无线感应式电力传输的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及感应式电力传输，并且特别地、但非排他地涉及依照Qi无线电力传输标准的感应式电力传输系统。
【背景技术】
[0002]使用中的便携和移动设备的数量和种类在过去十年已激增。例如，移动电话、平板电脑、媒体播放器等的使用已变得无处不在。这样的设备通常由内部电池供电并且典型使用场景通常要求从外部电源对电池的再充电或对设备的直接有线供电。
[0003]大多数目前的系统要求有线和/或显式电接触以从外部电源供电。然而，这往往是不实际的并且要求用户物理地插入连接器或以其他方式建立物理电接触。通过引入线的长度，这还往往对于用户来说是不方便的。通常，电力要求也明显不同，并且当前大多数设备被提供有其自己的专用电源，从而导致一般用户具有大量不同电源，每个电源专用于特定设备。尽管内部电池的使用可避免在使用期间到电源的有线连接的需要，但这仅提供局部解决方案，因为电池将需要再充电(或替换，其是昂贵的)。电池的使用还可能大量增加设备的重量以及潜在地增加设备的成本和尺寸。
[0004]为了提供显著改进的用户体验，已提出使用无线电源，其中电力被感应地从电力传送器设备中的传送器线圈传输到各个设备中的接收器线圈。
[0005]经由磁感应的电力传输是熟知的概念，大多数应用在具有初级传送器线圈和次级接收器线圈之间的紧密耦合的变压器中。通过在两个设备之间分离初级传送器线圈和次级接收器线圈，这些之间的无线电力传输基于松散耦合变压器的原理而变得可能。
[0006]这样的布置允许到设备的无线电力传输，而不需要做出任何有线或物理电连接。实际上，其可简单允许将设备放置在传送器线圈附近或其顶部以便被外部地再充电或供电。例如，电力传送器设备可被布置有水平表面，设备可简单地放置在该水平表面上以便被供电。
[0007]此外，这样的无线电力传输布置可以有利地被设计使得电力传送器设备可与一些电力接收器设备一起使用。特别地，已知为Qi标准的无线电力传输标准已定义并且当前在进一步发展。该标准允许满足Qi标准的电力传送器设备与也满足Qi标准的电力接收器设备一起使用，而这些不必来自同一制造商或不必专用于彼此。Qi标准还包括允许操作适用于特定电力接收器设备(例如取决于特定电力耗用)的一些功能。
[0008]Qi标准由无线电源联盟开发，并且可例如在它们的网站:http: //www.wirelesspowerconsortium.com/index, html上找到更多信息，其中特别地可找到定义的标准文档。
[0009]Qi无线电力标准描述了电力传送器必须能够提供有保证的电力给电力接收器。所需特定电力水平取决于电力接收器的设计。为了规定有保证的电力，定义了一组测试电力接收器和负载条件，其描述了针对该条件中的每个的有保证的电力水平。
[0010]Qi最初定义用于被认为是具有小于5W的电力耗用的设备的低电力设备的无线电力传输。落入该标准的范围内的系统使用在两个平面线圈之间的感应式耦合来将电力从电力传送器传输到电力接收器。在两个线圈之间的距离一般是5_。可以将该范围扩展到至少 40mm。
[0011]然而，正进行工作以增大可用电力，并且特别是，正将该标准扩展到作为具有大于5W的电力耗用的设备的中等电力设备。
[0012]Qi标准定义了兼容设备必须满足的各种技术要求、参数和操作流程。
[0013]通值
Qi标准支持从电力接收器到电力传送器的通信，由此使得电力接收器能够提供可允许电力传送器适应于特定电力接收器的信息。在当前标准中，已定义从电力接收器到电力传送器的单向通信链路，并且该方案基于电力接收器作为控制元件的宗旨。为了准备并且控制在电力传送器和电力接收器之间的电力传输，电力接收器特别将信息传达到电力传送器。
[0014]通过电力接收器执行负载调制来实现该单向通信，其中由电力接收器施加到次级接收器线圈的负载被改变以提供电力信号的调制。可由电力传送器检测并且解码(解调)得到的电气特性中的改变(例如电流汲取中的变化)。
[0015]因此，在物理层，从电力接收器到电力传送器的通信信道使用电力信号作为数据载体。电力接收器对负载进行调制，通过传送器线圈电流或电压的幅度和/或相位中的改变来检测该负载。以字节和分组来格式化数据。
