CN104471833B - 用于控制功率传输的方法和功率传输器 - Google Patents
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Abstract
提供了用于控制功率传输的方法和装置。从至少一个功率接收器接收在所述至少一个功率接收器处可接收的最小电压和和最大电压、用于分割在最小电压和最大电压之间的范围的参考电压、以及所述至少一个功率接收器期望的所要求的电压。从所述至少一个功率接收器接收关于功率接收条件的报告。所述报告包括在从功率传输器的功率传输期间，在所述至少一个功率接收器处测量的电压。确定所测量的电压是否在所述最小电压与所述参考电压之间。当所测量的电压不是在所述最小电压和所述参考电压之间时，调整和提供功率。
Description
技术领域
本发明大体上涉及一种无线功率传输系统，并且更具体地，涉及一种用于控制功率传输传输器的功率的方法。
背景技术
最近已经开发出无线充电技术或非接触式充电技术，并且将其应用到许多不同的电子设备。利用无线功率传输和接收的无线充电技术使得，例如，蜂窝电话机的电池能够通过将蜂窝电话机放置在充电垫上来自动充电。无线充电技术不需要单独的充电连接器。无线充电技术对电子产品进行无线充电，并且无需有线充电器，从而有利于电子产品的防水和便携性。
在基于谐振方法的充电中，当需要充电的功率接收器位于用于传输无线功率的功率传输器中时，功率传输器可以对功率接收器充电。如果多个功率接收器位于单个功率传输器的充电区域中，则每个功率接收器所要求的功率可以与单个功率传输器的传输功率不同。因此，对每个功率接收器的充电需要有效地来进行。
发明内容
【技术问题】
常规的功率传输器建立了功率控制的电压参考，以有效地将功率提供给功率接收器。然而，充电效率可以取决于各种充电条件，诸如，例如功率接收器的特征、硬件设计、功率接收器和功率传输器之间的距离、充电位置等而变化。
【解决方案】
本发明是为了解决至少上述问题和/或缺点，并至少提供以下描述的优点。因此，本发明的一个方面提供了用于在功率传输器中进行高效的功率传输的装置和方法。
本发明的另一个方面提供用于确定功率接收器所要求的功率的装置和方法。
根据本发明的一个方面，提供了用于控制在功率传输器中的功率传输的方法。从至少一个功率接收器接收在所述至少一个功率接收器处可接收的最小电压和和最大电压、用于分割在最小电压和最大电压之间的范围的参考电压、以及至少一个功率接收器期望的所要求的电压。从所述至少一个功率接收器接收关于功率接收条件的报告。所述报告包括在从功率传输器的功率传输期间，在至少一个功率接收器处测量的电压。判断所测量的电压是否在最小电压与参考电压之间。当所测量的电压不是在最小电压和参考电压之间时，调整功率并且提供功率。
按照本发明的另一个方面，提供一种用于控制功率传输的功率传输器。功率传输器包括无线通信单元，用于从至少一个功率接收器接收在至少一个功率接收器处可接收的最小电压和最大电压，被用于分割最小电压和最大电压之间的范围的参考电压，以及由所述至少一个功率接收器期望的所要求电压，以及从至少一个功率接收器接收关于功率接收条件的报告。所述报告包括在功率传输器的功率传输期间在至少一个功率接收器处测量的电压。功率传输器还包括控制器，用于确定测量的电压是否在最小电压和参考电压之间，并且在所测量的电压不在最小电压与参考电压之间时调整功率。功率传输器还包括谐振信号发生器，用于在控制器的控制下将功率提供给所述功率接收器。
附图说明
结合附图，从以下的详细描述中，本发明的以上和其他方面、特征和优点将变得更加明显，在附图中：
图1是示出根据本发明实施例的功率传输器和功率接收器的框图；
图2是示出根据本发明实施例的，设定的输入电压的范围的曲线图；
图3是示出根据本发明实施例的，在功率接收器中的参考电压建立方法的流程图；
图4是示出根据本发明另一实施例的，在功率接收器中的参考电压和所要求电压建立方法的流程图；
图5是示出根据本发明实施例的，在功率传输器与功率接收器之间的信号传输和接收的图；
图6是示出根据本发明实施例的功率控制方法的曲线图；以及
图7是示出根据本发明实施例的对功率控制方法进行分类的方法的图。
具体实施方式
参考附图来对本发明的实施例进行详细说明。相同或相似组件可以被分配有相同或类似的附图标记，尽管其被示出在不同的附图中。本领域中已经公知的结构或过程的详细描述可被省略，以避免模糊本发明的主题。
本发明的实施例提出一种功率传输器中控制有效的功率传输的方法。在本发明的实施例中，功率接收器向功率传输器通知在功率接收器处可接收的最小电压和最大电压，用作用于确定具有良好充电效率的区域的参考的参考电压，以及在功率接收器处所要求的电压。功率传输器基于参考电压来确定具有良好效率的最佳有效电压区域，并且根据从由传输功率来供电的功率接收器处接收的功率接收条件来调整传输功率。因此，通过基于功率接收条件来自适应地调整传输功率来完成有效的功率控制，以保证在功率接收器处的最佳的充电效率。
在下面更详细地描述所要求的电压与参考电压。当功率接收器从功率传输器接收功率时，存在具有最佳的充电效率的输入电压Vin。然而，在功率接收器中，具有最好的充电效率的所期望的最佳输入电压Vin根据各种情况，诸如，例如，硬件设计、充电条件、温度等而变化。因此，当只使用在功率传输器处的最小电压和最大电压来进行功率传输时，传输功率被确定为在最小电压和最大电压之间的范围内。然而，由于对于确定其中的传输功率而言，最小电压和最大电压之间的范围太宽，所以功率接收器的充电效率可能在该范围内发生明显的变化。因此，如果能够为功率接收器确定在最小电压和最大电压之间的范围内具有最佳的充电效率的部分，则将会实现更高效的功率传输。
