CN104620471A - 排除交叉连接的无线功率接收器的无线功率发送器和用于控制其的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种在无线功率发送器中排除交叉连接的无线功率接收器的方法和装置。该方法包括：在该无线功率发送器连接到该无线功率接收器的同时确定发送功率；向该无线功率接收器传送所确定的发送功率；从该无线功率接收器接收指示功率接收状态的报告；确定由该报告指示的功率接收状态是否在与该发送功率对应的有效范围内；以及如果该功率接收状态在该有效范围之外，则终止到该无线功率接收器的连接。

Description

排除交叉连接的无线功率接收器的无线功率发送器和用于控制其的方法
技术领域
本发明一股涉及无线功率发送器和用于控制其的方法，并且更具体地，涉及能够使用预定方案来通信的无线功率发送器和用于控制该无线功率发送器的方法。
背景技术
由于其便携性，诸如蜂窝电话机和个人数字助理(PDA)的移动终端通过可充电电池来供电。为了给可充电电池充电，使用单独的充电设备向电池提供电能。通常，充电设备和电池具有它们自己的外部接触端子，以使得充电设备和电池可以通过彼此物理连接其接触端子而进行电连接。
然而，当使用上述接触型充电方法时，可以从充电设备和/或电池向外突出的接触端子可能被外部物质污染，导致电池充电失败。甚至当接触端子被暴露于湿气时也可能发生电池充电失败。
为了解决这些和其他问题和缺点，最近已经开发无线和非接触充电技术并在许多电子设备中使用。
使用无线功率发送/接收的该无线充电技术例如可以指这样的系统，其中当用户仅仅将蜂窝电话机放在充电垫上而没有经由充电连接器将蜂窝电话机连接到单独的充电设备时，可以自动地或以无线方式将蜂窝电话机的电池充电。通常，无线电动牙刷或无线电动剃须刀是采用无线充电技术的设备的公知示例。无线充电技术可以改善设备的防水功能，并且可以提高电子设备的便携性，因为该技术不需要有线充电器。随着电动汽车未来的使用量增加，与无线充电相关的技术有望得到长足发展。
无线充电技术可以被大致分类为使用线圈的电磁感应方案、使用共振的共振方案、以及通过将电能转换为微波来传送电能的射频(RF)/微波辐射方案。
上面列出的方案当中，已经主要使用电磁感应方案。然而，使用微波从数十米的距离以无线方式发送功率的实验已经成功。因而，随时随地无需电线而以无线方式对所有电子产品充电的时代可能即将到来。
基于电磁感应的功率发送方法包括在初级线圈与次级线圈之间传送功率。如果磁体围绕线圈移动，则产生感应电流。基于该原理，发送器产生磁场，并且由于磁场的改变而在接收器处感应电流，产生电能。该现象被称为电磁感应，并且基于其的功率发送方法提供优异的能量传输效率。
在2005年，开发了这样的系统，其中通过使用基于共振方案的功率发送原理作为耦合模式理论来以无线方式传送电力，其甚至可以在电子设备离充电设备几米远时应用。无线充电系统使用被称为共振的物理概念，其中，如果音叉发声，则附近的酒杯也以相同的频率发声。产生包含电能而不是振响音叉的电磁波的共振信号。直接将共振电能仅传送到具有共振频率的电子设备，并且共振电能的剩余部分被重新吸收为电磁场而不是散布到空气中，因而，与其他电磁波不同，共振电能不影响附近的机器和身体。
近年来已经进行关于无线充电的许多研究。然而，还没有对于例如无线充电顺序、无线功率发送器/接收器的搜索、无线功率发送器和接收器之间的通信频率的选择、无线功率调整、匹配电路的选择、以及在一个充电周期中对每个无线功率接收器的通信时间的分配提出标准。具体地，需要关于其中无线功率接收器选择将从其接收无线功率的无线功率发送器的结构和过程的标准。
无线功率发送器和无线功率接收器可以基于诸如紫蜂和低能耗蓝牙(BLE)的预定方案与彼此通信。可用通信距离借助诸如紫蜂和BLE的带外(out-band)方案而增加。因此，无线功率发送器与无线功率接收器即时当这些设备彼此远离时也可以与彼此通信。例如，即使无线功率发送器被置于其无法传送无线功率的相对远的距离时，无线功率发送器也可以与无线功率接收器通信。
发明内容
技术问题
图1的示例中，放置第一无线功率发送器TX1和第二无线功率发送器TX2。此外，第一无线功率接收器RX1被放置在第一无线功率发送器TX1上或其上方，而且第二无线功率接收器RX2被放置在第二无线功率发送器TX2上或其上方。第一无线功率发送器TX1需要将其功率发送到与其邻近放置的第一无线功率接收器RX1。同样，第二无线功率发送器TX2需要将其功率发送到与其邻近放置的第二无线功率接收器RX2。因而，优选地，第一无线功率发送器TX1与第一无线功率接收器RX1通信，并且第二无线功率发送器TX2与第二无线功率接收器RX2通信。然而，随着通信距离增加，第一无线功率接收器RX1可能加入由第二无线功率发送器TX2控制的无线功率网络，而第二无线功率接收器RX2可能加入由第一无线功率发送器TX1控制的无线功率网络。该情形被称为“交叉连接”。本示例中，第一无线功率发送器TX1发送第二无线功率接收器RX2所需的功率，而不是第一无线功率接收器RX1所需的功率。如果第二无线功率接收器RX2具有比第一无线功率接收器RX1更高的容量，则第一无线功率接收器RX1可能被过充电。然而，如果第二无线功率接收器RX2具有比第一无线功率接收器RX1更低的容量，则第一无线功率接收器RX1可能充电不足。
解决方案
本发明用于解决至少上述问题和/或缺点，并提供至少下述优点。因此，本发明的一个方面提供用于排除交叉连接的无线功率接收器的无线功率发送器、以及用于控制其的方法。
按照本发明的一个方面，提供一种在无线功率发送器中排除交叉连接的无线功率接收器的方法。该方法包括：在该无线功率发送器与该无线功率接收器通信的同时确定发送功率；向该无线功率接收器传送所确定的发送功率；从该无线功率接收器接收指示功率接收状态的报告；确定该报告指示的功率接收状态是否在与该发送功率对应的有效范围内；以及如果该功率接收状态在该有效范围之外，则终止到该无线功率接收器的通信。
