CN103609035A - 在无线电力发送/接收系统中的发送器和接收器之间执行双向通信的方法、发送器和接收器 - Google Patents

在无线电力发送/接收系统中的发送器和接收器之间执行双向通信的方法、发送器和接收器 Download PDF

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CN103609035A CN201280028158.9A CN201280028158A CN103609035A CN 103609035 A CN103609035 A CN 103609035A CN 201280028158 A CN201280028158 A CN 201280028158A CN 103609035 A CN103609035 A CN 103609035A
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Abstract

本发明提供一种在无线电力传输系统中的发送器和接收器之间执行双向通信的方法和装置。该方法包括：检测接收器；当检测到接收器时，通过发送(Tx)共振器向所述接收器发送预定级别的电力；通过无线通信模块从所述接收器接收对于发送无线电力的请求；分配对应于所述接收器的短身份标识(SID)和时隙；通过所述无线通信模块向所述接收器发送所述SID和所述时隙；通过所述无线通信模块从所述接收器接收对于所需电力的请求；确定所需电力是否大于所述发送器的剩余电力；当所需电力大于所述剩余电力时，通过所述无线通信模块通知所述接收器不能发送所需电力。

Description

在无线电力发送/接收系统中的发送器和接收器之间执行双向通信的方法、发送器和接收器
技术领域
本发明一般涉及无线电力发送/接收系统，更具体地，本发明涉及一种在无线电力发送/接收系统中的发送器和接收器之间执行双向通信的方法和装置，其可以通过在发送器和接收器之间的双向通信来高效率地发送/接收无线电力。
背景技术
近来，已开发出用于对各种电子设备执行无线充电或非接触式充电的技术。无线充电技术利用无线电力发送/接收。例如，无线充电技术可以通过这样的系统来实现，在该系统中，当把移动电话机放在充电垫上时，能够自动对移动电话机的电池充电，而不需要将单独的充电连接器连接到该移动电话机上。由于这样的电子设备能够被无线地进行充电，因此无线充电技术能够改善电子设备的防水功能，而且由于不需要有线充电器，所以增加了电子设备的便携性。
无线充电技术通常包含使用线圈的电磁感应方案、利用共振的共振方案和/或将电能转换成微波并传送经转换得到的微波的射频(RF)/微波辐射方案。
关于在上面列出的方案当中的共振方案，麻省理工学院(MIT)的Soljacic教授公布了一种系统，在该系统中，利用基于耦合模式理论的共振方案的电力传输原理来无线地传送电，其中，甚至在需要充电的设备和充电设备相隔几米远也可以应用该耦合模式理论。这种无线充电系统应用了物理学中的一个概念，在该概念中共振是这样的倾向，其中当例如音叉以特定频率振动时，音叉旁边的酒杯以相同频率振动。类似地，该研究小组使包含电能的电磁波共振而不是时声波共振。仅当存在具有谐振频率的设备时，才直接传送该共振的电能，并且部分未被利用的电能被重新吸收到电磁场内而不扩散到空中。因此，和其它电磁波不同，该电能不影响周围的机器或者人。
如下实现利用共振方案的充电。需要充电的接收端(即接收端设备)向发送无线电力的发送端(即发送端设备)发送对于发送无线电力的请求。发送端向接收端提供无线电力。不像执行诸如向发送端请求发送无线电力之类的的通信的接收端，发送端除了响应于接收端的请求而发送电力外，不执行与接收端的通信。
发明内容
技术问题
因此，在共振传输方案中，可能暂时发生向接收端提供太多电力或者不向接收端发送电力的问题。
技术方案
因此，本发明的一个方面是提供一种在无线电力传输系统中的发送器和接收器之间执行双向通信的方法和装置，以便通过无线电力传输系统中的发送器和接收器之间的双向通信高效地发送/接收无线电力。
