控制无线功率传输系统中的功率的制作方法

本发明涉及对无线功率传输系统中的功率的控制，并且具体地但非排他地涉及在变化的操作条件下控制被提供给功率接收器的功率。

背景技术：

大多数当今的电子产品需要专用的电气接触部以便从外部电源供电。然而，这往往是不现实的并且需要用户物理地插入连接器或者以其他方式建立物理电气接触。通常，功率要求也差别很大，并且当前大多数设备被提供有它们自己的专用电源，从而导致典型的用户具有大量不同的电源，其中每个电源是专用于特定设备的。尽管对内部电池的使用可以避免在使用期间对于与电源的有线连接的需求，但是这仅仅提供了部分解决方案，因为电池将需要再充电(或更换)。对电池的使用也可能显著增加设备的重量以及潜在地增加设备的成本和尺寸。

为了提供显著改善的用户体验，已经提出了使用无线电源，其中，功率从功率发射器设备中的发射器感应器被感应地传输到个体设备中的接收器线圈。

经由磁感应的功率传输是众所周知的概念，主要被应用在初级发射器感应器/线圈与次级接收器线圈之间具有紧密耦合的变压器中。通过在两个设备之间将初级发射器线圈和次级接收器线圈分开，基于松散耦合的变压器的原理，在这些设备之间的无线功率传输变得可能。

这样的布置允许在不要求进行任何线缆或物理电气连接的情况下对设备进行无线功率传输。实际上，其可以简单地允许设备被放置在发射器线圈的附近或顶部以便在外部进行再充电或供电。例如，功率发射器设备可以被布置有水平表面，设备能够被简单地放置在该水平表面上以便进行供电。

此外，这样的无线功率传输布置可以被有利地设计为使得功率发射器设备能够与一系列功率接收器设备一起使用。具体地，被称为qi规范的无线功率传输方法已经被定义并且目前正在进一步开发。该方法允许满足qi规范的功率发射器设备与也满足qi规范的功率接收器设备一起使用，而无需这些设备必须来自相同的制造商或者必须彼此专用。qi标准还包括用于允许操作适于特定功率接收器设备(例如，取决于特定功率消耗)的一些功能。

qi规范是由无线充电联盟开发的并且例如能够在其网站上找到更多信息：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html，其中，具体地，能够找到所定义的规范文档。

无线功率传输系统的关键参数是对被提供给功率接收器的功率的控制。这是非常具有挑战性的问题，该问题由于如下事实而进一步加剧：功率水平不仅可以在给定的功率传输操作期间大幅变化，而且可以在不同的功率应用与不同的功率接收器设备之间变化巨大量。

为了在功率传输操作期间控制功率，诸如qi的系统实现了功率控制环路，其中，功率发射器响应于从功率接收器接收的功率控制(错误)消息来调整所生成的功率传输信号的功率水平。

此外，为了确保功率发射器和功率接收器是兼容的，并且为了避免在功率传输操作期间发生冲突，qi规范包括协商阶段，在协商阶段中，功率发射器和功率接收器协商功率发射器保证可用的功率水平。在qiv1.2.1和v1.2.2中，规范描述了对保证功率的协商。

协商阶段是在初始化阶段执行的，并且确保功率发射器能够向功率接收器提供足够的功率，或者确保功率接收器能够使其操作适配可用功率水平(例如，充电器可以适配充电电流)。因此，在功率传输开始之前，协商将操作点限制于对于功率发射器和功率接收器两者可接受的值的参数。

然而，关于所描述的方法的问题在于，其可能导致不必要的保守方法。具体而言，在许多场景下，所协商的保证功率可能低于潜在地当前能够提供的功率。例如，功率发射器必须确保功率发射器在所有情况下都能够提供保证功率，但是在一些情形下，由于操作条件并非处于最坏情况水平下(例如，输入功率水平可能高于最小水平，或者功率发射器的部件的温度可能低于最坏情况情景)，所以可能能够提供较高的功率水平。

用于解决此问题的可能方式将是在功率传输阶段期间改变保证功率，使得其可以提供对当前操作条件的更密切的反映。然而，这种方法在许多情景下将不是理想的。例如，其将往往是一种需要重新协商保证功率水平的缓慢且复杂的方法。这种重新协商将不仅是缓慢且繁琐的，而且需要在功率接收器与功率发射器之间的额外通信。此外，该方法在一些情形下可能引入一些风险。例如，如果操作条件突然变为最差情况值，则功率发射器可能不再提供功率接收器所预期的保证功率水平。在最坏情况情形下，这可能潜在地导致故障。

因此，用于无线功率传输系统中的功率控制的改进的方法将是有利的，并且具体地，允许增加的灵活性、降低的成本、降低的复杂性、改进的功率控制和/或改进的性能的方法将是有利的。

技术实现要素：

因此，本发明试图优选地单独地或以任何组合减轻、缓解或消除上述缺点中的一个或多个缺点。

根据本发明的一个方面，用于经由感应功率传输信号来向功率接收器无线地提供功率的功率发射器；所述功率发射器包括：通信器，其用于与所述功率接收器进行通信；协商器，其用于在功率传输阶段之前与所述功率接收器协商保证功率水平，所述保证功率水平是在整个所述功率传输阶段中由所述功率发射器保证的最小功率水平；确定器，其用于：在所述功率传输阶段期间，响应于所述功率发射器的操作参数来动态地确定用于所述功率传输信号的最大可接受的可用功率水平，所述最大可接受的可用功率水平是当前能够由所述功率发射器提供的但是在所述功率传输阶段内不保证的功率水平；功率控制器，其用于：在所述功率传输阶段期间，响应于从所述功率接收器接收的功率控制消息来控制所述功率传输信号的功率水平；其中，所述功率控制器被布置为：在所述功率传输阶段期间，响应于所述功率控制消息来将所述功率水平增加到所述保证最小水平以上，并且响应于检测到所述功率水平超过所述最大可接受的可用功率水平，不管所述功率控制消息如何都减小所述功率水平。

