CN113726021A - 用于保护无线充电接收器的方法和装置 - Google Patents

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CN113726021A CN202110546301.4A CN202110546301A CN113726021A CN 113726021 A CN113726021 A CN 113726021A CN 202110546301 A CN202110546301 A CN 202110546301A CN 113726021 A CN113726021 A CN 113726021A
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Abstract

本公开的各实施例涉及用于保护无线充电接收器的方法和装置。无线充电接收器包括控制器，该控制器被配置为：确定第一过压阈值被满足，并且基于此使能第一开关以通过第一电阻器将整流器的输出耦合至电接地；确定第二过压阈值被满足，并且基于此使能接收谐振电路开关以使接收谐振电路短路；确定磁滞阈值被满足，并且基于此禁用接收谐振电路开关以使接收谐振电路开路；以及确定磁滞循环阈值被满足且接收谐振电路开关被禁用，并且基于此使能第二开关以将第二电阻器耦合至电接地；以及与无线充电发送器通信以降低无线充电接收器侧的功率水平。

Description

用于保护无线充电接收器的方法和装置
技术领域
本发明总体上涉及用于保护无线充电接收器的方法和装置。
背景技术
为电子设备供电已经是系统设计者的挑战。早期的电子设备通过电源线被栓至电源。电池提供了到处移动的自由，但是电池仍需要更换或再充电。为电池再充电需要使用电源线将电池或电子设备插入电源。
无线充电系统通过在自由空间中传递功率来消除电源线，其中功率可以被用于为可再充电电池充电或直接为电子设备供电。无线充电系统消除了与将电源线插入电子设备相关联的困难，诸如摸索插头的定向、确保正确的电源线被使用、物理连接器和连接的磨损等。因此，无线充电系统对终端用户具有吸引力。
发明内容
根据实施例，提供了一种无线充电接收器。该无线充电接收器包括：可操作地耦合至接收谐振电路的电压整流器，该电压整流器被配置为根据由接收谐振电路从无线充电发送器接收的接收能量来输出直流(DC)电压；可操作地耦合至电压整流器的输出的第一电阻器；可操作地耦合至电压整流器的输出的第二电阻器；可操作地耦合至接收谐振电路的接收谐振电路开关；可操作地耦合在第一电阻器与电接地之间的第一开关；可操作地耦合在第二电阻器与电接地之间的第二开关；以及可操作地耦合至接收谐振电路开关、第一开关和第二开关的控制器，该控制器被编程为：确定第一过压阈值被满足并基于此使能第一开关以将第一电阻器耦合至电接地；确定第二过压阈值被满足并基于此使能接收谐振电路开关以使接收谐振电路短路；确定磁滞阈值被满足并基于此禁用接收谐振电路开关以使接收谐振电路开路；以及确定磁滞循环阈值被满足并基于此使能第二开关以将第二电阻器耦合至电接地。
根据实施例，提供了一种由无线充电接收器实施的方法。该方法包括：检测到第一过压阈值被满足，并且基于此使能第一开关以将第一电阻器耦合至电接地，该第一电阻器被耦合至无线充电接收器的整流器的输出；检测到第二过压阈值被满足，并且基于此使能接收谐振电路开关以使无线充电接收器的接收谐振电路短路；检测到磁滞阈值被满足，并且基于此禁用接收谐振电路开关以使接收谐振电路开路；以及检测到磁滞循环阈值被满足且接收谐振电路开关被禁用，并且基于此使能第二开关以将第二电阻器耦合至电接地。
根据实施例，提供了一种无线充电接收器。该无线充电接收器包括：可操作地耦合至接收谐振电路的电压整流器，该电压整流器被配置为根据由接收谐振电路从无线充电发送器接收的接收能量来输出直流(DC)电压；可操作地耦合至电压整流器的输出的第一电阻器；可操作地耦合至电压整流器的输出的第二电阻器；可操作地耦合至接收谐振电路的接收谐振电路开关；可操作地耦合在第一电阻器与电接地之间的第一开关；可操作地耦合在第二电阻器与电接地之间的第二开关；包括指令的非暂态存储器存储装置；以及与存储器存储装置通信的一个或多个处理器，其中一个或多个处理器执行指令以：确定第一过压阈值被满足，并且基于此使能第一开关以将第一电阻器耦合至电接地，该第一电阻器被耦合至无线充电接收器的整流器的输出；确定第二过压阈值被满足，并且基于此使能接收谐振电路开关以使无线充电接收器的接收谐振电路短路；确定磁滞阈值被满足，并且基于此禁用接收谐振电路开关以使接收谐振电路开路；以及确定磁滞循环阈值被满足且接收谐振电路开关被禁用，并且基于此使能第二开关以将第二电阻器耦合至电接地。
实施例的优点在于过压条件被减轻，防止对无线充电接收器的潜在损坏，同时使能无线充电接收器与无线充电发送器之间的通信，使得过压条件可以在不中断功率传递的情况下被补救。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参照结合附图的以下描述，其中：
图1图示了常规的无线充电系统；
图2A图示了常规的无线充电系统，其突出了良好对准的无线充电设备；
图2B图示了常规的无线充电系统，其突出了无线充电设备被不良对准的情况；
图3图示了现有技术的无线充电接收器；
图4图示了VRECT随时间的图表，其突出了图3的现有技术无线充电接收器在OVP条件下的行为，该OVP条件导致由本申请的发明人标识的不良充电性能；
图5A图示了根据本文提出的实施例的第一示例无线充电接收器；
图5B图示了根据本文提出的实施例的第二示例无线充电接收器；
