專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)線充電系統(tǒng)的制作方法
無(wú)線充電系統(tǒng)
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)要求于2008年7月9日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)61/079，301的權(quán)益，并
將其整體合并在此以作參考。本發(fā)明涉及無(wú)線電源系統(tǒng)，并且更具體來(lái)說(shuō)涉及一種用于為電子設(shè)備無(wú)線充電的 系統(tǒng)。隨著對(duì)于電池操作的便攜式電子設(shè)備的使用日益增多，越來(lái)越多地關(guān)心與傳統(tǒng)的 電池充電器相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。電池操作的便攜式電子設(shè)備通常提供有用于為電池再充電的電 池充電器。許多傳統(tǒng)的電池充電器包括插入到電子設(shè)備上的功率輸入端口中的電源線。電 池充電器的設(shè)計(jì)(包括功率規(guī)范和插頭配置)通常在不同設(shè)備之間會(huì)有所不同，以使得一臺(tái) 設(shè)備的電池充電器不太可能在為另一臺(tái)設(shè)備的電池充電時(shí)還操作正常。這相應(yīng)地就需要擁 有多臺(tái)電子設(shè)備的用戶(hù)保留并存放各種不同的電池充電器。傳統(tǒng)的帶線(corded)電池充 電器的電線很不美觀，并且往往會(huì)單獨(dú)纏結(jié)或者與其他充電器的電線纏結(jié)在一起。帶線充 電器的相對(duì)不便之處還在于，用戶(hù)每次在為設(shè)備充電時(shí)都需要插拔電線。為了克服與帶線電池充電器相關(guān)聯(lián)的上述和其他問(wèn)題，存在使用無(wú)線充電系統(tǒng)來(lái) 為便攜式電子設(shè)備中的電池充電的增長(zhǎng)趨勢(shì)。無(wú)線充電系統(tǒng)可以提供若干優(yōu)點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)， 無(wú)線充電系統(tǒng)消除由于各種充電器電線而造成的不美觀的雜亂，并且消除用戶(hù)從充電器插 拔設(shè)備的需要。雖然無(wú)線充電系統(tǒng)可以是優(yōu)于有線充電器的顯著改進(jìn)，但是其仍然存在一些不便 之處。舉例來(lái)說(shuō)，由于其電池性質(zhì)的固有限制，傳統(tǒng)的電池充電器以相對(duì)較低的速率充電。 其結(jié)果是，其電池耗盡的設(shè)備必須在充電器上停留相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)段才能進(jìn)一步使用。在設(shè) 備停留于充電器上的延長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)無(wú)法使用該設(shè)備可能非常不方便。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為電池操作的遠(yuǎn)程控制器(control)提供無(wú)線充電系統(tǒng)，所述無(wú)線充電系 統(tǒng)具有感應(yīng)電源和次級(jí)功率電路，所述次級(jí)功率電路具有電荷存儲(chǔ)電容器以及用存儲(chǔ)在該 電荷存儲(chǔ)電容器中的功率來(lái)為電池充電的充電子電路。在操作中，次級(jí)功率電路從感應(yīng)電 源無(wú)線接收功率并且為電容器快速充電。充電子電路以適于電池充電的速率用來(lái)自電荷存 儲(chǔ)電容器的功率為電池充電。由于功率被存儲(chǔ)在電容器中，因此即使在從感應(yīng)電源移除遠(yuǎn) 程控制器之后，仍然可以繼續(xù)電池充電。在一個(gè)實(shí)施例中，電荷存儲(chǔ)電容器電連接到遠(yuǎn)程控制器的電子裝置 (electronic)，從而該遠(yuǎn)程控制器可以利用存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)電容器中的功率進(jìn)行操作。電 荷存儲(chǔ)電容器可以是單個(gè)超級(jí)電容器，或者它可以是一組多個(gè)電容器，比如超級(jí)電容器的 串聯(lián)或并聯(lián)布置。在一個(gè)實(shí)施例中，所述充電系統(tǒng)包括用于從次級(jí)向感應(yīng)電源傳送充電信息的通信 系統(tǒng)。除了別的之外，所述充電信息可以包括操作參數(shù)或者準(zhǔn)許感應(yīng)電源確定操作參數(shù)的 數(shù)據(jù)。舉例來(lái)說(shuō)，所述次級(jí)可以表明被提供給次級(jí)功率電路的功率何時(shí)處于為電容器充電
4的適當(dāng)范圍內(nèi)、何時(shí)電容器完全充滿(mǎn)電或者何時(shí)電容器需要附加充電。在一個(gè)實(shí)施例中，所述次級(jí)包括連接電容器與電池的充電電路。所述充電電路可 以?xún)H僅是連接電池與電容器的電連接器?；蛘撸龀潆婋娐房梢允歉訌?fù)雜的充電電 路，比如用以防止電池向電容器中泄漏功率的適當(dāng)二極管或者被合并到集成電路中的充電 (charge)控制電路。在一個(gè)替換實(shí)施例中，本發(fā)明被合并到簡(jiǎn)單的模擬充電系統(tǒng)中。在該實(shí)施例中，所 述次級(jí)為電容器供應(yīng)功率，直到該電容器達(dá)到預(yù)定電壓為止。一旦電容器達(dá)到該電壓，就斷 開(kāi)(open)充電開(kāi)關(guān)以便斷開(kāi)從次級(jí)到電容器的電流路徑。所述電路保持?jǐn)嚅_(kāi)，直到電容器 的電壓回落到屬于所述預(yù)定值為止，這例如是在為電池充電的過(guò)程中已耗盡了電容器中的 足量功率之后。在另一方面中，本發(fā)明提供一種用于為遠(yuǎn)程控制器的電池快速充電的方法。所述 方法包括以下一般步驟1)利用感應(yīng)電源生成電磁場(chǎng)，2)把具有次級(jí)功率電路的遠(yuǎn)程設(shè)備 放置在電磁場(chǎng)中，以便在該次級(jí)功率電路中感應(yīng)出電功率，3)利用所感應(yīng)的功率為次級(jí)功 率電路中的電荷存儲(chǔ)電容器快速充電，以及4)用存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)電容器中的功率為遠(yuǎn)程設(shè) 備的電池充電。在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括以下步驟1)從次級(jí)功率電路向感應(yīng)電源發(fā)送充 電信息；以及2)基于接收自該次級(jí)功率電路的充電信息調(diào)整感應(yīng)電源的操作。在一個(gè)實(shí)施 例中，感應(yīng)電源基于所述充電信息調(diào)整其操作頻率。在另一個(gè)實(shí)施例中，感應(yīng)電源基于所述 充電信息調(diào)整占空比(duty cycle)。在另一個(gè)實(shí)施例中，感應(yīng)電源基于所述充電信息調(diào)整 輸入軌(rail)電壓。本發(fā)明提供一種適用于遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和其他電池操作的電子設(shè)備的簡(jiǎn)單有效的 無(wú)線再充電系統(tǒng)。由于電荷存儲(chǔ)電容器的充電比傳統(tǒng)的可再充電電池要快很多，因此可以 比電池快很多地為電荷存儲(chǔ)電容器充電。