CN108539825A - 用于向无线功率接收器提供无线充电功率的方法和装置 - Google Patents

用于向无线功率接收器提供无线充电功率的方法和装置 Download PDF

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Abstract

公开了无线功率传送器的控制方法和无线功率传送器。该方法包括：以第一周期传送第一功率；以第二周期传送第二功率，其中，第二周期大于第一周期；当无线功率接收器被放置在充电区域内并且通过第一功率被检测到时，在通过第一功率检测到无线功率接收器时，传送第三功率以驱动无线功率接收器向无线功率传送器传送搜索信号；以及当无线功率接收器被放置在充电区域内并且未通过第一功率被检测到时，使用第二功率来检测无线功率接收器并且驱动无线功率接收器向无线功率传送器传送搜索信号。

Description

用于向无线功率接收器提供无线充电功率的方法和装置
本申请是申请日(国际申请日)为2013年7月9日，申请号为201380036897.7(国际申请号为PCT/KR2013/006077)，发明名称为“用于向无线功率接收器提供无线充电功率的方法和装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明一般涉及无线功率传送器和控制无线功率传送器的方法，更加具体地，涉及用于向无线功率接收器传送无线充电功率的无线功率传送器和方法。
背景技术
移动终端，诸如蜂窝式电话、个人数字助理(PDA)等，通过充电电池供电，充电电池由使用单独的(separate)充电设备提供的电能来充电。例如，对于外表面上具有接触端子的充电设备和电池，通过将它们的接触端子彼此接触来将电池电连接到充电设备。然而，当使用这样的接触充电方法时，因为接触端子暴露在充电设备和电池的外表面，接触端子容易被污垢污染或者容易在暴露在湿气中时被腐蚀。显然，任何污染或腐蚀将负面地影响充电。
为了解决这个问题，已经开发了无线充电或无接触充电技术。
无线充电技术使用无线功率传送和接收。例如，蜂窝式电话的电池能够仅仅通过将蜂窝式电话放置在充电板上来进行无线充电，而无需连接或插上单独的充电连接器。无线充电技术通常被应用到电动牙刷或剃须刀。
存在许多不同的无线充电技术，即，使用线圈的电磁感应法、使用共振的共振法、以及将电能转换为微波以用于传输的射频(RF)/微波辐射法。
电磁感应法在初级线圈和次级线圈之间转换功率。具体地说，移动磁铁通过线圈产生感生电流，在传送端处从感生电流中产生磁场，并且在接收端处的磁场变化感生出电流以便在其中生成能量。这个现象通常被称为磁感应，而基于磁感应的功率传输方法提供了优越的能量传输效率。
共振法使用基于耦合模理论(Coupled Mode Theory)的基于共振的功率传输原理，即，被放置在酒杯旁边的音叉使得酒杯以相同的频率鸣响的物理概念。然而，在基于共振的功率传输中，共振的电磁波携载电能，而不是共振的声音。电磁波的共振的电能被直接传递到具有相同共振频率的设备，而能量的未使用部分被重新吸收到磁场中，而不是消散在空中。结果，共振的电能不被认为对周围的机器或人体有害。
发明内容
技术问题
虽然已经对无线充电方法进行了各种研究，但是还没有提供优先化无线充电、搜索无线功率传送器/接收器、选择无线功率传送器和接收器之间的通信频率、调整无线功率、选择匹配电路、在单一充电周期中为每个无线功率接收器分配通信时间等的标准。关于这一点，存在对于与由无线功率传送器检测无线功率接收器的方法相关的标准化的需求。
技术方案
本发明被设计来解决至少上述问题和/或缺点，并提供至少下述优点。
因此，本发明的一个方面提供用于无线功率传送器的一般操作的标准。
本发明的另一个方面提供用于由无线功率传送器检测无线功率接收器的结构和过程。
根据本发明的一个方面，提供了用于向无线功率接收器传送充电功率的方法。该方法包括：通过施加具有不同功率电平的不同的检测功率来检测无线功率接收器；施加驱动功率以驱动所检测到的无线功率接收器；使用驱动功率从所检测到的无线功率接收器接收用于通信的请求信号；确定是否让所检测到的无线功率接收器订阅无线功率网络；向所检测到的无线功率接收器传送对于用于通信的请求信号的响应信号，响应信号指示所检测到的无线功率接收器是否订阅无线功率网络；并且当所检测到的无线功率接收器订阅无线功率网络时，向所检测到的无线功率接收器传送充电功率。
根据本发明的另一个方面，提供了用于向无线功率接收器传送充电功率的无线功率传送器。该无线功率传送器包括：共振器，用于向无线功率接收器传送充电功率；控制器，用于通过施加具有不同功率电平的检测功率检测无线功率接收器，并控制共振器施加驱动功率以驱动所检测到的无线功率接收器；以及通信单元，用于使用驱动功率从所检测到的无线功率接收器接收用于通信的请求信号。控制器确定是否让所检测到的无线功率接收器订阅无线功率网络，控制通信单元向无线功率接收器传送对于用于通信的请求信号的响应信号，响应信号指示所检测到的无线功率接收器是否订阅无线功率网络，并且当所检测到的无线功率接收器订阅无线功率网络时，控制共振器向所检测到的无线功率接收器发送充电功率。
根据本发明的另一个方面，提供了用于由无线功率传送器检测无线功率接收器的方法。该方法包括：在第一时间段向无线功率传送器的共振器施加第一检测功率；向共振器施加第二检测功率；在第一检测功率或第二检测功率被施加的同时，识别超过预定阈值的负载变化；并且基于所识别的负载变化检测无线功率接收器。
根据本发明的另一个方面，提供了无线功率传送器的控制方法。该方法包括：以第一周期传送第一功率；以第二周期传送第二功率，其中，第二周期大于第一周期；当无线功率接收器被放置在充电区域内并且通过第一功率被检测到时，在通过第一功率检测到无线功率接收器时，传送第三功率以驱动无线功率接收器向无线功率传送器传送搜索信号；以及当无线功率接收器被放置在充电区域内并且未通过第一功率被检测到时，使用第二功率来检测无线功率接收器并且驱动无线功率接收器向无线功率传送器传送搜索信号。