按照本发明的另一方面，提供一种用于排除交叉连接的无线功率接收器的无线功率发送器。该无线功率发送器包括：控制器，用于在该无线功率发送器与该无线功率接收器通信的同时确定发送功率；共振信号产生器，用于在该控制器的控制下向该无线功率接收器供应所确定的发送功率；以及无线通信单元，用于在该无线功率发送器传送发送功率时从该无线功率接收器接收指示功率接收状态的报告，其中，该控制器被配置为确定该报告指示的功率接收状态是否在与该发送功率对应的有效范围内，并且如果该功率接收状态在该有效范围之外，则终止到该无线功率接收器的通信。
附图说明
通过结合附图的以下描述，本发明的一些实施例的上述和其他方面、特征、和优点将变得更加明显，其中：
图1是示出具有交叉连接问题的无线充电系统的图；
图2是示出根据本发明的实施例的无线充电系统的操作的图；
图3a是示出根据本发明的实施例的无线功率发送器和无线功率接收器的框图；
图3b是示出根据本发明的实施例的无线功率接收器的框图；
图3c是示出根据本发明的另一实施例的无线功率发送器和无线功率接收器的框图；
图4a是示出根据本发明的实施例的无线功率接收器中的控制方法的流程图；
图4b是示出根据本发明的另一实施例的无线功率接收器中的控制方法的流程图；
图5a是根据本发明的实施例的无线功率发送器输出的功率的功率-时间曲线图；
图5b是根据本发明的实施例的无线功率发送器输出的功率的功率-时间曲线图；
图6是根据本发明的实施例的无线功率发送器输出的功率的功率-时间曲线图；
图7是示出根据本发明的实施例的无线功率发送器与无线功率接收器之间的信号发送/接收的图；以及
图8是示出根据本发明的另一实施例的无线功率发送器与多个无线功率接收器之间的信号发送/接收的图。
具体实施方式
参照附图提供以下描述以帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本发明的实施例。它包括各种具体细节用于帮助理解，但是这些细节将被认为仅仅作为示例。因此，本领域普通技术人员将认识到，可以对这里描述的实施例进行各种变更和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁起见，可以省略公知功能和构造的描述。
以下说明书和权利要求中使用的术语和词语不限于它们的字典含义，而是仅仅用于使得能够清楚和一致地理解本发明。
全部附图中，相同的标号将被理解为指代相同的部件、组件、和结构。
图2是示出根据本发明的实施例的无线充电系统的整体操作的图。如图2所示，该无线充电系统包括无线功率发送器100以及至少一个无线功率接收器110-1、110-2、和110-n。
无线功率发送器100以无线方式分别向至少一个无线功率接收器110-1、110-2、和110-n传送功率1-1、1-2、和1-n。更具体地，，无线功率发送器100以无线方式仅向在经历预定鉴权过程之后被鉴权的无线功率接收器发送功率1-1、1-2、和1-n。
无线功率发送器100形成到无线功率接收器110-1、110-2、和110-n的电连接。例如，无线功率发送器100向无线功率接收器110-1、110-2、和110-n传送电磁波形式的无线功率。
无线功率发送器100与无线功率接收器110-1、110-2、和110-n执行双向通信。无线功率发送器100以及无线功率接收器110-1、110-2、和110-n处理并发送/接收以预定帧配置的分组2-1、2-2、和2-n。下面详细描述预定帧。无线功率接收器可以被实现为例如移动通信终端、个人数字助理(PDA)、个人多媒体播放器(PMP)、智能电话机等。
无线功率发送器100以无线方式向多个无线功率接收器110-1、110-2、和110-n供应功率。例如，无线功率发送器100可以使用共振方案向多个无线功率接收器110-1、110-2、和110-n传送功率。如果无线功率发送器100采用共振方案，则无线功率发送器100与多个无线功率接收器110-1、110-2、和110-n之间的距离可以为例如30m或更少。如果无线功率发送器100采用电磁感应方案，则无线功率发送器(或电源设备)100与多个无线功率接收器110-1、110-2、和110-n之间的距离可以为例如10cm或更少。
每个无线功率接收器110-1、110-2、和110-n从无线功率发送器100接收无线功率并且对其中安装的电池充电。每个无线功率接收器110-1、110-2、和110-n向无线功率发送器100发送用于请求传送无线功率的信号、用于接收无线功率所需的信息、关于无线功率接收器的状态信息、以及用于无线功率发送器100的控制信息中的至少一个。下面详细描述关于发送信号的信息。
无线功率接收器110-1、110-2、和110-n向无线功率发送器100发送指示它们自身的充电状态的消息。
无线功率发送器100包括诸如显示器的显示装置，并基于从无线功率接收器110-1、110-2、和110-n接收的消息来显示每个无线功率接收器110-1、110-2、和110-n的状态。此外，无线功率发送器100还显示预期直到每个无线功率接收器110-1、110-2、和110-n被完全充电为止的时间。
无线功率发送器100向每个无线功率接收器110-1、110-2、和110-n发送用于禁用无线充电功能的控制信号。在从无线功率发送器100接收到用于禁用无线充电功能的控制信号之后，无线功率接收器禁用其无线充电功能。
图3a是示出根据本发明的实施例的无线功率发送器和无线功率接收器的框图。
如图3a中所示，无线功率发送器200包括功率发送单元211、控制器212和通信单元213。无线功率接收器250包括功率接收单元251、控制器252和通信单元253。
功率发送单元211供应无线功率发送器200所需的功率，并以无线方式向无线功率接收器250供应功率。功率发送单元211以交流(AC)波形的形式提供功率。功率发送单元211可以在使用逆变器将以直流(DC)波形的形式供应的功率转换为AC波形之后以AC波形的形式提供功率。功率发送单元211可以以内置电池的形式实现，或者以从外部接收功率并将其提供给其他组件的功率接收接口的形式实现。根据本发明的实施例，可以以预定AC波形的形式提供功率的其他装置可以取代功率发送单元211。
此外，功率发送单元211以电磁波的形式向无线功率接收器250供应AC功率。功率发送单元211可以进一步包括环形线圈(未示出)，因而可以发送和接收预定电磁波。如果功率发送单元211以环形线圈实现，则环形线圈的电感L是可变的。根据本发明的实施例，可以发送和接收电磁波的任何其他装置可以取代功率发送单元211。
