CN106063075A - 谐振调谐感应充电器中的充电电流监测或控制 - Google Patents
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Abstract
公开了用于将电力从电源磁性传输到电池的电池充电器和方法。驱动器电路将具有占空比的调制信号从电源输出到发送器方电路并且跨过间隔地输出到接收器方调谐电路。发送器方传感器被配置成感测发送器方调谐电路的参数。控制器基于感测到的参数来修改调制信号的第一占空比。还公开了能够确定接收器方的充电状态的接收器方电路。
Description
背景技术
感应充电是已经越来越多地用在低成本电子装置中的无线充电技术。一种感应充电技术使用固定频率和占空比可变的PWM发送器方振荡器。不利的是，这种方法需要在控制发送器方PWM占空比的同时使用感测到的接收器方电流作为反馈。迄今，已经通过使用位于接收器方的装置感测接收器方充电电流并且将感测到的接收器方充电电流信息从接收器方跨过气隙传达到发送器方部件来实现这种反馈。发送器方装置和接收器方装置之间的这种无线反馈机制增加了复杂性并且高成本，因此，不适于许多低成本的电子装置应用。
另外，为获得这些装置之间的有效感应电力传输，重要的是将发送器方装置和接收器方装置相对于彼此恰当定位。现有的系统无法测试装置的定位是否影响充电，从而可能造成充电无效或不可靠。
发明内容
提供本发明内容来以简化形式引入对构思的选择，在下文的具体实施方式中进一步描述了这些构思。本发明内容不旨在指出要求保护的主题的关键特征，也不旨在用作对确定要求保护的主题的范围的辅助。
按照本公开的一些方面，提供了一种将电力从电源磁性传输到电池的电池充电器。所述电池充电器包括：驱动器电路，其能耦接到所述电源，其中在一些实施例中，所述驱动器电路被配置成用来自所述电源的能量输出具有占空比的调制信号。所述电池充电器还包括发送器方调谐电路，所述发送器方调谐电路能跨过间隔地磁性耦合到便携式手持电子设备的接收器方调谐电路。在一些实施例中，所述发送器方调谐电路被配置成具有接近或等于所述接收器方调谐电路的谐振频率。所述电池充电器还包括：发送器方反馈装置(诸如，传感器)，其被配置成感测所述发送器方调谐电路的参数；以及控制器，其耦接到所述驱动器电路和所述发送器方传感器。在一些实施例中，所述控制器被配置成：致使所述驱动器电路以第一占空比并且以接近或等于所述发送器方调谐电路和所述接收器方调谐电路中的至少一个的谐振频率的频率输出调制信号，以及基于感测到的所述发送器方调谐电路的参数来修改所述调制信号的第一占空比。
在本公开的一个或多个实施例中，所述发送器方传感器可被配置成感测所述发送器方调谐电路的电压。在一些实施例中，所述发送器方传感器可被配置成与所述高压侧(high-side)的电压成正比地缩放输入信号，使得所述输入信号与所述控制器适宜地兼容(compatible)。在非限制示例中，所述发送器方传感器可包括二极管，所述二极管具有与所述电感器的高压侧耦接的第一端子，并且所述二极管的第二端子可通过低通滤波器耦接到所述控制器。
在一些实施例中，所述发送器方调谐电路可包括电感器和电容器，并且所述发送器方传感器可被配置成感测所述发送器方调谐电路在所述电感器高压侧的电压。
在一些实施例中，所述控制器可被配置成：如果感测到的所述参数高于阈值，则增大所述占空比；以及如果感测到的所述参数低于所述阈值，则减小所述占空比。在一些实施例中，如果确定第一电感器的高压侧的电压高于峰值阈值电压电平，则所述控制器可被配置成进入待机模式。
按照本公开的另一个方面，提供了一种将电力从发送器方电路传输到接收器方电路以将所述接收器方的电池充电的方法。所述方法包括：通过所述发送器方电路的电感器调制电源所提供的电压，以开始供能周期，其中在一些实施例中，所述调制电压具有恒定的预定频率和第一占空比。所述方法还包括确定与电压传感器在所述发送器方电感器的高压侧感测到的电压对应的电压电平变化以及将所确定的所述电压电平变化与预定阈值电压电平进行比较。在一些实施例中，所述方法基于所确定的所述电压电平变化与所述预定阈值电压电平的比较，修改所述调制电压的占空比。
在本公开的一个或多个实施例中，所述调制电压的所述预定频率对应于所述发送器方电路的谐振频率和所述接收器方电路的谐振频率中的至少一个。
在各种实施例中，修改所述调制电压的所述占空比可包括：如果所确定的所述发送器方电感器的高压侧的电压电平大于所述预定阈值电压电平，则减小所述占空比；以及如果所确定的所述发送器方电感器的高压侧的电压电平小于所述预定阈值电压电平，则增大所述占空比。在一些实施例中，修改所述调制电压的所述占空比可包括以下：如果所确定的所述发送器方电感器的高压侧的电压电平大于最大占空比，则将所述占空比设置成最大占空比；以及如果所确定的所述发送器方电感器的高压侧的电压电平小于最小占空比，则将所述占空比设置成最小占空比。
