CN106716774A - 无线电力发送器和无线电力接收器 - Google Patents

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Abstract

提供了无线电力发送器。无线电力发送器包括：电力供应单元，供应具有预定电压值的交流(AC)电力；整流单元，连接到电力供应单元，以及对AC电力进行整流；电压调节单元，连接到整流单元，调节经整流的电力的输出电压值的大小，以及将经调节的电力输出到电力发送单元；电力发送单元，将从电压调节单元输出的经调节的电力生成为具有能够进行无线电力发送的形式的信号，以及将所生成的信号发送到无线电力接收器；以及控制单元，根据预定标准控制待由电压调节单元进行调节的经整流的电力的输出电压值的大小。

Description

无线电力发送器和无线电力接收器
技术领域
本发明大致涉及无线电力发送器和无线电力接收器，其可以使用无线电力发送技术和能够对电池进行快速充电的技术。
背景技术
使用有线电力发送技术，仅当充电器和要充电的装置彼此按有线方式直接相连或由接触点彼此连接时才可进行充电。因此，为了使用这种技术对装置进行充电，用户必须执行将装置和充电器直接相连的操作。这可能导致根据使用电池的各种便携装置的外观而产生的不便且可导致其使用量的减少。还可能存在由于用于各个装置的电缆的复杂位置而造成的不便。为了解决这种有线充电方法的问题，已开发出无线电力发送技术且已对其进行了各种研究。
无线电力发送技术是在不具有位于充电器与需要进行充电的装置之间的直接线路或接触点的情况下发送电力的技术，且近来甚至已广泛应用于电动车辆(EV)，以及智能电话和平板PC。根据该方法，无线电力发送技术可以分为感应、电容和谐振方法。各个方法在实现或效率方面具有优点和缺点，且电磁感应方法和谐振方法是标准化的并作为主要的技术。两种方法之间的显著差异是在电磁感应方法中，工作频率在几百kHz的范围内，而在谐振方法中，工作频率在几MHz的范围内。在电磁感应方法中，可能在短的充电距离内以高效率进行充电，且在谐振方法中，可以增加充电距离。
应用上述无线电力发送技术的传统无线充电系统通常包括电力发送器和电力接收器。
图9为根据相关技术的传统无线充电系统的框图。
参考图9，传统电力发送器910包括：单相或三相交流(AC)电力供应单元911；适配器914，其用于生成电力发送单元915所需要的电力以从AC电力供应单元911进行无线充电；以及电力发送单元915，其用于生成作为采用可进行无线电力发送的形式的信号的电力。
适配器914包括应用功率因子校正(PFC)电路的AC/DC转换器单元912和DC/DC转换器单元913，且在构成适配器914的AC/DC转换器单元912的作用中的功率因子校正可以是根据适配器914能力的重要功能。例如，在用于笔记本的适配器中具有75W或更大能力的适配器应具有PFC功能。在不需要PFC功能的情况下，能够将PFC部分视为将AC电力转换成DC电力的AC/DC转换器。
传统电力接收器930包括：电力接收单元931，其用于使用从电力发送器910的电力发送单元915生成的信号来生成直流(DC)电力；DC/DC转换器单元932，其用于生成适用于对电池934进行充电的充电器集成电路(IC)933的形式的电力；充电器IC 933；以及电池934。
在如图9中所示的无线充电系统的结构中，电力转换单元(AC/DC转换器单元912、DC/DC转换器单元913、电力发送单元915、电力接收单元931、DC/DC转换器单元932和充电器IC 933)中的每一个根据设计规格具有不同的电力转换效率，但却具有约为80％或更大的效率特性。
图10为示出基于根据相关技术的传统DC/DC转换器单元的输出电流和输入电压的效率特性的图。
参考图10，提供了示出根据DC/DC转换器单元913的输出电流和输入电压的效率特性的图。该图显示了约为80％的效率特性。图9的无线充电系统经历了总共为六个电力转换单元的电力转换操作并将电力从AC电力供应单元911发送到电池934，由此能够对电池934进行充电。因此，当假定每个电力转换单元的效率为80％时，当从AC电力供应单元911供应100％的电力时，约26％的电力被发送到电池934。同时，当每个电力转换单元的效率为80％时，可以发送更大量的电力。
最广泛用于对电池进行充电的传统电池充电方法为恒定电流恒定电压(CC-CV)充电方法。CC-CV充电方法是最初进行恒定电流充电且随后使用恒定电压进行充电的方法，且已经进行了关于CC-CV充电方法的许多研究，以使得可以使用市售的IC来实现CC-CV充电方法。然而，在传统的CC-CV方法中，将电池从完全放电的状态充电到其完全充电的状态通常需要几个小时，这对于用户来说是不方便的。因此，为了解决在电池充电时间方面的问题，已进行了对能够对电池进行快速充电的快速充电技术的研究。另外，考虑到使用电池的装置的电力消耗的增加及其移动的容易性，由于电池的容量限制，存在对开发快速充电技术，诸如开发快速充电器、快速充电电池等的需求。
为此，已经开发了快速充电技术，其中，充电电流在传统CC-CV充电方法中的初始CC充电部分中以多步形式进行配置。该技术应用强效充电(Boost Charging)方法，该方法使用比在现有CC充电方法中更大的电流作为初始充电电流值进行预定时间的充电。
图11为示出根据相关技术的传统快速充电技术中的强效充电技术的曲线的图。
参考图11，提供了传统快速充电技术中的强效充电方法的曲线。强效充电方法具有的优点是，初始充电是使用比在CC-CV充电中的CC电流值更大的电流进行的，且随后当达到预定条件时按现有的CC-CV方法进行充电，从而减少充电时间。
如上所述，在传统快速充电技术中，与CC-CV充电方法相比较，可减少充电时间，但已报道了诸多安全问题，诸如由于大电流充电而导致的电池寿命的缩短，在充电期间出现电池的故障等。
发明内容
技术问题
