無線電力發送器及用於無線發送電力的方法與流程

2023-05-14 01:58:31

本申請要求於2016年2月25日在韓國知識產權局提交的第10-2016-0022387號韓國專利申請的優先權和權益，該韓國專利申請的全部公開內容出於所有目的通過引用包含於此。

本公開涉及一種無線發送電力的無線電力發送器及用於無線發送電力的方法。

背景技術：

無線電力傳輸技術已經廣泛地應用在包括智慧型手機和家用電器的各種通信裝置的充電器的區域中，並且是一種具有非常廣泛的應用領域的技術，這種技術在未來還可用於電動車輛等。在無線電力傳輸技術領域中，已經進行了在增大無線電力傳輸距離和充電目標定位的自由程度上的各種嘗試。

技術實現要素：

提供本發明內容用於以簡化形式介紹在下面的具體實施方式中進一步描述的選擇的構思。本發明內容並不意在確定所要求保護的主題的關鍵特徵或必要技術特徵，也不意在用於幫助確定所要求保護的主題的範圍。

根據一個總的方面，一種無線電力發送器包括：轉換器，被構造為響應於傳輸控制信號而輸出交流(ac)電壓；電力發送器，包括電力發送線圈，並且被構造為響應於諧振控制信號而改變阻抗且接收ac電壓，以無線地發送電力；控制器，被構造為在改變傳輸控制信號和諧振控制信號的同時確定是否存在無線電力接收器。

控制器可被構造為執行：在改變傳輸控制信號和諧振控制信號的同時，基於電力發送線圈兩端的檢測電壓的大小確定是否存在無線電力接收器的第一感測操作；基於從無線電力接收器接收的信號重新確定是否存在無線電力接收器的第二感測操作；輸出傳輸控制信號，使得在執行第一感測操作和第二感測操作之後通過電力發送器無線地發送用於充電的電力。

控制器還可被構造為：作為執行第一感測操作的結果，如果確定存在無線電力接收器，則執行第二感測操作。

控制器還可被構造為：通過在執行第一感測操作的同時確定傳輸控制信號的頻率來執行第二感測操作，輸出具有在執行第一感測操作之後確定的頻率的傳輸控制信號。

控制器還可被構造為：通過輸出具有初始操作頻率的傳輸控制信號來執行第一感測操作，計算作為在不存在無線電力接收器的狀態下的電力發送線圈兩端的電壓與檢測電壓之間的差的電壓變化，將所述電壓變化與最小閾值以及大於最小閾值的諧振點檢索閾值進行比較，在所述電壓變化在最小閾值與諧振點檢索閾值之間的情況下，在改變電力發送器的阻抗之後改變傳輸控制信號的頻率的同時，確定是否存在無線電力接收器。

控制器還可被構造為：響應於確定所述電壓變化低於最小閾值或者等於或大於諧振點檢索閾值而選擇性地避開改變傳輸控制信號和諧振控制信號的頻率。

控制器還可被構造為：響應於確定所述電壓變化大於或等於基本上最小的閾值且低於諧振點檢索閾值，在改變初始操作頻率與檢索結束頻率之間的傳輸控制信號的頻率的同時，檢索所述電壓變化是基本上最大的電壓變化的諧振點，在輸出具有諧振點的頻率的傳輸控制信號的情況下，響應於確定所述電壓變化低於諧振增益增大閾值而改變諧振控制信號。

控制器還可被構造為：在改變諧振控制信號之後，在改變諧振點的頻率與檢索結束頻率之間的傳輸控制信號的頻率的同時，檢索所述電壓變化是基本上最大的電壓變化的傳輸控制信號的頻率，以將檢索頻率設置為操作頻率，並且執行第二感測操作。

電力發送器還可包括被構造為具有響應於諧振控制信號而改變的電容的可變電容電路。

電力發送器還可包括被構造為具有響應於諧振控制信號而改變的電感的可變電感器。

控制器可包括：傳感器，被構造為檢測電力發送線圈兩端的電壓，以輸出感測電壓；控制信號發生器，被構造為響應於感測電壓來確定傳輸控制信號的頻率和諧振控制信號的值，並且輸出傳輸控制信號和諧振控制信號。

傳感器可包括：偏移消除器，被構造為輸出通過從電力發送線圈兩端的電壓中消除偏移電壓而獲得的檢測電壓；電壓分配器，被構造為對檢測電壓進行分壓，以輸出感測電壓；直流(dc)電壓調節器，被構造為設置感測電壓的dc偏移；濾波器，被構造為去除感測電壓中的噪聲分量。

根據另一總的方面，提供一種用於無線發送電力的方法，所述方法包括：在改變接收交流(ac)電壓以無線發送電力的電力發送器的阻抗和電容中的任一者或二者的同時，確定是否存在無線電力接收器；響應於確定存在無線電力接收器，將電力無線發送到無線電力接收器。

確定是否存在無線電力接收器的步驟可包括：基於電力發送器的電力發送線圈兩端的電壓的大小來確定是否存在無線電力接收器；作為確定是否存在無線電力接收器的結果，當確定存在無線電力接收器時，利用從無線電力接收器接收的信號重新確定是否存在無線電力接收器，在基於電力發送器的電力發送線圈兩端的電壓的大小而確定是否存在無線電力接收器的同時，執行改變電力發送器的阻抗和電容中的任一者或二者。

基於電力發送器的電力發送線圈兩端的電壓的大小而確定是否存在無線電力接收器的步驟可包括：產生具有初始操作頻率的ac電壓，並且將電壓變化與最小閾值以及諧振點檢索閾值進行比較，所述電壓變化是作為電力發送線圈兩端的電壓的檢測電壓與在不存在無線電力接收器的狀態下電力發送線圈兩端的電壓之間的差；響應於電壓變化大於或等於最小閾值且小於諧振點檢索閾值，在初始操作頻率與檢索結束頻率之間改變ac電壓的頻率的同時，檢測電壓變化是基本上最大的電壓變化的諧振點；當諧振點處的電壓變化小於諧振增益增大閾值時，調節電力發送器的阻抗。

