無線電力發射中的自適應阻抗調諧的製作方法

2024-03-07 11:27:15 1

專利名稱：無線電力發射中的自適應阻抗調諧的製作方法
技術領域：
本發明大體上涉及無線電力傳遞，且更具體來說，涉及與自適應地調諧接收器裝置中的阻抗以改進無線電力傳遞有關的裝置、系統和方法。
背景技術：
通常，每一電池供電裝置(例如，無線電子裝置)需要其自身的充電器和電源，所述電源通常為交流電(AC)電源引出線。當許多裝置需要充電時，此類有線配置變得使用不便。正在開發在發射器與耦合到待充電的電子裝置的接收器之間使用空中或無線電力發射的方法。一般將此些方法分為兩個種類。一類是基於在發射天線與待充電的裝置上的接收天線之間的平面波輻射(還稱作遠場輻射)的耦合，接收天線收集所輻射的電力且將其整流以用於對電池進行充電。天線一般具有諧振長度以便改進耦合效率。此方法遭遇以下事實電力耦合隨天線之間的距離而快速衰減。因此，在合理距離(例如，小於1到2 米)上的充電變得困難。另外，由於發射系統輻射平面波，因此如果未經由濾波進行適當控制，則無意的輻射可幹擾其它系統。用於無線能量發射技術的其它方法是基於嵌入於(例如)「充電」墊或表面中的發射天線與嵌入於待充電的電子裝置中的接收天線(加上整流電路)之間的感應耦合。此方法具有發射天線與接收天線之間的間距必須非常靠近(例如，千分之幾米內)的缺點。雖然此方法確實具有同時對同一區域中的多個裝置充電的能力，但此區域通常非常小且需要用戶將裝置準確地定位到特定區域中。在無線電力傳遞系統中，歸因於無線電力發射過程中發生的損耗，效率較為重要。 由於無線電力發射通常比有線傳遞效率低，因此在無線電力傳遞環境中效率受到更多關注。結果，當試圖將電力提供到一個或一個以上無線充電裝置時，需要適應發射天線與接收天線之間的耦合的改變以優化或以其它方式調整向耦合到接收天線的接收器裝置遞送的電力的方法和設備
發明內容


圖1展示無線電力傳遞系統的簡化方框圖。圖2展示無線電力傳遞系統的簡化示意圖。圖3展示用於在本發明的示範性實施例中使用的環形天線的示意圖。圖4為根據本發明的一示範性實施例的發射器的簡化方框圖。圖5為根據本發明的一示範性實施例的接收器的簡化方框圖。圖6展示發射電路和接收電路的示意圖，其展示其間的耦合和可調整的DC負載。圖7A到圖7B展示史密斯圖表，其說明響應於接收器裝置處的DC阻抗的改變而產生的耦合線圈對的輸入阻抗的改變。圖8A到圖8B展示振幅曲線，其展示耦合線圈對之間的響應於接收器裝置處的DC 阻抗的改變的經改進耦合。圖9A到圖9B展示接收器裝置的簡化示意圖，其說明用於調整接收器裝置處的DC 阻抗的示範性實施例。圖IOA到圖IOD展示接收器裝置的簡化示意圖，其說明用於使用脈寬調製轉換器來調整接收器裝置處的DC阻抗的示範性實施例。圖11說明在調整接收器裝置處的DC阻抗時可使用的各種輸入和輸出參數。
具體實施例方式在本文中使用詞語「示範性」以指「充當一實例、例子或說明」。本文中描述為「示範性」的任何實施例沒有必要被解釋為比其它實施例優選或有利。下文結合附圖所陳述的詳細描述意欲作為對本發明的示範性實施例的描述，且無意表示可實踐本發明的僅有實施例。在整個此描述中所使用的術語「示範性」是指「用作一實例、例子或說明」，且應沒有必要被解釋為比其它示範性實施例優選或有利。所述詳細描述出於提供對本發明的示範性實施例的徹底理解的目的而包括特定細節。所屬領域的技術人員將容易明白，可在無這些特定細節的情況下實踐本發明的示範性實施例。在一些例子中，以方框圖形式展示眾所周知的結構和裝置，以便避免使本文中所呈現的示範性實施例的新穎性模糊不清。在本文中使用詞語「無線電力」以指在不使用物理電磁導體的情況下在從發射器到接收器之間發射的與電場、磁場、電磁場或其它物相關聯的任何形式的能量。圖1說明根據本發明的各種示範性實施例的無線發射或充電系統100。將輸入電力102提供到發射器104以用於產生用於提供能量傳遞的輻射場106。接收器108耦合到輻射場106，且產生輸出電力110以供耦合到輸出電力110的裝置(未圖示)存儲或消耗。 發射器104與接收器108兩者相隔一距離112。在一個示範性實施例中，根據相互諧振關係來配置發射器104與接收器108，且當接收器108位於輻射場106的「近場」中時，當接收器108的諧振頻率與發射器104的諧振頻率非常接近時，發射器104與接收器108之間的發射損耗為最小。發射器104進一步包括用於提供用於能量發射的裝置的發射天線114，且接收器 108進一步包括用於提供用於能量接收的裝置的接收天線118。根據應用和將與其相關聯的裝置來設計發射天線和接收天線的大小。如所陳述，通過將發射天線的近場中的大部分能量耦合到接收天線而非以電磁波形式將大部分能量傳播到遠場而進行有效能量傳遞。當處於此近場中時，可在發射天線114與接收天線118之間形成耦合模式。天線114和118 周圍的可發生此近場耦合的區域在本文中稱作耦合模式區。圖2展示無線電力傳遞系統的簡化示意圖。發射器104包括振蕩器122、功率放大器1 以及濾波器和匹配電路126。所述振蕩器經配置以產生所要頻率，所述所要頻率可響應於調整信號123來調整。振蕩器信號可由功率放大器124以響應於控制信號125的放大量來放大。可包括濾波器和匹配電路126以濾除諧波或其它非所要的頻率且使發射器104 的阻抗與發射天線114匹配。接收器108可包括匹配電路132以及整流器和切換電路134以產生DC電力輸出來對電池136(如圖2中所展示)進行充電或向耦合到接收器的裝置(未圖示)供電。可包括匹配電路132以使接收器108的阻抗與接收天線118匹配。接收器108與發射器104 可在單獨通信信道119(例如，藍牙、zigbee、蜂窩式等)上通信。如圖3中所說明，示範性實施例中所使用的天線可經配置為「環形」天線150，其在本文中還可稱作「磁性」天線。環形天線可經配置以包括空氣芯或物理芯(例如，鐵氧體芯)。空氣芯環形天線可能更可容許放置於所述芯附近的外來物理裝置。此外，空氣芯環形天線允許其它組件放置於芯區域內。另外，空氣芯環可更容易實現接收天線118(圖2)在發射天線114(圖幻的平面內的放置，在所述平面中，發射天線114(圖幻的耦合模式區可更強大。如所陳述，在發射器104與接收器108之間的匹配或幾乎匹配的諧振期間發生發射器104與接收器108之間的有效能量傳遞。然而，甚至當發射器104與接收器108之間的諧振不匹配時，還可以較低效率傳遞能量。通過將來自發射天線的近場的能量耦合到駐留於建立了此近場的鄰域中的接收天線而非將能量從發射天線傳播到自由空間中而發生能量的傳遞。 環形天線或磁性天線的諧振頻率是基於電感和電容。