CN104659887A - 非接触式电源装置和非接触式供电方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种非接触式电源装置和非接触式供电方法，其中，短信标被发送以识别电力接收装置，长信标被发送以唤醒电力接收装置的通信电路，并且充电电力以无接触方式被发送，其中，短信标的信号电平和长信标的信号电平中的至少一个变化。
Description
本申请要求分别于2013年11月20日、2014年6月25日、2014年7月29日、2014年11月6日提交到韩国知识产权局的第10-2013-0141740号、第10-2014-0078486号、第10-2014-0096825号、第10-2014-0153387号韩国专利申请的优先权和权益，所述韩国专利申请的公开通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及一种以无接触方式传输电力的非接触式电源装置和非接触式供电方法。
背景技术
为了对电子装置供电，需要用于将电力从外部电源传输到电子装置的电源装置。
总体上，当前普遍使用通过连接器等直接连接到电子装置的有线电源装置来对包括在电子装置的电池进行供电。可选地，如以下现有技术文件所公开的，可通过磁感应效应或磁共振效应，以无接触方式对设置在电子装置中的电池进行供电。
同时，如以下现有技术文件所公开的，非接触式电源装置可发送短信标来确定以无接触方式接收电力的电力接收装置是否靠近电源装置的充电表面。这里，由于非接触式电源装置的充电表面的线圈和电力接收装置的线圈之间的耦合系数的可靠性，因此非接触式电源装置可能不能正确地识别其附近的电力接收装置。另外，非接触式电源装置可发送相对长的信标以唤醒电力接收装置的通信电路，从而执行正常的充电操作。在这样的情况下，由于关于充电表面的线圈和电力接收装置的线圈之间的耦合系数的问题，因此电力接收装置的通信电路可能不能被唤醒。
【现有技术文件】
【专利文件】
(专利文件1)第10-2011-0009227号的韩国专利特许公开
发明内容
本公开的方面可提供一种非接触式电源装置和非接触式供电方法，其中，短信标或长信标的信号电平变化。
根据本公开的方面，提供一种非接触式电源装置和非接触式供电方法，其中，短信标被发送以识别电力接收装置，长信标被发送以唤醒电力接收装置的通信电路，并且充电电力以无接触方式被发送，其中，短信标的信号电平和长信标的信号电平中的至少一个变化。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本公开的以上和其它方面、特点与优点，在附图中：
图1A至图1C是示出非接触式电源装置和电力接收装置的示例性示图；
图2A是示出根据本公开中的示例性实施例的非接触式电源装置的操作的流程图；
图2B是示出在图2A中示出的操作中的非接触式电源装置和电力接收装置之间的信号发送与信号接收的示例性示图；
图3A至图3D是示出根据本公开中的示例性实施例的非接触式电源装置的操作的示图；
图4A至图4D是示出根据本公开中的另一示例性实施例的非接触式电源装置的操作的示图；
图5A至图5C是示出根据本公开中的另一示例性实施例的非接触式电源装置的操作的示图；
图6A和图6B是示出根据本公开中的示例性实施例的从非接触式电源装置输出的短信标或长信标的示例的示图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。
然而，本公开可以以许多不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是全面且完整的，并且这些实施例将向本领域的技术人员充分传达本公开的范围。
在附图中，为了清楚可夸大元件的形状和尺寸，并且将始终使用相同的标号来指定相同或相似的元件。
图1A至图1C是示出非接触式电源装置和电力接收装置的示图。
