减少感应能量传输系统中的电力消耗的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明通常涉及电子设备，更具体地涉及电子设备中的感应能量传输系统。
【背景技术】
[0002] 许多电子设备包括一个或多个可再充电电池，要求外部电力有时对其再充电。这 些设备可包括蜂窝电话、智能电话、平板计算机、膝上型计算机、可穿设备、导航设备、运动 设备、健康设备、辅助设备等等。通常，通过将充电线连接到电子设备和外部电源（例如墙 上插座）为这些设备充电。充电线可以是具有连接器的电缆，该电缆具有能够与电子设备 的相应的导电触头相匹配的导电触头。在一些实例中，电子设备可用接收的电力补充内部 电池的充电。
[0003] 在一些情况中，充电线可被专门用于电力传输。在其他情况中，充电线可被用于与 数据一起传输电力。这种连接器实例可包括通用串行总线（"USB"）、火线、外围设备互联 高速接口（ "PCIe"）或其他类似的数据接口。
[0004] 在许多实例中，用户可喜欢并且定期操作具有内部电池的多个电子设备。这些多 个设备经常要求具有不同电力输出端和不同连接器类型的各自的充电线。多个充电线对于 使用、存放和从一个地方到另一地方的运输都是繁重的。结果设备的便携优势被大大限制 了。
[0005] 此外，充电线在某些环境中使用可能不安全。例如，车辆的驾驶员可能分心试图将 电子设备插入到车辆充电器中。在其他实例中，如果不留意充电线可能存在绊倒的风险。
[0006] 考虑这些或其他缺点，一些电子设备可包括感应充电系统。用户可简单地将电子 设备放在感应充电表面以为内部电池充电。感应充电表面内的电磁发射器线圈可与便携式 电子设备内的电磁接收器线圈感应耦合。通过发射器线圈中的周期性地切换或交替电流， 在接收器线圈中可感应电流。在接收器线圈中感应的电流可被用于为便携式电子设备中的 内部电池充电。
[0007] 然而，在一些情况中，发射器线圈中的电流和/或接收器线圈中的电流会产生大 量的电力或能量消耗。当传输相对少量的能量时，相对于传输的能量，能量消耗是大的。能 量消耗减少了能量传输的效率，并且使得为电池再充电变得困难或耗时。
【发明内容】
[0008] 在感应能量传输系统中，当能量从发射器设备传输到接收器设备时，应用于发射 器线圈以传输能量的信号的相位被调整。通过将DC-AC转换器的状态从转换状态变为非转 换状态来调整信号的相位。当DC-AC转换器处于转换状态时，DC-AC转换器输出应用于发 射器线圈的信号。当DC-AC转换器处于非转换状态时，信号不被输入到发射器线圈。
[0009] -方面，在感应能量传输系统中的发射器设备可包括操作地连接到发射器线圈的 DC-AC转换器，和操作地连接到DC-AC转换器的控制器。当发射器线圈传输能量时，控制 器被配置为将一个或多个信号传输到DC-AC转换器以在转换状态和非转换状态之间改变 DC-AC转换器的状态。作为一个实例，非转换状态可以是静止状态。作为另一实例，非转换 状态可以是高阻抗状态。
[0010] 另一方面，在感应能量传输系统中的发射器设备的操作方法包括：使用在发射器 设备中的发射器线圈传输能量，并且在能量传输过程中周期性地在转换状态和非转换状态 之间改变操作地连接到发射器线圈的DC-AC转换器的状态线圈。
[0011] 另一方面，感应能量传输系统可包括发射器设备和接收器设备。发射器设备可包 括操作地连接到发射器线圈的DC-AC转换器，和操作地连接到DC-AC转换器的控制器。接 收器设备可包括操作地连接到接收器线圈的负载，和操作地连接到负载以测量负载的操作 条件（例如负载上的信号水平）的传感电路。当发射器线圈向接收器线圈传输能量时，控 制器被配置为将一个或多个信号传输到DC-AC转换器以在转换状态和非转换状态之间改 变DC-AC转换器的状态。另外地或可供选择地，当负载上的信号水平等于或超出（例如超 过或小于）阈值时，传感电路可向控制器传输控制信号。然后，基于从传感电路接收的控制 信号，控制器可使DC-AC转换器处于非转换状态。作为一个实例，当负载上的电压电平等于 或小于阈值时，传感电路可传输控制信号，并且基于从传感电路接收的控制信号，控制器可 使DC-AC转换器处于静止状态。
[0012] 又另一方面，感应能量传输系统的操作方法可包括：从发射器设备向接收器设备 传输能量并且在能量传输过程中测量接收器设备中负载上的信号水平。然后确定测量的信 号水平是否等于或超出（例如超过或小于）阈值。如果信号水平等于或超出阈值，那么从 接收器设备向发射器设备传输指示信号水平等于或超出阈值的信号。基于接收的信号，发 射器设备中的控制器改变DC-AC转换器的状态为非转换状态。