控制器212诸如通过使用从存储器(未示出)读出且用于控制所需的算法和/或程序或应用来控制无线功率发送器200的整体操作。控制器212可以以中央处理单元(CPU)、微处理器、小型计算机等形式实现。下面详细描述控制器212的操作。
通信单元213使用预定通信方案与无线功率接收器250通信。例如，通信单元213可以使用近场通信(NFC)、紫蜂、红外数据协会(IrDA)、可见光通信(VLC)等与无线功率接收器250中的通信单元253通信。在根据本发明的实施例的以下示例中，假定通信单元213使用在电气和电子工程师协会(IEEE)802.15.4中定义的紫蜂执行通信。通信单元213也可以使用带冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CA)算法。下面将详细描述通信单元213使用的频率以及信道选择配置。提供上述通信方案仅仅作为说明性示例，并且根据本发明的实施例可以使用其他通信方案。
通信单元213发送关于与无线功率发送器200相关的信息的信号。通信单元213可以以单播、组播、和广播方法中的任何一种发送信号。下面表1示出根据本发明的实施例的从无线功率发送器200发送的信号的数据结构。无线功率发送器200可以以预定时间的间隔发送具有以下帧的信号，并且该信号可以被称为通知(Notice)信号，如下所示。
表1
[表1]
表1中的‘帧类型’字段指示信号的类型，并且在表1中指示信号是通知信号。‘协议版本’字段指示通信方案的协议类型，并且可以被分配例如4比特。‘序列号’字段指示信号的顺序，并且可以被分配例如1字节。例如，‘序列号’字段的值可以取决于信号的发送/接收阶段而逐一增加。‘网络ID’字段指示无线功率发送器200的网络标识符(ID)，并且可以被分配例如1字节。‘要报告的RX(调度掩码)’字段指示将要向无线功率发送器200作出报告的无线功率接收器，并且可以被分配例如1字节。下面表2示出根据本发明的实施例的‘要报告的RX(调度掩码)’。
表2
[表2]
表2中，Rx1至Rx8对应于无线功率接收器#1至#8。‘要报告的RX(调度掩码)’字段可以被实现为使得其调度掩码的数被表示为‘1’的无线功率接收器可以作出报告。
‘保留’字段被保留供将来使用，并且可以被分配例如5字节。‘RX的数目’字段指示与无线功率发送器200相邻的无线功率接收器的数量，并且可以被分配例如3比特。
可以以这样的方式实现具有表1的帧格式的信号，以使得其被分配到在IEEE 802.15.4中定义的数据结构中的无线功率传送(WPT)。表3示出如IEEE802.15.4中定义的数据结构。
表3
[表3]
前导码 SFD 帧长度 WPT CRC16
如表3所示，IEEE 802.15.4的数据结构包括‘前导码’、起始帧分隔符‘SFD’、‘帧长度’、‘WPT’、和循环冗余校验‘CRC16’字段。表1的数据结构可以被包括在WPT字段中。
通信单元213从无线功率接收器250接收功率信息。功率信息包括无线功率接收器250的可充电容量、电池电平、充电计数、用量、电池剩余容量、以及电池百分比中的至少一个。通信单元213发送用于控制无线功率接收器250的充电功能的充电功能控制信号。充电功能控制信号是用于控制特定的无线功率接收器250中的功率接收单元251以启用或禁用该无线功率接收器250的充电功能的控制信号。
通信单元213不仅可以从无线功率接收器250接收信号，而且还可以从其他无线功率发送器(未示出)接收信号。例如，通信单元213可以从另一无线功率发送器接收具有表1的帧的通知信号。
虽然，在根据图3a的示例中，功率发送单元211和通信单元213被以不同的硬件结构配置，以使得无线功率发送器200可以以带外形式执行通信，但是这仅仅被提供作为说明性示例。根据本发明的替换实施例，功率发送单元211和通信单元213可以以单个硬件结构实现，以使得无线功率发送器200以带内(in-band)形式执行通信。
无线功率发送器200和无线功率接收器250彼此交换各种信号，使得可以执行充电过程，其中，无线功率接收器250加入由无线功率发送器200控制的无线功率网络，并且接收从无线功率发送器200传送的无线功率。下面详细描述无线功率传送过程。
图3c示出下面详细描述的在图3a中简要示出的相同的无线功率发送器200的详细结构。图3b是示出根据本发明的实施例的无线功率接收器的框图。具体地，图3b示出图3a中的无线功率接收器250的详细结构。图3a中的无线功率接收器250也可以被实现为包括图3c中所示的组件。
如图3b中所示，无线功率接收器250可以包括功率接收单元251、控制器252、通信单元253、整流器254、DC/DC转换器255、开关单元256和充电单元257。
为了清楚和简洁期间，略去这里已经针对图3a描述的功率接收单元251、控制器252、和通信单元253的进一步描述。整流器254以DC形式整流在功率接收单元251中接收的无线功率，并且例如可以以桥二极管的形式实现。DC/DC转换器255可以利用设置的增益来转换已整流的功率。例如，DC/DC转换器255可以转换已整流的功率以使得其输出端259具有5V的电压。可以预先设置可以施加到DC/DC转换器255的前端258的电压的最小值和最大值，并且可以将它们分别记录在下面描述的加入请求信号(也被称为‘请求加入信号’)的‘输入电压MIN’字段和‘输入电压MAX’字段中。此外，可以将施加到DC/DC转换器255的后端259并在其处执行的额定电压和额定电流的值分别写入在加入请求信号的‘典型输出电压’字段和‘典型输出电流’字段中。
开关单元256将DC/DC转换器255连接到充电单元257。开关单元256在控制器252的控制下保持其接通/断开状态。如果开关单元256处于接通状态，则充电单元257存储从DC/DC转换器255接收的已转换的功率。
图3c是示出根据本发明的另一实施例的无线功率发送器和无线功率接收器的框图。图3c示出用于检查交叉连接的、无线功率发送器中的电压和电流以及无线功率接收器中的电压和电流。
