具有装置功率符合性的无线充电系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2010年1月5日，申请号为201080010592. 5,发明名称为"具 有装置功率符合性的无线充电系统"的申请的分案申请。
[0002] 本申请涉及2009年1月6日提交的标题为"MeteredDeliveryofWireless Power(无线功率的计量递送)"的美国申请号12/349, 355,即现在的美国专利号_，其 通过引用被合并。
技术领域
[0003] 本发明涉及无线功率系统，并且更具体来说涉及能够同时为多个装置供电的这样 的系统。
【背景技术】
[0004] 无线功率或充电系统是公知的并且被广泛使用。这样的系统通常包括初级电源以 及一个或更多次级装置。当把次级装置带到与初级（primary)邻近时，初级为次级装置感 应地供电。
[0005] 虽然这样的系统是公知的，但是若干潜在问题与这样的系统相关联。
[0006] 首先，通常根据要从电源吸取的功率，针对具体应用确定每一个初级电源的大小。 当次级装置的功率需求大于初级电源的功率容量时出现问题。次级装置可能关机，或者次 级装置可能尝试在降低的可用功率水平下充电，这对于所述装置来说可能是不适当的。通 常，任一结果在没有向用户的反馈或警告的情况下发生。因此，所述装置可能被不当充电或 者根本没有被充电。
[0007] 其次，通常对于多个次级装置需要多个电源一一即每一个装置对应一个电源。这 可能导致多个电源，所述多个电源在储存、使用以及与次级装置匹配方面是昂贵且困难的。
【发明内容】
[0008] 在本发明中克服了前面提到的问题，其中所述无线功率系统内的各个组件彼此传 送功率需求和能力，使得可以管理功率符合性（powercompliance)。更具体来说，每一个次 级装置可以与无线电源进行通信以提供每一个装置的功率需求的指示；相反，电源可以与 每一个次级装置进行通信以提供所述电源的功率容量的指示。
[0009] 无线功率控制随后可以在电源和次级单元之间解决分配需求。如果次级装置的功 率需求超出系统容量，则所述控制可以提供警报。所述控制还实现在降低的功率水平下充 电。如果将多个次级装置带到所述充电系统中，则所述控制可以在装置之间分配功率。
[0010] 因此，本发明在无线充电系统内提供增强的功率符合性。所述系统提供功率容量 与功率需求之间的失配的指示，并且还提供多个装置之间的功率分配以使得能够使用单个 电源对多个装置进行充电。
[0011] 参照对当前实施例和附图的描述，将更加全面地理解和认识本发明的这些和其他 目的、优点和特征。
【附图说明】
[0012] 图1是现有技术的无线功率或充电系统的示意图； 图la是针对无线功率控制的状态图； 图2是根据本发明的第一实施例构造的无线充电系统的示意图； 图3是所述无线充电系统的电源侧的示意图； 图4是所述无线充电系统的示意图，其中第三线传送模拟数据； 图4a是所述无线充电系统的示意图，示出了被用来在初级与次级之间传送信息的通 f目； 图4b是示出了所述电源的第一替换实施例的示意图； 图4c是初级的第二替换实施例的示意图； 图4d是所述无线充电系统的第三替换实施例的示意图； 图4d(l)、4d(2)和4d(3)是功率记账和通彳目协议的不意图； 图4e是初级的另一个替换实施例的不意图； 图5是示出了如何由所述无线电源调和（reconcile)功率的示意图； 图6是把装置的放置用作充电序列的优先级的功率分配系统的示意图； 图7是通过理解来自每一个装置的功率比来管理功率分配的功率分配系统的示意图； 图8示出了用以选择电源的瓦特数的模拟输出表的实例； 图9是初级源A与次级装置B之间的数据序列； 图10示出了可以通过触摸或声音而理解的基本反馈机制； 图11示出了提供结果和事件的放置序列表； 图12是提供四单元充电器的初级的第五替换实施例的示意图； 图13示出了如何可以把附加容量添加到图12的初级；以及 图14是提供对功率波动的进一步改进的控制、调节和预测的无线充电系统的示意图。
【具体实施方式】
