CN113629885A - 多线圈ptx/prx操作和控制 - Google Patents

多线圈ptx/prx操作和控制 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种多线圈PTX/PRX操作和控制。根据一些实施例，公开了一种无线功率发射器。该无线功率发射器可以包括：多个传输线圈，被布置为覆盖充电区域并且与铁氧体耦合；多个本地功率控制器，多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器被耦合以驱动多个传输线圈的子集，多个传输线圈的每个子集包括该多个传输线圈中的多个；以及微控制器单元(MCU)，被耦合到多个本地功率控制器，微控制器单元包括MCU处理器，该MCU处理器执行指令以指定多个传输线圈中的每个传输线圈的状态，并且根据状态指定来执行指令以向多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器传输指令，状态包括活动的、非活动的，以及被选择用于接收器检测的。

Description

多线圈PTX/PRX操作和控制
技术领域
本公开要求于2020年5月6日提交的美国临时申请63/021,027 的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本发明的实施例涉及功率的无线传输，并且具体地，涉及在一个或多个无线功率接收器存在的情况中操作多线圈无线功率发射器。
背景技术
移动设备(例如智能电话、平板电脑、可穿戴设备和其他设备) 越来越多地使用无线充电系统。通常，无线功率传输涉及驱动传输线圈的发射器和具有接收器线圈的接收器，该接收器线圈被放置接近于传输线圈。接收器线圈接收由传输线圈产生的无线功率，并且使用接收到的功率来驱动负载，例如给电池充电器提供功率。
针对功率的无线传输的当前使用存在多个不同的标准。用于功率的无线传输的最常见标准是无线功率联盟标准(Qi标准)。在无线功率联盟(Qi规范)下，磁感应耦合系统被用来对通过接收器线圈电路耦合的单个设备充电。在Qi标准中，接收设备线圈被放置为极为接近传输线圈，替代标准或修订标准可以允许接收设备线圈被放置在传输线圈附近，并可能地与属于其他充电设备的其他接收线圈一起放置。
典型地，无线功率系统包括被驱动以产生时变磁场的发射器线圈和接收器线圈，该接收器线圈可以是诸如蜂窝电话、PDA、计算机或其他设备的设备的部分，被相对于发射器线圈而定位以接收在时变磁场中传输的功率。
一些无线功率发射器包括多个传输线圈，该多个传输线圈可以被布置在用以创建更大的充电区域的区域中。当接收器靠近发射器时，特定的传输线圈可以感测并检测到接收器离得更近或更远，并且发射器线圈的选择可以通过编程来激活和选择。在一些情况中，多个设备可以在由多个传输线圈创建的磁场中被同时充电。然而，该布置使在多个接收器与发射器之间的带内通信变得困难。
因此，需要开发用于操作多个传输线圈以改善带内通信的改进技术。
发明内容
根据一些实施例，公开了一种无线功率发射器。该无线功率发射器可以包括：多个传输线圈，被布置以覆盖充电区域并且与铁氧体耦合；多个本地功率控制器，多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器被耦合以驱动多个传输线圈中的子集，多个传输线圈的每个子集包括多个多个传输线圈；以及微控制器单元(MCU)，被耦合到多个本地功率控制器，微控制器单元包括MCU处理器，该MCU处理器执行指令以指定多个传输线圈中的每个传输线圈的状态，并且根据状态指定来执行指令以向多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器传输指令，状态包括活动的、非活动的以及被选择用于接收器检测的。
在一些实施例中，MCU执行指令以：从本地功率控制器中的一个或多个本地功率控制器接收通信；分析通信以确定新的接收器的存在或当前接收器的移除；如果新的接收器被检测到，则基于查验信号强度将来自选择的线圈中的一个线圈的传输线圈指定为活动的；以及如果当前接收器已被移除，则停用之前活动的传输线圈，以适应当前接收器；针对多个传输线圈中的每个活动线圈，将相邻的线圈指定为非活动；以及选择尚未被指定为活动或非活动的每个传输线圈用于接收器的检测。
在一些实施例中，指定的状态被配置为：使得仅被耦合到多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器的一个传输线圈能够被激活。进一步地，如果被耦合到多个本地功率控制器中的一个本地功率控制器的一个传输线圈被指定为活动的，则被耦合到多个本地功率控制器中的一个本地功率控制器的其余传输线圈被指定为非活动的。在一些实施例中，未被指定为活动或非活动的传输线圈可以被选择用于接收器检测。
下面涉及以下附图来讨论这些和其他实施例。
附图说明
图1图示了无线功率传输系统。
图2A和2B图示了传统的无线功率发射器。
图3图示了利用无线功率发射器对两个接收器设备进行充电。
图4图示了利用无线功率发射器对两个接收器设备进行充电。
图5A和图5B图示了根据一些实施例的无线功率发射器。
图6A和图6B图示了如在图5A和图5B中所图示的无线功率发射器的操作。
图7A和图7B图示了如在图5A和图5B中所图示的无线功率发射器的操作。
图8A、图8B和图8C图示了根据一些实施例的无线功率发射器的示例。
图9图示了根据一些实施例的本地功率控制器的示例操作。
图10图示了根据一些实施例的MCU的示例操作。
这些图在以下的详细描述中被进一步讨论。
具体实施方式
在以下的描述中，阐述了描述本发明的一些实施例的具体细节。然而，对于本领域技术人员将明显的是，一些实施例可以在没有一些或所有这些具体细节的情况下实践。本文中所公开的具体实施例意图是说明性的而非限制性的。本领域技术人员可以实现尽管在这里没有具体描述但是在本公开的范围和精神内的其他要素。
该描述示出了发明方面，并且实施例不应当被认为是限制性的-- 权利要求限定受保护的发明。在不脱离本说明书和权利要求的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。在一些实例中，未详细示出或描述公知的结构和技术，以免掩盖本发明。
