力发送器将逆变器拓补结构从半桥改变为全桥，当所述版本信息对应于低功率时保持半桥。
10.根据权利要求1的方法，其中全桥逆变器的驱动频率超过140kHz。
11.根据权利要求1的方法，其中检测是否存在所述无线电力接收器的步骤所使用的驱动频率是140kHz。
12.一种以无线方式从使用全桥和半桥逆变器拓补结构的无线电力发送器接收电力的方法，所述方法包括以下步骤：
向所述无线电力发送器发送检测信号；
向所述无线电力发送器发送识别信息和设置信息中的至少一个；
向所述无线电力发送器发送控制误差数据包，
其中无线电力接收器将版本信息发送到所述无线电力发送器，使得所述无线电力发送器通过使用全桥或半桥逆变器的驱动频率、占空比或功率信号相位的组合，控制要传输的电力量。
13.根据权利要求12的方法，其中所述无线电力接收器向所述无线电力发送器发送识别数据包，所述识别数据包包括与所述无线电力接收器相关的版本信息。
14.一种使用全桥和半桥逆变器拓补结构的无线电力发送器，所述无线电力发送器配置为：
检测能以无线方式传输电力的范围内是否存在无线电力接收器；
将检测信号发送到所述无线电力接收器；
从所述无线电力接收器接收识别信息和设置信息中的至少一个；
从所述无线电力接收器接收控制误差数据包；
通过使用全桥或半桥逆变器的驱动频率、占空比或功率信号相位的组合，控制要传输的电力量。
15.根据权利要求14的装置，其中在从中等功率无线电力接收器接收到第一控制误差数据包之后，将逆变器拓补结构从半桥改变为全桥。
16.根据权利要求14的装置，其中当接收到第一控制误差数据包时，基于从所述无线电力接收器收集的识别数据包中的版本信息来选择要传输的电力量。
17.根据权利要求16的装置，其中响应于逆变器拓补结构从半桥到全桥的转换而变换所述驱动频率。
18.根据权利要求14的装置，其中所述无线电力发送器从所述无线电力接收器接收识别数据包，所述识别数据包包括与所述无线电力接收器相关的版本信息。
19.一种无线充电系统，所述无线充电系统包括：
无线电力发送器，其配置为以无线方式发送电力；
无线电力接收器，其配置为以无线方式从所述无线电力发送器接收电力；
其中所述无线电力发送器的电力传输单元包括配置为在全桥和半桥之间切换的LC电路；
其中所述无线电力接收器向所述无线电力发送器通知所述无线电力接收器本身是对应于中等功率接收器还是对应于低功率接收器，使得所述无线电力发送器决定使用全桥还是半桥驱动所述电力传输单元。
20.根据权利要求19的装置，其中所述无线电力发送器和所述无线电力接收器配置为：
由所述无线电力发送器检测能以无线方式传输电力的范围内是否存在所述无线电力接收器；
由所述无线电力发送器向所述无线电力接收器发送检测信号；
由所述无线电力发送器从所述无线电力接收器接收识别信息和设置信息中的至少一个；
由所述无线电力发送器从所述无线电力接收器接收控制误差数据包；
由所述无线电力发送器基于所述无线电力接收器所通知的、所述无线电力接收器是对应于中等功率接收器还是对应于低功率接收器，使用全桥和半桥之一驱动所述电力传输单元。
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