CN104054229B - 无线电力接收机系统 - Google Patents

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Abstract

一种无线电力接收机，能够从近耦接无线电源以及中程无线电源接收无线电力。所述无线电力接收机包括主接收机电路和辅接收机电路。所述主接收机电路可调整为在近耦接模式下或谐振器模式下操作。在近耦接模式下，所述主接收机电路耦接到远程设备的电力输入，并且起所述主电力源的作用。在谐振器模式下，所述主电力电路与所述远程设备电断开/隔离并且形成闭合谐振环路，以起放大来自中程无线电源的电磁场的谐振器的作用。所述辅接收机电路耦接到所述远程设备的电力输入，并且被配置为从所述谐振器接收无线电力，并且当所述主接收机电路处于所述谐振器模式下时起电力源的作用。

Description

无线电力接收机系统
背景技术
本发明涉及无线电力传送，并且更特别地涉及用于无线地从无线电源接收电力的系统。
无线电源系统的使用连续增长。最常见的无线电源系统使用电磁场来无线地将电力从无线电源传送到与远程设备（诸如蜂窝电话、智能电话、媒体播放器或其它电子设备）关联的无线电力接收机。存在大量不同类型的无线电源系统。例如，很多常规系统使用无线电源中的初级线圈和远程设备的无线电力接收机中的次级线圈。初级线圈生成电磁场，电磁场从无线电源发射。无线电力接收机包括次级线圈，次级线圈可以放置于初级线圈所生成的电磁场内。当远程设备放置于充分接近无线电源内时，电磁场在远程设备可使用的次级线圈内感应电力，例如，以对远程设备供电和/或充电。当初级线圈和次级线圈彼此相对靠近时，这些类型的系统典型地提供最佳性能。由于这些原因，这些类型的系统经常被提及为“近耦接”系统。
大量常规无线电源系统已经被配置成当与对于高效使用近耦接系统而言正常可接受相比初级线圈和次级线圈比的离得更远时高效地提供电力。给定它们可以在比近耦接系统更大的距离处高效地传送电力，这些类型的无线电力传送系统经常被提及为“中程”系统。典型中程无线电力传送系统依赖于Nicola Tesla在100多年前所公开的技术（见例如1901年10月22日公布的美国专利685,012）。在典型中程系统的情况下，电力传送系统包括一对谐振器，其被布置在初级线圈与次级线圈之间或另外被布置在它们附近。每个谐振器被配置成包括电感器和电容器，而不包括任何的附加明显负载。这样将在谐振频率处的阻抗保持为最小，这使得电容器与电感器之间的谐振电流最大化。电感器中的电流进而放大谐振器内所感应的无线电力信号。给定它们的用于放大信号的能力，谐振器可以起桥的作用以用于扩展无线电源系统的范围。在使用中，初级线圈生成在第一谐振器中感应电力的电磁场，第一谐振器生成在第二谐振器中感应电力的放大的电磁场，并且第二谐振器生成在次级线圈中感应电力的放大的电磁场。
虽然使用谐振器典型地在中程环境中提供改进的效率，但当无线电源和远程设备太靠近时，谐振器可能减少效率。这把实际限制置于并入有谐振器的中程系统的使用之上。此外，具有谐振器的无线电源将典型地并不与没有谐振器的远程设备一起高效地操作（反之亦然）。结果，对于无线电源而言典型地需要与所匹配的远程设备配对。
发明内容
本发明提供一种无线电力接收机，能够优化自身以用于从不同类型的无线电源接收无线电力。所述无线电力接收机包括两个接收机电路，被配置用于不同的操作参数。在一个实施例中，所述无线电力接收机包括主接收机电路和辅接收机电路。所述主接收机电路可调整为在近耦接模式下或谐振器模式下操作。在所述近耦接模式下，所述主接收机电路可以起所述远程设备的主电力源的作用。在所述谐振器模式下，主电力电路可以与远程设备电断开/隔离，并且起谐振器的作用，以放大所接收到的无线电力信号。所述辅接收机电路可以被配置成当所述主接收机电路处于所述谐振器模式下时起用于所述远程设备的电力源的作用。当所述主接收机电路处于近耦接模式下时，所述辅接收机电路也可以能够将电力提供给所述远程设备。
在一个实施例中，所述主接收机电路包括：接收机线圈（或其它电感器）和接收机电容器，形成储能电路并且耦接到所述远程设备的所述电力输入。接收机线圈和接收机电容器可以形成谐振储能电路。所述谐振储能电路可以通过整流线路以及适当的滤波和调节线路耦接到所述电力输入。所述主接收机电路包括：开关，被布置为允许所述谐振储能电路选择性地短路，以使得所述谐振储能电路有效地与所述远程设备电力输入电断开/隔离并且在闭合谐振环路中被配置成起谐振器作用。在一个实施例中，所述开关包括耦接到控制器的两个FET的布置。所述控制器可以被配置成：当想要所述主接收机电路在谐振器模式下起作用时闭合所述FET并且短路所述谐振储能电路。
