無線功率控制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及無線功率控制，根據(jù)本發(fā)明的一種遠(yuǎn)程裝置，包括自適應(yīng)功率接收器，其通過感應(yīng)從無線電源接收無線功率。該自適應(yīng)功率接收器可以在兩個(gè)或更多操作模式之間切換，該兩個(gè)或更多操作模式包括例如高Q模式和低Q模式。通過控制模式之間的切換，可以控制由自適應(yīng)接收器所接收到的能量的量。該控制是自適應(yīng)諧振控制或Q控制的形式。
【專利說明】無線功率控制
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線功率傳輸。
【背景技術(shù)】
[0002]無線電源系統(tǒng)允許將功率傳輸?shù)诫娮友b置，例如便攜式裝置，而不需要直接的電連接。無線功率傳輸可以利用電感器來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)電流流過電感器時(shí)，電感器產(chǎn)生磁場(chǎng)。相反，當(dāng)存在磁場(chǎng)時(shí)，例如存在由另一個(gè)電感器產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)，可在電感器中感應(yīng)電流。如果將兩個(gè)電感器靠近放置并且利用電流驅(qū)動(dòng)一個(gè)電感器，則即使這兩個(gè)電感器沒有被直接連接，另一個(gè)電感器也將產(chǎn)生電流。兩個(gè)電感器之間的這種相互關(guān)系通常被稱為電感耦合，并且在許多情況下都利用這種現(xiàn)象來在沒有電連接的情況下傳輸功率。
[0003]實(shí)際上，無線功率傳輸?shù)脑S多基本原理已經(jīng)已知了 100年或更久。被廣泛地稱為無線功率傳輸之父的尼古拉.特斯拉(Nicola Tesla)早在1893年就因論證了一種用于為電燈泡無線供電的系統(tǒng)而出名。特斯拉花費(fèi)了數(shù)年來在該領(lǐng)域中進(jìn)行研究和開發(fā)，并且積聚了涉及無線功率傳輸?shù)囊幌盗兄匾獙＠?。?dāng)我們看到無線功率方面的興趣復(fù)蘇時(shí)，他的一些早期發(fā)明當(dāng)今一直被那些發(fā)展中的無線功率系統(tǒng)所使用。例如，特斯拉的美國(guó)專利649,621和685,012公開了以下內(nèi)容:初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的感應(yīng)功率傳輸可以通過結(jié)合附加的中間線圈組來改進(jìn)，該附加的中間線圈起到“諧振”線圈的作用，以放大諧振并在初級(jí)單元和次級(jí)單元之間傳輸功率。更具體而言，初級(jí)單元包括一對(duì)線圈，其共同起作用來傳送功率至次級(jí)單元，并且次級(jí)單元包括一對(duì)線圈，其共同起作用來接收功率。初級(jí)單元包括初級(jí)線圈以及諧振線圈，將該初級(jí)線圈電連接到電源并從電源直接接收功率，將諧振線圈感應(yīng)耦合到該直接供電線圈。諧振線圈從初級(jí)線圈感應(yīng)地接收功率，放大諧振，并生成電磁場(chǎng)，以將功率傳送到次級(jí)單元。特斯拉還論證了，結(jié)合諧振線圈所使用的電容可以產(chǎn)生比諧振線圈本身甚至更大的諧振。次級(jí)單元包括另一個(gè)諧振線圈，其接收由次級(jí)單元諧振線圈和次級(jí)線圈所生成的電磁場(chǎng)，該次級(jí)線圈被感應(yīng)耦合到次級(jí)諧振線圈，以將功率直接傳送至次級(jí)負(fù)載。因此，如可以看出的，使用單獨(dú)的中間線圈組來提供具有改進(jìn)性能的感應(yīng)耦合的概念已經(jīng)已知了超過一個(gè)世紀(jì)。
[0004]雖然無線功率傳輸?shù)幕靖拍钜呀?jīng)面世了許多年，但是相對(duì)近些年才在該技術(shù)產(chǎn)生了興趣復(fù)蘇，并且正在付諸普遍的努力來實(shí)現(xiàn)實(shí)用且有效的無線功率傳輸系統(tǒng)。存在著使有效系統(tǒng)的開發(fā)變復(fù)雜的各種因素。例如，操作特征(即，系統(tǒng)正操作的條件)對(duì)于功率傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率有著顯著影響?；ジ袑?duì)于初級(jí)單元和次級(jí)單元之間的功率傳輸效率也有影響。互感取決于多個(gè)電路參數(shù)，包括初級(jí)單元和次級(jí)單元之間的距離。當(dāng)初級(jí)單元和次級(jí)單元之間的距離最小化時(shí)，互感增加。該距離和互感之間的反比關(guān)系可能對(duì)系統(tǒng)的操作參數(shù)造成限制。
[0005]包括例如圖1所示的、利用由感應(yīng)線圈驅(qū)動(dòng)的諧振線圈的特斯拉四線圈構(gòu)造的過往設(shè)計(jì)，已經(jīng)被用于在更遠(yuǎn)的距離上傳輸功率。圖2是結(jié)合特斯拉四線圈構(gòu)造的示意圖。這種類型的配置已經(jīng)有各種稱謂，例如高諧振或磁性諧振。該系統(tǒng)由于利用附加線圈以便維持未由負(fù)載阻尼的未耦合諧振條件而可以獲得一些效率，但是當(dāng)耦合被變緊密或者線圈在物理上變得靠近時(shí)可能損失一些效率。
[0006]常規(guī)解決方案還已經(jīng)被設(shè)計(jì)成使用附加線圈以便進(jìn)行感應(yīng)耦合，以在高諧振配置或緊密耦合的配置中感應(yīng)磁場(chǎng)。但是當(dāng)在這些配置中使用附加線圈時(shí)，由于添加的導(dǎo)線可能增加成本，并且尺寸可能與添加的材料成比例增加。由于附加線圈的添加的等效串聯(lián)電阻(ESR)，效率也可能降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種具有自適應(yīng)功率接收器的遠(yuǎn)程裝置，用于無線接收可被供應(yīng)給負(fù)載的功率。自適應(yīng)功率接收器在一部分功率接收周期內(nèi)由無線電源所激勵(lì)，并且在一部分功率接收周期內(nèi)放電。在一個(gè)實(shí)施例中，在周期的激勵(lì)部分期間，將自適應(yīng)功率接收器與負(fù)載電氣解耦，以用作可以更加容易激勵(lì)的高Q諧振電路。在放電部分期間，自適應(yīng)功率接收器可以被電氣耦合到負(fù)載，以提供用于從激勵(lì)的自適應(yīng)功率接收器傳輸電功率至負(fù)載的直接電氣路徑。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，遠(yuǎn)程裝置包括控制器，該控制器能夠改變功率接收周期的激勵(lì)和放電部分的長(zhǎng)度，以控制供應(yīng)給負(fù)載的功率量。例如，控制器可以增大激勵(lì)部分的長(zhǎng)度，并減小放電部分的長(zhǎng)度，以增加供應(yīng)給負(fù)載的功率?？梢栽谥芷诘囊粋€(gè)以上的部分內(nèi)對(duì)自適應(yīng)功率接收器進(jìn)行激勵(lì)，并且也可以在周期的一個(gè)以上的部分內(nèi)對(duì)其進(jìn)行放電。例如，可以在正半周期的一部分以及負(fù)半周期的一部分內(nèi)對(duì)自適應(yīng)功率接收器進(jìn)行激勵(lì)。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，遠(yuǎn)程裝置可以包括自適應(yīng)功率接收器、負(fù)載和控制器。自適應(yīng)功率接收器可以能夠通過感應(yīng)耦合從無線電源接收功率，并且可以可配置成第一模式以及可配置成第二模式。負(fù)載可以接收自適應(yīng)功率接收器中所生成的電功率，以使得在第一模式中自適應(yīng)功率接收器能夠存儲(chǔ)從無線電源接收到的能量，以及使得在第二模式中自適應(yīng)功率接收器將存儲(chǔ)的能量釋放給負(fù)載?？刂破骺梢钥刹僮黢詈系阶赃m應(yīng)功率接收器，并且可以能夠通過選擇性地在第一模式和第二模式之間配置自適應(yīng)功率接收器，來控制從無線電源接收到的功率。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，第一模式是高Q模式，并且第二模式是低Q模式，控制器可以在兩種模式之間選擇性地選取。例如，控制器可以控制自適應(yīng)功率接收器處于高Q模式的持續(xù)時(shí)間，以便將自適應(yīng)功率接收器的有效Q保持在門限值以上或以下，從而改進(jìn)無線電源和遠(yuǎn)程裝置之間功率傳輸?shù)男省?br> [0011]在一個(gè)實(shí)施例中，按照每個(gè)自適應(yīng)功率接收器中所接收到的功率的波長(zhǎng)至少一次地，控制器將自適應(yīng)功率接收器從第一模式選擇性地配置到第二模式。例如，可以按照每個(gè)功率波長(zhǎng)一次或兩次地，將自適應(yīng)功率接收器從第一模式配置到第二模式。通過控制兩種模式之間切換的占空因數(shù)，可以控制由自適應(yīng)功率接收器所接收到的功率。具體來說，增大占空因數(shù)可以增大對(duì)于每個(gè)波長(zhǎng)而言自適應(yīng)功率接收器處于第一模式的持續(xù)時(shí)間，而減小占空因數(shù)可以減小對(duì)于每個(gè)波長(zhǎng)而言自適應(yīng)功率接收器處于第一模式的持續(xù)時(shí)間。更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間可以允許自適應(yīng)功率接收器增大其有效Q，而更短持續(xù)時(shí)間可以允許有效Q被減小。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，遠(yuǎn)程裝置可以包括輔助接收器，該輔助接收器能夠通過感應(yīng)耦合從無線電源接收功率。在自適應(yīng)功率接收器處于第一模式的情況下，自適應(yīng)功率接收器可以將功率從無線電源中繼至輔助接收器，并且將直接將提供功率旁路至負(fù)載。在自適應(yīng)功率接收器處于第二模式的情況下，代替輔助接收器提供功率至負(fù)載或除此之外，自適應(yīng)功率接收器可以直接提供功率至負(fù)載。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，自適應(yīng)功率接收器包括單個(gè)電感器，其能夠與無線電源感應(yīng)耦合，從而減少或者在某些情況下最小化用于與電源感應(yīng)耦合的部件數(shù)量。