根据本发明的另一个方面，提供了无线功率传送器。该无线功率传送器包括：共振器；以及控制器，被配置为：控制以通过共振器以第一周期传送第一功率；控制以通过共振器以第二周期传送第二功率，其中，第二周期大于第一周期；当无线功率接收器被放置在充电区域内并且通过第一功率被检测到时，在通过第一功率检测到无线功率接收器时，控制以通过共振器传送第三功率，以驱动无线功率接收器向无线功率传送器传送搜索信号；以及当无线功率接收器被放置在充电区域内并且未通过第一功率被检测到时，控制以使用第二功率检测无线功率接收器并且驱动无线功率接收器向无线功率传送器传送搜索信号。
根据本发明的另一个方面，提供了一种无线功率传送器的控制方法。该方法包括：以第一周期传送第一功率；以第二周期传送第二功率，其中，第二周期大于第一周期；响应于在传送第一功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，传送第三功率以驱动无线功率接收器向无线功率传送器传送搜索信号；以及响应于在传送第二功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，保持传送第二功率以驱动无线功率接收器向无线功率传送器传送搜索信号。
根据本发明的另一个方面，提供了无线功率传送器。该无线功率传送器包括：共振器；以及控制器，被配置为：控制以通过共振器以第一周期传送第一功率；控制以通过共振器以第二周期传送第二功率，其中，第二周期大于第一周期；响应于在传送第一功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，控制以通过共振器传送第三功率，以驱动无线功率接收器向无线功率传送器传送搜索信号；以及响应于在传送第二功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，保持通过共振器传送第二功率以驱动无线功率接收器向无线功率传送器传送搜索信号。
根据本发明的另一个方面，提供了无线功率传送器的控制方法。该方法包括：在第一持续时间期间传送第一功率；在传送第一功率后的预定持续时间之后，在第二持续时间期间传送第二功率，其中，第一持续时间小于第二持续时间；响应于在传送第一功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，传送第三功率以驱动无线功率接收器向无线功率传送器传送搜索信号；以及响应于在传送第二功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，保持传送第二功率以驱动无线功率接收器向无线功率传送器传送搜索信号。
根据本发明的另一个方面，提供了无线功率传送器。该无线功率传送器包括：共振器；以及控制器，被配置为：控制以通过共振器在第一持续时间期间传送第一功率；在传送第一功率后的预定持续时间之后，控制以通过共振器在第二持续时间期间传送第二功率，其中，第一持续时间小于第二持续时间；响应于在传送第一功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，控制以通过共振器传送第三功率以驱动无线功率接收器向无线功率传送器传送搜索信号；以及响应于在传送第二功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，保持通过共振器传送第二功率以驱动无线功率接收器向无线功率传送器传送搜索信号。
附图说明
从以下参考附图的说明中，本发明的某些实施例的上述以及其它方面、特征、以及优点将变得更加清楚，其中：
图1示出了根据本发明实施例的无线充电系统；
图2a是示出根据本发明实施例的无线功率传送器和无线功率接收器的框图；
图2b是示出根据本发明实施例的无线功率接收器的框图；
图3是示出根据本发明实施例的控制无线功率传送器/接收器的方法的流程图；
图4示出了检测无线功率接收器的传统方法；
图5示出了检测无线功率接收器的传统方法；
图6示出了根据本发明实施例的检测无线功率接收器的方法；
图7示出了根据本发明实施例的检测相对较小的无线功率接收器的方法；
图8是示出根据本发明实施例的控制无线功率传送器的方法的流程图；
图9示出了根据本发明实施例的检测无线功率接收器的方法；
图10示出了根据本发明实施例的检测相对较小的无线功率接收器的方法；
图11是示出根据本发明实施例的控制无线功率传送器的方法的流程图；
图12示出了根据本发明实施例的检测无线功率接收器的方法；
图13a到图13c是示出根据本发明的各种实施例的检测到的由无线功率传送器施加的功率的示图。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述本发明的各种实施例。在下面的描述中，诸如详细配置和组件的具体细节仅仅被提供用来帮助对本发明的这些实施例的全面理解。因此，本领域技术人员应当清楚，能够对这里描述的实施例进行各种变化和修改，而不脱离本发明的范围和精神。此外，为了清楚和简明，对熟知功能和结构的描述被省略。
图1示出了根据本发明实施例的无线充电系统。
参考图1，无线充电系统包括无线功率传送器100和无线功率接收器110-1、110-2和110-n。例如，无线功率接收器110-1、110-2和110-n可以实现在移动通信终端、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、智能电话等中。
无线功率传送器100向经由预定的认证程序认证的无线功率接收器110-1、110-2和110-n无线地传送功率1-1、1-2和1-n。
无线功率传送器100与无线功率接收器110-1、110-2和110-n进行电连接。例如，无线功率传送器100以电磁波形(electromagnetic waveform)向无线功率接收器110-1、110-2和110-n传送无线功率。
无线功率传送器100还与无线功率接收器110-1、110-2和110-n执行双向通信。无线功率传送器100和无线功率接收器110-1、110-2和110-n处理和传送/接收包括以下将被更详细地描述的某些帧的分组2-1、2-2和2-n。
无线功率传送器100向无线功率接收器110-1、110-2和110-n提供无线功率，例如，基于共振法。
当共振法被无线功率传送器100使用时，在无线功率传送器100和无线功率接收器110-1、110-2和110-n之间的距离可以是30米或更少。但是，当电磁感应法被无线功率传送器100使用时，在无线功率传送器100和无线功率接收器110-1、110-2和110-n之间的距离可以是10厘米或更少。