其結(jié)果是，本發(fā)明允許次級(jí)功率電路快速存儲(chǔ)足 以在至少短時(shí)段內(nèi)操作電子設(shè)備的功率。此外，所述通信系統(tǒng)允許感應(yīng)電源適配其操作參 數(shù)(比如操作頻率和/或占空比)，以便提供高效的操作。此外，所述通信系統(tǒng)通過(guò)準(zhǔn)許兼容 的遠(yuǎn)程設(shè)備向感應(yīng)電源標(biāo)識(shí)其自身并啟動(dòng)感應(yīng)充電而促進(jìn)了互操作性。通過(guò)參照對(duì)于當(dāng)前實(shí)施例的描述和附圖，可以更加全面地理解及認(rèn)識(shí)本發(fā)明的上 述和其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的合并有快速充電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制器的示意圖。圖2A — 2E是感應(yīng)電源電路的圖示。圖3A — ;3B是次級(jí)功率電路的圖示。圖4是感應(yīng)電源電路的操作方法的流程圖。圖5是次級(jí)功率電路的操作方法的流程圖。圖6是對(duì)于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的代表性功率/頻率曲線。圖7是載送數(shù)據(jù)的調(diào)幅信號(hào)的表示。圖8是利用差分雙相編碼來(lái)編碼的數(shù)據(jù)的表示。圖9是數(shù)據(jù)分組的表示。
圖10是串聯(lián)電容器組的示意圖。圖11是并聯(lián)電容器組的示意圖。圖12是次級(jí)功率電路的一個(gè)替換實(shí)施例的示意圖。圖13A — D是另一個(gè)替換實(shí)施例的圖示。圖14A — B是次級(jí)功率電路的另一個(gè)實(shí)施例的圖示。
具體實(shí)施例方式I.概述
圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有感應(yīng)充電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)10。所述 系統(tǒng)通常包括感應(yīng)電源12和電池操作的遠(yuǎn)程控制器14。感應(yīng)電源12生成能夠向遠(yuǎn)程控制 器14無(wú)線傳送功率的電磁場(chǎng)。遠(yuǎn)程控制器14包括能夠在處于適當(dāng)電磁場(chǎng)中時(shí)接收功率并 且按照可用形式遞送功率的次級(jí)電源電路60。在次級(jí)電路60中感應(yīng)出的功率被快速存儲(chǔ) 在電荷存儲(chǔ)電容器72中。存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)電容器72中的功率被用來(lái)在適合于電池充電的 延長(zhǎng)時(shí)間段(timeframe)上為電池100充電。相應(yīng)地就可以把功率快速存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)電 容器72中，并且即使在從感應(yīng)電源12移除遠(yuǎn)程控制器14之后也可以使用所述功率來(lái)繼續(xù) 為電池100充電。在某些應(yīng)用中，存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)電容器72中的功率可以被用來(lái)為遠(yuǎn)程控 制器14提供短期電源。舉例來(lái)說(shuō)，在某些應(yīng)用中，遠(yuǎn)程控制器14能夠直接從電荷存儲(chǔ)電容 器72汲取功率。在這樣的實(shí)施例中，與所述系統(tǒng)僅僅依賴(lài)于電池充電的情況所需的時(shí)間相 比，可以快很多地把遠(yuǎn)程控制器14充電到足以運(yùn)轉(zhuǎn)。II.結(jié)構(gòu)
如前所述，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)10包括感應(yīng)電源12，其產(chǎn)生能夠在諸如遠(yuǎn)程控制器14之類(lèi) 的適當(dāng)?shù)倪h(yuǎn)程設(shè)備中感應(yīng)出電功率的電磁場(chǎng)。雖然結(jié)合特定的感應(yīng)電源12進(jìn)行了描述，但 是本發(fā)明可以被配置成與能夠輸送必要功率的基本上任何感應(yīng)電源一起使用。現(xiàn)在參照?qǐng)D 1，所示實(shí)施例的感應(yīng)電源12通常包括控制器32和儲(chǔ)能電路(tank circuit) 34。該實(shí)施 例的控制器32能夠以不同的操作頻率為儲(chǔ)能電路34供應(yīng)功率，從而允許控制器32改變提 供給遠(yuǎn)程控制器14的功率。在替換實(shí)施例中，控制器32能夠改變占空比以作為對(duì)于改變 操作頻率的替換或補(bǔ)充。該實(shí)施例的儲(chǔ)能電路34是串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路，其具有初級(jí)線圈16 和電容器38。儲(chǔ)能電路34可以替換地是其他形式的諧振和非諧振儲(chǔ)能電路，比如并聯(lián)諧振 儲(chǔ)能電路。該實(shí)施例的感應(yīng)電源12從外部DC電源22接收功率。外部DC電源22可以是 能夠接收IlOV AC輸入并且提供19V DC輸出功率的傳統(tǒng)DC電源。在圖2A - 2E中示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的感應(yīng)電源12的電路圖。雖然 沒(méi)有在圖2A - 2E中示出，但是感應(yīng)電源12在VIN處接收來(lái)自外部DC電源22 (參見(jiàn)圖1) 的功率。感應(yīng)電源12通常包括控制器32、存儲(chǔ)器40、電源42、時(shí)鐘44、IRDA子電路46、端 口 48、驅(qū)動(dòng)器電子裝置50a — b、FET 52a 一 b、初級(jí)線圈16、儲(chǔ)能電容器38、電流感測(cè)變壓器 子電路M、LED 56和LED功率子電路58。電源42為所述電路的控制器32和其他組件提供 DC功率，并且可以是把VIN轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)腄C電壓VCC的傳統(tǒng)DC/DC電源。如果希望的話， 可以通過(guò)濾波電容器43的布置把電源42的輸出提供到控制器32。存儲(chǔ)器40可以特別被 用來(lái)存儲(chǔ)感應(yīng)電源12的操作程序和操作參數(shù)。存儲(chǔ)器40可以是任何適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器，但是 在所示實(shí)施例中是64k的傳統(tǒng)EEPR0M。所述電路可以包括外部時(shí)鐘44，以便提供優(yōu)于集成到控制器32中的內(nèi)部RC恒定時(shí)鐘的改進(jìn)精確度。外部時(shí)鐘42可以是傳統(tǒng)的晶體振蕩器 時(shí)鐘?？刂破?2向驅(qū)動(dòng)器電路51輸出控制開(kāi)關(guān)電路53的定時(shí)的控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器電路 51包括驅(qū)動(dòng)器電子裝置50a — b，并且開(kāi)關(guān)電路53包括FET 52a - b0去到驅(qū)動(dòng)器電子裝 置50a — b的控制信號(hào)的定時(shí)控制FET 52a 一 b的定時(shí)，并且從而控制儲(chǔ)能電路34的操作 頻率。