参照图1A，根据示例性实施例的电源装置100可以以无接触方式发送短信标、长信标和充电电力(这里，无接触方式可表示在发送端和接收端的导体之间没有直接连接的情况下将电力从发送端发送到接收端的处理，换句话说，通过非接触式发送、无线发送等将电力从发送端发送到接收端的处理)。根据示例性实施例的电源装置100可通过电力发送线圈130发送短信标、长信标和充电电力。
在电力接收装置A靠近电源装置100的表面的情况下，随着电力接收装置A离具有预定匝数的电力发送线圈130的中心的距离增大，电力接收装置A的电力接收线圈(未示出)和电力发送线圈130之间的耦合系数会减小，因此，即使当电源装置100发送具有预定信号电平的短信标或长信标时，电源装置100也可能不能正确地识别电力接收装置A或者可能不能唤醒电力接收装置A的通信电路。
参照图1B，在电力接收装置A位于靠近电力发送线圈130的中心的位置的情况下，电力接收装置A的电力接收线圈(未示出)和电力发送线圈130之间的耦合系数相对高，因此，电源装置100可通过使用具有低信号电平的短信标或长信标，来识别电力接收装置A或唤醒电力接收装置A的通信电路。然而，发送信号电平等于或高于预定信号电平的短信标或长信标会导致不必要的功耗。即使在电力接收装置A位于靠近电力发送线圈130的中心的位置的情况下，由于电力接收装置A和电源装置100之间的兼容性问题，导致电力接收装置A和电源装置100之间的耦合系数也可能低。这可被视为与图1A的情形等同的情形。
参照图1C，在电力接收装置B是诸如智能手表的可穿戴式装置的情况下，电力接收装置B具有相对小的电力接收线圈b，从而，即使当电力接收装置B位于靠近电力发送线圈130的中心的位置时，电源装置100也可能不能正确地识别电力接收装置B。
图2A是示出根据本公开中的示例性实施例的非接触式电源装置的操作状态的流程图，图2B是示出在图2A的操作状态下，非接触式电源装置和电力接收装置之间的信号发送与信号接收的示图。
参照图2A和图2B，根据示例性实施例的非接触式电源装置的操作状态可被划分为节电状态S1、低功率状态S2、电力传输状态S3和故障状态S4。
在节电状态S1下，短信标可被传播以确定电力接收装置是否靠近非接触式电源装置的电力发送表面，长信标可被传播以唤醒电力接收装置的通信电路。
在这种情况下，短信标或长信标的信号电平可变化。
短信标或长信标可从非接触式电源装置的电力发送线圈输出。
在低功率状态S2下，在非接触式电源装置从电力接收装置接收到通告信号(通过标号①指示的PRU(电力接收单元)通告)的情况下，非接触式电源装置可将连接请求(通过标号②指示的连接请求)发送到电力接收装置，然后在非接触式电源装置和电力接收装置之间传输用于传输充电电力的多种参数(通过标号③指示的PRU静态参数、通过标号④指示的PTU(电力发送单元)静态参数和通过标号⑤指示的PRU动态参数)。
在完成在非接触式电源装置和电力接收装置之间传输参数的情况下，非接触式电源装置可进入电力传输状态S3。在从电力接收装置仅接收到通告信号而未发送或未接收到参数的情况下，可确定通信失败，并且非接触式电源装置可进入故障状态S4，从而停止操作。
在电力传输状态S3下，非接触式电源装置可请求关于电力接收装置所必需的充电电力的信息(通过标号⑥指示的PRU控制)，并且然后根据来自电力接收装置的充电电力请求或充电电力发送停止请求(通过标号⑦指示的PRU动态参数)而将所请求的充电电力发送到电力接收装置。如果出现充电电力发送停止请求(标号⑧)，则非接触式电源装置可进入故障状态S4，从而停止操作。
可在非接触式电源装置的通信电路和电力接收装置的通信电路之间执行上述的在低功率状态S2和电力传输状态S3下的信号发送与接收(标号①至⑧)，并且可在非接触式电源装置的电力发送线圈和电力接收装置的电力接收线圈之间传输充电电力。
图3A至图3D是示出根据本公开中的示例性实施例的非接触式电源装置的操作的示图。
参照图3A，根据示例性实施例的非接触式电源装置可传播短信标(S11)，可检测电力发送线圈的阻抗(S12)，如果阻抗变化(S13)则可传播长信标(S15)，并且如果阻抗不变化则可改变短信标的信号电平(S14)从而传播短信标。根据示例性实施例的非接触式电源装置可根据第一时间段而传播短信标。