基於電力發送器的電力發送線圈兩端的電壓的大小而確定是否存在無線電力接收器的步驟還可包括：在調節電力發送器的阻抗之後改變諧振點的頻率與檢索結束頻率之間的ac電壓的頻率的同時，將電壓變化是基本上最大的電壓變化的頻率設置為操作頻率，在利用從無線電力接收器接收的信號重新確定是否存在無線電力接收器以及向無線電力接收器無線發送電力的步驟中，將具有操作頻率的ac電壓施加到電力發送器。

根據另一總的方面，一種無線電力發送器包括：開關電路；可變諧振電路；電力發送線圈；傳輸控制器，結合到電力發送線圈、開關電路和可變諧振電路，傳輸控制器被構造為通過以下步驟確定基本上的最大感測電壓：適應性地驅動(actuate)開關電路來改變電源的操作頻率且將電力供應到電力發送線圈，適應性地驅動可變諧振電路在將電力供應到電力發送線圈的同時響應於電力發送線圈兩端感測的電壓而改變阻抗。

根據另一總的方面，一種用於無線發送電力的方法包括：驅動電力傳輸線圈，以發送無線電力，驅動結合到電力傳輸線圈的控制器以：確定結合到電力傳輸線圈的傳感器的電壓，改變傳輸線圈的諧振頻率直到確定基本上是最佳電壓為止；驅動電力傳輸線圈，從而在等待數據包的無線接收的同時以與基本上是最佳電壓相對應的諧振頻率在預定時間內發送無線電力。

所述方法還可包括：將諧振頻率改變為符合在預定的無線電力傳輸標準中規定的範圍內。

一種非易失性計算機可讀存儲介質，所述非易失性計算機可讀存儲介質可存儲當通過處理器執行時使處理器執行如上所述的方法的指令。

從下面的具體實施方式、附圖和權利要求中，其他特徵和方面將是顯而易見的。

附圖說明

從下面結合附圖的具體實施方式中，本公開的以上和其他方面、特徵及其他優點將被更加清楚地理解，其中：

圖1示出了根據實施例的包括無線電力發送器和無線電力接收器的無線電力傳輸系統。

圖2和圖3示出了根據實施例的無線電力發送器的外觀。

圖4是示意性地示出根據實施例的無線電力發送器的構造的框圖。

圖5示意性地示出了諸如圖4中所示的無線電力發送器的可變電容電路的示例的構造。

圖6示意性地示出了諸如圖4中所示的無線電力發送器的傳輸控制器的示例的構造。

圖7是示意性地示出根據實施例的無線電力發送器的框圖。

圖8示意性地示出了諸如圖7中所示的無線電力發送器的可變電感器的示例的構造。

圖9示意性地示出了在無線電力接收器與根據諸如例如圖4或圖7中所示的實施例的無線電力發送器鄰近的情況下無線電力發送器的電力發送線圈和無線電力接收器的等效電路。

圖10是示出根據無線電力發送器的電力發送線圈與無線電力接收器的電力接收線圈之間的距離的電壓增益的變化的曲線圖。

圖11是示出根據無線電力發送器的諧振電容器的電容的電壓增益的變化的曲線圖。

圖12是示出根據實施例的用於無線發送電力的方法的操作流程圖。

圖13是示出根據諸如圖12中所示的實施例的在用於無線發送電力的方法中檢索諧振頻率和電壓增益的操作的示例的操作流程圖。

在整個附圖和具體實施方式中，相同的標號指示相同的元件。附圖可不按照比例繪製，並且為了清楚、說明以及方便起見，可誇大附圖中元件的相對尺寸、比例和描繪。

具體實施方式

提供以下具體實施方式以幫助讀者獲得對這裡所描述的方法和設備的全面理解。然而，在理解本公開內容之後，這裡所描述的方法和設備的各種變換、修改及等同物對於本領域的普通技術人員而言將是顯而易見的。這裡所描述的操作順序僅僅是非限制性的示例，並不限於這裡所闡述的順序，而是在理解本公開內容之後，除了必須以特定順序發生的操作之外，可作出對於本領域的普通技術人員而言將是顯而易見的改變。此外，為了提高清楚性和簡潔性，可在一些描述中省略在理解本公開內容的不同方面之後可被理解的功能和構造的描述。

可對實施例做出各種改變和變型，實施例中的一些將在附圖和具體實施方式中詳細地示出。然而，應該理解的是，這些實施例不被解釋為局限於本公開內容和示出的形式，而應該被理解為包括在本公開內容的構思和技術範圍內的所有改變、等同物和替代物。

在此使用的術語僅用於解釋特定的實施例，因此它們不意味著限制。當兩種表達根據上下文彼此不同時，單數表達包括複數表達。例如，除非上下文另外清楚地表明，否則如在此使用的單數形式也意在包括複數形式。這裡，術語「包括」或「具有」也意在表明說明書中公開的特徵、圖形、操作、組件或元件或存在它們的組合。術語「包括」或「具有」應該被理解為不排除存在一個或更多個其他特徵、圖形、操作、組件或元件或它們的組合。此外，儘管在此使用諸如第一、第二、a、b、(a)和(b)等的術語來描述組件，但是除非另外指出，否則這些術語不用於限定相應組件的實質、順序或序列，而是出於清楚的目的，僅用於將相應組件與其他組件相區分。此外，除非在此另外指出，否則這裡的值的範圍的任何列舉僅意在於用作個別地指代落入該範圍內的每個獨立值的速記方法，並且正如其在此個別地引用一樣，每個獨立值被併入說明書中。

在此描述的特徵可按照不同的形式實施，並且不應該被解釋為局限於在此所描述的示例。更確切地說，僅已經提供了在此描述的示例，用於示出在理解本申請的公開內容之後將顯而易見的實現在此描述的方法、設備和/系統的諸多可行的方法中的一些方法。

在下文中，現將參照附圖對實施例進行詳細描述。

圖1示出了根據實施例的包括無線電力發送器和無線電力接收器的無線電力傳輸系統。根據實施例的無線電力傳輸系統包括具有無線電力接收器的裝置2和無線電力發送器1。

無線電力發送器1無線地發送電力。無線電力發送器1包括接收交流(ac)電力並無線地發送電力的電力發送線圈10-1(例如，如圖2中所見)。

包括無線電力接收器的裝置2接收由無線電力發送器1無線發送的電力，並且對裝置2中的電池進行充電，和/或利用所接收的電力執行各種其他功能。例如，裝置2也在其顯示裝置上顯示各種信息，並且還可利用儲存在電池中的能量和/或所接收的電力通過通信模塊、擴音器和揚聲器來執行移動通信功能。