[0014]在一個(gè)方面中，一種用于在遠(yuǎn)程裝置中控制從無線電源接收到的功率的方法包括在自適應(yīng)功率接收器中通過與無線電源的感應(yīng)耦合接收功率。該方法還可以包括在第一模式中選擇性配置自適應(yīng)功率接收器和在第二模式中選擇性配置自適應(yīng)功率接收器，其中在第一模式中自適應(yīng)功率接收器能夠存儲(chǔ)從無線電源接收到的能量，在第二模式中自適應(yīng)功率接收器將存儲(chǔ)的能量釋放到負(fù)載。在一個(gè)實(shí)施例中，第一模式和第二模式可以分別是高Q模式和低Q模式。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中,用于控制功率的方法還包括按占空因數(shù)在第一模式和第二模式之間循環(huán)，以控制由自適應(yīng)功率接收器所接收到的功率量。例如，從無線電源接收到的功率可以具有功率波長(zhǎng)，以及該循環(huán)可以按照每個(gè)功率波長(zhǎng)至少一次來發(fā)生。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的遠(yuǎn)程裝置包括自適應(yīng)功率接收器，其通過感應(yīng)從無線電源接收無線功率。自適應(yīng)功率接收器可以在兩個(gè)或更多的操作模式間進(jìn)行切換，操作模式例如包括高Q模式和低Q模式。通過控制模式之間的切換，可以控制從自適應(yīng)接收器接收到的能量的量。這種控制是自適應(yīng)諧振控制或質(zhì)量因數(shù)(Q)控制的形式。
[0017]本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單且有效的系統(tǒng)，用于簡(jiǎn)化遠(yuǎn)程裝置的構(gòu)造，同時(shí)提供對(duì)功率接收的自適應(yīng)控制。例如，遠(yuǎn)程裝置可以控制其在沒有附加電路的情況下接收的功率量。
[0018]在本發(fā)明的另一方面中，無線電源具備自適應(yīng)功率發(fā)射器，其將功率無線發(fā)射至遠(yuǎn)程裝置。自適應(yīng)功率發(fā)射器包括諧振電路，其可以在兩個(gè)或更多個(gè)操作模式之間切換，操作模式包括例如在更高Q模式和更低Q模式，或者在兩種不同的諧振頻率之間切換，從而改變通過諧振電路中繼的功率量。通過控制兩種模式之間的切換，可以控制由自適應(yīng)發(fā)射器所發(fā)射的能量的量。這種控制是自適應(yīng)諧振控制或Q控制的形式。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，無線電源可以包括自適應(yīng)功率發(fā)射器、阻抗元件和控制器。自適應(yīng)功率發(fā)射器可以能夠通過感應(yīng)耦合來發(fā)射功率至遠(yuǎn)程裝置，以及可以可配置成第一模式和可配置成第二模式。
[0020]通過將阻抗元件接入到電路中，自適應(yīng)功率發(fā)射器可配置在第一模式中，以及通過將阻抗元件斷開，自適應(yīng)功率發(fā)射器可配置在第二模式中?？刂破骺梢钥刹僮黢詈系阶赃m應(yīng)功率發(fā)射器，并且可以能夠通過按照所發(fā)射的功率的每個(gè)波長(zhǎng)至少一次地，將自適應(yīng)功率發(fā)射器從第一模式選擇性地配置到第二模式而在第一模式和第二模式之間選擇性配置自適應(yīng)功率發(fā)射器，來控制發(fā)射到遠(yuǎn)程裝置的功率。例如，可以按照每個(gè)電流波形的波長(zhǎng)一次或兩次地，將自適應(yīng)功率發(fā)射器從第一模式配置到第二模式。通過控制兩種模式之間的這種切換的占空因數(shù)，可以控制由自適應(yīng)功率發(fā)射器所發(fā)射的功率。具體來說，增大占空因數(shù)可以增大對(duì)于每個(gè)波長(zhǎng)而言自適應(yīng)功率發(fā)射器處于第一模式的持續(xù)時(shí)間，而減小占空因數(shù)可以減小對(duì)于每個(gè)波長(zhǎng)而言自適應(yīng)功率發(fā)射器處于第一模式的持續(xù)時(shí)間。更長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間可以允許自適應(yīng)功率發(fā)射器增大其有效Q，而更短持續(xù)時(shí)間可以允許有效Q被減小。在一個(gè)實(shí)施例中，自適應(yīng)功率發(fā)射器中的阻抗元件是感應(yīng)元件或電容元件，例如與初級(jí)電感器和初級(jí)電容器分離的輔助電感器或輔助電容器。在另一實(shí)施例中，自適應(yīng)功率發(fā)射器中的阻抗元件是電阻性元件，例如電阻器或整流電路。阻抗元件的特性可以為自適應(yīng)功率發(fā)射器提供不同的功能。
[0021]通過參照當(dāng)前的實(shí)施例和附圖的描述，將更加全面的理解和認(rèn)識(shí)本發(fā)明的這些和其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。
[0022]在詳細(xì)解釋本發(fā)明的實(shí)施例之前，要理解的是，本發(fā)明不限于下面的描述中所闡述的或附圖中所圖示的操作的細(xì)節(jié)或者部件的構(gòu)造及布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明可以按照各種其他實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)，并且可以按照本文未明確公開的替代方式來實(shí)踐或執(zhí)行。而且，要理解的是，這里使用的措詞和術(shù)語僅僅是為了描述的目的，而不應(yīng)被視為限制性的?！鞍ā焙汀鞍奔捌渥冃蔚氖褂靡鈭D涵蓋其后所列出的項(xiàng)目及其等價(jià)物，以及附加項(xiàng)目及其等價(jià)物。此夕卜，在各種實(shí)施例的描述中可以使用列舉。除非另有明確陳述，否則列舉的使用不應(yīng)當(dāng)被解釋為將本發(fā)明限于部件的特定順序或數(shù)量。列舉的使用也不應(yīng)當(dāng)被解釋為將可以與所列舉的步驟或部件相組合或組合到其中的任何附加步驟或部件從本發(fā)明的范圍排除。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1示出了使用雙線圈諧振驅(qū)動(dòng)無線功率系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)特斯拉系統(tǒng)。
[0024]圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)四線圈感應(yīng)無線功率系統(tǒng)。
[0025]圖3示出了具有開關(guān)的遠(yuǎn)程裝置示意圖，該開關(guān)能夠選擇雙線圈以用于功率接收。
[0026]圖4示出了無線電源和具有自適應(yīng)接收器的遠(yuǎn)程裝置。
[0027]圖5示出了使用自適應(yīng)諧振接收器提供無線功率的方法的方框圖。
[0028]圖6示出了包括自適應(yīng)接收器和輔助接收器的遠(yuǎn)程裝置電路。
[0029]圖7示出了包括自適應(yīng)接收器的遠(yuǎn)程裝置電路。
[0030]圖8示出了當(dāng)接收功率且自適應(yīng)諧振未被啟用時(shí)的電流路徑。
[0031]圖9示出了使用自適應(yīng)接收器的無線功率傳輸操作的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
[0032]圖10示出了用于具有自適應(yīng)接收器的遠(yuǎn)程裝置的示例啟動(dòng)時(shí)序。
[0033]圖11示出了在啟動(dòng)時(shí)序之后處于穩(wěn)狀的電流和電壓的示例。
[0034]圖12A示出了自適應(yīng)諧振建立階段的電路示意圖。
[0035]圖12B示出了功率收獲階段的部分期間的電路示意圖。
[0036]圖12C示出了功率收獲階段的部分期間的電路示意圖。
[0037]圖12D示出了相對(duì)于功率接收周期的自適應(yīng)諧振建立階段和功率收獲階段，其中每個(gè)周期存在一個(gè)自適應(yīng)諧振階段。
[0038]圖13A-D示出了單個(gè)功率接收周期自適應(yīng)諧振波形。
[0039]圖14示出了圖13D中所示的自適應(yīng)諧振波形的展開分析。
[0040]圖15示出了在一個(gè)實(shí)施例中Rx電壓、L3電流和Q控制場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)電流的曲線圖。
[0041]圖16示出了在遠(yuǎn)程裝置的一個(gè)實(shí)施例中C3電壓、L3電流和Q控制FET驅(qū)動(dòng)信號(hào)的曲線圖。[0042]圖17示出了針對(duì)各種百分比的功率接收周期的在切換Q控制FET之后的橋電壓的曲線圖。
[0043]圖18A示出了在按照每個(gè)功率接收周期一次來執(zhí)行自適應(yīng)諧振控制的情況下L3波形的曲線圖。
[0044]圖18B示出了在按照每個(gè)功率接收周期兩次來執(zhí)行自適應(yīng)諧振控制的情況下L3波形的曲線圖。
[0045]圖19A示出了自適應(yīng)諧振階段的一部分期間的電路示意圖。
[0046]圖19B示出了功率收獲階段的一部分期間的電路示意圖。
[0047]圖19C示出了自適應(yīng)諧振階段的一部分期間的電路示意圖。