无线功率接收器110-1、110-2和110-n中的每一个使用从无线功率传送器100接收的无线功率为其中的电池充电。无线功率接收器110-1、110-2和110-n还向无线功率传送器100传送信号，请求无线功率传输、用于无线功率接收的信息、关于无线功率接收器的状态的信息、无线功率传送器的控制信息等，这些将在以下更详细地描述。
无线功率接收器110-1、110-2和110-n向无线功率传送器100传送指示各自的充电状态的消息。
例如，无线功率传送器100可以包括显示器，显示器基于从无线功率接收器110-1、110-2和110-n接收的各自的消息显示无线功率接收器110-1、110-2和110-n的各自的状态。无线功率传送器100还可以显示直到对各自的无线功率接收器110-1、110-2和110-n充电完成为止的剩余时间的估计。
无线功率传送器100向无线功率接收器110-1、110-2和110-n中的每一个传送控制信号以禁用其无线充电功能。在从无线功率传送器100接收控制信号之后，无线功率接收器110-1、110-2和110-n禁用它们自己的无线充电功能。
图2a是示出根据本发明实施例的无线功率传送器和无线功率接收器的框图。
参考图2a，无线功率传送器200包括功率传送器211、控制器212、以及通信单元213，例如，收发器。无线功率接收器250包括功率接收器251、控制器252、以及通信单元253，例如，收发器。
功率传送器211向无线功率接收器250无线地传送功率。这里，功率传送器211可以以交流电(AC)波形供应功率，或者可以使用逆变器(未示出)将直流(DC)形式的功率转换为AC波形。
功率传送器211可以实施为内置电池或实施为从外部源接收功率的功率接收接口。本领域普通技术人员将容易地理解功率传送器211不限于此，而是可以通过以AC波形提供功率的另一个硬件设备来实施。
此外，功率传送器211向无线功率接收器250，即，功率接收器251提供AC波形作为电磁波。例如，功率传送器211可以包括环形线圈以传送和接收电磁波，其中，环形线圈的电感L可以是可变的。
控制器212控制无线功率传送器200的一般操作。例如，控制器212可以通过使用控制算法、程序、从存储器(storage memory)(未示出)读取的应用来控制无线功率传送器200的一般操作。控制器212可以实施为中央处理单元(CPU)、微处理器、迷你计算机等。
通信单元213以预定的通信方法与无线功率接收器250，即，通信单元253进行通信。例如，通信单元213使用近场通信(NFC)、Zigbee通信、红外通信、紫外线通信等与无线功率接收器250的通信单元253进行通信。更具体地说，通信单元213可以使用电气和电子工程师协会(IEEE)802.15.4Zigbee通信方法或具有冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CA)算法。
通信单元213传送无线功率传送器200的信息信号。例如，通信单元213可以单播、多播、或广播信息信号。
以下表1示出了从无线功率传送器200传送的信息信号的数据结构的示例。例如，无线功率传送器200可以以预定的间隔传送在表1中示出的信号，其中，该信号被称为通知信号(notice signal)。
表1
[表1]
在表1中，帧类型字段指示信号的类型，即，通知信号。协议版本字段指示通信方法的协议的类型，并且被分配了4比特。序号字段指示相应信号的顺序次序，并且被分配了1字节。例如，序号的顺序次序可以对于每次信号传送或接收增加1。网络ID字段指示无线功率传送器200的网络标识符，并且被分配了1字节。报告的Rx(调度掩码(schedule mask))字段指示将向无线功率传送器200报告的无线功率接收器，并且被分配了1字节。
表2示出了根据本发明实施例的报告的Rx(调度掩码)字段的示例。
表2
[表2]
在表2中，Rx1到Rx8对应于无线功率接收器1到无线功率接收器8。在表2中示出的报告的Rx(调度掩码)字段中，比特被设定为‘1’的无线功率接收器，即，Rx1、Rx6、Rx7和Rx8，应该报告。
保留字段被保留用于稍后使用，并且被分配了5字节。Rx数量字段指示在无线功率传送器200周围的无线功率接收器的数量，并且被分配了3比特。
表1中的信号可以被分配给IEEE 802.15.4格式的数据结构的无线功率传递(WPT)。表3示出了IEEE 802.15.4格式的数据结构。
表3
[表3]
前导码 SFD 帧长度 WPT CRC16
在表3中，IEEE 802.15.4格式的数据结构包括前导码字段、开始帧定界符(SFD)字段、帧长度字段、WPT字段、循环冗余校验(CRC)16字段，其中表1中示出的数据结构可以对应于WPT字段。
通信单元213从无线功率接收器250接收功率信息。例如，功率信息包括无线功率接收器250的容量、剩余电池电量、充电的频率、电池消耗、电池容量、以及电池充电/消耗比率中的至少一个。通信单元213传送充电功能控制信号以控制无线功率接收器250的充电功能。充电功能控制信号是用于控制，即，打开和关闭，无线功率接收器250的功率接收器251的充电功能的控制信号。
通信单元213从无线功率接收器250并从不同的无线功率传送器(未示出)接收信号。例如，通信单元213从不同的无线功率传送器接收如表1中所示的通知信号。控制器252控制无线功率接收器250的总体操作。
虽然图2a示出了具有单独的功率传送器211和通信单元213并且使用带外(out-band)通信的无线功率传送器200，但是无线功率传送器200不限于此。例如，功率传送器211和通信单元213可以整合在单一的硬件设备中，并且因此，无线功率传送器200可以使用带内(in-band)通信。
图2b是示出根据本发明实施例的无线功率接收器的框图。
参考图2b，无线功率接收器250包括功率接收机251、控制器252、通信单元253、整流器254、DC-DC转换器255、开关单元256、以及充电单元257。因为功率接收器251、控制器252、以及通信单元253已经在上面参考图2a进行了描述，在这里，功率接收器251、控制器252、以及通信单元253的描述将被省略。
