CN109804525B - 用于无线功率传递控制的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本公开内容的某些方面涉及用于控制无线功率传递的功率电平的方法和装置。某些方面提供了一种无线功率接收机。该无线功率接收机包括天线和整流器。该整流器包括第一二极管和第二二极管。无线功率接收机还包括与第一二极管并联的电阻器。该电阻器的第一端子耦合到第一二极管的第一端子。该电阻器的第二端子耦合到第一二极管的第二端子。

Description

用于无线功率传递控制的方法和设备
要求优先权
本专利申请要求享受于2016年8月19日递交的美国专利申请No.15/241,394的权益和优先权，其内容以引用方式整体地明确并入本文中。
技术领域
概括地说，本公开内容涉及无线功率传递，并且具体地，本公开内容涉及控制无线功率传递的功率电平。
背景技术
越来越多和各种各样的电子设备经由可充电电池来供电。这样的设备包括移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机外围设备、通信设备(例如，蓝牙设备)、数码相机、助听器、医疗植入物等。虽然已经改进了电池技术，但是电池供电的电子设备越来越需要并且消耗更多的功率量。因此，这些设备需要不断地再充电。可充电设备经常经由有线连接来充电，有线连接需要物理连接到电源的电缆或其它类似的连接器。电缆和类似的连接器有时可能是不方便的或笨重的，并且具有其它缺点。例如，无线功率传递系统可以允许用户在没有物理、电连接的情况下对电子设备充电和/或供电，因此减少了电子设备的操作所需要的组件的数量并且简化了电子设备的使用。
例如，诸如医疗植入物(例如，起搏器、神经调节设备、胰岛素泵等)的一些电池供电的设备可能位于/置于其中更换电池并不总是可行的区域中(例如，在体(诸如人体)内)。例如，为了替换用于医疗植入物的电池，可能需要执行外科手术，这是有风险的。因此，对这样的设备无线充电可能是更安全的。
此外，一些电子设备可能不是电池供电的，但是利用无线功率传递来为这样的设备供电可能仍然是有益的。具体地，无线功率的使用可以消除对于将电线/电缆附接到电子设备的需求，这种需求可能是不方便的并且在美学上是令人不愉快的。
不同的电子设备可能具有不同的形状、大小和功率要求。就工业设计和支持各种各样的设备而言，在构成无线功率发射机和/或无线功率接收机的组件(例如，磁线圈、充电板等)中具有不同的大小和形状存在灵活性。
发明内容
本公开内容的某些方面提供了一种无线功率接收机。所述无线功率接收机包括天线和整流器。所述整流器包括第一二极管和第二二极管。所述无线功率接收机还包括与所述第一二极管并联的电阻器。所述电阻器的第一端子耦合到所述第一二极管的第一端子。所述电阻器的第二端子耦合到所述第一二极管的第二端子。
本公开内容的某些方面提供了一种无线功率发射机，其包括：一个或多个天线，其被配置为：生成用于无线功率传递的无线场，以及基于所生成的无线场来接收信号。所述无线功率发射机还包括：第一滤波器，其被配置为选择所述信号的二次谐波。所述无线功率发射机还包括：第二滤波器，其被配置为选择所述信号的三次谐波。所述无线功率发射机还包括：第一检测器，其耦合到所述第一滤波器。所述无线功率发射机还包括：第二检测器，其耦合到所述第二滤波器。
本公开内容的某些方面提供了一种无线功率接收机。所述无线功率接收机包括天线和整流器。所述整流器包括第一二极管和第二二极管。所述无线功率接收机还包括与所述天线并联耦合的电容器。所述电容器的配置被配置为在所述无线功率接收机处选择性地生成谐波。
本公开内容的某些方面提供了一种用于控制无线功率发射机的方法。所述方法包括：在功率电平处生成用于无线功率传递的无线场。所述方法还包括：检测所生成的无线场的二次谐波和三次谐波的电平。所述方法还包括：基于检测到高于第一门限的所述二次谐波的电平，来将所述无线场的所述功率电平递增地增加。所述方法还包括：基于检测到高于所述第一门限的所述二次谐波的电平和高于第二门限的所述三次谐波的电平，来保持所述无线场的所述功率电平。
本公开内容的某些方面提供了一种无线功率接收机。所述无线功率接收机包括：包括电耦合到电容器的线圈的天线。所述天线被配置为感应地耦合来自无线场的功率，所述无线场在所述天线中感应出交流信号。所述无线功率接收机还包括：有源整流器，其被配置为基于所述交流信号来生成要应用于负载的直流信号。所述有源整流器的整流被控制为以不同的功率电平来选择性地调制谐波。
以下详细描述和附图提供了对本公开内容的本质和优点的更好的理解。
附图说明
关于以下的论述并且具体地关于附图，要强调的是，出于说明性论述的目的，所示的细节表示例子，并且是为了提供本公开内容的原理和概念性方面的描述而给出的。在这点上，并没有尝试示出超出对于本公开内容的基本理解所需要的内容的实现方式细节。以下论述结合附图使得可以如何实践根据本公开内容的实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。在附图中：
图1是根据说明性方面的无线功率传递系统的功能方块图。
图2是根据说明性方面的无线功率传递系统的功能方块图。
图3是根据说明性方面的、图2的包括功率发送或接收元件的发送电路或接收电路的一部分的示意图。
图4是根据本公开内容的某些方面的包括整流器的接收电路的部分的示意图。
图5是根据本公开内容的某些方面的发送电路的部分的方块图。
图6是根据本公开内容的某些方面的用于无线功率传递的示例性操作的流程图。