图6A图示了根据本文提出的实施例的VRECT随时间的图表，其突出了图5A的无线充电接收器在OVP条件下的行为；
图6B图示了根据本文提出的实施例的VRECT随时间的图表，其突出了图5A的无线充电接收器在OVP条件下的行为，但是无线充电发送器在时间限制内没有响应；并且
图7图示了根据本文提出的实施例的在无线充电接收器中发生的示例操作的流程图。
除非另有指示，否则不同附图中的对应的数字和符号通常指代对应的部分。附图被绘制以清楚地图示实施例的相关方面，并且不一定按比例绘制。
具体实施方式
在随后的描述中，一个或多个具体细节被图示，旨在提供对实施例的示例的理解。实施例可以在没有具体细节中的一个或多个具体细节的情况下或利用其他方法、组件、材料等被获得。在其他情况下，已知的结构、材料或操作未被详细图示或描述，使得实施例的某些方面不会被模糊。
在本描述的框架中对“实施例”或“一个实施例”的引用旨在指示关于该实施例描述的特定的配置、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，可能存在于本描述的一个或多个位置处的诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”的短语并不一定指代同一实施例。而且，特定的构造、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何适当的方式被组合。
本文使用的引用仅出于方便的目的被提供，并且因此不限定保护范围或实施例的范围。
在无线充电中，电磁耦合被用于实现无线能量传递。当无线充电发送器通过发送线圈将功率输出到由无线充电接收器的接收线圈接收或耦合的无线场中时，能量通过使用电场、磁场、电磁场等从无线充电发送器被传递到无线充电接收器。发送和接收过程导致从无线充电发送器到无线充电接收器的无线功率传递。
图1图示了常规的无线充电系统100。无线充电系统100包括无线充电发送器105和无线充电接收器110。耦合至电源115的无线充电发送器105向无线充电接收器110提供能量，该无线充电接收器110进而为设备120提供功率。提供给设备120的功率可以被用于为设备120中的可再充电电池充电或直接为设备120供电。提供能量的过程被称为功率传递。
无线充电发送器105包括发送谐振电路125。谐振电路由谐振电路的电感(L)和电容(C)(在突出区域127和132中示出)表征，并且在无线充电发送器105和无线充电接收器110之间传递的功率是无线充电发送器105和无线充电接收器110的谐振电路的电感和电容的函数。电容(C)的目的是提高功率传递的效率，并且电感L被用于传递功率(发送线圈将电流转换为磁通量，并且接收线圈将磁通量转换为电动势)。发送谐振电路125使用发送线圈发送被激励的无线场(示出为线135)。被激励的无线场(线135)由无线充电接收器110的接收谐振电路130接收。除了发送和接收被激励的无线场之外，接收谐振电路130的参数的改变可以被用于从无线充电接收器110到无线充电发送器105通信。例如，在无线充电接收器110到无线充电发送器105之间的通信中，所传送的信息可以被用于调制无线场的幅度，从而使能信息的发送或接收。例如，在无线充电发送器105到无线充电接收器110之间的通信中，正在被传送的信息可以被用于调制无线场的频率，从而使能信息的发送或接收。作为示例，无线充电发送器105和无线充电接收器110通信以发起无线充电会话、设置充电模式、控制由无线充电发送器105发送的能量的量、控制由无线充电接收器110接收的能量的量、终止无线充电会话，等等。所执行的通信主要在例如从无线充电接收器110到无线充电发送器105的上行方向上。通信的细节可以在由无线充电联盟(WPC)定义的Qi标准中找到。
无线充电发送器105和无线充电接收器110相距距离140。通常，给定固定的能量传输水平，并且针对发送线圈设计，由无线充电接收器110接收的能量的量取决于无线充电发送器105和无线充电接收器110的线圈之间的间隔。作为示例，针对保持恒定的线圈设计，当距离140小时，由无线充电接收器110接收的能量通常较大，并且当距离140大时，由无线充电接收器110接收的能量通常较小。可以通过提高无线充电发送器105的发送能量水平来补偿增大的距离140。
除了无线充电发送器和无线充电接收器之间的距离外，在确定由无线充电接收器的接收线圈接收的能量中起作用的另一物理因素是发送线圈和接收线圈的未对准。两个线圈的未对准可以被定义为沿着两个线圈的中心的一个轴(或两个轴)的空间差。作为示例，如果无线充电发送器和无线充电接收器位于桌子上，其中无线充电发送器和无线充电接收器的位置被限制在桌面顶部上的不同位置处，则发送线圈和接收线圈的未对准可表达在两个轴中的仅一个轴中(例如，上/下或左/右)，其中无线充电发送器和无线充电接收器之间的距离是另一轴。作为另一示例，如果无线充电发送器和无线充电接收器可以自由地在三个维度中定位，则发送线圈和接收线圈的未对准可表达在三个轴中的两个轴(例如，上/下和左/右、上/下和进/出，或者左/右和进/出)上，其中无线充电发送器和无线充电接收器之间的距离是第三轴。
距离和未对准可以被组合以表征无线充电设备的对准。作为示例，针对特定的线圈设计，如果无线充电设备之间的距离小并且未对准也小，则无线充电设备可以称为被良好对准。作为另一示例，针对特定的线圈设计，如果无线充电设备之间的距离大并且未对准也大，则无线充电设备可以称为被不良对准。