整流器254，例如，桥式整流二极管(bridge diode)，将由功率接收器251接收的无线功率整流为DC格式。DC-DC转换器255以预定增益对整流后的功率进行转换。例如，DC-DC转换器255在其输出端259将整流后的电压转换为5V。然而，将被施加到DC-DC转换器255的前端(输入端)258的电压的最小值和最大值可以被预先设定，并且所述值可以被分别记录在请求加入信号的输入电压MIN字段和输入电压MAX字段，这将在以下更详细地讨论。
在DC-DC转换器255的输出端259的额定(rated)电压和额定电流还可以被记录在请求加入信号的典型输出电压字段和典型输出电流字段。
开关单元256将DC-DC转换器255连接到充电单元257。开关单元256在控制器252的控制下保持闭合(ON)或断开(OFF)状态。当开关单元256处于闭合状态时，充电单元257存储从DC-DC转换器255输入的转换后的功率。
图3是示出根据本发明实施例的控制无线功率传送器/接收器的方法的流程图。
参考图3，在步骤S301，无线功率传送器检测附近的对象。例如，通过检测负载变化或者基于其它标准，诸如电压、电流、相位、温度等，无线功率传送器可以确定是否存在接近无线功率传送器的新的对象。
在步骤S303，无线功率接收器在至少一个信道上搜索无线功率传送器，以确定从其接收无线功率的无线功率传送器。例如，无线功率接收器向至少一个无线功率传送器发送搜索至少一个无线功率传送器的信号，并且基于接收到的对于搜索至少一个无线功率传送器的信号的响应信号，确定从其接收无线功率的无线功率传送器。然后，无线功率接收器与从其接收无线功率的无线功率传送器配对。
无线功率接收器可以订阅由从其接收无线功率的无线功率传送器控制的无线功率网络。例如，无线功率接收器可以向从其接收无线功率的无线功率传送器传送订阅请求信号。反过来，无线功率接收器从无线功率传送器接收订阅响应信号。例如，订阅响应信号包括关于该订阅是否被允许的信息。因此，无线功率接收器使用订阅响应信号确定是否订阅无线功率网络。
在步骤S307，从其接收无线功率的无线功率传送器和无线功率接收器进入待机模式。在待机模式中，无线功率传送器向无线功率接收器传送命令信号。无线功率接收器响应于命令信号而传送报告信号或确认(ACK)信号。如果命令信号包括开始充电的命令，则在步骤S309，无线功率接收器可以开始充电。
图4示出了检测无线功率接收器的传统方法。
参考图4，无线功率传送器1101在每个预定周期tdet_per的有效持续时间tdet期间保持检测状态，其在检测状态中传送检测功率Pdet 1110和1111。基于无线功率传送器1101通过检测功率传送器的负载变化，即，共振器的负载变化，来检测在有效范围内是否存在用于无线充电的候选设备所需的最小功率和时间，确定检测功率Pdet 1110和1111以及有效持续时间tdet。也就是说，因为候选设备，即，金属对象，通过共振器的负载变化被检测到，所以无线功率传送器1101可以通过周期性地生成具有相对较低的电压的正弦波，来最小化检测状态中的功率消耗，但是仍然能够在充分的时间内检测共振器的负载以检测负载。检测状态被保持，直到在有效持续时间tdet期间检测到新的设备为止。
例如，当无线功率接收器位于无线功率传送器1101之上(over)时，无线功率传送器1101可以检测负载变化并确定对象在附近。虽然图4描述了无线功率传送器1101基于负载变化检测附近的对象，无线功率传送器1101可以基于其它标准，诸如，电压变化、电流变化、温度变化、相位变化等，检测附近的对象。
当无线功率接收器1102被放置在邻近无线功率传送器1101时，无线功率传送器1101在传送检测功率Pdet 1111时检测负载变化。
当在有效检测持续时间tdet中检测到对象，即，无线功率接收器1102时，无线功率传送器1101然后传送驱动功率Preg 1114。这里，驱动功率1114具有充足的功率电平以驱动无线功率接收器1102的控制器或MCU。无线功率接收器1102传送搜索信号1112，而无线功率传送器1101用响应搜索信号1113响应无线功率接收器1102。
如上所述，传统的无线功率传送器1101周期性地施加检测功率以检测无线功率接收器。然而，当无线功率接收器具有相对较低的功率消耗时，无线功率传送器1101可能不会检测到无线功率接收器，因为低功率消耗可能不导致将被检测到的足够显著的负载变化。在这种情况下，无线功率传送器1101的负载变化没有与噪声区分开。因此，传统的无线功率传送器1101将不会检测到无线功率接收器。
图5示出了检测无线功率接收器的传统方法。
参考图5，传统的无线功率传送器1001在每个预定周期tea_per的有效检测持续时间tbea期间保持检测状态，在检测状态中，检测功率Pbea 1041和1051被传送。检测功率Pbea 1041和1051驱动无线功率接收器，而有效检测持续时间tbea是在其中驱动无线功率接收器并进行一定通信的时间。
例如，当无线功率接收器1002被放置在无线功率传送器1001之上时，如在时间1003，无线功率传送器1001检测负载变化并确定对象位于附近。虽然图5用无线功率传送器1001基于负载变化检测附近的对象进行了描述，但是无线功率传送器1001还可以基于其它标准检测附近的对象，所述其它标准诸如，电压变化、电流变化、温度变化、相位变化等。
当无线功率接收器1002被放置在无线功率传送器1001之上时，即，在时间1003，无线功率传送器1001在传送检测功率Pbea 1061的下一个时间tbea内检测负载变化。
而且，在有效检测持续时间中检测到对象，即，无线功率接收器1002之后，无线功率传送器1001保持施加检测功率1061。
如上所述，在图5中的传统的无线功率传送器1001周期性地施加检测功率以检测无线功率接收器1002。然而，在无线功率接收器1002被驱动并能够进行通信的同时，传统的无线功率传送器1001继续传送功率以驱动无线功率接收器1002，从而浪费了功率。
图6示出了根据本发明实施例的检测无线功率接收器的方法。