[0016]可在Qi无线电力规范(版本1.0)的第I部分的第6章中找到更多信息。
[0017]系统棹制
为了控制无线电力传输系统，Qi标准规定了系统在操作的不同时间可能处于的若干阶段或模式。可在Qi无线电力规范(版本1.0)的第I部分的第5章中找到更多细节。
[0018]该系统可以处于以下阶段:
选择阶段
该阶段是系统未被使用时，即电力传送器和电力接收器之间不存在耦合(即没有电力接收器被定位为靠近电力传送器)时的典型阶段。
[0019]在选择阶段中，电力传送器可以处于待机模式，但是将感测以便检测对象的可能存在。类似地，接收器将等待电力信号的存在。
[0020]探测(Ding)阶段:
如果传送器检测到对象的可能存在，例如由于电容改变，则系统进行到探测阶段，其中电力传送器(至少间歇地)提供电力信号。该电力信号由电力接收器检测，电力接收器着手发送初始分组给电力传送器。特别地，如果电力接收器存在于电力传送器的接口上，则电力接收器将初始信号强度分组传达给电力传送器。信号强度分组提供在电力传送器线圈和电力接收器线圈之间的耦合程度的指示。由电力传送器检测信号强度分组。
[0021]识别&配置阶段:
然后电力传送器和电力接收器进行到识别和配置阶段，其中电力接收器至少传达标识符和所要求的电力。通过负载调制在多个数据分组中传达该信息。电力传送器在识别和配置阶段维持恒定的电力信号，以便允许检测到负载调制。特别地，电力传送器为此目的提供具有恒定幅度、频率和相位的电力信号(除了由负载调制引起的变化)。
[0022]在实际电力传输的准备中，电力接收器能够应用接收到的信号以对其电子设备进行通电，但是保持其输出负载断开。电力接收器将分组传达给电力传送器。这些分组包括强制消息，例如识别和配置分组，或可包括一些定义的可选消息，例如扩展的识别分组或电力关断分组。
[0023]电力传送器着手根据从电力接收器接收的信息来配置电力信号。
[0024]电力传输阶段:
系统然后进行到电力传输阶段，其中电力传送器提供所要求的电力信号并且电力接收器连接输出负载以向其供应接收的电力。
[0025]在该阶段期间，电力接收器监测输出负载状况，并且特别地，其测量在某一操作点的实际值和期望值之间的控制误差。其以例如每250毫秒的最小速率将这些控制误差在控制误差消息中传达给电力传送器。这向电力传送器提供了电力接收器的继续存在的指示。此外，控制误差消息用于实施闭环功率控制，其中电力传送器调节电力信号以使所报告的误差最小化。特别地，如果操作点的实际值等于期望值，则电力接收器传达具有零值的控制误差，从而导致电力信号不改变。假如电力接收器传达不同于零的控制误差，电力传送器将相应地调节电力信号。
[0026]该系统允许电力传输的有效设置和操作。然而，该方案是限制性的，并且可能不允许完全期望的灵活性并且支持如要求的功能。例如如果电力接收器试图从电力传送器得到多于5W的功率，则电力传送器可能终止电力传输，从而导致差的用户体验。因此，合期望的是进一步发展Qi标准以提供增强的功能性、灵活性和性能。然而，标准的这样发展必须非常仔细地做出并且必须例如确保维持后向兼容性以便允许现有产品仍旧有用。
[0027]作为进一步发展Qi标准时的挑战的示例的是如何支持在电力传送器和电力接收器之间的期望交互。为了提供未来可更新性和灵活性，Qi标准版本1.0定义了可从电力接收器传达到电力传送器但被保留以用于未来使用的若干消息，即没有具体含义附着到在版本1.0中定义的消息。
[0028]然而，并非忽略这样的消息，已经发现，已被制造的若干电力传送器通过中止任何进行的电力传输来对接收这样的消息进行响应。然而，如果与依附到使用这些保留消息的该标准的后续版本的电力接收器一起使用这样的电力传送器，则电力传输将被终止。因此现有电力传送器不能与使用保留的扩展消息的未来电力接收器一起使用。相应地，该标准的未来发展不能容易利用保留的消息。
[0029]当前Qi标准仅利用单向通信链路并且仅支持从电力接收器到电力传送器的信息的通信。然而，已经提出还引入从电力传送器到电力接收器的通信。