在一个实施例中，所述辅接收机电路包括：接收机线圈，耦接到所述远程设备的电力输入。所述辅接收机线圈可以通过整流线路以及适当的滤波和调节线路被电连接到所述电力输入。可以选择所述辅接收机线圈的特性，以使得当所述主接收机电路处于所述谐振器模式下时，调谐所述辅接收机线圈，以高效地从所述主接收机电路接收无线电力。
在一个实施例中，所述辅接收机电路也可以可调整为操作在近耦接模式下或谐振器模式下。在该实施例中，所述辅接收机可以包括：接收机电容器，其与接收机电感器组合以形成储能电路。所述辅接收机也可以包括：开关，用于选择短路所述储能电路从而其形成闭合谐振环路。在所述谐振器模式下，所述辅接收机电路可以起谐振器作用，以放大所接收到的无线电力信号。可以不同地调谐所述主接收机电路和所述辅接收机电路，从而每一个都在不同的中程无线电源的情况下更高效地操作。
在一个实施例中，所述主接收机电路可以配备有选择性地可变的电容和/或选择性地可变的电感，从而所述电路可以被调谐到不同的无线电力传送参数。例如，所述电路可以包括：一组电容器和/或一组电感器以及控制器，所述控制器能够选择性地将想要的电容和/或想要的电感连接到所述接收机电路。
在一个实施例中，所述辅接收机电路可以配备有选择性地可变的电容和/或选择性地可变的电感，从而所述辅接收机电路可以被调谐到不同的无线电力传送参数。例如，所述辅接收机电路可以包括：一组电容器和/或一组电感器以及控制器，所述控制器能够选择性地将想要的电容和/或想要的电感连接到所述接收机电路。在一些实施例中，所述主接收机电路和所述辅接收机电路两者都可以具有选择性地可变的电容和电感。在这样的实施例中，所述系统可以包括：单个控制器，能够控制这两个接收机电路的电容和电感。
在一个实施例中，所述无线电力接收机包括：通信系统，能够从无线电源接收通信。在该实施例中，所述无线电力接收机可以接收指示要操作在近耦接模式下还是要操作在中程模式下的通信。在中程模式下，所述无线电力接收机可以包括：控制器，其闭合所述FET或另外的开关，以引起所述主电力接收机操作为谐振器。在其中所述主接收机电路和/或所述辅接收机电路包括可变电容和/或可变电感的系统中，所述通信系统也可以用于通信想要的电容和/或电感、或指示适当电容和/或电感的通信信息。
在一个实施例中，所述无线电力接收机可以被配置成：在不需要来自所述无线电源的通信的情况下确定正确的操作模式。在一个实施例中，所述无线电力接收机可以包括：传感器，能够测量所述主接收机电路和/或所述辅接收机电路中所感应的电流和/或电压。所述无线电力接收机可以包括：控制器，能够基于所述传感器所测量的电流和/或电压来确定正确的操作模式。所述控制器可以使所述确定基于所感应的电力的不同特性，诸如电流和/或电压的峰值或RMS值，或电流和/或电压变化的频率。作为另一示例，可以使得所述确定基于电流和/或电压的改变速率。所述无线电力接收机可以包括：控制器，能够对所述主接收机电路中所测量的电流和/或电压与所述辅接收机电路中所测量的电流和/或电压进行比较，并且据这样的比较来确定正确的操作模式。
本发明提供一种可以从不同类型的无线电源接收电力的简单有效的无线电力接收机。在一个实施例中，单个电力接收机可以选择性地被重新配置以起近程接收机或用于中程接收机的谐振器的作用。在一个实施例中，所述主接收机电路和所述辅接收机电路两者都能够起谐振器的作用，由此为所述无线电力接收机提供用以对不同的中程无线电源进行适配的能力。在一个实施例中，所述主接收机电路和/或所述辅接收机电路中的可变电感和/或可变电容可以用于允许调谐系统以用于在无线电源操作特性的宽范围上的改进的效率。本发明还提供用于确定正确的操作模式的各种替换的系统和方法。这允许本发明被容易地并入到各种不同的无线电源系统中。
通过参照当前实施例的描述以及附图，将更充分地理解并且领会本发明的这些和其它目的、优点和特征。
在详细解释本发明的实施例之前，应理解，本发明不限制于在以下描述中所阐述或在附图中所图解的各部件的操作的细节或构造和布置的细节。本发明可以在各种其它实施例中实现，并且以在此并未明确公开的替换方式被实践或执行。另外，应理解，在此使用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应被看作是限制。使用‌“包括‌”和‌“包含‌”以及其变形意味着涵盖其后列出的项及其等同物以及附加项及其等同物。此外，在各个实施例的描述中可以使用枚举。除非另外明确地声明，否则使用枚举不应解释为将本发明限制为任何特定顺序或数量的部件。使用枚举也不应解释为从本发明的范围排除可以与所枚举的步骤或部件组合在一起或组合到其中的任何附加步骤或部件。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的具有近耦接无线电源和无线电力接收机的无线电源系统的示意性表示。
