CN104242478A - 用于高效能量充电的无线电力发送设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于高效能量充电的无线电力发送设备。所述设备包括：谐振器，被构造为发送电力；供电单元，被构造为将电力提供给谐振器。所述设备还包括：第一开关单元，被构造为将谐振器连接到供电单元，和断开谐振器与供电单元的连接；控制器，被构造为基于流入谐振器的电流的量来控制第一开关单元。

Description

用于高效能量充电的无线电力发送设备
本申请要求于2013年6月7日在韩国知识产权局提交的第10-2013-0065307号韩国专利申请的权益，所述专利申请的全部公开为了所有目的通过引用合并于此。
技术领域
以下描述涉及一种用于高效能量充电的无线电力发送设备。
背景技术
已经开始对无线电力传输的研究，以克服由于包括移动装置的各种电子装置的增加而导致的诸如有线电源的增加的不便性和现有电池容量的限制的问题。具体地讲，已经对近场无线电力传输进行了集中研究。近场无线电力传输表示与操作频率的波长相比时用于发送线圈和接收线圈之间的距离足够短的情况的无线电力传输。在近场无线电力传输中，可使用谐振器隔离（RI）系统。使用谐振特性的RI系统可包括被构造为提供电力的源装置和被构造为接收提供的电力的目标装置。对更有效的无线电力传输的研究在继续。
发明内容
提供本发明内容以按简化形式引入对下面在具体实施方式中进一步描述的构思的选择。本发明内容不意图识别要求保护的主题的关键特征或必要特征，并且不意图用于帮助确定要求保护的主题的范围。
在一个总体方面，一种用于高效能量充电的无线电力发送设备，所述设备包括：谐振器，被构造为发送电力；供电单元，被构造为将电力提供给谐振器。所述设备还包括：第一开关单元，被构造为将谐振器连接到供电单元，和断开谐振器与供电单元的连接；控制器，被构造为基于流入谐振器的电流的量来控制第一开关单元。
控制器可包括：电流传感器，被构造为感测电流的量。
电流传感器可包括：第二开关单元，被构造为控制与流入谐振器的电流成镜像的电流的流动；比较器，被构造为将与所述镜像电流相应的电压和与预定电流的量相应的预定电压进行比较。控制器可被构造为基于比较的结果控制第一开关单元的接通和断开。
第一开关单元可包括晶体管，第二开关单元可包括比第一开关单元的晶体管小的镜像晶体管。
控制器可被构造为：响应于电流的量大于或等于预定电流的量，断开第一开关单元。
控制器被构造为：响应于电流的量小于或等于第一预定电流的量，接通第一开关单元；响应于电流的量大于或等于第二预定电流的量，断开第一开关单元。
供电单元可包括输入电阻器，控制器可包括被构造为感测基于施加到输入电阻器的电压的电流的量的电流传感器。
电流传感器可包括：比较器，被构造为将施加到输入电阻器的电压和与预定电流的量相应的预定电压进行比较。控制器可被构造为基于比较的结果控制第一开关单元的接通和断开。
第一开关单元可包括：晶体管，布置在供电单元和谐振器之间；二极管，与晶体管串联连接。
在另一总体方面，一种用于高效能量充电的无线电力发送设备，所述设备包括：谐振器，被构造为发送电力；供电单元，被构造为将电力提供给谐振器，并包括输入电阻器。所述设备还包括：开关单元，被构造为将谐振器连接到供电单元，和断开谐振器与供电单元的连接；电压控制器，被构造为控制施加到输入电阻器的电压。
电压控制器可包括：直流-直流（DC-DC）转换器。
所述设备还可包括：控制器，被构造为基于将流入谐振器的电流的量与预定电流的量进行比较的结果来控制开关单元。
控制器可被构造为：响应于电流的量大于或等于预定电流的量，断开开关单元。
在另一总体方面，一种用于高效能量充电的无线电力发送设备，所述设备包括：谐振器，被构造为发送电力；供电单元，被构造为将电力提供给谐振器。所述设备还包括：开关单元，被构造为将谐振器连接到供电单元，并断开谐振器与供电单元的连接；电流控制器，被构造为基于开关单元的操作来控制流入谐振器的电流。
电流控制器可包括：电感器，布置在供电单元和开关单元之间；二极管，与电感器并联连接。
电流控制器可被构造为：在开关单元断开时，控制当开关单元断开时流入谐振器的电流，以使该电流沿电感器和二极管之间的闭合回路自由流动；在开关单元接通时，将自由流动的电流提供给谐振器。
在另一总体方面，一种设备包括：谐振器，被构造为发送电力；电源，被构造为将电力提供给谐振器。所述设备还包括：开关单元，被构造为将谐振器连接到电源，和断开谐振器与电源的连接；电阻器，布置在电源和开关单元之间。所述设备还包括：控制器，被构造为基于施加到电阻器的电压来控制开关单元。
控制器可被构造为响应于所述电压大于或等于预定电压，断开开关单元以断开谐振器与电源的连接。
从以下详细描述、附图和权利要求，其他特征和方面将是显而易见的。
附图说明
图1是示出无线电力传输系统的等效电路的示例的电路图。
图2是示出无线电力传输系统的等效电路的另一示例的电路图。
图3示出根据无线电力发送设备中的开关的操作的充电效率的示例。
图4A至图4D是示出用于高效能量充电的无线电力发送设备的示例的示图。
图5A至图5B是示出用于高效能量充电的无线电力发送设备的其他示例的示图。
图6A至图6B是示出用于高效能量充电的无线电力发送设备的其他示例的示图。
图7是示出用于高效能量充电的无线电力发送设备的另一示例的框图。
贯穿附图和详细描述，除非另外描述或提供，否则相同的附图标号将被理解为表示相同的元件、特征和结构。附图可以不按比例缩放，并且为了清楚、说明和方便，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。
具体实施方式
提供以下详细描述以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在此描述的系统、设备和/或方法的各种改变、修改和等同形式将对本领域的普通技术人员是显而易见的。所描述的处理步骤和/或操作的进程是示例；然而，除了必需按特定顺序发生的步骤和/或操作之外，步骤和/或操作的顺序不限于在此阐述的顺序，并可进行如本领域中公知的改变。此外，为了更加清楚和简明，可省略对本领域的普通技术人员公知的功能和构造的描述。
