CN113783310A - 用于增强型无线接收器输出功率的硬件和方法 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及用于增强型无线接收器输出功率的硬件和方法。一种功率传输系统包括至少一个无线功率传输电路。第一无线功率接收电路包括第一电路，该第一电路将参考电压与表示从所接收的功率产生并且输送到输出节点的输出电压的反馈电压进行比较，并且调节供应第一整流电压的器件的第一控制端子直到反馈电压和参考电压相等。第二无线功率接收电路包括第二电路，该第二电路基于参考电流与表示从所接收的功率产生的第二整流电流的电流的比较来修改向输出节点源送第二整流电流的器件的控制端子。控制电路系统调节参考电流直到由第一无线功率接收电路生成的第一整流电压和由第二无线功率接收电路生成的第二整流电压相等。

Description

用于增强型无线接收器输出功率的硬件和方法

技术领域

本公开涉及无线功率传输领域，并且具体地涉及用于增加在给定时间单位内经由无线功率传输可传输的功率的量的硬件、硬件的操作技术和方法。

背景技术

诸如智能电话、智能手表、音频输出设备(耳塞、耳机)和可穿戴设备等便携式电子设备依靠电池供电，而不是来自通过有线传输线和配电系统向其传输的有线功率。用于这样的设备的电池通常是可充电的，并且因此需要一种为这样的电池充电的方法。

大多数便携式电子设备包括充电端口，该充电端口通常符合Micro USB或USB-C标准，连接到电源的电源线可以插入该充电端口中以为其电池充电。然而，这样的充电端口可能难以提高电子设备的防水性，并且容易因重复使用而损坏。此外，一些较小的便携式电子设备(例如，耳塞和智能手表)缺乏用于充电端口的可用空间。此外，一些用户可能会发现将电源线插入电子设备的充电端口中以对该设备的电池充电很麻烦。

因此，为了解决这些问题，已经开发了无线功率传输。无线功率传输系统利用线圈传输器(初级)和线圈接收器(次级)，线圈传输器由来自电源(通常是有线连接，但在某些情况下是电池)的电力驱动，线圈传输器生成时变电场，时变电场在线圈接收器中感应出电流。接收器硬件提取传输到线圈接收器的功率，并且将其提供给负载，诸如合并有线圈接收器和接收器硬件的电子设备的电池。

已经制定了管理硬件以及传输器和接收器如何通信的标准，以允许在电子设备中轻松实现无线充电。然而，现有的无线传输标准只能输送有限量的功率，这在希望每单位时间传输增加量的功率的某些情况下可能是不足的或不合需要的。因此，尽管存在完善且运行良好的无线传输标准，但该领域仍需要进一步发展。

发明内容

本文中公开了一种无线功率传输系统，该无线功率传输系统包括至少一个无线功率传输电路、第一无线功率接收电路、第二无线功率接收电路和控制电路系统。注意，第一无线功率接收电路是主机，而第二无线功率接收电路是从机，并且可以有多个从机。然而，为简洁起见，在本摘要部分中，描述了仅一个第二无线功率接收电路(从机)。

第一无线功率接收电路具有第一放大器电路，该第一放大器电路被配置为将参考电压与反馈电压进行比较，该反馈电压表示根据从至少一个无线功率传输电路接收的功率产生的输出节点电压，并且调节供应第一整流电压的第一晶体管直到反馈电压等于参考电压，其中第一整流电流被输送到输出节点。

第二无线功率接收电路具有第二放大器电路，该第二放大器电路被配置为：基于参考电流与表示根据从至少一个无线功率传输电路接收的功率产生的第二整流电流的电流的比较，来修改源送第二整流电流的第二晶体管的栅极偏置，从而修改第二整流电流，其中第二整流电流被输送到输出节点。

控制电路系统被配置为调节参考电流直到由第一无线功率接收电路生成的第一整流电压和由第二无线功率接收电路生成的第二整流电压相等。

第一无线功率接收电路还可以包括第一电容器，第一整流电压跨第一电容器而形成，而第二无线功率接收电路还可以包括第二电容器，第二整流电压跨第二电容器而形成。

第一放大器电路还可以包括第一n沟道晶体管，该第一n沟道晶体管具有被耦合以接收第一整流电压的漏极、耦合到输出节点的源极、以及栅极。第一放大器电路还可以包括耦合在输出节点与地之间的分压器，并且第一放大器电路还可以包括第一放大器，该第一放大器具有耦合到参考电压的同相端子、耦合到分压器的抽头以接收反馈电压的反相端子、以及耦合到第一n沟道晶体管的栅极的输出。

第二放大器电路可以包括第二n沟道晶体管，该第二n沟道晶体管具有耦合到第二整流电压的漏极、耦合到输出节点的源极、以及栅极。第二放大器电路还可以包括第二放大器，该第二放大器具有被耦合以接收表示第二整流电流的电流的同相端子、被耦合以接收参考电流的反相端子、以及耦合到第二n沟道晶体管的栅极的输出。

当控制电路系统无法调节参考电流时，由控制电路系统控制的均衡器开关可以选择性地将第一整流电压耦合到第二整流电压直到反馈电压等于参考电压并且表示第二整流电流的电流等于参考电流。