所述方法的一些非限制示例还可使用所确定的所述接收器方电感器的高压侧的电压电平来确定所述发送器方电路和所述接收器方电路是否未相互感应耦合。另外，所述方法的一些非限制示例可包括，如果所述发送器方电路和所述接收器方电路未相互感应耦合，则调节所述占空比以对应于待机模式。
按照本公开的另一个方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，在所述非暂态计算机可读存储介质上包括指令。所述指令响应于一个或多个计算设备的执行，致使所述一个或多个计算设备执行以上讨论的和/或本文中提供的一种或多种方法。
按照本公开的又一个方面，提供了一种接收器方充电电路。所述电路耦接到便携式设备并且能够确定充电状态。所述接收器方充电电路可包括：调谐电路，其具有谐振频率；以及接收器方反馈装置(诸如，例如，传感器)，其耦接到控制器的输入。在一些实施例中，所述传感器被配置成感测所述调谐电路的参数。所述调谐电路能耦接到电池并且能跨过间隔地感应耦合到发送器方电路，所述发送器方电路具有基本上相似的谐振频率。在一些实施例中，所述控制器被配置成，如果感测到的参数低于阈值电平，则给出不发生充电的指示。
附图说明
以上方面和要求保护的主题具有的许多优点通过参照以下结合附图时进行的详细描述而被更好地理解，在附图中：
图1是实现本公开的一个或多个方面的电池充电系统的一个示例；
图2是示出根据本公开的一个或多个方面的包括高压侧电压传感器电路的代表性接收器方设备的电路框图；
图3是示出根据本公开的一个或多个方面的用于图1和图2的发送器方或接收器方电路的代表性电压传感器的电路图；
图4是示出根据本公开的一个或多个方面的适用于图1中示出的发送电路的代表性电力驱动电路的电路图；
图5是示出根据本公开的一个或多个方面的充电检测电路的一个示例的框图；
图6是根据本公开的一个或多个方面的开始感测并且控制接收电路充电电流的代表性方法的流程图；
图7是根据本公开的一个或多个方面的感测并且控制接收电路充电电流的代表性方法的流程图；
图8是根据本公开的一个或多个方面的发送电路感测并且控制最大和最小接收器电路充电电流的代表性方法的流程图；以及
图9是根据本公开的一个或多个方面的确定装置之间的恰当耦合的代表性方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图阐述的详细描述旨在作为对所公开主题的各种实施例的描述，而不旨在只代表实施例，所述附图中类似的附图标记指代类似元件。本公开中描述的各实施例仅仅被提供作为示例或例证，不应该被理解为相对于其他实施例是优选或有利的。本文中提供的例证性示例不旨在是排他性的或者将要求保护的主题限于所公开的精确形式。
下面的讨论提供了与便携式电子设备(诸如，例如，电动牙刷和/或电动皮肤刷等等)的电池的感应充电相关的系统、设备和/或方法的示例。就这点而言，感应充电一般包括线圈形式的发送或发送器方的电感器(有时被称为初级电感器)，发送或发送器方的电感器与线圈形式的接收器方电感器(有时被称为次级电感器)分隔开，但可磁性耦合。初级电感器和次级电感器一起形成变压器，变压器提供从发送器方跨过气隙到接收器方以将相关便携式电子设备的电池充电的能量传输。本文中描述的示例例证了使用来自位于发送器方的装置的反馈来控制接收器方充电电流的技术。
在下面的描述中，为了提供对本公开的一个或多个实施例的彻底理解，阐述了众多具体细节。然而，本领域的技术人员应该清楚，可在没有具体细节中的一些或全部的情况下实践本公开的许多实施例。在一些情形下，所熟知的处理步骤并没有被详细描述，从而避免不必要地混淆本公开的各种方面。另外，应该理解，本公开的实施例可采用本文中描述的特征的任何组合。
现在，转到图1，示出实现本公开的一个或多个方面的电池充电系统(一般标记为20)的一个示例。如图1中所示，系统20包括跨过间隔或间隙145(例如，空气、塑料和/或其他绝缘体或非导电物质)分隔开的发送电路30和接收电路40。发送电路30包括由发送控制电路54驱动的电感器线圈50(即，初级电感器线圈)。当被发送控制电路54驱动时，由发送电感器线圈50响应性地生成的磁场的一部分耦合以接收接收电路40的电感器线圈60(即，次级电感器线圈)。随后，充电电路62可利用接收电感器线圈60中感应出的电流将例如相关便携式电子设备的电池70充电。如以下更详细地描述的，发送控制电路54包括旨在向电池70提供更快且更可靠的感应充电的一个或多个部件。应该理解，在整个本公开中，可始终同义地分别使用发送和发送器方以及接收和接收器方。
