CN109217481B - 无线电力发射器、接收器及控制无线电力发射器的方法 - Google Patents

无线电力发射器、接收器及控制无线电力发射器的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种无线电力发射器，被配置为与无线电力接收器通信以传输电力给该无线电力接收器，该无线电力发射器包括至少一个传感器和调整电路，该至少一个传感器被配置为测量该无线电力发射器的至少一个操作条件，以及，该调整电路被配置为根据该无线电力发射器的至少一个操作条件适应性地调整至少一个无线电力传输参数。相应地，本发明还提供了一种控制无线电力发射器的方法以及一种无线电力接收器。采用本发明，可以提高无线电力系统操作的灵活性。

Description

无线电力发射器、接收器及控制无线电力发射器的方法
技术领域
本发明涉及一种无线电力传输(wireless power transmission)，以及更特别地，涉及一种使无线电力传输参数自适应于(adapt…to)发射器的操作条件(operatingcondition)。
背景技术
无线电力传输系统因其无需电线或连接器就可以传送电力的便捷性而越来越普及。目前，无线电力传输系统可分为两大类：磁感应(magnetic induction)系统和磁谐振(magnetic resonance)系统。这两种系统都包括无线电力发射器(wireless powertransmitter，WP TX)和无线电力接收器(wireless power receiver，WP RX)。此类系统能被用来给移动设备(例如，智能手机、平板计算机或汽车应用以及其他应用)供电或充电。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种无线电力发射器、一种控制无线电力发射器的方法以及一种无线电力接收器，以提高无线电力系统操作的灵活性。
第一方面，本发明提供了一种无线电力发射器，被配置为与无线电力接收器通信以传输电力给该无线电力接收器，该无线电力发射器包括至少一个传感器和调整电路，该至少一个传感器被配置为测量该无线电力发射器的至少一个操作条件，以及，该调整电路被配置为根据该无线电力发射器的至少一个操作条件适应性地调整至少一个无线电力传输参数。
在一些实施例中，该调整电路还被配置为：确定该无线电力发射器的至少一个操作条件是否超出对应的预定值。
在一些实施例中，该调整电路还被配置为：当确定出该无线电力发射器的至少一个操作条件超出该对应的预定值时，设置具有第一时间间隔的第一时间段。
在一些实施例中，该调整电路还被配置为：发送第一消息给该无线电力接收器，该第一消息指示该无线电力发射器的至少一个操作条件超出该对应的预定值。
在一些实施例中，该第一消息还包括用于功率合约协商和/或预测的最大电力能力的请求。
在一些实施例中，该调整电路还被配置为将该至少一个无线电力传输参数调整第一数值。
在一些实施例中，该调整电路还被配置为：在具有该第一时间间隔的该第一时间段到期时，确定该无线电力发射器的该至少一个操作条件是否仍然超出该对应的预定值。
在一些实施例中，若在具有该第一时间间隔的该第一时间段到期时确定出该无线电力发射器的该至少一个操作条件没有超出该对应的预定值，该调整电路还被配置为：设置具有第二时间间隔的第二时间段，以及，在具有该第二时间间隔的该第二时间段到期时，将该至少一个无线电力传输参数调整第二数值。
在一些实施例中，该第二时间间隔比该第一时间间隔长。
在一些实施例中，该第二数值小于该第一数值。
在一些实施例中，若在具有该第一时间间隔的该第一时间段到期时确定出该无线电力发射器的该至少一个操作条件仍超出该对应的预定值，该调整电路还被配置为：设置具有第一时间间隔的第二时间段，以及，发送第二消息给无线电力接收器，该第二消息指示该无线电力发射器的该至少一个操作条件超出该对应的预定值。
在一些实施例中，该无线电力发射器的该至少一个操作条件包括多个操作条件中的至少一个，该多个操作条件包括该无线电力发射器的内部温度、电源的特性和环境条件。
在一些实施例中，该至少一个无线电力传输参数包括多个无线电力传输参数中的至少一个，该多个无线电力传输参数包括该无线电力发射器的充电速率、无线电力传输频率、无线电力发射器的操作功率电平，以及无线电力接收器的输出电压和/或输出电流。
第二方面，本发明提供了一种控制无线电力发射器的方法，该无线电力发射器被配置为与无线电力接收器通信以传输电力给该无线电力接收器，该方法包括：监测该无线电力发射器的至少一个操作条件；以及，根据该无线电力发射器的至少一个操作条件适应性地调整至少一个无线电力传输参数。
第三方面，本发明提供了一种无线电力接收器，被配置为与无线电力发射器通信以接收来自该无线电力发射器的电力，其中，该无线电力接收器包括调整电路，该调整电路被配置为根据该无线电力发射器的至少一个操作条件适应性地调整至少一个无线电力传输参数。
在一些实施例中，该调整电路被配置为：接收来自该无线电力发射器的消息，该消息指示该无线电力发射器的至少一个操作条件超出对应的预定值；以及，响应从该无线电力发射器接收到的该消息调整该至少一个无线电力传输参数。
在一些实施例中，该调整电路被配置为请求充电器调整该至少一个无线电力传输参数。
在一些实施例中，该调整电路被配置为：接收来自该无线电力发射器的消息，该消息指示该无线电力发射器的至少一个操作条件超出对应的预定值；以及，响应于从该无线电力发射器接收到的该消息，基于负载线调整输出电压。