[0013] 现有技术的无线充电系统10在图1中示出并且包括无线电源（WPS) 12和便携式 次级装置14。无线电源12又包括整流器16、DC/DC转换器18、逆变器20、电容器22、感应 线圈24以及控制26。便携式装置14包括次级线圈30、电容器32、整流器34、DC/DC转换 器36以及负载38。当次级线圈30被带到与初级线圈24邻近时并且当初级线圈被供电时， 建立感应链路；并且在次级线圈中感应出电压。至此所描述的无线充电系统10是公知的， 并且其结构和功能不需要进一步详细描述。
[0014] 功率系统比如图1中所示的功率系统通常需要用户理解并记住哪些装置与哪些 电源一起工作。具有不同功率容量但是也具有相同连接器的两个不同电源可以物理连接到 相同装置。然而，将不正确的电源与装置一起使用可能潜在地导致故障或不当操作。用户 只有通过某种类型的故障模式来获知这样的故障或不当操作，比如对装置的过度供电或者 未对装置充电。
[0015] 本发明使得功率系统和次级装置能够彼此进行通信并且能够可配置以及管理系 统的各个组件之间的功率符合性。
[0016] 在过去，功率系统依赖于用户知晓并理解哪些装置与电源一起工作。具有相同连 接器的两个不同电源可以容易地连接到相同装置。这可能潜在地导致故障或不当操作。用 户只有通过故障模式来知晓这一点。
[0017] 本发明试图通过允许功率系统进行通信并且可配置来解决这个问题。装置可以与 电源进行通信，并且电源和装置全都向用户进行传送。
[0018] 电源符合件 电源和无线电源都分别传送容量并且可以解决功率分配需求。来自远程电源或内部电 源的信息被传送到无线功率控制。所述系统被设计成通过初级到次级通信的方式向用户报 警装置需要比无线电源和主电源能够提供的更多的功率。
[0019] 初级到次级通信 存在将信息从初级传送到次级的多种方式，例如正如本申请中所公开的那样。一些方 法涉及大约1%到2%的小功率方差来调制简单彳目号。其他方法在短时间段内完全停止振荡 以发送非常基本的信号。这些基本通信实现以下特征： 针对授权充电的初级请求--开账单 针对适当充电的认证一一认证握手 没有足够的功率可用于该装置一一小于所需瓦特数可用 针对充电的序列的通信一一下一个充电一一顺序上第二充电 装置的配置一一静音、振动、无线电关闭 与标准不符合。
[0020] 较小电源为多个装詈充电 作为一个实例，本发明使得单个五瓦特电源能够顺序地为几个五瓦特装置充电。每一 个装置传送充电比(功率输入相对随时间所使用的功率)以及对充电的需要（当前容量)。利 用来自每一个装置的这些比，可以对充电进行分解和定序，从而允许许多装置通过非常有 限的充电而具有适当的功率。这种方法就像按照需要围绕桌子传递充电线缆一样，但只是 无线地这样做。一种示例性使用是具有几台膝上型计算机的会议桌子。每次只有一台膝上 型计算机实际上需要充电。所述定序消除了对具有在最大功率下涵盖所有装置的瓦特数的 能力的需要并且降低了实现成本。
[0021] 利用功率管理接口的无线功率增强 所述无线电源包括功率管理单元。在现有技术中，系统包括被接通和关断的背光照 明、无线电、硬盘驱动器、GSM脉冲等等，电源被设计成对这些系统做出反应并且提供稳定 的功率。本发明使用来自系统的、何时系统的需要功率的各方面被接通和关断的知识来高 效地管理控制，这是通过基于功率影响来预测改变百分比而实现的。这一知识允许电源直 接对该需要做出反应。在现有技术的系统中，比例积分微分（PID)控制环路通过消除多趟 (pass)循环而节省时间；并且所述系统可以更加快速地做出响应。通过连接次级装置的功 率管理单元（PMU)以及为每一个负载指定误差值，可以容易地将负载中的改变总和从功率 管理单元传输到次级无线功率控制并且随后传送到无线电源以改进环路反应时间。
[0022] 一般棹制描沐 基于误差的控制模式允许在次级控制接口（SCI)与初级控制接口（PCI)之间的控制环 路配置。PCI对来自SCI的控制误差反馈分组做出响应以确定为达到操作点所需要的调节。 这提供了很大的设计自由度。可以在次级侧实现各种类型的控制。算法的实例包括恒定电 流、恒定