图2是根据本发明一个实施例的具有中程无线电源和无线电力接收机的无线电源系统的示意性表示。
图3是根据本发明第一替换实施例的具有中程无线电源和无线电力接收机的无线电源系统的示意性表示。
图4是根据本发明第二替换实施例的具有近耦接无线电源和无线电力接收机的无线电源系统的示意性表示。
图5是根据本发明第三替换实施例的具有中程无线电源和无线电力接收机的无线电源系统的示意性表示。
图6是根据本发明第四替换实施例的具有中程无线电源和无线电力接收机的无线电源系统的示意性表示。
图7是根据本发明第五替换实施例的具有中程无线电源和无线电力接收机的无线电源系统的示意性表示。
具体实施方式
图1和图2示出根据本发明实施例的无线电力接收机。该实施例的无线电力接收机10被配置成：无线地从近耦接无线电源100（见图1）或从中程无线电源100’（见图2）接收电力。无线电力接收机10耦接到远程设备D，从而其可以将无线地接收到的电力供给至远程设备D。无线电力接收机10能够选择性地被重新配置成操作在近耦接模式下或中程模式下，以允许其高效地从不同类型的无线电源100、100’接收电力。该实施例的无线电力接收机10通常包括主接收机电路12、辅接收机电路14和用于控制无线电力接收机10的操作的控制器18。在该实施例中，主接收机电路12和辅接收机电路14并联连接到远程设备D的电力输入，从而它们都能够将电力递送到远程设备D。该实施例的主接收机电路12包括谐振储能电路，并且能够选择性地被配置成操作为用于中程电力传送系统的近耦接接收机或谐振器。可以调谐主接收机电路12，以用于作为接收机与近耦接无线电源100的高效操作，并且用于作为谐振器与中程无线电源100’的高效操作。该实施例的辅接收机电路14包括电感器，并且被配置成当主接收机电路12被配置成操作为谐振器时，高效地从主接收机电路12接收无线电力。在使用中，控制器18能够适当地确定正确操作模式并且将主接收机电路12配置成起近耦接接收机或谐振器的作用。本发明公开了用于确定正确操作模式的各种系统和方法。
图1和图2是根据本发明一个实施例的无线电力接收机10的示意性表示。该实施例的无线电力接收机10可以耦接到远程设备D的电力输入。远程设备D可以实质上是任何利用电气电力的部件。例如，远程设备D可以是蜂窝电话、智能电话、媒体播放器、个人数字助理、膝上型计算机、笔记本或平板计算机。可以通过实质上任何方式（例如直接对远程设备D供电和/或对用于远程设备D的电池进行充电）来使用无线电力接收机10所递送的电力。无线电力接收机10可以由制造商直接集成到远程设备D中。在这样的实施例中，远程设备D可以被配置成：在远程设备D的外壳内容纳无线电力接收机10，并且电力输入可以是将电力从无线电力接收机10递送到远程设备D的电力管理单元（未示出）的内部电连接。电力管理单元（未示出）可以例如通过使用常规电力控制算法而按着想要的那样来控制电力的使用，以将电力提供给远程设备D或对远程设备D的电池进行充电。替换地，无线电力接收机10可以被配置成附接到并非意图无线地接收电力的远程设备D，以允许该远程设备D无线地接收电力。
如上所述，图1的无线电力接收机10通常包括主接收机电路12、辅接收机电路14和用于控制无线电力接收机10的操作的控制器18。主接收机电路12和辅接收机电路14可以耦接到远程设备D的电力输入，从而它们两者都能够将电力递送到远程设备D。在该实施例中，主接收机电路12和辅接收机电路14与远程设备D的电力输入并联地电连接。虽然未示出，但两个接收机电路12和14可以与电力管理单元（未示出）的电力输入并联连接，从而它们可以替换地或同时地通过电力管理单元将电力供给至远程设备D。在该实施例中，主接收机电路12包括储能电路20，当存在适当的电磁场时在储能电路20中感应电力。该实施例的储能电路20包括电感器22和电容器24。电感器22可以是导线的线圈（诸如Litz导线），或能够响应于电气电力的供给而生成电磁场的另外的部件。电容器24可以是常规电容器或具有适当的用于储能电路20的电容的另外的部件。选择具有意图调谐主接收机电路12的特性的储能电路电感器22和储能电路电容器24，以在想要的近耦接无线电源100的操作特性下高效地操作。例如，电感器22和电容器24可以被选择为在从无线电源100期望的电力水平和操作频率下提供最佳性能。这可能牵涉实质上变化的电感器的任何有关特性（诸如电感值、线圈形状、线圈直径、导线匝数、导线类型、导线规格）和/或电容器的任何有关特性（诸如电容值和电容器的类型）。