在一些实施例中，该无线电力发射器的该至少一个操作条件包括多个操作条件中的至少一个，该多个操作条件包括该无线电力发射器的内部温度、电源的特性和环境条件。
在一些实施例中，该至少一个无线电力传输参数包括多个无线电力传输参数中的至少一个，该多个无线电力传输参数包括该无线电力接收器的充电速率、无线电力传输频率、无线电力发射器的操作功率电平，以及该无线电力接收器的输出电压和/或输出电流。
采用本发明，至少一个无线电力传输参数自适应于无线电力发射器的至少一个操作条件改变，可以提高无线电力操作的灵活性。
本领域技术人员在阅读附图所示优选实施例的下述详细描述之后，可以毫无疑义地理解本发明的这些目的及其它目的。详细的描述将参考附图在下面的实施例中给出。
附图说明
通过阅读后续的详细描述以及参考附图所给的示例，可以更全面地理解本发明，其中：
图1A示出了常规的无限电力传输系统在操作条件下的操作点的等功率(equipower)曲线示意图；
图1B示出了常规的无限电力传输系统在不同的操作条件下的操作点的等功率曲线示意图；
图1C根据本发明一些实施例示出了无线电力传输系统的操作点的等功率曲线示意图；
图2根据本发明一些实施例示出了无线电力传输系统的示意图；
图3根据本发明一些实施例示出了无线电力传输系统的操作点的时间示意图；
图4根据本发明一些实施例示出了一种用于控制无线电力传输系统的流程示意图；
图5根据本发明一些实施例示出了使用图4的方法的无线电力传输系统的操作点的时间示意图；
图6根据本发明一些实施例示出了利用电子装置的动态功率限制特征控制无线电力传输系统的方法的流程示意图；
图7A根据本发明一些实施例示出了利用图6的方法控制无线电力传输系统的负载在线的操作点的示意图；
图7B根据本发明一些实施例示出了沿用图6的方法的示例性负载线的示意图。
在下面的详细描述中，为了说明的目的，阐述了许多具体细节，以便本领域技术人员能够更透彻地理解本发明实施例。然而，显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施一个或多个实施例，不同的实施例可根据需求相结合，而并不应当仅限于附图所列举的实施例。
具体实施方式
以下描述为本发明实施的较佳实施例，其仅用来例举阐释本发明的技术特征，而并非用来限制本发明的范畴。在通篇说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件，所属领域技术人员应当理解，制造商可能会使用不同的名称来称呼同样的元件。因此，本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区别元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区别的基准。本发明中使用的术语“元件”、“系统”和“装置”可以是与计算机相关的实体，其中，该计算机可以是硬件、软件、或硬件和软件的结合。在以下描述和权利要求书当中所提及的术语“包含”和“包括”为开放式用语，故应解释成“包含，但不限定于…”的意思。此外，术语“耦接”意指间接或直接的电气连接。因此，若文中描述一个装置耦接于另一装置，则代表该装置可直接电气连接于该另一装置，或者透过其它装置或连接手段间接地电气连接至该另一装置。
其中，除非另有指示，各附图的不同附图中对应的数字和符号通常涉及相应的部分。所绘制的附图清楚地说明了实施例的相关部分且并不一定是按比例绘制。
文中所用术语“基本”或“大致”是指在可接受的范围内，本领域技术人员能够解决所要解决的技术问题，基本达到所要达到的技术效果。举例而言，“大致等于”是指在不影响结果正确性时，技术人员能够接受的与“完全等于”有一定误差的方式。
本发明涉及用于保持(maintain)不间断的(uninterrupted)无线电力(power)传输的方法和系统，即便系统的操作条件(例如，包括但不限于，无线发射器的内部温度、电源的特性(power source’s characteristics)和环境条件(environmental condition))发生变化也仍能够保持不间断的无线电力传输。发明人已经认识并理解到，常规的无线电力接收器被配置为以尽可能高的速率(highest possible rate)进行充电，而不考虑互补的无线电力发射器的操作条件；以及，常规的无线电力发射器被配置为以互补的无线电力接收器所请求的充电速率来给互补的无线电力接收器充电，并且在无线电力发射器的操作条件超出阈值时突然切断(shut off)，造成很差的用户体验。例如，在汽车应用(automotiveapplication)中，当外部热量与内部增加的耗散结合时，周围条件(ambient condition)发生大幅变化，其主要导致无线电力发射器的内部温度上升。当内部温度高于预定的最大值时，常规的无线电力发射器会突然(abruptly)切断。在另一示例中，电池(例如，汽车电池)被用来给常规的无线电力发射器供电，当电池耗尽时无线电力发射器也会突然切断。