在许多实施例中，本发明可以提供改进的功率控制和功率操作。具体地，其可以允许在无线功率传输系统(诸如qi系统)中的更灵活的功率管理。

在许多实施例中，该方法可以允许增加的功率传输，而无需复杂的过程或通信。在许多实施例中，可以实现更加灵活且高效的功率控制操作。在许多实施例中，该方法可以提供基于协商的功率管理和单侧自适应功率管理的优点。

在许多情景下，该方法可以在适当时允许到功率接收器的较高的功率传输。例如，用于为电池充电的功率接收器可以基于协商的最小保证功率水平来发起功率传输阶段，并且可以相应地使所提供的充电电流适配对应的水平。然而，该系统并不限于在所有条件下都维持这种最坏情况充电电流，而是可以支持当操作条件允许变化的并且较高的充电电流时在功率传输阶段期间提供变化的并且较高的充电电流。

在许多实施例中，保证功率水平可以是静态功率水平，其在功率传输阶段期间不根据改变的操作参数而变化。相反，在许多实施例中，最大可接受的可用功率水平可以是根据至少一个改变的操作参数而变化的动态功率水平。

保证功率水平和最大可接受的可用功率水平可以参考功率传输信号或者例如功率接收器的输出功率的水平，被布置为将最大可接受的可用功率水平传送给功率接收器。

在许多实施例和情景中，这可以提供改进的性能。在许多系统中，其可以允许功率接收器保持对功率传输信号的功率水平的控制，并且具体地，功率控制环路可以用于适配通过功率传输信号提供的实际功率，使得其遵循由动态变化的可用功率水平引起的限制。

根据本发明的任选特征，通信器被布置为：当确定器确定改变的最大可接受的可用功率水平时，将最大可接受的可用功率水平的新值传送给功率接收器。

这可以提供改进的性能，并且允许功率接收器动态地适应变化的条件。具体地，在许多情景下，其可以允许对功率传输的动态优化。

根据本发明的任选特征，通信器被布置为：将最大可接受的可用功率水平作为相对于功率传输信号的功率水平的相对值进行传送。

在许多实施例中，这可以提供改进的和/或便利的操作。具体地，这可以促进功率发射器独立于功率接收器的特定属性来确定和报告最大可接受的可用功率水平。类似地，功率接收器可以确定要应用的最大可接受的可用功率水平，而其不要求关于功率发射器的操作或功率发射器的任何属性的任何特定知识。

该方法可以提供所传送的最大可接受的可用功率水平是相对的和无量纲的优点。功率发射器通常可以基于可以限制功率输送的任何值来确定相对最大可接受的可用功率水平，并且由于不需要从参考进行变换，因此其可以更准确地反映实际情形。

根据本发明的任选特征，功率控制器被布置为：延迟不管功率控制消息如何都减小功率水平的步骤，直到功率传输信号的功率水平已经超过最大可接受的可用功率水平达长于延迟时间间隔为止。

该方法可以允许改进的性能，并且在许多实施例中，可以具体地实现更可靠的操作。该方法可以有效地允许功率接收器保持控制功率传输对变化的条件和最大可接受的可用功率水平的适配，而同时允许即使在功率接收器不这样做的情况下功率发射器也提供可以确保最大可接受的可用功率水平将被适配的安全操作。

在一些实施例中，功率控制器可以被布置为：延迟不管功率控制消息如何都减小功率水平，直到功率信号的功率水平已经超过最大可接受的可用功率水平达长于延迟时间间隔为止。

根据本发明的任选特征，延迟时间间隔不少于0.5秒并且不超过10秒。

在许多实施例和情景下，这可以提供特别有利的操作。

根据本发明的任选特征，操作参数至少为：功率发射器的部件的温度；环境温度。

这可以提供对最大可接受的可用功率水平的特别有利的确定，以反映操作条件以及其对当前能够提供的功率的影响。

根据本发明的任选特征，协商器被布置为：基于参考功率接收器的属性来协商保证功率水平。

这可以提供便利的和/或改进的性能。可以基于功率接收器的参考/标称属性，而不是基于当前支持的特定功率接收器的特定属性，来确定保证功率水平。这可以实质上帮助功率发射器确定适当的保证功率水平，并且可以在不需要功率接收器和功率发射器交换其特定属性的信息的情况下提供或促进在它们之间的兼容性。

根据本发明的任选特征，保证功率水平是独立于在功率传输期间的操作条件的。

在许多实施例中，这可以提供有利的操作。具体地，当功率传输的操作参数改变时，保证功率水平可以不改变。保证功率水平可以是基于参考属性(而不是特定属性)的考虑来确定的，并且可以是独立于这种属性的值的改变的。

根据本发明的任选特征，确定器被布置为：在不与功率接收器进行通信的情况下确定最大可接受的可用功率水平。

在许多实施例中，这可以提供有利的操作。具体地，其可以促进操作并且减少通信要求。

根据本发明的任选特征，协商器被布置为：确定保证功率不超过针对功率发射器的最大可能功率水平的70％。

在许多实施例中，这可以提供有利的操作。在许多实施例中，保证功率水平可以进一步服从最小值，例如，5w或10w的最小值。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于经由感应功率传输信号来从功率发射器无线地接收功率的功率接收器；所述功率接收器包括：通信器，其用于与所述功率发射器进行通信；协商器，其用于在功率传输阶段之前与所述功率发射器协商保证功率水平，所述保证功率水平是在整个所述功率传输阶段中由所述功率发射器保证的最小功率水平；功率控制器，其用于向所述功率发射器发送功率控制消息，以建立功率控制环路；并且其中，所述功率接收器被布置为：如果所述功率传输信号水平在所述保证功率水平以上，则尽管所述功率传输信号水平不根据所述功率控制消息而变化，在所述功率传输阶段期间也维持功率传输操作。

