具有接收器的温度控制的无线感应功率输送的制作方法_3

文档序号:9423112阅读:来源:国知局
送期间受电设备可以位于其上的接触表面的最大可允许表面温度,这将被系统检测到。
[0084]图2图示了耦合到发射线圈103并且生成功率输送信号并将该功率输送信号提供给发射线圈103的驱动器201。因此,在功率输送期间,驱动器201经由发射线圈103 (和接收线圈107)向功率接收器105提供功率输送信号。
[0085]驱动器201因此生成馈送至发射器线圈103的电流和电压。驱动器201典型地为从DC电压生成交变信号的逆变器的形式的驱动电路。图3示出半桥逆变器。开关SI和S2被控制以使得它们从不同时闭合。可替换地,SI闭合而S2开路并且S2闭合而SI开路。开关以期望的频率开路和闭合,从而在输出处生成交变信号。典型地,逆变器的输出经由谐振电容器连接到发射器线圈。图4示出全桥逆变器。开关SI和S2被控制以使得它们从不同时闭合。开关S3和S4被控制以使得它们从不同时闭合。可替换地,开关SI和S4闭合而S2和S3开路,并且然后S2和S3闭合而SI和S4开路,从而在输出处创建块波(block-wave)信号。开关以期望的频率开路和闭合。
[0086]驱动器201还包括用于操作功率输送功能的控制功能性,并且可以特别地包括布置成依照Qi标准操作功率发射器101的控制器。例如,控制器可以布置成执行Qi标准的标识和配置以及功率输送阶段。
[0087]接收器线圈107耦合到功率接收器控制器203,其包括用于操作功率输送功能的各种功能性,并且在特定示例中布置成依照Qi标准操作功率接收器105。例如,功率接收器控制器203可以布置成执行Qi标准的标识和配置以及功率输送阶段。
[0088]功率接收器控制器203布置成接收功率输送信号并且在功率输送阶段期间提取功率。功率接收器控制器203耦合到功率负载205,其是在功率输送阶段期间从功率发射器101供电的负载。功率负载205可以特别地为加热部分,诸如由从功率输送信号提取的功率加热的加热元件。
[0089]在许多实施例中,受电设备可以包括加热元件,其通过感应出加热元件中的涡电流的功率输送信号直接加热。因此,负载205和接收线圈107可以集成到一个单个元件中,其中负载被直接供电而没有作为中间件的功率接收器控制器203。在这样的实施例中,然而,功率接收器控制器203可以提供所要求的控制和对接技术,包括与功率发射器通信、控制作为功率控制回路的部分的功率等。
[0090]功率控制器203还可以基于加热部分温度的测量来控制功率控制操作。特别地,它可以生成在功率控制回路反馈消息中发射到功率发射器101的功率请求。例如,如果加热部分温度低于阈值,请求功率输送信号的功率中的增加,并且如果其高于阈值则请求功率中的减小。因此,功率接收器控制器203可以控制加热部分/元件的操作温度。
[0091]图2的系统通过提供操作的附加控制来提供增强的功能性,并且特别地提供在许多实施例中可以防止不期望的和潜在地破坏性的场景发生的功能性。特别地,系统允许基于相对于反映功率发射器的特性的参考温度的受电设备的部分的温度来调适操作,所述功率发射器是诸如功率发射器功能作为其部分的设备、器具或其它实体。特别地,实体可以是包括功率发射器101的功能的实体、设备或物体。与基于功率发射和功率接收侧各自的温度的比较的单独温度控制功能组合地控制加热部分的操作温度的功率控制回路的使用提供了高效的操作和附加的安全性。它可以提供在允许不同类型的功率接收器和功率发射器灵活地相互作用而无需设计用于最差情况组合的热兼容性方面的附加灵活性。
[0092]图2的系统包括接收温度(以下称为第一温度)的温度接收器207。第一温度可以从任何合适的内部或外部源接收。
[0093]第一温度指示布置用于接触功率发射器的受电设备的接触表面的温度。受电设备的接触表面通常为放置在功率发射器的表面上以允许功率传输的底部表面。因此,典型地,功率输送信号经由针对其提供第一参考温度的功率发射器101的接触表面和针对其提供第一温度的功率接收器105的接触表面从功率发射器101提供给功率接收器105。这两个接触表面因此在功率输送期间(在典型的使用中)接触。
[0094]第一温度在许多实施例中指示所测量的温度,但是可以在一些实施例中指示该部分的估计的或最大操作温度。该部分典型地为外部部分,并且第一温度可以特别地指示受电设备的表面的当前温度。表面典型地为在正常功率输送操作期间与功率发射器的接触表面接触的接触表面。