为了驱动发送电感器线圈50，发送控制电路54从电源102接收电力。根据本公开的各种实施例，电源102被配置成提供DC电压。在一些实施例中，电源102提供的DC电压源自使用AC-DC转换器的壁式(wall)或“干线(main)”电力，AC-DC转换器可包括开关型转换器或线性型转换器。另外地或另选地，在一些实施例中，电源102包括A型通用串行总线(USB)接口。USB接口可被插入有时被称为“壁式或电力方(power cube)”的标准USB电源中，标准USB电源被配置成插入AC“干线”电力并且将此“干线”电力转换成符合USB协议的DC电压和电流。USB接口还可被插入标准通电USB集线器或通电USB端口，以从其接收适宜的操作电力。电源102的代表性实施例提供了诸如在+5V和+9V之间的各种电压电平和诸如大约0.5A和2.5A之间的各种电流大小。在本公开的实施例中，电源12可提供其他电压电平和电流大小。要理解，电源102提供的DC电压可包括一定量的波纹(ripple)。另外，电源提供的实际电压或电流的变化还可以一般高达+/-10％。电源变化是可致使比接收电路中所期望的充电电流高或低的系统无效的另一个来源。如以下将更详细描述的，本公开的一些方面可补偿这些不一致的充电电流并且允许更快且更可靠地感应充电，而其复杂度比现有技术的电池充电系统低。
仍然，参照图1，发送控制电路54包括控制器120、电力驱动电路124和反馈装置134。发送控制电路54还可包括可选的部件(诸如，部件电源、振荡器或时钟、存储器等)。例如，可采用部件电源向控制器120和其他所选择部件供电。部件电源115可从电源102或从另一个电源(诸如电池、电容器等)接收电力。
现在，参照图1、图3和图4，将更详细地描述发送控制电路54的部件。电力驱动电路124被配置成根据控制器120发出的控制信号，用来自电源102的能量来输出调制信号(诸如，电压)。在一个实施例中，电力驱动电路124可以是例如基于Q1A/B双互补型MOSFET的装置，在图4中示出该装置的示例。如以下更详细描述的，可由控制器120控制调制信号的频率和占空比。在一些实施例中，频率被固定到时钟周期或振荡器，而占空比是可调的(例如，它可以是变化的)。
电力驱动电路124可按各种配置来实现。在图4中示出的一个实施例中，电力驱动电路124A被实现为基于包括P沟道MOSFET 404和N沟道MOSFET 406的Q1A/B双互补型MOSFET的装置。P沟道MOSFET 404的漏极耦接到电源102并且P沟道MOSFET 404的源极耦接到调谐电路80和N沟道MOSFET 406的漏极。N沟道MOSFET 406的源极连接到地。MOSFET 404、406二者的栅极耦接到控制器120，控制器120被配置成使MOSFET 404、406导通和截止。在一个实现方式中，控制器120被配置成，当在振荡器周期的占空比％内将电流注入调谐电路80中时将P沟道MOSFET 404导通并且将N沟道MOSFET 406截止。对于振荡周期的剩余部分(非占空比％)，P沟道MOSFET 404截止并且N沟道MOSFET 406导通，以从调谐电路80中将电流。电力驱动电路124A可例如实施为集成电路。
在使用时，来自电力驱动电路124的调制电压驱动发送电感器线圈50。在所示出的实施例中，发送电感器线圈50与电容器74一起形成调谐电路80。如图1中所示，发送电感器线圈50和发送电容器74通过节点136串联连接。要理解，发送电感器线圈50和发送电容器74可使用不同配置。例如，发送电容器74和发送电感器线圈50可并联连接。应该理解，发送调谐电路80具有谐振频率。谐振频率取决于发送电感器线圈50和发送电容器74相互的布置(例如，并联或串联)以及发送电路30中存在的电感和电容。在某些实施例中，发送电感器线圈50包括铁芯电感器并且电容器74包括陶瓷电容器。应该理解，可使用其他类型的电容器和电感器。
按照本公开的一些方面，本公开的发明人通过分析、电路模拟和原型(prototype)测试确定发送电感器线圈50的高压侧的电压电平与发送器方电路30和接收器电路40之间传输的电力成正比。就这点而言，发送控制电路54还包括反馈装置134，反馈装置134被配置成为可能进行的调制信号调节感测发送调谐电路80的参数并且将感测到的参数转发给控制器120。在所示出的实施例中，反馈装置134被配置成使用耦接于节点136(电感器线圈50的高压侧)的电压传感器来感测发送电感器线圈50高压侧的电压电平。如结合图5至图8更详细讨论的，使用在发送电感器线圈50的高压侧感测到的电压电平来控制提供到电池70的充电电流。
这个反馈机制提供了优于现有技术的感应充电系统的许多优点，诸如提高了可靠性、速度和效率。还已经发现，感应充电系统的使用通过消除了对制造于气密性密封外壳中的定制的直接接触连接器的需要而降低了制造这样的外壳的复杂度。这导致整体制造成本降低并且使防水装置的可靠性和性能提高。