[0048]圖19D示出了功率收獲階段的一部分期間的電路示意圖。
[0049]圖19E示出了相對(duì)于功率接收周期的自適應(yīng)諧振建立階段和功率收獲階段，其中每個(gè)周期存在兩個(gè)自適應(yīng)諧振階段。
[0050]圖20A示出了 Q控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)和自適應(yīng)接收器電流的曲線圖，該Q控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)每半周期以50%占空因數(shù)按照每個(gè)功率接收周期一次進(jìn)行切換。
[0051]圖20B示出了通過如圖20A中所示的切換產(chǎn)生的整流的DC電壓。
[0052]圖20C示出了 Q控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)和自適應(yīng)接收器電流的曲線圖，該Q控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)每半周期以25%占空因數(shù)按照每個(gè)功率接收周期兩次進(jìn)行切換。
[0053]圖20D示出了通過如圖20C中所示的切換產(chǎn)生的整流的直流電壓。
[0054]圖21示出了通過改變Q控制FET驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空因數(shù)產(chǎn)生的輸出功率的曲線圖。
[0055]圖22示出了 Rx電壓、Rx功率、L3電流和Q-FET電流的曲線圖，其中每半周期以30%占空因數(shù)按照每個(gè)功率接收周期兩次進(jìn)行切換。
[0056]圖23示出了具有自適應(yīng)諧振受控的場(chǎng)擴(kuò)展器的無線電源系統(tǒng)的實(shí)施例。
[0057]圖24示出了模擬自適應(yīng)諧振接收器或場(chǎng)擴(kuò)展器。
[0058]圖25示出了具有自適應(yīng)接收器、輔助接收器和通信元件的遠(yuǎn)程裝置的示意圖。
[0059]圖26示出了具有能夠通信的自適應(yīng)接收器的遠(yuǎn)程裝置的示意圖。
[0060]圖27示出了具有自適應(yīng)接收器和輔助接收器的遠(yuǎn)程裝置示意圖，其中自適應(yīng)接收器Q控制FET可被用于通信。
[0061]圖28示出了具有自適應(yīng)接收器的遠(yuǎn)程裝置示意圖，其中自適應(yīng)接收器Q控制FET可被用于通信。
[0062]圖29示出了在Q控制通信信號(hào)的一個(gè)實(shí)施例中兩個(gè)位(bit)的曲線圖。
[0063]圖30示出了橋電壓和L3電流的曲線圖，其中Q控制FET在非零交叉點(diǎn)處進(jìn)行操作。
[0064]圖31示出了具有遠(yuǎn)程裝置的四線圈系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的有限元分析(FEA)的透視圖，其中遠(yuǎn)程裝置具有自適應(yīng)接收器和輔助接收器。
[0065]圖32示出了圖31的四線圈系統(tǒng)的FEA的橫截面圖。
[0066]圖33示出了具有遠(yuǎn)程裝置的四線圈系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的有限元分析(FEA)的透視圖，其中遠(yuǎn)程裝置具有自適應(yīng)接收器和輔助接收器，其中該遠(yuǎn)程系統(tǒng)被偏離中心定位。
[0067]圖34示出了圖33的四線圈系統(tǒng)的FEA的橫截面圖。
[0068]圖35示出了圖33的四線圈系統(tǒng)的FEA的俯視圖。[0069]圖36示出了具有遠(yuǎn)程裝置的四線圈系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的有限元分析(FEA)的透視圖，其中遠(yuǎn)程裝置具有自適應(yīng)接收器和輔助接收器，其中該遠(yuǎn)程系統(tǒng)被偏離中心定位，并且相對(duì)該遠(yuǎn)程裝置放置金屬片。
[0070]圖37示出了在金屬為鋁的情況下圖36的四線圈系統(tǒng)的FEA的橫截面圖。
[0071]圖38示出了在金屬為鋼的情況下圖36的四線圈系統(tǒng)的FEA的橫截面圖。
[0072]圖39A示出了在金屬分別為鋁和鋼的情況下圖36的四線圈系統(tǒng)的透視圖。
[0073]圖39B示出了在金屬為鋁的情況下圖36的四線圈系統(tǒng)的俯視圖。
[0074]圖39C示出了在金屬為鋼的情況下圖36的四線圈系統(tǒng)的俯視圖。
[0075]圖40示出了在具有自適應(yīng)接收器的遠(yuǎn)程裝置被置于無線電源的中心上的情況下的磁場(chǎng)的圖解。
[0076]圖41示出了在圖40的遠(yuǎn)程裝置與無線電源發(fā)射器偏離中心被定位的情況下的磁場(chǎng)的圖解。
[0077]圖42示出了在遠(yuǎn)程裝置與圖41類似定位但將鋁質(zhì)外來物體置于發(fā)射器上的情況下的磁場(chǎng)的圖解。
[0078]圖43示出了在兩個(gè)接收器(均具有自適應(yīng)接收器和輔助接收器)均置于發(fā)射器上的情況下FEA的俯視圖。
[0079]圖44A-D示出了使用自適應(yīng)諧振控制(Q控制)FET來創(chuàng)建半同步整流器的方法的一個(gè)實(shí)施例。
[0080]圖45A示出了在TX上使用自適應(yīng)諧振控制(Q控制)的方法的一個(gè)實(shí)施例。
[0081]圖45B示出了在TX上使用自適應(yīng)諧振控制(Q控制)的方法的另一個(gè)實(shí)施例。
[0082]圖46示出了基于圖45A的自適應(yīng)諧振控制方法的占空因數(shù)而改變的所發(fā)射的功率的曲線圖。
[0083]圖47示出了基于圖45B的自適應(yīng)諧振控制方法的占空因數(shù)而改變的所發(fā)射的功率的曲線圖。
[0084]圖48示出了 60%占空因數(shù)產(chǎn)生比50%占空因數(shù)更高的輸出功率的一個(gè)實(shí)施例。
[0085]圖49示出了對(duì)應(yīng)于圖48實(shí)施例的波形的曲線圖，其中，頂部的方格表示整流器二極管電流，中間的方格表示L3電流，底部的方格表示利用同時(shí)接通并以10%增量關(guān)斷的示例，諧振開關(guān)控制在占空因數(shù)上從0%增大至60%。
[0086]圖50示出了用于每個(gè)功率接收周期自適應(yīng)諧振控制單次切換的零交叉檢測(cè)方法的一個(gè)實(shí)施例。
[0087]圖51示出了用于每個(gè)功率接收周期自適應(yīng)諧振控制兩次切換的零交叉檢測(cè)方法的一個(gè)實(shí)施例。
[0088]圖52示出了串聯(lián)諧振接收器側(cè)無線功率傳輸網(wǎng)絡(luò)的電路拓?fù)洹?br> [0089]圖53示出了具有切換的諧振網(wǎng)絡(luò)的圖52中的遠(yuǎn)程裝置的等效電路拓?fù)洌渲虚_關(guān)被閉合。
[0090]圖54示出了具有切換的諧振網(wǎng)絡(luò)的圖52中的遠(yuǎn)程裝置的等效電路拓?fù)洌渲虚_關(guān)被斷開并且二極管D2和D3導(dǎo)通。
[0091]圖55示出了具有切換的諧振網(wǎng)絡(luò)的圖52中的遠(yuǎn)程裝置的等效電路拓?fù)洌渲虚_關(guān)被斷開并且二極管D1和D4導(dǎo)通。[0092]圖56示出了針對(duì)串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)瞬態(tài)的電流和電壓的曲線圖。
[0093]圖57示出了針對(duì)切換的串聯(lián)諧振無線功率傳輸網(wǎng)絡(luò)的電感器電流和輸出電壓的曲線圖，其中開關(guān)周期為50 μ S閉合然后450 μ S斷開。
[0094]圖58示出了針對(duì)切換的串聯(lián)諧振無線功率傳輸網(wǎng)絡(luò)的電感器電流和輸出電壓的曲線圖，其中開關(guān)周期為20 μ S閉合然后480 μ S斷開。
[0095]圖59是表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的通信方法的波形圖。
[0096]圖60是表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的通信方法的波形圖。
[0097]圖61是表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的通信方法的波形圖。
[0098]圖62示出了包括并聯(lián)諧振電容器的遠(yuǎn)程裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0099]在圖4中示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無線電源系統(tǒng)并將該無線電源系統(tǒng)指定為10。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的遠(yuǎn)程裝置可以能夠進(jìn)行靈活的功率傳輸，例如允許遠(yuǎn)程裝置控制其接收的功率量。無線電源系統(tǒng)10包括配置成接收無線功率的遠(yuǎn)程裝置14和配置成傳送功率的無線電源12。雖然結(jié)合單個(gè)遠(yuǎn)程裝置14進(jìn)行描述，但是本發(fā)明不限于僅向一個(gè)遠(yuǎn)程裝置14進(jìn)行功率傳輸，并且很好地適于向多個(gè)遠(yuǎn)程裝置供應(yīng)功率，例如通過順序或同時(shí)供應(yīng)功率。在這種情況下，一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程裝置14可以是常規(guī)遠(yuǎn)程裝置。