根据本发明的任选特征，所述通信器被布置为：从所述功率发射器接收最大可接受的可用功率水平，所述最大可接受的可用功率水平是当前能够由所述功率发射器提供的但是在所述功率传输阶段内不保证的功率水平；并且所述功率控制器被布置为：在所述功率传输阶段期间发送请求将所述功率水平增加到所述保证最小水平以上的功率控制消息，并且响应于检测到所述功率水平超过所述最大可接受的可用功率水平来发送请求减小所述功率水平的功率控制消息。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于功率发射器经由感应功率传输信号来向功率接收器无线地提供功率的操作方法；所述方法包括：与所述功率接收器进行通信；在功率传输阶段之前与所述功率接收器协商保证功率水平，所述保证功率水平是在整个所述功率传输阶段中由所述功率发射器保证的最小功率水平；在所述功率传输阶段期间，响应于所述功率发射器的操作参数来动态地确定用于所述功率传输信号的最大可接受的可用功率水平，所述最大可接受的可用功率水平是当前能够由所述功率发射器提供的但是在所述功率传输阶段内不保证的功率水平；在所述功率传输阶段期间，响应于从所述功率接收器接收的功率控制消息来控制所述功率传输信号的功率水平；其中，控制所述功率水平包括：在所述功率传输阶段期间，响应于所述功率控制消息来将所述功率水平增加到所述保证最小水平以上，并且响应于检测到所述功率水平超过所述最大可接受的可用功率水平，不管功率控制消息如何都减小所述功率水平。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于功率接收器经由感应功率传输信号从功率发射器无线地接收功率的操作方法；所述方法包括：与所述功率发射器进行通信；在功率传输阶段之前与所述功率发射器协商保证功率水平，所述保证功率水平是在整个所述功率传输阶段中由所述功率发射器保证的最小功率水平；向所述功率发射器发送功率控制消息，以建立功率控制环路；并且如果所述功率传输信号水平在所述保证功率水平以上，则尽管所述功率传输信号水平不根据所述功率控制消息而变化，在所述功率传输阶段期间也维持功率传输操作。

本发明的这些和其他方面、特征和优点将从下文描述的(一个或多个)实施例变得显而易见并且参考下文描述的(一个或多个)实施例得到阐述。

附图说明

将仅通过举例的方式，参考附图来描述本发明的实施例，在附图中，

图1示出了根据本发明的一些实施例的功率传输系统的元件的示例；

图2示出了图1的功率传输系统中的功率水平的示例；

图3示出了根据本发明的一些实施例的功率发射器的元件的示例；

图4示出了根据本发明的一些实施例的功率接收器的元件的示例；

图5示出了图1的功率传输系统中的功率水平的示例；

图6示出了图1的功率传输系统中的功率水平的示例；

图7示出了图1的功率传输系统中的功率水平的示例。

具体实施方式

以下描述集中于本发明的适用于利用诸如从qi规范获知的功率传输方法的无线功率传输系统的实施例。然而，将认识到，本发明不限于该应用，而是可以应用于许多其他无线功率传输系统。

图1示出了根据本发明的一些实施例的功率传输系统的示例。该功率传输系统包括功率发射器101，该功率发射器包括(或者耦合到)发射器线圈/感应器103。该系统还包括功率接收器105，该功率接收器包括(或者耦合到)接收器线圈/感应器107。

该系统提供电磁功率传输信号，该电磁功率传输信号可以感应地将功率从功率发射器101传输到功率接收器105。具体地，功率发射器101生成电磁信号，电磁信号是作为磁通量由发射器线圈或感应器130进行传播的。功率传输信号通常可以具有在大约20khz到大约500khz之间的频率，并且经常对于qi兼容系统，通常在从95khz到205khz范围内(或者例如对于高功率厨房应用，频率可以例如通常在20khz到80khz之间的范围内)。发射器线圈103和功率接收线圈107被松散地耦合，并且因此，功率接收线圈107拾取来自功率发射器101的功率传输信号(的至少部分)。因此，经由从发射器线圈103到功率接收线圈107的无线感应耦合，功率从功率发射器101被传输到功率接收器105。术语功率传输信号主要被用于指代在发射器线圈103与功率接收线圈107之间的感应信号/磁场(磁通量信号)，但是将认识到，通过等效，其也可以被认为并用作对被提供给发射器线圈103或者由功率接收线圈107拾取的电信号的参考。

在该示例中，功率接收器105具体地是经由接收器线圈107接收功率的功率接收器。然而，在其他实施例中，功率接收器105可以包括金属元件(诸如金属加热元件)，在这种情况下，功率传输信号直接感应出涡电流，从而导致对元件的直接加热。

该系统被布置为传输大量的功率水平，并且具体地，功率发射器在许多实施例中可以支持超过500mw、1w、5w、50w、100w或500w的功率水平。例如，对于qi对应应用而言，针对低功率应用(基准功率分布)，功率传输通常可以在1-5w功率范围内，对于qi规范版本1.2而言高达15w，针对较高功率应用(诸如功率工具、膝上型计算机、无人机、机器人等)，功率传输在高达100w的范围内，而针对非常高功率应用(诸如厨房应用)，功率传输超过100w并且高达1000w以上。

在下文中，将具体参考总体上根据qi规范的实施例(除了本文中描述的(或随之发生的)修改和增强之外)或者适合于由无线充电联盟开发的较高功率厨房规范的实施例来描述功率发射器101和功率接收器105的操作。具体地，功率发射器101和功率接收器105可以遵循或基本上兼容qi规范版本1.0、1.1或1.2的要素(除了本文中描述的(或随之发生的)修改和增强之外)。

在功率传输操作的初始化期间，功率发射器和功率接收器确定多个操作参数。该过程涉及建立通信参数、能力等。具体地，作为初始化的一部分，功率发射器和功率接收器执行协商阶段，在协商阶段中，基于在功率接收器与功率发射器之间的通信交换来确定多个操作参数。具体而言，该过程涉及功率接收器提议操作参数，以及功率发射器接受或拒绝这些参数。