在此描述的特征可以以不同形式实现，并且不应被解释为限于在此描述的示例。相反，提供在此描述的示例以使本公开将是彻底和完整的，并且在此描述的示例将把本公开的全部范围传达给本领域的普通技术人员。
无线电力传输系统可应用于需要无线电力的各种系统。无线电力传输系统可用在能够使用无线电力的系统中，例如，移动电话、无线电视（TV）和/或本领域的普通技术人员公知的其他系统。另外，无线电力传输系统可适用于生物医疗领域，并且可用于将电力远程地发送到插入人体中的装置，或者用于将电力无线地发送到用于进行心率测量的绷带形状的装置。
例如，无线电力传输系统还可应用于诸如使用相对小的功率量进行操作并且具有相对低功耗的低功耗传感器的装置。另外，无线电力传输系统可用于远程地控制没有电源的信息存储装置。无线电力传输系统可应用于如下系统，所述系统被构造为将电力提供给信息存储装置以远程地操作信息存储装置并且无线地请求存储在信息存储装置中的信息。
无线电力传输系统可接收从供电单元提供的能量，并可将能量存储在源谐振器中，以产生信号。无线电力传输系统可通过断开将供电单元电连接到源谐振器的开关来诱导源谐振器自谐振。当与自谐振源谐振器具有相同谐振频率的目标谐振器被布置在与源谐振器谐振的足够近的距离内时，可在源谐振器和目标谐振器之间发生相互谐振现象。在这里的示例中，源谐振器可表示从供电单元接收能量的谐振器，目标谐振器可表示由于相互谐振现象从源谐振器接收能量的谐振器。无线电力传输系统可被定义为谐振器隔离（RI）系统。
图1示出无线电力传输系统的等效电路的示例。图1示出与例如电容充电（CC）方案相应的RI系统的示例。参照图1，无线电力传输系统包括包含源装置和目标装置的源-目标结构。无线电力传输系统包括与源装置相应的无线电力发送设备和与目标装置相应的无线电力接收设备。
更详细地讲，无线电力发送设备包括电力输入单元110、电力发送单元120、开关单元130和电容器C1。电力输入单元110通过开关单元130和电容器C1与电力发送单元120在物理上分离。无线电力接收设备包括接收单元140、电力输出单元150、开关单元160和电容器C2。接收单元140通过开关单元160和电容器C2与电力输出单元150在物理上分离。
电力输入单元110使用产生输入电压VDC的供电单元将能量存储在电容器C1中。开关单元130将电容器C1连接到电力输入单元110，同时能量从供电单元发送并被存储在电容器C1中。为了释放存储的能量，开关单元130将电容器C1与电力输入单元110断开，并将电容器C1连接到电力发送单元120。开关单元130防止电容器C1同时连接到电力输入单元110和电力发送单元120。
电力发送单元120通过相互谐振将电磁能传送到接收单元140。更详细地讲，电力发送单元120通过电力发送单元120的发送线圈L1和接收单元140的接收线圈L2之间的相互谐振传送电磁能。发送线圈L1和接收线圈L2之间的相互谐振的水平受发送线圈L1和接收线圈L2之间的互感M影响。
电力输入单元110包括产生输入电压VDC的供电单元、内部电阻器Rin和电容器C1，电力发送单元120包括形成源谐振器的电阻器R1、发送线圈L1和电容器C1。另外，开关单元130包括至少一个开关。例如，开关可包括实现开/关功能的有源元件。在图1中，R1、L1和C1分别表示源谐振器的电阻、电感和电容。输入电压VDC中的施加到电容器C1的电压由Vin表示。
在图1中，接收单元140从电力发送单元120接收电磁能，并将接收的电磁能存储在电容器C2中。开关单元160将电容器C2连接到接收单元140，同时电磁能从电力发送单元120发送并被存储在电容器C2中。为了释放存储的能量，开关单元160将电容器C2与接收单元140断开，并将电容器C2连接到电力输出单元150。电力输出单元150将存储在电容器C2中的能量传送到负载，例如，电池。开关单元160防止电容器C2同时连接到接收单元140和电力输出单元150。
更详细地讲，接收单元140通过接收单元140的接收线圈L2和电力发送单元120的发送线圈L1之间的相互谐振接收电磁能。接收单元140利用接收的电磁能对连接到接收线圈L2的电容器C2充电。电力输出单元150将用于对电容器C2充电的能量传送到负载，例如，电池。作为另一示例，电力输出单元150可将能量传送到需要电力的目标装置（而不是传送到电池）。
接收单元140包括形成目标谐振器的电阻器R2、接收线圈L2和电容器C2，电力输出单元150包括电容器C2和电池。开关单元160包括至少一个开关。在图1中，R2、L2和C2分别表示目标谐振器的电阻、电感和电容。由接收线圈L2接收的电磁能中的施加到电容器C2的电压由Vout表示。
RI系统能够在电力输入单元110与电力发送单元120在物理上分离并且接收单元140与电力输出单元150在物理上分离的示例中实现电力的发送。RI系统可具有与使用阻抗匹配的传统电力传输系统相比的各种差异。RI系统不需要功率放大器，这是因为电力可从直流（DC）源（例如，产生输入电压VDC的供电单元）被直接提供给源谐振器。此外，RI系统不需要整流器的整流操作，这是因为从用于对无线电力接收设备的电容器C2充电的能量捕获能量。此外，传输效率对无线电力发送设备和无线电力接收设备之间的距离的改变不敏感，这是因为不需要执行阻抗匹配。另外，RI系统可容易地从包括单个发送设备和单个接收设备的无线电力传输系统扩展到包括多个发送设备和多个接收设备的无线电力传输系统。
图2示出无线电力传输系统的等效电路的另一示例。图2示出与例如电感充电（IC）方案相应的RI系统的另一示例。
参照图2，无线电力传输系统包括包含源装置和目标装置的源-目标结构。无线电力传输系统包括与源装置相应的无线电力发送设备和与目标装置相应的无线电力接收设备。
更详细地讲，无线电力发送设备包括电源充电单元210、控制单元220和发送单元230。电源充电单元210通过控制单元220与发送单元230在物理上分离。无线电力接收设备包括充电单元240、控制单元250和电力输出单元260。充电单元240通过控制单元250与电力输出单元260在物理上分离。
