CN108668523A - 无线电力供应方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线电力供应装置，该无线电力供应装置包括：n个传输线圈，用于传输磁场；频率生成单元，用于提供具有预定操作频率的AC信号；n个反相器缓冲器，用于转换AC信号的相位；主控制单元，用于激活或停用反相器缓冲器；n+1个放大器，用于放大AC信号；以及n+1个栅极驱动器，用于基于输入的AC信号的相位来控制放大器。

Description

无线电力供应方法及其装置
技术领域
实施方式涉及充电技术，并且更具体地，涉及用于降低成本、简化结构和最大化功率效率的无线电力传输方法及其装置。
背景技术
近来，随着信息和通信技术的迅速发展，无处不在的以信息和通信技术为基础的社会正在建立。
为了随时随地连接至信息通信设备，在全社会的所有设施中应安装具有包括通信功能的内置计算机芯片的传感器。相应地，对这些设备或传感器的电力供给正在成为新的挑战。此外，随着各种类型的移动设备(例如蓝牙手持机和iPod以及移动电话)的数量迅速增加，对电池进行充电需要时间和精力。作为解决该问题的方式，无线电力传输技术近来已引起关注。
无线电力传输(或无线能量传送)是使用磁场的感应原理从发射器向接收器无线地传输电能的技术。在十九世纪，就开始使用基于电磁感应原理的电动机或变压器。此后，尝试了通过辐射电磁波例如无线电波或激光来传输电能的方法。通过电磁感应对电动牙刷和一些无线剃须刀进行充电。
到目前为止，无线能量传输方案可以大致分类为电磁感应、电磁谐振和使用短波长射频的RF传输。
在电磁感应方案中，当两个线圈被彼此相邻地布置并且将电流施加至其中一个线圈时，此时生成的磁通量在另一线圈中生成电动势。该技术正在快速商业化，主要用于小型设备(例如移动电话)。在电磁感应方案中，可以高效率地传输高达几百千瓦(kW)的功率，但是最大传输距离小于或等于1cm。因此，该设备通常应布置在充电器或地板附近。
电磁谐振方案使用电场或磁场，而不是使用电磁波或电流。电磁谐振方案的优点在于，该方案对其他电子设备或人体是安全的，这是因为其几乎不受电磁波的影响。然而，该方案仅可以在有限的距离和有限的空间内使用，并且具有偏低的能量传送效率。
短波长无线电力传输方案(简称为RF传输方案)利用了能够以无线电波形式直接发送和接收能量的事实。该技术是使用整流天线的RF电力传输方案。作为“天线”和“整流器”的复合体，整流天线是指将RF电力直接转换成直流电流(DC)电力的设备。即，RF方法是用于将AC无线电波转换成DC波的技术。近来，随着效率的提高，RF技术的商业化已得到了积极的研究。
无线电力传输技术可以应用于各种行业，包括IT行业、铁路行业、家电行业以及移动行业。
然而，常规地，电力传输使用在多个传输线圈之间进行切换的多个独立放大器，这使设备的数量增加，从而引起成本和传输电路的尺寸增大。
此外，通过控制单元进行直接切换，可以选择性地使用传输线圈传输电力，而无需提供多个放大器。该方法由切换引起的施加电力的损失导致了大的电力损失。
发明内容
技术问题
因此，针对上述问题提出了本公开内容，并且实施方式提供了无线电力传输控制方法及其装置。
实施方式涉及能够降低成本并且简化具有多个传输线圈的无线电力传输装置中的结构的无线电力传输方法及其装置。
实施方式涉及能够使具有多个传输线圈的无线电力传输装置中的电力效率最大化的无线电力传输方法及其装置。
技术的解决方案
实施方式提供了一种无线电力传输方法及其装置。
根据本公开内容的一方面，提供了一种无线电力供应装置，该无线电力供应装置包括：n个传输线圈，用于传输磁场；频率发生器，其被配置成提供具有预定操作频率的AC信号；n个反相器缓冲器，其被配置成使AC信号的相位移位；主控制器，其被配置成启用或禁用反相器缓冲器；n+1个放大单元，其被配置成放大AC信号；以及n+1个栅极驱动器，其被配置成基于输入到栅极驱动器的AC信号的相位来控制放大单元。
在实施方式中，放大单元可以包括至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
在实施方式中，当AC信号的周期为T时，可以以T/2时段的周期使流过传输线圈的电流反向。
在实施方式中，栅极驱动器中的每一个的一端可以电连接至反相器缓冲器，而栅极驱动器中的每一个的另一端可以电连接至放大单元。
在实施方式中，在n个放大单元中的n-2个放大单元可以电连接至彼此不同的两个或更多个传输线圈。
在实施方式中，n个放大单元中的两个放大单元可以电连接至传输线圈中的仅一个传输线圈。
根据本公开内容的另一方面，提供了一种无线电力供应装置，该无线电力供应装置包括：多个传输线圈，用于传输磁场；频率发生器，其被配置成提供具有预定操作频率的AC信号；多个反相器缓冲器，其被配置成使AC信号的相位移位；主控制器，其被配置成启用或禁用反相器缓冲器；多个放大单元，其被配置成放大AC信号；以及多个栅极驱动器，其被配置成基于输入到栅极驱动器的AC信号的相位来控制放大单元，其中，放大单元中的至少一个电连接至多个传输线圈。
在实施方式中，传输线圈可以包括第一传输线圈和第二传输线圈，其中，放大单元可以包括第一放大单元至第三放大单元，其中，第一传输线圈的一端和第二传输线圈的一端可以电连接至第二电流放大单元。
在实施方式中，第一传输线圈的一端可以电连接至第一电流放大单元，而第一传输线圈的另一端可以电连接至第二电流放大单元，其中，第二传输线圈的一端可以电连接至第二电流放大单元，而第二传输线圈的另一端可以电连接至第三电流放大单元。
在实施方式中，放大单元可以包括至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
在实施方式中，栅极驱动器的数量可以等于电流放大单元的数量。
在实施方式中，栅极驱动器可以包括第一栅极驱动器至第三栅极驱动器，其中，第一栅极驱动器的一端可以电连接至第一反相器缓冲器，并且第一栅极驱动器的另一端可以电连接至第一电流放大单元，其中，第二栅极驱动器的一端可以电连接至电流源，并且第二栅极驱动器的另一端电连接至第二电流放大单元，其中，第三栅极驱动器的一端可以电连接至第二反相器缓冲器，并且第三栅极驱动器的另一端可以电连接至第三电流放大单元。
根据本公开内容的另一方面，提供了一种无线电力供应装置，该无线电力供应装置包括：第一传输线圈至第三传输线圈，用于传输磁场；频率发生器，其被配置成提供具有预定操作频率的AC信号；第一反相器缓冲器至第三反相器缓冲器，其被配置成使AC信号的相位移位；主控制器，其被配置成启用或禁用反相器缓冲器；第一放大单元至第四放大单元，其被配置成放大AC信号；以及第一栅极驱动器至第四栅极驱动器，其被配置成基于输入到栅极驱动器的AC信号的相位来控制放大单元，其中，放大单元中的至少一个电连接至传输线圈。
在实施方式中，第n个传输线圈中的一端可以电连接至第n个放大单元，其中，第n个传输线圈的另一端可以电连接至第(n+1)个放大单元。
在实施方式中，第n个放大单元可以电连接至第n个栅极驱动器，其中，第n个反相器缓冲器的一端可以电连接至第n个栅极驱动器，其中，第n个反相器缓冲器的另一端可以电连接至第(n+1)个栅极驱动器。
本公开内容的上述方面仅是本公开内容的优选的实施方式的一部分。本领域技术人员将从以下对本公开内容的详细描述中得出并理解反映本公开内容的技术特征的各种实施方式。
有益效果
根据实施方式的方法和装置具有以下效果。
因此，针对上述问题提出了本公开内容，并且实施方式可以提供了无线电力传输控制方法及其装置。
实施方式可以提供一种能够降低成本并且简化具有多个传输线圈的无线电力传输装置中的结构的无线电力传输方法及其装置。
实施方式可以提供一种能够使具有多个传输线圈的无线电力传输装置中的电力效率最大化的无线电力传输方法及其装置。
本领域技术人员将会理解，通过本公开内容的实施方式可以实现的效果不限于上述那些效果，并且从以下详细描述中将更清楚地理解本公开内容的其他优点。
附图说明
包括用于提供对本公开内容的进一步理解并被并入且构成本申请的一部分的附图示出了本公开内容的实施方式，并且与说明书一起用于阐明本公开内容的原理。然而，应当理解，本公开内容的技术特征不限于特定附图，并且附图中公开的特征可以组合以构成新的实施方式。
图1是示出根据本公开内容的实施方式的无线电力传输系统的结构的框图。
图2是示出根据本公开内容的实施方式的无线电力发射器的类型和特征的图。
图3是示出根据本公开内容的实施方式的无线电力接收器的类型和特征的图。
图4示出了根据本公开内容的实施方式的无线电力传输系统的等效电路图。
图5是示出根据本公开内容的实施方式的无线电力发射器的状态转换过程的状态转换图。
图6是示出根据本公开内容的实施方式的无线电力接收器的状态转换图。
图7示出了根据本公开内容的实施方式的无线电力接收器根据VRECT的操作区域。
图8是根据本公开内容的实施方式的无线电力传输系统的配置图。
图9是示出了根据本公开内容的实施方式的无线充电过程的流程图。
图10是根据本公开内容的实施方式的无线电力发射器的框图。
