用于向无线功率接收器提供无线充电功率的方法和装置制造方法
【专利摘要】公开了用于向无线功率接收器传送充电功率的方法和装置。该方法包括：通过施加具有不同功率电平的不同的检测功率来检测无线功率接收器；施加驱动功率以驱动所检测到的无线功率接收器；使用驱动功率从所检测到的无线功率接收器接收用于通信的请求信号；确定是否让所检测到的无线功率接收器订阅无线功率网络；向所检测到的无线功率接收器传送对于用于通信的请求信号的响应信号，响应信号指示所检测到的无线功率接收器是否订阅无线功率网络；并且当所检测到的无线功率接收器订阅无线功率网络时，向所检测到的无线功率接收器传送充电功率。
【专利说明】用于向无线功率接收器提供无线充电功率的方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明一般涉及无线功率传送器和控制无线功率传送器的方法，更加具体地，涉 及用于向无线功率接收器传送无线充电功率的无线功率传送器和方法。
【背景技术】
[0002] 移动终端，诸如蜂窝式电话、个人数字助理（PDA)等，通过充电电池供电，充电电 池由使用单独的（separate)充电设备提供的电能来充电。例如，对于外表面上具有接触端 子的充电设备和电池，通过将它们的接触端子彼此接触来将电池电连接到充电设备。然而， 当使用这样的接触充电方法时，因为接触端子暴露在充电设备和电池的外表面，接触端子 容易被污垢污染或者容易在暴露在湿气中时被腐蚀。显然，任何污染或腐蚀将负面地影响 充电。
[0003] 为了解决这个问题，已经开发了无线充电或无接触充电技术。
[0004] 无线充电技术使用无线功率传送和接收。例如，蜂窝式电话的电池能够仅仅通过 将蜂窝式电话放置在充电板上来进行无线充电，而无需连接或插上单独的充电连接器。无 线充电技术通常被应用到电动牙刷或剃须刀。
[0005] 存在许多不同的无线充电技术，即，使用线圈的电磁感应法、使用共振的共振法、 以及将电能转换为微波以用于传输的射频（RF) /微波辐射法。
[0006] 电磁感应法在初级线圈和次级线圈之间转换功率。具体地说，移动磁铁通过线圈 产生感生电流，在传送端处从感生电流中产生磁场，并且在接收端处的磁场变化感生出电 流以便在其中生成能量。这个现象通常被称为磁感应，而基于磁感应的功率传输方法提供 了优越的能量传输效率。
[0007] 共振法使用基于親合模理论（Coupled Mode Theory)的基于共振的功率传输原 理，即，被放置在酒杯旁边的音叉使得酒杯以相同的频率鸣响的物理概念。然而，在基于共 振的功率传输中，共振的电磁波携载电能，而不是共振的声音。电磁波的共振的电能被直接 传递到具有相同共振频率的设备，而能量的未使用部分被重新吸收到磁场中，而不是消散 在空中。结果，共振的电能不被认为对周围的机器或人体有害。
【发明内容】
[0008] 技术问题
[0009] 虽然已经对无线充电方法进行了各种研宄，但是还没有提供优先化无线充电、搜 索无线功率传送器/接收器、选择无线功率传送器和接收器之间的通信频率、调整无线功 率、选择匹配电路、在单一充电周期中为每个无线功率接收器分配通信时间等的标准。关于 这一点，存在对于与由无线功率传送器检测无线功率接收器的方法相关的标准化的需求。
[0010] 技术方案
[0011] 本发明被设计来解决至少上述问题和/或缺点，并提供至少下述优点。
[0012] 因此，本发明的一个方面提供用于无线功率传送器的一般操作的标准。
[0013] 本发明的另一个方面提供用于由无线功率传送器检测无线功率接收器的结构和 过程。
[0014] 根据本发明的一个方面，提供了用于向无线功率接收器传送充电功率的方法。该 方法包括：通过施加具有不同功率电平的不同的检测功率来检测无线功率接收器；施加驱 动功率以驱动所检测到的无线功率接收器；使用驱动功率从所检测到的无线功率接收器接 收用于通信的请求信号；确定是否让所检测到的无线功率接收器订阅无线功率网络；向所 检测到的无线功率接收器传送对于用于通信的请求信号的响应信号，响应信号指示所检测 到的无线功率接收器是否订阅无线功率网络；并且当所检测到的无线功率接收器订阅无线 功率网络时，向所检测到的无线功率接收器传送充电功率。
