专利名称：使用无线电力的通信系统的制作方法
技术领域：
以下描述涉及无线电力传输。
背景技术：
已经进行了无线电力传输的研究，以解决传统电池的有限容量和用于便携式装置的有线电力的不便利性等。研究主要关注于近场无线电力传输。近场无线电力传输是指当与工作频率的波长相比，发送线圈和接收线圈之间的距离足够短的情况。一种传统无线电力发送和接收系统使用谐振特性并可包括用于提供电力的源和用于接收电力的目标。
发明内容
根据一个总体方面，一种使用无线电力的通信装置可包括:发送器，被配置为通过互谐振将在源谐振器中存储的能量发送到目标谐振器；能量补偿器，被配置为补偿在源谐振器中消耗的能量；控制器，被配置为控制将能量提供给源谐振器的电连接。所述通信装置还可包括:调制器，被配置为使用源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来调制信息。能量补偿器可补偿在源谐振器中存储的能量中由于源谐振器的内部电阻、辐射电阻或者内部电阻和辐射电阻两者消耗的能量。能量补偿器可包括:检测器，被配置为检测在源谐振器中消耗的能量；补偿器，被配置为补偿检测到的能量。能量补偿器可使用有源元件来补偿消耗的能量，从而使源谐振器的品质(Q)因数具有大于或等于预定值的值。调制器可根据源谐振器与目标谐振器之间产生互谐振是否被执行来调制信息。调制器可通过量化在源谐振器中存储的能量的级别来调制信息。控制器可通过控制源谐振器与电力供给单元之间的电连接来确定源谐振器与目标谐振器之间是否产生互谐振。控制器可控制电力供给单元与能量补偿器之间的电连接，从而将能量从电力供给单元提供给能量补偿器。所述通信装置还可包括:接收器，被配置为通过源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来接收从目标谐振器发送的能量；解调器，被配置为通过检测接收的能量的波形来确定是否发生互谐振，并基于是否发生互谐振来解调由目标谐振器发送的信息。根据另一总体方面，一种使用无线电力的通信装置可包括:发送器，被配置为通过互谐振将在目标谐振器中存储的能量发送到源谐振器；能量补偿器，被配置为补偿在目标谐振器中消耗的能量；控制器，被配置为控制目标谐振器与负载之间的电连接，其中，从目标谐振器向所述负载提供能量。所述通信装置还可包括:调制器，被配置为使用源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来调制信息。
所述通信装置还可包括:接收器，被配置为通过目标谐振器与源谐振器之间的互谐振来接收从源谐振器发送的能量；解调器，被配置为通过检测接收的能量的波形来确定是否发生互谐振，并基于是否发生互谐振来解调由源谐振器发送的信息。能量补偿器可补偿在目标谐振器中存储的能量中由于目标谐振器的内部电阻、辐射电阻或者内部电阻和辐射电阻两者消耗的能量。能量补偿器可包括:检测器，被配置为检测在目标谐振器中消耗的能量；补偿器，被配置为补偿检测到的能量。能量补偿器可使用有源元件来补偿消耗的能量，从而使目标谐振器的品质(Q)因数具有大于或等于预定值的值。控制器可通过改变目标谐振器的谐振频率来确定目标谐振器与源谐振器之间是否产生互谐振。所述通信装置还可包括:驱动电力单元，被配置为提供用于驱动能量补偿器的能量。控制器可包括:监视单元，被配置为监视在目标谐振器中接收的能量的大小；捕获单元，被配置为当在预定时间段内监视的能量的大小具有峰值时捕获在目标谐振器中存储的能量；补偿器，被配置为通过使用捕获的能量来补偿由驱动电力单元提供的能量。根据另一总体方面，一种无线电力的通信系统可包括:第一调制器，被配置为使用源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来调制信息；第一发送器，被配置为通过互谐振将在源谐振器中存储的能量发送到目标谐振器；第一能量补偿器，被配置为补偿在源谐振器中消耗的能量；第一控制器，被配置为控制将能量提供给源谐振器的电；第一接收器，被配置为通过源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来接收从目标谐振器发送的能量；第一解调器，被配置为通过检测接收的能量的波形来确定是否发生互谐振，并基于是否发生互谐振来解调由源谐振器发送的信息；第二能量补偿器，被配置为补偿在目标谐振器中消耗的能量；第二控制器，被配置为控制目标谐振器与负载之间的电连接，其中，从目标谐振器向所述负载提供能量。