[0095]温度接收器207耦合到比较器209,其进一步耦合到向比较器209提供参考温度的参考源211。参考温度与功率发射器101相关联并且特别地指示对于用于接收受电设备的表面而言的最大可允许接触温度。表面可以特别地为受电设备通过其被供电的表面,诸如包括功率发射器101并且其上可以定位受电设备以用于功率输送的物体的表面。
[0096]比较器209布置成比较所测量的温度和与功率发射器101相关联的参考温度。比较器209耦合到第一控制器213,其被提供比较的结果。
[0097]第一控制器213布置成对检测到第一温度超过参考温度做出反应。特别地,如果比较器209指示第一温度超过参考温度,第一控制器213可以接着限制功率输送信号的功率。该限制可以特别地通过终止功率输送、退出功率输送阶段/模式,或者例如通过使功率输送信号的功率降低给定量,或者将其限制到不超过给定阈值来进行。
[0098]在一些实施例中(特别地当第一控制器213在功率发射器101中实现时),第一控制器213可以通过修改功率发射器101的操作并且特别地通过修改驱动器201的操作来限制功率。在其它实施例中(特别地当第一控制器213在功率接收器105中实现时),第一控制器213可以修改功率控制器203的操作。例如,功率回路控制操作可以被修改以使得功率接收器105连续地传输功率下降请求,直到第一温度不再超过参考温度(典型地具有裕度)。因此,在该情况中,第一控制器213可以接着传输功率下降请求,甚至是在加热部分温度落到下阈值以下以用于请求增加的功率时。
[0099]可替换地或此外,第一控制器213可以生成用户警报。第一控制器213特别地耦合到用户接口 215,其可以由第一控制器213来控制以提供用户警报。用户警报可以例如是视觉指示(例如闪光)或音频指示(例如警告音)。在一些实施例中,可以生成更复杂的用户警报,诸如描述用户警报的起因的文本或图形用户显示。
[0100]因此,图2的系统可以检测受电设备的部分的温度超过适合于功率发射器101的温度。例如,系统可以检测反映受电设备的接触表面的温度的第一温度超过表示对于功率发射器的特定接触表面而言的最大可允许接触温度的参考温度。因此,它可以检测如果受电设备定位在功率发射器的特定表面上,可能发生对该表面的破坏。系统可以通过生成用户警报(可能地在将受电设备定位在表面上之前)和/或降低或关断功率(典型地在将受电设备定位在表面上时)来解决这样的风险。
[0101]该方案因此提供允许系统检测潜在不期望的场景并且采取行动以避免这些或者缓解后果的附加控制选项。
[0102]在图1和图2的系统中,无线供电设备包括通过由功率发射器生成的功率输送信号供电的加热部分。功率接收器包括确定加热部分的温度的温度传感器,以及基于所确定的温度生成功率控制回路反馈消息的功率控制器。功率接收器包括用于向功率发射器传输反馈消息的发射器。
[0103]因此,可以实现允许功率发射器101控制所生成的功率输送信号以向功率接收器103提供适当量的功率的功率控制回路。在受电设备的加热部分的温度的基础上控制功率并且因此功率控制回路可以特别地控制功率输送信号的功率以生成加热部分的期望的温度。
[0104]除了该温度受控功率控制回路之外,系统布置成还考虑受电设备的部分的另一温度。特别地将该温度(第一温度)与表示对于用于接收功率接收器的功率发射器的表面而言的最大可允许接触温度的参考温度比较。因此,除了基于温度的功率控制回路之外,其特别地可以用于维持受电设备的加热部分/元件的期望的温度,系统包括用于比较受电设备的部分的另一温度与对于布置成接收功率接收器105的功率发射器101的接触表面而言的最大可允许温度的功能性。该第二温度(加热部分温度)涉及将接触功率发射器101的受电设备的接触表面。如果受电设备的该部分的温度超过最大接触温度,系统限制功率输送信号的功率或者生成用户警报。
[0105]该第二温度控制不仅仅对应于设法控制加热元件的操作温度以具有所期望的值的常规温度控制。事实上,标准温度控制将典型地基于响应于受电设备比较所测量的温度与反映所期望的温度的局部温度参考而增加或减小传输的功率。然而,第二温度控制关注功率发射器与受电设备之间的互操作,而不是仅仅设置优选的操作温度。事实上,第二温度控制针对比较受电设备的温度特性与功率发射器的温度特性。因此,它不仅仅针对为加热元件提供期望的温度,而是为表示不同设备的值之间的相对比较。它可以使用这一点来检测功率发射器和受电设备是否以与彼此兼容的方式进行操作。