参考图6，无线功率传送器600在预定周期(这里称为“信标周期(beacon cycle)”)期间施加不同种类的检测功率。信标周期包括第一时间段和第二时间段。具体地说，无线功率传送器600在第一时间段施加第一检测功率601和在第二时间段施加第二检测功率602到610。无线功率传送器600在L毫秒的时间内施加第一检测功率601。
第一检测功率601足够强以驱动无线功率接收器。在传送第一检测功率601的L毫秒的时间内，无线功率接收器被驱动并且能够进行通信。第二检测功率602到610中的每一个具有充足的功率电平来检测无线功率接收器。第二检测功率中的每一个具有N毫秒的周期。各个第二检测功率之间的间隙可以是(N-K)毫秒的时间。
当信标周期结束时，无线功率传送器600再次施加第一检测功率611。
无线功率传送器600还使用第二检测功率612到615。
这里，假设无线功率接收器650在施加第二检测功率614和615之间被放置在无线功率传送器600之上。如果无线功率接收器650具有相对较高的功率消耗，则无线功率传送器600将基于负载变化在施加第二检测功率615的期间检测负载变化。
在检测到无线功率接收器650之后，无线功率传送器600施加驱动功率616，其驱动无线功率接收器650的控制器或MCU。
无线功率接收器650接收驱动功率616。无线功率接收器650基于接收到的驱动功率616生成并传送搜索无线功率传送器的信号(以下，称为“搜索信号”)。
搜索信号被用来搜索从其接收无线功率的无线功率传送器，并且可以具有如以下表4中所示的数据结构。
表4
[表4]
帧类型 协议版本 序号 公司ID 产品ID 阻抗 类别 功率消耗
搜索 4比特 1字节 1字节 4字节 4比特 4比特 4比特
在表4中，帧类型字段指示信号的类型，即，搜索信号。协议版本字段指示通信方法的协议的类型，并且被分配了4比特。序号字段指示信号的顺序次序，并且被分配了1字节。例如，序号的顺序次序可以对于每次信号传送或接收增加1。具体地说，如果表1的通知信号的序号是‘1’，则搜索信号的序号可以是‘2’。
公司ID字段具有关于无线功率接收器的制造商的信息，并且被分配了例如，1字节。产品ID字段具有无线功率接收器的产品信息，例如，序号信息。产品ID被分配了4字节。
阻抗字段具有无线功率接收器的阻抗信息，并且被分配了4比特。在阻抗字段中，可以写入接收共振器的阻抗信息。
类别字段具有无线功率接收器的额定功率信息或大小信息，并且被分配了4比特。功率消耗字段具有由无线功率接收器估计的功率损耗信息，并且被分配了4比特。接收共振器中的功率损耗(PRX-COIL)、由于传送共振器和接收共振器的互感(mutual inductance)造成的功率损耗(PINDUCTION)、无线功率接收器的整流器中的功率损耗(PREC)中的每一个或者总和可以被写入功率消耗字段中。另外，在无线功率接收器的DC-DC转换器的输入端处的电压和电流还可以被写入功率消耗字段。
无线功率传送器可以基于输入的搜索信号来管理每个无线功率接收器的相关的信息。表5是根据本发明实施例的设备控制表的示例。
表5
[表5]
如表5中所示，设备控制表可以管理无线功率接收器的会话ID、公司ID、产品ID、负载特性、电流特性、电压特性、效率特性、状态特性、在DC-DC转换器的输入端处的输入电压、在DC-DC转换器的输出端处的输出电压和输出电流等。状态特性提供关于无线功率接收器是否被完全充电并在待机模式中、是否被不充分地充电并在待机模式中、是否正在恒定电压(CV)模式中被充电、以及是否正在恒定电流(CC)模式中被充电的信息。
在步骤S622，无线功率传送器响应于搜索信号向无线功率接收器传送响应于搜索无线功率传送器的请求的信号(以下，称为“响应搜索信号”)。例如，响应搜索信号可以具有如以下表6中所示的数据结构。
表6
[表6]
帧类型 保留 序号 网络ID
响应搜索 4比特 1字节 1字节
在表6中，帧类型字段指示信号的类型，即，响应搜索信号。保留字段被保留用于稍后使用，并且分配了4比特。序号字段指示相应信号的顺序次序，并且被分配了1字节。例如，序号的顺序次序可以对于每次信号传送或接收增加1。
网络ID字段指示无线功率传送器的网络标识符，并且被分配了1字节。
在步骤S623，无线功率接收器向无线功率传送器传送请求订阅无线功率传送/接收网络的信号(以下，称为“请求加入”信号)。例如，请求加入信号可以具有如表7中所示的数据结构。
表7
[表7]
在表7中，帧类型字段指示信号的类型，即，请求加入信号。保留字段被保留用于稍后使用，并且被分配了4比特。序号字段指示相应信号的顺序次序，并且被分配了1字节。例如，序号的顺序次序可以对于每次信号传送或接收增加1。
网络ID字段指示无线功率传送器的网络标识符，并且被分配了1字节。产品ID字段具有无线功率接收器的产品信息，其包括序号信息。输入电压MIN字段指示施加在无线功率接收器的DC-DC转换器(未示出)的输入端处的最小电压，并且被分配了1字节。
输入电压MAX字段指示施加在无线功率接收器的DC-DC转换器(未示出)的输入端处的最大电压，并且被分配了1字节。典型的输出电压字段指示施加在无线功率接收器的DC-DC转换器的输出端处的额定电压，并且被分配了1字节。典型的输出电流字段指示经过无线功率接收器的DC-DC转换器的输出端的额定电流，并且被分配了1字节。
阻抗字段具有无线功率接收器的阻抗信息，并且被分配了4比特。在阻抗字段中，可以写入接收共振器的阻抗信息。而且，接收共振器中的功率损耗(PRX-COIL)、由于传送共振器和接收共振器的互感造成的功率损耗(PINDUCTION)、无线功率接收器的整流器中的功率损耗(PREC)中的每一个或者总和可以被写入功率消耗字段中。另外，在无线功率接收器的DC-DC转换器的输入端的电压和电流还可以被写入功率消耗字段。
无线功率传送器可以基于接收到的请求加入信号确定是否让所检测到的无线功率接收器订阅无线功率网络。例如，无线功率传送器可以基于表4中所示的设备控制表确定是否让无线功率接收器订阅无线功率网络。如果无线功率接收器请求的功率高于无线功率传送器能够供应的功率，则无线功率传送器可以拒绝无线功率接收器的订阅。
在确定了让无线功率接收器订阅无线功率网络之后，无线功率传送器可以给无线功率接收器分配会话ID。无线功率传送器可以生成响应请求加入信号的信号(以下，称为“响应加入信号”)，该信号包括会话ID或关于是否让无线功率接收器订阅无线功率网络的信息。在步骤S624，无线功率传送器向无线功率接收器传送响应加入信号。