環形天線中的電感一般僅為由所述環形產生的電感，而一般將電容添加到環形天線的電感以在所要諧振頻率下產生諧振結構。作為非限制性實例，可將電容器152和電容器IM添加到天線以產生產生諧振信號 156的諧振電路。因此，對於較大直徑的環形天線來說，誘發諧振所需的電容的大小隨著環形天線的直徑或電感增加而減小。此外，隨著環形天線或磁性天線的直徑增加，近場的有效能量傳遞區域增加。當然，其它諧振電路是可能的。作為另一非限制性實例，電容器可並聯地放置於環形天線的兩個端子之間。另外，所屬領域的技術人員將認識到，對於發射天線， 諧振信號156可為到環形天線150的輸入。本發明的示範性實施例包括在處於彼此的近場中的兩個天線之間耦合電力。如所陳述，近場為在天線周圍的存在電磁場但可能並不遠離所述天線傳播或輻射的區域。所述電磁場通常被限於所述天線的物理體積附近的體積。在本發明的示範性實施例中，磁型天線(例如，單匝環形天線和多匝環形天線)用於發射(Tx)天線系統與接收(Rx)天線系統兩者，這是因為與電型天線(例如，小型偶極天線)的電近場相比，磁型天線的磁近場振幅往往較高。此允許所述對天線之間的潛在較高耦合。此外，還預期「電」天線(例如，偶極天線和單極天線)或磁性天線與電天線的組合。Tx天線可在足夠低的頻率下且在天線大小足夠大的情況下操作，以在顯著大於早先所提及的遠場和電感性方法所允許的距離的距離下實現到小型接收天線的良好耦合 (例如，> -4dB)。如果發射天線的大小經正確設計，則當將主機裝置上的接收天線放置於受驅動發射環形天線的耦合模式區內(即，在近場中)時，可實現高耦合水平(例如，-ι 到-4dB)。圖4為根據本發明的示範性實施例的發射器200的簡化方框圖。發射器200包括發射電路202和發射天線204。通常，發射電路202通過提供導致產生圍繞發射天線204的近場能量的振蕩信號來將RF電力提供到發射天線204。舉例來說，發射器200可在13. 56MHz ISM頻帶下操作。示範性發射電路202包括固定阻抗匹配電路206，其用於將發射電路202的阻抗 (例如，50歐姆)與發射天線204匹配；以及低通濾波器(LPF) 208，其經配置以將諧波發射減少到防止耦合到接收器108(圖1)的裝置的自幹擾的水平。匹配電路的其它示範性實施例可包括電感器和變壓器。低通濾波器的其它示範性實施例可包括不同濾波器拓撲(包括 (但不限於)使特定頻率衰減同時使其它頻率通過的陷波濾波器)，且可包括自適應阻抗匹配，其可基於可測量的發射度量(例如，到天線的輸出功率或由功率放大器汲取的DC電流) 而變化。發射電路202進一步包括功率放大器210，其經配置以驅動如由振蕩器212(本文中還稱作信號產生器)確定的RF信號。發射電路可包含離散裝置或電路，或者可包含集成組合件。來自發射天線204的示範性RF功率輸出可為約2. 5到8. 0瓦。發射電路202進一步包括控制器214，控制器214用於在針對特定接收器的發射階段(或工作循環)期間啟用振蕩器212，以用於調整所述振蕩器的頻率，且用於調整輸出功率水平來實施用於經由相鄰裝置所附接的接收器與相鄰裝置交互的通信協議。控制器214 還用於確定在發射天線204處的歸因於耦合模式區的改變而引起的阻抗改變，耦合模式區的改變是歸因於放置於其中的接收器。發射電路202可進一步包括負載感測電路216，其用於檢測在由發射天線204產生的近場附近的有效接收器的存在或不存在。舉例來說，負載感測電路216監視流動到功率放大器210的電流，所述電流受在由發射天線204產生的近場附近的有效接收器的存在或不存在影響。由控制器214監視對功率放大器210上的加載的改變的檢測，以用於確定是否啟用振蕩器212來用於發射能量以與有效接收器通信。可將發射天線204實施為天線帶，其具有經選擇以使電阻性損耗保持較低的厚度、寬度和金屬類型。在常規實施方案中，發射天線204可一般經配置以與較大結構(例如，桌子、墊子、燈或其它較不便攜的配置)相關聯。因此，發射天線204 —般將不需要「若干匝」以便具有實用尺寸。發射天線204的示範性實施方案可為「電學上較小的」(即，波長的分數)且經調諧以通過使用電容器界定諧振頻率而在較低的可用頻率下諧振。在發射天線204相對於接收天線來說在直徑上或邊長上(如果為正方形環)可能較大(例如，0. 50 米)的示範性應用中，發射天線204將不一定需要大量匝來獲得合理電容，以便使發射天線在所要頻率下諧振。。發射器200可搜集和追蹤關於可與發射器200相關聯的接收器裝置的行蹤和狀態的信息。因此，發射器電路202可包括連接到控制器214(在本文中還稱作處理器)的存在檢測器觀0、封閉式檢測器四0，或其組合。控制器214可響應於來自存在檢測器280和封閉式檢測器四0的存在信號而調整由放大器210遞送的功率的量。發射器可經由許多電源接收電力，所述電源例如為用以轉換存在於建築物中的常規AC電力的AC-DC轉換器(未圖示)、用以將常規DC電源轉換成適合於發射器200的電壓的DC-DC轉換器(未圖示)，或發射器可直接從常規DC電源(未圖示)接收電力。作為一非限制性實例，存在檢測器280可為運動檢測器，其用以感測插入到發射器的覆蓋區域中的待充電的裝置的初始存在。在檢測後，可開啟發射器且可使用由裝置接收的RF電力來以預定方式切換接收器裝置上的開關，其又導致發射器的驅動點阻抗的改變。作為另一非限制性實例，存在檢測器280可為檢測器，其能夠(例如)通過紅外線檢測、運動檢測或其它合適手段來檢測人類。在一些示範性實施例中，可能存在限制發射天線可在特定頻率下發射的功率的量的規章。在一些情況下，這些規章有意保護人類免受電磁輻射影響。然而，可能存在發射天線放置於人類未佔用的或人類不經常佔用的區域(例如，車庫、廠區、車間，等)中的環境。如果這些環境沒有人類，則可能可準許將發射天線的功率輸出增加到正常功率約束規章以上。換句話說，控制器214可響應於人類存在而將發射天線204的功率輸出調整去往管制水平或更低水平，且當人類在距發射天線204的電磁場管制距離之外時，將發射天線204的功率輸出調整去往高於管制水平的水平。此外，存在檢測器280可為能夠檢測放置於發射天線的區域中的對象的檢測器。當不打算接收無線電力且可能會被磁場損壞的對象放置於發射天線附近時，此檢測可用於減少或停止電力輸出ο作為一非限制性實例，封閉式檢測器四0(在本文中還可稱作封閉式隔間檢測器或封閉式空間檢測器)可為例如感測開關的裝置，以用於確定外罩何時處於閉合或打開狀態中。當發射器在處於封閉狀態的外罩中時，可增加發射器的功率水平。在示範性實施例中，可使用發射器200藉以不會無限地保持開啟的方法。在此情況下，發射器200可經編程以在用戶確定的時間量後關閉。此特徵防止發射器200(尤其是功率放大器210)在其周邊的無線裝置充滿後長時間運行。