CN113615037A - 无线功率传输 - Google Patents

Abstract

功率发送器(101)经由电磁功率传输信号向功率接收器(105)提供功率。所述功率发送器(101)包括输出电路(302、103)，所述输出电路具有发送器线圈(103)，所述发送器线圈响应于由驱动器(301)生成的驱动信号而生成所述功率传输信号。配置控制器(303)在具有针对所述驱动信号的不同的最大功率限制和电压幅度的功率传输配置之间进行切换。发送器(307)向所述功率接收器(105)发送功率配置消息，所述功率配置消息包括指示针对第一功率传输配置的电压幅度的数据。接收器(305)从所述功率接收器(105)接收功率传输配置改变请求消息。所述配置控制器(303)响应于所述功率传输配置改变请求消息而将所述功率发送器(101)切换到所述第一功率传输配置。该方法允许功率发送器和接收器协作以改变提供不同的最大功率限制的功率传输配置。

Description

无线功率传输

技术领域

本发明涉及无线功率传输系统的操作，并且特别地但非排他性地涉及用于在无线功率传输系统(例如，Qi)中支持更高功率水平的方法。

背景技术

当今大多数电子产品需要专用的电气接触，以便从外部电源供电。然而，这往往是不现实的并且需要用户以物理方式插入连接器或者以其他方式建立物理电气接触。通常，功率要求也差别很大，并且当前大多数设备被提供有它们自己的专用电源，从而导致的典型情况是用户具有大量不同的电源，其中，每个电源是专用于特定设备的。虽然使用内部电池可以避免在使用期间对与电源的有线连接的需求，但是这仅仅提供了部分解决方案，因为电池将需要再充电(或更换)。使用电池也可能大幅增加设备的重量并且潜在地增加设备的成本和尺寸。

为了提供显著改善的用户体验，已经提出了使用无线电源，其中，功率从功率发送器设备中的发送器线圈以感应方式被传输到个体设备中的接收器线圈。

经由磁感应的功率发送是众所周知的概念，主要被应用在初级发送器感应器/线圈与次级接收器线圈之间具有紧密耦合的变压器中。通过在两个设备之间将初级发送器线圈与次级接收器线圈分开，基于松散耦合的变压器的原理，在这些设备之间的无线功率传输变得可能。

这样的布置允许在不要求进行任何线缆或物理电气连接的情况下对设备进行无线功率传输。实际上，其可以简单地允许设备被放置在发送器线圈的附近或顶部，以便从外部进行再充电或供电。例如，功率发送器设备可以被布置有水平表面，设备能够被简单地放置在该水平表面上，以便得到供电。

此外，这样的无线功率传输布置可以被有利地设计为使得功率发送器设备能够与一系列功率接收器设备一起使用。特别地，已经定义了被称为Qi规范的无线功率传输方法并且目前正在对其进行进一步开发。该方法允许满足Qi规范的功率发送器设备与也满足Qi规范的功率接收器设备一起使用，而无需这些设备必须来自相同的制造商或者必须彼此专用。Qi标准还包括用于允许操作适于特定功率接收器设备(例如取决于特定功耗)的一些功能。

Qi规范是由无线充电联盟开发的并且例如能够在其网站上找到更多信息：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html，其中能够具体找到所定义的规范文档。

Qi最初在版本1.0中定义了实际上限于低于5W的较低功率水平的低功率无线功率传输。这已经在后续版本和版本1.2中扩展到了更高的功率水平(例如提供针对功率水平高达15W的符合性测试)。

然而，期望支持更高的功率水平，并且在一些情况下已经引入了专用解决方案以便实现这种需求。然而，大多数建议的用于支持高功率水平无线功率传输的方法往往是次优的，并且可能出现许多挑战或不期望的影响。例如，支持大功率范围是具有挑战性的。例如，仅通过调节或者限制被提供给功率发送器线圈的电流，可能难以在大范围内控制所提供的功率的变化。另一个挑战是确保例如当改变功率水平时改变操作参数和条件的影响和后果是可接受的并且例如能够由功率接收器来处理。例如，驱动电压的实质性和快速变化可能导致在功率接收器处感应的电压的瞬变，从而潜在地引起过电压(或欠电压)情况。

因此，改善用于无线功率传输的方法将是有利的，特别是允许提高灵活性，降低成本，降低复杂度，改善对大功率范围的支持，改善瞬时功率性能，改善适应性，向后兼容性，改善功率传输操作和/或改善性能的方法将是有利的。

发明内容

因此，本发明试图优选以单独方式或者以任何组合方式减轻、缓解或者消除上面提到的缺点中的一个或多个缺点。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于经由电磁功率传输信号向功率接收器无线地提供功率的功率发送器；所述功率发送器包括：发送器线圈，其用于响应于驱动信号被施加到所述发送器线圈而生成所述功率传输信号；驱动器，其用于生成所述驱动信号；配置控制器，其用于在一组功率传输配置之间进行切换，所述一组功率传输配置中的功率传输配置具有针对所述驱动信号的最大功率限制和电压幅度的不同组合；发送器，其用于向所述功率接收器发送功率配置消息，所述功率配置消息包括指示针对所述一组功率传输配置中的第一功率传输配置的电压幅度的数据；接收器，其用于从所述功率接收器接收功率传输配置改变请求消息；并且其中，所述配置控制器被布置为响应于所述功率传输配置改变请求消息而将所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置。

在许多场景中，本发明可以提供改善的性能和/或改善的功率传输。在许多实施例中，它可以允许得到在大范围的功率水平上的改善的且更高效的功率传输。在许多实施例中，该方法可以支持、实现、改善或促进高功率无线功率传输。

在许多实施例中，可以实现在不同功率传输配置之间的改善的切换，并且特别地，常常可以减轻瞬时状况和功率传输参数的变化的影响。特别地，在许多实施例和场景中，可以实现改善的瞬时欠电压/过电压操作。

在对于这组功率传输配置中的不同功率传输配置来说最大功率限制和电压幅度中的至少一个是不同的意义上，这组功率传输配置可以具有针对驱动信号的最大功率限制和电压幅度的不同组合。

第一功率传输配置是候选功率传输配置。第一功率传输配置不同于当前功率传输配置(是功率发送器当前正在其中工作的功率传输配置)。

配置控制器可以被布置为响应于功率传输配置改变请求消息而将功率发送器从当前功率传输配置切换到第一功率传输配置。配置控制器可以被布置为响应于接收到功率传输配置改变请求消息而将功率发送器切换到第一功率传输配置。功率传输配置改变请求消息可以请求从当前功率传输模式到第一功率传输模式的改变。

输出电路可以包括或主要在于包括发送器线圈的谐振(或储能)电路。发送器线圈可以是谐振电路的谐振部件。谐振电路可以是串联谐振电路或并联谐振电路。谐振电路可以包括一个或多个电容器。

电压幅度可以例如是峰间电压幅度、峰值幅度和/或半幅度。在一些实施例中，并且对于一些信号来说，电压幅度可以例如是有效幅度或均方根幅度。

针对功率传输配置的电压幅度可以是针对驱动信号的恒定电压幅度。功率发送器可以被布置为通过改变驱动信号的频率、占空比和电流幅度中的至少一个来控制功率传输信号的功率水平。对于给定的功率传输配置来说，电压幅度可以是恒定的/固定的。

在一些实施例中，针对功率传输配置的电压幅度可以是针对驱动信号的电压幅度的范围。例如，针对每个功率传输配置的电压幅度可以是最大电压幅度限制和/或最小电压幅度限制。在一些实施例中，在功率传输配置中提供的针对第一功率传输配置的电压幅度可以是第一功率传输配置的电压幅度范围和/或最大/最小电压幅度限制的指示。在一些实施例中，在功率配置消息中提供的针对第一功率传输配置的电压幅度可以是在切换到第一功率传输配置之后的针对驱动信号的标称或初始电压幅度的指示。

根据本发明的任选特征，所述数据指示针对所述第一功率传输配置的电压幅度与针对当前功率传输配置的电压幅度之间的相对差异。

在许多实施例中，这可以提供改善的性能。在许多实施例中，它可以允许在准确度与通信带宽之间得到更高效的折中，并且可以在改变电源传输配置时提供针对瞬时性能的特别相关的信息。

根据本发明的任选特征，所述数据指示针对所述第一功率传输配置的电压幅度与针对所述当前功率传输配置的电压幅度之间的比率。

在许多实施例中，这可以提供改善的性能。在许多实施例中，它可以允许在准确度与通信带宽之间得到更高效的折中，并且可以在改变电源传输配置时提供针对瞬时性能的特别相关的信息。