参照图3c，无线功率发送器200包括：信号产生器18，其包括压控振荡器(VCO)和其他类似元件；放大器12，其经由门驱动器10接收从信号产生器18输出的特定范围内的频率信号，并以高功率放大接收的频率信号；电源单元20，其供应功率以使得将从信号产生器18输出的频率信号输出为由控制器22确定的共振频率信号；匹配电路14，其用于执行阻抗匹配；共振信号产生器16，其使用依赖于放大器12中产生的输出功率信号的无线共振信号，将来自电源单元20的功率输出到一个或多个无线功率接收器；以及控制器22，其用于集体地控制无线功率发送器200的无线功率发送操作。
控制器22测量电源单元20中产生的信号的电压Vdd和电流Idd，并监视以无线方式发送的共振信号的电流Itx和电压Vtx。虽然，在图3c的示例中，在控制器22中执行电压Vdd和电流Idd的测量和共振信号的电流Itx和电压Vtx的监视，但是根据本发明的实施例可以添加用于测量和监视操作的单独的电压/电流测量单元(未示出)。
根据本发明的实施例的无线功率发送器200与被放置在充电区域中(例如，被放置在充电垫上或其上方)的无线功率接收器250执行充电操作，但是无线功率发送器200可以有多个无线电源接收器位于离其充电区域有效距离内。该情况下，无线功率发送器200可能交叉连接到其他无线功率接收器，而不是连接到放置在充电垫上或其上方的有效无线功率接收器250。为了防止该交叉连接，根据本发明的实施例的控制器22以如下所述的几种方式中的任何一种来识别有效无线功率接收器。
在实际充电开始之前或在充电进行的同时，控制器22确定无线功率发送器200是否被交叉连接。
分开描述本发明的以下实施例。本发明的第一实施例包括这样的过程，其中无线功率发送器200在充电开始之前改变其发送功率的量，而且无线功率发送器200确定无线功率接收器250处的功率状态是否已经改变为对应于发送功率的量。本发明的第二实施例包括这样的过程，其中无线功率发送器200在充电进行的同时改变其发送功率的量，并且无线功率发送器200确定无线功率接收器250处的功率状态是否已经改变为对应于发送功率的量。
通过该过程，无线功率发送器200保持其到无线功率接收器250的通信连接，并且仅当功率状态已经改变与其发送功率的量相对应的量时，执行一系列后续过程。然而，如果无线功率接收器250处的功率状态没有改变为对应于发送功率的量，则无线功率发送器200终止其到无线功率接收器250的通信连接。在这一点上，由于无线功率发送器200被交叉连接到无线功率接收器250，无线功率发送器200可以重置无线功率发送系统。随后，无线功率发送器200关断其电源。
替换地，无线功率发送器200可以向无线功率接收器250发送用于请求终止交叉连接。用于请求终止交叉连接的命令被用于请求无线功率接收器250终止其与无线功率发送器200到无线功率网络的通信连接，然后与另一无线功率发送器形成新的无线功率网络。可以通过带外通信向无线功率接收器250发送用于请求终止交叉连接的命令。作为响应，无线功率接收器250恢复与另一无线功率发送器建立无线功率网络。
此外，无线功率发送器200可以通过向无线功率接收器250发送用于与另一无线功率发送器形成网络的命令、或用于切换到待机模式的命令来排除交叉连接的无线功率接收器。
在根据本发明的第一实施例中，在充电开始前，控制器22控制功率发送以驱动无线功率接收器250。
具体地，在充电开始之前，控制器22检测负载，然后确定无线功率接收器250被放置在其充电区域中。随后，如果控制器22控制功率发送以驱动无线功率接收器250，则无线功率接收器250通过接收功率而被加电，并执行加入无线功率网络的一系列操作。例如，无线功率接收器250可以发送搜索帧以搜索其附近的无线功率发送器，或者可以发送用于请求加入由无线功率发送器200控制的无线功率网络的连接请求帧(也称为‘请求加入帧’)。在执行加入无线功率网络的一系列操作的同时，无线功率发送器200的控制器22基于从无线功率接收器250提供、并且包括功率状态信息的报告帧来确定无线功率接收器250是否有效。
控制器22从已经响应于功率发送接收功率的无线功率接收器250接收包括功率状态信息的报告帧。功率状态信息包括测量的电压Vrect和测量的电流Irect。控制器22改变其发送功率的量以便识别有效的无线功率接收器。
为了改变发送功率的量，控制器22向电源单元20提供电压值，并且控制门驱动器10的接通/断开操作。根据本发明的实施例，除了通过调整控制器22向电源单元20提供的功率值来改变从电源单元20输出的电压Vdd之外，改变发送功率的量可以包括改变电流Idd或改变来自共振信号产生器16的共振信号的电流Itx。换句话说，在确定无线功率接收器250处的功率接收状态的改变时，控制器22可以使用调整来自电源单元20的电流Idd或调整共振信号的电流Itx的方法。
控制器22还可以通过控制被施加到放大器12的门驱动器10的占空比和电平来控制来自放大器12的输出功率。如果输入到共振信号产生器16的AC电流改变，则磁场强度改变。于是，可以通过控制磁场强度来调整输出功率。换句话说，如果磁场强度在无线功率发送器200中改变，则在无线功率接收器250处接收的功率(例如，测量的电压Vrect和测量的电流Irect)改变。
每次控制器22接收根据发送功率的量的改变从无线功率接收器250接收的报告帧时，控制器22分析报告帧，并确定无线功率接收器250处测量的电压Vrect和测量的电流Irect是否已经改变为对应于发送功率的改变的量。如果测量的电压Vrect和测量的电流Irect已经改变为对应于发送功率的改变的量，则控制器22确定无线功率接收器250是有效的无线功率接收器，并且进入下一过程。然而，如果在无线功率接收器250处已经改变为对应于发送功率的改变的量的测量的电压Vrect和测量的电流Irect的电平不落入有效范围内，则控制器22终止其到无线功率接收器250通信连接。通过终止连接，控制器22仅与有效的无线功率接收器形成网络，进行一系列后续过程，并且终止其到已交叉连接的无效的无线功率接收器的通信连接，以将其从无线功率网络中排除，从而使得可以防止交叉连接。
