CN105207687B - 无线充电器接收机侧的通信干扰消除 - Google Patents

Abstract

公开了装置的实施例。在实施例中，公开了电力接收机单元。所述电力接收机单元包括电力拾取单元、通信调制器和滤波器。所述电力拾取单元接收无线电力信号。所述通信调制器向所接收的无线电力信号施加调制。所述滤波器抑制来自无线充电接收机的负载的负载信号，以防止干扰调制。

Description

无线充电器接收机侧的通信干扰消除

背景技术

在便携式电子产品市场中越来越多地需要无线充电。由无线充电联盟为管理无线充电系统的制造者和开发者的无线充电设计而设置的新兴标准之一称作“Qi”。Qi低电力标准描述了一种将数据比特调制到输入电力信号上的差分双相编码方案。随着电力信号接收机对来自发射机的输入电力信号进行调制，发射机处的负载发生改变。发射机处的这些负载改变可以转化为通信。实际上，负载调制系统可以是电阻式的、电容式的或电感式的。

在一个无线充电方法中，调制的各个数据比特与内部时钟信号对齐，使得每个比特的起点与时钟信号的上升沿对齐。根据Qi，内部时钟信号的频率应为2^(±4％)kHz。使用这种无线充电方法，通过产生两个过渡(一个过渡发生在时钟信号的上升沿期间，另一个与时钟信号的下降沿是同时的)来传送值为1的比特。通过产生单个过渡(与时钟信号的上升沿一致)来对值为零的比特进行编码。标准化这种通信方法允许多种系统之间的兼容。

然而，若干缺点和先前没发现的问题影响一些现有系统。这些问题中的一些可能导致消费者或产品开发者错误地认为充电单元有缺陷。这可能是令消费者和制造者苦恼的根源。这还可能不利地影响制造者的品牌形象，并为制造者制造财务困难，这是由于消费者错误地认为充电器是有缺陷的并将此与制造者相关联。

发明内容

描述了装置的实施例。在一个实施例中，该装置是电力接收机单元。电力接收机单元包括电力拾取单元、通信调制器和滤波器。电力拾取单元接收无线电力信号。通信调制器向所接收的无线电力信号施加调制。滤波器抑制来自无线充电接收机的负载的负载信号，以防止干扰调制。

还描述了一种方法。在一个实施例中，所述方法是用于抑制无线电力信号干扰的方法。所述方法包括：在电力模式期间接收无线电力信号。所述方法还包括：在通信阶段期间对所接收的无线电力信号进行调制。通信阶段发生在电力模式期间。所述方法还包括：对负载信号进行滤波以防止干扰影响调制。

还描述了一种系统。在一个实施例中，所述系统是无线电力系统。所述系统包括电力发送单元和电力接收机单元。电力发送单元发送无线电力信号。电力接收机元接收无线电力信号，并对所接收的无线电力信号进行调制以与电力发送单元进行通信。电力信号接收机包括滤波器，该滤波器用于抑制负载信号以防止干扰经调制的无线电力信号。

附图说明

根据结合附图的以下详细描述，将清楚根据本发明的其他方面，其中以本发明的原理为例示出了附图。

图1示出了无线充电系统的一个实施例的示意框图。

图2示出了图1的电力拾取单元、接收机通信和控制单元以及负载的一个实施例的功能框图。

图3示出了图1的电力拾取单元的一个实施例的示意框图。

图4示出了具有无源滤波器的电力拾取单元的一个实施例的示意框图。

图5示出了具有有源滤波器的电力拾取单元的一个实施例的示意框图。

图6示出了具有包括稳流器的有源滤波器的电力拾取单元的另一实施例的示意框图。

图7示出了图5的中间缓冲器的一个实施例的示意框图。

图8示出了用于抑制无线电力信号干扰的方法的一个实施例的流程图。

贯穿描述，可以将相似的附图标记用于标识相似的元件。

具体实施方式

应清楚地理解，这里所概述的和附图所示的实施例的组件可以被布置和设计在多种不同配置中。因此，以下对附图所示的多种实施例的更详细描述不是为了限制本公开的范围，而仅表示多种实施例。尽管将实施例的多种方面呈现在附图中，但是除非明确说明，否则附图不必是按比例绘制的。