另外，在步骤S11，根据示例性实施例的非接触式电源装置可根据与第一时间段不同的第二时间段而传播长信标。换句话说，根据示例性实施例的非接触式电源装置可根据彼此不同的预定时间段而单独传播短信标和长信标。
如果电力接收装置的通信电路通过所传输的长信标被唤醒并且非接触式电源装置从电力接收装置接收到通告信号(S16)，则非接触式电源装置可与电力接收装置进行通信(S20)并发送必需的充电电力(S30)。
如果非接触式电源装置与电力接收装置通信失败，则非接触式电源装置可进入故障状态，从而停止操作。
参照图3B和3C，根据示例性实施例的电源装置可包括：电力发送单元120、电力发送线圈130、检测单元140和控制单元150，并且还可包括电力供应单元110、振荡单元170和通信单元160。
电力发送单元120可通过电力发送线圈130发送短信标、长信标和充电电力，并可根据控制单元150的控制而改变短信标的信号电平或长信标的信号电平(下面将参考另一示例性实施例来描述长信标的信号电平的变化)。
同时，图3D更详细地示出根据示例性实施例的非接触式电源装置的操作，所述操作将参照图3A至图3C来描述。
根据示例性实施例的电源装置100可根据不同的时间段通过电力发送线圈130来传播短信标和长信标。
例如，当长信标的信号电平可不变时，短信标的信号电平可变化。
也就是说，电力发送单元120可根据预定时间段通过电力发送线圈130来发送短信标，从而确定电力接收装置A是否靠近电源装置100，并且电力发送单元120可根据与短信标的时间段不同的时间段来发送长信标，从而唤醒电力接收装置A的通信单元a4。
在电力接收装置A的电力接收线圈感应到短信标的情况下，电力发送线圈130的阻抗变化。因此，检测单元140可通过在短信标被发送之后检测电力发送线圈130的阻抗的变化，来检测电力接收装置A是否靠近电源装置100。检测单元140可将检测结果发送到控制单元150，控制单元150可改变短信标的信号电平，直到来自检测单元140的检测结果对应于电力接收装置A靠近电源装置100的状态为止。
在这种情况下，控制单元150可通过改变电力供应单元110提供给电力发送单元120的电力的电平来改变短信标的信号电平，电力发送单元120可在通过振荡单元170提供的载波频率下，通过电力发送线圈130将短信标发送到外部。
如示出的，例如，在短信标的信号电平被设置为第一电平至第四电平(S1、S2、S3和S4)的情况下，所述信号电平可按顺序变化，使得短信标可按顺序具有第一电平S1、第二电平S2、第三电平S3和第四电平S4。如上所述，短信标可根据预定时间段被发送，例如，在短信标的信号电平被设置为第一电平至第四电平(S1、S2、S3和S4)的情况下，所述信号电平可按顺序变化，使得短信标可根据预定时间段而按顺序具有第一电平S1、第二电平S2、第三电平S3和第四电平S4，并且可按照第一电平、第二电平、第三电平和第四电平的顺序被发送，然后短信标可按照第一电平、第二电平、第三电平和第四电平的顺序重复地变化并被发送。
前述的信号电平可按照从设置电平中的最低电平至最高电平的顺序变化，但是，在一些情况下所述信号电平可从与电力接收装置先前已被识别时的电平对应的电平按顺序变化。也就是说，在电力接收装置先前在第二电平已被识别的情况下，电平可以以第二电平至第四电平的顺序重复地变化并被发送，在电平从第二电平变化到第四电平之后，电平可按照第一电平至第四电平的顺序变化并被发送。
同时，如上所述，长信标可根据与短信标的预定时间段不同的预定时间段来发送。这里，如果在发送短信标之后电力发送线圈130的阻抗变化并且确定电力接收装置A靠近电源装置100，则长信标可独立于预定时间段而被发送，但是所述长信标不可以在应当发送具有预定时间间隔的长信标的时序被发送。
例如，如果具有第三电平的短信标被发送并且确定电力接收装置靠近电源装置100，则可不考虑预定时间段而独立发送长信标。