依照本发明的一个方面，提供一种在无线电力发送/接收系统中的发送器的执行双向通信的方法。该方法包括：检测接收器；当检测到接收器时，通过发送(Tx)共振器向所述接收器发送预定级别的电力；通过无线通信模块从所述接收器接收对于发送无线电力的请求；分配对应于所述接收器的短身份标识(SID)和时隙；通过所述无线通信模块向所述接收器发送所述SID和所述时隙；通过所述无线通信模块从所述接收器接收对于所需电力的请求；确定所需电力是否大于所述发送器的剩余电力；并且当所需电力大于所述剩余电力时，通过所述无线通信模块通知所述接收器不能发送所需电力。
根据本发明另一方面，提供一种无线电力发送/接收系统中的发送器。该发送器包括：发送(Tx)共振器，用于当检测到接收器时向所述接收器发送预定级别的电力；无线通信模块，用于从所述接收器接收对于发送无线电力的请求；以及Tx微控制单元(MCU)，用于在通过所述无线通信模块从所述接收器接收到对于发送无线电力的请求时，分配对应于所述发送器的短身份标识(SID)和时隙，并且通过所述无线通信模块向所述接收器发送所述SID和所述时隙，通过所述无线通信模块从所述接收器接收对于所需电力的请求，确定所需电力是否大于所述发送器的剩余电力，当所需电力大于所述剩余电力时，通过所述无线通信模块通知所述接收器不能发送所需电力。
有益技术效果
本发明提供一种在无线电力传输系统中的发送器和接收器之间执行双向通信的方法和装置，以便通过在无线电力传输系统中的发送器和接收器之间的双向通信高效地发送/接收无线电力。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优点，现在参考下面结合附图进行的描述，在附图中，相同的参考标号代表相同部件：
图1是图解根据本发明实施例的无线电力发送/接收系统的框图；
图2是图解根据本发明实施例的图1的无线电力发送/接收系统的发送器和接收器的构造的框图；
图3是图解根据本发明实施例的在图1的无线电力发送/接收系统中的在发送器和接收器之间执行双向通信的方法的例子的流程图；
图4是图解根据本发明实施例的在图1的无线电力发送/接收系统中的在发送器和接收器之间执行双向通信的方法的另一例子的流程图。
贯穿附图，相同的附图参考标号将被理解为指代相同的单元、特性和结构。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。相同或相似的部件可以通过相同或相似的参考标号来指代，即使它们出现在不同的图中也是如此。为了避免模糊本发明的主题，可以省略对本领域中已知的构造或过程的详细描述。在下面描述中找到的各种特定事项（诸如特定组件等）仅仅被包含来帮助提供对本发明有大致了解。因此，可以对其做出各种变化和修改而不会背离本发明的技术精神和范围。
图1是图解根据本发明实施例的无线电力发送/接收系统的框图。
参照图1，无线电力发送/接收系统1包括发送器100和接收器200，而接收器200又包括第一接收器200-1、第二接收器200-2、...、第N接收器200-N。
发送器100向接收器200发送无线电力。发送器100包含共振器(以下称为“发送(Tx)共振器”)，并且可以通过使用Tx共振器使包括电能的载波频率共振来将无线电力发送到接收器200。
通过使用与共振器使用的频率不同的频率建立通信信道，发送器100也可以和每个接收器200执行双向通信。通过和每个接收器200执行双向通信，发送器100可以控制发送到每个接收器200的无线电力的发送时段。
接收器200从发送器100接收无线电力。为了从发送器100接收无线电力，接收器200包含共振器(以下称为“接收(Rx)共振器”)。接收器200也包含用于与发送器100进行双向通信的通信模块。
图2是图解根据本发明实施例的图1的无线电力发送/接收系统中的发送器和接收器的构造的框图。
发送器100包含Tx共振器(共振器)102、Tx匹配电路(即匹配LC电路)104、Tx电力转换器106、第一RF通信单元108以及Tx微控制单元(MCU)110。
