用于双向无线功率传输的系统和方法

用于双向无线功率传输的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及一种无线电源系统，包括既能够无线发射功率又能够无线接收功率的远程设备。在一个实施例中，该远程设备可以包括自驱动同步整流器。该无线电源系统还可以包括无线电源，其被配置成进入其中没有功率或基本上没有功率被汲取的关断状态，以及被配置成响应于从远程设备接收功率来从该关断状态唤醒。
【专利说明】用于双向无线功率传输的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线功率传输，并且更特别地涉及去往或来自远程设备的双向功率传输。
【背景技术】
[0002]在公共事业中已经有日益增加的远程设备的存在。比如移动电话、数字音乐播放器、平板电脑、个人数字助理、传感器及其他类似的电子设备的远程设备已经变得在世界的许多部分中几乎普遍存在。
[0003]随着这些类型的远程设备的存在的增加，它们的设计和特征设置从一个产品周期到下一个产品周期而变化和提高。特别地，用于对远程设备充电或供电的功率接口已经在许多方面有所提高。若干早期的远程设备被设计成经由线缆和连接器接口从比如AC适配器的电源接收功率。然而，这些传统的连接器接口承受各种缺陷。连接器接口在一些情况下是专有接口，其可以变成对与其他远程设备的互操作性的障碍。连接器接口还可能留下暴露的电接触，使得环境因素(比如暴露于水)可能损坏远程设备。并且，这些接口经常易于发生机械故障。
[0004]为了解决这些问题，近年来已经利用无线功率接口来去除线缆和连接器接口。无线功率接口可以利用在初级(亦称作发射机、初级线圈或初级电感器)和次级(亦称作接收机、次级线圈或者次级电感器)之间的耦合，以便将功率从电源传输到远程设备而不需要电触点或不需要线缆和连接器接口。例如，到远程设备的无线功率传输可能通过激励初级使得其与结合在远程设备中的次级感应耦合来实现。
[0005]随着能接收无线功率的远程设备的激增，已经认识到一些的是，远程设备除了接收无线功率之外，还能够发射无线功率。实际上讲，在传统的无线电源和使这样的双向功率传输成为可能的远程设备之间存在一些相似之处。例如，两者都在许多配置中包括线圈，其既能被用作次级也能被用作初级。然而，存在一些区别:传统的无线电源包括驱动电路来激励初级，而传统的远程设备包括无源整流电路来调节次级中所接收的功率。
[0006]为了补足能够接收无线功率的远程设备上的增加，无线电源，比如充电基座，已经变得更加普遍。不同于使用墙壁电源的线缆和连接器接口，传统的无线电源通常在等候给远程设备供电的同时保持空转。在空转时，该电源可能从它的电源中汲取恒定功率。该恒定汲取虽然小，但在长周期内或当由保持空转的多个电源所组合时，可能总计达到很大的能量浪费。已有使这些浪费最小化的解决方案，但是似乎都无法实质上或完全地消除这些浪费。例如，一些系统已经被开发成包括在一段时间内关闭该电源的管理程序(supervisor)，但是在这些系统中一些电路保持开启并且仍然汲取功率，例如包括管理程序和转换器电路。

【发明内容】

[0007]本发明提供一种无线电源系统，包括既能够无线地发射又能够无线地接收功率的远程设备。在一个实施例中该远程设备可以包括自驱动同步整流器。
[0008]在一个实施例中，该无线电源系统可以包括无线电源，其被配置成进入其中没有功率或基本上没有功率被汲取的关断(OFF)状态，以及响应于接收来自远程设备的功率而从该关断状态中唤醒。在该实施例中，无线电源系统的远程设备可以或可以不包括自驱动同步整流器。
[0009]在Iv实施例中，该远程设备可以能够在接收|旲式中接收无线功率，并且能够在发射模式中发射无线功率。该远程设备可以包括功率收发机，其被配置成既响应于由无线电源所产生的场来产生电功率，又响应于被驱动来传输无线功率。该远程设备还可以包括无线功率收发机电路，其被耦合到该收发机并在接收模式和发射模式之间可配置。在发射模式中，无线功率收发机电路可以能够驱动该收发机来传输无线功率，并且在接收模式中，该无线功率收发机电路可以能够整流在该收发机中接收的电功率。在一个实施例中，该无线功率收发机电路包括自驱动同步整流电路，其例如可以允许该远程设备在没有控制器或没有由一个控制器所控制的情况下进行操作。
[0010]在一个实施例中，该远程设备可以包括控制器来监控该无线功率收发机电路和控制该无线功率收发机电路。例如，该控制器可以将该无线功率收发机电路配置成在一个或多个模式中整流功率，该一个或多个模式包括完全同步模式、半同步模式、间断模式以及二极管整流模式中的至少一个。该远程设备还可以包括传感器，其适于感测该收发机中的功率特性。这些感测到的特性可以被该控制器使用来确定将该远程设备配置在发射模式中还是接收模式中。例如，该传感器的感测到的输出可以指示另一个设备发射功率，并且基于此信息，该控制器可以确定将该远程设备配置到接收模式中。作为另一个范例，所感测到的输出可以指示邻近该远程设备的另一个设备的存在。
[0011]在一个实施例中，该远程设备可以包括能够与另一个设备通信的通信系统，该另一个设备比如是无线电源或另一个远程设备。该通信系统可以使该远程设备能够与另一个设备交换功率信息。功率信息可以被用来确定进入发射模式还是接收模式。
[0012]在一个实施例中，该远程设备可以包括多个收发机。这些收发机中的一个或多个可以取决于各种因素而被选择性地激活，各种因素包括操作模式和该收发机的电感。例如，在发射模式中，一个收发机可以被激活，但是在接收模式中，可以将该相同的收发机去激活而将另一个收发机激活。在一个实施例中，一个或多个收发机可以操作为谐振器，其与该远程设备中的另一个收发机耦合，启用无线功率的发射或接收。
[0013]在一个实施例中，该远程设备可以包括能够在发射模式中以升压(boost)模式进行操作并且在接收模式中以降压(buck)模式进行操作的两象限电源。例如，在发射模式中，该两象限电源可以将该远程设备的电池电压提升到足够用于有效功率传输的水平。并且在接收模式中，该两象限电源可以将从该无线功率收发机电路输出的整流电压减少到适于对该远程设备的电池充电或对该远程设备的负载供电的水平。
[0014]在一个方面中，本发明可以包括用于将功率传输到至少一个远程设备的无线电源。该无线电源包括用于传输功率到该至少一个远程设备的初级，以及被配置成从功率源接收功率并向该初级提供功率的转换器电路。该无线电源还可以包括节电电路，其能够响应于该初级接收无线功率来选择性地启用来自该功率源的功率的发射。例如，该无线电源可以保持在禁用或关断状态，同时等待远程设备想要接收无线功率的指示。该远程设备可以通过发射功率到该无线电源来提供这样的指示，该无线电源转而可以开始将无线功率发射回到该远程设备。
[0015]在一个实施例中，该无线电源还可以能够响应于除了在该初级中接收无线功率之外的事件来选择性地启用功率的发射。例如，用户可以按下按钮来激活该无线电源或外部控制器(比如车辆点火系统)可以接通无线电源。
[0016]在一个方面中，本发明提供了一种用于在将无线电源保持空转的同时减少或消除无线电源中汲取的功率的简单和有效的系统。例如，如果该无线电源处于其花费大量的时间在待机中的环境中，比如在办公区域或家中，则在待机时间期间汲取的功率可以被减少或消除。在另一个方面中，本发明可以提供一种用于远程设备来交替地发射或接收功率的有效系统。例如，在一些情况下，该远程设备可以在没有控制器或没有最初操作控制器的足够功率的情况下接收功率。
[0017]通过参考当前实施例的描述和附图，将会更全面的理解和认识本发明的这些及其他的目标、优点以及特征。
[0018]在详细解释本发明的实施例之前，要理解的是，本发明不限于在下面的描述中阐明或在附图中图示出的操作细节或部件的构造和布置的细节。本发明可以在各种其他的实施例中被实现并且可以以这里没有明确公开的替代方式来实践或执行。而且，要理解的是，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的且不应被看作限制。使用“包括”和“包含”及它们的变体意图涵盖其后列出的项目及其等效物以及附加项目及其等效物。此外，在各种实施例的描述中可以使用列举。除非另外明确地陈述，否则列举的使用不应当被解释为将本发明限制到部件的任何特定次序或数量。也不应当将列举的使用理解为将可以与所列举的步骤或部件进行组合或组合到其中的任何附加步骤或部件从本发明的范围排除。
【专利附图】

【附图说明】
[0019]图1是根据本发明的实施例的无线电源和远程设备的示意性表示。
[0020]图2是根据本发明的实施例的无线功率收发机电路和远程设备的示意性表示。
[0021]图3是根据本发明的实施例的无线电源和远程设备的示意性表示。
[0022]图4是根据本发明的实施例的无线电源和远程设备的示意性表示，其示出从该远程设备到该无线电源的功率流。
[0023]图5是根据本发明的实施例的无线电源和远程设备的示意性表示，其示出从该无线电源到该远程设备的功率流。
[0024]图6是根据本发明的实施例的无线电源和远程设备的示意性表示，其示出从该无线电源到该远程设备的功率流。
[0025]图7是根据本发明的实施例的远程设备发射功率到另一个远程设备的示意性表
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[0026]图8是根据本发明的实施例的远程设备到另一个设备的示意性表示。
[0027]图9是根据本发明的第二实施例的无线电源和远程设备的示意性表示。
[0028]图10是根据本发明的第二实施例的远程设备和另一个远程设备的示意性表示。
[0029]图11是根据本发明的第二实施例的远程设备和另一个远程设备的示意性表示。
[0030]图12是根据本发明的第二实施例的远程设备和另一个远程设备的示意性表示，其示出从一个设备传输到另一个设备的功率传输。
[0031]图13是根据本发明的第二实施例的远程设备和另一个远程设备的示意性表示，其示出从一个设备传输到另一个设备的功率传输。
[0032]图14是根据本发明的第三实施例的远程设备和无线电源的示意性表示。
[0033]图15是根据本发明的第三实施例的远程设备和无线电源的示意性表示。
[0034]图16是根据本发明的第四实施例的远程设备和无线电源的示意性表示。
[0035]图17是根据本发明的第五实施例的远程设备和无线电源的示意性表示。