更具體來(lái)說(shuō)，所述控制信號(hào)由驅(qū)動(dòng)器電子裝置50a — b放大到足以操作FET 52a-b的量值(magnitude)?？刂破?2產(chǎn)生交替地?cái)嚅_(kāi)及閉合FET 52a 一 b的控制信號(hào)，以便 以所期望的操作頻率把儲(chǔ)能電路34交替地連接到VIN或地?？刂破?2可以改變所述控制 信號(hào)的定時(shí)，以便改變感應(yīng)電源12的操作頻率和/或占空比。在所示實(shí)施例中，初級(jí)線圈16是諸如絞合導(dǎo)線(Litz wire)之類(lèi)的導(dǎo)線的線圈。 初級(jí)線圈16的特性(例如導(dǎo)線尺寸、導(dǎo)線類(lèi)型、匝數(shù)、線圈形狀)對(duì)于不同應(yīng)用將有所不同， 以便實(shí)現(xiàn)所期望的功能。初級(jí)線圈16可以是能夠生成磁場(chǎng)的基本上任何組件。舉例來(lái)說(shuō)， 初級(jí)線圈16可以由印刷電路板線圈或沖壓(stamped)線圈取代。所示實(shí)施例的儲(chǔ)能電容器38被選擇成具有一定的電容，當(dāng)與初級(jí)線圈16耦合時(shí)， 其為儲(chǔ)能電路提供處于或接近預(yù)期操作頻率范圍的諧振頻率。儲(chǔ)能電容器38的特性可以 按照期望對(duì)于不同應(yīng)用而有所不同。電流感測(cè)變壓器子電路M耦合到儲(chǔ)能電路34，以便向控制器32提供指示儲(chǔ)能電 路34內(nèi)的電流的信號(hào)。在所示實(shí)施例中，電流感測(cè)變壓器子電路M包括電流感測(cè)變壓器 55，其輸出在到達(dá)控制器32之前經(jīng)過(guò)各種調(diào)節(jié)和濾波組件，正如圖2A — E中所示出的那 樣。電流感測(cè)變壓器子電路M的輸出可以由控制器32使用來(lái)解調(diào)在電磁場(chǎng)上所載送的數(shù) 據(jù)信號(hào)(下面將更加詳細(xì)地描述)，以及識(shí)別出諸如過(guò)量電流汲取之類(lèi)的故障狀況。如果發(fā) 生故障狀況，則控制器32可以例如通過(guò)關(guān)斷系統(tǒng)或改變其操作頻率而采取補(bǔ)救行動(dòng)，以致 力于解決所述故障狀況。所示實(shí)施例包括可選的IRDA子電路46和可選的編程端口 48。IRDA子電路46和 端口 48是用于對(duì)控制器32進(jìn)行編程和升級(jí)的替換方案。IRDA子電路46準(zhǔn)許利用傳統(tǒng)的 IRDA通信對(duì)控制器32進(jìn)行編程或升級(jí)，而端口 48則允許通過(guò)插入連接對(duì)控制器32進(jìn)行編 程或升級(jí)。遠(yuǎn)程控制器14是電池操作的遠(yuǎn)程控制器，其包括從感應(yīng)電源12接收功率并且利 用所述功率來(lái)為電荷存儲(chǔ)電容器72快速充電的次級(jí)功率電路60。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施 例中，遠(yuǎn)程控制器14可以是用于無(wú)線改變電視頻道的電視遠(yuǎn)程控制器。次級(jí)功率電路60 利用存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)電容器72中的功率在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間段內(nèi)為遠(yuǎn)程控制器14的電池100充 電。在所示實(shí)施例中，次級(jí)功率電路60通常包括次級(jí)線圈62、整流器64、充電開(kāi)關(guān)66、電 流感測(cè)放大器子電路68、電壓感測(cè)子電路70、電荷存儲(chǔ)電容器72、VCC調(diào)節(jié)器子電路74、升 壓子電路76、開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器子電路78、控制器80、通信子電路82、溫度感測(cè)子電路84以及A/ D電壓參考子電路86。在所示實(shí)施例中，次級(jí)線圈62通常是諸如絞合導(dǎo)線之類(lèi)的導(dǎo)線的傳 統(tǒng)中心抽頭線圈。次級(jí)線圈62的特性(例如導(dǎo)線尺寸、導(dǎo)線類(lèi)型、匝數(shù)、線圈形狀)對(duì)于不 同應(yīng)用將有所不同，以便實(shí)現(xiàn)所期望的功能。次級(jí)線圈62可以是在存在磁場(chǎng)(比如由感應(yīng) 電源12生成的場(chǎng))的情況下能夠在其中感應(yīng)出電壓的基本上任何組件。舉例來(lái)說(shuō)，次級(jí)線 圈62可以由印刷電路板線圈或沖壓線圈取代。整流器64對(duì)次級(jí)線圈62中所感應(yīng)的AC功 率進(jìn)行整流，以便提供DC功率。整流器64可以是能夠?qū)C功率轉(zhuǎn)換成DC功率的基本上任何電路，但是其在所示實(shí)施例中是具有兩個(gè)二極管88a - b的全波整流器。充電開(kāi)關(guān)66 操作用來(lái)選擇性地控制從整流器64到電荷存儲(chǔ)電容器72的DC功率的供應(yīng)。充電開(kāi)關(guān)66 可以是通過(guò)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器子電路78的操作而斷開(kāi)及閉合的FET。開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器子電路78可以 是能夠控制充電開(kāi)關(guān)66的操作的基本上任何驅(qū)動(dòng)器。在所示實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器子電路 78與升壓子電路76協(xié)作來(lái)操作充電開(kāi)關(guān)66。所示實(shí)施例78的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器子電路78包括 由來(lái)自控制器80的控制信號(hào)致動(dòng)的晶體管90。當(dāng)晶體管90閉合時(shí)，升壓子電路76的輸出 降到地，從而斷開(kāi)充電開(kāi)關(guān)66。在所示實(shí)施例中，升壓子電路76是傳統(tǒng)的電壓倍增器，其把 來(lái)自次級(jí)線圈62的AC電壓轉(zhuǎn)換成更高的DC電壓。升壓子電路76的輸出由開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器子 電路78使用來(lái)操作充電開(kāi)關(guān)66。電流感測(cè)放大器子電路68測(cè)量被施加到電荷存儲(chǔ)電容器 72的電流。次級(jí)功率電路60包括電流感測(cè)和電壓感測(cè)電路。在圖3A — ;3B中示出了次級(jí)功 率電路的一個(gè)實(shí)施例。這些子電路提供用于各種操作的輸入，但是主要被用來(lái)控制在充電 期間施加到電荷存儲(chǔ)電容器72的電量，并且確定電荷存儲(chǔ)電容器72何時(shí)完全充滿(mǎn)電。所 示實(shí)施例的電流感測(cè)放大器子電路68通常是具有運(yùn)算放大器的傳統(tǒng)子電路，其實(shí)際上測(cè) 量電阻器92上的電壓降。電流感測(cè)放大器子電路68的輸出被供應(yīng)到控制器80。電壓感測(cè) 子電路70測(cè)量被施加到電荷存儲(chǔ)電容器72的電壓。電壓感測(cè)子電路70可以是能夠提供 指示被施加到電容器的電壓的輸出的任何電路。在所示實(shí)施例中，電壓感測(cè)子電路70包括 用于在電荷存儲(chǔ)電容器72未被充電時(shí)選擇性地禁用所述子電路70的FET 94。這樣就防止 在電荷存儲(chǔ)電容器72未被充電時(shí)通過(guò)電壓感測(cè)子電路70從電荷存儲(chǔ)電容器72消耗額外 的功率。電壓感測(cè)子電路70還包括用于把電壓縮放到適合輸入到控制器80的范圍的分壓