图11是根据本公开内容的实施方式的无线电力发射器的电路图。
图12是根据本公开内容的另一实施方式的无线电力发射器的电路图。
图13是示出根据本公开内容的又一实施方式的无线电力发射器的电路图。
图14A和图14B示出了根据由主控制器进行的控制的传输谐振器线圈的操作。
具体实施方式
根据本公开内容的实施方式的无线电力供应装置可以包括：N个传输线圈，用于传输磁场；频率发生器，其被配置成提供具有预定操作频率的AC信号；n个反相器缓冲器，其被配置成使AC信号的相位移位；主控制器，其被配置成启用或禁用反相器缓冲器；n+1个放大单元，其被配置成放大AC信号；以及n+1个栅极驱动器，其被配置成基于输入到栅极驱动器的AC信号的相位来控制放大单元。
本发明的实施方式
在下文中，将参照附图详细描述应用本公开内容的实施方式的装置和各种方法。如本文中所使用的，后缀“模块”和“单元”被添加或可互换地使用，以便于编制本说明书，并不旨在提出不同的含义或功能。
虽然构成本公开内容的实施方式的所有元件被描述为连接成一体或者彼此连接地操作，但是本公开内容不限于所描述的实施方式。即，在本公开内容的范围内，可以选择性地连接元件中的一个或更多个元件以进行操作。此外，尽管所有元件都可以被实现为一个独立的硬件设备，但是可以选择性地组合一些或全部元件，以实现具有程序模块的计算机程序，以用于执行组合在一个或更多个硬件设备中的功能的一部分或全部。构成计算机程序的代码和代码段可以由本领域技术人员容易地推断。计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中、由计算机读取和执行，以实现本公开内容的实施方式。计算机程序的存储介质可以包括磁记录介质、光记录介质和载波介质。
除非另有说明，否则术语“包括”、“包含”和“具有”应当理解为不排除存在或添加一个或更多个其他部件的可能性。除非另有限定，否则包括技术和科学术语的所有术语具有与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。常用术语(如在通常的词典中限定的术语)应当被解释为与相关技术的上下文含义一致，并且除非明确地限定成相反的含义，否则不应被理解为理想化或过于正式的含义。
在描述本公开内容的部件时，可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)和(b)的术语。这些术语仅用于将一个成分与另一个成分进行区分的目的，并且这些术语不限制部件的性质、顺序或序列。当一个部件被称为“连接”、“耦接”或“链接”至另一个部件时，应当理解，这意味着一个部件可以直接连接或链接到另一部件，或者另一部件可以插入在部件之间。
在对实施方式的描述中，为了简单起见，“无线电力发射器”、“无线电力传输设备”、“传输终端”、“发射器”、“传输设备”、“传输侧”等将可互换地用于指代用于在无线电力系统中传输无线电力的设备。此外，为了简单起见，“无线电力接收设备”、“无线电力接收器”、“接收终端”、“接收侧”、“接收设备”、“接收器”等将可互换地用于指代用于接收来自无线电力传输设备的无线电力的设备。
根据本公开内容的无线电力发射器可以被配置为衬垫型、托架型、接入点(AP)型、小型基站型、支架型、天花板嵌入型、壁挂型等。一个发射器可以向多个无线电力接收装置传输电力。为此，无线电力发射器可以包括至少一个无线电力传输装置。此处，根据电磁感应方案的无线电力传输装置可以采用基于用于根据电磁感应原理进行充电的电磁感应方案的各种无线电力传输标准，这意味着在电力传输终端线圈中生成磁场，并且通过磁场在接收端子线圈中感应出电流。此处，无线电力传输装置可以包括使用由作为无线充电技术标准化组织的无线电力联盟(WPC)和电力事务联盟(PMA)限定的电磁感应方案的无线充电技术。
根据本公开内容的另一实施方式的无线电力发射器可以采用基于电磁谐振方案的各种无线电力传输标准。例如，电磁谐振方案中的电磁电力传输标准可以包括A4WP(无线电力联盟)中限定的谐振方案的无线充电技术。
根据本公开内容的另一实施方式的无线电力发射器可以支持电磁感应方案和电磁谐振方案两者。
具体地，根据本公开内容的实施方式的无线集成充电器或无线电力传输控制装置不仅可以支持电磁感应方案和电磁谐振方案中的至少一种无线电力传输方案，还可以通过设置在充电器一侧上的至少一个充电端子向电子设备供给电力。
此外，根据本公开内容的实施方式的无线电力接收器可以包括至少一个无线电力接收装置，并且可以从两个或更多个发射器同时接收无线电力。此处，无线电力接收装置可以包括由作为无线充电技术标准化组织的无线电力联盟(WPC)和电力事务联盟(PMA)限定的电磁感应方案以及有A4WP(无线电力联盟)限定的电磁感应方案的无线充电技术。
可以在小型电子设备中使用能够从根据本公开内容的实施方式的无线集成充电器接收电力的电子设备，小型电子设备包括移动电话、智能手机、膝上型计算机、数字广播终端、PDA(个人数字助理)、PMP(便携式多媒体播放器)、导航设备、电动牙刷、电子标签、照明设备、遥控器、钓鱼浮子以及诸如智能手表的可穿戴装置。然而，实施方式不限于此。应用可以包括以下任何设备，其能够通过在无线集成充电器或无线电力传输控制装置中包含的无线电力传输方案以及用于充电的有线连接端子接收电力来对电池充电。
在下面的描述中，设置有有线充电装置和无线充电装置二者以实现无线集成电源的充电器被称为无线集成充电器或无线电力传输控制装置。
图1是示出根据本公开内容的实施方式的无线电力传输系统的结构的框图。
参照图1，无线电力传输系统可以包括无线电力发射器100和无线电力接收器200。
尽管图1示出了无线电力发射器100向一个无线电力接收器200传输无线电力，但这仅是一个实施方式，并且根据本公开内容的另一实施方式的无线电力发射器100可以向多个无线电力接收器200传输无线电力。应当注意的是，根据又一实施方式的无线电力接收器200可以同时从多个无线电力发射器100接收无线电力。
无线电力发射器100可以使用特定的电力传输频率生成磁场，以向无线电力接收器200传输电力。
无线电力接收器200可以通过调谐到与无线电力发射器100使用的频率相同的频率来接收电力。
作为示例，电力传输的频率可以是6.78MHz频带，但不限于6.78MHz频带。
即，由无线电力发射器100传输的电力可以传递到与无线电力发射器100谐振的无线电力接收器200。
可以基于无线电力发射器100的最大传输电力电平、无线电力接收器200的最大电力接收电平以及无线电力发射器100和无线电力接收器200的物理结构来确定能够从一个无线电力发射器100接收电力的无线电力接收器200的最大数目。
无线电力发射器100和无线电力接收器200可以在与用于无线电力传输的频带(即，谐振频带)不同的频带中执行双向通信。作为示例，双向通信可以采用半双工蓝牙低能量(BLE)通信协议。
无线电力发射器100和无线电力接收器200可以经由双向通信彼此交换特征和状态信息，即电力协商信息。
作为示例，无线电力接收器200可以经由双向通信向无线电力发射器100传输用于控制从无线电力发射器100接收到的电力的电平的预定的电力接收状态信息。无线电力发射器100可以基于接收的电力接收状态信息来动态地控制传输电力电平。因此，无线电力发射器100不仅可以优化电力传输效率，还提供防止因过电压而引起负载破坏的功能、防止因欠电压而引起电力浪费的功能等。
无线电力发射器100还可以执行以下功能，例如，通过双向通信来认证和识别无线电力接收器200、识别不兼容的设备或不可再充电的对象、识别有效的负载等。
在下文中，将参照图1更详细地描述根据谐振方案的无线电力传输处理。
无线电力发射器100可以包括电源110、电力转换单元120、匹配电路130、传输谐振器140、主控制器150和通信单元160。通信单元可以包括数据发射器和数据接收器。
电源110可以在主控制器150的控制下向电力转换单元120提供特定的供给电压。该供给电压可以是DC电压或AC电压。
电力转换单元120可以在主控制器150的控制下将从电源110接收到的电压转换成特定电压。为此，电力转换单元120可以包括DC/DC转换器、AC/DC转换器或功率放大器中的至少一个。
匹配电路130是在电力转换单元120与传输谐振器140之间匹配阻抗以最大化电力传输效率的电路。
传输谐振器140可以根据由匹配电路130施加的电压使用特定的谐振频率来无线地传输电力。
无线电力接收器200可以包括接收谐振器210、整流器220、DC-DC转换器230、负载240、主控制器250和通信单元260。通信单元可以包括数据发射器和数据接收器。
接收谐振器210可以通过谐振效应来接收由传输谐振器140传输的电力。
整流器210可以用于将从接收谐振器210供给的AC电压转换成DC电压。
DC-DC转换器230可将经整流的DC电压转换成负载240所需的特定DC电压。
主控制器250可以控制整流器220和DC-DC转换器230的操作，或者可以生成与无线电力接收器200有关的特性和状态信息，并且可以控制通信单元260向无线电力发射器100传输与无线电力接收器200有关的特性和状态信息。例如，主控制器250可以监测来自整流器220和DC-DC转换器230的输出电压和电流的强度，以控制整流器220和DC-DC转换器230的操作。