无线功率发射器包括被布置以覆盖充电区域的多个传输线圈。多个本地功率控制器可以被各自耦合到多个传输线圈的子集。微控制器单元耦合到多个本地功率控制器。微控制器单元执行指令以接通或断开多个线圈中的所选择的线圈(活动状态或非活动状态)，并且控制无线功率接收器的检测(线圈的所选择的状态)。去往检测到的、与多个传输线圈接近的无线功率接收器的无线功率传送可以被优化。进一步地，在通过将与活动的传输线圈相邻的传输线圈设置为非活动状态来减少信号损坏的情况下，带内通信(在无线功率发射器和各个接收器之间的幅移键控(ASK)或频移键控(FSK)通信)可以被执行。
图1图示了示例无线功率传输系统100。如图1中所图示的，无线功率发射器(PTx)102包括线圈106，并且无线功率接收器(PRx) 104包括线圈108。线圈106由PTx102来驱动以产生时变磁场，该时变磁场转而在线圈108中感应电流。线圈108将功率接收到PRx 104 中，以接收通过来自PTx102的时变磁场而传输的功率。
无线功率接收器104可以是具有无线功率功能的任何设备。许多电话、笔记本电脑、平板电脑和其他设备包括无线功率功能。在许多情况中，这些设备均可以接收和传输无线功率。在一些示例中，无线发射器102可以是固定的无线功率充电器。
无线功率发射器102和无线功率接收器104可以使用在无线功率发射器102和无线功率接收器104之间的、具有无线功率信号的带内通信110来交换数据。例如，在Qi标准下，无线功率发射器102通过调制无线功率信号的频率使用频移键控(FSK)来向无线功率接收器104发送数据。无线功率接收器104可以通过调制无线功率信号110 的幅度利用幅移键控(ASK)来向无线功率发射器106传输数据。无线功率接收器104例如可以调制在接收到的功率信号上的负载以提供由无线功率发射器102检测的幅度调制。
本公开的实施例包括具有多个传输线圈的无线功率发射器。传输线圈覆盖可以在其上可以放置一个或多个无线功率接收器的区域。该设备例如包括无线功率传输垫或包括被配置为跨越该区域的传输线圈阵列的其他这种设备。多个传输线圈可以是分离的，并且由多个本地功率控制器驱动，多个本地功率控制器由微控制器单元(MCU)控制，以减少与多个传输线圈接近放置的多个接收器之间的带内通信的干扰。特别地，MCU可以控制本地功率控制器，以激活传输线圈来向检测到的接收器提供功率，并且停用与激活的传输线圈相邻的线圈来防止带内通信的干扰。
图2A和图2B图示了具有多个发射器线圈202的无线功率发射器 200，以向一个或多个接收器206传输功率。在图1中所图示的示例中，多个发射器线圈202包括跨越区域204的、被标记为线圈#1至线圈#6的六个线圈。如图2A中所图示的，多个接收器206被布置在区域204上以接收由多个线圈202传输的无线功率。线圈202可以彼此重叠，如图2A中所图示的，或可以遍及区域204在空间上分开。进一步地，区域204可以包括铁氧体210，以向系统提供磁链。
如图2B中所图示的，多个发射器线圈202由无线功率PTx组件 208驱动。无线功率PTx组件208包括电路和控制器，以驱动电流通过多个线圈202中的每个线圈202。进一步地，PTx组件208包括带内通信，以提供向无线功率接收器206的FSK数据传送，并且从无线功率接收器206接收ASK调制的数据。
当前用于无线功率传输的应用越来越力求在给定PTx 200的整个表面204上连续充电的能力。这种应用典型地要求在多个线圈202下连续的铁氧体208，这导致在多个线圈202中的所有线圈之间的磁链。
当前的应用也期望对彼此接近的多个PRx 206充电(Multi-PRx Charging)的能力。然而，在不同PRx 206之间的磁链可能引起带内 ASK通信“串扰”，该带内ASK通信“串扰”导致例如在通信中的分组损坏，这引起对无线功率系统200进行不利操作。例如，接收器206向无线功率发射器组件208提供充电信息(例如，请求的功率水平、充电完成信息等)以控制接收器206中的各个接收器206的充电。
例如，在QI标准中同时对多个PRx 206充电，例如典型地利用并行ASK解调方法。在该组织中，PTx组件208经常利用多个PTx 组件。然而，由于集成电路上的管脚限制，在两个分离的PTx组件 208之间进行同步具有挑战性，该集成电路典型地被包括在PTx组件 208中的每个PTx组件208。
图3和图4图示了用于对多个接收器206充电的表面区域204 的配置。在图3中，两接收器206均是智能电话。在图4中，一个接收器206是智能电话，一个接收器206是手表。表面区域204被塑造为承受充电设备。通常，本公开的实施例可以被用于提供足够大尺寸的充电区域以适应多于两个的接收器。
已尝试解决利用PTx 200对多个PRx 206充电的问题，但没有成功。在第一方法中，通过使用在PTx组件208中的单个大型昂贵的微处理器管理多个线圈202(在这里示例中为6个线圈)中的所有线圈202，目标可以至少部分地实现。然而，在该尝试中使用的微处理器必须具有足够的处理能力来管理所有线圈。进一步地，微处理器固件组必须具有足够的技能来拦截和接收两个或多个交错的异步ASK 通信信道，这是艰巨的任务。如果这两个条件未满足，则丢失分组可能由ASK调制的传输之间的干扰所造成。昂贵的微处理器和高技能组的要求导致该第一方法的实施不切实际。
用于实现这些目标的第二种潜在方法是使用具有多个线圈202 的拆分铁氧体，以消除跨铁氧体的ASK通信串扰。该解决方案被包括作为WPC规范的部分。进一步地，该解决方案利用双独立PTx IC 以消除上述第一种方法中固有的通信问题。然而，第二种方法未能实现终端用户目标：用于对多个无线功率接收器充电的连续放置自由。特别地，利用该解决方案，PRx 206无法以跨越铁氧体210中的分隔的方式被放置在线圈垫上。
图5A和图5B图示了根据本公开的一些实施例的示例无线功率发射器500。如图5A和图5B中所图示的，PTx 500包括多个传输线圈502(图示了线圈502-1至502-6)，该多个传输线圈502被布置为跨越区域504。区域504包括连续的铁氧体510，该连续的铁氧体510 位于传输线圈502-1至502-6中的所有传输线圈之下、并且与传输线圈502-1至502-6中的所有传输线圈磁耦合。在图5A和图5B中所图示的特别示例中，六(6)个传输线圈502-1至502-6跨区域504来布置。传输线圈502-1至502-6可以被标记为线圈#1至线圈#N，其中N 是线圈的总数目，在该示例中为六个。通常，N可以是任何整数。