ο電荷存儲(chǔ)電容器72可以是單個(gè)電容器或一組電容器。舉例來(lái)說(shuō)，圖10示出了 串聯(lián)布置的多個(gè)電容器72a - c。作為另一個(gè)例子，圖11示出了并聯(lián)布置的多個(gè)電容器 72a - c。電荷存儲(chǔ)電容器72的特性可以在很大程度上根據(jù)功率需求和包裝約束對(duì)于不 同應(yīng)用而有所不同。在所示實(shí)施例中，電荷存儲(chǔ)電容器72是超級(jí)電容器、超大容量電容器 (ultracapacitor)或電化學(xué)雙層電容器。在某些應(yīng)用中，電荷存儲(chǔ)電容器72可以是一個(gè)或 多個(gè)傳統(tǒng)的電解電容器。如前所述，次級(jí)功率電路60包括VCC調(diào)節(jié)器子電路74以用來(lái)以適于操作控制器 80和其他組件的電平提供DC電壓。VCC調(diào)節(jié)器子電路74可以是能夠提供所期望的DC輸 出的基本上任何子電路。次級(jí)功率電路60包括A/D電壓參考子電路86。該子電路86可以是能夠產(chǎn)生穩(wěn)定 的參考電壓的基本上任何子電路。在所示實(shí)施例中，A/D電壓參考子電路86包括用于生成 參考電壓的IC 93?；蛘撸绻鸙CC調(diào)節(jié)器子電路74被配置成提供足夠穩(wěn)定的電壓，則可以 去除A/D電壓參考子電路86。次級(jí)功率電路60還可以包括溫度感測(cè)子電路84，其監(jiān)控所述次級(jí)電路內(nèi)的溫度 并且向控制器80提供溫度讀數(shù)?？刂破?0可以在所述溫度讀數(shù)超出預(yù)定值時(shí)禁用次級(jí)功 率電路60。次級(jí)功率電路60通過(guò)充電電路102耦合到電池100。在使用中，電池100為遠(yuǎn)程 控制器14的遠(yuǎn)程控制功能提供功率。充電電路102可以是能夠利用存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)電容
8器72中的功率為電池100充電的基本上任何電路。在一個(gè)實(shí)施例中，充電電路102簡(jiǎn)單地 是把電池連接到電荷存儲(chǔ)電容器72以及連接到地的電連接器。在另一個(gè)實(shí)施例中，充電電 路102包括位于電荷存儲(chǔ)電容器72與電池100之間的二極管。在另一個(gè)實(shí)施例中，充電電 路102可以包括電池充電IC。商業(yè)上可以買(mǎi)到各種電池充電IC。舉例來(lái)說(shuō)，商業(yè)上可以買(mǎi) 到鋰離子充電IC以便根據(jù)傳統(tǒng)的鋰離子充電簡(jiǎn)檔(profile)為電池100充電。正如下面將要更加詳細(xì)地描述的那樣，通信子電路82被設(shè)計(jì)成產(chǎn)生在電磁場(chǎng)上 載送的數(shù)據(jù)通信。一般來(lái)說(shuō)，通信子電路82通過(guò)按照代表所述數(shù)據(jù)的模式為次級(jí)線圈選擇 性地施加負(fù)載來(lái)進(jìn)行通信。在所示實(shí)施例中，通信子電路82包括FET 96和電阻器98形式 的通信負(fù)載。在操作中，控制器80選擇性地致動(dòng)FET 96以便施加及移除電阻器98。該負(fù) 載的存在與否通過(guò)反射阻抗被傳達(dá)到初級(jí)電路，從而又影響儲(chǔ)能電路中的電流。舉例來(lái)說(shuō)， 次級(jí)電路中的負(fù)載增大通常會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)能電路中的電流增大。如果通信子電路的負(fù)載足夠 大，則初級(jí)電路將能夠通過(guò)監(jiān)控儲(chǔ)能電路中的電流來(lái)區(qū)分通信子電路負(fù)載在次級(jí)電路中的 存在與否。通信電路負(fù)載的“開(kāi)(on)”和“關(guān)(off)”模式可以被用來(lái)產(chǎn)生可以由初級(jí)電路 識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，正如下面將要更加詳細(xì)地描述的那樣。雖然所示實(shí)施例包括通過(guò)電 磁場(chǎng)傳送數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，但是所述系統(tǒng)10可以包括替換的通信系統(tǒng)，比如不通過(guò)電磁場(chǎng) 進(jìn)行通信的通信系統(tǒng)。舉例來(lái)說(shuō)，所述系統(tǒng)可以利用外部通信系統(tǒng)，比如Bluetooth、WiFi 或第二對(duì)電磁線圈。III.操作
在所示實(shí)施例中，感應(yīng)電源12的操作方法通常包括以下步驟1)確定何時(shí)存在兼容的 遠(yuǎn)程控制器；2) —旦存在兼容的遠(yuǎn)程控制器就通過(guò)感應(yīng)方式輸送功率；3)響應(yīng)于來(lái)自該遠(yuǎn) 程控制器的反饋來(lái)調(diào)整操作；以及4)一旦該遠(yuǎn)程控制器被充電就停止感應(yīng)功率輸送。所示 操作方法包括各種可以提供改進(jìn)效率或改進(jìn)性能的可選步驟。所述操作方法可以按照期望 對(duì)于不同應(yīng)用而有所不同，其中也包括去除可選步驟。下面將結(jié)合圖4來(lái)描述所示實(shí)施例的感應(yīng)電源12的操作方法200。為了減少在沒(méi) 有兼容遠(yuǎn)程控制器時(shí)由系統(tǒng)10消耗的能量，感應(yīng)電源12的操作方法包括用以確定何時(shí)有 適當(dāng)?shù)倪h(yuǎn)程控制器14存在于電磁場(chǎng)中的“嗅探(ping)”過(guò)程。如圖4中所示，感應(yīng)電源通 過(guò)周期性地向儲(chǔ)能電路34施加相對(duì)少量的功率而進(jìn)入嗅探狀態(tài)202。每一次嗅探中的電 量通常足以使得具有耗盡電池100的遠(yuǎn)程控制器14生成反饋信號(hào)，以標(biāo)識(shí)其存在于電磁場(chǎng) 內(nèi)。或者，所述嗅探可以包括更少電量，并且所述功率可以隨著時(shí)間在電荷存儲(chǔ)電容器72 或電池100中累積，從而最終為遠(yuǎn)程控制器14提供足夠的功率來(lái)向感應(yīng)電源12標(biāo)識(shí)其自 身。下面將更加詳細(xì)地討論所述反饋信號(hào)和其他通信的性質(zhì)和內(nèi)容。感應(yīng)電源12針對(duì)來(lái) 自遠(yuǎn)程控制器14的通信監(jiān)控儲(chǔ)能電路34中的電流，以便確定兼容的遠(yuǎn)程控制器14何時(shí)存 在204。如前所述，控制器32經(jīng)由電流感測(cè)變壓器子電路M監(jiān)控通信。當(dāng)接收到表明存在兼容的遠(yuǎn)程控制器14的通信信號(hào)時(shí)，感應(yīng)電源12以特定起始 頻率開(kāi)始感應(yīng)功率輸送206。該起始頻率可以被存儲(chǔ)在感應(yīng)電源12內(nèi)的存儲(chǔ)器中，或者可 以由遠(yuǎn)程控制器14例如在該遠(yuǎn)程控制器14響應(yīng)于嗅探而生成的反饋信號(hào)內(nèi)將該起始頻率 傳送到感應(yīng)電源12。