本发明的实施例提出一种用于从最小电压和最大电压之间的范围内确定具有最佳充电效率的范围的方法。在以下的说明中，用于确定具有最佳充电效率的范围，即，功率接收效率大于一定的效率的电压被定义为参考电压V_high，并且功率接收器所期望的最佳输入电压Vin被定义为所要求的电压V_opt。具体地，参考电压是用来将最小电压和最大电压之间的范围分割成预定的各部分的电压。当与其他范围相比时，参考电压和最小电压之间的范围具有相对高的功率接收效率。
将参考图1来更详细地描述在功率接收器中确定参考电压和所要求的电压的方法。图1是示出根据本发明的实施例的，构成无线功率传输系统的功率传输器100和功率接收器110的框图。在图1中，功率传输器100和功率接收器110被示为以一对一的关系来连接，但是，本发明实施例的无线功率传输系统还可以包括一个或多个功率传输器100和一个或多个功率接收器110。功率接收器可以被实现为，例如，蜂窝电话机、个人数字助理(PDA)、运动图像专家组(MPEG)-1或MPEG-2音频层III(MP3)设备、膝上型计算机、照相机、或者任何类型的电子设备。
参照图1，功率传输器100被配置为包括电源10，其具有，例如用于供电的电压控制振荡器(VCO)，以产生由控制器18确定的谐振频率信号。功率传输器100还包括放大器12，以用于根据从电源10提供的功率来放大由电源10产生的信号。功率传输器100还包括谐振信号发生器14，以用于根据由放大器12所产生的高幅度信号来在无线谐振信号中传输来自电源10的功率。功率传输器100还包括电压/电流测量单元16，以用于测量由电源10产生的电压和电流，以及控制器18，用于控制功率传输器100的一般的无线功率传输操作。具体地，控制器18根据在电压/电流测量单元16处检测的电压和电流来监测无线传输的谐振信号的电压和电流，并且控制电源10和放大器12的操作，以将谐振信号的电压和电流维持在预设的正常范围内。功率传输器100还包括被配置成采用多种无线短距离通信方案中的一种(诸如，例如蓝牙)来在控制器18的控制下，相对于无线功率传输的操作来与功率接收器110进行通信的无线通信单元19。谐振信号发生器14包括充电基板，在其上将功率接收器110定位在谐振信号发生器14的上部。
功率传输器100的控制器18可以与被配置成，例如，微控制器单元(MCU)，其通过确定对一个或多个功率接收器中的每个具有最佳充电效率的范围来控制功率传输，其在下面将更加详细地描述。
功率接收器110包括谐振器20，其用于接收从功率传输器100的谐振信号发生器14传输的无线谐振信号。功率接收器110还包括整流器22，用于将通过匹配电路21以交流电(AC)21接收的功率整流为直流电(DC)形式。功率接收器110另外包括DC/DC转换器23(也称为恒定电压发生器)，用于将从整流器22输出的功率转换为由例如，利用该功率接收器建立的便携式终端所要求的操作功率(例如，+5V)。功率接收器110还包括充电器/电源管理集成电路(PMIC)24，其以操作功率来充电，以及控制器25，用于测量从整流器22输出的电压Vrect，即，输入电压Vin、输出电压Vout、以及从DC/DC转换器23输出的电流Iout。控制器25可以利用MCU来配置，并且基于所测量的电压/电流信息来确定功率接收条件，并且提供关于功率接收条件的信息。
具体而言，功率接收器110的控制器25可以根据由控制器25测量的电压/电流的信息来改变参考电压V_high。具体而言，参考电压V_high可以基于输入电压Vin、输出电压Vout、和输出电流Iout而变化。例如，功率接收器110确定参考电压V_high为7V，并且向功率传输器100通知7V的参考电压V_high。如果充电期间输出电压Vout被测量为4V，则功率接收器110将参考电压V_high改变为8V。因为由于功率接收器110预先知道输出电压Vout在正常充电中可为5v5％，使得功率接收器110确定当前的电压输出Vout对于充电而言不足，所以参考电压V_high被改变。如果参考电压V_high是7V，并且输出电压Vout、输出电流Iout、和输入电压Vin被分别测量为5V、100mA、和6V，功率接收器110的控制器25可确定输入功率超过对于充电所期望的功率，并且可以将参考电压V_high改变为6V。控制器25也可以除了参考电压V_high之外，改变所要求的电压V_opt。
功率接收器110还包括无线通信单元26，以在控制器25的控制下，相对于无线功率接收操作来与功率传输器100进行通信。无线通信单元26通过采用了各种短距离无线通信方案中的一个来进行操作。无线通信单元26可在控制器25的控制下，通过短距离无线通信来传输和接收在无线充电过程中所期望的各种信息和消息。
在本发明中，功率传输器100的无线通信单元19在控制器18的控制下，在登记阶段，从至少一个功率接收器接收该功率接收器可以接收的最小电压和最大电压，用于将最小电压和最大电压之间的范围分割为预定部分的参考电压，以及由功率接收器期望的所要求的电压。功率传输器100的无线通信单元19还接收关于功率接收条件的报告，包括在从功率传输器100的功率传输期间在功率接收器110处测量的电压。控制器18确定测量的电压是否在最小电压与参考电压之间的范围内。如果所测量的电压在最小电压与参考电压之间的范围之外，则控制器18调整传输功率。