[0100]本發(fā)明結(jié)合無線電源系統(tǒng)進(jìn)行描述，該無線電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)諧振控制的形式。尤其是，自適應(yīng)諧振控制允許該系統(tǒng)適用于各種潛在可變參數(shù)，例如無線電源的電源限制、遠(yuǎn)程裝置數(shù)量、遠(yuǎn)程裝置的功率要求、外來物體(寄生金屬)的存在、以及無線電源、遠(yuǎn)程裝置和/或任意中間線圈之間的耦合系數(shù)(例如，角度、方位和距離)。例如，通過調(diào)整發(fā)射器的諧振頻率、驅(qū)動(dòng)信號(hào)的干線電壓、驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空因數(shù)、驅(qū)動(dòng)信號(hào)的操作頻率或驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位，無線電源可以具有控制其輸出功率的能力。無線電源可以改變輸出功率以與遠(yuǎn)程裝置的功率要求相對(duì)應(yīng)，或者改進(jìn)系統(tǒng)的功率傳輸效率。在操作之前或者期間，遠(yuǎn)程裝置的功率要求可以通過遠(yuǎn)程裝置傳送至無線電源。此外或作為替代，無線電源可以包括傳感器，該傳感器允許其在無需與遠(yuǎn)程裝置進(jìn)行通信的情況下確定操作參數(shù)。例如，無線電源可以包括電壓、電流和/或功率傳感器，這些傳感器允許無線電源監(jiān)測(cè)該系統(tǒng)并且調(diào)整操作參數(shù)。作為自適應(yīng)諧振控制的部分，每個(gè)遠(yuǎn)程裝置還可以能夠控制從無線電源汲取的功率量。例如，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，每個(gè)遠(yuǎn)程裝置可以包括自適應(yīng)功率接收器。每個(gè)遠(yuǎn)程裝置可以基于通過無線電源和/或其他遠(yuǎn)程裝置傳送至遠(yuǎn)程裝置的信息，來控制從無線電源汲取的功率量。除了通信之外或者作為其替代，遠(yuǎn)程裝置還可以包括允許其確定操作參數(shù)的傳感器。例如，遠(yuǎn)程裝置可以包括電壓、電流和/或功率傳感器，這些傳感器允許遠(yuǎn)程裝置監(jiān)測(cè)該系統(tǒng)各方面并且調(diào)整其功率汲取。當(dāng)無線電源不能為所有遠(yuǎn)程裝置提供充足功率時(shí)，遠(yuǎn)程裝置中的一個(gè)或多個(gè)可以減少其功率汲取。例如，能夠以較少功率操作的遠(yuǎn)程裝置可以減少其功率汲取，以為其他遠(yuǎn)程裝置留出更多功率。無線電源和/或遠(yuǎn)程裝置可以確定在各種遠(yuǎn)程裝置之間如何分配功率。作為自適應(yīng)諧振控制的另一部分，無線電源可以包括可適應(yīng)性中間線圈(例如，無線發(fā)射器中或者場(chǎng)擴(kuò)展器中的諧振線圈)，其能夠被調(diào)整以控制通過中間線圈中繼的功率量。
[0101]遠(yuǎn)程裝置14可以包括一般常規(guī)電子裝置，例如移動(dòng)電話、媒體播放器、手持式收音機(jī)、照相機(jī)、閃光燈或本質(zhì)上任何其他便攜式電子裝置。遠(yuǎn)程裝置14可以包括電能存儲(chǔ)裝置，例如電池、電容器或超級(jí)電容器，或者其可以在沒有電能存儲(chǔ)裝置的情況下操作。與遠(yuǎn)程裝置14的主要操作相關(guān)聯(lián)(并且不與無線功率傳輸相關(guān)聯(lián))的部件是一般常規(guī)的，并且因此將不進(jìn)行詳細(xì)描述。而是，與遠(yuǎn)程裝置14的主要操作相關(guān)聯(lián)的部件通常被稱為主負(fù)載30。例如,在移動(dòng)電話的情境中，不做出努力來描述與移動(dòng)電話本身相關(guān)聯(lián)的電子部件，例如電池或顯示器。
[0102]根據(jù)圖6和7的圖示的實(shí)施例的遠(yuǎn)程裝置包括自適應(yīng)功率接收器20，其通過感應(yīng)從無線電源接收無線功率。遠(yuǎn)程裝置14還包括控制器28，其能夠控制自適應(yīng)功率接收器20以便控制無線功率的接收。該所圖示的實(shí)施例中的控制器28可以在兩種或更多操作模式之間切換自適應(yīng)功率接收器20，操作模式包括例如高Q模式和低Q模式。通過控制模式之間的切換，控制器28可以控制通過自適應(yīng)功率接收器20所接收到的能量的量。這種控制是自適應(yīng)諧振控制或Q控制的形式。
[0103]Q因數(shù)，有時(shí)僅被簡(jiǎn)稱為Q，可以描述諧振器相對(duì)于其中心頻率的帶寬。Q可以按照每個(gè)周期存儲(chǔ)在諧振器中的能量與發(fā)電機(jī)所供給的能量之比來進(jìn)行定義，以在存儲(chǔ)能量隨時(shí)間恒定的頻率下保持信號(hào)振幅恒定。存儲(chǔ)能量是存儲(chǔ)在任意電感器和電容器中的能量之和，而損耗能量是每個(gè)周期在電阻器中耗散的能量之和。電阻器可以是等效串聯(lián)電阻或設(shè)計(jì)的負(fù)載。
[0104]在諸如圖2中所圖示的常規(guī)四線圈無線電源接收器中，L4線圈通常被用于收獲在L3/C3諧振時(shí)所生成的場(chǎng)。因?yàn)長(zhǎng)3/C3被電隔離，所以其高Q因數(shù)允許其在更低耦合因數(shù)下生成場(chǎng)，使遠(yuǎn)程裝置能夠在更遠(yuǎn)距離處接收功率。在一些情況下，高Q可以允許在L3中感應(yīng)出電流，其沒有被其ESR所耗散。然后感應(yīng)電流可以再生、擴(kuò)展、聚集或延續(xù)磁場(chǎng)。
[0105]在本發(fā)明的所描繪的實(shí)施例中，L4可以從電路中去除，以及L3/C3可以在一定時(shí)間與負(fù)載選擇性電氣解耦，并在其他時(shí)間與負(fù)載電氣耦合。在L3/C3電氣解耦時(shí)所生成的能量可以通過將L3/C3電氣耦合到負(fù)載來收獲。改變L3/C3電氣解耦相對(duì)電氣耦合到負(fù)載的比率可以控制輸送到負(fù)載的功率量——這是自適應(yīng)諧振控制或Q控制的形式。
[0106]遠(yuǎn)程裝置14還可以包括能夠控制自適應(yīng)功率接收器20的控制器28。例如，控制器28可以耦合到自適應(yīng)功率接收器20的一個(gè)或多個(gè)開關(guān)(本文將進(jìn)一步詳述)，以選擇自適應(yīng)功率接收器20正操作在高Q模式中還是在低Q模式中。控制器28可以根據(jù)自適應(yīng)功率接收器20中接收到的功率波形來控制各種操作模式之間的循環(huán)。例如，如在本文將進(jìn)一步詳述的，在每個(gè)電流波形周期的一個(gè)或多個(gè)部分內(nèi)，控制器28可以在高Q模式中操作自適應(yīng)功率接收器20，而在每個(gè)周期的剩余部分內(nèi)，在低Q模式中操作自適應(yīng)功率接收器20。
[0107]可以利用各種控制算法來對(duì)控制器編程。在圖5中圖示出了一種控制算法的實(shí)施例，其可以適應(yīng)在多個(gè)裝置和負(fù)載要求上連續(xù)輸送無線功率。提供自適應(yīng)諧振功率的方法包括初始化階段和控制回路階段。在初始化階段，該方法包括初始化功率傳輸并喚醒接收器控制器、從遠(yuǎn)程裝置獲得接收器裝置ID、外來物體檢測(cè)參數(shù)和功率數(shù)據(jù)(即，功率要求、電流/電壓/功率測(cè)量值和目標(biāo)值)?？刂苹芈冯A段可以包括獲取新功率數(shù)據(jù)、使能自適應(yīng)諧振(即，控制Q控制FET控制信號(hào)的占空因數(shù)(或者其他參數(shù)))、發(fā)送狀態(tài)更新、基于從遠(yuǎn)程裝置收集的所有功率數(shù)據(jù)來針對(duì)性能調(diào)整發(fā)射器功率、以及再次調(diào)整自適應(yīng)諧振和Q控制設(shè)定。
[0108]圖5中所圖示的控制算法的控制回路階段包括外來物體檢測(cè)，其中每個(gè)遠(yuǎn)程裝置提供關(guān)于寄生損耗的信息，以用于在拱形外來物體檢測(cè)方案中進(jìn)行協(xié)調(diào)。
[0109]控制回路階段可以包括Rx負(fù)載控制和調(diào)節(jié)以及對(duì)Tx優(yōu)化的請(qǐng)求。例如，遠(yuǎn)程裝置可以能夠使用自適應(yīng)諧振來提高功率傳輸效率。因此，遠(yuǎn)程裝置可以請(qǐng)求降低正被傳送的功率量，因?yàn)樗男枨罂梢酝ㄟ^自適應(yīng)功率接收器20的自適應(yīng)諧振控制來滿足。
[0110]在所圖示的實(shí)施例中，遠(yuǎn)程裝置14還包括整流電路22，其整流自適應(yīng)功率接收器20中所接收到的功率——例如，將從自適應(yīng)功率接收器20輸出的交流轉(zhuǎn)換成由遠(yuǎn)程裝置14所使用的直流。這種電路可以包括二極管、開關(guān)或其任意組合，以提供一種或多種整流模式，例如包括二極管整流、半同步整流、間斷模式整流以及全同步整流。在一個(gè)實(shí)施例中，所有或部分整流電路22可以被結(jié)合到自適應(yīng)功率接收器20中，使得結(jié)合的整流電路22既能夠整流接收到的功率又能夠在自適應(yīng)功率接收器20的各種模式之間切換。在整流電路22能夠同步(或者有源)整流的配置中，控制器28或自驅(qū)動(dòng)同步整流電路可以控制整流。