在一些应用中，可能想要远程设备D或无线电力接收机中的控制器（或微控制器）尽可能快速地供电。例如，在一些无线电源系统中，期望无线电力接收机或远程设备D与无线电源100、100’进行通信。这些通信可以用于各种目的，诸如确保无线电源100、100’与无线电力接收机10之间的兼容性或通信在设置无线电源100、100’、无线电力接收机10或远程设备D的操作参数方面有用的信息。无线电力接收机10或远程设备D足够快地通信的故障可能引起无线电源100、100’停止供给电力或在另外的方面不利地影响操作。在确保控制器尽可能快地供电（例如，与无线电源交换通信）很重要的应用中，可能想要调谐主接收机电路12的储能电路20，从而甚至当主接收机电路12处于近耦接配置中时，其从中程无线电源100’感应足够的电力，以对控制器供电。当操作于近耦接无线电源100时，这可能涉及效率方面的折中。
在该实施例中，主接收机电路12被配置成将整流后的电力提供给远程设备D。相应地，储能电路20通过整流器耦接到远程设备D的电力输入。虽然整流器可能随着不同应用而变化，但该实施例的主接收机电路12包括具有在两对二极管中所布置的四个二极管28A–D的全波整流器26。整流器的类型（例如全波或半波）以及特定整流器线路（例如桥式整流器、中心抽头、二极管桥）可以随着不同的应用而变化，如想要的那样。在远程设备D对AC电力进行操作或具有其自身的整流器的应用中，主接收机电路12可以不包括整流器。在远程化设备D对AC电力进行操作的应用中，可能想要在电路中包括附加开关，以将储能电路20与远程设备D电断开/隔离。如果想要的话，则整流器26的输出可以传过滤波和/或调节线路（诸如被配置成减少整流后的电力中的纹波的平滑电路（未示出））。例如，存储电容器或平滑电容器可以耦接到整流器26的输出。
如上所述，无线电力接收机10被配置成选择性地操作在近耦接模式下或中程模式下。在该实施例中，通过变化主接收机电路12的配置来实现想要的操作模式。在图1的实施例中，主接收机电路12能够选择性地被配置成操作为近耦接接收机或谐振器。为了允许这种重新配置，主接收机电路12包括开关16，开关16被布置成可闭合以选择性地短路储能电路20，以引起储能电路20形成闭合谐振环路。虽然开关16的配置可以变化，但所图解的实施例的开关16包括两个在基准34（诸如如地）的相对侧上所布置的两个FET 30A–B。每个FET30A–B包括：栅极32A–B，其受控制器18电驱动，从而控制器18可以打开并且闭合FET 30A–B。替换类型的开关可以包括继电器、晶体管或三端器件、或任何其它能够在AC电路中提供开关功能的电部件的布置。当开关16打开时，储能电路20保持通过整流器26耦接到远程设备D的电力输入。在该配置中，主接收机电路12高效地操作为近耦接接收机。当开关16闭合时，储能电路20被短路，并且有效地变为与远程设备D的电力输入电断开/隔离。在该配置中，储能电路20变为闭合谐振环路，并且起能够有效地从中程无线电源接收、放大并且重传输电力的谐振器的作用。谐振器通过生成放大的电磁场来重传输电力。调谐无线电力接收机10，从而谐振器所产生的放大的电磁场在辅接收机电路14中高效地感应电力。
如上所述，该实施例的无线电力接收机10包括：控制器18，被配置成选择性地在近耦接模式与中程模式之间切换无线电力接收机10的操作模式。控制器18能够控制施加到FET 30A–B的栅极32A-B的驱动信号。例如，控制器18可以具有驱动两个栅极32A-B的单个输出，或其可以具有用于每个32A-B的分离输出。替换地，控制器18可以控制将驱动信号施加到栅极32A–B的中间部件。当控制器18的输出不足以直接控制栅极32A–B时，可以使用这种替换。在一些应用中，无线电力接收机10将具有其自身的控制器，而在其它应用中，无线电力接收机10可以与远程设备D共享控制器。例如，在一些应用中，可以在作为远程设备D的一部分的控制器中实现控制器18。在使用中，该实施例的控制器18能够打开开关16以将主接收机电路12配置成在近耦接模式下操作，或闭合开关16以将主接收机电路12配置成操作为用于中程模式的谐振器。无线电力接收机10可以被配置成使用各种不同方法来确定正确操作模式。在一个实施例中，无线电力接收机10可以使用与无线电源100、100’的通信来确定操作模式。例如，无线电源100、100’和无线电力接收机10可以都包括无线通信收发机（诸如蓝牙、WiFi或NFC通信收发机）。无线电力接收机10可以使用内建于远程设备D中的通信系统，或其可以具有其自身的专用通信系统。在使用中，无线电力接收机10可以使用通信能力针对适当的操作模式而询问无线电源100、100’，并且控制器18可以对应地配置主接收机电路12。作为另一示例，无线电源100、100’和无线电力接收机10可以被配置成通过电力传送线圈进行通信。在该示例的一个实施例中，无线电力接收机10可以能够使用反向散射调制或实质上能够通过电力传送线圈通信的任何其它类型的通信从无线电源100、100’接收通信。