本发明可以表现为其他特定形式，而不脱离本发明的精神或本质特性。在任何情况下都应将所述实施例理解为仅是示例性的，而非限制性的。因此，通过所附权利要求而不是通过这种详细描述来指示本发明的范围。在权利要求等同物的含义和范围内的所有改变都被包括在本发明的范围内。

贯穿本说明书对特征、优点的提及或类似语言不意味着可以使用本发明实现的所有特征和优点应该在或确实在本发明的任何单个实施例中。相反，应将提及特征和优点的语言理解为意味着在本发明的至少一个实施例中包括结合实施例描述的具体特征、优点或特性。因此，贯穿本说明书对特征和优点的讨论和类似语言可以但不一定是指相同实施例。

此外，在一个或多个实施例中可以以任何适合方式组合本发明描述的特征、优点和特性。相关领域技术人员应认识到，根据本文的描述，可以在没有特定实施例的一个或多个具体特征或优点的前提下实践本发明。在其他示例中，可以在特定实施例中认识到可能没有呈现在本发明的所有实施例中的附加特征和优点。

贯穿本说明书对“一个实施例”、“实施例”的提及或类似语言意味着在本发明的至少一个实施例中包括结合所示实施例描述的具体特征、结构或特性。因此，贯穿本说明书的词组“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似语言可以但不一定是指相同实施例。

在以下描述和附图中，讨论了针对与无线充电相关的问题的解决方案。已经发现，在发生充电处理的频率范围内来自负载的信号可能干扰用以使接收机与无线充电器进行通信的调制处理。通常，接收单元可以对接收的电力信号进行调制以引起电力发送单元处的负载改变。电力发送单元可以解释检测到的负载改变以从接收机单元向电力发送单元传送信息。例如，当在无线充电站对电话或其他移动设备进行无线充电时，在电话本身的操作期间产生的信号(与充电处理无关)可能干扰对无线充电信号的调制。这可能影响调制处理，其中电话通过调制处理向充电站传送例如充电状态。由此产生的对调制信号的干扰可能足以显著地使电话和充电站之间的通信降级。这可能引起过热、充电不足、充电慢或其他充电问题。然而，已经发现，如果在调制电路与电话的其他信号产生电路之间包括滤波器，则可以抑制干扰以促进改善的充电处理。

图1示出了无线充电系统10的一个实施例的示意框图。系统10包括接收单元12和电力发送单元14。所示的接收单元12的实施例包括电力接收机16和负载18。电力接收机16包括电力拾取模块20以及接收通信和控制模块22(示出为Rx通信和控制)。

所示的电力发送单元14的实施例包括电力发射机24和中央单元26。电力发射机24均包括电力转换器28和发射机通信和控制模块30(示出为Tx通信和控制)。发送单元14可以包括一个或多个电力发射机24，以便向多个接收单元12进行电力传输。在一个实施例中，中央单元26控制向电力发射机24的电力分发。中央单元26还可以向电力发射机24提供控制或感测信号。在所示实施例中，单个中央单元26与多个电力发射机24相对应。在另一实施例中，单个中央单元26仅与一个电力发射机24相对应。中央单元26可以包括可编程存储器和处理器，以便于执行电力传输算法或其他程序、调度、例程或处理。中央单元26可以管理更少或更多方面，并向电力发送单元14提供更少或附加的功能。

电力转换器28发送来自电力发送单元14的电力。在一个实施例中，电力转换器28从中央单元26接收电力信号，并将电力信号转换为与传输或充电处理兼容的格式。例如，电力转换器28可以从中央单元26接收DC电力信号，并将电力信号转换为AC电力信号以进行发送。电力转换器28可以包括电感器或其他电力转换和发送装置。