图2A图示了常规的无线充电系统200，其突出了良好对准的无线充电设备。无线充电系统200包括：无线充电发送器205，该无线充电发送器205具有带有发送线圈207的发送谐振电路；以及无线充电接收器210，该无线充电接收器210具有带有接收线圈212的接收谐振电路。无线充电发送器205和无线充电接收器210被放置在桌面顶部上，因此只有两个自由轴。发送线圈207和接收线圈212相距距离225。发送线圈207和接收线圈212的未对准(示出为对准230)非常小。因为发送线圈207和接收线圈212具有小的未对准(因为对准230非常良好)并且间隔也小，所以无线充电设备可以被认为被良好对准。
图2B图示了常规的无线充电系统200，其突出了无线充电设备被不良对准的情况。在图2B所示的情况下，发送线圈207和接收线圈212相距距离225，并且发送线圈207和接收线圈212的未对准(示出为对准260)大。因为发送线圈207和接收线圈212具有大的未对准(因为对准260不良)并且间隔也大，所以无线充电设备可以被认为被不良对准。
一旦无线充电会话开始，无线充电发送器和无线充电接收器的对准可能会发生变化，从而改变线圈耦合(线圈耦合是无线充电发送器和无线充电接收器的对准的函数)。改善无线充电发送器和无线充电接收器的对准将倾向于增加线圈耦合并增加在无线充电接收器处接收的能量。作为示例，用户可能会注意到无线充电接收器(例如，具有内置无线充电接收器的智能电话)被不良地放置在无线充电发送器上，并且移动了无线充电接收器，使得无线充电接收器更靠近无线充电发送器(或与无线充电发送器更好地对准，或者两者都更靠近并且更好地对准)。用户移动无线充电接收器(相对于无线充电发送器)将改变线圈耦合，并且因此，将改变在无线充电接收器处接收的能量。
一旦对准发生变化，线圈耦合也会发生变化，并且在无线充电接收器处接收的能量也会发生变化。作为示例，如果对准从不良对准改变为良好对准，则线圈耦合增加，并且接收能量可能从小改变为大。增加的接收能量会提高可用于为可再充电电池再充电或为电子设备供电的功率。
通常，无线充电发送器仅基于来自无线充电接收器的请求来调整其操作点，诸如频率、占空比、逆变器电压等。因为在无线充电接收器处接收的能量基于无线充电发送器的操作点并且负载发生变化，所以线圈耦合(例如，对准)可能会影响接收能量。
然而，增加的接收能量可能会超过无线充电接收器(诸如无线充电接收器110)的功率限制，从而导致无线充电接收器的损坏。因此，需要用于保护无线充电接收器的方法和装置。
图3图示了现有技术的无线充电接收器300。无线充电接收器300包括控制无线充电接收器300的操作的集成电路305，无线充电接收器300的操作包括与无线充电发送器通信、建立无线充电会话、控制提供给耦合至无线充电接收器300的电子设备的功率等。集成电路305包括执行程序以控制无线充电接收器300的操作的微控制器310、解调来自无线充电发送器的FSK通信的频移键控(FSK)解调电路312、对由无线充电接收器300(从无线充电发送器)无线接收的交流(AC)信号进行整流或在作为无线充电发送器操作时驱动由无线充电接收器300发送的信号的接收器(RX)整流器/发送(TX)驱动器电路314、感测和解调ASK调制信号(当作为无线充电发送器操作时)的感测和幅移键控(ASK)解调电路316、调节电压的RX低压差(LDO)电路318以及存储器(包括用于存储由微控制器310执行的代码的只读存储器(ROM)320、用于存储数据的随机存取存储器(RAM)322以及用于存储配置信息的非易失性(NV)存储器324)。
无线充电接收器300还包括接收谐振电路335，该接收谐振电路335包括实际的线圈和电容器。线圈和电容器限定无线充电接收器300的谐振电路，该线圈与无线充电发送器的谐振电路的线圈耦合。
来自无线充电接收器300的输出包括RX整流器/TX驱动器电路314的输出电压(VRECT)和用于对耦合至无线充电接收器300的电子设备的可再充电电池再充电或直接为电子设备供电的输出电压(VOUT)。如果VRECT超过规定的阈值，则可能会发生过压(OVP)条件，从而可能导致中断向电子设备的功率递送或损坏无线充电接收器300的电子设备。
无线充电接收器300处接收的能量的改变导致RX整流器/TX驱动器电路的输出电压(VRECT)改变。因此，如果无线充电接收器300的对准的改变显著改善了线圈耦合，则无线充电接收器300处接收的能量和VRECT也显著增加。
无线充电接收器300监测VRECT以检测第一OVP的发生并做出响应。在检测到第一OVP的发生之后，例如通过将VRECT与第一OVP阈值进行比较，无线充电接收器300通过使能(或接通或闭合)开关345(例如，建立到接地的电流路径)来使能外部电阻器(REXT1)340。术语“外部”是指集成电路305的外部，而不是无线充电接收器300的外部。流过REXT1 340的电流通过耗散由无线充电接收器300的RX整流器/TX驱动器电路314输出的一部分功率来降低VRECT。
然而，除非无线充电接收器300能够就OVP条件与无线充电发送器通信，否则无线充电发送器将不会改变其操作点。因为操作点保持不变，所以无线充电发送器将继续提供比无线充电接收器300所需的能量多的能量，并且(由于耦合被改善)即使在REXT1 340耗散一部分功率的情况下，VRECT也会继续增加。
无线充电接收器300监测VRECT，以检测第二OVP的发生并做出响应。在检测到第二OVP的发生之后，例如通过将VRECT与第二OVP阈值进行比较，无线充电接收器300例如通过使能(或接通或闭合)开关350来使接收谐振电路335短路至接地。使接收谐振电路335短路至接地使VRECT放电。VRECT可以下降，直到无线充电接收器300检测到VRECT达到低电压阈值(例如，UVLO)为止。然后，无线充电接收器300可以重置并发起新的无线充电会话。