在一示例性场景中，如图1A所示，常规的无线电力发射器在环境温度Tamb_2下操作。当常规的无线电力发射器操作在功率电平P1上(操作点①)时，其内部温度为TTX_1。当常规的无线电力发射器操作在高于功率电平P1的功率电平P2上(操作点②)时，其内部温度为TTX_2，内部温度TTX_2高于TTX_1。当常规的无线电力发射器操作在功率电平P3上(操作点③)时，其内部温度为TTX_3，内部温度TTX_3高于TTX_1和TTX_2两者，且内部温度TTX_3超出无线电力发射器的最大安全操作温度(maximum safe operating temperature)TTX_max。从而，常规的无线电力发射器在操作点③处切断。此外，如图1A所示，当常规的无线电力发射器操作在功率电平P0上时，其内部温度为TTX_start。
在另一示例性场景中，如图1B所示，常规的无线电力发射器在环境温度Tamb_2(操作点①)下操作，其内部温度为TTX_1，TTX_1低于其最大安全操作温度TTX_max。当环境温度升高到Tamb_3时(操作点②)，常规的无线电力发射器仍以与操作点①相同的功率电平P1操作，从而，常规的无线电力发射器的内部温度达到TTX_3，其中，TTX_3高于其最大安全操作温度TTX_max。在这种情况下，常规的无线电力发射器会在环境温度升高到Tamb_3时切断。
发明人已经认识并理解到，监测(monitor)无线电力发射器的操作条件并且使无线电力传输参数适应于(adapt)无线电力发射器的操作条件能避免突然关断无线电力发射器从而保持不间断的无线电力传输，且能够提高无线电力传输系统操作的灵活性。本发明实施例提供了一种用于在不可预测的操作条件下进行不间断的无线电力传输的方法和系统，例如，在环境温度超出45℃或在-20℃和65℃之间变化的操作条件下。
在根据本发明一些实施例的一示例性场景中，如图1C所示，无线电力发射器在环境温度Tamb_2(操作点①)下操作，其内部温度为TTX_1，TTX_1低于无线电力发射器的最大安全操作温度TTX_max。当环境温度升高至Tamb_3时，若无线电力发射器仍继续以与操作点①相同的功率电平操作，则无线电力发射器的内部温度将达到TTX_3(操作点②)，TTX_3高于其最大安全操作温度TTX_max。本发明一些实施例中，在监测到无线电力发射器的内部温度超出最大安全操作温度TTX_max时，调整无线电力发射器操作的功率电平。例如，无线电力发射器将其操作功率降至功率电平P3(操作点③)，使其内部温度降至低于其最大安全操作温度TTX_max。然后，无线电力发射器将其操作功率增大到功率电平P4(操作点④)、P5(操作点⑤)，直到其内部温度达到或超出其最大安全操作温度TTX_max。因此，无线电力发射器在Tamb_3的环境温度下仍可以传输无线电力，而不是在环境温度达到Tamb_3时突然切断，如图1B所示。应当说明的是，为便于理解与说明，本发明实施例中的操作条件以无线电力发射器的内部温度为例，以及，阈值或预定值以最大安全操作温度为例，从而“超出阈值(或预定值)”意指内部温度高于或大于最大安全操作温度的情形，但本领域技术人员可以理解，对于不同的操作条件的参数，超出阈值(或预定值)可以是指低于或小于阈值(或预定值)的情形，即正常的操作情况应该是高于或大于该阈值(或预定值)的情形，具体地，本发明实施例不做任何限制。发明人已经认识并理解到，无线电力发射器的内部温度是指无线电力发射器在操作期间的温度，该温度的值受外部环境温度及操作模式的影响，例如，较高的外部环境温度导致较高的内部温度，再例如，无线电力发射器的操作功率变大时也会使得内部温度上升。
本发明提供了一种无线电力发射器，该无线电力发射器包括至少一个传感器(例如，图2中所示的传感器22和/或23)和调整电路(例如，图2中所示的控制器5、信号发生器9、逆变器3、匹配网络6、发射线圈10，具体地，本发明实施例不做任何限制)，该至少一个传感器被配置为测量该无线电力发射器的至少一个操作条件，以及，该调整电路被配置为根据该无线电力发射器的至少一个操作条件适应性地调整至少一个无线电力传输参数(例如，无线电力发射器的充电速率、无线电力传输频率、无线电力发射器的操作功率电平等等)。在一些实施例中，该调整电路确定该无线电力发射器的至少一个操作条件是否超出对应的预定值，当确定出该无线电力发射器的至少一个操作条件超出该对应的预定值时，设置具有第一时间间隔的第一时间段，并发送第一消息给该无线电力接收器，该第一消息指示该无线电力发射器的至少一个操作条件超出该对应的预定值。相应地，本发明提供了一种控制无线电力发射器的方法(或称为无线电力发射器的操作方法)，该无线电力发射器被配置为与无线电力接收器通信以传输电力给该无线电力接收器，该方法包括：监测该无线电力发射器的至少一个操作条件；以及根据该无线电力发射器的至少一个操作条件适应性地调整至少一个无线电力传输参数。此外，本发明还提供了一种无线电力接收器(如图2中所示的WP RX 11)，被配置为与无线电力发射器通信以接收来自该无线电力发射器的电力，其中，该无线电力接收器包括调整电路(例如，图2中所示的系统控制器18、DC-DC转换器15、接收线圈12、匹配网络13、整流器14等，具体地，本发明不做任何限制)，该调整电路被配置为根据该无线电力发射器的至少一个操作条件适应性地调整至少一个无线电力传输参数。在一些实施例中，该调整电路被配置为：接收来自该无线电力发射器的消息，该消息指示该无线电力发射器的至少一个操作条件超出对应的预定值，以及，响应从该无线电力发射器接收到的该消息调整该至少一个无线电力传输参数。在一些实施例中，该调整电路被配置为请求充电器调整该至少一个无线电力传输参数。在一些实施例中，该调整电路被配置为：接收来自该无线电力发射器的消息，该消息指示该无线电力发射器的至少一个操作条件超出对应的预定值，以及，响应于从该无线电力发射器接收到的该消息，基于负载线调整输出电压。