[0036]图18是根据本发明的第五实施例的远程设备和无线电源的示意性表示。
[0037]图19是根据本发明的第五实施例的远程设备和无线电源的示意性表示，其示出从该远程设备到该无线电源的功率传输。
[0038]图20是根据本发明的第五实施例的远程设备和无线电源的示意性表示，其示出从该无线电源到该远程设备的功率传输。
[0039]图21是根据本发明的第六实施例的远程设备的示意性表示。
[0040]图22是根据本发明的第六实施例的处于降压模式中的远程设备的示意性表示。
[0041]图23是根据本发明的第六实施例的处于降压模式中的远程设备的示意性表示。
[0042]图24是根据本发明的第六实施例的处于升压模式中的远程设备的示意性表示。
[0043]图25是根据本发明的第六实施例的处于升压模式中的远程设备的示意性表示。
[0044]图26是根据本发明的第六实施例的处于升压模式中的远程设备的示意性表示。
[0045]图27是根据本发明的第六实施例的远程设备的示意性表示。
[0046]图28是根据本发明的第六实施例的远程设备的示意性表示。
[0047]图29是根据本发明的实施例的远程设备的无线功率收发机电路的示意性表示。
[0048]图30是示出根据本发明的实施例的方法的一般步骤的流程图。
[0049]图31是示出根据本发明的实施例的方法的一般步骤的流程图。
[0050]图32是根据本发明的实施例的远程设备的无线功率收发机电路的示意性表示。
【具体实施方式】
[0051]A.概沭
[0052]本发明针对一种无线电源系统，包括既能够无线发射功率又能够无线地接收功率的远程设备。该无线电源系统还可以包括无线电源，其被配置成进入其中没有功率或很小功率被汲取的关断状态，以及被配置成响应于从邻近该感应电源的远程设备接收功率来从该关断状态唤醒。为了公开的目的，该无线电源系统大部分被描述为与一个远程设备连接，但是应当理解的是，可以在无线电源系统中使用多个远程设备。并且虽然被描述为与具有一般性负载的远程设备连接，但是本发明非常适于使用在移动电话、数字音乐播放器、平板电脑、个人数字助理、低功率电子传感器及其他类似的电子设备中。
[0053]该远程设备可以包括可在两个模式:接收模式和发射模式之间配置的无线功率收发机电路。依据这些模式之一的操作可以取决于该远程设备是正接收还是发射无线功率。如果该远程设备正接收无线功率，那么该无线功率收发机电路可以将在收发机中接收到的功率整流成可由该远程设备中或连接到该远程设备的其他电路所使用的功率。另一方面，如果该远程设备正在发射无线功率，那么该无线功率收发机电路可以驱动或激励该收发机来与另一个设备感应耦合，该另一个设备比如是感应电源或另一个远程设备。在一个实施例中，该无线功率收发机电路可以被配置成以自驱动同步方式来整流功率，使得该远程设备可以在没有控制器的帮助的情况下整流功率。
[0054]在一个实施例中，该无线电源可以响应于接收输入来进入开启状态下，接收输入比如是接收来自远程设备的无线功率。利用该构造，该无线电源可以通过保持在关断状态中，减少功率消耗，来节约功率，直到远程设备或用户提供发射无线功率的指示。
[0055]B.系统
[0056]根据本发明的实施例的无线电源系统在图1-8中示出，并指定为10。该无线电源系统10包括被配置成接收和发射无线功率的远程设备14。无线电源系统10还可以包括电源10、一个或多个附加的远程设备14、14'、或两者一其中的任意可以被配置成接收和发射无线功率、仅接收无线功率、或仅发射无线功率。例如，该远程设备14可以与传统的无线电源、传统的远程设备或者两者相结合来操作。
[0057]远程设备14可以包括一般传统的电子设备，比如移动电话、媒体播放机、手持收音机、相机、闪光灯或本质上任何其他便携电子设备。远程设备14可以包括电能存储设备，比如电池、电容器或超级电容器，或者其可以在没有电能存储设备的情况下操作。与远程设备14的主要操作相关联(并且不与无线功率传输相关联)的部件通常为传统的，并因此将不被详细描述。相反，与远程设备14的主要操作相关联的部件通常被称为主负载或电池38。例如，在移动电话的情境中，不做努力来描述与移动电话本身相关联的电子部件。虽然结合电池38进行描述，但是应当理解的是，该远程设备可以不包括电池38且电池38可以是负载。
[0058]远程设备14包括收发机21，该收发机21具有次级22和谐振电容器24，该次级22和谐振电容器24被布置成形成串联调谐储能电路，该电路既能够接收无线功率又能够发射无线功率。本发明不限于与串联谐振储能电路一起使用，且可以替代地与其他类型的谐振储能电路，以及甚至与非谐振储能电路(比如没有匹配电容的简单电感器)一起使用。将在下面进一步详细描述的替代实施例还可以包括能够结合收发机21来操作以接收和发射无线功率的谐振器电路。
[0059]根据当前实施例的远程设备14包括可在两个模式之间配置的无线功率收发机电路30。在接收模式中，无线功率收发机电路30可以被配置为整流器以基于次级22中接收的无线功率来产生整流输出。并且在发射模式中，无线功率收发机电路30可以被配置为逆变器，其能够被驱动来发射来自收发机21的无线功率。
[0060]远程设备14还可以包括开关37和电容器36。因为由远程设备14最初接收的功率可能不足以对电池38充电或对负载供电，开关37和电容器36可以操作成缓存以防止低功率状况或控制对电池38的充电。例如，一旦从无线功率收发机电路30输出的电压达到适当的水平，开关37可以闭合，启用对电池38的充电或对负载供电。在一些情况下，该开关还可以被断开以从电池38断开无线功率收发机电路30，使得能量不被不必要地从电池38逐渐消耗(sap)。
[0061]虽然结合具体的整流器拓扑结构描述了图1-8的所图示出的实施例，但是无线功率收发机电路30可以包括能够进行任何类型的整流的电路，任何类型的整流例如是将收发机21中的交流电转换成由远程设备14所使用的直流电。这样的电路可以包括二极管、开关或者其任意组合，以提供一一种或多种整流模式，例如包括，二极管整流、半同步整流、间断模式整流、以及全同步整流。例如，如果无线功率收发机电路30包括简单的全桥二极管整流器，那么可以使用二极管整流，当然其也许不可能重新配置无线功率收发机电路30以用于其他整流模式。并且如果无线功率收发机电路30既包括二极管又包括开关，则其也许能够使用半同步整流和全同步整流中的至少之一。如果无线功率收发机电路30包括开关而没有用于整流的二极管，那么可以使用间断模式整流、全同步整流，或者两者都可以。
[0062]图1-7的所图示出的实施例中的无线收发机电路30包括多个开关31-34，其能够被切换来整流收发机21中接收的无线功率。开关的控制可以利用自驱动电路35以自驱动方式来执行，或由控制器39来执行，或两者。
[0063]在所图示出的实施例中，每个开关31-34是具有体二极管(body diode)的MOSFET,但是可以使用任何类型的开关，例如包括二极管、没有体二极管的M0SFET、双极结晶体管(BJT)、以及绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在图示出的实施例中，开关31-34被布置成具有两个支路的桥，每个支路包括高侧开关31、33和低侧开关32、34，其被连接到收发机21的一侧。此配置可以允许开关31-34在一个或多个模式中作为同步或有源整流器进行操作。例如，在全同步模式中，开关31-34的栅极71-74可以被分别控制，使得开关31-34以类似于全波电桥二极管整流器的方式进行操作，这是通过确保每个开关31-34在适当的时间断开或闭合以允许电流处于适当的方向来实现的。其他模式，比如间断模式、半同步模式，或者二极管整流模式可以使用相同的或替代的整流电路拓扑结构来实现——在这里将对该整流电路拓扑结构进行进一步的描述。
[0064]具体转到图1和2的所图示出的实施例，无线功率收发机电路30可以包括自驱动电路35，其被配置用于在接收模式中进行自驱动同步整流，使得无线功率收发机电路30可以产生整流输出而不用由控制器39所控制。例如，控制器39可以被结合到远程设备14中。应当理解的是，虽然能够在没有控制器39的情况下进行操作，但是在替代实施例中，远程设备14可以包括适于对无线功率收发机电路30进行控制和监控中的至少一种的控制器39，并且该控制器39可以与或不与自驱动电路35 —起使用。例如，图3的所图示出的实施例示出了具有由控制器39所控制的无线功率收发机电路30来在没有自驱动电路35的情况下产生整流输出的一个实施例。控制器39还可以结合通信系统，其能够与其他设备进行单向或双向通信。可以经由与收发机21分离的信道或者通过与收发机21的感应耦合来发生通信。此通信系统可以被集成到控制器39中，或在与控制器39分离的电路中被实现。
[0065]无线功率收发机电路30的自驱动电路35可以有助于实现自驱动同步整流的实现。例如，自驱动电路35可以包括模拟电路，其被配置成控制开关31-34的栅极71-74的定时，以实现没有控制器的同步整流。在图2的所图示出的实施例中进一步详细示出一个这样的范例。如所示的，将收发机21和开关31-34以与图1的拓扑结构类似的拓扑结构进行布置。该所图示的实施例还包括自驱动电路，为了清楚起见遍及该自驱动电路被示为分散的，该自驱动电路具有电容器61-64和偏压电阻65-68。电容器61-64可以将开关31-34的栅极71-74耦合到无线功率收发机电路30的相对的支路或支线(leg)，以在开关31-34上产生适当的栅极电荷以用于将开关31-34导通或关断。偏压电阻器65-68可以被耦合到高或低整流电压，并且可以被用来帮助将开关31-34足够快速地关断以防止开关31-34停留在导通太长时间，可能防止使整流电压短路。[0066]虽然在图2的所示出的实施例中自驱动电路可以被配置成避免使整流电压短路，但是可能存在一些情况，比如轻负载或非常高耦合，其中开关31-34可能被非常慢地关断或非常快地导通。在替代实施例中，其中远程设备14包括控制器，比如图3的所图示出的实施例中的控制器39，该控制器可以被耦合到无线功率收发机30来控制栅极71-74，并且可以潜在地被配置成进一步避免使整流电压短路。控制器39尤其可以监控和控制无线功率收发机30在整流模式中的操作。例如，控制器39可以禁用高侧开关31、33或低侧开关32、34，这是通过控制它们的栅极电荷(或者直接地或者通过驱动器或基准电压)来实现的。通过禁用高侧开关31、33或者低侧开关32、34，控制器39可以能够迫使无线功率收发机电路30进入半同步整流模式中。如果四个开关31-34被禁用，则全波二极管电桥整流模式可以通过与每个开关31-34相关联的体二极管或通过外部二极管来实现。在又一个替代实施例中，可以包括齐纳二极管(没有示出)来防止开关31-34的栅极71-74处的电压损坏开关31-34。