此事件可能歸因於用以檢測從中繼器或接收線圈發送的指示裝置充滿的信號的電路的故障。為了防止發射器200在另一裝置放置於其周邊時自動關閉，可僅在檢測到其周邊缺少運動的設定周期後啟動發射器 200自動關閉特徵。用戶可能夠確定不活動時間間隔，且在需要時改變所述不活動時間間隔。作為一非限制性實例，所述時間間隔可比在假定特定類型的無線裝置最初完全放電的情況下充滿所述裝置所需的時間間隔長。圖5為根據本發明的示範性實施例的接收器300的簡化方框圖。接收器300包括接收電路302和接收天線304。接收器300進一步耦合到裝置350以用於將所接收的電力提供到裝置350。應注意，將接收器300說明為在裝置350外部，但其可集成到裝置350中。 通常，能量無線地傳播到接收天線304且接著經由接收電路302而耦合到裝置350。接收天線304經調諧以在與發射天線204(圖4)的頻率相同的頻率下或接近相同的頻率下諧振。接收天線304可與發射天線204類似地設計尺寸，或可基於相關聯裝置350 的尺寸來不同地設計大小。舉例來說，裝置350可為具有比所述發射天線204的直徑或長度小的直徑或長度尺寸的可攜式電子裝置。在此種實例中，可將接收天線304實施為多匝天線，以便減小調諧電容器(未圖示)的電容值且增加接收天線的阻抗。舉例來說，接收天線304可放置於裝置350的實質性圓周周圍，以便使天線直徑最大化並減少接收天線的環CN 102396132 A
說明書
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匝(1Φ，線圈)的數目和線圈間電容。接收電路302提供與接收天線304的阻抗匹配。接收電路302包括電力轉換電路 306，其用於將所接收的RF能源轉換成供裝置350使用的充電電力。電力轉換電路306包括RF-DC轉換器308且還可包括DC-DC轉換器310。RF-DC轉換器308將在接收天線304 處所接收的RF能量信號整流成非交變電力，而DC-DC轉換器310將經整流的RF能量信號轉換成與裝置350兼容的能量電位(例如，電壓)。預期各種RF-DC轉換器，包括部分和全整流器、調節器、橋接器、倍增器以及線性和切換轉換器。接收電路302可進一步包括切換電路312，以用於將接收天線304連接到電力轉換電路306或者用於斷開電力轉換電路306。將接收天線304與電力轉換電路306斷開不僅中止對裝置350的充電，而且還改變發射器200(圖2、所「看到」的「負載」，其可用以「遮蓋」接收器而不被發射器看到。如上文所揭示，發射器200包括負載感測電路216，負載感測電路216檢測提供到發射器功率放大器210的偏置電流的波動。因此，發射器200具有用於確定接收器何時存在於發射器的近場中的機制。當多個接收器300存在於發射器的近場中時，可能需要對一個或一個以上接收器的加載和卸載進行時間多路復用以使其它接收器能夠更有效地耦合到發射器。還可遮蓋一接收器以便消除到其它附近接收器的耦合或減少附近發射器上的加載。接收器的此「卸載」 在本文中還稱為「遮蓋」。此外，如下文更完全地解釋，由接收器300控制且由發射器200檢測的卸載與加載之間的此切換提供從接收器300到發射器200的通信機制。另外，一協議可與所述切換相關聯，所述協議使得能夠將消息從接收器300發送到發射器200。舉例來說，切換速度可為約100微秒。在一示範性實施例中，發射器與接收器之間的通信涉及裝置感測和充電控制機制而非常規雙向通信。換句話說，發射器使用所發射信號的開/關鍵控，以調整近場中的能量是否可用。接收器將這些能量改變解譯為來自發射器的消息。從接收器側，接收器使用接收天線的調諧與解諧來調整正從近場接受多少電力。發射器可檢測來自近場的所使用的電力的此差異，且將這些改變解譯為來自接收器的消息。接收電路302可進一步包括用以識別所接收的能量波動的信令檢測器和信標電路314，所述能量波動可對應於從發射器到接收器的信息性信令。此外，信令和信標電路 314還可用以檢測減少的RF信號能量(S卩，信標信號)的發射並將所述減少的RF信號能量整流成標稱電力，以用於喚醒接收電路302內的未供電或電力耗盡的電路，以便配置接收電路302來用於無線充電。接收電路302進一步包括處理器316，以用於協調本文中所描述的接收器300的處理(包括對本文中所描述的切換電路312的控制)。還可在其它事件(包括檢測到將充電電力提供到裝置350的外部有線充電源(例如，壁式/USB電力))發生後即刻發生對接收器300的遮蓋。除了控制對接收器的遮蓋外，處理器316還可監視信標電路314以確定信標狀態並提取從發射器發送的消息。處理器316還可調整DC-DC轉換器310以獲得改進的性能。在一些示範性實施例中，接收電路320可以(例如)所要功率電平、最大功率電平、所要電流電平、最大電流電平、所要電壓電平和最大電壓電平的形式將功率要求用信號發送到發射器。基於這些電平和從發射器接收的實際功率量，處理器316可調整DC-DC-DC 到DC轉換器310的操作以按調整電流電平、調整電壓電平或其組合的形式來調節其輸出。本發明的示範性實施例是針對電路和調整機制，其允許以可補償發射天線與接收天線之間的耦合效應的改變的方式調整端接接收器裝置的接收天線的負載阻抗。用於調整負載阻抗的電流方案是基於RF組件的使用。這些RF組件包括基於以下各者的調諧器可切換固定電容器和電感器、電壓可變電容器(例如，鐵電、微機電系統 (MEMS)和變容二極體)。可切換固定電容器和電感器方法可能具有過多的歐姆損耗而對於充電系統是不實用的。基於鐵電裝置和MEMS電壓可變電容器的可變調諧器此時可能在商業上不可行。基於變容二極體的調諧器可能不能處置無線電力應用中所預期的RF電力。如上文所描述，無線充電系統通常包括發射天線(即，發射耦合線圈)，所述發射天線將RF能量發射到一個或一個以上接收天線(即，接收耦合線圈)，所述一個或一個以上接收天線嵌入於待充電或以其它方式供應有電力的接收器裝置中。對所接收到的能量進行整流、調節，並將其遞送到裝置的電池或其它操作電路。這些天線通常在低頻率下操作，其中所述天線在電學上為小型的以便以磁性方式耦合而不輻射電力。當兩個線圈諧振時(即，當兩者均調諧到用以將電力從一個天線傳遞到另一天線的頻率時)，這些小型天線可實現較佳的耦合效率。遺憾的是，儘管有效電力傳遞為任何無線電力傳遞方案的重要方面，但使用小型且以諧振方式耦合的天線的副作用在於所得帶寬有時相當小，從而使天線易受去諧和效率可能易大幅損耗。使用小型鬆耦合諧振天線的另一問題在於在接收天線相對於發射天線在周圍移動(例如，在充電墊上的不同位置處) 時，或當待充電的多個裝置彼此靠近地放置於充電墊上時，兩個天線之間的相互耦合將變化。