所发送的长信标可通过电力接收装置A的整流单元a1被整流，可通过转换器a2被转换为具有适当电平的电力，然后可被传输到通信单元a4，从而唤醒通信单元a4。然后，控制单元a3可通过通信单元a4发送通告信号，并且如果通信单元160从电力接收装置A接收到通告信号，则通信单元160可与电力接收装置A的通信单元a4进行通信，控制单元150可控制电力供应单元110和电力发送单元120的操作以发送必需的充电电力。
如果通信单元160在接收到通告信号之后与电力接收装置A通信失败，则在低功率状态下的信号发送操作重复三次之后，电源装置可进入故障状态，然后停止操作。
图4A至图4D是示出根据本公开中的另一示例性实施例的非接触式电源装置的操作的示图。
参照图4A，如果短信标被发送并且随后确定电力接收装置靠近电源装置(S111)，则独立于预定时间段而发送的长信标的信号电平可变化(S121、S131、S141)。
接下来，如果从电力接收装置接收到通告信号，则电源装置可与电力接收装置进行通信(S21)，然后发送充电电力(S31)，如果电源装置与电力接收装置通信失败，则电源装置可进入故障状态(S41)。
更具体地说，根据示例性实施例的非接触式电源装置可在具有预定时间间隔的长信标将被发送的时序之前发送长信标，从而在通过传播短信标使得电力发送线圈的阻抗改变为预设水平或更大时，唤醒电力接收装置的通信电路。
在这种情况下，如果通过具有预定电平的长信标从电力接收装置的通信电路未接收到通告信号，则长信标的信号电平可变化。
例如，如图4B所示，在前述的长信标的信号电平被设置为第一电平至第四电平(L1、L2、L3、L4)的情况下，长信标的信号电平可从第一电平L1顺序增大到第四电平S4。在一些情况下，信号电平可在设置时间内从与先前已从电力接收装置接收到通告信号时的电平对应的电平顺序增大到最高电平。
长信标的信号电平可如所示地没有预定时间间隔地连续变化。
同时，在示例性实施例中，短信标的信号电平可不变(如图4B所示)，或者可变化(如图4C所示)。
在示例性实施例中，具有预定时间间隔的长信标的信号电平可不变(如图4B和图4C所示)，或者可变化(如图4D所示)。
图5A至图5C是示出根据本公开中的另一示例性实施例的非接触式电源装置的操作的示图。
参照图5A，即使在短信标被发送的情况下，电力接收装置也可能不被识别。也就是说，在电力接收线圈(诸如包括在如图1C所示的可穿戴式装置中的电力接收线圈)的尺寸相对小的情况下，即使当电力接收装置准确地位于电力发送表面的中心时，电力接收线圈的阻抗的变化也较小，因此，电力接收装置可能不被识别。
在这种情况下，不考虑通过短信标(虽然在附图中省略了短信标的发送，但是在实际操作中短信标可根据预定时间段发送)的电力接收装置的识别失败，如果电力接收装置的通信电路通过根据预定时间段发送的长信标而被唤醒，并且通告信号被接收(S112、S122、S132)，则电源装置可与电力接收装置进行通信(S22)，然后发送充电电力(S32)。类似地，如果电源装置与电力接收装置通信失败，则电源装置可进入故障状态(S42)。
例如，根据预定时间段发送的长信标的信号电平可根据通告信号是否已经被接收而变化。
如图5B和图5C所示，如果由于即使在短信标的信号电平不变或变化时阻抗的变化也小而导致电力接收装置不被识别，则根据预定时间段发送的长信标的信号电平可根据通告信号是否已经被接收而变化。如果从电力接收装置的通信电路接收到通告信号，则电源装置可与电力接收装置进行通信并然后发送充电电力。长信标的信号电平可从设置信号电平中的最低电平至最高电平顺序变化(如图4B所示)，并在一些情况下，可从与先前已从电力接收装置接收到通告信号时的电平对应的电平顺序地变化到最高电平。
例如，在长信标的信号电平被设置为第一电平至第四电平(L1、L2、L3、L4)的情况下，所述信号电平可顺序地变化，使得长信标可根据预定时间段而具有第一电平L1、第二电平L2、第三电平L3、第四电平L4，长信标可按照第一电平、第二电平、第三电平和第四电平的顺序被发送，然后可按照第一电平、第二电平、第三电平和第四电平的顺序重复地变化并被发送。