图7是根据本公开内容的某些方面的被配置为选择性地生成谐波的接收电路的部分的示意图。
图8是根据本公开内容的某些方面的被配置为选择性地生成谐波的接收电路的部分的示意图。
图9是根据本公开内容的某些方面的被配置为选择性地生成谐波的接收电路的部分的示意图。
图10是根据本公开内容的某些方面的被配置为选择性地生成谐波的接收电路的部分的示意图。
具体实施方式
在以下附图之间共同的绘图元素可以使用相同的附图标记来标识。
无线功率传递可以指代在没有使用物理电导体的情况下，将与电场、磁场、电磁场或以其它方式相关联的任何形式的能量从发射机传递给接收机(例如，可以通过自由空间传递功率)。输出到无线场(例如，磁场或电磁场)的功率可以由“功率接收元件”接收、捕获或耦合以实现功率传递。
图1是根据说明性方面的无线功率传递系统100的功能方块图。可以将输入功率102从电源(在该图中未示出)提供给发射机104，以生成用于执行能量传递的无线(例如，磁或电磁)场105。接收机108可以耦合到无线场105并且生成输出功率110，以用于由耦合到输出功率110的设备(在该图中未示出)存储或消耗。发射机104和接收机108可以分开达距离112。发射机104可以包括用于将能量发送/耦合到接收机108的功率发送元件114。接收机108可以包括用于接收或捕获/耦合从发射机104发送的能量的功率接收元件118。
在一个说明性方面中，发射机104与接收机108可以根据相互谐振关系来配置。当接收机108的谐振频率和发射机104的谐振频率基本相同或非常接近时，减小了在发射机104和接收机108之间的传输损耗。这样，可以在更大距离上提供无线功率传递。因此，谐振电感耦合技术可以允许在各种距离上以及在各种感应功率发送和接收元件配置的情况下的改进的效率和功率传递。
在某些方面中，无线场105可以对应于发射机104的“近场”。近场可以对应于在其中存在强反应场的区域，该强反应场由在功率发送元件114中的电流和电荷导致、从功率发送元件114最小限度地辐射功率。近场可以对应于在功率发送元件114的大约一个波长(或其一部分)内的区域。相反，远场可以对应于大于功率发送元件114的大约一个波长的区域。
在某些方面中，可以通过将在无线场105中的能量的大部分耦合到功率接收元件118，而不是将大部分能量以电磁波的形式传播到远场，来产生高效的能量传递。
在某些实现方式中，发射机104可以输出时变磁场(或电磁场)，其具有对应于功率发送元件114的谐振频率的频率。当接收机108在无线场105内时，时变磁(或电磁)场可以在功率接收元件118中感应出电流。如上所述，如果功率接收元件118被配置作为在功率发送元件114的频率处谐振的谐振电路，则可以高效地传递能量。可以对在功率接收元件118中感应的交流(AC)信号进行整流以生成直流(DC)信号，可以提供该直流信号以对负载充电或供电。
图2是根据另一说明性方面的无线功率传递系统200的功能方块图。系统200可以包括发射机204和接收机208。发射机204(在本文中也被称为功率传递单元，PTU)可以包括发送电路206，该发送电路206可以包括振荡器222、驱动器电路224和前端电路226。振荡器222可以被配置为生成在期望的频率(例如，基频)处的振荡器信号(也被称为振荡信号)，该期望的频率可以响应于频率控制信号223而调整。振荡器222可以向驱动器电路224提供振荡器信号。驱动器电路224可以被配置为基于输入电压信号(VD)225，以例如功率发送元件214的谐振频率来驱动功率发送元件214。驱动器电路224可以是被配置为从振荡器222接收方波并且输出作为驱动信号输出的正弦波的开关放大器。
前端电路226可以包括滤波器电路，该滤波器电路被配置为滤除谐波或其它不想要的频率。前端电路226可以包括匹配电路，该匹配电路被配置为将发射机204的阻抗与功率发送元件214的阻抗进行匹配。如下文将更详细地解释的，前端电路226可以包括调谐电路，该调谐电路用于与功率发送元件214一起形成谐振电路。作为驱动功率发送元件214的结果，功率发送元件214可以生成无线场205，以无线地输出足以用于对电池236充电或者以其它方式为负载供电的电平的功率。
发射机204还可以包括控制器240，其可操作地耦合到发送电路206并且被配置为控制发送电路206的一个或多个方面，或者完成与管理功率的传递相关的其它操作。控制器240可以是微控制器或处理器。控制器240可以被实现为专用集成电路(ASIC)。控制器240可以直接地或间接地可操作地连接到发送电路206的每个组件。控制器240还可以被配置为从发送电路206的组件中的每个组件接收信息，以及基于所接收的信息执行计算。控制器240可以被配置为生成针对这些组件中的每个组件的、可以调整该组件的操作的控制信号(例如，信号223)。这样，控制器240可以被配置为基于由其执行的操作的结果来调整或管理功率传递。发射机204还可以包括存储器(未示出)，该存储器被配置为存储数据，例如，诸如用于使得控制器240执行特定功能(诸如与对无线功率传递的管理相关的那些功能)的指令。
接收机208(在本文中也被称为功率接收单元，PRU)可以包括接收电路210，该接收电路210可以包括前端电路232和整流器电路234。前端电路232可以包括匹配电路，该匹配电路被配置为将接收电路210的阻抗与功率接收元件218的阻抗进行匹配。如将在下文解释的，前端电路232还可以包括调谐电路，该调谐电路用于与功率接收元件218一起形成谐振电路。整流器电路234可以从AC功率输入生成DC功率输出以对电池236充电，如在图2中所示出的。接收机208和发射机204可以另外地在单独的通信信道219(例如，蓝牙、Zigbee、蜂窝等)上进行通信。接收机208和发射机204可以替代地使用无线场205的特性，经由带内信令进行通信。
接收机208可以被配置为确定由发射机204发送并且由接收机208接收的功率量是否适于对电池236充电。在某些方面中，发射机204可以被配置为生成用于提供能量传递的具有直接场耦合系数(k)的显著非辐射场。接收机208可以直接耦合到无线场205，以及可以生成用于由耦合到输出或接收电路210的电池(或负载)236存储或消耗的输出功率。
接收机208还可以包括控制器250，该控制器250与如上述的发送控制器240类似地被配置用于管理无线功率接收机208的一个或多个方面。接收机208还可以包括存储器(未示出)，该存储器被配置为存储数据，例如，诸如用于使得控制器250执行特定功能(诸如与无线功率传递的管理有关的那些功能)的指令。
如上所论述的，发射机204和接收机208可以分开达某一距离，以及可以根据相互谐振关系来配置，以使得在发射机204和接收机208之间的传输损耗最小化。
图3是根据说明性方面的图2的发送电路206或接收电路210的部分的示意图。如在图3中所示出的，发送或接收电路350可以包括功率发送或接收元件352和调谐电路360。功率发送或接收元件352也可以被称为或被配置为天线或“环形”天线。术语“天线”通常指代可以无线地输出或接收用于耦合到另一天线的能量的组件。功率发送或接收元件352在本文中也可以被称为或被配置为“磁性”天线、或感应线圈、谐振器或谐振器的部分。功率发送或接收元件352还可以被称为被配置为无线地输出或接收功率的类型的线圈或谐振器。如本文所使用的，功率发送或接收元件352是被配置为无线地输出和/或接收功率的类型的“功率传递组件”的示例。功率发送或接收元件352可以包括空气磁芯或诸如铁氧体磁芯的物理磁芯(在该图中未示出)。
当功率发送或接收元件352被配置为谐振电路或具有调谐电路360的谐振器时，功率发送或接收元件352的谐振频率可以是基于电感和电容的。电感可以简单地是由形成功率发送或接收元件352的线圈和/或其它电感器生成的电感。电容(例如，电容器)可以由调谐电路360来提供，以在期望的谐振频率处生成谐振结构。作为非限制性的示例，调谐电路360可以包括电容器354和电容器356，其可以被添加到发送和/或接收电路350以生成谐振电路。
调谐电路360可以包括用于与功率发送或接收元件352一起形成谐振电路的其它组件。作为另一非限制性的示例，调谐电路360可以包括并联地放置在电路350的两个端子之间的电容器(未示出)。其它设计也是可能的。在一些方面中，在前端电路226中的调谐电路可以具有与在前端电路232中的调谐电路相同的设计(例如，360)。在其它方面中，前端电路226可以使用与在前端电路232中的不同的调谐电路设计。
对于功率发送元件，具有基本上对应于功率发送或接收元件352的谐振频率的频率的信号358可以是到功率发送或接收元件352的输入。对于功率接收元件，具有基本上对应于功率发送或接收元件352的谐振频率的频率的信号358可以是来自功率发送或接收元件352的输出。虽然本文所公开的方面通常可以涉及谐振无线功率传递，但是本领域普通技术人员将理解的是，本文所公开的方面可以在用于无线功率传递的非谐振实现方式中使用。
在一些方面中，当由具有无线功率接收机(例如，接收机208)的设备(例如，医疗植入物)从无线功率发射机(例如，发射机204)无线地接收功率(例如，能量)时，可以存在功率控制的方法以确保将正确的功率量从发射机204传递给接收机208。例如，具有接收机208的设备可以被配置为在特定电压(例如，4.2V)下操作/充电。然而，由发射机204生成固定强度的无线场205可能不会在接收机208处生成期望的电压。例如，在无线场205的任何给定强度下在发射机204和接收机208之间传递的功率量可能基于发射机204和接收机208之间的距离(和/或其它因素，例如发射机204和接收机208之间的材料等)而有所不同。因此，由接收机208为设备生成的功率(例如，电压)可以是基于针对来自发射机204的相同强度的无线场205的一个或多个因素可变的。例如，医疗植入物设备可以在身体中被植入在皮肤下的各种距离/位置处，并且具有不同的组织类型和厚度。因此，本文论述的某些方面涉及用于控制从无线功率发射机传递给无线功率接收机的功率以确保具有无线功率接收机的设备接收正确的电源的系统和方法。
在一些方面中，可以采用闭环功率控制方案来调整无线场205的强度，以确保在设备处的无线供电的功率(例如，电压)是期望的功率(例如，期望的电压)。例如，在一些方面中，无线接收机208可以被配置为主动地确定在接收机208处所接收的功率的功率电平，诸如在整流器234处的电压。例如，控制器250可以被配置为监测在整流器234处的电压。取决于在整流器234处的电压是高于还是低于期望的电压电平的范围，(例如，如由控制器250控制的)无线接收机208可以(例如，经由通信信道219或使用无线场205的带内信令)向无线发射机204发送反馈信息(例如，作为控制信号)，用于指示是否应当增加或降低无线场205的强度。如果在整流器234处的电压在期望的电压电平的范围内，则可以不发送控制信号。无线发射机204可以相应地接收控制信号并且调整无线场205的强度(例如，通过来自控制器240的控制)。
在一些方面中，在接收机208处的功率电平可能非常低，以及因此用于发送反馈信息的较高功率技术(例如，经由通信信道219或带内信令的较高功率通信)可能是不可行的。具体地，具有接收机208的设备可能无法主动地向发射机204发送反馈信息，因此发射机204不具有关于在正被充电的设备处的电压的信息，以及无法使用当前技术来调整无线场205的强度以确保该设备正在以正确的电压操作。例如，如果在设备处的电池完全放电，则在功率由在该设备处的无线接收机208从无线功率发射机204初始接收的时间与在该设备启动并且能够使用通信信道219(例如，经由无线单元)或(例如，如由控制器250控制的需要功率的)带内信令向发射机204发送反馈信息的时间之间，可能存在时间上的延迟(例如，10s)。在一些情况下，该设备可能不具有用于发送反馈信息的单元(例如，无线单元)。
因此，本公开内容的某些方面涉及用于无线功率传递的反馈机制，以便控制无线功率发射机的功率电平。具体地，如所论述的，接收机208包括整流器234，其用于从AC功率输入生成DC功率输出。本公开内容的某些方面涉及整流器，其被设计为提供关于在接收机208处的电压电平的反馈信息。具体地，某些方面涉及接收机208，其被配置为在整流期间生成谐波并且使用这样的谐波来与发射机204进行通信。例如，接收机208可以生成指示在接收机208处存在足够功率的某些谐波、或甚至任何其它信息(例如，接收机208的其它状态信息)。在某些方面中，发射机204可以检测这样的谐波(例如，经由天线，诸如发送元件214)。在某些方面中，对谐波的检测可以向发射机204指示经配置的并且能够接收无线功率的设备(例如，接收机208)存在并且正在吸收无线功率。在某些方面中，对谐波的检测可以指示如所论述的其它信息。
图4是根据本公开内容的某些方面的包括整流器的接收电路400的部分的示意图。接收电路400可以对应于接收机208的部分。如所示出的，接收电路400包括接收天线(例如，电感器、线圈、接收元件352等)402。此外，接收电路400包括耦合电容器(CC)404和并联谐振电容器(CS)406(例如，300pF)。CC 404可以是大值(例如，260pF)的电容器并且被配置为将AC功率耦合到整流器420。可以提供电容器404和406以在期望的谐振频率处生成谐振结构。
接收电路400还包括滤波电容器(Cf)408(例如，.01μF)，其可以被配置为对所传递的功率进行滤波/平滑。此外，示出了由接收电路400供电的负载(例如，电池、植入物设备等)的等效电阻RL(例如，1kΩ)。在某些方面中，接收电路400包括可选的二极管410(例如，齐纳二极管)，其被配置为充当电压钳位。此外，示出了电容器和天线的寄生电阻RP(例如，1Ω)。
整流器420包括串联耦合的第一二极管422和第二二极管424。此外，整流器420包括与第二二极管424并联耦合的电阻器(RS)426(例如，高值电阻器，诸如100kΩ)，其中RS426的第一端子耦合到第二二极管424的第一端子，以及RS 426的第二端子耦合到第二二极管424的第二端子。在某些方面中，第一二极管422和第二二极管424被配置为充当倍压整流器或其一部分。
整流器420的特性可以用作关于在接收电路400处的电压电平的反馈信息(例如，在连接到接收电路400的负载处的电压)。例如，随着由天线402从无线功率发射机(例如，发射机204)接收的功率上升，第一二极管422和第二二极管424的非线性特性使得第一二极管422和第二二极管424生成随着电压电平变化的谐波。在由天线402接收的低于第一门限(例如，.5V)的功率电平处，第一二极管422和第二二极管424都不导通，因为RS 426将在第一二极管422和第二二极管424之间的节点处的电压保持为低。因此，在接收电路400的负载处基本上不存在电压。
随着由天线402从无线功率发射机(例如，发射机204)接收的功率上升到高于第一门限但是低于第二门限(例如，比在RL上的电压高.5V)时，第二二极管424开始导通。具体地，与第二二极管424并联的RS 426使得第二二极管424在低于第一二极管422的功率电平处导通。随着第二二极管424导通，(例如，在特定基频处接收的)所接收的功率信号的二次谐波是由第二二极管424生成的并且通过天线402辐射回来。应当注意的是，二次谐波的这样的生成是基于第二二极管424的特性的，而不是由有源电路单独地生成的。从天线402辐射回来的这样的二次谐波可以是由无线功率发射机(例如，发射机204)可检测的，如本文所进一步论述的。在仅第二二极管424导通的功率电平处，在接收电路400的负载处的电压电平可以低于期望的电压电平。
此外，随着由天线402从无线功率发射机(例如，发射机204)接收的功率上升到高于第二门限，除了第二二极管424之外，第一二极管422开始导通。具体地，在这些较高的功率电平处，因为在第一二极管和第二二极管424之间的节点处的电压由第一二极管422和第二二极管424的钳位动作设置，RS 426对电路的影响变得最小。第一二极管422和第二二极管424生成所接收的功率信号的三次谐波。三次谐波通过天线402辐射回来。应当注意的是，三次谐波的这样的生成是基于第一二极管422和第二二极管424的特性的，而不是由有源电路单独地生成的。这样的三次谐波可以是由无线功率发射机(例如，发射机204)可检测的，如本文所进一步论述的。在第一二极管422和第二二极管424导通的功率电平处，在接收电路400的负载处的电压电平可以处于或接近于期望的电压电平。
无线功率发射机(例如，发射机204)可以被配置为检测从天线402辐射的(例如，反射的)二次和三次谐波，以及基于那些信号来控制由无线功率发射机发出的充电场的功率。在某些方面中，无线功率发射机可以利用二次谐波和三次谐波中的每一者的电平或二次谐波和三次谐波的比率来控制充电场的功率。
在某些方面中，发射机204可以被配置为生成干净(最小二次或三次谐波)的无线场205以向接收机208发送。例如，前端电路226可以包括滤波器电路，其被配置为从用于生成无线场205的信号中滤除二次和三次谐波。滤除这样的二次和三次谐波可以帮助防止来自发射机204的这样的二次和三次谐波被误认为是由接收机208生成的二次和三次谐波。随着无线场205的功率电平增加，以及第一二极管422和/或第二二极管424开始导通，发射机204可以从接收机208接收所辐射的谐波。发射机204可以使用与用于生成无线场205以接收所辐射的谐波的相同的功率发送元件214或者可以使用不同的元件(例如，天线、线圈等)。所辐射的谐波可以作为由接收机208生成的无线场的部分被接收，其可以包含诸如无线场205的其它信号。发射机204可以基于所接收的谐波来控制由无线功率发射机204发出的无线场205的功率，如本文所论述的。
图5是根据本公开内容的某些方面的发送电路500的部分的方块图。发送电路500可以对应于发射机204的部分。发送电路500可以用于从接收机208接收所辐射的谐波。如所示出的，发射机电路500包括天线(例如，功率发送元件214、单独的天线、线圈等)502。来自天线502的所接收的信号可以由放大器503放大并且分开，以及通过分别针对二次和三次谐波进行选择的两个单独的滤波器(例如，带式滤波器)。具体地，如所示出的，可以使所接收的信号通过第一滤波器504，该第一滤波器504可以包括用于使在信号中的对应于二次谐波的频率通过的带通滤波器。此外，如所示出的，可以使所接收的信号通过第二滤波器506，该第二滤波器506可以包括用于使在信号中的对应于三次谐波的频率通过的带通滤波器。
然后可以将第一滤波器504和第二滤波器506中的每一者的输出发送给一个或多个信号处理器(例如，信号检测器)508，以检测所接收的二次谐波和三次谐波的相对强度。在某些方面中，单独的信号处理器508可以用于检测二次谐波和三次谐波中的每一者。在某些方面中，单个信号处理器508可以被配置为检测二次谐波和三次谐波二者。可以将对强度的指示(例如，相对于一个或多个门限、绝对指示符、与强度成比例的电压输出等)从信号处理器508发送给控制器240(或另一处理器)，以调整无线场205的功率。在某些方面中，可以在单个芯片或单独的芯片上实现信号处理器508和控制器240。
控制器240可以基于对从接收机208接收的二次和三次谐波的强度的指示来控制无线场205的功率。具体地，在某些方面中，控制器240可以被配置为：当初始为设备供电时(例如，在发射机204和接收机208之间初始耦合时)将无线场205的功率递增地增加，直到所接收的二次谐波的强度高于第一门限，以及所接收的三次谐波的强度高于第二门限。然后，控制器240可以保持无线场205的强度，或者将无线场205的强度增加已知量，直到接收机208被完全供电。
图6是根据本公开内容的某些方面的用于无线功率传递的示例性操作600的流程图。
在605处，发射机204可以在初始功率电平(例如，最低功率电平)处生成无线场205，以将功率传递给接收机208。在某些方面中，在生成无线场205之前，发射机204可以测量在要生成的无线场205的谐波处的谐波电平(例如，二次和三次谐波)。在一些方面中，可以基于所测量到的谐波电平(将所测量到的谐波电平作为基线并且寻找达某个门限的增加)，来调整针对用于检测无线功率接收机、调整无线场205的功率电平等的二次谐波和三次谐波的门限。在610处，发射机204可以测量所接收的信号，该接收的信号可以包括从接收机208辐射的谐波。在某些方面中，发射机204可以在测量从接收机208辐射的谐波的同时保持生成无线场205。在某些方面中，发射机204可以在测量从接收机208辐射的谐波的同时暂时地停止生成无线场205(例如，通过使驱动器224掉电)，以及然后恢复为生成无线场205。在615处，发射机204确定在所接收的信号中的二阶谐波是否高于第一门限。如果二阶谐波不高于第一门限，则在620处，发射机204将无线场205的功率电平递增并且返回到615。
如果二阶谐波高于第一门限，则在625处，发射机204确定所接收的信号的三阶谐波是否高于第二门限。如果三阶谐波不高于第二门限，则在630处，发射机204将无线场205的功率电平递增并且返回到625。
如果三阶谐波高于第二门限，则操作600可以结束。发射机204可以保持无线场205的强度，或者将无线场205的强度增加已知量。具体地，一旦三阶谐波高于第二门限，接收机208的二极管就导通，以及在接收机208处接收足够的功率以用于具有接收机208的设备通电。可以通过用于反馈的其它手段和技术来实现对发射机204和接收机208的进一步控制。
在一些方面中，关于图4所论述的接收电路400可以被配置为使用无源电路来生成谐波，以及不需要任何有源电路(例如，开关)来生成谐波。因此，如所论述的，接收电路400可以不需要另外的功率来控制这样的有源电路以生成谐波，以及可以以非常低的功率电平工作。
在一些其它方面中，在接收机(例如，接收机208)处的接收电路可以被设计为具有一些有源电路，以在接收机208处选择性地生成谐波以与发射机204进行通信。发射机204可以(例如，利用发送电路500)检测由接收机208生成的谐波，以及将所接收的谐波解释为指示所传送的信息。具体地，通过利用一些有源电路，接收机208能够主动地控制何时以及如何生成谐波，因此几乎任何信息都能够由这样的谐波来指示。例如，在一些方面中，谐波的简单存在或不存在可以指示信息的单个比特(例如，接收机208是否具有足够的功率，接收机208是否正在正常地运行，等等)。此外，在一些方面中，可以对谐波进行修改(例如，调制或改变)以指示另外的信息(例如，对应于不同的调制或方差的信息比特)。例如，在一些方面中，可以通过调整无源二极管整流路径或者对通过在整流路径中的组件(例如，开关、电阻器等)的整流的其它修改来对谐波进行修改。例如，(例如，通过选择性地打开和关闭开关)切换串联电阻、负载、拓扑改变、谐振器的重新调谐等可以被全部执行，以对所生成的谐波进行修改。在一些方面中，可以通过切换(例如，通过选择性地打开和关闭开关)接收机208的有源整流器的一个或多个开关来对谐波进行调制，从而对谐波进行修改。可以基于由有源整流器生成的DC电流的功率电平来对谐波进行调制，以用信号向发射机204通知在接收机208处的功率电平。在一些方面中，本文所描述的技术可以利用低功耗技术来选择性地生成和/或修改谐波，以便在接收机208和发射机204之间传送信息，同时仍然处于比用于传送信息的其它有源电路技术更低的功率。
在一些方面中，由接收机208生成的谐波可以是偶次谐波(例如，2阶、4阶等等)(与奇次谐波相反)，以避免在发射机204处的用于从接收机208接收谐波的低信噪比，这是因为发射机204也可以在生成无线场205时生成奇次谐波。因此，在某些方面中，接收机208可以利用非线性组件(例如，具有作为电压的函数的电容的电容器，诸如反向偏置二极管结(例如，二极管或FET))来生成这样的偶次谐波。
图7是根据本公开内容的某些方面的被配置为选择性地生成谐波的接收电路700的部分的示意图。接收电路700可以对应于接收机208的部分。具体地，接收电路700可以具有与图4的接收电路400大部分相同的组件，如所示出的。然而，接收电路700还可以包括开关(例如，晶体管)728，其被配置为(通过选择性地打开和关闭开关728)选择性地将电阻器726与第二二极管724并联耦合。因此，接收电路700可以被配置为基于电阻器726是否与第二二极管724并联耦合来选择性地生成谐波(例如，二次和三次谐波)。例如，在一些方面中，可以在电阻器726与第二二极管724并联耦合时生成谐波，以及可以在电阻器726没有与第二二极管724并联耦合时不生成谐波。开关728可以由控制器(诸如控制器250)控制。
图8是根据本公开内容的某些方面的被配置为选择性地生成谐波的接收电路800的另一部分的示意图。接收电路800可以对应于接收机208的部分。具体地，接收电路800可以具有与图4的接收电路400大部分相同的组件，如所示出的。然而，接收电路800可以不包括接收电路400的电阻器426。此外，接收电路800可以另外包括选择性地与接收天线802并联耦合的电容器824。具体地，开关(例如，晶体管)828可以与电容器824串联耦合，以及被配置为(通过选择性地打开和关闭开关828)选择性地将电容器824与接收天线802并联耦合。此外，接收电路800可以另外包括与天线802串联耦合的电感器826，其中电容器824的耦合点处于接收天线802和电感器826之间。电容器824和电感器826可以被配置为充当可以阻挡或传递来自接收电路800的谐波的电磁干扰(EMI)滤波器。具体地，选择性地将电容器824与天线802并联耦合或去耦合可以断开或修改作为EMI滤波器的效果，以及因此阻挡或传递谐波。例如，如果电容器824与天线802并联耦合，则电感器826和电容器824可以阻止生成谐波。然而，如果电容器824没有与天线802并联耦合，则接收电路800可以生成谐波。开关828可以由控制器(诸如控制器250)控制。
图9是根据本公开内容的某些方面的被配置为选择性地生成谐波的接收电路900的另一部分的示意图。接收电路900可以对应于接收机208的部分。具体地，接收电路900可以具有与图4的接收电路400大部分相同的组件，如所示出的。然而，接收电路900可以不包括接收电路400的电阻器426。此外，接收电路900可以另外包括与接收天线902并联耦合的电容器924。在一些方面中，开关(例如，晶体管)928可以与电容器924串联耦合，以及被配置为(通过选择性地打开和关闭开关928)选择性地将电容器924与接收天线902并联耦合。电容器924可以具有非线性电容(例如，电容器924可以是变容可变电容器、变容管/二极管、FET等中的一者)。因此，如果电容器924与天线902并联耦合，则接收电路900可以生成偶次谐波。然而，如果电容器924没有与天线902并联耦合，则接收电路900可以不生成谐波。开关928可以由控制器(诸如控制器250)控制。在另一方面中，代替包括开关928的接收电路900，可以调整电容器924的电容(例如，电容器924可以包括可变电容器)以选择性地生成谐波。电容器924的电容可以由控制器(诸如控制器250)控制。
图10是根据本公开内容的某些方面的被配置为选择性地生成谐波的接收电路1000的另一部分的示意图。接收电路1000可以对应于接收机208的部分。具体地，接收电路1000可以具有与图4的接收电路400大部分相同的组件，如所示出的。然而，接收电路1000可以不包括接收电路400的电阻器426。此外，接收电路1000可以不包括形成无源整流器的第一二极管422和第二二极管424，而是替代地包括有源整流器(诸如使用晶体管1022和1024所示出的)。在一些方面中，可以对晶体管1022和1024的开关时序(打开和关闭)进行修改以调制谐波，同时仍然对从发射机204接收的功率的大部分功率进行整流。在一些其它方面中，晶体管1022和1024可以被选择性地启用和禁用，以选择性地启用和禁用整流。当启用整流时，可以生成谐波。当禁用整流时，可以不生成谐波。晶体管1022和1024可以由控制器(诸如控制器250)来控制。