第一放大器可以是低压差放大器。

控制电路系统可以通过以下方式调节参考电流直到第一整流电压和第二整流电压相等：请求至少一个功率传输电路向第一无线功率接收电路传输其能够传输的功率的一部分；以及调节参考电流直到达到第一整流电压和第二整流电压相等的第一平衡点。可以通过以下方式调节参考电流直到第一平衡点：如果第一整流电压大于输出节点处的输出电压并且如果输出电压大于第二整流电压，则请求至少一个功率传输电路增加其向第一无线功率接收电路传输的功率的一部分；如果第二整流电压大于第一整流电压并且第一整流电压大于输出电压，则增加参考电流的大小；以及如果第一整流电压大于第二整流电压并且第二整流电压大于输出电压，则降低参考电流的大小。

控制电路系统可以另外通过以下方式调节参考电流直到第一整流电压和第二整流电压相等：请求至少一个功率传输电路向第二无线功率接收电路传输其能够传输的功率的一部分；以及调节参考电流直到第一整流电压和第二整流电压相等的第二平衡点。

可以通过以下方式调节参考电流直到达到第二平衡点：如果第二整流电压大于第一整流电压并且第一整流电压大于输出电压，则增加参考电流的大小；以及如果第一整流电压大于第二整流电压并且第二整流电压大于输出电压，则降低参考电流的大小。

控制电路系统可以另外通过以下方式调节参考电流直到第一整流电压和第二整流电压相等：请求至少一个功率传输电路向第一无线功率接收电路和第二无线功率接收电路传输其能够传输的所有功率；以及调节参考电流直到第一整流电压和第二整流电压相等的第三平衡点。可以通过以下方式调节参考电流直到达到第三平衡点：如果第二整流电压大于第一整流电压并且第一整流电压大于输出电压，则增加参考电流的大小；以及如果第一整流电压大于第二整流电压并且第二整流电压大于输出电压，则降低参考电流的大小。

附图说明

图1是本文中公开的第一无线功率传输系统的示意图，其中两个传输器向并行操作的两个接收器传输功率；

图2A是示出图1的无线功率传输系统的操作的流程图；

图2B是示出图2A的步骤115的细节的流程图；

图2C是示出图2A的步骤124的细节的流程图；

图2D是示出用于执行图2A的步骤102的一种技术的细节的流程图；

图2E是示出用于执行图2A的步骤102的另一技术的细节的流程图；

图3是本文中公开的第二无线功率传输系统的示意图，其中单个传输器向并行操作的两个接收器传输功率。

具体实施方式

以下公开内容使得本领域技术人员能够制造和使用本文中公开的主题。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文中描述的一般原理可以应用于除了上面详述的那些之外的实施例和应用。本公开不旨在限于所示的实施例，而是符合与本文中公开或建议的原理和特征一致的最宽范围。

现在参考图1描述无线传输系统1的实施例，其中第一传输器5和第二传输器7分别向并行操作的第一接收器6和第二接收器8无线传输功率。首先，将描述硬件本身，然后将描述硬件的操作。

A.无线功率传输系统1的硬件

传输器5包括连接到初级线圈(由与电感器Lp1和电阻Rp1串联的电容Cp1示意性地表示)的AC电源14。

接收器6包括连接到整流器11的次级线圈(由与电感器Ls1和电阻Rs1串联的电容Cs1示意性地表示)，整流器11对由次级线圈输出的AC电流Is进行整流以产生DC输出电流I1。整流器11的输入连接到次级线圈，并且整流器11的输出耦合在节点N1与地之间。

电流传感器16耦合在节点N1和N2之间并且被配置为感测由整流器11输出的电流I1。电流传感器16包括耦合在节点N1和N2之间的电阻器R1、以及放大器12。放大器12具有耦合到节点N1的同相端子和耦合到节点N2的反相端子。放大器12的输出是第一感测电流I1_s，该第一感测电流I1_s表示由整流器11输出的电流I1。放大器12的输出通过由模式信号Mode控制的开关S2被选择性地连接到放大器13的反相端子。

n沟道MOSFET晶体管T1的漏极连接到节点N2，其源极连接到节点N3，其栅极被连接以由放大器13的输出偏置。放大器13的同相端子经由由模式信号Mode控制的开关S4被选择性地连接到参考电压Vref或参考电流Iref，并且放大器13的反相端子通过由Mode信号控制的开关S3被选择性地连接到节点N4。

电阻器R2连接在节点N3和N4之间，电阻器R3连接在节点N4与地之间。负载15(例如，接收器6和8并入其中的电子设备的电池)连接在节点N3与地之间。电容器C1连接在节点N2与地之间，并且跨电容器C1形成有第一整流电压Vrect1。

注意，接收器6中的开关S2、S3和S4都基于模式信号Mode进行操作，但是操作方式不同。当模式信号Mode指示接收器6将基于输出电压控制模式(下文中称为电压反馈)进行操作时，模式信号Mode用于断开开关S2，闭合开关S3以从节点N4接收反馈电压Vfbk1，并且置位开关S4，以便将放大器13的同相端子连接到参考电压Vref。另一方面，当模式信号Mode指示接收器6将基于输出电流控制模式(下文中称为电流反馈)进行操作时，模式信号Mode用于闭合开关S2，断开开关S3，并且置位开关S4，以便将放大器13的同相端子连接到参考电流Iref。

