控制通信信号大小的无线电力接收器的制作方法

本发明涉及无线电力传输技术。

背景技术：

无线电力发送器通过天线向无线电力接收器无线地发送电力。在该操作中，驱动天线的频率取决于无线电力传输(wpt)标准。存在多种wpt标准。例如，wpt标准包括按照无线电力联盟(wpc)的电力事务联盟(pma)方案和qi方案。wpt标准还包括无线充电联盟(a4wp)方案。

公开内容

技术问题

本发明旨在提供无线电力接收器，该无线电力接收器能够解决由于接收器的整流器的输出电压的过度变化造成接收器的输出电压变化或者由于当在无线电力传输系统中发送器利用诸如qi方案之类的振幅调制技术与接收器通信时整流器的输出电压增加至过电压保护电平而可能发生的通信问题。

技术解决方案

本发明的一个方面提供无线电力接收器，所述无线电力接收器包括：谐振器，其被配置成接收无线电力；整流器，其被配置成将从谐振器接收的交流电力转换成直流电力并且输出整流器输出电压；开关，其被配置成接收通信信号并且通过切换来控制整流器输出电压；以及调节器，其被配置成通过调制通信信号来控制整流器输出电压的电压变化。

调节器可以使用通过调制通信信号获得的调制的通信信号来将整流器输出电压的电平调节至恒定电平，以便防止整流器输出电压减小以及引起整流器输出电压的变化并且防止整流器输出电压增加至超过过电压保护电平以及由于过电压保护功能引起通信问题。

在通信期间，调节器可以控制整流器输出电压的最大电平以使得整流器输出电压不高于预设的最大电压，并且可以控制整流器输出电压的最小电平以使得整流器输出电压不低于预设的最小电压。

调节器可以包括：整流器输出电压检测电路，其被配置成检测整流器输出电压；比较器，其被配置成将所检测的整流器输出电压与参考电压进行比较并且根据比较输出比较器输出信号；以及逻辑与电路，其被配置成对比较器输出信号和通信信号执行与逻辑操作，以输出调制的通信信号并且通过调制的通信信号来使开关接通和关断。在比较器输出信号是低的情况下，所述情况指示整流器输出电压高于预设最大电压或者低于预设最小电压，即使通信信号被设置为高，通过逻辑与电路调制的通信信号也可以变为低以关断开关，使得整流器输出电压返回至在应用通信信号之前整流器输出电压被设置的状态并且收敛在最大电压与最小电压之间的范围中而不增加至超过最大电压或者减小至最小电压之下，在整流器输出电压收敛在最大电压与最小电压之间的范围中的情况下，比较器输出信号可以再次变为高并且使逻辑与电路接通开关以保持预期的通信状态，并且其中，在整流器输出电压在通信期间达到最大电压或最小电压的情况下，通过反复接通和关断开关可以将整流器输出电压调节在参考电压范围内。

调节器可以包括：整流器输出电压检测电路，其被配置成检测整流器输出电压；第一比较器，其被配置成将所检测的整流器输出电压与第一参考电压进行比较并且根据比较输出第一比较器输出信号；第二比较器，其被配置成将通过整流器输出电压检测电路检测的整流器输出电压与第二参考电压进行比较并且输出第二比较器输出信号，第二参考电压高于第一参考电压；第一逻辑与电路，其被配置成对第一比较器输出信号和第二比较器输出信号执行与逻辑操作以输出与输出信号；以及第二逻辑与电路，其被配置成对与输出信号和通信信号执行与逻辑操作以输出调制的通信信号以接通和关断开关。在整流器输出电压高于第二参考电压的情况下，第一比较器输出信号可以变为低并且通过第一逻辑与电路输出的与输出信号可以变为低，以使得即使通信信号是高，通过第二逻辑与电路输出的调制的通信信号也变为低以关断开关，使得调节器降低整流器输出电压。