当在充电区中存在多个功率接收器时，在本发明的实施例中，控制器18接收从多个功率接收器接收最小电压和最大电压以及所要求的电压。控制器18在功率传输之后从每个功率接收器接收关于充电条件的报告。如果确定所有的功率接收器的测量的电压属于对各个功率接收器所确定的最佳效率的电压区域，则控制器18确定哪些功率接收器应作为用于控制功率传输的基础。如果选择功率接收器中的任何一个，则功率传输器100根据所选择的功率接收器的所要求的电压来调整传输功率。选择任何功率接收器的方法包括：从多个功率接收器中选择具有最高的当前接收功率(current reception power)的功率接收器的方法，从多个功率接收器中选择具有最高的最大接收功率的功率接收器的方法，以及从多个功率接收器中选择具有最高的功率使用率的功率接收器的方法中的至少一个。如果确定存在具有高使用率的两个或多个的功率接收器，则功率传输器100可根据从两个或者多个的功率接收器中选择具有最高的当前接收功率的功率接收器的方法来控制功率传输。
当在功率传输之后，存在其测量电压属于其各自的最小电压和各自的参考电压之间的范围的多个功率接收器时，控制器18确定一种功率控制方法。所说功率控制方法包括，例如，根据从多个功率接收器中选择的功率接收器的所要求的功率来调节功率的方法，以及为多个功率接收器增加整体效率的方法。
在本发明的实施例中，功率接收器110还包括温度测量单元27，用于测量整流器22外部的温度，或者用于测量电池温度。功率接收器110的控制器25可以基于由控制器25测量的温度信息来设置参考电压测V_high和所要求的电压V_opt。参考电压V_high比最大电压V_max小，但是比所要求的电压V_opt大。所要求的电压V-opt比最小电压V_min大，但小于参考电压V_high。参考电压V_high和所要求的电压V_opt可以通过考虑硬件设计中的变化，通过使用预先在功率接收器110中确定的值来设置。例如，如果参考电压V_high为10V，所要求的电压V_opt可以被设置为7V。
参考电压V_high和所要求的电压V_opt根据测量的温度而变化。具体地，如果测量的温度达到特定温度，功率接收器110可减少参考电压V_high和所要求的电压V_opt。
如果测量的温度高于特定温度时，参考电压V_high被减小到低于被通知给功率传输器100的初始参考电压V_high。减少的程度可以与在当前温度和特定温度之间的差成比例地调整。例如，如果初始参考电压V_high为10V，特定的温度为45度，测量的温度为50度，并且采用每5度的差下降1V的方法，则参考电压V_high变为从10伏的初始参考电压V_high减法1V而获得的9V。如果测量的温度低于特定温度时，则参考电压V_high增大为大于初始参考电压V_high。例如，如果特定温度为45度，并且测量温度为30度，则参考电压V_high变为从10V的初始参考电压V_high加上3V而获得的13V。
同样，如果测量的温度高于特定温度，所要求的电压V_opt可以减小到其变得小于初始要求的电压V_opt的程度。例如，如果初始要求的电压V_opt是7伏，特定温度为45度，测量温度为50度，并且采用每5度差降低0.5V的方法，则改变的所要求的电压V_opt变为从7V减去0.5V的6.5V。初始参考电压V_high与初始要求的电压V_opt指示在登记阶段分别通知给功率传输器100的参考电压和所要求的电压。
如果参考电压V_high和所要求的电压V_opt分别变为与初始/先前的参考电压V_high和初始/先前的要求的电压V_opt不同，则功率接收器110在充电报告中将改变后的参考电压V_high和改变的所要求的电压V_opt通知给功率传输器100。改变的参考电压V_high和改变的所要求的电压V_opt可以定期/不定期地报告给功率传输器100。
然而，如果对于特定的时间周期的温度增加超过特定温度时，参考电压V_high和所要求的电压V_opt可能会降低。例如，如果参考电压V_high是7V并且温度在1分钟增加5度，则参考电压V_high可能会降低。
相应地，功率传输器100可以基于功率接收器110的参考电压V_high以及所要求的电压V_opt的信息来控制功率，并且定期地传输功率接收器110的当前温度的信息。具体地，利用所述信息，功率传输器100可以通过确定对于其温度比较高的功率接收器而言充电效率低，以及基于其温度高的功率接收器的参考电压V_high来确定传输功率，来提供功率。此外，如果从功率接收器110接收的温度的信息确定功率接收器110超过预定温度阈值时，则功率传输器100可以通过传输关闭消息给无线通信单元19来停止传输功率，以切断切换到功率接收器110的负载。
然而，功率接收器110定期或非定期地向功率传输器100发送以上述方式确定的参考电压V_high和所要求的电压V_opt。在非定期传输的情况下，当由电源接收器110要求的输入电压Vin改变时，功率接收器110可非定期地传输信息。与此相反，在定期传输的情况下，功率接收器110可以通过将关于参考电压V_high和所要求的电压V_opt的信息插入到要被传输到功率发射机100的报告帧中，来定期地传输信息。
在从功率接收器110接收到关于参考电压V_high和所要求的电压V_opt的信息之后，功率传输器100可使用关于参考电压V_high和所要求的电压V_opt的所接收的信息来作为功率传输控制信息。具体而言，根据本发明的实施例，以下将参考图2来更加详细地描述建立输入电压的范围。
参照图2，最小电压V_min指示在充电状态中充电截止的电压，并且指示在其下的电压可能出现在功率接收器110的输出(VOUT)或PMIC24处的电压。最小电压可以是，例如，4.5V。
最大电压V_max指示功率接收器110的功率传输线上的电路可能被损坏的电压。最大电压可以是，例如，25V。
