无线电力接收器和无线电力传输方法与流程

本公开涉及一种无线电力传输技术。更加特别地，本公开涉及一种能够通过使用谐振最大化电力传输效率的无线电力接收器和无线电力传输方法。

背景技术：
无线电力传送或者无线能量传输指的是向所期望的设备无线地传输电能的技术。在19世纪，已经广泛地使用了采用电磁感应原理的电动机或者变压器，并且然后已经提出了用于通过辐射诸如无线电波或者激光的电磁波而传送电能的方法。实际上，在日常生活中频繁地使用的电动牙刷或者电动剃刀是基于电磁感应原理而被充电的。电磁感应指的是电压被感应使得当在导体周围的磁场变化时电流流动的现象。虽然围绕小型装置电磁感应技术的商业化已经有了快速的进步，但是电力传送距离短。至今，无线电能传送方案包括基于除了电磁感应之外的谐振和短波射频的远程通讯技术。最近，在无线电力传送技术当中，采用谐振的电能传送方案已经被广泛地使用。在采用谐振的无线电力传输系统中，因为通过线圈无线地传输在无线电力传送器和无线电力接收器之间产生的电信号，所以用户可以容易地对诸如便携式装置的电器充电。然而，根据现有技术，存在对当在使用谐振接收电力的无线电力 接收器中将AC电力转换成DC电力时引起的电力损耗的限制。

技术实现要素：
本公开提供一种在无线电力传输技术中能够通过使用谐振最大化电力传输的效率的方法。本公开提供一种方法，该方法能够在使用谐振接收电力的无线电力接收器中通过减少当AC电力被转换成DC电力时引起的电力损耗来提高整流效率。本公开提供一种方法，该方法能够在使用谐振接收电力的无线电力接收器中通过减少将AC电力转换成DC电力的整流二极管的数目来减少成本和电路的尺寸。根据一个实施例，提供一种无线电力接收器，该无线电力接收器将从无线电力传送器无线地接收到的电力传输到负载。无线电力接收器包括：第一接收感应线圈，该第一接收感应线圈与接收谐振线圈耦合以接收AC电力；第一整流二极管，该第一整流二极管对通过第一接收感应线圈接收到的AC电力进行整流；第二接收感应线圈，该第二接收感应线圈被连接到第一接收感应线圈并且与接收谐振线圈耦合以接收AC电力；以及第二整流二极管，该第二整流二极管对通过第二接收感应线圈接收到的AC电力进行整流，其中无线电力接收器根据通过第一和第二接收感应线圈接收到的AC电力的极性变化来改变被提供给负载的电力的传输路径。其中第一整流二极管或者第二整流二极管根据AC电力的极性变化来整流AC电力。其中当AC电力的极性是正的时第一整流二极管被导通以传输电力到负载，并且当AC电力的极性是负的时第二整流二极管被导通以传 输电力到负载。无线电力接收器通过第一回路（loop）和第二回路将电力传输到负载。第一回路是通过第一接收感应线圈、第一整流二极管以及负载延伸的电力传输路径，并且第二回路是通过第二接收感应线圈、第二整流二极管以及负载延伸的电力传输路径。第一接收感应线圈的一个端子被连接到第二接收感应线圈的一个端子。第一和第二接收感应线圈在相同的方向上被缠绕。第一整流二极管包括：第一阳极，第一阳极被连接到第一接收感应线圈的相对端子；和第一阴极，该第一阴极被连接到负载的一个端子，第二整流二极管包括：第二阴极，该第二阴极被连接到第一阴极；和第二阳极，该第二阳极被连接到第二接收感应线圈的相对端子，第一接收感应线圈的一个端子和第二接收感应线圈的一个端子被连接到负载的相对端子，并且负载的相对端子被接地。实施例具有下述效果。首先，通过使用谐振能够最大化传输侧和接收侧之间的电力传输的效率。其次，通过能够减少当AC电力被转换成DC电力时引起的电力损耗的接收侧的配置能够提高整流效率。第三，能够减少用于将AC电力转换成DC电力的整流二极管的数目，使得能够减少成本并且能够减少电路的整个尺寸。同时，在实施例的描述中将会直接地和暗示地描述其它的各种效果。附图说明图1是示出根据一个实施例的无线电力传送系统的视图；图2是示出根据一个实施例的传送感应线圈的等效电路的电路图；图3是示出根据一个实施例的电源和无线电力传送器的等效电路的电路图；图4是根据一个实施例的无线电力接收器的等效电路的电路图；图5是示出根据一个实施例的无线电力接收器的电路图；图6是图示方案的电路图，通过该方案，当半周期（half-cycle）持续时间的正AC电流被施加到整流单元时根据实施例的无线电力接收器将电力传输到负载；图7是图示方案的电路图，通过该方案，当半周期持续时间的负AC电流被施加到整流单元时根据实施例的无线电力接收器将电力传输到负载；图8是示出根据另一实施例的无线电力接收器的电路图；图9是图示方案的电路图，通过该方案当半周期持续时间的正AC电流被施加到第一和第二接收感应线圈时根据另一实施例的无线电力接收器将电力传输到负载；图10是图示方案的电路图，通过该方案当半周期持续时间的负AC电流被施加到第一和第二接收感应线圈时根据另一实施例的无线电力接收器将电力传输到负载；图11是示出根据一个实施例的无线电力接收器的无线电力传送方法的流程图。