可以通过通信单元260实时地向无线电力发射器100传输与所监视的输出电压和电流有关的强度信息。
此外，主控制器250可以将经整流的DC电压与预定的参考电压进行比较，并且确定电压是否处于过电压状态或欠电压状态。当作为确定的结果感测到系统错误状态时，控制器250可以通过通信单元260将所感测到的结果传输到无线电力发射器100。
当感测到系统错误状态时，主控制器250可以使用包括开关和齐纳二极管中的至少一个的预定过电流中断电路来控制整流器220和DC-DC转换器230的操作，或者控制供给到负载240的电力，以防止负载损坏。
在图1中，发射器和接收器中的每个的主控制器150、250和通信单元160、260被示出为配置成不同的模块，但这仅是一个实施方式。要注意，主控制器150、250和通信单元160、260可以被配置为单个模块。
图2是示出根据本公开内容的实施方式的无线电力发射器的类型和特征的图。
根据本公开内容的无线电力发射器和无线电力接收器的类型和特征可以被分类成等级(class)和类别(category)。
无线电力发射器的类型和特征可以大体上由以下三个参数标识。
首先，无线电力发射器可以由根据施加到传输谐振器140的最大电力的强度确定的等级来标识。
此处，可以通过将施加到传输谐振器140的电力PTX_IN_COIL的最大值与在无线电力发射器等级表(在下文中称为表1)中指定的针对每个等级的预定义的最大输入电力进行比较来确定无线电力发射器的等级。此处，PTX_IN_COIL可以是通过将在单位时间内施加到传输谐振器140的电压V(t)和电流I(t)的乘积除以单位时间来计算的平均实数值。
表1
表1中所示的等级仅是实施方式，并且可以添加新的等级，或者可以删除现有的等级。还应当注意的是，针对每个等级的最大输入电力、最小类别支持要求和可支持设备的最大数目可以取决于无线电力发射器的用途、形状和实现方式而变化。
例如，参照表1，当施加到传输谐振器140的电力PTX_IN_COIL的最大值大于或等于对应于等级3的PTX_IN_MAX的值并且小于对应于等级4的PTX_IN_MAX的值时，无线电力发射器的等级可以被确定为等级3。
第二，可以根据与所标识的等级对应的最小类别支持要求来标识无线电力发射器。
此处，最小类别支持要求可以是与由对应等级的无线电力发射器支持的无线电力接收器类别的最高级类别对应的无线电力接收器的可支持数目。即，最小类别支持要求可以是由对应无线电力发射器可支持的最大类别设备的最小数目。此处，无线电力发射器可以根据最小类别要求来支持无线电力接收器中的低于或等于最大类别的所有类别。
然而，如果无线电力发射器可以支持比最小类别支持要求中指定的类别更高的类别的无线电力接收器，则无线电力发射器可以在支持对应的无线电力接收器时不受限制。
例如，参照表1，等级3的无线电力发射器应当支持类别5的至少一个无线电力接收器。当然，在这种情况下，无线电力发射器可以支持落入比与最小类别支持要求对应的类别级别低的类别的无线电力接收器200。
还应当注意，无线电力发射器可以在确定可以支持其级别比与最小类别支持要求对应的类别高的类别时支持更高级别类别的无线电力接收器。
第三，无线电力发射器可以由与所标识的等级对应的可支持设备的最大数目来标识。此处，可支持设备的最大数目可以通过与等级中的可支持的类别之中的最低级别的类别对应的可支持无线电力接收器的最大数目来标识(在下文中，简称为可支持设备的最大数目)。
例如，参照表1，等级3的无线电力发射器应该支持与作为最低级的类别的类别3对应的多达两个的无线电力接收器。
然而，如果无线电力发射器可以支持多于与其自身的等级对应的最大数目的设备，则在支持多于最大数目的设备方面不受限制。
如果不存在不允许来自无线电力接收器的电力传输请求的特定原因，则根据本公开内容的无线电力发射器必须在可用电力内执行至少达到表1中限定的数目的无线电力传输。
在一个示例中，如果没有足够的可用电力来接受电力传输请求，则无线电力发射器可以不接受来自无线电力接收器的电力传输请求。可替选地，无线电力发射器可以控制对无线电力接收器的电力的调节。
在另一示例中，当无线电力发射器接受电力传输请求时，如果超过了可接受的无线电力接收器的数目，则无线电力发射器可以不接受来自对应的无线电力接收器的电力传输请求。
在另一示例中，如果请求电力传输的无线电力接收器的类别超过了在该无线电力发射器的等级中可以支持的类别级别，则无线电力发射器可以不接受来自无线电力接收器的电力传输请求。
在另一示例中，如果无线电力发射器的内部温度超过参考值，则无线电力发射器可以不接受无线电力接收器的电力传输请求。
图3是示出根据本公开内容的实施方式的无线电力接收器的类型和特征的图。
如图3中所示，接收谐振器210的平均输出电力PRX_OUT是通过将由接收谐振器210在单位时间内输出的电压V(t)与电流I(t)的乘积除以单位时间计算出的实数值。
如下面的表2所示，可以基于接收谐振器210的最大输出电力PRX_OUT_MAX来限定无线电力接收器的类别。
表2
类别 最大输入电力 应用示例
类别1 TBD 蓝牙手持机
类别2 3.5W 功能电话
类别3 6.5W 智能电话
类别4 13W 平板电脑
类别5 25W 小型膝上型计算机
类别6 37.5W 膝上型计算机
类别6 50W TBD
例如，如果在负载阶段的充电效率为80％或更多，则类别3的无线电力接收器可以向负载的充电端口供给5W的电力。
表2中所公开的类别仅是实施方式，并且可以添加新的类别，或者可以删除现有的类别。还应当注意的是，表2中所示的针对每个类别的最大输出电力和应用示例可以取决于无线电力接收器的用途、形状和实现方式而变化。
图4示出了根据本公开内容的实施方式的无线电力传输系统的等效电路图。
具体地，图4示出了等效电路上的接口点，其中，在接口点处测量参考参数，将在后面描述参考参数。
在下文中，将简要描述图4中所示的参考参数的含义。
ITX和ITX_COIL表示施加到无线电力发射器的匹配电路(或匹配网络)420的RMS(均方根)电流以及施加到无线电力发射器的传输谐振器线圈425的RMS电流。
ZTX_IN表示无线电力发射器的电力单元/放大器/滤波器410的后端处的输入阻抗以及匹配电路420的前端处的输入阻抗。
ZTX_IN_COIL表示匹配电路420的后端处以及传输谐振器线圈425的前端处的输入阻抗。
L1和L2分别表示传输谐振器线圈425的电感值和接收谐振器线圈427的电感值。
ZRX_IN表示无线电力接收器的匹配电路430的后端处以及无线电力接收器的滤波器/整流器/负载440的前端处的输入阻抗。
在根据本公开内容的实施方式的无线电力传输系统的操作中使用的谐振频率可以是6.78MHz±15kHz。
此外，根据实施方式的无线电力传输系统可以对多个无线电力接收器提供同时充电(即，多重充电)。在这种情况下，即使新添加或移除无线电力接收器，剩余的无线电力接收器的接收到的电力变化也可以被控制成不超过预定的参考值。例如，接收到的电力变化可以为±10％，但是实施方式不限于此。
用于维持接收到的电力变化的条件为：现有的无线电力接收器不应当与添加到充电区域或从充电区域移除的无线电力接收器交叠。
当无线电力接收器的匹配电路430连接至整流器时，ZTX_IN的实部可以与整流器的负载电阻(在下文中称为RRECT)成反比。即，RRECT的增大可以使ZTX_IN减小，而RRECT的减小可以使ZTX_IN增大。
根据本公开内容的谐振器耦合效率可以是通过将从接收谐振器线圈向负载440传输的电力除以在传输谐振器线圈425中的谐振频带内承载的电力而计算出的最大电力接收比率。当传输谐振器的参考端口阻抗ZTX_IN与接收谐振器的参考端口阻抗ZRX_IN完全匹配时，可以计算无线电力发射器与无线电力接收器之间的谐振器耦合效率。
下面的表3是根据本公开内容的实施方式的依据无线电力发射器的等级和无线电力接收器的等级的最小谐振器耦合效率的示例。
表3
类别1 类别2 类别3 类别4 类别5 类别6 类别7
等级1 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
等级2 N/A 74％(-1.3) 74％(-1.3) N/A N/A N/A N/A
等级3 N/A 74％(-1.3) 74％(-1.3) 76％(-1.2) N/A N/A N/A
等级4 N/A 50％(-3) 65％(-1.9) 73％(-1.4) 76％(-1.2) N/A N/A
等级5 N/A 40％(-4) 60％(-2.2) 63％(-2) 73％(-1.4) 76％(-1.2) N/A
等级5 N/A 30％(-5.2) 50％(-3) 54％(-2.7) 63％(-2) 73％(-1.4) 76％(-1.2)
当使用多个无线电力接收器时，与表3中所示的等级和类别对应的最小谐振器耦合效率可能增大。
图5是示出根据本公开内容的实施方式的无线电力发射器的状态转换过程的状态转换图。