根据本发明的任选特征，所述第一功率传输配置是所述一组功率传输配置中的具有以下最大功率限制的功率传输配置：所述最大功率限制是针对当前功率传输配置的最大功率限制的下一个更高最大功率限制和下一个更低最大功率限制中的至少一个。

在许多实施例中，这可以提供特别高效的操作。它可以特别提供用于控制动态功率水平变化的高效方法，该方法可以支持大范围的功率水平但仍维持低通信要求。它可以限制功率水平变化以减少瞬时性质和/或减少通信要求，例如通过使得能够除了电压幅度之外不需要再为候选功率传输配置提供另外的信息来实现这一点。

根据本发明的任选特征，所述功率配置消息包括指示针对所述一组功率传输配置中的第二功率传输配置的电压幅度的数据，所述第一功率传输配置是所述一组功率传输配置中的具有以下最大功率限制的功率传输配置：所述最大功率限制是针对当前功率传输配置的最大功率限制的下一个更高最大功率限制；并且所述第二功率传输配置是所述一组功率传输配置中的具有以下最大功率限制的功率传输配置：所述最大功率限制是针对所述当前功率传输配置的所述最大功率限制的下一个更低最大功率限制。

在许多实施例中，这可以提供特别高效的操作。功率模式消息可以特别提供针对可用于功率发送器以便分别增加和减少功率水平的(在最大功率限制方面)最接近的功率传输配置的信息。

根据本发明的任选特征，指示所述电压幅度的所述数据的预定值指示所述一组功率传输配置不包括具有比当前功率传输配置的最大功率限制更高的最大功率限制的功率传输配置。

这可以允许功率传输配置的可用性的特别高效的通信。

在一些实施例中，指示所述电压幅度的所述数据的预定值指示所述一组功率传输配置不包括具有比当前功率传输配置的最大功率限制更低的最大功率限制的功率传输配置。

这可以允许功率传输配置的可用性的特别高效的通信。

在一些实施例中，指示电压幅度的数据的预定值指示针对第一功率传输配置的电压幅度相对于针对当前功率传输配置的电压幅度没有变化。

根据本发明的任选特征，所述配置控制器被布置为响应于检测到所述功率传输的操作特性满足准则而发送所述功率配置消息。

在许多实施例中，这可以提供特别有利的性能和操作。该方法可以支持功率发送器发起的功率传输配置的改变，同时确保这与功率接收器协作完成，从而降低在功率接收器处产生不期望的影响的风险。

功率传输的操作特性可以特别是指示(针对当前功率传输配置的)功率传输信号的当前功率水平的参数，例如，指示驱动信号的频率或电流的参数。

根据本发明的任选特征，所述配置控制器被布置为响应于检测到所述功率发送器的当前功率水平超过阈值而发送所述功率配置消息，所述阈值取决于当前功率传输配置的最大功率限制。

在许多实施例中，这可以提供特别有利的性能和操作。该方法可以支持功率发送器发起的功率传输配置的改变，同时确保这与功率接收器协作完成，从而降低在功率接收器处产生不期望的影响的风险。

根据本发明的任选特征，所述配置控制器被布置为响应于从所述功率接收器接收到功率配置信息请求消息而发送所述功率配置消息。

在许多实施例中，这可以提供特别有利的性能和操作。该方法可以支持功率接收器发起的功率传输配置的改变，同时确保这与功率发送器协作完成。

根据本发明的任选特征，所述配置控制器被布置为在已经向所述功率接收器发送了确认消息之后将所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置，所述确认消息确认从所述功率接收器接收的请求消息。

在许多实施例中，这可以提供特别有利的性能和操作。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于经由电磁功率传输信号从功率发送器无线地接收功率的功率接收器，所述功率接收器包括：输入电路，其包括功率接收器线圈，所述功率接收器线圈被布置为从所述功率传输信号提取功率；接收器，其用于从所述功率发送器接收功率配置消息，所述功率配置消息包括指示针对一组功率传输配置中的至少第一功率传输配置的驱动信号的电压幅度的数据，所述一组功率传输配置中的功率传输配置具有最大功率限制和电压幅度的不同组合，并且所述驱动信号用于所述功率发送器的输出电路，所述输出电路包括发送器线圈，所述发送器线圈用于响应于所述驱动信号被施加到所述输出电路而生成所述功率传输信号；配置控制器，其被布置为检测针对所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置的功率传输配置改变偏向；以及发送器，其用于响应于检测到所述功率传输配置改变偏向而向所述功率发送器发送功率传输配置改变请求消息，所述功率传输配置改变请求消息包括针对所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置的请求。

根据本发明的任选特征，所述配置控制器被布置为控制功率传输在功率传输配置被改变为所述第一功率传输配置之前改变在所述功率接收器线圈上感应的电压。

在许多实施例中，这可以提供特别有利的性能和操作。在许多场景中，它可以补偿或减轻瞬时电压变化并且例如防止出现欠电压或过电压状况。

根据本发明的任选特征，所述配置控制器被布置为在功率传输配置被改变为所述第一功率传输配置之前改变针对所述功率接收器线圈的负载阻抗。

在许多实施例中，这可以提供特别有利的性能和操作。

根据本发明的一个方面，提供了一种操作功率发送器的方法，所述功率发送器经由电磁功率传输信号向功率接收器无线地提供功率；所述方法包括：发送器线圈响应于驱动信号被施加到所述发送器线圈而生成所述功率传输信号；生成所述驱动信号；在一组功率传输配置之间进行切换，所述一组功率传输配置中的功率传输配置具有针对所述驱动信号的最大功率限制和电压幅度的不同组合；向所述功率接收器发送功率配置消息，所述功率配置消息包括指示针对所述一组功率传输配置中的第一功率传输配置的电压幅度的数据；从所述功率接收器接收功率传输配置改变请求消息；并且其中，在所述一组功率传输配置之间的所述切换响应于所述功率传输配置改变请求消息而将所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置。

根据本发明的一个方面，提供了一种操作功率接收器的方法，所述功率接收器经由电磁功率传输信号从功率发送器无线地接收功率，所述方法包括：功率接收器线圈从所述功率传输信号提取功率；从所述功率发送器接收功率配置消息，所述功率配置消息包括指示针对一组功率传输配置中的至少第一功率传输配置的驱动信号的电压幅度的数据，所述一组功率传输配置中的功率传输配置具有最大功率限制和电压幅度的不同组合，并且所述驱动信号用于所述功率发送器的输出电路，所述输出电路包括发送器线圈，所述发送器线圈用于响应于所述驱动信号被施加到所述输出电路而生成所述功率传输信号；检测针对所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置的功率传输配置改变偏向；并且响应于检测到所述功率传输配置改变偏向而向所述功率发送器发送功率传输配置改变请求消息，所述功率传输配置改变请求消息包括针对所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置的请求。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于经由电磁功率传输信号从功率发送器向功率接收器无线地提供功率的无线功率传输系统；所述功率发送器包括：输出电路，其包括发送器线圈，所述发送器线圈用于响应于驱动信号被施加到所述输出电路而生成所述功率传输信号；驱动器，其用于生成所述驱动信号；配置控制器，其用于在一组功率传输配置之间进行切换，所述一组功率传输配置中的功率传输配置具有针对所述驱动信号的最大功率限制和电压幅度的不同组合；发送器，其用于向所述功率接收器发送功率配置消息，所述功率配置消息包括指示针对所述一组功率传输配置中的第一功率传输配置的电压幅度的数据；接收器，其用于从所述功率接收器接收功率传输配置改变请求消息；并且其中，所述配置控制器被布置为响应于所述功率传输配置改变请求消息而将所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置；并且所述功率接收器包括：输入电路，其包括功率接收器线圈，所述功率接收器线圈被布置为从所述功率传输信号提取功率；接收器，其用于从所述功率发送器接收所述功率配置消息，配置控制器，其被布置为检测针对所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置的功率传输配置改变偏向；以及发送器，其用于响应于检测到所述功率传输配置改变偏向而向所述功率发送器发送所述功率传输配置改变请求消息，所述功率传输配置改变请求消息包括针对所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置的请求。