具体实施方式在下文中，将会参考附图详细地描述示例性实施例，使得本领域的技术人员能够容易地实现实施例。图1是示出根据实施例的谐振型无线电力传输系统1000的电路图。参考图1，无线电力传输系统可以包括电源100、无线电力传送器200、以及无线电力接收器300。无线电力传送器200可以包括传输感应线圈210和传输谐振线圈220。无线电力接收器300可以包括接收谐振线圈310、接收感应线圈320以及整流单元330和负载340。电源100的两个端子被连接到传送感应线圈210的两个端子。传送谐振线圈220可以与传送感应线圈210隔开了预定的距离。接收谐振线圈310可以与接收感应线圈320隔开了预定的距离。接收感应线圈320的两个端子被连接到整流电流330的两个端子，并且负载340被连接到整流电路330的两个端子。根据一个实施例，负载340可以不被包括在无线电力接收器300中，并且可以被单独地配置。从电源100生成的电力被传送到无线电力传送器200。在无线电力传送器200中接收到的电力被传送到无线电力接收器300，该无线电力接收器300由于谐振现象与无线电力传送器谐振，即，具有与无线电力传送器200的谐振频率相同的谐振频率。在下文中，将更加详细地描述电力传送过程。电源100可以是用于供应具有预定的频率的AC电力的AC电源。AC电流通过从电源100提供的电力流过传送感应线圈210。如果AC电流流过传送感应线圈210，则AC电流由于电磁感应被感应到与传送感应线圈210物理地隔开的传送谐振线圈220。其后，通过谐振，在传送谐振线圈220中接收到的电力被传送到无线电力接收器300，无线电力接收器300与无线电力传送器200构成谐振电路。通过谐振，在相互阻抗匹配的两个LC电路之间能够传送电力。当与通过电磁感应传送的电力相比较时，能够以较高的效率更远地传送通过谐振传送的电力。接收谐振线圈310通过谐振从传送谐振线圈220接收电力。AC电流由于接收到的电力而流过接收谐振线圈310。由于电磁感应，在接收谐振线圈310中接收到的电力被传送到与接收谐振线圈310电感耦合的接收感应线圈320。在接收感应线圈320中接收到的电力通过整流电路330被整流并且被传送到负载340。图2是示出根据一个实施例的传送感应线圈210的等效电路的电路图。如在图2中所示，传送感应线圈210可以包括电感器L1和电容器C1，并且通过电感器L1和电容器C1可以构造具有所想要的电感和所想要的电容的电路。传送感应线圈210可以被构造成等效电路，其中电感器L1的两个端子被连接到电容器C1的两个端子。换言之，传送感应线圈210可以被构造为电感器L1被并联地连接到电容器C1的等效电路。电容器C1可以包括可变电容器，并且通过调整电容器C1的电容 可以执行阻抗匹配。传送谐振线圈220、接收谐振线圈310以及接收感应线圈320的等效电路可以与在图2中示出的等效电路相同。图3是示出根据一个实施例的电源100和无线电力传送器200的等效电路的电路图。如在图3中所示的，通过使用分别具有预定的电感和电容的电感器L1和L2以及电容器C1和C2可以构造传送感应线圈210和传送谐振线圈220。图4是示出根据一个实施例的无线电力接收器300的等效电路的电路图。如在图4中所示，通过使用分别具有预定的电感和电容的电感器L3和L4以及电容器C3和C4可以构造接收谐振线圈310和接收感应线圈320。整流电路330可以包括二极管D1和整流电容器C5并且可以通过将AC电力转换成DC电力来输出DC电力。详细地，整流电路330可以包括整流器和平滑电路。整流器可以包括硅整流器。平滑电路能够输出平滑DC电力。虽然负载340被表示为1.3V的DC电力，但是负载340可以是预定的可充电电池或者要求DC电力的装置。然而，1.3V的DC电源仅是一个示例。将会参考图5至图7描述根据实施例的无线电力接收器400的配置和将电力传输到负载440的电力传送方案。图5是示出根据另一实施例的无线电力接收器400的电路图。