反馈装置134的电压传感器可以以各种配置来实现。在图3中示出的一个实施例中，代表性的电压传感器165被实现为分压电路和低通滤波器。就这点而言，电压传感器165包括低通滤波器360、分压器361和二极管364。分压器361有助于缩放电压，以将感测到的电压信号缩小至适于输入控制器120的水平。电压传感器165可以可选地包括安全夹359，安全夹359有助于减少瞬态电压尖脉冲损害电子装置的机会。二极管364将从发送电感器线圈50接收的电压整流并且低通滤波器360有助于处理整流后的电压。
术语“电压传感器”应该被广义理解为包括可用于直接或间接感测电路节点处的电压电平的任何传感器。应该理解，可利用其他类型的传感器来感测电路节点处的电压电平。再次参照图1，控制器120耦接到电力驱动电路124和反馈装置134。控制器120被配置成致使电力驱动电路124将调制信号输出到调谐电路80。在代表性实施例中，调制电压是具有与例如控制器120生成的时钟周期对应的频率的脉宽调制方波电压波形。在一些实施例中，控制器120是Renesas 16位处理器，诸如TSSOP-10SMD。应该理解，可以使用其它类型的控制器。在一些实施例中，调制电压的频率对应于受控制器120控制的振荡器的频率。振荡器可与控制器120集成地形成或者可与控制器120分开。
控制器120还被配置成调节调制电压。在一些实施例中，调制电压具有接近或等于发送调谐电路80和/或发送电路30的谐振频率的固定频率。例如，而非限制地，可在发送调谐电路中利用具有等于或接近52KHz或160KHz的频率的调制电压。应该理解，使用当前已知或随后开发的技术，可使用其他配置的控制器120、电力驱动电路124和电源102来提供调制电压。
仍然参照图1，现在将更详细地描述接收电路40。如图1中所示，接收电路40包括接收电感器线圈60和充电电路62。接收电感器线圈60与接收电容器202一起形成接收调谐电路204。如上所述，充电电路62被配置成用通过感应耦合在接收电感器线圈60中感应出的充电电流将电池70充电。在一些实施例中，接收电感器线圈60包括铁芯电感器。应该理解，可在接收电感器线圈60中使用其他类型的电感器，包括各种实芯电感器。在一些实施例中，电池70包括单个镍金属氢化物(NiMH)单元。在其他实施例中，电池可包括多个单元和/或不同电池化学品。例如，电池70可包括NiCad、基于铅的、或基于锂的电池等。
应该注意，诸如NiMH和NiCad的电池难以使用不防止过冲或者确保所期望的电流大小被传输到电池的当前技术进行准确充电。尤其针对NiCad和NiMH电池而言，充电速率可取决于实际装置部件值的变化以及环境条件(诸如温度)。在某些实施例中，由于关于使用和丢弃NiCad电池的国际规范更繁复，导致使用NiMH电池。如以下更详细讨论的，本公开的设备和方法可有助于确保电池70提供所期望大小的电流而不需要将测得的接收器方信息(作为反馈)跨过间隙145无线传递到发送器方部件。
在本公开的一些实施例中，接收调谐电路204、充电电路62和电池70全都被容纳在便携式电子设备中。代表性的便携式电子设备可包括移动电话、平板设备、便携式个人护理产品(诸如，皮肤清洁设备)以及其他设备。在一个实施例中，便携式电子设备是气密性密封的手持皮肤清洁设备。特别地，感应充电可用于在潮湿或湿的环境下使用的设备，因为感应充电允许将设备电子装置定位在抗水或防水的外壳中。
仍然参照图1，接收电感器线圈60和电容器202并联连接；然而，应该理解，接收电感器线圈60和电容器202可相互串联。在一些实施例中，电容器202包括陶瓷电容器。应该理解，可使用其他类型的电容器。接收调谐电路204具有随接收电感器线圈60和接收电容器202相互的布置(例如，并联或串联)以及接收电路40中存在的电感和电容的变化而变化的谐振频率。在一些实施例中，接收调谐电路204和/或接收电路的其他部件被配置和布置成具有与发送调谐电路80和/或发送单路30的谐振频率接近或相等的谐振频率。
现在参照图2，示出图示的代表性接收电路(一般标记为40A)的电路框图。如图2中所示，提供电压传感器265，电压传感器265在节点208处耦接于接收电感器线圈60的高压侧。如此，电压传感器265被配置成感测接收电感器线圈60处的高压侧电压并且将此电压输出到充电电路62。接收电路40A适于用于图9中公开的方法。应该理解，接收电路40A可用于图1中示出的发送电路30。另外，接收电路40A与其他调谐发送电路兼容。发送电路不需要包括与接收电路40A兼容的反馈装置134。