根据本发明的实施例，假定在无线功率接收器250加入由无线功率发送器200管理的无线功率网络之后，连同指示功率接收状态的报告帧一起接收在无线功率接收器250处测量的电压Vrect和测量的电流Irect。然而，可以连同搜索帧、加入请求帧等一起发送在无线功率接收器250处测量的电压Vrect和测量的电流Irect。替换地，可以连同响应于来自无线功率发送器200的信息请求而接收的响应消息、或指示完成到无线功率网络的加入的加入响应帧(也称为‘响应加入’帧)的确认帧一起接收在无线功率接收器250处测量的电压Vrect和测量的电流Irect。
如果无线功率接收器250发送初始参考电压(也称为‘典型输出电压’)和初始参考电流(也称为‘典型输出电流’)，则控制器22可以响应于无线功率接收器250而调整发送功率的量。通过使用初始参考电压和初始参考电流，取决于无线功率接收器250可以接收的功率的量，控制器22精确地确定控制器22将减少或增加发送功率的量的值。初始参考电压和初始参考电流是控制器22使用的参考值，用于通过确定提供给电源单元20的功率值并且将其提供到电源单元20来调整将要从电源单元20输出的电压Vdd。在从无线功率接收器250通过无线通信单元120向无线功率发送器200发送的帧上承载初始参考电压和初始参考电流。用于该发送的帧类型可以是可以被发送到无线功率发送器200的任何帧类型。
根据本发明的第一实施例，即使控制器22经由无线通信单元24接收包括功率状态信息的报告，控制器22也未必可以仅基于功率状态信息而确定已经在无线功率接收器250处接收的功率的改变对应于发送功率的量。考虑到这些情况，在本发明的第一实施例中，控制器22可以在充电开始之前在预定次数之内重复地改变发射功率的量并接收关于其的报告，从而使得能够比较改变。在控制器22从无线功率接收器250接收报告帧之前，控制器22不具有与发送功率的量对应的信息供比较使用。该情况下，在比较改变时，控制器22可以使用从无线功率接收器250提供的初始参考电压和初始参考电流。
根据本发明的第二实施例，在充电开始之后，控制器22控制功率发送以对无线功率接收器250充电。在该充电阶段中，随着无线功率发送器200执行功率发送，无线功率发送器200从无线功率接收器250接收关于功率接收状态的报告，其包括所测量的电压。换句话说，就像充电开始之前一样，每次无线功率发送器200的控制器22接收根据发送功率的量的改变从无线功率接收器250接收的报告帧，控制器22分析报告帧，然后确定在无线功率接收器250处测量的电压Vrect和测量的电流Irect是否已经改变为对应于发送功率的改变的量。
通过上述过程，根据本发明的第二实施例，即使在充电阶段，控制器22也将已交叉连接的无效的无线功率接收器250从无线功率网络中排除。例如，当无线功率发送器改变其充电功率、并且将其相应的无线功率接收器的电压信息与充电功率的改变进行比较时，无线发送器确定是否将无线功率接收器保持在无线功率网络内。
为了在控制器22的控制下与无线功率发送操作相关地与无线功率接收器250通信，无线功率发送器200包括无线通信单元24，其例如被配置为采用诸如蓝牙的各种无线短距离通信方案中选定的一种。共振信号产生器16包括充电板，经由其可以将(多个)无线功率接收器放置在共振信号产生器16上或其上方。
无线功率发送器200的控制器22可以包括微控制器单元(MCU)。下面描述本发明的识别有效的无线功率接收器以防止交叉连接的操作。
无线功率接收器250包括：共振信号接收器(或共振器)112，其用于接收无线功率发送器200中的共振信号产生器16发送的无线共振信号；整流器116，如果经由匹配电路114从共振器112接收AC信号，则其将AC功率整流为DC功率；DC/DC转换器(或恒定电压产生器)118，用于将从整流器116输出的功率转换为例如无线功率接收器所应用的移动终端期望的工作功率(例如+5V)；充电单元(或充电/电源管理IC(PMIC))124，其用于利用工作功率执行充电；以及控制器122，其用于测量被输入到DC/DC转换器118的输入电压Vin、以及从DC/DC转换器118接收的输出电压Vout和输出电流Iout。可以包括MCU的控制器122根据关于测量的电压Vrect和测量的电流Irect的信息来确定功率接收状态，并且向无线功率发送器200提供关于功率接收状态的信息。
为了在控制器122的控制下与无线功率接收操作相关地与无线功率发送器200通信，无线功率接收器250包括无线通信单元120，其例如被配置为采用诸如蓝牙的各种无线短距离通信方案中选定的一种。
根据本发明的实施例，控制器122在接收到来自无线功率发送器200的功率之后产生用于功率接收状态的报告帧，并经由无线通信单元120向无线功率发送器200发送报告帧。因此，无线功率接收器250中的控制器122提供关于功率接收状态的信息，其在无线功率发送器200中被用于确定无线功率接收器250是否被交叉连接。
根据本发明的另一实施例，控制器122直接确定无线功率接收器250是否被交叉连接。该情况下，控制器122基于关于测量的电压Vrect和测量的电流Irect的信息来测量功率接收状态，并且请求无线功率发送器200控制发送功率的量，例如增加或减少发送功率的量。为此，控制器122根据关于控制器122自身测量的电压和电流的信息来确定参考电压，并向无线功率发送器200提供关于参考电压的信息。取决于测量的电压Vrect、输出电压Vout、和输出电流Iout而确定参考电压。例如，在控制器122确定参考电压为7V并将7V的参考电压通知无线功率发送器200之后，如果在充电期间输出电压Vout被测量为4V，则控制器122确定该电压不足以用于充电。该情况下，在确定无线功率发送器200不是有效的无线功率发送器之后，控制器122终止其到无线功率发送器200的连接。
如上所述，无线功率发送器200和无线功率接收器250两者均可以确定无线功率接收器250是否被交叉连接。
图4a是示出根据本发明的实施例的无线功率接收器中的控制方法的流程图。
参照图4a中，在步骤S301，无线功率接收器250确定无线功率接收器250将从其接收无线功率的无线功率发送器200。例如，无线功率接收器250可以基于从无线功率发送器200接收的搜索响应信号(也称为‘响应搜索信号’)的接收信号强度指示(RSSI)来确定无线功率发送器200。在步骤S303，无线功率接收器250加入由无线功率发送器200控制的无线功率网络。例如，无线功率接收器250可以发送加入请求信号，并且基于响应其而接收的加入响应信号(也称为‘响应加入信号’)来加入无线功率网络。
