无线功率传输方法和电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种功率传输系统。更具体地，本发明涉及用于无线传输功率的方法和电路。
【背景技术】
[0002]在便携式电子装置中，可采用无线功率传输电路而为便携式装置充电。例如，电动牙刷系统可包括便携式牙刷和充电基座，该便携式牙刷被放置进该充电基座以有助于为该牙刷中的电池充电。在这样的系统中，可采用电感或磁耦合以从充电基座的初级电感器传输功率到便携式牙刷中的次级电感器。
[0003]该初级和次级电感器的每一个通常对应于线圈，在该些电感器之间的匝数比例可以是N:1或1:N，其中N是大于零的整数。初级和次级电感器的匝数的选择被选择为提供足够高的互感以将所需量的功率提供至便携式装置。
[0004]在很多的便携式装置中，空间是非常宝贵的。这样，选择用于电感器的电线的规格可被减小，从而减小电感器的尺寸。然而，该规格的减小趋于增加电感器的阻抗，这导致在电感中不希望的功率损失。
【发明内容】
[0005]在一个方面中，用于将功率无线传送至接收装置的功率电路(power circuit)包括一个或多个开关，其用于将一组线圈中的不同线圈的相应端部联接在一起以有助于选择性地将线圈连接为串联配置、并联配置、或它们的组合。该电路包括配置为控制该一个或多个开关中的每一个的导通状态的控制器、以及与线圈电连通的功率端子，其中功率信号流动通过线圈。
[0006]在第二方面中，用于将功率无线传送至接收装置的方法包括:将一组线圈的不同线圈的相应的端部联接为串联配置、并联配置、或它们的组合中的一种以形成第一配置。传送至接收装置的功率的量被确定。不同线圈的相应端部被联接在一起形成串联配置、并联配置、或它们的组合中的一种，以基于确定的功率的量而形成与第一配置不同的配置组合。
【附图说明】
[0007]图1A和IB示出了示例性充电基座和便携式装置；
[0008]图2A示出了示例性电感器，其包括可形成在印刷电路板上的一组环；
[0009]图2B示出了与电感器接口以用于传送功率的示例性功率电路；
[0010]图3示出了可由功率电路执行的示例性操作；
[0011]图4示出了处于未对齐(out-of-alignment)配置中的示例性充电基座和便携式装置；以及
[0012]图5A-5C示出了可与示例性功率电路一起使用而用于传送功率的第二示例性电感器。
【具体实施方式】
[0013]—种功率电路在下文中详细讨论，所述功率电路克服了上文中提到的问题。通常，该功率电路联接至包括与彼此电隔离的一组环的电感器(inductor)。该功率电路包括用于将这些环联接为各种配置以改变电感器的电感和电感器的阻抗的一组开关。功率电路监测传送到接收装置的功率的量并且识别电感配置以最大化功率效率(power efficiency)而同时维持最小量的功率传输。
[0014]图1A和IB示出了无线充电系统100，其包括充电基座110和便携式装置105，当该便携式装置放置在充电基座110上时其被充电。充电基座110可经由插到电源插座(未示出)的电源线112而获取功率，并且可将该功率无线传送到便携式装置105。
[0015]为了有助于无线充电，该充电基座110可包括这样的功率电路，该功率电路包括设置在充电基座110的区域120中的初级电感器，当该区域120对齐在便携式装置105 (见图1B)的相应区域115的上方时、将功率传输至设置在便携式装置105中的刺激电感器。每个电感器可对应于具有N匝绕线或N个环的线圈。例如，该线圈可对应绕空气芯部或不同的芯部材料缠绕限定次数的电线，从而提供N个环，它们共同提供希望的电感。该对应的电感通常等于一个环的电感乘以匝数的平方。每个环都构成由电感器产生的总的磁场的一部分。
[0016]从充电基座110传输至便携式装置105的功率的量部分取决于相应的电感器对齐或彼此重叠的程度、以及相应电感器之间的空间。当相应的电感器完全重叠并且相对彼此处于有可能最近的距离处时，发生最大的功率传输。