[0067]在图3-7的所图示出的实施例中，远程设备14包括控制器39，其适于在接收模式中在没有自驱动电路的情况下控制开关31-34的同步整流。控制器39，如这里所提到的，可以补充或替换在图1-2的所图示出的实施例中的无线收发机电路30的自驱动电路35。控制器39可以包括微控制器或模拟电路、或者其组合，被配置成在一个或多个模式中控制整流，一个或多个模式比如是全同步、半同步、间断以及二极管整流模式。全同步模式操作相对于图1-2在以上被描述。
[0068]现在相对于图1-7的所图示的实施例和无线功率收发机电路30的各种替代实施例来进一步详细描述间断、半同步以及二极管整流模式。
[0069]在间断模式中，可以使用四个开关31-34，如在相对于图1-2的所图示出的实施例描述的全同步模式中那样，但是例如，在一部分电流周期内可以关断所有的开关31-34。该开关定时可以导致次级22中的再循环电流突然变为零，或者换句话说，在次级22中电流可能不再以连续的方式流动。通过实施间断模式整流，从无线功率收发机电路30输出的整流电压可以在不必须与无线电源12通信的情况下被减小。这样，远程设备14本身可以控制它接收多少的功率。应当理解的是，在替代实施例中，远程设备14可以仍然向无线电源传送信息，例如包括，与功率需求、功率要求或功率使用有关的信息。
[0070]在半同步模式中，无线功率收发机电路30可以包括两个高侧开关31、33或两个低侧开关32、34，分别被连接到收发机21的负端或正端，以减少跨越整流器元件的电压降。二极管可以被用作相对的整流器元件(例如，以便替换高侧开关31、33或者低侧开关32、34)。如结合图1和2所图示的实施例所提到的，半同步模式可以通过在桥的每个支路的上部或下部中使用二极管整流并且在每个支路相对的部分中使用有源整流来实现。
[0071]在二极管整流模式中，无线功率收发机电路30可以包括全波电桥二极管整流拓扑结构(例如，以具有两个电路支路的电桥电路配置的四个或更多个二极管的布置)，以允许一个支路中的电流在一个方向上流动，以通过低二极管从整流器的负端(或零基准端)拉电流，并且通过上部二极管将电路推到正端。当电流极性反转时，电流可以以相同的方式，但是在从正端到负端的不同方向上流过另一支路中相对的二极管。
[0072]应当理解的是，相对于图1-7所描述的开关拓扑结构的体二极管可以被用于二极管整流模式中。然而，如果无线功率收发机电路30包括具有四个二极管(例如，体二极管)的四个开关31-34整流器，四个二极管各与一个开关31-34并联，那么无线功率收发机电路30可能不能够在间断模式中运行，因为在开关31-34关断的情况下，再循环电流改为流过二极管。在很多情况下，这降低了操作效率而不是降低了整流电压。为了防止导通经过与开关31-34相关联的二极管，无线功率收发机电路30可以包括取代每个开关31-34的背靠背开关，比如背靠背MOSFET，其中MOSFET的栅极被连在一起，并且将源极或者漏极也连在一起。
[0073]在替代实施例中，无线功率收发机电路30可以不包括配置为同步整流器的开关31-34。例如，在一个替代实施例中，无线功率收发机电路30可以包括二极管整流器，比如全波电桥整流器或半波整流器以，在接收模式中整流功率，以及类似于开关31-34的开关，能够在发射模式中激励收发机21。
[0074]例如在图32的所图示出的实施例中所示出的替代实施例中，无线功率收发机电路830可以类似于无线功率收发机电路30，但是具有若干例外。无线功率收发机电路830可以包括单独的二极管整流器850和逆变器852，其中的每个可以被选择性地耦合到次级22，例如包括，通过单独的谐振电容器824、825。在一种结构中，单独的二极管整流器850和逆变器852，以及相应的电容器824、825，可以被调谐成具有相同的谐振频率。例如，次级22和电容器825可以具有与逆变器852和电容器824相同的谐振频率。
[0075]在该替代实施例的另一个配置中，通过使用单独的电容器824、825，发射和接收模式的谐振频率可以被调谐到不同频率。例如，当在发射模式中由逆变器852所驱动时，次级22和电容器825可以具有一个谐振频率，该谐振频率不同于在接收模式中由整流器850所实现的次级22和电容器824的谐振频率。该能力可以在处于发射模式中时使能该远程设备，以在接收模式谐振频率下或附近实现谐振功率传输，尽管在发射模式中进行调谐可能不同。例如，邻近其他物体或设备或者设备接收功率可能影响系统的总谐振频率，使得与接收模式不同地调谐发射模式允许远程设备在接收模式谐振频率下或附近实现谐振功率传输。
[0076]在图示出的实施例中，二极管整流器850是全波电桥二极管整流器，其由四个二极管831-834形成，但是二极管整流器850可以是任何类型的整流器，比如在此所提到的那些，例如包括，半波二极管整流器。二极管整流器850也不限于二极管整流，并且例如可以是根据在此描述的其他整流电路的同步整流器。
[0077]另外，通过使用单独的二极管整流器850和逆变器852，整流电压和用于逆变器的干线电压可以被分离。例如，从二极管整流器850输出的整流电压可被用于对远程设备的一部分进行供应，而用于逆变器852的干线电压可以来自该远程设备的单独的部分。在一种情形中，整流电压可以提供5V来对远程设备的输入充电，而干线电压可以由7.2V的电池来供应。
[0078]从接收模式切换到发射模式，远程设备14可以开始对另一个设备充电或发送指示到想要接收无线功率的无线电源。使用同步整流器相比使用二极管整流器的一个优点在于同样的开关31-34既可以在接收模式中被用作整流器，又可以在发射模式中被用作逆变器。如果移除感应功率源且远程设备14想要发射功率而不是接收功率，那么控制器39可以控制一个或多个开关31-34(直接地或者通过振荡器或驱动器)来激励用于无线功率传输的收发机21，从而在发射模式中操作无线功率收发机电路30。在发射模式中，远程设备14可以使用与由在此所描述的无线电源12所使用的控制方案类似的控制方案。具体地说，可以通过控制作为全桥驱动器的全部的四个开关31-34或通过控制开关31-34的子集来激励收发机21。举例来说，控制器39可以驱动仅上部或下部开关31-34的栅极71-74，使用耦合电容器来在未直接由控制器39所驱动的另外两个开关31-34上产生适当的栅极电荷。
[0079]作为另一个范例，在包括一个高侧开关31、33和一个低侧开关32、34的半桥配置中，控制器39可以通过驱动开关31-34的一个支路来激励收发机21。在该配置中，高侧开关31、33和低侧开关32、34均位于该收发机的相同侧上。在半电桥配置中没有使用的开关31-34的另一个支路可以被如此配置，使得一个保持断开，而一个保持闭合，产生通向正端或者负端的低电阻路径。图29的所图示出的实施例示出了无线功率收发机电路930处于这样的配置中，其中一组开关33、34以半桥驱动配置，而另一组开关被配置为到正端(开关31处于断开状态，未示出)的开路和到负极端(开关32被示为可在导通和关断状态之间操作)的短路。
[0080]在该替代实施例中，远程设备14可以进一步包括传感器电路以使远程设备14能够测量收发机21中的功率特性，从而允许控制器39以与在无线电源12中实施的方式相类似的方式来控制无线功率的传输。例如，该传感器电路可以感测电压、电流、相位和功率中的至少一个，并且控制器39可以基于所感测的输出来改变驱动特性，比如操作频率、占空t匕、相位和干线电压。在所图示出的实施例中，传感器电路被示为与串联谐振电容器24并联的RC分压器921、923和耦合到该RC分压器921、923的仪器用放大器925。该构造使该设备能够测量在收发机21中再循环的电流，但是应该理解的是，可以使用任何类型的传感器电路来测量收发机21中的任何功率特性。
[0081]现在关注图7和8的所图示出的实施例，无线电源系统10可以被配置用于将功率从远程设备14传输到另一个远程设备14'而不需要从电源输入(mains input)供应功率，电源输入比如是无线电源12中的电源50。远程设备14可以类似于相对于图1-6所描述的远程设备，并且远程设备14'也可以类似于如图7中示出的远程设备14，但是在替代实施例中可以是不能够发射无线功率的远程设备。
[0082]例如，如图8的所图示出的实施例所示，能够接收感应功率的远程设备14还可以被用来发射感应功率到远程设备14'，远程设备14'比如是不能够在电池或超级电容器中储能的远程传感器或线路(patch)。在一个实施例中远程传感器可以是印刷传感器线路。在该替代实施例中，这样的远程设备14'可以通过单独的通信信道(例如，蓝牙)或通过在远程设备14和传感器14'之间的感应耦合之上的通信信道来将信息中继返回给该远程设备14。一旦信息被发射回到远程设备14，则远程设备14可以存储该信息，并然后当将远程设备14邻近无线电源12放置时，其可以使用与无线电源12类似的或不同的通信链路来发射该信息。替代地，远程设备14可以发射该信息到其他远程设备14'。在该替代实施例中，一旦检测到传感器14'，远程设备14就可以被配置成收集附加数据。例如，如果传感器是内部温度传感器或其他环境传感器(例如，湿度或环境光传感器)，则远程设备14可以收集使用信息或对传感器14'及其位置拍照。另外，远程设备14可以通过使用光学识别方案来确定传感器14'的位置或存在，该光学识别方案比如是QR(快速响应)代码、形状标识符或者其他视觉提示。
[0083]返回到图7的所图示出的实施例，远程设备14、lf可以使用相同的收发机21来接收和发射功率从而相互充电。例如，远程设备14可以无线地传输功率到远程设备14'，从而避免交换电池来从另一个设备给一个设备充电。