参照图5，无线电力发射器的状态可以包括配置状态510、省电状态520、低电力状态530、电力传送状态540、本地故障状态550和故障锁定状态560。
当向无线电力发射器施加电力时，无线电力发射器可以转换到配置状态510。当预定复位定时器在配置状态510到期或者当初始化过程完成时，无线电力发射器可以转换到省电状态520。
在省电状态520中，无线电力发射器可以生成信标序列，并通过谐振频带传输信标序列。
此处，无线电力发射器可以在进入省电状态520之后的预定时间内控制要发起的信标序列。例如，无线电力发射器可以在转换到省电状态520之后的50ms内控制要发起的信标序列。然而，实施方式不限于此。
在省电状态520中，无线电力发射器可以定期地生成和传输用于感测无线电力接收器的第一信标序列，并且感测接收谐振器的阻抗的变化，即负载变化。在下文中，为了简单起见，第一信标和第一信标序列将分别被称为短信标和短信标序列。
具体地，可以在短时段tSHORT_BEACON期间以恒定时间间隔tCYCLE重复地生成和传输短信标序列，使得可以减少无线电力发射器的待机电力，直到感测到无线电力接收器为止。例如，tSHORT_BEACON可以设置为30ms或更短，并且tCYCLE可以被设置为250ms±5ms。此外，短信标的电流强度可以大于预定的参考值，并且可以在预定时间段期间逐渐增大。例如，短信标的最小电流强度可以被设置为足够大，以使得可以感测到上述表2中的类别2或更高类别的无线电力接收器。
根据本公开内容的无线电力发射器可以设置有预定的感测装置，用于根据短信标来感测接收谐振器的电抗和电阻的变化。
此外，在省电状态520下，无线电力发射器可以周期性地生成并传输第二信标序列，以用于提供无线电力接收器的启动和响应所需的足够的电力。在下文中，为了简单起见，第二信标和第二信标序列将分别称为长信标和长信标序列。
即，当通过第二信标序列完成启动时，无线电力接收器可以通过带外通信信道来广播预定的响应信号。
具体地，可以在与短信标相比相对较长时间段tLONG_BEACON期间以恒定时间间隔tLONG_BEACON_PERIOD生成并传输长信标序列，以提供启动无线电力接收器所需的足够的电力。例如，tLONG_BEACON可以设置为105ms+5ms，并且tLONG_BEACON_PERIOD可以被设置为850ms。长信标的电流强度可以比短信标的电流强度更强。此外，长信标可以在传输周期期间保持一定强度的电力。
此后，在感测到接收谐振器的阻抗变化之后，无线电力发射器可以在长信标传输时间段期间等待接收预定的响应信号。在下文中，为了简单起见，将响应信号称为公告信号。此处，无线电力接收器可以在与谐振频带不同的带外通信频带中广播公告信号。
在一个示例中，公告信号可以包括以下信息中的至少一个或任何一个：用于识别在带外通信标准中限定的消息的消息标识信息、用于标识无线电力接收器是否合法或与无线电力发射器是否兼容的唯一服务或无线电力接收器标识信息、与无线电力接收器的输出电力有关的信息、与施加到负载的额定电压/电流有关的信息、与无线电力接收器有关的天线增益信息、用于标识无线电力接收器的类别的信息、无线电力接收器认证信息、与是否提供过电压保护功能有关的信息以及与安装在无线电力接收器上的软件有关的版本信息。
在接收到公告信号时，无线电力发射器可以在从省电状态520转换到低电力状态530之后建立与无线电力接收器的带外通信链路。随后，无线电力发射器可以通过建立的带外通信链路执行无线电力接收器的注册过程。例如，如果带外通信是蓝牙低能通信，则无线电力发射器可以与无线电力接收器进行蓝牙配对，并且经由经配对的蓝牙链路来交换下述至少之一：与彼此有关的状态信息、特征信息和控制信息。
如果无线电力发射器在低电力状态530下经由带外通信(即，用于请求无线电力接收器向负载传输电力的预定控制信号)向的无线电力接收器传输用于开始充电的预定控制信号，则无线电力发射器的状态可以从低电力状态530转换到电力传输状态540。
如果在低电力状态530下没有正常完成带外通信链路建立过程或注册过程，则无线电力发射器可以从低力电状态530转换到省电状态520。
可以驱动单独独立链接到期定时器(无线电力发射器经由其可以连接到每个无线电力接收器)，并且无线电力接收器可以在链接到期定时器到期之前以预定的时间周期向无线电力发射器传输用于宣布其存在的预定消息。在每次接收到该消息时，链路到期定时器被重置。如果链路到期定时器未到期，则可以保持在无线电力接收器与无线电力接收器之间建立的带外通信链路。
如果在低电力状态530或电力传送状态540中与在无线电力发射器和至少一个无线电力接收器之间建立的带外通信链路对应的所有链路到期定时器都已经到期，则无线电力发射器可以转换到省电状态520。
此外，当从无线电力接收器接收到有效的公告信号时，处于低电力状态530的无线电力发射器可以驱动预定的注册定时器。当注册定时器到期时，处于低电力状态530的无线电力发射器可以转换到省电状态520。此时，无线电力发射器可以通过设置在无线电力发射器中的通知显示装置(例如，包括LED灯、显示屏和蜂鸣器)输出预定通知信号，以宣布注册已失败。
此外，在电力传送状态540中，当所有连接的无线电力接收器的充电完成时，无线电力发射器可以转换到低电力状态530。
具体地，无线电力接收器可以在除了配置状态510、本地故障状态550和故障锁定状态560之外的状态下允许新的无线电力接收器的注册。
此外，无线电力发射器在电力传送状态540下可以基于从无线电力接收器接收的状态信息来动态地控制传输电力。
此处，从无线电力接收器传输至无线电力发射器的接收器状态信息可以包括以下信息中的至少一个：所需电力信息、与在整流器的后端处测量的电压和/或电流有关的信息、电荷状态信息、用于通知过电流、过电压和/或过热状态的信息以及指示是否激活用于根据过电流或过电压来切断或减少传送到负载的电力的装置的信息。可以以预定周期传输接收器状态信息，或者每当生成特定事件时传输接收器状态信息。此外，可以使用ON/OFF开关和齐纳二极管中的至少一个来提供用于根据过电流或过电压来切断或减少传送到负载的电力的装置。
根据另一实施方式，从无线电力接收器传输至无线电力发射器的接收器状态信息还可包括以下信息中的至少一个：指示外部电源通过导线连接至无线电力接收器的信息，以及指示带外通信方案已经改变的信息(例如，通信方案可以从NFC(近场通信)改变成BLE(蓝牙低功耗)通信)。
根据本公开内容的另一实施方式，无线电力发射器可以基于电力发射器的当前可用电力、每个无线电力接收器的优先级以及连接的无线电力接收器的数目中的至少一个来适应性地确定每个无线电力接收器要接收的电力的强度。此处，每个无线电力接收器的电力强度可以被确定为要接收的电力相对于可由相应的无线电力接收器的整流器处理的最大电力的比例。
此后，无线电力发射器可以向无线电力接收器传输包括关于所确定的电力强度的信息的预定的电力控制命令。然后，无线电力接收器可以基于由无线电力发射器确定的电力强度来确定是否可以执行电力控制，并且通过预定的电力控制响应消息向无线电力发射器传输确定结果。
根据本公开内容的另一实施方式，无线电力接收器可以在接收到电力控制命令之前传输指示是否可以根据无线电力发射器的电力控制命令执行无线电力控制的预定的接收器状态信息。
取决于所连接的无线电力接收器的电力接收状态，电力传送状态540可以是第一状态541、第二状态542和第三状态543中的任何一个。
在一个示例中，第一状态541可以指示连接至无线电力发射器的所有无线电力接收器的电力接收状态是正常电压状态。
第二状态542可以指示连接至无线电力发射器的至少一个无线电力接收器的电力接收状态是低电压状态，并且不存在处于高电压状态的无线电力接收器。
第三状态543可以指示连接至无线电力发射器的至少一个无线电力接收器的电力接收状态是高电压状态。
当在省电状态520、低电力状态530或电力传送状态540中感测到系统错误时，无线电力发射器可以转换到故障锁定状态560。
在确定所有连接的无线电力接收器已经从充电区域移除时，处于故障锁定状态560的无线电力发射器可以转换到配置状态510或省电状态520。
此外，当在故障锁定状态560中感测到本地故障时，无线电力发射器可以转换到本地故障状态550。此处，处于本地故障状态550下的无线电力发射器可以在本地故障解除时转换回故障锁定状态560。
另一方面，在无线电力发射器从配置状态510、省电状态520、低电力状态530和电力传送状态540之中的任一状态转换为本地故障状态550的情况下，一旦本地故障解除，无线电力发射器就可以转换到配置状态510。
一旦无线电力发射器转换到本地故障状态550，无线电力发射器就可以中断供应至无线电力发射器的电力。例如，无线电力发射器可以在感测到故障(例如，过电压、过电流或过热)时转换到本地故障状态550。然而，实施方式不限于此。
在一个示例中，无线电力发射器可以在当感测到过电流、过电压或过热时向至少一个连接的无线电力接收器传输用于降低由无线电力接收器接收的电力的强度的预定的电力控制命令。