传输器7还包括连接到初级线圈(由与电感器Lp2和电阻Rp2串联的电容Cp2示意性地表示)的AC电源24。

接收器8还包括连接到整流器21的次级线圈(由与电感器Ls2和电阻Rs2串联的电容Cs2示意性地表示)，整流器21对由次级线圈输出的AC电流Is进行整流以产生DC输出电流I2。整流器21的输入连接到次级线圈，并且整流器21的输出耦合在节点N5与地之间。

电流传感器17耦合在节点N5和N6之间并且被配置为感测由整流器21输出的电流I2。电流传感器17包括耦合在节点N5和N6之间的电阻器R4、以及放大器22。放大器22具有耦合到节点N5的同相端子和耦合到节点N6的反相端子。放大器22的输出是第二感测电流I2_s，该第二感测电流I2_s表示由整流器21输出的电流I2。放大器22的输出通过由模式信号Mode控制的开关S7被选择性地连接到放大器23的反相端子。

n沟道晶体管T2的漏极连接到节点N6，其源极连接到节点N3，其栅极被连接以由放大器23的输出偏置。注意，除了n沟道晶体管T2，可以使用任何三端子器件或器件组合。

电阻器R5连接在节点N3和N8之间，电阻器R6连接在节点N8与地之间。

放大器23的同相端子经由由模式信号Mode控制的开关S9被选择性地连接到参考电流Iref，并且放大器23的反相端子通过由模式信号Mode控制的开关S7被连接以选择性地从放大器22的输出接收电流I2_s，或者通过由模式信号Mode控制的开关S8被选择性地连接以从节点N8接收反馈电压Vfbk2。

电容器C2连接在节点N6与地之间，并且跨电容器C2形成有第二整流电压Vrect2。

注意，接收器8中的开关S7、S8和S9都基于模式信号Mode进行操作，但是操作方式不同。当模式信号Mode指示接收器8将基于电压反馈进行操作时，模式信号Mode用于断开开关S7，闭合开关S8，并且置位开关S9，以便将放大器23的同相端子连接到参考电压Vref。另一方面，当模式信号Mode指示接收器8将基于电流反馈进行操作时，模式信号Mode用于闭合开关S7，断开开关S8，并且置位开关S9，以便将放大器23的同相端子连接到参考电流Iref。

本领域技术人员会注意到，在电压反馈中，元件13、T1、R2、R3、S2、S3、S4(以及其相应对应物23、T2、R5、R6、S7、S8、S9)形成此处使用n沟道MOSFET表示的传统电压调节器配置。然而，这个功能也可以使用p沟道LDO传统结构来实现。p沟道晶体管T1的漏极连接到节点N3，其源极连接到节点N2，其栅极被连接以由放大器13的输出偏置，放大器13的正负输入将被交换。p沟道晶体管结构也将适应电流反馈功能。并且更广泛地，实现为在电压控制模式(概念上为电压源)与输出电流控制模式(概念上为电流源)之间可配置的任何接收器都可以用于实现本文中的公开。

由控制信号Eq操作的开关S1连接在节点N2和N6之间。当开关S1闭合时，Vrect1和Vrect2相等。

控制单元31接收参考电压Vref、输出电压Vout、第一整流电压Vrect1、第二整流电压Vrect2、第一整流电流I1_s和第二整流电流I2_s，并且由此生成参考电流Iref和用于开关S1的控制信号Eq。

控制单元32接收参考电压Vref、第一整流电压Vrect1、第二整流电压Vrect2、第一整流电流I1_s和第二整流电流I2_s，并且由此生成参考电流Iref和用于开关S1的控制信号Eq。

注意，可以仅存在一个控制单元31或32，或者两个控制单元31和32都存在。当两个控制单元31和32都存在时，每个与接收器6或8之一相关联。如下面将解释的，一个接收器6或8作为主机进行操作，而另一接收器8或6作为从机进行操作。在控制单元31和32都存在的情况下，与被指定为主机的接收器6或8相关联的控制单元31或32可操作，而另一控制单元空闲。

主控制单元(非空闲)负责直接控制主机的Vref和从机的Iref并且要求两个传输器的功率增加/减少。

在带内通信的情况下，尽管控制单元作为从机处于空闲状态，但主控制单元仍可以请求其唤醒并且与相关联的传输器通信(例如，Qi标准中的ASK调制)以调节功率，仅仅是因为主控制单元无法访问到传输器的物理通信链路。这可能不适用于带外通信的情况。

B.无线功率传输系统1的操作

1.操作概述

在操作中，接收器6或8之一在电压模式反馈回路中作为“主机”进行操作，而另一接收器在电流模式反馈回路中作为“从机”进行操作。如图1所示，接收器6作为主机进行操作，而接收器8作为从机进行操作。特别地，接收器6(作为主机进行操作)设置和控制整流输出电压Vout(概念上因为电压源会这样做)，而接收器8(作为从机进行操作)增加以该输出电压Vout进行输送的功率(概念上因为电流源会这样做)。