在一些实施例中，无线电力发射器被配置为监测其操作条件，以及，将无线电力发射器预测的(predicted)最大电力能力和/或无线电力发射器的操作条件超出阈值时的事件传达给无线电力接收器。在一些实施例中，当无线电力发射器向无线电力接收器传送操作条件超阈值(over-threshold operating condition)的事件，或者从无线电力接收器接收到降低充电速率的请求时，无线电力发射器降低其充电速率(例如，减少无线电力发射器操作的功率电平)并设置具有第一时间间隔的时间段，且在该具有第一时间间隔的时间段内采用降低后的充电速率(例如，无线电力发射器以减少后的功率电平进行操作)。在一些实施例中，充电速率(例如，无线电力发射器操作的功率电平)被减少第一数值(amount)。应当说明的是，在无线电力发射器中，充电速率可以体现为无线电力发射器的操作功率电平(或称之为操作功率)，具体地，本发明不做限制。应当说明的是，虽然以上描述以充电速率进行描述，但本发明并不限于充电速率这一种无线电力传输参数，而可以是其它任何合适的至少一个无线电力传输参数。例如，至少一个无线电力传输参数包括多个无线电力传输参数中的至少一个，该多个无线电力传输参数包括该无线电力发射器的充电速率、无线电力传输频率、无线电力发射器的操作功率电平，以及无线电力接收器的输出电压(或充电电压)和/或输出电流(或充电电流)。
在一些实施例中，若操作条件在具有第一时间间隔的第一时间段到期时仍然超出对应的阈值，则无线电力发射器可以再次利用信号与无线电力接收器通信，该信号指示无线电力发射器的操作条件超阈值的事件。在一些实施例中，无线电力发射器设置具有第三时间间隔的另一时间段，且在具有第三时间间隔的该另一时间段期间，无线电力发射器可以继续采用该降低后的充电速率(例如，减少后的功率电平)。第三时间间隔可以与第一时间间隔相同或不同。在另一些实施例中，无线电力发射器可以进一步降低其充电速率(例如，进一步减少无线电力发射器操作的功率电平)并设置具有第三时间间隔的另一时间段，且在具有第三时间间隔的该另一时间段期间，无线电力发射器采用被进一步降低后的充电速率(例如，被进一步减少后的功率电平)。也就是说，第三时间段中采用的充电速率(例如，无线电力发射器操作的功率电平)可以与第一时间段中的充电速率相同或不同，对此，本发明实施例不做任何限制。此外，第三时间间隔可以与第一时间间隔相同或不同。
在一些实施例中，当操作条件变得在其相应的阈值内时(即没有超出阈值时)，无线电力发射器可继续以该降低后的充电速率(例如，无线电力发射器当前操作的功率电平)运行具有第二时间间隔的时间段，其中，第二时间间隔比第一时间间隔长。在一些实施例中，第二时间间隔可以是第一时间间隔的倍数，例如1.5,2,3或任何合适的数量。在一些实施例中，无线电力发射器可以在具有第二时间间隔的时间段到期时增大其充电速率(例如，增大无线电力发射器操作的功率电平)。在一些实施例中，充电速率(例如，无线电力发射器操作的功率电平)可以被增大第二数值，第二数值小于第一数值，该第二数值可以是第一数值的一部分或为第一数值的百分比，例如，1％和50％之间，1％和20％之间，或任何合适的数量。
在一些实施例中，无线电力接收器被配置为在接收到来自无线电力发射器的消息时降低其充电速率。该消息指示无线电力发射器预测的最大电力能力和/或无线电力发射器的操作条件超出阈值。在一些实施例中，充电速率可被降低为初始充电速率的一部分，即小于初始充电速率，例如，被降低为在10％和99％之间，在20％和99％之间，在50％和99％之间，或者任何合适的数量。
图2示出了无线电力传输系统100的方框示意图。如图2所示，无线电力传输系统100包括无线电力发射器1和嵌入在移动设备16中的无线电力接收器11。应该理解的是，本申请不限于嵌入式无线电力接收器。在一些实施例中，无线电力接收器11可以是与移动设备16分离开的组件。
如图2所示，无线电力发射器1经由链路102与无线电力接收器(WP RX)11通信。无线电力接收器11也可以经由链路104与无线电力发射器1通信。链路102和104可以是通过任何合适的通信电路实现的带内或带外通信链路。任何合适的通信协议被用来经由发射器1和接收器11之间的链路102和104传送信息。经由链路102和/或104，信息被交换以控制无线电力传输。在一些实施例中，无线电力发射器1和无线电力接收器11可以经由链路102和104协商(negotiate)充电速率。
无线电力发射器1包括驱动电路(drive circuit)7，驱动电路7包括逆变器(inverter)3和匹配网络(matching network)6，其中，逆变器3通过匹配网络6驱动发射线圈(transmit coil)10。无线电力发射器1还包括电源(power source)2，电源2将调节后的直流(DC)电压提供给逆变器3。在一些实施例中，电源2响应于来自控制器5的控制激励而产生该调节后的DC电压。在一些实施例中，驱动电路7可以是D类或E类放大器，其将逆变器3的输入上的DC电压转换为交流(AC)输出电压，以驱动发射线圈10。产生的AC输出电压使能通过磁感应的无线电力传输。