在无线电力发送和快速充电技术中的重要需求是充电系统的效率及其实现的容易性。然而，在使用应用无线电力发送技术的传统无线充电系统的情况下，采用现有的商用适配器并按原有状态使用充电器的充电器IC，从而存在问题，诸如结构复杂性的增加以及成本的增加。另外，在使用快速充电技术中的按传统CC-CV充电方法中的多步形式对初始CC充电部分中的充电电流进行配置的技术的情况下，按多步形式对在初始CC充电部分中的充电电流进行配置，从而存在系统效率比在有线电力发送技术中的系统效率更低的问题。另外，在应用传统快速充电技术的系统的实现中，增加了实现的复杂性。例如，传统强效充电技术具有的问题是，与CC-CV方法相比，系统实现的复杂性大幅增加。
技术方案
已提出本发明以至少解决上述问题和缺点，以及至少提供下述有益效果。
相应地，本发明的一方面是提供无线充电系统，其使用无线电力发送技术和快速充电技术的组合以消除有线充电技术的不便并减少电池的充电时间。
相应地，本发明的另一方面是提供无线充电系统，其通过减少电力转换单元的数量且同时保持电力转换单元中的每一个的效率以及如在相关技术中所提供的所供应的电力量来增加最终发送到电池的电力量，从而允许对电池进行快速充电。
相应地，本发明的另一方面是提供无线充电系统，其中，解决了传统有线电力发送技术和快速充电技术的实现的复杂性并提高了效率。
相应地，本发明的另一方面是提供无线充电系统，通过该无线充电系统，当进行快速充电的电流变化不快时，可在不使用DC/DC转换器的情况下使用交流(AC)/直流(DC)转换器来进行电池充电，从而获得无线充电系统的简化配置；进而减小无线充电系统的大小和成本并减少成本。
相应地，本发明的另一方面是提供简化且高效的无线充电系统，其适用于使用电池的各种装置。
根据本发明的一方面，提供了无线电力发送器。无线电力发送器包括：电力供应单元，供应具有预定电压值的交流(AC)电力；整流单元，连接到电力供应单元，以及对AC电力进行整流；电压调节单元，连接到整流单元，调节经整流的电力的输出电压值的大小并将经调节的电力输出到电力发送单元；电力发送单元，将从电压调节单元输出的经调节的电力生成为具有能够进行无线电力发送的形式的信号，以及将所生成的信号发送到无线电力接收器；以及控制单元，根据预定标准控制待由电压调节单元进行调节的经整流的电力的输出电压值的大小。
根据本发明的另一方面，提供了无线电力发送器。无线电力发送器包括：电力供应单元，供应具有预定电压值的交流(AC)电力；整流单元，连接到电力供应单元，以及对AC电力进行整流；电压调节单元，连接到整流单元，调节经整流的电力的输出电压值的大小，以及将经调节的电力输出到电力发送单元；直流(DC)/DC转换器单元，将从电压调节单元输出的经调节的电力转换到预定增益，以及将经转换的电力发送到电力发送单元；电力发送单元，将从DC/DC转换器单元输出的经转换的电力生成为具有能够进行无线电力发送的形式的信号，以及将所生成的信号发送到无线电力接收器；以及控制单元，根据预定标准控制待由电压调节单元进行调节的经整流的电力的输出电压值的大小或待由DC/DC转换器单元进行调节的经转换的电力的输出电压值的大小。
根据本发明的另一方面，提供了无线电力接收器。无线电力接收器包括：电力接收单元，从无线电力发送器接收电力；以及充电单元，使用或存储电力，以及在不使用直流(DC)/DC转换器单元的情况下连接到电力接收单元的输出单元。
根据本发明的另一方面，提供了无线充电系统。无线充电系统包括无线电力发送器和无线电力接收器。无线电力发送器包括：电力供应单元，供应具有预定电压值的交流(AC)电力；整流单元，连接到电力供应单元，以及对AC电力进行整流；电压调节单元，连接到整流单元，调节经整流的电力的输出电压值的大小，以及将经调节的电力输出到电力发送单元；电力发送单元，将从电压调节单元输出的经调节的电力生成为具有能够进行无线电力发送的形式的信号，以及将所生成的信号发送到无线电力接收器；以及控制单元，根据预定标准控制待由电压调节单元进行调节的经整流的电力的输出电压值的大小。无线电力接收器包括：电力接收单元，从无线电力发送器接收电力；以及充电单元，使用或存储电力，以及在不使用直流(DC)/DC转换器单元的情况下连接到电力接收单元的输出单元。
根据本发明的另一方面，提供了无线充电系统。无线充电系统包括无线电力发送器和无线电力接收器。无线电力发送器包括：电力供应单元，供应具有预定电压值的交流(AC)电力；整流单元，连接到电力供应单元，以及对AC电力进行整流；电压调节单元，连接到整流单元，调节经整流的电力的输出电压值的大小，以及将经调节的电力输出到电力发送单元；直流(DC)/DC转换器单元，将从电压调节单元输出的经调节的电力转换到预定增益，以及将经转换的电力发送到电力发送单元；电力发送单元，将从DC/DC转换器单元输出的经转换的电力生成为具有能够进行无线电力发送的形式的信号，以及将所生成的信号发送到无线电力接收器；以及控制单元，根据预定标准控制待由电压调节单元进行调节的经整流的电力的输出电压值的大小或待由DC/DC转换器单元进行调节的经转换的电力的输出电压值的大小。无线电力接收器包括：电力接收单元，从无线电力发送器接收电力；以及充电单元，使用或存储电力，以及在不使用直流(DC)/DC转换器单元的情况下连接到电力接收单元的输出单元。
技术效果
就根据各种实施方式的无线电力发送器和无线电力接收器而言，与现有的无线充电系统相比，可提供简单的结构。另外，当进行快速充电的电流变化不快时，可在不使用DC/DC转换器的情况下仅使用AC/DC转换器来进行电池充电，从而获得具有更简单结构的无线充电系统的配置。因此，可使无线充电系统小型化并减少成本。另外，使用无线电力发送方法的电力供应方法可适用于使用电池的各种装置。
附图说明
根据下列具体实施方式并结合附图，本发明的上述和其他方面、特征和有益效果将更加显而易见，其中：
图1为根据本发明的实施方式的无线充电系统的框图；
图2A和2B为根据本发明的实施方式的无线充电系统的电路图；