例如，响应加入信号可以具有如表8中所示的数据结构。
表8
[表8]
帧类型 保留 序号 网络ID 准许 会话ID
响应加入 4比特 1字节 1字节 4比特 4比特
在表8中，帧类型字段指示信号的类型，即，响应加入信号。保留字段被分配4比特。序号字段被分配4字节。
网络ID字段被分配1字节。准许字段被分配4比特。会话ID字段被分配4比特。
在步骤S625，无线功率接收器650响应于所述响应信号传送ACK信号。
图7示出了根据本发明的实施例的检测无线功率接收器的方法。
参考图7，在第二检测功率613被施加的同时，无线功率接收器660被放置在无线功率传送器600之上。然而，假定无线功率传送器不利用第二检测功率613检测负载变化。因此，无线功率传送器660不立即检测无线功率接收器660。
然后，无线功率传送器600在新的时间段里施加第一检测功率640。无线功率传送器600在施加第一检测功率640的同时检测无线功率接收器660。此后，无线功率传送器600保持施加第一检测功率640。在步骤S651中，无线功率接收器660传送搜索信号。在步骤S652中，无线功率传送器600响应于所述搜索信号而传送响应搜索信号。无线功率接收器660在步骤S653中传送请求加入信号，并且无线功率传送器600在步骤S654中传送响应加入信号。在步骤S655中，无线功率接收器660传送ACK信号。
图8是示出根据本发明的实施例的控制无线功率传送器的方法的流程图。
参考图8，在步骤S801中，无线功率传送器在第一时间段里施加第一检测功率。
在步骤S803中，在第一检测功率被施加的同时，无线功率传送器确定是否检测到无线功率接收器。如果在步骤S803中无线功率传送器检测到无线功率接收器，则无线功率传送器在步骤S805中保持施加第一检测功率。
然而，如果在步骤S803中无线功率传送器未能检测到无线功率接收器，则在步骤S807中，无线功率传送器可以在第二时间段期间施加第二检测功率。如图6和图7中所示，第二检测功率可以以彼此之间具有预定间隔的方式来施加。
在步骤S809中，无线功率传送器确定无线功率接收器是否被检测到。如果在步骤S809中无线功率传送器未能检测到无线功率接收器，则在步骤S801中，无线功率传送器在新的时间段期间再次施加第一检测功率。然而，当在步骤S809中检测到无线功率接收器时，无线功率传送器在步骤S811中施加驱动功率。
图9示出了根据本发明实施例的检测无线功率接收器的方法。
参考图9，无线功率传送器900在预定周期(在这里，称为“自适应周期(adaptivecycle)”)期间施加不同的检测功率。具体地说，无线功率传送器900在K毫秒的时间内施加第一检测功率901，然后施加第二检测功率902到907。
第一检测功率901足够强以检测关于具有相对较低的消耗功率的无线功率接收器的负载变化，并且可以在检测无线功率接收器的最小时间段内被施加。可替换地，第一检测功率901可以在将电压增加达到第一检测功率然后将电压下降回去(drop back)所需的时间内被施加。
在施加第一检测功率901之后，无线功率传送器900施加第二检测功率902到907。无线功率传送器900在N毫秒的时段内施加第二检测功率902到907。第二检测功率902到907中的每一个具有K毫秒的持续时间。也就是说，第二检测功率902到907中的每一个可以具有与第一检测功率901的施加时间相同的施加时间。而且，第二检测功率902到907中的每一个可以是检测具有相对较高的消耗功率的无线功率接收器的最小功率。
当自适应周期M毫秒结束时，无线功率传送器900再次施加第一检测功率911。在施加第一检测功率911之后，无线功率传送器900施加第二检测功率912到917。
在图9中，在第二检测功率915的施加完成之后，在步骤S916，无线功率接收器950被放置在无线功率传送器900之上。无线功率接收器950可以具有相对较高的消耗功率。
在施加第二检测功率917的同时，无线功率传送器900检测关于无线功率接收器950的负载变化，接着，基于负载变化检测无线功率接收器950。当已经检测到无线功率接收器950时，无线功率传送器900施加驱动功率928。
在施加驱动功率928的同时，在步骤S921，无线功率接收器950传送搜索信号。在步骤S922，无线功率传送器900响应于搜索信号传送响应搜索信号。在步骤S923，无线功率接收器950传送请求加入信号，并且在步骤S924，无线功率传送器900传送响应加入信号。在步骤S925，无线功率接收器950传送ACK信号。
图10示出了根据本发明实施例的检测相对较小的无线功率接收器的方法。在图10中，在第二检测功率912的施加和第二检测功率913的施加之间，无线功率接收器960被放置在无线功率传送器900之上。
然而，无线功率传送器900可能不能利用第二检测功率913检测到负载变化。因此，无线功率传送器900可能不能检测到无线功率接收器960，并且将在新的时间段内施加第一检测功率931。
无线功率传送器900用第一检测功率931检测负载变化，并且基于负载变化检测无线功率接收器960。当已经确定无线功率接收器960在附近时，无线功率传送器900施加驱动功率940，驱动功率940被无线功率接收器960接收。
在步骤S941，无线功率接收器960基于驱动功率940传送搜索信号。在步骤S942，无线功率传送器900响应于搜索信号传送响应搜索信号。在步骤S943，无线功率接收器960传送请求加入信号，并且在步骤S944，无线功率传送器900传送响应加入信号。在步骤S945，无线功率接收器960传送ACK信号。
图11是示出根据本发明实施例的控制无线功率传送器的方法的流程图。
参考图11，在步骤S1101，无线功率传送器在第一时间段内施加第一检测功率。第一检测功率足够检测消耗功率相对较低的无线功率接收器，并且可以在检测无线功率接收器的最小时间段内被施加。可替换地，第一检测功率可以在将电压增加达到第一检测功率然后将电压下降回去所需的时间内被施加。
在步骤S1103，无线功率传送器在第一检测功率被施加的同时确定无线功率接收器是否被检测到。如果在步骤S1103无线功率传送器检测到无线功率接收器，则在步骤S1111，无线功率传送器停止施加第一检测功率并施加驱动功率。