参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些和其他方面、特征和优点将变得显而易见并且得到阐明。

附图说明

将参考附图并仅通过举例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：

图1图示了根据本发明的一些实施例的功率传输系统的元件的示例；

图2图示了根据本发明的一些实施例的用于功率发送器的一组功率传输配置的示例；

图3图示了根据本发明的一些实施例的功率发送器的元件的示例；

图4图示了功率发送器的输出级的元件的示例；

图5图示了功率发送器的输出级的元件的示例；

图6图示了根据本发明的一些实施例的功率接收器的元件的示例；

图7图示了根据本发明的一些实施例的功率配置消息的示例；

图8图示了根据本发明的一些实施例的功率传输配置改变请求消息的示例；

图9图示了根据本发明的一些实施例的消息交换的示例；并且

图10图示了根据本发明的一些实施例的消息交换的示例。

具体实施方式

下面的描述集中于本发明的适用于利用例如从Qi规范获知的功率传输方法的无线功率传输系统的实施例。然而，将意识到，本发明不限于该应用，而是可以应用于许多其他无线功率传输系统。

图1图示了根据本发明的一些实施例的功率传输系统的示例。该功率传输系统包括功率发送器101，该功率发送器101包括(或者被耦合到)发送器线圈/感应器103。该系统还包括功率接收器105，该功率接收器105包括(或者被耦合到)接收器线圈/感应器107。

该系统提供电磁功率传输信号，该电磁功率传输信号可以以感应方式将功率从功率发送器101传输到功率接收器105。特别地，功率发送器101生成电磁信号，该电磁信号是作为磁通量通过发送器线圈或感应器103(其通常是谐振电路或储能电路形式的输出电路的部分)进行传播的。功率传输信号可以对应于表示从功率发送器到功率接收器的能量传输的电磁功率传输分量，并且可以被认为对应于所生成的电磁场中将功率从功率发送器传输到功率接收器的分量。例如，如果不存在接收器线圈107的负载，则功率接收器将不会从所生成的电磁场提取任何功率(除了损耗之外)。在这样的场景中，对发送器线圈103的驱动可以生成具有潜在高场强的电磁场，但是功率传输信号的功率水平将为零(除了损耗之外)。在一些情况(存在异物)下，可以认为功率传输信号包括与针对异物的功率传输相对应的分量，并且因此可以认为功率传输信号与从由功率发送器生成的电磁场提取的功率相对应。

功率传输信号通常可以具有在大约20kHz到大约500kHz之间的频率，并且常常对于Qi兼容系统来说，功率传输信号通常在从95kHz到205kHz的范围内(或者例如，对于高功率厨房应用来说，频率可以例如通常在20kHz到80kHz之间的范围内)。发送器线圈103和功率接收线圈107被松散地耦合，因此功率接收线圈107拾取来自功率发送器101的功率传输信号(的至少部分)。因此，经由从发送器线圈103到功率接收线圈107的无线感应耦合，功率从功率发送器101被传输到功率接收器105。术语功率传输信号主要用于指在发送器线圈103与功率接收线圈107之间的感应信号/磁场(磁通量信号)

在该示例中，功率接收器105具体是经由接收器线圈107接收功率的功率接收器。然而，在其他实施例中，功率接收器105可以包括金属元件(例如，金属加热元件)，在这种情况下，功率传输信号直接感应出涡电流，从而引起对元件的直接加热。

该系统被布置为传输大量的功率水平，并且特别地，功率发送器在许多实施例中可以支持超过500mW、1W、5W、50W、100W或500W的功率水平。例如，对于Qi对应的应用来说，针对低功率应用(基准功率分布)，功率传输通常可以在1-5W的功率范围内；对于Qi规范版本1.2来说，功率传输通常高达15W；针对更高功率应用(例如，功率工具、膝上型计算机、无人机、机器人等)，功率传输通常在高达100W的范围内；而针对非常高功率应用(例如，厨房应用)，功率传输通常超过100W并且高达1000W以上。

在下文中，将具体参考总体上根据Qi规范的实施例(除了本文中描述的(或随之发生的)修改和增强之外)或适合用于由无线充电联盟开发的更高功率厨房规范的实施例来描述功率发送器101和功率接收器105的操作。特别地，功率发送器101和功率接收器105可以遵循或基本上兼容Qi规范版本1.0、1.1或1.2的要素(除了本文中描述的(或随之发生的)修改和增强之外)。

图1的系统被布置为支持具有大范围的功率水平的功率传输。该系统通过能够在多个不同的功率传输配置中操作的功率发送器来支持上述功能，其中，这些不同的功率传输配置对应于不同的功率水平。

特别地，功率传输配置中的一些功率传输配置使用不同的电压幅度来驱动具有发送器线圈103的输出电路。通常，输出电路是串联谐振电路，其中，发送器线圈形成感应谐振部件，并且其中，串联谐振电路由具有恒定电压幅度的驱动信号来驱动，并且其中，功率水平是通过直接或间接地改变被提供给输出电路的电流(例如通过改变驱动信号的驱动频率或占空比)来确定和改变的。然而，由于所要求的电流变化变得难以实现和控制，因此变得难以以这种方式支持大的功率水平变化。因此，图1的系统允许功率发送器101在不同的功率传输配置之间进行切换，这些不同的功率传输配置可以对应于不同的最大功率限制并且针对用于发送器线圈103的驱动信号使用不同的电压幅度。特别地，对于给定的功率传输配置，驱动信号的电压幅度可以是恒定的，但是对于不同的功率传输配置，电压幅度可以是不同的。最大功率限制可以是当在当前功率传输配置中时支持的功率传输信号的功率的上限。可以通过限制被提供给发送器线圈103的驱动信号的电流来施加功率限制。因此，最大功率限制可以对应于最大电流限制。

电压幅度可以是驱动信号的峰到峰、峰值或半幅度，并且在许多实施例中，驱动信号可以是方波或矩形波。特别地，驱动信号可以是具有+Va、-电压幅度或0的值的信号，其中，Va是(峰值)电压幅度。驱动信号可以具有0的均值。在一些实施例中，驱动信号可以是不同的波形，例如，正弦波、三角波等。

因此，功率发送器101可以被布置为在多个功率传输配置中的一个功率传输配置中操作，其中，每个功率传输配置可以具体对应于驱动信号电压幅度和最大功率限制(并且因此最大电流限制)的不同组合。例如，如图2所示，功率发送器101可以被布置为在n个不同的功率传输配置中的一个功率传输配置中操作，其中，每个配置具有相关联的最大功率限制和固定的驱动信号电压幅度。例如，功率发送器101可以被布置为从具有以下最大功率限制/最大电流限制和驱动信号电压幅度的一组功率传输配置中选择当前功率传输配置(在该示例中，提供了电压幅度和最大电流限制的有效值)：

·5V，1.5A(7.5W)

·9V，1A(9W)

·5V，2A(10W)

·12V，1A(12W)

·9V，2A(18W)

·12V，1.5A(18W)

·19V，1A(19W)

·12V，2A(24W)

·19V，2A(38W)

·19V，3A(57W)

功率发送器101因此可以被布置为在具有不同电压幅度的一组功率传输配置中的一个功率传输配置中操作，其中，需要更高的电压幅度来实现更高的功率水平。

图3更详细地图示了图1的功率发送器101的元件。

功率发送器101包括驱动器301，驱动器301能够生成被馈送到输出电路的驱动信号，在该示例中，该输出电路是由发送器线圈103和发送器电容器302形成的谐振电路。作为对被驱动信号驱动的回应，发送器线圈103生成电磁场并且因此生成向功率接收器105提供功率传输的电磁功率传输信号。(至少)在功率传输阶段期间提供功率传输信号。

驱动器301通常是逆变器形式的驱动电路，该逆变器根据DC电压来生成交流信号。驱动器301的输出通常是开关桥，该开关桥通过开关桥的开关的适当切换来生成驱动信号。图4示出了半桥开关桥/逆变器。开关S1和S2被控制为使得它们决不会同时闭合。备选地，当S2断开时，S1闭合，并且当S1断开时，S2闭合。开关以期望的频率断开和闭合，从而在输出部处生成交变信号。通常，逆变器的输出经由谐振电容器被连接到发送器感应器。图5示出了全桥开关桥/逆变器。开关S1和S2被控制为使得它们决不会同时闭合。开关S3和S4被控制为使得它们决不会同时闭合。备选地，当S2和S3断开时，开关S1和S4闭合，并且然后当S1和S4断开时，S2和S3闭合，从而在输出部处创建方波信号。开关以期望的频率断开和闭合。