[0084]为了开始从一个远程设备14向另一个远程设备14'传输无线功率，远程设备14可以感测用户动作，比如通过经由加速度计(没有示出)感测撞击，通过测量收发机中的电流上的变化(指示负载或电感上的变化)来检测远程设备14'的存在，通过耦合到收发机21的阻抗元件的调制(例如，后向散射调制)来检测来自远程设备14'的通信，或者通过检测其他远程设备14'的各种已知的谐振频率。在名称为“具有设备识别的感应电源’’(INDUCTIVE POWER SUPPLY WITH DEVICE IDENTIFICATION)，并且于 2011 年 8 月 2 日发布的，Baarman等的美国专利N0.7，989，986中描述了适合的识别和检测系统及方法——将该专利通过引用全文结合于此。如果使用用户动作来开始该传输，那么远程设备14、14'可以然后开始彼此之间的通信来协商和建立功率传输。
[0085]为了确定远程设备14'是否邻近远程设备14，远程设备14可以周期性地激活它的收发机21，如果由用户动作(比如按钮或触屏)促使则激活收发机21，或者使用单独的通信信道来检测附近的远程设备14'或其他设备。例如，NFC(近场通信)或蓝牙通信链路可以识别紧密接近于远程设备14的远程设备14'。图16的所图示出的实施例示出了相对于无线电源312和远程设备314的NFC通信链路，但是应该理解的是，此NFC通信链路也可以在远程设备14、14'间实现。一旦该单独的通信链路已经帮助识别了附近的远程设备14'，那么远程设备14就可以确定激活其收发机21以用于在发射模式中进行功率传输。
[0086]出于公开的目的，现在将结合无线电源12描述无线电源系统10。应该理解的是，无线电源系统10不限于根据无线电源10配置的无线电源，并且在替代实施例中可以使用传统的无线电源。在图1和3-6的所图示出的实施例中的无线电源12可以被配置成响应接收输入，比如接收来自远程设备(例如，远程设备14)的无线功率，来进入开启状态。利用该构造，无线电源10可以通过保持在断开状态中、减少功率消耗来节约功率，直到远程设备14指示其想要接收无线功率。
[0087]根据图1和3-6的所图示出的实施例的无线电源12可以包括初级42、谐振电容器42、控制系统54、驱动器56、转换器52，以及电源输入50。当前实施例的转换器52可以是传统的转换器，其将来自电源输入50的AC输入(例如，墙壁电源)变换成适当的DC输出，该DC输出适于驱动无线功率发射机初级42。作为替代方式，电源输入50可以是DC源，转换器52可以直接穿过其或将其变换成适当的DC输出，以用于驱动初级42。在该实施例中，转换器52是AC/DC转换器，其通常具有整流器和DC/DC转换器。该整流器和DC/DC转换器提供适当的DC输出。转换器52可以替代地包括能够将输入功率变换到被驱动器56所使用的形式的本质上任何电路。在该实施例中，控制系统54被配置成调整除了干线电压之外的操作参数以激励初级42以便进行功率传输。由此，转换器52可以具有固定的输出。控制系统54可以附加地或替代地具有调整干线电压和任何其他操作参数的能力，任何其他操作参数例如包括操作频率、谐振频率、开关电路相位和占空比。在期望通过改变干线电压来调整操作参数的替代实施例中，转换器52可以具有可变输出。如图1中所示，控制系统54可以被耦合到转换器52以允许控制系统54控制转换器52的输出。
[0088]在这些实施例中，驱动器56包括被配置成产生输入信号并将输入信号施加到初级42的开关电路。驱动器56可以形成逆变器，其将来自转换器52的DC输出变换成AC输出以驱动初级42。驱动器56可以从应用到应用而不同。例如，驱动器56可以包括多个开关，比如在此所描述的MOSFET或其他开关，其以半桥拓扑结构或以全桥拓扑结构来布置，类似于在上面结合图1-7所描述的无线功率收发机电路30。
[0089]在这些实施例中，初级42被耦合到谐振电容器44以形成以串联配置所布置的储能电路。本发明不限于与串联谐振储能电路一起使用，并且可以改为与其他类型的谐振储能电路，以及甚至非谐振的储能电路，比如没有匹配电容的简单电感器一起使用。并且，虽然所图示出的实施例包括线圈，但是无线电源10可以包括能够产生适当的电磁场的替代的电感器或发射机。替代实施例可以进一步包括谐振器电路，该谐振器电路具有谐振器线圈(或电感器)和谐振器电容器，使初级42能够连同谐振器电路来发射功率。
[0090]无线电源12还可以包括耦合器46，其能够感测初级42中的功率特性。例如，耦合器46可以是电流传感器，其提供信息到控制系统54，控制系统54可以基于感测到的信息来调整操作参数。能够被感测的其他功率特性包括但不限于有效功率、表观功率、相位以及电压。在一个实施例中，耦合器46还可以将初级42中的一部分功率传输到转换器52，使能转换器52的激活，以便将电源从关断状态唤醒。
[0091]控制系统54包括尤其被配置成操作驱动器56来向初级42产生期望电源信号的部分。例如，控制系统54可以基于从远程设备12接收的通信来控制驱动器56或调整操作参数。替代地或除基于通信的控制之外，控制系统54可以基于耦合器46中感测到的功率特性来调整操作参数。本发明可以通过使用能够传输无线功率的本质上任何系统和方法来实现。在发明名称为“自适应感应电源”(ADAPTIVE INDUCTIVE POWER SUPPLY)，并且2007年5月I日发布的，Baarman的美国专利N0.7，212，414中；以及在发明名称为“具有通信的自适应感应电源”(ADAPTIVE INDUCTIVE POWER SUPPLY WITH COMMUNICATION)、并且于2009年4月21日发布的、Baarman的美国专利N0.7，522，878中描述了合适的无线功率传输系统和各种替代方式——所有以上专利通过引用被全文结合于此。
[0092]无线电源12可以被配置成进入关断状态，其中没有功率或很少功率从电源输入50或另一个能量源被汲取，该另一个能量源比如是电池、电容器或能量储存元件。具有节电电路转换器52可以选择性地开启和关断，以从电源输入50汲取功率或者防止从电源输入50汲取功率。在一些实施例中，节电电路可以与转换器52分离。
[0093]耦合器46可以向转换器52提供输入来响应于初级42中存在功率而选择性地激活转换器52。例如，如果无线电源12处于关断状态，并且远程设备14发射无线功率到初级42 (例如，以指示其想要接收无线功率)，则在初级42中产生的该功率可以被用来激活转换器52，以便唤醒无线电源12并且开始向远程设备14的功率传输。例如，图4的所图示出的实施例示出远程设备14的开关37被切换，以从电池38汲取功率并且向无线电源12供应功率。无线电源14中接收的功率可以转而导致将转换器52从关断状态切换到开启状态。
[0094]通过在转换器52中使用节电电路，转换器52可以能够关断来自AC或DC功率源的供应，该功率源比如是墙壁电源、电池或者电容器。转换器52可以是AC/DC转换器或DC/DC转换器，并且该无线电源可以能够控制该节电电路来完全地关闭转换器52且通过使用由远程设备14提供的能量来开启。一旦远程设备14已经提供功率，无线电源12可以开启转换器52，允许无线电源12将功率提供回到远程设备，如图5的所图示出的实施例中所示。一旦在远程设备14中接收的功率达到适当的水平，远程设备14的控制器39可以控制开关37来给电池38充电，如图6的所图示出的实施例中所示。
[0095]利用此配置，无线电源12可以通过关断转换器52来被完全地关闭。关闭转换器52可以使控制系统54断电，防止其能够在没有被提供功率源或外部输入的情况下开启无线电源12。一旦关闭，无线电源12可以使用从远程设备14发射的感应能量来被重新开启。该能量耦合到在无线电源12内的初级42，或者替代地，耦合到无线电源12内的单独的线圈或接收机。该能量可以通过无源或有源整流器向驱动器56的干线供应功率，或者该能量可以开启转换器52。一旦通电，如果无线电源12检测到没有远程设备14在附近或没有期望无线功率的远程设备14，则无线电源12可以使其本身关断。可以实现在这样的检测事件和实际关闭之间的保持时段，以确保无线电源12不会将其本身不必要地关闭。
[0096]C.操作方法
[0097]主要在这样的实施例的情境中描述了本发明的方法，其中无线功率收发机电路30可以被配置成接收和发射无线功率。一般而言，远程设备14可以能够检测另一个远程设备14是否正发射无线功率。替代地或除该检测能力之外，远程设备14协商来自或去往另一个远程设备14的功率传输。
[0098]现在将参考图30的流程1000来描述针对检测是否正从另一个远程设备14接收无线功率的实施例。该过程主要包括以下步骤:尝试发射无线功率，以及监控流入或流出无线功率收发机电路30的直流电来确定另一个远程设备14是否正试图发射功率。步骤1010、1012。如果将流入无线功率收发机电路30中的电流看作正电流，而在试图发射功率的同时远程设备14测量到负电流，则另一个远程设备14或者无线电源12也正在发射功率。步骤1014。换句话说，如果无线功率收发机电路30中的电流超过阈值，则远程设备14可以确定另一个设备正在发射功率。在替代实施例中，可以监控无线功率收发机电路30中除了电流之外的功率特性，来确定另一个设备是否正在发射功率。例如，响应于远程设备14尝试发射无线功率，检测与对功率特性的预测效果的偏差可以指示另一个设备正在发射功率。
[0099]在一个实施例中，如果该远程设备14确定没有设备正在发射无线功率，那么其可以继续发射功率。步骤1024。然而,如果远程设备14确定另一个设备正在发射功率，那么远程设备14可以停止发射功率并且进入等待状态。步骤1016和1018。在该等待状态中，远程设备14可以保持空转直到其接收输入来执行动作。其还可以在重试发射功率之前等待一段时间。步骤1010。在替代实施例中，如由虚线所示的到步骤1024，远程设备14可以保持试图发射功率，或者如虚线所示的到步骤1020，远程设备14可以被重新配置到接收模式，以便整流由另一个设备所正发射的功率。如果该设备切换到接收模式，则其可以尝试使用负载调制来与发射无线功率的设备进行通信。步骤1020。
[0100]可能存在一些情况，其中两个远程设备14或者一个远程设备14和无线电源12尝试在相同的频率下发射无线功率，潜在导致由任一设备看见的非预期的反射阻抗值。例如，如果第一远程设备14正在相同的频率下发射功率，但是相对由第二远程设备14所正发射的功率处于稍微超前的相位，那么第一远程设备14中的电流可能远远大于在不同状况下将另外得到的电流。同样地，第二远程设备14可以检测进入无线功率收发机电路30中的负电流，即使第二远程设备14中的干线电压高于第一远程设备14中的干线电压。换句话说，第二远程设备14可以检测由另一个设备所发射的功率，尽管正在以更高的或更低的功率水平发射功率。第二远程设备14可以响应于检测电流超过或低于阈值来确定另一个设备正在发射功率。