如图5B中所图示的，无线功率发射器500包括多个本地功率控制器，其中图示了PTx#1 508-1和PTx#2 508-2。本地功率控制器PTx#1 508-1被耦合以驱动多个传输线圈502(传输线圈502-1至502-3)的第一子集，并且本地功率控制器PTx#2 508-2被耦合以驱动多个传输线圈502(502-4至502-6)的不同子集。通常，可以存在本地功率控制器PTx#1 508-1至PTx#K 508-K，本地功率控制器PTx#1 508-1至 PTx#K 508-K中的每个本地功率控制器，驱动线圈#1 502-1至传输线圈#N 502-N中的各个线圈。因此，多个线圈502中的每个线圈502 由多个本地功率控制器PTx#1至PTx#K中的一个本地功率控制器驱动，在该示例中图示了PTx#1 508-1和PTx#2 508-2。
多个本地功率控制器PTx#1至PTx#K(PTx 508-1和PTx 508-2) 由微控制器单元(MCU)512控制。MCU 512执行指令以指示本地功率控制器508-1和508-K的操作，并且本地功率控制器508-1和508-K 中的每个本地功率控制器执行指令以用于驱动耦合到它的线圈502-1 至502-N，并且从耦合到它的激活线圈502接收ASK信号。
无线功率发射器500图示了具有低成本MCU 512和多个本地功率控制器508的实施例，其中图示了本地功率控制器508-1和508-2。 MCU 512执行用于通过多个线圈502-1至502-N供给无线功率的控制算法，并且从被定位于多个线圈502上的多个接收器506接收ASK调制的信号。在MCU 512中执行的算法可以相对简单，如在下面进一步详细描述的。因此，MCU 512可以是低成本处理器，而不必是功能强大并且昂贵的处理器。
低成本MCU 512可以简单编程，并且提供本地功率控制器PTx#1 508-1和PTx#2508-2的顺序控制。通常，MCU 512为多个本地功率控制器508-1和508-2中的每个本地功率控制器提供顺序控制。多个本地功率控制器508-1和508-2的顺序控制提供线圈锁定(即，线圈停用)，以防止不利的ASK通信串扰。同时，针对与相对应耦合的接收器PRx 506进行的单信道ASK通信，本地功率控制器508-1和 508-2中的每个本地功率控制器保持最佳。
特别地，MCU 512执行包括消隐算法的指令，该消隐算法防止传输线圈502中的某些传输线圈502被激活。硬件和软件仲裁技术的组合将针对监视MCU 512的要求维持在最低水平。算法利用活动线圈、信号电平和根据需要的其他参数，来确定活动线圈配置。基于参数，由MCU 512执行的算法，控制线圈利用以防止有害的串扰或由于通量耦合引起的其他不良用户体验，并且向多个接收器506提供有效的功率传输。查验信号的定时进一步减小线圈之间的有害串扰。活动线圈位置可以被用于确定最佳功率传送水平，该最佳功率传送水平将不导致有害的串扰。特别地，消隐算法可以停用与活动线圈相邻的线圈。在一些实施例中，紧挨着活动线圈的多个相邻线圈可以被停用以进一步隔离活动线圈。进一步地，被选择用于检测新接收器的线圈可以以允许有效操作的顺序来操作。
图6A和图6B与图7A和图7B一起进一步图示了根据一些实施例的无线功率发射器500的操作(特别是MCU 512的操作)的示例。 MCU 512执行指令以控制线圈操作状态。MCU512命令本地功率控制器PTx#1 508-1和PTx#2 508-2来寻找PRx设备(经由“查验”)，例如在特定线圈(例如：PTx1.1(线圈#1 502-1)、PTx2.6(线圈#6 502-6 等)上，该特定线圈被分开以免提供干扰。
根据一些实施例，单个本地功率控制器PTx 508仅与单个PRx 506 通信。换言之，响应于PRx 506的存在，在任何给定时间处仅附接到每个本地功率控制器PTx 508的一个线圈502是活动的。如图5A和图5B中所图示的，耦合到本地功率控制器PTx 508-1的传输线圈502-1至502-3中的一个传输线圈，以及耦合到本地功率控制器PTx#2 508-2的线圈502-4至502-6中的一个线圈在任何给定时间处被激活。进一步地，布置算法使得MCU 512无法在与当前活动线圈相邻的线圈上同时命令“查验”。该算法很容易地防止由于在不同接收器之间的磁链而引起的ASK损坏。
MCU 512记录线圈何时检测到PRx 506以及检测事件的强度。因此，算法允许MCU512基于检测事件强度为无线功率传送选择最佳线圈。进一步地，由于仅线圈中的一个线圈被激活，因此可以发生单信道ASK通信而没有干扰。MCU 512命令本地功率控制器PTx 508-1和PTx 508-2激活由算法所确定的功率传送。
如上所述，MCU 512无法命令在与活动线圈502相邻的线圈上的检测查验。例如，如果传输线圈502-3是活动的(如图7A和图7B中所图示的)，则传输线圈502-4从未被命令“查验”。针对更灵敏的 PRx设备，传输线圈502-5也可以被断开。在一些实施例中，MCU 512 可以基于哪个线圈502是活动的以及是否已检测到失败的ASK解调事件，来设置降低的功率水平。如果活动线圈是靠近的，则串扰在更高的功率水平下恶化。
图6A和图6B以及图7A和图7B图示了根据以上指引集合的操作。如图6A和图6B中所示的，无线功率接收器506位于传输线圈 502-1上。MCU 512然后指示本地功率控制器PTx#1508-1接通线圈 502-1并且断开线圈502-2和502-3，以向接收器506传送功率。这使区域602可用来适应另一无线功率接收器506。因此，MCU 512指示本地功率控制器PTx#2 508-2接通线圈502-4至502-6，以(通常通过在这些线圈上提供顺序的查验)感测第二接收器506在该区域(区域 602)中的放置。如上所述，查验被提供在与活动线圈(传输线圈502-1) 合适间隔的线圈上，以防止来自PRx 506和被放置在可用充电区域 602上的第二个接收器的传输之间的ASK串扰。
图7A和图7B图示了无线功率接收器506被放置在传输线圈502-3上、留下减小的可用充电区域602的情况。在该情况中，MCU 512指示本地功率控制器PTx#1 508-1断开传输线圈502-1和502-2 并且接通传输线圈502-3。MCU 512也指示本地功率控制器PTx#2 508-2断开传输线圈502-4，因为它紧邻活动的传输线圈502-3，并且接通传输线圈502-5和502-6以检测在可用充电区域602中的另一无线功率接收器506的存在。