图3为根据本发明的实施方式的电压调节单元的功率因子校正(PFC)电路的电路图；
图4为根据本发明的实施方式的无线充电系统的框图；
图5为根据本发明的实施方式的无线充电系统的框图；
图6为根据本发明的实施方式的无线充电系统的框图；
图7为示出根据本发明的实施方式的电力发送单元的输入电压(VDC/DC)与施加到电池的电压(VBAT)的电压转换比率的图；
图8为示出根据本发明的各种实施方式的每个电力转换单元的效率和发送到电池的电力量的比较图；
图9为根据相关技术的传统无线充电系统的框图；
图10为示出基于根据相关技术的传统DC/DC转换器单元的输出电流和输入电压的效率特性的图；以及
图11为示出根据相关技术的传统快速充电技术中的强效充电技术的曲线的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的各种实施方式。在附图中示出且在说明书中描述了具体示例，然而，本发明还可以按各种形式进行修改且包括各种实施方式。应理解，不旨在将本发明限制于本文所公开的特定形式；相反，本发明应被解释为涵盖在本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和/或替代物。在对附图的描述中，相同或类似的附图标记用于指定相同或类似的元件。
如本文中所使用的，术语“包括”和“可包括”是指存在能够用于本发明的各种实施方式中的相应公开的功能、操作或组件，且不限制一个或多个附加的功能、操作或组件。在本公开中，诸如“包括”和“具有”的术语可以被解释为表示特定特征、数量、步骤、操作、组成元件、组件或其组合，但不应被解释为排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、组成元件、组件或其组合的存在或附加的可能性。
如本文所使用的，表达“或”和“A或/和B中的至少一个”包括一起列出的单词的任何或所有组合。例如，表达“A或B”和“至少A或/和B”可包括A，可包括B或可包括A和B。
本文所使用的表达“1”、“2”、“第一”或“第二”可以修改各种实施方式的各种组件，但不限制相应的组件。例如，上述表达不限制元件的顺序和/或重要性。上述表达仅用于将元件与其他元件进行区分的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置表示不同的用户装置，尽管其均是用户装置。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一组成元件可以称为第二组成元件。类似地，第二组成元件还可以称为第一组成元件。
应注意，如果将第一组成元件描述成“联接”或“连接”到另一组成元件，第一组成元件可以直接联接或直接连接到第二组件，且第三组成元件可以“联接”或“连接”在第一组成元件与第二组成元件之间。相反，当一个组成元件“直接联接”或“直接连接”到另一组成元件时，其可以被解释为在第一组成元件与第二组成元件之间不存在第三组成元件。
如本文所使用的术语描述具体的实施方式，而不旨在限制本发明。除非上下文另有明确指示外，如本文中所使用的单数形式旨在还包括复数形式。
除非另有限定，本文使用的包括技术术语或科学术语的所有术语具有与本发明所属领域的技术人员将理解的术语所具有的含义相同的含义。如在通常使用的词典中所限定的这种术语将被解释为具有与相关技术领域中的上下文含义相同的含义，且不应被解释为具有理想化的或过于形式化的含义，除非在本发明中明确限定外。
图1为根据本发明的实施方式的无线充电系统的框图。
参考图1，根据本发明的实施方式的无线充电系统具有从电力接收器移除传统无线充电系统的DC/DC转换器单元和充电器集成电路(下文称为“充电器IC”)组件的结构。因为交流(AC)/直流(DC)转换器单元114设置在电力发送器110中以生成用于对充电单元133(下文称为“电池”)进行充电的充电曲线(VBAT，Ichg)，所以能够移除传统电力接收器的DC/DC转换器单元和充电器IC。
例如，当将电池等效看作为电阻器时，可以通过控制施加到电池的电压(VBAT)来生成所需类型的电池充电电流(Ichg)。例如，当施加到电池的电压(VBAT)增加时，充电电流(Ichg)增加，而当施加到电池的电压(VBAT)减小时，充电电流(Ichg)减小。
在本发明中，提出了这样的结构，其中施加到电池的电压(VBAT)是通过调节电力发送器的AC/DC转换器单元114的控制因子来改变的。例如，当调节AC/DC转换器单元114的输出电压(VAC/DC)时，可以调节电力发送器116的输入电压，因此可以调节施加到电池的电压(VBAT)。
返回参考图1，更具体地，根据本发明的实施方式的无线充电系统包括电力发送器110和电力接收器130。电力发送器110包括电力供应单元111、AC/DC转换器单元114、DC/DC转换器单元115、电力发送单元116和控制单元118。另外，AC/DC转换器单元114可包括整流单元112和电压调节单元113。电力接收器130包括电力接收单元131、充电单元133和控制单元135。在电力发送器110中，电力供应单元111供应具有预定电压(VAC)的AC电力。
AC/DC转换器单元114的整流单元112连接到电力供应单元111并且对从电力供应单元111接收的AC电力进行整流。整流单元112可以由已知的整流电路(例如，诸如二极管的装置)来实现，且本领域的技术人员将很容易理解，能够进行整流的各种装置都是可适用的。
AC/DC转换器单元114的电压调节单元113连接到整流单元112和DC/DC转换器单元115，且根据控制单元118的控制信号调节在整流单元112中进行整流的电力的输出电压(VAC/DC)值的大小并将调节后的电压输出到DC/DC转换器单元115。另外，电压调节单元113可以由包括根据控制单元118的控制导通和关断的开关的电路，例如，传统的降压、升压或升降压电路(例如，升压型、降压型、降升压型电路等)来实现，且可以根据开关的开/关调节整流电力的输出电压值的大小。下面将提供电压调节单元113根据控制单元118的控制信号来调节输出到DC/DC转换器单元115的电力的输出电压(VAC/DC)值的大小的操作的详细描述。