在协商阶段期间确定的特定参数是保证功率水平(在qi规范中被称为保证功率)，其是功率发射器保证在整个功率传输阶段中其将能够提供的最小功率水平。因此，在qi中，功率传输初始化涉及功率发射器和功率接收器建立保证功率水平，保证功率水平是功率发射器在所有情况下都能够提供给功率接收器的最小功率水平。相应地，功率接收器在知道保证功率水平是能够保证的最大功率水平的情况下继续进行功率传输，并且因此功率传输操作在这种约束下进行。

通常，该过程涉及功率接收器确定预期需要的最大功率水平，并且其请求功率发射器同意该保证功率水平。然后，功率发射器可以选择同意该功率水平，在这种情况下，功率传输相应地继续进行。然而，如果该请求被功率发射器拒绝，则功率接收器可以继续发送针对用于保证功率水平的较低水平的新请求。可以重复该方法，直到功率发射器同意保证功率水平为止，并且然后功率传输可以以该约束继续进行。具体地，在功率传输期间，功率接收器将被约束到该功率水平以下，并且通常将相应地适配。例如，用于电池的充电电流可以被设置为确保提取的功率不超过保证功率水平的水平。

然而，这种方法的缺点是其通常导致不必要的低功率水平。实际上，保证功率水平被确定为在整个功率传输阶段中并且对于所有可能的操作条件所保证的静态功率水平。结果，基于最坏情况考虑来设置保证功率水平，从而导致其中功率发射器通常将能够为当前操作条件提供较高的功率水平的情形。例如，这可能导致功率接收器以与必要的充电电流相比更低的充电电流来为电池充电。

对于该问题的解决方案可以是允许在功率传输阶段期间动态地重新协商保证功率水平。这可以允许在功率传输阶段期间改变保证功率水平，并且因此可以允许在操作条件允许其时增加功率接收器认为其可允许提取的功率，从而允许例如在适当时提供较高的充电电流。

然而，在图1的系统中，使用了一种改进的方法，其中同时使用多个功率水平以协同地提供更有利的功率管理方法。

具体地，该系统可以通过在功率接收器与功率发射器之间执行协商，从而允许在功率传输阶段之前确定保证功率水平。在许多实施例中，可以采用与用于qi的功率传输初始化协商阶段相对应的方法。因此，在功率传输阶段之前协商保证功率水平，从而确保功率发射器和功率接收器是兼容的，并且可以建立对于功率接收器和功率发射器两者都可接受的(保证)操作参数。因此，协商过程证实了功率传输阶段能够继续进行，并且这将导致在所有情况下可接受的操作。

在协商期间确定的保证功率水平可以是在整个功率传输阶段内并且在所有预期的(或者甚至可能的)操作条件下保证的静态值。因此，保证功率水平反映了功率发射器在整个操作范围内能够提供的功率水平。应当认识到，在大多数实施例中，整个操作范围是参考特定的功率传输操作来确定的，即，其指代针对随后的功率传输所预期或估计的操作范围，而不是对于用于无线传输系统的所有可能的操作点而言必要的操作范围。

此外，通常基于对用于功率发射器或功率接收器或通常两者的参考属性的考虑来确定保证功率水平。因此，在许多实施例中，功率发射器可以基于参考功率接收器的属性，而不是基于正在接收功率传输阶段的特定功率接收器的特定属性，来确定保证功率水平。

参考功率接收器通常是具有一组操作参数的标准化或标称功率接收器。例如，参考接收器可以被定义为具有特定的参考寄生功率损耗能力(例如，由于功率接收器的金属部分中的涡电流导致的功率损耗)、功率接收器线圈的参考尺寸、参考内部功耗等。

该信息可以由功率发射器的用于确定其能够支持的保证功率水平的方法所使用，或者实际上通常内置于功率发射器的所述方法中。例如，在许多实施例中，协商和保证功率水平可以参考功率接收器的输出功率，并且实际上在许多实施例中，参考了参考或标称功率接收器而不是目前的实际功率接收器的输出功率。因此，功率接收器可以发送针对功率发射器向负载提供给定的输出功率水平的请求。该请求可以直接请求与该输出功率水平相对应的保证功率水平。然后，功率发射器可以继续评估其是否能够保证功率传输信号能够提供足够的功率来支持该输出功率水平。该确定可以是基于考虑在功率发射器处的属性以及参考功率接收器的属性的。因此，该确定是基于关于功率接收器对应于参考功率接收器的假设的。如果功率发射器确定其能够提供所请求的保证功率水平，则其接受该请求，否则其拒绝该请求，从而导致功率接收器发出针对较低的保证功率水平的新请求(或者放弃功率传输)。

使用参考功率接收器方法的优点在于，其避免了对于将功率接收器的特定属性传送给功率发射器的要求，从而导致更高效的方法。功率发射器可以基于参考功率接收器的已知信息进行操作，并且功率接收器可以在本地适配针对保证功率水平的请求，以反映在功率接收器的属性与参考功率接收器的属性之间的差异。

因此，在该方法中，首先通过协商来确定保证功率水平，其中，保证功率水平具体地对应于适当的参考功率接收器的功率发射器确保在功率传输阶段期间的任何时间处可用的输出功率量。在大多数实施例中，保证功率水平是在功率传输阶段的持续时间内并且针对整个操作点范围所保证的静态功率水平。此外，在许多实施例中，其是基于参考功率接收器的属性而不是基于实际涉及的特定功率接收器的属性来确定的。

通常，功率发射器被布置为在考虑能够提供的潜在最大功率的情况下来确定保证功率水平。该潜在功率对应于针对适当的参考功率接收器的功率发射器能够使得其在最佳条件下在功率传输阶段期间可用的输出功率量。该参数是通过功率发射器的设计来固定的，并且可以被认为是在理想条件下保证功率水平的最大可能功率水平。在实践中，可以将保证功率水平设置为低得多的水平，以便提供足够的余量并且针对特定的操作条件和功率接收器属性进行补偿。