[0030]允许从电力传送器到电力接收器的通信的系统的示例在W02012/049582中提供。在该系统中，电力接收器可传送消息到电力传送器，并且电力传送器可通过对提供给电力接收器的电力信号进行幅度或频率调制来响应于该消息。在公开的系统中，在配置阶段期间，电力接收器不提供电力给负载并且功率是恒定的事实由电力传送器使用以传达对消息的响应。特别地，可从电力传送器发送控制消息给电力接收器，并且电力传送器可着手通过是否给电力信号引入功率水平改变来向电力接收器提供二进制响应。
[0031]然而，尽管W02012/049582可允许从电力传送器到电力接收器的一些通信，但是其在所有情形中不是最优的。例如，所添加的幅度或频率调制可能在一些情形中是对电力信号的非期望修改。而且，该方案是基于仅在初始化期间并且在电力传输之前存在的特性，并且这可限制在很多实际情形中的使用。
[0032]通常，双向链路的引入不是微不足道的并且经受大量的困难和挑战。例如，得到的系统仍然需要是后向兼容的并且仍然需要支持例如不能够双向通信的电力传送器和接收器。此外，在例如调制选项、功率变化、传送选项等方面中的技术限制是非常限制性的，因为它们需要与现有参数以及管理要求适应。实际上，在一些区域中，管理需求不允许对电力信号的直接调制。尽管这可通过使用独立通信链路(例如蓝牙通信链路)来解决，但是这向实施增加了复杂度和成本。
[0033]还重要的是，从电力传送器到电力接收器的通信不影响、退化或干扰从电力接收器到电力传送器的通信。此外，非常重要的要求是通信链路不会不可接受地退化系统的电力传输能力。
[0034]相应地，很多挑战和困难与增强电力传输系统(例如Qi)以包括双向通信相关联。因此，在电力传输系统(例如Qi系统)中引入双向通信是复杂的并且经受很多限制和要求，以便确保高效的电力传输、高效的操作和尤其是后向兼容性。
[0035]因此，改进的电力传输系统将是有利的，并且特别地，允许增大的灵活性、改进的反向兼容性、方便的实施和/或改进的性能的系统将是有利的。
【发明内容】
[0036]相应地，本发明力图优选地个别地或以任意组合地缓和、减轻或消除上文提到的缺点中的一个或多个。
[0037]根据本发明的一方面，提供了一种使用无线感应式电力信号传输电力到电力接收器的电力传送器，该电力传送器包括:用于提供该电力信号的电感器；用于驱动该电感器以提供该电力信号的电力信号发生器；用于接收来自电力接收器的数据消息的接收器，该数据消息是通过对电力信号的负载调制而传达的；功率回路控制器，其被布置为响应于从电力接收器接收的功率控制误差消息来控制电力信号的功率；查询消息处理器，其用于检测已从电力接收器接收到查询消息；以及修改处理器，其用于响应于查询消息来修改功率回路控制器对功率控制误差消息的响应。
[0038]本发明可提供一种改进的电力传输系统。其在很多实施例中可通过引入双向通信来允许、支持或促进电力传输系统的进一步扩展和发展。这在很多情形中可在维持后向兼容性的同时来实现。本发明可允许一种实用的方案并且可促进引入到现有系统中。此外，该方案使用电力传输信号实现双向通信，但是不使电力信号与附加的调制或增大的电力信号变化和波动重叠。
[0039]该方案可特别允许将数据从电力传送器传达到电力接收器，而不要求引入对电力信号的附加调制。相反，现有功率控制回路可暂时被中断并且该功能可用于提供信息给电力接收器。该方案可以相对低的附加复杂性来实施。
[0040]该方案可特别提供减小对其它功能性的影响的从电力传送器到电力接收器的通信。特别地，该方案可减小通信对电力信号的影响。因此，可针对电力传输操作和电力接收器到电力传送器的通信两者来减小引入双向通信的影响。这可特别促进操作和实施，并且改进后向兼容性。特别地，可促进将双向通信引入到之前仅支持单向通信的现有电力传输系统。该方案可在很多实施例中允许将现有硬件再用于电力传送器和电力接收器，并且可仅要求固件中的小改变以及复杂性中的微小改变。
[0041]该方案的特殊优点是其可在很多实施例中减小数据通信对电力信号的影响。电力信号可受附加数据通信的较少影响并且因此可较少干扰电力传输操作。这对于后向兼容性可以是特别显著的，因为遗留仪器可不受该仪器尚未被设计用于的数据通信的引入的影响。在很多实施例中，由于引入的数据通信所致的电力信号的偏差可维持到