DC/DC转换器单元115可以将从电压调节单元113输入的电力转换成预定增益并将转换后的电力发送到电力发送单元116。另外，DC/DC转换器单元115可以根据控制单元118的控制信号来调节输出到电力发送单元116的电力的输出电压(VAC/DC)值的大小。稍后将提供相关的详细描述。
电力发送单元116具有作为主要配置的谐振线圈，从而生成输出电力，输出电力作为采用可进行无线电力发送的形式的信号且具有大小经过DC/DC转换器单元115进行调节的输出电压(VDC/DC)值。电力发送单元116将生成的信号发送到无线电力接收器130。当发送无线电力时，电力发送单元116发送AC波形形式的电力或使用逆变器将DC波形形式的电力转换成AC波形形式的电力以发送AC波形形式的电力且同时发送DC波形形式的电力。另外，电力发送单元116可包括例如已知的整流电路和谐振电路。
控制单元118控制无线电力发送器110的总体操作。另外，控制单元118使用从存储单元读取的控制所需的算法、程序或应用来控制无线电力发送器110的总体操作。控制单元118可以按CPU、微处理器或小型计算机的形式实现。
控制单元118可以根据预定标准来进行控制以调节电压调节单元113或DC/DC转换器单元115的输出电压值的大小，从而改变电池充电电流(Ichg)，将提供相关的详细描述。
电力接收器130的电力接收单元131具有作为主要配置的谐振线圈，从而接收从电力发送器110发送的无线电力。电力接收单元131可包括例如已知的谐振装置和整流装置。电力接收单元131在不使用设置在传统电力接收器中的DC/DC转换器单元和充电IC的情况下直接连接到充电单元133。
充电单元133使用或存储电力且当电力接收器130为移动电话或智能电话时，充电单元133可以被实现为电池。在下文中，将描述充电单元133为电池的情况。
控制单元135控制无线电力接收器130的总体操作。
图2A和2B为根据本发明的实施方式的无线充电系统的电路图。
参考图2A和2B，提供了AC/DC转换器单元被实现为升压型PFC电路的无线充电系统的配置。
参考图2A，提供了电力发送器的配置。电力供应单元211连接到整流单元212。整流单元212是全桥二极管且包括四个二极管2121、2123、2125和2127。两个二极管2121和2123中的每一个的一端连接到节点21，并且其另一端连接到电力供应单元211。两个二极管2125和2127中的每一个的一端连接到电力供应单元211，并且其另一端连接到接地端子。
连接到整流单元212的电压调节单元213包括电容器(CF)2131、电感器(LBoost)2132、开关(QBoost)2133、二极管(DBoost)2134、电容器(CBoost)2135和PFC控制单元218。开关2133可以是MOSFET元件(下文称为MOSFET 2133)，且将在本文中描述开关2133为MOSFET元件的情况。
电容器2131的一端连接到节点21，并且其另一端连接到接地端子。电感器2132的一端连接到节点21，并且其另一端连接到节点22。节点22连接到二极管2134的一端以及MOSFET元件2133的漏极端子。MOSFET 2133的栅极端子连接到PFC控制单元218以接收PFC控制单元218的控制信号，并且MOSFET 2133的源极端子连接到接地端子。二极管2134的另一端连接到节点23。电容器2135的一端连接到节点23，并且其另一端连接到接地端子。PFC控制单元218接收节点23的电压并且连接到电阻电路2181。
PFC控制单元218可包括：比较器，比较器生成与输出电压值(VAC/DC)对应的电压以转换电压的电平，接收电平经转换的电压的电压值以及参考电压供应单元的预定参考电压(Vref)值，以及根据电平经转换的电压的电压值与参考电压值之间的差异生成具有电压值的输出信号；以及调制电路，调制电路接收比较器的输出信号并调节开关2133的工作频率或工作时间。
另外，PFC控制单元218可包括：比较器，比较器根据控制单元118的控制生成与输出电压值(VAC/DC)对应的电压，转换参考电压供应单元的参考电压值，接收生成的电压的电压值以及转换的参考电压值，以及根据生成的电压的电压值与转换的参考电压值之间的差异生成具有电压值的输出信号；以及调制电路，调制电路接收比较器的输出信号并调节开关2133的工作频率或工作时间。
下面将更详细地描述PFC控制单元218的操作。
连接到电压调节单元213的DC/DC转换器单元214包括：切换单元2140，切换单元2140包括第一开关(QH)2141和第二开关(OL)2142，第一开关(QH)2141和第二开关(OL)2142中的每一个均用于切换输入电压；电容器(CR)2143；电感器(LR)2144；变压器2145变压器2145将初级侧电压变换成次级侧电压；整流单元2146；电容器(CIN)2149和DC/DC控制单元2150。在下文中，将描述第一开关2141和第二开关2142中的每一个是MOSFET元件(下文称为MOSFET元件2141和MOSFET元件2142)的情况。
两个MOSFET元件2141和2142中的每一个的栅极端子连接到DC/DC控制单元2150以接收DC/DC控制单元2150的控制信号。在这里，MOSFET元件2141的漏极端子连接到节点23且其源极端子连接到MOSFET元件2142的漏极端子，且MOSFET元件2142的源极端子连接到接地端子。电容器2143的一端连接到在MOSFET元件2141的源极端子与MOSFET元件2142的漏极端子之间的节点24，且其另一端连接到电感器2144的一端。电感器2144的另一端连接到变压器2145的输入端子，且变压器2145的输出端子连接到整流单元2146。