驱动器301因此生成用于输出谐振电路并且因此用于发送器线圈103的驱动信号。对于给定的功率传输配置，驱动信号具有(基本上)恒定的电压幅度。在该示例中，通过为驱动器的输出电路设置恒定的轨道电压来实现恒定的电压幅度，即，对于给定的功率传输配置，用于图4和图5的桥的轨道电压V是恒定的。对于半桥，通过桥式晶体管的切换相应地在0和V之间切换输出电压，并且对于全桥，通过桥式晶体管的切换相应地在V和-V之间切换输出电压。因此，在该示例中，对于任何给定的功率传输配置，功率发送器可以将轨道电压设置为是恒定的，但是在功率传输配置之间，轨道电压(可能)变化。

功率发送器101还包括功率发送器控制器303，该功率发送器控制器303被布置为根据期望的操作原理来控制功率发送器101的操作。特别地，功率发送器101可以包括用于根据Qi规范执行功率控制所需的许多功能。

特别地，功率发送器控制器303被布置为控制驱动器301对驱动信号的生成。特别地，功率发送器控制器303可以设置用于与功率发送器当前正在其中操作的特定功率传输配置相对应的驱动的轨道电压。

功率发送器控制器303还可以动态地控制驱动信号的功率水平并且因此动态地控制由发送器线圈103生成的功率传输信号的功率水平。特别地，功率发送器控制器303包括功率回路控制器，该功率回路控制器在功率控制阶段期间响应于从功率接收器105接收的功率控制消息而控制功率传输信号的功率水平。特别地，功率水平的控制可以通过控制驱动信号的电流或者更典型地通过控制驱动信号的占空比或频率来实现。在后一示例中，功率水平可以通过将频率移位为更接近包括发送器线圈103的输出谐振电路的谐振频率(和/或包括接收器线圈107的功率接收器105的谐振电路的谐振频率)来增大，并且通过将频率移位为更远离所述谐振频率来减小。

另外，针对给定的功率传输配置，功率发送器控制器303可以将功率水平限制为最大功率水平。这通常是通过限制驱动信号的电流来完成的。电流可以被主动限制，或者在一些实施例中，最大功率限制可以是间接的(甚至可能是无意的)，并且例如由于对能够由电源提供给驱动器的电流的实际限制。在一些实施例中，最大功率限制可以是由控制算法施加的约束，例如以便确保不超过开关桥晶体管的热能力。例如，对于其中通过控制驱动信号/功率传输信号的频率和/或占空比来控制功率水平的系统，控制器可以连续地监测功率水平并且适配经受功率水平不超过针对当前功率传输配置的最大功率限制的要求的频率。

为了从功率接收器105接收数据和消息，功率发送器101包括第一接收器305，第一接收器305被布置为从功率接收器105接收数据和消息(如技术人员将意识到的，数据消息可以提供一个或多个位的信息)。在该示例中，功率接收器105被布置为对由发送器线圈103生成的功率传输信号进行负载调制，并且第一通信器305被布置为感测发送器线圈103的电压和/或电流的变化并且基于这些变化来对负载调制进行解调。技术人员将了解例如在Qi无线功率传输系统中使用的负载调制的原理，并且因此将不对这些内容进行进一步的详细描述。

功率发送器101还被布置为将数据发送到功率接收器105，并且因此包括第一发送器307，特别地，第一发送器307被布置为例如通过使用频率、幅度和/或相位调制来调制驱动信号并且因此调制功率传输信号而将数据发送到功率接收器。

将意识到，在其他实施例中可以使用用于在功率发送器101与功率接收器105之间进行数据通信的其他方法。例如，在一些实施例中，可以使用单独的通信通道来执行通信，该单独的通信通道可以使用单独的通信线圈或者实际上使用发送器线圈103来实现。例如，在一些实施例中，可以实施近场通信，或者可以将高频载波(例如，具有13.56MHz的载波频率)叠加在功率传输信号上。

功率发送器101还包括第一配置控制器309，该第一配置控制器309被布置为控制功率发送器101在哪个功率传输配置中进行操作，并且因此特别地被布置为在一组可能的功率传输配置中的不同功率传输配置之间切换功率发送器101。

图6图示了功率接收器105的一些示例性元件。

接收器线圈107被耦合到功率接收器控制器601，该功率接收器控制器601将接收器线圈107耦合到负载603。功率接收器控制器601包括将由接收器线圈107提取的功率转换成适合用于负载的供应功率的功率控制路径。另外，功率接收器控制器601可以包括用于执行功率传输所需的各种功率接收器控制器功能，并且特别包括根据Qi规范执行功率传输所需的功能。

功率接收器105还包括第二接收器605，该第二接收器605被布置为接收从功率发送器101发送的数据。在该示例中，第二接收器605被布置为适当地解调功率传输信号的幅度、频率和/或相位调制，以便还原从功率发送器发送的数据。

为了支持从功率接收器105到功率发送器101的通信，功率接收器105包括第二发送器607。第二发送器607被布置为通过响应于要被发送给功率发送器101的数据而改变接收器线圈107的负载，从而向功率发送器发送数据。然后，如本领域技术人员将获知的那样，通过功率发送器101来检测和解调负载变化。

如前面所提到的，在其他实施例中，可以使用其他通信方法，例如可以使用单独且专用的短程通信方法，例如，NFC。

功率接收器105还包括第二配置控制器609，该第二配置控制器609被布置为支持对不同的功率传输配置的使用，并且特别地，第二配置控制器609可以支持和控制功率发送器101在不同的功率传输配置之间的切换。

因此，在图1的系统中，一定范围的具有不同最大功率水平的不同功率传输配置可以用于功率传输，从而提供所支持的潜在大范围的功率水平，包括相当高的功率水平。另外，功率发送器和功率接收器可以被布置为在不同的功率配置之间动态地切换。例如，功率传输操作可以最初以低功率水平开始，并且然后逐渐将功率水平增加到越来越高的水平。例如，为了安全起见，给大容量电池充电可以以较低的充电水平开始，然后在确保能够安全地支持该电池充电(例如确保附近没有金属异物)时以高充电电流增加到潜在的高水平。类似地，在许多实施例中，负载603可以是具有高度可变功耗的可变负载。例如，负载可以是包括仅间歇运行的引擎的设备。因此，在许多情况下，可能期望在不同的功率传输配置之间改变，其中，改变可能是不可预测的并且在功率增加方向和功率减少方向上都可能发生。

然而，虽然在许多实施例中这可以允许在较大功率范围内的改善的性能，但是发明人已经进一步认识到，在具有用于驱动信号的不同驱动电压的不同功率传输配置之间改变存在潜在的风险和困难。

特别地，驱动信号的电压的变化可能导致接收器线圈107处的感应电压的步进/瞬变。因此，从一个功率传输配置到另一个功率传输配置的切换可能引起在功率接收器处发生欠电压或过电压状况。对于一些功率接收器来说并且在一些情况下，这样的欠电压或过电压状况可以是完全可接受的，并且对操作没有任何显著影响。然而，对于其他功率接收器来说和/或在其他场景中，欠电压和/或过电压可能具有显著影响并且可能引起次优或甚至错误的操作。实际上，在一些情况下，甚至能够设想到，如果不采取合适的预防措施，则过电压状况可能引起功率接收器的损坏。

作为特定示例，功率发送器可以在10W(5V，2A)的配置中操作，其中，功率接收器将其操作点控制到8V，1A。当功率发送器切换到下一个更高的配置(例如，12W(12V，1A))时，功率接收器将最初看到12/5*8＝19.5V，2.4A的电压，这远远超出了该配置中的功率发送器的能力。因此，功率传输可能由于生成过电压或过功率状况而崩溃。

当切换到更低功率配置时，可能发生类似的情况。例如，如果功率发送器以12V，1A的配置操作，并且功率接收器仅获取4W(例如，5V，0.8A)，则切换到功率发送器上的下一个更低配置(例如，5V，1.5A)可能是更有利的。如果该切换是在功率接收器没有准备好的情况下进行的，则在切换之后它将经历5/12*5＝2.1V的电压，这可能太低以致于无法维持其操作(即，欠电压)。因此，这也将导致功率传输的崩溃。

在图1的方法中，实施了用于在功率传输配置之间进行切换的特定方法，其在许多实施例中能够提供改善的性能。该方法允许功率发送器和功率接收器交互运作，以便仔细地控制功率传输配置的切换，并且特别地使得功率接收器知道并且通常完全控制从一个功率传输配置到另一个功率传输配置的切换，从而防止不可预测的欠电压或过电压状况的出现。