当最小电压V_min和最大电压V_max之间的范围是100时，参考电压V_high指示将所述范围分割成一定百分比的两个范围的电压。因此，最小电压V_min和最大电压V_max之间的范围被划分成在最小电压V_min和参考电压V_high之间的第一电压范围，以及在参考电压V_high和最大电压V_max之间的第二电压范围。第一电压范围被定义为有效电压范围220，其具有高于一定的效率的较高的功率接收效率。第二电压范围被定义为高电压范围210，其指示比功率接收器110所期望的更高的功率被接收。过电压范围200被定义为最大电压V_max之上，并且低电压范围230被定义在最小电压V_min之下。
例如，参考电压V_high(用于确定最佳有效电压范围的参考)被如公式(1)中所述地进行计算。
【数学式1】
V_high＝V_min+0.3*(V_max-V_min)
在公式(1)，如果最小电压V_min是4.5V，并且最大电压V_max为25V，则参考电压V_high变为4.5+0.3*(25-4.5)，即，10.65V。每个范围的大小可以是根据设备的效率，诸如，例如谐振器20的效率、功率放大器(PA)效率、整流器22的效率、开关模式电源(SMPS)的效率等而动态地改变。
以下将参考图3来更加详细地说明功率接收器110的操作。功率接收器110搜索并且配对功率传输器100，登记在功率传输器100中，并且在待机模式中开始被充电。完成登记后，功率传输器100可以知道功率接收器110所要求的功率。在这方面，功率接收器110在登记阶段向功率传输器100发送预订请求帧，以预订由功率传输器100控制的无线功率网络。预订请求帧在以下的表1中表示。
【表1】
如表1所示，预订请求帧包括最小电压V_min、最大电压V_max、输出电压Vout、输出电流Iout等。根据本发明的实施例，预订请求帧还可包括：用作用于确定与其他范围比较具有相对较好的功率接收效率范围的参考的参考电压V_high；以及由功率接收器110所期望的所要求的电压V_opt。
图5是示出了其中在由功率传输器100接收的预订请求帧中包含包括最小电压和最大电压的信息的情况的图。然而，在功率接收器110预定由功率传输器100控制的无线功率网络之后，包括最小电压和最大电压的信息可以被包含在由功率接收器110传输用于向功率传输器100通知功率接收条件的报告帧中。可选地，上述的信息可以被包含在由功率接收器110响应于从功率传输器100请求的信息而要传输的响应消息中，或者可以被包含在响应于指示功率接收器110对无线功率网络的预订已经完成的预订响应帧的确认帧中。
因此，功率传输器100通过基于由功率接收器110通知的信息来确定具有大于一定效率的功率接收效率的范围、变化电压的幅度、步进的数量等，并且发送通知帧，以通知功率接收器110其操作在上拉电平模式中，从而来执行功率传输。
功率接收器110接到通知帧之后可以定期测量电压。功率接收器110可基于关于所测量的电压/电流和/或所测量的温度的信息来改变参考电压V_high和所要求的电压V_opt。
因此，通过在登记阶段中向功率传输器100发送预订请求帧，功率接收器110向功率传输器100通知在功率接收器110处可接收的最小电压和最大电压、被用作用于确定具有良好的充电效率的范围的参考的参考电压、以及由功率接收器110期望的所要求的电压。功率传输器100随后确定要被传输到功率接收器110的功率，并且开始功率传输。根据功率接收来从功率接收器110报告功率接收条件。利用该报告，功率传输器100可知道如何调整要传输到功率接收器110的功率。功率接收条件可以包括根据其充电条件而由功率接收器110确定的新的参考电压V_high。充电条件可以通过测量在功率接收器110的电压、电流、温度等来进行检查。参考电压V_high可以用于功率传输器100来调整用于功率接收器110的最佳有效电压范围。具体地，功率传输器100可根据功率接收器110的条件来调整最佳有效电压范围。
此外，功率接收器100可以包含在功率接收条件中的所要求的电压V_opt以及参考电压V_high。所要求的电压V_opt实际上不用于功率传输器100来确定传输功率，但是如果存在多个功率接收器并且每个功率接收器中功率消耗的量相同，则将对其进行考虑。因此，功率传输器100可以选择多个功率接收器中的任何一个，并且控制功率传输以适合于所选择的功率接收器的所要求的电压V_opt。
图3是示出了根据本发明的实施例的，根据关于测量的电压/电流和/或所测量的温度的信息来改变参考电压V_high的过程的流程图。
参照图3，在步骤300中，功率接收器110测量电压。在步骤305中，功率接收器110比较由功率传输器100通知的参考电压V_high和所测量的电压Vout。在步骤310中，确定是否参考电压V_high和测量的电压Vout之间的差值大于阈值。在步骤315中，当两个电压之间的差大于阈值时，功率接收器110改变参考电压V_high。在步骤320中，功率接收器110将改变的参考电压V_high包括在功率条件信息中。在步骤325中，功率接收器110以设定的传输周期来传输功率条件信息给功率传输器100。对于功率条件信息的该传输，可以使用报告帧。
当在步骤310中两个电压之间的差不大于阈值时，参考电压V_high仍然可以改变。在本发明的实施例中，可以考虑在其中由功率接收器110所要求的功率量根据例如，温度差而改变的事实。因此，如果在步骤310中，两个电压之间的差不大于阈值时，功率接收器110在步骤330中测量温度。在步骤335中，功率接收器110确定对于一定的时间时段温度是否大于阈值温度。例如，如果参考电压是7V，并且温度1分钟升高5度，则期望的是参考电压V_high出于对过热的担忧而降低。如果温度在一定的时间时段中保持为高于阈值温度，则在步骤315中，参考电压V_high被改变。如果温度不高于阈值温度，则在步骤325中，功率接收器110在设定的传输时段中发送功率条件信息。
