无线感应式电力传输的制作方法
【专利摘要】一种感应式电力传输系统被布置为经由无线电力信号将电力从电力传送器（101）传输到电力接收器（103）。该系统支持基于电力信号的负载调制从电力传送器（101）到电力接收器（105）的通信。电力接收器（105）传送（507）第一消息给电力传送器（101），第一消息包括在待机阶段期间对所述电力信号的待机电力信号要求。电力传送器（101）接收（507）所述消息，并且当系统进入待机阶段时，电力传送器（101）在期间根据所述待机电力信号要求来提供电力信号。提供电力接收器可配置待机阶段，这可例如允许设备维持电池电荷或提供电力传输阶段的快速初始化。
【专利说明】无线感应式电力传输
【技术领域】
[0001] 本发明涉及感应式电力传输，并且特别地、但非排他地涉及与Qi无线电力传输方 案兼容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种类在上一年代已激增。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，导致一般的用户具有大量的不同电源，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，但这仅提供部 分解决方案，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，已提出了使用无线电源，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。通过分离两个设备之间的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，其可简单允许设备被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可与一些电力接收器设备 一起使用电力传送器设备。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〇
[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] 通信 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 许电力传送器适合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，其中由电力接收器应用到次级 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，可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。以字节和包来格式化数据。
[0016] 可在Qi无线电力规范(版本1. 0)的第1部分的第6章中找到更多信息。
[0017] 尽管Qi使用单向通信链路，但是已提出引入从电力传送器到电力接收器的通信。 然而，这样的双向链路包括起来不是微不足道的，并且受到大量的困难和挑战。例如，得到 的系统仍然需要是反向兼容的，并且例如仍然需要支持不能够双向通信的电力传送器和接 收器。此外，关于例如调制选项、电力变化、传送选项等的技术限制是非常限制性的，因为它 们需要符合现有参数。还重要的是，保持成本和复杂性低，并且例如期望对附加硬件的要求 最小化，检测容易并且可靠等。还重要的是，从电力传送器到电力接收器的通信并不影响、 劣化或干扰从电力接收器到电力传送器的通信。此外，首要的要求是通信链路不会不可接 受地使系统的电力传输能力劣化。
[0018] 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。
[0019] 系统控制 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. 〇)的第1部分的第5章中找到更多细节。
[0020] 该系统可以处于以下阶段： 诜择阶段 该阶段是当系统未被使用时，即当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。
[0021] 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。
[0022] 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，则系统继续到探测阶段，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，电力接收器继续 以发送初始包给电力传送器。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包传达给电力传送器。信号强度包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包。