所述通信系统还可包括:第二调制器，被配置为使用源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来调制信息；第二发送器，被配置为通过互谐振将在目标谐振器中存储的能量发送到源谐振器。所述通信系统还可包括:第二接收器，被配置为通过源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来接收从目标谐振器发送的能量；第二解调器，被配置为通过检测接收的能量的波形来确定是否发生互谐振，并基于是否发生互谐振来解调由目标谐振器发送的信息。第一能量补偿器可使用有源元件来补偿消耗的能量，从而使源谐振器的品质(Q)因数具有大于或等于预定值的值。第二能量补偿器可使用有源元件来补偿消耗的能量，从而使目标谐振器的Q因数具有大于或等于预定值的值。根据另一总体方面，一种使用无线电力的通信方法可包括:补偿在源谐振器中消耗的能量；控制将能量提供给源谐振器的电连接；通过互谐振将在源谐振器中存储的能量发送到目标谐振器。补偿的步骤可包括:补偿在源谐振器中存储的能量中由于源谐振器的内部电阻、辐射电阻或者内部电阻和辐射电阻两者消耗的能量。所述通信方法还可包括:使用源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来调制信息。根据另一总体方面，一种使用无线电力的通信方法可包括:补偿在目标谐振器中消耗的能量；控制目标谐振器与负载之间的电连接，其中，从目标谐振器向所述负载提供能量；通过互谐振将在目标谐振器中存储的能量发送到源谐振器。补偿的步骤可包括:补偿在目标谐振器中存储的能量中由于目标谐振器的内部电阻和辐射电阻消耗的能量。所述通信方法还可包括:使用源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来调制信息。从以下的详细描述、附图和权利要求中，其它特点和方面将是清楚的。
图1是示出使用无线电力的通信系统的等效电路的示图，其中，电力输入单元和电力发送单元被电容器和开关单元物理隔离，接收器和电力输出单元被另一电容器和另一开关单元物理隔离；图2是示出使用无线电力的通信系统的等效电路的示图，其中，电力充电器和发送器被开关物理隔离，充电器和电力输出单元被另一开关物理隔离；图3是示出使用无线电力的通信装置的框图；图4是示出使用无线电力的另一通信装置的框图；图5是示出使用无线电力的另一通信系统的框图；图6是示出具有能量补充单元的使用无线电力的通信系统的等效电路的示图；图7是示出施加到在使用无线电力的通信系统中强互耦的源谐振器和目标谐振器的能量的变化的曲线图；图8是示出施加到在使用无线电力的通信系统中弱互耦的源谐振器和目标谐振器的能量的变化的曲线图；图9是示出根据Q因数和源谐振器与目标谐振器之间的距离的互耦的工作特性的曲线图；图10是示出在使用无线电力的通信系统中当源谐振器的Q因数通过能量补偿而增加时施加到源谐振器的能量的变化的曲线图；图11是示出在使用无线电力的通信系统中当目标谐振器的Q因数通过能量补偿而增加时施加到目标谐振器的能量的变化的曲线图；图12是示出当在目标谐振器中使用或不使用负电阻时存储的能量的曲线图。贯穿附图和详细描述，除非另外描述，否则相同的附图标号将被理解为表示相同的元件、特征和结构。为了清晰、说明和方便，可能夸大这些元件的相对大小和描述。
具体实施例方式提供以下详细描述在于帮助读者获得这里描述的方法、设备和/或系统的全面理解。因此，将向本领域的普通技术人员建议这里描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物。描述的处理步骤和/或操作的进行是示例；然而，如本领域所知，除了必须以特定顺序发生的步骤和/或操作之外，步骤和/或操作的顺序不限于这里阐述的顺序并且可被改变。此外，为了增加的清晰和简明，对公知的功能和结构的描述可被省略。根据一方面的使用无线电力的通信系统可应用到使用无线电力传输的各种系统。例如，通信系统可被用于在使用无线电力传输的系统中的发送端和接收端(诸如蜂窝电话、无线电视(TV)等)之间交换控制信息和其它类型的信息。此外，通信系统可用在生物-医疗保健领域，因此可用于例如将电力远程发送到嵌入人体的装置或用于将电力无线发送到用于测量心跳的绷带类型的装置。