在另一示例中，无线电力发射器可以在当感测到过电流、过电压或过热时向至少一个连接的无线电力接收器传输用于停止无线电力接收器的充电的预定的控制命令。
通过上述电力控制过程，无线电力发射器可以防止由于过电压、过电流、过热等引起的设备的损坏。
如果传输谐振器的输出电流的强度大于或等于参考值，则无线电力发射器可以转换到故障锁定状态560。已经转换到故障锁定状态560的无线电力发射器可以尝试使传输谐振器的输出电流的强度在预定的时间内小于或等于参考值。此处，尝试可以重复预定的次数。如果尽管重复执行但故障锁定状态560仍未解除，则无线电力发射器可以使用预定的通知装置向用户发送指示故障锁定状态560未解除的预定的通知信号。在这种情况下，当位于无线电力发射器的充电区域中的所有无线电力接收器都被用户从充电区域移除时，可以解除故障锁定状态560。
另一方面，如果在预定时间内传输谐振器的输出电流的强度下降至参考值以下，或者如果在预定的重复期间传输谐振器的输出电流的强度下降至参考值以下，则故障锁定状态560可以自动解除。在这种情况下，无线电力发射器可以从故障锁定状态560自动地转换到省电状态520，以再次执行对无线电力接收器的感测和标识过程。
处于电力传送状态540中的无线电力发射器可以基于关于无线电力接收器的状态信息和预定义的最佳电压区域设置参数来传输连续的电力，并适应性地控制传输的电力。
例如，预定义的最佳电压区域设置参数可以包括下述中至少一个：用于标识低电压区域的参数、用于标识最佳电压区域的参数、用于标识高电压区域的参数以及用于标识过电压区域的参数。
无线电力发射器可以在无线电力接收器的电力接收状态处于低电压区域的情况下增大传输的电力，并且在电力接收状态处于高电压区域的情况下减少传输的电力。
无线电力发射器还可以控制传输的电力，以最大化电力传输效率。
无线电力发射器还可以控制传输的电力，使得无线电力接收器所需的电力量的偏差小于或等于参考值。
此外，当无线电力接收器的整流器的输出电压达到预定的过电压区域时(即，当感测到过电压时)，无线电力发射器可以停止传输电力。
图6是示出根据本公开内容的实施方式的无线电力接收器的状态转换图。
参照图6，无线电力接收器的状态可以包括禁用状态610、启动状态620、启用状态(或开启状态)630和系统错误状态640。
无线电力接收器的状态可以基于无线电力接收器的整流器端处的输出电压(为简单起见，在下文中称为VRECT)的强度来确定。
可以通过VRECT的值将启用状态630划分为最佳电压状态631、低电压状态632和高电压状态633。
如果VRECT的测量值大于或等于VRECT_BOOT的预定义值，则处于禁用状态610的无线电力接收器可以转换到启动状态620。
在启动状态620下，无线电力接收器可以与无线电力发射器建立带外通信链路，并且等待，直到VRECT的值达到负载阶段所需的电力为止。
在感测到VRECT的值已经达到负载阶段所需的电力时，处于启动状态620的无线电力接收器可以转换到启用状态630并开始充电。
在感测到充电完成或中断时，处于启用状态630的无线电力接收器可以转换到启动状态620。
此外，当感测到预定的系统错误时，处于启用状态630的无线电力接收器可以转换到系统错误状态640。此处，系统错误可以包括过电压、过电流和过热以及其他预定义的系统错误状况。
此外，如果VRECT的值下降至VRECT_BOOT的值以下，则处于启用状态630的无线电力接收器可以转换到禁用状态610。
此外，如果VRECT的值下降至VRECT_BOOT的值以下，则处于启动状态620或系统错误状态640的无线电力接收器可以转换到禁用状态610。
在下文中，将参照图7来详细描述在启用状态630下的无线电力接收器的状态转换。
图7示出了根据本公开内容的实施方式的无线电力接收器的操作区域。
参照图7，如果VRECT的值小于VRECT_BOOT的预定值，则无线电力接收器保持在禁用状态610。
此后，当VRECT的值增加到超过VRECT_BOOT时，无线电力接收器可以转换到启动状态620，并且在预定时间内广播公告信号。此后，当无线电力发射器感测到公告信号时，无线电力发射器可以向无线电力接收器传输用于建立带外通信链路的预定连接请求信号。
一旦带外通信链路正常建立并成功注册，无线电力接收器就可以等待，直到VRECT的值达到整流器的用于正常充电的最小输出电压(为了简单起见，在下文中被简称为VRECT_MIN)为止。
如果VRECT的值超过VRECT_MIN，则无线电力接收器可以从启动状态620转换到启用状态630，并且可以开始对负载充电。
如果在启用状态630下VRECT的值超过用于确定过电压的预定的参考值VRECT_MAX，则无线电力接收器可以从启用状态630转换到系统错误状态640。
参照图7，启用状态630可以根据VRECT的值被划分为低电压状态632、最佳电压状态631和高电压状态633。
低电压状态632可以指VRECT_BOOT≤VRECT≤VRECT_MIN的状态，最佳电压状态631可以指VRECT_MIN<VRECT≤VRECT_HIGH的状态，并且高电压状态633可以指VRECT_HIGH<VRECT≤VRECT_MAX的状态。
具体地，已经转换到高电压状态633的无线电力接收器可以使切断提供给负载的电力的操作暂达停预定时间(为了简单起见，在下文中被称为高电压状态维护时间)。高电压状态维护时间可以被预先确定，以免在高电压状态633对无线电力接收器和负载造成损坏。
当无线电力接收器转换到系统错误状态640时，它可以在预定时间内通过带外通信链路向无线电力发射器传输指示过电压发生的预定消息。
无线电力接收器还可以使用提供的过电压中断装置来控制施加到负载的电压，以防止由于在系统故障状态630下的过电压而引起对负载造成损坏。此处，ON/OFF开关和/或齐纳二极管可以用作过电压中断装置。
尽管在上述实施方式中已经描述了当产生过电压以及无线电力接收器转换到系统错误状态640时用于应对无线电力接收器中的系统错误的方法和装置，但这仅是一个实施方式。在其他实施方式中，无线电力接收器可能由于过热、过电流等而转换到系统错误状态。
作为示例，在无线电力接收器由于过热而转换到系统错误状态的情况下，无线电力接收器可以向无线电力发射器传输指示过热发生的预定消息。在这种情况下，无线电力接收器可以驱动冷却风扇等，以减少内部产生的热量。
根据本公开内容的另一实施方式，无线电力接收器可以接收与多个无线电力发射器操作地连接的无线电力。在这种情况下，在确定无线电力发射器(确定无线电力接收器从其实际接收无线电力)不同于实际建立带外通信链路的无线电力发射器时，无线电力接收器可以转换到系统错误状态640。
在下文中，将参照附图来详细描述根据本公开内容的无线电力发射器与无线电力接收器之间的信号传递过程。
图8是根据本公开内容的实施方式的无线电力传输系统的配置图。
如图8中所示，无线电力传输系统可以通过星形拓扑来配置，并且无线电力发射器可以通过带外通信链路从无线电力接收器收集各种类型的特征信息和状态信息，并且基于收集的信息来控制操作并向无线电力接收器传输电力。
无线电力发射器还可以通过带外通信链路向无线电力接收器传输与其有关的特征信息和预定控制信号。
无线电力发射器还可以确定向所连接的无线电力接收器进行电力传输的顺序，并且可以根据所确定的电力传输的顺序来传输无线电力。例如，无线电力发射器可以基于无线电力接收器的优先级、无线电力接收器的电力接收效率或无线电力发射器的电力传输效率、无线电力接收器的充电状态以及指示无线电力接收器中是否已发生系统错误的信息至少之一来确定电力传输的顺序。
无线电力发射器还可以确定针对每个连接的无线电力接收器传输的电力量。例如，无线电力发射器可以基于当前可用的电力量和每个无线电力接收器的电力接收效率来计算要向每个无线电力接收器传输的电力量，并且通过预定控制消息向无线电力接收器传输关于所计算的电力量的信息。
无线电力发射器还可以生成时间同步信号并将其提供给无线电力接收器，以获得与网络连接的无线电力接收器的时间同步。此处，时间同步信号可以通过用于无线电力传输的频带(即，带内)或用于带外通信的频带(即，带外)来传输。无线电力发射器和无线电力接收器可以基于时间同步信号来管理彼此的通信时序和通信顺序。
尽管图8示出了包括一个无线电力发射器和多个无线电力接收器的无线电力传输系统以星型拓扑来联网的配置，但这仅是一个实施方式。在根据本公开内容的另一实施方式的无线电力传输系统中，多个无线电力发射器和多个无线电力接收器可以进行网络连接，以传输和接收无线电力。在这种情况下，无线电力发射器可以通过单独的通信信道来交换与其有关的状态信息。此外，如果无线电力接收器是移动设备，则无线电力接收器可以通过无线电力发射器之间的切换在移动期间无缝地接收电力。
无线电力发射器可以作为网络协调器进行操作，并且可以通过带外通信链路与无线电力接收器交换信息。例如，无线电力发射器可以接收无线电力接收器的各种类型的信息，以生成并管理预定设备控制表，并且可以参考设备控制表向无线电力接收器传输网络管理信息。这使得无线电力发射器能够创建并维护无线电力传输系统网络。