儘管圖1示出了裝置2(包括無線電力接收器)是智慧型手機的情況，但是根據實施例的無線電力發送器1可向能夠接收無線發送的電力的各種裝置(諸如電動汽車等)和各種家用電器(諸如機器人、真空吸塵器或其他電子裝置)供應電力。

圖2和圖3示出了根據實施例的無線電力發送器的外觀。

如圖2中所示，作為示例，根據實施例的無線電力發送器1-1包括一個電力發送線圈10-1。可選地，如圖3中所示，根據實施例的無線電力發送器1-2包括多個電力發送線圈10-21至10-25。

圖4是示意性地示出根據實施例的無線電力發送器的構造的框圖。根據實施例的無線電力發送器包括轉換器110、可變電容電路120、電力發送線圈130和傳輸控制器140。

根據實施例的無線電力發送器接收源電壓vs，以無線地發送電力。源電壓vs是從電池和/或從接收ac電壓以供應源電壓vs的適配器供應的直流(dc)電壓。

轉換器110響應於傳輸控制信號cons1和cons2而在第一節點n1與第二節點n2之間產生ac電壓。轉換器110包括例如，第一開關元件s1和第二開關元件s2，所述第一開關元件s1連接在被施加源電壓vs的端子與第一節點n1之間，並且響應於第一傳輸控制信號cons1而接通/斷開，所述第二開關元件s2連接在第一節點n1與地之間，並且響應於第二傳輸控制信號cons2而接通/斷開。操作轉換器110的操作頻率通過傳輸控制信號cons1和cons2的頻率來確定。

可變電容電路120響應於電容控制信號conc1和conc2來改變確定諧振頻率的傳輸電容。可變電容電路120包括例如，第一可變電容器121和第二可變電容器122，所述第一可變電容器121連接在被施加源電壓vs的端子與第二節點n2之間，並且響應於第一電容控制信號conc1來改變電容，所述第二可變電容器122連接在第二節點n2與地之間，並且響應於第二電容控制信號conc2來改變電容。

電力發送線圈130接收從轉換器110輸出的ac電壓，以無線地發送電力。例如，電力發送線圈130利用接收的ac電壓通過改變電力發送線圈130周圍的磁場的方法來無線地發送電力。也就是說，在將ac電壓施加到電力發送線圈130的情況下，電力發送線圈130周圍的磁場以時變方式改變，在電力接收線圈在預定區域內運動的情況下，可根據磁場的改變從電力接收線圈產生感應電動勢。通過上述方法，無線地發送電力。

例如，電力發送線圈130連接在第一節點n1與第二節點n2之間。此外，電力發送線圈130結合到可變電容電路120，以確定或確立諧振頻率。

傳輸控制器140輸出用於控制轉換器110的傳輸控制信號cons1和cons2，並且輸出用於調節可變電容電路120的電容的電容控制信號conc1和conc2。此外，傳輸控制器140檢測電力發送線圈130兩端的電壓vd。

傳輸控制器140基於電壓vd來確定是否存在無線電力接收器。例如，傳輸控制器140執行控制轉換器110的第一感測操作，從而在預定周期時間內以初始操作頻率無線地發送電力，並且基於電壓vd的大小來確定是否存在無線電力接收器。在這種情況下，傳輸控制器140在參考電壓(例如，當不存在無線電力接收器時電力發送線圈130兩端的電壓)與檢測的電壓vd之差為參考值或更大時確定存在無線電力接收器。參考電壓(例如，當不存在無線電力接收器時電力發送線圈130兩端的電壓)被預存儲或可被計算且存儲在場(field)中。此外，存儲的參考電壓還可在之後通過適當的算法更新。此外，參考電壓(例如，當不存在無線電力接收器時電力發送線圈130兩端的電壓)還可根據轉換器110的操作頻率或諧振頻率而具有不同的值。上述第一感測操作可與無線充電聯盟(wpc，wirelesspowerconsortium)標準中的模擬ping操作類似。

此外，傳輸控制器140通過控制轉換器110來執行確定是否存在無線電力接收器的第二感測操作，從而在預定時間內無線地發送電力，並且基於電壓vd來確定是否在限定的時間內從無線電力接收器接收到標準數據包。當通過執行第一感測操作確定存在無線電力接收器時，傳輸控制器140執行第二感測操作。第二感測操作可與無線充電聯盟(wpc)標準中的數字ping操作類似。

此外，傳輸控制器140確定是否存在無線電力接收器且執行優化操作，所述優化操作為根據無線電力發送器與無線電力接收器之間的距離以及無線電力發送器與無線電力接收器的相對位置來尋找最佳諧振點，並且與此同時按照需要來增大諧振點處的電壓增益。

根據一個或更多個實施例，傳輸控制器140在執行第二感測操作之前執行優化操作。也就是說，傳輸控制器140同時執行第一感測操作和優化操作。通過在執行第二感測操作之前執行優化操作，無線電力接收器與無線電力發送器之間的可執行無線電力傳輸的距離被增大。

此外，傳輸控制器140執行第二感測操作，以確認存在無線電力接收器。因此，傳輸控制器140也在開始電力傳輸之後執行優化操作。如上所述地操作傳輸控制器140，從而以更優化的狀態執行電力傳輸。

下面參照圖10和圖11對傳輸控制器140的詳細操作方法進行描述。

如圖3所示，在電力發送線圈為多個的情況下，圖4的轉換器110、可變電容電路120和傳輸控制器140也可以是多個，以與多個線圈中的每個相對應，還可設置將轉換器110、可變電容電路120和傳輸控制器140選擇性地連接到多個線圈中的每個線圈的開關單元，並且傳輸控制器140還可被構造為控制開關單元。