感應(yīng)電源12在指定時(shí)段內(nèi)繼續(xù)以起始頻率進(jìn)行感應(yīng)功率輸送。該時(shí)段可以被存 儲(chǔ)在感應(yīng)電源12內(nèi)的存儲(chǔ)器中，或者由遠(yuǎn)程控制器14傳送到感應(yīng)電源12。舉例來(lái)說(shuō)，所述時(shí)段的長(zhǎng)度可以被嵌入在由遠(yuǎn)程控制器14響應(yīng)于嗅探而生成的反饋信號(hào)內(nèi)。在所述指定 時(shí)段過(guò)去之后，如果感應(yīng)電源12還沒(méi)有接收到來(lái)自遠(yuǎn)程控制器14的反饋信號(hào)，則感應(yīng)電源 12將調(diào)整其操作頻率以便提高被供應(yīng)給遠(yuǎn)程控制器14的功率。在所示實(shí)施例中，感應(yīng)電源 12以?xún)?chǔ)能電路34的諧振頻率以上的頻率操作(參見(jiàn)圖6)。相應(yīng)地，頻率的降低將令感應(yīng)電 源12更接近諧振并且將提高被提供給遠(yuǎn)程控制器14的功率，這可以通過(guò)在圖6中比較越 來(lái)越高的頻率A、B、C和D處的功率電平而看出。其結(jié)果是，如果到所述延遲時(shí)段的末尾還 沒(méi)有接收到反饋信號(hào)，則感應(yīng)電源12將降低其操作頻率210。在圖6所示的功率/頻率曲 線中，頻率隨著你在正χ方向上移動(dòng)而沿著χ軸提高，并且功率隨著你在正y方向上移動(dòng)而 沿著y軸提高。另一方面，如果接收到來(lái)自遠(yuǎn)程控制器14的反饋信號(hào)，則感應(yīng)電源12分析所述反 饋信號(hào)以便確定該信號(hào)的內(nèi)容。如果所述反饋信號(hào)指示感應(yīng)電源12停止充電212，則感應(yīng) 電源12停止感應(yīng)功率輸送214并且返回嗅探狀態(tài)202。如果不是這樣，則感應(yīng)電源12分析反饋信號(hào)并且根據(jù)所述通信來(lái)調(diào)整感應(yīng)電源 12。在所示實(shí)施例中，系統(tǒng)10嘗試向電荷存儲(chǔ)電容器72供應(yīng)固定量的功率。正如下面將 要更加詳細(xì)地描述的那樣，次級(jí)電路60監(jiān)控被施加到電荷存儲(chǔ)電容器72的功率并且提供 反饋信號(hào)，從而準(zhǔn)許感應(yīng)電源12改變其操作以提供所期望的功率。在該實(shí)施例中，感應(yīng)電 源12提高功率，直到次級(jí)電路60表明功率處于所期望的電平為止。次級(jí)電路60隨后提供 反饋信號(hào)，其指示感應(yīng)電源停止提高其功率電平。由于該實(shí)施例調(diào)整操作頻率以控制功率 電平，因此所述反饋信號(hào)實(shí)質(zhì)上指示感應(yīng)電源停止降低其操作頻率。感應(yīng)電源12提高216 其操作頻率，并且在指定的延遲時(shí)段217之后返回到步驟208。感應(yīng)電源12將繼續(xù)提高其 操作頻率，直到次級(jí)電路60停止提供表明功率處于或高于所期望的充電電平或者表明電 荷存儲(chǔ)電容器72完全充滿(mǎn)電的反饋信號(hào)為止。各調(diào)整之間的延遲長(zhǎng)度以及調(diào)整的大小可 以按照期望對(duì)于不同應(yīng)用而有所不同。這些值可以被存儲(chǔ)在感應(yīng)電源12的內(nèi)部存儲(chǔ)器中， 或者由遠(yuǎn)程控制器14傳送到感應(yīng)電源12。舉例來(lái)說(shuō)，所述延遲可以被嵌入在由遠(yuǎn)程控制器 14響應(yīng)于嗅探而生成的反饋信號(hào)內(nèi)?？梢钥闯?，在該實(shí)施例中，反饋信號(hào)驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電源12的操作。如果沒(méi)有接收到反 饋信號(hào)，則感應(yīng)電源12周期性地反復(fù)降低操作頻率(例如步驟208和210)。如果反饋信號(hào) 表明充電功率處于所期望的值，則感應(yīng)電源12周期性地反復(fù)提高操作頻率(例如步驟208 和216)。如果反饋信號(hào)表明電荷存儲(chǔ)電容器72完全充滿(mǎn)電，則感應(yīng)電源12停止感應(yīng)功率 輸送214，并且返回到嗅探狀態(tài)202(例如步驟208、212和214)。這樣，感應(yīng)電源12保持在 低功率嗅探狀態(tài)下，直到有兼容遠(yuǎn)程控制器14 (或其他遠(yuǎn)程設(shè)備)存在為止。感應(yīng)電源12 隨后通過(guò)感應(yīng)方式為遠(yuǎn)程控制器14供應(yīng)功率，從而基于來(lái)自遠(yuǎn)程控制器14的反饋來(lái)調(diào)整 其操作參數(shù)以保持相對(duì)恒定的功率電平，直到電容器完全充滿(mǎn)電為止。主要參照?qǐng)D5來(lái)描述次級(jí)功率電路60的操作方法250?？傮w來(lái)說(shuō)，次級(jí)功率電路 60接收來(lái)自感應(yīng)電源12的功率并且利用該功率來(lái)為電荷存儲(chǔ)電容器72充電。次級(jí)功率電 路60利用電荷存儲(chǔ)電容器72中的功率來(lái)為電池100充電，并且可以使得電容器中的功率 可用于操作遠(yuǎn)程控制器14。次級(jí)功率電路60監(jiān)控所述充電過(guò)程，并且向感應(yīng)電源12傳送 反饋信號(hào)以便控制感應(yīng)電源12的操作參數(shù)。在由感應(yīng)電源12傳送的嗅探存在時(shí)，次級(jí)功率電路60“喚醒”。在喚醒之后，次級(jí)功率電路60把標(biāo)識(shí)信號(hào)發(fā)送252回到感應(yīng)電源12。如前所述，次級(jí)功率電路12通過(guò)選擇 性地向次級(jí)線圈62施加通信負(fù)載98而產(chǎn)生反饋信號(hào)?？刂破?0選擇性地?cái)嚅_(kāi)及閉合FET 96，以便根據(jù)將在下面更加詳細(xì)地描述的通信協(xié)議在電磁場(chǎng)上產(chǎn)生數(shù)據(jù)流。在所示實(shí)施例 中，按照數(shù)據(jù)分組的形式把數(shù)據(jù)傳送到感應(yīng)電源12。在生成數(shù)據(jù)分組之前，控制器80把電 荷存儲(chǔ)電容器72從次級(jí)線圈62斷開(kāi)(disconnect)。次級(jí)功率電路60通過(guò)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器子 電路78斷開(kāi)電荷存儲(chǔ)電容器72?？刂破?0輸出閉合晶體管90的信號(hào)，從而把升壓子電路 76的輸出降低到地，進(jìn)而又?jǐn)嚅_(kāi)充電開(kāi)關(guān)66。一旦斷開(kāi)所述開(kāi)關(guān)，電荷存儲(chǔ)電容器72就有 效地與次級(jí)線圈62和通信負(fù)載98隔離。充電開(kāi)關(guān)66保持?jǐn)嚅_(kāi)達(dá)足以發(fā)送所述數(shù)據(jù)分組 的時(shí)段。在發(fā)送了所述數(shù)據(jù)分組之后，充電開(kāi)關(guān)66再次閉合，從而允許功率流到電荷存儲(chǔ) 電容器72。如前所述，感應(yīng)電源12通過(guò)開(kāi)始感應(yīng)供電而對(duì)所述標(biāo)識(shí)信號(hào)作出響應(yīng)。在感應(yīng)供電正在進(jìn)行的同時(shí)，次級(jí)功率電路60周期性地或連續(xù)地監(jiān)控2M電荷存 儲(chǔ)電容器72的電壓并且周期性地或連續(xù)地監(jiān)控256被施加到電容器72的電流。