图8A图示了根据本公开的无线功率发射器500的一般实施例。如图8A中所图示的，无线功率发射器500包括MCU 512、本地功率控制器508-1至508-K、以及传输线圈502-1至502-N。MCU 512被耦合到本地功率控制器508-1至508-K中的每个本地功率控制器，其中K为至少二(2)，以向本地功率控制器508-1至508-K中的每个本地功率控制器提供指令，并且从本地功率控制器508-1至508-K中的每个本地功率控制器接收数据。
本地功率控制器508-1至508-K中的每个本地功率控制器被耦合到传输线圈502-1至502-N的子集。传输线圈502-1至502-N的每个子集可以包括传输线圈502-1至502-N中的至少两个。传输线圈502-1 至502-N中的每个传输线圈被耦合到本地功率控制器508-1至508-K 中的一个本地功率控制器。因此，如图8A中所图示的，传输线圈502-1 至502-n1被耦合到本地功率控制器508-1，传输线圈502-n(k-1)+1到 502-nk被耦合到本地功率控制器508-k，并且传输线圈502-n(K-1)+1 到502-N被耦合到本地功率控制器508-K。
如上所述，传输线圈502-1至502-N在空间上被布置为跨越区域 504。进一步地，传输线圈502-1至502-N与铁氧体802磁耦合，铁氧体802也跨越区域504。如图8A中所图示的，一个或多个接收器 PRx 506相对于多个传输线圈502-1至502-N来定位。
图8B图示了本地功率控制器508-k的示例框图，该本地功率控制器508-k是如图8A中所图示的、本地功率控制器508-1至508-K 中的一个本地功率控制器。如图8B中所图示的，本地功率控制器 508-k被耦合到传输线圈506-1至506-N的子集。特别地，本地功率控制器508-k被耦合到被标记为线圈502-n(k-1)+1到线圈502-nk的k 个传输线圈。特别地，线圈的数目k大于二。在以上参考图5A和图 5B所图示的示例中，k为3。在一些实施例中，在功率控制器之间，用于本地功率控制器508-k中的每个本地功率控制器的线圈的数目可以相同或可以不同。
如图8B中所图示的，本地功率控制器508-k包括k个驱动器806-1 至806-k，以驱动k个传输线圈502-n(k-1)+1到502-nk。响应于来自驱动器控制器808的信号，驱动器806-1至806-k中的每个驱动器分别驱动电流通过相对应的一个传输线圈502-n(k-1)+1到502-nk。如以上已被讨论的，驱动器806-1至806-k中的一个或多个驱动器可以被激活，以驱动传输线圈502-n(k-1)+1到502-nk中的相对应的一个传输线圈。
驱动控制器808向驱动器806-1至806-k中的每个驱动器提供信号。信号指示驱动器806-1至806-k中的每个驱动器是否处于活动(即，向它的对应传输线圈提供功率)或非活动(即，断开它的对应传输线圈)。在一些实施例中，控制器808可以包括半桥或全桥逆变器，该半桥或全桥逆变器在特定的频率和特定的功率水平处向驱动器806-1 至806-k中的每个驱动器提供功率信号。在一些实施例中，驱动器 806-1至806-k中的每个驱动器可以包括半桥或全桥逆变器，以单独地驱动传输线圈502-n(k-1)+1到502-nk中对应的一个传输线圈。进一步地，控制器808可以提供FSK调制，以从发射器500向接收器506 中的对应接收器506提供通信。
驱动器806-1至806-k中的每个驱动器从传输线圈502-n(k-1)+1 至502-nk中对应的一个传输线圈向驱动器控制器808和ASK解调器 810提供无线功率信号。驱动器控制器808和ASK解调器被耦合到处理器814。ASK解调器810监视在有效传输线圈上的无线功率信号，以检测和解调在无线功率信号上的幅度调制。数字化的信号然后被提供给处理器814。
处理器814被配置为执行操作本地功率控制器508-k的指令。特别地，处理器814执行指令以激活或停用用于无线功率传送的驱动器 806-1至806-k中的各个驱动器，并且激活或停用用于提供针对接收器的检测的查验的驱动器806-1至806-k中的各个驱动器，该接收器被放置紧邻于传输线圈502-n(k-1)+1到502-nk中的一个或多个传输线圈。处理器814可以进一步执行指令，以通过控制传送的频率和功率水平来控制通过驱动器806-1至806-k中的一个驱动器的无线功率传送。由处理器814执行的指令被存储在存储器812中。
处理器814可以是能够执行指令以执行这里所描述的功能的任何处理电路。在一些实施例中，处理器814可以包括微处理器、微计算机、微控制器、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器、和/或用于执行这些功能的其他数字或模拟电路。存储器812可以包括易失性和非易失性数据存储，以存储用于处理器814的数据和指令。
如图8B中所图示的，处理器814可以被耦合到用于与如以上所讨论的MCU 512通信的MCU接口816。此外，其他接口818也可以被耦合到处理器814。接口816和818可以包括例如标准接口(例如， I2C、GPIO、USB、或其他标准)，或可以是用于该应用的自定义接口。特别地，本地功率控制器508-k接收指令并且利用MCU 512通过MCU接口816提供数据，并且可以通过接口818提供用户数据和用户接口。
如图8B中所进一步图示的，本地功率控制器508-k可以包括电源804，该电源804接收外部功率并且向驱动控制器808、驱动器806-1 至806-k提供电压电平。作为示例，电源804可以从外部源(例如110V AC)接收功率，并且向遍及本地功率控制器508-k的组件提供电压。
图8C图示了MCU 512的示例。如图8C中所图示的，MCU 512 包括处理器820和存储器822。处理器820可以包括微处理器、微计算机、微控制器、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器、和/或其他数字或模拟电路。处理器820可以执行被存储在存储器822中的指令并且被配置为执行本公开中所描述的功能。存储器812可以包括易失性和非易失性数据存储，以存储用于处理器814的数据和指令。