图4图示了VRECT随时间的图表400，其突出了图3的现有技术无线充电接收器在OVP条件下的行为，该OVP条件导致由本申请的发明人标识的不良充电性能。迹线405表示随时间的VRECT。在第一时间间隔407期间，VRECT保持稳定，指示无线充电会话正在按预期进行。然而，在第二时间间隔409期间，VRECT急剧增加。VRECT的急剧增加可以指示无线充电接收器300正在接收比间隔407期间大的能量，这可能是由于例如无线充电接收器300和无线充电发送器的对准的变化改善了线圈耦合。
在大约时间410，无线充电接收器300确定第一OVP已经发生(例如，通过将VRECT与第一OVP阈值(SOVP)412进行比较)。无线充电接收器300通过使能开关345建立到接地的电流路径来接通外部电阻器REXT1 340。REXT1 340耗散功率(示出为区域415)。通常，每当VRECT大于第一OVP阈值(SOVP)412时，外部电阻器REXT1被接通。
尽管REXT1 340正在耗散功率，但是VRECT继续增加(因为无线充电接收器300继续接收比所需能量多的能量)。在大约时间420，无线充电接收器300确定第二OVP已经发生(例如，通过将VRECT与第二OVP阈值(HOVP)422进行比较)。无线充电接收器300通过使能开关350来使接收谐振电路335短路至接地。在接收谐振电路335被短路至接地之后，VRECT迅速下降。在大约时间425，VRECT下降到低电压阈值(UVLO)427以下，并且无线充电接收器300重置并发起与无线充电发送器的新无线充电会话，或者无线充电发送器由于通信超时而简单地停止供电，因为无线充电接收器300在时间420和时间425之间的时间间隔中未与无线充电发送器进行通信。
在接收谐振电路335被短路后，几乎没有功率可以用于为可再充电电池再充电或为耦合至无线充电接收器300的电子设备供电。此外，当无线充电接收器300重置时，到被耦合至无线充电接收器300的电子设备的功率递送被中断，因为无线充电发送器由于重置无线充电接收器300之后的功率传递期间的意外通信或由于在延长的持续时间期间缺少通信(即，通信超时)而停止供电。因此，需要降低接收谐振电路335被短路的持续时间(从大约时间420到大约时间425)，并且需要避免无线充电接收器300的重置，使得功率传递不被中断。
根据示例实施例，具有磁滞操作的接收谐振电路开关被提供。具有磁滞操作的接收谐振电路开关不是简单地利用开关使接收谐振电路短路至接地，而是使接收谐振电路短路至接地或其自己的端子，直到VRECT下降到磁滞阈值(HOVP HYST)以下。一旦磁滞阈值(HOVP HYST)被满足，接收谐振电路开关就被禁用以断开短路，允许无线充电接收器恢复正常操作。随着无线充电接收器恢复正常操作，VRECT将会增加(因为无线充电接收器继续接收比所需能量多的能量)，直到第二OVP阈值(HOVP)再次满足为止，此时，具有磁滞操作的接收谐振电路开关被使能以使接收谐振电路短路至接地或其自己的端子。随着VRECT在第二OVP阈值(HOVP)和磁滞阈值之间上升和下降而使能和禁用接收谐振电路开关被称为磁滞循环，其中单个磁滞循环包括具有磁滞操作的接收谐振电路开关的单个使能-禁用循环。在理论上，磁滞操作可以无限期地继续，但是由于接收谐振电路短路至接地引起的干扰，从无线充电接收器到无线充电发送器的通信无法在无线充电发送器侧被正确解码，因此磁滞循环的数目应该受到限制。当无线充电接收器在磁滞操作中操作时，对耦合至无线充电接收器的可再充电电池的充电继续。
在实施例中，具有磁滞操作的接收谐振电路开关具有内置到设计中的磁滞窗口。因此，磁滞操作是设计中固有的。因此，当磁滞条件被满足时，接收谐振电路开关可能会自动禁用。在实施例中，通过无线充电接收器将VRECT与磁滞条件(例如，电压阈值)进行比较并根据VRECT与磁滞条件和第二OVP阈值(HOVP)之间的关系来使能或禁用接收谐振电路开关，磁滞操作是利用接收谐振电路开关来模拟的。
在实施例中，磁滞循环的数目是可配置的。尽管对耦合至无线充电接收器的可再充电电池的充电在磁滞循环期间继续，但由于VRECT在磁滞阈值和第二OVP阈值(HOVP)之间变化，因此充电可能不高效，因此可用于对可再充电电池充电的功率发生变化。此外，在磁滞操作期间，从无线充电接收器到无线充电发送器的通信不稳定或不可靠。因此，允许无线充电接收器无限期地在磁滞操作中操作可能不是有益的。在实施例中，磁滞循环的数目可以是计数阈值，即，已经发生的磁滞循环的特定次数。在实施例中，磁滞循环的数目可以是时间阈值，即，大约与被配置的磁滞循环数目相对应的持续时间。作为示例，磁滞循环的数目小至一个，这意味着只要接收谐振电路开关被使能以使接收谐振电路短路至接地或其自己的端子，并且VRECT下降到磁滞阈值以下，无线充电接收器就会尝试通过进行保护的下一步骤(例如，REXT2使能)来恢复正常操作，该步骤允许与无线充电发送器进行通信。作为示例，磁滞循环的数目足够大，以允许线圈耦合的瞬态变化在无线充电接收器使能REXT2并试图恢复正常操作之前得以解决。磁滞循环的数目应该足够大，以允许在无线充电接收器尝试恢复正常操作之前进行几秒钟的磁滞循环。例如，取决于提供给设备的负载，磁滞循环的数目约为1至20。作为示例，低负载意味着较多的磁滞循环，而高负载意味着较少的磁滞循环。
根据示例实施例，在被配置的磁滞循环数目发生之后，第二外部电阻器REXT2被接通以在VRECT与接地之间建立第二电流路径(其中外部电阻器REXT1在VRECT与接地之间提供第一电流路径)。在实施例中，由第二外部电阻器REXT2耗散的功率通过潜在地防止VRECT满足第二OVP阈值(HOVP)而充分降低了VRECT，从而防止无线充电接收器必须使接收谐振电路短路至接地或其自己的端子，并允许无线充电接收器与无线充电发送器通信以请求无线充电发送器改变操作点以降低发送给无线充电接收器的能量。由无线充电发送器发送的被降低的能量会降低由无线充电接收器接收的能量，从而潜在地防止过压条件继续。