[0023] 识别&配置阶段 然后电力传送器和电力接收器继续到识别和配置阶段，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包中传达该信息。电力传送器在识别和配置 阶段维持恒定的电力信号，以便允许负载调制被检测到。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)。
[0024] 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，但是其保持其输出负载断开。电力接收器将包传达给电力传送器。这些包包括强 制消息，例如识别和配置包，或可包括一些定义的可选消息，例如扩展的识别包或电力关断 包。
[0025] 电力传送器继续根据从电力接收器接收的信息来配置电力信号。
[0026] 电力传输阶段 系统然后继续到电力传输阶段，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。
[0027] 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，控制误差消息可用于实施闭环电力控制，其中电力传送器调节电力信号以使记录的 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，从而导致电力信号的不改变。在电力接收器传达不同于零的控制误差的情况下，电力 传送器将相应地调节电力信号。
[0028] 系统允许电力传输的有效设置和操作。然而，存在电力传输系统并未最优操作的 情形。
[0029] 例如，在现有系统中，电力传送器在检测到引入新的电力接收器时将从选择阶段 进入探测阶段。然而，如果电力接收器设备被例如永久放置在电力传送器上，则不存在初始 化事件，并且电力接收器可能维持在选择阶段并且不能够再进入电力传输阶段。这对于需 要间隔式再供电的设备来说可能是个问题。例如，电池供电设备可能被永久放置在电力传 送器上。在电池供电设备最初被放置在电力传送器上时电池的最初充电之后，系统将进入 选择阶段。设备可能在电力传送器上的同时被使用并且电池可能被放电。在某一阶段，可 能需要电池被再充电。然而，因为系统处于选择阶段，其将不能够执行这样的再充电。
[0030] 为了避免这样的情形，已提出了使电力传送器非常偶尔地进入探测阶段，其中其 探测电力接收器以看是否应当再次发起新的电力传输阶段。然而，其被预期以几分钟的间 隔执行，这对很多应用来说太慢。减小探测之间的时间将增大电力传送器和电力接收器二 者的功耗。因此，将探测之间的时间间隔减小到适合大多数关键设备/应用的值将导致大 的日常费用和增大的资源消耗，这对于绝大多数设备来说是完全不必要的。
[0031] 为了解决此，已提出了系统可响应于从电力接收器接收到主动请求而离开选择阶 段并且发起新的电力传输设置操作。然而，这要求电力接收器能够传达主动消息（即其不能 够使用负载调制，因为不存在由传送器提供的电力信号)。电力接收器的这样的主动发起可 以是有利的，但是要求电力接收器具有足够的存储能量来生成消息。然而，这要求设备的再 充电，并且因此设备不能够连续维持在选择阶段。
[0032] 特别地，已提出电力接收器可通过应用主动信号来唤醒电力传送器。电力接收器 使用电力接收器中可用的能源(例如电池）来生成唤醒信号。然而，不是所有设备包括适当 的能源。此外，如果存在类似电池或电容器的能量储存器，则这可能变得被放电，例如在应 用的密集使用之后，或在其期间泄漏或待机电流已耗尽可用的存储能量的相当的时间量之 后。因此，将需要再充电。
[0033] 更通常地，尽管常规方案可以提供非常适合的方案以用于在新电力接收器被引入 时对其进行供电或充电，但是其往往是相对不灵活的并且不满足其中电力接收器可能希望 从电力传送器提取电力的所有情形。特别地，其仅仅允许电力接收器作为标准电力传送阶 段的部分被电力传送器供电或不被供电。然而很多设备在不同的时间具有不同的要求并且 而且这些要求在设备之间可能显著变化。
[0034] 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、反向兼 容性、方便的实施、对变化的电力要求的改进的适应，和/或改进的性能的系统将是有利 的。
【发明内容】
[0035] 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。
[0036] 根据本发明的一方面，提供了一种用于感应式电力传输系统的操作方法，该系统 包括在处于电力传输阶段时生成用于电力接收器的无线电力信号的电力传送器，所述感应 式电力传输系统支持基于该电力信号的负载调制从电力接收器到电力传送器的通信，该方 法包括：电力接收器传送第一消息给电力传送器，第一消息包括在待机阶段期间对电力信 号的待机电力信号要求；电力传送器接收该消息；以及电力传送器在待机阶段期间根据待 机电力信号要求来提供电力信号。
[0037] 本发明可提供改进的电力传输系统。其可以在很多实施例中允许另外的功能和/ 或增加的性能。可提供改进的用户体验。本发明可允许实际的方案并且可便于引入到现有 系统中。