更详细地，放大器13、晶体管T1以及电阻器R2和R3形成电压调节器。放大器13将参考电压Vref与节点N4处的反馈电压Vfbk1进行比较，并且调制施加到n沟道晶体管T1的栅极的偏压，使得反馈电压Vfbk1等于Vref。这具有调制由晶体管T1供应给负载的电流I1以将输出电压Vout保持在设置的稳定电压的效果。

通过将电流I2添加到接收器6的输出电流I1而不改变电压Vout，接收器8在电流模式回路中作为“从机”进行操作。该系统的参数通过以下关系式被联系在一起：

Vout＝Vref和I1＝Vout/Rload-Iref。

控制单元31监测Vrect1和Vrect2，并且调节Iref，使得当放大器23调制n沟道晶体管T2的栅极上的偏置电压以保持电流I2_s等于参考电流Iref时，第二整流电压Vrect2匹配第一整流电压Vrect1。当Vrect1和Vrect2匹配时，I1和I2由I2＝Iref和I1＝Vout/Rload-Iref控制，其中

k1(和相应的k2)表示从TX1到RX1(相应地是TX2到RX2)的功率传输因子，α表示由TX2提供的功率P2的量与由TX1提供的功率P1的量之间的比率，使得P2＝α.P0而P1＝P0。为了使该系统达到平衡点(Vrect1＝Vrect2)，总传入功率P1+P2＝(1+α)P0应当足够以使得Vout可以在输送Vref2/Rload的同时达到Vref。在传入功率不足的情况下，该系统会改变参数Iref和Vref，以符合这两个参数的关系。需要强调的是，在k1＝k2和α＝1的情况下，Iref＝2x I1＝2x I2＝Vout/(2.R1)。

接收器6和8每个有助于以输出电压Vout向负载15提供功率，从而在接收器6或8中只有一个可操作的情况下有效地增加提供给负载15的功率。

如果在给定操作条件下不可能(例如但不仅限于在传入功率太低的情况下)针对给定Vref充分调节Iref以使得Vrect2基本上等于Vrect1，则控制单元31可以断言均衡信号Eq从而闭合开关S1，以使节点N2和N6短路，从而导致Vout可能远离目标并且一些电流可能通过S1从Vrect1流向Vrect2(反之亦然)。

从两个Vrect电压(Vrect1、Vrect2)之一流向另一个的电流可以通过电流传感器来读取，并且这两者和Vout信息(由Vout电压测量捕获)可以由该系统用来了解要使用哪个参数以达到稳定操作。最终，稳定操作受下式控制：

当P0、Iref和Vref设置正确时，将导致流过开关S1的电流为零，并且该系统能够解除均衡。

如果接收器8改为被配置为主机，则由接收器6执行的操作改为由接收器8执行，而如果接收器6改为被配置为从机，则由接收器8执行的操作改为由接收器6执行。

2.操作详细描述

现在另外参考图2A-2B的流程图来描述无线功率传输系统1的操作的更多细节，图2A-2B示出了用于无线功率传输系统1的一种潜在操作技术，应当理解，也可以使用其他操作技术。为了开始无线功率传输，接收器6和8被放置就位以从传输器5和7接收功率(框101)。例如，如果接收器6和8在智能电话内并且传输器5和7在无线充电板内，则这里的智能电话将放置在无线充电板上。

然后，执行主机/从机分配操作(框102)。在图1所示的示例中，接收器6被配置为主机，而接收器8被配置为从机。下面将给出关于该主机/从机分配(框102)的细节。

接下来，传输器5和7ping接收器6和8(框103)，导致接收器6和8唤醒，控制单元31将参考电流Iref设置为设置的初始值，并且包含系统1的电子设备内的硬件将参考电压Vref设置为设置的初始值(框104)。然后，控制器31使用带内或带外数据通信经由接收器6向传输器5发送功率请求，并且负载15连接到节点N3(框105)。

此后，执行第一反馈回路过程(框106)以找到第一平衡点，在该第一平衡点中，输出电压Vout约等于参考电压Vref，电流I2约等于参考电流Iref(其为设置为约零)，电流I1约等于输出电压Vout除以负载15的阻抗，由第二传输器7向第二接收器8传输的功率约等于Vout*I2，由第一传输器5向第一接收器6传输的功率约等于Vout*I1，流入负载的电流等于I1+I2，I1提供大部分负载电流，而I2仍然约为零。第一反馈回路过程的目标是使传输器5达到Vout＝Vref输出电压，并且向接收器6输送其能够输送的功率的约50％，而传输器7为偏置接收器8输送少量功率，并且Vrect2实际上与Vrect1电平平衡。换言之，当退出回路106时，接收器8仅接收足以被通电和供电的功率，而又不对负载电流做出贡献，而接收器6的确向负载提供其能够提供的功率的50％。