這些放置變化將改變發射線圈與接收線圈之間的耦合且導致在發射天線處所看到的阻抗的變化，從而導致充電系統中發射天線與接收天線之間的低效電力傳遞。通過改變呈現給接收天線的RF負載電阻，這些問題中的許多可得以校正或至少在很大程度上得以減少。在改變RF負載電阻以便影響發射放大器所看到的阻抗的改變的過程中，眾所周知，視在發射天線和接收天線處使用的匹配電路而定，電源所看到的此阻抗可以電阻方式、 以電抗方式或其組合來變化。為最大化系統的效率，最好僅改變實值(即，電阻性值)且使此輸入阻抗的電抗值儘可能保持恆定。儘管有可能補償電抗性改變，但此可能極大地增加整個系統的複雜性。可展示，存在一個匹配電路，其可在電阻性負載變化的任何範圍內滿足最大電力傳遞的目標。所述匹配電路可為經調諧(諧振)變壓器，其僅為用以傳遞電力的諧振發射天線和諧振接收天線的延伸部分。在以下論述中，假定使用此形式的匹配電路。圖6展示發射電路和接收電路的示意圖，其展示了其間的耦合和可調整的DC負載 450。如圖6中所展示，充電系統405可由耦合線圈變壓器模型430表徵，其中發射器電子器件連接到主線圈432 (即，發射天線)，且接收器側上的整流器/調節器電子器件連接到次線圈434( S卩，接收天線)。驅動器410在所要諧振頻率(例如，約13. 56MHz)下產生振蕩信號。作為一個實例，此驅動器41可配置為如圖6中所說明的E類驅動器。低通匹配電路420對來自驅動器 410的信號進行濾波且使所述信號與耦合線圈變壓器模型430的發射天線432阻抗匹配。經由近場輻射將能量傳遞到耦合線圈變壓器模型430的接收天線434。耦合到接收天線434的振蕩信號耦合到阻抗匹配和整流器電路440，以為接收天線434提供AC阻抗匹配且將所述振蕩信號整流成實質上DC信號。DC-DC轉換器450將來自整流器440的DC 信號轉換成可由接收器裝置(未圖示)上的電路使用的DC輸出。DC-DC轉換器450還經配置以調整整流器440所看到的DC阻抗，其又調整去往整流器440的輸入的總AC阻抗。結果，在DC-DC轉換器450的輸入處的DC阻抗的改變可產生與接收天線434的阻抗的較佳匹配，和接收天線434與發射天線432之間的較佳相互耦合。變壓器模型430的自感(Ltx和Lrx)、互感(m)和損耗電阻可從天線對的所測量或所模擬的耦合特性導出。可展示，給定互感(m)和電阻性損耗(發射天線和接收天線分別為Rl和R2)，對於接收天線，存在將最大化電力傳遞效率的最佳負載。此最佳負載可被界定為Reff = Rl*[l+(Q*m)7(Rl*R2)]5。通常，Reff可在1歐姆到20歐姆的範圍中。通過使用DC負載控制，由於互感(m) 因上文所描述的原因而變化，可將接收線圈434所看到的RF負載設定為其最有效值。控制RF負載的另一使用在於可使用負載的變化來控制遞送到接收器裝置的電力。此可能以一定的效率為代價，但使得在服務處於各種充電狀態下的無線裝置的混合物時能夠最大程度地使用可用電力。控制RF負載的又一使用在於可使用負載的變化來加寬傳遞功能的帶寬，其結果取決於極低阻抗或電抗性阻抗的發射功率放大器410(典型為無線改變放大器)與發射天線432之間的匹配網絡420。如果輸入匹配電路包括第三經調諧電感(未圖示)(其與TX 天線432相互耦合)，則此帶寬調整可在互感(m)和負載變化較大的範圍內最佳地工作。在此情況下，如果功率放大器具有極低的源阻抗，則帶寬將隨著RF負載電阻增加而線性地增加。現有無線充電系統看似無關於帶寬，因為FCC所允許的信號帶寬相當小。如之前所陳述，改變負載以加寬帶寬可使效率從其最大值略有減小，但當可能需要增加的帶寬時， 此可用於維持功能性充電系統。雖然在需要高效率的無線充電過程中不是實質上合意的選項，但此帶寬擴展效應可應用於效率並不重要的短程通信系統中。使用與發射天線432相互耦合的低電感提供優於較普遍的被動匹配的顯著系統優點。此輸入串聯經調諧的DC-DC轉換器450引起第二阻抗反轉，第一阻抗反轉是在發射天線與接收天線G32與434)之間。結果，當負載阻抗增加時，輸入阻抗增加。此僅通過升高接收器的負載阻抗來允許負載「遮蓋」接收器使發射器看不到接收器。此效應可重新陳述為使輸入電導為負載電導的線性函數。在無此遮蓋特徵的情況下，來自接收器的負載將會呈現短路以便進行遮蓋，其使用例如上文參看圖5所論述的元件312等機構。結果，不存在接收器裝置的充電墊將表現為經高度調諧的短路而非開路。此外，當存在多個未經遮蓋的負載時，發射天線432的總輸入電導將為接收天線434的個別電導的總和，且將根據其相對值來分配電力。經調諧輸入變壓器匹配的又一優點在於所得輸入/輸出導納在中心(諧振)頻率下為實數，且相對於頻率是「平」頂的。因此，電路參數的一階變化對電力傳遞過程的影響較小。圖7A到圖7B展示史密斯圖表，其說明響應於接收器裝置處的DC阻抗的改變而產生的耦合線圈對(不添加電感匹配)的輸入阻抗的改變。在圖7A和圖7B中，加粗圓510和520分別指示恆定電阻圓。參看圖7A和圖6，在DC-DC轉換器450的輸入處約10. 2歐姆的DC阻抗Rde產生發射天線432處約50歐姆的複合輸入阻抗，和極小的電抗。參看圖7B和圖6，在DC-DC轉換器450的輸入處約80歐姆的DC阻抗&。產生發射天線432處遠小於50歐姆的複合輸入阻抗，和極小的電抗。圖8A和圖8B展示振幅曲線(分別為530和M0)，其展示耦合線圈對之間的響應於接收器裝置處的DC阻抗的改變的經改進耦合。在圖8A中，中心頻率13. 56MHz處的振幅為約-4. 886dB。在調整DC-DC轉換器450 (圖6)的輸入阻抗之後，中心頻率13. 56MHz處的振幅改進到約-3. 225dB，從而產生接收天線與發射天線之間的較佳耦合，其使得更多電力被傳遞到接收天線。圖9A到圖9B展示接收器裝置的簡化示意圖，其說明用於調整接收器裝置處的DC 阻抗的示範性實施例。在圖9A和圖9B兩者中，接收天線304對包括電容器Cl和C2的示範性阻抗匹配電路320進行饋送。來自阻抗匹配電路320的輸出對包括二極體Dl和D2以及電容器C3的簡單整流器330 (作為一個實例)進行饋送，以用於將RF頻率轉換成DC電壓。 當然，預期許多其它阻抗匹配電路320和整流器330處於本發明的實施例的範圍內。DC-DC 轉換器350將來自整流器的DC輸入信號340轉換成適合於由接收器裝置(未圖示)使用的DC輸出信號370。圖9A說明一種用於維持無線電力發射系統中的最佳功率點阻抗的簡單設備。比較器348比較DC輸入信號340與參考電壓345，所述參考電壓345經選擇以使得對於給定預期功率，由發射器看到的阻抗將產生耦合到DC輸出信號370的最大量的功率。