CN105637771B - 无线电力通信 - Google Patents

Abstract

根据本发明的远程设备包括通过感应从无线电力供给接收无线电力的自适应电力接收器。自适应电力接收器可以在两个或多个操作模式之间切换，所述两个或多个操作模式包括例如高Q模式和低OQ模式。通过控制在模式之间切换的占空比，自适应接收器所接收的能量的量可以被控制以与无线电力供给通信。该控制是自适应谐振通信或Q控制通信的形式。可以通过利用到中间占空比的值的调整而在占空比之间斜坡化来减少或消除失真。

Description

无线电力通信

背景技术

本发明涉及无线电力传输。

无线电力供给系统允许电力被传输到电子设备，诸如便携式设备，而无需直接的电连接。无线电力传输可以通过使用电感器来实现，所述电感器在电流流过它们时产生磁场。相反，当存在磁场、诸如另一电感器所产生的磁场时，在电感器中可以感生电流。如果两个电感器被接近地放置，并且用电流驱动一个电感器，那么另一个电感器将产生电流，即使两个电感器没有被直接连接。两个电感器之间的该相互关系通常称为感应式（inductive）耦合，并且许多人已经使用该现象来在没有电连接的情况下传输电力。

事实上，无线电力传输的许多基本原理已经已知了100年或更多。广泛地被视为无线电力传输之父的尼古拉特斯拉因早在1893年就已经展示了用于为灯泡无线供电的系统而著名。特斯拉花了许多年进行该领域中的研究和开发，并且积累了与无线电力传输有关的有意义的专利资产。随着我们目睹在无线电力方面的兴趣的复兴，一些他早期的发明正被现今开发无线电力系统的那些人所使用。例如，特斯拉的美国专利649,621和685,012公开了在初级线圈和次级线圈之间的感应式电力传输可以通过并入中间线圈的附加集合而被改进，所述中间线圈起到“谐振”线圈的作用来放大振荡并在初级单元和次级单元之间传送电力。更具体地，初级单元包括一起运作来将电力传送到次级单元的一对线圈，并且次级单元包括一起运作来接收电力的一对线圈。初级单元包括电连接到电源并且直接从电源接收电力的初级线圈，以及感应地耦合到被直接供电的线圈的谐振线圈。谐振线圈从初级线圈感应地接收电力，放大振荡并且生成电磁场，从而将电力传送到次级单元。特斯拉还论证了与谐振线圈相组合地使用的电容与单独地谐振线圈相比可以产生甚至更大的振荡。次级单元包括接收由初级单元谐振线圈所生成的电磁场的另一谐振线圈，以及感应地耦合到次级谐振线圈以直接将电力传送到次级负载的次级线圈。因此，如可以看到的，使用中间线圈的分离集合来提供具有改进的性能的感应式耦合的概念已经已知了超过一个世纪。

尽管无线电力传输的基本概念已经存在了许多年，但是在对该技术的兴趣方面有相对新近的复兴，并且正做出普遍的努力来实现实际且高效的无线电力传输系统。存在使高效系统的开发复杂的各种因素。例如，操作特性（即系统在其之下操作的条件）能够对电力传输的质量和效率具有显著影响。互感也能够对初级单元和次级单元之间的电力传输的效率具有影响。互感取决于许多电路参数，包括在初级单元和次级单元之间的距离。随着初级单元和次级单元之间的距离被最小化，互感增加。在距离和互感之间的该逆关系可能对系统的操作参数施加限制。

过去的设计，包括特斯拉的四线圈构造，其利用由电感线圈所驱动的谐振线圈，已经被用于在较大的距离上传输电力。该类型的配置已经由各种名称提及，诸如高度谐振的或磁谐振。该系统可能由于利用了附加的线圈以便维持不受负载抑制的非耦合谐振条件而获得一些效率，但是可能在耦合变紧或线圈变得在物理上更靠近时损失效率。

常规的解决方案也已经被设计成使用附加的线圈用于感应式耦合，从而在高度谐振的配置中或紧密耦合的配置中感生磁场。但是当在这些配置中使用附加线圈时，成本可能由于添加的导线而增加，并且大小可能与添加的材料成比例地增加。由于附加线圈的添加的等效串联电阻（ESR），效率也可能较低。

发明内容

本发明提供了一种远程设备，其具有用于无线地接收电力的自适应电力接收器，所述自适应电力接收器能够用于与无线电力发射器通信。自适应电力接收器在电力接收循环的一部分内通过无线电力发射器或供给来被供能，并且在电力接收循环的一部分内被放电。在一个实施例中，自适应电力接收器在循环的供能部分期间从负载电去耦，以起到可以更容易地被供能的高Q谐振电路的作用。自适应电力接收器可以在放电部分期间电耦合到负载，从而提供直接的电路径用于从被供能的自适应电力接收器向负载传输电力。通过使电力接收循环的放电和供能持续时间变化，这通常被称作Q控制，由远程设备接收的和被供给到负载的电力的量可以变化。

远程设备可以选择性地在两个不同的Q控制占空比（duty cycle）之间调整Q控制占空比，从而使远程设备的阻抗移位（shift）并且与无线电力发射器通信。在一些实施例中，Q控制占空比的选择性调整可以包括调整到在两个不同的离散Q控制占空比其间的一个或多个中间Q控制占空比的值。

远程设备包括控制器，所述控制器能够使电力接收循环的供能和放电部分的持续时间变化，从而控制被供给到负载的电力的量。例如，控制器可以增加供能部分的持续时间并且减少放电部分的持续时间，用以增加被供给到负载的电力。Q控制占空比可以按照电力被供给到负载的时间的百分比（即当Q控制FET断开时的电力接收循环的放电部分）来表述，或按照电力从负载去耦的时间的百分比（即当Q控制FET闭合时的电力接收循环的供能部分）来表述。

在一个实施例中，自适应电力接收器可以使用Q控制来与无线电力供给通信。由Q控制所引起的阻抗方面的移位将导致反射阻抗方面的改变。反射阻抗方面的改变可以通过无线电力供给中电流或电压的幅度的改变而被感测到。因此，通过利用Q控制来调制电力信号以改变反射阻抗，无线电力接收器可以有效地与无线电力供给通信，这通常被称为后向散射（backscatter）调制。

有可能使用后向散射调制来通过使用阻抗移位而对数据进行编码。基本上，任何后向散射调制编码方案可以通过使用Q控制来实现。例如，双相编码可以通过在指示“一”的位时间（bit time）期间在20%占空比和30%占空比之间切换并且在指示“零”的位时间期间保持恒定占空比来实现。

在离散的占空比的值之间切换以便创建通信可能引入诸如能够使通信失真的振铃（ringing）之类的问题。通过使得在占空比的值之间斜坡化（ramp），能够减少或消除失真。例如，代替于将占空比直接从20%调整到30%，占空比可以通过斜坡化时间段上的一系列步长（step）而调整到在20%和30%其间的值，这能够减少或消除通信中的失真。远程设备的通信方案可以或可以不包括其中占空比在斜坡化时段之后保持恒定的时间段。

斜坡化的步长的数目和大小可以取决于配置而变化。例如，远程设备可以按1%来增加/减小占空比10次，以便在20%和30%之间斜坡化。步长的大小可以是线性的、二次的、对数的或任何其它函数以帮助形成通信信号的总体形状。

斜坡化的持续时间可以变化。例如，位时间期间用于斜坡化的时间段可以取决于位时间内的转变的数目。另外，用于斜坡化到第一占空比的时间段可以不同于用于斜坡化到第二占空比的时间段。例如，用于斜坡化的时间段可以被选择成加速或延迟到达某个占空比的值，从而确定该占空比是在位时间的开始、中间还是结束附近得以实现。延迟的峰值占空比转变可以减少快速零位衰退。