在实施例中，第二外部电阻器REXT2的值足够小以耗散足够的功率来充分降低VRECT，以赋予无线充电接收器足够的时间与无线充电发送器通信以请求无线充电发送器改变其操作点。在实施例中，第二外部电阻器REXT2在值上小于外部电阻器REXT1。
图5A图示了根据本文提出的实施例的第一示例无线充电接收器500。无线充电接收器500包括集成电路502，该集成电路502包括控制无线充电接收器500的操作的电路系统，其中利用附图标记来标记该电路系统。在图5中使用的附图标记与图3中使用的附图标记类似的情况下，相关联的电路类似地操作。
无线充电接收器500包括外部电阻器REXT1 505，当VRECT满足第一OVP阈值(SOVP)时，该外部电阻器REXT1 505通过开关510被可控地耦合至接地。外部电阻器REXT1 505在集成电路502的外部，但不在无线充电接收器500的外部。外部电阻器REXT1 505应该是大的，以在延长的时间段内耗散并维持大电流，以增加VRECT满足第二OVP阈值(HOVP)之前的时间量。无线充电接收器500还包括具有磁滞操作的接收谐振电路开关515，该接收谐振电路开关515在被使能时使谐振电路335短路至接地。例如，当VRECT满足第二OVP阈值(HOVP)时，具有磁滞操作的接收谐振电路开关515被使能，并且例如当VRECT满足磁滞阈值时，接收谐振电路开关被禁用。当具有磁滞操作的接收谐振电路开关515被使能时，VRECT下降，并且当具有磁滞操作的接收谐振电路开关515被禁用时，VRECT上升。如果具有磁滞操作的接收谐振电路开关515具有内置到设计中的磁滞窗口，则具有磁滞操作的接收谐振电路开关515可以基于VRECT自动使能或禁用。如果具有磁滞操作的接收谐振电路开关515没有内置到设计中的磁滞窗口，则微控制器310可以通过将VRECT与第二OVP阈值(HOVP)进行比较以确定何时使能具有磁滞操作的接收谐振电路开关515，并且将VRECT与磁滞阈值进行比较以确定何时禁用具有磁滞操作的接收谐振电路开关515，来模拟磁滞操作。具有磁滞操作的接收谐振电路开关515的使能-禁用循环被称为磁滞循环。
无线充电接收器500还包括第二外部电阻器REXT2 520，当无线充电接收器500经历了被配置的磁滞循环数目时，该第二外部电阻器REXT2 520通过开关525被可控地耦合至接地。第二外部电阻器REXT2 520在集成电路502的外部，但不在无线充电接收器500的外部。当第二外部电阻器REXT2 520被耦合至接地时，电流路径被建立，并且第二外部电阻器REXT2 520耗散功率并降低VRECT。VRECT的降低足以防止随后的磁滞循环，并且允许无线充电接收器500与无线充电发送器通信，以请求无线充电发送器改变其操作点以例如降低由无线充电接收器接收的能量。即使在外部电阻器REXT1 505和第二外部电阻器REXT2二者都在耗散功率的情况下，VRECT也可以继续上升。然而，VRECT的上升通常是渐进且平滑的，因此不会防止无线充电接收器500与无线充电发送器之间的通信发生。如果由于任何原因VRECT上升并满足第二OVP阈值(HOVP)，即使在REXT2和REXT1正在耗散功率时，具有磁滞操作的接收谐振电路开关515也将被长期地使能，直到VRECT下降到UVLO以下。在这种情况下，具有磁滞操作的接收谐振电路开关515的磁滞功能被禁用。
在实施例中，开关510、515和525可以使用场效应晶体管(FET)来实施，诸如结型FET(JFET)、N沟道JFET、P沟道JFET、金属氧化物半导体FET(MOSFET)、增强模式MOSFET、耗尽模式MOSFET等。
图5B图示了根据本文提出的实施例的第二无线充电接收器550。无线充电接收器550类似于无线充电接收器500，其中类似的附图标记指代类似的电路。无线充电接收器550包括具有磁滞操作的接收谐振电路开关555，该接收谐振电路开关555跨接收谐振电路335的端子被耦合。因此，当被使能时，具有磁滞操作的接收谐振电路开关555使接收谐振电路335的端子短路，而不是在图5A的具有磁滞操作的接收谐振电路开关515的情况下使接收谐振电路335短路至电接地。然而，使接收谐振电路335的端子短路也导致VRECT下降，就像使接收谐振电路335短路至电接地一样。
图6A图示了根据本文提出的实施例的VRECT随时间的图表600，其突出了图5A的无线充电接收器500在OVP条件下的行为。尽管图6A(以及图6B)的讨论集中在图5A的无线充电接收器500，但是图6A和6B所图示的行为也适用于图5B的无线充电接收器550。因此，集中在无线充电接收器500不应该被解释为限制本发明的范围。
迹线605表示随时间的VRECT。在第一时间间隔607期间，VRECT以相对稳定的速率增加。在大约时间610，无线充电接收器500确定第一OVP已经发生(例如，通过将VRECT与第一OVP阈值(SOVP)612进行比较)。无线充电接收器500通过使能开关510建立到接地的电流路径来接通外部电阻器REXT1 505。REXT1 505耗散功率(示出为区域615)。
