感应式充电系统的功率管理的制作方法
【专利说明】感应式充电系统的功率管理
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利合作条约专利申请要求于2013年9月3日提交的名称为“Power Managementfor Inductive Charging Systems”的美国临时专利申请61/873，256的优先权，该专利申请以引用方式并入，就如同在本文充分公开的那样。
技术领域
[0003]本公开涉及电磁感应功率发射，并且更具体地涉及用于使功率发射效率最大化的自适应功率控制系统。
【背景技术】
[0004]许多电子设备包括不时需要外部电源进行再充电的一个或多个可再充电电池。通常，这些设备可使用相同或相似的连接类型进行充电，例如经由通用串行总线(“USB”)。然而，虽然具有共同的连接类型，但多个设备通常需要具有不同功率输出的单独电源。这些单独电源在使用、存储以及到处运送时很令人烦恼。因此，设备便携性的益处受到很大限制。
[0005]此外，在某些情况下使用充电线可能不安全。例如，汽车司机在试图将电子设备插入车载充电器时可能分心。又如，如果不注意，充电线会存在使人姅倒的危险。
[0006]为了解决便携式电子设备的这些缺点和其它缺点，一些设备包括感应式再充电系统。为了使电池再充电，使用者可简单地将设备置于感应式充电表面上。然而，由于需要便携式电子设备内的附加电路来支持感应式充电系统，所以设备的电池寿命可能不期望地减少。例如，为了保持或减小设备的形状因数，电池的尺寸或容量会减小。又如，当感应式充电系统不使用时，该系统会对电池产生负载，从而减少电池寿命。因此，虽然感应充电的设备对于使用者可能更便利，但它们可能需要更经常地再充电。
[0007]因此，当前可能存在对一种在不要求单独的电源并且本身不会耗尽便携式设备的电池的情况下向便携式设备递送有用功率的方法的需求。
【发明内容】
[0008]本专利申请提供用于在不耗尽便携式电子设备的电池的情况下向该便携式电子设备递送有用功率的技术。本文描述的某些实施例可能涉及一种用于控制和优化电磁感应功率发射的自适应功率控制系统或采用其形式。在某些实施例中，该自适应功率控制系统可包括无线信号接收器、在选定的频率和/或占空比下操作的交流电源、可耦接至该电源的功率发射电感器(诸如线圈)，以及耦接至该功率发射电感器的电流监测器。该电流监测器可被配置为确定功率发射电感器的电流负载。当电流监测器检测到电感器的电流负载已经改变时，可改变电源的工作频率。
[0009]例如，在某些实施例中，可提高工作频率，以便减少从功率发射电感器发射的功率。在其它实施例中，可降低频率，以便增大从功率发射电感器发射的功率。在其它实例中，可降低工作频率，以便供应较低功率，或者可提高工作频率，以便供应较高功率。另外，可响应于从无线信号接收器接收的信号而改变电源的工作频率。在某些实施例中，可响应于电流负载低于电流负载最小阈值而关闭电源。又如，如果未从无线信号接收器接收到信号，则可关闭电源和/或将其从相关联的电源断开连接。换句话讲，如果无线信号接收器没有非常肯定地发射信号，则功率发射电感器可像无线信号接收器不存在那样进行操作。这样，无线信号接收器可通过选择性地禁用适于将信号发送给功率发射电感器的一个或多个通信电路来有效地“隐藏”其存在性。
[0010]在另外的实施例中，响应于电流负载对电源的工作频率的修改可与电流负载的改变基本上同时发生。这样，当电流负载改变时，可迅速地改变功率发射线圈的工作频率来进行补偿。在一些实施例中，改变量可被固定为低于每次改变的某个最大值或固定时间段内的某个最大值。例如，所发射的功率的增大或减小可限于每毫秒的某个量。
[0011]在其它实施例中，从无线信号接收器接收的信号可为在某一间隔处从感应地靠近功率发射电感器的便携式电子设备发送的反馈信号。例如，反馈信号可包括关于便携式电子设备的实时电流需求的信息。例如，如果便携式电子设备在仅充电模式下操作，则实时功率需求可能小于便携式电子设备在该设备正由使用者操作的同时进行充电的情况下的功率需求。