在一个实施例中，可以通过以下而在两个占空比的值之间切换：通过重复地将占空比调整到更接近于第一占空比的值的中间占空比的值来斜坡化到第一占空比的值，在一段时间内维持该第一占空比的值，并且通过重复地将占空比调整到更接近于第二占空比的值的中间占空比的值而斜坡化到第二占空比的值。该过程可以被系统地重复以形成数据位。例如，双相位编码方案使用在每个位时间的开始和结束处的转变。如果在位时间内发生了转变，则位时间被定义为“一”；如果在位时间内没有转变发生，则位时间被定义为“零”。

通过参考当前实施例的描述和附图，本发明的这些和其它目的、优势和特征将被更全面地理解和领会。

在详细解释本发明的实施例之前，要理解的是，本发明不限于在以下的描述中所阐明的或在附图中所图示的操作的细节或构造的细节以及组件的布置。本发明可以实现在各种其它实施例中以及以没有在本文中明确公开的可替换方式来实践或实施。同样，要理解的是，本文中使用的用语和术语是用于描述的目的并且不应被视为限制性的。“包括”和“包含”以及其变型的使用意为涵盖其后列出的项及其等同物，以及附加项及其等同物。此外，在各种实施例的描述中可以使用枚举。除非另行明确声明，否则枚举的使用不应被解释为将本发明限制到任何特定的次序或组件的数目。枚举的使用也不应被解释为从本发明的范围中排除可能与所枚举的步骤或组件组合的或被组合到所枚举的步骤或组件中的任何附加的步骤或组件。

附图说明

图1示出了三线圈或四线圈感应式无线电力系统。

图2示出了具有自适应接收器和补充接收器的远程设备示意图，其中自适应接收器Q控制FET可以用于通信。

图3示出具有自适应接收器的远程设备示意图，其中自适应接收器Q控制FET可以用于通信。

图4示出了Q控制通信信号的一个实施例中的两位的图解。

图5A示出了时钟信号波形的图解。

图5B示出了双相编码的通信信号波形的图解。

图6A示出了叠覆在由远程设备接收的无线电力信号波形上的Q控制占空比调整的图解。

图6B示出了双相编码的通信信号的图解。

图7A-7F示出了用以生成Q控制通信信号的Q控制占空比的值的各种示例性图解。

图8A示出了具有叠覆在由远程设备所接收的无线电力信号上的有斜坡化的Q控制调整的图解。

图8B示出了由图8A中图示的无线电力信号所生成的双相编码的通信信号。

图8C示出了用于生成斜坡化Q控制通信的Q控制占空比的值的图解。

图9A示出了由Q控制通信所生成的失真的通信信号波形的图解。

图9B示出了Q控制通信期间在无线电力发射器中的线圈电流的图解。

图9C示出了用于生成Q控制通信的Q控制占空比的值的图解。

图10A示出了由斜坡化Q控制通信所生成的经改进的通信信号的图解。

图10B示出了斜坡化Q控制通信期间在无线电力发射器中的线圈电流的图解。

图10C示出了用于生成斜坡化Q控制通信的斜坡化Q控制占空比的值的图解。

图11A示出了由斜坡化Q控制通信所生成的经改进的通信信号的图解。

图11B示出了在强调零位衰退的斜坡化Q控制通信期间在无线电力发射器中的线圈电流的图解。

图11C示出了用于生成斜坡化Q控制通信的斜坡化Q控制占空比的值的图解。

图12A示出了由具有延迟的峰值占空比转变的斜坡化Q控制通信所生成的改进的通信信号的图解。

图12B示出了在具有延迟的峰值占空比转变的斜坡化Q控制通信期间在无线电力发射器中的线圈电流的图解。

图12C示出了具有用于生成斜坡化Q控制通信的延迟的峰值占空比转变的斜坡化Q控制占空比的值的图解。

具体实施方式

根据本发明的实施例的无线电力供给系统在图1中被示出并且被标明为10。根据本发明的一个实施例的远程设备可以实现灵活的电力传输，例如允许远程设备控制它接收的电力的量，这可以用于向负载传送和/或提供适当量的电力。无线电力供给系统10包括被配置成接收无线电力的远程设备14以及被配置成传送电力的无线电力供给12。尽管结合单个远程设备14进行了描述，但是本发明不限于电力传输到仅一个远程设备14并且良好地适合于向多个远程设备供给电力，诸如通过顺序地或同时地供给电力。该情况下的一个或多个远程设备14可以是常规的远程设备。

远程设备可以控制它接收的电力的量以便进行通信、满足其电力需求、或出于基本上任何其它原因。在向电池或负载的电力供给之前或期间，信息可以通过远程设备被传送到无线电力供给。

结合实现了一种形式的自适应谐振控制的无线电力供给系统来描述本发明。除了别的之外，自适应谐振控制尤其允许系统适配于各种潜在可变的参数，诸如无线电力供给的电力供给限制、远程设备的数目、远程设备的电力需求、外物（foreign object）（寄生金属）的存在以及在无线电力供给、远程设备和/或任何中间线圈之间的耦合系数（例如角度、取向和距离）。例如，无线电力供给可以具有通过调整以下各项而控制其输出功率的能力：发射器的谐振频率、驱动信号的轨电压（rail voltage）、驱动信号的占空比、驱动信号的操作频率或驱动信号的相位。无线电力供给可以使其输出功率变化以对应于远程设备的电力需求或改进系统的电力传输效率。在Baarman等人的日期为2013年3月14日的国际专利申请号PCT/US13/31137中描述了自适应谐振控制或Q控制，所述专利申请由此通过引用以其全部被并入。

作为自适应谐振控制的部分，每个远程设备还可以能够控制从无线电力供给汲取的电力的量。例如，每个远程设备可以包括根据本发明的实施例的自适应电力接收器。每个远程设备可以基于通过无线电力供给和/或其它远程设备传送到该远程设备的信息来控制从无线电力供给汲取的电力的量。附加于通信或作为对通信的可替换方案，远程设备可以包括传感器，所述传感器允许它确定操作参数。例如，远程设备可以包括允许远程设备监视系统的各方面并且调整其电力汲取的电压、电流和/或功率传感器。当无线电力供给不能为所有远程设备提供足够的电力时，一个或多个远程设备可以减少其电力汲取。例如，能够在较少电力上操作的远程设备可以减少其电力汲取从而留下更多的电力用于其它远程设备。无线电力供给和/或远程设备可以确定如何在各种远程设备之间分配电力。作为自适应谐振控制的另外的部分，无线电力供给可以包括可适配的中间线圈（例如，在无线发射器中的或在场扩展器中的谐振线圈），所述可适配的中间线圈能够被调整以控制通过中间线圈而中继的电力的量。

与结合自适应谐振控制来对远程设备所接收的电力的量进行控制的能力分离地，远程设备可以控制所接收的电力的量以便产生阻抗方面的移位，所述阻抗方面的移位可以在无线电力供给中被感测并且解调作为通信。该通信能力可以附加于远程设备所提供的任何自适应谐振控制。也就是说，远程设备可以不进行任何自适应谐振以用于对负载的电力控制，而代替地，可以使用控制所接收的电力的量的能力只是用以与无线电力供给通信。

远程设备14可以包括一般常规的电子设备，诸如蜂窝电话、媒体播放器、手持式无线电装置、相机、闪光灯或基本上任何其它便携式电子设备。远程设备14可以包括电能存储设备，诸如电池、电容器或超级电容器，或者它可以在没有电能存储设备的情况下操作。与远程设备14的原理性操作相关联的（而不与无线电力传输相关联的）组件一般是常规的并且因此将不被详细描述。代替地，与远程设备14的原理性操作相关联的组件一般被称为原理性负载30。例如，在蜂窝电话的上下文中，没有做出努力来描述与蜂窝电话本身相关联的电子组件，诸如电池或显示器。

