专利名称：用于基于帧无线地发送能量的方法和设备的制作方法
技术领域：
以下描述涉及一种用于基于帧无线发送能量的方法和设备。
背景技术：
移动装置(诸如，智能电话、平板个人计算机(PC)以及膝上计算机)正在增加。随着近场通信技术(诸如，无线局域网(LAN)、蓝牙等)的发展，通过相同用户或其它用户之间的信息交换以及在多个移动装置中构建单个应用来操作的系统在增加。多数系统可包括移动装置。移动装置的电池可能具有有限的充电容量，并且与传统装置相比较可能需要更频繁的充电。因此，近场无线电能传输可能是解决这种问题的一种方法。近场无线电能传输指的是发送线圈与接收线圈之间的距离与操作频率的波长相比充分短。使用谐振特性的无线电能发送和接收系统可包括:被构造为提供电能的源；被构造为接收电能的目标。在发送和接收无线电能的处理中，源和目标可共享控制信息。
发明内容
在一总体方面，提供了 一种用于基于帧无线地发送能量的设备。所述设备包括:发送器，被构造为通过源谐振器与多个目标谐振器之间的互谐振，按帧单位将能量发送到至少一个接收装置；控制器，被构造为基于是否将能量发送到所述至少一个接收装置或基于是否将数据发送到所述至少一个接收装置，来确定包括在帧中的信息。可在第一能量帧的发送完成之后的预定的能量帧间空间(IEFS)的时间段期间维持空闲状态之后，发送器发送第二能量帧。第一能量帧可包括:前导码，包括所述至少一个接收装置接收能量帧所使用的预先信息；能量帧头(ΕΠΟ，包括控制信息；能量帧体(EFB)，包括发送到所述至少一个接收装
置的能量。前导码可包括检测第一能量帧并估计传输能量的信道所使用的信息。Era可包括关于第一能量帧的长度、发送第一能量帧的发送装置的标识符(ID)、接收第一能量帧的接收装置的ID以及所述至少一个接收装置的ID的信息。控制器可控制用于在预定的IEFS的时间段之后在至少一个发送装置之间占用能
量传输信道的竞争。可通过将基本时间单位设置为时隙来执行竞争，并且时隙对应于预定的IEFS。控制器可以以超帧结构将数据帧插入到能量帧体，发送器按帧单位发送能量和数据。在EFB的段内，在第一数据帧的发送完成之后的预定的数据帧间空间IDFS的时间段期间维持空闲状态之后，发送器可发送第二数据帧。
所述设备还可包括:接收器，被构造为在预定的IDFS的时间段期间维持空闲状态之后从接收第一数据帧的接收装置接收响应信号。第一数据帧可包括:帧的开始(SoF)，指示第一数据帧的开始；数据帧头(DH0，包括控制信息；数据帧体(DFB)，包括数据信息。数据帧头可包括关于第一数据帧的长度、第一数据帧的类型、发送第一数据帧的发送装置的ID、接收第一数据帧的接收装置的ID以及调制和编码方案(MCS)的信息。控制器可控制用于在预定的IDFS的时间段之后在发送第一数据帧的发送装置与接收第一数据帧的接收装置之间占用数据传输信道的竞争。可通过将基本时间单位设置为时隙来执行竞争，时隙可对应于预定的IDFS。所述设备还可包括:训练单元，被构造为使用前导码所包括的信息执行从发送装置至接收装置的下行链路训练以及从接收装置至发送装置的上行链路训练。响应于在发送装置与接收装置之间以全双工方案执行通信，训练单元可实质上同时执行下行链路训练和上行链路训练。 所述至少一个接收装置可以是多个接收装置。所述至少一个目标谐振器可以是多个目标谐振器。控制器可使用载波侦听多路访问/碰撞避免(CSMA/CA)方案控制竞争。在另一方面，提供了一种用于基于帧无线地接收能量的设备。所述设备包括:接收器，被构造为通过源谐振器与目标谐振器之间的互谐振，从发送装置按帧单位接收能量；控制器，被构造为基于由接收器接收的帧所包括的信息控制接收装置的操作。接收器可按预定的最小能量帧间空间(IEFS)接收能量帧。控制器可包括:检测器，被构造为基于能量帧的前导码所包括的信息检测能量帧；信道估计器，被构造为基于能量帧的前导码所包括的信息估计传输能量帧的信道；同步估计器，被构造为基于能量帧的前导码所包括的信息估计接收装置的操作开关的时间同步。接收器可在能量帧体的段内按预定的最小数据帧间空间(IDFS)接收数据帧。所述设备还可包括:发送器，被构造为在预定的最小IDFS的时间段期间维持空闲状态之后从接收装置将数据帧发送到发送装置。在另一方面，提供了一种基于帧无线地发送能量的方法。所述方法包括:通过源谐振器与多个目标谐振器之间的互谐振，按帧单位将能量发送到至少一个接收装置；基于是否将能量发送到所述至少一个接收装置或基于是否将数据发送到所述至少一个接收装置，来确定包括在帧中的信息。通过下面的描述、附图和权利要求，其它特征和方面可变得清楚。