控制器18可以替换地能够通过试错来确定正确操作模式。例如，控制器18可以在近耦接模式下操作达到第一时间段，而在中程模式下操作达到第二时间段，并且可以选取为在证明为优选的任何模式（诸如将最大量的电力提供给远程设备D的模式）下操作。
作为另一替换方法，控制器18可以能够通过感测主接收机电路12和/或辅接收机电路14中所接收到的电力的一个或更多个特性来确定正确操作模式。在一个实施例中，主接收机电路12包括电流传感器（未示出），其能够确定主接收机电路12中所感应的电流的幅度。电流传感器可以由电压传感器替代。在一些实施例中，主接收机电路12可以包括电流传感器和电压传感器二者。控制器18可以估计所测量的信号的不同特性（诸如电流和/或电压的峰值或RMS值、电流和/或电压变化的频率或电流和/或电压的改变速率）。各种电流传感器和电压传感器对于本领域技术人员是已知的。控制器18可以被编程为基于所感测的（多个）值来确定正确操作模式。例如，在其中主接收机电路12包括电流传感器的实施例中，控制器18可以对所感测的电流与预定值进行比较，以确定无线电力接收机10应操作在近耦接模式下还是中程模式下。作为另一示例，在其中主接收机电路12和辅接收机电路14均包括电流传感器、电压传感器或这两种传感器的实施例中，控制器18可以比较这两个传感器所取得的测量，以确定适当的操作模式。
如上所述，辅接收机电路14还耦接到远程设备D的电力输入。调谐辅接收机电路14，以当主接收机电路12被配置成操作为谐振器时在存在主接收机电路12所生成的电磁场时高效地感应电力。在该实施例中，辅接收机电路14包括电感器40，当存在适当的电磁场时，电感器40感应电力。电感器40可以是导线的线圈（例如Litz导线），或另外的能够响应于电气电力的供给而生成电磁场的部件。选择具有意图调谐辅接收机电路14的特性的电感器40，以在包括谐振器102’的中程无线电源100’的期望的操作下高效地操作。例如，当存在操作于谐振器模式下的主接收机电路12所产生的放大的电磁场时，电感器40可以被选择为高效地感应最大电力。至于电感器22，这可以牵涉实质上变化的电感器的任何有关特性（诸如电感值、线圈形状、线圈直径、导线匝数、导线类型、导线规格）和/或电容器的任何有关特性（诸如电容值和电容器的类型）。
在所图解的实施例中，辅接收机电路14不包括谐振电容器，但如果想要的话，则可以添加电容器以为辅接收机电路14提供储能电路。在该实施例中，排除电容器，以允许辅接收机电路14在更宽频率范围上以增加的效率来操作。一般说来，添加谐振电容器可以在更小的操作频率范围内提供增加的效率，但可能减少该范围之外的效率。因此，当可以合理地期望无线电源在电容器的效率范围内供给电力时，有时可能想要将谐振电容器添加到辅接收机电路14。
在该实施例中，辅接收机电路14被配置成将整流后的电力提供给远程设备D。相对应地，电感器40通过整流器耦接到远程设备D的电力输入。虽然整流器可能随着不同应用而变化，但该实施例的辅接收机电路14包括具有在两对二极管中所布置的四个二极管44A–D的全波整流器42。整流器的类型（例如全波或半波）以及特定整流器线路（例如桥式整流器、中心抽头或二极管桥）可以随着不同应用而变化，如想要的那样。在远程设备D对AC电力进行操作或具有其自身的整流器的应用中，辅接收机电路14可以不包括整流器。如果想要的话，则整流器42的输出可以通过滤波和/或调节电线路（诸如被配置成减少整流后的电力中的纹波的平滑电路（未示出））。例如，存储电容器或平滑电容器可以耦接到整流器42的输出。
在一些应用中，可能想要系统包括可以用于允许无线电源标识和/或验证远程设备的兼容性的集成标识电容器。图3示出无线电力接收机210的替换实施例。除了另外公开的之外，无线电力接收机210通常与无线电力接收机10相同，并且除了前面带“2”之外，无线电力接收机210的某些部件由用于无线电力接收机10的相同标号标识。在该替换实施例中，主接收机电路212包括与储能电路220并联布置的标识电容器238。可以选择标识电容器238的值以提供在用于意图符合Qi®协作无线电力标准的远程设备的在想要的频率（诸如1MHz）处的谐振响应。
虽然图3的无线电力接收机210包括主接收机电路212中的标识电容器238，但标识电容器238可以位于别处。图4示出替换的无线电力接收机310，其中，标识电容器338集成到辅接收机电路314中。例如，在所图解的实施例中，与电感器340并联布置标识电容器338。在该实施例中，串联谐振电容器324（即主接收机电路312中的储能电路电容器）与并联标识电容器338分离。将这些不同的电容器连接到不同的线圈可以在一些应用中在调谐电路方面提供一些优点。除了另外公开的之外，无线电力接收机310通常与无线电力接收机10相同，并且除了前面带“3”之外，无线电力接收机310的某些部件由用于无线电力接收机10的相同标号标识。