根据图2和图3的所图示实施例的远程设备包括自适应电力接收器20，所述自适应电力接收器20通过感应而从无线电力供给接收无线电力。图2图示了具有自适应接收器L3和补充接收器L4的远程设备。图3图示了具有自适应接收器L3而没有补充接收器L4的远程设备。远程设备14还包括控制器28，所述控制器28能够控制自适应电力接收器20以便控制无线电力的接收。图示的实施例中的控制器28可以使自适应电力接收器20在两个或更多操作模式、包括例如高Q模式和低Q模式之间切换。通过控制在模式之间的切换，控制器28可以控制由自适应电力接收器20所接收的能量的量。该控制是自适应谐振控制或Q控制的形式。

图2和图3的远程设备允许L3上的调制以用于谐振和非谐振操作模式二者。因为在两个远程设备上都实现了Q控制通信，所以用于常规通信的组件可以被移除。这可以使得设备更便宜地生产。Q控制FET可以以基本上两种不同的速率来驱动：用于电力/电压控制的微调整以及用于通信调制的宏调整。

图2中的可选的并联电容器Cd 68可以用于形成谐振频率标识签名，并且以与电力传输不同的谐振频率而被调谐。由于谐振频率方面的差异，该并联电容器对电力传输的总体效率几乎没有影响。

Q因子，有时仅称为Q，可以描述相对于其中心频率的谐振器的带宽。可以按照谐振器中所存储的能量与以在该处所存储的能量随时间恒定的频率处发电机每循环所供给来保持信号幅度恒定的能量的比而定义Q。所存储的能量是任何电感器和电容器中所存储的能量的和，并且损失的能量是每循环在电阻器中耗散的能量的和。电阻器可以是等效串联电阻或所设计的负载。

在四线圈无线电力供给接收器中，L4线圈通常用于获得在L3/C3谐振时所生成的磁场。因为L3/C3是电绝缘的，所以其高Q因子允许它以较低的耦合因子生成场，从而使得远程设备能够在较大的距离处接收电力。在一些情况中，高Q可以允许在L3中感生不被其ESR耗散的电流。该感生的电流然后可以再生成、扩展、集中或延续磁场。

在本发明的所描绘实施例中，L4可以从电路中移除，并且L3/C3可以选择性地在某些时间从负载电去耦，并且在其它时间电耦合到负载。在L3/C3电去耦时所生成的能量可以通过将L3/C3电耦合到负载而被获得。改变L3/C3电去耦与电耦合到负载的比率可以控制递送到负载的电力的量——这是自适应谐振控制或Q控制的形式。

远程设备14还可以包括控制器28，所述控制器28能够控制自适应电力接收器20。例如，控制器28可以耦合到自适应电力接收器20的一个或多个开关（本文中进一步详细描述的），以选择自适应电力接收器20是在高Q模式中还是低Q模式中操作。控制器28可以根据在自适应电力接收器20中所接收的电力波形来控制在各种操作模式之间的循环。例如，如将在本文中进一步详细描述的，控制器28可以在当前波形的每个周期的一个或多个部分内以高Q模式来操作自适应电力接收器20，并且在每个周期的剩余部分内以低Q模式来操作自适应电力接收器20。

在所图示的实施例中，远程设备14还包括整流电路22以对自适应电力接收器20中所接收的电力进行整流——例如，把从自适应电力接收器20输出的交流电转换成远程设备14所使用的直流电。这样的电路可以包括二极管、开关或其任何组合以提供一个或多个整流模式，包括例如二极管整流、半同步整流、非连续模式整流以及全同步整流。在其中整流电路22能够进行同步（或活动的）整流的配置中，控制器28或自驱动的同步整流电路可以控制整流。

在自适应电力接收器20可在各种模式之间配置的情况下，它允许系统实现自适应谐振控制或Q控制的形式。在一个实施例中使用自适应谐振可以允许在某些时候使用高度谐振的自适应电力接收器20（例如，高Q接收器）以便适配于多种多样的配置，包括负载以及在自适应电力接收器20和以下详细描述的无线电力供给12的发射器56之间的耦合中的变化。该控制方法可以允许用于范围从靠近或紧密耦合的（较高k系数）配置和宽松耦合的（较低k系数）配置的配置的通用控制。该方法还可以通过在某些时间段内将能量存储在自适应电力接收器20中、然后将能量释放到远程设备14中而实现较高的效率。因此，可以实现电力传输的扩展范围，以及自适应电力接收器20内附加ESR（等效串联电阻）的潜在消除。例如，通过使用这种配置，可以在某个距离处从无线电力供给接收电力的两线圈接收器（例如，电绝缘的谐振电路和连接到负载的谐振电路）的益处可以利用能够在两个模式（其中它被配置为电去耦的谐振电路的一个模式以及其中它是电耦合到负载的谐振电路的第二模式）之间切换的单个线圈来实现。当在电力接收循环内执行两个模式之间的切换时，益处能够得以增强。也就是说，自适应电力接收器中的当前波形的每循环一次或更多。

现在转到图3，示出了根据本发明的一个实施例的远程设备14。图3示出了具有自适应电力接收器电路的远程设备的一个实施例。在操作中，微处理器可以具有初始化算法。来自存储元件的足够的场或能量可以用于开启微处理器并且操作Q控制FET。Q控制FET可以被操作成使得L3/C3为电去耦的谐振电路。远程设备可以同步Q控制FET控制信号与当前波形的占空比。例如，远程设备可以检测当前波形的零交叉并且使用它们来开启Q控制FET。在合期望的是在当前波形的频率改变时维持一致占空比的情况下，远程设备可以基于当前波形的频率来做出调整。例如，远程设备可以检测当前波形的频率，可以接收来自电力发射器的频率，或可以基于其它参数在存储器中所存储的表中查找它。可替换地，尽管可以数字式地控制开关的定时，但是使用模拟控制来控制Q控制FET也是可能的。例如，远程设备可以包括传感器并且Q控制FET的定时可以基于来自传感器的输出而被调整。例如，传感器可以检测经整流的电压并且电压控制的振荡器可以通过规定何时Q控制FET断开来控制Q控制FET的定时的一部分。

在所图示的实施例中，远程设备14包括在以下两个模式之间可配置的自适应电力接收器20：高Q模式和低Q模式。该实施例中的自适应电力接收器20包括被布置成形成能够在高Q模式和低Q模式之间切换的串联谐振槽电路的次级线圈62、谐振电容器63以及一个或多个开关64a-b。本发明不限于与串联谐振槽电路一起使用并且可以代替地与其它类型的谐振槽电路以及甚至与非谐振槽电路（诸如没有匹配的电容的简单电感器）或并联谐振槽电路一起使用。

在图示的实施例中，开关64a-b可以被控制器28控制以选择性地在高Q模式和低Q模式之间配置自适应电力接收器20。如所示出的，存在耦合到控制器28的两个开关64a-b。开关64a-b可以由控制器28分别或一起控制以将自适应电力接收器20配置在高Q模式中。更具体地，开关可以被闭合以完成在次级线圈62和谐振电容器63之间的电路路径，其绕过远程设备14的整流电路22和负载30的——换言之，由次级线圈62和谐振电容器63形成的谐振电路被分流。以此方式，次级线圈62和谐振电容器63可以形成能够积聚能量以及来自发射器56的增加的能量传输（相比于低Q模式）的高Q谐振器。为了公开的目的，结合能够选择性地配置自适应电力接收器的两个开关64a-b来描述本发明，但是应理解的是，单个开关或多于两个开关可以用于实现相同或类似的结果。此外，在可替换实施例中，如结合整流电路22所描述的，可以使用开关64a-b以执行同步整流。