调节器可以包括：通信包持续时间检测器，其被配置成检测通信信号并且生成采样选通信号；采样保持单元，其被配置成利用采样选通信号检测整流器输出电压以对采样信号进行采样并且利用采样信号生成并且保持第一参考电压和第二参考电压，第二参考电压高于第一参考电压；第一比较器，其被配置成对第一参考电压与整流器输出电压进行接收和比较并且根据该比较输出第一比较器输出信号；第二比较器，其被配置成对第二参考电压与整流器输出电压进行接收和比较并且根据该比较输出第二比较器输出信号；第一逻辑与电路，其被配置成通过对第一比较器输出信号和第二比较器输出信号执行与逻辑操作来输出箝位信号；以及第二逻辑与电路，其被配置成通过对箝位信号和通信信号执行与逻辑操作来输出调制的通信信号。第一参考电压可以是预设的最小电压，并且第二参考电压可以是预设的最大电压，其中，在通信期间，调节器可以控制整流器输出电压的最小电平，以使得整流器输出电压不低于第一参考电压并且可以控制整流器输出电压的最大电平，以使得整流器输出电压不高于第二参考电压。

无线电力接收器可以基于qi方案在无线充电中执行带内通信。

有利的效果

根据实施方式，因为在无线电力传输(wpt)系统中调制通信信号并且利用调制的通信信号不断调节整流器输出电压的大小，所以可以防止接收器输出电压由于整流器输出电压的减小而变化，并且可以防止根据整流的输出电压增加至超过过电压保护电平由于过电压保护功能而发生通信问题。特别地，当利用诸如qi方案之类的振幅调制技术在发送器与接收器之间执行通信时可以采用所提出的技术。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的无线电力传输系统的配置图。

图2是示出在接收器的通信期间整流器输出电压vrect的电压变化的波形图。

图3是示出在接收器的通信期间由于整流器输出电压vrect的过度降低而改变接收器输出电压vout的情况的波形图。

图4是示出在接收器的通信期间接收器的整流器输出电压vrect增加至过电压保护(ovp)电平之上的情况的波形图。

图5是根据本发明的第一实施方式的包括被配置成通过调制通信信号来控制整流器输出电压的电平的调节器的接收器的配置图。

图6是在图5的电路根据本发明的一个实施方式操作时获得的波形图。

图7是根据本发明的第二实施方式的包括被配置成通过调制通信信号来控制整流器输出电压的电平的调节器的接收器的配置图。

图8是用于根据本发明的一个实施方式解释图7的电路的效果的波形图。

图9是根据本发明的第三实施方式的包括被配置成通过调制通信信号来控制整流器输出电压的大小的调节器的接收器的配置图。

图10是图9的电路根据本发明的一个实施方式的操作波形图。

图11是根据本发明的一个实施方式在通信期间控制整流器输出电压vrect的最小电压的操作的实验波形图。

具体实施方式

根据下文中参照附图的示例性实施方式的详细描述，本发明的优点和特征以及实现该优点和特征的方法将变得明显。然而，本发明可以以许多不同形式实施并且不应该被解释为限于本文中陈述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开内容将是彻底且完整的，并且将向本领域的技术人员完全传达本发明的构思。本发明仅由权利要求书限定。整个说明书中相同的附图标记表示相同的要素。

图1是根据本发明的一个实施方式的无线电力传输系统的配置图。

参照图1，无线电力传输系统包括：发送器1，被配置成无线地发送电力信号；以及接收器2，被配置成无线地接收电力信号。存在多种无线电力传输方案，但在本发明中，将给出的说明书主要基于按照无线电力联盟(wpc)提出的qi方案。qi方案是用于通过改变振幅来执行通信的技术，并且可以采用任何方案只要其类似于qi方案允许通过改变振幅而进行通信即可。无线电力传输系统可以基于qi方案在无线充电中执行带内通信。

发送器1通过包括电感器l110和谐振电容器c111的谐振器来将从功率放大器12发送的电力变成无线电力。将改变的电力转换成电场以在接收器2的电感器l220中感生电流，接收器2磁耦合至发送器1。为了有效地从发送器1接收电力，接收器2使用谐振电容器c221来将由电感器l220和谐振电容器c221获得的谐振频率调谐至由电感器l110和谐振电容器c111获得的谐振频率。