然而，如果在步骤S1103，无线功率传送器没能检测到无线功率接收器，则在步骤S1107，无线功率传送器可以在第二时间段期间施加第二检测功率。第二检测功率中的每一个可以具有用于检测具有相对较高的消耗功率的无线功率接收器的最小功率。第二检测功率可以在检测无线功率接收器的最小时间段内被施加。
可替换地，第二检测功率可以在将电压增加达到第二检测功率然后将电压下降回去所需的时间内被施加。第二检测功率可以以彼此之间具有预定间隔的方式来施加。
在步骤S1109，无线功率传送器可以基于第二检测功率检测无线功率接收器。如果在步骤S1109，无线功率传送器没能检测到无线功率接收器，则在步骤S1101，无线功率传送器在新的时间段期间再次施加第一检测功率。然而，当已经在步骤S1109检测到无线功率接收器时，无线功率传送器在步骤S1111施加驱动功率。驱动功率驱动无线功率接收器并使得无线功率接收器能够进行通信。驱动功率高于第二检测功率。
图12示出了根据本发明实施例的检测无线功率接收器的方法。
参考图12，无线功率传送器1200在预定周期(在这里，称为“自适应周期”)期间施加不同的检测功率。例如，无线功率传送器1200施加具有三个不同的功率电平的不同的检测功率，即，第一检测功率、第二检测功率、以及第三检测功率。第一检测功率具有能够检测到第三类别中的无线功率接收器的最小功率。第二检测功率具有能够检测到第二类别中的无线功率接收器的最小功率电平。第三检测功率可以具有能够检测到第一类别中的无线功率接收器的最小功率电平。第一到第三类别是用于区分不同的消耗功率、接收功率、或无线功率接收器的大小的标准。
例如，第三类别中的无线功率接收器比第一类别中的无线功率接收器具有更高的功率消耗、更高的接收功率、或者更大的大小。因此，第三检测功率可以比第一检测功率具有更高的功率消耗、更高的接收功率、或更大的大小，因为无线功率接收器的功率消耗越低，检测所需的功率电平越高。
表9示出了这样的类别。
表9
[表9]
无线功率传送器1200在预定时间段内施加不同的检测功率，例如，第一到第三检测功率，以便检测不同地分类的无线功率接收器。
在图12中，无线功率接收器1250在第二检测功率1208和1209的施加之间被放置在无线功率传送器1200上。无线功率接收器1250属于第一类别。
在施加第二检测功率1209的同时，无线功率传送器1200可能不能检测到无线功率接收器1250。并且，在施加第二检测功率1210的同时，无线功率传送器1200可能不能检测到无线功率接收器1250。无线功率传送器1200可以用第三检测功率1211检测负载变化。无线功率传送器1200基于负载变化检测第一类别中的无线功率接收器1250，然后停止施加第三功率1211并施加驱动功率1220。
在步骤S1231，无线功率接收器1250基于驱动功率1220传送搜索信号。在步骤S1232，无线功率传送器1200响应于搜索信号传送响应搜索信号。在步骤S1233，无线功率接收器1250传送请求加入信号，并且在步骤S1234，无线功率传送器1200传送响应加入信号。在步骤S1235，无线功率接收器1250传送ACK信号。
然而，如果无线功率接收器属于第二类别，则无线功率传送器1200在第二检测功率的施加或第三检测功率的施加期间检测第二类别中的无线功率接收器。
可替换地，如果无线功率接收器属于第三类别，则无线功率传送器1200在第一检测功率的施加、第二检测功率的施加、或者第三检测功率的施加期间，检测第二类别中的无线功率接收器。
图13a到图13c是示出根据本发明各种实施例的检测到的由无线功率传送器施加的功率的示图。具体地说，无线功率传送器在图13a中处于第一等级，在图13b中处于第二等级，并且在图13c中处于第三等级。
参考图13a，无线功率传送器在预定时段T内施加第一到第三检测功率。具有三个不同功率电平的不同的检测功率被分类为第一检测功率、第二检测功率、以及第三检测功率。第一检测功率具有将检测第三类别中的无线功率接收器的最小功率电平，而第二检测功率具有将检测第二类别中的无线功率接收器的最小功率电平，而第三检测功率具有将检测第一类别中的无线功率接收器的最小功率电平。
在图13a中，无线功率传送器在预定时段T内在功率电平的增大方向上顺序地施加第一到第三检测功率1301、1302和1303。可替换地，可以施加更多或者更少的检测功率。第一到第三检测功率还可以不同于图13a中所示那样地施加，例如，随机地施加。第一到第三检测功率1304、1305和1306还可以被重复地施加。
参考图13b，无线功率传送器在预定时段T内施加第一到第四检测功率。如上所述，无线功率传送器是第二等级的无线功率传送器，并且对属于第一到第四类别中任意一个的无线功率接收器进行充电。具有四个不同的功率电平的不同检测功率可以被分类为第一检测功率、第二检测功率、第三检测功率、以及第四检测功率。第一检测功率具有将检测第四类别中的无线功率接收器的最小功率电平，第二检测功率具有将检测第三类别中的无线功率接收器的最小功率电平，第三检测功率具有将检测第二类别中的无线功率接收器的最小功率电平，而第四检测功率具有将检测第一类别中的无线功率接收器的最小功率电平。
在图13b中，无线功率传送器在预定时段T内在功率电平的增大方向上顺序地施加第一到第四检测功率1311、1312、1313和1314。可替换地，可以施加更多或者更少的检测功率。第一到第四检测功率还可以不同于图13b中所示那样地施加，例如，随机地施加。第一到第四检测功率1315、1316、1317和1318还可以被重复地施加。
参考图13c，无线功率传送器在预定时段T内施加第一到第五检测功率。如上所述，无线功率传送器是第三等级的无线功率传送器，并且对属于第一到第五类别中任意一个的无线功率接收器进行充电。具有五个不同的功率电平的不同检测功率被分类为第一检测功率、第二检测功率、第三检测功率、第四检测功率、以及第五检测功率。第一检测功率具有将检测第五类别中的无线功率接收器的最小功率电平，第二检测功率具有将检测第四类别中的无线功率接收器的最小功率电平，第三检测功率具有将检测第三类别中的无线功率接收器的最小功率电平，第四检测功率具有将检测第二类别中的无线功率接收器的最小功率电平，而第五检测功率具有将检测第一类别中的无线功率接收器的最小功率电平。