在步骤S305，无线功率接收器250响应于从无线功率发送器200接收的命令信号而发送报告信号。在从无线功率发送器200接收包括充电命令的命令信号之后(步骤S307的是)，在步骤S309，无线功率接收器250执行充电。当未能接收包括充电命令的命令信号时(步骤S307的否)，在步骤S305，无线功率接收器250向无线功率发送器200发送报告信号。
图4b是示出根据本发明的另一实施例的无线功率接收器中的控制方法的流程图。
参照图4b，如果在步骤S311中无线功率接收器250被加电或放置在无线功率发送器附近，则在步骤S313，无线功率接收器250搜索无线功率发送器，并且与搜索到的无线电源发送器中的任何一个(例如，功率发送器200)配对。无线功率接收器250向无线功率发送器发送无线功率发送器搜索信号，并且基于响应其而接收的无线功率发送器搜索响应信号来将无线功率发送器200确定为已搜索的无线功率发送器。无线功率接收器250利用无线功率发送器的网络ID来识别每个无线功率发送器。
之后，在步骤S315，无线功率接收器250加入由无线功率发送器200控制的无线功率网络。例如，无线功率接收器250可以向无线功率发送器200发送加入请求信号，并且基于响应其而接收的加入响应信号来加入无线功率网络。如果无线功率接收器250加入由无线功率发送器200控制的无线功率网络，则无线功率发送器200可以向无线功率接收器250分配会话ID。
在步骤S317，无线功率接收器250在充电之前维持待机状态。无线功率接收器250接收来自无线功率发送器200的命令信号，并且响应其而发送通知信号。在从无线功率发送器200接收包括充电命令的命令信号之后，在步骤S319，无线功率接收器250开始充电。例如，无线功率接收器250可以通过接通开关单元256来执行充电。如果无线功率接收器250的充电被终止，或者如果发送功率不足以对无线功率接收器的充电单元的容量进行充电，则无线功率发送器200可以控制无线功率接收器250以停留在待机状态。无线功率接收器250被控制为使得其在从加入状态(或登记状态)切换到充电状态之前需要进入待机状态。
图5a是根据本发明的实施例的无线功率发送器输出的功率的功率-时间曲线图。
参照图5a，无线功率发送器在初始阶段施加用于负载检测的检测功率。检测功率具有无线功率发送器可以借以检测由于放置无线功率接收器引起的负载改变的功率的量。无线功率发送器以预定时间间隔施加检测功率。
如果无线功率接收器被放置在无线功率发送器上或其上方，则无线功率发送器检测负载的改变。无线功率发送器增加其施加的功率。无线功率发送器施加作为可以借以驱动无线功率接收器的功率的驱动功率。在施加驱动功率之后，无线功率发送器与无线功率接收器形成无线通信网络，并与无线功率接收器通信。
无线功率发送器从无线功率接收器接收加入请求信号。加入请求信号具有下面表4所示的帧结构。
表4
[表4]
加入请求信号包括字段：‘帧类型’、‘序列号’、‘网络ID’、‘设备ID’、‘Vrect的最小电压’、和‘Vrect的最大电压’。Vrect可以是DC/DC转换器的前端处的电压。此外，加入请求信号可以包括Vrect的值。
如上所述，加入请求信号包括无线功率接收器的电压信息。因此，无线功率发送器确定例如无线功率接收器中的DC/DC变换器的前端处的电压。
无线功率发送器通过增加或减少驱动功率来改变驱动功率。无线功率发送器可以以预定样式调整驱动功率。
无线功率发送器将驱动功率的改变与无线功率接收器的电压信息进行比较。例如，如果无线功率发送器的驱动功率提高，则无线功率接收器的电压也提高。然而，如果无线功率发送器的驱动功率降低，则无线功率接收器的电压也降低。此外，如果无线功率发送器的驱动功率具有特定样式，则无线功率接收器的电压也将具有与该特定样式类似的样式。替换地，可以基于无线功率发送器的驱动功率的改变将无线功率接收器的电压部署在特定区域中。
然而，如果无线功率接收器和无线功率发送器彼此分开超过预定距离，则驱动功率的改变将不影响无线功率接收器的电压。因此，如果驱动功率的改变影响无线功率接收器的电压，则无线功率发送器将进行到加入阶段。然而，如果驱动功率的改变不影响无线功率接收器的电压，则无线功率发送器将不会进行到加入阶段。当无线功率发送器不进行到加入阶段时，无线功率发送器可以发送错误信号。
图5a的示例中，无线功率发送器可以在初始阶段中以预定样式施加驱动功率，并且在其后续阶段中增加或减少驱动功率。
图5b是根据本发明的实施例的在充电开始之前确定无线功率接收器是否与其交叉连接的无线功率发送器输出的功率的功率-时间曲线图。
参照图5b，在检测负载之后，在施加充电功率之前，无线功率发送器200检查无线功率接收器250是否与其交叉连接。本示例中，在检测负载之后，无线功率发送器200确定无线功率接收器250被交叉连接。因此，无线功率发送器200检查无线功率接收器是否与其交叉连接，以便从其无线功率网络中排除交叉连接的无线功率接收器。
为此，无线功率发送器200发送功率，然后基于从无线功率接收器250接收的与发送功率的量对应的测量的电压Vrect和/或测量的电流Irect来验证无线功率接收器250的有效性。功率发送操作可以包括：在确定无线功率接收器是否实际上被交叉连接之前，如图5b所示交替地重复传送第一发送功率和第二发送功率预定次数。第一发送功率与第二发送功率的电平不同。例如，第一发送功率的电平与检测负载时所测量的相同，并且第二发送功率的电平低于第一发射功率。在确定无线功率接收器是否与其交叉连接时，除了发送功率之外，无线功率发送器200可以与图5b中所示的波形类似地调整共振信号的电流Ix或来自电源单元20的电压Vdd。
在充电开始前，无线功率发送器200传送用于其与无线功率接收器250的通信连接的功率。该情况下，在确定发送功率的量时，无线功率发送器200可以使用从无线功率接收器250提供的初始参考电压和初始参考电流。
图6是根据本发明的实施例的在充电进行的同时确定无线功率接收器是否与其交叉连接的无线功率发送器输出的功率的功率-时间曲线图。