前述的信号电平可按照从设置电平中的最低电平至最高电平的顺序变化，但是，在一些情况下，可从与通告信号先前已被接收时的电平对应的电平顺序地变化。也就是说，在通告信号先前在第二电平已被接收的情况下，电平可按照第二电平至第四电平的顺序重复地变化并被发送，并且在电平从第二电平变化到第四电平之后，电平可按照第一电平至第四电平的顺序变化被发送。
图6A和图6B是示出根据本公开中的示例性实施例的从电源装置输出的短信标或长信标的示例的示图。
参照图6A和图6B，在示例性实施例中，短信标或长信标的信号电平可随机变化。
如上所述，根据本公开的示例性实施例，即使在非接触式电源装置和电力接收装置之间的耦合系数低的情况下，电力接收装置也可被正确地识别或者电力接收装置的通信电路也可被唤醒，在非接触式电源装置和电力接收装置之间的耦合系数高的情况下，可通过输出具有相对低的电平的短信标或长信标来降低功耗。
虽然上面已经示出并描述了示例性实施例，但是对本领域的技术人员清楚的是，在不脱离由权利要求所限定的本发明的范围的情况下可进行修改和变化。
Claims (35)
1.一种非接触式电源装置，根据第一时间段发送短信标以识别电力接收装置并以无接触方式发送充电电力，所述非接触式电源装置包括：
电力发送单元，控制短信标和充电电力的发送；
电力发送线圈，根据电力发送单元的控制来以无接触方式发送短信标和充电电力；
控制单元，控制短信标的信号电平的变化。
2.如权利要求1所述的非接触式电源装置，其中，控制单元通过控制施加到电力发送单元的输入电力的电压电平来控制短信标的信号电平。
3.如权利要求1所述的非接触式电源装置，还包括检测电力发送线圈的阻抗的变化的检测单元。
4.如权利要求3所述的非接触式电源装置，其中，控制单元根据检测单元的检测结果来控制短信标的信号电平。
5.如权利要求1所述的非接触式电源装置，其中，控制单元顺序地增大短信标的信号电平。
6.如权利要求5所述的非接触式电源装置，其中，控制单元从多个设置信号电平中的最低信号电平至最高信号电平顺序增大短信标的信号电平。
7.如权利要求5所述的非接触式电源装置，其中，控制单元从多个设置信号电平中的与电力接收装置先前已被识别时的信号电平对应的信号电平至最高信号电平顺序地增大短信标的信号电平。
8.如权利要求1所述的非接触式电源装置，其中，控制单元随机改变短信标的信号电平。
9.如权利要求1所述的非接触式电源装置，其中，控制单元控制根据与第一时间段不同的第二时间段而发送的用于唤醒电力接收装置的通信电路的长信标的发送，并且长信标的信号电平不变。
10.如权利要求1所述的非接触式电源装置，其中，当电力接收装置通过短信标的发送已被识别时，控制单元控制用于唤醒电力接收装置的通信电路的长信标的信号电平在设置时间内顺序变化，直到通告信号从电力接收装置被接收为止。
11.一种非接触式电源装置，根据时间段发送长信标以唤醒电力接收装置的通信电路并以无接触方式发送充电电力，所述非接触式电源装置包括：
电力发送单元，控制长信标和充电电力的发送；
电力发送线圈，根据电力发送单元的控制以无接触方式发送长信标和充电电力；
控制单元，控制长信标的信号电平的变化。
12.如权利要求11所述的非接触式电源装置，其中，控制单元通过控制施加到电力发送单元的输入电力的电压电平来控制长信标的信号电平。
13.如权利要求11所述的非接触式电源装置，其中，控制单元顺序增大长信标的信号电平。
14.如权利要求13所述的非接触式电源装置，其中，控制单元从多个设置信号电平中的最低电平至最高电平顺序增大长信标的信号电平。
15.如权利要求13所述的非接触式电源装置，其中，控制单元从多个设置信号电平中的与当电力接收装置的通信电路先前已被唤醒时的信号电平对应的信号电平至最高电平顺序增大长信标的信号电平。
16.如权利要求11所述的非接触式电源装置，其中，控制单元随机改变长信标的信号电平。
17.如权利要求11所述的非接触式电源装置，其中，控制单元控制用于识别电力接收装置的短信标的发送，并且短信标的信号电平不变。
18.如权利要求11所述的非接触式电源装置，其中，控制单元根据是否已经从电力接收装置接收到通告信号来控制在下一时间段的长信标的信号电平。