在此示例中，电源充电单元210包括供电单元Vin和内部电阻器Rin。发送单元230包括电容器C1和电感器L1。在图2中，电容器C1和电感器L1被称为源谐振器。在此示例中，源谐振器充当发送单元230。发送单元230通过源谐振器和目标谐振器之间的相互谐振M270将存储在源谐振器中的能量发送到目标谐振器。
控制单元220包括开关，并且接通（例如，关闭）开关以使电力能够从电源充电单元210被提供给发送单元230。更详细地讲，电压从供电单元Vin被施加到电容器C1，电流被施加到电感器L1。例如，当源谐振器由于从供电单元Vin施加的电压而达到稳定状态时，施加到电容器C1的电压可包括“0”值，流入电感器L1的电流可包括“Vin/Rin”值。在稳定状态下，源谐振器可使用施加到电感器L1的电流而被充电。
当用于在稳定状态下对源谐振器充电的电力达到预定值或最大值时，控制单元220断开（例如，打开）开关。控制单元220可设置关于预定值的信息。通过断开开关，控制单元220将电源充电单元210与发送单元230分离。当电源充电单元210与发送单元230分离时，源谐振器开始电容器C1和电感器L1之间的自谐振。存储在源谐振器中的能量通过源谐振器和目标谐振器之间的相互谐振M270被传送到目标谐振器。源谐振器的谐振频率f1可以与目标谐振器的谐振频率f2相同。另外，谐振频率f1的值和谐振频率f2的值可基于下面的等式来确定。
f 1 = 1 2 π L 1 C 1 , f 2 = 1 2 π L 2 C 2 - - - ( 1 )
在等式（1）中，L1表示电感器L1的电感，C1表示电容器C1的电容，L2表示目标谐振器的电感器L2的电感，C2表示目标谐振器的电容器C2的电容。
在此示例中，充电单元240包括电容器C2和电感器L2。在图2中，电容器C2和电感器L2被称为目标谐振器。在此示例中，目标谐振器充当充电单元240。充电单元240通过源谐振器和目标谐振器之间的相互谐振M270经由目标谐振器接收存储在源谐振器中的能量。电力输出单元260包括负载和电容器CL。
控制单元250包括开关，并且断开（例如，打开）开关。通过断开开关，控制单元250将充电单元240与电力输出单元260分离。在源谐振器和目标谐振器之间的相互谐振M270期间，源谐振器通过包括被打开的开关的控制单元220与供电单元Vin分离，目标谐振器通过包括被打开的开关的控制单元250与负载和电容器CL分离。存储在源谐振器中的能量通过相互谐振M270被传送到目标谐振器。更详细地讲，存储在源谐振器中的能量通过相互谐振M270对充电单元240的电容器C2和电感器L2充电。源谐振器的谐振频率f1可以与目标谐振器的谐振频率f2相同。
当用于对目标谐振器充电的能量达到预定值或最大值时，控制单元250接通（例如，关闭）开关。控制单元250可设置关于预定值的信息。通过接通开关，控制单元250将电容器CL连接到充电单元240，并且改变目标谐振器的谐振频率。改变的目标谐振器的谐振频率f'2的值可基于下面的等式来确定。
f 2 ′ = 1 2 π L 2 ( C 2 + C L ) - - - ( 2 )
在等式（2）中，CL表示电容器CL的电容。
因此，源谐振器和目标谐振器之间的相互谐振M270终止。例如，当改变的谐振频率f'2基于目标谐振器的Q因子比谐振频率f2小得多时，消除相互谐振M270。另外，充电单元240将用于对电容器C2和电感器L2充电的电力传送到电力输出单元260，电力输出单元260将电力传送到负载。例如，电力输出单元260可使用适合于负载的方案将电力传送到负载。例如，电力输出单元260可将电压调节到负载需要的额定电压，并可基于调节的电压将电力传送到负载。
当用于对目标谐振器充电的能量小于预定值时，控制单元250断开开关。充电单元240可通过使用源谐振器和目标谐振器之间的相互谐振M270的能量对目标谐振器再充电。
在源谐振器和目标谐振器之间的相互谐振M270期间，控制单元250的开关未在充电单元240和电力输出单元260之间接通。因此，可防止传输效率因开关的接通而降低。
与传送在图1的电容器中存储的能量的方案相比，可更容易地执行控制捕获在图2的目标谐振器中存储的能量的时间点的方案。在传送在电容器中存储的能量的方案中，仅捕获电容器中的能量。然而，在改变目标谐振器的谐振频率并捕获在目标谐振器中存储的能量的方案中，捕获在目标谐振器的电感器和电容器中存储的能量。因此，可提高用于捕获能量的时间点的自由度。
为了发送电力或数据，RI系统中的发送设备可利用能量对源谐振器重复地充电，并通过开关的接通释放能量。在这里的各个示例中，能量的单次充电和放电可被称为单个符号。为了从发送设备接收能量或数据，RI系统中的接收设备可基于重复地执行充电和放电的发送设备的开关的操作时间段来操作接收设备的开关。
为了在没有错误的情况下从发送设备接收电力或数据，接收设备可能需要知道发送设备的开关何时断开，发送设备的开关何时接通，相互谐振何时开始，以及在目标谐振器中存储的能量何时包括峰值。获取关于发送设备的开关的接通/断开时间的信息并将接收设备的开关的接通/断开时间与获取的信息匹配的方法可被称为时间同步。
为了传送信息，RI系统可使用源谐振器和目标谐振器之间的相互谐振。例如，发送设备可通过在预定时间间隔内将能量从电源提供给源谐振器以及不提供给源谐振器的操作，来在预定时间间隔内在发生相互谐振的状态和未发生相互谐振的状态之间切换。在此示例中，发送设备可通过切换源谐振器和电源之间的连接来切换相互谐振。发送设备可将信息分配给每个状态。例如，发送设备可将比特“1”分配给发生相互谐振的状态，并将比特“0”分配给未发生相互谐振的状态。预定时间间隔可被定义为例如单个符号持续时间。
接收设备可在预定时间间隔内通过将目标谐振器的谐振频率调谐到源谐振器的谐振频率并将目标谐振器的谐振频率从源谐振器的谐振频率解谐（detuning）的操作，来在发生相互谐振的状态和未发生相互谐振的状态之间切换。在此示例中，接收设备可将信息分配给每个状态。例如，接收设备可将比特“1”分配给发生相互谐振的状态，并将比特“0”分配给未发生相互谐振的状态。