第一反馈回路开始于控制器31读取整流电压Vrect1和Vrect2，并且读取输出电压Vout。如果Vrect1大于Vout并且Vout大于Vrect2，则考虑到增加作为接收器8的传入功率的Vrect2将在某一点超过被设置为低Iref值的接收器需求，所以控制器31通过从接收器8向传输器7传输请求来请求从传输器7到接收器8的功率传输(框108)。在传输器7功率增加之后，当第一反馈回路重新开始时，该系统将进入框112或甚至框110。另一方面，如果Vrect2大于Vrect1并且Vrect1大于Vout(框110)，则控制器31增加Iref，以改变放大器23的操作，使得n沟道晶体管T2增加I2，导致Vrect2减小(框111)，并且反馈回路重新开始。相反，如果Vrect1大于Vrect2并且Vrect2大于Vout(框112)，则控制器31减小Iref，以改变放大器23的操作，使得n沟道晶体管T2减小I2，导致Vrect2增加(框113)，并且第一反馈回路重新开始。一旦Vrect1等于Vrect2并且大于Vout(框109)，就达到了第一平衡点并且第一反馈回路过程完成(框114)。

在达到第一平衡点之后，控制器31(作为主机)请求从传输器7向接收器8传输的附加功率。在带内通信的情况下，控制器31可能没有能力控制到其相关联的传输器6的接收器8硬件通信信道。因此，控制器31可以指示控制器32唤醒并且这样做。控制器31相应地使参考电流Iref斜升(框115)以增加输送到负载15中的功率。下面将更详细地描述这种斜升(框115)。在斜升之后，第二反馈回路过程开始(框116)。

执行第二反馈回路以找到第二平衡点，在该第二平衡点中，输出电压Vout约等于参考电压Vref，电流I2约等于参考电流Iref，电流I1约等于输出电压Vout除以负载阻抗Zload，其中电流I2从结果中被减去，由第二传输器7向第二接收器8传输的功率约等于Vout*I2，并且由第一传输器5向第一接收器6传输的功率约等于Vout*I1(框122)。第二反馈回路过程的目标是传输器5和7分别向接收器6和8输送其能够输送的功率的大约50％。

第二反馈回路开始于控制器31读取整流电压Vrect1和Vrect2，并且读取输出电压Vout。如果Vrect2大于Vrect1并且Vrect1大于Vout(框117)，则控制器31增加Iref，以改变放大器23的操作，使得n沟道晶体管T2增加I2，导致Vrect2减小(框118)，并且第二反馈回路重新开始。相反，如果Vrect1大于Vrect2并且Vrect2大于Vout(框120)，则控制器31减小Iref，以改变放大器23的操作，使得n沟道晶体管T2减小I2，导致Vrect2增加(框121)，并且第二反馈回路重新开始。一旦Vrect1等于Vrect2并且大于Vout(框119)，第二平衡点已经达到并且第二反馈回路过程完成(框122)。

在达到第二平衡点之后，控制器31评估值k1和值k2，该值k1被计算为输送到接收器6的功率除以由传输器5传输的功率，该值k2被计算为输送到接收器8的功率除以由传输器7传输的功率(框123)。k1和k2的这些值可以被存储并且在步骤102(在下次使用系统1时)使用以确定主机/从机分配——具有较高k值的接收器6或8在步骤102可以被设置为主机。

此后，控制器31可以指示控制器32请求从传输器7向接收器8传输附加功率。在带外通信的情况下，它也可以直接向两个传输器中的任何一个发送功率请求。控制器31相应地使参考电流Iref斜升(框124)。这种斜升将在下面详细描述(框124)，并且这种斜升用于使传输器5和7向接收器6和8传输其能够传输的功率的100％。在斜升之后，达到第三平衡点，在第三平衡点处，输出电压Vout约等于参考电压Vref，电流I2约等于参考电流Iref，电流I1约等于输出电压Vout除以负载阻抗Zload，其中电流I2从结果中被减去，由第二传输器7向第二接收器8传输的功率约等于Vout*I2，并且由第一传输器5向第一接收器6传输的功率约等于Vout*I1(框125)。此后，传输器5和7每个将向接收器6和8输送其能够输送的功率的100％，并且不需要进一步的调节。继续进行功率传输，直到电子设备中的电池充满电，或者直到接收器6和8不再靠近传输器5和7，例如通过将电子设备从充电板上取下。

应当理解，在某些情况下，电流I1和I2可能无法均衡，因此传输器5和7可能无法各自达到其潜在功率输出的100％，并且接收器6和8可能无法各自向负载115输出其潜在功率的100％。然而，上述反馈回路仍将起到平衡整流电压Vrect1和Vrect2的作用，从而允许每个传输器5和7提供不同量的功率。

3.步骤115的详细描述

步骤115包括将同时发生的三个事件。负载需求调节到更高的值，同时传输器提供附加的所需功率，并且控制单元调节Iref以帮助确保平稳过渡。它涉及三个独立的硬件和时间常数项，并且在需求、供应和平衡之间没有适当的同步的情况下，可能会导致Vrect过度增加或下降。步骤115将这个过程分成两个阶段。在第一种情况下，在虚拟负载被连接的同时执行功率需求和Iref调节(供应和平衡)(步骤115a、115b、115c)，其现在允许同时处理两项硬件(即，传输器和接收器)并且更容易管理排序，因为虚拟负载是作为向传输器发出指令的器件的接收器的一部分。一旦该系统在第一种情况下稳定，在第二种情况下(步骤115d)，虚拟负载被断开并且实际负载需求被设置，这允许再次一次处理两项硬件(即，接收器及其负载，其例如在电池充电器的情况下可以是主机)。