Tx共振器102和接收器200的Rx共振器(共振器)202耦合，并且使交流(AC)电压谐振成谐振波以向接收器200提供电力。
Tx匹配电路104包含匹配的阻抗以使得Tx共振器102谐振得到的谐振波能够通过Tx共振器102和Rx共振器202之间的耦合而被平滑地接收。在Tx MCU110的控制下，Tx匹配电路104控制该阻抗。
Tx电力转换器106将从与发送器100相连的直流(DC)适配器(未示出)中接收到的DC电压转换为AC电压。例如，为了转换DC电压，Tx电力转换器106可以包含与功率放大器和激励放大器(未示出)对应的E类放大器(未示出)。激励放大器将从DC适配器接收到的DC电压转换为AC电压。进而，E类放大器可以接收经过激励放大器转换得到的AC电压并在Tx MCU 110的控制下将该AC电压放大。
例如，发送器100从DC适配器(未示出)接收7伏特至15伏特的DC电压。当该DC电压被输入时，Tx MCU 110控制Tx电力转换器106将该DC电压转换为AC电压并将转换得到的AC电压放大。根据本发明的一个实施例，Tx MCU 110可以控制Tx电力转换器106的AC电压的放大倍数。该经放大的AC电压通过Tx共振器102而被传送到接收器200的Rx共振器202。
第一RF通信单元108执行发送器100的有线或无线通信。第一RF通信单元108可以从接收器200接收对于提供电力的请求或对于停止提供电力的请求。根据本发明的实施例，通过建立与Tx共振器102使用的频率不同的频段的通信信道，第一RF通信单元108可以和接收器200执行双向通信。通过使用该通信信道，第一RF通信单元108可以通知接收器200从发送器100发送电力的时段或者通知接收器200不能发送电力。
根据本发明的实施例，第一RF通信单元108通过使用2.4GHz频段的射频识别(RFID)通信方案与接收器200执行双向通信。因此，第一RF通信单元108可以包含RFID读取器和/或RFID标签。当第一RF通信单元108包含根据RFID通信方案的RFID读取器或RFID标签时，接收器200的第二RF通信单元208也可以包括使用2.4GHz频段的RFID读取器和/或RFID标签。
根据本发明的另一个实施例，第一RF通信单元108可以通过使用13.56MHz频段的近场通信(NFC)方案与接收器200进行双向通信，相应地，第一RF通信单元108可以包含NFC通信芯片。进而，当第一RF通信单元108包含NFC通信芯片时，第二RF通信单元208可以通过NFC通信芯片与第一RF通信单元108进行双向通信。
Tx MCU 110控制发送器100的一般运作。Tx MCU 110控制发送器100从DC适配器接收DC电压，并且通过控制电力转换器106控制经放大的AC电压的放大倍数。而且当对接收器200的充电完成时，Tx MCU 110控制发送器100停止向接收器200发送电力。此外，根据本发明的实施例，Tx MCU 110通过控制Tx匹配电路104的阻抗，可以实现更加平滑的发送器100的电力发送。Tx MCU 110可以通过比较从发送器100发送的电力和传送到接收器200的电力来计算能量效率。基于其计算出的能量效率，Tx MCU 110可以控制Tx匹配电路104的阻抗以便使能量效率最大化。
接收器200包括接收(Rx)共振器(共振器)202、Rx匹配电路(匹配L/C)204、Rx电力转换器206、第二通信单元208以及Rx微控制单元(MCU)210。
Rx共振器202通过与发送器100的Tx共振器102耦合并接收通过Tx共振器102谐振产生的谐振波而从发送器100接收无线电力。
Rx匹配电路204可以控制与之匹配的阻抗，使得能够通过Tx共振器102和Rx共振器202之间的耦合而平滑地接收通过Tx共振器102谐振产生的谐振波。根据本发明的实施例，Tx匹配电路104的总阻抗和Rx匹配电路204的总阻抗应该被匹配而具有相同值。