无线电力发射器1包括传感器(sensor)22，其用于测量(measure)发射器1的内部操作条件，例如，包括但不限于，无线电力发射器(例如，可以通过测量匹配网络6和/或发射线圈10的温度获得)的内部温度。无线电力发射器1还包括传感器23，其用于测量无线电力发射器1的环境操作条件，例如，包括但不限于，环境温度、湿度(humidity)和诸如纬度的地理信息。无线电力发射器1根据传感器22和23测量得到的操作条件经由链路102与无线电力接收器11通信。
控制器5接收传感器22和23测量得到的操作条件，并根据测量得到的操作条件适应性地调整(adapt)至少一个无线电力传输参数，例如充电速率、无线电力传输频率、无线电力发射器的操作功率电平、发射电磁场的强度、无线电力接收器的输出电压(或充电电压)和/或输出电流(或充电电流)。充电速率可被无线电力传输频率调整。在一些实施例中，控制器5控制信号发生器(signal generator)9以利用选定的(selected)无线电力传输频率的信号来驱动逆变器3。作为一种示例，如果无线电力接收器11被设计成根据用于低功率Qi接收器的Qi规格接收无线电力，则逆变器3可以在100和205kHz之间的频率上切换以传输电力至无线电力接收器11，而对于中等功率的Qi接收器来说，逆变器3可以在80和300kHz之间的频率上切换，具体地，本发明不做限制。逆变器3可以在较高频率上切换，例如，在ISM频带内的大于1MHz的频率上，如6.675MHz至6.795MHz，以传输电力至被设计为使用磁谐振技术接收无线电力的接收器。然而，这些频率仅作为示例描述，因为根据任何合适的规格，可以以各种合适的频率发送无线电力，对此，本发明不做任何限制。
控制器5可以是模拟电路或数字电路。控制器5可以是可编程的(programmable)，并且可以命令或控制信号发生器9基于已存储的程序指令产生在期望的传输频率上的信号，使得逆变器3在该期望的传输频率上切换。匹配网络6通过呈现合适的阻抗给逆变器3可以促进无线电力传送。匹配网络6可以具有一个或多个电容性组件或电感性组件，或，电容性组件和电感性组件的任何适当组合。由于发射线圈10具有电感性阻抗，因此在一些实施例中，匹配网络6可以包括一个或多个电容性组件，当该电容性组件与发射线圈10的电感性阻抗相结合时，呈现适合于驱动发射线圈10的阻抗给逆变器3的输出。在一些实施例中，在无线电力传输期间，匹配网络6的谐振频率(resonant frequency)被设定为等于或大致等于逆变器3的切换频率(switching frequency)。发射线圈10可以通过任何合适类型的导体来实现。该导体可以是导线(wire)，包括实心导线或绞合线(Litz wire)，或图案化导体，如PC板或集成电路的图案化导体。
发射线圈10中的交流(AC)电流根据安培定律产生振荡磁场。根据法拉第定律，振荡磁场将AC电压感应到(induce)无线电力接收器11的接收线圈12中。接收线圈12中感应到的AC电压通过匹配网络13提供给整流器(rectifier)14，整流器14产生未经调节的直流(DC)电压。整流器14可以是同步(synchronous)整流器或者是使用二极管来实现的。未经调节的DC电压可以利用直流-直流(DC-DC)转换器15进行调节，DC-DC转换器15的输出被滤波且被作为输出电压Vout，输出电压Vout通过充电器17提供给移动设备电子装置19，其中，充电器17测量Vout。系统控制器18接收充电器17测量得到的电压Vout和电流表20测量得到的输出电流Io，并根据该测量得到的Vout和Io来控制DC-DC转换器15。在一些实施例中，DC-DC转换器15可以被线性调节器或电池充电器替代，或者被完全取消，即DC-DC转换器15是可选的。系统控制器18可以根据测量得到的Vout和Io来控制整流器14。无线电力接收器11根据测量得到的Vout和Io经由链路104与无线电力发射器1通信。在一些实施例中，无线电力接收器11在接收到来自无线电力接收器的指示无线电力发射器的操作条件超出对应的预定值的消息时请求充电器17调整其充电速率。
图3根据本发明一些实施例示出了无线电力传输系统的操作点①-⑩的时间示意图。图3示出了当无线电力传输系统的无线电力发射器的操作条件改变时，无线充电系统如何通过收敛于新的功率电平Pnew而进入动态平衡。例如，如图1C所示的示例性场景，当环境温度从Tamb_2增加到Tamb_3时，无线电力发射器可以收敛到新的功率电平P5而不是环境温度为Tamb_2时的功率电平P1。在一些实施例中，当无线电力发射器操作在不同的操作条件中时，例如，不同的环境温度、无线电力接收器请求的不同的功率电平，和/或无线电力发射器的不同的冷却速率，新的功率电平Pnew可以是动态改变的。
图4根据本发明一些实施例示出了一种用于控制无线电力传输系统(例如图2中描绘的无线电力传输系统100)的方法400有关的步骤的流程示意图。方法400可以包括反复(iterative)测量无线电力发射器(例如，无线电力发射器1)的操作条件，并且根据无线电力发射器测量得到的操作条件来适应性地调整无线电力传输系统的至少一个无线电力传输参数。
例如，方法400可以包括：监测无线电力发射器(TX)的内部温度(步骤402)，以及，确定无线电力发射器的内部温度是否超出预定值(步骤404)。在一些实施例中，该预定值可以是以上实施例中描述的最大安全操作温度，其可以是基于设计级(例如部件安全操作范围、用于散热的可用装置以及操作的有效性)设置的。