通过电感器l220的电流是交流(ac)。整流器22被用于将ac电流变成直流(dc)整流器输出电压vrect2100。如图1所示，整流器22可以是使用二极管的无源整流器，但是即使利用使用开关元件的有源整流器也可以获得相同的操作和效果。由于整流器输出电压vrect2100是dc电压但是是不受控制的电压，因此有必要将整流器输出电压vrect变成负载所期望的精确电压。因此，利用dc-dc电力转换器26来生成校正的接收器输出电压vout2200。电力转换器26是开关转换器，例如降压转换器，但是也可以使用线性调节器，例如低压差(ldo)调节器。

发送器1和接收器2彼此通信。发送器1和接收器2可以处理或者发送/接收由预定帧组成的包。接收器2可以是例如移动通信终端、个人数字助理(pda)、便携式多媒体播放器(pmp)、智能电话等。接收器2可以向发送器2发送用于请求无线电力传输的信号、无线电力接收所需的信息、接收器状态信息、发送器控制信息等。

有必要根据负载所需的电力控制发送器1的电力。因此，接收器2通过通信向发送器1请求电力。可以以类似于幅移键控(ask)的方式执行通信。如图1所示，在通过通信信号comm_in接通开关m123-1和开关m223-2时，连接至开关m123-1和开关m223-2的电容器cm24改变谐振频率，造成电感器l220中的电压变化。由于电感器l220和电感器l110磁耦合，因此电压变化也发生在电感器l110中。在发送器1通过利用二极管、电阻器、电容器等感测并且过滤电感器l110中的电压变化而输出数字信号时，信号检测器13接收数字信号并且将数字信号传送至解码器14。解码器14分析信号并且电力控制器15根据解码器14中分析的结果来控制功率放大器12的输出电力out1或out2。

图2是示出在接收器的通信期间整流器输出电压vrect的电压变化的波形图。

参照图1和图2，在接收器2执行通信时，由开关m123-1和开关m223-2造成的电压变化不仅造成电感器l220中的电压变化还造成如图2中所示的整流器输出电压vrect2100的电压变化。图2示出通过通信信号comm_in2000降低整流器输出电压vrect2100的示例。在这种情况下，整流器输出电压vrect2100仅减小至以便不影响电力转换器26的操作，并且因此接收器输出电压vout2200不改变。

图3是示出在接收器通信期间由于整流器输出电压vrect的过度降低改变接收器输出电压vout的情况的波形图。

参照图1和图3，在电容器cm24的电容大的情况下或者在通信期间谐振特性改变的情况下，如图3所示整流器输出电压vrect2100会过度降低。随着整流器输出电压vrect2100减小至接收器输出电压vout2200之下，接收器输出电压vout2200与通信信号comm_in2000同步地减小。在这种情况下，接收器输出电压vout2200不被调节，这具有负面影响，例如，引起连接至接收器输出电压vout2200的系统中的噪音，并且由于接收器输出电压vout2200的减小降低输出电力。

图4是示出在接收器的通信期间接收器的整流器输出电压vrect增加至过电压保护(ovp)电平之上的情况的波形图。

参照图1和图4，通信期间谐振频率的变化不仅影响电容器cm24的电容还影响接收器的输出电力，并且在轻负载的情况下整流器输出电压vrect2100增加而不是减小。这是图4的情况。在整流器输出电压vrect2100过度增加并且高于用于保护接收器2的ovp电平时，图1的ovp_ctrl信号230变为高。然后，通过ovp_ctrl信号230接通开关m323-3和开关m423-4并且使得供应至整流器22的过量能量通过电容器covp25排出以降低整流器输出电压vrect2100。然后，整流器输入电压降低，这改变电感器l220的电压。因此，在发送器1中，ovp_ctrl信号230作为另一个通信信号。问题是发送器1不能识别ovp_ctrl信号230，这是因为ovp_ctrl信号230不是通过编码标准生成的信号，而通信信号comm_in2000是通过编码标准生成的信号。因此，在上述现象重复时，发送器1中断供应的电力并且停止其操作。因此，不执行无线电力传输。