为了将自适应电力接收器20从高Q模式配置到低Q模式，控制器28可以基于来自传感器（诸如电压传感器34或电流传感器32或二者）的所感测的输出来断开开关64a-b。电压传感器34、电流传感器32或二者可以耦合到自适应电力接收器20或负载30以便监视远程设备14中的电力的一个或多个特性。应理解的是，尽管被示出为连接到自适应电力接收器20或负载30，但是传感器可以连接到远程设备14内的任何节点。此外，本发明不限于电流或电压传感器；可以并入能够监视远程设备14中的任何特性的一个或多个传感器，以使得传感器输出可以用于确定自适应电力接收器20的配置。

在开关64a-b断开的情况下，远程设备14中在高Q模式中被绕过的电路（诸如整流电路22和负载30）变成耦合到自适应电力接收器20，以使得可以从自适应电力接收器20来为负载30供电，从而潜在地增加自适应电力接收器20的ESR，并且将它转变成低Q模式。换句话说，如果通过断开开关64a-b而使能量直接从自适应电力接收器20耦合到负载30，则所存储的能量被放电到负载30中，从而将自适应电力接收器20转变成低Q模式。

通过在低Q模式和高Q模式之间循环，可以随时间而控制自适应电力接收器20的有效Q。例如，通过使开关64a-b的占空比变化以在两个模式之间切换，自适应电力接收器20的有效Q可以增加或减小。高Q模式可以维持得足够长以存储充足的能量来在给定耦合处构建足够的电压或电流，但不是如此长以至于构建比负载30所需的更多的电压或电流。这可以在没有远程设备14中的电压调节的情况下使得能够实现在非常宽的耦合范围上的无线电力传输。例如，如果远程设备14非常宽松地耦合，则可以增加占空比以增加高Q模式的持续时间，从而允许自适应电力接收器20存储附加能量。可替换地，在增加的耦合状态中，因为在低Q模式中能量可能更容易地传输到自适应电力接收器20并且在高Q模式中能量可能更容易地被存储，所以可以减小占空比以减少高Q模式的持续时间。占空比方面的该减小可以补偿低Q模式中的增加的能量传输以及高Q模式中的增加的存储。通过增加或减小高Q模式和低Q模式之间的占空比，自适应电力接收器20可以控制所接收的电力的量，包括例如对接收器的桥电压的控制。

在图示的实施例中，自适应电力接收器20包括能够在高Q和低Q操作模式中使用的单个次级线圈62。结果，单个线圈接收器可以能够在不使用附加的线圈或成本高的DC/DC转换器用于电力调节的情况下在宽范围的耦合状态和负载30上高效地接收电力。也就是说，在一些实施例中，图2和图3中图示的调节器72可以是可选的并且可以从电路中移除。在一个实施例中，该能力可以使得远程设备14能够在不使用复杂的通信和控制系统的情况下控制在发射器56所提供的场级的范围上所接收的电力的量。换言之，远程设备14可以仅仅从无线电力供给12接收它所期望的那么多的电力，而不必向无线电力供给12传送请求或信息，并且不使用附加的电力调节电路。

现在将关于图3进一步详细地描述在高Q和低Q操作模式之间的循环。然而，应当理解的是，该循环方法可以结合本文描述的任何其它实施例来使用。

在电力传输期间的多个电力接收循环期间次级线圈62和谐振电容器63的分流（或将自适应电力接收器20保持在高Q模式中）可能影响电力传输的稳定性，从而导致从整流电路22输出的经整流电压中的较大变化。由于当自适应电力接收器20被维持在高Q模式中时跨整流电路的感生电压可能大大减小这一事实，这些变化可能显现为过冲（overshoot）和下冲（undershoot）。可以使用附加的大容量电容和电力调节电路来最小化该下冲和过冲，使得递送到负载30的电力大体上稳定。然而，本发明可以在没有这样的附加电路或附加大容量电容的情况下、通过在高Q模式和低Q模式之间循环而实现稳定性。

在一个实施例中，在高Q和低Q模式之间切换可以在逐个循环的基础上并且根据所指定的占空比来执行。也就是说，切换可以与在自适应电力接收器20中接收电力的循环对准，以使得针对电力波形的每个周期，自适应电力接收器20在该周期的一部分内被配置在高Q模式中。通过针对某个占空比在逐个循环的基础上在模式之间切换，可以有可能减少跨整流电路22的电压被允许下降所针对的持续时间。这意味着可以减小整流电路22的输出上的大容量电容，从而减小远程设备14的总体尺寸和成本。

在当前实施例中，用于切换到高Q模式的方法在逐个循环的基础上执行，其中当自适应电力接收器20中的电流逼近零时、诸如当电流在次级线圈62内切换方向时发生高Q模式转变。这些零交叉转变可以例如被耦合到控制器28的一个或多个传感器32、34检测到。来自这些传感器32、34中一个或多个的输出可以被馈送到比较器以检测线圈电流的零交叉。

为了公开的目的，现在将结合无线电力供给12来描述无线电力供给系统10。应理解的是，无线电力供给系统10不限于根据无线电力供给12所配置的无线电力供给，并且在可替换的实施例中可以使用常规的无线电力供给。图1的所图示实施例中的无线电力供给12可以被配置成控制向一个或多个远程设备14的无线电力传送。

根据图1的所图示实施例的无线电力供给12可以包括发射器56、控制系统55、驱动器54、电力供给53和电源输入（mains input）52。当前实施例的电力供给53可以是将来自电源输入52的AC输入（例如墙壁式电力）变换成适合于驱动发射器42的适当DC输出的常规转换器。作为可替换方案，电源输入52可以是DC源，电力供给53可以经过其或将其变换成用于驱动发射器56的适当DC输出。在该实施例中，电力供给53是通常具有整流器和DC/DC转换器的AC/DC转换器。整流器和DC/DC转换器提供适当的DC输出。电力供给53可以可替换地包括能够将输入电力变换成驱动器54所使用的形式的基本上任何电路。在该实施例中，控制系统55被配置成调整操作参数，包括例如轨电压，从而为发射器56供能以用于电力传输。可替换地，电力供给53可以具有固定的轨电压。控制系统55可以附加地或可替换地具有调整任何其它操作参数的能力，所述操作参数包括例如驱动信号的操作频率、槽电路（tankcircuit）的谐振频率、开关电路相位以及驱动信号的占空比。在其中合期望的是通过变化驱动信号的轨电压来调整操作参数的可替换实施例中，电力供给53可以具有可变输出。控制系统55可以耦合到电力供给53以允许控制系统55控制电力供给53的输出。

在该实施例中，驱动器54包括开关电路，所述开关电路被配置成生成输入信号并将其应用于发射器56。驱动器54可以形成逆变器，所述逆变器将来自电力供给53的DC输出变换成AC输出以驱动发射器56。驱动器54可以随应用而变化。例如，驱动器54可以包括以半桥拓扑或以全桥拓扑布置的多个开关，诸如MOSFET或其它开关电路、诸如BJT或IGBT。

在该实施例中，发射器56包括初级线圈44和谐振电容器42以形成以串联配置所布置的槽电路。本发明不限于与串联谐振槽电路一起使用并且可以代替地与其它类型的谐振槽电路和甚至与非谐振槽电路（诸如没有匹配的电容的简单电感器）或并联谐振槽电路一起使用。并且，尽管所图示的实施例包括线圈，但是无线电力供给10可以包括能够生成合适电磁场的可替换的电感器或发射器。所图示的实施例中的发射器56还包括谐振器电路46，所述谐振器电路46具有谐振器线圈（或电感器）47以及谐振器电容器48，其使得初级线圈44能够结合谐振器电路46而传送电力。在可替换实施例中，可以不存在谐振器电路46使得初级线圈44借助于谐振器电路46来传送无线电力。