整流单元2146是半桥二极管且包括两个二极管(D1和D2)2147和2148，如图2中所示。二极管2147的一端连接到节点25，节点25连接到变压器2145的两个部分N2和N3的部分N2；二极管2148的一端连接到节点27，节点27连接到变压器2145的两个部分N2和N3的部分N3；且二极管2147的另一端连接到节点28。节点28连接到二极管2148的另一端和电容器2149的一端，并且电容器2149的另一端连接到变压器2145的抽头端子26。
参考图2B，提供了电力发送单元216和电力接收器单元230的配置。
电力发送单元216连接到DC/DC转换器单元214，并且包括谐振信号生成单元2161和谐振单元2166。
谐振信号生成单元2161连接到DC/DC转换器单元214的电容器2149，并且包括四个MOSFET元件(Q1、Q2、Q3和Q4)2162、2163、2164和2165。
谐振单元2166连接到谐振信号生成单元2161，并且包括电容器2167和线圈2168以构成LC串联谐振电路。
DC/DC控制单元2150接收节点23的电压(VAC/DC)和节点28的电压(VDC/DC)。稍后将提供DC/DC控制单元2150的详细描述。
上述PFC控制单元218可以被实现为传统IC(下文称为“脉冲宽度调制(PWM)驱动IC”)，如在图3中所示。
图3为根据本发明的实施方式的电压调节单元的功率因子校正(PFC)电路的电路图。
参考图3，提供了PFC控制单元218的配置和操作。
PWM驱动IC 300包括比较器(EA1)301且比较器301可以是运算放大器(Op Amp)。比较器301的第一输入端子(IN+)1连接到比较电压供应单元310的输出端子，且比较器301的第二输入端子(IN1)2连接到参考电压供应单元320的输出端子。另外，比较器301根据在第一输入端子1与第二输入端子2的电压值之间的差异来生成具有电压值(VEA_OUT)的输出信号。比较电压供应单元310连接到节点23，根据控制单元118的控制转换节点23的电压值(VAC/DC)并将转换的电压值(VAC/DC)供应到比较器301的第一输入端子1。另外，参考电压供应单元320将预定参考电压(Vref)值供应到比较器301的第二输入端子2。
比较电压供应单元310包括第一电阻器311和第二电阻器312，且第二电阻器312是根据控制单元118的控制信号可变的电阻器。第一电阻器311的一端连接到节点23，并且其另一端连接到节点31。第二电阻器312的一端连接到节点31，并且其另一端连接到接地端子。节点31具有这样的配置，其连接到比较器301的第一输入端子1。另外，参考电压供应单元320具有这样的配置，其连接到在第二电阻器312与接地端子之间的节点并连接到第二输入端子2。
当在第一输入端子1与第二输入端子2的电压值之间的差异减小时，比较器301的输出信号的电压值(VEA_OUT)减小，并且当其差异增大时，比较器301的输出信号的电压值(VEA_OUT)增大。因此，比较器301的输出信号的电压值(VEA_OUT)发生改变直到在第一输入端子1与第二输入端子2的电压值之间的差异消失。
同时，当与从CT 5生成的具有预定周期的三角波相比较时，比较器301的输出信号的电压值(VEA_OUT)变为脉冲转向触发器(PSFF)303的时钟信号。当施加PSFF 303的时钟信号时，在引脚8和引脚9中生成信号，并且当将在引脚8和引脚9中生成的信号发送到电压调节单元213的开关2133时，重复开关的导通和关断。
根据引脚8至11中连接到电压调节单元213的开关的引脚的数量，当比较器301的输出信号的电压值增大时，可以增加或减少将电压调节单元213的开关在一个周期内保持为导通的时间。例如，当比较器301的输出信号的值增大时，增加将电压调节单元213的开关在一个周期内保持为导通的时间，且当比较器301的输出信号的值减小时，减少将电压调节单元213的开关在一个周期内保持为导通的时间。
即，PFC控制单元218根据控制单元118的控制转换电压调节单元213的输出电压值(VAC/DC)。例如，PFC控制单元218将转换的输出电压值(VAC/DC)和参考电压供应单元320的参考电压(Vref)值输入到比较器301的输入端子，使得比较器301可以根据在转换的输出电压值(VAC/DC)与参考电压(Vref)值之间的差异生成具有电压值(VEA_OUT)的输出信号。此后，PFC控制单元218将从比较器301生成的输出信号输入到脉冲宽度调制电路，通过脉冲宽度调制方法转换从比较器301生成的信号，输入转换的信号以作为开关2133的控制信号，从而改变电压调节单元213的开关2133的占空比值。
如上所述，PFC控制单元218根据控制单元118的控制通过采用脉冲宽度调制方法来改变电压调节单元213的开关2133的占空比值，从而调节电压调节单元213的输出电压值(VAC/DC)的大小。电压调节单元213的输出电压与输入电压的比率随着占空比值的增加而增加，该占空比值是在一个切换周期将开关2133保持为导通的时间。另外，调节电压调节单元213的输出电压值(VAC/DC)的大小，从而调节DC/DC转换器单元214的输出电压值(VAC/DC)的大小。其结果是，调节施加到电池的电压(VBAT)。
在根据本发明的另一实施方式的结构中，比较电压供应单元310可包括开关和多个电阻元件，并且可以具有多个电阻元件根据开关的导通的操作而彼此并联的结构。在这种情况下，PFC控制单元218允许根据控制单元118的控制信号来导通和关断比较电压供应单元310的开关。利用通过根据控制单元118的控制信号导通和关断的开关而连接的电阻元件，节点23的电压值(VAC/DC)得以转换，以及转换的电压值(VAC/DC)被输入到比较器301的第一输入端子1。