根據一個或更多個實施例的傳輸控制器140包括存儲器和至少一個處理單元。這裡，處理單元包括例如，中央處理單元(cpu)、圖形處理單元(gpu)、微處理器、專用集成電路(asic)、現場可編程門陣列(fpga)或其他合適的邏輯器件，並且處理單元可以具有多個核。存儲器可以是易失性存儲器(例如，隨機存取存儲器(ram))、非易失性存儲器(例如，只讀存儲器(rom)、快閃記憶體器)、其他合適的存儲器或它們的組合。根據實施例，用於執行無線發送電力的方法的程序可加載在存儲器上。

此外，根據一個或更多個實施例，傳輸控制器140包括另外的存儲器(storage)。所述存儲器可包括磁性存儲器、光學存儲器等，但不限於此。用於實施根據實施例的無線發送電力的方法的計算機可讀指令存儲在所述存儲器中，用於實施作業系統、應用程式等的其他計算機可讀指令也可存儲在所述存儲器中。存儲在所述存儲器中的計算機可讀指令通過處理單元加載在用於執行的存儲器上。

此外，轉換器110和傳輸控制器140可實施為一個集成電路(ic)，可變電容電路120可實施為與集成電路分開的模塊。在這種情況下，集成電路(ic)也可實施為滿足用於無線電力傳輸的各種標準中的任一種。

圖5示意性地示出了根據如圖4中所示的實施例的無線電力發送器或其他這樣的無線電力發送器的可變電容電路的示例的構造。根據實施例的無線電力發送器的可變電容電路包括第一可變電容器121和第二可變電容器122。

第一可變電容器121連接在被施加源電壓vs的端子與第二節點n2之間，並且具有響應於第一電容控制信息conc1而改變的電容。第一可變電容器121包括：第一諧振電容器cr1_1，連接在被施加源電壓vs的端子與第二節點n2之間；一個或更多個第二諧振電容器cr1_2至cr1_n，分別具有連接到被施加源電壓vs的端子的一端；一個或更多個第一諧振開關sr1_2至sr1_n，分別連接在一個或更多個第二諧振電容器cr1_2至cr1_n中的每個的另一端與第二節點n2之間且響應於第一電容控制信號conc1而接通/斷開。在第一諧振開關sr1_2至sr1_n是多個的情況下，第一電容控制信號conc1可包括多個位(bit)，以共同地提供對應於或包括至少與所設置的開關一樣多的多個離散值。

第二可變電容器122連接在第二節點n2與地之間，並且具有響應於第二電容控制信息conc2而改變的電容。第二可變電容器122包括：第三諧振電容器cr2_1，連接在第二節點n2與地之間；一個或更多個第四諧振電容器cr2_2至cr2_n，分別具有連接到第二節點n2的一端；一個或更多個第二諧振開關sr2_2至sr2_n，分別連接在一個或更多個第四諧振電容器cr2_2至cr2_n中的每個的另一端與地之間且響應於第二電容控制信號conc2而接通/斷開。在第二諧振開關sr2_2至sr2_n是多個的情況下，第二電容控制信號conc2可包括多個位。

圖6示意性地示出了根據諸如圖4中所示的實施例的無線電力發送器的傳輸控制器的示例的構造。根據實施例的無線電力發送器的傳輸控制器包括傳感器141和控制信號發生器142。

傳感器141輸入電力發送線圈130兩端的電壓vd(圖4)，以將感測電壓vsen輸出到控制信號發生器142。傳感器141可適當地減小電力發送線圈130兩端的電壓vd(圖4)，以輸出感測電壓vsen。根據實施例的傳感器141包括電壓分配器143、偏移消除器144、dc電壓調節器145和濾波器146。

偏移消除器144包括第一濾波電容器cf1，並且從電力發送線圈兩端的電壓vd中消除dc偏移且將消除了dc偏移的電壓傳輸到電壓分配器143。

電壓分配器143對輸入電壓進行分壓，以輸出感測電壓vsen。電壓分配器143包括彼此串聯連接的第一電阻器r1和第二電阻器r2。根據一個或更多個實施例，電壓分配器143還包括：第三電阻器r3，連接在第一電阻器r1和第二電阻器r2的連接節點與控制信號發生器142之間；第四電阻器r4，連接在第二電阻器r2的一端與控制信號發生器142之間。

dc電壓調節器145使感測電壓vsen具有在恆定dc電壓範圍內的值。dc電壓調節器145包括：電阻器r5，連接在被施加設定電壓vdd的端子與第一電阻器r1和第二電阻器r2的連接節點之間；第一二極體d1，連接在被施加設定電壓vdd的端子與第一電阻器r1和第二電阻器r2的連接節點之間；第二二極體d2，連接在第一電阻器r1和第二電阻器r2的連接節點與地之間。

濾波器146去除噪聲分量。噪聲分量可以是在第一電阻器r1和第二電阻器r2的連接節點的電壓的高頻分量。濾波器146包括：第二濾波電容器cf2，連接在第一電阻器r1和第二電阻器r2的連接節點與地之間。

圖7是示意性地示出根據實施例的無線電力發送器的框圖。根據實施例的無線電力發送器包括轉換器110_1、諧振電容器電路120_1、電力發送線圈130_1、傳輸控制器140_1和可變電感器150_1。

根據圖7的實施例的無線電力發送器的操作與根據圖4中所示的實施例的無線電力發送器的操作類似。

也就是說，圖7中所示的轉換器110_1和電力發送線圈130_1的功能、構造和操作與圖4中所示的轉換器110和電力發送線圈130的功能、構造和操作類似。

除了圖7中所示的傳輸控制器140_1輸出電感控制信號conl(圖7)而不是電容控制信號conc1和conc2(或除了電容控制信號conc1和conc2之外還輸出電感控制信號conl)之外，圖7中所示的傳輸控制器140_1執行與圖4的傳輸控制器140的功能類似的功能、具有類似的構造且進行類似的操作。儘管根據一個或更多個實施例，圖4-6中主要示出可變電容而圖7中分別主要示出可變電感諧振控制測量，但是它們可被組合為如本領域技術人員在獲得對詳細的公開內容的全面理解之後所公知的可變電感和電容。此外，可應用如本領域技術人員在獲得對詳細公開內容的全面理解之後所公知的電抗電路。

諧振電容器電路120_1與可變電感器150_1和電力發送線圈130_1一起來確定諧振頻率。諧振電容器電路120_1包括：第一諧振電容器cr1，連接在被施加源電壓vs的端子與第二節點n2之間；第二諧振電容器cr2，連接在第二節點n2與地之間。