[0101]为了防止损坏任一个远程设备14，第一和第二远程设备14中的一个或两者可以调整一个或多个操作参数，比如改变操作频率或占空比，插入临时的相位延迟或者关闭。当调整操作参数时，远程设备14可以由预定步骤或随机步骤来调整。例如，如果两个远程设备14开始以相同频率发射功率并且进入干线的一个或两个检测电流不同于阈值，那么一个或两个远程设备14可以将相位延迟插入到它们的逆变器中并且测量电流上的变化。如果电流的方向反转，这可以指示另一个设备尝试以相同频率发射功率。
[0102]现在将参考图31的过程1100来描述用于在远程设备14和另一个设备之间协商功率传输的实施例，该另一个设备比如是另一个远程设备14。两个远程设备14可以传送它们各自的电池38的当前充电状态和它们的能量需求，并且协商功率传输，使得具有较多可用能量的远程设备14发射功率到具有较少可用能量的另一个远程设备14。出于公开的目的，结合能够发射和接收功率的两个远程设备14来描述协商功率传输的方法；然而，应该理解的是，本发明不限于这样的配置，并且远程设备14可以能够与不能够无线发射功率的另一个设备协商功率传输。
[0103]根据本发明的两个远程设备14可以包括通信系统，其使远程设备14能够与彼此通信。该通信系统可以类似于相对于图1-8的远程设备14所描述的通信系统。例如，远程设备14可以通过与收发机21分离的通信信道来与彼此通信，或者通过开始功率传输并经由收发机21之间的感应耦合进行传送来与彼此通信。
[0104]如果远程设备14经由感应耦合与彼此通信，那么每个远程设备14可以能够使用负载调制器来在接收模式中在接收的功率上调制数据，以及在发射模式中在发射的功率上调制数据。远程设备14可以使用任何类型的调制技术，包括调频、调幅或调相，利用任何类型的方案，例如包括双相编码、码元反转(CMI)编码，以及米勒编码。并且，发射中的远程设备14可以使用与接收中的远程设备14相同或不同的调制。在一个实施例中，当在接收模式中接收感应功率时，远程设备14可以使用频率、振幅或者其他检测电路来检测经由收发机21的通信，以从当前正在发射功率的设备接收通信。然后远程设备14可以通过接入或断开外部阻抗元件，从而调制数据，来进行通信返回。
[0105]第一远程设备14和第二远程设备14之间的通信可以是半双工模式或全双工模式。在半双工模式中，如果第一远程设备14检测来自第二远程设备14的通信，那么第一远程设备14可以等待通信返回，直到第二远程设备14已经完成它的数据通信。在全双工模式中，第一远程设备14可以通信返回到第二远程设备14，同时从同一个第二远程设备14接收通信。在全双工模式中，该调制技术可以是不同的，以防止数据破坏。例如，如果第二远程设备14正在发射功率到第一远程设备14，并且第二远程设备14正在使用调频技术(例如，正在调制操作频率以提供通信)，那么第一远程设备14可以使用调幅或调相技术。然而，如果第二远程设备14正在发射功率并使用调幅技术，那么第一远程设备14可以使用替代的种调制手段，比如相移键控(PSK)，以防止收发机21中的电流振幅度被改变，从而潜在地破坏来自第二远程设备14的所发射的通信。
[0106]现在参照图31，第一和第二设备14可以根据本发明的一个实施例中的方法1100来协商功率传输。一旦远程设备14已经邻近被放置或检测到这样的邻近，则一个或两个设备14可以开始在发射模式中使用无线功率收发机电路30来驱动它们的收发机。步骤1110、1112，以及1122。替代地，第一远程设备14可以开始功率传输，而第二远程设备14保持空转，从而省略在虚线中所示出的步骤1122。在一个实施例中，在一个或两个设备14中可以使用与检测邻近的时间的随机延迟来试图避免同时发射功率。
[0107]正在驱动它们的收发机21的一个或多个远程设备14可以传送有关它们自身的信息，例如包括，设备类型、作为百分数的电池充电水平、总的可用电池功率、由设备当前的功率使用，以及有关远程设备14、它的负载以及它的电池状态的其他信息。步骤1114。
[0108]一旦有关每个远程设备14的信息已经被传送到另一个远程设备14，则做出关于哪一个远程设备14应当实际上正发射功率的判定，以及哪个应该正接收功率。步骤1116。该判定可以基于以下中的一个或多个:哪个远程设备14具有更多的耗尽电池38，哪个远程设备14正使用更多的功率，哪个远程设备14具有更大的电池38。例如，如果第一远程设备14具有50%耗尽的1500mAHr的电池，而第二远程设备14的电池38是60%耗尽的500mAHr，那么具有更大电池38的第一远程设备14仍然具有更多的总可用能量，并且可以发射功率而不是接收。步骤1118。然而，如果第一远程设备14具有能够以IA的速率放电的电池38，并且第一远程设备14当前正使用750mA来给第一远程设备14的其他部分(比如屏幕、微处理器或无线电链路)供电，那么第一远程设备14也许不能够提供大功率，因为电池38不能供应那么大的电流。在此情况下，第一远程设备14可以判定接收功率而不是发射功率(步骤1120)，或者第一远程设备14可以判定发射功率但是将第二远程设备14限于更小的所接收功率量。替代地，如果第一远程设备14正在发射有限的功率量到第二远程设备14或者如果它想要限制所传输的功率量，那么第一远程设备14可以传送最大的可用功率量到第二远程设备14，使得第二远程设备14通过减少无线功率收发机电路30的输出电压、减少功率调节器(例如，DC/DC转换器)的输出、或者减少充电电流、或者其组合来限制第二远程设备14接收的功率量。
[0109]在替代实施例中，远程设备14能够单向通信，第一和第二远程设备14可以在单向通信模式中使用负载调制。在该配置中，第一远程设备14可以在接收功率同时提供有关它本身的信息。一旦第一远程设备14已经完成发送该信息，那么它发送请求到第二远程设备14来停止发射功率。然后第一和第二远程设备14使该功率流反向，并且第二远程设备14然后可以能够传送它的信息。一旦两个远程设备14都已能够传输信息，则可以做出关于哪个远程设备14将变成功率发射机以及哪个将变成接收机的判定。
[0110]在该替代实施例中，如果第一和第二远程设备14两者都同时尝试传输功率，那么可能妨碍通信或使通信劣化，尤其是如果两个远程设备14均正尝试使用相同的调制技术。在这种情况下，每个远程设备14可以测量流入他们自己的无线功率收发机电路30中的直流电。当第一次施加功率时，如果每个电流水平高于或低于阈值水平，那么远程设备14可以识别另一个远程设备14正尝试发射功率。远程设备14之一然后可以被转换到接收模式并且开始调制以尝试并与另一远程设备14通信。替代地，该远程设备可以仅关断并等待预定或随机的时间量来再次尝试和传输功率。
[0111]当远程设备14确定发射功率来查看是否有其他的远程设备14邻近时，远程设备14可以基于远程设备14中的可用功率来改变施加到收发机21的功率量。例如，如果远程设备14是完全充电的并且没有正使用大功率，那么它可以通过更接近它的谐振点进行操作、增加开关31-34的占空比、或者增加对无线收发机电路30的逆变器的干线供应，来施加大功率量到它的收发机21。相反，如果电池38被耗尽，那么远程设备14可以在更远离它的谐振点的频率下施加小功率到它的收发机21、减小开关31-34的占空比来施加小功率量到收发机21、或者减少对无线收发机21的逆变器的干线供应，以便施加小功率量到收发机21。在这样做时，当两个远程设备14开始同时发射功率时，发射更少功率的远程设备14可以开始接收功率，即使它正尝试驱动它的收发机21。可以在远程设备14中检测该效应，其作为响应可能然后非常快地恢复到接收模式中。一旦远程设备14处于接收模式中，那么它可以开始与另一远程设备14通信。利用该方法，如果发生功率冲突，则具有更多可用功率的远程设备14可以被配置为功率发射机。
[0112]然而，如果两个远程设备14正以相同频率发射功率，这里所讨论的反射阻抗上的变化可能使远程设备14的检测哪个远程设备14具有更多可用功率的能力偏斜。如果远程设备14检测到另一个远程设备14以相同频率尝试发射功率，那么远程设备14可以仅关闭并再次尝试，或者它可以改变它的操作频率来在与另一个远程设备14不同的频率下进行尝试和操作。
[0113]P.第二实施例
[0114]在本发明的第二实施例中，无线电源系统110类似于相对于无线电源系统10在这里所描述的那些系统，包括无线电源12和远程设备14，具有若干例外。第二实施例可以包括远程设备114，其类似于图1-8的所图示出的实施例的远程设备14，但是具有多个次级。在一个实施例中，在远程设备114、IIf中的多个次级可以被选择性地激活以发射或接收无线功率。应该理解的是，远程设备114、114'不限于与彼此操作，并且远程设备114可以连同在这里描述的其他设备或无线电源来被使用，包括如图9的所图示出的实施例所示的无线电源12。
[0115]在图9-13的所图示出的实施例中，远程设备114、llf类似于远程设备14、lf，但是可以包括第二无线功率收发机电路130和具有第二次级122和第二谐振电容器124的第二收发机121。这些元件可以与相对于图1-8的所图示出的实施例所描述的次级22、谐振电容器24和无线功率收发机30类似地配置。在所图示出的实施例中第二次级122和次级22是同心的，但是它们可以以相对于彼此的任何方式进行配置。进一步，在替代实施例中，收发机21、121中的一个或多个可以包括无线功率收发机电路30、130，并且可以或可以不被连接到单独的DC/DC转换器。
[0116]利用一个以上的收发机21、121、21’、121‘，远程设备114、114'可以选择性地激活一个或多个收发机21、121、21'、121'来发射或接收功率。在替代实施例中，第二无线功率收发机电路130或者无线功率收发机电路30可以是简单导体，其例如与第二次级122和第二谐振电容器124形成低电阻回路。收发机121的该配置可以被描述为谐振器电路，其可以帮助在收发机21和发射机(比如初级42)之间的耦合。