该方法基于功率发送器和功率接收器交换信息以便控制和协调功率传输配置的改变。特别地，消息交换可以允许功率接收器控制用于功率发送器的功率传输配置的改变，使得能够确保在没有导致功率接收器处的不可接受的影响的改变的情况下继续进行这种操作(它可以例如允许功率接收器补偿影响)。

因此，在该示例中，功率发送器101包括第一配置控制器309，该第一配置控制器309被布置为控制功率发送器101以从一组多个功率传输配置中选择的功率传输配置进行操作，这组多个功率传输配置中的每个功率传输配置可以表示用于包括发送器线圈103的输出电路的驱动信号的(基本上)恒定的电压幅度和功率传输信号/驱动信号的最大功率限制的不同组合。功率发送器101还被布置为向功率接收器105发送功率配置消息，该功率配置消息包括指示用于这组功率传输配置中的一个或多个功率传输配置的驱动信号的电压幅度的数据。

特别地，功率配置消息可以包括描述用于功率发送器101能够潜在地切换到的一个或多个候选功率传输配置的功率传输配置的电压幅度的数据。特别地，在许多实施例中，功率配置消息可以提供用于功率发送器101可以在其中操作的功率传输配置的给定的(例如，预定的或先前通信的)序列中的下一个更高和/或下一个更低功率传输配置的电压幅度信息。例如，功率传输配置可以以最大功率限制的顺序(并且在一些功率传输配置具有相同的最大功率限制的情况下以电压幅度的顺序)进行排序，并且功率配置消息可以根据该序列来指示下一个更高和更低功率传输配置的值。功率配置消息可以相应地提供针对紧接着的更高最大功率限制和紧接着的更低最大功率限制的电压幅度。

电压指示可以以绝对值方式或者例如以相对于当前功率传输配置的电压幅度的相对值方式给出。

在该方法中，功率接收器105可以相应地被提供有功率发送器能够切换到的功率传输配置的信息。

功率接收器105的第二接收器605可以接收功率配置消息，并且相应地向功率接收器105告知功率传输配置的潜在变化和电压幅度的结果得到的变化。因此，功率接收器具有允许其评价功率传输配置的后续变化的结果的信息。

另外，功率接收器105包括第二配置控制器609，该第二配置控制器609被布置为检测功率发送器要切换到由功率配置消息指示的(一个或多个)功率传输配置(中的一个功率传输配置)的功率传输配置偏向。

可以以任何合适的方式并使用任何合适的算法/准则来检测改变功率传输配置的期望/请求/偏向。该方法不依赖于任何特定的方法或要求，或实际上在哪里确定偏向，通过哪个功能确定偏向，或实际上通过哪个设备或装置确定偏向。因此，该方法基于第二配置控制器609检测到存在针对改变功率传输配置的偏向，但是不依赖于该偏向源自于何处、源自的原因和方式。

在许多实施例中，可以在功率接收器105中并且特别是由第二配置控制器609来确定偏向。例如，第二配置控制器609可以确定功率传输正在接近针对当前功率传输配置的最大功率限制进行操作，并且存在对于增加的功率的需求并且因此存在切换到具有更高最大功率限制的功率传输配置的偏向。

在一些实施例中，切换到不同功率传输配置的偏向可以例如由功率发送器来确定，并且第二配置控制器609可以例如响应于功率传输信号的性质或来自功率发送器的通信而检测该偏向。例如，当功率发送器确定这样的切换将是期望情况时，功率发送器可以向功率接收器发送针对功率传输配置改变的请求。实际上，在许多实施例中，功率发送器可以被布置为响应于功率发送器确定存在针对改变功率传输配置的偏向而发送功率配置消息，并且因此功率配置消息本身可以是功率传输配置改变请求消息。

第二发送器607可以被布置为响应于检测到功率传输配置改变偏向而向功率发送器发送功率传输配置改变请求消息。在许多实施例中，发送可以是有条件的，例如特别地以满足准则的对应功率传输配置的电压幅度为条件。

例如，第二配置控制器609可以响应于检测到存在对将功率传输配置改变为给定的候选功率传输配置的期望而评价对该候选功率传输配置的改变是否将导致由于切换而在功率接收器处发生的不可接受的欠电压或过电压状况。作为简单的示例，第二配置控制器609可以简单地确定当前功率传输配置的电压幅度与候选功率传输配置的电压幅度之间的比率是否超过被认为是(在特定情况下)特定功率接收器可接受的阈值。如果是这样的话，则第二发送器607可以继续向功率发送器发送功率传输配置改变请求消息，否则不发送功率传输配置改变请求消息。

在其他实施例中，第二发送器607可以被布置为：如果检测到功率传输配置改变偏向，则总是向功率发送器101发送功率传输配置改变请求消息。在这样的实施例中，功率接收器105可以被布置为响应于所请求的功率传输配置的电压幅度并且通常响应于所请求的功率传输配置的电压幅度与当前功率传输配置的电压幅度之间的关系而适配功率接收器105的操作或配置。

例如，如果电压幅度变化足够小，则不会发生有问题的欠电压或过电压状况，并且因此可能不需要改变操作或配置。然而，如果电压幅度的变化足够大，则这可能引起不可接受的瞬时性能，并且例如导致瞬时过电压，直到功率控制回路能够适配功率水平等为止。在这种情况下，功率接收器105的操作可以由第二配置控制器609来适配，从而为功率传输配置改变作好准备。例如，输入电路可以与可能易受过电压状况影响的敏感电路相隔离。特别地，在许多实施例中，负载603可以被断开。

第一接收器305可以从功率接收器105接收功率传输配置改变请求消息，并且响应于接收到该功率传输配置改变请求消息，第一配置控制器309可以继续将功率发送器101切换到新的候选功率传输配置。在一些实施例中，功率传输配置改变请求消息可以指示功率传输配置，例如指示功率发送器101是否被请求切换到更高或更低的最大功率限制。在其他实施例中，这可以是隐含的，例如通过仅存在一个候选功率传输配置来实现这一点。

在该系统中，功率传输配置的改变因此不是排他性地由功率发送器101执行的，而是在功率发送器与功率接收器之间协作执行的。功率接收器不仅被告知功率传输配置的改变的可能影响，而且还控制是否发生功率传输配置的改变。因此，功率传输配置的改变原则上可以由功率发送器或功率接收器发起，但是该方法允许功率接收器控制功率传输配置的改变是否继续进行。

因此，该方法可以允许通过采用一定范围的具有不同电压和最大功率限制的不同功率传输配置来有效地支持大范围的功率水平的灵活方法。该方法允许该方法与大范围的功率发送器和功率接收器一起使用而没有例如不可接受的过电压或欠电压状况的风险。相反，该方法能够确保给定的功率传输配置的改变以某种方式发生并且只在这种改变对于特定的功率接收器来说是可接受的情况下才会发生。因此，该方法可以允许操作适配所涉及的特定的功率发送器和功率接收器。

该方法还可以提供改善的向后兼容性，并且例如允许被引入到其中一些功率接收器并不支持不同功率传输配置的系统。这样的功率接收器将不包括用于生成并发送功率传输配置改变请求消息的功能，并且因此功率发送器将不切换功率传输配置，即使它会认为这样做是有利的也是如此。

在一些实施例中，功率配置消息还可以提供针对其提供(一个或多个)电压指示的(一个或多个)功率传输配置的最大功率水平的指示。例如，功率配置消息可以通过专用数据(例如给出以瓦特为单位的值或者提供对一组预定水平中的一个预定水平的参考)来明确地指示最大功率水平。

然而，在许多实施例中，功率配置消息可能并不包括定义针对(一个或多个)功率传输配置的最大功率限制的任何数据。在一些这样的实施例中，功率配置消息本身可以(隐含地)指示关于最大功率水平的一些信息。例如，如上面所指示的，功率配置消息本身可以指示是否确实存在更高最大功率限制和/或更低最大功率限制。在一些实施例中，针对这组功率传输配置的最大功率限制是预定的并且是功率接收器已知的(或者例如在功率传输初始化期间被传达到功率接收器)。在这种情况下，功率接收器将知道针对下一个更高功率传输配置和下一个更低功率传输配置的最大功率限制，并且因此功率配置消息还通过提供电压指示来隐含地提供最大功率限制的指示。