[0111]在自適應(yīng)功率接收器20在各種模式之間可配置的情況下，允許系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)諧振控制或Q控制的形式。在一個(gè)實(shí)施例中，自適應(yīng)諧振的使用可以允許在一定時(shí)間使用高諧振自適應(yīng)功率接收器20(例如，高Q接收器)，以便適用于多種多樣的配置，包括在負(fù)載以及自適應(yīng)功率接收器20和以下詳述的無線電源12的發(fā)射器56之間耦合中的變化。該控制方法允許對(duì)從靠近或緊密耦合(較高k系數(shù))配置和松散耦合(較低k系數(shù))配置進(jìn)行變動(dòng)的配置進(jìn)行通用控制。通過在時(shí)間段內(nèi)將能量存儲(chǔ)在自適應(yīng)功率接收器20中，并然后將能量釋放到遠(yuǎn)程裝置14中，該方法還可以能夠?qū)崿F(xiàn)更高的效率。因此，可以實(shí)現(xiàn)功率傳輸?shù)臄U(kuò)展范圍，以及潛在消除自適應(yīng)功率接收器20內(nèi)的附加ESR(等效串聯(lián)電阻)。例如，使用此配置，可以利用單個(gè)線圈實(shí)現(xiàn)兩個(gè)線圈接收器(例如，電隔離諧振電路和連接到負(fù)載的諧振電路)的益處，兩個(gè)線圈接收器能夠從無線電源在一定距離處接收功率，該單個(gè)線圈可以在兩種模式之間切換——在第一模式中單個(gè)線圈被配置為電氣解耦諧振電路，而在第二模式中單個(gè)線圈是電氣耦合到負(fù)載的諧振電路。當(dāng)在功率接收周期內(nèi)執(zhí)行這兩種模式之間的切換時(shí)，可以增強(qiáng)該益處。也就是說，在自適應(yīng)功率接收器中的電流波形的每個(gè)周期發(fā)生一次或多次。
[0112]在操作中，如果發(fā)射器56是高Q發(fā)射器并且自適應(yīng)功率接收器20被配置成高Q模式，則可以利用低耦合在兩者之間傳輸能量，這是由于線圈中的共享磁場(chǎng)以及低阻尼。當(dāng)發(fā)射器56和自適應(yīng)功率接收器20均在相同頻率下諧振時(shí)，電抗性阻抗被減小，以及在該配置中通常較小的ESR可能變?yōu)閷?duì)在自適應(yīng)功率接收器20中產(chǎn)生的電流的有限阻礙。然而，在發(fā)射器56和自適應(yīng)功率接收器20均處于高Q配置中的情況下，無線功率系統(tǒng)10可能由于低阻尼因數(shù)而是不穩(wěn)定的，針對(duì)系統(tǒng)參數(shù)或配置中的非常小的變化導(dǎo)致所接收到的功率的大波動(dòng)。
[0113]如果發(fā)射器是高Q發(fā)射器并且自適應(yīng)功率接收器20被配置成低Q模式，則能量可以在松散耦合狀況下從發(fā)射器56傳輸?shù)阶赃m應(yīng)功率接收器20，但是能夠接收到的能量的量和功率傳輸?shù)男士赡鼙粶p小，這部分由于自適應(yīng)功率接收器20的阻尼以及發(fā)射器56和自適應(yīng)功率接收器20之間降低的耦合。
[0114]通過使用自適應(yīng)諧振，例如通過使用在各種模式之間可配置的自適應(yīng)功率接收器20，本發(fā)明可以將高Q和低Q配置與彼此相結(jié)合來使用，使得遠(yuǎn)程裝置14可以實(shí)現(xiàn)兩種配置的益處。在高Q諧振器模式中，傳輸?shù)阶赃m應(yīng)功率接收器20中的能量被存儲(chǔ)在其中。在一個(gè)實(shí)施例中，如果存儲(chǔ)的能量達(dá)到預(yù)定或門限點(diǎn)，則能量通過緊密耦合而被傳輸?shù)絾为?dú)的儲(chǔ)能電路(例如，輔助接收器)，或者通過將負(fù)載30耦合到電路而被傳輸?shù)截?fù)載30，或者這兩種方式。自適應(yīng)功率接收器還可以通過耦合到整流電路22而將功率直接提供到負(fù)載，該整流電路被包括在負(fù)載30中或者可以被電連接到負(fù)載。此外,在一個(gè)實(shí)施例中，該負(fù)載30可以包括DC到DC轉(zhuǎn)換器，其向負(fù)載30內(nèi)的其他電路提供合適的能量電平。
[0115]圖4的所圖示的實(shí)施例中的遠(yuǎn)程裝置14在一種配置中可以包括通信電路24。該通信電路可以形成與無線電源的單獨(dú)通信信道，或者其可以分享功率信道。在一個(gè)實(shí)施例中，通信電路能夠經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)開關(guān)65a_b來施加一個(gè)或多個(gè)通信負(fù)載66a_b，以使用反向散射調(diào)制來創(chuàng)建數(shù)據(jù)通信。例如，可以選擇性施加通信負(fù)載，以調(diào)制從發(fā)射器56至自適應(yīng)功率接收器20的功率信號(hào)。在操作中，控制器28可被操作性耦合到通信電路24，并且被配置成在合適的時(shí)機(jī)將通信負(fù)載66a-b選擇性耦合到自適應(yīng)功率接收器20，以創(chuàng)建期望的數(shù)據(jù)通信。通信負(fù)載66a-b可以是電阻器，或者是能夠選擇性改變遠(yuǎn)程裝置的總體阻抗以調(diào)制功率信號(hào)的其他一個(gè)或多個(gè)電路元件。例如，作為對(duì)電阻器的替代，通信負(fù)載66a-b可以是電容器或電感器(未示出)。作為另一示例，遠(yuǎn)程裝置可以結(jié)合根據(jù)以下美國(guó)申請(qǐng)的實(shí)施例的通信系統(tǒng):序號(hào)為13/425，841、標(biāo)題為“用于無線電源中的改進(jìn)控制的系統(tǒng)和方法、2012年3月21日提交的美國(guó)申請(qǐng)，并且將該申請(qǐng)通過引用全文結(jié)合于此。
[0116]在與圖4的所圖示的實(shí)施例類似的替代實(shí)施例中，遠(yuǎn)程裝置14可以包括輔助接收器26，其以虛線被示為遠(yuǎn)程裝置14的可選部件。輔助接收器26可以與自適應(yīng)功率接收器20感應(yīng)耦合，以從發(fā)射器56接收功率。在該替代實(shí)施例中，當(dāng)自適應(yīng)功率接收器20被配置處于高Q模式中時(shí)，輔助接收器26與自適應(yīng)功率接收器20耦合，以接收并輸送能量至負(fù)載30。但是當(dāng)自適應(yīng)功率接收器20被配置處于低Q模式中時(shí)，自適應(yīng)功率接收器20可以直接向負(fù)載30供電，而不是將能量耦合到輔助接收器26。
[0117]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖7，示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的遠(yuǎn)程裝置14。圖7示出具有自適應(yīng)功率接收器電路的遠(yuǎn)程裝置的一個(gè)實(shí)施例。在操作中，微處理器可以具有初始化算法。可以使用來自存儲(chǔ)元件的充足的場(chǎng)或能量來導(dǎo)通微處理器以及操作Q控制FET?？梢圆僮鱍控制FET來使L3/C3成為電氣解耦諧振電路。遠(yuǎn)程裝置可以將Q控制FET控制信號(hào)的占空因數(shù)與電流波形同步。例如，遠(yuǎn)程裝置可以檢測(cè)出電流波形的零交叉點(diǎn)，并且使用零交叉點(diǎn)來導(dǎo)通Q控制FET。當(dāng)電流波形的頻率變化時(shí)，如果期望維持恒定占空因數(shù)，則遠(yuǎn)程裝置可以基于電流波形的頻率進(jìn)行調(diào)整。例如，遠(yuǎn)程裝置可以檢測(cè)出電流波形的頻率，可以從功率發(fā)射器接收該頻率，或者基于其他參數(shù)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的表格中查找該頻率。替代地，雖然開關(guān)的定時(shí)可以被數(shù)字控制，但是也可能使用模擬控制來控制Q控制FET。例如，遠(yuǎn)程裝置可以包括傳感器，并且Q控制FET的定時(shí)可以基于來自該傳感器的輸出來調(diào)整。例如，傳感器可以檢測(cè)出整流電壓，以及電壓控制的諧振器可以通過命令Q控制FET何時(shí)被斷開來控制Q控制FET定時(shí)的一部分。
[0118]在所圖示的實(shí)施例中，遠(yuǎn)程裝置14包括在兩種模式(高Q模式和低Q模式)間可配置的自適應(yīng)功率接收器20。該實(shí)施例中的自適應(yīng)功率接收器20包括次級(jí)線圈62、諧振電容器63以及一個(gè)或多個(gè)開關(guān)64a-b,這些部件被布置成形成能夠在高Q模式和低Q模式之間切換的串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路。本發(fā)明不限于與串聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路一起使用，并且可以代替地與其他類型的諧振儲(chǔ)能電路，并且甚至與非諧振儲(chǔ)能電路(例如沒有匹配電容的簡(jiǎn)單電感器)，或者并聯(lián)諧振儲(chǔ)能電路一起使用。例如，如圖62所示，遠(yuǎn)程裝置14可以包括位于整流電路22和調(diào)節(jié)器72之間的并聯(lián)諧振電容器C3和開關(guān)6200。開關(guān)6200可以將整流電路22從調(diào)節(jié)器72解耦。在沒有調(diào)節(jié)器72的實(shí)施例中，開關(guān)6200可以將整流電路22從負(fù)載30解耦。
[0119]在所圖示的實(shí)施例中，開關(guān)64a_b可以被控制器28控制，以在高Q模式和低Q模式之間選擇性地配置自適應(yīng)功率接收器20。如所示的，有兩個(gè)開關(guān)64a-b耦合到控制器28。開關(guān)64a-b可以被控制器28單獨(dú)控制或一起控制，以配置自適應(yīng)功率接收器20處于高Q模式。更具體而言，閉合這兩個(gè)開關(guān)，來使次級(jí)線圈62和諧振電容器63之間的電路路徑完整，該電路路徑旁接遠(yuǎn)程裝置14的整流電路22和負(fù)載30——換言之，由次級(jí)線圈62和諧振電容器63形成的諧振電路被分路。以這種方式，次級(jí)線圈62和諧振電容器63可以形成高Q諧振器，其能夠聚集來自發(fā)射器56的能量和增加的能量傳輸(與低Q模式相比)。為了公開的目的，本發(fā)明結(jié)合能夠選擇性配置自適應(yīng)功率接收器的兩個(gè)開關(guān)64a-b來描述，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，也可以使用單個(gè)開關(guān)或者兩個(gè)以上開關(guān)來實(shí)現(xiàn)相同或相似結(jié)果。此外，在替代實(shí)施例中，如結(jié)合整流電路22所描述的，可以使用開關(guān)64a-b來執(zhí)行同步整流。