可變電感器150_1具有響應於電感控制信號conl而改變的電感，並且與諧振電容器電路120_1和電力發送線圈130_1一起確定或確立諧振頻率。可變電感器150_1連接在第一節點n1與電力發送線圈130_1之間。

根據一個或更多個實施例，轉換器110_1和傳輸控制器140_1被實施為一個集成電路(ic)，可變電感器150_1被實施為與集成電路分開的模塊。在這種情況下，集成電路(ic)也可實施為滿足用於無線電力傳輸的各種標準中的任一種。

圖8示意性地示出了根據諸如圖7中所示的實施例的無線電力發送器的可變電感器的示例的構造。

可變電感器150_1包括：一個或更多個諧振電感器lr1至lrn，串聯地連接在第一節點n1(圖7)與電力發送線圈130_1(圖7)的一端之間；一個或更多個諧振開關slr1至slrn，分別並聯連接到一個或更多個諧振電感器lr1至lrn，並且響應於電感控制信號conl而接通/斷開。在諧振開關slr1至slrn是多個的情況下，電感控制信號conl可包括多個位。

可變電感器150_1的電感可根據諧振開關slr1至slrn的狀態來確定或確立。例如，如果僅諧振開關slr1斷開，並且其餘的諧振開關slr2至slrn處於接通狀態，則可變電感器150_1可等同於僅啟動諧振電感器lr1的情況。因此，可變電感器150_1的電感與諧振電感器lr1相同。也就是說，根據諧振開關slr1至slrn的狀態，可變電感器150_1的電感可以適應性地設置為一個所選的電感器的電感或者一個或更多個諧振電感器lr1至lrn中的多個所選的電感器的總電感。

圖9示意性地示出了在無線電力接收器與根據諸如圖4或圖7中所示的實施例的無線電力發送器鄰近的情況下無線電力發送器的電力發送線圈和無線電力接收器的等效電路。

在圖9中，ceq1是具有確立諧振頻率的無線電力發送器的諧振電容器的電容的等效電容器，lrp是具有無線電力發送器的電力發送線圈(或電力發送線圈和諧振電感器)的漏電感的等效電感器，req是無線電力發送器的諧振電路的等效電阻器，m是具有無線電力發送器的電力發送線圈與無線電力接收器的電力接收線圈之間的互感的等效電感器，lrs是具有無線電力接收器的電力接收線圈的漏電感的等效電感器，ceq2是具有無線電力接收器的等效電容的等效電容器。圖9的整流器210示出了包括無線電力接收器的整流器、負載等的電路部分。

在圖9的等效電路中，在無線電力發送器與無線電力接收器之間的距離改變或電力發送線圈與電力接收線圈之間的相對位置或定位改變的情況下，lrp、m和lrs的電感會改變。具體來說，在無線電力發送器與無線電力接收器之間的距離(即，電力發送線圈與電力接收線圈之間的距離)增大的情況下，lrp和lrs的電感增大，m的電感減小，從而使電壓傳輸增益減小。

圖10是示出根據無線電力發送器的電力發送線圈與無線電力接收器的電力接收線圈之間的距離的電壓增益的變化的曲線圖。

圖10的橫軸表示操作頻率(例如，諸如圖4或圖7中所呈現的實施例的轉換器的操作頻率)，縱軸可以是無線電力接收器的電壓，例如，電力接收線圈的兩端的電壓或無線電力接收器的整流器的輸出電壓。圖10示出無線電力發送器的電力發送線圈與無線電力接收器的電力接收線圈之間的距離按照a1、a2、a3、a4、a5和a6的順序增大的情況。

由於源電壓vs的大小固定，因此圖10的縱軸的高電壓意味著電壓增益高。相反地，在縱軸上的電壓的大小低的位置，電壓增益相對地低。例如，a1和a2可被認為是高的，a3-a6可被認為是低的。例如，所述低可比大約源電壓vs的一半低。

如圖10中所示，隨著無線電力發送器的電力發送線圈與無線電力接收器的電力接收線圈之間的距離增大，諧振點(峰值點)的電壓增益也可減小，並且諧振頻率可逐漸地移動到較高的頻率。即使在無線電力發送器的電力發送線圈與無線電力接收器的電力接收線圈之間的位置或定位失配(mismatch)增大的情況下，這樣的特性也同樣出現。也就是說，為了在不同的距離和定位處使電壓增益基本上最大化，應該適應性地調節頻率。

圖11是示出根據無線電力發送器的諧振電容器的電容的電壓增益的變化的曲線圖。

圖11的橫軸表示操作頻率(例如，諸如圖4或圖7中的轉換器的操作頻率)，縱軸是無線電力接收器的電壓，例如，電力接收線圈的兩端的電壓或無線電力接收器的整流器的輸出電壓。圖11示出了無線電力發送器的諧振電容器的電容按照b1、b2、b3和b4的順序減小的情況。

如圖11中所示，在諧振電容器的電容減小的情況下，諧振頻率可增大，並且在這種情況下，諧振點(峰值點)的電壓增益可趨於增大。

圖12是示出根據實施例的用於無線發送電力的方法的操作流程圖。

首先，確定是否到達將要執行第一感測操作的時間段(s1100)。第一感測操作可以與無線充電聯盟(wpc)標準中的模擬ping操作類似。

作為s1100中確定的結果，如果確定沒有到達將要執行第一感測操作的時間段，則執行等待或空(null)操作直到到達將要執行第一感測操作的時間段為止(s1000)。接下來，如果到達將要執行第一感測操作的時間段，則通過執行第一感測操作來確定電壓變化是否大於最小閾值(s1200)。