图4是示出了根据本发明另一实施例的，根据在功率接收器110处测量的温度来改变参考电压V_high和所要求的电压V_opt的过程的流程图。
在步骤400中，功率接收器110测量温度。在步骤405中，功率接收器110确定所测量的温度是否大于或等于阈值温度。如果测量温度大于或等于阈值温度，则在步骤410中，功率接收器110减小参考电压V_high和所要求的电压V_opt。相反，如果测量的温度低于阈值温度，则在步骤415中，功率接收器110增加参考电压V_high和所要求的电压V_opt。
减少或增加的程度与在当前测量的温度与阈值温度之间的差成比例地来确定。例如，如果测量的温度大于或等于阈值温度，则功率接收器110确定温度已经由于来自功率传输器100的高传输功率而增加，并且因此，减小参考电压V_high，以期望传输功率降低。一旦参考电压V_high和所要求的电压V_opt被确定，功率接收器110在步骤420中将参考电压V_high和所要求的电压V_opt包括在功率条件信息中，并且在步骤425中将功率条件信息传输到功率传输器100。报告帧被用于传输功率条件信息。
通过根据功率接收器110的条件来改变参考电压V_high，功率传输器100将最佳有效电压范围调整为适应功率接收器110的条件。此外，当功率接收器110受到例如，加热的影响时，对于功率接收器110有可能会降低由功率传输器100提供的充电电压。
将参考图5来描述在功率传输器100和功率接收器110之间的操作步骤，在其中，功率接收器110确定最小电压V_min、最大电压V_max、参考电压V_high、和所要求的电压V_op，并且将其传输到功率传输器100。
参照图5，在步骤500中，功率传输器100从功率接收器110接收预订请求。功率传输器100在步骤505中传输预订答复，以完成登记阶段550。预订请求包括初始参考电压V_high和初始要求的电压V_opt，以及由功率接收器110确定的最大电压V_max和最小电压V_min。初始参考电压V_high与初始要求的电压V_opt被预先由功率接收器110通过考虑其充电容量，其谐振器的尺寸等来确定。
因此，在步骤507中，功率传输器100可以通过使用初始参考电压V_high来确定最佳有效电压范围。具体地，通过知道初始参考电压V_high，功率传输器100可以不仅仅确定在最小电压V_min和参考电压V_high之间的有效电压范围220，而且还确定过电压范围200、在最大电压V_max和参考电压V_high之间的高电压范围210、以及低电压范围230。
相应地，功率传输器100可以基于参考电压V_high知道对于功率接收器110而言具有良好的充电效率的范围，并且基于所要求的电压V_opt知道功率接收器110所期望的最佳输入电压。参考电压V_high由功率传输器100使用来确定最佳有效电压范围，并且通过确定在向功率接收器110充电的同时，在接收传输功率的功率接收器110处测量的电压属于哪些范围，功率传输器100调整传输功率的增加或减少。因此，功率传输器100使用参考电压V_high来控制直接功率传输。然而，所要求的电压V_opt仅用于确定功率接收器110要求多少电压。如果在充电区域中存在多个功率接收器，则功率传输器100控制功率传输，以便不恶化用于每个功率接收器110的传输效率，而不是将对应于各个所要求的电压V_opt的各个功率同时传输给所有的功率接收器。然而，如果多个功率接收器100的功率消耗量是相同的，则功率传输器100控制功率传输，以适应多个功率接收器中的一个的所要求的电压V_opt。
在预订答复的传输和设置有效电压范围之后，在步骤515中，当功率传输器100具有足够的功率以对待机电源接收器110进行充电时，功率传输器100传输开始充电命令。通过发送开始充电命令，充电阶段560开始。在发送开始充电命令的同时，功率传输器100提供传输功率。随着充电开始，功率接收器110在步骤520中测量其功率接收条件和温度，并且在步骤525中发送包括功率条件信息的充电报告。在步骤530中，功率传输器100通过使用功率条件信息来调整传输功率。
具体地，功率传输器100确定在功率条件信息中包含的测量电压是否属于最佳有效电压范围。如果所测量的电压超出最佳有效电压范围，但是属于过参考电压范围，则功率传输器100降低传输功率。如果测量的电压属于过最大电压范围，则功率传输器100通过切断传输功率来停止传输功率。如果测量的电压属于低于最小电压范围，则功率传输器100增加传输功率。另外，在充电阶段560的充电期间，功率接收器110在步骤535中测量功率接收条件和温度，并且在步骤540中定期/非定期地传输包括功率条件信息的充电报告。
报告帧被用于传输充电报告。例如，报告帧不仅可以包括关于输出电压Vout、输出电流Iout、和输入电压Vin的信息，而且还包括温度信息，关于参考电压V_high、所要求的电压V_opt、和功率控制偏好(PCP)的信息，来作为功率条件信息。PCP是指由功率接收器110期望功率传输器100的功率控制方法。PCP包括将来自功率传输器100的传输功率匹配到具有最高的当前接收功率的功率接收器的方法，或在确定在功率传输器100处的传输功率中增加整体效率的方法。该功率控制方法将在下文中参考图6来更加详细地描述。