在根据本发明的又一实施方式的结构中，比较电压供应单元310可以连接到节点23以根据预定标准转换节点23的电压值(VAC/DC)并将转换的电压值(VAC/DC)供应到比较器301的第一输入端子1，以及PFC控制单元218在这种情况下根据控制单元118的控制来转换参考电压供应单元320的参考电压(Vref)值以将转换的参考电压(Vref)值供应到比较器301的第二输入端子2并改变比较器301的输出电压值，由此可改变电压调节单元213的开关2133的占空比值。
除了上述脉冲宽度调制方法之外，PFC控制单元218可包括脉冲频率调制(PFM)电路以采用脉冲频率调制方法。在这种情况下，PFC控制单元218可以根据控制单元118的控制来改变电压调节单元213的开关的一个周期值，即，切换频率，从而调节电压调节单元213的输出电压值的大小。
另外，PFC控制单元218可包括脉冲密度调制(PDM)电路以采用脉冲密度调制方法，因此PFC控制单元218可以对根据控制单元118的控制而导通电压调节单元213的开关的时间进行分组并控制开关，例如在10个开关周期期间重复开关2133的导通和关断，在5个开关周期期间保持开关2133为关断等，从而调节电压调节单元213的输出电压值的大小。
此外，在采用上述PFM或PDM方法的情况下，当根据控制单元118的控制来改变参考电压供应单元320的参考电压值(Vref)或连接至电压调节单元213的输出端子的比较电压供应单元310的输出电压值时，PFC控制单元218可以改变除了诸如在PWM方法中电压调节单元213的开关2133的占空比值以外的其他值，从而调节电压调节单元213的输出电压值的大小。
另外，PFC控制单元218可以根据控制单元118的控制来调节施加到作为电压调节单元213的开关2133的MOSFET元件的栅极端子的电压，从而控制开关的导通和关断的操作。
另外，上述DC/DC控制单元2150可以根据控制单元118的控制信号采用例如PWM、PFM或PDM，从而调节输出到电力发送单元216的电力的输出电压(VDC/DC)值的大小。
例如，DC/DC控制单元2150可包括PWM电路、PFM电路、PDM电路等，从而当接收到节点23的电压(VAC/DC)和节点28的电压(VDC/DC)时根据控制单元118的控制来进行切换单元2140的切换工作频率或切换工作时间的调节。即，DC/DC控制单元2150可以通过根据控制单元118的控制来进行切换单元2140的切换工作频率或切换工作时间的调节来调节DC/DC转换器214的输出电压(VDC/DC)值的大小。
同时，在上述实施方式中，已经描述了PFC控制单元和DC/DC控制单元分别包括在电压调节单元和DC/DC转换器中的情况，但PFC控制单元218和DC/DC控制单元2150可以可替代地包括在控制单元118中。
返回参考图2B，电力接收器230可包括谐振单元2310、整流单元2313和电容器2318。
谐振单元2310包括线圈2311以及与线圈2311串联连接的电容器2312。
整流单元2313连接到谐振单元2310并且是分别具有四个二极管Q1 2314、Q22315、Q3 2316和Q4 2317的全桥电路。另外，电容器2318可以与谐振电路并联连接。
根据本公开的实施方式，电池233连接到电力接收单元231且由电阻(RL)表示。
由于电池233等效看作电阻(RL)，因此通过控制施加到电池233的电压(VBAT)来生成所需类型的电池充电电流(Ichg)。另外，能够看出根据节点23的电压(VAC/DC)或节点28的电压(VDC/DC)来调节施加到电池233的电压(VBAT)。
图4为根据本发明的实施方式的无线充电系统的框图。
参考图4，提供了无线充电系统的电力发送器410和电力接收器430。
电力接收器430具有这样的结构，其中连接电力接收单元431和充电单元433的充电IC 432添加在电力接收单元431与充电单元433(即，根据图1所示的电力接收器130的配置的电力接收单元131与充电单元133)之间。
因为根据本发明的实施方式，电力发送器410的DC/DC转换器单元415生成用于对充电单元433进行充电的充电曲线，所以能够移除传统的电力接收器的DC/DC转换器单元。
在包括添加有充电IC 432的电力接收器430的无线充电系统的情况下，与包括移除了充电IC的电力接收器的无线充电系统相比较，充电IC 432具有减少工作时间的延迟的效果。例如，在使用包括移除了充电IC的电力接收器的无线充电系统的情况下，电力发送器不执行充电IC的功能，因此，由于信号的发送/接收，可能会发生工作时间的延迟。因此，与包括移除了充电IC的电力接收器的无线充电系统相比，包括添加有充电IC 432的电力接收器430的无线充电系统具有减少工作时间的延迟的效果。
充电IC 432连接到电力接收单元431的输出端子，且根据控制单元435的控制向充电单元433供应充电电流。例如，充电IC 432可以用于调节高充电电流并将调节的充电电流供应到充电单元433。
如在图4中所示，已参考图1详细地描述了电力发送器410的电力供应单元411、AC/DC转换器单元414、DC/DC转换器单元415、电力发送单元416和控制单元418中的每一个的操作以及电力接收器430的电力接收单元431、充电单元433和控制单元435中的每一个的操作，因此将在本文省略对这部分内容的描述。
图5为根据本发明的实施方式的无线充电系统的框图。
参考图5，提供了无线充电系统的电力发送器510和电力接收器530。
电力发送器510具有这样的结构，其中从图1的电力发送器110的配置中移除了DC/DC转换器单元115。当充电电流很小时，在图1的无线充电系统中，即使在不具有电力发送器110的DC/DC转换器单元115的情况下，也可对电池进行充电。在充电功率很小的情况下，当不提供DC/DC转换器单元115时，电力发送器510的AC/DC转换器单元514生成用于对充电单元533(例如，电池)进行充电的充电曲线(VBAT，Ichg)，因此可以移除传统电力接收器的上述DC/DC转换器单元和充电IC。已参考图1详细地描述了电力发送器510的电力供应单元511、AC/DC转换器单元514、电力发送单元516和控制单元518中的每一个的配置和操作以及电力接收器530的电力接收单元531、充电单元533和控制单元535中的每一个的配置和操作，因此将在本文省略对这部分内容的描述。