无线电力供给12还可以包括传感器57，所述传感器57能够感测初级线圈44中的电力的特性。例如，传感器57可以是向控制系统55提供信息的电流传感器，所述控制系统55可以基于所感测的信息来调整操作参数。能够被感测的电力的其它特性包括但不限于有效功率、视在功率、相位和电压。

控制系统55包括被配置成除了别的之外尤其操作驱动器54以向发射器56产生所期望的电力供给信号的部分。例如，控制系统55可以基于从远程设备14所接收的通信来控制驱动器54或调整操作参数。可替换地或附加于基于通信的控制，控制系统55可以基于传感器57中所感测的电力的特性来调整操作参数。本发明可以通过使用能够传输无线电力的基本上任何系统和方法来实现。在题为ADAPTIVE INDUCTIVE POWER SUPPLY并且在2007年5月1日授权给Baarman的美国专利号7,212,414中并且在题为ADAPTIVE INDUCTIVE POWERSUPPLY WITH COMMUNICATION并且在2009年4月21日授权给Baarman的美国专利7,522,878中描述了合适的无线电力传输系统和各种可替换方案，所述专利全部通过引用以其全部被并入本文。

如以上所提及的，Q控制可以用于实现后向散射调制并且实现远程设备和感应式电力供给之间的通信。后向散射调制通常是指将电路元件与电力接收或电力发射元件连接和断开。Q控制后向散射调制通常是指改变Q控制FET的占空比以便产生可以用于通信的无线电力载波信号中的阻抗移位。也就是说，阻抗中的改变可以在无线电力供给中被电流或电压传感器检测到并且被控制器或解调器电路所解调。

参考图2和图3，自适应电力接收器20可以使用Q控制FET 64a-b来使阻抗移位并且产生通信信号。所图示的实施例允许用于谐振和非谐振操作模式二者的后向散射调制。

在对Q控制FET 64a-b进行控制的信号的占空比方面的调整可以引起阻抗移位。有效的通信可以涉及在多个电力接收循环之后的占空比的周期性调整。由占空比改变所引起的阻抗方面的移位将导致对初级线圈的整流阻抗中的改变，其足以有效地通信。次级线圈上的电压也可以由于占空比改变而移位。在一个实施例中，在接收器电压中存在最小移位，而同时维持初级线圈电流、电压、相位或其任何组合中的强移位。

这样的通信方法的示例在图4中示出，其中位或位转变由占空比方面从20%到30%的改变来表示。图4图示了简单编码方案，其中零位通过以20%来运行Q控制FET而被传送并且一位通过以30%运行Q控制FET来被传送。

可以用Q控制实现的另一编码方案是双相编码。图5A-5B图示了双相编码的一个实施例。在双相编码中，一位通过使用两个转变来被编码，第一转变与时钟信号的上升沿相符，并且第二转变与时钟信号的下降沿相符。零位通过使用单个转变来被编码，所述单个转变与时钟信号的上升沿相符。

图5A图示了时钟信号并且图5B图示了利用图5A的时钟信号的双相编码的通信信号。位时间的开始和结束由tclk窗口内的转变来指示。一位时间的开始处的窗口被图示为500。Tclk可以通过接收器通信的前导来建立，其由发射器和接收器二者预定义并且已知，或者以另一方式建立。一位通过位时间的中心窗口中的转变的存在而被检测到，例如，502窗口示出其中发生转变的窗口。零位通过中心窗口中转变的缺乏而被检测到，即其中没有转变发生的504窗口。窗口外的转变可以被忽略或标记为位错误。由于通信中的失真所引起的额外或缺失的转变可能妨碍通信。

图6A-6B图示了使用Q控制的双相编码的应用。图6A示出了无线电力载波信号，其表示由无线电力接收器所接收的电力的量。图6B图示了将被传送到无线电力供给的双相编码的通信信号，在该情况下是“一”位和“零”位。参考两个图解，可以看到q控制FET的占空比的值随时间改变。高值指示30%占空比，并且低值指示20%占空比。在最初的250微秒期间，以30%占空比来操作Q控制FET，在接下来的250微秒期间，以20%占空比来操作Q控制FET，并且在最后500微秒期间，再次以30%占空比来操作Q控制FET。在第一500微秒的位时间期间发生的从30%到20%的转变指示：针对该500微秒的数据位是一。在第二500微秒期间的到不同占空比的转变的缺乏指示：数据位针对该时间段是0。

图9A-9C示出了使用大的离散占空比跳跃用于Q控制调制可以如何引起经解调的信息中的振铃以及扰乱通信。这可能由无线电力系统的欠阻尼响应引起。在图9C中图示了利用4个数据位编码的示例性Rx通信信号。5伏特指示30%的q控制占空比并且0伏特指示20%的q控制占空比。在微处理器28内部，电压值可以用于控制Q控制FET 64a、64b的定时。在可替换的实施例中，不同的电压可以表示不同的q控制占空比的值。

在一个实施例中，在图9B中图示了表示无线电力供给中线圈电流的电压。Q控制占空比方面的突然且离散的改变引起线圈电流中的振铃。在对通信进行解调时，振铃可能使通信失真——引起额外或缺失的转变。可以以各种不同的方式来执行解调。当前实施例中用于解调的阈值被示出为902和904。在线圈电流超过330mV阈值902的情况下，通信信号被解释为高。当线圈电流下降到低于320mV阈值904时，通信信号被解释为低。振铃906可以引起通信信号中的失真，因为它可能被解释为解调窗口外部的额外的转变或边沿。振铃901还可以引起位时间失真。位时间失真901示出在下一个转变之前线圈电流中的向上摆动。该过早的转变使得所感知的位时间对于第二个“1”而言较短并且对于第三个“1”而言较长。也就是说，线圈电流比它所应当的更早地在位时间910处跨过阈值904——将位时间切短。位时间912图示了转变应当发生在何处以便使得第二和第三位的位时间是准确的。换句话说，针对位的总的位时间914是大约1ms，但是在两个位之间的该位时间的分配是不相等的——第二个1位具有比第三位时间更短的位时间。该类型的失真可以引起通信中的问题。

q控制占空比方面的大的离散改变可以引起通信链路的信号完整性方面的问题，特别是发射器解调。总体无线电力系统对于Q控制占空比中的阶跃改变具有欠阻尼响应。该欠阻尼响应可以引起发射器中电压和电流上的振荡，发射器正监视所述振荡以用于解调。当使用双相编码的数据、以2kbps（2kHz和4kHz的位宽度时间）的位速率完成了通信时，振荡在大约5kHz的频率发生。这可以在频带中产生通信噪声并且扰乱发射器的解调。

在图9A中图示了表示不正确的或失真的解调通信信号的电压。圈住的区域908示出了所得到的解调通信信号可以如何被失真所影响。

诸如图9中示出的那个失真之类的失真可以通过经由较小的步长来使Q控制占空比斜坡化以表示数据位而被减小或消除。数据位可以包括其中占空比斜坡化的部分，而且还包括其中占空比恒定的部分。斜坡化与恒定占空比时间的确切比率可以基于实现方式而变化。可以存在其中占空比总是斜坡化上升（ramp up）或斜坡化下降（ramp down）而没有任何恒定部分的数据位。从斜坡化上升到斜坡化下降的转变还可以在位时间内变化。使从斜坡化上升到斜坡化下降的转变延迟可以帮助防止零位向零衰退。