同时，在接收报告帧之后，功率传输器100通过使用包括在接收的报告帧中的新的参考电压V_high来调整最佳有效电压范围。随着最佳有效电压范围被调整，过参考电压范围也被相应地改变。随后，在步骤545中，功率传输器100通过使用报告帧的功率条件信息来调整传输功率。具体地，如在步骤530中地，功率传输器100例如通过根据所测量的电压属于的范围来减少或增加传输功率，来调整传输功率。在这种方式中，功率传输器100可以基于在充电期间递送的充电报告来获取功率接收器110的功率条件，并且可以通过反映功率接收器110的充电条件来自适应地调整传输功率。
多个功率接收器可以被布置在单个功率传输器100的充电区域中。此外，如果由每个功率接收器测量的电压属于每个功率接收器的最佳有效电压范围内，则功率传输器100需要确定哪些功率接收器或哪些参考电压应被用作用于调整传输功率的基础。参考电压V_high已经用于确定最佳有效电压范围，所以在这种情况下，可以使用每个功率接收器的所要求的电压V_opt。
设定参考的方法被定义为功率控制方法，包括PCP，诸如，例如，适应具有最高的当前接收功率的功率接收器的方法，提高整体效率的方法等。除了上述功率控制方法之外，功率传输器100如下所述地跟踪功率来控制传输功率。
存在适应在多个功率接收器中的具有最高的当前接收功率的功率接收器的方法。在该方法中，功率传输器100可以跟踪功率以从功率接收器中最大化具有最高功率消耗的功率接收器的效率。例如，如果被包括在由第一功率接收器和第二功率接收器发送的充电报告中的测量的电压落在对于功率传输器100已知的最佳有效电压范围之下，则功率传输器100通过使用在充电报告中包括的各个输出电压Vout和输出电流Iout，计算各个当前接收功率。具体地，可以通过将被包括在充电报告中的输出电压Vout和输出电流Iout相乘来计算在功率接收器中的充电功率，并且因此，功率传输器100可以知道哪个功率接收器当前消耗由功率传输器100提供的传输功率中的最大的功率，并且可以控制传输功率以适合消耗最高功率的功率接收器。
当在登记阶段由第一功率接收器通知的输出电压Vout和输出电流Iout分别是5V和20mA时，功率传输器100可以计算出最高的可充电容量，即，最高的接收功率P为100W。此外，当在登记阶段由第二功率接收器通知的输出电压Vout和输出电流Iout分别是5V和10mA时，功率传输器100可以计算出最高的可充电容量，即，最高的接收功率P为50W。在这些初始计算之后，当被包含在由第一功率接收器发送的充电报告内的功率接收条件中的输出电压Vout和输出电流Iout分别是5V和12mA时，当前接收功率P可以是60W，而当被包含在由第二功率接收器的功率接收条件中的输出电压Vout和输出电流Iout分别是5V和10mA时，当前接收功率P可以是50W。因此，功率传输器100可以知道第一功率接收器具有100W的最大可充电容量，但实际上其已经消耗仅仅60W，而第二电源接收器具有50W的最大可充电容量，但实际上已经消耗50W。
功率传输器100调整传输功率，以适应具有更大的功率消耗，即，具有更高的当前接收功率的第一功率接收器。具体地，功率传输器100选择当前消耗最高功率的第一功率接收器，并且确定传输功率以将所要求的电压V_opt匹配到所选择的第一功率接收器的输入电压Vin。例如，功率传输器100比较第一功率接收器的输入电压Vin和所要求的电压V_opt。如果所要求的电压V_opt大于输入电压Vin，则功率传输器100增加传输功率。如果所要求的电压V_opt小于输入电压Vin，则传输功率被降低。可替代地，功率传输器100可以检查所选择的第一功率接收器的PCP，并且可以以由所检查的功率控制方法所定义的方式来确定传输功率。可以根据第一功率接收器的PCP是否是用于适应具有最高的当前接收功率的功率接收器的方法，或者是增加整体效率的方法，来确定传输功率。
还存在在从多个功率接收器接收关于所要求的电压V_opt的信息之后，根据哪个功率传输器100可跟踪功率来最大化整个功率传输系统的效率，即，功率传输器100和功率接收器的效率，来增加整体效率的另一种方法。例如，假定基于在第一功率接收器的充电报告中的功率接收条件中包含的信息而计算的第一电源接收器的当前接收功率P为60W，并且基于在第二功率接收器的充电报告中的功率接收条件中包含的信息而计算的第二功率接收器的当前接收功率P是50W，则可以根据以下的公式(2)来获得整体的效率。
【数学式2】
整体效率(％)＝(第一功率接收器的功率(Prx1)+
第二功率接收器的功率(Prx2))/功率传输器的功率(Ptx)
功率传输器100可根据由公式(2)重复计算的整体效率中最高的整体效率来确定传输功率。例如，如果先前的整体效率比当前整体效率高，则功率传输器100保持以先前的效率而确定的传输功率。如果先前的整体效率比当前整体效率低，则功率传输器100可以调整传输功率。
功率传输器100可以跟踪功率，以适应具有最高功率使用率的功率接收器。功率使用率是指所要求的功率与接收功率之比。具体地，功率传输器100可以从多个功率接收器中选择具有当前功率与最大接收功率的最高比率的功率接收器，然后跟踪包含在从选定的功率接收器接收的PCP中包括的功率控制方法中的功率。可替代地，功率传输器100可以控制传输功率，以将选择的功率接收器的所要求的电压V_opt匹配到从选定的功率接收器报告的输入电压Vin。
例如，假定第一功率接收器具有100W的最大可充电容量，即，最大接收功率，并且实际消耗仅为60W，而导致60W/100W＝60％的功率使用率，而第二功率接收器具有50W的最大可充电容量并且实际消耗50W，从而导致50W/50W＝100％的功率使用率，功率传输器100跟踪功率来适应具有更高的功率使用率的第二功率接收器。具体地，功率传输器100确定传输功率，以将第二功率接收器的所期望的电压V_opt匹配到由第二功率接收器报告的输入电压Vin。可替代地，功率传输器100可以参考第二功率接收器的PCP，并且执行在由PCP所限定的方法中的功率控制。调整传输功率以适应相对于第一功率接收器具有更好的接收率的第二功率接收器也导致第一功率接收器的测量电压中的变化。