更具體來(lái) 說(shuō)，電壓感測(cè)子電路70向控制器80提供指示電荷存儲(chǔ)電容器72的電壓的信號(hào)。如果所感 測(cè)到的電壓處于或高于最大容量258，則次級(jí)功率電路60向感應(yīng)電源12發(fā)送表明電荷存 儲(chǔ)電容器72完全充滿(mǎn)電的數(shù)據(jù)分組260，其如前所述使得感應(yīng)電源停止感應(yīng)功率輸送并且 返回到嗅探狀態(tài)。在發(fā)送“完全充滿(mǎn)電”數(shù)據(jù)分組的同時(shí)斷開(kāi)充電開(kāi)關(guān)66。如果所感測(cè)到 的電壓沒(méi)有處于或高于最大容量，則控制器80基于來(lái)自電流感測(cè)放大器子電路68和電壓 感測(cè)子電路70的信號(hào)來(lái)計(jì)算電容器充電功率沈2。如果所述功率處于或高于所期望的充 電功率沈4，則次級(jí)功率電路60向感應(yīng)電源12發(fā)送表明功率處于或高于期望值的數(shù)據(jù)分 組沈6。同樣地，在發(fā)送所述數(shù)據(jù)分組的同時(shí)斷開(kāi)充電開(kāi)關(guān)。根據(jù)下面討論的通信方法來(lái)發(fā) 送所述“處于充電功率”數(shù)據(jù)分組。如前所述，感應(yīng)電源12通過(guò)提高該感應(yīng)電源12的操作 頻率來(lái)對(duì)該數(shù)據(jù)分組作出響應(yīng)，其應(yīng)當(dāng)令操作頻率遠(yuǎn)離諧振并且降低被供應(yīng)給次級(jí)線圈62 的功率。只要所計(jì)算的功率保持處于或高于預(yù)定的充電功率，次級(jí)功率電路60就將繼續(xù)周 期性地發(fā)送“處于充電功率”信號(hào)。一旦充電功率降低到所期望的閾值以下，次級(jí)功率電路60就停止傳送“處于充電 功率”信號(hào)。該信號(hào)的缺失使得感應(yīng)電源12開(kāi)始周期性地反復(fù)降低操作頻率，從而連續(xù)提 高電容器充電功率直到其再次達(dá)到所期望的閾值為止?？梢钥闯觯緦?shí)施例的次級(jí)功率 電路60產(chǎn)生反饋信號(hào)，所述反饋信號(hào)指示感應(yīng)電源12調(diào)整操作參數(shù)以保持所期望的電容 器充電功率，并且一旦電荷存儲(chǔ)電容器72完全充滿(mǎn)電就停止感應(yīng)功率輸送。在所示實(shí)施例中，通過(guò)調(diào)整被供應(yīng)給儲(chǔ)能電路34的功率的操作頻率來(lái)改變被供 應(yīng)給次級(jí)線圈的功率。如果期望的話，可以用其他改變功率的機(jī)制來(lái)取代或補(bǔ)充操作頻率 調(diào)整。舉例來(lái)說(shuō)，感應(yīng)電源可以被配置成通過(guò)改變施加給儲(chǔ)能電路34的信號(hào)的占空比來(lái)控 制功率(以作為對(duì)于改變操作頻率的替換或附加)。在保持頻率恒定的同時(shí)，可以改變輸入 DC電壓軌。如前所述，所示實(shí)施例的次級(jí)功率電路60向感應(yīng)電源12發(fā)送可用于控制感應(yīng)電 源12的操作的某些操作方面的通信。本發(fā)明可以使用能夠提供從次級(jí)功率電路60到感應(yīng) 電源12的通信的基本上任何通信系統(tǒng)。在所示實(shí)施例中，以在電磁場(chǎng)上載送的反饋信號(hào)的 形式來(lái)傳送通信。這樣就允許通信從次級(jí)線圈62傳遞到初級(jí)線圈16，從而去除對(duì)附加的 通信組件的需要。雖然用于把通信嵌入到電磁場(chǎng)中的方法可以對(duì)于不同應(yīng)用而有所不同，但是所示實(shí)施例的通信系統(tǒng)使用數(shù)字雙相編碼和后向散射(backscatter)調(diào)制技術(shù)。在該 應(yīng)用中，由次級(jí)功率電路60通過(guò)后向散射調(diào)制把數(shù)據(jù)調(diào)制到RF場(chǎng)上。這一點(diǎn)可以通過(guò)由 通信子電路82 “接通(turn on)”及“關(guān)斷(turn off )”到次級(jí)線圈62的相對(duì)較重的負(fù)載 (電阻器98)來(lái)實(shí)現(xiàn)。“接通”及“關(guān)斷”該負(fù)載會(huì)導(dǎo)致次級(jí)功率電路60的阻抗發(fā)生改變，所 述改變通過(guò)反射阻抗被傳達(dá)到初級(jí)線圈16。反射阻抗的這一改變?cè)诟袘?yīng)電源側(cè)被檢測(cè)為儲(chǔ) 能電路34中的電流改變。信號(hào)幅度的增大在圖7中由區(qū)域120和122示出。通過(guò)監(jiān)控儲(chǔ) 能電路34中的電流，感應(yīng)電源12可以解調(diào)在電磁場(chǎng)上載送的數(shù)據(jù)信號(hào)。相應(yīng)地，通信子電 路82產(chǎn)生可以被用來(lái)從次級(jí)功率電路60向感應(yīng)電源12發(fā)送數(shù)據(jù)的調(diào)幅信號(hào)。本發(fā)明可以利用用于編碼數(shù)據(jù)比特的基本上任何方法。在所示實(shí)施例中，次級(jí)功 率電路60使用差分雙相編碼技術(shù)來(lái)產(chǎn)生數(shù)據(jù)比特。所述技術(shù)是基于躍變的(transition)， 并且在每一時(shí)鐘沿處出現(xiàn)邊沿(edge)。通過(guò)在時(shí)鐘周期(period)當(dāng)中是否存在躍變來(lái)區(qū) 分?jǐn)?shù)據(jù)比特。如果在時(shí)鐘周期當(dāng)中出現(xiàn)躍變，則數(shù)據(jù)比特為“1”；如果沒(méi)有出現(xiàn)，則數(shù)據(jù)比 特為“0”。由于所述編碼技術(shù)是基于躍變的，因此其極性與數(shù)據(jù)調(diào)制所使用的“0”和“1”無(wú) 關(guān)?？梢岳脴?biāo)準(zhǔn)異步串行格式來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)字節(jié)進(jìn)行格式化1起始比特，8數(shù)據(jù)比特(首先是 LSB)，1奇數(shù)(odd)奇偶校驗(yàn)比特，以及1停止比特。在該實(shí)施例中，起始比特是“0”，并且 停止比特是“1”。圖8是利用差分雙相編碼進(jìn)行編碼的數(shù)據(jù)的代表性圖示。在所示實(shí)施例 中，按照分組格式把數(shù)據(jù)從次級(jí)功率電路60發(fā)送到感應(yīng)電源12。分組可以包括前同步碼 (preamble)、報(bào)頭字節(jié)、有效載荷字節(jié)(可選)以及檢驗(yàn)字節(jié)(參見(jiàn)圖9)。如圖9中所示，每 字節(jié)可以包括11比特。在該實(shí)施例中，整個(gè)分組(包括前同步碼)的長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)31字節(jié)。前 同步碼允許感應(yīng)電源同步輸入數(shù)據(jù)，并且準(zhǔn)許精確地確定數(shù)據(jù)的第一字節(jié)的起始比特。該 實(shí)施例的前同步碼可以包括至少3比特(在這種情況下都是“1”)，但是在該實(shí)施例中可以 長(zhǎng)達(dá)11比特，以便允許標(biāo)準(zhǔn)UART驅(qū)動(dòng)通信以及發(fā)送所述前同步碼。報(bào)頭是限定分組類(lèi)型 的單一字節(jié)。分組類(lèi)型字段可以被用來(lái)確定分組的長(zhǎng)度。有效載荷包括利用分組傳送的主 要數(shù)據(jù)。