参考图5，无线电力接收器400可以包括接收谐振线圈410、接收感应线圈420、整流单元430、以及负载440。在实施例中，负载440可以不被包括在无线电力接收器400中，而是可以被配置为单独的元件。负载440可以是被充电的装置，诸如电池，但是实施例不限于此。接收谐振线圈410以非辐射方案通过谐振从传送侧接收电力。在接收谐振线圈410中接收到的电力可以包括AC电力。接收谐振线圈410可以包括具有预定的电感值的电感器L3和具有的预定的电容值的电容器C3。电感器L3可以被串联地连接到电容器C3。接收感应线圈420可以通过电磁感应从接收谐振线圈410无线地接收电力。接收感应线圈420可以包括具有预定的电感值的电感器L4和具有预定的电容值的电容器C4。电感器L4可以被串联地连接到电容器C4。整流单元430可以将在接收感应线圈420中接收到的AC电力转换成DC电力。整流单元430可以包括整流器431和平滑电路432。整流器431可以包括至少一个二极管。根据实施例，二极管可以是硅二极管，但是实施例不限于此。根据一个实施例，尽管整流器431可以通过使用一个二极管来执 行整流功能，但是整流器431可以优选地包括至少一个二极管。如在图5中所示，整流器431可以包括桥接二极管。桥接二极管是四个二极管被相互连接以执行整流功能的电路结构。整流器431执行将接收到的AC电力转换成DC电力的整流功能。根据实施例，因为电力与电压或者电流成比例，所以为了便于解释假定电力、电压、以及电流具有相同的概念。整流功能指的是允许电流仅在一个方向上流动的功能。换言之，整流器431的正向电阻低，并且整流器431的反向电阻足够大，使得电流可以在一个方向上流动。平滑电路432可以通过从整流器431的DC输出功率去除波纹分量（ripplecomponent）来输出稳定的DC电流。平滑电路432可以包括用于平滑的电容器。从平滑电路432输出的电流电力可以被传输到负载440。图6是图示当半周期持续时间的正AC电流被施加到整流单元430时根据实施例的无线电力接收器400的电力传输方案的电路图。在下文中，假定在下面的描述中被施加到整流单元430的AC电流具有正弦波形。正弦波形仅是一个示例。作为一个示例，整流器431是包括第一整流二极管431a、第二整流二极管431b、第三整流二极管431c以及第四整流二极管431d的二极管桥。参考图6，在图6中描述了线“A”，其指示其中当与半周期持续时间相对应的正AC电流被施加到整流单元430时电流流动的方向。如果半周期持续时间的正AC电流被施加到整流单元430，诸如AC电流方向线A，则AC电流流过第一整流二极管431a、平滑电路432、负载440以及第二整流二极管431b。如果假定5V的电压被施加到整流单元430并且0.7V的电压被施加到整流器431的每个整流二极管，则因为被施加到第一和第二整流二极管431a和431b的电压是1.4V，所以被施加到负载440的电压可以是3.6V。图7是图示方案的电路图，通过该方案当负AC电流被施加到整流单元430时根据实施例的无线电力接收器400将电力传输到负载440。如果半周期持续时间的负AC电流被施加到整流单元430，诸如AC电流方向线B，则AC电流流过第三整流二极管431c、平滑电路432、负载440以及第四整流二极管431d。如果假定5V的电压被施加到整流单元430并且0.7V的电压被施加到整流器431的每个整流二极管，则因为被施加到第三和第四整流二极管431c和431d的电压是1.4V，所以被施加到负载440的电压可以是3.6V。在下文中，将会参考图8至图10描述根据另一实施例的无线电力接收器400的电力传输方案。图8是示出根据又一实施例的无线电力接收器400的电路图。参考图8，无线电力接收器400可以包括接收谐振线圈410、接收感应线圈单元450、整流单元460、以及负载440。在实施例中，负载440可以不被包括在无线电力接收器400中，而是可以被配置为单独的元件。负载440可以是被充电的装置，诸如电池，但是实施例不限于此。接收谐振线圈410可以包括具有预定的电感值的电感器L3和具有的预定的电容值的电容器C3。电感器L3可以被串联地连接到电容器C3。接收感应线圈单元450可以包括第一接收感应线圈451和第二接收感应线圈452。第一接收感应线圈451可以包括具有预定的电感值的电感器L4和具有预定的电容值的电容器C4。电感器L4可以被串联地连接到电容器C4。