[0117]收发机21、第二收发机121或者两者都可以被选择性地激活来以类似于这里描述的收发机21的方式从远程设备114传输功率或在远程设备114中接收功率。例如，无线功率收发机30和第二无线功率收发机130中的一个或两个可以被配置在发射模式中来从远程设备114传输功率。同样地，一个或两个都可以被配置在接收模式中来在远程设备114中接收功率。作为另一个范例，在这样的情况下，即其中远程设备114正传输功率到远程设备114'或者从相反方向，远程设备114的第二收发机121可以被用于功率方式，而远程设备14'的收发机21'可以被用于功率接收。或者远程设备114的收发机21可以被用于功率发射，而远程设备14'的第二收发机121'可以被用于功率接收。
[0118]图10中示出的远程设备114的一个实施例中，不是具有能够控制电池38的充电或来自电池38的功率流的方向的开关37，远程设备114可以包括DC/DC转换器137，其被配置成以足够用于无线功率传输的干线电压来对收发机21、121供应功率。DC/DC转换器137的输出可以是固定的或可变的，这取决于配置，类似于相对于图1-8所描述的无线电源12的转换器52。
[0119]选择收发机21、121中的哪个来使用可以取决于正被充电的设备或需要功率的设备的电压或功率要求。在一些情况下，两个收发机21、121可被用来使远程设备14能够从比典型的近距离感应系统更远的距离接收感应功率。例如,在图11的所图示出的实施例中的远程设备114的次级22、122两者都是有源的。这些次级22、122可以在彼此周围同心地缠绕,并且被如此配置,使得次级22、122中的一个具有比另一个22、122更高的电感。当远程设备114接收来自处于更远距离处的无线电源12或另一个远程设备114'的功率时，远程设备114可以配置一个收发机(比如次级收发机121)作为谐振器，并配置另一个收发机21来接收功率。
[0120]当远程设备114'处于紧邻之内并开始传输功率时，远程设备114可以利用收发机21或者第二收发机121、或者两者来接收功率，或换句话说，利用一个或两个次级22、122来接收功率。
[0121]当发射功率时，远程设备114'可以选择其次级22'、122'中的一个或两个来传输功率。例如，为了确保远程设备114'能发射充足的功率，可以选择最低电感的次级22'、122'来确保对于给定的输入电压而言,远程设备114'可以发射最大的功率量。如果次级22'、122'具有足够低的电感并且远程设备114'的电池38具有足够高的电压，那么远程设备114可以不使用升压电路(比如DC/DC转换器137)来增加无线功率收发机电路30、130的干线电压。
[0122]在一个实施例中，如果远程设备114正在使用紧密耦合的感应功率传输系统，那么远程设备114可以选择一个次级22、122来接收功率。远程设备114可以选择更高电感的次级22、122来确保正接收的电压是足够高来对远程设备114供电的。例如，如图12和13的所图示的实施例中所示，正接收功率的远程设备114、114'已经选择次级122、122'，其具有比次级22、22'更高的电感。当远程设备114正从不能支持远程设备114的完全功率要求的发射机(例如，无线电源10)或远程设备114'接收功率时，该配置可能是有帮助的。例如，如果远程设备114被配置成接收5瓦特，而远程设备114'或发射机只能供应2瓦特，那么该磁场可能不具有充足的能量来在期望的整流电压下对远程设备114进行供应。通过选择更高电感的次级22、122，对于给定的磁场水平和负载而言，整流电压可能是更高的。这可以允许远程设备114来提供足够高的电压以对给定的负载供应功率，而不使用附加的升压电路。
[0123]替代地，远程设备114可以选择多个次级22、122并并行配置它们，以便进一步降低得到的组合收发机的电感。耦合到次级22、122的谐振电容器24、124可以保持处于串联或并联，以维持与各个收发机21、121类似的谐振点。另外，如果远程设备114正尝试接收功率，它可以配置该次级22、122处于串联来增加总电感。[0124]另外，在两个次级22、122(或多个电感器)的解决方案中，当远程设备14正试图发射功率时，它可以测量非驱动次级22、122上的电流或电压来确定另一个感应功率发射机的存在。例如，在远程设备114的两个次级22、122中，远程设备114可以配置较低电感的次级22来发射功率并将较高电感的次级122配置为开路。通过测量在较高电感的次级122上感应出的电压，远程设备114可以确定是否存在尝试发射功率的另一个设备。远程设备114可以通过测量在较高电感的次级122中的振幅并将其与阈值进行比较，或者通过将较高电感的次级122中电压的相位或频率与发射中的次级22上的驱动波形的相位或频率进行比较来确定这点。如果对于给定的驱动波形而言，相位或频率没有匹配预测值，那么远程设备114可以确定另一个设备正在尝试发射功率，并且该发射中的设备的磁场是足够强来改变由非驱动器次级122所见的场的。非驱动次级122可以可选地为谐振线圈，其中可以检测电压或电流、或者两者来检测另一个设备正在尝试发射功率。
[0125]E.第三实施例
[0126]在本发明的第三实施例中，无线电源系统210类似于在此所描述的那些系统，包括无线电源12，具有若干例外。该第三实施例可以包括类似于图1和3-7的所图示出实施例的无线电源12，但是具有控制转换器52的附加电路。
[0127]相对于图14和15的所图示出的实施例来描述根据该第三实施例的无线电源212。如同无线电源12 —样，无线电源212可以包括能够响应于初级42中正存在的功率来激活转换器52的耦合器46。无线电源212可以进一步包括逻辑电路251，其能接受来自其他源的输入，能够从除了耦合器46之外的其他源激活转换器52或持续激活转换器52。
[0128]在图14的所图示出的实施例中，逻辑电路251是或(OR)门，其接受来自耦合器46和控制器56的输出，但是可以使用任何类型的逻辑电路251。如前所述，耦合器46可以激活耦合器52。但是在此实施例中，控制器56可以在无线电源212发射功率的同时保持转换器56开启。例如，如果转换器52响应于接收到来自远程设备14的功率而被激活，那么控制器56可以开始发射无线功率。可能有这样的情况，在此期间，控制器56停止发射功率但将仍然期望保持在开启状态中。在该情况下，因为该远程设备14可能已经中止发射功率，可能在初级42中不存在功率，潜在地允许转换器52去激活。使用或门251，尽管在初级42中缺乏功率，控制器56也可以将无线电源212维持在开启状态中。
[0129]在图15的所图示出的实施例中，逻辑电路251是或门，其从多个源接受输出。这些源中的两个包括来自耦合器46和控制器56的输出，并且如结合图14的所图示出的实施例所描述的那样进行操作。该实施例可以接受一个或多个附加的输出，允许基于其他源来激活转换器52。
[0130]图15的所图示出的实施例的无线电源212包括表示外部源的开关257。例如，开关257可以是用户操作按钮开关，其使用户能够暂时对无线电源212供电以启动转换器52。控制器56然后可以将转换器52保持在开启状态中，同时控制功率的发射。在另一个范例中，可以从单独的控制信道来操作开关257，单独的控制信道比如是来自单独的控制器的输入。在根据电池电源运行的车辆中，无线电源212可以被完全关断来防止电池耗尽。为了开启该无线电源，车辆中的单独的控制单元可以通过暂时激活转换器52来促使无线电源212开启。替代地，单独的控制单元可以暂时提供功率给无线电源212，控制器56可以检测该无线电源212并进入开启状态。[0131]图15的所示出的实施例可以包括二极管253和电阻器255，或者其他合适的电路，适于调节源50以用于基于开关257的状态来提供可接受的输出到逻辑电路251。来自一个或多个源、耦合器47或其组合的信号可以使用任何电路来被组合，该任何电路包括用于电学或操作的电路，比如二极管、M0SFET，或其他典型的电调节电路。除此之外或替代地，该信号可以使用其他的逻辑组合来被组合，其他的逻辑组合比如是与(AND)、与非(NAND)、异或(XOR)、同或(XNOR)，或任何其他类型的组合，其中调节电路基于接收到的输入来适当地控制转换器52。
[0132]F.第四实施例
[0133]在本发明的第四实施例中，无线电源系统310类似于在此描述的那些系统，具有若干例外。第四实施例可以包括类似于无线电源12的无线电源312和类似于远程设备14的远程设备314。如这里所提到的，无线电源312和远程设备314可以包括能够在彼此之间建立单独通信链路的电路，单独通信链路比如是NFC链路、闪传(TransferJet)链路，或者蓝牙链路。这样的通信链路可以由低功率通信系统所形成，允许远程设备314使用与其使用来定位其他类型的设备/传感器一样的方法来定位无线电源，而不使用过多的功率或从电池汲取过多的功率。例如，无线电源312可以包括NFC标签344和NFC标签线圈342，并且远程设备312可以包括NFC收发机324和NFC收发机线圈322。这些部件可以使远程设备314能够激活它的NFC收发机324来检测附近是否有无线电源312，并且对其进行响应，自动地激活它的收发机21来开始功率传输。一旦已经在预定时间量内从远程设备314向无线电源12施加功率，那么远程设备314可以移除功率并且无线电源312可以开始发射功率返回到远程设备314。
[0134]G.第五实施例
[0135]在本发明的第五实施例中，无线电源系统410类似于在此所描述的那些系统，具有若干例外。参考图17-20的所图示出的实施例，第五实施例可以包括类似于无线电源12的无线电源412，并且可以进一步包括控制器转换器451、传感器453和驱动器/整流器电路456。如相对于图1和3-7的所图示出的实施例所提到的，无线电源412可以通过关断转换器52而被关闭。关闭转换器52可以使控制系统54断电，防止它能够在没有被提供功率源或外部输入的情况下开启无线电源12。一旦关闭，无线电源12可以使用从远程设备14发射的感应电源来被重新开启。
[0136]可以使用从远程设备14接收的能量来供应功率给驱动器/整流器456的干线，在该实施例中，驱动器/整流器456可以被配置成类似于远程设备14的无线功率收发机电路30来进行操作，从而无源地或有源地整流所接收到的功率，使得它适合于对无线电源412供电。也就是说，驱动器/整流器456可以在发射模式和接收模式之间可配置。应该理解的是，此实施例不限于这样的配置，并且在替代实施例中，驱动器/整流器456可以不包括被配置在接收模式中的能力。例如，在驱动器/整流器456中接收到的能量可以不被整流而是可以仅被用来激活转换器452。