在以符号为单位传送信息的方案中，首先符号可能需要被同步。为了同步符号，接收设备或发送设备可执行同步匹配。当执行了同步匹配时，数据可通过预先设置的协议在发送设备和接收设备之间双向发送。
图3示出根据无线电力发送设备中的开关SW1的操作的充电效率的示例。将基于与IC方案相应的RI系统来描述图3中提供的一系列曲线图。
参照图3，曲线图310示出根据无线电力发送设备中的开关SW1的接通和断开的能量充电时间间隔。无线电力发送设备可通过重复地执行充电和放电将能量发送到无线电力接收设备。能量的单次充电和放电对应于单个符号持续时间。当无线电力发送设备的开关接通时，可利用能量对源谐振器充电。当无线电力发送设备的开关断开时，可释放源谐振器中的能量。
曲线图320示出在曲线图310的能量充电时间间隔期间随着时间的电流量和电压量。当充电开始时，在无线电力发送设备的源谐振器处的电压急剧减小。当源谐振器达到稳定状态时，施加到源谐振器的电容器的电压可具有“0”值。当充电开始时，在无线电力发送设备的源谐振器处的电流急剧增大。当源谐振器达到稳定状态时，流入源谐振器的电感器的电流可达到预定值，例如，IL=Vin/Rin。在稳定状态下，可通过施加到电感器的电流利用LIL 2/2的能量对源谐振器充电。在此示例中，L表示源谐振器的电感器的电感。
曲线图330示出在曲线图310的能量充电时间间隔期间随着时间的根据输入电阻器Rin的函数的能量充电效率。当能量充电开始时，根据输入电阻器Rin的函数的能量充电效率增大。当源谐振器随着时间达到稳定状态时，用于对源谐振器充电的能量的量可不增加。在稳定状态下，电流可持续地流过输入电阻器Rin，因此，可发生电力损失。根据输入电阻器Rin的函数的能量充电效率达到峰值，然后逐渐地减小。
参照曲线图310至330，可通过减小输入电阻器Rin的函数、通过减小能量充电时间间隔的长度、或者通过精确地控制无线电力发送设备的开关来增加能量充电效率。
图4A至图4D示出用于高效能量充电的无线电力发送设备的示例。图4A至图4D示出使用电流感测的无线电力发送设备的示例。
参照图4A，无线电力发送设备的示例包括供电单元410、第一开关单元420、源谐振器430和控制器440。控制器440包括电流传感器441。
供电单元410将电力提供给源谐振器430。供电单元410可包括DC电压源或DC电流源。当供电单元410通过第一开关单元420连接到源谐振器430时，供电单元410将电力提供给源谐振器430。供电单元410可包括输入电源和输入电阻器。
第一开关单元420将供电单元410连接到源谐振器430。第一开关单元420在控制器440的控制下接通或断开。当第一开关单元420接通时，供电单元410连接到源谐振器430。当第一开关单元420断开时，供电单元410与源谐振器430断开连接。
源谐振器430通过与无线电力接收设备的目标谐振器的相互谐振将电力发送到无线电力接收设备。
第一开关单元420可包括布置在供电单元410和源谐振器430之间的晶体管以及与晶体管串联连接的二极管。二极管可被布置在晶体管的前端或后端。晶体管可包括互补金属氧化物半导体（CMOS）、N沟道金属氧化物半导体（NMOS）或P沟道金属氧化物半导体（PMOS）。
第一开关单元420的晶体管可基于将从控制器440接收的控制信号的值与参考值进行比较的结果，将供电单元410连接到源谐振器430，并断开供电单元410与源谐振器430的连接。依据晶体管的类型，当控制信号的值小于参考值时，或者当控制信号的值大于或等于参考值时，第一开关单元420可将供电单元410连接到源谐振器430。另外，依据晶体管的类型，当控制信号的值大于或等于参考值时，或者当控制信号的值小于参考值时，第一开关单元420可断开供电单元410与源谐振器430的连接。
当第一开关单元420接通时，晶体管和二极管中可通过供电单元410的DC信号。当第一开关单元420断开时，晶体管和二极管可阻止交流（AC）信号流入源谐振器430。
控制器440基于流入源谐振器430的电流的量来控制第一开关单元420。控制器440包括被构造为感测流入源谐振器430的电流的量的电流传感器441。
当输入电阻器被设置为具有相对低的电阻时，将被输入电阻器消耗的功率的量可减小，并且能量充电效率可增大。当输入电阻器具有低于阈值的电阻时，比可流入源谐振器430的阈值电流大的电流可被施加到源谐振器430。因此，源谐振器430可能不执行正常操作。对于能量充电效率，无线电力发送设备可将输入电阻器设置为具有低于阈值的电阻，从而使相对大量的电流能够流入源谐振器430。在此示例中，电流传感器441感测流入源谐振器430的电流的量，并且当流入源谐振器430的电流的量大于或等于源谐振器430的预定目标电流的量时，控制器440断开第一开关单元420。由于小于预定目标电流的量的电流可流入源谐振器430，因此无线电力发送设备可在正常地操作源谐振器430时增大能量充电效率。
电流传感器441可使用施加到输入电阻器的电压来感测流入源谐振器430的电流的量。另外，电流传感器441可使用与流入第一开关单元420的电流成镜像的电流来感测流入源谐振器430的电流的量。将参照图4B至图4D提供进一步的描述。
控制器440产生控制信号，并控制控制信号的周期和幅度。控制器440可将控制信号的幅度控制为在由晶体管执行的连接或断开连接中使用的大小。例如，当第一开关单元420的晶体管是金属氧化物半导体（MOS）类型时，控制器440可调节将施加到MOS的栅极的电压的幅度，从而调节将从供电单元410传送到源谐振器430的功率的量。
控制器440基于由电流传感器441感测到的流入源谐振器430中的电流的量来控制第一开关单元420的操作。控制器440可将接通信号发送到第一开关单元420以接通第一开关单元420。在此示例中，控制器440可接收外部数字信号，并响应于该数字信号的接收而将接通信号发送到第一开关单元420。