图8A-C图示了斜坡化Q控制，其中代替于在两个大的离散值（诸如图4和7A-B中所示的20%和30%）之间跳跃，Q控制占空比可以被调整到中间占空比的值并且斜坡化到下一个占空比。这可以减少经解调的通信信号中的失真。这通常被称为斜坡化Q控制。

斜坡化Q控制的方法包括在自适应电力接收器中经由与无线电力供给的感应式耦合而接收电力。自适应电力接收器可以选择性地被配置成其中自适应电力接收器能够存储从无线电力供给接收的能量的第一模式或被配置成其中自适应电力接收器将所存储的能量释放到负载的第二模式。自适应电力接收器具有以下能力：以第一占空比或第二占空比在第一模式和第二模式之间循环，从而控制由自适应电力接收器所接收的电力的量。自适应电力接收器可以在以第一占空比循环以及以第二占空比循环之间转变，从而经由以第一和第二占空比所发生的阻抗方面的移位而与无线电力供给通信。在这两个占空比之间转变可以包括以在第一占空比和第二占空比之间的一个或多个中间占空比而在第一模式和第二模式之间循环。

图8A图示了在两个位时间上的Q控制占空比调整的图解。图8C示出了在20%和30%之间的斜坡化Q控制占空比的值的图解。图8B示出了由图8A中图示的无线电力信号使用图8C的占空比定时所生成的双相编码的通信信号。

在所描绘的实施例中，Q控制占空比在“1”位期间的每个循环之后按0.5%改变并且在“0”位期间的每个循环之后按0.25%改变。在可替换的实施例中，占空比可以改变得更少或更多。在其它实施例中，占空比在每个循环之后可以不改变，但是代替地，在每隔一个循环、每三个循环、或某个其它时段之后改变。在图8实施例中改变是恒定的，其取决于位，然而，在其它实施例中，改变的量可以是动态的，其取决于位是零还是一、所传输的电力的量、耦合或基本上任何其它因素。

如或许在图8A中能最佳地看见的，Q控制占空比开始于25%并且在大约125微秒内斜坡化上升直到它达到其峰值30%。在那之后，它在接下来的250微秒内斜坡化下降到30%。Q控制占空比然后在接下来的125微秒上斜坡化上升回到25%。因为在零位中不存在转变，所以与最初500微秒期间相比，Q控制占空比在更长的时间段（250微秒）内斜坡化到30%。从那里，Q控制占空比在接下来的250微秒内斜坡化回到25%。

图10A-C示出了使用小的斜坡化占空比步长用于Q控制调制如何可以减小经解调的信息中的振铃并且增加通信的准确性。在图10C中图示了用3个数据位编码的示例性Rx通信信号。1.5伏特指示30%的q控制占空比并且.65伏特指示20%的q控制占空比。在.65和1.5V其间的电压表示中间占空比的值，其中电压中的相对改变对应于占空比中的相对改变。在微处理器28内部，电压值可以用于控制Q控制FET 64a、64b的定时。在可替换的实施例中，不同的电压可以表示不同的q控制占空比的值。

参考图10C，Q控制占空比可以保持在恒定的占空比或者从一个占空比的值斜坡化到另一个。在最初两位1008期间，占空比开始于25%并且在30%和20%之间斜坡化。在最后一位1010中，占空比开始于25%并且斜坡化到30%，所述占空比在30%处保持恒定一段时间并且然后斜坡化回到25%。

在一个实施例中，在图10B中图示了表示无线电力供给中的线圈电流的电压。Q控制占空比中的逐步且小的步长减少线圈电流中的振铃1006。可以以各种不同的方式来执行解调。当前实施例中针对解调的阈值被示出为1002和1004。在线圈电流超过2.5V阈值1002的情况下，通信信号被解释为高。在线圈电流下降到低于2.4V阈值1004时，通信信号被解释为低。通过对Q控制占空比做出小的逐步改变，通信链路的信号完整性得以增加。在图10A中图示了表示改进的解调通信信号的电压。

在Q控制通信中可能发生的一个问题是当使用Q控制进行调制时双相编码的数据中的零位可能过快衰退到零，如图11中所示。在严重的情况中，它可能引起底层通信信号的失真。图11中图示的零位衰退1112不足够严重以影响11A中的通信信号，但是在可替换的实施例中并且取决于系统的配置，它可能是问题。图11A-C图示了结合图10A-C所描述的相同的斜坡化配置。图11B中表示零位1110的线圈电流接近于跨过阈值1102、1104之一。这可以在解调期间生成额外的边沿，其可能使通信信号失真或迫使通信被重新发送。

图12A-C图示了使峰值占空比转变延迟可以如何减少零位衰退并且改进通信。可以通过选择性地变化中间占空比步长的数目和大小来完成使峰值占空比转变延迟。图12A示出了通过具有延迟的峰值占空比转变的斜坡化Q控制通信所生成的改进的通信信号的图解。图12B示出了在具有延迟的峰值占空比转变的斜坡化Q控制通信期间的无线电力发射器中的线圈电流的图解。图12C示出了具有用于生成斜坡化Q控制通信的延迟的峰值占空比转变的斜坡化Q控制占空比的值的图解。零位1210中的线圈电流1212在该配置中并不快速衰退，而是停留在高于阈值1202、1204的较大裕度处。在可替换的实施例中，在位时间内定位峰值（或波谷）Q控制占空比的值可能有其它优点。

图8示出了斜坡化Q控制的一个示例，其中占空比不保持恒定，但是代替地恒定地改变。在图7C-7F中图示了斜坡化Q控制的各种实施例。图7A图示了双相编码的数据中的两位以供参考并且图7B图示了使用20%和30%之间的离散的转变的Q控制，其可以产生图7A的双相编码的数据。

尽管不会结合图7B-7F中所示的实施例中的每一个来讨论它，但是应当理解的是，自适应谐振接收器可以但也可以不使用Q控制调整来用于电力/电压控制和通信调制二者。此外，下述实施例调整占空比以便调制无线电力载波信号的幅度；然而，可以实现其它的调制技术。此外，使用双相编码来对所描绘的信号进行编码，但是可以使用其它的编码方案。

图7C-7F图示了斜坡化Q控制的几个不同的示例性实施例，其可以解决可能由图7B中图示的Q控制产生的失真和零位时间延迟。

参考图7C，使用产生斜坡的小占空比步长来完成针对通信的调整。这些步长可以是线性的、二次的、对数的或任何其它函数来帮助形成通信信号的总体形状。位时间包括斜坡化时间和恒定占空比时间二者。占空比中较小的斜坡化的改变引起从接收器到发射器的变化的反射阻抗。

接收器内的控制器可以将数据传送回到发射器。控制器可以当前通过将Q控制占空比维持在25%处而控制电力/电压。为了发送双相编码的“一”位，控制器使Q控制占空比斜坡化上升到30%，使其在位时间的一部分内恒定并且然后在250微秒的时间帧期间斜坡化下降回到25%。它然后斜坡化下降到20%的Q控制占空比%，使其在位时间的一部分内恒定并且然后在接下来的250微秒期间斜坡化上升回到25%。为了发送双相编码的“零”位，控制器使Q控制占空比斜坡化上升到30%，使其在位时间的一部分内恒定并且然后在500微秒的时间帧期间斜坡化下降回到25%。一旦数据被传送，控制器就可以继续通过将Q控制占空比维持在25%处或考虑到系统中的改变（负载/耦合改变）时适当的无论什么新值处而控制电力/电压。

参考图7D，还通过使用产生斜坡的小占空比步长来完成针对通信的调整。这些步长可以是线性的、二次的、对数的或任何其它函数来帮助形成通信信号的总体形状。位可以包括总是斜坡化的时间和/或斜坡化和恒定占空比的时间二者。占空比中的较小斜坡化的改变引起从接收器到发射器的变化的反射阻抗。