保证功率水平为功率接收器提供了保证最低操作条件，并且确保能够执行可接受的功率传输。因此，其确保了功率传输的健壮性和可靠性。然而，其并不确保操作的优化，并且在许多情景下，保证功率水平将低于功率发射器在特定的当前情形下可以潜在地提供的功率水平。

在图1的系统中，通过在功率控制管理中引入另外的参数，以及通过允许功率接收器继续从功率传输信号中提取比所同意且协商的保证功率水平更多的功率，从而实现改进的性能。因此，与其中功率发射器和功率接收器确定发射器能够保证的功率水平并且功率接收器确保其不超过该水平的方法相比，当前方法允许功率接收器超过功率水平，并且提取与已经与功率发射器达成一致的功率相比更多的功率。

在该方法中，功率发射器被布置为响应于功率发射器的操作参数来动态地确定用于功率传输信号的最大可接受的可用功率水平。最大可接受的可用功率水平被确定为功率发射器在当前操作参数下能够提供的功率水平。由于保证功率水平反映了针对最坏情况条件能够提供的最小功率，而最大可接受的可用功率水平反映了针对当前操作条件的功率水平，因此，最大可接受的可用功率水平将(通常)不低于保证功率水平(假设在确定保证功率水平时针对功率传输阶段所考虑的操作间隔保持有效。例如，在其中在发射器线圈与接收器线圈之间的耦合非常低的例外情况下，最大可接受的可用功率可能低于保证功率，因为发射器通常在关于耦合是可接受的并且接收器类似于参考接收器的假设下确定保证功率)。相应地，最大可接受的可用功率水平可以反映与功率接收器达成一致的并且对其保证的功率水平相比更高的功率水平。然而，其同时可以反映功率发射器针对当前操作条件将不超过的功率水平。

为了简洁起见，下文还将最大可接受的可用功率水平简单地称为可用功率水平。

在该方法中，该系统试图允许功率接收器将所需要的/提取的功率水平增加到在功率传输阶段之前已经同意的水平以上，但是将其限制为不超过可用功率水平。在一些实施例和情景中，功率接收器可以遵守该第二限制。但是，在其他实施例和情景中，可用功率水平的第二限制可以由功率发射器控制和施加(例如，如果功率接收器在太长时间内提取了太多的功率)。

与协商(无论是否是动态地)对于功率接收器可用的功率间隔的方法相比，图1的系统的方法将可用功率范围划分为如在图2中指示的三个不同的间隔(其中，pp指代潜在功率水平，ap指代可用功率水平，并且gp指代保证功率水平)。该系统还定义了其中功率发射器保证始终提供功率并且功率接收器能够完全依赖的功率间隔(在保证功率水平以下的功率水平)。此外，该方法采用了功率发射器不支持的功率间隔(在可用功率水平以上的功率水平)。然而，与重新协商方法相比，该系统还采用了功率发射器当前可以支持但是不存在功率接收器能够依赖的保证的第三动态确定的功率水平间隔(在保证功率水平以上并且在可用功率水平以下的功率水平)。

因此，在协商之后，并且在功率传输阶段开始时，功率接收器可以具有能够始终依赖并且能够形成操作的基础的同意的保证功率水平。这确保了功率接收器能够提供所要求的操作，并且能够执行适当的服务。

在操作期间，功率接收器可以另外尝试将功率水平进一步增加到高于同意的功率水平，并且如果功率发射器已经确定高于所请求的功率的可用功率水平，则实际上可以支持该操作并且可以优化服务。

例如，功率接收器可以是大电流电池充电器的部分(例如，用于重型汽车电池)。在功率传输阶段之前，功率接收器和功率发射器可以进行协商以确定保证功率水平。如果仅可能确定不足以允许用于电池的可接受充电电流的保证功率水平，那么由于可接受的操作不是可行的，功率接收器可以放弃功率传输和充电过程。在这样的情况下，功率接收器可以例如向用户指示充电是不可能的。然而，只要能够满足最低条件，功率接收器就可以继续进行充电操作，因为可接受的操作是得到保证的并且将在整个过程中得到保证。然而，在功率传输阶段和充电操作期间，功率接收器可以尝试将充电电流增加到保证量以上，并且如果当前这能够被功率发射器支持，则能够实现更快的充电操作。

因此，该方法可以组合保证操作和支持的可靠性和健壮性，但同时优化性能和对瞬时条件的适配。另外，该方法可以向诸如qi的现有无线功率传输系统提供极好的向后兼容性。

图3示出了图1的功率发射器101的一些元件的示例。

功率发射器101包括功率发射器控制器301，其被布置为根据期望的操作原理来控制功率发射器101的操作。具体地，功率发射器101可以包括根据qi规范来执行功率控制所需要的许多功能。

功率发射器控制器301包括驱动器，驱动器可以生成被馈送到发射器线圈103的(功率传输)驱动信号，该发射器线圈进而生成电磁功率传输信号，从而向功率接收器105提供功率传输。在功率传输阶段的功率传输时间间隔期间提供功率传输信号。

驱动器通常可以包括具有通常通过驱动全桥或半桥形成的逆变器的形式的输出电路，如对技术人员将众所周知的。

功率发射器控制器301可以具体地改变驱动信号的功率水平，并且相应地改变所生成的功率传输信号的水平(通常通过改变驱动信号的电压、电流或频率)。

为了从功率接收器105接收数据和消息以及向功率接收器发送数据和消息，功率发射器101包括通信器303，该通信器被布置为发送数据和消息以及从功率接收器105接收数据和消息(如技术人员将认识到的，数据消息可以提供一个或多个比特的信息)。在该示例中，功率接收器105被布置为对由发射器线圈103生成的功率传输信号进行负载调制，并且通信器303被布置为感测发射器线圈103的电压和/或电流的变化并且基于这些来对负载调制进行解调。通信器303还可以被布置为控制功率发射器控制器301调制功率传输信号，以将消息发送给功率接收器(例如，使用幅度或频率调制)。