图1是示出使用无线电能的通信系统的等效电路图的示例的示图。图2是示出使用无线电能的通信系统的等效电路图的另一示例的示图。图3是示出可应用用于基于帧无线地发送能量的设备的情景的示例的示图。图4是示出在应用用于基于帧无线地传输能量的设备的网络中的电能和数据传输的拓扑结构的示例的示图。图5是示出用于基于帧无线地发送能量的设备的示例的框图。
图6是示出用于基于帧无线地发送能量的设备的另一示例的框图。图7是示出由用于基于帧无线地发送能量的设备发送的能量帧的示例的示图。图8是示出由用于基于帧无线地发送能量的设备发送的能量帧的交易(transaction)的不例的不图。图9是示出由用于基于帧无线地发送能量的设备同时发送能量和数据所使用的超帧结构的数据帧的示例的示图。图10是示出由用于基于帧无线地发送能量的设备发送的数据帧的交易的示例的示图。图11是示出用于基于帧无线地发送能量的设备与用于基于帧无线地接收能量的设备之间执行的训练的示例的示图。贯穿附图和详细描述，除非另有描述，否则相同附图标号将被理解为指示相同元件、特征和结构。为了清楚、示出和方便，可夸大这些元件的相对大小和描绘。
具体实施例方式提供以下详细描述，以帮助读者获得在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。因此，在此描述的系统、设备和/或方法的各种改变、修改和等同物将被建议给本领域普通技术人员。此外，为了更加清楚和简洁，可省略已知功能和结构的描述。使用无线电能的通信系统可被应用于不包括电源的信息存储装置的远程控制。所述通信系统可应用于被构造为将用于驱动装置的电能远程地提供给信息存储装置并无线地加载存储在信息存储装置中的信息的系统。使用无线电能的通信系统可将来自供电装置的能量存储在源谐振器中，并且通信系统可断开电连接供电装置与源谐振器的开关。因此，通信系统可引起源谐振器的自谐振。响应于具有与自谐振的源谐振器的谐振频率相同的谐振频率的目标谐振器充分地接近所述源谐振器，目标谐振器可以与源谐振器耦合。响应于目标谐振器与源谐振器耦合，可在源谐振器与目标谐振器之间发生互谐振(mutual resonance)ο源谐振器可指示从供电装置提供能量的谐振器，目标谐振器可指示接收经互谐振传递的能量的谐振器。图1示出使用无线电能的通信系统的等效电路图的示例。在所述等效电路图中，电容器C1和开关单元130可将电能输入单元110与电能发送单元120物理地隔离，电容器C2和开关单元160可以使接收器140和电能输出单元150物理地隔离。参照图1，使用无线电能的通信系统可对应于具有源和目标的源-目标构造。使用无线电能的通信系统可包括无线电能发送装置和无线电能接收装置。无线电能发送装置可对应于源，无线电能接收装置可对应于目标。无线电能发送装置包括电能输入单元110、电能发送单元120和开关单元130。电能输入单元110可使用供电装置将能量存储在电容器C1中。开关单元130可将电容器C1连接到电能输入单元110，同时能量被存储到电容器C1，并且可将电容器C1从电能输入单元110断开。响应于电容器C1从电能输入单元110断开，电容器C1可连接到电能发送单元120，同时存储到电容器C1中的能量被释放。开关单元130防止电容器C1同时连接到电能输入单元110和电能发送单元120 二者。
电能发送单元120可将电磁能量传送到接收器140。电能发送单元120的发送线圈L1可通过与接收器140的接收线圈L2的互谐振来传送能量。互感系数M可影响发送线圈L1与接收线圈L2之间发生的互谐振的程度。电能发送单元120可针对每个符号单位对能量进行量化，以发送存储在电容器中的能量。换言之，电能发送单元120可不同地控制针对每个符号单位发送的能量的量，以发送信息。在该示例中，符号单位可指示在源与目标之间传递的单条比特信息的单位，并且所述单位可对应于开关单元130控制电容器的充电和放电一次的周期。电能输入单兀110包括输入电压Vdc、内部电阻器Rin和电容器C1。电能发送单兀120包括反映与电能发送单元12对应的物理属性的基础电路元件％、L1和Q。开关单元130可包括至少一个开关。开关单元130可包括多个开关。有源装置可用作开关以执行闭合(ON)和断开(OFF)功能。在该不例中，R与电阻分量相关。L与电感分量相关，C与电容分量相关。Vin可表不与输入电压VD。的部分对应的电容器C1两端的电压。无线电能接收装置可包括接收器140、电能输出单元150和开关单元160。接收器140可从电能发送单元120接收电磁能量。接收器140可将接收的电磁能量存储在连接到接收器140的电容器中。开关单元160可将电容器C2连接到接收器140，同时能量被存储在电容器C2中，并且可将电容器C2从接收器140断开。