例如，傳輸控制器140(圖4)或140_1(圖7)執行控制操作，使得通過將具有初始操作頻率的傳輸控制信號cons1和cons2(圖4)或cons1_1和cons2_1(圖7)施加到轉換器110(圖4)或110_1(圖7)而以初始操作頻率操作轉換器110(圖4)或110_1(圖7)，從而在預定的時間內無線地發送電力，然後將參考電壓(即，當不存在無線電力接收器時的電力發送線圈130(圖4)或130_1(圖7)兩端的電壓)與檢測電壓vd之間的差(即，電壓變化)與最小閾值進行比較。根據實施例，參考電壓與最小閾值被預存儲。此外，初始操作頻率也被預設。例如，當無線電力發送器的電力發送線圈與無線電力接收器的電力接收線圈之間的距離為短距離時，確定初始操作頻率，使得諧振點在最小頻率附近。例如，在根據無線充電聯盟(wpc)標準的無線電力傳輸系統中，初始操作頻率約為90khz至約120khz。

作為s1200中確定的結果，如果確定電壓變化是最小閾值或更小，則確定不存在無線電力接收器(s1900)，並且執行等待直到再次到達將要執行第一感測操作的時間段為止(s1000)。

例如，通過電壓變化的大小以及在設計系統時所針對的電力發送線圈與電力接收線圈的失配的程度來確定最小閾值，所述電壓變化的大小是在根據無線電力發送器與無線電力接收器之間的距離的幾個狀態下測量的，最小閾值可被設置為例如，非常低的值。例如，最小閾值可以是當無線電力發送器與無線電力接收器之間的距離為在電力可從無線電力發送器有效地發送到無線電力接收器的範圍內的最大電壓變化時的電壓變化。

例如，最小閾值設置為針對電壓的大小而不是電壓變化的閾值。例如，最小閾值可以是當無線電力發送器與無線電力接收器之間的距離為在電力可從無線電力發送器有效地發送到無線電力接收器的範圍內的最大電壓變化時的無線電力發送器的電力發送線圈兩端的電壓，並且還可具有與當不存在無線電力接收器時的無線電力發送器的電力發送線圈兩端的電壓類似的大小。

根據實施例，在最小閾值設置為電壓變化的情況下，最小閾值設置為較小值(在最小閾值設置為電壓的大小的情況下，最小閾值可設置為較大值)。也就是說，根據實施例，即使在通常不進行無線電力傳輸的位置處存在無線電力接收器的情況下，也可執行無線電力傳輸。

在s1200中，也可使用檢測電壓vd(即，電力發送線圈兩端的電壓的大小)來代替電壓變化。例如，也可通過將電力發送線圈兩端的電壓的大小與預定閾值進行比較來確定是否存在無線電力接收器。在這種情況下，如果電力發送線圈兩端的電壓的大小大於預定閾值，則可確定不存在無線電力接收器，如果電力發送線圈兩端的電壓的大小小於預定閾值，則可確定存在無線電力接收器。

作為s1200中確定的結果，如果確定電壓變化大於最小閾值，則確定電壓變化是否比諧振點檢索閾值低(s1300)。諧振點檢索閾值(大於最小閾值的值)可以是在無線電力接收器與無線電力發送器之間的距離接近不需要檢索諧振點或者調節諧振電容器的電容或諧振電感器的電感這樣的程度的情況下的電壓變化。

此外，在s1300中，可以以初始操作頻率來操作轉換器110(圖4)或110_1(圖7)。

作為s1300中確定的結果，如果確定電壓變化比諧振點檢索閾值低，則執行諧振點檢索操作(s1400)。具體來說，在改變操作頻率(即，操作轉換器110(圖4)或110_1(圖7)的頻率)的同時，在各個操作頻率檢測電壓變化，並且將檢測的電壓變化為最大電壓變化的操作頻率作為諧振點。也選擇從初始操作頻率向檢索結束頻率順序地增大操作頻率的方法作為改變操作頻率的方法，並且還選擇利用例如，在初始操作頻率與檢索結束頻率之間的一般最大值檢索算法改變操作頻率的方法。可選地，在以預定單位從初始操作頻率增大操作頻率的同時，對電壓變化為最大電壓變化值的操作頻率進行檢索，並且將所述操作頻率存儲為最大電壓變化頻率。然後，如果即使在操作頻率增大較多倍的情況下，最大電壓變化頻率也不更新，則可結束諧振頻率檢索操作。檢索結束頻率(可操作轉換器110(圖4)或110_1(圖7)的最大電壓變化頻率)可根據各種標準而具有不同的值。例如，根據無線充電聯盟(wpc)標準，檢索結束頻率可以是約200khz。

在s1300中，根據一個或更多個實施例，代替電壓變化的檢測電壓vd(即，電力發送線圈兩端的電壓的大小)也可用於替代或補充。例如，在改變操作頻率(操作轉換器110(圖4)或110_1(圖7)的頻率)的同時，可在各種操作頻率處檢測電壓vd，並且將電壓vd的大小為最大電壓變化的操作頻率檢測作為諧振點。

接下來，可確定在s1400中檢索的諧振點處的電壓變化是否小於諧振增益增大閾值(s1500)。諧振增益增大閾值可以是大於最小閾值的值，並且比諧振點檢索閾值低。諧振增益增大閾值可以是由於諧振點處的電壓增益也不足而確定是否應該通過調節諧振電容器的電容或諧振電感器的電感來改變諧振點的閾值。

作為s1500中確定的結果，如果諧振點處的電壓變化小於諧振增益增大閾值，則調節無線電力發送器的傳輸阻抗(s1600)，並且再次執行諧振頻率檢索操作(s1700)。

在s1600中，調節發送側的電容(見圖4和圖5)，和/或調節發送側的電感(見圖8和圖9)。此外，在調節發送側的電容和/或發送側的電感的情況下，根據一個或更多個實施例，將電容和/或電感調節為最小電容和/或最小電感。將最小電容和最小電感設置為使得系統符合限定諧振頻率的標準。例如，根據無線充電聯盟(wpc)標準，將最小電容和最小電感適應性地設置為使得當操作無線電力發送系統時無線電力發送系統的諧振頻率不在wpc標準的操作頻率範圍(例如，約110khz至約205khz)之外。

根據一個或更多個實施例，s1700中的諧振頻率檢索操作與s1400中的諧振頻率檢索操作相同。然而，s1700中的操作頻率的變化範圍在s1400中檢索的諧振點的頻率與檢索結束頻率之間。