图1的无线电力接收机10允许两个不同的操作模式—一个用于近耦接电源，并且一个用于中程电源。在一些应用中，可能想要进一步增强无线电力接收机的适配性。图5示出被配置成提供附加适配性的无线电力接收机410的替换实施例。除了另外公开的之外，无线电力接收机410通常与无线电力接收机10相同，并且除了前面带“4”之外，无线电力接收机410的某些部件由用于无线电力接收机10的相同标号标识。图5的无线电源410包括在主接收机电路412和辅接收机电路414两者中的开关416、454。除了开关454之外，串联谐振电容器456也添加到辅接收机电路414。辅接收机电路414中的额外开关454和电容器456通过允许辅接收机电路414（类似于主接收机电路412）起谐振器作用而使能附加操作模式。例如，在该实施例中，两个开关可以保持打开，以允许主接收机电路412和/或辅接收机电路414从近耦接无线电源接收电力，或开关416、454之一可以闭合，以允许无线电力接收机410从中程无线电源高效地接收电力。在使用中，开关416可以闭合，以允许主接收机电路412操作为用于辅接收机电路414的谐振器，或开关454可以闭合，以允许辅接收机电路414操作为用于主接收机电路414的谐振器。通过正确调谐主接收机电路412和辅接收机电路414的部件，无线电力接收机410可以被重新配置成高效地从具有不同操作特性的中程无线电源接收电力。例如，主接收机电路412可以被配置成操作为用于具有第一电力水平和第一操作频率的中程无线电源的高效谐振器，并且辅接收机电路414可以被配置成操作为用于具有不同电力水平和/或不同操作频率的中程无线电源的高效谐振器。
两个开关416、454可以受控于控制器418。例如，控制器418可以能够产生选择性地打开或闭合开关416、454的驱动信号，以实现想要的操作模式。至于图1的实施例，控制器418可以能够基于实质上任何系统和方法来确定适当的操作模式。例如，无线电力接收机410可以基于与无线电源的通信、不同操作模式的依次测试或主接收机电路412和/或辅接收机电路414中的电力特性的测量来确定适当的操作模式。
在一些应用中，可能想要为无线电力接收机提供附加调谐选项。图6示出替换无线电力接收机510，其中，主接收机电路512包括可选电容器550、552，可选电容器550、552可以选择性地单独切换到电路中，或彼此组合。除了其它方面以外，附加电容器550、552可以允许主接收机电路512针对不同操作参数而被调谐。例如，在调谐主接收机电路512以高效地从在固定频率处操作的无线电源接收电力当中，使用可选电容器550、552可能是特别有用的。作为另一示例，当想要限制无线电力接收机510中所接收到的电力的量时，可选电容器550、552可以用于使得电路失谐。可选电容器550、552可以与储能电路电容器524并联连接，并且可以包括分离开关562、564。虽然可以使用不同类型的开关，但开关562和564中的每一个可以包括一对背对背的FET 558A-B、560A–B以及必要的控制电路。在该实施例中，控制器518可以被配置成控制去往FET 558A–B和560A–B的栅极的驱动信号，以按想要那样而打开或闭合开关562、564，从而在电路内或电路外切换可选电容器550、552。控制器518可以能够确定适当的电容。例如，控制器518可以基于与无线电源100、100’的通信、具有不同电容值的系统的依次测试或主接收机电路512和/或辅接收机电路514中的电力的特性的测量来确定适当的电容。除了另外公开的之外，无线电力接收机510通常与无线电力接收机10相同，并且除了前面带“5”之外，无线电力接收机510的某些部件由用于无线电力接收机10的相同标号标识。
虽然所图解实施例包括两个可选电容器，但主接收机电路512可以包括任何想要数量的可选电容器。此外，所图解实施例示出主接收机电路512中的可选电容器。附加地或替换地，可选电容器可以添加到辅接收机电路514，以允许调谐辅接收机电路514。此外，图6的实施例图解具有可调整的电容的系统。在一些应用中，可能想要为主接收机电路512或辅接收机电路514提供可调整的电感。在这样的应用中，电路可以包括可以按想要那样而切换进入以及离开电路的可选线圈或线圈分段。在一些实施例中，电路可以包括单个多抽头线圈，并且不同的抽头可以用于变化电路的电感。可调整的电感可以单独使用，或与可调整的电容组合。