参照图6，当相对于第二功率接收器调整传输功率并且增加到第二功率接收器的传输功率时，在第一功率接收器处测量的电压也相应增加。例如，如在图6中，如果因为在第二功率接收器处测量的电压属于低于最小电压范围230中而增加传输功率，则在第一功率接收器处测量的电压可以属于过参考电压范围210。在这种情况下，例如，利用基于在充电期间接收的充电报告来增加或者减小传输功率的调整，可以确定传输功率以增加第一和第二功率接收器的功率接收效率。
功率传输器100可跟踪功率，以适应在多个功率接收器中的具有最高接收功率的功率接收器。例如，在第二功率接收器的情况下，通过功率传输器100计算的最大接收功率为10W，其比第一功率接收器的最大接收功率高5W。因此，传输功率可以被调整，以适应第二功率接收器。因此，传输功率可以被确定为将第二功率接收器的所要求的电压V_opt匹配到第二功率接收器报告的输入电压Vin，或者参考第二功率接收器的PCP，并且可以以PCP定义的方法来执行功率控制。
如果存在具有相同的功率使用率的两个或更多的功率接收器，功率传输器100可以选择具有更高的当前接收功率的一个功率接收器，并且跟踪功率以适合所选择的功率接收器。例如，如果选择第二功率接收器，传输功率可被确定为将第二功率接收器的所要求的电压V_opt匹配到第二功率接收器所报告的输入电压Vin，或者传输功率可以根据包括在第二功率接收器的PCP中的功率传输控制方法来确定。
如上所述，如果每个功率接收器在登记阶段中提供最大电压、最小电压、参考电压、以及所要求的电压时，则功率传输器100需要确定哪个功率接收器或哪些参考应当用作用于控制传输功率的基础。本发明的实施例提议使用上述的方法。
相应地，功率传输器10根据应用所有的条件，诸如，例如，功率使用率、当前接收功率、最大接收功率、以及整体效率的基础，来调整传输功率。当基于效率来控制功率时，功率传输器100增加(或减少)传输功率，并且通过使用被包括在从功率接收器接收的功率接收条件信息中的信息来计算效率。如果相比于在变化传输功率之前的步骤中的效率，效率变得更好，则功率传输器100可以保持传输功率不变，或增加(或减少)传输功率。如果效率在此过程中再次恶化，则功率传输器100可保持变化后的传输功率不变，或减少(或增加)的传输功率。可替代地，功率传输器100通过基于功率使用率、当前接收功率、和最大接收功率中的任何一个来选择多个功率接收器中的一个；比较所选择的功率接收器的输入电压和所要求的电压；如果所要求的电压大于输入电压则增加传输功率；并且如果所要求的电压小于输入电压则减小传输功率，从而来控制传输功率。
以下将参考图7来更详细地描述上述的过程。图7是示出了根据本发明的实施例对功率控制方法进行分类的方法的图。
功率传输控制方法基于在功率控制中使用的功率接收器的数量而大致分为两组。在选择单个功率接收器的这两种情况的一个中，可以进一步基于是否应用接收功率、参考接收功率、和功率使用率的条件中的任何一个，或应用该条件中的两种或更多种来进行分类。
具体地，功率传输器100在从至少一个功率接收器接收在功率接收器处可接收的最小电压和最大电压、用于将在最小电压和最大电压之间的范围分割为预定部分的参考电压、以及功率接收器期望的所要求的电压之后，执行到每个功率接收器的功率传输。反过来，功率传输器100从每个功率接收器接收包括在所述功率接收器处测量的电压的功率接收条件的报告。每当收到报告时，功率传输器100确定在报告中包括的测量的电压属于哪个划分部分(或范围)。参考电压可以根据，例如，温度而改变，并且因此包含在关于功率接收条件的报告中的参考电压也可以被改变。功率接收器的电压范围也可以被改变。因此，功率传输器100确定在报告中包括的测量的电压属于发送报告的每个功率接收器的哪个电压范围。
所有的多个功率接收器可以具有分别属于其最佳电压范围的其测量的电压。在这种情况下，功率传输器100需要确定应该将哪种参考应用于跟踪功率，即，哪个功率传输控制方法应该被应用。
参照图7，功率传输控制方法700可以大致分为两组：使用多个功率接收器的信息的方法705，以及使用来自多个功率接收器中选择的一个功率接收器的信息的方法710。
当选择方法705时，使用多个功率接收器的信息，在步骤715中，功率传输器100增加整体效率。在步骤720中，在将效率如公式(2)中计算为传输功率与所有功率接收器的接收功率的比之后，效率增加。
当选择方法710时，使用一个所选择的功率接收器的信息，方法710可被分类成应用单个条件的情况725和应用多个条件的情况730。所述条件可以包括接收功率、参考接收功率、以及功率使用率。
例如，当多个功率接收器报告它们的属于最佳有效电压区域的测量电压时，功率传输器100可以在多个接收器中选择具有最高接收功率735的功率接收器、具有最高的参考接收功率740的功率接收器、以及具有最高功率使用率745的功率接收器中的任何一个。同样地，在应用多个条件的情况下，功率传输器100可以选择具有较高接收功率和功率使用率750的功率接收器。以这种方式，功率传输器100可以选择功率使用率和接收功率755、参考接收功率和功率使用率760、功率使用率和参考接收功率765、参考接收功率和接收功率770、以及接收功率和参考接收功率775中的任何一个。
当在上述条件下选择任何功率接收器时，功率传输器100执行功率传输控制，即，功率调整，以适应选择的功率接收器的所要求的电压，或者根据所选择的功率接收器的建立的PCP来执行功率传输控制。PCP是通过所选择的功率接收器请求功率传输器100的功率控制方法，并且为此，在步骤780中，可以建立调整功率以适合所选择的功率接收器的所要求的电压的方法，或者为多个功率接收器增加整体效率的方法。