[0015] 根据本发明的另一个方面，提供了用于向无线功率接收器传送充电功率的无线功 率传送器。该无线功率传送器包括：共振器，用于向无线功率接收器传送充电功率；控制 器，用于通过施加具有不同功率电平的检测功率检测无线功率接收器，并控制共振器施加 驱动功率以驱动所检测到的无线功率接收器；以及通信单元，用于使用驱动功率从所检测 到的无线功率接收器接收用于通信的请求信号。控制器确定是否让所检测到的无线功率接 收器订阅无线功率网络，控制通信单元向无线功率接收器传送对于用于通信的请求信号的 响应信号，响应信号指示所检测到的无线功率接收器是否订阅无线功率网络，并且当所检 测到的无线功率接收器订阅无线功率网络时，控制共振器向所检测到的无线功率接收器发 送充电功率。
[0016] 根据本发明的另一个方面，提供了用于由无线功率传送器检测无线功率接收器的 方法。该方法包括：在第一时间段向无线功率传送器的共振器施加第一检测功率；向共振 器施加第二检测功率；在第一检测功率或第二检测功率被施加的同时，识别超过预定阈值 的负载变化；并且基于所识别的负载变化检测无线功率接收器。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 从以下参考附图的说明中，本发明的某些实施例的上述以及其它方面、特征、以及 优点将变得更加清楚，其中：
[0018] 图1示出了根据本发明实施例的无线充电系统；
[0019] 图2a是示出根据本发明实施例的无线功率传送器和无线功率接收器的框图； [0020] 图2b是示出根据本发明实施例的无线功率接收器的框图；
[0021] 图3是示出根据本发明实施例的控制无线功率传送器/接收器的方法的流程图；
[0022] 图4示出了检测无线功率接收器的传统方法；
[0023] 图5示出了检测无线功率接收器的传统方法；
[0024] 图6示出了根据本发明实施例的检测无线功率接收器的方法；
[0025] 图7示出了根据本发明实施例的检测相对较小的无线功率接收器的方法；
[0026] 图8是示出根据本发明实施例的控制无线功率传送器的方法的流程图；
[0027] 图9示出了根据本发明实施例的检测无线功率接收器的方法；
[0028] 图10示出了根据本发明实施例的检测相对较小的无线功率接收器的方法；
[0029] 图11是示出根据本发明实施例的控制无线功率传送器的方法的流程图；
[0030] 图12示出了根据本发明实施例的检测无线功率接收器的方法；
[0031] 图13a到图13c是示出根据本发明的各种实施例的检测到的由无线功率传送器施 加的功率的示图。
【具体实施方式】
[0032] 现在将参考附图详细描述本发明的各种实施例。在下面的描述中，诸如详细配置 和组件的具体细节仅仅被提供用来帮助对本发明的这些实施例的全面理解。因此，本领域 技术人员应当清楚，能够对这里描述的实施例进行各种变化和修改，而不脱离本发明的范 围和精神。此外，为了清楚和简明，对熟知功能和结构的描述被省略。
[0033] 图1示出了根据本发明实施例的无线充电系统。
[0034] 参考图1，无线充电系统包括无线功率传送器100和无线功率接收器110-1、110-2 和110_n。例如，无线功率接收器110_1、110_2和110_n可以实现在移动通彳目终端、个人数 字助理（PDA)、便携式多媒体播放器（PMP)、智能电话等中。
[0035] 无线功率传送器100向经由预定的认证程序认证的无线功率接收器110-1U10-2 和110-n无线地传送功率1-1、1-2和1-n。
[0036] 无线功率传送器100与无线功率接收器110-1、110-2和110-n进行电连接。例如， 无线功率传送器100以电磁波形（electromagnetic waveform)向无线功率接收器110-1、 110-2和110-n传送无线功率。
[0037] 无线功率传送器100还与无线功率接收器110-1、110-2和110-n执行双向通信。 无线功率传送器100和无线功率接收器110-1U10-2和110-n处理和传送/接收包括以下 将被更详细地描述的某些帧的分组201、202和2-n。
[0038] 无线功率传送器100向无线功率接收器110-1、110-2和110-n提供无线功率，例 如，基于共振法。