如在图8C中所进一步图示的，处理器820可以被耦合到用于与如以上所讨论的本地功率控制器508-1至508-K中的每个本地功率控制器通信的PTx接口824。此外，其他接口826也可以被耦合到处理器820。接口824和826可以包括例如标准接口(例如，I2C、GPIO、USB或其他标准)，或可以是用于该应用的自定义接口。特别地， MCU 512通过PTx接口824向本地功率控制器508-1至508-K中的每个本地功率控制器提供指令并且从本地功率控制器508-1至508-K 中的每个本地功率控制器接收数据，并且可以通过接口826提供用户数据和用户接口。
图9图示了根据一些实施例的用于操作本地功率控制器508-k的方法900的示例。方法900表示由处理器814执行的用于本地功率控制器508-k的操作的示例指令。如图9中所图示的，处理器814操作两个平行回路：无线功率回路924和接收器检测回路926。无线功率回路924通过激活的传输线圈提供无线功率。接收器检测回路926可以使用传输线圈502-n(k-1)+1至502-nk中所选择的传输线圈来检测接收器的存在。
如图9中所图示的，无线功率回路924包括在步骤908中通过激活的线圈提供功率。在一些实施例中，一旦传输线圈502-n(k-1)+1至 502-nk中的一个传输线圈已被激活用于向检测到的接收器传输无线功率，然后所有的其余传输线圈502-n(k-1)+1至502-nk被停用，如下面所讨论的。进一步地，无线功率回路924包括步骤910，其中ASK 通信由ASK解调器810检测和解调，并且由处理器814接收。当ASK 通信在处理器814中被接收时，在步骤912中，ASK通信被转发到 MCU 512。只要针对来自本地功率控制器508-k的无线功率传送的线圈已被激活，无线功率回路924操作。
如图9中所进一步图示的，在步骤914中，接收器检测回路926 可以通过传输线圈502-n(k-1)+1到502-nk中所选择的传输线圈提供周期性的查验。在步骤916中，获得查验结果并且将查验结果提供给处理器814。在一些实施例中，所选择的传输线圈中的每个传输线圈一次被查验一个，并且响应被检测和记录。在步骤918中，查验结果被转发到MCU 512。特别地，查验结果可以指示所选择的传输线圈中的哪个传输线圈接收指示检测到接收器的信号以及该检测的信号强度。
在一些实施例中，响应于来自MCU 512的信号，无线功率传输回路924和接收器检测回路926中的仅一个被激活。一经启动无线功率发射器500，无线功率传输回路924和接收器检测回路926均是不活动的，因为不存在用于无线功率传输的激活线圈或用于执行接收器检测的所选择线圈。在方法900的步骤902中，指令从MCU 512被接收。从MCU 512接收到的指令可以包括传输线圈502-1至502-N 中的每个传输线圈的状态的映射。每个传输线圈502的状态可以是活动的(提供无线功率)、非活动的(OFF)、或被选择的(被指定用于查验以检测附加的接收器)。
在步骤904中，那些指令被解译。一经启动，例如，MCU 512 可以提供指令以从与本地功率控制器508-k耦合的k个传输线圈中选择线圈，并且发起接收器检测回路926。备选地，从MCU 512接收的指令可以取消先前选择的传输线圈的一些或全部，以在接收器检测926中使用。例如，MCU 512提供线圈映射，该线圈映射指示活动线圈、非活动线圈(诸如与活动线圈相邻的线圈)、或被选择的线圈。
从MCU 512接收的指令可以进一步包括如下指令，该指令根据状态指定用以激活或停用用于无线功率传输的k个传输线圈中的一个或多个传输线圈。当k个传输线圈中的一个传输线圈被激活时，然后无线功率传送回路924可以被执行以向接收器506传送功率。其他指令可以在步骤920中被执行。这些其他指令可以是例如在无线功率传送回路924中设置用于无线功率传送的功率水平、在无线功率传送回路924中通过活动线圈提供在步骤922中的FSK通信、或其他与功率传送相关的功能。
图10图示了根据一些实施例的用于MCU 512的操作的示例方法 1000。如图10中所图示的，在步骤1016中，一经启动无线功率发射器500，在步骤1018中，可以向本地功率控制器508-1至508-K传输，用以选择用于提供查验以检测接收器506的传输线圈的指令。因此，在启动时间处，本地功率控制器508-1至508-K中的每个本地功率控制器被提供有所选择的线圈，在步骤1018中传输的指令中，所选择线圈的状态被指定为检测接收器506。所选择线圈可以包括传输线圈 502-1至502-N中的所有传输线圈或传输线圈502-1至502-N的子集，例如一经启动或在先前未检测到接收器时。方法1000然后可以进行到步骤1002以从本地功率控制器508-1至508-K接收通信中的一个。
在启动之后，在步骤1002中接收到的通信是来自本地功率控制器508-1至508-K的所选择的线圈中的每个线圈的查验结果。在随后的迭代中，ASK通信也可以从已经被检测到的接收器506接收，并且在该接收器506处无线功率传送已经开始。在步骤1004中，查验结果被接收，并且来自所选择的线圈中的每个线圈的查验信号强度被确定。针对所选择线圈的这些结果向步骤1008转发。也向步骤1008提供来自已经在接收功率的接收器506的任何ASK通信。
在步骤1008中，确定新的接收器是否被检测到或先前使用中的接收器是否已被移除。当来自所选择的线圈中的一个线圈的查验导致了来自接收器的返回信号时，新的接收器被检测到。返回信号的强度指示接收器506到查验线圈的接近度。如图8B中所图示的，返回的查验信号的查验和监视可以由驱动器控制器808执行。因此，本地功率控制器508-1至508-K中的每个本地功率控制器报告针对附接到那些本地功率控制器508-1至508-K的所选择的线圈中的每个线圈的查验结果。
除了来自所选择的线圈的查验结果之外，从如下接收器接收到的 ASK通信分组也可以被接收，该接收器当前正在从活动线圈接收无线功率。ASK通信分组可以包括来自接收器的用以增加或降低功率水平的请求、接收器被充满电的指示、指示掉线的ASK通信分组的错误代码、或其他信息。在步骤1008中，该信息的所有可以被用于确定功率水平或错误状况。在一些实施例中，进一步的报告数据可以从本地功率控制器508-1至508-K接收，该进一步的报告数据可以被用于确定接收器存在或已被移除。