特别地，在许多实施例中，功率配置消息可以如所提到的那样提供针对具有以下最大功率限制的功率传输配置的电压幅度：所述最大功率限制是相对于当前功率传输配置的最大功率限制的下一个更高最大功率限制或下一个更低最大功率限制中的至少一个；或者，在许多实施例中，有利地，功率配置消息可以如所提到的那样提供针对具有以下最大功率限制的功率传输配置的电压幅度：所述最大功率限制是相对于当前功率传输配置的最大功率限制的下一个更高最大功率限制和下一个更低最大功率限制中的至少一个(因此，可以为下一个更高功率传输配置和下一个更低功率传输配置这两者都提供电压幅度)。

因此，在许多实施例中，功率配置消息可以包括与可用的下一个更低功率限制和下一个更高功率限制相对应的两个功率传输配置的信息。这可以提供高效的系统，其中能够灵活地改变功率水平，同时维持低复杂度和通信带宽。例如，一旦功率传输配置发生改变，仅需要传达新的数据，并且仅需要将数据用于一个或两个功率传输配置。特别地，通信受限于非常少的参数，并且不需要为由功率发送器支持的所有功率传输配置传达数据。这在实践中是实质性优点，因为从功率发送器到功率接收器的通信在诸如Qi之类的无线功率传输系统中是非常慢的。

该方法还可以提供以下情况：电压步进变化倾向于被限制为较小的步进。例如，大的功率水平变化将倾向于被分解成多个较小的步进，从而引起较小的瞬变。

在该示例中，功率发送器相应地向功率接收器告知从由功率发送器支持的这组功率传输配置中可用的下一个更高电压配置或下一个更低电压配置。然后，功率接收器能够请求切换到可用的更低配置或更高配置。由于功率接收器需要更高或更低的功率，因此它能够逐步通过该配置。这避免了功率发送器未宣布就改变配置(这可能引起困难)或者甚至潜在地损坏功率接收器。

在许多实施例中，电压幅度的指示可以有利地被提供为候选功率传输配置的电压幅度与当前功率传输配置的电压幅度之间的相对差异，并且特别地被提供为它们之间的比率。这在仅指示相邻的功率传输配置的实施例中会是特别有利的，因为它可以允许对需要被传达的值进行标准化，从而允许对给定位数的更准确的表示。例如，如果相邻的功率传输配置之间的电压幅度的最大步进是比如2的因子，虽然例如这组功率传输配置覆盖了比如10的因子的电压幅度范围，但是该比率的指示仅需要覆盖从例如1到2的范围。

在图7中图示了可能的功率配置消息的示例。在该示例中，功率配置消息被称为从功率发送器发送到功率接收器的功率供应配置(PSC)数据包。在该示例中，PSC数据包包括两个字段，每个字段为8位。第一字段包括电压步降数据值，并且第二字段包括电压步升数据值，其中，第一字段指示在功率发送器切换到下一个更低功率传输配置的情况下驱动信号的电压幅度的相对变化，并且第二字段指示在功率发送器切换到下一个更高功率传输配置的情况下驱动信号的电压幅度的相对变化。作为特定示例，可以根据以下协议来提供值：

电压步降：在激活下一个更低功率传输配置时，负载电压将降低该因子的1/64(值在64…255的范围内)。

电压步升：在激活下一个更高功率传输配置时，负载电压将增加该因子的1/64(值在64…255的范围内)。

在一些实施例中，包括指示候选功率传输配置的电压幅度的数据的数据字段的预定值可以用于指示当前功率传输配置在其是最高或最低功率水平功率传输配置的意义上是极端功率传输配置。

因此，功率配置消息的电压幅度数据字段的预定值可以用于向功率接收器指示由功率发送器支持的这组功率传输配置不包括具有更高最大功率限制的任何功率传输配置。类似地，功率配置消息的电压幅度数据字段的(另一)预定值可以用于向功率接收器指示由功率发送器支持的这组功率传输配置不包括具有更高最大功率限制的任何功率传输配置。

例如，对于图7的PSC，字段中的值0可以指示没有可用的下一个更高或更低的配置(即，电压步降字段中的0指示没有更低的功率传输配置，并且电压步升字段中的0指示没有更高的功率传输配置)。

在一些实施例中，指示电压幅度的数据的预定值指示候选功率传输配置的电压幅度相对于当前功率传输配置的电压幅度没有变化。例如，对于图7的PSC消息，值64能够指示电压幅度将不改变(但是最大功率限制可以改变)。

还将意识到，功率传输配置改变消息请求消息可以是任何合适的格式或者使用任何合适的协议。在图8中提供了示例。在该示例中，功率传输配置改变请求消息被称为从功率接收器发送到功率发送器的特定请求/下一配置(SRQ/nc)数据包。在该示例中，SRQ/nc消息包括8位数据字段，但是仅使用该数据字段的一个数据位b₀。该数据位指示请求的方向，即，请求是针对具有增大的还是减小的最大功率限制的功率传输配置的。

在许多实施例中，功率发送器可以进一步响应于功率传输配置改变请求消息，并且可以特别地在响应中确认该请求。特别地，响应消息可以指示功率传输配置的改变的定时。特别地，响应消息可以指示改变的时间，或者响应消息的定时本身可以是功率传输配置的改变的定时的指示。例如，功率发送器可以在响应消息的发送之后的预定时间继续改变功率传输配置。

作为特定示例，响应消息可以是以下示例中的一个示例：

ACK：在确认了SRQ/en数据包之后，所请求的新的功率传输配置在TBD ms内变为激活的。

NAK：功率发送器已经拒绝了请求并且继续使用当前功率传输配置(例如因为切换将导致在当前操作点处超过功率供应的能力)。

在一些实施例中，功率发送器可以发起功率传输配置的潜在改变。

例如，第一配置控制器309可以被布置为响应于检测到功率传输的操作特性满足准则并且特别是响应于检测到功率发送器的当前功率水平超过阈值而发送功率配置消息，其中，该阈值取决于当前功率传输配置的最大功率限制。

例如，第一配置控制器309可以连续地监测驱动信号的功率水平，并且将其与当前功率传输配置的最大功率限制进行比较。如果驱动信号的(例如经低通滤波的)功率水平超过比如最大功率限制的90％，则第一配置控制器309可以认为很可能切换到具有更高最大功率限制的功率传输配置将是适当的，并且可以相应地继续发送功率配置消息。

作为另一示例，第一配置控制器309可以监测驱动信号的频率，并且如果这偏离包括发送器线圈103的谐振电路的给定谐振频率太多(指示驱动信号基本上从标称操作点失谐，以便针对当前电压幅度降低功率传输信号的功率)，则功率发送器可以继续发送功率配置消息。

在这种情况下，功率配置消息的发送相应地不仅提供关于候选功率传输配置的电压幅度的信息，而且还提供功率发送器期望/请求功率传输配置的改变的指示。例如在以上两个示例中，功率配置消息可以分别指示切换到更高最大功率限制功率传输配置的期望和切换到更低最大功率限制功率传输配置的期望。在一些这样的实施例中，功率配置消息还可以包括期望切换到更高最大功率限制或更低最大功率限制的指示。

在一些实施例中，功率接收器可以发起功率传输配置的改变。例如，类似于针对功率发送器描述的方法，第二配置控制器609可以确定当前提取的功率水平并且将其与反映当前功率传输配置的最大功率限制的阈值进行比较。备选地或额外地，它可以测量功率传输信号的频率并且检测这是否偏离标称值太远。

这样的操作特性的检测可以是功率传输配置改变偏向的检测，并且作为响应，功率接收器可以向功率发送器发送功率配置信息请求消息。在一些实施例中，该消息可以是针对功率发送器发送功率配置消息的请求，并且因此功率发送器可以发送功率配置消息，从而向功率接收器提供用于改变功率传输配置以及相关联的电压幅度的结果的可能性的信息。

在图9中示出了功率接收器发起的功率传输配置的改变的可能消息交换的特定示例，并且在图10中示出了功率接收器发起的功率传输配置的改变的可能消息交换。示例包括以下消息：

CE(功率)控制误差，被功率接收器用于将其功率和电压水平控制到适当的目标点。

RP/0接收功率包，被功率接收器用于向功率发送器告知其接收的功率量。

ACK确认；被功率发送器用于指示其接受请求。

NEGO协商请求；被功率接收器用于发起协商序列。

GRQ/psc一般请求/电源配置；被功率接收器用于请求功率发送器发送PSC消息。

PSC电源配置；被功率发送器用于传达下一个更高功率配置和下一个更低功率配置的参数。

SRQ/nc特定请求/下一个配置；被功率接收器用于请求下一个更高配置或下一个更低配置。

SRQ/en特定请求/结束协商；被功率接收器用于终止协商序列并且指示协商的配置应当在TBD毫秒内变为激活的。

在一些实施例中，功率接收器可以如先前提到的那样确定与功率传输配置的切换相关联的电压幅度的改变是否将引起不可接受的过电压或欠电压状况，并且如果不是这种情况，则仅继续发送功率传输配置改变请求消息。