[0039] 当共振法被无线功率传送器100使用时，在无线功率传送器100和无线功率接收 器110-1、110-2和110-n之间的距离可以是30米或更少。但是，当电磁感应法被无线功率 传送器100使用时，在无线功率传送器100和无线功率接收器110-1、110-2和110-n之间 的距离可以是10厘米或更少。
[0040] 无线功率接收器110-1、110-2和110-n中的每一个使用从无线功率传送器100接 收的无线功率为其中的电池充电。无线功率接收器11〇-1、11〇_2和110-n还向无线功率传 送器100传送信号，请求无线功率传输、用于无线功率接收的信息、关于无线功率接收器的 状态的信息、无线功率传送器的控制信息等，这些将在以下更详细地描述。
[0041] 无线功率接收器110-1、110-2和110-n向无线功率传送器100传送指示各自的充 电状态的消息。
[0042] 例如，无线功率传送器100可以包括显示器，显示器基于从无线功率接收器 110-1U10-2和110-n接收的各自的消息显示无线功率接收器110-1U10-2和110-n的各 自的状态。无线功率传送器100还可以显示直到对各自的无线功率接收器110-1、110-2和 110-n充电完成为止的剩余时间的估计。
[0043] 无线功率传送器100向无线功率接收器110-1、110-2和110-n中的每一个传送控 制信号以禁用其无线充电功能。在从无线功率传送器100接收控制信号之后，无线功率接 收器110-1、110-2和110-n禁用它们自己的无线充电功能。
[0044] 图2a是示出根据本发明实施例的无线功率传送器和无线功率接收器的框图。
[0045] 参考图2a，无线功率传送器200包括功率传送器211、控制器212、以及通信单元 213,例如，收发器。无线功率接收器250包括功率接收器251、控制器252、以及通信单元 253,例如，收发器。
[0046] 功率传送器211向无线功率接收器250无线地传送功率。这里，功率传送器211 可以以交流电（AC)波形供应功率，或者可以使用逆变器（未示出）将直流（DC)形式的功 率转换为AC波形。
[0047] 功率传送器211可以实施为内置电池或实施为从外部源接收功率的功率接收接 口。本领域普通技术人员将容易地理解功率传送器211不限于此，而是可以通过以AC波形 提供功率的另一个硬件设备来实施。
[0048] 此外，功率传送器211向无线功率接收器250,即，功率接收器251提供AC波形作 为电磁波。例如，功率传送器211可以包括环形线圈以传送和接收电磁波，其中，环形线圈 的电感L可以是可变的。
[0049] 控制器212控制无线功率传送器200的一般操作。例如，控制器212可以通过使 用控制算法、程序、从存储器（storage memory)(未示出）读取的应用来控制无线功率传送 器200的一般操作。控制器212可以实施为中央处理单元（CPU)、微处理器、迷你计算机等。
[0050] 通信单元213以预定的通信方法与无线功率接收器250,即，通信单元253进行通 信。例如，通信单元213使用近场通信（NFC)、Zigbee通信、红外通信、紫外线通信等与无线 功率接收器250的通信单元253进行通信。更具体地说，通信单元213可以使用电气和电子 工程师协会（IEEE)802. 15. 4Zigbee通信方法或具有冲突避免的载波侦听多路访问（CSM/ CA)算法。
[0051] 通信单元213传送无线功率传送器200的信息信号。例如，通信单元213可以单 播、多播、或广播信息信号。
[0052] 以下表1示出了从无线功率传送器200传送的信息信号的数据结构的示例。例如， 无线功率传送器200可以以预定的间隔传送在表1中示出的信号，其中，该信号被称为通知 信号（notice signal) 〇
[0053] 表 I
[0054] [表 1]
【权利要求】