[0038] 该方案可引入旨在用于减小的功耗的待机阶段，其中电力接收器控制电力传送器 的待机电力行为。
[0039] 在很多实施例中，该方案可特别地允许系统的改进的操作，其中电力接收器在延 长的时间量内耦合到电力传送器(特别包括多个充电(再充电）操作)。在很多情形中，可实 现电力接收器设备从操作的待机模式的更快激活。
[0040] 电力接收器可在待机阶段期间从电力信号(并且因此从电力传送器)提取电力。待 机电力信号要求可以是待机电力信号的电力要求，例如可由电力接收器汲取的最小幅度或 电流。
[0041] 该方案是特别有利的，因为电力接收器可控制电力传送器在处于待机阶段中时的 操作，从而这提供了满足电力接收器(或由电力接收器供电的设备）的特别要求和偏好的电 力信号。电力接收器可例如控制电力传送器提供足够的电力以用于使电力接收器维持待 机阶段的减少的功能，和/或其可控制电力信号的特性，使得其允许电力接收器足够快地 唤醒电力传送器，并且特别使得可足够快地进入电力传输阶段而不具有过多的资源使用。 例如，可控制在电力信号被接通以允许负载调制之间的时间间隔来适应特定的电力接收器 (或相关联的设备)。
[0042] 该方案进一步与电力传输系统(例如Qi)的一般设计原则一致，因为其允许主要控 制属于电力接收器。
[0043] 该方案还可相对容易地引入到系统(例如Qi)。例如其可使用仅从电力接收器到电 力传送器的单向通信来实施。
[0044] 在待机阶段中，电力接收器在降低的电力模式中操作。当处于待机阶段时电力接 收器的功耗相对于当处于电力传输模式中时电力接收器的功耗是降低的。电力接收器可 以在待机阶段中执行减少的功能。一般，减少的功能可以局限于允许系统被初始化以进入 标称操作模式的功能(特别地，减少的功能可以局限于唤醒功能)。特别地，当处于待机阶段 时，电力接收器可断开负载。在电力传输阶段，将连接负载。
[0045] 在一些情形中，系统可在处于电力传输阶段时操作电力控制回路而在处于待机阶 段时不操作电力控制回路。
[0046] 术语电力接收器应当被理解为指代被实施以允许和执行无线电力传输的功能。还 应当理解的是，该术语可指代由无线电力传输供电的整个功能，并且特别地，其可包括负 载。特别地，该术语可包括由无线电力传输支持的整个设备，例如经由无线电力传输供电的 通信或计算设备。该术语可包括这样的更广的功能，无论其是在单个单元中实施还是在多 个(物理或功能）单元中实施。
[0047] 待机阶段可包括其他阶段或子阶段。例如，待机阶段可包括或包含Qi类型系统的 选择阶段和探测阶段。
[0048] 根据本发明的可选特征，待机电力信号要求指示在待机阶段期间的电力信号的电 力要求。
[0049] 这在很多情形中可以是特别有利的。电力接收器可特别地控制电力传送器来提供 允许电力接收器从电力信号提取期望的电力而不具有过多的资源使用的电力信号。例如， 电力要求可以是所要求的电力水平，并且尤其可以是平均或最小电力水平。在一些情形中， 电力信号可被连续地应用并且电力水平可以是连续值。在一些实施例中，电力信号可以是 不连续的并且待机电力要求可指示所提供的电力的时间特性。
[0050] 根据本发明的可选特征，待机电力信号要求表示用于电力接收器的减少的功能的 最小电力。
[0051] 这可以是特别有利的，并且可允许系统被优化以提供足够的电力来支持电力接收 器在处于待机阶段中的减少的功能而不会不必要地浪费资源。
[0052] 在一些实施例中，电力接收器可响应于电力接收器的减小的功能的功耗来确定待 机电力信号要求。
[0053] 根据本发明的可选特征，减少的功能包括用于发起电力接收器的唤醒过程的功 能。
[0054] 这可特别允许功耗降低，并且通常基本上最小化，同时仍然允许电力接收器(或附 接的设备）快速并且有效地返回到操作模式，并且特别是返回到电力传输阶段。
[0055] 唤醒过程可特别是将系统转变到电力传输阶段的过程。唤醒过程可以特别是主动 唤醒过程，其中电力接收器在不使用电力信号的负载调制的情况下将初始化消息传送到电 力传送器，或唤醒过程可以是例如被动唤醒过程，其中电力接收器通过负载调制电力信号 来传送消息到电力传送器。
[0056] 根据本发明的可选特征，电力要求表示用于维持电力接收器在待机阶段期间的能 量存储要求的最小电力。
[0057] 这可以是特别有利的方案。该系统可特别确保电力接收器可进入待机阶段，其中 减少功耗同时仍然确保存储在电力接收器中的能量维持充足。特别地，该方案允许待机阶 段具有低功耗同时仍然确保电力接收器的电池保持充电到期望的程度，由此确保电力接收 器设备仍然操作。
[0058] 根据本发明的可选特征，电力传送器被布置为在待机阶段期间间歇地提供电力信 号，并且待机电力信号要求指示提供电力信号的时间间隔的时序。
[0059] 这在很多实施例中可减小资源消耗和/或减少功能。例如，其可允许在功耗和时 间之间的权衡，以初始化要针对特定电力接收器(包括正由电力接收器供电的设备）的偏好 和要求进行优化的新电力传输。