[0017]图2A示出了可对应于上文所述的初级和次级电感器中的一个或两者的电感器230的一种实施方式。在示例性实施例中，电感器230包括一组环235a-d，该组环可对应于设置在印刷电路板(未示出)的多个不同层的一个中上的导电迹线。在替代实施例中，环235a-d中的两个或多个可同心地布置在相同的层上。在特定实施例中，导电材料可对应于诸如铜的材料。该材料可被设计图案为限定总体闭合的区域，并具有一对端部240a-d。该图案可限定方形图案，如图所示，或不同的图案，诸如圆形图案、椭圆图案等。环235a-d的端部240a-d聚到一起，以提供用于将端子焊接到环235a-d的接触点。端部240a_d可以以各种组合而联接到一起，以有助于将环235a-d联接为串联配置、并联配置、或它们的组合。尽管图2A示出了四个环235a-d，但是应当理解的是，电感器230可包括不同数量的环235a-d，并且环235a-d的数量可以被选择为满足希望的电感。
[0018]图2B示出了具有示例性功率电路202的功率系统200，该功率电路202可被设置在充电基座110和/或便携式装置105中以用于经由电感器230而传送功率。该功率电路202可包括控制器205、一组开关210a-c、功率输入引脚220a_b、以及输入/输出端口232a-d以用于将该功率电路202联接到电感器230。在一些实施方式中，保护装置215 (诸如正温度系数(PTC)装置)可被提供以避免过流状况的出现。尽管示出了三个开关和四个端口，但是应当理解的是，开关和端口的数量仅仅是示例性的，并且可取决于希望的环的数量而改变。例如，图2B示出了电感器230，其中环235a-d中的一些联接到一起，而其他的联接到电感器端口 232a-d。然而，可提供附加的端口和开关，使得不同数量的端部240a-d可被联接到开关210，以有助于附加的电感器配置。
[0019]当用于充电基座110中时，控制器205可被配置为确定传送到便携式装置105的功率的量。例如，控制器205可包括有助于测量施加到初级电感器230的电压和流入初级电感器230的电流之间的相位差的电路。接近或等于90度的相位差可指示几乎纯无功的负载，表面实际上没有功率被传送至接收装置。另一方面，接近O度的相位差可指示功率正在被传送。
[0020]替代地或附加地，控制器205可被配置为基于从便携式装置105的反馈而确定所传送的功率的量。例如，指示功率使用的消息可从便携式装置105无线传送至充电基座IlOo
[0021]在又一实施例方式中，不同的系统可经由上面描述的任一方法而确定功率使用，并且可传送信号至控制器205用于控制开关210a-c。
[0022]功率电路202的操作参考图3进行描述。在方框300处，功率电路202的开关210a-c可初始地配置为最大化初级电感器230的电感。例如，控制器205可控制开关210a以进入闭合或导通状态。控制器205可控制开关210b和210c以进入开路(open)状态或高阻抗状态。开关的这种配置将相应的环235a-d置于串联配置中，这最大化了初级电感器230的电感。更大的电感导致在充电基座110中的初级电感器230和便携式装置105中的次级电感器230之间的更大的互感(mutual inductance)，并且因此，增加的功率传送至便携式装置105。该配置有利地放松了便携式装置105和充电基座110之间的对齐(alignment)要求，并且当相应的单元稍微不对齐时(如图4所示)有助于向便携式装置充电。例如，电感、以及由此所传送的功率的量，可被设为约20 μ H(微亨)，当相应的电感器重叠约10%时，这可足够有助于向便携式装置105充电或激活该便携式装置105。在该配置中，电感器的阻抗可以为约0.5欧姆。
[0023]在方框305处，传送至便携式装置105的功率的量被确定。例如，控制器205可通过测量经过初级电感器的电压和流过初级电感器的电流之间的相位差而确定所传送的功率。控制器205可从便携式装置105接收指示被便携式