如图6所示，无线功率发送器可以提高或降低驱动功率而无需任何设置样式。具体地，参照图6，在施加充电功率之后，无线功率发送器通过减少或增加传输功率来改变发送功率的量。为了确定在施加充电功率时无线功率发送器应当增加充电功率的电平，无线功率发送器可以使用从无线功率接收器250提供的初始参考电压和初始参考电流。之后，与发送功率的改变量对应的无线功率接收器250处的测量的电压Vrect和测量的电流Irect被承载在从无线功率接收器250接收的报告帧上，并且用于在充电开始之后报告充电状况。
例如，如果无线功率发送器200减小其发送功率，则无线功率接收器250处的测量的电压Vrect和测量的电流Irect也将减少以对应于发送功率。类似地，如果无线功率发送器200增加其发送功率，则在无线功率接收器250处测量的电压Vrect和测量的电流Irect也将增加以对应于发送功率。如果测量的电压Vrect和测量的电流Irect没有改变为对应于发送功率，则在确定无线功率接收器250不是有效的无线功率接收器之后，无线功率发送器200终止其到无线功率接收器250的通信连接。
然而，如果已经改变为对应于发送功率的测量的电压Vrect和测量的电流Irect的电平未落入有效范围内，则无线功率发送器200确定无线功率接收器250是有效的无线功率接收器。通过执行该确定，无线功率发送器200仅维持其与有效的无线功率接收器的连接，从而防止交叉连接。
图7是示出根据本发明的实施例的无线功率发送器与无线功率接收器之间的信号发送/接收的图。
如图7所示，为了解决交叉连接问题，可以在检测步骤之后和在加入或注册步骤之前进行添加。
无线功率发送器200可以在加入步骤之前改变其施加的功率。此外，无线功率发送器可以命令无线功率接收器发送其电压信息。无线功率接收器250响应于该命令而向无线功率发送器发送其电压信息。无线功率发送器200将接收的无线功率接收器250的电压信息与其施加的功率的改变进行比较。基于比较结果，无线功率发送器200确定是否加入其无线功率网络中的无线功率接收器。例如，如果无线功率接收器250的电压改变为对应于无线功率发送器200的功率的改变，则无线功率发送器200加入其无线功率网络中的无线功率接收器。然而，如果无线功率接收器250的电压未改变为对应于无线功率发送器200的功率的改变，则无线功率发送器200不加入其无线功率网络中的无线功率接收器。
图8是示出根据本发明的另一实施例的无线功率发送器与多个无线功率接收器之间的信号发送/接收的图。
如图8所示，在与第一无线功率接收器250形成网络期间或之后(即，在充电开始之前的状态800)，基于从第一无线功率接收器250接收的包括功率状态信息的报告帧，无线功率发送器200检查第一无线功率接收器250是否与其交叉连接。替换地，在向第一无线功率接收器250通知充电的开始之后(即，在充电进行的状态805)，无线功率发送器200可以基于包括指示第一无线功率接收器250的充电状况的功率状态信息来执行交叉连接检查操作。多个无线功率接收器可以被放置在无线功率发送器200的充电垫上或其上方。即使在存在多个无线功率接收器时，在充电开始之前的状态810，或在充电进行的状态815，在调整到第二无线功率接收器260的发送功率的量之后，无线功率发送器200可以基于从第二无线电源接收器260接收的包括其功率状态信息的报告帧来执行交叉连接检查操作。
至此已经描述用于在交叉连接检查方法改变发送功率的电平的配置。在本发明的替换实施例中，无线功率发送器可以将无线功率发送器在检测负载的改变之后在预定时间内已经从其接收信号的无线功率接收器确定为将要与其连接的无线功率接收器。无线功率发送器可以例如从无线功率接收器接收无线功率发送器单元(PTU)搜索信号。无线功率发送器可以将无线功率发送器在检测负载的改变之后在预定时间内已经从其接收PTU搜索信号的无线功率接收器确定为将要与其连接的无线功率接收器。无线功率发送器可以将无线功率发送器在检测负载的改变之后在预定时间过去之后已经从其接收PTU搜索信号的无线功率接收器确定为交叉连接的无线功率接收器，并且可以释放其通信连接。无线功率发送器可以甚至在未检测到负载的改变时释放其通信连接。
虽然，在前面的描述中的示例中，无线功率发送器在检测负载的改变之后在预定时间内接收PTU搜索信号，但是无线功率发送器可以在相同的交叉连接检查方法中改变其操作顺序，诸如在接收PTU搜索信号之后在预定时间内检测负载的改变。
当使用小尺寸无线功率接收器或具有低功耗的设备时，无线功率发送器可能无法检测无线功率接收器的负载的改变。该情况下，无线功率接收器可以在其与无线功率发送器通信期间提供附加信息，以允许无线功率发送器通过检测负载的改变来确定将要与其连接的无线功率接收器。附加信息可以包括无线功率接收器的功耗、取决于其尺寸而分类的无线功率接收器的类别信息、以及指示无线功率发送器是否可以检测无线功率接收器的负载的改变的信息中的至少一个。
更具体地，在接收无线功率接收器的PTU搜索信号之后，无线功率发送器识别包括在PTU搜索信号中的无线功率接收器的类别信息。类别信息可以取决于无线功率接收器的类型而具有类别1至类别5中的至少一个，如下面表5所示。
表5
[表5]
无线功率接收器的类别 无线功率接收器的类型
类别1 蓝牙耳机
类别2 功能电话机
类别3 智能电话机
类别4 平板计算机
类别5 膝上计算机
如果所识别的种类信息指示类别2至类别5中的任何一个，则确定无线功率发送器可以针对类别来检测负载的改变的无线功率发送器在检测负载的改变之后或在预定时间内确定其是否已经接收PTU搜索信号，并且将相关的无线功率接收器确定为要与其连接的无线功率接收器。如果无线功率发送器在预定的时间内已经接收PTU搜索信号，则无线功率发送器将与相关的无线功率接收器通信。此外，如果无线功率发送器没有检测到负载的任何改变或在预定时间过去之后检测到负载的改变，则无线功率发送器释放与无线功率接收器的通信，并确定无线功率接收器不是将要连接到无线功率发送器的无线功率接收器。
然而，如果无线功率发送器识别的类别信息对应于类别1，则无线功率发送器与相关的无线功率接收器通信，而不管无线功率发送器是否已经检测到无线功率接收器的负载的改变，并确定无线功率发送器无法检测无线功率接收器的负载的改变。