【附图说明】
[0013] 参考下列附图，本发明的实施例更易理解。附图元件不需要相对于彼此成比例。在 可能的地方，同样的参考标记被使用指定附图中共有的相同特征。
[0014] 附图1是相控感应能量传输系统的简化框图；
[0015] 附图2是适用于用作附图1中所示的DC-AC转换器106的H桥的简化图；
[0016] 附图3是附图1中所示的感应能量传输系统的操作方法的流程图；
[0017]附图4是具有脉冲跳跃的相控感应能量传输系统的简化框图；
[0018] 附图5是附图4中所示的相控感应能量传输系统的示例电路图；以及
[0019] 附图6是附图4中所示的感应能量传输系统的操作方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020] 这里描述的实施例能够在感应能量传输系统中从发射器设备到接收器设备更高 效地传输能量。调整应用于发射器线圈上的信号的相位能减少能量损耗。典型地，DC-AC转换器操作在转换状态中（即电流流过DC-AC转换器106)，在转换状态中DC信号被转换 为AC信号。本发明不断地（例如按周期）和/或在选择的时间将DC-AC转换器的状态从 转换状态变为非转换状态。当DC-AC转换器处于转换状态时，DC-AC转换器输出应用于发 射器线圈的信号。在非转换状态时，DC-AC转换器不产生应用于发射器线圈的信号。
[0021] 在一个示例性实施例中，相移全桥（PSFB)相控可被用于将DC-AC转换器的状态从 转换状态变为静止状态。在静止状态中，由于相同的电势被应用于发射器线圈，所以能量未 被传输到接收器设备。静止状态允许环流持续，但不给系统增加能量。
[0022] 在另一示例性实施例中，零电压开关（ZVS)可被用于将DC-AC转换器的状态从转 换状态变为高阻抗状态。在高阻抗状态中，发射器线圈的寄生电容吸收发射器线圈中的能 量。
[0023] 在另一实施例中，脉冲跳跃与相控相结合被用于更高效传输能量。利用脉冲跳跃， 接收器设备中的负载的操作条件（例如信号水平）被测量或被检测，并且如果信号不是特 殊的值或在给定操作范围内（例如高于第一值或低于第二值）DC-AC转换器的状态变为静 止状态。作为一个实例，如果负载上的电压低于阈值，DC-AC转换器处于静止状态，这又减 少发射器和接收器线圈中的损耗。
[0024] 现参考附图1，这显示了第一相控感应能量传输系统的简化框图。当能量传输的相 位被调整时，附图1所示的实施例在固定频率操作。短语"相控"是指控制在变压器的发射 器线圈上应用信号的相位的过程。感应能量传输系统1〇〇包括操作地连接到控制器104的 时钟电路102和DC-AC转换器106。时钟电路102可产生用于在感应能量传输系统100中 的发射器设备的定时信号。
[0025] 控制器104可控制DC-AC转换器106的状态。在一个实施例中，时钟电路102产 生周期信号，该周期信号被控制器104用来按周期激活和去激活DC-AC转换器106中的开 关。任何合适的DC-AC转换器106都可被用于感应能量传输系统100。例如，在一个实施例 中，H桥被用作DC-AC转换器。
[0026]DC-AC转换器106产生的AC信号被输出到变压器108。变压器108通过发射器线 圈110和接收器线圈112之间的感应耦合来传输能量。实质上，发射器线圈110中的AC信 号产生可变磁场，其在接收器线圈112中感应电流。接收器线圈112产生的AC信号被将AC 信号转换为DC信号的AC-DC转换器114接收。任何合适的AC-DC转换器114都可被用于 感应能量传输系统100。例如，在一个实施例中，整流器被用作AC-DC转换器。
[0027] 然后，DC信号被负载116接收。在一个实施例中，负载是可编程负载，包括并联连 接的电流源和电阻。可供选择地，当负载是恒流负载的时，负载可包括电源流。
[0028] 时钟电路102、控制器104、DC-AC转换器106和发射器线圈110被包含在发射器 设备中。接收器线圈112、AC-DC转换器114和可编程负载116被包含在接收器设备中。接 收器设备中的通信电路118适于建立与发射器设备中的通信电路122的通信通道120。通 信通道120被用于从接收器设备向发射器设备传输信息，反之亦然。在一个实施例中，通信 通道120通过发射器和接收器线圈之间的感应耦合被实现的。在另一实施例中，通信通道 120作为分离的有线链路或无线链路被实现。在一个实施例中，通信通道120可被配置作为 任何合适的无线通信通道，诸如，例如，蓝牙、Wi