发射机通信和控制模块30监控来自电力转换器28的信号。在一个实施例中，发射机通信和控制模块30检测电力转换器28处的负载调制，以解释来自接收单元12的通信。发射机通信和控制模块30还可以管理电力转换器28的操作参数。在一个实施例中，发射机通信和控制模块30与中央单元26进行通信以向中央单元26提供信息。例如，发射机通信和控制模块30可以向中央单元26传送调制信号以便进行处理。发射机通信和控制模块30可以检测在电力发送单元14处存在接收单元12。发射机通信和控制模块30可以提供更少或更多的功能和/或优点。

接收单元12从电力发送单元14接收电力信号。通常，电力发送单元14向接收单元12中继电力信号以便向接收单元12充电或供电。例如，电力发送单元14可以是基站、对接站或充电垫。当接收单元12(例如，移动电话、平板电脑或其他无线设备)被放置在发送单元14附近时，接收单元12将被充电或供电。这减小了用专用电源线和连接器插入设备中的麻烦。这还减少了所需电源线的数目，从而减少了当这些电源线受损或孩子可接近这些电源线时这些电源线可能存在的危险。

在充电期间，接收单元12被放置在发送单元14附近。电力接收机16的电力拾取模块20从电力发射机24的电力转换器28接收电力信号。接收机通信和控制模块22监控所接收的电力信号，并向电力拾取20和负载18提供控制信号。接收机通信和控制模块22还可以管理电力信号的调制以便将通信提供给发送单元14(下文所详述)。

在一些实施例中，所示的对负载18的描绘是设备的电池、电路或其他电力组件。负载18可以位于接收单元12的内部或外部连接到接收单元12。例如，负载18可以是单独的电池或集成电池。在另一示例中，负载18可以是在电力接收机16外部的电话的组件。

在一些实施例中，负载18从电力接收机16汲取的电量并非随着时间是恒定的。这些动态负载变化引起对由接收机控制模块22对电力信号的调制的干扰。这种干扰可能引起充电处理的低效率或阻止充电处理完全发生，这是由于电力发送单元14可能无法解释由接收单元12提供的调制通信。因此，电力接收机16必须抑制干扰(下文进一步详述)。

图2示出了图1的电力拾取单元20、接收机通信和控制单元22、以及负载18的一个实施例的功能框图。所示的电力拾取单元20的实施例包括接收机线圈(Rx线圈)40、整流电路42、通信调制器44以及输出断路器(disconnect)46。Rx线圈40向整流电路42传送电力。在一个实施例中，整流电路42将AC输入转换为DC输出。整流电路42还可以包括滤波器以减小整流的DC信号中的脉冲。整流电路42向通信调制器44和输出断路器46传送电力信号。整流电路42与接收机通信和控制单元22进行通信43。在一个实施例中，接收机通信和控制单元22监控输入并向整流电路42提供输入。附加地，整流电路42可以向接收机通信和控制单元22提供操作电力。

通信调制器44从整流电路42接收信号。通信调制器44向信号施加调制处理，这影响图1的电力发送单元14上的电力负载。这种调制处理可以在电力发送单元14处被解释为通信。在一些实施例中，通信可以涉及请求电力水平、充电水平或其他系统参数或状态。通信调制器44可以从接收机通信和控制单元22接收输入45，以管理信号调制处理。

输出断路器46也从整流单元42接收电力信号。输出断路器46允许接收机通信和控制单元22控制来自整流电路42的电力信号的流动。例如，输出断路器46可以是简单的电力开关或多个开关，以便断开与负载18或其他组件的电力连接，或通过创建连接来管理组件之间的连接性。输出断路器46可以是断路电路，以用作将电力信号维持在特定阈值内以不损坏负载18的故障保护电路。输出断路器46还可以从接收机通信和控制单元22接收输入47，以便访问滤波器(下文所详述)或其他组件。在其他实施例中，输出断路器46可以提供更少或更多的功能性。