根据另一方面的使用无线电力的通信系统可被用作不包括电源的信息存储装置的遥控器。此外，所述通信系统可被用作用于向信息存储装置远程提供用于驱动装置的电力和用于无线载入存储在信息存储装置中的信息的系统。使用无线电力的通信系统可通过将来自电源装置的能量存储在源谐振器中，并断开电连接电源装置和源谐振器的开关，从而引起源谐振器的自谐振，来产生信号。当具有与自谐振的源谐振器的谐振频率相同的谐振频率的目标谐振器与源谐振器足够近从而与源谐振器耦合时，在源谐振器与目标谐振器之间可发生互谐振。源谐振器可表示从电源装置提供有能量的谐振器，目 标谐振器可表示接收通过互谐振传送的能量的谐振器。图1示出使用无线电力的通信系统的等效电路，其中，电力输入单元110和电力发送单元120被电容器C1和开关单元130物理隔离，接收器140和电力输出单元150被电容器C2和开关单兀160物理隔尚。参照图1，使用无线电力的通信系统可与具有源和目标的源-目标配置相应。使用无线电力的通信系统可包括与源相应的无线电力发送装置和与目标相应的无线电力接收装置。无线电力发送装置可包括电力输入单元110、电力发送单元120和开关130。电力输入单元110可使用电源装置将能量存储在电容器C1中。在将能量存储在电容器C1中时，开关单元130可将电容器C1连接到电力输入单元110，并可断开电容器C1与电力输入单元110的连接，从而在存储在电容器C1中的能量被释放时，电容器C1可被连接到电力发送单元120。因此，开关单元130可防止电容器C1同时被连接到电力输入单元110和电力发送单元120。电力发送单元120可将电磁能量传送到接收器140。电力发送单元120的发送线圈L1可通过与接收器140的接收线圈L2的互谐振来传送能量。发生在发送线圈L1与接收线圈L2之间的互谐振的级别可受互感M的影响。电力输入单元110可包括输入电压Vdc、内部电阻Rin和电容器C1,电力发送单元120可包括反映与电力发送单元120相应的物理性质的电路元件Rp L1和C1，开关单元130可包括一个或多个开关。有源装置可被用作开关以执行接通和断开功能。如将被理解的那样，R表不电阻组件，L表不电感组件。C表不电容组件。与输入电压VD。的部分相应的电容器仏两端的电压可由Vin指示。无线电力接收装置可包括接收器140、电力输出单元150和开关单元160。接收器140可从电力发送单元120接收电磁能量。接收器140可将接收的电磁能量存储在连接的电容器中。在将能量存储在电容器C2中时，开关单元160可将电容器C2连接到接收器140，并可断开电容器C2与接收器140的连接，从而在存储在电容器C2中的能量被传送到负载时，电容器C2可被连接到电力输出单元150。开关单元160可防止电容器C2同时被连接到接收器140和电力输出单元150。接收器140的接收线圈L2可通过与电力发送单元120的发送线圈L1的互谐振来接收电力。使用接收的电力，连接到接收线圈L2的电容器C2可被充电。如图所示，电力输出单元150可将在电容器C2中所充的电力传送到电池。可选择地或另外，电力输出单元150可将电力传送到负载或目标装置。接收器140可包括反映与接收器140相应的物理性质的电路元件R2、L2和C2,电力输出单元150可包括电容器C2和电池，开关单元160可包括一个或多个开关。与通过接收线圈L2接收的能量的部分相应的电容器C2两端的电压可由Vwt指示。如上所述，尤其当与使用阻抗匹配的传统的方案相比时，用于通过对电力输入单元110和电力发送单元120进行物理隔离以及对接收器140和电力输出单元150进行物理隔离来发送电力的谐振器隔离(RI)系统会是有益的。在一些示例中，因为可直接从直流(DC)电源向源谐振器提供电力，所以可不使用电力放大器。并且在一些示例中，因为从在接收端的电容器中存储的电力捕获能量，所以可不需要由整流器执行的整流。因为可不使用阻抗匹配，所以传输效率可不响应于发送端与接收端之间的距离的改变。可容易地将RI系统扩展到使用无线电力并且包括多个发送端和多个接收端的通信系统。图2示出使用无线电力的通信系统的等效电路，其中，电力充电器210和发送器230被开关物理隔尚，充电器240和电力输出单兀260被另一开关物理隔尚。参照图2，使用无线电力的通信系统可与具有源和目标的源-目标配置相应。