作為s1300中確定的結果，如果確定電壓變化等於或大於諧振點檢索閾值，或者作為s1500中確定的結果，如果確定諧振點的電壓增益是諧振增益增大閾值或更大，則確定存在無線電力接收器且執行第二感測操作(s1800)。此外，即使在執行s1700之後，也執行第二感測操作(s1800)。如上所述，第二感測操作是這樣的操作：通過控制轉換器110來確定是否存在無線電力接收器，以在預定時間內無線地發送電力，並且基於電壓vd來確定在所限定的時間內是否從無線電力接收器接收到標準數據包。根據一個或更多個實施例，第二感測操作與無線充電聯盟(wpc)標準中的數字ping操作類似。

作為執行第二感測操作的結果，如果確定存在無線電力接收器，則從無線電力發送器向無線電力接收器發送(或繼續發送)用於充電的電力。根據一個或更多個實施例，在開始從無線電力發送器向無線電力接收器傳輸用於充電的電力之前，執行圖12中所示的操作。

在圖12中，作為s1200中確定的結果，在電壓變化是最小閾值或更大的情況下，可通過僅執行s1300至s1800，來適當地阻止諧振點檢索操作和阻抗(和/或電容)調節操作(在一些情況下可能是不必要的)。

根據一個或更多個實施例，在s1400中檢索的諧振點處的電壓變化與非諧振點處的電壓變化(例如，初始操作頻率處的電壓變化)之間的差是閾值變化或更小的情況下，確定接近無線電力發送器的物體不是無線電力接收器，而是異物，並且執行s1000和s1100，以等待s1200中的電壓變化的另一周期性的確定。

此外，如圖3中所示，在電力發送線圈是多個的情況下，通過確定用於多個電力發送線圈中的每個的初始操作頻率處的電壓變化、然後執行用於具有最大電壓變化的電力發送線圈的s1300至s1800而縮短執行根據實施例的用於無線發送電力的方法的時間。

然而，如圖3中所示，在電力發送線圈是多個的情況下，對多個電力發送線圈中的每個執行圖12的各個操作。

此外，儘管圖12示出了在執行第二感測操作之前執行s1000至s1900的情況，但是根據實施例，即使在執行第二感測操作之後，無線電力發送器和用於無線發送電力的方法可另外地執行圖12中的s1000至s1900中的全部或一些。例如，在執行第二感測操作之後，在將電力發送到無線電力發送器的階段，也可另外地執行s1300至s1700。

此外，通過執行圖12中所示的各個操作，能夠確定無線電力發送器的開始操作頻率。例如，作為s1300中確定的結果，如果電壓變化大於諧振點檢索閾值，則將初始操作頻率確定為開始操作頻率。作為s1500中確定的結果，如果諧振點的電壓增益大於諧振增益增大閾值，則在由諧振點的頻率設置的頻率範圍(即，與預定值或更小的諧振點的頻率具有差異的頻率範圍)內選擇開始操作頻率，在執行s1700的情況下，在通過重新檢索的諧振點的頻率設置的頻率範圍內選擇開始操作頻率。開始操作頻率可大於諧振點的頻率(即，諧振頻率)。然後，根據一個或更多個實施例，在以開始操作頻率操作轉換器110(圖4)或110_1(圖7)的同時執行第二感測操作(圖12中的s1800)。

作為執行第二感測操作的結果，如果確定了存在無線電力接收器，則無線電力發送器由於以操作頻率操作轉換器110(圖4)或110_1(圖7)而無線地發送電力。在這種情況下，操作頻率在比諧振點的頻率高的頻率區域的預定可變的範圍內改變。在這種情況下，操作頻率可具有大於開始操作頻率的值。

圖13是示出根據諸如圖12中所示的實施例的在用於無線發送電力的方法中檢索諧振頻率和電壓增益的操作的示例的操作流程圖。

首先，執行初始化操作(s1410)。具體來說，將開始操作頻率和最大電壓變化初始化。在圖12中的s1400中執行圖13中的操作的情況下，將開始操作頻率初始化為圖12中所描述的初始操作頻率。可選地，在圖12中的s1700中執行圖13中的操作的情況下，還可將開始操作頻率初始化為圖12中的s1400中檢索的諧振點的頻率。此外，可將最大電壓變化初始化為0。

接下來，確定操作頻率是否小於檢索結束頻率(s1411)。

作為s1411中確定的結果，如果操作頻率小於檢索結束頻率，則通過電力發送線圈130(圖4)或130_1(圖7)在預定時間內無線發送電力(s1412)。

接下來，測量電壓變化(s1413)。例如，計算在執行s1412之後測量的在存儲的無線電力接收器不存在時的電壓變化與電力發送線圈130(圖4)或130_1(圖7)兩端的電壓之間的差。

接下來，確定當前電壓變化是否比存儲的最大電壓變化低(s1414)。

作為在s1414中確定的結果，如果當前電壓變化是存儲的最大電壓變化或更大，則將當前電壓變化存儲為最大電壓變化，將當前的操作頻率存儲為諧振頻率，並且將最大值檢查計數重置為0(s1418)。

作為s1414中確定的結果，如果當前電壓變化低於存儲的最大電壓變化，則使最大值檢查計數增加1(s1415)，並且確定最大值檢查計數是否大於閾值計數值(s1416)。

在執行s1418之後，或作為s1416中確定的結果，如果確定最大值檢查計數是閾值計數值或更小，則使操作頻率增大單位頻率(s1419)，並且從s1411重新執行方法。

作為s1416中確定的結果，如果確定最大值檢查計數大於閾值，則諧振點檢索結束(s1417)。

根據一個或更多個實施例，圖12和圖13中示出的各個操作實施為通過硬體、諸如在一個或多個處理器或控制器上執行的現場可編程門陣列、固件或軟體的混合來執行。此外，圖12和圖13中所示的各個操作可通過傳輸控制器140(圖4)或140_1(圖7)來執行。

如上所闡述的，根據實施例，無線電力發送器和用於無線發送電力的方法提高了無線發送電力的傳輸距離的自由程度。也就是說，增大了無線發送電力的傳輸距離。從而，即使對於通常不可能無線充電的應用或產品，也可實現無線充電。

此外，提高了無線電力發送器與無線電力接收器之間的位置的自由程度。從而，緩解了由於電力發送線圈與電力接收線圈之間的位置失配而導致的電壓增益的下降，並且可利用較少數量的電力發送線圈在較寬的區域中發送電力。還可增大電力發送線圈的面積。