图9是示出了根据本公开内容的实施方式的无线充电过程的流程图。
参照图9，当无线电力发射器的配置(即启动)完成时，无线电力发射器可以生成信标序列并且通过传输谐振器来传输信标序列(S901)。
在感测到信标序列时，无线电力接收器可以广播包括与其有关的识别信息和特征信息的公告信号(S903)。此处，应当注意，该公告信号可以以预定周期被重复传输，直至从无线电力发射器接收到随后将描述的连接请求信号为止。
在接收到公告信号时，无线电力发射器可以向无线电力接收器传输用于建立带外通信链路的预定连接请求信号(S905)。
在接收到连接请求信号时，无线电力接收器可以建立带外通信链路，并且通过建立的带外通信链路来传输与其有关的静态状态信息(S907)。
此处，与无线电力接收器有关的静态状态信息可以包括以下信息中的至少一个：类别信息、硬件和软件版本信息、最大整流器输出电力信息、用于电力控制的初始参考参数信息、用于标识具有电力调节功能的设备的信息、与支持的带外通信方案有关的信息、与支持的电力控制算法有关的信息或在无线电力接收器中初始设置的优选整流器端电压值信息。
在接收到与无线电力接收器有关的静态状态信息时，无线电力发射器可以通过带外通信链路向无线电力接收器传输与其有关的静态状态信息(S909)。
此处，关于无线电力发射器的静态状态信息可以包括以下中的至少之一：发射器电力信息、类别信息、硬件和软件版本信息、关于支持的无线电力接收器的最大数目的信息和/或关于当前连接的无线电力接收器的数目的信息。
此后，无线电力接收器可以监视其自身的实时电力接收状态和充电状态，并且可以周期性地或在特定事件发生时向无线电力发射器传输动态状态信息(S911)。
此处，关于无线电力接收器的动态状态信息可以包括以下中的至少一个：关于整流器输出电压和电流的信息、关于施加到负载的电压和电流的信息、关于无线电力接收器内的测量的温度的信息、用于电力控制的参考参数变化信息(经整流的最小电压值、经整流的最大电压值和初始设置的优选整流器端电压改变值)、充电状态信息或系统错误信息。无线电力发射器可以在接收到用于电力控制的参考参数改变信息时通过改变包括在现有静态信息中的设定值来执行电力调节。
此外，当准备好用于对无线电力接收器进行充电的足够电力时，无线电力发射器可以通过带外通信链路发送预定控制命令，以控制无线电力接收器开始充电操作(S913)。
此后，无线电力发射器可以从无线电力接收器接收动态状态信息，并且动态地控制传输电力(S915)。
此外，当感测到内部系统错误或充电完成时，无线电力接收器可以向无线电力发射器传输动态状态信息，包括用于识别相应系统错误的数据和/或指示充电完成的数据(S917)。此处，系统错误可能包括过电流、过电压和过热。
根据本公开内容的另一实施方式，在当前可用的电力无法满足所有连接的无线电力接收器所需的电力时，无线电力发射器可以重新分配要向各个无线电力接收器传输的电力，并且将重新分配的电力向相应无线电力接收器传输。
此外，当新的无线电力接收器在无线充电期间被注册时，无线电力发射器可以基于当前可用的电力来重新分配要由各个连接的无线电力接收器接收的电力，并且通过预定控制命令向相应无线电力接收器传输重新分配的电力。
此外，当连接的无线电力接收器的充电完成或者带外通信链路在无线充电期间被解除时(例如，当无线电力接收器从充电区域移除时)，无线电力发射器可以重新分配要由其他无线电力接收器接收的电力，并且通过预定控制命令向相应无线电力接收器传输重新分配的电力。
无线电力发射器还可以通过预定控制过程来检查无线电力接收器是否配备有电力控制功能。在这种情况下，当电力重新分配的情况发生时，无线电力发射器可以仅针对配备有电力控制功能的无线电力接收器进行电力重新分配。
例如，在以下事件中可以进行电力重新分配：从未连接的无线电力接收器接收到有效公告信号，并且因此添加新的无线电力接收器；接收到指示所连接的无线电力接收器的当前状态的动态参数；已经识别到不再存在连接的无线电力接收器；连接的无线电力接收器的充电已完成；或者接收到指示所连接的无线电力接收器的系统错误状态的报警消息。
此处，系统错误状态可以包括过电压状态、过电流状态、过热状态和网络连接错误状态。
在一个示例中，无线电力发射器可以通过预定的控制命令将电力重新分配相关信息传输到无线电力接收器。
此处，电力重新分配相关信息可以包括：用于无线电力接收器的电力控制的命令信息、用于标识是允许还是拒绝电力传输请求的信息以及用于无线电力接收器生成有效负载变化的时间信息。
此处，用于无线电力接收器的电力控制的命令可以包括：用于控制无线电力接收器提供给负载的接收到的电力的第一命令、用于允许无线电力接收器指示正在执行充电的第二命令、以及指示可以由无线电力发射器提供的最大电力与无线电力接收器的最大整流电力之比的调节电力命令。
如果无线电力接收器不支持调节电力命令，则无线电力发射器可能不会将调节电力命令传输到无线电力接收器。
例如，当新的无线电力接收器被注册时，无线电力发射器可以基于无线电力发射器的可用电力量来确定它是否能够提供无线电力接收器所需的电力量。如果所需电力量超过作为确定的结果的可用电力量，则无线电力发射器可以检查对应的无线电力接收器是否配备有电力控制功能。如果作为检查的结果对应的无线电力接收器配备有电力控制功能，则无线电力接收器可以确定无线电力接收器将在可用电力量的范围内接收的电力量，并且可以通过预定控制命令向无线电力接收器传输所确定的结果。
当然，电力重新分配可以在无线电力发射器和无线电力接收器能够正常操作的范围内以及/或者在可以进行正常充电的范围内执行。
此外，用于标识是允许还是拒绝电力传输请求的信息可以包括许可条件以及拒绝原因。
作为示例，许可条件可以包括由于缺少可用电力而在等待达特定时间的条件下给予的许可。拒绝原因可以包括：由于缺少可用电力而拒绝、由于无线电力接收器的数目超过可接受的数目而拒绝、由于无线电力发射器的过热而拒绝以及由于无线电力发射器的受限的等级而拒绝。
根据本公开内容的另一实施方式的无线电力接收器可以支持多个带外通信方案。如果当前建立的带外通信链路要变为另一方案时，无线电力接收器可以向无线电力发射器传输预定控制信号，以请求带外通信的改变。在接收到带外通信改变请求信号时，无线电力发射器可以解除当前建立的带外通信链路，并且按照无线电力接收器请求的带外通信方案建立新的带外通信链路。
例如，适用于本公开内容的带外通信方案可以包括以下中的至少一个：NFC(近场通信)、RFID(射频识别)、BLE(低功耗蓝牙)、WCDMA(宽带码分多址)、LTE(长期演进)/LTE-Advanced或Wi-Fi。
图10是示出根据本公开内容的实施方式的无线电力发射器的框图。
参照图10，该实施方式的无线电力发射器可以接收具有预定频率和预定振幅的初始信号S0，并且发出与初始信号S0具有相同频率的放大的第四信号S4。
根据一个实施方式，初始信号S0的频率可以是6.78Mhz±15kHz。
初始信号S0可以被提供给实施方式的发射器，并且被分支成第一信号S1和第二信号S2，第一信号S1的相位已经由反相器缓冲器141转变180°，第二信号S2没有通过反相器缓冲器141。
第一信号S1和第二信号S2可以具有相同的振幅和180°的相位差。
可以将具有预定频率和预定振幅的初始信号S0提供给发射器，并且可以由反相器缓冲器141从初始信号S0生成具有相反相位的第一信号S1和第二信号S2。
可以将第一信号S1和第二信号S2分别提供给放大单元143。
放大单元143可以放大第一信号S1和第二信号S2，以生成具有相同频率的第四信号S4。
放大单元143可以设置有包括MOSFET的电路。
虽然为了简单起见将该实施方式的放大单元143示出为被配置为使用MOSFET来放大输入信号的MOSFET电路，但该实施方式的放大单元143的配置不限于使用MOSFET的放大单元。放大单元143可以是被配置成以预定比例放大输入信号的任何放大单元，并且可以根据用户的需要使用各种电路元件来实现。应当注意，放大单元的配置不限制本公开内容的权利要求的范围。
在下文中，将参照图11至图14描述包括各种放大单元的无线电力发射器。
图11是示出根据本公开内容的实施方式的无线电力发射器的电路图。
参照图11，该实施方式的无线电力发射器可以包括：主控制器150、由主控制器150控制以转变成启用状态或禁用状态的多个反相器缓冲器1411和1413、被配置成接收具有预定频率的电流以放大信号的多个放大单元1431、1433、1435和1437以及被配置成转变成由多个放大单元1431、1433、1435和1437选择性地生成或不生成磁场的状态的多个线圈L1和L2。
多个线圈L1和L2可以包括第一线圈L1和第二线圈L2。
例如，主控制器150可以控制反相器缓冲器1411和1413，以动态地选择要用于无线电力传输的线圈。
例如，第一线圈L1的一端可以电连接至第一放大单元1431和第一电力单元1441，而第一线圈L1的另一端可以电连接至第二放大单元1433和第二电力单元1443。
第二线圈L2的一端可以电连接至第三放大单元1435和第三电力单元1445，而第二线圈L2的另一端可以电连接至第四放大单元1437和第四电力单元1447。