图1-图6的实施例均包括用于选择性地短路储能电路以将主接收机电路重新配置成起谐振器作用的开关。在一些应用中，主接收机电路可能已经包括可以提供开关功能的部件。在这样的应用中，可能不要求分离的开关。例如，图7示出无线电源610的实施例，其中，主接收机电路612和辅接收机电路614均包括有源整流器670A-B。除了另外公开的之外，无线电力接收机610通常与无线电力接收机10相同，并且除了前面带“6”之外，无线电力接收机610的某些部件由用于无线电力接收机10的相同标号标识。在该实施例中，该有源整流器670A-B是半同步整流器，其包括按适当顺序正常地被驱动以对电路中所感应的AC电力进行整流的一系列开关672A-D和674A–D（例如FET）。在该实施例中，主接收机电路612中的整流器开关672A-D可以被操作以短路储能电路620，并且将主接收机电路612重新配置成操作为谐振器。更具体地说，当想要重新配置主接收机电路612以操作为用于辅接收机电路614的谐振器时，控制器618可以被配置成闭合开关672A和672B。一旦闭合，这些开关672A和672B就在储能电路620中引起闭合谐振环路，并且实质上防止电力通过开关672C和672D流动到远程设备D。虽然相关于主接收机电路612进行了图解，但该替换方法也可以并入到辅接收机电路614中。例如，辅接收机电路614的有源整流器670B中的开关可以被控制器618操作，以允许辅接收机电路614选择性地起谐振器的作用。
以上描述是本发明当前实施例的描述。在不脱离包括等同物的教导的待根据专利法的原则而解释的所附权利要求所限定的本发明的精神和更宽泛方面的情况下，可以进行各种替换和改变。该公开是为了说明性目的而提出的，而不应解释为本发明所有实施例的穷举描述或将权利要求的范围限制为与这些实施例相关地图解或描述的特定要素。例如，而并非进行限制，所描述发明的任何单独（多个）要素可以由提供基本上相似功能或另外地提供恰当操作的替换要素替代。这包括例如目前已知的替换要素（诸如可能是目前本领域技术人员已知的要素）以及可以在未来开发的替换要素（诸如在开发时本领域技术人员可以认识为替换的要素）。此外，所公开的实施例包括被一致地描述并且可以协作地提供益处集合的多个特征。除了另外在所列出的权利要求中明确阐述的范围之外，本发明不仅限制于包括所有这些特征或提供所有所声明的益处的这些实施例。任何以单数（例如使用代词或数量词‌“某个‌”、‌“一个‌”、‌“这个‌”或‌“所述‌”）对权利要求要素的引用不应被解释为将该要素限制为单数。

Claims (32)

1.一种无线电力接收机，包括：
主接收机电路，具有耦接到电力输出的储能电路以及跨所述储能电路的相对端连接的开关；
辅接收机电路，具有耦接到电力输出的电感器；
控制器，被配置为：选择性地将所述开关操作在其中所述储能电路中所感应的电力被递送到所述电力输出的打开模式下以及在其中所述开关在所述储能电路中创建闭合谐振环路的闭合模式下，其中所述主接收机的所述闭合谐振环路与所述辅接收机电路感应地耦接以从所述辅接收机将电力提供给所述电力输出，由此所述主接收机电路在所述闭合模式下起谐振器作用以经由所述辅接收机电路将电力提供给所述电力输出。
2.如权利要求1所述的无线电力接收机，其中，所述储能电路包括电感器和电容器，当所述开关处于所述打开模式下时，选择所述电感器和所述电容器以高效地与近耦接无线电源耦接。
3.如权利要求1所述的无线电力接收机，其中，所述储能电路包括电感器和电容器，其中当所述开关处于所述闭合模式下时，选择所述电感器和所述电容器，以高效地与中程无线电源耦接。
4.如权利要求1所述的无线电力接收机，其中，所述辅接收机包括电容器，当所述开关处于所述闭合模式下时所述电容器被选择以高效地耦接到所述闭合谐振环路。
5.如权利要求1所述的无线电力接收机，其中，所述开关包括一对场效应晶体管，所述一对场效应晶体管被串行地布置在基准的相对侧上。
6.如权利要求1所述的无线电力接收机，其中，所述主接收机电路包括整流器。
7.如权利要求1所述的无线电力接收机，其中，所述辅接收机电路包括整流器。
8.如权利要求1所述的无线电力接收机，其中，所述辅接收机电路包括电容器，所述辅接收机电路电感器和所述辅接收机电路电容器形成储能电路，所述辅接收机电路包括跨所述储能电路的相对端连接的开关。
9.如权利要求8所述的无线电力接收机，其中，所述控制器被配置为：选择性地操作所述辅接收机电路开关在所述辅接收机电路储能电路中所感应的电力被递送到所述电力输出的打开模式下以及在所述开关在所述辅接收机电路储能电路中创建闭合谐振环路的闭合模式下，由此所述辅接收机电路起谐振器的作用。
10.如权利要求1所述的无线电力接收机，其中，所述主接收机电路和所述辅接收机电路中的至少一个包括可选电容器。
11.如权利要求1所述的无线电力接收机，其中，所述主接收机电路和所述辅接收机电路中的至少一个包括可选电感器。
12.如权利要求1所述的无线电力接收机，其中，所述主接收机电路包括具有多个整流开关的有源整流器，所述主接收机电路开关包括所述整流开关中的至少两个；
其中，所述控制器被配置为：选择性地操作所述整流开关中的至少两个，以在所述储能电路中创建闭合谐振环路。
13.一种无线电力接收机，能够适配为用于与近耦接无线电源和中程无线电源一起使用，包括：