本发明旨在防止整流器输出电压vrect2100过度减小以及劣化输出电力并且旨在抑制整流器输出电压vrect2100的过度增加以便通过在无线电力传输系统中的接收器的通信期间适当控制整流器输出电压vrect2100的波动而不由于ovp功能引起通信问题，所述无线电力传输系统利用用于通过改变振幅执行通信的qi方案或类似方案来执行通信。

图5是根据本发明的第一实施方式的包括被配置成通过调制通信信号来控制整流器输出电压的电平的调节器的接收器的配置图。

参照图5，调节器27调节整流器输出电压vrect2100的电平以防止如图3所示的整流器输出电压vrect2100的过度降低。为此，调节器27包括整流器输出电压检测电路、比较器271和逻辑与电路273。

被配置成检测整流器输出电压vrect2100的整流器输出电压检测电路可以包括例如，如图5中所示的电阻器r12700和r22702。比较器271对由电阻器r12700和电阻器r22702检测的整流器输出电压vrect2100与参考电压vrefl2600进行比较并且根据该比较输出比较器输出信号clamp12500。

调节器27利用调制的通信信号comm_mod2400而不是通信信号comm_in2000来控制开关m123-1和开关m223-2。调制的通信信号comm_mod2400在整流器输出电压vrect2100满足下面的条件时变为低。比较器输出信号clamp12500变为低的条件如下：

vrect<(1+r2/r1)×vrefl

在比较器输出信号clamp12500是低的情况下，这种情况指示整流器输出电压vrect2100高于预设的最大电压或者低于预设的最小电压，即使通信信号comm_in2000是高，作为逻辑与电路273的输出信号的调制的通信信号comm_mod2400也变为低。在调制的通信信号comm_mod2400是低的情况下，开关m123-1和开关m223-2关断。然后，整流器输出电压vrect2100返回至在应用通信信号comm_in2000之前整流器输出电压vrect2100被设置的状态而不增加至超过最大电压或者减小至最小电压之下。因此，整流器输出电压vrect2100收敛在最大电压与最小电压之间的范围中。

在整流器输出电压vrect2100收敛在最大电压与最小电压之间的范围中时，比较器输出信号clamp12500再次变为高。因此，在这种情况下，通过逻辑与电路273将通信信号comm_in2000发送至开关m123-1和开关m223-2以接通开关m123-1和开关m223-2以保持预期的通信状态。在整流器输出电压vrect2100在通信期间达到最大电压或最小电压时，重复上述处理使得整流器输出电压vrect2100被调节成(1+r2/r1)×vrefl。上述操作具有如图6所示的操作波形。

图6是在图5的电路根据本发明的一个实施方式操作时获得的波形图。

如图6所示，可以看到整流器输出电压vrect2100通过由通过调制通信信号comm_in2100获得的调制的通信信号comm_mod2400的通信深度调节而保持恒定。

可以扩展图5的电路以抑制通信期间整流器输出电压vrect2100的过度增加。图7示出执行扩展操作的电路。

图7是根据本发明的第二实施方式的包括被配置成通过调制通信信号来控制整流器输出电压的电平的调节器的接收器的配置图。

参照图7，调节器27在接收器2的通信期间控制整流器输出电压vrect2100的最小电压和最大电压。为此，调节器27包括整流器输出电压检测电路、第一比较器271-1、第二比较器271-2、第一逻辑与电路273-1和第二逻辑与电路273-2。

第二比较器271-2对通过整流器输出电压检测电路检测的整流器输出电压vrect2100与第二参考电压vrefh2602进行比较并且输出第二比较器输出信号。第二参考电压vrefh2602高于第一参考电压vrefl2600。第一逻辑与电路273-1对第一比较器输出信号和第二比较器输出信号执行与操作以输出clamp1信号2500。第二逻辑与电路273-2对clamp1信号2500和通信信号comm_in2000执行与操作以输出调制的通信信号comm_mod2400。通过调制的通信信号comm_mod2400来接通和关断开关m123-1和开关m223-2。