在步骤1010中，线圈激活被确定。在一些实施例中，在步骤1010 期间，传输线圈502中的一些传输线圈已被激活。在该步骤中，如果在已被选择用于接收器检测的线圈上已检测到新的接收器，则所选择的传输线圈502中的一个传输线圈可以被激活，以向新检测到的接收器506无线传送功率。在该情况中，已返回最强查验信号的传输线圈 502可以被选择以被激活。在先前迭代中已被激活的那些线圈保持激活，直到检测到相对应的接收器已被移除。该检测可以基于ASK通信或基于由在本地功率控制器808-k中的每个本地功率控制器的驱动器控制器808监视的参数来执行，以指示激活的线圈不再向接收器传输功率。在该情况中，在步骤1008中，有效传输线圈的线圈映射可以形成。
在步骤1010中确定激活的线圈之后，在步骤1012中，确定停用的线圈。在一些实施例中，为了防止ASK交叉通信，并且由于缺乏资源来供应多个ASK通信，仅附接到任何给定的本地功率控制器 508-1至508-K的一个传输线圈502可以被激活，其余的将被停用。进一步地，与每个活动线圈相邻的线圈被停用，从而它们不被用于接收器定位，也不用于无线功率传送。因此，在步骤1012结束时，激活线圈的映射和对应的停用线圈被确定。
在步骤1014中，尚未被指定为激活的或停用的传输线圈502-1 至502-N中的每个传输线圈被选择用于接收器检测。这些所选择的线圈可以如以上所讨论来提供查验，以检测使与传输线圈502接近的新的接收器。因此，步骤1018，更新的映射被传输到本地功率控制器 508-1至508-K。
在图5A和图5B中所图示的示例中，例如，接收器506-1最好居中在传输线圈502-2上，并且第二接收器506-2位于传输线圈502-5 上。因此，在步骤1010中，附接到本地功率控制器508-1的传输线圈502-2和附接到本地功率控制器508-2的传输线圈502-5可以被指定为激活。因此，在图5A和图5B中，耦合到本地功率控制器508-1 的传输线圈502-1和502-3在步骤1012中被指定为停用，并且耦合到本地功率控制器508-2的传输线圈502-4和502-6在步骤1012中被指定为停用，因为它们与被指定为活动的传输线圈相邻。由于不存在尚未被指定为活动或非活动的其余传输线圈，所以在步骤1014中，没有传输线圈被选择用于接收器检测。如图6A和图6B的配置中所图示的，单个接收器506位于传输线圈502-1上。如图7A和图7B的配置中所图示的，单个接收器506位于传输线圈502-3上。确定接收器处于哪个线圈上可以通过查验信号的强度或通过其他方法(例如，x-y 定位检测系统可以被使用)来确定。下表说明了针对图5A、图5B、图6A、图6B、图7A和图7B中所图示的接收器配置的状态指定。特别地，每个线圈的激活(ON)或停用(OFF)指定相对于在如下位置中对接收器506进行检测而来确定，该位置将允许与该线圈进行最大效率的无线功率传送。进一步地，一旦线圈被激活(即，被指定为 ON)，则与该本地功率控制器508相关联的其余线圈被指定为停用(OFF)，并且与激活的线圈相邻的线圈被指定为停用。任何其余传输线圈被选择以提供查验。
Figure BDA0003049516630000171
在步骤1014中，在步骤1010中未被指定为活动或在步骤1012 中被指定为停用的那些线圈可以被选择用于接收器检测、或在步骤 1014中被选择作为查验线圈。然后，这些线圈位于其中可以放置另一接收器的区域(例如，在图6A和图7A中所图示的区域602)下面。
因此，如以上所讨论的，步骤1010、1012和1014将线圈502-1 至502-N中的每个线圈的状态指定确定为活动的(ON)、停用的(OFF)、或被选择用于接收器检测的(PING)。可以根据以下因素做出关于状态指定的决策：
·当前被激活的线圈502和停用的线圈502保持那些状态指定，除非确定与激活的线圈502相关联的(多个)接收器已被移除；
·如果接收器已被移除，则相关联的激活线圈和停用线圈变成被选择用于接收器检测(PING)；
·基于查验信号电平和其他参数来确定特定线圈502上的接收器定位，并且激活特定线圈502；
·通过停用那些传输线圈502，消隐被连接到相同本地功率控制器 508的线圈；
·通过停用那些线圈来消隐与活动线圈相邻的线圈，如果它们尚未被停用；以及
·将尚未被指定为活动或已被停用的线圈502指定为被选择用于接收器检测(PING)。
在一些实施例中，针对已被指定为活动的线圈502中的每个线圈，功率水平可以被调整。该调整可以响应于请求功率水平改变的ASK 通信而被提供，或可以响应于指示丢失ASK分组通信的ASK通信而被降低。查验指定的线圈的时序和布局也可以被调整，以防止不良的用户体验。进一步地，如以上所讨论的，没有将与激活线圈相邻的线圈用于接收器检测。在一些实施例中，与活动线圈相邻的多于一个的线圈可以被指定为非活动(例如，如果传输线圈502-j被指定为活动，则线圈502-(j-1)到502-(j-i)以及线圈502-(j+1)到502-(j+i)被停用，其中i大于1)。
因此，在步骤1010、步骤1012和步骤1014中，针对多个传输线圈中的每个传输线圈的状态指定根据以下项来被更新：所选择的传输线圈是否已检测到新的接收器、或通过ASK通信或其他参数，当前接收器是否已被移除。如果新的接收器被检测到，则先前已被指定为被选择用于接收器的指定的传输线圈，基于查验信号而被重新指定为活动。如果当前的接收器已被移除，则被指定为激活以向该当前接收器提供无线功率的传输线圈被解除作为活动的指定。针对那时活动的传输线圈中的每个传输线圈，与活动的传输线圈相邻的一个或多个线圈然后被指定为非活动的。未被指定为活动或非活动的那些线圈然后被选择用于接收器的检测。
一旦线圈状态指定已被确定，则方法1000进入到步骤1018，在步骤1018中，适当的指令被传输到本地功率控制器508-1至508-K 中的每个本地功率控制器，以建立那些状态指定。如以上所讨论的，本地功率控制器508-1至508-K根据在步骤1018中传输的指令来操作线圈502-1至502-N中的每个线圈。如以上所讨论的，在启动时，线圈502-1至502-N中的所有线圈可以被指定为PING，并且通过图 10中所图示的迭代，线圈被相应地重新指定。