第一接收机电路，具有储能电路，所述第一接收机电路具有其中所述储能电路耦接到电力输出以将电力提供给所述电力输出的近耦接配置以及其中所述储能电路与所述电力输出电断开/隔离并且形成闭合谐振环路的谐振器配置；以及
第二接收机电路，具有耦接到所述电力输出的电感器，所述第二接收机电路被配置为与所述闭合谐振环路感应地耦接以将电力从所述闭合谐振环路传送到所述电力输出。
14.如权利要求13所述的接收机，其中，所述第一接收机电路包括：跨所述储能电路的相对端连接的开关，所述开关选择性地可闭合以引起所述储能电路形成所述闭合谐振环路。
15.如权利要求14所述的接收机，还包括：控制器，被配置为选择性地操作所述开关。
16.如权利要求15所述的接收机，其中，所述开关包括一对场效应晶体管，所述一对场效应晶体管被串行地布置在基准的相对侧上。
17.如权利要求13所述的接收机，其中，所述第一接收机电路包括整流器。
18.如权利要求13所述的接收机，其中，所述第二接收机电路包括整流器。
19.如权利要求15所述的接收机，其中，所述第二接收机电路还包括：电容器，所述第二接收机电路电感器和所述第二接收机电路电容器形成储能电路，所述第二接收机电路具有其中所述第二接收机电路储能电路被耦接到电力输出的近耦接配置以及其中所述第二接收机电路储能电路与所述电力输出电断开/隔离并且形成闭合谐振环路的谐振器配置。
20.如权利要求19所述的接收机，其中，所述第二接收机电路包括：开关，跨所述第二接收机电路储能电路的相对端而连接。
21.如权利要求20所述的接收机，其中，所述控制器被配置为：选择性地操作所述第二接收机电路开关。
22.如权利要求13所述的接收机，其中，所述第一接收机电路包括：可选电容器。
23.如权利要求13所述的接收机，其中，所述第一接收机电路包括：可选电感器。
24.如权利要求15所述的接收机，其中，所述第一接收机电路包括具有多个整流开关的有源整流器，所述第一接收机电路开关包括所述整流开关中的至少两个；以及
其中，所述控制器被配置为：选择性地操作所述整流开关中的至少两个以在所述第一接收机电路储能电路中创建闭合谐振环路。
25.一种用于操作无线电力接收机的方法，包括以下步骤：
提供第一接收机电路，所述第一接收机电路能够被配置为在近耦接模式下操作为电源电路而在中程模式下操作为谐振器；
提供第二接收机电路，所述第二接收机电路能够在中程模式下操作为所述电源电路，当所述第一接收机电路被配置成操作为所述谐振器时，调谐所述第二接收机电路以有效地与所述第一接收机电路耦接；
确定无线电源是近耦接无线电源还是中程无线电源；
在确定所述无线电源是近耦接无线电源时，将所述第一接收机电路配置成在近耦接模式下操作为电源电路；以及
在确定所述无线电源是中程无线电源时，将所述第一接收机电路配置成在中程模式下操作为谐振器以与所述第二接收机电路感应地耦接以使得所述第二接收机电路操作为所述电源电路。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述提供第一接收机电路的步骤包括：为所述第一接收机电路提供储能电路以及被适配为选择性地将所述储能电路短路到闭合谐振环路的开关；以及
包括将第一接收机电路配置成操作为电源电路的步骤，该步骤包括打开所述开关。
27.如权利要求25所述的方法，其中，所述提供第一接收机电路的步骤包括：为所述第一接收机电路提供储能电路以及被适配为选择性地将所述储能电路短路到闭合谐振环路的开关；以及
包括将第一接收机电路配置成操作为谐振器的步骤，该步骤包括闭合所述开关。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述开关包括一对场效应晶体管。
29.如权利要求27所述的方法，其中，所述第一接收机电路包括可选电容器；以及
还包括步骤：选择性地将所述可选电容器切换到所述第一接收机电路。
30.如权利要求27所述的方法，其中，所述确定步骤包括：
从无线电源获得指示所述无线电源是近耦接无线电源还是中程无线电源的无线通信；以及
作为通信的功能，确定所述无线电源是近耦接无线电源还是中程无线电源。
31.如权利要求27所述的方法，其中，所述确定步骤包括：
测量所述第一接收机电路和所述第二接收机电路中的至少一个中的的电力的特性；以及
作为所测量的特性的功能，确定所述无线电源是近耦接无线电源还是中程无线电源。
32.如权利要求27所述的方法，其中，所述确定步骤包括：
测量所述第一接收机电路中的电力的特性；
测量所述第二接收机电路中的电力的特性；以及
作为所测量的特性的功能，确定所述无线电源是近耦接无线电源还是中程无线电源。
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