通過硬體組件來實現執行本申請中描述的操作的圖4、6和7中的傳輸控制器140或140_1或控制信號發生器142，所述硬體組件被配置為執行本申請中描述的通過硬體組件執行的操作。可用於執行本申請中描述的操作的硬體組件的示例在適當的情況下包括控制器、傳感器、生成器、驅動器、存儲器、比較器、算術邏輯單元、加法器、減法器、乘法器、除法器、積分器以及被配置為執行本申請中描述的操作的任意其他電子組件。在其他示例中，通過計算機硬體(例如，通過一個或更多個處理器或計算機)來實現執行本申請中描述的操作的一個或更多個硬體組件。可通過一個或更多個處理元件實現處理器或計算機，例如，邏輯門陣列、控制器和算術邏輯單元、數位訊號處理器、微型計算機、可編程邏輯控制器、現場可編程門陣列、可編程序邏輯陣列、微處理器或者被配置為以定義的方式響應並且執行指令以獲得期望的結果的任意其他裝置或裝置的組合。在一個示例中，處理器或計算機包括(或連接到)通過處理器或計算機執行存儲指令或軟體的一個或更多個存儲器。通過處理器或計算機實現的硬體組件可執行諸如作業系統(os)和在所述os上運行的一個或更多個軟體應用的指令或軟體，以執行本申請中描述的操作。硬體組件還可響應於指令或軟體的執行來存取、操作、處理、創建和存儲數據。為簡單起見，單數的術語「處理器」或「計算機」可用於描述在本申請中所描述的示例，但在其他示例中，可使用多個處理器或計算機，或者處理器或計算機可包括多個處理元件或多種類型的處理元件，或者包括這二者。例如，可通過單個處理器或者兩個或更多個處理器或者處理器和控制器來實現單個硬體組件或者兩個或更多個硬體組件。可通過一個或更多個處理器或者處理器和控制器來實現一個或更多個硬體組件，可通過一個或更多個其他處理器或者另一處理器和另一控制器來實現一個或更多個其他硬體組件。一個或更多個處理器或者處理器和控制器可實現單個硬體組件或者兩個或更多個硬體組件。硬體組件可具有任意一個或更多個不同的處理配置，其示例包括單處理器、獨立處理器、並行處理器、單指令單數據(sisd)多重處理裝置、單指令多數據(simd)多重處理裝置、多指令單數據(misd)多重處理裝置和多指令多數據(mimd)多重處理裝置。

可通過計算機硬體(例如，通過一個或更多個處理器或計算機)來完成執行本申請中描述的操作的圖12和圖13中示出的方法，所述方法被實現為上面描述的執行指令或軟體，以執行通過所述方法執行的本申請中描述的操作。例如，可通過單個處理器或者兩個或更多個處理器或者處理器和控制器來執行單個操作或者兩個或更多個操作。可通過一個或更多個處理器或者處理器和控制器來執行一個或更多個操作，可通過一個或更多個其他處理器或者另一處理器和另一控制器來執行一個或更多個其他操作。一個或更多個處理器或者處理器和控制器可執行單個操作或者兩個或更多個操作。

為了單獨或共同地指示或配置一個或更多個處理器或計算機以作為機用計算機或專用計算機進行操作來執行通過如上所述的硬體組件和方法執行的操作，用於控制計算機硬體(例如，一個或更多個處理器或計算機)以實現硬體組件並且執行如上所述的方法的指令或軟體可被編寫為電腦程式、代碼段、指令或其任意組合。在一個示例中，指令或軟體包括通過一個或更多個處理器或計算機直接執行的機器代碼，諸如由編譯器產生的機器代碼。在另一示例中，指令或軟體包括使用解釋器通過所述一個或更多個處理器或計算機執行的更高級的代碼。可基於附圖中示出的框圖和流程圖和說明書中的對應的描述(公開了用於執行通過如上所述的硬體組件和方法執行的操作的算法)使用任意程式語言來編寫指令或軟體。

用於控制計算機硬體(例如，一個或更多個處理器或計算機)以實現硬體組件並且執行如上所述的方法的指令或軟體以及任意相關聯的數據、數據文件和數據結構可被記錄、存儲或固定在一個或更多個非暫時性計算機可讀存儲介質之中或之上。非暫時性計算機可讀存儲介質的示例包括只讀存儲器(rom)、隨機存取存儲器(ram)、快閃記憶體、cd-rom、cd-r、cd+r、cd-rw、cd+rw、dvd-rom、dvd-r、dvd+r、dvd-rw、dvd+rw、dvd-ram、bd-rom、bd-r、bd-rlth、bd-re、磁帶、軟盤、磁光數據存儲裝置、光學數據存儲裝置、硬碟、固態盤以及被配置為以非暫時性方式存儲執行或軟體以及相關聯的數據、數據文件和數據結構並且將所述指令或軟體以及相關聯的數據、數據文件和數據結構提供到一個或更多個處理器或計算機以使一個或更多個處理器或計算機可執行指令的任意其他裝置。在一個示例中，指令或軟體以及任何相關聯的數據、數據文件和數據結構分布在連接網際網路的計算機系統上，以便通過一個或更多個處理器或計算機以分布式方式存儲、訪問和執行指令和軟體以及任意相關聯的數據、數據文件和數據結構。

雖然本公開包括特定的示例，但是理解本申請的公開內容之後將顯而易見的是，在不脫離權利要求及其等同物的精神和範圍的情況下，可在這些示例中做出形式上和細節上的各種變化。在此所描述的示例將僅被理解為描述性含義，而非出於限制的目的。在每個示例中的特徵或方面的描述將被認為是可適用於其他示例中的類似特徵或方面。如果以不同的順序執行描述的技術，和/或如果以不同的方式組合描述的系統、構造、裝置或者電路中的組件和/或用其他組件或者它們的等同物進行替換或者補充描述的系統、構造、裝置或者電路中的組件，則可獲得適當的結果。因此，本公開的範圍不由具體實施方式限定，而是由權利要求及其等同物限定，權利要求及其等同物的範圍內的所有變化將被解釋為包含於本公開中。