方法400还可以包括：当确定出无线电力发射器的内部温度超出预定值时，设置具有第一时间间隔的第一时间段(步骤406)，以及，将第一消息从无线电力发射器发送至无线电力接收器(例如，无线电力接收器11)(步骤408)。例如，无线电力发射器在第一时间段的期间发出一次(once)第一消息或警告消息给无线电力接收器，并检查第一时间段是否到期。第一消息或警告消息指示无线电力发射器的内部温度超出预定值。在一些实施例中，第一时间间隔与减少操作功率的请求有关，以及，在第一时间间隔的期间，从无线电力发射器到无线电力接收器的通信事件(第一消息)的数量被限制为预设次数，例如，一次，而不是在第一时间段内重复发送用以指示内部温度超阈值的第一消息，这是因为，无线电力发射器的冷却速度相对较慢。例如，第一时间间隔可以是三十秒、一分钟或任何合适的时间。无线电力发射器和/或接收器检查第一时间间隔的到期(expiration)，使得第一时间间隔到期之前被发送的消息数量能够被限制。例如，在第一时间间隔到期之前被发送的消息数量被限制为一个消息。理论上，第一时间间隔可被设计为足够长以用于将无线电力发射器的内部温度降至最大安全操作温度值之下而不需要再次发送指示内部温度超阈值的消息。
方法400可以进一步包括：当无线电力接收器接收到来自无线电力发射器的第一消息时，无线电力接收器发送消息给充电器(例如，充电器17)，以调整充电速率(步骤410)，以及，通过充电器调整无线电力传输系统的充电速率(例如，移动设备电子装置19的电池充电速率)(步骤412)。无线电力接收器可以在第一时间间隔期间和/或结束时将该消息发送给充电器。
方法400可以进一步包括：根据调整后的充电速率来调整无线电力传输系统的电力传输参数(步骤414)，从而，无线电力传输参数适应于新的充电速率。无线电力传输系统的电力传输参数可以包括无线电力发射器的操作功率电平、无线电力接收器的输出电压和/或输出电流，以及影响无线电力传输系统的充电速率的任何合适的参数。
图5根据本发明一些实施例示出了利用方法400的无线电力传输系统的操作点①-④的时间示意图。图5表明，当无线电力发射器的操作条件超出预定值时，无线电力传输系统的无线电力传输参数在时间上围绕新值(例如Pnew)变化，以保持无线电力发射器的操作条件在预定值之下。
在一些实施例中，在操作点①处，无线电力发射器的一操作条件超出对应的预定值。无线电力发射器和/或无线电力接收器设置具有第一时间间隔(t1)的第一时间段并将至少一个无线电力传输参数调整(例如，减小)第一数值，以进入操作点②。例如，在操作点①处，无线电力发射器设置具有第一时间间隔(t1)的第一时间段，并在第一时间段内发送第一消息给无线电力接收器，其中，该第一消息指示无线电力发射器的至少一个操作条件超出对应的预定值。无线电力接收器响应该第一消息而降低充电速率，以及，无线电力发射器将操作在被减小后的功率电平上(即操作点②处的功率电平)，这将使得无线电力发射器的温度慢慢降低。在操作点②处，确定出无线电力发射器的至少一个操作条件仍然超出对应的预定值。无线电力发射器和/或无线电力接收器设置具有第一时间间隔(t1，也可以是不同于t1的其它时间间隔，并不受限于此)的第二时间段，在第二时间段的期间，无线电力发射器和/或无线电力接收器进一步将该至少一个无线电力传输参数进一步调整(例如，减少)第一数值，以进入操作点③。在操作点③处，确定出无线电力发射器的该至少一个操作条件落入对应的预定值以下(即没有超出对应的预定值)。无线电力发射器和/或无线电力接收器设置具有第二时间间隔(t2)的时间段。在具有第二时间间隔的时间段到期时，无线电力发射器和/或无线电力接收器将该至少一个无线电力传输参数调整(例如，增大)第二数值，以进入操作点④。一些实施例中，在无线电力接收器中设置具有第二时间间隔(t2)的第二时间段，无线电力接收器在该第二时间段到期时增大充电速率。在一实施例中，第二时间间隔比第一时间间隔长，从而，无线电力接收器不会在无线电力发射器还没有被冷却下来时就尝试进入更高的功率操作模式。例如，无线电力接收器可以在接收到来自发射器的每个第一消息时设置第二时间段。另一实施例中，在无线电力发射器中设置该第二时间段，无线电力发射器设置的第二时间段的时间间隔可以不同于无线电力接收器设置的第二时间间隔，且可以是在开始功率合约重新协商之前的时间，该功率合约重新协商是一种报告无线电力发射器的良好条件以及使能更高操作模式的手段。在该另一实施例中，可以减少操作模式的频率来回改变。又一实施例中，可以在无线电力发射器和无线电力接收器中设置第二时间，此方法可以帮助提高无线充电的用户体验，使得无线充电具有更高的灵活性。在一些实施例中，第二数值小于第一数值。在操作点④处，由于无线电力发射器和/或无线电力接收器在操作点③处将该至少一个无线电力传输调整(例如，增大)了第二数值，所以无线电力发射器的该至少一个操作条件更接近对应的预定值。
例如，无线电力传输参数可以是无线电力接收器的充电电流。当系统中的无线电力接收器接收到指示无线电力发射器的内部温度超出其最大安全操作温度的消息时，无线电力接收器将其充电电流改变(例如，减少)一定的量，该一定的量可以是预定的。在一些实施例中，无线电力传输系统可以包括多个无线电力接收器。当多个无线电力接收器接收到指示无线电力发射器的内部温度超出其最大操作温度的消息时，该多个无线电力接收器将它们的充电电流改变不同的量或相同的量，具体地，本发明实施例不做任何限制。