因此，如上所述的实施例提供在连续表面上实现PRx 506放置自由的方法，其中多个PRx设备506可以在连续表面上充电。多个本地功率控制器508被用于向PRx 506发送功率，其中监督MCU 512控制每个本地功率控制器508用于功率传送的最优性能并且最小化ASK串扰的发生。
如以上所说明的，MCU 512控制多个本地功率控制器308，其中线圈性能的特征在于：确定用于功率传送的最优线圈，PTx线圈被激活、停用、或被指定以检测接收器来防止由于磁链导致的不利串扰。 PTx线圈502基于状态变量的系统表征来接通和断开，该状态变量包括但不限于所报告的线圈信号强度、PRx类型和功率传送水平。此外，断开查验信号的时间间隔防止在PTx/PRx系统之间的有害串扰。此外，传递的功率水平可以被调制以限制不利串扰。传递功率水平调制大小是PRx设备类型以及活动线圈之间的耦合的函数。
本文中所描述的本发明的实施例不旨在限制本发明。本领域技术人员将认识到，在本发明的范围内的许多变化和修改是可能的。因此，本发明在以下权利要求中提出。

Claims (32)

1.一种无线功率发射器，包括：
多个传输线圈，被布置为覆盖充电区域并且与铁氧体耦合；
多个本地功率控制器，所述多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器被耦合以驱动所述多个传输线圈的子集，所述多个传输线圈的每个子集包括多个所述多个传输线圈；以及
微控制器单元MCU，被耦合到所述多个本地功率控制器，所述微控制器单元包括MCU处理器，所述MCU处理器执行用以指定所述多个传输线圈中的每个传输线圈的状态的指令，所述状态包括活动的、非活动的以及被选择用于接收器检测的，并且所述MCU处理器执行用以进行以下的指令：根据状态指定来向所述多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器传输指令。
2.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中所述MCU还包括：
MCU存储器，被耦合到所述MCU处理器；以及
MCU接口，被耦合到所述处理器，所述MCU接口被配置为与所述多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器通信。
3.根据权利要求2所述的无线功率发射器，其中用以指定所述多个传输线圈中的每个传输线圈的状态的指令包括用以进行以下的指令：
从所述本地功率控制器中的一个或多个本地功率控制器接收通信；
分析所述通信以确定新的接收器的存在或当前接收器的移除；
如果所述新的接收器被检测到，则基于查验信号强度将来自所选择的线圈之一的传输线圈指定为活动的；以及
如果当前接收器已被移除，则停用之前活动的所述传输线圈以适应所述当前接收器；
针对所述多个传输线圈中的每个活动线圈，将相邻的线圈指定为非活动的；以及
选择尚未被指定为活动或非活动的每个传输线圈以用于接收器的检测。
4.根据权利要求3所述的无线功率发射器，其中用以分析所述通信的所述指令包括：确定与被指定为活动的每个传输线圈相关联的功率水平。
5.根据权利要求4所述的无线功率发射器，其中被指定为活动的传输线圈的功率被调整以响应来自所述接收器的ASK通信或响应检测到掉线的ASK通信。
6.根据权利要求3所述的无线功率发射器，其中所述多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器包括：
多个驱动器，每个驱动器被耦合到所述多个传输线圈的所述子集中的、与所述本地功率控制器相关联的一个传输线圈；
驱动器控制器，被耦合以控制所述多个驱动器中的每个驱动器；
ASK解调器，被耦合以接收和解调在所述多个驱动器中的每个驱动器上的幅移键控信号；
线圈驱动器处理器，被耦合到所述驱动器控制器和所述ASK解调器；
驱动器存储器，被耦合到所述线圈驱动器处理器；以及
驱动器接口，被配置为与所述MCU接口通信。
7.根据权利要求6所述的无线功率发射器，其中所述线圈驱动器处理器执行用以进行以下的指令：
从所述MCU接收指令；
根据被耦合到所述本地功率控制器的所述传输线圈中的每个传输线圈的指定状态，来配置所述多个驱动器中的每个驱动器；
如果所述传输线圈中的一个传输线圈被指定为活动的，则通过活动的所述传输线圈提供无线功率并且接收ASK调制的传输；
如果所述传输线圈中的任何传输线圈被选择以检测接收器，则提供查验并且接收查验信号；以及
向所述MCU传输查验信号和ASK调制的传输。
8.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中指定的所述状态被配置为：使得仅被耦合到所述多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器的一个传输线圈能够被激活。
9.根据权利要求8所述的无线功率发射器，其中如果被耦合到所述多个本地功率控制器中的一个本地功率控制器的一个传输线圈被指定为活动的，则被耦合到所述多个本地功率控制器中的所述一个本地功率控制器的其余传输线圈被指定为非活动的。
10.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中针对被指定为活动的每个传输线圈，邻接的传输线圈被指定为非活动的。
11.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中未被指定为活动或非活动的传输线圈被选择用于接收器检测。
12.根据权利要求1所述的无线功率发射器，其中所述多个传输线圈以重叠的方式被布置为跨越所述充电区域。
13.一种在功率传输系统中操作微控制器单元MCU的方法，包括：
从多个本地功率控制器中的一个或多个本地功率控制器接收通信，所述多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器被耦合以驱动多个传输线圈的子集，所述多个传输线圈的每个子集包括多个所述多个传输线圈；
分析所述通信以确定新的接收器的存在或当前接收器的移除；
通过以下来指定所述多个传输线圈中的每个传输线圈的状态：
如果新的接收器被检测到，则基于查验信号强度将来自所选择的线圈之一的传输线圈指定为活动的，
如果当前接收器已被移除，则将所述传输线圈从活动状态移除以适应所述当前接收器，并且将与所述线圈相关联的非活动线圈从非活动状态移除，