图6示出用于发送器方监测和接收器方充电电流的调节的启动方法500。该方法开始于框502。在框505中，发送电路30通电，可包括启用电源102和/或向发送控制电路54的部件(诸如，控制器120)供电。在一些实施例中，响应于将发送电路30和接收电路40布置成阈值相互接近或者所述装置相互耦合，可以自动地执行供电。如果任何电力正被传输到接收电路，则可确定耦合。在框507中，发送电路30可将振荡器设置成谐振频率。在框509中，PWM占空比变量被设置成初始值。初始值可以是基于与(例如而非限制性)所期望的接收器方充电电流对应的占空比，或者可以是基于从之前执行的方法500中保留的平均占空比。在框511中，初始化振荡器。在代表性实施例中，振荡器频率是52KHz，但应该理解，可使用其他频率。如在本公开中的别处讨论的，振荡器频率可以基于发送调谐电路80、发送电路30、接受调谐电路204和/或接收电路40的谐振频率。在框513中，如结合图1讨论的，将调制电压提供到发送调谐电路80。
图7是用于发送器方监测和接收器方充电电流的调节的方法514的一个示例。在一些实施例中，在已经发生方法500的一个或多个步骤之后，发生方法514。方法514开始于框515。在框517中，确定发送电感器线圈50的高压侧电压电平。如结合图1讨论的，例如，诸如可通过使用电压传感器165对在节点136处感测到的电压电平进行采样并且将感测到的此电压输入控制器120来确定此电压电平。如在图1中讨论的，例如，采样电压可在输入控制器120之前从模拟信号转换成数字信号，可被放大或缩小、滤波或者以其他方式处理和/或修改。在代表性的实施例中，感测到的电压电平对应于峰值电压电平。
在框520中，将所确定的高压侧电压与存储器中存储的与控制器120关联的设定点电压进行比较。在一些实施例中，设定点电压是与所期望的生成充电电流对应的预定值，该充电电流与接收器方的电池70匹配。在框522中，执行测试，以确定高压侧电压是否大于设定点电压。如果是“是”，则在框524中，占空比变量减小一定量。在一些实施例中，占空比变量的减小幅度可以是预定量。在其他实施例中，减小的幅度可以随所确定的高压侧电感器电压和设定点电压之间的比较的变化而变化。例如，如果所确定的高压侧电感器电压是设定点电压的大小的150％，则PWM占空比变量的减小幅度将大于如果设定点电压是设定点电压的大小的110％的情况。
如果在框522中是“否”，则方法514进行至其中执行另一个测试的框526。在框526中，如果所确定的发送电感器线圈电压小于设定点电压，则方法进行至框528，在框528中，PWM占空比变量增大。类似于框524中讨论的减小，框528中的增大幅度可以是预定量或者它可以随框520中比较的变化而变化。如果在框526中是“否”，则所确定的高压侧电压大致等于设定点电压。因此，方法514返回框517，在框517中，再次确定高压侧电压电平。
现在，参照框524和528，方法514可以在点A处跳转到子方法548。在一些实施例中，省略点A处的跳转并且方法514直接进行至框532，在框532中，修改调制电压的PWM占空比，使其对应于占空比变量的当前值。在框532之后，方法514返回框517，在框517中，对另一个高压侧电压电平进行采样。
现在参照图8，图8示出用于进行最大和最小PWM占空比调节的方法548的示例。方法548可单独地执行或者作为开始于点A的方法514的子方法执行。在框552中，执行测试。特别地，如果PWM占空比变量大于PWM最大值，则方法548进行至框554，在框554中，将PWM占空比变量修改为PWM最大值。否则，方法548进行至框558，在框558中，执行另一个测试。特别地，如果PWM占空比变量小于PWM最小值，则将PWM占空比变量修改为PWM最小值。PWM最大值可以是与针对特定的接收器方电池的安全操作或最大充电电流对应的预定值。PWM最小值可以是如果发送单路和接收电路已经去耦合则需要进行周期性测试的最小值。PMW最小值可对应于“待机模式”，待机模式适合于发送电路30和接收电路40相互去耦合或者在相互阈值不接近时。在一些实施例中，PWM最小值对应于20％的PWM占空比并且PWM最大值对应于40％的PWM占空比；然而，应该理解，其他占空比百分比包括在本公开的范围内。在框560中，方法548返回。在一些实施例中，方法548返回框532。
图9是示出确定发送电路30和接收电路40是否恰当耦合的代表性方法700的流程图。在确定发送电路和接收电路磁性耦合的情况下，方法700可以在框702处开始。可使用各种方法来确定设备是否耦合。应该理解，发送器方和接收器方可彼此磁性耦合，但发送器方和接收器方可能并未彼此“恰当耦合”。恰当耦合需要发送电路和接收电路相对于彼此物理对准或定位，使得以阈值效率发生从发送器方到接收器方的能量传输。如果发送器方和接收器方未“恰当耦合”，则会浪费电力或者电池70不会被提供充足的充电电流。