在图13c中，无线功率传送器在预定时段T内在功率电平的增大方向上顺序地施加第一到第五检测功率1321、1322、1323、1324和1325。可替换地，可以施加更多或者更少的检测功率。第一到第五检测功率还可以不同于图13c中所示那样地施加，例如，随机地施加。第一到第五检测功率1326、1327、1328、1329和1330还可以被重复地施加。
根据本发明的各种实施例，由无线功率传送器提供检测无线功率接收器的配置和过程。而且，根据本发明的实施例，可以以更有效和可靠的方式检测无线功率接收器，从而防止了功率浪费。
虽然已经参考本发明的一定实施例具体地示出和描述了本发明，本领域普通技术人员将理解，可以在这里进行形式和细节上的各种改变，而不脱离如由所附权利要求及其等效物定义的本发明的精神和范围。

Claims (16)

1.一种无线功率传送器的控制方法，该方法包括：
以第一周期传送第一功率；
以第二周期传送第二功率，其中，所述第二周期大于所述第一周期；
当无线功率接收器被放置在充电区域内并且通过所述第一功率被检测到时，在通过所述第一功率检测到所述无线功率接收器时，传送第三功率以驱动所述无线功率接收器向所述无线功率传送器传送搜索信号；以及
当无线功率接收器被放置在充电区域内并且未通过所述第一功率被检测到时，使用所述第二功率来检测所述无线功率接收器并且驱动所述无线功率接收器向所述无线功率传送器传送所述搜索信号。
2.如权利要求1所述的控制方法，其中，所述第三功率具有与所述第二功率的大小相同的大小。
3.如权利要求1所述的控制方法，其中，所述第一功率的传送的持续时间小于所述第二功率的传送的持续时间。
4.一种无线功率传送器，包括：
共振器；以及
控制器，被配置为：
控制以通过所述共振器以第一周期传送第一功率；
控制以通过所述共振器以第二周期传送第二功率，其中，所述第二周期大于所述第一周期；
当无线功率接收器被放置在充电区域内并且通过所述第一功率被检测到时，在通过第一功率检测到所述无线功率接收器时，控制以通过所述共振器传送第三功率，以驱动所述无线功率接收器向所述无线功率传送器传送搜索信号；以及
当无线功率接收器被放置在充电区域内并且未通过所述第一功率被检测到时，控制以使用所述第二功率检测所述无线功率接收器并且驱动所述无线功率接收器向所述无线功率传送器传送所述搜索信号。
5.如权利要求4所述的无线功率传送器，其中，所述第三功率具有与所述第二功率的大小相同的大小。
6.如权利要求4所述的无线功率传送器，其中，所述第一功率的传送的持续时间小于所述第二功率的传送的持续时间。
7.一种无线功率传送器的控制方法，所述方法包括：
以第一周期传送第一功率；
以第二周期传送第二功率，其中，所述第二周期大于所述第一周期；
响应于在传送第一功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，传送第三功率以驱动所述无线功率接收器向所述无线功率传送器传送搜索信号；以及
响应于在传送第二功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，保持传送所述第二功率以驱动所述无线功率接收器向所述无线功率传送器传送所述搜索信号。
8.如权利要求7所述的控制方法，其中，所述第三功率具有与所述第二功率的大小相同的大小。
9.如权利要求7所述的控制方法，其中，所述第一功率的传送的持续时间小于所述第二功率的传送的持续时间。
10.一种无线功率传送器，包括：
共振器；以及
控制器，被配置为：
控制以通过所述共振器以第一周期传送第一功率；
控制以通过所述共振器以第二周期传送第二功率，其中，所述第二周期大于所述第一周期；
响应于在传送第一功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，控制以通过所述共振器传送第三功率，以驱动所述无线功率接收器向所述无线功率传送器传送搜索信号；以及
响应于在传送第二功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，保持通过所述共振器传送所述第二功率以驱动所述无线功率接收器向所述无线功率传送器传送所述搜索信号。
11.如权利要求10所述的无线功率传送器，其中，所述第三功率具有与所述第二功率的大小相同的大小。
12.如权利要求10所述的无线功率传送器，其中，所述第一功率的传送的持续时间小于所述第二功率的传送的持续时间。
13.一种无线功率传送器的控制方法，所述方法包括：
在第一持续时间期间传送第一功率；
在传送所述第一功率后的预定持续时间之后，在第二持续时间期间传送第二功率，其中，所述第一持续时间小于所述第二持续时间；
响应于在传送第一功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，传送第三功率以驱动所述无线功率接收器向所述无线功率传送器传送搜索信号；以及
响应于在传送第二功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，保持传送所述第二功率以驱动所述无线功率接收器向所述无线功率传送器传送所述搜索信号。
14.如权利要求13所述的控制方法，其中，所述第三功率具有与所述第二功率的大小相同的大小。
15.一种无线功率传送器，包括：
共振器；以及
控制器，被配置为：
控制以通过所述共振器在第一持续时间期间传送第一功率；
在传送所述第一功率后的预定持续时间之后，控制以通过所述共振器在第二持续时间期间传送第二功率，其中，所述第一持续时间小于所述第二持续时间；
响应于在传送第一功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，控制以通过所述共振器传送第三功率以驱动所述无线功率接收器向所述无线功率传送器传送搜索信号；以及
响应于在传送第二功率的同时检测到无线功率接收器被放置在充电区域内，保持通过所述共振器传送所述第二功率以驱动所述无线功率接收器向所述无线功率传送器传送所述搜索信号。
16.如权利要求15所述的无线功率传送器，其中，所述第三功率具有与所述第二功率的大小相同的大小。
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