在一些实施例中，通信可以使用单独的通信信道来执行，单独的通信信道可以使用单独的通信线圈或者实际上使用发射器线圈103来实现。例如，在一些实施例中，可以在功率传输信号上实现近场通信，或者可以将高频载波(例如，具有13.56mhz的载波频率)叠加在功率传输信号上。

技术人员将意识到通常用于无线功率传输系统中(如在例如qi无线功率传输系统中)的数据通信的原理和方法，并且因此将不对这些进行详细描述。

功率发射器101还包括协商器305，该协商器被布置为在功率传输阶段之前与功率接收器105协商保证功率水平。

另外，功率发射器101包括确定器307，该确定器在功率传输阶段期间动态地确定用于功率传输信号的可用功率水平。

确定器307和协商器305耦合到功率控制器309，该功率控制器被布置为控制功率发射器控制器301适当地设置功率传输信号的功率水平。在功率传输阶段期间，功率发射器控制器301响应于从功率接收器105接收的功率控制消息来控制功率传输信号的功率水平。因此，功率发射器101和功率接收器105在功率传输阶段期间建立功率控制环路。

在功率传输阶段期间，允许功率控制器309响应于功率控制消息来将功率水平增加到保证最小水平以上。因此，如果尽管功率传输信号已经具有超过保证功率水平的功率水平，但是功率接收器105保持发送功率增加请求，则功率控制器309仍然增加功率传输信号的功率水平。

功率控制器309还被布置为：如果检测到功率水平超过可用功率水平，则减小功率水平。这是在不管从功率接收器105接收的功率控制消息如何的情况下完成的(在许多实施例中，在适当的延迟之后，以便允许功率接收器有时间使用功率控制环路来调整操作点)。因此，即使功率接收器105发送了针对要提供增加的功率的请求，功率控制器309仍然继续减小功率传输信号的功率水平(通常直到其下降到可用功率水平为止，但是在一些实施例中，功率控制器309可以被布置为在已经检测到过多功率情形之后进一步减小功率水平以提供余量)。

因此，图3的功率发射器支持先前描述的方法，并且允许功率接收器105提取超过同意的且保证的水平的功率，但是仍然继续将功率限制到可用功率水平。

图4示出了图1的功率接收器105的一些元件的示例。

接收器线圈107耦合到功率接收器控制器401，该功率接收器控制器将接收器线圈107耦合到负载403。功率接收器控制器401包括将由接收器线圈107提取的功率转换成用于负载403的适当电源的功率控制路径。另外，功率接收器控制器401可以包括执行功率传输所需要的各种功率接收器控制器功能，并且特别是根据qi规范来执行功率传输所需要的功能。

为了支持在功率接收器105与功率发射器101之间的通信，功率接收器105包括功率接收器通信器405。功率接收器通信器405包括支持与功率发射器101的通信器303进行通信所需要的功能。

功率接收器105还包括接收器协商器407，该接收器协商器被布置为与功率发射器101协商保证功率水平。

功率接收器105还包括接收器功率控制器409，该接收器功率控制器被布置为向功率发射器101发送功率控制消息，从而建立功率控制环路。在该示例中，接收器功率控制器409测量在负载403中耗散的功率并且生成对应的功率请求消息。

在该示例中，接收器功率控制器409被布置为发送功率控制消息，功率控制消息请求将功率水平增加到保证最小水平以上。因此，即使所接收的功率水平可能超过在功率发射器与功率接收器之间已经达成一致的水平，功率接收器仍然可以试图将功率增加到超过其。

因此，图4的功率接收器支持先前描述的方法，并且具体地，可以提取超过已经与功率发射器达成一致并且由功率发射器保证的功率。

将认识到，在不同的实施例和情景中，功率发射器101可以应用不同的方法来确定保证功率水平。在许多实施例中，其可以适用于确保保证功率水平不太接近于潜在功率，以便确保总是能够提供保证功率水平。当前方法的特殊优点在于，与不使用该方法的情况相比，可以将保证功率水平相对于潜在功率的较高余量设置得更低，因为当前方法允许支持在保证功率水平以上的操作(即，可以选择更低水平的保证功率水平)。

实际上，在其中将操作限制到低于保证功率水平的功率水平的方法中，至关重要的是将这个限制设置得尽可能高。这往往导致关键的设置。然而，在当前方法中，可以采用更保守的方法，并且可以将保证功率水平保持为低于相对于潜在功率的更低水平。由于实际应用的功率水平和支持的功率水平可以超过保证功率水平，所以对保证功率水平的最大化并不那么关键。

在许多实施例中，功率发射器可以被布置为确定保证功率不超过最大可能功率水平(即潜在功率)的70％。因此，在这样的实施例中，协商器305被布置为拒绝针对超过潜在功率的70％的保证功率水平的任何请求，但是接受低于该值的任何请求。在其他实施例中，余量可以例如为50％。

在许多实施例中，协商器305还可以对保证功率水平施加最小水平，例如，在许多实施例中，可以将保证功率水平设置为例如5w作为最小水平。

类似地，将认识到，确定器307可以使用不同的方法来确定可用功率水平。具体地，在不同的实施例中可以考虑不同的操作参数。

在一些实施例中，检测器213可以根据功率发射器的部件的温度或者例如根据环境温度来确定可用功率水平。例如，可以测量生成驱动信号的逆变器的外壳温度或输出开关晶体管的温度。然后，可以将所测量的温度转换成最大可接受的可用功率水平。例如，在设计/制造阶段期间，可以确定在温度与可接受的功率水平之间的关系。该函数可以例如被存储在功率发射器的查找表中，并且然后在功率传输阶段期间用来将所测量的温度转换为可用功率水平。