例如，使用无线电力的通信系统可包括与源相应的无线电力发送装置和与目标相应的无线电力接收装置。无线电力发送装置可包括电力充电器210、控制器220和发送器230。电力充电器210可包括电源装置Vin和电阻器Rin。源谐振器可包括电容器C1和电感U。发送器230可通过源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来发送在源谐振器中存储的能量。控制器220可被配置为接通开关以将电力从电力充电器210提供给源谐振器。电源装置Vin可向电容器C1施加电压，并可向电感器L1施加电流。响应于达到稳定状态的无线电力发送装置，施加到电容器C1的电压可变为“0”，并且流过电感器L1的电流可具有Vin/Rin的值。在稳定状态，电感器L1可通过施加的电流被充电。当在源谐振器中存储的电力在稳定状态达到预定值时，控制器220可断开开关。可在控制器220中设置预定值的信息。电力充电器210和发送器230可彼此被隔离。源谐振器可启动电容器C1与电感器L1之间的自谐振。在源谐振器中存储的能量可通过基于互感M270的源谐振器与目标谐振器之间的互谐振被传送到目标谐振器。源谐振器的谐振频率可与目标谐振器的谐振频率f2相等。
权利要求
1.一种使用无线电力的通信装置，所述通信装置包括:发送器，被配置为通过互谐振将在源谐振器中存储的能量发送到目标谐振器； 能量补偿器，被配置为补偿在源谐振器中消耗的能量； 控制器，被配置为控制将能量提供给源谐振器的电连接。
2.如权利要求1所述的通信装置，还包括: 调制器，被配置为使用源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来调制信息。
3.如权利要求1所述的通信装置，其中，能量补偿器补偿在源谐振器中存储的能量中由于源谐振器的内部电阻、辐射电阻或者内部电阻和辐射电阻两者消耗的能量。
4.如权利要求1所述的通信装置，其中，能量补偿器包括: 检测器，被配置为检测在源谐振器中消耗的能量； 补偿器，被配置为补偿检测到的能量。
5.如权利要求1所述的通信装置，其中，能量补偿器使用有源元件来补偿消耗的能量，从而使源谐振器的品质(Q)因数具有大于或等于预定值的值。
6.如权利要求2所述的通信装置，其中，调制器根据源谐振器与目标谐振器之间产生互谐振是否被执行来调制信息。
7.如权利要求2所述的通信装置，其中，调制器通过量化在源谐振器中存储的能量的级别来调制信息。
8.如权利要求1所述的通信装置，其中，控制器通过控制源谐振器与电力供给单元之间的电连接来确定源谐振器与目标谐振器之间是否产生互谐振。
9.如权利要求1所述的通信装置，其中，控制器控制电力供给单元与能量补偿器之间的电连接，从而将能量从电力供给单元提供给能量补偿器。
10.如权利要求1所述的通信装置，还包括: 接收器，被配置为通过源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来接收从目标谐振器发送的能量； 解调器，被配置为通过检测接收的能量的波形来确定是否发生互谐振，并基于是否发生互谐振来解调由目标谐振器发送的信息。
11.一种使用无线电力的通信装置，所述通信装置包括: 发送器，被配置为通过互谐振将在目标谐振器中存储的能量发送到源谐振器； 能量补偿器，被配置为补偿在目标谐振器中消耗的能量； 控制器，被配置为控制目标谐振器与负载之间的电连接，其中，从目标谐振器向所述负载提供能量。
12.如权利要求11所述的通信装置，还包括: 调制器，被配置为使用源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来调制信息。
13.如权利要求11所述的通信装置，还包括: 接收器，被配置为通过目标谐振器与源谐振器之间的互谐振来接收从源谐振器发送的倉; 解调器，被配置为通过检测接收的能量的波形来确定是否发生互谐振，并基于是否发生互谐振来解调由源谐振器发送的信息。
14.如权利要求11所述的通信装置，其中，能量补偿器补偿在目标谐振器中存储的能量中由于目标谐振器的内部电阻、辐射电阻或者内部电阻和辐射电阻两者消耗的能量。
15.如权利要求11所述的通信装置，其中，能量补偿器包括: 检测器，被配置为检测在目标谐振器中消耗的能量； 补偿器，被配置为补偿检测到的能量。