在框704中，确定接收电感器线圈60的高压侧电压。例如，通过使用图2中示出的接收器方的电压传感器265或图4中示出的电压传感器265A来确定此电压。在框706中，将所确定的接收电感器线圈60的高压侧电压与阈值充电电压进行比较。阈值充电电压可以是与阈值电力传输效率对应的预定阈值电压电平参数。如结合图2和图5讨论的，接收器方电感器线圈的高压侧电压与接收电路40中生成的充电电流成正比。在框708中，执行测试，以确定接收电路40的高压侧电压是否小于阈值充电电压。如果是“是”，则方法700进行至框712，在框712中，该方法确定所述装置未“恰当耦合”。如果在框708中是“否”，则方法700确定发送器方和接收器方“恰当耦合”。如果发送器方和接收器方“恰当耦合”，则接收电路40可导通LED，向用户指示发送器方和接收器方“恰当耦合”。如果发送器方和接收器方未“恰当耦合”，则在框714中，接收电路40可向用户输出警报。警报可包括将一个或多个LED导通或截止或者向用户输出声音。在框710和712之后，方法700返回框702或框704。
方法700提供优于现有方法的许多优点(诸如，减少功耗)。如果发送电路和接收电路未物理对准，则从发送器方到接收器方的电力传输效率可能减小。如果发送电路和接收电路未“恰当耦合”，则将接收电路的电池充电所需的时间也可能更多。相应地，如果给用户提供发送电路和接收电路彼此“恰当耦合”(恰当地物理对准)的指示，则可实现提高的感应充电效率，从而提供优于现有技术的显著优点。
图5示出适于用于方法700或代表性接收设备60A的代表性充电电路62A。代表性充电电路62A包括控制器484和充电指示器输出装置486。控制器484耦接到接收电感器线圈(未示出)的高压侧402。充电指示器输出设备486可包括例如扬声器或可以是各种颜色的一个或多个LED。控制器484被配置成控制充电指示器输出设备486，因此，控制器可将LED关闭或打开或者输出声音。在一个实施例中，在方法700的框714中，控制器484将LED关闭或打开。本公开的实施例提供了许多优点。例如，接收电路40和电池70通常连同高成本的设备(例如，便携式手持设备、蜂窝电话、相机或便携式个人护理产品)的功能部件一起被容纳在外壳中。如果反馈电路被并入接收器方并且此反馈电路失效，则会需要更换整个设备，这样的话成本高并且令用户沮丧。相比于更换接收器方的电子装置，更换发送器方的电子装置常常更容易并且成本较低。
诸如控制器120、484的“控制器”可以是任何类型的控制器或处理器，并且可被实施为适于执行本文中讨论的功能的一个或多个控制器。当在本文中使用术语“控制器”或“处理器”时，控制器可包括使用单个集成电路(IC)，或者可包括使用多个集成电路或连接、布置或分组在一起的其他部件(诸如，控制器、微处理器、数字信号处理器(DPS)、并行处理器、多核处理器、定制IC、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、自适应性计算IC、相关联的存储器(诸如，RAM、DRAM和ROM)和其他IC和部件)。在一些实施例中，控制器可包括A/D转换器，以处理来自反馈装置134或其他部件(诸如时钟、振荡器、中继器、缓冲电路等)的反馈信号。
因此，如本文中使用的，术语“控制器”应该被理解为等同地意指并且包括单个IC、或定制IC的布置、ASIC、处理器、微处理器、控制器、FPGA、自适应性计算IC、或连同其相关联的存储器(诸如，微处理器存储器或另外的RAM、DRAM、SDRAM、SRAM、MRAM、ROM、闪存、EPROM或E2PROM)执行以下讨论的功能的一些其他分组的集成电路。控制器(诸如，控制器120、484)连同其相关联的存储器可适应于或配置成(借助编程、FPGA互连或硬连线)执行如上讨论的本公开的方法。例如，在连同其关联存储器和其他等效部件的控制器中，可将所述方法编程为程序指令或其他代码的集合(或等同配置或其他程序)，供后续处理器在操作(即，通电并且运行)时执行。等同地，在整体或部分地将控制器实现为FPGA、定制IC和/或ASIC时，FPGA、定制IC或ASIC也可被设计、配置和/或硬连线，以实现本公开的方法。例如，控制器可被实现为统称为“控制器”的控制器、微处理器、DSP和/或ASIC的布置，这些布置被分别编程、设计、适应于或配置成结合存储器来实现本公开的方法。