当感测到的电流的量大于或等于预定目标电流的量时，控制器440断开第一开关单元420。例如，如果第一开关单元420的晶体管是PMOS，并且由电流传感器441感测到的电流的量大于或等于预定目标电流的量，则控制器440可将比施加到PMOS的源极的电压和PMOS的阈值电压之差大的控制信号施加到第一开关单元420的晶体管。因此，第一开关单元420可断开供电单元410与源谐振器430的连接。
当感测到的电流的量小于或等于第一预定阈值电流的量时，控制器440可接通第一开关单元420。当感测到的电流的量大于或等于第二预定阈值电流的量时，控制器440可断开第一开关单元420。在此示例中，第二预定阈值电流的量可以与预定目标电流的量相同。例如，如果第一预定阈值电流的量被设置为0.1安培（A），并且第二预定阈值电流的量被设置为1A，则当感测到的电流的量是0.01A时，控制器440可接通第一开关单元420。当感测到的电流的量是1A时，控制器440可断开第一开关单元420。
图4B和图4C示出图4A的无线电力发送设备的其他示例。在图4B和图4C的无线电力发送设备的其他示例中，电流传感器可使用施加到输入电阻器的电压来感测流入源谐振器的电流的量。
参照图4B，无线电力发送设备的其他示例包括供电单元451、第一开关单元453、源谐振器454和控制器460。供电单元451包括输入电阻器452。在此示例中，输入电阻器452可具有足够使比预定目标电流的量大的电流的量流过的充分低的电阻。
第一开关单元453包括布置在供电单元451和源谐振器454之间的晶体管SW1以及与晶体管串联连接的二极管D。二极管可被布置在晶体管的前端或后端。晶体管可包括互补金属氧化物半导体（CMOS）、N沟道金属氧化物半导体（NMOS）或P沟道金属氧化物半导体（PMOS）。
控制器460包括电流传感器461。控制器460连接到第一开关单元453的晶体管和输入电阻器452的两端。因此，电流传感器461使用施加到输入电阻器452的电压来感测施加到源谐振器454的电流的量，控制器460基于感测到的电流的量来控制第一开关单元453的接通和断开。
图4C示出图4B的无线电力发送设备中的控制器460的详细示例。参照图4C，控制器460包括比较器481和栅极驱动器482。比较器481可对应于图4B的电流传感器461。比较器481连接到输入电阻器（例如，图4B的输入电阻器452）的两端。因此，比较器481识别施加到输入电阻器的电压。比较器481将施加到输入电阻器的电压与预定参考电压Vref进行比较。预定参考电压可对应于预定目标电流的量。控制器460通过栅极驱动器482基于由比较器481执行的比较的结果来控制第一开关单元（例如，图4B的第一开关单元453）的接通和断开。
例如，如果第一开关单元的晶体管（例如，图4B的晶体管SW1）是PMOS，并且控制器460接收到外部数字信号，则控制器460可通过栅极驱动器482将小于或等于施加到PMOS的源极的电压和PMOS的阈值电压之差的控制信号施加到第一开关单元的晶体管。因此，第一开关单元可接通。
作为由比较器481执行的比较的结果，当施加到输入电阻器的电压大于或等于预定参考电压时，控制器460可通过栅极驱动器482将比施加到PMOS的源极的电压和PMOS的阈值电压之差大的控制信号施加到第一开关单元的晶体管。因此，第一开关单元可断开。
图4D示出图4A的控制器440的详细示例。参照图4D，控制器440包括第二开关单元491、放大器和晶体管492、可变电阻器493（R）、比较器494和栅极驱动器495。第二开关单元491、放大器和晶体管492、可变电阻器493和比较器494可对应于图4A的电流传感器441。
第二开关单元491包括晶体管SW2。第二开关单元491的晶体管可以比第一开关单元的晶体管SW1（例如，图4A的第一开关单元420的晶体管）小。另外，第二开关单元491的晶体管的栅极-源极电压Vgs和漏极-源极电压Vds等于第一开关单元的晶体管的栅极-源极电压Vgs和漏极-源极电压Vds。因此，流入第二开关单元491的电流是与流入第一开关单元的电流成镜像的电流，并且流入第二开关单元491的电流的量可以比流入第一开关单元的电流的量大1/N因子。例如，第二开关单元491的晶体管可以是第一开关单元的晶体管的微型镜像晶体管。
第二开关单元491控制与流入源谐振器（例如，图4A的源谐振器430）的电流成镜像的电流的流动。流过第二开关单元491的镜像电流流入放大器和晶体管492，放大器和晶体管492将与镜像电流相应的电压施加到可变电阻器493。比较器494将与镜像电流相应的电压和预定参考电压Vref进行比较。预定参考电压可对应于预定目标电流的量。控制器440通过栅极驱动器495基于由比较器494执行的比较的结果来控制第一开关单元的接通和断开。
如果第一开关单元的晶体管是PMOS，并且控制器440接收到外部数字信号，则控制器440可通过栅极驱动器495将小于或等于施加到PMOS的源极的电压和PMOS的阈值电压之差的控制信号施加到第一开关单元的晶体管。因此，第一开关单元可接通。
作为由比较器494执行的比较的结果，当施加到输入电阻器的电压大于或等于预定参考电压时，控制器440可通过栅极驱动器495将比施加到PMOS的源极的电压和PMOS的阈值电压之差大的控制信号施加到第一开关单元的晶体管。因此，第一开关单元可断开。
控制器440还通过栅极驱动器495基于由比较器494执行的比较的结果来控制第二开关单元491的接通和断开。
图5A至图5B示出用于高效能量充电的无线电力发送设备的其他示例。参照图5A，无线电力发送设备的示例包括供电单元510、电压控制器520、开关单元530和源谐振器540。虽然图5A中未示出，但是无线电力发送设备还可包括控制器。
供电单元510将电力提供给源谐振器540。供电单元510可包括DC电压源或DC电流源。当供电单元510通过开关单元530连接到源谐振器540时，供电单元510提供电力。供电单元510可包括输入电源和输入电阻器。
源谐振器540通过与无线电力接收设备的目标谐振器的相互谐振将电力发送到无线电力接收设备。
开关单元530将供电单元510连接到源谐振器540，并断开供电单元510与源谐振器540的连接。开关单元530可包括布置在供电单元510和源谐振器540之间的晶体管以及与晶体管串联连接的二极管。