第二接收感应线圈452可以包括具有预定的电感值的电感器L5和具有预定的电容值的电容器C5。电感器L5可以被串联地连接到电容器C5。整流单元460可以包括第一整流二极管461、第二整流二极管462以及平滑电路432。电感器L4具有被连接到电容器C4的一个端子的一个端子和被连接到电感器L5的一个端子的相对的端子。电容器C4的相对端子可以被连接到第一整流二极管461的第一阳极。电感器L5具有被连接到电感器L4的相对端子的一个端子和被连接到电容器C5的一个端子的相对端子。电容器C5的相对端子可以被连接到第二整流二极管462的第二阳极。第一整流二极管461的第一阴极可以被连接到平滑电容器C的一个端子和第二整流二极管462的第二阴极。平滑电容器C的一个端子可以被连接到负载440的一个端子、第一整流二极管461的第一阴极以及第二整流二极管462的第二阴极，并且平滑电容器C的相对端子可以被接地。负载440的相对端子可以被连接到电感器L4的相对端子和电感器L5的一个端子。接收谐振线圈410以非辐射方案通过谐振从传送侧接收电力。在接收谐振线圈410接收到的电力可以包括AC电力。接收感应线圈单元450可以将通过电磁感应从接收谐振线圈410接收到的电力传输到整流单元460。第一和第二接收感应线圈451和452可以通过电磁感应从接收谐振线圈410接收电力。整流单元460将从接收感应线圈单元450接收到的电力传输到负载440。第一整流二极管461根据被施加到第一接收感应线圈451的AC电流的极性可以允许AC电流由此通过或者可以阻挡AC电流。由于整流二极管的特性，电流根据AC电力的极性在一个方向上流动。例如，当被施加到第一整流二极管461的AC电流的极性是正的时，第一整流二极管461允许电流由此流过。另外，当被施加到第一整流二极管461的AC电流的极性是负的时，第一整流二极管461阻挡电流。当由于极性变化而阻挡电流时，整流二极管的电阻值被增加使得整流二极管被操作为像电路被断开一样。像第一整流二极管461一样，根据被施加到第二接收感应线圈452的AC电流的极性第二整流二极管462允许AC电流流过或者被阻挡。平滑电路432可以通过从整流单元460的DC输出功率去除波纹分量输出稳定的DC电流。平滑电路432可以包括平滑电容器C。从平滑电路432输出的DC电流可以被传输到负载440。当与在图5中描述的无线电力接收器400的电力损耗相比较，可以更多地减少在图8中描述的无线电力接收器400的电力损耗，下面将会详细地加以描述。图9是图示方案的电路图，通过该方案当半周期持续时间的正AC电流被施加到第一和第二接收感应线圈451和452时根据另一实施例的无线电力接收器400将电力传输到负载440。如在图9中所示，在电感器L3的一个端子和电感器L4的一个端子处描述了点（dot）。点表示电感器L4和L5的线圈在相同方向上被缠绕。即，这意味着电压（电流）在相同的方向上被施加到电感器L4和L5。在下文中，在下面的描述中假定被施加到第一和第二接收感应线 圈451和452的AC电流具有正弦波形。正弦波形仅是一个示例。此外，假定当电流流过第一和第二整流二极管461和462时被施加的电压是0.7。0.7V的电压仅是一个示例。当半周期的正AC电压被施加到电感器L4的两个端子时，相同的正AC电压可以被施加到电感器L5的两个端子。参考图9，被施加到电感器L4的两个端子和电感器L5的两个端子的半周期的正AC电压被标注有正的（+）和负的（-）标记。在这样的情况下，在一个半周期期间第一整流二极管461允许正AC电流由此通过，但是在其它的半周期期间第二整流二极管462禁止正AC电流由此通过。参考图9，描述了线F1，该线F1表示其中当与半周期持续时间相对应的正AC电流被施加到电感器L4的两个端子和电感器L5的两个端子时电流流动的方向。电流方向线F1表示AC电流在无线电力接收器400中流动的方向。如果半周期持续时间的正AC电流被施加到电感器L4的两个端子和电感器L5的两个端子，诸如AC电流方向线F1，则AC电流流过电感器L4、电容器C4、第一整流二极管461、平滑电容器C以及负载440。正AC电流可以在反向偏置方向上被施加到第二整流二极管462使得可以阻挡电流的流动。即，第二整流二极管462作为断开的电路被操作。如果假定5V的电压可以被施加到每个电感器L4和L5的两个端子，则虽然0.7V被施加到第一整流二极管461，但是电压没有被施加到第二整流二极管462，使得被施加到负载440的电压可以是4.3V。