因此，响应于电容器C2从接收器140断开，电容器C2可连接到电能输出单元150，同时存储在电容器C2中的能量被传递到负载。开关单元160可防止电容器C2同时连接到接收器140和电能输出单元150 二者。接收器140的接收线圈L2可通过与电能发送单元120的发送线圈L1的互谐振而接收电能。连接到接收线圈L2的电容器C2可使用接收的电能被充电。电能输出单元150可将充电的电容器C2的电能输出到电池。作为另一示例，电能输出单元150可将电能传递到负载或目标装置而不是电池。接收器140可从电能发送单元120按照符号单位接收能量，并根据接收的能量的量对从源发送的信息进行解调。接收器140包括反映与接收器140对应的物理属性的基础电路元件R2、L2和C2。电能输出单兀150包括电容器C2、电池和开关单兀160。开关单兀160可包括至少一个开关。开关单元160可包括多个开关。Vtjut可表示与由接收线圈L2接收的能量的一部分对应的电容器C2两端的电压。如上所述，与使用阻抗匹配的传统方案比较，用于通过物理地隔离电能输入单元110与电能发送单元120、接收器140与电能输出单元150来发送电能的谐振器隔离(RI)系统可具有优势。例如，因为电能可从直流(DC)源直接提供给源谐振器，因此RI系统可不使用功率放大器；因为在接收端从存储在电容器中的电能捕获能量，因此RI系统可不使用通过整流器的整流；因为没有使用阻抗匹配，因此RI系统的发送效率可不响应于发送端与接收端之间的距离改变。RI系统可容易地扩展到使用无线电能并包括多个发送端和多个接收端的通信系统。图2示出使用无线电能的通信系统的等效电路图的示例，其中，电能充电器210和发送器230被一个开关物理地隔离，充电器240和电能输出单元260被另一开关物理地隔离。参照图2，使用无线电能的通信系统可对应于具有源和目标的源-目标构造。在另一示例中，使用无线电能的通信系统可包括与源对应的无线电能发送装置和与目标对应的无线电能接收装置。无线电能发送装置包括电能充电器210、控制器220和发送器230。电能充电器210可包括供电装置Vin和电阻器Rin。发送器230可通过源谐振器与目标谐振器之间的互谐振发送存储在源谐振器中的能量。源谐振器可包括电容器C1和电感器Lp控制器220可经过开关将电能充电器210连接到发送器230，以将能量从电能充电器210提供至源谐振器。供电装置Vin可将电压施加到电容器C1，并且可将电流施加到电感器L1。响应于无线电能发送装置达到稳定状态，施加到电容器C1的电压可变为“0”，并且流过电感器L1的电流可具有值Vin/Rin。在稳定状态，施加的电流可对电感器L1进行充电。响应于在稳定状态存储在源谐振器中的能量达到预定值，控制器220可断开开关。所述预定值的信息可被设置在控制器220中。在该示例中，电能充电器210和发生器230可相互隔离。在该示例中，源谐振器可初始化电容器C1与电感器L1之间的自谐振。换言之，存储在源谐振器中的能量可通过基于互感系数M270的源谐振器与目标谐振器之间的互谐振，而被传递到目标谐振器。在该示例中，源谐振器的谐振频率可对应于目标谐振器的谐振频率f2。
权利要求
1.一种用于基于帧无线地发送能量的设备，所述设备包括: 发送器，被构造为通过源谐振器与至少一个目标谐振器之间的互谐振，按帧单位将能量发送到至少一个接收装置； 控制器，被构造为基于是否将能量发送到所述至少一个接收装置或基于是否将数据发送到所述至少一个接收装置，来确定包括在帧中的信息。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，在第一能量帧的发送完成之后的预定的能量帧间空间IEFS的时间段期间维持空闲状态之后，发送器发送第二能量帧。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，第一能量帧包括:前导码，包括所述至少一个接收装置接收能量帧所使用的预先信息；能量帧头Era，包括控制信息；能量帧体，包括发送到所述至少一个接收装置的能量。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，前导码包括检测第一能量帧并估计传输能量的信道所使用的信息。
5.根据权利要求3所述的设备，其中，Ε 包括关于第一能量帧的长度、发送第一能量帧的发送装置的标识符ID、接收第一能量帧的接收装置的ID以及所述至少一个接收装置的ID的信息。
