用于扩展无线充电器的电力能力的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及无线电力。更确切地说，本发明针对无线电力传递系统中的发射器和接收器。
【背景技术】
[0002]越来越多的数目及种类的电子装置经由可再充电电池供电。此类装置包含移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机外围装置、通信装置(例如，蓝牙装置)、数码相机、助听器等等。虽然电池技术已得到改进，但电池供电的电子装置越来越需要及消耗更大量的电力，借此常常需要再充电。可再充电的装置常常经由有线连接通过物理地连接到电源的电缆或其它类似连接器充电。电缆和类似连接器有时可能不方便或繁琐，且具有其它缺点。能够在待用以为可再充电的电子装置充电或向电子装置提供电力的自由空间中传递电力的无线充电系统可以克服有线充电解决方案的一些不足。由此，向电子装置有效且安全地传递电力的无线电力传递系统及方法是合乎需要的。
【发明内容】
[0003]在所附权利要求书的范围内的系统、方法和装置的各种实施方案各自具有若干方面，其中的单个方面并不单独负责本文所描述的合乎需要的属性。在不限制所附权利要求书的范围的情况下，本文描述一些显要特征。
[0004]在附图和下文描述中阐述本说明书中描述的标的物的一或多个实施方案的细节。其它特征、方面和优点将从描述、图式及权利要求书变得显而易见。应注意，以下各图的相对尺寸可能未按比例绘制。
[0005]在特定实施例中，提供一种用于对可充电装置充电的无线电力接收器设备。所述用于为可充电装置充电的无线电力接收器设备可包含接收天线，其经配置以用无线方式在足以为可充电装置充电的电平处接收电力。所述无线电力接收器设备还可包含转换器电路。所述转换器电路可耦合到接收天线。所述转换器电路可经配置以接收从所述以无线方式接收的电力导出的输入电压。所述转换器电路还可经配置以基于输入电压与第一电压电平阈值之间的关系而产生相对于所述输入电压缩放到某一值的输出电压。
[0006]在另一特定实施例中，提供一种用于对可充电装置充电的无线电力接收器设备。所述用于为可充电装置充电的无线电力接收器设备可包含用于以无线方式在足以对可充电装置充电的电平处接收电力的装置。所述用于为可充电装置充电的无线电力接收器设备还可包含用于接收从所述以无线方式接收的电力导出的输入电压的装置，其耦合到所述用于以无线方式接收电力的装置。所述用于为可充电装置充电的无线电力接收器设备还可包含用于基于输入电压与第一电压电平阈值之间的关系而从所述用于接收输入电压的装置产生相对于所述输入电压缩放到某一值的输出电压的装置。
[0007]在另一特定实施例中，一种用于为可充电装置充电的方法可包含在接收天线处以无线方式在足以为可充电装置充电的电平处接收电力。所述方法还可包含在耦合到所述接收天线的转换器电路处接收从所述以无线方式接收的电力导出的输入电压。所述方法还可包含基于输入电压与第一电压电平阈值之间的关系从所述转换器电路产生相对于所述输入电压而缩放到某一值的输出电压。
【附图说明】
[0008]图1为根据示范性实施例的示范性无线电力传递系统的功能框图。
[0009]图2为根据示范性实施例的可用于图1的无线电力传递系统中的示范性组件的功能框图。
[0010]图3为根据示范性实施例的包含发射或接收天线的图2的发射电路或接收电路的一部分的不意图。
[0011]图4为根据示范性实施例的可用于图1的无线电力传递系统中的发射器的功能框图。
[0012]图5为根据示范性实施例的可用于图1的无线电力传递系统中的接收器的功能框图。
[0013]图6为根据示范性实施例的可用于图1的无线电力传递系统中的利用转换器电路的接收器的功能框图。
[0014]图7为根据示范性实施例的实施为多个瓦片电路的图6的转换器电路的框图。
[0015]图8为根据示范性实施例的可用于图5和6的接收器中的实施为电荷栗电路的转换器电路的示意图。
[0016]图9是根据示范性实施例的可用于图5和6的接收器中的实施为具有比较器的电荷栗电路的转换器电路的示意图。
[0017]图10为根据示范性实施例的用于应用转换器电路以产生输出电压的示范性过程的流程图。
[0018]图11为根据示范性实施例的接收器的功能框图。
[0019]图12是根据示范性实施例的转换器电路的示范性输入及输出电压的曲线。
【具体实施方式】
[0020]下文结合附图阐述的详细描述既定作为示范性实施例的描述，且无意表示可实践的仅有实施例。贯穿此描述所使用的术语“示范性”意指“充当实例、例子或说明”，且未必应解释为比其它示范性实施例优选或有利。具体描述包含出于提供对示范性实施例的透彻理解的目的的具体细节。在一些情况下，以框图形式展示一些装置。