备选地或另外，可以基于能够提供给逆变器的输入电压或电流来确定可用功率水平。这可以例如在功率发射器是电池驱动的情况下是有用的，并且可以例如允许随着电池放电而逐渐减小可用功率水平。

作为另一示例，可以(至少部分地)基于emc条件来确定可用功率水平。例如，功率发射器可以在其中功率信号与使用相同频率的其他应用干扰的环境中操作。在那种情况下，如果其他应用是活动的，则功率发射器可能希望避免该频率或者限制功率信号的幅度。功率发射器可以被布置为改变操作频率以控制功率信号的幅度，例如，通过使用接近谐振的操作频率来生成大的幅度，而通过使用相对远离谐振的操作频率来生成小的幅度。如果另一应用的操作频率接近于功率发射器的谐振频率，则在另一应用是活动的情况下功率发射器可以保持远离谐振频率。

另一示例是限制被提供给线圈(103)的电流，以防止在功率接收器处的过电压情形。在线圈103与107之间的耦合相对弱的情况下，功率信号必须是相对大的以实现足够的功率传输。如果在那种情形下，耦合突然变得较强(例如，用户调整了功率接收器的位置)，则在功率接收器处的感应电压可能突然增加。

在许多实施例中，对可用功率水平的确定仅是基于功率发射器101的操作条件的。因此，该值反映了功率发射器101的操作参数，并且可用功率水平具体地反映了功率发射器101在这些条件下能够提供的功率水平。

因此，在许多实施例中，检测器213可以在不依赖于在功率接收器处的任何变化条件的情况下确定可用功率水平。在许多实施例中，确定器307被布置为在不与功率接收器进行通信的情况下确定可用功率水平。因此，用于确定可用功率水平的输入数据可以由功率发射器本身确定的并且与其相关，并且输入数据都可以不与功率接收器的变化条件相关。实际上，该方法的实质优点在于，能够动态地并且单方面地改变控制可以被提供的功率的变化的可用功率水平，而无需与功率接收器进行通信并且特别是与其进行协商。实际上，该方法可以避免例如在功率发射器与功率接收器之间的协商或复杂的通信的延迟和复杂性。

在不同的实施例中，功率水平可以与功率传输路径中的不同点相关。例如，在一些实施例中，功率水平(保证功率水平、可用功率水平和潜在功率水平)可以是驱动信号的功率水平或功率传输信号的功率水平。然而，在许多实施例中，功率水平可以与功率接收器的输出功率相关，即，与被提供给功率接收器105的负载403的功率相关。

通过考虑功率接收器、功率发射器的属性和当前条件，可以将在路径中的不同点处的功率水平彼此相关/转换。例如，功率发射器101可以使用参考功率接收器和参考设置来估计驱动信号的功率水平，以便提供与在接收器处的特定功率水平相对应的保证功率水平或可用功率水平。将认识到，对功率水平的引用可以指代在功率传输路径中的任何适当的点处的功率水平。例如，对功率发射器能够提供给定的可用功率水平的引用包括功率发射器能够生成驱动信号/功率传输信号，以在功率接收器(如果这是所使用的引用的话)的输出处产生给定的功率水平。

在许多实施例中，功率发射器101可以被布置为在本地确定和应用可用功率水平，而不将其传送给功率接收器105。在这样的实施例中，功率接收器105可以被简单地布置为在需要时继续请求功率增加，尽管其在保证功率水平以上(例如，除非其超出保证功率水平达一定余量为止)。功率发射器可以被布置为监测功率传输信号的所生成的功率水平并且将其与可用功率水平进行比较。如果当前功率水平超过可用功率水平，则功率控制器309继续减小功率传输信号的水平，而不管功率接收器105是否请求增加。因此，在该示例中，除非功率水平增加到可用功率水平以上(在这种情况下，功率发射器101接管并且限制功率水平)，否则功率接收器105可以操作和控制功率控制。

在图5中提供了这种操作的示例，该图示出了潜在功率水平pp、保证功率水平gp和可用功率水平ap。在该示例中，可用功率水平发生变化，使得其在功率传输阶段的部分期间下降，在此之后其返回到原始水平。图5还示出了所输送的或实际功率dp。最初，功率接收器请求增加的功率，直到其达到静态水平为止，该静态水平在特定情况下在保证功率水平以上但是在可用功率水平以下。然而，当可用功率水平下降时，所输送的/实际功率现在将超过可用功率水平。这是由功率发射器101检测到的，该功率发射器继续减小所输送的功率以不超过新的更低的可用功率水平。尽管功率接收器105持续地请求功率增加以便返回到期望的较高功率水平，但是仍然这样做。

在某个时刻，可用功率水平返回到其原始水平。功率发射器101现在继续对所接收的功率控制消息作出反应，并且响应于接收到的功率增加请求而相应地增加功率水平，直到情景再次稳定在较高水平处为止(该水平现在在可用功率水平以下)。

在许多实施例中，通信器303被布置为将可用功率水平传送给功率接收器，并且具体地，无论何时这个改变，通信器303都可以传送可用功率水平的新值。

因此，可以向功率接收器提供可用功率水平的信息，并且相应地，可以向功率接收器提供针对整个功率传输所保证的最小功率水平以及当前能够提供但是并不保证的功率水平两者的信息。

在这样的实施例中，功率接收器可以保持对功率管理的控制，包括允许功率水平增加到保证功率水平以上，同时将其限制为不超过可用功率水平。

具体地，接收器通信器405可以从功率发射器接收可用功率水平的信息。接收器功率控制器409可以发送功率控制消息，该功率控制消息请求将功率水平增加到保证最小水平以上，从而导致所输送的功率超过保证功率水平。然而，如果检测到功率水平超过可用功率水平，则接收器功率控制器409可以不再发送功率增加消息，而是替代地其将继续请求功率被减小(直到其在可用功率水平以下为止)。