比較器 348的輸出361向DC-DC轉換器350饋送一信號以指示DC-DC轉換器350應增加還是減小其輸入DC阻抗。在使用切換DC-DC轉換器350的實施例中，比較器的此輸出361可被轉換成脈寬調製(PWM)信號，所述PWM信號調整所述輸入DC阻抗(如下文所解釋)。此輸入電壓反饋電路通過隨著電壓增加而增加PWM脈寬來調節輸入DC阻抗，因此減小阻抗和電壓。圖9B說明一種用於維持無線電力發射系統中的最佳功率點阻抗的略微更複雜的設備。在圖9B中，可包括電流傳感器344，且可使用多路復用器346來切換在任何給定時間由處理器360對DC輸入信號340處的電壓還是電流進行取樣。在此系統中，測量DC輸入信號340的電壓(Vr)和電流(Ir)，且到DC-DC轉換器350的PWM信號362可在預先允許的範圍內變化。處理器360可確定對於PWM信號362來說哪一脈寬產生最大功率(即，電流乘以電壓)，所述最大功率指示最佳DC輸入阻抗。所確定的此脈寬可用於將最佳量的電力傳遞到DC輸出信號370的操作。此取樣和調整過程可在需要時隨時重複，以追蹤改變的耦合比、發射功率或發射阻抗。如早先所陳述，為了從具有有限輸出電阻或阻抗的源獲得最大外部功率，接收器的電阻或阻抗應與電源的電阻或阻抗相同。在許多情況下，需要操作無線電力系統以便最大化所接收到的功率，以便最佳地使用有限的RF電源。此最大化的功率傳遞並非總是與最大效率相同。在許多情況下，操作在較高(而非相等)的阻抗或電阻下的負載以便增加系統的效率可為有利的。然而，在任一情況下，維持接收器處的特定阻抗對於調節在發射器與接收器之間傳遞的功率的量可為有用的。在簡單無線電力系統中，可能不存在對輸入阻抗的控制；輸出負載(通常為電池或無線裝置)可能為系統的阻抗的僅有驅動器。此導致次最佳的發射器/接收器阻抗匹配， 和隨之的電力傳遞、效率或其組合的損耗。DC阻抗由(電壓/電流)界定。因此，在任何給定電流和所要阻抗下，存在所要電壓=(電流*所要阻抗)。通過PWM轉換器，可通過提供反饋項而實現此所要電壓(且因而實現所要阻抗)，所述反饋項比較輸入電壓與(電流*所要阻抗)項，且向上或向下調整脈寬以維持那個項。圖IOA到圖IOD展示接收器裝置的簡化示意圖，其說明用於使用脈寬調製轉換器來調整接收器裝置處的DC阻抗的示範性實施例。在圖IOA到圖IOD中，共同元件包括對阻抗匹配電路320進行饋送的接收天線304。來自阻抗匹配電路320的輸出對簡單整流器 (其簡單地展示為二極體D3)進行饋送。當然，預期許多其它阻抗匹配電路320和整流器處於本發明的實施例的範圍內。DC-DC轉換器350將來自整流器的DC輸入信號340轉換成適合於由接收器裝置(未圖示)使用的DC輸出信號370。處理器360對DC輸入信號340、DC 輸出信號270或其組合的參數進行取樣，且產生用於DC-DC轉換器350的PWM信號362。DC-DC轉換器350為切換模式轉換器，其中PWM信號362控制開關Sl以周期性地對濾波電路進行充電，所述濾波電路包括二極體D4、電感器Ll和電容器C4。所屬領域的技術人員將認識到DC-DC轉換器350為降壓式轉換器，其將DC輸入信號340上的電壓轉換成 DC輸出信號370上的較低電壓。儘管未圖示，但所屬領域的技術人員還將認識到，切換模式 DC-DC轉換器350還可實施為升壓式轉換器，以產生電壓高於DC輸入信號340上的電壓的 DC輸出信號370。在大多數情況下，對調節無線電力接收器的輸出電壓的要求將最為重要。舉例來說，對於電池充電，不超過最大輸出電流或最大輸出電壓常常最為關鍵。這意味著輸出電壓控制項常常將支配PWM信號362的脈寬的控制規則。然而，在許多情況下，電池將在定額小於其最大定額的情況下接受電力。作為一實例，在定額小於鋰離子電池的額定容量的情況下對鋰離子電池進行充電期間，電壓將在最大電池電壓以下，且電流可受可從無線電力系統得到的最大功率限制。在這些情況期間，二次阻抗-控制項在調整PWM信號的脈寬以便控制DC阻抗方面將變得處於支配地位。本發明的示範性實施例通過在切換模式DC-DC轉換器350中使用反饋項以有效地模擬接收器中的穩態DC電阻來提供DC阻抗控制。換句話說，通過調整去往達切換模式 DC-DC轉換器350的PWM信號362的頻率或工作循環以模擬給定DC阻抗來控制DC阻抗。通過由處理器360對DC輸入信號340、DC輸出信號370或其組合的一個或一個以上特性進行取樣來產生對系統的反饋。處理器360接著使用此經取樣的信息(有可能連同其它信息，例如DC-DC轉換器350的預期功率傳遞和效率)來調整PWM信號362，此調整DC 輸入信號和DC輸出信號以閉合反饋環路。參考如圖IOA到IOD所說明的四個不同示範性實施例來論述所取樣的內容和產生 PWM信號的參數的方式的個別差異。在圖IOA中，處理器360對DC輸入信號340的電壓、DC輸入信號；340的電流、DC 輸出信號370的電壓和DC輸出信號370的電流進行取樣。在一些實施例中，可在DC輸入信號340與處理器360之間使用電壓傳感器；342。 類似地，可在DC輸出信號370與處理器360之間使用電壓傳感器372。在其它實施例中，可不需要電壓傳感器342和372，且處理器460可直接對DC輸入信號340和DC輸出信號370 上的電壓進行取樣。在一些實施例中，可在DC輸入信號340與處理器360之間使用電流傳感器；344。 類似地，可在DC輸出信號370與處理器360之間使用電流傳感器374。在其它實施例中，可不需要電流傳感器344和374，且處理器360可直接對DC輸入信號340和DC輸出信號370 上的電流進行取樣。通過對DC輸入信號340和DC輸出信號370兩者的電流和電壓測量，處理器360 可確定電力轉換系統所需的所有參數。DC輸入信號340上的輸入功率可確定為輸入電壓乘以輸入電流。DC輸出信號370上的輸出功率可確定為輸出電壓乘以輸出電流。DC-DC轉換器350的效率可確定為輸出功率與輸入功率之間的差。DC輸入信號340的DC阻抗可確定為輸入電壓除以輸入電流。處理器360可周期性地對所有輸入進行取樣(例如，約每秒一次，或其它合適周期)，以確定那個時間的功率輸出。作為響應，處理器360可改變PWM信號362的工作循環， 其將改變DC輸入信號340的DC阻抗。舉例來說，PWM信號362上的窄脈寬允許輸入電壓保持相對高且允許輸入電流保持相對低，其導致DC輸入信號340的較高DC阻抗。相反地， PWM信號362上的較寬脈寬允許從DC輸入信號340汲取更多的電流，從而產生DC輸入信號 340的較低輸入電壓和較低DC阻抗。周期性取樣和調整產生可找到DC輸入信號340的最佳DC阻抗(且因而找到DC 輸出信號370的最佳功率)的反饋環路。下文參看圖11來論述尋找這些值的細節。