现在将另外参考图2B进一步描述由控制器31对传输器7向接收器8发送其能够输送的功率的50％的功率请求(框115)。首先，虚拟负载连接到接收器8，并且控制器31增加参考电流Iref以匹配通过虚拟负载的电流(框115a)。

然后，控制器31请求(或在带内通信的情况下指示控制器32这样做)第二传输器7向第二接收器8输送附加功率。特别地，控制器31请求第二传输器向接收器8输送高达其能够输送的功率的50％(框115b)。然后，控制器31读取整流电压Vrect1和Vrect2、以及输出电压Vout(框115c)。如果Vrect1大于Vrect2(在框115c-1处，这发生在控制器31从第二传输器7请求小于50％的功率的情况下)，则控制器31再次向第二传输器7请求附加功率(框115b)。一旦Vrect1等于Vrect2并且大于Vout(框115c-2)，则控制器31在确保实际负载请求相同量的功率(例如，通过I2C到托管事务的接收器)之后断开虚拟负载，这导致负载15实际请求附加电流(框115d)。

4.步骤124的详细描述

现在将另外参考图2C描述由控制器31对传输器5和7增加其向接收器6和8输送的功率的功率请求(框124)。首先，如上所述，控制器31请求传输器5和7(直接通过带外通信，或者经由控制器32)将其输送到接收器6和8的功率增加100％，使得它们正在输送它们能够提供的最大功率(框124a)。因此，由传输器5输送的功率增加100％，由传输器7输送的功率增加100％，并且电流I2相应地增加100％(框124b)。此后，执行第三反馈回路过程(框124c)。

第三反馈回路被执行以找到第三平衡点，在第三平衡点中，输出电压Vout约等于参考电压Vref，电流I2约等于参考电流Iref，电流I1约等于输出电压Vout除以负载阻抗Zload，其中电流I2从结果中被减去，由第二传输器7向第二接收器8传输的功率约等于Vout*I2，并且由第一传输器5向第一接收器6传输的功率约等于Vout*I1(框124c)。第三反馈回路过程的目标是传输器5和7分别向接收器6和8输送其能够输送的功率的100％。

第三反馈回路开始于控制器31读取整流电压Vrect1和Vrect2，并且读取输出电压Vout。如果Vrect2大于Vrect1并且Vrect1大于Vout(框124c-1)，则控制器31增加Iref，以改变放大器23的操作，使得n沟道晶体管T2增加I2，导致Vrect2减小(框124c-2)，并且第三反馈回路重新开始。相反，如果Vrect1大于Vrect2并且Vrect2大于Vout(框124c-3)，则控制器31减小Iref，以改变放大器23的操作，使得n沟道晶体管T2减小I2，导致Vrect2增加(框124c-4)，并且第三反馈回路重新开始。一旦Vrect1等于Vrect2并且大于Vout(框125c-5)，第三平衡点已经达到并且第三反馈回路过程完成(框133)。

5.步骤102的详细描述

现在另外参考图2D详细描述主机/从机分配操作(框102)。最初，传输器5和7ping接收器6和8(框102a)，并且接收器6和8依次唤醒并且向控制器31标识它们自己(框102b)。最初，第一接收器5作为主机启动，参考电压Vref被设置为初始启动值，第二接收器7作为从机启动，参考电流Iref被设置为初始启动值，当负载15还没有连接到节点N3并且控制器读取整流电压Vrect1(框102c)并且存储Vrect1的值时，控制器31请求从传输器5到接收器6的功率输送。当接收器6被设置为主机时，它具有如图1所示的电气元件和连接。当接收器8被设置为从机时，它具有如图1所示的电气元件和连接。

接下来，将接收器8切换为主机，并且将接收器6切换为从机，然后关闭接收器6和8(框102d)。这里，注意，通过将接收器8设置为主机，接收器8具有与如图1所示的接收器6相同的电气组件和连接，并且通过将接收器6设置为从机，接收器6具有与如图1所示的接收器8相同的电气组件和连接。

现在，传输器5和7再次ping接收器6和8(框102e)，Vref和Iref被重新初始化为其初始启动值，负载15仍然没有连接到节点N3，控制器31请求从传输器7到接收器8的功率传输，并且控制器31读取整流电压Vrect2(框102f)并且存储Vrect2的值。最后，控制器31基于Vrect1或Vrect2是否较高来确定哪个接收器6或8将是主机以及哪个接收器将是从机(框102g)。注意，随着主机/从机评估，控制打开和关闭接收器。因此，为了能够跟踪主机/从机分配，接收器应当嵌入NVM能力或者使用主机存储器能力来存储和检索信息。

现在另外参考图2E详细描述用于主机/从机分配操作(框102)的替代技术。最初，传输器5和7ping接收器6和8(框102a')，并且接收器6和8依次唤醒并且向控制器31标识它们自己(框102b')。这里，接收器6和8最初都以从机配置被启动(例如，两者都具有与图1所示的接收器8相同的电气组件和连接)，负载15没有连接到节点N3，并且控制器31在读取Vrect1和Vrect2并且存储其值的同时请求从传输器5和7到接收器6和8的功率传输(框102c')。