关于类别信息或用于确定无线功率发送器是否能够检测负载的改变的标准(criteria)，可以在无线功率发送器中预先设置类别，或者无线功率发送器可以通过通信从无线功率接收器接收标准。
虽然在上述示例中，无线功率发送器基于无线功率接收器的类别来确定将要与其连接的无线功率接收器，但是根据本发明的实施例，无线功率发送器也可以使用下面表6所示的表格作为用于确定将要与其连接的无线功率接收器的标准，而不管类别如何。
具体地，在接收无线功率接收器的PTU搜索信号之后，无线功率发送器检测包括在PTU搜索信号中的无线功率接收器的负载检测指示位信息。取决于无线功率接收器的类型，负载检测指示位信息可以具有诸如‘000’、‘001’、‘010’、‘011’、‘100’、‘101’的3比特的值，如下面表6所示。
表6
[表6]
负载检测指示位 无线功率接收器的类型
000 其负载的改变无法被检测的设备
001 类别1中的无线功率接收器(例如，蓝牙耳机)
010 类别2中的无线功率接收器(例如，功能电话机)
011 类别3中的无线功率接收器(例如，智能电话机)
100 类别4中的无线功率接收器(例如，平板计算机)
101 类别5中的无线功率接收器(例如，膝上计算机)
例如，负载检测指示位‘000’指示其负载的改变无法被无线功率发送器检测的设备，不管无线功率接收器的类别如何。因而，即使对于其类别信息为3(即，位序列‘011’)的智能电话机(或无线功率接收器)，如果包括在PTU搜索信号中的负载检测指示位是‘000’，则在确定智能电话机不是将要与其连接的无线功率接收器之后，无线功率发送器将结束与智能电话机的通信。
提供上述示例仅仅用于说明本发明的实施例的原理，根据本发明的实施例的无线功率发送器可以即使在充电阶段从其无线功率网络中排除交叉连接的无线功率接收器。例如，无线功率发送器可改变其充电功率，并且可以将无线功率接收器的相应的电压信息与充电功率的改变进行比较，以确定是否保持无线功率网络中无线功率接收器的加入。
如上所述，根据本发明的实施例的无线功率发送器可以在交叉连接的无线功率接收器加入无线功率网络之前，从其无线功率网络中排除交叉连接的无线功率接收器。
从以上描述中显而易见，根据本发明的实施例的无线功率发送器在充电开始之前或在充电进行的同时检查无线功率接收器是否与其交叉连接，从而在包括多个无线功率接收器的多功率发送系统中确保稳定性。此外，即使多个无线功率接收器被置于非常靠近无线功率发送器，无线功率发送器仅仅对其功率改变对应于无线功率发送器的功率控制的无线功率接收器进行充电，从而使得能够稳定地供电。换句话说，根据本发明的实施例，无线功率发送器可以仅仅向在无线功率发送器的指令下操作的无线功率接收器传送功率并与其执行数据通信，从而防止由于外来对象引起设备损坏。
此外，根据本发明的实施例的无线功率接收器还可以请求无线功率发送器传送其期望的功率以从无线功率发送器接收功率，然后基于响应于该请求而改变的功率来确定无线功率发送器的可靠性，从而防止交叉连接。
虽然已经参照其某些实施例示出和描述本发明，但是本领域技术人员不难理解，其中可以在细节和形式上进行各种改变而不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种在无线功率发送器中排除交叉连接的无线功率接收器的方法，包括：
在该无线功率发送器与该无线功率接收器通信的同时确定发送功率；
向该无线功率接收器传送所确定的发送功率；
从该无线功率接收器接收指示功率接收状态的报告；
确定由该报告指示的功率接收状态是否在与该发送功率对应的有效范围内；以及
如果该功率接收状态在该有效范围之外，则终止到该无线功率接收器的通信。
2.如权利要求1所述的方法，其中，关于功率接收状态的信息包括在该无线功率接收器中测量的电压和电流中的至少一个。
3.如权利要求1或2所述的方法，进一步包括：在确定发送功率之前，从该无线功率接收器接收用于加入由该无线功率发送器控制的无线功率网络的加入请求帧。
4.如权利要求1至3之一所述的方法，其中，使用包括在加入请求帧中、并且在该无线功率接收器中确定的初始参考电压和初始参考电流中的至少一个来确定发送功率。
5.如权利要求1至4之一所述的方法，其中，向无线功率接收器传送所确定的发送功率包括：在充电开始之前、或在充电进行的同时进行以下至少一个：增加发送功率和减小发送功率。
6.如权利要求1至5之一所述的方法，其中，增加发送功率和减小发送功率中的至少一个被重复预定次数。
7.一种排除交叉连接的无线功率接收器的无线功率发送器，包括：
控制器，用于在该无线功率发送器与该无线功率接收器通信的同时确定发送功率；
共振信号产生器，用于在该控制器的控制下向该无线功率接收器供应所确定的发送功率；以及
无线通信单元，用于在该无线功率发送器传送发送功率时从该无线功率接收器接收指示功率接收状态的报告，
其中，该控制器被配置为确定由该报告指示的功率接收状态是否在与该发送功率对应的有效范围内，并且如果该功率接收状态在该有效范围之外，则终止到该无线功率接收器的通信。
8.如权利要求7所述的无线功率发送器，其中，关于功率接收状态的信息包括在该无线功率接收器中测量的电压和电流中的至少一个。
9.如权利要求7或8中所述的无线功率发送器，其中，该控制器使用通过测量在电源单元中产生的信号来确定的电压Vdd和电流Idd中的至少一个来调整发送功率。
10.如权利要求7至9之一所述的无线功率发送器，其中，该控制器使用通过该共振信号产生器以无线方式发送的共振信号的电流Itx和电压Vtx中的至少一个来调整发送功率。
11.如权利要求7至10之一所述的无线功率发送器，其中，该控制器在充电开始之前、或在充电进行的同时调整发送功率。
12.如权利要求7至11之一所述的无线功率发送器，其中，该控制器使用该无线功率接收器中的初始参考电压和初始参考电流中的至少一个来确定发送功率。
13.如权利要求7至12之一所述的无线功率发送器，其中，初始参考电压和初始参考电流中的至少一个被包括在通过该无线通信单元来自该无线功率接收器的用于加入由该无线功率发送器控制的无线功率网络的加入请求帧中。
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