[0137]响应于正供应给无线电源412的功率，控制器转换器451可以调节所接收到的功率，以便用于控制器54来进行操作。在替代实施例中，可以不存在控制器转换器451，并且控制器54可以根据直接从自驱动器/整流器456接收的功率进行操作。
[0138]在该实施例中，在控制器54操作的情况下，可以通过激活转换器452来将无线电源412从关断状态唤醒到开启状态，从而类似于相对于图1和3-7的所图示出的实施例所描述的无线电源12那样启用功率发射。例如，如图19和20的所图示出的实施例中所示，远程设备14可以开始向无线电源412的功率传输，潜在地将该电源从关断状态唤醒。然后该无线电源开始传输功率到远程设备14，例如使得远程设备14可以对电池38充电。在一个实施例中，无线电源412可以等待直到远程设备14已中止功率发射来开始传输功率到远程设备14。
[0139]传感器453可以类似于耦合器46进行配置，并且提供到控制器54的反馈以使控制器能够监控整流器/驱动器456中的功率，以及监控来自功率源50、450的功率。这样，控制器54可以确定无线电源412和其他设备是否都正在尝试发射功率。该过程可以类似于结合远程设备14以上描述的方法。控制器54还可以确定功率源450的功率水平，以便判定是否传输功率或传输多少功率，或者两者。该控制器还可以基于传感器453的输出来确定源50、450的类型。
[0140]在一个实施例中，无线电源412可以由DC源450供电，DC源450比如为电池，并且包括DC/DC转换器452，该DC/DC转换器452被配置成将来自DC源450的功率调节为可用于功率传输的形式。该配置可以类似于结合无线电源12在此所描述的替代实施例之一，其可以从直流电源供电而不是交流电源来供电。
[0141]H.第六实施例
[0142]在本发明的第六实施例中，远程设备614类似于相对于其他实施例在此所描述的远程设备，例如包括远程设备14。该第六实施例包括两象限转换器电路637，其被配置成当远程设备正发射功率时提供更高的电压到无线功率收发机电路30，并且当远程设备614正接收功率时提供更低的电压到负载或电池38。
[0143]当从比如无线电源12的发射机接收功率时，接收高于期望电压的电压可能有益于对电池38充电或对远程设备614的其他部分供应功率。通过接收高于期望电压的电压，收发机21中的电流可以被减少，潜在地增加了效率。如果接收到的电压突然减少(例如，由于耦合、负载或其他因素上的变化)，则无线收发机电路30可以使用额外的电压来继续对远程设备614提供功率。
[0144]另外，当远程设备614开始发射功率到另一个远程设备14时，由电池38正供应的电压可能不足够高以产生充足的能量来对另一个远程设备14供电。通过使用被配置为两象限DC/DC转换器的两象限转换器637，用来减少供应给电池38的电压的相同的转换器可被用于通过改变它的操作模式来增加进入无线功率收发机电路30中的电压。
[0145]这样的两象限转换器电路637的范例在图21-28的所图示出的实施例中示出，其包括转换器电感器683和能够被控制器39所控制的开关681、682。在这个范例中，两个N沟道MOSFET(Ql和Q2)被用作开关681、682，与转换器电感器(Ll)683—起。在示出的范例中，开关681、682由控制器39所控制，但是在替代实施例中，远程设备614可以使用单独的控制器686，比如DC/DC转换器控制器，如图28的所图示出的实施例中所示的。该单独的控制器686可以由控制器39所控制。
[0146]当远程设备614如图22和23中所示的正接收功率时，它可以使用两象限转换器637作为降压转换器。在该模式，控制器39可以与无线电源12通信来将功率输出调整到预定水平。一旦达到该水平，控制器39可以首先接通开关681 (Ql)。然后电流开始通过开关681(Ql)从无线功率收发机电路30流出，并且通过转换器电感器683 (LI)进入电池38或其他负载中，如图22中所示。为了防止输出电压变得过高，开关681(Q1)可以被关断且开关
682(Q2)可以被接通。由于转换器电感器683 (LI)将能量存储在它的磁场中，跨越转换器电感器683 (LI)的电压反向，将电流通过开关682 (Q2)并通过转换器电感器683 (LI)从接地参考拉升且进入负载38中，如图23中所示。该循环可以重复，除非来自无线功率收发机电路30的整流电压变得过低或直到两象限转换器637被关断。在替代实施例中，可以与开关
682(Q2)并联地添加二极管，其中二极管的阳极被连接到接地参考，潜在地消除了对接通开关682(Q2)的需要，并且可能减少控制器39的复杂性。
[0147]如图24-26中所示的，当远程设备614正发射功率到另一个设备时，两象限转换器637(或两象限电源)可以作为升压转换器进行操作。在此配置中，控制器39可以首先接通开关682 (Q2)，迫使来自电池38的电流通过转换器电感器683 (LI)，如图24中所示。在该电流达到稳态之前，控制器39可以断开开关682(Q2)并闭合开关681 (Ql)。保存在转换器电感器683 (LI)中的磁能可以使跨越LI的电压反向，迫使电流通过Ql并进入无线功率收发机电路30中，如图25中所示。在无线功率收发机电路30处得到的电压可以高于电池38的电压，允许远程设备614来发射更多的功率到另一个设备。然后开关682(Q2)可以被断开并且开关681(Q1)可以被闭合，允许转换器电感器683 (LI)中的能量继续流向无线功率收发机电路30，如图26中所示。在替代实施例中，可以与开关681 (Ql)并联地添加二极管，其中二极管的阳极被连接到转换器电感器683 (LI)。利用并联的二极管，开关681 (Ql)可以被保持断开，但电流可以仍然流过并联二极管。这可以减少控制器39的复杂性，尽管它可能导致损耗方面的增加 。
[0148]在降压模式或者升压模式中，流过转换器电感器683(L1)的电流可以是连续的或者间断的。在降压模式中，如果通过转换器电感器683(L1)的电流始终处于正向(例如，进入电池38中)并大于0A，那么就可以说成是处于连续模式中。然而，如果该输入电压过高或负载电流过低，那么两象限转换器637可能运行在间断模式中。在间断模式中，开关681(01)被接通，并然后被关断，同时开关682(02)被接通。为了防止转换器电感器683仏1)中的电流从负载38流回并进入接地回路中，开关682(Q2)可以被关断。然而，如果该输出电压高于所需的电压，那么开关681 (Ql)可以不需要立刻再次接通。因为两个开关681、682都关断，转换器电感器683 (LI)中的电流可能变为0A。当两象限转换器637处于升压模式中时，如果无线功率收发机电路30的输出电压高于所需的电压，开关682(Q2)可以不在开关681 (Ql)之后立即被接通。在这种情况下，开关681 (Ql)和开关682 (Q2)两者都可以关断，导致零电流流过转换器电感器683 (LI)。
[0149]为了从降压模式切换到升压模式，控制器39可以反转转换器电感器683(L1)中电流的方向。为了做到这一点，控制器39可以等待直到开关681 (Ql)被断开并且开关682 (Q2)被闭合。一旦开关682(Q2)被闭合，控制器可以使开关682(Q2)保持闭合直到转换器电感器683(L1)中的电流反向。一旦该电流反向，该控制器可以断开开关682(Q2)并闭合开关
681(Ql)，将该电路从降压模式转换到升压模式。
[0150]为了从升压模式切换到降压模式，控制器39可以等待直到开关682 (Q2)被断开且开关681 (Ql)被闭合。一旦开关681 (Ql)被闭合，该控制器可以等待直到转换器电感器
683(LI)中流动的电流反向。一旦该电流反向，该控制器可以断开开关681(Q1)并闭合开关682(Q2)，将该电路从升压模式转换到降压模式。
[0151 ] 在一个实施例中，控制器39可以能够从升压模式切换到降压模式并且快速返回。该能力可以使两个远程设备614协商哪个正发射功率并且哪个正接收功率，而完全不用停止功率传输并然后不得不重新开始。例如，如果远程设备614当前正在使用两象限电源637作为升压转换器来发射功率，并且整流电压突然变得更高，迫使两象限电源637进入间断模式中乃至完全关断，那么远程设备614可以能够确定另一个远程设备614正发射功率到远程设备614。
[0152]如果使用控制器39来控制两象限电源637，可以按照各种方式来对控制器39供电。例如，控制器39可以从电池38直接供电。替代地，远程设备614可以包括单独的电压转换器684，或者DC/DC转换器，其被配置成对控制器39供电，如图27和28的所图示出的实施例中所示。在另一个替代实施例中，控制器39可以从无线功率收发机电路30的整流电压输出接收功率。
[0153]并且在另一个替代实施例中，控制器39可以通过开关电源(switched supply)通电，该开关电源使控制器39能够完全地或基本上关闭。例如，如果控制器39被连接到开关和开关电源，比如图27和28的所图示出的实施例中的开关685和转换器684，那么控制器39及在远程设备614中用于发射或接收无线功率的其他电路可以被完全关断，潜在地防止在不传输/接收的同时在能量上的过度损耗。为了重新开启控制器39，可以在远程设备614内存在按钮输入、低功率定时电路、或者单独的控制器，来控制开关685。替代地，如果控制器39主要从无线功率收发机电路30的整流干线供电，可以通过闭合开关681 (Ql)或者通过允许电流流过开关681 (Ql)的体二极管或者并联二极管(没有示出)，来经由穿过两象限电源637的电流从电池38接收一些功率。这可以使控制器39能够保持被供电，同时等待接收或发射功率。如果该远程设备614开始接收功率，那么控制器39可以断开开关681 (Ql)，防止功率开始流回到远程设备614中。替代地，如果控制器39正在使用流过开关681 (Ql)的体二极管或并联二极管的功率，那么这些部件也可以防止功率开始流到负载38中。虽然控制器39可以直接控制该开关681、682 (Ql和Q2)，但是也可以使用耦合到控制器39的驱动器、或者致力于控制两象限电源37的单独的控制器。
[0154]使用方向性术语，比如“垂直的”、“水平的”、“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“内”、