此后，接收器8切换为主机，接收器7切换为从机，控制器31在读取Vrect1并且存储其值的同时请求从传输器5和7到接收器6和8的功率传输(框102d')。然后，接收器6和8关闭。然后，控制器31在框102c'处基于Vrect1或Vrect2是否较高(框102e')以及来自框102c'的Vrect2是否高于来自框102d'的Vrect1来确定哪个接收器6或8将是主机以及哪个将是从机。

C.替代硬件，无线功率传输系统1'

现在参考图3描述无线传输系统1'的第二实施例，其中单个传输器2向并行操作的第一接收器6和第二接收器8无线传输功率。传输器2包括连接到初级线圈(由与电感器Lp和电阻Rp串联的电容Cp示意性地表示)的AC电源44。

接收器6和8如上所述。

D.无线功率传输系统1'的操作

无线功率传输系统1'的操作与上述无线功率传输系统1以相同方式进行，除了当传输器5或7中的任一个开启时传输器2开启并且当传输器5和7都关闭时传输器2关闭。

E.其他替代硬件配置

虽然已经示出了一个传输器与两个接收器配对以及两个传输器与两个接收器配对的情况，但应当理解，其他配置也是可能的。例如，可以存在三个或更多个接收器，其中一个接收器充当主机(并且执行上述功能)，而另外两个或更多个接收器充当从机(并且执行上述功能)。

虽然已经关于有限数目的实施例描述了本公开，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解，可以设想不脱离本文中公开的本公开的范围的其他实施例。因此，本公开的范围应当仅由所附权利要求来限制。

Claims (16)

1.一种无线功率传输系统，包括：

至少一个无线功率传输电路；

第一无线功率接收电路，包括第一放大器电路，所述第一放大器电路被配置为将参考电压与表示输出节点处的根据从所述至少一个无线功率传输电路接收的功率产生的电压的反馈电压进行比较，并且调节源送第一整流电流的第一晶体管，直到所述反馈电压等于所述参考电压，其中所述第一整流电流被输送到输出节点；

第二无线功率接收电路，包括第二放大器电路，所述第二放大器电路被配置为：基于参考电流与表示根据从所述至少一个无线功率传输电路接收的功率产生的第二整流电流的电流的比较，来修改源送所述第二整流电流的第二晶体管的栅极偏置，从而修改所述第二整流电流，其中所述第二整流电流被输送到所述输出节点；以及

控制电路系统，被配置为调节所述参考电流直到由所述第一无线功率接收电路生成的第一整流电压和由所述第二无线功率接收电路生成的第二整流电压相等。

2.根据权利要求1所述的无线功率传输系统，其中所述第一无线功率接收电路还包括第一电容器，所述第一整流电压跨所述第一电容器而形成；并且其中所述第二无线功率接收电路还包括第二电容器，所述第二整流电压跨所述第二电容器而形成。

3.根据权利要求1所述的无线功率传输系统，其中所述第一放大器电路包括：

第一n沟道晶体管，具有被耦合以接收所述第一整流电压的漏极、耦合到输出节点的源极、以及栅极；

分压器，耦合在所述输出节点与地之间；以及

第一放大器，具有耦合到所述参考电压的同相端子、耦合到所述分压器的抽头以接收所述反馈电压的反相端子、以及耦合到所述第一n沟道晶体管的所述栅极的输出。

4.根据权利要求3所述的无线功率传输系统，其中所述第二放大器电路包括：

第二n沟道晶体管，具有耦合到所述第二整流电压的漏极、耦合到所述输出节点的源极、以及栅极；以及

第二放大器，具有被耦合以接收表示所述第二整流电流的所述电流的同相端子、被耦合以接收所述参考电流的反相端子、以及耦合到所述第二n沟道晶体管的所述栅极的输出。

5.根据权利要求4所述的无线功率传输系统，还包括均衡器开关，所述均衡器开关由所述控制电路系统控制，以在所述控制电路系统无法调节所述参考电流时选择性地将所述第一整流电压耦合到所述第二整流电压，直到所述第一整流电压和所述第二整流电压相等。

6.根据权利要求1所述的无线功率传输系统，其中所述第一放大器电路包括低压差放大器。

7.根据权利要求1所述的无线功率传输系统，其中所述控制电路系统通过以下方式调节所述参考电流直到所述第一整流电压和所述第二整流电压相等：

请求所述至少一个功率传输电路向所述第一无线功率接收电路传输所述至少一个功率传输电路能够传输的功率的一部分；以及

通过以下方式调节所述参考电流直到达到所述第一整流电压和所述第二整流电压相等的第一平衡点：

如果所述第一整流电压大于所述输出节点处的输出电压并且如果所述输出电压大于所述第二整流电压，则请求所述至少一个功率传输电路增加所述至少一个功率传输电路向所述第一无线功率接收电路传输的功率的所述一部分；