[0120]為了將自適應(yīng)功率接收器20從高Q模式配置到低Q模式，控制器28可以基于來自傳感器的感測(cè)輸出來斷開開關(guān)64a-b，該傳感器例如是電壓傳感器34或電流傳感器32或兩者。電壓傳感器34或電流傳感器32或兩者可以被耦合到自適應(yīng)功率接收器20或者負(fù)載30，以便監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程裝置14中的一個(gè)或多個(gè)功率特性。應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然傳感器被示為連接到自適應(yīng)功率接收器20或者負(fù)載30，但是傳感器可以被連接到遠(yuǎn)程裝置14內(nèi)的任意節(jié)點(diǎn)。此外，本發(fā)明不限于電流或電壓傳感器；可以結(jié)合能夠監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程裝置14中任意特性的一個(gè)或多個(gè)傳感器，使得傳感器輸出可以被用于確定自適應(yīng)功率接收器20的配置。
[0121]在開關(guān)64a_b斷開的情況下，遠(yuǎn)程裝置14中以高Q模式旁接的電路(例如整流電路22和負(fù)載30)變?yōu)轳詈系阶赃m應(yīng)功率接收器20，使得負(fù)載30可以從自適應(yīng)功率接收器20供電，潛在地增大自適應(yīng)功率接收器20的ESR并且將其轉(zhuǎn)換成低Q模式。從另一方面說，如果通過斷開開關(guān)64a-b，使能量從自適應(yīng)功率接收器20直接耦合到負(fù)載30，則存儲(chǔ)的能量被釋放到負(fù)載30中，從而將自適應(yīng)功率接收器20轉(zhuǎn)換成低Q模式。
[0122]通過在低Q模式和高Q模式之間循環(huán)，自適應(yīng)功率接收器20的有效Q可以隨時(shí)間而被控制。例如，通過改變開關(guān)64a_b的占空因數(shù)以在兩種模式之間切換，可以增大或減小自適應(yīng)功率接收器20的有效Q。高Q模式可以被保持足夠長(zhǎng)，以在給定耦合下存儲(chǔ)充足能量來建立足夠的電壓或電流，但是不足以建立比負(fù)載30所需的更多的電壓或電流。這可以使無線功率在非常寬的耦合上傳輸，而不用在遠(yuǎn)程裝置14中進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。例如，如果遠(yuǎn)程裝置14是非常松散的耦合，則可以增大占空因數(shù)來增加高Q模式的持續(xù)時(shí)間，從而允許自適應(yīng)功率接收器20存儲(chǔ)附加的能量。替代地，在增大的耦合狀態(tài)中，因?yàn)樵诘蚎模式中能量可以被更加容易地傳輸?shù)阶赃m應(yīng)功率接收器20，而在高Q模式中能量可以更加容易地存儲(chǔ)，所以可以減小占空因數(shù)來縮短高Q模式的持續(xù)時(shí)間。這種占空因數(shù)上的減小可以補(bǔ)償?shù)蚎模式中增加的能量傳輸和高Q模式中增加的能量存儲(chǔ)。通過增大或減小高Q模式和低Q模式之間的占空因數(shù)，自適應(yīng)功率接收器20可以控制接收到的功率量，例如包括控制接收器的橋電壓。
[0123]圖12A、12B和12C示出半周期自適應(yīng)諧振控制電路的電路示意圖。圖12D示出功率接收周期期間自適應(yīng)接收器電流波形的曲線圖。圖12A中所示的電流路徑圖示出Q控制FET處于高Q建立階段的第一部分波形，圖12B中所示的電流路徑圖示出Q控制FET在低Q功率收獲階段被關(guān)斷的第二部分波形，以及圖12C中所示的電流路徑圖示出Q控制FET仍然被關(guān)斷的最后一部分波形。整流器輸出處的波紋電壓通過以逐循環(huán)為基礎(chǔ)閉合Q控制開關(guān)而被減小。波紋電壓和大容量電容(bulk capacitance)還可以通過以每個(gè)周期兩次(或更多)為基礎(chǔ)閉合Q控制開關(guān)而被進(jìn)一步減小，其在圖22中被示出。這給予Rx具有其自身功率控制機(jī)制的能力。通過適當(dāng)?shù)囟〞r(shí)切換，可以增大Rx的動(dòng)態(tài)電壓范圍、功率范圍和效率。在一些實(shí)施例中，在L3電流零交叉點(diǎn)處的切換允許最有效的操作。
[0124]圖19A、19B、19C、19D和19E示出每個(gè)周期被控制兩次的自適應(yīng)諧振控制電路的電路示意圖。圖19E示出在功率接收周期期間的自適應(yīng)接收器電流波形的曲線圖。圖19A中所示的電流路徑圖示出Q控制FET處于高Q建立階段的第一部分波形，圖19B中所示的電流路徑圖示出Q控制FET在低Q功率收獲階段被關(guān)斷的第二部分波形。圖19C中所示的電流路徑圖示出Q控制FET在高Q階段被接通的第三部分波形，以及圖19D中所示的電流路徑圖示出Q控制FET在低Q功率收獲階段被關(guān)斷的最后一部分波形。
[0125]圖13A、13B、13C和13D示出了對(duì)于針對(duì)特定占空因數(shù)在一個(gè)功率接收周期期間的單個(gè)脈沖，橋電壓如何在多個(gè)功率接收周期上起作用來導(dǎo)通Q控制FET。圖13A圖示出在15%的單個(gè)功率接收周期內(nèi)導(dǎo)通Q控制FET之后橋電壓增大。圖13B圖示出在25%的單個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通Q控制FET之后橋電壓增大。圖13C圖示出在50%的單個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通Q控制FET之后橋電壓增大。圖13D和圖14圖示出在100%的單個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通Q控制FET之后橋電壓增大。如圖14中可見，閉合Q控制FET或者轉(zhuǎn)變到高Q模式能夠?qū)е略龃蟮木€圈電流或者能量積累，如標(biāo)記為I的標(biāo)志所指示的。當(dāng)處于高Q模式時(shí)，因?yàn)樨?fù)載從大容量電容汲取能量，接收器電壓可能下降，如標(biāo)記為2的標(biāo)志所指示的。以及，如標(biāo)記為3的標(biāo)志所指示的，一旦Q控制FET被斷開，或者發(fā)生到低Q模式的轉(zhuǎn)變，則能量的積累可能耗散至負(fù)載中并且為大容量電容補(bǔ)充能量。在每種情況下，在Q控制FET被導(dǎo)通的同時(shí)橋電壓下跌，并且一旦Q控制FET被關(guān)斷則橋電壓升高。通過在多個(gè)周期內(nèi)將Q控制FET的定時(shí)與接收電流同步，可以控制接收到的電壓和/或功率。
[0126]在所圖示的實(shí)施例中，自適應(yīng)功率接收器20包括單個(gè)次級(jí)線圈62，其能夠被用于高Q和低Q操作模式中。從而，單線圈接收器可以能夠在耦合狀態(tài)和負(fù)載30的寬范圍上有效地接收功率，而不使用附加線圈或昂貴的DC/DC轉(zhuǎn)換器以用于功率調(diào)節(jié)。也就是說，在一些實(shí)施例中，圖6和7中所圖示的調(diào)節(jié)器72是可選的，并且可以從電路中去除。在一個(gè)實(shí)施例中，這種能力使得遠(yuǎn)程裝置14能夠控制由發(fā)射器56所提供的場(chǎng)電平范圍上所接收到的功率量，而不使用復(fù)雜的通信和控制系統(tǒng)。換言之，遠(yuǎn)程裝置14可以僅從無線電源12接收其所期望的那樣多的功率，而不必將請(qǐng)求或信息傳送至無線電源12，并且不使用附加的功率調(diào)節(jié)電路。
[0127]在圖6中示出本發(fā)明的一個(gè)替代實(shí)施例，其中遠(yuǎn)程裝置14包括輔助接收器26，其類似于相對(duì)于圖4所描述的輔助接收器26。輔助接收器26能夠從無線功率發(fā)射器56接收無線功率，并且將輔助接收器26耦合到負(fù)載30。在所圖示的實(shí)施例中，將輔助接收器26通過整流電路22和5伏切換調(diào)節(jié)器72耦合到負(fù)載30。輔助接收器26可以與自適應(yīng)功率接收器20類似但有若干例外。例如，輔助接收器26可以在各種模式之間不可配置；相反，它可以被直接耦合到整流電路22和負(fù)載30。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在替代實(shí)施例中，輔助接收器26可以與自適應(yīng)功率接收器20類似地進(jìn)行配置，使得例如輔助接收器26可以被配置處于高Q模式中而自適應(yīng)功率接收器20處于低Q模式中，并且相反地，輔助接收器26可以被配置處于低Q模式中而自適應(yīng)功率接收器20處于高Q模式中。
[0128]在該實(shí)施例中，輔助接收器26包括輔助次級(jí)線圈67和輔助諧振電容器68，其類似于自適應(yīng)功率接收器20的次級(jí)線圈62和諧振電容器63。雖然被示為以并聯(lián)儲(chǔ)能電路配置，但是該實(shí)施例中的輔助次級(jí)線圈67和輔助諧振電容器68不限于這種配置。和次級(jí)線圈62和諧振電容器63類似，這些部件按照能夠感應(yīng)地接收功率的任意方式進(jìn)行布置。此夕卜，輔助諧振電容器68是可選部件，使得可以在沒有其的情況下，輔助次級(jí)線圈67可以感應(yīng)地接收功率。
[0129]圖6的所圖示的實(shí)施例中的遠(yuǎn)程裝置14還包括耦合到輔助接收器26的附加通信電路124和附加整流電路122。附加通信電路124可以與相對(duì)于圖4和6以上所描述的通信電路24類似，但可以能夠經(jīng)由輔助接收器26調(diào)制功率信號(hào)。此外，附加整流電路122可以與相對(duì)于圖3和5所描述的整流電路22類似，但可以整流輔助接收器26而非自適應(yīng)功率接收器20中所接收到的功率。