在第二时间间隔620期间，(在对应于外部电阻器REXT1 505的接通的初始速率降低之后)VRECT继续以相对稳定的速率增加。在大约时间625，无线充电接收器500确定第二OVP已经发生(例如，通过将VRECT与第二OVP阈值(HOVP)627进行比较)。无线充电接收器500使能具有磁滞操作的接收谐振电路开关515以使接收谐振电路335短路至接地或跨其端子被短路。具有磁滞操作的接收谐振电路开关515的使能导致VRECT下降。在大约时间630，无线充电接收器500确定磁滞阈值632被满足，并且禁用具有磁滞操作的接收谐振电路开关515，以使接收谐振电路335从接地解耦或从其自己的端子解耦。
在无线充电接收器500完成规定的磁滞循环数目(示出为间隔635)之后，无线充电接收器500通过使能开关525建立到接地的电流路径来接通第二外部电阻器REXT2 520。REXT2 520耗散功率(示出为区域640)。由REXT2 520耗散的功率至少暂时地降低了VRECT并停止了磁滞循环(示出为间隔645)，这允许无线充电接收器500与无线充电发送器进行通信。例如，无线充电接收器500可以请求无线充电发送器改变其操作点以降低由无线充电接收器500接收的能量。无线充电接收器500可以发送其当前的接收能量的指示，并且无线充电发送器可以例如基于该指示来调整发送能量水平或操作点。在无线充电发送器改变其操作点之后，由无线充电接收器500接收的能量下降，从而导致VRECT下降(示出为间隔650)。在实施例中，无线充电接收器500还可以在时间间隔645中请求无线充电发送器一起停止功率传递。
在实施例中，第二外部电阻器REXT2 520在有限的时间量内被接通，以保护第二外部电阻器REXT2 520和相关联的开关525不受损坏。在第二外部电阻器REXT2 520接通的时间期间，无线充电接收器520与无线充电发送器通信以改变无线充电发送器的操作点。在实施例中，第二外部电阻器REXT2 520接通的时间量是可配置的。例如，时间量可以基于耦合至无线充电接收器500的设备的负载。
在实施例中，即使在磁滞操作期间(即，图6的间隔635)，也继续进行功率传递，从而允许无线充电继续进行。在实施例中，在第二外部电阻器REXT2 520被接通并且开始耗散功率之后，功率传递也继续。在实施例中，在新的无线充电会话被发起之前，无线充电会话不需要被中断并且VRECT不需要下降到低电压阈值以下(例如图4的UVLO 427)。因为无线充电会话不需要被中断并且新的无线充电会话不需要被发起，所以无线充电效率可以被提高并且无线充电时间可以被降低。在这种情况下，设备可能不会通知用户：无线充电已中断。
在实施例中，如果VRECT下降到足够的电平，则无线充电接收器500关断第二外部电阻器REXT2 520，使得第二外部电阻器REXT2520不再耗散功率。第二外部电阻器REXT2520仅在用于与无线充电发送器通信、并且用于使无线充电发送器调整操作点以避免损坏无线充电接收器500所需的有限时间内被接通。在第二外部电阻器REXT2 520被接通的时间内，无线充电发送器响应该通信并改变其操作点。
如果无线充电发送器没有响应并调整操作点，则第二外部电阻器REXT2 520被关断。VRECT满足第二OVP阈值(HOVP)，并且接收谐振电路335被长期地短路，直到VRECT下降到低电压阈值(UVLO)以下为止，并且无线充电接收器500重置。
图6B图示了根据本文提出的实施例的VRECT随时间的图表650，其突出了图5A的无线充电接收器500在OVP条件下的行为，但是无线充电发送器在与第二外部电阻器REXT2520被接通时相对应的时间限制内没有响应。如图6B所示，直到间隔645的末端的VRECT(迹线665)与图6A所示的VRECT(迹线605)相同，并且一些部分被省略以简化附图。然而，在间隔645的末端，无线充电发送器没有响应来自无线充电接收器500的通信(例如，降低其功率发送的请求)。因此，在大约时间670，无线充电接收器500关断第二外部电阻器REXT2 520，并且VRECT恢复增加。
在大约时间675，无线充电接收器500确定第二OVP已经发生(例如，通过将VRECT与第二OVP阈值(HOVP)627进行比较)。无线充电接收器500通过使能具有磁滞操作的接收谐振电路开关515来使接收谐振电路335短路(短路至接地或跨其自己的端子短路，如图5B中那样)，该接收谐振电路开关515具有被禁用的使接收谐振电路335短路的磁滞操作。在接收谐振电路335被短路至接地(图5A)或跨其自己的端子短路(图5B)之后，VRECT迅速下降。在大约时间677，VRECT下降到第一OVP阈值(SOVP)以下，并且无线充电接收器500禁用外部电阻器REXT1 505。在大约时间680，VRECT下降到低电压阈值(UVLO)685以下，并且无线充电接收器500重置并发起与无线充电发送器的新无线充电会话，或者无线充电发送器由于通信超时而简单地停止供电，因为无线充电接收器500在时间625和时间680之间的时间间隔中没有与无线充电发送器进行通信。
在实施例中，如果VRECT下降到足够的电平，则无线充电接收器500关断外部电阻器REXT1 505，使得外部电阻器REXT1 505不再耗散功率。关断外部电阻器REXT1 505可能会暂时增加VRECT。
图7图示了根据本文提出的实施例的在无线充电接收器中发生的示例操作700的流程图。操作700可以指示随着无线充电接收器响应OVP条件而在无线充电接收器中发生的操作。无线充电接收器响应OVP条件并采取步骤以从OVP条件中恢复。操作700可以在无线充电接收器的微控制器、处理器或微处理器中执行。