在圖IOB中，處理器360對DC輸入信號340的電壓、DC輸出信號370的電壓和DC 輸出信號370的電流進行取樣。如上文參看圖IOA所解釋，電壓傳感器342、電壓傳感器372 和電流傳感器374可視實施例而包括於其相應信號與處理器360之間。如同圖10A，在圖IOB中，DC輸出信號370上的輸出功率可確定為輸出電壓乘以輸出電流。在許多情況下，將已知DC-DC轉換器350的效率，且其在所要操作範圍內相對恆定。因此，處理器360可基於輸出功率和對DC-DC轉換器350的當前操作點處的效率的估計來估計DC輸入信號340的輸入功率。通過所估計的輸入功率和所測量的輸入電壓，可確定DC輸入信號340的DC阻抗。再次，周期性取樣和調整產生可找到DC輸入信號340的最佳DC阻抗(且因而找到DC輸出信號370的最佳功率)的反饋環路。在圖IOC中，處理器360對DC輸入信號340的電壓和DC輸入信號340的電流進行取樣。如上文參看圖IOA所解釋，電壓傳感器342和電流傳感器344可視實施例而包括於DC輸入信號340與處理器360之間。在圖IOC中，DC輸入信號340上的輸入功率可確定為輸入電壓乘以輸入電流，且 DC輸入信號340的DC阻抗可確定為輸入電壓除以輸入電流。如同圖10B，在圖IOC中，將已知DC-DC轉換器350的效率，且其在所要操作範圍內相對恆定。因此，處理器360可基於輸入功率和對DC-DC轉換器350的當前操作點處的效率的估計來估計DC輸出信號370上的輸出功率。再次，周期性取樣和調整產生可找到DC輸入信號340的最佳DC阻抗(且因而找到DC輸出信號370的最佳功率)的反饋環路。在圖IOD中，處理器360僅對DC輸入信號340的電壓進行取樣。如上文參看圖 IOA所解釋，電壓傳感器342可視實施例而包括於DC輸入信號340與處理器360之間。
在圖IOD中，可就預期經由接收天線和整流器接收且在DC輸入信號上遞送的功率的量作出預定估計。使用此預定估計，可相對於輸入電壓確定DC輸入信號340的DC阻抗。 如同圖10B，在圖IOC中，將已知DC-DC轉換器350的效率，且其在所要操作範圍內相對恆定。因此，處理器360可基於所述預定輸入功率估計和對DC-DC轉換器350的當前操作點處的效率的估計來估計DC輸出信號370上的輸出功率。再次，周期性取樣和調整產生可找到DC輸入信號340的最佳DC阻抗(且因而找到DC輸出信號370的最佳功率)的反饋環路。所述預定功率估計可為編程於接收器裝置中的固定值，或可從發射器裝置傳送到接收器裝置，所述發射器裝置可具有用於確定所發射的電力中將有多少電力耦合到那個特定接收器裝置的裝置。圖11說明在調整接收器裝置處的DC阻抗時可使用的各種輸入和輸出參數。此圖表表示具有特定源阻抗的系統，但其中允許負載電阻器在較廣範圍內變化。此負載電阻器可表示為圖6的DC-DC轉換器450的可變電阻器。或者，所述負載電阻器可由圖9A到圖 IOD中所展示的到DC-DC轉換器350的DC輸入信號340的DC阻抗表示。在圖11中，在1 1的電源-負載耦合的情況下通過信號來驅動50歐姆的源阻抗。線620展示通過負載電阻器的電流。注意，隨著負載阻抗增加，電流歸因於歐姆定律而減小。線610展示負載電阻器上的電壓。注意，隨著負載阻抗增加，電壓還按照電阻分壓器等分而增加。針對負載電阻器的電流和電壓的這兩個數據集給出負載電阻器上的功率(如由線640展示)。注意，功率在某一負載阻抗處達到峰值。在此情況(1 1的負載耦合)下， 在負載阻抗等於或接近源阻抗時，此最大功率點出現。如果耦合不同，則峰值功率點還可能有所偏移。線650表示PWM設定(在100外)，其與輸出阻抗成相反關係。此為大多數降壓式轉換器所展現的函數。如可看到，存在一個理想的PWM設定，其最大化由負載電阻器接收到的功率。參考本文中所論述的示範性實施例而使用的無線電力阻抗控制方案試圖發現並維持此理想PWM設定。當然，如早先所陳述，最佳功率傳遞並非總是必要的。使用上文在圖6和圖9A到圖IOD中所論述的本發明的實施例，可有效地使DC輸入信號340的DC阻抗(且因而使接收天線的AC阻抗)與最佳功率傳遞去諧，以限制在DC輸出信號370上遞送的功率的量。在接收器裝置不可接受可從DC-DC轉換器350遞送的最大功率的情況下，此功率限制可為有用的。此對減小的功率的需要的一些非限制性實例可出現在接收器裝置中的電池接近完全充電或DC-DC轉換器350可遞送比電池的額定容量更多的電力時。所屬領域的技術人員應理解，可使用多種不同技術和技藝中的任一者來表示信息和信號。舉例來說，可通過電壓、電流、電磁波、磁場或磁性粒子、光場或光學粒子或其任何組合來表示可在整個上述描述中所參考的數據、指令、命令、信息、信號、位、符號和碼片。所屬領域的技術人員應進一步了解，結合本文中所揭示的示範性實施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可實施為電子硬體、計算機軟體或兩者的組合。 為了清楚地說明硬體與軟體的此互換性，上文已大體上在其功能性方面描述了各種說明性組件、塊、模塊、電路和步驟。將此功能性實施為硬體還是軟體視特定應用和強加於整個系統的設計約束而定。所屬領域的技術人員可針對每一特定應用以不同方式實施所描述的功能性，但此些實施決策不應被解釋為會導致偏離本發明的示範性實施例的範圍。可用通用處理器、數位訊號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或電晶體邏輯、離散硬體組件或其經設計以執行本文中所描述的功能的任何組合來實施或執行結合本文中所揭示的示範性實施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊和電路。通用處理器可為微處理器，但在替代方案中，處理器可為任何常規的處理器、控制器、微控制器或狀態機。還可將處理器實施為計算裝置的組合， 例如，DSP與微處理器的組合、多個微處理器、結合DSP核心的一個或一個以上微處理器，或任何其它此類配置。結合本文中所揭示的示範性實施例而描述的方法或算法的步驟可直接以硬體、 以由處理器執行的軟體模塊，或以所述兩者的組合來體現。軟體模塊可駐留於隨機存取存儲器(RAM)、快閃記憶體、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM(EPROM)、電可擦除可編程 ROM(EEPROM)、寄存器、硬碟、可裝卸磁碟、CD-ROM或此項技術中已知的任何其它形式的存儲媒體中。將示範性存儲媒體耦合到處理器，以使得所述處理器可從所述存儲媒體讀取信息， 並可將信息寫入到所述存儲媒體。在替代方案中，存儲媒體可與處理器成一體式。