所示的接收机通信和控制单元22的实施例监控从整流电路42发送的信号的电压。接收机通信和控制单元22还提供对负载18的感测和控制50。

在一个实施例中，在输出断路器46之前向信号施加滤波器49。滤波器49可以是有源滤波器或无源滤波器。附加地，滤波器49可以位于输出断路器46的下游。在一个实施例中，滤波器49可以与电力拾取单元20分离。在一些实施例中，滤波器49可以一直向信号施加滤波作用。在其他实施例中，滤波器49是无源的，并且必须被激活或被连接以向信号施加滤波效果。在一些实施例中，通过接收机通信和控制单元22控制、激活和/或监控滤波器49。下文更详细地描述了与滤波器49以及接收机通信和控制单元22相关的附加功能和连接性。

图3示出了图1的电力拾取单元20的一个实施例的示意框图。尽管以下描述参考特定排列的特定电力组件(例如，电容器、电感器、电阻器、二极管和开关)，但是应理解，可以以多种排列布置这些组件和其他组件以实现相似结果。

所示的电力拾取单元20的实施例包括调制电路或分支52和54、输出断路器46、以及接收机通信和控制单元22。图3还示出了滤波器56和负载18。电力拾取单元20通过电感器L_s接收电力信号。电力拾取单元20的一个实施例包括第一调制分支52(AC侧)。取代第一调制分支52，电力拾取单元20的另一实施例包括第二调制分支54(DC侧)。第一调制分支52包括电容器C_m和开关。第二调制分支54包括电阻器R_m和开关。第一调制分支52或第二调制分支54向在电感器L_s处接收到的电力信号施加调制作用。通过输出断路器46向负载18输出信号。在该实施例中，滤波器单元56与电力拾取单元20是分离的。

在所示实施例中，将调制分支52和54以及输出断路器46中的每一个连接到接收机通信和控制单元22。如上所述，接收机通信和控制单元22管理控制和输入信号并向这些组件提供控制和输入信号，以便执行调制、输出控制和其他操作。

在所示实施例中，滤波器56位于电力拾取单元20的外部。滤波器56抑制来自负载18的信号，该信号可能干扰由调制分支52和54完成的调制。可以由接收机通信和控制单元22控制和/或监控滤波器56，或滤波器56可以独立于接收机通信和控制单元22。滤波器56可以位于第二调制分支54和输出断路器46之间，或在输出断路器46之后。其他实施例可以将滤波器56并入相对于电力拾取单元20及其组件的其他位置。

在一个实施例中，负载18是3-5伏的负载。在一些实施例中，负载18的电压可以是固定的。在其他实施例中，负载18可以动态地改变。在一些实施例中，负载18可以向拾取单元20发送信号或谐波。这些负载信号可能干扰在调制分支52和54处实现的调制操作。在一些实施例中，来自负载的信号处于1-2kHz频带。来自负载18的这些信号可能干扰调制，使得难以或不可能在电力发送单元14侧正确解释调制。

图4示出了具有无源滤波器60的电力拾取单元20的一个实施例的示意框图。所示实施例示出了电力拾取单元20的无源滤波器60。尽管所示的无源滤波器60的实施例包括电阻器、电容器和电感器，但是其他实施例可以包括其他组件以实现相同或相似的结果。无源滤波器60移除来自负载的干扰，以便保持由调制分支52和54完成的信号调制。在所示实施例中，可以通过闭合旁路开关62，来旁路无源滤波器60。例如，接收机通信和控制单元22可以启动通信阶段，在该通信阶段中对电力信号执行调制。作为通信阶段的一部分，接收机通信和控制单元22可以断开旁路开关62以激活无源滤波器60。在完成通信阶段之后，接收机通信和控制单元22然后可以闭合旁路开关62以便实质上去激活无源滤波器60。这允许无源滤波器60的实施例需要更小且不太昂贵的组件，这是由于需要更小的电容、电感和/或电阻值来提供期望效果。

在一些实施例中，接收机通信和控制单元22可以在启动通信阶段之前断开旁路开关62，并在完成通信阶段之后闭合旁路开关62。在另一实施例中，接收机通信和控制单元22可以启动通信阶段，并且紧随在对电力信号进行实际调制之前断开旁路开关62，并且紧随在完成调制周期之后闭合旁路开关62，以便最小化无源滤波器60需要操作的时间量。这样将允许无源滤波器60并入更小且不太昂贵的组件，这是由于减小了运行时间和无源滤波器60承受的操作负担。