[0012]在其它实施例中，反馈信号可包括关于便携式电子设备的识别信息。此类识别信息可包括便携式电子设备的期望功率需求。例如，便携式电子设备可能需要某一已知电压和安培数。这些已知值可能不一定随设备的操作模式的改变而改变，尽管在一些实施例中，这些已知值可能改变。因此，便携式电子设备可将设备的期望的但不一定实时的功率需求包括在被发送给无线接收器的信号内。
[0013]在另外的实施例中，响应于从便携式电子设备发送的反馈信号对电源的工作频率的修改可覆盖响应于电流负载对电源的工作频率的任何修改。例如，如果放置导电材料使其感应地靠近功率发射电感器，则可在该材料内引起涡电流，这可能显著增大功率发射电感器上的电流负载。在这种情况下，负载增大以及电流监测器所看到的电源的频率的对应改变不是便携式电子设备的功率需求增大的结果。因此，当从便携式电子设备发送的反馈信号不包括匹配功率发射电感器的电流功率输出的功率信息时，反馈信号可覆盖先前频率的改变。
[0014]在某些其它实施例中，便携式电子设备的功率需求的改变在从便携式电子设备向注意到该改变的无线信号接收器发送信号之前可能增大功率发射电感器上的电流负载。在这种情况下，电流监测器可能注意到功率发射电感器上的电流负载的增大并对应地调节电源的工作频率。然后，无线信号接收器可接收反馈信号，从而确认便携式电子设备的功率需求已经增大。在该实施例和类似实施例中，便携式电子设备的功率需求改变立即得到注意，并且不依赖于来自便携式电子设备自身的肯定信号。
[0015]在其它实施例中，一旦响应于电流负载对电源的工作频率的修改被响应于反馈信号对电源的工作频率的修改覆盖，在选定的超时时间段内便可忽略响应于电流负载的后续改变对电源的工作频率的后续修改。在某些情况下，该选定的超时时间段可小于反馈信号的间隔，或者在其它情况下，该选定的超时时间段可大于反馈信号的间隔。可认识到，超时时间段可随实施例而改变。
[0016]在某些实施例中，感应地靠近功率发射电感器的便携式电子设备可包括浪涌保护电路诸如电容器，该浪涌保护电路用于防止由于由功率发射电感器发射的功率的增大对便携式电子设备的损害。例如，如果功率发射电感器增大其发射的功率，则便携式电子设备的功率接收电路中可能存在功率涌动。包括电容器或其它浪涌保护电路可防止由于由便携式电子设备发射的功率的意外增大对便携式电子设备的损害。
[0017]本文描述的实施例还可涉及一种用于便携式电子设备的自适应功率系统或采用其形式。所描述的功率系统的某些实施例可包括电池、具有至少空闲状态和接收状态的功率接收电感器、耦接至该功率接收电感器的功率转换控制器、耦接至该功率转换控制器和电池的功率管理控制器、耦接至该电池和该功率转换控制器的电荷监测器，以及接地连接控制器。在某些情况下，当功率接收电感器处于空闲状态时，接地连接控制器可将电荷监测器与电路接地部完全断开连接。这样，通过接地连接控制器连接的所有电路无法使至接地部的电路完整，因此没有对便携式电子设备的电池产生负载。在其它情况下，当功率接收电感器处于接收状态时，接地连接控制器可将电荷监测器直接连接至电路接地部，使得电荷监测器可执行其功能。
[0018]在某些实施例中，功率转换控制器包括整流器和电压调节器。这样，功率转换控制器可接收交流电并且可输出所调节的直流电。在某些实施例中，功率转换控制器还可包括电池的当前电压与从电压调节器输出的当前电压之间的电压比较器。这样，功率转换控制器可确定电池的电压是否足够低以需要再充电，或者在替代形式中，电池的电压是否足够高以被认为充分充电。在某些情况下，当电池被认为充分充电时，功率转换控制器可关闭。
[0019]在某些其它实施例中，功率管理控制器可包括至少充电状态和直接操作状态。例如，充电状态可包括功率管理控制器将功率转换控制器耦接至电池以对电池充电。另一方面，直接操作状态可包括功率管理控制器将功率转换控制器耦接至便携式电