[0021]以无线方式传递电力可指将与电场、磁场、电磁场或其它者相关联的任何形式的能量从发射器传递到接收器，而不使用物理电导体(例如，可通过自由空间来传递电力)。到无线场(例如，磁场或电磁场)的电力输出可由“接收天线”接收、俘获或耦合以实现电力传递。将理解，贯穿此说明书，两个组件“耦合”可指其通过直接或间接方式进行的交互，且可进一步指物理地连接(例如，有线)耦合或物理地断开(例如，无线)耦合。
[0022]图1为根据示范性实施例的示范性无线电力传递系统100的功能框图。输入电力102可从电源(未图示)提供到发射器104以用于产生用于提供能量传递的场105。接收器108可耦合到场105且产生输出电力110以供耦合到输出电力110的装置(未图示)存储或消耗。发射器104与接收器108两者分开距离112。在一个示范性实施例中，发射器104与接收器108是根据相互共振关系而配置。当接收器108的谐振频率与发射器104的谐振频率实质上相同或极为接近时，发射器104与接收器108之间的发射损失最小。由此，可与可要求大线圈极其接近(例如，mm)的纯电感解决方案相比，在较大距离上提供无线电力传递。谐振电感耦合技术因此可允许改进的效率和在各种距离上且利用多种电感线圈配置进行的电力传递。
[0023]当接收器108位于由发射器104产生的能量场105中时，接收器108可接收电力。场105对应于其中通过发射器104输出的能量可以通过接收器105俘获的区。在一些情况下，场105可以对应于发射器104的“近场”，如下文将进一步描述。发射器104可包含用于输出能量发射的发射天线114(例如，发射线圈)。接收器108进一步包含用于接收或俘获来自能量发射的能量的接收天线118(例如，接收线圈)。近场可对应于其中存在由发射天线114中的最低限度地辐射电力远离发射天线114的电流及电荷产生的强反应性场的区。在一些情况下，近场可对应于在发射天线114的约一个波长(或其分数)内的区。发射天线114和接收天线118根据应用和待与其相关联的装置而设定大小。如上所述，有效能量传递可通过将发射天线114的场105中的大部分能量耦合到接收天线118而非在电磁波中将大多数能量传播到远场而发生。当定位在场105内时，可在发射天线114与接收天线118之间形成“耦合模式”。发射天线114及接收天线118周围的可发生此耦合的区域在本文中被称作耦合模式区。
[0024]图2为根据示范性实施例的可用于图1的无线电力传递系统100中的示范性组件的功能框图。发射器204可包含发射电路206，其可包含振荡器222、驱动器电路224及滤波与匹配电路226。振荡器222可经配置以产生期望频率(例如468.75kHz、6.78MHz或13.56MHz)下的信号，所述期望频率可响应于频率控制信号223来调节。可将振荡器信号提供到经配置以在(例如)发射天线214的谐振频率下驱动发射天线214的驱动器电路224。驱动电路224可以是经配置以从振荡器222接收方波并且输出正弦波的开关放大器。举例来说，驱动电路224可为E类放大器。还可包含滤波与匹配电路226以滤出谐波或其它不必要的频率，且将发射器204的阻抗匹配到发射天线214。作为驱动发射天线214的结果，发射器204可在足以对电子装置充电或供电的电平下以无线方式输出电力。作为一个实例，所提供的电力可例如约300毫瓦到5瓦，以对具有不同电力需求的不同装置供电或充电。也可提供较高或较低电力电平。
[0025]接收器208可包含接收电路210，其可包含匹配电路232和整流器与开关电路234以从AC电力输入产生DC电力输出，以便为如图2中所展示的电池236充电，或者为耦合到接收器108的装置(未图示)供电。可包含匹配电路232以使接收电路210的阻抗与接收天线218匹配。接收器208和发射器204可另外在单独通信信道219 (例如，蓝牙、紫蜂、蜂窝式等)上通信。接收器208和发射器204可以替代地使用无线场206的特性经由带内信令通?目Ο
[0026]如下文更完全描述，接收器208 (其最初可具有选择性地停用的相关联负载(例如，电池236))可经配置以确定由发射器204发射并且由接收器208接收的电力量是否适于为电池236充电。此外，接收器208可经配置以在确定电力的量适当后即刻启用负载(例如，电池236)。在一些实施例中，接收器208可经配置以直接利用从无线电力传递场接收的电力，而不对电池236充电。举例来说，例如近场通信(NFC)或射频识别装置(RFID等通信装置可经配置以从无线电力传递场接收电力，且通过与无线电力传递场交互而通信和/或利用所接收电力与发射器204或其它装置通信。
[0027]图3为根据示范性实施例的包含发射或接收天线352的图2的发射电路206或接收电路210的一部分的示意图。如图3中所说明，用于包含下文描述的实施例的示范性实施例中的发射或接收电路350可包含天线352。天线352还可称为或经配置为“环路”天线352。天线352也可在本文中被称作或经配置为“磁性”天线或感应线圈。术语“天线”一般是指可以无线方式输出或接收用于耦合到另一“天线”的能量的组件。天线还可被称作经配置以用无线方式输出或接收电力的类型的线