在整流器输出电压vrect2100高于vrefh×(1+r2/r1)的情况下(在vrect>vrefh×(1+r2/r1)的情况下)，第一比较器输出信号变为低。然后，由于通过第一逻辑与电路273-1输出的信号clamp12500变成低。因此，即使通信信号comm_in2000是高，也关断开关m123-1和开关m223-2，并且整流器输出电压vrect2100返回至在应用通信信号comm_in2000之前获得的谐振特性并且因此被降低。

在通信之前整流器输出电压vrect2100低于vrefh×(1+r2/r1)并且整流器输出电压vrect2100通过通信信号comm_in2000而降低的情况下，通信可能被禁用。类似地，在通信之前整流器输出电压vrect2100高于vrefh×(1+r2/r1)并且在通信期间整流器输出电压vrect2100增加的情况下，通信可能被禁用。需要防止这种情况的保护电路。保护电路超出本发明的范围，并且可用多种方法实现保护电路。因此，保护电路将不被引入本发明。

图8是用于根据本发明的一个实施方式解释图7的电路的效果的波形图。

参照图8，在接收器的通信期间，控制整流器输出电压vrect2100的最大电平使得整流器输出电压vrect2100不高于vrefh×(1+r2/r1)，并且控制整流器输出电压vrect2100的最小电平使得整流器输出电压vrect2100不低于vrefh×(1+r2/r1)。整流器输出电压vrect2100主要在轻负载状态下跳升并且主要在重负载状态下下降。

图9是根据本发明的第三实施方式的包括被配置成通过调制通信信号来控制整流器输出电压的大小的调节器的接收器的配置图。

参照图9，调节器27在接收器的通信期间动态控制整流器输出电压vrect2100的电压变化。调节器可以在通信期间通过动态控制保持整流器输出电压vrect2100的变化恒定。为此，调节器27包括第一比较器271-1、第二比较器271-2、第一逻辑与电路273-1、第二逻辑与电路273-2、采样保持(s/h)单元275和通信包持续时间检测器276。

通信包持续时间检测器276在通信开始处生成采样选通信号sample_strobe2800。s/h单元275利用采样选通信号sample_strobe2800来检测整流器输出电压vrect2100并且生成采样信号vrects。s/h单元275利用采样信号vrects生成并保持两个参考电压vrefh2602和vrefl2600。第二参考电压vrefh2602是vrects+voff2，并且第一参考电压vrefl2600是vrects-voff1。

第一比较器271-1对第一参考电压vrefl2600与整流器输出电压vrect2100进行接收和比较并且根据该比较输出第一比较器输出信号。第二比较器272-2对第二参考电压vrefh2602与整流器输出电压vrect2100进行接收和比较并且根据该比较输出第二比较器输出信号。第一逻辑与电路273-1通过对第一比较器输出信号和第二比较器输出信号执行与逻辑操作来输出箝位信号clamp12500。第二逻辑与电路273-2通过对箝位信号clamp12500和通信信号comm_in2000执行与逻辑操作来输出调制的通信信号comm_mod2400。因此，整流器输出电压vrect2100不能增加至超过vercts+voff2。其也不能减小至vrects-voff1之下。

图9的s/h单元275可以利用电容器或者利用模数(a/d)转换器(adc)和数模(d/a)转换器(dac)来实现。换言之，将理解的是，s/h单元可以利用各种实现方法来实现并且根据上述构思操作。

图10是图9的电路根据本发明的一个实施方式的操作波形图。

参照图10，通过控制整流器输出电压vrect2100的电平，在通信期间，整流器输出电压vrect2100可以被控制为低于vercts+voff2并且高于vrects-voff1。

图11是根据本发明的一个实施方式在通信期间控制整流器输出电压vrect的最小电压的操作的实验波形图。

参照图11，可以看出在接收器的通信期间通过控制整流器输出电压vrect的最小电压可以控制整流器输出电压vrect以便不低于最小电压。

上面已经描述了本发明的实施方式。本领域技术人员将理解的是，在不脱离由所附权利要求书所限定的本发明的范围和精神的情况下，可以在本发明中进行各种形式和细节的变化。因此，公开的实施方式应该被认为是说明性的而不是限制意义。本发明的范围是由所附权利要求书而不是由前述说明书限定，并且其等同物的范围内的所有差异应该解释为包括在本发明中。