在一些实施例中，无源滤波器60和旁路开关62可以与输出断路器46联合操作以便提供信号管理方案。例如，可以响应于检测到无源滤波器60超过操作参数(例如，循环次数、热量阈值、信号负载或其他参数)，断开输出断路器46。还可以响应于无源滤波器60的组件故障或与旁路开关62有关的错误，断开输出断路器46。

在一些实施例中，接收机通信和控制单元22控制调制分支52和54、旁路滤波器60、旁路开关62和输出断路器46中的每一个。在另一实施例中，可以并入一个或多个附加控制器，以便管理这些组件中的一个或多个。

图5示出了具有有源滤波器64的电力拾取单元20的一个实施例的示意框图。在一个实施例中，有源滤波器64去除源自负载18的干扰。在另一实施例中，有源滤波器64去除来自电力信号的噪声和干扰，而无论噪声和干扰的源如何。在一些实施例中，有源滤波器64对1-2kHz范围内的信号进行滤波。其他实施例可以在更大或更小的频率范围内进行滤波。

接收机通信和控制单元22被耦接到有源滤波器64。接收机通信和控制单元22作为控制器操作以监控和管理有源滤波器64。在一些实施例中，接收机通信和控制单元22在通信阶段期间激活有源滤波器64。在另一实施例中，有源滤波器64对通过电力拾取单元20输入的任何电力信号进行滤波。可以应用其他滤波方案和处理。

在所示实施例中，有源滤波器64被并入电力拾取单元20中。然而，在一些实施例中，有源滤波器64可以与电力拾取单元20是分离的。附加地，有源滤波器64可以是分离组件的布置或单个集成电路(IC)系统。IC系统可以受益于减小的尺寸和成本。

图6示出了具有包括稳流器66的有源滤波器64的电力拾取单元20的另一实施例的示意框图。在所示实施例中，有源滤波器64包括稳流器66和中间缓冲器68(下文关于图7所详述)。稳流器66使来自电感器L_s的电流稳定。在一些实施例中，稳流器66是基于晶体管的。在其他实施例中，稳流器66是基于二极管的组件。稳流器66可以包括中间缓冲器68或被耦接到中间缓冲器68。中间缓冲器68可以包括特定组件或来自稳流器66的连接，或与稳流器66共享一些或全部组件。

图7示出了图5的中间缓冲器68的一个实施例的示意框图。在所示实施例中，中间缓冲器68包括输入级70、缓冲器72和输出级74。在一个实施例中，输入级70可以包括受控电流源或受控电压源。缓冲器72位于输入级70和输出级74之间。缓冲器72与稳流器相对应，并可以是电压缓冲器或电流缓冲器。在一个实施例中，输出级74包括DC/DC转换器。输出级74可以修改输入电压或管理输出电压。其他实施例可以包括更少或更多个组件以执行更少或更多的操作。

图8示出了用于抑制无线电力信号干扰的方法80的一个实施例的流程图。方法80包括：在电力模式期间，接收82无线电力信号。所述方法80还包括：在通信阶段期间，对接收的无线电力信号进行调制84，其中通信阶段发生在电力模式期间。所述方法80还包括对负载信号进行滤波86，以防止干扰影响调制。

在一些实施例中，所述方法80可以包括附加阶段或步骤，以便促进不同的滤波方案和组件。例如，所述方法80可以包括：启动电力模式；接收电力；在电力模式期间启动通信模式；启动滤波器处理；发送通信；终止滤波器处理；终止通信模式；以及终止电力模式。其他实施例可以包括其他方面、阶段或步骤以实现其他功能或结果。

在以上描述中，提供了多种实施例的具体细节。然而，可以利用少于全部具体细节来实践一些实施例。在其他实例中，为了简洁清楚的目的，不再以比实现本发明的多种实施例更详细的方式描述特定方法、过程、组件、结构和/或功能。