如果所述第二整流电压大于所述第一整流电压并且所述第一整流电压大于所述输出电压，则增加所述参考电流的大小；以及

如果所述第一整流电压大于所述第二整流电压并且所述第二整流电压大于所述输出电压，则降低所述参考电流的大小。

8.根据权利要求7所述的无线功率传输系统，其中所述控制电路系统另外通过以下方式调节所述参考电流直到所述第一整流电压和所述第二整流电压相等：

请求所述至少一个功率传输电路向所述第二无线功率接收电路传输所述至少一个功率传输电路能够传输的功率的一部分；以及

通过以下方式调节所述参考电流直到达到所述第一整流电压和所述第二整流电压相等的第二平衡点：

如果所述第二整流电压大于所述第一整流电压并且所述第一整流电压大于所述输出电压，则增加所述参考电流的大小；以及

如果所述第一整流电压大于所述第二整流电压并且所述第二整流电压大于所述输出电压，则降低所述参考电流的大小。

9.根据权利要求8所述的无线功率传输系统，其中所述控制电路系统另外通过以下方式调节所述参考电流直到所述第一整流电压和所述第二整流电压相等：

请求所述至少一个功率传输电路向所述第一无线功率接收电路和所述第二无线功率接收电路传输所述至少一个功率传输电路能够传输的所有功率；以及

通过以下方式调节所述参考电流直到达到所述第一整流电压和所述第二整流电压相等的第三平衡点：

如果所述第二整流电压大于所述第一整流电压并且所述第一整流电压大于所述输出电压，则增加所述参考电流的大小；以及

如果所述第一整流电压大于所述第二整流电压并且所述第二整流电压大于所述输出电压，则降低所述参考电流的大小。

10.一种无线功率传输系统，包括：

至少一个无线功率传输电路；

主无线功率接收电路，包括电压参考电路，所述电压参考电路被配置为调节输出节点处的输出电压直到反馈电压等于参考电压，其中所述反馈电压表示根据从所述至少一个无线功率传输电路接收的功率产生的第一输出电压；以及

多个从无线功率接收电路，每个从无线功率接收电路包括电流参考电路，所述电流参考电路被配置为调节根据由所述从无线功率接收电路从所述主无线功率接收电路接收并且输送到所述输出节点的功率产生的相应整流电流，直到由所述主无线功率接收电路生成的第一整流电压与由所述从无线功率接收电路生成的第二整流电压相等。

11.根据权利要求10所述的无线功率传输系统，其中所述主无线功率接收电路还包括第一电容器，所述第一整流电压跨所述第一电容器而形成；并且其中每个无线功率接收电路还包括第二电容器，所述第二整流电压跨所述第二电容器而形成。

12.根据权利要求10所述的无线功率传输系统，其中所述电压参考电路包括：

三端子器件或器件组，具有被耦合以接收所述第一整流电压的第一端子、耦合到输出节点的第二端子、以及控制端子；

分压器，耦合在所述输出节点与地之间；以及

第一放大器，具有耦合到所述参考电压的同相端子、耦合到所述分压器的抽头以接收所述反馈电压的反相端子、以及耦合到所述三端子器件或器件组的所述控制端子的输出。

13.根据权利要求12所述的无线功率传输系统，其中每个电流源电路包括：

三端子器件或器件组，具有耦合到所述第二整流电压的第一端子、耦合到所述输出节点的第二端子、以及控制端子；以及

第二放大器，具有被耦合以接收表示所述整流电流的电流的同相端子、被耦合以接收参考电流的反相端子、以及耦合到所述电流源电路的所述三端子器件或器件组的所述控制端子的输出。

14.根据权利要求13所述的无线功率传输系统，还包括均衡器开关，所述均衡器开关用于在所述电流参考电路无法调节所述参考电流时选择性地将所述第一整流电压耦合到所述第二整流电压，直到所述第一整流电压和所述第二整流电压相等。

15.一种无线传输功率的方法，所述方法包括：

引起至少一个功率传输电路向主无线功率接收电路传输所述至少一个功率传输电路能够传输的功率的一部分；

通过以下方式调节至少一个从无线功率接收电路的操作，直到由所述主无线功率接收电路产生的第一整流电压和由所述至少一个从无线功率接收电路产生的第二整流电压相等：

如果所述第一整流电压大于输出节点处的输出电压并且如果所述输出电压大于所述第二整流电压，则请求所述至少一个功率传输电路增加所述至少一个功率传输电路向所述主无线功率接收电路传输的功率的所述一部分；

如果所述第二整流电压大于所述第一整流电压并且所述第一整流电压大于所述输出电压，则调节所述至少一个从无线功率接收电路的操作；以及

如果所述第一整流电压大于所述第二整流电压并且所述第二整流电压大于所述输出电压，则调节所述至少一个从无线功率接收电路的操作。

16.根据权利要求15所述的方法，其中多个从无线功率接收电路的所述操作通过以下方式被调节直到由所述多个从无线功率接收电路中的每个从无线功率接收电路产生的所述第一整流电压和所述第二整流电压相等：

如果所述第一整流电压大于输出节点处的输出电压并且如果所述输出电压大于所述第二整流电压，则请求所述至少一个功率传输电路增加所述至少一个功率传输电路向所述主无线功率接收电路传输的功率的所述一部分；

如果所述第二整流电压大于所述第一整流电压并且所述第一整流电压大于所述输出电压，则调节所述多个从无线功率接收电路的操作；以及

如果所述第一整流电压大于所述第二整流电压并且所述第二整流电压大于所述输出电压，则调节所述多个从无线功率接收电路的操作。

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