19.一种非接触式电源装置，根据第一时间段发送短信标以识别电力接收装置，通过根据与第一时间段不同的第二时间段发送长信标来唤醒电力接收装置的通信电路，并以无接触方式发送充电电力，所述非接触式电源装置包括：
电力发送单元，控制短信标、长信标和充电电力的发送；
电力发送线圈，根据电力发送单元的控制来以无接触方式发送短信标、长信标和充电电力；
控制单元，控制短信标的信号电平和长信标的信号电平的变化。
20.如权利要求19所述的非接触式电源装置，其中，控制单元通过控制施加到电力发送单元的输入电力的电压电平来控制短信标的信号电平和长信标的信号电平。
21.如权利要求19所述的非接触式电源装置，其中，控制单元顺序增大短信标的信号电平或长信标的信号电平。
22.如权利要求21所述的非接触式电源装置，其中，控制单元从多个设置信号电平中的最低电平至最高电平顺序增大短信标的信号电平或长信标的信号电平。
23.如权利要求21所述的非接触式电源装置，其中，控制单元从多个设置信号电平中的与当电力接收装置先前已被识别时的信号电平对应的信号电平至最高电平顺序增大短信标的信号电平。
24.如权利要求21所述的非接触式电源装置，其中，控制单元从多个设置信号电平中的与当电力接收装置的通信电路先前已被唤醒时的信号电平对应的信号电平至最高信号电平顺序增大长信标的信号电平。
25.如权利要求19所述的非接触式电源装置，其中，控制单元随机改变短信标的信号电平或长信标的信号电平。
26.如权利要求19所述的非接触式电源装置，其中，当电力接收装置通过短信标的发送已被识别时，控制单元控制长信标的信号电平在设置时间内顺序增大，直到通告信号从电力接收装置被接收为止。
27.一种非接触式供电方法，包括：
进入节电状态，通过由非接触式电源装置根据第一时间段发送用于识别电力接收装置的短信标并根据与第一时间段不同的第二时间段发送用于唤醒电力接收装置的通信电路的长信标，来从电力接收装置接收通告信号；
进入低功率状态，执行非接触式电源装置和电力接收装置之间的通信；
进入电力传输状态，将充电电力从非接触式电源装置发送到电力接收装置，
其中，短信标的信号电平和长信标的信号电平中的至少一个变化。
28.如权利要求27所述的非接触式供电方法，其中，在节电状态下，所述非接触式电源装置根据时间段来顺序增大短信标的信号电平或长信标的信号电平。
29.如权利要求28所述的非接触式供电方法，其中，在节电状态下，所述非接触式电源装置从多个设置电平中的最低电平至最高电平顺序增大短信标的信号电平或长信标的信号电平。
30.如权利要求28所述的非接触式供电方法，其中，在节电状态下，所述非接触式电源装置从多个设置信号电平中的与当电力接收装置先前已被识别时的信号电平对应的信号电平至最高信号电平顺序增大短信标的信号电平。
31.如权利要求27所述的非接触式供电方法，其中，在节电状态下，当电力接收装置在所述非接触式电源装置发送短信标之后已被识别时，所述非接触式电源装置在设置时间内从多个设置信号电平中的最低信号电平至最高信号电平顺序增大长信标的信号电平，直到通告信号从电力接收装置被接收为止。
32.如权利要求27所述的非接触式供电方法，其中，在节电状态下，所述非接触式电源装置随机改变短信标的信号电平或长信标的信号电平。
33.如权利要求27所述的非接触式供电方法，其中，在节电状态下，所述非接触式电源装置从多个设置信号电平中的与当电力接收装置的通信电路先前已被唤醒时的信号电平对应的信号电平至最高信号电平顺序增大长信标的信号电平。
34.如权利要求28所述的非接触式供电方法，其中，在节电状态下，所述非接触式电源装置改变短信标的信号电平，直到电力发送端的阻抗被改变为预定水平或更大为止。
35.如权利要求28所述的非接触式供电方法，其中，在节电状态下，所述非接触式电源装置根据是否已经从电力接收装置接收到通告信号来控制长信标的信号电平。
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