在一些实施例中，功率接收器可以被布置为在功率传输配置中的切换之前补偿功率接收器的操作，使得结果得到的电压变化变得可接受，即使不是在操作中没有任何变化的情况下也是如此。

例如，在功率传输配置的改变之前，第二配置控制器609可以被布置为修改功率传输操作，以在与功率传输配置的后续改变中将发生的电压改变相反的方向上改变感应电压。

例如，对于增加驱动信号的电压幅度的改变并且因此对于当发生功率传输配置的改变时将引起在接收器线圈107中感应出增加的瞬时电压的改变，第二配置控制器609可以在改变之前继续减小接收器线圈107上的感应电压。然后当改变发生时，接收器线圈107上的电压会增加，但是由于先前的电压降低，这种增加可以是可接受的，并且不会导致例如破坏性的过电压状况。

在一些实施例中，第二配置控制器609可以被布置为在功率传输配置的切换之前改变负载阻抗，并且特别地，负载阻抗的这种改变可以与感应电压的变化一起完成。

例如，功率传输可以在接近当前功率传输配置的最大功率限制的功率传输信号的负载的情况下进行。因此，可以存在切换到下一个更高最大功率限制的偏向，并且这可以由第二配置控制器609来检测(例如基于接收到功率配置消息或者基于其自身评价功率传输特性)。因此，它可以向功率发送器发送功率传输配置改变请求消息，并且同时继续降低阻抗/电阻，从而引起以更低电压提供相同功率水平的更低电压和更高电流。在功率传输配置发生改变之后，可以再次改变阻抗以适应新的状况。

作为特定示例，可以考虑先前描述的其中功率发送器可以在10W(5V，2A)的配置中操作的情况，其中，功率接收器将其操作点控制到8V，1A。当功率发送器切换到下一个更高的配置(例如，12W(12V，1A))时，功率接收器最初将看到12/5*8＝19.5V的电压，2.4A，这远远超出了该配置中的功率发送器的能力。因此，功率传输可能由于生成过电压或过功率状况而崩溃。为了防止发生这种情况，功率接收器在进行切换之前必须将其功率水平控制回到例如4V，0.5A。在后一种情况下，在切换之后，功率接收器以12*/5*4＝9.6V，1.2A(即，11.5W，假设无损耗)操作。

当切换到更低功率配置时的类似示例可以是功率发送器以12V，1A的配置操作并且功率接收器仅采用4W(例如，5V，0.8A)的情况。然后，系统可以切换到功率发送器上的下一个更低配置，例如，5V，1.5A，如果在功率接收器没有准备好的情况下进行这种切换，则在切换之后它将经历5/12*5＝2.1V的电压，这可能太低以致于无法维持其操作(即，欠电压)。因此，这也将导致功率传输的崩溃。然而，能够通过增加为切换作准备的感应电压来解决这个问题。

先前的示例集中于其中从驱动器馈送到输出电路的驱动信号的电压幅度对于任何给定的功率传输配置都是恒定的实施例。然而，该方法也可以适合用于其中当功率发送器以给定的功率传输配置操作时电压幅度不恒定的实施例。

例如，在一些实施例中，功率发送器可以被布置为针对每个功率传输配置在给定的电压幅度范围内操作。例如，对于每个功率传输配置，可以存在给定的最大电压幅度，并且因此每个功率传输配置可以与针对驱动信号的最大功率限制和最大电压幅度(限制)的不同组合相关联。

在这种情况下，由功率配置消息传达的电压幅度指示可以指示对应的候选功率传输配置的最大电压幅度(限制)。因此，功率接收器可以被布置为确定当从当前功率传输配置切换到候选功率传输配置时可能发生的最大电压瞬变或步进。例如，当切换到新的功率传输配置时，功率发送器可以总是以最大电压幅度开始，并且跟踪当前电压幅度的功率接收器(例如通过将当前感应电压与功率发送器刚切换到当前功率传输配置后的电压进行比较)能够在切换到新的功率传输配置之后立即确定感应电压幅度。

类似地，给定功率传输配置的电压幅度可以具有最小限制，并且功率配置消息可以额外地或备选地指示候选功率传输配置的最小电压幅度限制。这可以相应地允许功率接收器确定将在改变功率传输配置之后立即经历的最低感应电压。

在一些实施例中，在功率配置消息中指示的电压幅度可以不是最大电压幅度限制和/或最小电压幅度限制，而是可以例如是标称电压幅度或初始电压幅度。例如，当切换功率传输配置时，功率发送器可以被布置为利用针对驱动信号的给定电压幅度来发起新的功率传输配置，并且该初始电压幅度可以在功率配置消息中被发送到功率接收器。因此，功率接收器能够在功率传输配置的切换之后立即确定感应电压，例如通过考虑与当前电压幅度有关的或与当前功率传输配置的初始电压幅度有关的候选功率传输配置的初始电压幅度来实现这一点。在切换之后，电压幅度可以随后由功率发送器修改，但是这通常是如此慢以致于功率接收器将不会经历瞬变或步进。

电压幅度可以例如在功率配置消息中被指示为相对于例如当前功率传输配置的初始电压幅度的相对值。在一些实施例中，候选功率传输配置的电压幅度可以被提供为相对于当前电压幅度的相对指示。例如，候选功率传输配置的初始电压幅度与当前电压幅度之间的比率可以被包括在功率配置消息中。这可以便于功率接收器在切换功率传输配置时确定电压步进(例如，它不需要跟踪电压幅度的变化)，并且通常由于电压幅度的变化非常缓慢而是可行的。

具有可变电压幅度的方法可以特别地允许或支持其中(至少部分地)通过改变驱动信号电压幅度来控制功率传输信号的功率水平的实施方式。例如，它可以允许基于来自功率接收器的功率控制误差消息来适配驱动信号的电压幅度的方法。

将意识到，为了清楚起见，以上描述已经参考不同的功能电路、单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，将显而易见的是，可以使用在不同的功能电路、单元或处理器之间的任何合适的功能分布而不会脱离本发明。例如，被示为由单独的处理器或控制器执行的功能可以由相同的处理器或控制器来执行。因此，对特定功能单元或电路的引用仅被视为对用于提供所描述的功能的合适单元的引用，而并不指示严格的逻辑或物理结构或组织。

本发明能够以任何合适的形式来实施，包括硬件、软件、固件或这些项目的任何组合。本发明可以任选地至少部分被实施为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。本发明的实施例的元件和部件可以以任何合适的方式来物理地、功能地和逻辑地实施。实际上，功能可以被实施在单个单元中，被实施在多个单元中或者被实施为其他功能单元的部分。正因如此，本发明可以被实施在单个单元中，或者可以物理地和功能地分布在不同的单元、电路和处理器之间。

虽然已经结合一些实施例描述了本发明，但是并不旨在将本发明限于本文所阐述的特定形式。相反，本发明的范围仅受权利要求限制。另外，虽然可能看起来结合特定实施例描述了特征，但是本领域技术人员将认识到，可以根据本发明将所描述的实施例的各种特征进行组合。在权利要求中，术语包括并不排除其他元件或步骤的存在。

将意识到，对优选值的引用并不暗示除了其是异物检测初始化配置中确定的值之外的任何限制，即，其借助于其在适配过程中的确定而是优选的。对优选值的引用可以用对例如第一值的引用来代替。

此外，虽然单独列出，但是多个单元、元件、电路或方法步骤可以通过例如单个电路、单元或处理器来实施。另外，虽然各个特征可能被包括在不同的权利要求中，但是这些特征可能被有利地组合，并且包括在不同的权利要求中并不暗示特征的组合是不可行和/或不利的。在一种类型的权利要求中包括特征并不暗示对该类型的限制，而是指示该特征在适当时同样适用于其他权利要求类别。此外，权利要求中的特征的顺序并不暗示特征必须按照其工作的任何特定顺序，并且特别地，方法权利要求中的各个步骤的顺序并不暗示必须以该顺序来执行这些步骤。相反，可以以任何合适的顺序来执行这些步骤。另外，单数引用并不排除多个。因此，对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用并不排除多个。权利要求中的附图标记仅是作为澄清的示例来提供的，而绝不应被解释为以任何方式限制权利要求的范围。