尽管以特定顺序示出并描述了本文方法的操作，但是可以改变每个方法的操作的顺序，使得可以以相反顺序执行特定操作或使得可以至少部分地与其他操作同时来执行特定操作。在另一实施例中，可以以间歇和/或交替的方式来实现不同操作的指令或子操作。

还应注意，可以使用存储在计算机可读存储介质上以便由计算机执行的软件指令来实现本文所述方法的操作中的至少一些。例如，计算机程序产品的实施例包括计算机可用存储介质，以便存储计算机可读程序。

计算机可用或计算机可读存储介质可以是电的、磁的、光的、电磁的、红外的、或半导体的系统(或装置或设备)。非瞬时性计算机可用和计算机可读存储介质的示例包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘和光盘。光盘的当前示例包括压缩光盘只读存储器(CD-ROM)、压缩盘光读取/写入(CD-R/W)和数字视频光盘(DVD)。

备选地，本发明实施例可以全部实现在硬件或包括硬件和软件元素的实现中。在使用软件的实施例中，软件可以包括但不限于固件、驻留软件、微代码等。

尽管描述并示出了本发明的特定实施例，但是本发明不限于所述和所示部件的特定形式或排列。本发明的范围由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (13)

1.一种无线电力接收机单元，包括：

电力拾取单元，被配置为接收无线电力信号；

通信调制器，用于向所接收的无线电力信号施加调制；

滤波器，被配置为抑制来自所述无线电力接收机单元的负载的负载信号，以防止干扰所述调制；以及

接收机通信和控制单元，配置为控制滤波器，以及将输入发送到通信调制器以管理调制。

2.根据权利要求1所述的无线电力接收机单元，其中，所述滤波器是有源滤波器，所述有源滤波器被配置为不断抑制来自所述负载的干扰。

3.根据权利要求2所述的无线电力接收机单元，其中，所述有源滤波器包括稳流器。

4.根据权利要求3所述的无线电力接收机单元，其中，所述稳流器包括中间缓冲器。

5.根据权利要求4所述的无线电力接收机单元，其中，所述中间缓冲器包括：

输入级；

缓冲电容器；以及

输出级，所述输出级包括DC/DC转换器。

6.根据权利要求5所述的无线电力接收机单元，其中，所述输入级包括受控电流源或受控电压源。

7.根据权利要求1所述的无线电力接收机单元，其中，所述滤波器是无源滤波器，所述无源滤波器被配置为在通信阶段期间抑制干扰。

8.根据权利要求7所述的无线电力接收机单元，其中，所述无源滤波器包括以下组件中的至少一个：

电容器；

电感器。

9.根据权利要求7所述的无线电力接收机单元，其中，所述无源滤波器包括旁路开关，所述旁路开关用于在所述通信阶段之外旁路所述无源滤波器。

10.根据权利要求1所述的无线电力接收机单元，其中，所述滤波器与用于管理所述滤波器的操作的控制器相耦接。

11.一种无线电力系统，包括：

电力发送单元，被配置为发送无线电力信号；以及

电力接收机单元，被配置为接收所述无线电力信号，并对所接收的电力信号进行调制以与所述电力发送单元进行通信，其中所述电力接收机单元包括：

滤波器，被配置为抑制负载信号以防止干扰经调制的无线电力信号；

通信调制器，用于向所接收的无线电力信号施加调制；以及

接收机通信和控制单元，配置为控制滤波器，以及将输入发送到通信调制器以管理调制。

12.根据权利要求11所述的无线电力系统，其中，所述滤波器是有源滤波器，所述有源滤波器被配置为不断抑制所述负载信号以防止干扰影响经调制的无线电力信号。

13.根据权利要求11所述的无线电力系统，其中，所述滤波器是无源滤波器，所述无源滤波器被配置为在通信阶段期间抑制所述负载信号，其中所述通信阶段是电力信号接收机对所述无线电力信号进行调制的时间段。