第一放大单元1431的一端可以电连接至第一电力单元1441以接收电力，并且第一放大单元1431的另一端可以电连接至第一栅极驱动器1421，其被配置成将第一放大器单元1431转变成第一放大单元1431电连接至第一电力单元1441或与第一电力单元1441断开的状态。
第二放大单元1433的一端可以电连接至第二电力单元1433以接收电力，而第二放大单元1433的另一端可以被布置成将第二放大单元1433电连接至第二电力单元1443和第二栅极驱动器1423。
如上所述，第一栅极驱动器1421和第二栅极驱动器1423可以控制第一放大单元1431和第二放大单元1433，使得第一放大单元1431和第二放大单元1433转变成放大单元根据输入信号的相位来电连接至第一电力单元1431和第二电力单元1443或与第一电力单元1431和第二电力单元1443断开的状态。
具有预定频率和预定振幅的初始信号可以输入到第二栅极驱动器1423，并且其相位通过第一反相器缓冲器1411被转换的信号可以输入到第一栅极驱动器1421。
接收具有彼此相反的相位的信号的第一栅极驱动器1421和第二栅极驱动器1423可以以预定频率的周期来控制第一放大单元1431和第二放大单元1433，以被设置成以下状态：第一放大单元1431和第二放大单元1433电连接至第一电力单元1441和第二电源1443，或与第一电力单元1441和第二电源1443断开。
例如，与第二栅极驱动器单元同时接收初始信号的第一栅极驱动器1421可以控制第一放大单元1431，以转变成第一放大单元电连接至第一电力单元1441的状态，并且第二栅极驱动器1423可以控制第二放大单元1433，以转变成第二放大单元与第二电力单元1443电断开的状态。
在这种情况下，电流从第一线圈L1的上部向下流动。
此外，当第一栅极驱动器1421在经过预定时间之后接收到初始信号时，第一栅极驱动器可以控制第一放大单元1431，以转变成第一放大单元与第一电力单元1441电断开的状态。
第二栅极驱动器1423可以控制第二放大单元1433，以转变成第二放大单元电连接至第二电力单元1443的状态，因此电流可以从第一线圈L1的下部部分向上流动。
第一线圈L1的下部部分可以指第一线圈L1电连接至第二电源部1443的点。第一线圈L1的上部部分可以指第一线圈L1电连接至第一电力单元1441的点。
此时，由第一电力单元1441和第二电力单元1443输入的初始信号的振幅被放大预定倍数，并且与初始信号具有相同频率的电流流过第一线圈L1。
假定初始信号的周期为T，流过第一线圈L1的电流的方向可以以T/2的周期反向。
如图所示，第二线圈L2还可以与第一线圈L1包括相同的独立电路。因此，具有放大了初始信号的预定倍数的振幅的电流和具有与初始信号相同频率的电流可以流过线圈L2。
当第一反相器缓冲器1411和第二反相器缓冲器1413被主控制器150转变成启用状态或禁用状态时，可以控制电流以选择性地流过第一线圈L1或第二线圈L2。
当然，该实施方式的主控制器150可以控制第一反相器缓冲器1411和第二反相器缓冲器1413两者以转变成启用状态，使得电流可以流过第一线圈L1和第二线圈L2两者，或者可以控制第一反相器缓冲器1411和第二反相器缓冲器1413两者以转变成禁用状态，使得电流不流过第一线圈L1和第二线圈L2中的任何一个。本公开内容的权利要求的范围不限于上述实施方式。
虽然如在实施方式中提供的那样在附图中示出了两个线圈L1和L2，但实施方式不限于此。用户可以提供两个或更多个线圈以及两个或更多个放大单元，其被配置成向线圈供给放大的电流，但是本公开内容的权利要求的范围不限于此。
可以省略附图中的电力单元与放大单元之间的电感器，或者可以添加其他元件。
然而，在这种情况下，反相器缓冲器1411和1413、栅极驱动器1423至1427以及放大单元1431至1437的数目增加了线圈L1和L2的数目，导致该实施方式的无线电力发射器的体积增大并且生产成本增加。
可以省略电连接至线圈L1和L2的电容器，或者可以添加其他元件，其可以是包括线圈和电容器的谐振器。
图12是示出根据本公开内容的另一实施方式的无线电力发射器的电路图。
参照图12，该实施方式的无线电力发射器可以包括：多个线圈L1和L2，其被配置成生成磁场；多个开关单元1451和1453，其被配置成控制流过多个线圈L1和L2的电流的接通/关断；主控制器150，其被配置成控制多个开关单元1451和1453的连接状态；以及放大单元1431和1433，其被配置成放大初始信号。
反相器缓冲器141、多个栅极驱动器1421和1423、放大单元1431和1433以及电力单元1441和1443与图11所示的实施方式的无线电力发射器的反相器缓冲器141、多个栅极驱动器1421和1423、放大单元1431和1433以及电力单元1441和1443相同，因此，将省略其详细描述。下面仅描述与前一实施方式的不同之处。
多个线圈L1和L2可以包括第一线圈L1和第二线圈L2。
第一线圈L1可以布置成使得其一端电连接至第一开关单元1451，其另一端电连接至第二开关单元1453。
第二线圈L2可以布置成使得其一端电连接至第一开关单元1451，其另一端电连接至第二开关单元1453。
可以通过第一开关单元1451和第二开关单元1453控制电流流过第一线圈L1或第二线圈L2。
例如，主控制器150可以使第一开关单元1451转变成将第一线圈L1的一端电连接至第一放大单元1431的状态，并且使第二开关单元1453转变成将第一线圈L1的另一端连接到第二放大单元1433的状态。
在这种情况下，电流流过第一线圈L1，但没有电流流过第二线圈L2。
相反，主控制器150可以使第一开关单元1451转变成将第二线圈L2的一端电连接至第一放大单元1431的状态，并且使第二开关单元1453转变成将第二线圈L2的另一端电连接至第二放大单元1433的状态。在这种情况下，没有电流流过第一线圈L1，但是电流流过第二线圈L2。
与图11中的无线电力发射器(其中，主控制器150使第一反相器缓冲器1411和第二反相器缓冲器1413转变成启用状态或禁用状态，使得电流同时或选择性地流过第一线圈L1或第二线圈L2)不同，图12所示的实施方式的无线电力发射器包括一个反相器缓冲器141，并且其主控制器150控制第一开关单元1451和第二开关单元1452，使电流同时或选择性地流过第一线圈L1或第二线圈L2。
与图11中所示的无线电力发射器不同，提供一个反相器缓冲器141以及仅两个与其电连接以放大初始信号的放大单元1431，以执行相同的功能，但是减小了发射器的面积，从而降低了成本。
然而，在该实施方式的无线电力发射器中，主控制器150需要操作第一开关单元1451和第二开关单元1453，以选择性地向第一线圈L1或第二线圈L2供给电流，因此可能增加功耗，从而降低能源效率。
在下文中，将参照图13和图14描述另一实施方式的无线电力发射器，其解决了作为图11的无线电力发射器的问题的发射器面积增大的问题，并且解决了作为图12的无线电力发射器的问题的根据由于开关单元的单独操作而导致功耗增大所引起的降低能源效率的问题。
图13是示出根据本公开内容的又一实施方式的无线电力发射器的电路图。
参照图13，该实施方式的无线电力发射器可以包括：多个线圈L1和L2，其被配置成生成磁场；多个放大单元1431、1433和1435，其被配置成控制流过多个线圈L1和L2的电流；多个反相器缓冲器1411和1413，其被配置成转换输入到放大单元1431、1433和1435的电流的相位；以及主控制器150，其被配置成使多个反相器缓冲器1411和1413转变成启用状态或禁用状态。
多个线圈L1和L2可以包括第一线圈L1和第二线圈L2。
第一线圈L1可以布置成使得其一端电连接至第一放大单元1431和第一电力单元1441，其另一端电连接至第二放大单元1433和第二电力单元1443。
第二线圈L2可以布置成使得其一端电连接至第二放大单元1433和第二电源1443，其另一端电连接至第三放大单元1435和第三电力单元1445。
第一放大单元1431可以布置成使得其一端电连接至第一线圈L1和第一电力单元1441，其另一端电连接至第一栅极驱动器1421。第二放大单元1433可以布置成使得其一端电连接至第二电力单元1443、第一线圈L1和第二线圈L2，其另一端电连接至第二栅极驱动器1423。第三放大单元1435可以布置成使得其一端电连接至第三电力单元1445和第二线圈L2，其另一端电连接至第三栅极驱动器1425。
主控制器150可以控制第一反相器缓冲器1411和第二反相器缓冲器1413，以转变成启用状态或禁用状态。
关于控制第一反相器缓冲器1411和第二反相器缓冲器1413转变成启用状态或禁用状态以使电流流过第一线圈L1或第二线圈L2中的至少一个的主控制器150的操作，将参照图14A和图14B给出更详细的描述。
虽然在图13中上述实施方式的无线电力发射器被示出为包括与第一线圈L1和第二线圈L2对应的两个线圈，但实施方式不限于此。用户可以配置无线电力发射器以包括两个或更多个线圈，这不限制本公开内容的权利要求的范围。