Claims (16)

1.一种用于经由电磁功率传输信号向功率接收器(105)无线地提供功率的功率发送器(101)；所述功率发送器(101)包括：

输出电路(302、103)，其包括发送器线圈(103)，所述发送器线圈用于响应于驱动信号被施加到所述输出电路(302、103)而生成所述功率传输信号；

驱动器(301)，其用于生成所述驱动信号；

配置控制器(309)，其用于在一组功率传输配置之间进行切换，所述一组功率传输配置中的功率传输配置具有针对所述驱动信号的最大功率限制和电压幅度的不同组合；

发送器(307)，其用于向所述功率接收器(105)发送功率配置消息，所述功率配置消息包括指示针对所述一组功率传输配置中的第一功率传输配置的电压幅度的数据；

接收器(305)，其用于从所述功率接收器(105)接收功率传输配置改变请求消息；并且

其中，所述配置控制器(309)被布置为响应于所述功率传输配置改变请求消息而将所述功率发送器(101)切换到所述第一功率传输配置。

2.根据权利要求1所述的功率发送器，其中，所述数据指示针对所述第一功率传输配置的电压幅度与针对当前功率传输配置的电压幅度之间的相对差异。

3.根据权利要求2所述的功率发送器，其中，所述数据指示针对所述第一功率传输配置的电压幅度与针对所述当前功率传输配置的电压幅度之间的比率。

4.根据任一前述权利要求所述的功率发送器，其中，所述第一功率传输配置是所述一组功率传输配置中的具有以下最大功率限制的功率传输配置：所述最大功率限制是针对当前功率传输配置的最大功率限制的下一个更高最大功率限制和下一个更低最大功率限制中的至少一个。

5.根据任一前述权利要求所述的功率发送器，其中，所述功率配置消息包括指示针对所述一组功率传输配置中的第二功率传输配置的电压幅度的数据，所述第一功率传输配置是所述一组功率传输配置中的具有以下最大功率限制的功率传输配置：所述最大功率限制是针对当前功率传输配置的最大功率限制的下一个更高最大功率限制；并且所述第二功率传输配置是所述一组功率传输配置中的具有以下最大功率限制的功率传输配置：所述最大功率限制是针对所述当前功率传输配置的所述最大功率限制的下一个更低最大功率限制。

6.根据任一前述权利要求所述的功率发送器，其中，指示所述电压幅度的所述数据的预定值指示所述一组功率传输配置不包括具有比当前功率传输配置的最大功率限制更高的最大功率限制的功率传输配置。

7.根据任一前述权利要求所述的功率发送器，其中，所述配置控制器(309)被布置为响应于检测到所述功率传输的操作特性满足准则而发送所述功率配置消息。

8.根据任一前述权利要求所述的功率发送器，其中，所述配置控制器(309)被布置为响应于检测到所述功率发送器的当前功率水平超过阈值而发送所述功率配置消息，所述阈值取决于当前功率传输配置的最大功率限制。

9.根据任一前述权利要求所述的功率发送器，其中，所述配置控制器(309)被布置为响应于从所述功率接收器接收到功率配置信息请求消息而发送所述功率配置消息。

10.根据任一前述权利要求所述的功率发送器，其中，配置控制器(309)被布置为在已经向所述功率接收器发送了确认消息之后将所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置，所述确认消息确认从所述功率接收器接收的请求消息。

11.一种用于经由电磁功率传输信号从功率发送器(101)无线地接收功率的功率接收器，所述功率接收器(105)包括：

输入电路(601、107)，其包括功率接收器线圈(107)，所述功率接收器线圈被布置为从所述功率传输信号提取功率；

接收器(605)，其用于从所述功率发送器(101)接收功率配置消息，所述功率配置消息包括指示针对一组功率传输配置中的至少第一功率传输配置的驱动信号的电压幅度的数据，所述一组功率传输配置中的功率传输配置具有最大功率限制和电压幅度的不同组合，并且所述驱动信号用于所述功率发送器(101)的输出电路(302、103)，所述输出电路(302、103)包括发送器线圈(103)，所述发送器线圈用于响应于所述驱动信号被施加到所述输出电路而生成所述功率传输信号；

配置控制器(609)，其被布置为检测针对所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置的功率传输配置改变偏向；以及

发送器(607)，其用于响应于检测到所述功率传输配置改变偏向而向所述功率发送器发送功率传输配置改变请求消息，所述功率传输配置改变请求消息包括针对所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置的请求。

12.根据权利要求11所述的功率接收器，其中，所述配置控制器(609)被布置为控制功率传输在功率传输配置被改变为所述第一功率传输配置之前改变在所述功率接收器线圈上感应的电压。

13.根据权利要求11或12所述的功率接收器，其中，所述配置控制器(609)被布置为在功率传输配置被改变为所述第一功率传输配置之前改变针对所述功率接收器线圈的负载阻抗。

14.一种操作功率发送器(101)的方法，所述功率发送器经由电磁功率传输信号向功率接收器(105)无线地提供功率；所述方法包括：

输出电路(302、103)的发送器线圈(103)响应于驱动信号被施加到所述输出电路(302、103)而生成所述功率传输信号；

生成所述驱动信号；

在一组功率传输配置之间进行切换，所述一组功率传输配置中的功率传输配置具有针对所述驱动信号的最大功率限制和电压幅度的不同组合；

向所述功率接收器(105)发送功率配置消息，所述功率配置消息包括指示针对所述一组功率传输配置中的第一功率传输配置的电压幅度的数据；

从所述功率接收器(105)接收功率传输配置改变请求消息；并且

其中，在所述一组功率传输配置之间的所述切换响应于所述功率传输配置改变请求消息而将所述功率发送器(101)切换到所述第一功率传输配置。

15.一种操作功率接收器的方法，所述功率接收器经由电磁功率传输信号从功率发送器(101)无线地接收功率，所述方法包括：

功率接收器线圈(107)从所述功率传输信号提取功率；

从所述功率发送器(101)接收功率配置消息，所述功率配置消息包括指示针对一组功率传输配置中的至少第一功率传输配置的驱动信号的电压幅度的数据，所述一组功率传输配置中的功率传输配置具有最大功率限制和电压幅度的不同组合，并且所述驱动信号用于所述功率发送器(101)的输出电路(302、103)，所述输出电路包括发送器线圈(103)，所述发送器线圈用于响应于所述驱动信号被施加到所述输出电路而生成所述功率传输信号；

检测针对所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置的功率传输配置改变偏向；并且

响应于检测到所述功率传输配置改变偏向而向所述功率发送器发送功率传输配置改变请求消息，所述功率传输配置改变请求消息包括针对所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置的请求。

16.一种用于经由电磁功率传输信号从功率发送器(101)向功率接收器(105)无线地提供功率的无线功率传输系统；所述功率发送器(101)包括：

输出电路(302、103)，其包括发送器线圈(103)，所述发送器线圈用于响应于驱动信号被施加到所述输出电路(302、103)而生成所述功率传输信号；

驱动器(301)，其用于生成所述驱动信号；

配置控制器(309)，其用于在一组功率传输配置之间进行切换，所述一组功率传输配置中的功率传输配置具有针对所述驱动信号的最大功率限制和电压幅度的不同组合；

发送器(307)，其用于向所述功率接收器(105)发送功率配置消息，所述功率配置消息包括指示针对所述一组功率传输配置中的第一功率传输配置的电压幅度的数据；

接收器(305)，其用于从所述功率接收器(105)接收功率传输配置改变请求消息；并且

其中，所述配置控制器(309)被布置为响应于所述功率传输配置改变请求消息而将所述功率发送器(101)切换到所述第一功率传输配置；

并且，所述功率接收器(105)包括：

输入电路(601、107)，其包括功率接收器线圈(107)，所述功率接收器线圈被布置为从所述功率传输信号提取功率；

接收器(605)，其用于从所述功率发送器(101)接收所述功率配置消息，

配置控制器(609)，其被布置为检测针对所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置的功率传输配置改变偏向；以及

发送器(607)，其用于响应于检测到所述功率传输配置改变偏向而向所述功率发送器发送所述功率传输配置改变请求消息，所述功率传输配置改变请求消息包括针对所述功率发送器切换到所述第一功率传输配置的请求。

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