可包括数据仓库(或数据库)的存储器可用任何数量的形式实施，包括在任何计算机或目前已知的或变得未来可用的用于进行信息存储或通信的其他机器可读数据存储介质、存储器设备、或其他存储或通信设备内实现，包括(但不限于)存储器集成电路(IC)、或集成电路的存储器部分(诸如，控制器或处理器IC内的常驻存储器)，无论是易失性还是非易失性，无论是可移除还是不可移除，根据所选择的实施例，包括而不限于RAM、闪存、DRAM、SDRAM、SRAM、MRAM、FeRAM、ROM、EPROM、或EPROM或已知的或变得已知的任何其他类型的存储器、存储介质、或数据存储设备或电路。另外，此计算机可读介质包括任何形式的通信介质，通信介质实施计算机可读指令、数据结构、程序模块、或数据信号或调制信号(诸如，电磁或光学载波或包括任何信息传输介质的其他传输介质)中的其他数据，可将数据或其他信息有线或无线地编码在信号(包括电磁信号、光学信号、声学信号、RF信号或红外信号等)中。存储器可适于存储各种查询表、参数、系数、其他信息和数据、(本公开的软件的)程序或指令、和诸如数据库表的任何其他类型的表。
如以上所指示的，使用本公开的软件和数据结构将控制器编程为例如执行本公开的方法。因此，本公开的系统和方法可被实施为软件，软件提供以上讨论的这些编程或其他指令(诸如，在计算机可读介质内实施的指令和/或元数据的集合)。另外，可利用元数据来定义查询表或数据库的各种数据结构。举例来说而非限制地，此软件可以是源代码或目标代码。源代码还可被编译成某种形式的指令或目标代码(包括汇编语言指令或配置信息)。本公开的软件、源代码、或元数据可被实施为任何类型的代码(诸如，汇编语言(机器语言)、C、C++、SystemC、LISA、XML、Java、Brew、SQL及其变型形式(例如，SQL 99或所有权版本的SQL)、DB2、Oracle或执行本文中讨论的功能的任何其他类型的编程语言)，编程语言包括各种硬件定义或硬件建模语言(例如，Verilog、VHDL、RTL)和所得的数据库文件(例如，GDSII)。因此，本文中等同使用的“配置”、“程序配置”、“软件配置”、或“软件”的意思是指带有任何语法或签名的任何类型任何编程语言，编程语言提供或者可被翻译成提供指定的关联功能或方法(当被实例化或加载到处理器或计算机中并且执行，包括例如控制器120、484)。
本公开的软件、元数据、或其他源代码和任何所得的比特文件(目标代码、数据库、或查询表)可在任何有形存储介质(诸如，计算机或其他计算机可读数据存储介质中的任一个)内被实施为计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据(诸如，以上相对于存储器讨论的)。
此外，图/图形中的任何符号箭头应该被认为只是代表性的，而非限制性的，除非另外具体阐述。在本公开的范围内，还将考虑步骤成分的组合，特别地，分开或组合的能力不清楚或不可预见。本文中使用的并且整个随附权利要求书中的连词术语“或”一般旨在意指“和/或”，同时具有连接和转折的含义(并不限于“排他性或”的含义)，除非另外指明。另外，如本文中的描述和整个随附权利要求书中使用的，“…中”的含义包括“…中”和“…上”，除非上下文另外清楚指示。
已经在以上描述中描述了本公开的原理、代表性实施例、操作模式。然而，旨在受保护的本公开的一些方面将不被理解为限于所公开的特定实施例。另外，本文中描述的实施例将被视为是例证性而非限制性的。应该理解，在不脱离本公开的精神的情况下，可由他人进行修改和变化并且采用等同物。因此，明确的意图是，所有这些变型、变化和等同物落入要求保护的本公开的精神和范围内。
Claims (22)
1.一种电池充电器，用于将电力从电源磁性传输到电池，所述电池充电器包括：
驱动器电路，其能耦接到所述电源，所述驱动器电路被配置成用来自所述电源的能量输出调制信号，其中所述调制信号具有占空比，
发送器方调谐电路，其能跨过间隔地磁性耦合到便携式手持电子设备的接收器方调谐电路，其中所述发送器方调谐电路被配置成具有接近或等于所述接收器方调谐电路的谐振频率；
发送器方传感器，其被配置成感测所述发送器方调谐电路的参数；以及
控制器，其耦接到所述驱动器电路和所述发送器方传感器，其中所述控制器被配置成：
致使所述驱动器电路以第一占空比并且以接近或等于所述发送器方调谐电路和所述接收器方调谐电路中的至少一个的谐振频率的频率输出调制信号，以及
基于感测到的所述发送器方调谐电路的参数来修改所述调制信号的第一占空比。
2.根据权利要求1所述的电池充电器，其中所述发送器方传感器被配置成感测所述发送器方调谐电路的电压。
3.根据权利要求1和2中的任意一项所述的电池充电器，其中所述发送器方调谐电路包括电感器和电容器，并且其中所述发送器方传感器被配置成感测所述发送器方调谐电路在所述电感器的高压侧的电压。
4.根据权利要求1、2和3中的任意一项所述的电池充电器，其中所述发送器方传感器还被配置成与所述高压侧的电压成正比地缩放输入信号，使得所述输入信号与所述控制器适宜地兼容。