图6为根据本发明的实施方式的无线充电系统的框图。
参考图6，提供了无线充电系统的电力发送器610和电力接收器630。电力接收器630具有这样的结构，其中连接电力接收单元631和充电单元633的充电IC 632添加在电力接收单元631与充电单元633之间(即，根据图5所示的电力接收器530的配置的电力接收单元531与充电单元533之间)。
因为电力发送器610的AC/DC转换器单元614生成了用于对充电单元633进行充电的充电曲线，所以能够移除图1的电力发送器110的DC/DC转换器单元115以及传统电力接收器的DC/DC转换器单元。
在包括添加有充电IC 632的电力接收器630的无线充电系统的情况下，与包括移除了充电IC的电力接收器的无线充电系统相比较，充电IC 632可以具有减少工作时间的延迟的效果。
已参考图1详细地描述了电力发送器610的电力供应单元611、AC/DC转换器单元614、电力发送单元616和控制单元618中的每一个的操作以及电力接收器630的电力接收单元631、充电IC 632、充电单元633和控制单元635中的每一个的操作，因此将在本文省略对这部分内容的描述。
图7为示出根据本发明的实施方式的电力发送单元的输入电压(VDC/DC)与施加到电池的电压(VBAT)的电压转换比率的图。
参考图7，其示出了即使在相同的电阻(RL)状态下，施加到电池的电压(VBAT)也可根据工作频率的设置来进行调节。当工作频率改变时，可能存在诸多问题，诸如无线充电系统的低工作效率，大量谐波的生成等，由此使无线充电系统在固定频率上工作是有利的。因此，为了在固定频率上调节施加到电池的电压(VBAT)，应调节电力发送单元的输入电压(VDC/DC)。电力发送单元的输入电压(VDC/DC)是通过调节AC/DC转换器单元或DC/DC转换器单元的控制因子来控制的，如上所述。
图8为示出根据本发明的各种实施方式的每个电力转换单元的效率和发送到电池的电力量的比较图。
参考图8，假定AC/DC转换器单元、DC/DC转换器单元、电力发送单元、电力接收单元和充电IC中的每一个是电力转换单元。图8提供了根据本发明的各种实施方式(例如，传统无线充电系统，根据图4的实施方式的无线充电系统，根据图5的实施方式的无线充电系统以及根据图6的实施方式的无线充电系统)的每个电力转换单元的效率和发送到电池的电力量的比较。如在图8中所示，随着无线充电系统的配置变得简化，能够在相同的电力条件下向电池供应更大量的电力。
根据本发明的各种实施方式，采用控制施加到电池的电压的技术来调节电池充电电流，因此，能够调节电池充电电流以使得能够在保持用于快速充电的电流的时间(例如，几毫秒至几百毫秒)内通过控制AC/DC转换器单元或DC/DC转换器单元的电压来进行快速充电，从而对电池进行快速充电。
例如，当电池需要在几毫秒内的电流变化时，可以实现包括AC/DC转换器单元和DC/DC转换器单元的配置，诸如在图1至图4所描述的无线充电系统中的配置。当充电电流很小时，可以实现不使用DC/DC转换器单元而仅使用AC/DC转换器单元的配置，诸如参照图5或图6所述的无线充电系统中的配置。另外，当要充电的电池需要几百毫秒内的快速充电电流变化时，可以在不使用DC/DC转换器单元的情况下仅通过控制AC/DC转换器单元的输出电压来生成使得能够进行所需的快速充电的电流变化。因此，通过简化整个无线充电系统，可对电池进行快速充电且同时实现无线电力发送方法。
根据本发明的各种实施方式的各个组件的元件或/和电路仅仅是示例，且本领域的技术人员将很容易地理解各个组件的元件或/和电路可通过应用各种示例而进行改变。例如，如DC/DC转换器单元、反激式(Flyback)DC/DC、正激式(Forward)DC/DC转换器、降压转换器、降升压转换器等可以是可适用的。
根据本发明的各种实施方式，无线电力发送器和无线电力接收器的上述组成组件中的每一个可以由一个或多个组件组成，且相应组件的名称可改变。无线电力发送器和无线电力接收器可包括上述组件中的一个或多个，且可以省略一些组件或还可包括其他附加组件。另外，无线电力发送器和无线电力接收器的组成组件中的一些可以进行组合以配置单个实体，因此可以按相同的方式进行在组合前的相应组件的功能。
将理解的是，可以按硬件、软件以及硬件和软件的组合的形式来实现本发明的实施方式。不管是可擦除的还是可重新记录的，诸如可选的软件可以存储在诸如ROM的非易失性存储装置、诸如RAM的存储器、存储器芯片、存储器装置或集成电路或可由机器(例如计算机)进行光学或电磁记录和读取的存储介质(诸如CD、DVD、磁盘或磁带)中。包括在电子装置中的存储单元是适于存储包括用于实现本发明的各种实施方式的命令的一个或多个程序的机器可读存储介质的一个示例。相应地，本发明包括如下所述的程序以及存储这种程序的机器可读存储介质，该程序包括用于实现本发明的设备或方法的指令。此外，程序可以通过预定介质(诸如通过有线或无线连接传输的通信信号)进行电子传输，以及本公开适当地包括该程序的等同物。
在本说明书和附图中提供的本发明的实施方式仅仅是用于容易地描述与本发明相关联的技术且帮助理解本发明的示例，但不限制本发明的范围。因此，本发明的范围应被解释成除了包括本文所公开的实施方式外，还包括基于本发明的各种实施方式的技术构思所提取的所有修改或修改的形式。相应地，本发明的范围不是由本发明的详细描述进行限定，而是由所附权利要求及其等同物进行限定。因此，在该范围内的所有差异将被解释为包括在本发明中。

Claims (15)

1.无线电力发送器，包括：
电力供应单元，供应具有预定电压值的交流(AC)电力；
整流单元，连接到所述电力供应单元，以及对所述AC电力进行整流；
电压调节单元，连接到所述整流单元，调节经整流的电力的输出电压值的大小，以及将经调节的电力输出到电力发送单元；