1. 一种用于由无线功率传送器向无线功率接收器无线传送充电功率的方法，该方法包 括： 通过施加具有不同功率电平的不同的检测功率来检测所述无线功率接收器； 施加驱动功率W驱动所检测到的无线功率接收器； 使用所述驱动功率从所检测到的无线功率接收器接收用于通信的请求信号； 确定是否让所检测到的无线功率接收器订阅无线功率网络； 向所检测到的无线功率接收器传送对于用于通信的请求信号的响应信号，所述响应信 号指示所检测到的无线功率接收器是否订阅所述无线功率网络；W及 当所检测到的无线功率接收器订阅所述无线功率网络时，向所检测到的无线功率接收 器传送充电功率。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，检测所述无线功率接收器包括： 在第一时间段施加第一检测功率； 施加与第一检测功率处于不同的功率电平的第二检测功率； 在第一检测功率或第二检测功率被施加的同时，识别超过预定阔值的负载变化；并且 基于所识别的负载变化检测所述无线功率接收器。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，第一检测功率足够驱动所述无线功率接收器和为 所述无线功率接收器供电W进行通信。
4. 如权利要求2所述的方法，其中，第一时间段足够长W驱动所述无线功率接收器和 为所述无线功率接收器供电W进行通信。
5. 如权利要求2所述的方法，其中，第二检测功率具有将检测所述负载变化的最小功 率电平。
6. 如权利要求2所述的方法，其中，第二检测功率具有将检测关于第一类别中的无线 功率接收器的负载变化的最小功率电平。
7. 如权利要求2所述的方法，还包括施加与第一检测功率处于不同的功率电平的另一 个第二检测功率， 其中，在施加第二检测功率之后的预定的时间间隔之后施加所述另一个第二检测功 率。
8. -种用于向无线功率接收器传送充电功率的无线功率传送器，该无线功率传送器包 括： 共振器，用于向所述无线功率接收器传送充电功率； 控制器，用于通过施加具有不同功率电平的检测功率来检测所述无线功率接收器，W及控制所述共振器施加驱动功率W驱动所检测到的无线功率接收器；W及 通信单元，用于使用所述驱动功率从所检测到的无线功率接收器接收用于通信的请求 信号， 其中，所述控制器确定是否让所检测到的无线功率接收器订阅无线功率网络，控制所 述通信单元向所述无线功率接收器传送对于用于通信的请求信号的响应信号，所述响应信 号指示所检测到的无线功率接收器是否订阅所述无线功率网络，并且当所检测到的无线功 率接收器订阅所述无线功率网络时，控制所述共振器向所检测到的无线功率接收器传送所 述充电功率。
9. 如权利要求8所述的无线功率传送器，其中，所述控制器在第一时间段施加第一检 测功率，施加具有不同于第一检测功率的功率电平的第二检测功率，在第一检测功率或第 二检测功率被施加的同时识别超过预定阔值的负载变化，并且基于所识别的负载变化检测 所述无线功率接收器。
10. 如权利要求9所述的无线功率传送器，其中，第一检测功率检测消耗功率相对较低 的无线功率接收器，而第二检测功率检测消耗功率相对较高的无线功率接收器。
11. 如权利要求10所述的无线功率传送器，其中，所述控制器施加第一检测功率和第 二检测功率，在第一检测功率和第二检测功率之间有预定的时间间隔。
12. 如权利要求11所述的无线功率传送器，其中，消耗功率相对较低的无线功率接收 器包括第一类别中的无线功率接收器。
13. 如权利要求11所述的无线功率传送器，其中，如果无线功率传送器处于第一等级， 则消耗功率相对较高的无线功率接收器包括第=类别中的无线功率接收器， 其中，如果所述无线功率传送器处于第二等级，则消耗功率相对较高的无线功率接收 器包括第四类别中的无线功率接收器，并且 其中，如果所述无线功率传送器处于第S等级，则消耗功率相对较高的无线功率接收 器包括第五类别中的无线功率接收器。
14. 如权利要求11所述的无线功率传送器，其中，当所述无线功率接收器在第一检测 功率或第二检测功率被施加的同时被检测到时，所述控制器施加所述驱动功率W驱动所述 无线功率接收器W及为所述无线功率接收器供电W进行通信。
15. 如权利要求14所述的无线功率传送器，其中，所述驱动功率低于第一检测功率并 高于第二检测功率。
【文档编号】H02J17/00GK104471834SQ201380036897
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年7月9日 优先权日:2012年7月9日
【发明者】李炅雨, 边江虎, 郑熙远 申请人:三星电子株式会社