5.根据权利要求3所述的电池充电器，其中所述发送器方传感器包括二极管，所述二极管具有与所述电感器的高压侧耦接的第一端子，其中所述二极管的第二端子通过低通滤波器耦接到所述控制器。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的电池充电器，其中所述控制器还被配置成：
如果感测到的所述参数高于阈值，则增大所述占空比；以及
如果感测到的所述参数低于所述阈值，则减小所述占空比。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的电池充电器，其中如果所述发送器方电路和所述接收器方电路未相互感应耦合，则所述发送器方电路被配置成具有高于峰值阈值电压电平的高压侧电压。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的电池充电器，其中如果确定电感器的高压侧的电压高于峰值阈值电压电平，则所述控制器被配置成进入待机模式。
9.一种将电力从发送器方电路传输到接收器方电路以对所述接收器方的电池充电的方法，所述方法包括：
通过所述发送器方电路的电感器调制由电源提供的电压，以开始供能周期，其中调制电压具有恒定的预定频率和第一占空比；
确定与由电压传感器在所述发送器方电感器的高压侧感测到的电压对应的电压电平变化；
将所确定的所述电压电平变化与预定阈值电压电平进行比较；以及
基于所确定的所述电压电平变化与所述预定阈值电压电平的比较，修改调制电压的占空比。
10.根据权利要求9所述的方法，其中调制电压的所述预定频率与所述发送器方电路的谐振频率和所述接收器方电路的谐振频率中的至少一个对应。
11.根据权利要求9或10中的任意一项所述的方法，其中所述修改调制电压的占空比包括：
如果所确定的所述发送器方电感器的高压侧的电压电平大于所述预定阈值电压电平，则减小所述占空比；以及
如果所确定的所述发送器方电感器的高压侧的电压电平小于所述预定阈值电压电平，则增大所述占空比。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述修改调制电压的所述占空比还包括：
如果所确定的所述发送器方电感器的高压侧的电压电平大于最大占空比，则将所述占空比设置成最大占空比；以及
如果所确定的所述发送器方电感器的高压侧的电压电平小于最小占空比，则将所述占空比设置成最小占空比。
13.根据权利要求9至12中的任意一项所述的方法，所述方法还包括：使用所确定的所述接收器方电感器的高压侧的电压电平确定所述发送器方电路和所述接收器方电路是否未相互感应耦合。
14.根据权利要求9至13中的任意一项所述的方法，所述方法还包括：如果所述发送器方电路和所述接收器方电路未相互感应耦合，则调节所述占空比以对应于待机模式。
15.一种非暂态计算机可读存储介质，在所述非暂态计算机可读存储介质上包括指令，所述指令响应于一个或多个计算设备的执行，致使所述一个或多个计算设备执行根据权利要求9所述的方法。
16.一种非暂态计算机可读存储介质，在所述非暂态计算机可读存储介质上包括指令，所述指令响应于一个或多个计算设备的执行，致使所述一个或多个计算设备执行根据权利要求10所述的方法。
17.一种非暂态计算机可读存储介质，在所述非暂态计算机可读存储介质上包括指令，所述指令响应于一个或多个计算设备的执行，致使所述一个或多个计算设备执行根据权利要求11所述的方法中的任意一个。
18.一种非暂态计算机可读存储介质，在所述非暂态计算机可读存储介质上包括指令，所述指令响应于一个或多个计算设备的执行，致使所述一个或多个计算设备执行根据权利要求12所述的方法。
19.一种非暂态计算机可读存储介质，在所述非暂态计算机可读存储介质上包括指令，所述指令响应于一个或多个计算设备的执行，致使所述一个或多个计算设备执行根据权利要求13所述的方法中的任意一项。
20.一种非暂态计算机可读存储介质，在所述非暂态计算机可读存储介质上包括指令，所述指令响应于一个或多个计算设备的执行，致使所述一个或多个计算设备执行根据权利要求14所述的方法中的任意一项。
21.一种接收器方充电电路，所述接收器方充电电路耦接到便携式设备，接收器方电路能够确定充电状态，所述接收器方充电电路包括：
调谐电路，其具有谐振频率；以及
接收器方传感器，其耦接到控制器的输入并且被配置成感测所述调谐电路的参数，
其中所述调谐电路能耦接到电池并且能跨过间隔地感应耦合到发送器方电路，所述发送器方电路具有基本上相似的谐振频率，以及
其中所述控制器被配置成，如果感测到的参数低于阈值电平，则给出不发生充电的指示。
22.一种耦接到根据权利要求21所述的便携式设备的接收器方电路，其中指示不发生充电包括将LED打开或关闭。
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