[0130]在圖6的所圖示的實(shí)施例中，如果遠(yuǎn)程裝置14中接收到的能量被耦合到低Q接收器中，則遠(yuǎn)程裝置14可以閉合開關(guān)64a-b，以對(duì)次級(jí)線圈62和諧振電容器63進(jìn)行分路來創(chuàng)建高Q諧振器。當(dāng)被分路時(shí)，高Q模式中的自適應(yīng)功率接收器可以將磁場(chǎng)延伸到輔助接收器26中，但是在分路中幾乎沒有能量損失，這是由于分路的低阻抗。將自適應(yīng)功率接收器20進(jìn)行分路可以在自適應(yīng)功率接收器中保持再循環(huán)電流的若干功率接收周期，或者可以以逐循環(huán)為基礎(chǔ)來執(zhí)行，其中分路根據(jù)占空因數(shù)進(jìn)行切換，或者可以應(yīng)用于每個(gè)周期的百分比部分。如果以逐循環(huán)為基礎(chǔ)來控制分路，則由輔助接收器26接收到的電壓可以以更高頻率循環(huán)。這樣可以允許更小的大容量電容器來濾除波紋電壓。通過在高Q和低Q模式之間調(diào)整自適應(yīng)功率接收器20的占空因數(shù)，自適應(yīng)功率接收器20可以調(diào)整次級(jí)線圈62中的電流量，從而調(diào)整輔助接收器26中接收到的功率量。例如，當(dāng)遠(yuǎn)程裝置14以更高耦合度接近發(fā)射器56來放置時(shí)，自適應(yīng)功率接收器的次級(jí)線圈62中的電流可以在高Q模式期間增大。為了補(bǔ)償這種增大并且防止遠(yuǎn)程裝置14受到過電壓，可以減小分路的占空因數(shù)，以減小由遠(yuǎn)程裝置14接收到的總功率。換言之，減小高Q模式的占空因數(shù)可以減小由遠(yuǎn)程裝置接收到的總功率。在一個(gè)實(shí)施例中，如上所述，自適應(yīng)功率接收器20可以通過整流電路22被可選地耦合到負(fù)載30以及輔助接收器26。通過這樣做，在低Q模式期間可以從自適應(yīng)功率接收器或輔助接收器取得功率，或者在替代實(shí)施例中可以從兩個(gè)線圈取得功率。接收到的能量可以取決于發(fā)射器與次級(jí)線圈62和輔助次級(jí)線圈62中的每個(gè)的耦合，以及次級(jí)線圈62和輔助次級(jí)線圈62中的每個(gè)的電感。
[0131 ] 如果由遠(yuǎn)程裝置14接收到的能量在高Q模式中從自適應(yīng)功率接收器20直接耦合至IJ負(fù)載30中，或者通過DC至DC轉(zhuǎn)換器耦合到負(fù)載30中，則在自適應(yīng)功率接收器20中的存儲(chǔ)能量可以被釋放到負(fù)載30中，創(chuàng)建低Q接收器。負(fù)載30被接入的占空因數(shù)隨時(shí)間控制自適應(yīng)功率接收器20的有效Q。在高Q模式中，自適應(yīng)功率接收器20可以在給定耦合下建立電流，但是被保持足夠長(zhǎng)時(shí)間以建立如由負(fù)載30所期望的那樣多的電壓。這可以允許在非常寬的耦合范圍上使用，而不用次級(jí)電壓調(diào)節(jié)。例如，如果遠(yuǎn)程裝置被非常松散地耦合，則可以增大占空因數(shù)來允許自適應(yīng)功率接收器20在高Q模式中存儲(chǔ)附加的能量。替代地，在增加的耦合狀態(tài)中，因?yàn)樵诘蚎模式中能量可能被更加容易地傳輸?shù)阶赃m應(yīng)功率接收器20，并且在高Q模式中能量可以被更加容易地存儲(chǔ)，所以可以減小占空因數(shù)來縮短高Q模式的持續(xù)時(shí)間。這種占空因數(shù)上的減小可以補(bǔ)償?shù)蚎模式中增加的能量傳輸和高Q模式中增加的能量存儲(chǔ)。
[0132]在圖6的所圖示的實(shí)施例中，遠(yuǎn)程裝置14可以包括DC至DC轉(zhuǎn)換器72，以調(diào)節(jié)從整流電路22、122輸出到負(fù)載30的功率。借助于DC至DC轉(zhuǎn)換器72，通過允許DC至DC轉(zhuǎn)換器72使用提供給整流電路22、122的能量，而不管跨越整流電路22、122的電壓如何，遠(yuǎn)程裝置14可以補(bǔ)償耦合中和負(fù)載30中的附加的和突然的變化。因此，控制器28可以響應(yīng)于耦合中和負(fù)載30中的變化，將調(diào)整更新的頻率減小至自適應(yīng)功率接收器20的循環(huán)，以便允許控制器28是成本更低的控制器。
[0133]現(xiàn)在參照?qǐng)D52-58來說明在高Q操作模式和低Q操作模式之間變化的系統(tǒng)模型。具體來說，描述了對(duì)用于無線功率傳輸應(yīng)用的切換串聯(lián)諧振接收器電路的分析和仿真。
[0134]參照?qǐng)D52，圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的無線功率發(fā)射器電路和遠(yuǎn)程裝置電路的一部分。遠(yuǎn)程裝置電路包括諧振儲(chǔ)能電路、橋式整流器和開關(guān)S，其中諧振儲(chǔ)能電路由電感器L3、電容器C3和電阻R3(L3的等效串聯(lián)電阻)構(gòu)成，橋式整流器由D1-D4、大容量存儲(chǔ)電容器Q、負(fù)載電阻&、電感器L2構(gòu)成，電感器L2通過互感M23鏈接到電感器L3并且承載正弦電流i2，該正弦電流“的固定角頻率ωα接近或等于L3和C3的諧振頻率，開關(guān)S的狀態(tài)(斷開或閉合)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重新配置。
[0135]圖53圖示出開關(guān)S閉合時(shí)的簡(jiǎn)化電路圖。為了易于解釋，通過由L2創(chuàng)建的時(shí)變通量而在電感器L3中感應(yīng)的電壓已經(jīng)被具有振幅OciM23I2的正弦電壓源Vs替代，其中12是正弦電流“的振幅。為了討論起見，二極管被認(rèn)為是理想的；類似地，開關(guān)S將被認(rèn)為是理
相的
心、U J O
[0136]閉合該開關(guān)將L3C3儲(chǔ)能電路與負(fù)載分離。圖53示出這種配置中的網(wǎng)絡(luò)。閉合該開關(guān)使輸出電壓短路到橋式整流器，將L3C3儲(chǔ)能電路與輸出電容Ctl和負(fù)載電阻&隔離。在此期間，電壓源vs使能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)能電路L3-C3中，而輸出電容器Ctl中的存儲(chǔ)電荷提供電流至負(fù)載電阻I。
[0137]圖53的網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)方程如下:
【權(quán)利要求】
1.一種用于從無線電源接收無線功率的遠(yuǎn)程裝置，所述遠(yuǎn)程裝置包括: 能夠通過感應(yīng)耦合從無線電源接收功率的自適應(yīng)功率接收器，所述自適應(yīng)功率接收器可配置成第一模式且可配置成第二模式； 用于接收所述自適應(yīng)功率接收器中生成的電功率的負(fù)載，其中在所述第一模式中，所述自適應(yīng)功率接收器能夠存儲(chǔ)從無線電源接收到的能量，其中在所述第二模式中，所述自適應(yīng)功率接收器將所述存儲(chǔ)的能量釋放到所述負(fù)載；以及 可操作地耦合到自適應(yīng)功率接收器的控制器，所述控制器能夠通過在所述第一模式和所述第二模式之間選擇性配置自適應(yīng)功率接收器，來控制從無線電源接收到的功率。
2.如權(quán)利要求1中要求保護(hù)的遠(yuǎn)程裝置，其中所述第一模式是高Q模式，以及所述第二模式是低Q模式。
3.如權(quán)利要求2中要求保護(hù)的遠(yuǎn)程裝置，其中所述控制器控制所述自適應(yīng)功率接收器處于所述高Q模式的持續(xù)時(shí)間，以便將自適應(yīng)功率接收器的有效Q保持在門限值以上或以下，從而提高無線電源和所述遠(yuǎn)程裝置之間功率傳輸?shù)男省?br> 4.如權(quán)利要求1中要求保護(hù)的遠(yuǎn)程裝置，其中所述自適應(yīng)功率接收器包括自適應(yīng)控制電路，該自適應(yīng)控制電路既能夠整流接收到的功率又能夠?qū)⒆赃m應(yīng)功率接收器在所述第一模式和所述第二模式之間進(jìn)行切換。
5.如權(quán)利要求4中要求保護(hù)的遠(yuǎn)程裝置，其中所述自適應(yīng)控制電路可配置用于對(duì)接收到的功率進(jìn)行半同步整流。
6.如權(quán)利要求4中要求保護(hù)的遠(yuǎn)程裝置，其中所述自適應(yīng)功率接收器包括次級(jí)儲(chǔ)能電路，以及其中所述自適應(yīng)控制電路包括能夠?qū)⑺龃渭?jí)儲(chǔ)能電路選擇性耦合到共用參考的至少兩個(gè)開關(guān)；` 其中激活所述至少兩個(gè)開關(guān)中的第一開關(guān)和第二開關(guān)，將所述次級(jí)儲(chǔ)能電路通過所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)兩者選擇性耦合到所述共用參考，從而將處于所述第一模式中的所述自適應(yīng)功率接收器配置成高Q諧振器；以及 其中激活所述第一開關(guān)并保持所述第二開關(guān)無效，能夠?qū)邮盏降墓β蔬M(jìn)行半同步整流，以及將處于所述第二模式中的所述自適應(yīng)功率接收器配置為低Q諧振器。
7.如權(quán)利要求4中要求保護(hù)的遠(yuǎn)程裝置，其中將所述自適應(yīng)功率接收器每個(gè)所述功率波長(zhǎng)兩次地從所述第一模式配置到所述第二模式。
8.如權(quán)利要求4中要求保護(hù)的遠(yuǎn)程裝置，其中控制器通過針對(duì)每個(gè)所述波長(zhǎng)控制所述第一模式相對(duì)于所述第二模式的占空因數(shù)，來控制由所述自適應(yīng)功率接收器所接收到的功率，其中增大所述占空因數(shù)增大所述自適應(yīng)功率接收器針對(duì)每個(gè)所述波長(zhǎng)處于所述第一模式的持續(xù)時(shí)間，以及其中減小所述占空因數(shù)減小所述自適應(yīng)功率接收器針對(duì)每個(gè)所述波長(zhǎng)處于所述第一模式的持續(xù)時(shí)間。