處理器和存儲媒體可駐留於ASIC中。ASIC可駐留於用戶終端中。在替代方案中，處理器和存儲媒體可作為離散組件而駐留於用戶終端中。在一個或一個以上示範性實施例中，可以硬體、軟體、固件或其任何組合來實施所描述的功能。如果以軟體來實施，則可將所述功能作為一個或一個以上指令或代碼而存儲於計算機可讀媒體上或經由計算機可讀媒體進行傳輸。計算機可讀媒體包括計算機存儲媒體與通信媒體兩者，通信媒體包括促進將電腦程式從一處傳遞到另一處的任何媒體。存儲媒體可為可由計算機存取的任何可用媒體。以實例且非限制的方式，此計算機可讀媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光碟存儲裝置、磁碟存儲裝置或其它磁性存儲裝置，或可用於以指令或數據結構的形式載運或存儲所要程序代碼且可由計算機存取的任何其它媒體。而且，適當地將任何連接稱為計算機可讀媒體。舉例來說，如果使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數字訂戶線(DSL)或例如紅外線、無線電和微波等無線技術從網站、伺服器或其它遠程源傳輸軟體，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或例如紅外線、無線電和微波等無線技術包括在媒體的定義中。如本文中所使用，磁碟和光碟包括壓縮光碟(CD)、雷射光碟、光碟、數字多功能光碟(DVD)、軟盤和藍光光碟，其中磁碟通常以磁方式再現數據，而光碟用雷射以光學方式再現數據。上述各者的組合也應包括在計算機可讀媒體的範圍內。提供對所揭示的示範性實施例的先前描述以使得所屬領域的技術人員能夠製作或使用本發明。所屬領域的技術人員將明白對這些示範性實施例的各種修改，且可在不偏離本發明的精神或範圍的情況下將本文中所界定的一般原理應用於其它實施例。因此，本發明無意限於本文中所展示的實施例，而是將賦予本發明與本文中所揭示的原理和新穎特徵一致的最廣範圍。
權利要求
1.一種無線電力接收器，其包含整流器，其可操作地耦合到接收天線以在耦合模式區中與近場輻射耦合，所述整流器用於將RF信號轉換成DC輸入信號；直流DC-DC轉換器，其可操作地耦合到所述DC輸入信號和脈寬調製信號，以響應於所述DC輸入信號和所述脈寬調製信號而產生DC輸出信號；以及脈衝調製器，其可操作地耦合到所述脈寬調製信號，以通過響應於所述DC輸入信號的電壓而修改去往所述DC-DC轉換器的所述脈寬調製信號的工作循環來調整所述無線電力接收器的AC阻抗。
2.根據權利要求1所述的無線電力接收器，其中所述DC-DC轉換器進一步響應於所述 DC輸入信號的所述電壓而調整所述DC輸出信號的功率輸出。
3.根據權利要求1所述的無線電力接收器，其中所述脈衝調製器進一步響應於所述DC 輸入信號的電流而修改去往所述DC-DC轉換器的所述脈寬調製信號。
4.根據權利要求1所述的無線電力接收器，其中所述脈衝調製器進一步響應於所述DC 輸出信號的電壓和所述DC輸出信號的電流中的至少一者而修改去往所述DC-DC轉換器的所述脈寬調製信號。
5.根據權利要求1所述的無線電力接收器，其中所述脈衝調製器進一步包含比較器， 所述比較器可操作地耦合到所述DC輸入信號和電壓參考信號以比較所述DC輸入信號與所述電壓參考信號，從而響應於所述比較而產生所述脈寬調製信號。
6.根據權利要求1所述的無線電力接收器，其中所述脈衝調製器進一步包含處理器， 所述處理器可操作地耦合到所述DC輸入信號，所述處理器進一步對所述DC輸入信號的所述電壓進行取樣；以及通過響應於所述DC輸入信號的所述經取樣電壓而調整所述無線電力接收器的所述AC 阻抗來調整所述脈寬調製信號的所述工作循環，以實質上最大化所述DC輸出信號上的功率輸出。
7.根據權利要求6所述的無線電力接收器，其中所述處理器進一步對所述DC輸入信號的電流、所述DC輸出信號的電壓和所述DC輸出信號的電流中的至少一者進行取樣；以及通過響應於所述DC輸入信號的所述經取樣電流、所述DC輸出信號的所述經取樣電壓、 所述DC輸出信號的所述經取樣電流或其組合而調整所述無線電力接收器的所述AC阻抗， 來進一步調整所述脈寬調製信號的所述工作循環，以實質上最大化所述DC輸出信號上的所述功率輸出。
8.根據權利要求6所述的無線電力接收器，其進一步包含輸入電流傳感器，其可操作地耦合到所述DC輸入信號且用於響應於所述DC輸入信號的電流而產生輸入電流感測信號；且其中所述處理器可操作地耦合到所述輸入電流感測信號，且進一步對所述輸入電流感測信號進行取樣；且通過響應於所述經取樣輸入電流感測信號而調整所述無線電力接收器的所述AC阻抗來進一步調整所述脈寬調製信號的所述工作循環，以實質上最大化所述DC輸出信號上的所述功率輸出。
9.根據權利要求6所述的無線電力接收器，其進一步包含輸出電流傳感器，其可操作地耦合到所述DC輸出信號以響應於所述DC輸出信號的電流而產生輸出電流感測信號；且其中所述處理器可操作地耦合到所述輸出電流感測信號，且進一步對所述輸出電流感測信號進行取樣；對所述DC輸出信號的所述電壓進行取樣；以及通過響應於所述DC輸出信號的所述經取樣電壓和所述經取樣輸出電流感測信號而調整所述無線電力接收器的所述AC阻抗來進一步調整所述脈寬調製信號，以實質上最大化所述DC輸出信號上的所述功率輸出。
10.根據權利要求1所述的無線電力接收器，其中所述脈衝調製器進一步包含處理器， 所述處理器可操作地耦合到所述DC輸入信號，所述處理器對所述DC輸入信號的所述電壓進行取樣；且通過響應於所述DC輸入信號的所述經取樣電壓而調整所述無線電力接收器的所述AC 阻抗來調整所述脈寬調製信號的所述工作循環，以將所述DC輸出信號上的功率輸出減小到一功率電平，所述功率電平小於可操作地耦合到所述DC輸出信號的接收器裝置的最佳功率電平且為所述接收器裝置可接受的。
11.根據權利要求1所述的無線電力接收器，其中所述DC-DC轉換器進一步包含降壓式轉換器或升壓式轉換器，所述降壓式轉換器或所述升壓式轉換器可操作地耦合到所述DC 輸入信號、所述DC輸出信號和所述脈寬調製信號，所述DC-DC轉換器用以調整所述DC輸入信號上的輸入阻抗；以及響應於所述脈寬調製信號的所述工作循環而相對於所述DC輸入信號調整所述DC輸出信號的電壓。
12.一種方法，其包含在耦合模式區中耦合近場輻射，以產生用於無線電力接收器的RF信號；將所述RF信號整流成DC輸入信號；使用DC-DC轉換器將所述DC輸入信號轉換成DC輸出信號；以及通過響應於所述DC輸入信號的電壓而調整來自所述DC-DC轉換器的所述DC輸出信號的功率輸出來修改所述無線電力接收器的AC阻抗。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述修改所述無線電力接收器的所述AC阻抗進一步包含響應於所述DC輸入信號的所述電壓和所述DC輸入信號的電流而調整來自所述 DC-DC轉換器的所述DC輸出信號的所述功率輸出。