针对所述多个传输线圈中的每个活动线圈，将相邻的线圈指定为非活动的，以及
选择尚未被指定为活动或非活动的每个传输线圈以用于接收器的检测；以及
根据所述多个传输线圈中的每个传输线圈的所述状态，向所述多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器传输指令。
14.根据权利要求13所述的方法，其中分析所述通信包括：确定与被指定为活动的每个传输线圈相关联的功率水平，并且其中传输指令包括针对活动的所述传输线圈中的每个传输线圈提供功率水平。
15.根据权利要求14所述的方法，其中被指定为活动的传输线圈的功率被调整以响应来自所述接收器的ASK通信或响应检测到掉线的ASK通信。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个传输线圈的指定的所述状态被配置为：使得仅被耦合到所述多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器的一个传输线圈能够被激活。
17.根据权利要求16所述的方法，其中如果被耦合到所述多个本地功率控制器中的一个本地功率控制器的一个传输线圈被指定为活动的，则被耦合到所述多个本地功率控制器中的所述一个本地功率控制器的其余传输线圈被指定为非活动的。
18.一种操作本地功率控制器的方法，包括：
从微控制器单元MCU接收指令，所述指令包括针对如下多个传输线圈的状态指定，所述多个传输线圈被耦合到所述本地功率控制器中的相对应的多个驱动器；
根据所述传输线圈中的每个传输线圈的指定状态，来配置所述多个驱动器中的每个驱动器；
如果所述传输线圈中的一个传输线圈被指定为活动的，则通过活动的所述传输线圈提供无线功率，并且从被指定为活动的所述传输线圈接收ASK调制的传输；
如果所述传输线圈中的任何传输线圈被选择以检测接收器，则提供查验，并且从选择的所述传输线圈接收查验信号；以及
向所述MCU传输查验信号和ASK调制的传输。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述指令还包括针对活动的所述线圈的功率水平，并且还包括设置用于无线功率的传输的功率水平。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括检测接收器线圈的移除以及传输指示将所述接收器线圈移除的信号。
21.根据权利要求18所述的方法，其中指定的所述状态被配置为：使得仅被耦合到所述本地功率控制器的一个传输线圈能够被激活。
22.根据权利要求21所述的方法，其中如果被耦合到所述本地功率控制器的所述传输线圈中的一个传输线圈被指定为活动的，则被耦合到所述本地功率控制器的其余传输线圈被指定为非活动的。
23.根据权利要求18所述的方法，其中针对被指定为活动的每个传输线圈，邻接的传输线圈被指定为非活动的。
24.根据权利要求18所述的方法，其中未被指定为活动或非活动的传输线圈被选择用于接收器检测。
25.一种用于无线功率传输的微控制器单元MCU，包括：
处理器；
存储器，被耦合到所述处理器；以及
接口，被耦合到所述处理器，所述接口被配置为与多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器通信，所述多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器被耦合以驱动多个传输线圈的子集，
其中所述处理器执行用以指定所述多个传输线圈中的每个传输线圈的状态的指令，所述状态包括活动的、非活动的以及被选择用于接收器检测的，并且所述处理器执行用于进行以下的指令：根据状态指定来向所述多个本地功率控制器中的每个本地功率控制器传输指令。
26.根据权利要求25所述的MCU，其中用以指定所述多个传输线圈中的每个传输线圈的状态的所述指令包括用以进行以下的指令：
从所述本地功率控制器中的一个或多个本地功率控制器接收通信；
分析所述通信以确定新的接收器的存在或当前接收器的移除；
如果所述新的接收器被检测到，则基于查验信号强度将来自所选择的线圈之一的传输线圈指定为活动的；以及
如果当前接收器已被移除，则将之前活动的传输线圈从活动状态移除，以适应被移除的所述当前接收器，并且从非活动状态移除那些相邻的线圈；
针对所述多个传输线圈中的每个其余活动线圈，将相邻的线圈指定为非活动的；以及
选择尚未被指定为活动或非活动的每个传输线圈以用于接收器的检测。
27.一种本地功率控制器，包括：
多个驱动器，每个驱动器被耦合到多个传输线圈中的、与所述本地功率控制器相关联的相对应的一个传输线圈；
驱动器控制器，被耦合以控制所述多个驱动器中的每个驱动器；
ASK解调器，被耦合以接收和解调在所述多个驱动器中的每个驱动器上的幅移键控信号；
线圈驱动器处理器，被耦合到所述驱动器控制器和所述ASK解调器；
驱动器存储器，被耦合到所述线圈驱动器处理器；以及
驱动器接口，被配置为与微控制器单元MCU通信，
其中所述线圈驱动器处理器执行用以进行以下的指令：
从所述MCU接收指令，所述指令包括针对与所述本地功率控制器相关联的所述传输线圈中的每个传输线圈的指定状态；
根据被耦合到所述本地功率控制器的所述传输线圈中的每个传输线圈的指定状态，来配置所述多个驱动器中的每个驱动器；
如果所述传输线圈中的一个传输线圈被指定为活动的，则通过活动的所述传输线圈提供无线功率并且接收ASK调制的传输；
如果所述传输线圈中的任何传输线圈被选择以检测接收器，则提供查验并且接收查验信号；以及
向所述MCU传输查验信号和ASK调制的传输。
28.根据权利要求27所述的控制器，其中来自所述MCU的所述指令包括用于已被指定为活动的传输线圈的功率水平。
29.根据权利要求27所述的控制器，其中指定的所述状态被配置为：使得仅被耦合到所述本地功率控制器的一个传输线圈能够被激活。
30.根据权利要求29所述的控制器，其中如果被耦合到所述本地功率控制器的一个传输线圈被指定为活动的，则被耦合到所述本地功率控制器的其余传输线圈被指定为非活动的。
31.根据权利要求27所述的控制器，其中针对被指定为活动的每个传输线圈，邻接的传输线圈被指定为非活动的。
32.根据权利要求27所述的控制器，其中未被指定为活动或非活动的传输线圈被选择用于接收器检测。
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