16.如权利要求11所述的通信装置，其中，能量补偿器使用有源元件来补偿消耗的能量，从而使目标谐振器的品质(Q)因数具有大于或等于预定值的值。
17.如权利要求11所述的通信装置，其中，控制器通过改变目标谐振器的谐振频率来确定目标谐振器与源谐振器之间是否产生互谐振。
18.如权利要求11所述的通信装置，还包括: 驱动电力单元，被配置为提供用于驱动能量补偿器的能量。
19.如权利要求18所述的通信 装置，其中，控制器包括: 监视单元，被配置为监视在目标谐振器中接收的能量的大小； 捕获单元，被配置为当在预定时间段内监视的能量的大小具有峰值时捕获在目标谐振器中存储的能量；补偿器，被配置为通过使用捕获的能量来补偿由驱动电力单元提供的能量。
20.一种无线电力的通信系统，所述通信系统包括:第一调制器，被配置为使用源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来调制信息； 第一发送器，被配置为通过互谐振将在源谐振器中存储的能量发送到目标谐振器； 第一能量补偿器，被配置为补偿在源谐振器中消耗的能量； 第一控制器，被配置为控制将能量提供给源谐振器的电； 第一接收器，被配置为通过源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来接收从目标谐振器发送的能量； 第一解调器，被配置为通过检测接收的能量的波形来确定是否发生互谐振，并基于是否发生互谐振来解调由源谐振器发送的信息； 第二能量补偿器，被配置为补偿在目标谐振器中消耗的能量； 第二控制器，被配置为控制目标谐振器与负载之间的电连接，其中，从目标谐振器向所述负载提供能量。
21.如权利要求20所述的通信系统，还包括: 第二调制器，被配置为使用源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来调制信息； 第二发送器，被配置为通过互谐振将在目标谐振器中存储的能量发送到源谐振器。
22.如权利要求21所述的通信系统，还包括: 第二接收器，被配置为通过源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来接收从目标谐振器发送的能量； 第二解调器，被配置为通过检测接收的能量的波形来确定是否发生互谐振，并基于是否发生互谐振来解调由目标谐振器发送的信息。
23.如权利要求20所述的通信系统，其中，第一能量补偿器使用有源元件来补偿消耗的能量，从而使源谐振器的品质(Q)因数具有大于或等于预定值的值。
24.如权利要求20所述的通信系统，其中，第二能量补偿器使用有源元件来补偿消耗的能量，从而使目标谐振器的Q因数具有大于或等于预定值的值。
25.一种使用无线电力的通信方法，所述通信方法包括: 补偿在源谐振器中消耗的能量； 控制将能量提供给源谐振器的电连接； 通过互谐振将在源谐振器中存储的能量发送到目标谐振器。
26.如权利要求25所述的通信方法，其中，补偿的步骤包括:补偿在源谐振器中存储的能量中由于源谐振器的内部电阻、辐射电阻或者内部电阻和辐射电阻两者消耗的能量。
27.如权利要求25所述的通信方法，还包括: 使用源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来调制信息。
28.一种使用无线电力的通信方法，所述通信方法包括: 补偿在目标谐振器中消耗的能量； 控制目标谐振器与负载之间的电连接，其中，从目标谐振器向所述负载提供能量； 通过互谐振将在目标谐振器中存储的能量发送到源谐振器。
29.如权利要求28所述的通信方法，其中，补偿的步骤包括:补偿在目标谐振器中存储的能量中由于目标谐振器的内部电阻和辐射电阻消耗的能量。
30.如权利要求28所述的通信方法，还 包括: 使用源谐振器与目标谐振器之间的互谐振来调制信息。
全文摘要
本发明提供一种用于无线发送电力的设备和方法。根据一个总体方面，一种使用无线电力的通信装置可包括发送器，被配置为通过互谐振将在源谐振器中存储的能量发送到目标谐振器；能量补偿器，被配置为补偿在源谐振器中消耗的能量；控制器，被配置为控制将能量提供给源谐振器的电连接。
文档编号H04B5/02GK103210620SQ201280003623
公开日2013年7月17日 申请日期2012年8月24日 优先权日2011年8月24日
发明者金尚骏, 权义根 申请人:三星电子株式会社