接收器内的控制器可以将数据传送回到发射器。控制器可以当前通过将Q控制占空比维持在25%处而控制电力/电压。为了发送双相编码的“一”位，控制器使Q控制占空比斜坡化上升到30%，并且然后在250微秒的时间帧期间斜坡化下降回到25%。它然后斜坡化下降到20%的Q控制占空比并且然后在接下来的250微秒期间斜坡化上升回到25%。为了发送双相编码的“零”位，控制器使Q控制占空比斜坡化上升到30%，使其在位时间的一部分内恒定，并且然后在500微秒的时间帧期间斜坡化下降回到25%。一旦数据被传送，控制装置就可以继续通过将Q控制占空比维持在25%处或考虑到系统中的改变（负载/耦合改变）时适当的无论什么新值处而控制电力/电压。

参考图7E和7F，通过使用产生斜坡的小占空比步长来完成用于通信的Q控制的另两个实施例。在该实施例中，q控制总是斜坡化占空比。占空比步长可以是线性的、二次的、对数的或任何其它函数来帮助形成通信信号的总体形状。峰值占空比可以定位在位时间的中心处（参见图7E），朝向位时间的结尾延迟（参见图7F），或定位在位时间内的别处。占空比中的较小斜坡化的改变引起从接收器到发射器的变化的反射阻抗。

接收器内的控制器可以将数据传送回到发射器。在所描绘的实施例中，控制器通过将Q控制占空比维持在25%处而控制电力/电压。为了发送双相编码的“一”位，控制器使Q控制占空比斜坡化上升到30%并且然后在250微秒的时间帧期间斜坡化下降回到25%。它然后斜坡化下降到20%的Q控制占空比并且然后在接下来的250微秒期间斜坡化上升回到25%。为了发送双相编码的“零”位，控制器使Q控制占空比斜坡化上升到30%并且然后在500微秒的时间帧期间斜坡化下降回到25%。一旦数据被传送，控制装置继续通过将Q控制占空比维持在25%处或考虑到系统中的改变（负载/耦合改变）时适当的无论什么新值处而控制电力/电压。对于一或零，占空比停止斜坡化上升（或下降）并且代替地斜坡化下降（或上升）所处于的转变点可以在位时间中位于中心，朝向位时间的结尾延迟，或定位在位时间中的别处。

在接收器和发射器之间的通信链路可以向发射器提供信息、诸如操作点和限制、电池充电水平、安全性和设备标识。可替换地，通信链路可以与远程设备或无线电力发射器的操作（例如音乐或其它数据）无关。该链路可以在无线电力传输期间的规律的间隔上提供反馈。该链路可以包括经幅度调制的信号。该幅度调制可以在接收器内通过引起被反射回到发射器的电力信号上的阻抗移位而被生成。发射器可以监视初级线圈电流和/或附加信号以检测该调制并且确定正在接收什么信息。如以上所讨论的，可以通过改变一个或多个q控制FET的占空比而产生阻抗移位。

在操作中，Q控制FET 64a-b可以被驱动用于电力/电压控制和/或用于通信调制。发射器可以检测通信，其独立于所传送的电力的量。换言之，后向散射信号的调制可以被生成并检测，其独立于是正传送大量还是小量的电力。例如，调制的相对大小可以与载波信号（在该情况下，电力传输信号）的幅度成比例。

如以上所指出的，自适应电力接收器的自适应谐振控制可以在没有来自无线电力供给的输入的情况下由接收器独立地执行。可替换地，自适应电力接收器的自适应谐振控制可以基于来自无线电力供给的输入或根据来自无线电力供给的指令而被执行。指令可以经由各种不同的通信方法来被传送到远程设备。例如，用于与远程设备通信的通信方法可以包括频移键控、幅度调制或其它外部射频链路，比如蓝牙、WiFi、RFID等等。在一个实施例中，Q控制可以用于实现与接收器的幅度调制通信。

自适应电力接收器的自适应谐振控制可以被执行作为无线电力供给系统中的电力控制的唯一形式，作为总体系统中的其它类型的电力控制之中的一种形式的电力控制，或者根本不执行用于电力控制——仅仅用于q控制通信。例如，在一些实施例中，无线电力供给输出固定量的电力并且存在的每个远程设备可以使用自适应谐振控制来控制它接收多少电力。在另一实施例中，无线电力供给与存在的任何远程设备通信并且向远程设备提供关于如何执行自适应谐振控制的指令。无线电力供给可以从远程设备收集信息以便确定用于每个设备的自适应谐振控制设置，并且相应地指示每个远程设备。指令可以基于由感应式电力供给所供给的电力的总量、单独远程设备电力需求或二者的组合。在可替换的实施例中，指令可以基于附加或不同的因素。在另外的实施例中，远程设备可以具有单独的电力控制系统（或没有显式的电力控制系统）并且使用Q控制来与无线电力供给通信。

在一些实施例中，存在被包括在无线电力系统中的附加类型的电力控制。例如，无线电力系统可以基于远程设备的需要来适配所传送的电力的量。这可以以各种不同的方式来完成，诸如调整感应式电力供给的操作频率、调整感应式电力供给的谐振频率、调整感应式电力供给的占空比、或要么单独要么组合地调整任何其它感应式电力供给设置。

通过使用自适应谐振控制，无线电力传输系统可以允许在多个点处控制电力。例如，系统可以利用仅接收器控制，其中接收器负责使用自适应谐振控制（附加于或代替于诸如谐振频率控制之类的电力控制的其它方式）以确保适当的电力被接收。系统可以此外利用发射器控制来调整对一个或多个接收器可用的电力的量。该系统可以或可以不适用通信来控制电力的调整。例如，接收器可以被置于发射器上，所述发射器传送能量而不管所检测的负载，在该情况下，接收器可以调整自适应谐振控制以确保它接收正确的电力量。可替换地，发射器可以测量被反射回到发射器的阻抗并且基于反射阻抗来调整所传送的电力的量。系统可以此外对所有这些进行组合以使得每个设备都接收它期望的电力，而不管在可以置于发射器上的多个设备的电力期望中的差异。

方向术语、诸如“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“内部”、“向内”、“外部”和“向外”用于辅助基于图示中所示的实施例的取向而描述本发明。方向术语的使用不应被解释成将本发明限制于（一个或多个）任何具体取向。

以上描述是本发明的当前实施例的描述。可以做出各种变更和改变而不脱离如随附权利要求中所限定的本发明的精神和更宽的方面，其将根据包括等同物教导的专利法原则来被解释。该公开被呈现用于说明性目的并且不应被解释为本发明的所有实施例的穷举描述或将权利要求的范围限制到结合这些实施例所图示或描述的具体元件。例如，并且没有限制地，所描述的本发明的任何（一个或多个）单独元件可以由提供大体上类似的功能性或以其它方式提供适当操作的可替换元件取代。这包括例如目前已知的可替换元件，诸如对于本领域技术人员而言可能当前已知的那些，以及可以在未来开发的可替换元件，诸如本领域技术人员在开发时可能识别为可替换方案的那些。此外，所公开的实施例包括一齐被描述的并且可能协作地提供益处的集合的多个特征。本发明不仅限于包括所有这些特征或者提供所有陈述的益处的那些实施例，除了到了另行在所授权的权利要求中明确阐述的程度之外。例如使用冠词“一”、“一个”、“该”或“所述”而以单数对权利要求元素的任何引用不要被解释为将元素限制成单数。

Claims (23)