Rx电力转换器206将通过Rx共振器202接收的AC电压转换为DC电压。例如，为了转换该电压，Rx电力转换器206包含AC/DC整流器(未示出)和DC/DC转换器(未示出)。AC/DC整流器将通过Rx共振器202接收的AC电压转换为DC电压。DC/DC转换器将通过AC/DC整流器转换来的DC电压放大。Rx电力转换器206将通过DC/DC转换器输出的DC电压传送给与接收器200相连的设备(例如，便携式终端(未示出))以便可以利用该DC电压来驱动该便携式终端。
第二RF通信单元208执行接收器200的有线或者无线通信。第二RF通信单元208向发送器100发送对于提供电力的请求或者对于停止提供电力的请求。第二RF通信单元208建立与Rx共振器202使用的频率不同的频段的通信信道，并执行与发送器100的双向通信。第二RF通信单元208被告知从发送器100接收的无线电力的发送时段或者被告知发送器100不能发送无线电力。
根据本发明的实施例，第一RF通信单元108通过使用2.4GHz频段的射频识别(RFID)通信方案与接收器200进行双向通信。因此，第一RF通信单元108包含RFID读取器和/或RFID标签。当第一RF通信单元108包含根据RFID通信方案的RFID读取器和/或RFID标签时，接收器200的第二RF通信单元208也包含使用2.4GHz频段的RFID读取器和/或RFID标签。
根据本发明的实施例，第二RF通信单元208通过使用2.4GHz频段的RFID通信方案与发送器100进行双向通信。因此，第二RF通信单元208包含RFID读取器和/或RFID标签。当第二RF通信单元208包含根据RFID通信方案的RFID读取器和/或RFID标签时，发送器100中的第一RF通信单元108也包含使用2.4GHz频段的RFID读取器和/或RFID标签。
根据本发明的另一个实施例，第二RF通信单元208可以通过使用13.56MHz频段的近场通信(NFC)方案与发送器100进行双向通信，相应地，第二RF通信单元208可以使用NFC通信芯片。进而，当第二RF通信单元208包含NFC通信芯片时，与第二RF通信单元208实行双向通信的第一RF通信单元108也使用NFC通信芯片。
Rx MCU 210控制接收器200的一般操作。根据本发明的实施例，Rx MCU210控制接收器200使得用于驱动与接收器200相连接的便携式终端的DC电压被传送。
Rx MCU 210通过控制Rx电力转换器206来控制放大的DC电压的放大倍数。通过控制Rx匹配电路204的阻抗，Rx MCU 210控制通过发送器100的Tx共振器102传送的无线电力的平滑接收。
图3是图解根据本发明实施例的图1的无线电力发送/接收系统中的发送器和接收器之间执行双向通信的方法的例子的流程图。
根据本发明的实施例，发送器100监控预先提供的充电垫(未示出)的载荷波动。发送器100可以发送接收器200可以利用其来在预定时段上在预定的短时间(Ts)内向Tx共振器102发送响应的最低能量(Ps1)。发送器100将Ps1转换成第二能量Ps2(该第二能量是无线电力)并通过Tx共振器102使经转化的Ps2谐振。如上所述，在Ts的时间时段内，发送器100通过Ps2向外部输出极小的能量(即最低能量)。发送器100进而接收Ps2的最低能量并监控接收器200是否对Ps2发送响应。
下文中，将参照图3描述在发送器100和接收器200之间执行双向通信的方法。该方法从其中发送器100检测已经从发送器100接收到经转换的无线电力Ps2的接收器200的步骤开始。此时，通过接收经转化的无线电力Ps2，接收器200可以获得接收器200可以利用其来向发送器100发送响应的驱动电力。根据本发明的实施例，发送器100的Tx MCU 110仅在其中第一RF通信单元108能够执行通信的区域内（例如其中可以进行RFID通信或者NFC通信的区域内）发送经转化的无线电力Ps2。
参照图3，当发送器100在步骤S302检测到接收器200时，在步骤S304发送器100通过使用Tx共振器102向接收器200传送开启电压。根据本发明实施例，该开启电压可以是要在发送器100中注册的接收器200用于执行各种操作以从发送器100接收无线电力的最低能量。