14.根據權利要求12所述的方法，其中所述修改所述無線電力接收器的所述AC阻抗進一步包含響應於所述DC輸入信號的所述電壓、所述DC輸出信號的電壓和所述DC輸出信號的電流而調整來自所述DC-DC轉換器的所述DC輸出信號的所述功率輸出。
15.根據權利要求12所述的方法，其中所述修改所述無線電力接收器的所述AC阻抗進一步包含響應於所述DC輸入信號的所述電壓、所述DC輸入信號的電流、所述DC輸出信號的電壓和所述DC輸出信號的電流而調整來自所述DC-DC轉換器的所述DC輸出信號的所述功率輸出。
16.根據權利要求12所述的方法，其進一步包含比較所述DC輸入信號與電壓參考信號，以針對所述修改所述無線電力接收器的所述AC阻抗確定一量。
17.根據權利要求12所述的方法，其中使用降壓式轉換器或升壓式轉換器來執行所述使用所述DC-DC轉換器將所述DC輸入信號轉換成所述DC輸出信號，且所述方法進一步包含對所述DC輸入信號的所述電壓進行取樣；響應於所述DC輸入信號的所述經取樣電壓而確定最大功率輸出；以及調整去往所述DC-DC轉換器的脈寬調製信號，以實質上最大化所述DC輸出信號的所述功率輸出。
18.根據權利要求12所述的方法，其中使用降壓式轉換器或升壓式轉換器來執行所述使用所述DC-DC轉換器將所述DC輸入信號轉換成所述DC輸出信號，且所述方法進一步包含對所述DC輸入信號的所述電壓進行取樣；響應於所述DC輸入信號的所述經取樣電壓而確定最大功率輸出；以及調整去往所述DC-DC轉換器的脈寬調製信號，以將所述DC輸出信號上的功率輸出減小到一功率電平，所述功率電平小於可操作地耦合到所述DC輸出信號的接收器裝置的最佳功率電平且為所述接收器裝置可接受的。
19.根據權利要求12所述的方法，其進一步包含對所述DC輸入信號的電流、所述DC輸出信號的電壓和所述DC輸出信號的電流中的至少一者進行取樣；且其中所述確定所述最大功率輸出是響應於所述DC輸入信號的所述經取樣電壓、所述 DC輸入信號的所述經取樣電流、所述DC輸出信號的所述經取樣電壓和所述DC輸出信號的所述取樣電流中的一者或一者以上。
20.一種無線電力接收器，其包含用於在耦合模式區中耦合近場輻射以產生RF信號的裝置；用於將所述RF信號整流成DC輸入信號的裝置；用於使用DC-DC轉換器裝置將所述DC輸入信號轉換成DC輸出信號的裝置；以及用於修改所述無線電力接收器的AC阻抗的裝置，其包含用於響應於所述DC輸入信號的電壓而調整來自所述DC-DC轉換器的所述DC輸出信號的功率輸出的裝置。
21.根據權利要求20所述的無線電力接收器，其中所述用於修改所述無線電力接收器的所述AC阻抗的裝置進一步包含用於響應於所述DC輸入信號的所述電壓和所述DC輸入信號的電流而調整來自所述DC-DC轉換器的所述DC輸出信號的所述功率輸出的裝置。
22.根據權利要求20所述的無線電力接收器，其中所述用於修改所述無線電力接收器的所述AC阻抗的裝置進一步包含用於響應於所述DC輸入信號的所述電壓、所述DC輸出信號的電壓和所述DC輸出信號的電流而調整來自所述DC-DC轉換器的所述DC輸出信號的所述功率輸出的裝置。
23.根據權利要求20所述的無線電力接收器，其中所述用於修改所述無線電力接收器的所述AC阻抗的裝置進一步包含用於響應於所述DC輸入信號的所述電壓、所述DC輸入信號的電流、所述DC輸出信號的電壓和所述DC輸出信號的電流而調整來自所述DC-DC轉換器的所述DC輸出信號的所述功率輸出的裝置。
24.根據權利要求20所述的無線電力接收器，其進一步包含用於比較所述DC輸入信號與電壓參考信號以針對所述用於修改所述無線電力接收器的所述AC阻抗的裝置確定一量的裝置。
25.根據權利要求20所述的無線電力接收器，其中所述用於使用所述DC-DC轉換器將所述DC輸入信號轉換成所述DC輸出信號的裝置是使用降壓式轉換器裝置或升壓式轉換器裝置來執行，且所述無線電力接收器進一步包含用於對所述DC輸入信號的所述電壓進行取樣的裝置；用於響應於所述DC輸入信號的所述經取樣電壓而確定最大功率輸出的裝置；以及用於調整去往所述用於將所述DC輸入信號轉換成所述DC輸出信號的裝置的脈寬調製信號以實質上最大化所述DC輸出信號的所述功率輸出的裝置。
26.根據權利要求25所述的無線電力接收器，其中所述用於修改所述AC阻抗的裝置、 所述用於取樣的裝置、所述用於確定所述最大功率輸出的裝置和所述用於調整所述脈寬調製信號的裝置均包含於處理器裝置內。
27.根據權利要求20所述的無線電力接收器，其中所述用於使用所述DC-DC轉換器將所述DC輸入信號轉換成所述DC輸出信號的裝置是使用降壓式轉換器裝置或升壓式轉換器裝置來執行，且所述無線電力接收器進一步包含用於對所述DC輸入信號的所述電壓進行取樣的裝置；用於調整去往所述用於將所述DC輸入信號轉換成所述DC輸出信號的裝置的脈寬調製信號以將所述DC輸出信號上的所述功率輸出減小到一功率電平的裝置，所述功率電平小於可操作地耦合到所述DC輸出信號的接收器裝置的最佳功率電平且為所述接收器裝置可接受的。
28.根據權利要求20所述的無線電力接收器，其進一步包含用於對所述DC輸入信號的電流、所述DC輸出信號的電壓和所述DC輸出信號的電流中的至少一者進行取樣的裝置；且其中所述用於確定所述最大功率輸出的裝置是響應於所述DC輸入信號的所述經取樣電壓、所述DC輸入信號的所述經取樣電流、所述DC輸出信號的所述經取樣電壓和所述DC 輸出信號的所述經取樣電流中的至少一者。
全文摘要
示範性實施例是針對無線電力。無線電力接收器包括接收天線，所述接收天線用於在由在諧振頻率下操作的發射天線產生的耦合模式區中與近場輻射耦合。所述接收天線在耦合到所述近場輻射時產生RF信號，且整流器將所述RF信號轉換成DC輸入信號。耦合到所述DC輸入信號的直流DC-DC轉換器產生DC輸出信號。脈衝調製器產生到所述DC-DC轉換器的脈寬調製信號，以通過響應於所述DC輸入信號的電壓、所述DC輸入信號的電流、所述DC輸出信號的電壓和所述DC輸出信號的電流中的至少一者而修改所述脈寬調製信號的工作循環來調整所述無線電力接收器的DC阻抗。
文檔編號H02J17/00GK102396132SQ201080016833
公開日2012年3月28日 申請日期2010年3月22日 優先權日2009年3月20日
發明者威廉·H·范諾瓦克, 斯坦利·S·通丘, 查爾斯·E·惠特利三世, 歐內斯特·T·奧薩基 申請人:高通股份有限公司