操作700开始于无线充电接收器执行与无线充电发送器的功率传递(框705)。功率传递可以是在无线充电接收器和无线充电发送器之间建立的无线充电会话的一部分。无线充电接收器执行检查以检测(或确定)第一电压条件是否被满足(框707)。无线充电接收器可以例如通过将VRECT与第一OVP阈值(SOVP)进行比较来检测(或确定)第一电压条件是否被满足。如果VRECT满足第一OVP阈值(SOVP)，则无线充电接收器使能或接通外部电阻器REXT1(框709)。例如，无线充电接收器可以通过使能将外部电阻器REXT1耦合至接地的开关来使能或接通外部电阻器REXT1。使能(或接通)外部电阻器REXT1在VRECT与接地之间建立电流路径。如果第一电压条件未被满足，则无线充电接收器禁用或关断外部电阻器REXT1(框737)，并继续进行功率传递(框705)。
无线充电接收器执行检查以检测(或确定)第二电压条件是否被满足(框711)。无线充电接收器可以例如通过将VRECT与第二OVP阈值(HOVP)进行比较来检测(或确定)第二电压条件是否被满足。如果VRECT满足第二OVP阈值(HOVP)，则无线充电接收器使接收谐振电路短路(框713)。无线充电接收器可以使接收谐振电路短路至接地或使接收谐振电路的端子短路，从而对VRECT进行放电。例如，无线充电接收器使能具有磁滞操作的接收谐振电路开关，以使接收谐振电路短路。如果第二电压条件未被满足，则无线充电接收器通过返回到框707来继续监测第二过压条件和第一过压条件。
无线充电接收器执行检查以检测(或确定)磁滞条件是否被满足(框715)。例如，对磁滞条件的检查是如下的检查，该检查用于检测(或确定)VRECT是否已经下降了足够量，并且接收谐振电路可以被重新接通(即，停止使接收谐振电路短路至接地或停止使接收谐振电路的端子短路)。如果磁滞条件未被满足，则无线充电接收器保持使接收谐振电路短路(框713)。如果磁滞条件被满足(例如，VRECT<磁滞阈值)，则无线充电接收器恢复接收谐振电路操作(框717)。无线充电接收器可以通过禁用具有磁滞操作的接收谐振电路开关(例如，以使接收谐振电路与接地解耦或使接收谐振电路的端子解耦)来恢复接收谐振电路操作。
无线充电接收器执行检查以检测(或确定)磁滞循环条件是否被满足(框719)。磁滞循环条件与无线充电接收器已经经历的磁滞循环的数目相关，并且可以是对被配置的磁滞循环数目或与被配置的磁滞循环数目相关的持续时间的检查。如果磁滞循环条件被满足，则无线充电接收器使能或接通第二外部电阻器REXT2(框721)。例如，无线充电接收器可以通过使能将第二外部电阻器REXT2耦合至接地的开关来使能或接通第二外部电阻器REXT2。使能(或接通)第二外部电阻器REXT2在VRECT与接地之间建立第二电流路径。如果磁滞循环条件未被满足，则无线充电接收器返回到框707以执行检查以检测第一电压和第二电压是否被满足并且继续进行磁滞循环操作。如果VRECT意外地下降到SOVP以下，则第一电压条件被检查到以使能退出OVP保护方案并返回到正常操作。框737和705构成退出OVP保护方案。
在第二外部电阻器REXT2被使能的情况下，无线充电接收器与无线充电发送器通信(框723)。例如，无线充电接收器可以请求无线充电接收器发送器降低发送功率。备选地，无线充电接收器传送其当前的接收功率水平或VRECT，以向无线充电发送器指示无线充电接收器正在经历过压条件。
无线充电接收器执行检查以检测(或确定)第一电压条件是否被满足(框725)。无线充电接收器可以例如通过将VRECT与第一OVP阈值(SOVP)进行比较来检测(或确定)第一电压条件是否被满足。例如，如果VRECT满足第一OVP阈值(SOVP)，这意味着VRECT>SOVP，则无线充电接收器执行检查以检测(或确定)定时器或计数器是否已到期(expired)或第二电压条件是否被满足(框727)。例如，定时器或计数器可以与第二外部电阻器REXT2被使能的时间间隔相关联。换言之，无线充电接收器执行检查以确定它是否能够在第二外部电阻器REXT2被使能且VRECT电平下降到第一OVP阈值(SOVP)以下的时间间隔内与无线充电发送器进行通信。如果定时器或计数器尚未到期，则无线充电接收器返回到框723以继续与无线充电发送器通信(或继续试图通信)。
如果定时器或计数器已到期或第二电压条件被满足(VRECT>HOVP)，则无线充电发送器使接收谐振电路短路(框729)。无线充电接收器可以使接收谐振电路短路至接地或使接收谐振电路的端子短路，从而对VRECT进行放电。例如，无线充电接收器使能没有磁滞操作的接收谐振电路开关(例如，开关将被长期地使能，直到满足UVLO为止)，以使接收谐振电路短路。无线充电接收器还禁用或关断第二外部电阻器REXT2和REXT1(框731)。例如，无线充电接收器可以通过禁用将第二外部电阻器REXT2耦合至接地的开关来禁用或关断第二外部电阻器REXT2。禁用(或关断)第二外部电阻器REXT2断开在VRECT与接地之间的第二电流路径。无线充电接收器等待通信超时发生或VRECT下降到UVLO阈值以下(框733)。在任一情况下(例如，通信超时或VRECT下降到UVLO阈值以下)，无线充电会话可以被终止并且新的无线充电会话被建立。
如果无线充电接收器检测到(或确定)第一电压条件未被满足(框725)，则由无线充电发送器发送的功率已降低到足够低的水平(或由无线充电接收器接收的功率已降低到足够低的水平)，使得VRECT脱离过压条件，并且无线充电接收器禁用外部电阻器REXT1和第二外部电阻器REXT2二者(框735)并返回到框705中的功率传递。
虽然本发明已经参照说明性实施例被描述，但是该描述并不旨在以限制意义来解释。在参照描述时，说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，所附权利要求旨在涵盖任何这种修改或实施例。

Claims (20)

1.一种无线充电接收器，包括：