根据本发明，所要求的功率可以通过考虑各种充电条件，诸如，例如，功率接收器的特性、充电条件、以及温度差来确定并且将其通知给功率传输器100，由此允许功率传输器控制有效功率传输。此外，通过使功率接收器和功率传输器经由无线通信来检查彼此，可以防止不正确的功率传输，并且可以保证多个功率传输系统的可靠性。
虽然已经参考本发明的某些实施例来示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，可以在不脱离由以下的权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，对本发明在形式和细节上进行各种改变。
Claims (14)
1.一种控制在功率传输器中的功率传输的方法，所述方法包括以下步骤：
从至少一个功率接收器接收所述至少一个功率接收器所期望的电压信息，其中该电压信息包括最小电压、最大电压，处在最小电压和最大电压之间的参考电压，和所要求的电压，其中最小电压和最大电压是在所述至少一个功率接收器处可接收的；
向至少一个功率接收器发送功率；
在发送功率的同时，从所述至少一个功率接收器接收关于功率接收条件的报告，其中，所述报告包括在所述至少一个功率接收器的测量的电压；
确定所测量的电压是否在所述最小电压与所述参考电压之间；以及
当所测量的电压不是在所述最小电压和所述参考电压之间时，调整功率的量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，调整功率的量包括：
如果所述测量的电压在所述参考电压和所述最大电压之间，则减小功率的量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，调整功率的量包括：
如果所述测量的电压小于所述最小电压，则增加功率的量。
4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括如果所述测量的电压大于所述最大电压，则停止功率传输。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述至少一个功率接收器包括多个功率接收器，并且在多个功率接收器的每个处的测量的电压在最小电压和参考电压之间，则进一步包括：
选择多个功率接收器的一个；以及
基于所选择的功率接收器的所要求的电压来调整功率的量。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，选择功率接收器中的一个包括从多个功率接收器中选择具有最高的功率使用率的功率接收器。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，选择功率接收器中的一个包括：
从多个功率接收器中选择具有最高的参考接收功率的功率接收器。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述至少一个功率接收器包括多个功率接收器时，进一步包括当多个功率接收器的每个处测量的电压在最小电压和参考电压之间时，调整功率的量以针对多个功率接收器来增加整体效率。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述最小电压、最大电压、参考电压、以及所要求的电压被包括在：用于加入由功率传输器主持的无线功率网络的通过至少一个功率接收器发送的请求帧或者用于在所述至少一个功率接收器加入无线功率网络之后宣布功率接收条件的通过至少一个功率接收器发送的报告帧中。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述关于功率接收条件的报告包括：在功率接收期间在至少一个功率接收器处测量的电流、在至少一个功率接收器的整流器输出处测量的电压、以及在至少一个功率接收器的充电器的电压、变化的参考电压、变化的所要求的电压和测量的温度中的至少一个。
11.一种用于控制功率传输的功率传输器，所述功率传输器包括：
无线通信单元，配置来从至少一个功率接收器接收所述至少一个功率接收器所期望的电压信息，其中该电压信息包括最小电压、最大电压、处于最小电压和最大电压之间的参考电压和所要求的电压，其中最小电压和最大电压是在所述至少一个功率接收器处可接收的，以及在发送功率的同时，从所述至少一个功率接收器接收关于功率接收条件的报告，其中，所述报告包括在所述至少一个功率接收器处测量的电压；
控制器，配置来确定测量的电压是否在最小电压和参考电压之间，并且当所测量的电压不是在最小电压与参考电压之间时，调整功率的量；以及
谐振信号发生器，配置来在所述控制器的控制下将功率提供给所述至少一个功率接收器。
12.根据权利要求11所述的功率传输器，其中，如果所述至少一个功率接收器包括多个功率接收器，则所述控制器还配置来：选择多个功率接收器的一个以及根据所选择的功率接收器的所要求的电压来调整功率的量。
13.根据权利要求12所述的功率传输器，其中，所述控制器还配置来：从多个功率接收器中选择具有最高的功率使用率的功率接收器。
14.根据权利要求12所述的功率传输器，其中，如果在所述多个功率接收器的每个处的测量的电压在最小电压和参考电压之间，则所述控制器还配置来控制功率的量，以针对所述多个功率接收器来增加整体效率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |