CN110867937A - 无线电池充电期间的带外通信 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一种包括无线电能发射器和无线电能接收器的无线充电系统，其中所述无线电能接收器是手机等无线电子设备的一部分。所述无线电能接收器用于对所述无线电子设备的电池进行充电，并且可以同时包括降压充电器等闭环DC‑DC转换器和开关电容充电器等开环DC‑DC转换器。除了所述电能发射器与所述电能接收器之间的带内通信信道之外，所述系统还包括带外通信信道，所述电能发射器和所述电能接收器可以通过所述带外通信信道交换控制信号，有助于避免当使用所述开环DC‑DC转换器时所述带内通信信道中会发生的干扰。

Description

无线电池充电期间的带外通信
技术领域
本发明大体上涉及无线电池充电系统及其使用方法。
背景技术
在典型的Qi标准无线电池充电系统中，适配器将电源从AC电压转换为DC电压并将DC电压提供给无线电能发射器(TX)。无线电能TX通过电感耦合向无线电能接收器(RX)无线传输电能，无线电能RX对电能进行整流并向充电器提供DC电压。充电器通过稳流或稳压对可充电电池进行充电。
使用通信来控制系统的运行。在无线充电联盟(Wireless Power Consortium，WPC)开发的Qi标准中，通过对无线电能RX的线圈所见的负载进行调制来完成从无线电能RX到无线电能TX的通信，通过对发射电能信号的频率进行调制来完成从无线电能TX到无线电能RX的通信。前述两种类型的通信均为带内通信。无线电能TX与适配器之间的通信可以例如通过通用串行总线(universal serial bus，USB)电缆中的电线进行。
发明内容
根据本发明第一方面，提供了一种使用无线接收的电能对电池进行充电的装置。所述装置包括无线电能接收电路、一个或多个充电电路、天线以及控制器。所述无线电能接收电路包括接收线圈，所述无线电能接收电路用于使用所述接收线圈从无线电能发射器无线接收电能并据其产生直流(direct current，DC)输出电压。所述一个或多个充电电路包括第一充电电路，每一个包括一个电压输入端子和一个充电输出端子，所述一个或多个充电电路中的每一个的所述电压输入端子用于从所述无线电能接收电路接受所述DC输出电压，所述一个或多个充电电路中的每一个的所述充电输出端子用于耦合到电池的端子以向其提供相应充电电流。所述天线用于接收和传输带外控制信号。所述控制器用于使用通过所述无线电能接收电路的所述接收线圈交换的带内控制信号以及通过所述天线交换的所述带外控制信号与所述无线电能发射器通信，所述控制器还用于根据所述带外控制信号控制所述第一充电电路对耦合到所述第一充电电路的电池进行的充电。
可选地，在第二方面以及所述第一方面的扩展中，所述一个或多个充电电路包括闭环DC-DC转换器和开环DC-DC转换器，所述第一充电电路是所述开环DC-DC转换器。
可选地，在第三方面以及所述第二方面的扩展中，所述开环DC-DC转换器是开关电容充电器。
可选地，在第四方面以及所述第二或第三方面中的任一者的扩展中，所述闭环DC-DC转换器是降压充电器。
可选地，在第五方面以及所述第二至第四方面中的任一者的扩展中，所述控制器还用于根据所述带内控制信号控制所述闭环DC-DC转换器对耦合到所述闭环DC-DC转换器的电池进行的充电。
可选地，在第六方面以及所述第二至第五方面中的任一者的扩展中，所述控制器还用于根据所述带外控制信号控制所述闭环DC-DC转换器对耦合到所述闭环DC-DC转换器的电池进行的充电。
可选地，在第七方面以及所述第一至第六方面中的任一者的扩展中，所述控制器还用于通过以下方式为耦合到所述第一充电电路的所述电池执行充电操作：首先通过带内控制信号进行通信，随后通过带外控制信号进行通信。
可选地，在第八方面以及所述第一至第七方面中的任一者的扩展中，在根据所述带外控制信号控制耦合到所述第一充电电路的所述电池的充电后，所述控制器还用于根据带内控制信号控制所述一个或多个充电电路之一对所述电池进行的充电。
可选地，在第九方面以及所述第一至第八方面中的任一者的扩展中，所述一个或多个充电电路包括多个充电电路，其中所述充电电路之一根据带内控制信号对所述电池进行充电包括耦合到所述电池的第二充电电路对所述电池进行充电。
根据本发明另一方面，提供了一种为无线充电系统传输电能的装置。所述装置包括无线电能发射器、天线和控制器。所述无线电能发射器包括发射线圈，所述无线电能发射器用于接收输入直流(direct current，DC)电压并根据所述电压使用所述发射线圈向所述无线充电系统的接收电路的无线电能接收器无线传输电能。所述天线用于接收和传输带外控制信号。所述控制器用于使用通过所述无线电能发射器的所述发射线圈交换的带内控制信号以及通过所述天线交换的所述带外控制信号与所述接收电路通信，所述控制器还用于根据所述带外控制信号控制所述接收电路的第一充电电路对电池进行的充电。
根据本发明又一方面，提供了一种对无线电子设备的电池进行无线充电的方法。所述方法包括：从发射电路的无线电能发射器向接收电路的无线电能接收器无线传输电能波形，以及在所述接收电路的所述无线电能接收器处无线接收来自所述发射电路的所述无线电能发射器的所述电能波形。在所述无线电能发射器与所述无线电能接收器之间建立带外通信信道，通过所述带外通信信道在所述发射电路的天线与所述接收电路的天线之间交换带外控制信号。所述接收电路从所接收的电能波形产生直流(direct current，DC)输出电压，耦合到所述接收电路的电池按照所述带外控制信号通过所述DC输出电压进行充电。
根据本发明又一方面，提供了一种无线电子设备。所述无线电子设备包括无线电能接收电路、一个或多个充电电路、天线、电子组件以及控制器。所述无线电能接收电路包括接收线圈，所述无线电能接收电路用于使用所述接收线圈从无线电能发射器无线接收电能并据其产生直流(direct current，DC)输出电压。所述一个或多个充电电路包括第一充电电路，每一个包括一个电压输入端子和一个充电输出端子，所述一个或多个充电电路中的每一个的所述电压输入端子用于从所述无线电能接收电路接受所述DC输出电压，所述一个或多个充电电路中的每一个的所述充电输出端子用于耦合到电池的端子以向其提供相应充电电流。所述天线用于接收和传输带外控制信号。所述电子组件用于从所述电池中汲取电流，并且用于当正在使用所述第一充电电路对所述电池进行充电时从所述第一充电电路的输出中汲取电流。所述控制器用于使用通过所述无线电能接收电路的所述接收线圈交换的带内控制信号以及通过所述天线交换的所述带外控制信号与所述无线电能发射器通信，所述控制器还用于根据所述带外控制信号控制所述第一充电电路对耦合到所述第一充电电路的所述电池进行的充电。
根据本发明又一方面，提供了一种对无线电子设备的电池进行无线充电的方法。所述方法包括在发射电路与接收电路之间建立带内通信信道以根据Qi接口标准来交换控制信号。所述接收电路从接收自所述发射电路的电能波形产生直流(direct current，DC)输出电压。耦合到所述接收电路的电池按照在所述发射电路与所述接收电路之间根据Qi接口标准交换的带内控制信号通过所述DC输出电压进行充电。随后通过使用所述带内通信信道交换的控制信号在所述无线电能发射器与所述无线电能接收器之间建立带外通信信道。随后，耦合到所述接收电路的所述电池按照在所述发射电路与所述接收电路之间交换的带外控制信号通过所述DC输出电压进行充电。
本文描述的本技术的实施例改进了现有无线电池充电系统。这类实施例可以用于减少对从无线电能RX到无线电能发射器的无线通信的干扰。所述干扰可能是由所述电池供电的负载所汲取的瞬态电流引起的。使用开环DC-DC转换器对电池进行充电可减少干扰。
本发明内容简单地介绍了下文在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。本发明内容并非旨在识别所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也非旨在帮助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决背景技术中所述的任意或所有缺点的实施方式。
附图说明
本发明的各方面通过示例的方式进行说明并且不限于附图，附图中相同的符号指示相同的单元。
图1示出了示例无线电池充电系统。
图2示出了图1中介绍的示例无线电池充电系统的其它细节。
图3示出了根据本技术一实施例的无线电池充电系统。
图4示出了可实施根据本发明的方法和教示的电子设备的示例细节。
图5示出了展示图3所示无线电池充电系统的示例无线电池充电制度(chargingprofile)的曲线图。
图6A至图6C为各种波形的曲线图，示出了在使用开环DC-DC转换器对电池进行充电时，负载会如何干扰图3的系统中的通信。
图7A和图7B为示出在使用图3的系统时负载所汲取的瞬态电流可能如何影响无线通信的曲线图。
图8示出了包含带外通信信道的一实施例的无线电池充电系统。
图9示出了通过引入具有带外通信的电能传输新状态而对现有Qi标准进行的修改。
图10和图11分别示出了从带内通信信道转换到带外通信信道和从带外通信信道返回到带内通信信道的工作流和顺序的实施例。
图12为用于说明图8所示的无线电池充电系统如何根据本技术某些实施例运行的状态图。
图13为使用带外通信信道来运行无线电能RX和充电器的过程的一个实施例的流程图。
具体实施方式
现将结合附图描述本发明，本发明大体上涉及用于对包含由电池供电的负载的电子设备的可充电电池进行无线充电的无线电池充电系统及其使用方法。
图1示出了示例无线电池充电系统100，其可以是但不限于Qi标准无线电池充电系统。Qi标准是无线充电联盟(Wireless Power Consortium，WPC)开发的开放接口标准，定义了在长达4厘米(1.6英寸)的距离内使用感应充电进行的无线电能传输。Qi标准无线电池充电系统通常使用充电垫和兼容的电池供电设备，兼容的电池供电设备放置在充电垫上，从而通过谐振电感耦合进行充电。
参考图1，示例无线电池充电系统100示为包括适配器112、无线电能发射器(TX)122和无线电能接收器(RX)和充电器142。从图1中可以认识到，无线电能RX和充电器142示为电子设备132的一部分，电子设备132还包括可充电电池152以及通过电池152供电的负载162。由于电子设备132通过电池供电，所以电子设备132也可以称为电池供电设备132。负载162可以包括例如一个或多个处理器、显示器、收发器和/或类似设备，取决于电子设备132的类型。电子设备132可以是但不限于智能手机、平板电脑或笔记本电脑等。电池152，例如锂离子电池，可以包括具有外部连接的一个或多个电芯，用于为电子设备132的负载162供电。
适配器112将从AC电源102接收的交流(alternating current，AC)电压转换为直流(direct current，DC)输入电压(Vin)。AC电源102可以通过墙壁插座、电插座或者发电机提供，但不限于此。无线电能TX 122从适配器112接受输入电压(Vin)并根据该输入电压向无线电能RX和充电器142无线传输电能。无线电能TX 122可以通过电缆电耦合到适配器112，该电缆包括多条电线，这些电线中的一条或多条可以用于从适配器112向无线电能TX122提供输入电压(Vin)，并且这些电线中的一条或多条可以提供适配器112与无线电能TX122之间的通信信道。通信信道可以支持适配器112与无线电能TX 122之间的有线双向通信。将适配器112电耦合到无线电能TX 122的电缆可以包括用于公共接地(ground，GND)的地线。在图1中，适配器112与无线电能TX 122之间的电缆通过在适配器112与无线电能TX122之间延伸的双向箭头来大致表示。这一电缆可以是，例如但不限于通用串行总线(universal serial bus，USB)电缆。
无线电能RX和充电器142通过电感耦合从无线电能TX 122无线接收电能，并使用所接收的电能对电池152进行充电。无线电能RX和充电器142还可以使用Qi标准定义的带内通信与无线电能TX 122进行双向无线通信。在图1中，在无线电能TX 122与无线电能RX和充电器142之间延伸的双向箭头用于大致表示这两者之间的无线电能传输和通信。
图2示出了图1中介绍的无线电池充电系统100的其它细节。为了更加简明，图2中未示出通过电池152供电的负载162，也未示出包含无线电能RX和充电器142的电子设备132。参考图2，适配器112示为包括适配器控制器214。适配器112可以包括AC/DC转换器(未特别示出)，其将电源102提供的AC电压转换为适配器112向无线电能TX 122提供的DC输入电压(Vin)。这一AC/DC转换器可以为或可以包括，例如但不限于全波整流器。适配器控制器214可以包括例如处理器以及向无线电能TX 122发送并从其接收通信信号的收发器。
在图2中，无线电能TX 122示为包括电能输送(power delivery，PD)控制器224、无线电能发射器集成电路(transmitter integrated circuit，TXIC)226和半桥逆变器228。半桥逆变器228示为连接在高电压轨(位于输入电压(Vin))与接地(ground，GND)之间。PD控制器224可以包括例如处理器以及向适配器112发送并从其接收无线通信信号的收发器。PD控制器的功能有时可以集成到TXIC 226中。无线电能TXIC 226示为从适配器112接受输入电压(Vin)并控制半桥逆变器228的开关(S1和S2)。开关S1和S2按所需频率断开和闭合，以在开关之间的输出处生成交变信号。逆变器228的输出通过谐振电容器C1连接到电感器L1。由于电感器L1作为发射线圈，所以电感器L1也可以称为发射线圈。如本领域所知，可以使用包括四个开关的全桥逆变器来代替半桥逆变器228。如本领域所知，其它变化也是可能的。TXIC可以包括例如处理器以及向无线电能RXIC和充电器142发送并从其接收通信信号的收发器。
仍参考图2，无线电能RX和充电器142示为包括应用处理器(applicationprocessor，AP)244、无线电能接收器集成电路(receiver integrated circuit，RXIC)246和降压充电器248。无线电能RXIC 246通过谐振电容器C2连接到电感器L2。由于电感器L2作为接收线圈，所以电感器L2也可以称为接收线圈。电感器L1和L2提供无线电能TX 122与无线电能RX和充电器142之间，更具体而言，无线电能TXIC 226与无线电能RXIC 246之间的电感耦合。电感耦合可以用于将电能从无线电能TX 122传输到无线电能RX和充电器142，并且提供这两者之间的带内双向无线通信。在所示实施例中，使用单个发射线圈将电能从无线电能TXIC 226无线传输到无线电能RXIC 246，但是也可以使用不止一个发射线圈来无线传输。类似地，也有可能使用不止一个接收线圈在电感耦合的接收侧无线接收电能。如本领域所知，其它变化也是可能的。
无线电能RXIC 246将电感器L2向其提供的AC电压转换为DC输出电压(Vout)。DC输出电压(Vout)被提供给降压充电器248。降压充电器248可以将输出电压(Vout)逐步降低为用于对电池152进行充电的适当电池充电电压(Vbat)。例如，Vout可以是10伏特(Volt，V)，Vbat可以是4.2V。又例如，Vout可以是10V，Vbat可以是35V。这些仅为几个示例，并非旨在限制，因为Vout和Vbat可以有无数不同的值。在替代性实施例中，降压充电器也有可能逐步提高输出电压(Vout)，即，作为升压充电器，或者维持输出电压(Vout)，以使电池充电电压(Vbat)与Vout相同。
降压充电器248也可以称为降压转换器，是闭环充电器的一个示例，因为其输出处(即，产生Vbat的端子处，该端子可以称为Vbat端子)的电压和/或电流基于降压充电器248自身所产生的反馈进行调节。AP 244也可以称为控制器，可以向无线电能RXIC 246和降压充电器248发送并从它们接收通信信号。在某些实施例中，AP 244可以使用内部整合电路(Inter-Integrated Circuit，I2C)串行总线通信与无线电能RXIC 246和降压充电器248进行通信，但是也可以使用其它通信接口和协议。AP 244可以是例如电子设备132的处理器，该处理器还可以用于运行应用、控制通信等，但不限于此。无线电能RX和充电器142还可能包括专用于控制电池充电的控制器，例如PD控制器。
降压充电器248示为包括标记为Vbus的电压输入端子和标记为Vbat的电压输出端子。电压输出端子(标记为Vbat)示为连接到可充电电池152的端子，可充电电池152在本文中也可以简称为电池152。降压充电器248可以通过稳流或稳压对可充电电池152进行充电。
如上所述，降压充电器(例如248)的最大效率通常只有百分之九十，造成能量浪费。这种能量浪费会导致降压充电器所在的智能手机等电池供电设备(例如132)升温，这是不合期望的。此外，这种低效率导致充电时间比高效率时所需的充电时间更长。
下文描述的本技术某些实施例可以用于提高无线电池充电系统的整体效率。这些实施例是有益的，因为它们可以减少能量浪费，从而减轻降压充电器所在的智能手机等电池供电设备(例如132)的升温。此外，这些实施例可以缩短将电池(例如152)充满电所需的时间。
图3示出了根据本技术一实施例的无线电池充电系统300。在图3中，与已结合图1和图2论述的元素相同或相似的元素采用相同的标记，并在某些情况下不再详细论述，因为可以参考上文对图1和图2的论述。
参考图3，示例无线电池充电系统300示为包括适配器112、无线电能TX 122以及无线电能RX和充电器342。无线电能RX和充电器342可以包含在电子设备(例如但不限于智能手机、平板电脑或笔记本电脑)中，该电子设备还包括可充电电池152以及通过电池152供电的负载162。适配器112包括适配器控制器214，并且可以包括AC/DC转换器(未特别示出)，其将电源102提供的AC电压转换为适配器112向无线电能TX 122提供的DC输入电压(Vin)。适配器控制器214可以包括例如处理器以及向无线电能TX 122发送并从其接收通信信号的收发器。
无线电能TX 122包括PD控制器224、无线电能TXIC 226和逆变器228。PD控制器224可以包括例如处理器以及向适配器112发送并从其接收无线通信信号的收发器。无线电能TXIC 226可以从适配器112接受输入电压(Vin)并控制逆变器228的开关(S1和S2)以在其输出处生成交变信号。或者，在适配器112与无线电能TX 122之间可以放置另一DC-DC转换器，适配器112可以输出固定DC电压，可以控制该另一DC-DC转换器来调节提供给无线电能TX122的输入电压(Vin)。逆变器228的输出通过谐振电容器C1连接到电感器L1(也可以称为发射线圈)。如本领域所知，可以使用包含四个开关的全桥逆变器来代替半桥逆变器228。如本领域所知，其它变化也是可能的。
仍参考图3，无线电能RX和充电器342示为包括应用处理器(applicationprocessor，AP)344、无线电能RXIC 246、闭环DC-DC转换器348和开环DC-DC转换器350。在图3中，无线电能RXIC 246通过谐振电容器C2连接到电感器L2(也可以称为接收线圈)。电感器L1和L2提供无线电能TXIC 226与无线电能RXIC 246之间的电感耦合，该电感耦合用于将电能从无线电能TX 122传输到无线电能RX和充电器342，并且提供这两者之间的双向无线通信。无线电能RXIC 246基于其所接收的电能向电能总线354a输出电能。无线电能RXIC 246向电能总线354a输出DC电压(Vbus)和DC电流(Ibus)。在所示实施例中，使用单个发射线圈将电能从无线电能TXIC 226无线传输到无线电能RXIC 246，但是也可以使用不止一个发射线圈来无线传输。类似地，也有可能使用不止一个接收线圈在电感耦合的接收侧无线接收电能。如本领域所知，其它变化也是可能的。
由于接收线圈L2同时用于从无线电能TXIC 226接收电能，所以使用接收线圈L2在无线电能TXIC 226与无线电能RXIC 246之间进行通信被称为带内通信。本文所公开的实施例改善了无线电能TX 122与无线电能RX和充电器342之间的通信。
在一个实施例中，闭环DC-DC转换器348是降压充电器。在一个实施例中，闭环DC-DC转换器348是升压充电器。在一个实施例中，闭环DC-DC转换器348是升降压充电器。在一个实施例中，开环DC-DC转换器350是开关电容充电器。在一个实施例中，开环DC-DC转换器350是负载开关充电器。在一个实施例中，开环DC-DC转换器350是闪充充电器。包括并选择性地使用开环DC-DC转换器350提高了无线电池充电系统300的整体效率，这有效减轻了(DC-DC转换器348和350所在的)电池供电设备的升温，并有效缩短了将可充电电池(例如152)充满电所需的总时间。例如，典型的开关电容充电器(例如350)的效率为97％，比典型的降压充电器(例如348)的效率更高。
根据本技术某些实施例，在电池充电过程(也称为充电制度)的任意给定阶段中，两个充电器348和350中只有一个运行。对于闭环DC-DC转换器348(例如降压转换器)，其输出处(即，Vbat端子处)的电压和/或电流基于闭环DC-DC转换器348自身所产生的反馈进行调节。相反，对于开环DC-DC转换器350，其输出处(即，Vbat端子处)的电压和/或电流并不基于开环DC-DC转换器350自身所产生的反馈进行调节。闭环DC-DC转换器348可具有更好的电流和电压调节能力，可用于低电能充电阶段。开环DC-DC转换器350不具有电流和电压调节能力，可用于高电能充电阶段。注意到，术语Vbat既用于指DC-DC转换器(348和350)的输出端子，也用于指该端子处的电池充电电压输出，该术语的具体用法可以从其使用语境中理解。
在一些实施例中，当使用开环DC-DC转换器350对电池152进行充电时，使用AP 344来控制系统300。当开环DC-DC转换器350运行时，AP 344控制整个无线电池充电系统在闭环模式下运行。在一些实施例中，当使用开环DC-DC转换器350时，AP 344调节电池充电电流(Ichg)或充电电压。在恒流充电状态下，当使用开环DC-DC转换器350时，AP 344调节电池充电电流以遵循目标值。在恒压充电状态下，当使用开环DC-DC转换器350时，AP 344调节电池充电电压以遵循目标值。
在一个实施例中，当使用开环DC-DC转换器350时，AP 344指示无线电能RXIC 246向无线电能TXIC 226传送信息，以便使整个无线电池充电系统在闭环模式下运行。例如，该通信用于在无线电能TXIC 226的输入处创建Vin的值。AP 344还可调节无线电能RXIC 246的输出处的电压(Vbus)。注意，如果无线电能RXIC 246与无线电能TXIC 226之间的无线通信受到不利影响，那么开环DC-DC转换器350的控制也可能受到不利影响。当使用开环DC-DC转换器350对电池152进行充电时，本文公开的某些实施例防止负载162干扰此无线通信。
负载162描述为汲取负载电流(Iload)。当电池152没有进行充电时，电池152向负载162提供负载电流(Iload)。当正在使用开环DC-DC转换器350对电池152进行充电时，开环DC-DC转换器350和/或电池152可向负载162提供负载电流(Iload)。当开环DC-DC转换器350正对电池152进行充电时，负载162汲取的瞬态电流有可能干扰从无线电能RXIC 246到无线电能TX 122的带内通信。
图4为可实践实施例的示例电子设备132。电子设备132可以是无线电子设备(例如手机)等，但在其它示例中也可以是其它设备，例如台式电脑、膝上型电脑、平板电脑、手持计算设备、汽车计算设备和/或其它计算设备。如图4所示，电子设备132示为包括负载162，负载162包括各种电子组件，其中包括至少一个发射器402、至少一个接收器404、存储器406、至少一个处理器408以及至少一个输入/输出设备412。处理器408可以实施电子设备132的各种处理操作。例如，处理器408可以执行信号编码、数据处理、电能控制、输入/输出处理或使电子设备132能够运行的任何其它功能。处理器408可包括用于执行一个或多个操作的任何适当的处理或计算设备。例如，处理器408可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列或专用集成电路。
发射器402可以用于对数据或其它内容进行调制以通过至少一个天线410传输。发射器402还可以用于在将RF信号提供给天线410进行传输之前对这些信号进行放大、滤波和变频。发射器402可以包括用于生成无线传输信号的任何适当结构。
接收器404可以用于对至少一个天线410所接收的数据或其它内容进行解调。接收器404还可以用于对通过天线410接收的RF信号进行放大、滤波和变频。在一些实施例中，接收器404是RF信号接收器。接收器404可以包括用于处理无线接收到的信号的任何适当结构。天线410可以包括用于传输和/或接收无线信号的任何适当结构。可以使用同一天线410传输和接收RF信号，或者，可以使用不同天线410传输信号和接收信号。
可以认识到，在电子设备132中可以使用一个或多个发射器402，在电子设备132中可以使用一个或多个接收器404，并且在电子设备132中可以使用一个或多个天线410。虽然示为单独的框或组件，但是至少一个发射器402和至少一个接收器404可以合并为一个收发器。因此，图4中也可以示出收发器的单个框，而不是显示发射器402的单个框和接收器404的单个框。
电子设备132还包括一个或多个输入/输出设备412。输入/输出设备412便于与用户进行交互。每个输入/输出设备412包括用于为用户提供信息或从用户接收信息的任何适当结构，例如扬声器、麦克风、按键、键盘、显示器或触摸屏。
此外，电子设备132包括至少一个存储器406。存储器406存储电子设备132使用、生成或收集的指令和数据。例如，存储器406可以存储处理器408执行的软件或固件指令以及用于减少或消除传入信号中的干扰的数据。每个存储器406包括任何适当的易失性和/或非易失性存储和检索设备。可使用任何适当类型的存储器，例如随机存取存储器(randomaccess memory，RAM)、只读存储器(read only memory，ROM)、硬盘、光盘、用户识别模块(subscriber identity module，SIM)卡、记忆棒、安全数码(secure digital，SD)存储卡等。
在无线电能RX和充电器342对电池152进行充电时，负载162可汲取瞬态电流。这些瞬态电流可以由电池152和/或无线电能RX和充电器342提供。在对电池152进行充电时，无线电能RX和充电器342可与无线电能TX 122通信。更具体而言，无线电能RX和充电器342可使用接收线圈L2通过带内通信信道向无线电能TX 122发送信息。当开环DC-DC转换器350正在对电池152进行充电时，负载162汲取的瞬态电流有可能干扰从无线电能RX和充电器342到无线电能TX 122的通信。本文所公开的某些实施例减少了由于负载162汲取瞬态电流而引起的这种通信干扰。
图5示出了根据本技术一实施例的无线电池充电系统300的示例充电制度。更具体而言，图5中的曲线图包括对应于时间的横轴(即x轴)和左侧(在下部)对应于电池充电电流(Ichg)、(在上部)对应于图3中的无线电能RXIC 246的输出电压(Vbus)的纵轴(即y轴)。右侧纵轴(即y轴)对应于电池充电电压(Vbat)。电池充电电流(Ichg)是在图3中DC-DC转换器348或350中所启用的一个的Vbat端子处提供给电池的电流。电池充电电压(Vbat)是在图3中DC-DC转换器348或350中所启用的一个的Vbat端子处提供给电池152的电压。在图5和其它图中，有时使用以下缩略词：SC：开关电容(switched capacitor)；CC：恒流(constantcurrent)；CV：恒压(constant voltage)；OVP：过压保护(over voltage protection)。在图5的示例中，闭环DC-DC转换器348是降压转换器，开环DC-DC转换器350是开关电容转换器。
从图5中可以认识到，该图中示出的充电制度包括五个充电阶段，包括预充电阶段(时间T0与T1之间)、恒流降压阶段(时间T1与T2之间)、恒流开关电容阶段(时间T2与T3之间)、恒压开关电容阶段(时间T3与T4之间)以及恒压降压阶段(时间T4与T5之间)。恒流降压阶段(时间T1与T2之间)可以更一般地称为恒流闭环充电阶段；恒流开关电容阶段(时间T2与T3之间)可以更一般地称为恒流开环充电阶段；恒压开关电容阶段(时间T3与T4之间)可以更一般地称为恒压开环充电阶段；恒压降压阶段(时间T4与T5之间)可以更一般地称为恒压闭环充电阶段。标记为502的波形展示了图3中无线电能RXIC 246的输出电压(Vbus)如何从一个阶段变化到下一阶段的示例；标记为504的波形展示了电池充电电压(Vbat)如何从一个阶段变化到下一阶段的示例；标记为506的波形展示了电池充电电流(Ichg)如何从一个阶段变化到下一阶段的示例。
标记为502的波形显示无线电能RXIC 246的输出处的电能总线354上的电压(Vbus)在预充电阶段(时间T0与T1之间)和恒流降压阶段(时间T1与T2之间)保持不变(例如，保持在5V)。输出电压(Vbus)显示为在时间T2从5V上升到约7.2V，然后在恒流开关电容阶段(时间T2与T3之间)逐步从7.2V上升到约8.4V。然后，输出电压(Vout)在恒压开关电容阶段(时间T3与T4之间)的一部分中保持在约8.4V，然后在恒压开关电容阶段的剩余部分中逐步降至约8.2V。输出电压(Vbus)显示为在时间T4从8.2V降回5V，在恒压降压阶段(时间T4与T5之间)中保持在5V。
仍参考图5，标记为504的波形展示了电池充电电压(Vbat)在预充电阶段(时间T0与T1之间)和恒流降压阶段(时间T1与T2之间)以第一速率从约3V稳步上升到约3.5V。电池充电电压(Vbat)显示为在恒流开关电容阶段(时间T2与T3之间)以第二速率(大于第一速率)从约3.5V稳步上升到约4.2V。电池充电电压(Vbat)在恒压开关电容阶段(时间T3与T4之间)非常缓慢地上升至电池过压保护(over voltage protection，OVP)水平，然后轻微下降，随后再次缓慢地上升至电池OVP水平。在恒压降压阶段(时间T4与T5之间)，电池充电电压(Vbat)显示为保持不变(略低于电池OVP水平)。
标记为506的波形展示了电池充电电流(Ichg)在预充电阶段(时间T0与T1之间)保持在约0.2安培(Amp，A)。在时间T1，电池电流(Ichg)跳至约1A，并在恒流降压阶段(时间T1与T2之间)保持在约1A。在恒流开关电容阶段(时间T2与T3之间)，电池充电电流(Ichg)显示为在约4A到3.7A之间呈锯齿状变化。在恒压开关电容阶段(时间T3与T4之间)，电池充电电流(Ichg)呈抛物线状从约4A降至约2A，当电池充电电压(Vbat)达到OVP水平时，电池充电电流(Ichg)短暂减小。在恒压降压阶段(时间T4与T5之间)，电池充电电流(Ichg)显示为呈抛物线状从约2A降至接近0A的结束电流。
参考图3，如上所述，系统300包括连接到电池152和负载162的无线电能RX和充电器342。无线电能RX和充电器342的无线电能RXIC 246从无线电能TXIC 226无线接收电能。除了使用电感耦合从无线电能TX 122向无线电能RX和充电器342传输电能，还可以使用无线电能TXIC 226与无线电能RXIC 246之间的无线信道通过线圈L1和L2提供这两者之间的带内双向无线通信。这使得无线电能RX和充电器342可以使用带内通信与无线电能TX 122进行双向无线通信，带内通信是例如Qi标准或其它适当通信协议所定义的带内通信，通过在L1与L2之间延伸的双向箭头表示。
图6A至图6C为各种波形的曲线图，示出了在使用开环DC-DC转换器350对电池152进行充电时，负载162会如何干扰图3的系统300中的带内通信。具体而言，负载162汲取的瞬态电流会干扰使用接收线圈L2通过带内通信信道向无线电能TXIC 226传送信息的带内通信。当正在使用开环DC-DC转换器350对电池152进行充电时，这些波形适用于各种电流和电压。图6A至图6C中每个图的横轴表示时间。时间轴相互对齐并覆盖相同的时间段。在本示例中，时间单位是毫秒。图6A中的纵轴表示波形602的电流。图6B中的纵轴表示波形604和606的电压。图6C中的纵轴表示波形610和612的电流。
图6A中的波形602表示负载162汲取的电流(Iload)。在时间2.0(毫秒)之前，负载电流是稳定的。因此，负载电流在时间2.0(毫秒)之前本质上不是瞬态的，不会干扰使用接收线圈L2进行的带内通信。在本示例中，在时间2.0(毫秒)之后，负载电流是周期性的，频率约为2000Hz。也就是说，负载162汲取的电流量是周期性变化的。因此，在时间2.0(毫秒)之后，负载电流本质上是瞬态的，因为其在电流强度上有一个或多个瞬时变化。注意，负载电流可以由开环DC-DC转换器350和/或电池152提供。
图6C中的波形610表示开环DC-DC转换器350的输出提供的电流(Ichg)。图6C中的波形612表示无线电能RXIC 246的输出处的电能总线354上的电流(Ibus)。在图3中，电能总线354将无线电能RXIC 246的输出连接到开环DC-DC转换器350的输入，使得开环DC-DC转换器350的输入处的电流与无线电能RXIC 246的输出处的电能总线354上的电流(Ibus)相同。注意，这一假设是基于以下情况：运行开环DC-DC转换器350而不启用闭环DC-DC转换器348，因此不从电能总线354输入电流或向其输出电流。还假设在该附图中开环DC-DC转换器350是降压转换比为2:1的开关电容充电器，使得Ibus(如波形612所示)的值约为Ichg(如波形610所示)的值的一半。注意到，在稳态期间(2ms之前)，Iload(如波形602所示)的值低于Ichg(如波形610所示)的值。这表明过量电流流入电池152，电池正在充电。2ms之后，当Iload(如波形602所示)呈现高瞬态电流时，Iload的值高于Ichg(如波形610所示)的值。这是因为此时电池152不再充电。相反，电池152正在放电并补充负载162所需的额外电流(如波形602所示)，而开环DC-DC转换器350提供的电流(Ichg)无法提供这些额外电流。
图6B中的波形604表示连接到电池152的端子352处的电压(Vbat)。在图3中，连接到电池152的端子352处的电压与开环DC-DC转换器350的输出(Vbat)处的电压相同。图6C中的波形606表示无线电能RXIC 246的输出处的电能总线354上的电压(Vbus)。在图3中，开环DC-DC转换器350的输入处的电压与无线电能RXIC 246输出到电能总线354的电压(Vbus)相同。还假设在该附图中开环DC-DC转换器350是降压转换比为2:1的开关电容充电器，使得电压Vbus(如波形606所示)的值约为电压Vbat(如波形604所示)的值的两倍。在稳态期间(2ms之前)，Vbat保持在一定水平，使得开环DC-DC转换器350提供稳定电流以对电池充电。当在2ms发生负载瞬变并且此后周期性地发生时，注意到电池电压Vbat(如波形604所示)周期性下降。因此，相比于2ms之前(没有发生负载瞬变时)的值，Vbat周期性下降。这是因为这时电池152正在放电并补充负载(Iload)所需的额外电流，而开环DC-DC转换器350提供的电流(Ichg)无法提供这些额外电流。当电池152放电时，电池端子处的电压降低。
当电池正在充电时(即，没有瞬态负载电流时)，由电池内阻引起的电压降可能会增加到电池芯电压之上。相反，当电池正在放电时(即，存在瞬态负载电流时)，由电池内阻引起的电压降可从电池芯电压中减去。净效应是，电池电压可能会随着瞬态负载电流而振荡(参见波形604)。电池电压的这种振荡可足以使来自开环DC-DC转换器350的电流突然变化，因为这种电流可能取决于无线电能RXIC 246的输出与电池电压之间的电压差。
因此，波形604和610表明，开环DC-DC转换器350的输出处的电压和电流都随着负载电流的转变而变化，并随着由负载电流转变导致的电池电压(Vbat)的转变而变化。由于DC-DC转换器350在开环中运行，所以其输出(Vbat)处的电压和电流变化将导致其输入(Vbus)处的电压和电流变化。因此，当开环DC-DC转换器350的输出处的电压(示为波形604)上升和下降时，开环DC-DC转换器350的输入处的电压(示为波形606)也上升和下降。类似地，当开环DC-DC转换器350的输出处的电流(示为波形610)上升和下降时，开环DC-DC转换器350的输入处的电流(示为波形612)也上升和下降。
返回参考图3，当开环DC-DC转换器350的输入处的电压上升和下降时，无线电能RXIC的输出处的电能总线354上的电压(Vbus)也上升和下降。类似地，当开环DC-DC转换器350的输入处的电流上升和下降时，无线电能RXIC的输出处的电能总线354中的电流(Ibus)也上升和下降。无线电能RXIC 246的输出处的电压和/或电流的这种变化会引起通过接收线圈L2的电流的变化，从而引起无线电能TXIC 226的线圈L1中电流Ip的变化。从无线电能RXIC 246到无线电能TXIC 226的带内通信取决于无线电能TXIC 226检测线圈L1中电流Ip的微小变化。TXIC 226可以通过无线电能TXIC 226的线圈L1中电流Ip的这些变化从无线电能RX和充电器342中提取通信信号。因此，瞬态负载电流引起的电流Ip的变化会干扰带内通信信道和通过该信道交换的控制信号。
图7A和图7B为示出在使用图3的接收线圈L2时负载162所汲取的瞬态电流可能如何影响无线通信的曲线图。图7A描绘了数据包失败率(纵轴)与负载电流频率(横轴)的关系。数据包是指使用Qi标准等从无线电能RXIC 246发送到无线电能TXIC 226的信息的数据包。线702表示数据包失败率。线704表示从无线电能RXIC 246到无线电能TXIC 226的带内无线通信的近似频率。在本示例中，当瞬态电流的频率接近带内无线通信的频率时，数据包失败率最高。
本文公开的实施例可以降低数据包失败率，包括将数据包失败率降为零。更具体而言，在无线电能TX 122与无线电能RX和充电器342之间提供额外的带外通信信道，从而将无线通信的频率移至不受图7A和图7B中所示的由线704表示的带内无线通信频带干扰的频率。在一个实施例中，当正在使用开环DC-DC转换器350对电池152进行充电时，可以使用带外通信信道在无线电能TX 122与与无线电能RX和充电器342之间交换控制信号，从而降低数据包失败率。
图7B描绘了完整通信失败率(纵轴)与负载电流频率(横轴)的关系。例如，负载干扰可能非常严重，甚至重新发送失败数据包等补救措施可能也无法提供通信。线706表示完整通信失败率。线704依然表示从无线电能RXIC 246到无线电能TXIC 226的带内无线通信的近似频率。在本示例中，当瞬态电流的频率接近带内无线通信的频率时，完整通信失败率最高。本文公开的实施例可以降低完整通信失败率，包括将完整通信失败率降为零。
图8示出了根据本技术一实施例的无线电池充电系统800。在图8中，与已结合图1至图3论述的元素相同或相似的元素采用相同的标记，并在某些情况下不再详细论述，因为可以参考上文对图1至图3的论述。
相对于图3的无线电池充电系统300，图8的无线电池充电系统800现包括无线电能TX 822的天线852以及无线电能RX和充电器842的天线851以提供带外通信信道。天线852连接到具有无线通信能力的微控制单元(micro-control unit，MCU)824，天线851连接到在一些实施例中也具有无线通信能力的AP 844，使得具有无线通信能力的MCU 824和AP 844能够通过带外通信信道交换控制信号，从而避免上文结合图6A至图6C、图7A和图7B描述的问题。
在各种实施例中，无线电能TX 822中具有无线通信能力的MCU 824可以具有蓝牙(包括蓝牙低功耗(Bluetooth low energy，BLE))等无线通信能力。在一些实施例中，可以将单独的无线通信模块耦合到不具有无线通信能力的MCU以形成具有无线通信能力的MCU824。类似地，无线电能RX和充电器842的AP 844通常已经具备一些无线通信能力，例如蓝牙，因为包含无线电能RX和充电器842的设备(例如手机)往往已经具备某种无线能力。在其它实施例中，除了蓝牙(包括蓝牙低功耗(Bluetooth low energy，BLE))，还可以替代地或额外将Wi-Fi或近场通信(near field communication，NFC)等其它无线通信协议用于带外通信信道。在一些实施例中，可以将单独的无线通信模块耦合到AP以启用带外通信能力。
当通过闭环充电器348(例如降压充电器)对电池152进行充电时，可以使用带内通信进行系统控制(包括无线电能传输控制)，因为闭环充电器348通常会具备良好集成的控制环，该控制环可以减少结合图6A至图6C、图7A和图7B描述的那种问题。当通过开环充电器350(例如开关电容充电器)对电池进行充电时，禁用或不使用带内通信，启用带外无线通信进行系统控制(包括无线电能传输控制)。在其它实施例中，带外通信信道可以用于闭环充电器348和开环充电器350，这样，系统在带外通信信道中运行后无需切换回带内通信信道。
即使对于将带外通信信道用于闭环充电器348以及开环充电器350的实施例，在启动或初始化过程中，当无线电能TX 822首次与无线电能RX和充电器842通信时，初始通信交换也可以通过带内通信信道进行。在最初使用带内通信信道可支持电池152耗尽的情况。如果电池耗尽，则无线电能RX和充电器842仍然可以从无线电能TX 822无线接收电能波形，无线电能RXIC 246可以从这些电能波形中提取控制信号。图9至图13进一步考虑了在这些过程中无线电能RX和充电器842与无线电能TX 822交换的控制信号。
用于在无线充电系统中交换控制信号的带外通信信道可以根据实施例以多种不同的方式实现。图9考虑了基于Qi标准无线电池充电系统的实施例。更具体而言，图9示出了通过引入使用带外通信的电能传输新状态而对现有Qi标准进行的修改。图9的状态图与现有Qi标准兼容，不同之处在于在915处包括带外(out-of-band，OOB)通信模式下的电能传输。
进一步考虑图9，状态图从选择901开始，其中，如果检测到要充电的对象，则在903处进行ping操作。如果ping操作没有响应，或者检测到的对象无需电能，则状态图环回到901。如果903处的ping操作有响应，存在电能接收器(并且需要电能)，则在905处进行标识和配置。与图9中的其它状态一样，905处的标识和配置结合图10至图13进一步详述。
在标识和配置状态905下，如果请求进行协商，则图转到907处的协商，而如果识别到错误情况，则状态图环回到选择状态901。如果在905处不请求协商，在Qi标准中对于5瓦特或更低的电能接收器这是允许的，则会直接转到电能传输状态915。在协商状态907下，协商成功将转到校准状态909，而协商失败或错误情况则将再次环回到选择状态901。如果在909处的校准成功，则图转到电能传输状态911，校准失败或错误情况则再次环回到选择状态901。
一旦处于电能传输状态911，无论是从校准状态909还是从标识和配置状态905转来的，在状态911下，电能就从系统800的无线电能TXIC 226和无线电能RXIC 246无线传输，其中控制信号通过无线电能TX 822与无线电能RX和充电器842之间的带内通信信道交换。此过程可以根据现有Qi无线标准来进行，一直持续到电能传输完成(即，电池152完成充电)或出现错误情况，图返回到状态901。如果从状态911请求重新协商，则图转到重新协商状态913，一旦重新协商完成则返回到电能传输状态911(或者，如果有错误情况，则环回到选择状态901)。
虽然图9的图示是针对Qi标准，但是类似的状态图也适用于其它无线充电协议。在任何情况下，将使用无线电能RX和充电器842与无线电能TX 822之间的带内通信信道来控制电能传输状态911。根据本文给出的某些实施例，引入了带外通信状态915下的电能传输。这使得具有无线通信能力的MCU 824与AP 844之间的控制信号可以通过各自的天线852和851进行交换。状态911的带内通信与状态915的带外通信之间的来回切换由无线电能RX和充电器842的AP 844发起，如进一步结合图10至图13所述。
图10和图11分别示出了从带内通信信道转换到带外通信信道和从带外通信信道返回到带内通信信道的工作流和顺序的实施例。在图10和图11中，无线电能TX 822的运行情况在发射器下方左侧示出，无线电能RX和充电器842的运行情况在接收器下方右侧示出。交换的信号示于中间，带外(out-of-band，OOB)通信用相对于带内信号更粗的箭头和折线表示，其中OOB通信用斜体和下划线表示。
图10的工作流和顺序从图9的状态903对应的ping操作开始，无线电能TX 822向无线电能RX和充电器842发送数字ping。这一事件和接下来的几个事件都通过带内通信信道完成，使过程更易合并到现有Qi标准或其它协议中，此外还支持在电池152耗尽的情况下进行通信交换。ping操作之后是标识和配置阶段(图9的状态905)，其中无线电能RX和充电器842将该信息传送给无线电能TX 822。工作流继续通过协商和校准阶段(图9的状态907、909)，包括从无线电能RX和充电器842向无线电能TX 822传输控制错误数据包(controlerror packet，CEP)，来将控制信息返回给无线电能TX 822。至此，进入初始电能传输(图9的状态911)，通信已经通过带内通信信道。
接下来，图10的工作流使用带内通信信道建立带外通信信道作为从图9的状态911到状态915的转变的一部分。工作流在省略号之后继续执行，并从已经建立了通过带内通信能力进行的标准充电的电能传输阶段开始，无线电能RX和充电器842查询无线电能TX 822的带外通信可用性，以此开始建立无线电池充电系统800的带外能力。比如下文结合图12所述，无线电能RX和充电器842的AP 844可基于是否使用开环DC-DC转换器350来决定是否进行查询。在其它实施例中，不管使用哪个DC-DC转换器，AP 844都可在该阶段发出查询，例如，即使无线电能RX和充电器842只包括一个闭环DC-DC转换器，例如348。TX 822对查询进行响应，指示其是否具有带外(out-of-band，OOB)能力，再由无线电能RX和充电器842进行确认(Ack)。如果TX 822具有带外能力，那么在确认之后，无线电能TX 822与无线电能RX和充电器842针对带外信道交换标识信息。
确认完成后，无线电能RX和充电器842向无线电能TX 822发送用于带外通信的唯一标识符，例如无线电能RX和充电器842的媒体接入控制(Media Access Control，MAC)地址，用于OOB无线信号。作为响应，无线电能TX 822通过带内通信向无线电能RX和充电器842发送其OOB无线电的MAC地址。无线电能RX和充电器842发回确认(acknowledgement，Ack)和控制错误数据包(control error packet，CEP)。
当无线电能RX和充电器842请求转到带外通信信道(通常是通过AP 844，例如，以便通过开环DC-DC转换器350进行快速充电)时，无线电能RX和充电器842通过其带外通信信道无线电发起OOB通告。无线电能TX 822收到无线电能RX和充电器842的OOB通告，验证无线电能RX和充电器842的MAC地址，并向无线电能RX和充电器842发送连接请求。建立带外连接后，无线电能TX 822与无线电能RX和充电器842之间的通信移到带外信道，CEP数据包等控制信息通过带外传输。带内通信暂停(此处是通过带内信号传送)或以相对较长的通信间隔偶尔切入。
图11展示了无线电池充电系统800在带外通信信道(图9的状态915)下进行电能传输时转变回带内通信(图9的状态911)的过程。向带内通信的转变开始于无线电能RX和充电器842通过带外信道向无线电能TX 822发送命令(查询IB连接)，请求无线电能TX 822对带内通信信道进行认证。无线电能TX 822通过带内通信信道向无线电能RX和充电器842发送认证序列，例如其连接的无线电能RX和充电器842的MAC地址。无线电能RX和充电器842对消息进行认证并发回确认(acknowledgement，Ack)。然后，已收到CEP的电能数据包和其它数据包通过带内通信信道传送。在成功建立带内通信信道后，无线电能RX和充电器842可断开带外通信信道。
图12为用于说明图8所示的无线电池充电系统如何根据本技术某些实施例运行的状态图。参考图12，在开始1202之后，将电池充电电流限制(Ichg_lim)设置为与预充电电流限制(Ilim_pre)相等，并启用降压转换器(图8中的348)。状态1204对应预充电阶段，在该阶段，闭环充电器348(例如降压充电器)进行预充电，电池充电电流限制(Ichg_lim)设置为与恒流限制(Ilim_cc)相等。使用降压充电器进行预充电，直到电池充电电压(Vbat)超过第一电压阈值(Vlow)，Vlow也可以称为预充电电压阈值。状态1206对应恒流降压阶段，在该阶段，电池充电电流(Ichg)保持不变，电池充电电压(Vbat)逐渐增大。
当电池充电电压(Vbat)超过第二电压阈值(Vsc_min)但低于第三电压阈值(Vcv_buck)时，则禁用降压充电器，启用开环充电器350(例如开关电容充电器)，发生状态1208。对于通过开环充电器350(例如开关电容充电器)无线充电的情况，基于两个充电器之间的状态转变，当请求更换到开环充电器350时，在充电器切换之前先进行从带内到带外的通信转变。这一过程在状态1221和1223下完成。在状态1221下，发生了从带内通信到带外通信的切换，如结合图10所详述。在1223状态下，禁用闭环充电器348(例如降压充电器)，启用开环充电器350(例如开关电容充电器)，如所示伪码所表示的那样。带内和带外通信信道之间的这种转变有效地减轻了在使用开环充电器时负载转变对通信的可能负面影响。
状态1208对应开关电容恒流阶段，在该阶段，使用开关电容充电器对电池152进行充电，同时保持电池充电电流(Ichg)大致恒定，直到电池充电电压(Vbat)达到另一电压阈值(Vcv_sc)，此时状态转变到状态1210。状态1210对应恒压开关电容状态，在该状态下，使用开关电容充电器对电池进行充电，同时保持电池充电电压(Vbat)大致恒定，直到电池充电电流(Ichg)降到第一电流阈值(Isc_min)之下，此时开关电容充电器被禁用，降压充电器被启用，并且状态转变到状态1212。与状态1221和1223的带内到带外转变一样，每当要求转变到闭环充电器348(例如降压充电器)时，在状态1231下启用闭环充电器348并禁用开环充电器350之后，立即在状态1233下转变到带内通信。在一些实施例中,无线电池充电系统800在转到闭环充电器348时可以继续将带外通信信道用于控制信号，而不是切换回带内通信信道，在这种情况下，状态1233被消除且后续状态1212和1214将处于带外通信状态，而不是通过如图12的实施例中所示的带内通信。
如图12所示，如果电池充电电压(Vbat)超过第三电压阈值(Vcv_buck)，那么也可能会从状态1206直接跳转到状态1212。这种情况可能在例如电池开始充电时就已经接近充满的情况下发生。
状态1212对应恒压降压阶段，在该阶段，使用降压充电器对电池进行充电，同时保持电池充电电压(Vbat)大致恒定，直到电池充电电流(Ichg)降到第二电流阈值(Iterm)之下，此时降压充电器被禁用，充电在状态1214下停止，因为电池已充满。
在上文的描述中，Ilim是针对预充电的电流限制设置，示例值为120mA。Ilim_cc是针对CC降压充电的电流限制设置，示例值为1A-2A。Iterm是结束电流设置，示例值为10mA。Vcv_sc是进入CV SC的最小电压，示例值为4.1V。Vcv_buck是进入CV降压的最小电压，示例值为4.2V。
在一些实施例中，当使用开环DC-DC转换器350对电池152进行充电时，使用AP 844来控制系统800。当开环DC-DC转换器350运行时，AP 844控制整个无线电池充电系统在闭环模式下运行。在一些实施例中，AP 844调节Ichg(针对CC SC状态)或充电电压(针对CV SC状态)。在恒流充电状态下，AP 844调节充电电流以遵循目标值。在恒压充电状态下，AP 844调节电池充电电压以遵循目标值。
在一个实施例中，AP 844调节无线电能TXIC 226的输入处的电压(Vin)和无线电能RXIC 246的输出处的电压(Vbus)以实现一个或多个目的。一个目的是调节充电电流(针对CC SC状态)或充电电压(针对CV SC状态)。另一个目的是控制RXIC 246的输出与TXIC226的输入之间的增益(Vbus/Vin)，使其接近支持耦合和加载条件变化的特定值。再一个目的可以是控制无线充电系统的工作频率，使其等于或接近支持耦合和加载条件变化的特定值。对Vbus的控制可以通过充电器342内部的通信来进行，例如，通过AP 344向RXIC 246发送命令以更改其输出参考。对(无线电能TXIC 226的输入处的)Vin的控制可通过以下方式进行：AP 844向RXIC 246发送命令要求向TXIC 226传送信息，在带内通信信道中运行时使用接收线圈L2传送信息，在带外通信信道中运行时使用天线851和852传送信息。
图13为使用带外通信信道来运行图8的系统800(其元件在下文中通过括号引用)等无线电池充电系统的过程的一个实施例的流程图。步骤1301包括使用发射线圈(L1)从发射电路(无线电能TX 822)的无线电能发射器(无线电能TX 226)向接收电路(无线电能RX和充电器842)的无线电能接收器(无线电能RXIC 246)的接收线圈(L2)无线传输电能波形。
在步骤1303中，在接收电路(无线电能RX和充电器842)的无线电能接收器(无线电能RXIC 246)的接收线圈(L2)处无线接收来自发射电路(无线电能TX 822)的无线电能发射器(无线电能TX 226)的电能波形。在步骤1305处，在无线电能发射器(无线电能TX 822)与无线电能接收器(无线电能RX和充电器842)之间建立带内通信信道，例如上文结合图10所述。例如，在图8的实施例中，支持在无线电能TX 822的线圈L1与无线电能RX和充电器842的线圈L2之间交换控制信号，其中控制信号可以由发射器侧具有无线通信能力的MCU 824和接收器侧的AP 844提取。
也如上文结合图10所述，在步骤1305处建立带内通信信道之后，在步骤1307处，无线电能接收器(无线电能RXIC 246)使用带内通信信道向无线电能发射器(无线电能TXIC226)传输请求，以在发射电路(无线电能TX 822)与接收电路(无线电能RX和充电器842)之间交换带外控制信号。响应于该请求，在步骤1309处，在发射电路的天线(852)与接收电路的天线(851)之间交换带外控制信号。
在步骤1311处，接收电路(无线电能RX和充电器842)从接收的电能波形中产生DC电流输出电压。参考图8的示例，无线电能RXIC 246从线圈L2接收电能波形并将Vbus提供给开环DC-DC转换器350和闭环DC-DC转换器348，然后，这两个转换器之一产生可以提供给电池152的输出电压Vbat。如上所述，带外通信信道与开环DC-DC转换器一起使用以避免结合图6A至图6C、图7A和图7B描述的问题，但是在一些实施例中，带外通信信道也可以与闭环DC-DC转换器348一起使用。在步骤1313处，按照带外控制信号，使用DC输出电压(Vbat)对耦合到接收电路的电池(152)进行充电。
本文所述技术的某些实施例可以使用硬件、软件或者硬件与软件的组合来实施。所用软件存储在上述处理器可读存储设备中的一个或多个上，以对处理器中的一个或多个进行编程，从而执行本文所述的功能。处理器可读存储设备可以包括计算机可读介质，例如易失性和非易失性介质、可移动和不可移动介质。例如而非限制，计算机可读介质可包括计算机可读存储介质和通信介质。计算机可读存储介质可在任何用于存储计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息的方法或技术中实施。计算机可读存储介质的示例包括RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储技术、CD-ROM、数字多功能光盘(digital versatiledisk，DVD)或其它光盘存储器、盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其它磁存储设备，或可以用来存储所需信息并且可以由计算机访问的任何其它介质。计算机可读介质不包括传播的、调制的或瞬时性信号。
通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者传播的、调制的或瞬时性数据信号中的其它数据，例如载波或其它传送机制，并且包括任意信息递送介质。术语“调制的数据信号”是指这样一种信号：信号的一个或多个特性通过对该信号中的信息进行编码的方式来设置或更改。例如而非限制，通信介质包括有线介质，例如有线网络或直接有线连接，还包括无线介质，例如RF和其它无线介质。任何上述介质的组合也包括在计算机可读介质的范围内。
在替代性实施例中，部分或所有软件可以替换为专用硬件逻辑组件。例如而非限制，可以使用的硬件逻辑组件的示例性类型包括现场可编程门阵列(Field-programmableGate Array，FPGA)、专用集成电路(Application-specific Integrated Circuit，ASIC)、专用标准产品(Application-specific Standard Product，ASSP)、片上系统(System-on-a-chip，SOC)、复杂可编程逻辑设备(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、专用计算机等。在一个实施例中，使用实施一个或多个实施例的软件(存储在存储设备上)对一个或多个处理器进行编程。这一个或多个处理器可以与一个或多个计算机可读介质/存储设备、外围设备和/或通信接口通信。
应当理解的是，本主题可通过多种不同的形式来体现，且不应解释为仅限于本文所提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本主题透彻且完整，并且会向本领域技术人员充分传达本发明。实际上，本主题旨在覆盖这些实施例的替代、修改和等效物，这些替代、修改和等效物包含在所附权利要求书限定的本主题的范围和精神内。另外，在以下本主题细描述中，阐述了许多特定细节以便提供对本主题的透彻理解。然而，所属领域的普通技术人员将清楚到，可以在没有这样具体细节的情况下实践本请求保护的主题。
本文结合根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本发明的各方面。将理解，流程图和/或框图中的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器以生成机器，这样，这些通过计算机的处理器或其它可编程指令执行装置执行的指令创建用于实施流程图和/或框图的框中指定的功能/动作的机制。
本发明的描述仅出于说明和描述目的而提出，并非旨在详尽无遗或以任何所公开的形式限制本发明。在不偏离本发明的范围和精神的前提下，多种修改和改变对本领域技术人员而言是显而易见的。选择和描述的本发明各个方面以便更好地解释本发明的原理和实际应用，并且使本领域技术人员能够理解本发明适合预期特定用途的各种修改。
本发明已结合各种实施例进行了描述。但是，通过对附图、公开内容和所附权利要求书的研究可以理解和实现所公开实施例的其它变体和修改，这类变体和修改被理解为包含在所附权利要求书中。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元素或步骤，“一个”不排除多个。
出于本文档的目的，应注意，图中描绘的各种特征的尺寸不一定是按比例绘制的。
出于本文档的目的，在说明书中提及“一实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”或“另一实施例”可用于描述不同实施例或相同实施例。
出于本文档的目的，连接可以是直接连接或间接连接(例如通过一个或多个其它部件连接)。在某些情况下，当一个元件被称为连接或耦合到另一元件时，该元件可直接连接到另一元件，也可通过中间元件间接连接到另一元件。当一个元件被称为直接连接到另一元件时，该元件与另一元件之间没有中间元件。如果两个设备直接或间接连接，使得它们可以在彼此之间传送电子信号，那么这两个设备“在通信”。
出于本文档的目的，“基于”一词可理解为“至少部分基于”。
出于本文档的目的，在没有附加上下文的情况下，使用“第一”对象、“第二”对象和“第三”对象之类的数字术语可能并不意味着对象的顺序，而是可能用于标识目的，以标识不同的对象。
已出于说明性和描述性目的提出了上文的详细描述。其并非旨在穷举或限制发明主题为所公开的精确形式。根据上述教示，许多修改和变更是可能的。选出和描述的各个实施例的目的是为了更好地解释公开技术的原理和其实际应用，因而使本领域技术人员能够更好利用各个实施例的技术和适合预期特定用途的各种变更。范围由所附权利要求书定义。
虽然已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应该理解的是，权利要求书定义的主题不必局限于上面描述的具体特征或动作。相反，上文描述的具体特征和动作被公开为实现权利要求的示例形式。

Claims (33)

1.一种使用无线接收的电能对电池进行充电的装置，其特征在于，包括：
无线电能接收电路，包括接收线圈，所述无线电能接收电路用于使用所述接收线圈从无线电能发射器无线接收电能并据其产生直流(direct current，DC)输出电压；
一个或多个充电电路，包括第一充电电路，每一个包括一个电压输入端子和一个充电输出端子，所述一个或多个充电电路中的每一个的所述电压输入端子用于从所述无线电能接收电路接受所述DC输出电压，所述一个或多个充电电路中的每一个的所述充电输出端子用于耦合到电池的端子以向其提供相应充电电流；
天线，用于接收和传输带外控制信号；以及
控制器，用于使用通过所述无线电能接收电路的所述接收线圈交换的带内控制信号以及通过所述天线交换的所述带外控制信号与所述无线电能发射器通信，所述控制器还用于根据所述带外控制信号控制所述第一充电电路对耦合到所述第一充电电路的电池进行的充电。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述一个或多个充电电路包括闭环DC-DC转换器和开环DC-DC转换器，所述第一充电电路是所述开环DC-DC转换器。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开环DC-DC转换器是开关电容充电器。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述闭环DC-DC转换器是降压充电器。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于根据所述带内控制信号控制所述闭环DC-DC转换器对耦合到所述闭环DC-DC转换器的电池进行的充电。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于根据所述带外控制信号控制所述闭环DC-DC转换器对耦合到所述闭环DC-DC转换器的电池进行的充电。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于通过以下方式为耦合到所述第一充电电路的所述电池执行充电操作：首先通过带内控制信号进行通信，随后通过带外控制信号进行通信。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，在根据所述带外控制信号控制耦合到所述第一充电电路的所述电池的充电后，所述控制器还用于根据带内控制信号控制所述一个或多个充电电路之一对所述电池进行的充电。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述一个或多个充电电路包括多个充电电路，其中所述充电电路之一根据带内控制信号对所述电池进行充电包括耦合到所述电池的第二充电电路对所述电池进行充电。
10.一种为无线充电系统传输电能的装置，其特征在于，包括：
无线电能发射器，包括发射线圈，所述无线电能发射器用于接收输入直流(directcurrent，DC)电压并根据所述电压使用所述发射线圈向所述无线充电系统的接收电路的无线电能接收器无线传输电能；
天线，用于接收和传输带外控制信号；以及
控制器，用于使用通过所述无线电能发射器的所述发射线圈交换的带内控制信号以及通过所述天线交换的所述带外控制信号与所述接收电路通信，所述控制器还用于根据所述带外控制信号控制所述接收电路的第一充电电路对电池进行的充电。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述接收电路包括第二充电电路，所述控制器还用于根据带内控制信号控制所述第二充电电路对电池进行的充电。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述接收电路包括第二充电电路，所述控制器还用于根据带外控制信号控制所述第二充电电路对电池进行的充电。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一充电电路是开环DC-DC转换器。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于通过以下方式控制所述第一充电电路对所述电池进行的充电：首先通过带内控制信号进行通信，随后通过带外控制信号进行通信。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的装置，其特征在于，在根据所述带外控制信号控制耦合到所述第一充电电路的所述电池的充电后，所述控制器还用于根据带内控制信号控制所述一个或多个充电电路之一对所述电池进行的充电。
16.一种对电子设备的电池进行无线充电的方法，其特征在于，包括：
从发射电路的无线电能发射器向接收电路的无线电能接收器无线传输电能波形；
在所述接收电路的所述无线电能接收器处无线接收来自所述发射电路的所述无线电能发射器的所述电能波形；
在所述无线电能发射器与所述无线电能接收器之间建立带外通信信道；
通过所述带外通信信道在所述发射电路的天线与所述接收电路的天线之间交换带外控制信号；
所述接收电路从所接收的电能波形产生直流(direct current，DC)输出电压；以及
按照所述带外控制信号通过所述DC输出电压对耦合到所述接收电路的电池进行充电。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述接收电路产生所述DC输出电压包括开环DC-DC转换器产生所述DC输出电压。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，还包括：
在建立所述带外通信信道之前，在所述无线电能发射器与所述无线电能接收器之间建立带内通信信道；
在建立所述带内通信信道之后，通过所述带内通信信道从所述无线电能接收器向所述无线电能发射器传输带内控制信号，以请求在所述发射电路与所述接收电路之间交换带外控制信号；以及
响应于所述请求，建立所述带外通信信道。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述带内通信信道根据Qi接口标准在所述无线电能发射器与所述无线电能接收器之间交换信号。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，还包括：
在按照所述带外控制信号通过所述DC输出电压对耦合到所述接收电路的电池进行充电之后，从所述无线电能接收器向所述无线电能发射器传输带外控制信号，以请求在所述发射电路与所述接收电路之间交换带内控制信号；以及
随后，按照所述带内控制信号通过所述DC输出电压对耦合到所述接收电路的所述电池进行充电。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：
在按照所述带外控制信号通过所述DC输出电压对耦合到所述接收电路的所述电池进行充电时，所述接收电路产生所述DC输出电压包括开环DC-DC转换器产生所述DC输出电压；以及
在按照所述带内控制信号通过所述DC输出电压对耦合到所述接收电路的所述电池进行充电时，所述接收电路产生所述DC输出电压包括闭环DC-DC转换器产生所述DC输出电压。
22.根据权利要求16至21中任一项所述的方法，其特征在于，所述接收电路产生所述DC输出电压包括闭环DC-DC转换器产生所述DC输出电压。
23.一种无线电子设备，其特征在于，包括：
无线电能接收电路，包括接收线圈，所述无线电能接收电路用于使用所述接收线圈从无线电能发射器无线接收电能并据其产生直流(direct current，DC)输出电压；
一个或多个充电电路，包括第一充电电路，每一个包括一个电压输入端子和一个充电输出端子，所述一个或多个充电电路中的每一个的所述电压输入端子用于从所述无线电能接收电路接受所述DC输出电压，所述一个或多个充电电路中的每一个的所述充电输出端子用于耦合到电池的端子以向其提供相应充电电流；
天线，用于接收和传输带外控制信号；
电子组件，用于从所述电池中汲取电流，并且用于当正在使用所述第一充电电路对所述电池进行充电时从所述第一充电电路的所述输出端子中汲取电流；以及
控制器，用于使用通过所述无线电能接收电路的所述接收线圈交换的带内控制信号以及通过所述天线交换的所述带外控制信号与所述无线电能发射器通信，所述控制器还用于根据所述带外控制信号控制所述第一充电电路对耦合到所述第一充电电路的所述电池进行的充电。
24.根据权利要求23所述的无线电子设备，其特征在于，所述一个或多个充电电路包括闭环DC-DC转换器和开环DC-DC转换器，所述第一充电电路是所述开环DC-DC转换器。
25.根据权利要求24所述的无线电子设备，其特征在于，所述开环DC-DC转换器是开关电容充电器。
26.根据权利要求24或25所述的无线电子设备，其特征在于，所述闭环DC-DC转换器是降压充电器。
27.根据权利要求24至26中任一项所述的无线电子设备，其特征在于，所述控制器还用于根据所述带内控制信号控制所述闭环DC-DC转换器对耦合到所述闭环DC-DC转换器的所述电池进行的充电。
28.根据权利要求24至27中任一项所述的无线电子设备，其特征在于，所述控制器还用于根据所述带外控制信号控制所述闭环DC-DC转换器对耦合到所述闭环DC-DC转换器的所述电池进行的充电。
29.根据权利要求23至28中任一项所述的无线电子设备，其特征在于，所述控制器还用于通过以下方式为耦合到所述第一充电电路的所述电池执行充电操作：首先通过带内控制信号进行通信，随后通过带外控制信号进行通信。
30.根据权利要求23至29中任一项所述的无线电子设备，其特征在于，在根据所述带外控制信号控制耦合到所述第一充电电路的所述电池的充电后，所述控制器还用于根据带内控制信号控制所述一个或多个充电电路之一对所述电池进行的充电。
31.根据权利要求30所述的无线电子设备，其特征在于，所述无线电子设备包括多个充电电路，其中所述充电电路之一根据带内控制信号对所述电池进行充电包括耦合到所述电池的第二充电电路对所述电池进行充电。
32.一种对电子设备的电池进行无线充电的方法，其特征在于，包括：
在发射电路与接收电路之间建立带内通信信道以根据Qi接口标准来交换控制信号；
所述接收电路从接收自所述发射电路的电能波形产生直流(direct current，DC)输出电压；
按照在所述发射电路与所述接收电路之间根据Qi接口标准交换的带内控制信号，通过所述DC输出电压对耦合到所述接收电路的电池进行充电；
随后，通过使用所述带内通信信道交换的控制信号在所述无线电能发射器与所述无线电能接收器之间建立带外通信信道；以及
随后，按照在所述发射电路与所述接收电路之间交换的带外控制信号，通过所述DC输出电压对耦合到所述接收电路的所述电池进行充电。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，还包括：
在建立所述带外通信信道之后，通过经由所述带外通信信道交换的控制信号在所述发射电路与所述接收电路之间重新建立所述带内通信信道；以及
随后，按照在所述发射电路与所述接收电路之间根据Qi接口标准交换的带内控制信号，通过所述DC输出电压对耦合到所述接收电路的电池进行充电。
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