在图6中提供了这样的操作的示例，该图对应于图5的示例，不同之处在于，由于减小的可用功率水平而导致减小所输送的功率水平是通过以下方式来实现的：功率接收器请求功率减小并且在其中可用功率水平被减小的间隔期间维持较低的功率水平。

在这样的示例中，功率发射器101可以相应地发送可用功率水平的改变的信息，并且功率接收器105可以被布置为响应于可用功率水平的改变来适配其功率请求和期望功率水平。

在许多实施例中，可以使用组合方法，其中，将可用功率水平传送给功率接收器，功率接收器相应地继续控制功率水平。然而，如果功率发射器101检测到功率接收器105没有将功率请求适配为产生在可用功率水平以下的功率水平，则功率发射器101单方面地接管并且减小功率。

例如，当可用功率水平被减小时，可以将其传送给功率接收器105。然后，预期功率接收器105作出反应并且将功率水平减小到可用功率水平以下。该系统可以允许这种减小是逐步的(实际上，功率控制环路的反应时间防止了这种改变是瞬时的(例如，由于缓慢的消息频率))。

然而，如果功率接收器105在一定持续时间内未作出反应，则功率接收器101继续接管功率水平并且将功率水平减小到可用功率水平以下，而不管所接收的功率控制消息如何。因此，这样的方法可以允许功率接收器105适配并且保持控制，同时允许功率发射器101执行保护操作以确保在所有情形下功率都被减小。

因此，在这样的组合实施例中，功率控制器309被布置为：如果功率水平信号的功率水平超过可用功率水平达长于给定的延迟时间间隔，则不管功率控制消息如何都减小功率水平，而在延迟时间间隔内响应于所接收的功率控制消息进行操作。

延迟时间间隔的确切持续时间将取决于各个实施例的偏好和要求。然而，在许多实施例中，典型地发现了针对在1秒与10秒之间的延迟时间间隔的特别有利的操作和折衷。

在图7中提供了这样的操作的示例，该图对应于图6的示例。然而，除了其中功率接收器如参考图6所描述地作出反应的情景之外，图7还示出了在其中功率接收器不对功率水平的变化作出反应的情况下功率水平701的示例。如图所示，在延迟时间间隔td之后，功率发射器101接管所输送的功率水平并且其本身将所输送的功率水平减小到可用功率水平的新值以下。此外，当其返回到原始水平时，允许功率水平相应地增加。

在不同的实施例中，可以使用不同的方法来传送功率水平，并且特别是可用功率水平。然而，在许多实施例中，通信器309被布置为将可用功率水平作为相对于功率传输信号的功率水平的相对值进行传送。因此，该系统使用相对值并且因此指示可以相对于参考如何改变该值，而不是提供绝对功率水平，例如可用的瓦数。

例如，在功率传输期间，功率发射器可以向功率接收器发送关于可用功率水平比当前功率水平高例如50％的指示。这可以直接地向功率接收器指示有可能将功率提取水平增加50％，并且其可以使用此信息和用于可用功率水平的值继续进行。然而，特殊优点在于，功率接收器不需要根据相对于功率路径的哪个部分进行参考来转换或变换该值。实际上，该方法可以允许功率发射器执行关于功率水平可以被改变多少的本地相对确定。假设充分线性的关系(例如，相对于损耗)，则功率接收器可以直接地将该相对变化应用于其本地值，以确定适当的可用功率水平。

该方法具有如下的优点：所传送的可用功率水平是相对的且无量纲的。功率发射器可以基于可能限制功率输送的任何值来确定该功率水平，并且其可以更准确地反映实际情形，因为不需要从参考进行任何变换。

将认识到，在一些情景下，可用功率水平可以例如作为相对于例如先前的可用功率水平或保证功率水平的相对值来提供。

将认识到，为了清楚起见，以上描述已经参考不同的功能电路、单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，将显而易见的是，可以在不脱离本发明的情况下使用在不同的功能电路、单元或处理器之间的任何适当的功能分布。例如，被示为由单独的处理器或控制器执行的功能可以由相同的处理器或控制器来执行。因此，对特定功能单元或电路的引用仅被视为对用于提供所描述的功能的适当的单元的引用，而并不指示严格的逻辑或物理结构或组织。

本发明能够以任何适当的形式来实现，包括硬件、软件、固件或者这些项的任何组合。本发明可以任选地至少部分地作为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件来实现。本发明的实施例的各元件和部件可以以任何适当的方式来物理地、功能地和逻辑地实现。实际上，功能可以在单个单元中、在多个单元中或者作为其他功能单元的部分来实现。因此，本发明可以在单个单元中实现，或者可以物理地和功能地分布在不同的单元、电路和处理器之间。

尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是并不旨在将本发明限于本文所阐述的特定形式。相反，本发明的范围仅受所附的权利要求限制。另外，尽管可能看起来结合特定实施例描述了特征，但是本领域技术人员将意识到，可以根据本发明来将所描述的实施例的各种特征进行组合。在权利要求中，术语包括不排除其他元件或步骤的存在。

此外，尽管单独列出，但是多个单元、元件、电路或方法步骤可以通过例如单个电路、单元或处理器来实现。另外，尽管各个特征可能被包括在不同的权利要求中，但是这些特征可能被有利地组合，并且包括在不同的权利要求中并不暗示特征的组合是不可行和/或不利的。在一种类别的权利要求中包括特征并不暗示对该类别的限制，而是指示该特征在合适时同样适用于其他权利要求类别。此外，权利要求中的特征的顺序并不暗示特征必须工作的任何特定顺序，并且具体地，方法权利要求中的各个步骤的顺序并不暗示必须以该顺序执行这些步骤。相反，可以以任何适当的顺序来执行这些步骤。另外，单数引用并不排除多个。因此，对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用并不排除多个。权利要求中的附图标记仅是作为澄清的示例来提供的，而不应被解释为以任何方式限制权利要求的范围。