发射机204可以被配置为接收由电路700-1000中的任何电路生成的这样的谐波，以及基于所接收的谐波来执行动作(例如，调整无线场205的强度)。例如，如上所论述的，接收机208的控制器250可以被配置为选择性地生成谐波以向发射机204传送发射机204可以用来执行动作的信息。
上文所描述的方法的各种操作可以由能够执行相应功能的任何适当的单元来执行。这些单元可以包括各种硬件和/或软件组件和/或模块，包括但不限于：电路、专用集成电路(ASIC)或处理器。通常，在存在图中所示出的操作的地方，那些操作可以具有带有类似编号的相应配对功能模块组件。
如本文所使用的，术语“确定”包括多种多样的动作。例如，“确定”可以包括计算、运算、处理、推导、调查、查找(例如，在表、数据库或另一数据结构中查找)、查明等等。此外，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问在存储器中的数据)等等。此外，“确定”可以包括解析、选择、选定、建立等等。
如本文所使用的，提及项目列表“中的至少一个”的短语指代那些项目的任意组合，包括单个成员。举例而言，“a、b或c中的至少一个”旨在涵盖a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c、以及与多个相同元素的任意组合(例如，a-a、a-a-a、a-a-b、a-a-c、a-b-b、a-c-c、b-b、b-b-b、b-b-c、c-c和c-c-c或者a、b和c的任何其它排序)。
结合本公开内容所描述的各种说明性的逻辑块、模块和电路可以利用被设计成执行本文所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、ASIC、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件(PLD)、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或者其任意组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是在替代方案中，处理器可以是任何商业可得的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP内核相结合的一个或多个微处理器、或者任何其它这样的配置。
本文所公开的方法包括用于实现所描述的方法的一个或多个步骤或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，这些方法步骤和/或动作可以彼此互换。换句话说，除非指定了步骤或动作的特定次序，否则，在不脱离权利要求的范围的情况下，可以对特定步骤和/或动作的次序和/或使用进行修改。
所描述的功能可以在硬件、软件、固件或其任意组合中实现。如果在硬件中实现，则示例性硬件配置可以包括在无线节点中的处理系统。处理系统可以利用总线架构来实现。总线可以包括任意数量的互连总线和桥接器，这取决于对处理系统的特定应用和总体设计约束。总线可以将包括处理器、机器可读介质和总线接口的各种电路链接在一起。总线接口还可以用于将网络适配器等经由总线连接至处理系统。网络适配器可以用于实现物理(PHY)层的信号处理功能。在用户终端的情况下，用户接口(例如，小型键盘、显示器、鼠标、操纵杆等)也可以连接至总线。总线还可以链接诸如时序源、外围设备、电压调节器、功率管理电路等等的各种其它电路，这些电路在本领域中是公知的，已经因此将不再进行任何进一步的描述。
处理系统可以被配置成通用处理系统，其具有提供处理器功能的一个或多个微处理器以及提供机器可读介质的至少部分的外部存储器，全部这些通过外部总线架构与其它支持电路链接在一起。替代地，处理系统可以利用具有处理器的ASIC、总线接口、用户接口(在接入终端的情况下)、支持电路、以及集成到单个芯片中的机器可读介质的至少部分来实现，或者利用一个或多个FPGA、PLD、控制器、状态机、门控逻辑、分立硬件组件、或者可以执行遍及本公开内容所描述的各种功能的任何其它适当的电路或电路的任意组合来实现。本领域技术人员将认识到的是，如何根据特定的应用和施加在整个系统上的总体设计约束来最佳地实现针对处理系统所描述的功能。
要理解的是，权利要求并不限于上文所示出的精确配置和组件。在不脱离权利要求的范围的情况下，可以对上文所描述的方法和装置的安排、操作和细节进行各种修改、改变和变化。

Claims (23)

1.一种无线功率接收机，包括：
天线；
整流器，其包括第一二极管和第二二极管；以及
电阻器，其与所述第一二极管并联，其中，所述电阻器的第一端子耦合到所述第一二极管的第一端子，并且其中，所述电阻器的第二端子耦合到所述第一二极管的第二端子，其中，所述第一二极管被配置为：当所述第一二极管导通并且所述第二二极管不导通时，生成二次谐波，并且其中，所述第一二极管和所述第二二极管被配置为：当所述第一二极管和所述第二二极管导通时，生成三次谐波。