在步骤S306，当已从发送器100接收到开启电压时，接收器200通过第二通信单元202向接收器100发送对于发送无线电力的请求。发送器100的Tx MCU110在步骤S308向接收器200分配SID或时隙，通过第一RF通信单元102向接收器200发送该分配的SID和时隙。
对于图3的方法，SID是指通过发送器100分配给接收器200的短ID。每当发送器100向接收器200发送无线电力或者发送包含各种信息条的数据时，发送器100将所述SID包含在数据中以便可以指示该数据的目的地。时隙是指发送器100执行与接收器200的双向通信的时间段，或者是发送器100向接收器200发送无线电力的时间段。
当分配了SID或时隙时，接收器200通过第二RF通信单元208向发送器100发送所需电力信息。在步骤S312，发送器100利用该所需电力信息计算接收器200需要的电力。在步骤S314，发送器100确定发送器100的剩余电力是否至少等于所需电力。
可以通过发送器100向一个或多个接收器200发送的无线电力有极限值(即对可发送的电力的总量的限制)。因此，发送器100必须掌握剩余电力，并且通过确定对应的接收器200所需的电力是否至少等于剩余电力来确定是否可以发送用于对接收器200充电的无线电力。例如，当发送器100的剩余电力是50瓦而接收器200的所需电力是45瓦时，发送器100可以通过执行对接收器200充电的操作来发送45瓦的无线电力给接收器200。当发送器100的剩余电力是50瓦而接收器200所需的电力是55瓦时，发送器100不能执行对接收器200充电的操作。
当在步骤S314确定剩余电力至少等于所需电力时，发送器100在步骤S316通过Tx共振器102将所需电力传送给Rx共振器202。但是，当在步骤S314确定剩余电力小于所需电力时，在步骤S318，发送器100通过第一RF通信单元102告知接收器200不能发送所需电力。根据本发明的实施例，仅在发送器100分配给接收器200的时隙期间才执行发送器100和接收器200之间的双向通信。
根据本发明的另一个实施例，通过在第一RF通信单元108和第二RF通信单元208之间的通信来执行检测接收器200的操作。例如，假设第一RF通信单元108包含RFID读取器，第二RF通信单元208包含RFID标签。当第二RF通信单元208进入到可以与第一RF通信单元108进行RFID通信的区域时，第一RF通信单元108的RFID读取器检测到第二RF通信单元208的RFID标签。从而，第一RF通信单元108可以检测到第二RF通信单元208。当第二RF通信单元208被检测到时，发送器100的Tx MCU 110检测到包含第二RF通信单元208的接收器200。
根据本发明的另一个实施例，第一RF通信单元108和第二RF通信单元208的每一个均是NFC通信芯片。在这种情况下，如果第二RF通信单元208进入可以与第一RF通信单元108进行NFC通信的区域，则第一RF通信单元108的NFC通信芯片检测到第二RF通信单元208的NFC通信芯片。从而，第一RF通信单元108可以检测到第二RF通信单元208。当第二RF通信单元208被检测到时，发送器100的Tx MCU 110检测到包含第二RF通信单元208的接收器200。
图4是图解根据本发明实施例的在图1的无线电力发送/接收系统中的发送器和接收器之间执行双向通信的方法的另一例子的流程图。
在根据图4的例子中，发送器100正在向接收器200发送无线电力（即发送器100和接收器200正处在充电状态）。在步骤S324，在充电状态下，接收器200的Rx MCU 210确定充电是否完成。
当在步骤S324确定充电未完成时，Rx MCU 210在步骤S322维持该充电状态。当在步骤S324确定充电完成时，Rx MCU 210在步骤S326通过第二RF通信单元208向发送器100请求停止发送无线电力。
发送器100通过第一RF通信单元108从接收器200接收对于停止发送无线电力的请求。在步骤S328，通过Tx共振器102，发送器100的Tx MCU110停止发送无线电力。