控制器可将流入源谐振器540的电流的量与预定目标电流的量进行比较，并基于比较的结果控制开关单元530。
可通过输入电源将电压施加到包括在供电单元510中的输入电阻器，并且流入源谐振器540的电流可流过输入电阻器。因此，功率可被输入电阻器消耗，从而能量充电效率可能减小。
电压控制器520控制施加到输入电阻器的电压。详细地讲，电压控制器520被布置在输入电源的后面。另外，电压控制器520可包括DC-DC转换器。电压控制器520可基于由输入电源提供的电流或电压来调节施加到输入电阻器的电压。因此，被输入电阻器消耗的功率的量可减小，从而能量充电效率可增大。
图5B示出图5A的无线电力发送设备的详细示例。参照图5B，无线电力发送设备的详细示例包括输入电源561、DC-DC转换器562、输入电阻器563、开关单元564、源谐振器565和控制器566。
输入电源561通过输入电阻器563将电力提供给源谐振器565。当流入源谐振器565的电流流过输入电阻器563时，功率可被输入电阻器563消耗。
DC-DC转换器562调节输入电源561的电压。另外，DC-DC转换器562可对应于图5A的电压控制器520。
DC-DC转换器562被布置在输入电源561的后面。虽然在图5B中DC-DC转换器562被布置在输入电源561和输入电阻器563之间，但是DC-DC转换器562可被布置在输入电阻器563的后面，或者与输入电阻器563并联布置。
DC-DC转换器562调节施加到输入电阻器563的电压，从而调节流入源谐振器565的电流的量。因此，由DC-DC转换器562调节的电流的量流入源谐振器565。
另外，DC-DC转换器562调节将被输入电阻器563消耗的功率的量。因此，DC-DC转换器562将用于增大能量充电效率的电压施加到输入电阻器563。例如，DC-DC转换器562可针对流过输入电阻器563的目标电流调节施加到输入电阻器563的电压。因此，目标电流可在相对短的时间内流入源谐振器565，由此能量充电效率可增大。作为另一示例，DC-DC转换器562可将低于输入电源561提供的电压的电压施加到输入电阻器563以减小将被输入电阻器563消耗的功率的量，由此能量充电效率可增大。
控制器566基于将流入源谐振器565的电流的量和预定目标电流的量进行比较的结果来控制开关单元564。例如，当流入源谐振器565的电流的量大于或等于预定目标电流的量时，控制器566可断开开关单元564。另外，当控制器566接收到外部数字信号时，控制器566可将接通信号发送到开关单元564以接通开关单元564。
图6A至图6B示出用于高效能量充电的无线电力发送设备的其他示例。参照图6A，无线电力发送设备的示例包括供电单元610、电流控制器620、开关单元630和源谐振器640。虽然图6A中未示出，但是无线电力发送设备还可包括控制器。
供电单元610将电力提供给源谐振器640。供电单元610可包括DC电压源或DC电流源。当供电单元610通过开关单元630连接到源谐振器640时，供电单元610提供电力。供电单元610可包括输入电源和输入电阻器。
源谐振器640通过与无线电力接收设备的目标谐振器的相互谐振将电力发送到无线电力接收设备。
开关单元630将供电单元610连接到源谐振器640，并断开供电单元610与源谐振器640的连接。开关单元630可包括布置在供电单元610和源谐振器640之间的晶体管以及与晶体管串联连接的二极管。
控制器可将流入源谐振器640的电流的量与预定目标电流的量进行比较，并基于比较的结果控制开关单元630。
开关单元630在控制器的控制下保持供电单元610和源谐振器640之间的连接，直到流入源谐振器640的电流的量与预定目标电流的量相同为止。因此，电流可流过输入电阻器，直到流入源谐振器640的电流的量与预定目标电流的量相同为止，从而功率可被输入电阻器消耗。通过减小在流入源谐振器640的电流达到预定目标电流之前使用的时间量，可减小在开关单元630接通时将被输入电阻器消耗的功率的量。
电流控制器620基于开关单元630的接通和断开来控制流入源谐振器640的电流的量。详细地讲，电流控制器620可包括布置在供电单元610和开关单元630之间的电感器以及与电感器并联连接的二极管。在开关单元630断开时，电流控制器620可在开关单元630断开的时间点控制流入源谐振器640的电流以沿电感器和二极管之间的闭合回路自由流动（freewheel）。另外，电流控制器620可在开关单元630接通时将自由流动的电流提供给源谐振器640。因此，当开关单元630接通时，可利用流入电流控制器620的电感器中的自由流动的电流更快速地对源谐振器640的电感器充电，并且充电时间可减少，由此将被供电单元610的输入电阻器消耗的功率的量可减小。
图6B示出图6A的无线电力发送设备的详细示例。参照图6B，无线电力发送设备的详细示例包括供电单元661、电流控制器650、开关单元662、源谐振器663和控制器664。
供电单元661通过开关单元662将电力提供给源谐振器663。
控制器664基于将流入源谐振器663的电流的量与预定目标电流的量进行比较的结果来控制开关单元662。例如，当流入源谐振器663的电流的量大于或等于预定目标电流的量时，控制器664断开开关单元662。另外，当控制器664接收到外部数字信号时，控制器664可将接通信号发送到开关单元662以接通开关单元662。
电流控制器650包括布置在供电单元661和开关单元662之间的电感器651Lin以及与电感器651并联连接的二极管652Din。当供电单元661将电力提供给源谐振器663使得流入源谐振器663的电流的量与预定目标电流的量相同时，控制器664控制开关单元662断开。在开关单元662断开的时间，与预定目标电流的量相同的电流的量流入电流控制器650的电感器651。在此示例中，流入电感器651的电流流入与电感器651并联连接的二极管652，并且沿电感器651和二极管652之间的闭合回路自由流动。当开关单元662接通时，电流控制器650将流入电感器651的自由流动的电流提供给源谐振器663。因此，源谐振器663可被快速充电，并且开关单元662可被快速断开。如此，可减小功耗，从而可增大能量充电效率。