9.如權(quán)利要求8中要求保護(hù)的遠(yuǎn)程裝置，其中控制所述占空因數(shù)，以最小化提供給所述負(fù)載的所述功率的波紋，以及最小化用于緩沖提供給所述負(fù)載的所述功率的大容量電容。
10.如權(quán)利要求1中要求保護(hù)的遠(yuǎn)程裝置，其中所述第一模式是諧振，以及所述第二模式是高諧振模式。
11.如權(quán)利要求1中要求保護(hù)的遠(yuǎn)程裝置，其中從無線電源接收到的所述功率具有功率波長(zhǎng)，以及其中所述控制器每個(gè)所述功率波長(zhǎng)至少一次地將自適應(yīng)功率接收器從所述第模式選擇性配置到所述第二模式。
12.如權(quán)利要求1中要求保護(hù)的遠(yuǎn)程裝置，還包括輔助接收器，該輔助接收器能夠通過感應(yīng)耦合從無線電源接收功率，其中在所述第一模式中，所述自適應(yīng)功率接收器從所述無線電源提供功率至所述輔助接收器，并直接將提供功率旁路至所述負(fù)載，以及其中在所述第二模式中，所述自適應(yīng)功率接收器將功率直接提供至所述負(fù)載。
13.如權(quán) 利要求1所述的遠(yuǎn)程裝置，其中所述自適應(yīng)功率接收器在所述第一模式中具有相比所述第二模式的減小的等效串聯(lián)電阻。
14.如權(quán)利要求1中要求保護(hù)的遠(yuǎn)程裝置，其中所述控制器響應(yīng)于確定接收到的功率低于門限值，來控制所述自適應(yīng)功率接收器來增大接收到的功率量。
15.如權(quán)利要求1中要求保護(hù)的遠(yuǎn)程裝置，其中: 在初始化時(shí)，所述控制器確定所述自適應(yīng)功率接收器是緊密耦合到無線電源還是松散耦合到無線電源； 基于確定所述自適應(yīng)功率接收器是松散耦合的，所述控制器開始在所述第一和第二模式之間選擇性切換自適應(yīng)功率接收器；以及 基于確定所述自適應(yīng)功率接收器是緊密耦合的，所述控制器保持所述自適應(yīng)功率接收器處于所述第二模式。
16.如權(quán)利要求15中要求保護(hù)的遠(yuǎn)程裝置，其中所述自適應(yīng)功率接收器在無線電源和所述遠(yuǎn)程裝置之間的較大距離處變成松散耦合，以及所述自適應(yīng)功率接收器在無線電源和所述遠(yuǎn)程裝置之間的更緊接處變成緊密耦合。
17.如權(quán)利要求1中要求保護(hù)的遠(yuǎn)程裝置，其中所述自適應(yīng)功率接收器包括單個(gè)電感器，其能夠與無線電源感應(yīng)耦合。
18.一種用于在遠(yuǎn)程裝置中控制從無線電源接收到的功率的方法，所述方法包括: 在自適應(yīng)功率接收器中通過與無線電源的感應(yīng)耦合來接收功率； 在第一模式中選擇性配置自適應(yīng)功率接收器，其中自適應(yīng)功率接收器能夠存儲(chǔ)從無線電源接收到的能量；以及 在第二模式中選擇性配置自適應(yīng)功率接收器，其中自適應(yīng)功率接收器將存儲(chǔ)的能量釋放到負(fù)載。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中第一模式是高Q模式，以及第二模式是低Q模式。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括按照占空因數(shù)在第一模式和第二模式之間循環(huán)，以控制由自適應(yīng)功率接收器接收到的功率量。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中從無線電源接收到的功率具有功率波長(zhǎng)，以及其中所述循環(huán)按照每個(gè)功率波長(zhǎng)至少一次發(fā)生。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括每個(gè)功率波長(zhǎng)兩次地從第一模式循環(huán)到第二模式。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括增大所述循環(huán)的占空因數(shù)，以便增大自適應(yīng)功率接收器的有效Q。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括減小所述循環(huán)的占空因數(shù)，以便減小自適應(yīng)功率接收器的有效Q。
25.一種用于將無線功率發(fā)射至遠(yuǎn)程裝置的無線功率發(fā)射器，所述無線功率發(fā)射器包括: 能夠?qū)o線功率發(fā)射至遠(yuǎn)程裝置的自適應(yīng)功率發(fā)射器，所述自適應(yīng)功率發(fā)射器可配置成第一模式且可配置成第二模式； 其中在所述第一模式中，所述自適應(yīng)功率發(fā)射器具有第一諧振頻率，其中在所述第二模式中，所述自適應(yīng)功率發(fā)射器具有不同的第二諧振頻率；以及 可操作地耦合到自適應(yīng)功率接收器的控制器，所述控制器能夠通過在所述第一模式和所述第二模式之間選擇性配置自適應(yīng)功率發(fā)射器，來控制由無線電源發(fā)射的功率。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的無線功率發(fā)射器，其中所述自適應(yīng)功率發(fā)射器包括阻抗元件和開關(guān)，其中在所述第一模式中，所述開關(guān)被閉合并且所述阻抗元件被電連接到所述自適應(yīng)功率發(fā)射器，其中在所述第二模式中，所述開關(guān)被斷開并且所述阻抗元件從所述自適應(yīng)功率發(fā)射器電氣斷開。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的無線功率發(fā)射器，其中所述控制器能夠通過每個(gè)所發(fā)射的功率的波長(zhǎng)至少一次地將自適應(yīng)功率發(fā)射器從第一模式選擇性配置到第二模式，在所述第一模式和所述第二模式之間選擇性配置自適應(yīng)功率發(fā)射器，來控制發(fā)射到遠(yuǎn)程裝置的功率。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的無線功率發(fā)射器，其中所述控制器能夠通過每個(gè)所發(fā)射的功率的波長(zhǎng)至少兩次地將自適應(yīng)功率發(fā)射器從第一模式選擇性配置到第二模式，在所述第一模式和所述第二模式之間選擇性配置自適應(yīng)功率發(fā)射器，來控制發(fā)射到遠(yuǎn)程裝置的功率。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的無線功率發(fā)射器，其中所述控制器通過將自適應(yīng)功率發(fā)射器處于第一模式的持續(xù)時(shí)間相對(duì)于自適應(yīng)功率發(fā)射器處于第二模式的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行改變，來改變諧振頻率。
30.一種用于發(fā)射無線功率至遠(yuǎn)程裝置的無線功率發(fā)射器，所述無線功率發(fā)射器包括: 能夠發(fā)射無線功率至遠(yuǎn)程裝置的自適應(yīng)功率發(fā)射器，所述自適應(yīng)功率發(fā)射器可配置成第一模式且可配置成第二模式； 其中在所述第一模式中，所述自適應(yīng)功率發(fā)射器具有較低的Q因數(shù)，其中在所述第二模式中，所述自適應(yīng)功率發(fā)射器具有更高的Q因數(shù)；以及 可操作地耦合到所述自適應(yīng)功率接收器的控制器，所述控制器能夠通過在所述第一模式和所述第二模式之間選擇性配置所述自適應(yīng)功率接收器，來控制由無線電源發(fā)射的功率。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的無線功率發(fā)射器，其中所述自適應(yīng)功率發(fā)射器包括電阻器和開關(guān)，其中在所述第一模式中，所述開關(guān)被閉合并且所述電阻器被電連接到所述自適應(yīng)功率發(fā)射器，其中在所述第二模式中，所述開關(guān)被斷開并且所述電阻器與所述自適應(yīng)功率發(fā)射器電氣斷開。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的無線功率發(fā)射器，其中所述控制器能夠通過每個(gè)所發(fā)射的功率的波長(zhǎng)至少一次地將自適應(yīng)功率發(fā)射器從第一模式選擇性配置到第二模式，在所述第一模式和所述第二模式之間選擇性配置自適應(yīng)功率發(fā)射器，來控制發(fā)射到遠(yuǎn)程裝置的功率。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的無線功率發(fā)射器，其中所述控制器能夠通過每個(gè)所發(fā)射的功率的波長(zhǎng)至少兩次地將自適應(yīng)功率發(fā)射器從第一模式選擇性配置到第二模式，在所述第一模式和所述第二模式之間選擇性配置自適應(yīng)功率發(fā)射器，來控制發(fā)射到遠(yuǎn)程裝置的功率。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的無線功率發(fā)射器，其中所述控制器通過將自適應(yīng)功率發(fā)射器處于第一模式的持續(xù)時(shí)間相對(duì)于自適應(yīng)功率發(fā)射器處于第二模式的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行改變，來改變諧振頻率。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK103683522SQ201310166017
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月11日
【發(fā)明者】D·W·巴曼, C·J·摩爾, J·B·泰勒, M·J·諾爾康克, T·J·勒皮恩, S·A·莫爾馬, J·K·施萬內(nèi)克, B·C·梅斯, A·E·尤梅內(nèi), J·J·羅爾德, R·D·格魯伊奇 申請(qǐng)人:捷通國(guó)際有限公司