6.根据权利要求2所述的设备，其中，控制器控制用于在预定的IEFS的时间段之后在至少一个发送装置之间占用能量传输信道的竞争。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，通过将基本时间单位设置为时隙来执行竞争，并且时隙对应于预定的IEFS。
8.根据权利要求3所述的设备，其中，控制器以超帧结构将数据帧插入到能量帧体， 发送器按帧单位发送能量和数据。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，在EFB的段内，在第一数据帧的发送完成之后的预定的数据帧间空间IDFS的时间段期间维持空闲状态之后，发送器发送第二数据帧。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括: 接收器，被构造为在预定的IDFS的时间段期间维持空闲状态之后从接收第一数据帧的接收装置接收响应信号。
11.根据权利要求9所述的设备，其中，第一数据帧包括:帧的开始SoF，指示第一数据帧的开始；数据帧头Dra，包括控制信息；数据帧体DFB，包括数据信息。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，数据帧头包括关于第一数据帧的长度、第一数据帧的类型、发送第一数据帧的发送装置的ID、接收第一数据帧的接收装置的ID以及调制和编码方案MCS的信息。
13.根据权利要求9所述的设备，其中，控制器控制用于在预定的IDFS的时间段之后在发送第一数据帧的发送装置与接收第一数据帧的接收装置之间占用数据传输信道的竞争。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，通过将基本时间单位设置为时隙来执行竞争，时隙对应于预定的IDFS。
15.根据权利要求3所述的设备，还包括: 训练单元，被构造为使用前导码所包括的信息执行从发送装置至接收装置的下行链路训练以及从接收装置至发送装置的上行链路训练。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，响应于在发送装置与接收装置之间以全双工方案执行通信，训练单元实质上同时执行下行链路训练和上行链路训练。
17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个接收装置是多个接收装置。
18.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个目标谐振器是多个目标谐振器。
19.根据权利要求6所述的设备，其中，控制器使用载波侦听多路访问/碰撞避免CSMA/CA方案控制竞争。
20.一种用于基于帧无线地接收能量的设备，所述设备包括: 接收器，被构造为通过源谐振器与目标谐振器之间的互谐振，从发送装置按帧单位接收能量； 控制器，被构造为基于由接收器接收的帧所包括的信息控制接收装置的操作。
21.根据权利要求20所述的设备，其中，接收器按预定的最小能量帧间空间(IEFS)接收能量帧。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，控制器包括: 检测器，被构造为基于能量帧的前导码所包括的信息检测能量帧； 信道估计器，被构造为基于能量帧的前导码所包括的信息估计传输能量帧的信道； 同步估计器，被构造为基于能量帧的前导码所包括的信息估计接收装置的操作开关的时间同步。
23.根据权利 要求20所述的设备，其中，接收器在能量帧体的段内按预定的最小数据帧间空间IDFS接收数据帧。
24.根据权利要求23所述的设备，还包括: 发送器，被构造为在预定的最小IDFS的时间段期间维持空闲状态之后从接收装置将数据帧发送到发送装置。
25.一种基于帧无线地发送能量的方法，所述方法包括: 通过源谐振器与至少一个目标谐振器之间的互谐振，按帧单位将能量发送到至少一个接收装置； 基于是否将能量发送到所述至少一个接收装置或基于是否将数据发送到所述至少一个接收装置，来确定包括在帧中的信息。
全文摘要
本发明公开了一种用于基于帧无线地发送能量的方法和设备。所述设备包括发送器，被构造为通过源谐振器与多个目标谐振器之间的互谐振，按帧单位将能量发送到至少一个接收装置；控制器，被构造为基于是否将能量发送到所述至少一个接收装置或基于是否将数据发送到所述至少一个接收装置，来确定包括在帧中的信息。
文档编号H04B5/00GK103199897SQ20131000703
公开日2013年7月10日 申请日期2013年1月8日 优先权日2012年1月10日
发明者权义根, 金尚骏, 尹胜槿 申请人:三星电子株式会社