分組類(lèi)型可以規(guī)定(dictate)有效載荷的內(nèi)容和大小。所述分組可以包括檢驗(yàn)字 節(jié)以作為驗(yàn)證所接收到的數(shù)據(jù)分組的一種方式。檢驗(yàn)字節(jié)可以被附加到每一分組的末尾以 允許錯(cuò)誤(error )檢測(cè)?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)從報(bào)頭直到(并且包括)最后一個(gè)有效載荷字節(jié)的所有 字節(jié)進(jìn)行“異或”來(lái)生成檢驗(yàn)字節(jié)。在所示實(shí)施例中，前同步碼沒(méi)有被包括在檢驗(yàn)字節(jié)計(jì)算 中。雖然關(guān)于特定通信系統(tǒng)詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明可以利用適合于從次級(jí)功率電 路60向感應(yīng)電源12傳送數(shù)據(jù)的基本上任何通信系統(tǒng)。在某些應(yīng)用中，可以完全去除所述通信系統(tǒng)。舉例來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以被實(shí)施在簡(jiǎn)單 的模擬電路中，其中僅僅在次級(jí)功率電路內(nèi)實(shí)施充電控制?，F(xiàn)在參照?qǐng)D12，次級(jí)功率電路 60’的模擬實(shí)施方式通?？梢园ù渭?jí)線圈62’、二極管64’(其用于整流的目的)、充電開(kāi) 關(guān)66’、電壓感測(cè)子電路70’、電荷存儲(chǔ)電容器72’、電池100’以及充電電路102’。在操作 中，次級(jí)線圈62’通過(guò)感應(yīng)方式從感應(yīng)電源(未示出)接收功率。通過(guò)二極管64’對(duì)所感應(yīng) 的功率進(jìn)行整流。根據(jù)充電開(kāi)關(guān)66’的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)整流的功率可以被施加到電荷存儲(chǔ)電容 器72’。通過(guò)電壓感測(cè)子電路70’的操作來(lái)斷開(kāi)及閉合充電開(kāi)關(guān)66’。當(dāng)電荷存儲(chǔ)電容器 72’完全充滿(mǎn)電時(shí)，電壓感測(cè)子電路70’打開(kāi)充電開(kāi)關(guān)66’，從而基本上把電荷存儲(chǔ)電容器 72’從次級(jí)線圈62’斷開(kāi)。當(dāng)電荷存儲(chǔ)電容器72’沒(méi)有完全充滿(mǎn)電時(shí)，電壓感測(cè)子電路70’ 閉合充電開(kāi)關(guān)66’，從而準(zhǔn)許進(jìn)一步充電。經(jīng)由充電電路102’把電荷存儲(chǔ)電容器72’中的功率施加到電池100’。在所示實(shí)施例中，充電電路102’簡(jiǎn)單地是從電荷存儲(chǔ)電容器72’到 電池100’的電連接。在圖14A - B的電路圖中示出了次級(jí)功率電路的另一個(gè)示例性實(shí)施例。所述電路 類(lèi)似于包括在圖3A — B所示的次級(jí)功率電路中的電路。在整個(gè)電路中所使用的組件有一些 差別。舉例來(lái)說(shuō)，使用微處理器的不同的VCC調(diào)節(jié)器子電路74’取代了圖3A - B的實(shí)施例 中所使用的VCC調(diào)節(jié)器子電路。此外，在整個(gè)電路中使用了不同的開(kāi)關(guān)元件，比如在充電開(kāi) 關(guān)66’和開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)子電路78’中。某些組件位于次級(jí)功率電路內(nèi)的不同位置處，比如電流感 測(cè)放大器68’位于圖14A - B的實(shí)施例中的超大容量電容器的對(duì)端(opposite terminal). 在圖14A - B的實(shí)施例中，從次級(jí)功率電路去除了溫度傳感器。這些差別在很大程度上是 針對(duì)特定應(yīng)用的設(shè)計(jì)選擇和優(yōu)化的結(jié)果。在其他實(shí)施例中，不同的組件和電路布置可能是 適當(dāng)?shù)摹ｋm然結(jié)合遠(yuǎn)程控制器14進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明完全適于結(jié)合各種各樣的電池 供電的電子設(shè)備使用。舉例來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以被合并到智能電話、蜂窩電話、媒體播放器、個(gè) 人數(shù)字助理以及其他便攜式電子設(shè)備中。本發(fā)明還可以被合并到感應(yīng)充電的可植入式醫(yī)療 設(shè)備中。舉例來(lái)說(shuō)，圖13A — D示出了合并到電池供電的可植入式醫(yī)療設(shè)備中的本發(fā)明的實(shí) 施例。本發(fā)明在可植入式醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用中可能特別有益，這是因?yàn)槠淇梢源蟠鬁p少個(gè)人為 了電池充電的目的而必須保持靜止的時(shí)間量。該實(shí)施例的醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)300通常包括可植 入式醫(yī)療設(shè)備302 (在這種情況下是起搏器)、手持式感應(yīng)電源304以及次級(jí)功率電路306。 如前面描述的實(shí)施例那樣，次級(jí)功率電路306可以包括次級(jí)線圈308、電荷存儲(chǔ)電容器310、 充電電路(未示出)以及電池314。次級(jí)線圈308可以位于剛剛在皮膚下方，在該處其可以 很容易接收來(lái)自外部感應(yīng)電源的感應(yīng)功率。在操作中，手持式設(shè)備304可以由用戶(hù)放置在 次級(jí)線圈308上方，以便為嵌入式電荷存儲(chǔ)電容器310快速充電。充電的電荷存儲(chǔ)電容器 310中的功率可以被用來(lái)為電池314充電，或者直接為醫(yī)療設(shè)備302供電。如果期望的話， 醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)300可以包括通信系統(tǒng)。前面的描述是對(duì)于本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例的描述。在不偏離本發(fā)明的精神和更廣泛 方面的情況下可以做出許多更改和改變。