1.一种用于从无线电力供给接收无线电力的远程设备，所述远程设备包括：

能够通过感应式耦合而从无线电力供给接收电力的自适应电力接收器，所述自适应电力接收器可配置成第一模式并且可配置成第二模式；

用于接收在所述自适应电力接收器中所生成的电力的负载，其中在所述第一模式中，所述自适应电力接收器能够存储从无线电力供给所接收的能量，其中所述第二模式，所述自适应电力接收器将所述存储的能量释放到所述负载；以及

可操作地耦合到自适应电力接收器的控制器，所述控制器能够通过在所述第一模式和所述第二模式之间选择性地配置自适应电力接收器而控制从无线电力供给接收的电力；

其中所述控制器通过控制在位时间上所述第一模式相对于所述第二模式的占空比而对所述自适应电力接收器所接收的电力进行控制以与无线电力供给通信，其中增加所述占空比增加在其上所述自适应电力接收器处于所述第一模式中的时间的持续时间，并且其中减小所述占空比减小在其上所述自适应电力接收器处于所述第一模式中的时间的所述持续时间；

所述控制器能够通过选择性地在两个值之间调整所述占空比以使远程设备的阻抗移位来与无线电力供给通信，其中在两个值之间调整所述占空比包括将所述占空比调整到所述两个值其间的一个或多个中间占空比的值。

2.如权利要求1中所要求保护的远程设备，其中所述第一模式是高Q模式并且所述第二模式是低Q模式。

3.如权利要求2中所要求保护的远程设备，其中所述控制器对所述自适应电力接收器在所述高Q模式中所处的持续时间进行控制以便维持自适应电力接收器的有效Q高于或低于阈值，从而改进在无线电力供给和所述远程设备之间的电力传输的效率。

4.如权利要求1中所要求保护的远程设备，其中所述自适应电力接收器包括自适应控制电路，所述自适应控制电路既能够对所接收的电力进行整流又能够使自适应电力接收器在所述第一模式和所述第二模式之间切换。

5.如权利要求1中所要求保护的远程设备，其中所述一个或多个中间占空比步长的数目和大小被选择成减少所述通信中的振铃。

6.如权利要求1中所要求保护的远程设备，其中所述一个或多个中间占空比步长的数目和大小被选择成减少零位衰退。

7.如权利要求1中所要求保护的远程设备，其中所述一个或多个中间占空比步长的数目和大小被选择成在所述位时间的一部分期间产生恒定的占空比。

8.如权利要求1中所要求保护的远程设备，其中所述一个或多个中间占空比步长的数目和大小被选择成在整个位时间期间产生变化的占空比。

9.如权利要求1中所要求保护的远程设备，其中所述第一模式是谐振的并且所述第二模式是高度谐振的。

10.如权利要求1中所要求保护的远程设备，还包括能够通过感应式耦合从无线电力供给接收电力的补充接收器，其中在所述第一模式中，所述自适应电力接收器从所述无线电力供给向所述补充接收器提供电力并且绕过向所述负载直接提供电力，并且其中在所述第二模式中，所述自适应电力接收器向所述负载直接提供电力。

11.如权利要求1中所要求保护的远程设备，其中与所述第二模式相比，所述自适应电力接收器在所述第一模式中具有减小的等效串联电阻。

12.如权利要求1中所要求保护的远程设备，其中所述控制器对所述自适应电力接收器进行控制以响应于确定了所接收的电力低于阈值而增加接收的电力的量。

13.如权利要求1中所要求保护的远程设备，其中所述自适应电力接收器包括能够与无线电力供给感应式耦合的单个电感器。

14.一种用于对远程设备中从无线电力供给接收的电力进行控制的方法，所述方法包括：

在自适应电力接收器中经由与无线电力供给的感应式耦合而接收电力；

选择性地将自适应电力接收器配置在第一模式中，在所述第一模式中，自适应电力接收器能够存储从无线电力供给接收的能量；以及

选择性地将自适应电力接收器配置在第二模式中，在所述第二模式中，自适应电力接收器向负载释放所存储的能量；

以第一占空比在第一模式和第二模式之间循环，以控制由自适应电力接收器所接收的电力的量；

以第二占空比在第一模式和第二模式之间循环，以控制由自适应电力接收器所接收的电力的量；

在以第一占空比在第一模式和第二模式之间循环以及以第二占空比在第一模式和第二模式之间循环之间转变以与无线电力供给通信，其中所述转变包括以一个或多个中间占空比在第一模式和第二模式之间循环，所述中间占空比在所述第一占空比和所述第二占空比之间。

15.根据权利要求14所述的方法，其中第一模式是高Q模式并且第二模式是低Q模式。

16.根据权利要求15所述的方法，包括对所述自适应电力接收器在所述高Q模式中所处的持续时间进行控制以便维持自适应电力接收器的有效Q高于或低于阈值，从而改进在无线电力供给和所述远程设备之间的电力传输的效率。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个中间占空比步长的数目和大小被选择成减少所述通信中的振铃。

18.根据权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个中间占空比步长的数目和大小被选择成减少零位衰退。

19.一种用于从无线电力供给向远程设备传送无线电力并且从远程设备向无线电力供给通信的无线电力系统，所述无线电力系统包括：

远程设备，其包括

能够通过感应式耦合而从无线电力供给接收电力的自适应电力接收器，所述自适应电力接收器可配置成第一模式并且可配置成第二模式；

用于接收在所述自适应电力接收器中所生成的电力的负载，其中在所述第一模式中，所述自适应电力接收器能够存储从无线电力供给接收的能量，其中所述第二模式，所述自适应电力接收器将所述存储的能量释放到所述负载；以及

可操作地耦合到自适应电力接收器的控制器，所述控制器能够通过在所述第一模式和所述第二模式之间选择性地配置自适应电力接收器而控制从无线电力供给接收的电力；

其中所述控制器通过控制在位时间上所述第一模式相对于所述第二模式的占空比而对所述自适应电力接收器所接收的电力进行控制以与无线电力供给通信，其中增加所述占空比增加在其上所述自适应电力接收器处于所述第一模式中的时间的持续时间，并且其中减小所述占空比减小在其上所述自适应电力接收器处于所述第一模式中的时间的所述持续时间；

所述控制器能够通过选择性地在两个值之间调整所述占空比而使远程设备的阻抗移位来与无线电力供给通信，其中在两个值之间调整所述占空比包括将所述占空比调整到所述两个值其间的一个或多个中间占空比的值；以及

无线电力发射器，其包括：

能够向远程设备传送无线电力的自适应电力发射器，所述自适应电力发射器可配置成第一模式并且可配置成第二模式；

其中在所述第一模式中，所述自适应电力发射器具有第一谐振频率，其中在所述第二模式中，所述自适应电力发射器具有第二、不同的谐振频率；以及

可操作地耦合到自适应电力发射器的控制器，所述控制器能够通过在所述第一模式和所述第二模式之间选择性地配置自适应电力发射器而控制无线电力供给所传送的电力。

20.如权利要求19中所要求保护的无线电力系统，其被配置成通过选择性地在两个值之间调整所述占空比以使远程设备的阻抗移位而减少所述通信中的振铃，其中在两个值之间调整所述占空比包括将所述占空比调整到所述两个值其间的一个或多个中间占空比的值并且其中所述占空比在位时间的至少一部分内保持恒定。

21.如权利要求19中所要求保护的无线电力系统，其被配置成通过选择性地在两个值之间调整所述占空比以使远程设备的阻抗移位而减少所述通信中的振铃，其中在两个值之间调整所述占空比包括将所述占空比调整到所述两个值其间的一个或多个中间占空比的值并且其中所述占空比在全部位时间上变化。

22.如权利要求19中所要求保护的无线电力系统，其被配置成以在所述两个值之间的半途的占空比而开始和结束所述位时间。

23.如权利要求19中所要求保护的无线电力系统，其中所述一个或多个中间占空比步长的数目和大小被选择成减少零位衰退。