图6根据本发明一些实施例示出了与用于控制无线电力传输系统的方法600相关联的步骤的流程示意图，该无线电力传输系统可以是如图2所示的无线电力传输系统100。方法600通过利用电子设备的动态功率限制特征来控制无线电力传输系统，能够提高无线充电系统的操作灵活性，避免无线充电过程中发射器的突然切断等。在一些实施例中，无线电力传输系统可以在多条负载线(load line)上操作。无线电力传输系统可将其操作点从第一负载线改变至第二负载线，以符合无线电力发射器的最大内部温度的限制。与图4所示的方法类似，方法600包括：监测无线电力发射器的内部温度，并确定无线电力发射器的内部温度是否超出设定的预定值等，为简洁起见，图6与图4的类似部分不再一一描述。
方法600还包括：当确定出无线电力发射器的内部温度超出预定值时，设置具有第一时间间隔的第一时间段(步骤606)，并将第一消息从无线电力发射器发送至无线电力接收器(步骤608)，例如，无线电力接收器11。例如，无线电力发射器在第一时间段的期间发出第一消息或警告信息给无线电力接收器，并检查第一时间段是否到期。该第一消息或该警告消息指示无线电力发射器的内部温度超出预定值。在一些实施例中，第一消息或该警告消息可以包括一系列消息(chain of messages)，该一系列消息包括请求功率合约协商(power contract negotiation)的消息，和/或指示无线电力发射器预测的最大电力能力的消息，和/或无线电力发射器的内部温度超出最大安全操作温度的消息。
方法600进一步包括：当无线电力接收器接收到来自无线电力发射器的第一消息时，基于负载线(load line)减少(步骤610)无线电力接收器的输出电压(例如，充电器的充电电压)，允许充电器(例如充电器17)调整无线电力传输系统的充电速率(例如，移动设备电子装置19的电池充电速率)。在一些实施例中，无线电力接收器在接收到无线电力发射器发出的警告消息时减少无线电力接收器的输出电压，例如，基于负载线(load line)来减少无线电力接收器的输出电压，允许移动设备的充电器将充电速率调整为较低值，其中，该较低值对应的功率电平没有超出无线电力发射器建议或预测的功率值。
图7A根据本发明一些实施例示出了方法600控制的无线电力传输系统的负载线702-708上的操作点①-⑤的示意图。图7B根据本发明一些实施例进一步示出了可以沿用方法600的示例性负载线的示意图，包括线性负载线710,712,718和非线性负载线714,716。如图7A和第7B所示，负载线示出了用于无线电力接收器、DC-DC转换器或充电器的输出电压Vo(充电电压)和输出电流Io(充电电流)之间的关系。随着输出电流的增加，输出电压可能会降低，增加或保持不变。
负载线与电路(例如，无线电力接收器、DC-DC转换器或充电器)的有效输出阻抗相关联。可以选择负载线来使得输出电压在最小输出电压(例如，Vo_min)和最大输出电压(例如，Vo_max1，Vo_max2)之间的范围内摆动，而不超出最大功率电平。单独的(individual)负载线具有相应的最大功率电平。例如，如图7A所示，最大功率电平PTXmax_1-PTXmax_4分别对应负载线702-708。负载线也可以被选择为使得该电路操作在最大可用的输出电流上，例如Io_max1-Io_max4。
在一些实施例中，当无线电力接收器从无线电力发射器接收到指示无线电力发射器的内部温度超出预定值的消息时，无线电力接收器基于负载线减小其输出电压。在图7A所示的示例中，在操作点①处，无线电力发射器以PTXmax_1操作。在操作点②，无线电力发射器的内部温度超出预定值。然后，无线电力发射器发送警告消息给无线电力接收器。响应于该警告消息，无线电力接收器可以将操作点移动到负载线706上的操作点③，其在更小的输出电流Io_max3和更小的功率电平PTXmax_3处实现了最小输出电压Vo_min。根据方法600，无线电力传输系统响应于无线电力发射器和接收器之间发送的消息，将其操作点从负载线706上的操作点③改变为负载线704上的操作点④，⑤。在一些实施例中，操作点的改变可以实现在接收器中、发射器中或部分在发射器中而部分在接收器中。
应当说明的是，尽管所示方法400和600使用无线电力发射器的内部温度作为无线电力发射器的操作条件的例子，但本领域技术人员可以理解，本申请在这方面不受限制。例如，无线电力发射器的操作条件可以包括电源的特性、环境条件和任何合适的其它操作条件等。
无线电力发射器1和无线电力接收器11包括用于执行上述动作(例如，图4和图6所示的方法)的控制器(例如，控制器5和/或系统控制器18)。这种控制器可以通过任何合适类型的电路来实现。例如，该控制器可以使用硬件或硬件和软件的组合来实现。当使用软件实施时，可以在任何合适的处理器(例如微处理器)或处理器集合上执行合适的软件代码。一个或多个控制器可以以多种方式来实现，诸如用专用硬件或用通用硬件(例如，一个或多个处理器)来实现，其使用微码或软件来编程以执行上述功能。
虽然本发明已经通过示例的方式以及依据优选实施例进行了描述，但是，应当理解的是，本发明并不限于公开的实施例。相反，它旨在覆盖各种变型和类似的结构(如对于本领域技术人员将是显而易见的)，例如，不同实施例中的不同特征的组合或替换。因此，所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以涵盖所有的这些变型和类似的结构。