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線充電系統(tǒng)，包括用于供應(yīng)無(wú)線功率的感應(yīng)電源；以及能夠與所述感應(yīng)電源分離的遠(yuǎn)程設(shè)備，其中所述遠(yuǎn)程設(shè)備包括次級(jí)功率電路、電荷存 儲(chǔ)電容器、充電子電路以及電池，所述次級(jí)功率電路電連接到所述電荷存儲(chǔ)電容器，并且所 述次級(jí)功率電路被配置成接收來(lái)自所述感應(yīng)電源的無(wú)線功率并且為所述電荷存儲(chǔ)電容器 快速充電，所述充電子電路電連接到所述電荷存儲(chǔ)電容器和所述電池，其中所述充電子電 路被配置成利用存儲(chǔ)在所述電荷存儲(chǔ)電容器中的功率來(lái)為所述電池充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其中，當(dāng)從所述感應(yīng)電源移除所述次級(jí)功 率電路時(shí)，所述充電子電路能夠利用存儲(chǔ)在所述電荷存儲(chǔ)電容器中的功率來(lái)為所述電池充 電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其中，所述遠(yuǎn)程設(shè)備能夠使用存儲(chǔ)在所述電 荷存儲(chǔ)電容器中的功率進(jìn)行操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其中，所述無(wú)線充電系統(tǒng)包括用于傳達(dá)以下 各項(xiàng)當(dāng)中的至少一項(xiàng)的通信系統(tǒng)被供應(yīng)給所述次級(jí)功率電路的功率何時(shí)處在用于為所述 電荷存儲(chǔ)電容器充電的適當(dāng)范圍內(nèi)、所述電荷存儲(chǔ)電容器何時(shí)完全充滿(mǎn)電以及所述電荷存 儲(chǔ)電容器何時(shí)需要附加的充電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其中，所述充電子電路防止所述電池向所述 電荷存儲(chǔ)電容器中泄漏功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其中，所述充電子電路被配置成響應(yīng)于所述 電荷存儲(chǔ)電容器達(dá)到預(yù)定電壓而斷開(kāi)從所述次級(jí)功率電路到所述電荷存儲(chǔ)電容器的電流 路徑。
7.一種用于接收來(lái)自感應(yīng)電源的無(wú)線功率的遠(yuǎn)程設(shè)備，所述遠(yuǎn)程設(shè)備包括被配置成接收無(wú)線功率的次級(jí)功率電路；電連接到所述次級(jí)功率電路的電荷存儲(chǔ)電容器，其中所述次級(jí)功率電路被配置成為所 述電荷存儲(chǔ)電容器快速充電；電池；以及電連接到所述電荷存儲(chǔ)電容器和所述電池的充電子電路，其中所述充電子電路被配置 成利用存儲(chǔ)在所述電荷存儲(chǔ)電容器中的功率來(lái)為所述電池充電。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的遠(yuǎn)程設(shè)備，其中，所述遠(yuǎn)程設(shè)備能夠使用存儲(chǔ)在所述電荷存 儲(chǔ)電容器中的功率進(jìn)行操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的遠(yuǎn)程設(shè)備，其中，所述遠(yuǎn)程設(shè)備包括用于傳達(dá)以下各項(xiàng)當(dāng)中 的至少一項(xiàng)的通信系統(tǒng)被供應(yīng)給所述次級(jí)功率電路的功率何時(shí)處在用于為所述電荷存儲(chǔ) 電容器充電的適當(dāng)范圍內(nèi)、所述電荷存儲(chǔ)電容器何時(shí)完全充滿(mǎn)電以及所述電荷存儲(chǔ)電容器 何時(shí)需要附加的充電。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的遠(yuǎn)程設(shè)備系統(tǒng)，其中，所述充電子電路防止所述電池向所 述電荷存儲(chǔ)電容器中泄漏功率。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的遠(yuǎn)程設(shè)備，其中，所述充電子電路包括充電開(kāi)關(guān)，其響應(yīng)于 所述電荷存儲(chǔ)電容器達(dá)到預(yù)定電壓而斷開(kāi)從所述次級(jí)功率電路到所述電荷存儲(chǔ)電容器的 電流路徑。
12.一種用于為遠(yuǎn)程設(shè)備的電池快速充電的方法，所述方法包括 利用感應(yīng)電源生成電磁場(chǎng)；把具有次級(jí)功率電路的遠(yuǎn)程設(shè)備放置在電磁場(chǎng)中，以便在次級(jí)功率電路內(nèi)感應(yīng)出電功率；利用所感應(yīng)出的功率為次級(jí)功率電路中的電荷存儲(chǔ)電容器快速充電；以及 利用存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)電容器中的功率為遠(yuǎn)程設(shè)備的電池充電。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，包括 從次級(jí)功率電路向感應(yīng)電源發(fā)送充電信息；以及基于接收自次級(jí)功率電路的充電信息調(diào)整感應(yīng)電源的操作。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述調(diào)整感應(yīng)電源的操作包括調(diào)整感應(yīng)電源 的操作頻率、占空比以及輸入軌電壓當(dāng)中的至少一項(xiàng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，包括響應(yīng)于在電荷存儲(chǔ)電容器中達(dá)到預(yù)定電壓而斷開(kāi)充電開(kāi)關(guān)，從而斷開(kāi)從次級(jí)功率電路 到電荷存儲(chǔ)電容器的電流路徑。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，即使在從感應(yīng)電源移除遠(yuǎn)程設(shè)備之后，也能 夠繼續(xù)為遠(yuǎn)程設(shè)備中的電池充電。
17.一種用于為遠(yuǎn)程設(shè)備中的電池快速充電的方法，所述方法包括 無(wú)線接收來(lái)自感應(yīng)電源的功率；使用接收自感應(yīng)電源的無(wú)線功率利用功率為電荷存儲(chǔ)電容器快速充電； 以適合于電池的速率利用存儲(chǔ)在電容器中的功率為遠(yuǎn)程設(shè)備中的電池充電。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括 從遠(yuǎn)程設(shè)備向感應(yīng)電源發(fā)送充電信息；以及基于接收自次級(jí)功率電路的充電信息調(diào)整感應(yīng)電源的操作。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述調(diào)整感應(yīng)電源的操作包括調(diào)整感應(yīng)電源 的操作頻率、占空比以及輸入軌電壓當(dāng)中的至少一項(xiàng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括響應(yīng)于在電荷存儲(chǔ)電容器中達(dá)到預(yù)定電壓而斷開(kāi)充電開(kāi)關(guān)，從而斷開(kāi)從次級(jí)功率電路 到電荷存儲(chǔ)電容器的電流路徑。
全文摘要
本發(fā)明提供無(wú)線電源系統(tǒng)(10)，其為遠(yuǎn)程設(shè)備(14)無(wú)線地供應(yīng)功率以便為電荷存儲(chǔ)電容器(72)快速充電，其利用存儲(chǔ)在該電荷存儲(chǔ)電容器中的功率為電池(100)充電。這樣就允許把遠(yuǎn)程設(shè)備放置在感應(yīng)電源(12)附近以便為電荷存儲(chǔ)電容器快速充電，并且即使在從感應(yīng)電源移除該遠(yuǎn)程設(shè)備之后也允許電池充電繼續(xù)。
文檔編號(hào)H02J7/34GK102089954SQ200980126437
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者W. 巴曼 D., D. 阮 H., B. 泰勒 J., K. 施萬(wàn)內(nèi)克 J., J. 諾爾康克 M. 申請(qǐng)人:捷通國(guó)際有限公司