图7示出用于高效能量充电的无线电力发送设备的另一示例。参照图4A至图4D描述的无线电力发送设备（下文中，第一无线电力发送设备）、参照图5A和图5B描述的无线电力发送设备（下文中，第二无线电力发送设备）和参照图6A至图6D描述的无线电力发送设备（下文中，第三无线电力发送设备）可被单独配置，或者以它们的组合被配置。例如，第一无线电力发送设备可与第二无线电力发送设备组合，第二无线电力发送设备可与第三无线电力发送设备组合。另外，第一无线电力发送设备可与第三无线电力发送设备组合，第一无线电力发送设备、第二无线电力发送设备和第三无线电力发送设备可被组合为在此描述的单个无线电力发送设备。
参照图7，无线电力发送设备包括供电单元710、电压控制器720、电流控制器730、开关单元740、源谐振器750和控制器760。供电单元710将电力提供给源谐振器750。供电单元710可包括输入电阻器。
电压控制器720控制施加到输入电阻器的电压。
电流控制器730基于开关单元740的操作控制流入源谐振器750的电流。
开关单元740将供电单元710连接到源谐振器750，并且断开供电单元710与源谐振器750的连接。
源谐振器750通过与无线电力接收设备的目标谐振器的谐振将电力发送到无线电力接收设备。
控制器760基于流入源谐振器750的电流的量来控制开关单元740。参照图1至图6B提供的描述可应用于图7的无线电力发送设备，因此，为了简明，这里将省略重复的描述。
以上描述的各种设备、单元、元件和方法可使用一个或更多个硬件组件、一个或更多个软件组件或者一个或更多个硬件组件和一个或更多个软件组件的组合来实现。
硬件组件可以是例如物理地执行一个或更多个操作的物理装置，但是不限于此。硬件组件的示例包括麦克风、放大器、低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、模数转换器、数模转换器和处理装置。
软件组件可例如通过由执行一个或更多个操作的软件或指令控制的处理装置来实现，但是不限于此。计算机、控制器或其他控制装置可使处理装置运行软件或执行指令。一个软件组件可通过一个处理装置实现，或者两个或更多个软件组件可通过一个处理装置实现，或者一个软件组件可通过两个或更多个处理装置实现，或者两个或更多个软件组件可通过两个或更多个处理装置实现。
例如，处理装置可使用一个或更多个通用或专用计算机来实现，诸如处理器、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微计算机、场可编程阵列、可编程逻辑单元、微处理器或能够运行软件或执行指令的任何其他装置。处理装置可运行操作系统（OS），并可运行在OS下操作的一个或更多个软件应用。处理装置可在运行软件或执行指令时访问、存储、操纵、处理和创建数据。为简单起见，可在描述中使用单数术语“处理装置”，但是本领域的普通技术人员将认识到，处理装置可包括多个处理元件和多种类型的处理元件。例如，处理装置可包括一个或更多个处理器或者一个或更多个处理器和一个或更多个控制器。另外，不同的处理配置是可行的，诸如并行处理器或多核处理器。
被配置为实现用于执行操作A的软件组件的处理装置可包括被编程为运行软件或执行指令以控制用于执行操作A的处理器的处理器。另外，被配置为实现用于执行操作A、操作B和操作C的软件组件的处理装置可具有各种配置，诸如被配置为实现用于执行操作A、B和C的软件组件的处理器；被配置为实现用于执行操作A的软件组件的第一处理器以及被配置为实现用于执行操作B和C的软件组件的第二处理器；被配置为实现用于执行操作A和B的软件组件的第一处理器以及被配置为实现用于执行操作C的软件组件的第二处理器；被配置为实现用于执行操作A的软件组件的第一处理器、被配置为实现用于执行操作B的软件组件的第二处理器以及被配置为实现用于执行操作C的软件组件的第三处理器；被配置为实现用于执行操作A、B和C的软件组件的第一处理器以及被配置为实现用于执行操作A、B和C的软件组件的第二处理器，或者均执行操作A、B和C中的一个或更多个的一个或更多个处理器的任何其他配置。虽然这些示例表示三个操作A、B、C，但是可执行的操作的数量不限于三个，而可以是实现期望结果或执行期望任务所需的任何数量的操作。
用于控制处理装置实现软件组件的软件或指令可包括用于独立地或共同地指示或配置处理装置以执行一个或更多个期望操作的计算机程序、代码段、指令或者其某个组合。软件或指令可包括可由处理装置直接执行的机器代码（诸如由编译器产生的机器代码）和/或可由处理装置使用解释器执行的高级代码。软件或指令以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构可被永久地或暂时地实现在任何类型的机器、组件、物理或虚拟设备、计算机存储介质或装置中，或者能够将指令或数据提供给处理装置或提供由处理装置解释的指令或数据的传播信号波中。软件或指令以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构还可分布于联网的计算机系统中，从而以分布式方式存储和执行软件或指令以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构。
例如，软件或指令以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构可被记录、存储或固定在一个或更多个非暂时性计算机可读存储介质中。非暂时性计算机可读存储介质可以是能够存储软件或指令以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构使得它们可被计算机系统或处理装置读取的任何数据存储装置。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、闪存、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R LTH、BD-RE、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘或者对本领域的普通技术人员公知的任何其他非暂时性计算机可读存储介质。