Claims (18)

1.一种无线电力发射器，被配置为与无线电力接收器通信以传输电力给该无线电力接收器，该无线电力发射器包括：
至少一个传感器，被配置为测量该无线电力发射器的至少一个操作条件；以及
调整电路，被配置为：
在该无线电力发射器的至少一个操作条件超出对应的预定值时，发送第一消息给该无线电力接收器以使该无线电力接收器调整其至少一个操作参数，其中，该第一消息指示该无线电力发射器的至少一个操作条件超出该对应的预定值；以及，
在该无线电力接收器响应于该第一消息调整其至少一个操作参数之后，根据该无线电力接收器调整后的操作参数适应性地调整至少一个无线电力传输参数，以保持不间断的无线电力传输。
2.根据权利要求1所述的无线电力发射器，其特征在于，该调整电路还被配置为：确定该无线电力发射器的至少一个操作条件是否超出对应的预定值。
3.根据权利要求2所述的无线电力发射器，其特征在于，该调整电路还被配置为：当确定出该无线电力发射器的至少一个操作条件超出该对应的预定值时，设置具有第一时间间隔的第一时间段。
4.根据权利要求3所述的无线电力发射器，其特征在于，该第一消息还包括用于功率合约协商和/或预测的最大电力能力的请求。
5.根据权利要求3所述的无线电力发射器，其特征在于，该调整电路还被配置为将该至少一个无线电力传输参数调整第一数值。
6.根据权利要求5所述的无线电力发射器，其特征在于，该调整电路还被配置为：在具有该第一时间间隔的该第一时间段到期时，确定该无线电力发射器的该至少一个操作条件是否仍然超出该对应的预定值。
7.根据权利要求6所述的无线电力发射器，其特征在于，若在具有该第一时间间隔的该第一时间段到期时确定出该无线电力发射器的该至少一个操作条件没有超出该对应的预定值，该调整电路还被配置为：
设置具有第二时间间隔的第二时间段；以及，
在具有该第二时间间隔的该第二时间段到期时，将该至少一个无线电力传输参数调整第二数值。
8.根据权利要求7所述的无线电力发射器，其特征在于，该第二时间间隔比该第一时间间隔长。
9.根据权利要求7所述的无线电力发射器，其特征在于，该第二数值小于该第一数值。
10.根据权利要求6所述的无线电力发射器，其特征在于，若在具有该第一时间间隔的该第一时间段到期时确定出该无线电力发射器的该至少一个操作条件仍超出该对应的预定值，该调整电路还被配置为：
设置具有第一时间间隔的第二时间段；以及
发送第二消息给该无线电力接收器，该第二消息指示该无线电力发射器的该至少一个操作条件超出该对应的预定值。
11.根据权利要求1所述的无线电力发射器，其特征在于，该无线电力发射器的该至少一个操作条件包括多个操作条件中的至少一个，该多个操作条件包括该无线电力发射器的内部温度、电源的特性和环境条件，其中，该电源用于给该无线电力发射器供电。
12.根据权利要求1所述的无线电力发射器，其特征在于，该至少一个无线电力传输参数包括多个无线电力传输参数中的至少一个，该多个无线电力传输参数包括该无线电力发射器的充电速率、无线电力传输频率、无线电力发射器的操作功率电平，以及无线电力接收器的输出电压和/或输出电流。
13.一种控制无线电力发射器的方法，该无线电力发射器被配置为与无线电力接收器通信以传输电力给该无线电力接收器，该方法包括：
监测该无线电力发射器的至少一个操作条件；
在该无线电力发射器的至少一个操作条件超出对应的预定值时，发送第一消息给该无线电力接收器以使该无线电力接收器调整其至少一个操作参数，其中，该第一消息指示该无线电力发射器的至少一个操作条件超出该对应的预定值；以及，
在该无线电力接收器响应于该第一消息调整其至少一个操作参数之后，根据该无线电力接收器调整后的操作参数适应性地调整至少一个无线电力传输参数，以保持不间断的无线电力传输。
14.一种无线电力接收器，被配置为与无线电力发射器通信以接收来自该无线电力发射器的电力，其中，该无线电力接收器包括：
调整电路，被配置为接收来自该无线电力发射器的第一消息，该第一消息指示该无线电力发射器的至少一个操作条件超出对应的预定值；以及，响应于接收到该第一消息，调整其至少一个操作参数，以使该无线电力发射器根据该无线电力接收器调整后的操作参数适应性地调整至少一个无线电力传输参数，以保持不间断的无线电力传输。
15.根据权利要求14所述的无线电力接收器，其特征在于，该调整电路还被配置为请求充电器调整该至少一个无线电力传输参数，其中，该充电器位于该无线电力接收器和电子装置之间，且用于给该电子装置充电。
16.根据权利要求14所述的无线电力接收器，其特征在于，调整其至少一个操作参数包括：基于负载线调整输出电压。
17.根据权利要求14所述的无线电力接收器，其特征在于，该无线电力发射器的该至少一个操作条件包括多个操作条件中的至少一个，该多个操作条件包括该无线电力发射器的内部温度、电源的特性和环境条件，其中，该电源用于给该无线电力发射器供电。
18.根据权利要求14所述的无线电力接收器，其特征在于，该至少一个无线电力传输参数包括多个无线电力传输参数中的至少一个，该多个无线电力传输参数包括该无线电力接收器的充电速率、无线电力传输频率、无线电力发射器的操作功率电平，以及该无线电力接收器的输出电压和/或输出电流。
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