不同于因为二极管桥被用作整流单元430所以电流通过整流二极管两次的图6的情况，根据图8的实施例的无线电力接收器400仅通过一个整流二极管将电力提供给负载440，使得可以增加被传输的电力。与根据在图6中示出的实施例的无线电力接收器400的电力损耗相比较，根据在图9中示出的实施例的无线电力接收器400可以将电力损耗减少了一半。如果根据图6的实施例的无线电力接收器的整流效率大约是90%，则根据图9的实施例的无线电力接收器的整流效率大约是95%。即，电力损耗可以从10%减少到5%。整流效率可能意味着从接收感应线圈施加到整流电路的电力与被传输到负载440的电力的比率。虽然根据图6的实施例的无线电力接收器使用四个整流二极管，但是根据图9的实施例的无线电力接收器使用两个整流二极管，使得可以减少成本并且可以减少整个电路的尺寸。图10是图示当半周期持续时间的负AC电流被施加到第一和第二接收感应线圈451和452时根据另一实施例的无线电力接收器400的电力传输方案的电路图。参考图10，描述了线F2，该线F2表示其中当与半周期持续时间相对应的负AC电流被施加到电感器L4的两个端子和电感器L5的两个端子时电流流动的方向。电流方向线F2表示AC电流在无线电力接收器400中流动的方向。如果半周期持续时间的负AC电流被施加到电感器L4的两个端子和电感器L5的两个端子，诸如AC电流方向线F2，AC电流流过电感 器L5、电容器C5、第二整流二极管462、平滑电容器C以及负载440。负AC电流可以在正向偏置方向上被施加到第一整流二极管461使得可以阻挡电流的流动。即，第一整流二极管461作为断开的电路被操作。如果假定5V的电压可以被施加到每个电感器L4和L5的两个端子，则虽然0.7V被施加到第二整流二极管462，但是电压没有被施加到第一整流二极管461，使得被施加到负载440的电压可以是4.3V。因此，即使负AC电流被施加到第一和第二接收感应线圈451和452，也可以获得在图9中描述的效率。图11是示出根据一个实施例的无线电力接收器的无线电力传送方法的流程图。无线电力接收器400的配置与在图8中描述的相同。首先，在步骤S101中，接收谐振线圈410通过使用谐振从无线电力传送器200接收电力。接收到的电力可以是一种AC电力。然后，在步骤S103中，接收感应线圈单元450通过电磁感应从接收谐振线圈420接收AC电力。在实施例中，接收到的电力可以是一种AC电力。如果在步骤S105中接收到的电力是正AC电力。在步骤S107中在一个半周期期间无线电力接收器400通过第一回路将电力传输到负载。在实施例中，第一回路可以意味着具有其中沿着在图9中描述的AC电流方向线F1电感器L4、电容器C4、第一整流二极管461以及负载440被相互连接的配置的回路。如果在步骤S105中接收到的电力是负AC电压。在步骤S109中在另一个半周期期间无线电力接收器400通过第二回路将电力传输到负载440。在实施例中，第二回路可以意味着具有其中沿着在图10中描述的AC电流方向线F2电感器L5、电容器C5、第二整流二极管462以及负载440被相互连接的配置的回路。不同于因为整流单元430的二极管桥被用作整流单元430所以电流通过整流二极管两次的图6的情况，无线电力接收器400仅通过一个整流二极管将电力提供给负载440，使得可以增加被传输的电力。即，二极管电压下降出现一次，使得减少当AC电力被转换成DC电力时引起的电力损耗，因此可以提高整流效率。此外，无线电力接收器400的无线电力传输方案使用两个整流二极管使得可以减少成本并且可以减少整个电路的尺寸。无线电力接收器400可以被安装在诸如便携式电话、智能电话、膝上型计算机、数字广播终端、PDA（个人数字助理）、PMP（便携式多媒体播放器）、或者导航终端的移动终端上。另外，本领域的技术人员将会容易地理解，根据在本公开中描述的实施例的配置可以应用于诸如数字TV或者桌上型计算机的固定终端以及移动终端。虽然已经参照其多个说明性实施例描述了实施例，但是应该理解，本领域的技术人员可以设计出落入本公开的原理的精神和范围内的许多其它修改和实施例。更加具体地，在本公开、附图、和所附权利要求书的范围内，在主题组合布置的组件部分和/或布置方面，各种变化和修改都是可能的。除了组件部分和/或布置方面的变化和修改之外，对于本领域的技术人员来说，替代使用也将是显而易见的。