根据本发明的一个实施例，当在接收器200内产生过电压或过电流时，接收器200的Rx MCU 210也可以请求停止从发送器100发送无线电力。
虽然已经参照某些实施例示出和描述了本发明，但本领域技术人员应当理解：可以在此在形式和细节上做出各种改变，而不会脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围。
如上所述，本发明的实施例提供了在无线电力发送/接收系统中的发送器和接收器之间执行双向通信的方法和装置，其通过无线电力发送/接收系统中的发送器和接收器之间的双向通信，能够高效地发送/接收无线电力。

Claims (12)

1.一种在无线电力发送/接收系统中通过发送器执行双向通信的方法，所述方法包括：
检测接收器；
当检测到接收器时，通过发送(Tx)共振器向所述接收器发送预定级别的电力；
通过无线通信模块从所述接收器接收对于发送无线电力的请求；
分配对应于所述接收器的短身份标识(SID)和时隙；
通过所述无线通信模块向所述接收器发送所述SID和所述时隙；
通过所述无线通信模块从所述接收器接收对于所需电力的请求；
确定所需电力是否大于所述发送器的剩余电力；并且
当所需电力大于所述剩余电力时，通过所述无线通信模块通知所述接收器不能发送所需电力。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：当所述剩余电力至少等于所需电力时，通过所述Tx共振器向所述接收器发送所需电力。
3.如权利要求1所述的方法，其中，检测所述接收器包括：
在其中能够通过所述无线通信模块进行通信的区域内，检查从通过所述Tx共振器输出的最低能量的载荷波动；并且
当存在所述最低能量的载荷波动时，确定检测到所述接收器。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述无线通信模块通过射频识别(RFID)通信方案进行通信。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述无线通信模块通过近场通信(NFC)通信方案进行通信。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定级别的电力是用于执行所述接收器的特定操作的最低电力级别。
7.一种无线电力发送/接收系统中的发送器，所述发送器包括：
发送(Tx)共振器，用于在检测到接收器时，向所述接收器发送预定级别的电力；
无线通信模块，用于从所述接收器接收对于发送无线电力的请求；以及
Tx微控制单元(MCU)，用于在通过所述无线通信模块从所述接收器接收对于发送无线电力的请求时，分配对应于所述接收器的短身份标识(SID)和时隙，通过所述无线通信模块向所述接收器发送所述SID和所述时隙，通过所述无线通信模块从所述接收器接收对于所需电力的请求，确定所需电力是否大于所述发送器的剩余电力，以及当所需电力大于所述剩余电力时，通过所述无线通信模块告知所述接收器不能发送所需电力。
8.如权利要求7所述的发送器，其中，所述Tx MCU在所述剩余电力至少等于所需电力时通过所述Tx共振器向所述接收器发送所需电力。
9.如权利要求7所述的发送器，其中，在检测所述接收器的过程中，所述Tx MCU在能够通过所述无线通信模块进行通信的区域内检查通过所述Tx共振器输出的最低电力的载荷波动，并且当存在所述最低电力的载荷波动时确定检测到所述接收器。
10.如权利要求7所述的发送器，其中，所述无线通信模块通过射频识别(RFID)通信方案进行通信。
11.如权利要求7所述的发送器，其中，所述无线通信模块通过近场通信(NFC)通信方案进行通信。
12.如权利要求7所述的发送器，其中，所述预定级别的电力是用于执行所述接收器的特定操作的最低电力级别。
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