2.根据权利要求1所述的无线功率接收机，其中，所述二次谐波的生成指示经由所述天线接收的第一功率电平，并且其中，所述三次谐波的生成指示经由所述天线接收的第二功率电平，其中，所述第二功率电平大于所述第一功率电平。
3.根据权利要求1所述的无线功率接收机，其中，所述无线功率接收机包括医疗植入物。
4.根据权利要求1所述的无线功率接收机，其中，所述天线与所述第一二极管并联耦合。
5.根据权利要求1所述的无线功率接收机，还包括：与所述电阻器串联耦合的开关，所述开关耦合在所述电阻器的第二端子和所述第一二极管的第二端子之间。
6.根据权利要求5所述的无线功率接收机，其中，所述整流器被配置为基于对所述开关的选择性打开和关闭来选择性地生成谐波。
7.根据权利要求1所述的无线功率接收机，其中，所述天线被配置为感应地耦合来自无线场的功率。
8.根据权利要求7所述的无线功率接收机，其中，所述无线场被配置为在所述天线中感应出交流信号，并且其中，所述整流器被配置为基于所述交流信号来生成要应用于负载的直流信号。
9.根据权利要求8所述的无线功率接收机，其中，在所述天线中感应出的所述交流信号的功率电平是基于所述无线功率接收机在体内的位置的，其中，所述无线功率接收机包括植入物。
10.根据权利要求7所述的无线功率接收机，其中，所述第一二极管被配置为：当所述第一二极管导通并且所述第二二极管不导通时，生成二次谐波，并且其中，所述第一二极管和所述第二二极管被配置为：当所述第一二极管和所述第二二极管导通时，生成三次谐波，并且其中，所述无线场的功率电平是基于所述二次谐波和所述三次谐波的生成的。
11.根据权利要求1所述的无线功率接收机，其中，所述天线包括电耦合到电容器的线圈。
12.一种无线功率发射机，包括：
一个或多个天线，其被配置为：生成用于无线功率传递的无线场，并且基于所生成的无线场来接收信号；
第一滤波器，其被配置为选择所述信号的二次谐波；
第二滤波器，其被配置为选择所述信号的三次谐波；
第一检测器，其耦合到所述第一滤波器；以及
第二检测器，其耦合到所述第二滤波器，以及耦合到所述第一检测器和所述第二检测器的控制器，其中，所述控制器被配置为基于所述第一检测器检测到所述信号的所述二次谐波来增加所述无线场的功率电平，其中，所述控制器被配置为基于所述第二检测器检测到所述信号的所述三次谐波来停止增加所述无线场的所述功率电平。
13.根据权利要求12所述的无线功率发射机，其中，所述第一检测器被配置为检测所述信号的所述二次谐波的强度，并且其中，所述第二检测器被配置为检测所述信号的所述三次谐波的强度。
14.根据权利要求13所述的无线功率发射机，还包括：耦合到所述第一检测器和所述第二检测器的控制器，其中，所述控制器被配置为基于所述信号的所述二次谐波的强度和所述信号的所述三次谐波的强度来调整所述无线场的功率电平。
15.根据权利要求12所述的无线功率发射机，还包括：耦合到所述第一检测器和所述第二检测器的控制器，其中，所述控制器被配置为：基于所述第一检测器检测到所述信号的所述二次谐波，来确定存在被配置为生成所述信号的所述二次谐波和所述三次谐波的无线功率接收机。
16.根据权利要求12所述的无线功率发射机，还包括：耦合到所述一个或多个天线中的至少一个天线的滤波器电路，其中，所述滤波器电路被配置为：从用于驱动所述一个或多个天线的驱动器输出的驱动信号中滤除对应于所述信号的所述二次谐波和所述三次谐波的频率。
17.根据权利要求12所述的无线功率发射机，还包括：驱动器，其被配置为驱动所述一个或多个天线以生成所述无线场；以及
控制器，其被配置为：
控制所述驱动器以便以功率电平驱动所述一个或多个天线，所述功率电平是初始功率电平；
控制所述第一检测器和所述第二检测器以检测所述信号的所述二次谐波和所述三次谐波；
控制所述驱动器以基于所述第一检测器检测到所述二次谐波高于第一门限来递增所述功率电平；以及
控制所述驱动器以基于所述第一检测器检测到所述二次谐波高于所述第一门限并且所述第二检测器检测到所述三次谐波高于第二门限来保持所述功率电平。
18.根据权利要求17所述的无线功率发射机，其中，所述控制器还被配置为：使所述驱动器掉电，并且在所述驱动器掉电时，控制所述第一检测器和所述第二检测器以检测所述信号的所述二次谐波和所述三次谐波。
19.根据权利要求12所述的无线功率发射机，其中，所述一个或多个天线中的至少一个天线包括电耦合到电容器的线圈。
20.根据权利要求19所述的无线功率发射机，还包括：
振荡器，其被配置为生成振荡信号；以及
驱动器电路，其基于所述振荡信号，以基本上对应于谐振电路的谐振频率的频率来驱动所述一个或多个天线中的所述至少一个天线，所述谐振电路包括电耦合到所述电容器的所述线圈。
21.一种用于控制无线功率发射机的方法，所述方法包括：
在功率电平处生成用于无线功率传递的无线场；
检测所生成的无线场的二次谐波和三次谐波的电平；
基于检测到二次谐波的电平高于第一门限来将所述无线场的所述功率电平递增地增加；以及
基于检测到二次谐波的电平高于所述第一门限和三次谐波的电平高于第二门限来保持所述无线场的所述功率电平。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括：在检测到所述二次谐波的电平和所述三次谐波的电平时不生成所述无线场。
23.根据权利要求21所述的方法，还包括：从用于驱动一个或多个天线的驱动信号中滤除对应于所述二次谐波和所述三次谐波的频率，所述一个或多个天线被配置为生成所述无线场。
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