“向内”、“外”和“向外”来帮助基于图示中所示出的实施例的取向来描述本发明。使用方向性术语不应当被解释为将本发明限于任何具体的一个或多个取向。
[0155]上述描述是对本发明的当前实施例的描述。可以在不脱离如由所附权利要求中所限定的本发明的精神和更宽方面的情况下做出各种变更和改变，该精神和更宽方面将根据包括等效原则的专利法的原则来进行解释。这些公开是出于说明性目的而被介绍并且不应当被解释为本发明的所有实施例的穷尽描述，或将权利要求的范围限制到结合这些实施例所说明或描述的特定要素。例如但非限制，所描述的发明的任何一个或多个个别的要素可以由提供基本上相似功能或另外提供足够操作的替代要素所代替。这例如包括，目前已知的替代要素，比如可能为本领域技术人员当前所知的那些要素，以及可能在将来开发出的替代要素，比如本领域技术人员可能在开发时识别为替代方式的那些要素。此外，公开的实施例包括多个特征，其可以一齐被描述并可以共同提供优点的集合。本发明不仅仅被限于包括所有这些特征或者提供所有陈述的优点的那些实施例，除非在所发布的权利要求中另夕卜明确阐述。以单数方式对权利要求要素的任何引用，例如，使用冠词“一”、“一个”(a、an)、“该(the)”或“所述(said)”，不被解释为将该要素限于单数。
【权利要求】
1.一种能够接收和发射无线功率的远程设备，所述远程设备与无线电源分离，所述远程设备包括: 收发机，被配置成响应于由该无线电源所产生的场来产生电功率，并且响应于受到驱动来传输无线功率； 无线功率收发机电路，被耦合到所述收发机，所述无线功率收发机电路可在接收模式和发射模式之间配置； 其中在所述发射模式中，所述无线功率收发机电路能够驱动所述收发机来传输无线功率；以及 其中在所述接收模式中，所述无线功率收发机电路能够整流在所述收发机中从该无线电源接收的所述电功率，其中所述无线功率收发机电路包括自驱动同步整流电路。
2.如权利要求1中所请求保护的远程设备，其中所述自驱动同步整流电路包括一个或多个有源开关元件和偏置电路，并且其中每个有源开关元件的栅极被耦合到所述收发机来提供偏压以控制每个有源开关元件的状态。
3.如权利要求2中所请求保护的远程设备，其中所述偏置电路包括一个或多个电容器，其将每个有源开关元件的所述栅极耦合到所述收发机。
4.如权利要求3中所请求保护的远程设备，其中电阻器也被耦合到每个开关元件的所述栅极，使得每个所述栅极被偏置到高DC电压或低DC电压。
5.如权利要求4中所请求保护的远程设备，进一步包括控制器来监控所述无线功率收发机电路，所述控制器被配置成控制所述无线功率收发机电路来在全同步模式、半同步模式、间断模式以及二极管整流模式中的至少一个模式中整流从所述收发机接收的功率，其中该控制器施加直接耦合到所述开关元件的每个栅极的信号。
6.如权利要求1中所请求保护的远程设备，进一步包括控制器来监控所述无线功率收发机电路，所述控制器被配置成控制所述无线功率收发机电路来在全同步模式、半同步模式、间断模式以及二极管整流模式中的至少一个模式中整流从所述收发机接收的功率。
7.如在权利要求6中所请求保护的远程设备，其中所述无线收发机电路包括耦合到所述收发机的一个或多个开关，并且其中所述控制器能够驱动每个开关的栅极来控制对所述收发机中在所述接收模式中所接收到的功率的整流，并驱动所述收发机来在所述发射模式中传输无线功率。
8.如权利要求1中所请求保护的远程设备，进一步包括: 传感器，被耦合到所述收发机，所述传感器适于感测所述收发机中的功率特性； 控制器，被配置处于所述发射模式中，以基于所述感测的功率特性来控制所述无线功率收发机电路，以便驱动所述收发机。
9.如在权利要求8中所请求保护的远程设备，其中所述控制器被配置成基于所述感测的功率特性来检测是否有另一个远程设备正在发射功率。
10.如在权利要求1中所请求保护的远程设备，其中所述无线功率收发机电路包括以桥拓扑结构布置的至少四个开关，所述至少四个开关能够被所述自驱动同步整流电路所控制，以整流在所述收发机中接收的所述电功率。
11.如在权利要求10中所请求保护的远程设备，其中所述开关中的两个为二极管，其中每个二极管为所述桥拓扑结构的低侧部件。
12.如在权利要求10中所请求保护的远程设备，其中所述开关的每个都包括两个背靠背 MOSFET。
13.如在权利要求10中所请求保护的远程设备，其中在所述发射模式中，所述桥拓扑结构在半桥模式中进行操作，以便驱动所述收发机。
14.如在权利要求1中所请求保护的远程设备，进一步包括通信系统，其能够与第二远程设备通信，并且其中所述远程设备能够传输功率到该第二远程设备。
15.如在权利要求1中所请求保护的远程设备，其中所述通信系统与该第二远程设备交换功率信息，并且其中所述远程设备基于所述功率信息来确定是进入所述发射模式还是进入所述接收模式。
16.如在权利要求1中所请求保护的远程设备，进一步包括第二收发机来进行以下至少一个:(a)操作为与所述收发机耦合的谐振器，以及(b)选择性地激活以接收或发射功率。
17.如在权利要求16中所请求保护的远程设备，其中所述第二收发机的选择性激活包括，在所述发射模式中，激活所述第二收发机并去激活所述收发机，并且在所述接收模式中，去激活所述第二收发机并激活收发机。
18.如在权利要求1中所请求保护的远程设备，进一步包括两象限电源，其能够在所述发射模式中以升压模式操作，并且在所述接收模式中以降压模式操作。
19.一种用于传输功率到至少一个远程设备的无线电源，所述无线电源包括: 初级，用于传输功率到该至少一个远程设备，所述初级被配置成在所述无线电源和所述至少一个远程设备之间形成感应链路； 转换器电路，被配置成从功率源接收功率并提供功率到所述初级； 节电电路，能够响应于所述无线电源接收无线功率来选择性地启用来自所述功率源的功率的发射，其中在禁用状态中，将所述初级从所述功率源断开。
20.如在权利要求19中所请求保护的无线电源，进一步包括耦合器，其被操作耦合到所述初级，所述耦合器提供输入到所述节电电路，其中所述节电电路响应于指示所述初级中的功率的所述输入来启用功率的发射。
21.如在权利要求20中所请求保护的无线电源，其中所述耦合器为传感器，并且所述传感器感测所述初级中的功率特性。
22.如在权利要求19中所请求保护的无线电源，进一步包括接收机，其被配置成接收无线功率，其中所述节电电路响应于所述接收机从远程设备接收无线功率来选择性地启用功率的发射。
23.如在权利要求19中所请求保护的无线电源，其中所述电源为交流电源或直流电源。
24.如在权利要求19中所请求保护的无线电源，进一步包括控制器，其被配置成控制来自所述初级的无线功率的发射。
25.如在权利要求24中所请求保护的无线电源，其中所述节电电路激活所述控制器，并且其中所述控制器响应于被所述节电电路所激活来控制所述转换器来提供来自所述功率源的功率。
26.如在权利要求24中所请求保护的无线电源，其中所述节电电路包括逻辑电路，其使所述控制器能够将所述无线电源维持在启用状态中。
27.如在权利要求26中所请求保护的无线电源，其中所述逻辑电路包括用于一个或多个外部源的输入，所述外部源能够触发所述节电电路来启用来自所述功率源的功率的发射。
28.—种在远程设备和设备之间协商无线功率传输的方法，该远程设备具有收发机，该收发机能够在发射模式中发射无线功率并在接收模式中接收无线功率，所述方法包括: 检测该设备足够邻近该远程设备的收发机； 从该设备接收与该设备有关的设备信息；以及 基于该设备信息来确定是在发射模式中发射功率还是在接收模式中接收功率。
29.权利要求28的方法，其中该设备信息包括下列至少一个:该设备的负载、设备状态、该设备的电池状态、设备类型，以及最大可用功率量。
30.权利要求18的方法，进一步包括: 将与该远程设备有关的远程设备信息发射到该设备；以及 基于在该远程设备信息和该设备信息之间的比较来确定是操作在发射模式中还是操作在接收模式中。
31.权利要求28的方法，其中所述确定基于下列中的至少一个:该远程设备或该设备中的哪个具有更多可用功率、该远程设备或该设备中的哪个使用更多功率、该远程设备或该设备中的哪个具有更大的电池，以及该远程设备或该设备中的哪个具有耗尽更多的电池。
32.权利要求28的方法，进一步包括在该设备中限制从该远程设备接收的功率量。
33.一种能够接收和发射无线功率的远程设备，所述远程设备能够发射来自功率源的无线功率，所述远程设备包括: 收发机，被配置成响应于由设备所产生的场来产生电功率，并且响应于受到驱动来传输无线功率； 无线功率收发机电路，被耦合到所述收发机，所述无线功率收发机电路可在降压模式和升压模式之间配置； 其中在所述升压模式中，所述无线功率收发机电路利用来自该功率源的功率驱动所述收发机，其中所述无线功率收发机电路在所述升压模式中增加该功率源的电压来驱动所述收发机；以及 其中在所述降压模式中，所述无线功率收发机电路能够整流所述收发机中所接收的电功率，其中所述无线功率收发机电路在所述降压模式中减少所述收发机中所接收的所述功率的电压。
34.如在权利要求33中所请求保护的远程设备，其中所述无线功率收发机电路是两象限电源。
35.如在权利要求33中所请求保护的远程设备，其中所述无线功率收发机电路包括转换器电感器，在所述降压模式中电流通过该转换器电感器从所述收发机流到负载，并且在所述升压模式中电流通过该转换器电感器从所述功率源流到所述收发机。
36.如在权利要求33中所请求保护的远程设备，其中所述无线功率收发机电路可操作在连续模式和间断模式中的至少一个中。
37.如在权利要求36中所请求保护的远程设备，进一步包括控制器，被配置成: 检测所述无线功率收发机电路是正操作在所述连续模式中还是正操作在所述间断模式中；以及 在所述升压模式中响应于检测所述无线功率收发机电路操作在所述间断模式中来确定该设备正发射功率。
38.如在权利要求33中所请求保护的远程设备，其中该设备是另一个远程设备或无线电源。
39.如在权利要求33中所请求保护的远程设备，进一步包括开关，其可操作成从该功率源断开所述收发机和所述无线功率`收发机电路。
【文档编号】H02J17/00GK103683523SQ201310185807
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年3月14日 优先权日:2012年9月7日
【发明者】J·C·范登布林克, J·B·泰勒, M·J·诺尔康克, C·J·摩尔, B·C·梅斯, N·W·库伊文霍文, D·W·巴曼 申请人:捷通国际有限公司