[0106]例如,功率发射器可以例如提供在厨房环境中,其中要被供电的设备(例如厨房器具)可以直接定位在通过其发射功率输送信号的工作台表面上。该功率发射器可以与一系列不同的器具一起使用,并且许多不同的受电设备可以定位在工作表面上。不同的设备将典型地具有不同的要求并且还将具有不同的温度特性。
[0107]当受电加热设备定位在工作表面上时,功率发射器可以提供功率输送信号,其导致在加热部分/元件中的期望的加热。功率输送信号的功率可以经由功率控制回路来控制,并且该功率控制回路可以被标准化。因此,受电加热设备可以控制功率输送信号的功率以提供加热元件的期望的操作温度。功率控制回路可以通过请求功率输送信号的功率增加或减小而维持该温度。
[0108]由于功率控制回路可以被标准化,因此该方案可以与所有受电加热设备和与标准兼容的所有功率发射器一起使用。事实上,可以使用与用于非加热受电设备相同的功率控制消息。然而,虽然该方案和标准化确保标准的所有功率发射器与受电设备之间的操作兼容性,但是它并未解决所有问题。
[0109]发明人已经认识到,这样的受电加热设备的一个问题在于受电加热设备可以潜在地生成可能破坏功率发射器的温度。为了防止加热设备破坏表面,表面由耐热并且能够承受可能被任何加热设备遭遇的任何温度的材料制成。这样的方案对表面和加热元件的材料设置了限制。
[0110]然而,在图1和图2的方案中,第二温度控制可以用于动态地测量功率发射器101的接触表面与受电加热设备的对应温度之间的热兼容性。这可以为功率发射器和受电加热设备的制造商提供增加的设计自由度,而同时防止破坏。特别地,它可以移除制造商将所有产品设计成能够处理所有最差情况场景的需要。
[0111]该方案可以例如允许依照标准开发一系列功率发射器,但是同时允许功率发射器将各种材料用于与功率接收器的接触表面。不同材料可以具有不同的热阻(特别地在能够承受热而没有破坏的意义下)。同时,可以依照标准开发一系列受电加热设备,其中不同的加热设备具有不同的热属性,并且特别地其中不同的加热设备在不同的场景中展现出不同的温度特性。尽管所有设备与标准兼容,但是不要求所有受电加热设备与所有功率发射器热兼容。相反,可以允许受电加热设备和功率发射器的一些组合可能潜在地导致其中受电加热设备可能造成对功率发射器的接触表面的破坏的情形。
[0112]作为示例,用于厨房器具的一系列功率发射器可以包括利用木质接触表面实现的一个和具有花岗岩接触表面的另一个,诸如例如木质或花岗岩厨房工作台。一系列受电加热设备可以例如包括水壶,其中加热元件包括在热绝缘材料内(导致放置在工作表面上的部分的低温度)。然而,为了改进功率输送,另一水壶可以具有暴露的并且事实上与工作台直接接触的加热元件。第一水壶可以与两种工作台一起使用,而后一水壶仅能够与花岗岩接触表面/工作台一起使用。尽管用户可以手动地将操作限制在兼容产品之间,但是不可避免的失误(例如当被老年人使用时)可能导致对工作台的潜在破坏。
[0113]在图1和图2的系统的方案中,功率接收器与功率发射器之间的任何这样的不兼容性可以被自动检测并且作为响应,功率输送信号的功率可以被限制或者可以生成用户警报(例如警告信号)。
[0114]该方案基于比较功率发射器的热特性与功率接收器的热特性,并且该比较允许系统检测潜在不合期望的情形。因此采用表示不同设备的属性的值的比较。
[0115]特别地,系统比较功率接收器各自的温度(并且其并非被功率发射器固有地已知)与功率发射器各自的属性(对于用于接收功率接收器的功率发射器的表面而言的最大可允许接触温度)(并且其并非被功率接收器固有地已知)。比较是两个不同设备的温度特性的比较并且反映两个设备的属性。
[0116]该方案可以允许功率发射器与功率接收器之间的热不兼容性的自动检测。通过包括这样的兼容性检查,系统因此允许例如开发通用标准,其通过允许热不兼容的功率接收器和受电设备的可能性来提供增加的设计灵活性。
[0117]两个温度控制可以因此支持不同的功
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