所述电力发送单元，将从所述电压调节单元输出的经调节的电力生成为具有能够进行无线电力发送的形式的信号，以及将所生成的信号发送到无线电力接收器；以及
控制单元，根据预定标准控制待由所述电压调节单元进行调节的经整流的电力的输出电压值的大小。
2.如权利要求1所述的无线电力发送器，其中，所述电压调节单元包括根据所述控制单元的控制而导通和关断的开关，以及经整流的电力的输出电压值的大小根据所述开关的导通和关断的状态进行调节。
3.如权利要求2所述的无线电力发送器，其中，所述控制单元包括：
比较器，生成与从所述电压调节单元输出的经调节的电力的输出电压值对应的电压以转换所述电压的电平，接收电平经过转换的电压的电压值和参考电压供应单元的预定参考电压值，以及根据电平经过转换的电压的电压值与所述参考电压值之间的差异生成具有电压值的输出信号；以及
调制电路，接收所述比较器的输出信号，以及调节所述开关的工作频率和工作时间中的一项。
4.如权利要求3所述的无线电力发送器，其中，所述电压调节单元为降压电路、升压电路和升降压电路中的一项。
5.如权利要求2所述的无线电力发送器，其中，所述控制单元通过调节施加到所述开关的电压来控制所述开关的导通和关断的状态。
6.如权利要求1所述的无线电力发送器，还包括：
直流(DC)/DC转换器单元，将从所述电压调节单元输出的经调节的电力转换到预定增益，以及将经转换的电力发送到所述电力发送单元。
7.无线电力发送器，包括：
电力供应单元，供应具有预定电压值的交流(AC)电力；
整流单元，连接到所述电力供应单元，以及对所述AC电力进行整流；
电压调节单元，连接到所述整流单元，调节经整流的电力的输出电压值的大小，以及将经调节的电力输出到电力发送单元；
直流(DC)/DC转换器单元，将从所述电压调节单元输出的经调节的电力转换到预定增益，以及将经转换的电力发送到所述电力发送单元；
所述电力发送单元，将从所述DC/DC转换器单元输出的经转换的电力生成为具有能够进行无线电力发送的形式的信号，以及将所生成的信号发送到无线电力接收器；以及
控制单元，根据预定标准控制待由所述电压调节单元进行调节的经整流的电力的输出电压值的大小或待由所述DC/DC转换器单元进行调节的经转换的电力的输出电压值的大小。
8.如权利要求7所述的无线电力发送器，其中，所述电压调节单元包括根据所述控制单元的控制而导通和关断的开关，以及经整流的电力的输出电压值的大小根据所述开关的导通和关断的状态进行调节，
其中，所述控制单元通过调节施加到所述开关的电压来控制所述开关的导通和关断的状态。
9.如权利要求8所述的无线电力发送器，其中，所述控制单元包括：
比较器，生成与从所述电压调节单元输出的经调节的电力的输出电压值对应的电压以转换所述电压的电平，接收电平经过转换的电压的电压值和参考电压供应单元的预定参考电压值，以及根据电平经过转换的电压的电压值与所述参考电压值之间的差异生成具有电压值的输出信号；以及
调制电路，接收所述比较器的输出信号，以及调节所述开关的工作频率和工作时间中的一项。
10.如权利要求9所述的无线电力发送器，其中，所述电压调节单元为降压电路、升压电路和升降压电路中的一项。
11.如权利要求7所述的无线电力发送器，其中，所述控制单元通过调节工作频率或工作时间来控制待由所述DC/DC转换器单元进行调节的经转换的电力的输出电压值的大小，以及所述工作时间通过采用脉冲宽度调制(PWM)或脉冲密度调制(PDM)来进行调节。
12.无线电力接收器，包括：
电力接收单元，从无线电力发送器接收电力；以及
充电单元，使用或存储所述电力，以及在不使用直流(DC)/DC转换器单元的情况下连接到所述电力接收单元的输出单元。
13.如权利要求12所述的无线电力接收器，还包括：
充电器集成电路(IC)，连接到所述电力接收单元的输出端子，以及将充电电流供应到所述充电单元。
14.无线充电系统，包括:
无线电力发送器，所述无线电力发送器包括：
电力供应单元，供应具有预定电压值的交流(AC)电力；
整流单元，连接到所述电力供应单元，以及对所述AC电力进行整流；
电压调节单元，连接到所述整流单元，调节经整流的电力的输出电压值的大小，以及将经调节的电力输出到电力发送单元；
所述电力发送单元，将从所述电压调节单元输出的经调节的电力生成为具有能够进行无线电力发送的形式的信号，以及将所生成的信号发送到无线电力接收器；以及
控制单元，根据预定标准控制待由所述电压调节单元进行调节的经整流的电力的输出电压值的大小；以及
无线电力接收器，所述无线电力接收器包括：
电力接收单元，从无线电力发送器接收电力；以及
充电单元，使用或存储所述电力，以及在不使用直流(DC)/DC转换器单元的情况下连接到所述电力接收单元的输出单元。
15.无线充电系统，包括:
无线电力发送器，所述无线电力发送器包括：
电力供应单元，供应具有预定电压值的交流(AC)电力；
整流单元，连接到所述电力供应单元，以及对所述AC电力进行整流；
电压调节单元，连接到所述整流单元，调节经整流的电力的输出电压值的大小，以及将经调节的电力输出到电力发送单元；
直流(DC)/DC转换器单元，将从所述电压调节单元输出的经调节的电力转换到预定增益，以及将经转换的电力发送到所述电力发送单元；
所述电力发送单元，将从所述DC/DC转换器单元输出的经转换的电力生成为具有能够进行无线电力发送的形式的信号，以及将所生成的信号发送到无线电力接收器；以及
控制单元，根据预定标准控制待由所述电压调节单元进行调节的经整流的电力的输出电压值的大小或待由所述DC/DC转换器单元进行调节的经转换的电力的输出电压值的大小；以及
无线电力接收器，所述无线电力接收器包括：
电力接收单元，从无线电力发送器接收电力；以及
充电单元，使用或存储所述电力，以及在不使用直流DC/DC转换器单元的情况下连接到所述电力接收单元的输出单元。
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