与图11所示的无线电力发射器(其需要四个放大单元143和栅极驱动器142来控制流过两个线圈的电流)不同，第二放大单元1431同时电连接至第一线圈L1和第二线圈L2，并且因此可以在控制流过两个线圈的电流时仅使用三个放大单元143和栅极驱动器142来控制流过两个线圈L1和L2的电流。相应地，可以通过减少放大单元143和栅极驱动器142的数目来使该实施方式的无线电力发射器变得紧凑。
此外，与图12所示的无线电力发射器(其中，流过线圈L1和L2的电流由被主控制器150控制的开关单元控制)不同，该实施方式的无线电力发射器省略了消耗电力的开关单元，因此具有减少不必要的电力损失的技术特征。
当设置在该实施方式的无线电力发射器中的线圈的数目不限于两个而是大于两个时，上述效果会更明显。
例如，用户可以扩展本公开内容以包括包含第一线圈L1和第二线圈L2的n个线圈。在这种情况下，该实施方式的无线电力发射器可以包括第一线圈L1至第n线圈Ln。
在这种情况下，反相器缓冲器141可以包括n个反相器缓冲器141，其是第一反相器缓冲器1411至第n反相器缓冲器141(2n-1)，并且栅极驱动器142可以包括n-1个栅极驱动器142，其是第一栅极驱动器1421至第(n+1)个栅极驱动器124(2n+1)。放大单元143可以包括n+1个放大单元143，其是第一放大单元1431到第(n+1)放大单元143(2n+1)，并且电力单元144可以包括n+1个电力单元144，其是第一电力单元1441至第(n+1)电力单元144(2n+1)。
假设在该实施方式的无线电力发射器中布置有n个线圈，则需要n+1个栅极驱动器142和n+1个放大单元143。
另一方面，如果在图11所示的无线电力发射器中布置有n个线圈，可能分别需要2n个栅极驱动器142和2n个放大单元143。
相应地，与图11的无线电力发射器相比，该实施方式的无线电力发射器可以省略(n-1)个栅极驱动器142和放大单元143，并且因此可以减少n-1个栅极驱动器143和n-1个放大单元143所占据的面积以及n-1个栅极驱动器142和放大单元143的成本。
在下文中，将描述控制第一反相器缓冲器1411和第二反相器缓冲器1413转变成启用状态或禁用状态以使电流流过第一线圈L1或第二线圈L2中的至少一个的主控制器150的操作。
图14A和图14B示出了根据主控制器的控制来发送谐振器线圈的操作。
参照图14A和图14B，该实施方式的主控制器150可以执行控制操作，以启用第一反相器缓冲器1411并且禁用第二反相器缓冲器1413，使得电流流过第一线圈L1。
更具体地，当主控制器150启用第一反相器缓冲器1411时，流入第一栅极驱动器1421的电流的相位和流入第二栅极驱动器1423的电流的相位可以彼此相差180°。
为了简单起见，电流之间的180°相位差仅是说明性的，并不旨在限制本公开内容的范围。用户可以根据需要改变电流的相位差。
当具有180°相位差的电流流入第一放大单元1431和第二放大单元1433时，第一电流iL1可以通过以与180°相位差对应的周期改变该电流的方向而流过第一线圈L1。
然而，由于主控制器150禁用第二反相器缓冲器1423，所以流入第二栅极驱动器1423的电流的相位和流入第三栅极驱动器1425的电流的相位是相同的。
因此，当没有相位差的电流流入第二放大单元1433和第三放大单元1435时，没有电流可以流过第二线圈L2。
在与图14A所示的实施方式相反的图14B所示的实施方式中，主控制器150禁用第一反相器缓冲器1411并且启用第二反相器缓冲器1413，使得电流仅流过第二线圈L2。
如果需要，则用户可以使主控制器150仅启用或禁用第一反相器缓冲器1411或第二反相器缓冲器1413，以使电流选择性地流过期望的线圈L1、L2。
如图13、图14A和图14B所示，该实施方式的无线电力供应装置包括至少一个线圈L1、L2，并且选择性地或同时地向至少一个线圈供给电流。
在本说明书中，为了简单起见，描述了提供两个线圈和三个放大单元。然而，应当注意，线圈、放大单元和其他部件的数目不限于如上所述的两个或三个，并且不限制本公开内容的范围，并且用户可以减少或增加实施方式的部件的数量，以实现该实施方式的目的。
对于本领域技术人员而言明显的是，在不脱离本公开内容的精神和本质特征的情况下，本公开内容可以以在本文中所阐述的形式之外的特定形式来实现。因此，上述实施方式应当在所有方面被解释为说明性而非限制性的。本公开内容的范围应当由所附权利要求和它们的法律等同物来确定，并且落入所附权利要求的含义和等同范围内的所有变化都旨在被包含在其中。
工业适用性
本公开内容适用于具有多个传输线圈的无线电力传输装置。

Claims (15)

1.一种无线电力供应装置，包括：
n个传输线圈，用于传输磁场；
频率发生器，其被配置成提供具有预定操作频率的AC信号；
n个反相器缓冲器，其被配置成使所述AC信号的相位移位；
主控制器，其被配置成启用或禁用所述反相器缓冲器；
n+1个放大单元，其被配置成放大所述AC信号；以及
n+1个栅极驱动器，其被配置成基于输入至所述栅极驱动器的AC信号的相位来控制所述放大单元。
2.根据权利要求1所述的无线电力供应装置，其中，所述放大单元包括至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
3.根据权利要求1所述的无线电力供应装置，其中，当所述AC信号的周期为T时，以T/2时段的周期使流过所述传输线圈的电流反向。
4.根据权利要求1所述的无线电力供应装置，其中，所述栅极驱动器中的每一个的一端电连接至所述反相器缓冲器，而所述栅极驱动器中的每一个的另一端电连接至所述放大单元。
5.根据权利要求1所述的无线电力供应装置，其中，n个放大单元中的n-2个放大单元电连接至所述传输线圈中的彼此不同的两个或更多个传输线圈。
6.根据权利要求1所述的无线电力供应装置，其中，n个放大单元中的两个放大单元电连接至所述传输线圈中的仅一个传输线圈。
7.一种无线电力供应装置，包括：
多个传输线圈，用于传输磁场；
频率发生器，其被配置成提供具有预定操作频率的AC信号；
多个反相器缓冲器，其被配置成使所述AC信号的相位移位；
主控制器，其被配置成启用或禁用所述反相器缓冲器；
多个放大单元，其被配置成放大所述AC信号；以及
多个栅极驱动器，其被配置成基于输入至所述栅极驱动器的AC信号的相位来控制所述放大单元，
其中，所述放大单元中的至少一个电连接至所述多个传输线圈。
8.根据权利要求7所述的无线电力供应装置，其中，所述传输线圈包括第一传输线圈和第二传输线圈，
其中，所述放大单元包括第一放大单元至第三放大单元，
其中，所述第一传输线圈的一端和所述第二传输线圈的一端电连接至所述第二电流放大单元。
9.根据权利要求8所述的无线电力供应装置，其中，所述第一传输线圈的一端电连接至所述第一电流放大单元，而所述第一传输线圈的另一端电连接至所述第二电流放大单元，
其中，所述第二传输线圈的一端电连接至所述第二电流放大单元，而所述第二传输线圈的另一端电连接至所述第三电流放大单元。
10.根据权利要求9所述的无线电力供应装置，其中，所述放大单元包括至少一个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
11.根据权利要求7所述的无线电力供应装置，其中，所述栅极驱动器的数目等于所述电流放大单元的数目。
12.根据权利要求10所述的无线电力供应装置，其中，所述栅极驱动器包括第一栅极驱动器至第三栅极驱动器，
其中，所述第一栅极驱动器的一端电连接至所述第一反相器缓冲器，而所述第一栅极驱动器的另一端电连接至所述第一电流放大单元，
其中，所述第二栅极驱动器的一端电连接至电流源，而所述第二栅极驱动器的另一端电连接至所述第二电流放大单元，
其中，所述第三栅极驱动器的一端电连接至所述第二反相器缓冲器，而所述第三栅极驱动器的另一端电连接至所述第三电流放大单元。
13.一种无线电力供应装置，包括：
第一传输线圈至第三传输线圈，用于传输磁场；
频率发生器，其被配置成提供具有预定操作频率的AC信号；
第一反相器缓冲器至第三反相器缓冲器，其被配置成使所述AC信号的相位移位；
主控制器，其被配置成启用或禁用所述反相器缓冲器；
第一放大单元至第四放大单元，其被配置成放大所述AC信号；以及第一栅极驱动器至第四栅极驱动器，其被配置成基于输入至所述第一栅极驱动器至第四栅极驱动器的AC信号的相位来控制所述放大单元，
其中，所述放大单元中的至少一个电连接至所述传输线圈。
14.根据权利要求13所述的无线电力供应装置，其中，第n个传输线圈的一端电连接至第n个放大单元，
其中，所述第n个传输线圈的另一端电连接至第(n+1)个放大单元。
15.根据权利要求14所述的无线电力供应装置，其中，所述第n个放大单元电连接至第n个栅极驱动器，
其中，第n个反相器缓冲器的一端电连接至所述第n个栅极驱动器，
其中，所述第n个反相器缓冲器的另一端电连接至第(n+1)个栅极驱动器。
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