电压整流器，可操作地耦合至接收谐振电路，所述电压整流器被配置为根据由所述接收谐振电路从无线充电发送器接收的接收能量来输出直流(DC)电压；
第一电阻器，可操作地耦合至所述电压整流器的输出；
第二电阻器，可操作地耦合至所述电压整流器的所述输出；
接收谐振电路开关，可操作地耦合至所述接收谐振电路；
第一开关，可操作地耦合在所述第一电阻器与电接地之间；
第二开关，可操作地耦合在所述第二电阻器与所述电接地之间；以及
控制器，可操作地耦合至所述接收谐振电路开关、所述第一开关和所述第二开关，所述控制器被编程为：
确定第一过压阈值被满足，并且基于第一过压阈值被满足，使能所述第一开关以将所述第一电阻器耦合至所述电接地，
确定第二过压阈值被满足，并且基于第二过压阈值被满足，使能所述接收谐振电路开关以使所述接收谐振电路短路，
确定磁滞阈值被满足，并且基于磁滞阈值被满足，禁用所述接收谐振电路开关以使所述接收谐振电路开路，以及
确定磁滞循环阈值被满足，并且基于磁滞循环阈值被满足，使能所述第二开关以将所述第二电阻器耦合至所述电接地。
2.根据权利要求1所述的无线充电接收器，其中所述控制器还被编程为：与所述无线充电发送器通信，以在所述第二开关被使能之后改变所述无线充电发送器的操作点。
3.根据权利要求2所述的无线充电接收器，其中所述操作点被改变以降低由所述接收谐振电路接收的所述接收能量。
4.根据权利要求1所述的无线充电接收器，其中所述第一电阻器大于所述第二电阻器。
5.根据权利要求1所述的无线充电接收器，其中所述第一过压阈值低于所述第二过压阈值。
6.根据权利要求1所述的无线充电接收器，其中所述接收谐振电路跨所述接收谐振电路的端子被短路。
7.根据权利要求1所述的无线充电接收器，其中所述接收谐振电路被短路至电接地。
8.根据权利要求1所述的无线充电接收器，其中所述磁滞循环阈值是循环计数阈值或经过时间阈值之一。
9.根据权利要求1所述的无线充电接收器，其中当所述DC电压大于所述第一过压阈值时，所述第一过压阈值被满足。
10.根据权利要求1所述的无线充电接收器，其中所述无线充电接收器被耦合至具有可再充电电池的电子设备，并且其中所述无线充电接收器为所述可再充电电池充电或者为所述电子设备供电。
11.根据权利要求10所述的无线充电接收器，其中在所述第一过压阈值、所述第二过压阈值、所述磁滞阈值中的任何一个或多个阈值被满足、或者所述磁滞循环阈值被满足之后，所述无线充电接收器继续为所述可再充电电池充电或者为所述电子设备供电。
12.一种由无线充电接收器实施的方法，所述方法包括：
检测到第一过压阈值被满足，并且基于第一过压阈值被满足，使能第一开关以将第一电阻器耦合至电接地，所述第一电阻器被耦合至所述无线充电接收器的整流器的输出；
检测到第二过压阈值被满足，并且基于第二过压阈值被满足，使能接收谐振电路开关以使所述无线充电接收器的接收谐振电路短路；
检测到磁滞阈值被满足，并且基于磁滞阈值被满足，禁用所述接收谐振电路开关以使所述接收谐振电路开路；以及
检测到磁滞循环阈值被满足、且所述接收谐振电路开关被禁用，并且基于磁滞循环阈值被满足、且所述接收谐振电路开关被禁用，使能第二开关以将第二电阻器耦合至所述电接地。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：与无线充电发送器通信以改变所述无线充电发送器的操作点。
14.根据权利要求12所述的方法，所述第一电阻器大于所述第二电阻器。
15.根据权利要求12所述的方法，所述接收谐振电路被短路至电接地。
16.根据权利要求12所述的方法，所述接收谐振电路跨所述接收谐振电路的端子被短路。
17.根据权利要求12所述的方法，在所述第一过压阈值、所述第二过压阈值、所述磁滞阈值或者所述磁滞循环阈值中的任何一个或多个阈值被满足之后，所述无线充电接收器继续为电子设备的可再充电电池充电或者为所述电子设备供电。
18.一种无线充电接收器，包括：
电压整流器，可操作地耦合至接收谐振电路，所述电压整流器被配置为根据由所述接收谐振电路从无线充电发送器接收的接收能量来输出直流(DC)电压；
第一电阻器，可操作地耦合至所述电压整流器的输出；
第二电阻器，可操作地耦合至所述电压整流器的所述输出；
接收谐振电路开关，可操作地耦合至所述接收谐振电路；
第一开关，可操作地耦合在所述第一电阻器与电接地之间；
第二开关，可操作地耦合在所述第二电阻器与所述电接地之间；
非暂态的存储器存储装置，包括指令；以及
一个或多个处理器，与所述存储器存储装置通信，其中所述一个或多个处理器执行所述指令以：
确定第一过压阈值被满足，并且基于第一过压阈值被满足，使能所述第一开关以将所述第一电阻器耦合至所述电接地，所述第一电阻器被耦合至所述无线充电接收器的整流器的输出；
确定第二过压阈值被满足，并且基于第二过压阈值被满足，使能接收谐振电路开关以使所述无线充电接收器的所述接收谐振电路短路；
确定磁滞阈值被满足，并且基于磁滞阈值被满足，禁用所述接收谐振电路开关以使所述接收谐振电路开路；以及
确定磁滞循环阈值被满足、且所述接收谐振电路开关被禁用，并且基于磁滞循环阈值被满足、且所述接收谐振电路开关被禁用，使能所述第二开关以将所述第二电阻器耦合至所述电接地。
19.根据权利要求18所述的无线充电接收器，其中所述一个或多个处理器还执行所述指令以与所述无线充电发送器通信以改变所述无线充电发送器的操作点。
20.根据权利要求18所述的无线充电接收器，其中所述无线充电接收器被耦合至具有可再充电电池的电子设备，并且其中所述无线充电接收器为所述可再充电电池充电或者为所述电子设备供电。
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