用于实现在此公开的示例的功能程序、代码和代码段可由示例所属领域的编程技术人员基于附图和在此提供的附图的相应描述容易地解释。
仅作为非穷尽说明，在此描述的装置可表示移动装置，诸如蜂窝电话、智能电话、可穿戴智能装置（诸如戒指、手表、眼镜、手镯、脚镯、腰带、项链、耳环、头带、头盔、嵌入在衣服中的装置等）、个人计算机（PC）、平板个人计算机（平板）、平板电话、个人数字助理（PDA）、数字相机、便携式游戏机、MP3播放器、便携式/个人多媒体播放器（PMP）、手持电子书、超移动个人计算机（UMPC）、便携式膝上型PC、全球定位系统（GPS）导航以及诸如高清晰度电视（HDTV）、光盘播放器、DVD播放器、蓝光盘播放器、机顶盒的装置或者能够进行与在此公开的通信一致的无线通信或网络通信的任何其他装置。在非穷尽示例中，可穿戴装置可被自安装在用户的身体上，诸如眼镜或手镯。在另一非穷尽示例中，可穿戴装置可通过附着装置被安装在用户的身体上，诸如使用臂带将智能电话或平板附着于用户的手臂，或者使用系索将可穿戴装置悬挂于用户的颈部周围。
尽管本公开包括特定示例，但是将对本领域的普通技术人员显而易见的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中进行形式和细节上的各种改变。在此描述的示例应仅被视为描述性意义，而非限制的目的。对每个示例中的特征或方面的描述应被视为可应用于其他示例中的相似特征或方面。如果所描述的技术按不同顺序执行并且/或者如果所描述的系统、架构、装置或电路中的组件以不同方式组合和/或被其他组件或其等同物替代或补充，则可实现适当的结果。因此，本公开的范围不是由具体实施方式限定的，而是由权利要求及其等同物限定的，并且在权利要求及其等同物的范围内的所有变化应被解释为包括在本公开中。

Claims (20)

1.一种用于高效能量充电的无线电力发送设备，所述设备包括：
谐振器，被构造为发送电力；
供电单元，被构造为将电力提供给谐振器；
第一开关单元，被构造为将谐振器连接到供电单元，和断开谐振器与供电单元的连接；
控制器，被构造为基于流入谐振器的电流的量来控制第一开关单元。
2.如权利要求1所述的设备，其中，控制器包括：
电流传感器，被构造为感测电流的量。
3.如权利要求2所述的设备，其中：
电流传感器包括：
第二开关单元，被构造为控制与流入谐振器的电流成镜像的电流的流动，
比较器，被构造为将与所述镜像电流相应的电压和与预定电流的量相应的预定电压进行比较；
控制器被构造为基于比较的结果控制第一开关单元的接通和断开。
4.如权利要求3所述的设备，其中：
第一开关单元包括晶体管；
第二开关单元包括比第一开关单元的晶体管小的镜像晶体管。
5.如权利要求1所述的设备，其中，控制器被构造为：
响应于所述电流的量大于或等于预定电流的量，断开第一开关单元。
6.如权利要求1所述的设备，其中，控制器被构造为：
响应于所述电流的量小于或等于第一预定电流的量，接通第一开关单元；
响应于所述电流的量大于或等于第二预定电流的量，断开第一开关单元。
7.如权利要求1所述的设备，其中：
供电单元包括输入电阻器；
控制器包括被构造为感测基于施加到输入电阻器的电压的电流的量的电流传感器。
8.如权利要求7所述的设备，其中：
电流传感器包括：比较器，被构造为将施加到输入电阻器的电压和与预定电流的量相应的预定电压进行比较；
控制器被构造为基于比较的结果控制第一开关单元的接通和断开。
9.如权利要求1所述的设备，其中，第一开关单元包括：
晶体管，布置在供电单元和谐振器之间；
二极管，与晶体管串联连接。
10.一种用于高效能量充电的无线电力发送设备，所述设备包括：
谐振器，被构造为发送电力；
供电单元，被构造为将电力提供给谐振器，并包括输入电阻器；
开关单元，被构造为将谐振器连接到供电单元，和断开谐振器与供电单元的连接；
电压控制器，被构造为控制施加到输入电阻器的电压。
11.如权利要求10所述的设备，其中，电压控制器包括：
直流-直流（DC-DC）转换器。
12.如权利要求10所述的设备，还包括：
控制器，被构造为基于将流入谐振器的电流的量与预定电流的量进行比较的结果来控制开关单元。
13.如权利要求12所述的设备，其中，控制器被构造为：
响应于电流的量大于或等于预定电流的量，断开开关单元。
14.一种用于高效能量充电的无线电力发送设备，所述设备包括：
谐振器，被构造为发送电力；
供电单元，被构造为将电力提供给谐振器；
开关单元，被构造为将谐振器连接到供电单元，并断开谐振器与供电单元的连接；
电流控制器，被构造为基于开关单元的操作来控制流入谐振器的电流。
15.如权利要求14所述的设备，其中，电流控制器包括：
电感器，布置在供电单元和开关单元之间；
二极管，与电感器并联连接。
16.如权利要求15所述的设备，其中，电流控制器被构造为：
在开关单元断开时，控制当开关单元断开时流入谐振器的电流，以使该电流沿电感器和二极管之间的闭合回路自由流动；
在开关单元接通时，将自由流动的电流提供给谐振器。
17.如权利要求14所述的设备，还包括：
控制器，被构造为基于将流入谐振器的电流的量与预定电流的量进行比较的结果来控制开关单元。
18.如权利要求17所述的设备，其中，控制器被构造为：
响应于电流的量大于或等于预定电流的量，断开开关单元。
19.一种设备，包括：
谐振器，被构造为发送电力；
电源，被构造为将电力提供给谐振器；
开关单元，被构造为将谐振器连接到电源，和断开谐振器与电源的连接；
电阻器，布置在电源和开关单元之间；
控制器，被构造为基于施加到电阻器的电压来控制开关单元。
20.如权利要求19所述的设备，其中，控制器被构造为响应于所述电压大于或等于预定电压，断开开关单元以断开谐振器与电源的连接。
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