[0060] 间歇电力信号可用于传输电力到电力接收器和/或提供允许电力接收器通过负 载调制进行通信的信号。实际上，间歇电力信号可用于在待机阶段期间探测电力接收器和 /或对电力接收器进行供电。
[0061] 根据本发明的可选特征，电力接收器在待机阶段期间将唤醒消息传送给电力传送 器；并且电力传送器响应于接收到唤醒消息而移动到电力传输阶段。
[0062] 这可允许有利的操作。电力接收器可响应于传送唤醒消息或例如响应于从电力传 送器接收到对该消息的确认而进入电力传输阶段。
[0063] 在一些实施例中，该系统可直接移动到电力传输阶段，而不应用任何配置阶段。在 一些实施例中，该系统可经由一个或多个介于中间的阶段(例如介于中间的探测或配置阶 段)移动到电力传输阶段。在这样的实施例中，电力传输阶段的进入可取决于介于中间的阶 段中的操作。因此，该系统可在一些情形中仅继续到电力传输阶段(例如取决于由电力接收 器在探测阶段中的适当响应)。
[0064] 因此，可使用在唤醒之前设定的配置参数来发起电力传输阶段。
[0065] 根据本发明的可选特征，可在待机阶段期间通过电力信号的负载调制从电力接收 器传送唤醒消息。
[0066] 这在很多实施例中可提供有效的操作。特别地，可降低在待机阶段期间的功耗。例 如，其可允许提供不足以对电力接收器的(减少的）功能供电但是足以支持负载调制的电力 信号。电力的降低可允许以高得多的频率来提供电力信号，由此允许系统的快得多的唤醒。 [0067] 在一些实施例中，由电力接收器使用从电力接收器的内部能量储存器供电的功能 来传送唤醒消息。
[0068] 这可在一些情形中提供改进的性能。具体地，电力接收器可在电力传送器不需要 为此目的提供电力信号的情况下传送唤醒消息。
[0069] 根据本发明的可选特征，电力接收器确定电力接收器的能量储存器的能量储存水 平，并且如果能量储存水平低于阈值则在待机阶段期间传送第二消息给电力传送器；并且 其中如果第二消息被传送，则电力接收器和电力传送器发起电力传输操作。
[0070] 这可提供有利的性能，并且可特别允许在不需要待机阶段提供电力传输的情况下 维持电力接收器中的足够能量的有效方式。因此，使用正常电力传输操作，但是其可被简 单应用以对能量储存器(例如保存在短时间间隔内足够对功能的部分进行供电的电荷的容 量）再充电。
[0071] 根据本发明的可选特征，第一消息指示待机阶段中电力传送器未提供电力信号的 间隔的最大持续时间。
[0072] 这可在很多情形中提供有效性能，并且可在很多实施例中特别便于将待机阶段引 入到现有系统。特别地，其可提供使用Qi系统的选择阶段和探测阶段实施待机阶段的有效 方式。第一消息可提供对何时在选择阶段和探测阶段之间切换的时序指示，例如选择阶段 的最大持续时间。
[0073] 根据本发明的可选特征，电力接收器通过在电力传输阶段的末尾处传送电力控制 误差消息来设定电力信号的电力水平，并且待机电力信号要求指示对维持待机阶段期间的 电力水平的要求。
[0074] 这可提供有效但低复杂度的操作。
[0075] 根据本发明的可选特征，电力接收器被布置为在电力传输阶段期间传送第一消 肩、。
[0076] 这可在很多实施例中提供有效但低复杂度的操作，并且可特别允许具有有效信令 的鲁棒操作。
[0077] 根据本发明的可选特征，电力传送器被布置为响应于接收到电力传输阶段的终止 消息而进入待机阶段。
[0078] 这可在很多实施例中提供有效但低复杂度的操作，并且可特别允许具有有效信令 的鲁棒操作。
[0079] 根据本发明的可选特征，电力接收器在待机阶段期间从电力信号对内部能量储存 器进行充电。
[0080] 这可提供有利性能并且可特别允许维持电力接收器中的足够能量的有效方式。
[0081] 根据本发明的可选特征，电力传送器和电力接收器在不进入配置阶段的情况下从 待机阶段切换到电力传输阶段。
[0082] 这在很多情形中可允许电力接收器的更有效和/或尤其更快的唤醒。因此，可使 用在唤醒之前设定的配置参数来发起电力传输阶段。
[0083] 在一些实施例中，电力传送器和电力接收器从待机阶段(直接）切换到探测阶段。
[0084] 在一些实施例中，电力传送器和电力接收器从待机阶段(直接）切换到配置阶段。
[0085] 根据本发明的可选特征，电力接收器被布置为在电力传输阶段之前发生的配置阶 段期间传送第一消息。
[0086] 这可在很多实施例中提供有效但低复杂度的操作，并且可特别允许具有有效信令 的鲁棒操作。该方案可允许根据与其他参数的配置流程相同的原理和方案来执行待机阶段 的配置。这可例如允许功能的再使用。
[0087] 根据本发明的可选特征，电力接收器被布置为传送第二消息到电力传送器，该第 二消息指示电力传送器响应于接收到唤醒消息将执行的行为。
[0088] 这可提供更灵活的系统，并且可允许系统的操作适合于各个电力接收器的特别要 求和偏好。例如，电力接收器可定义或请求电力传送器在从待机模式唤醒之后直接进入电 力传输阶段而不进入配置阶段，或其应当首先进入配置阶段。在一些实施中，电力接收器可 命令或请求电力传送器通过提供可由电力接收器进行电力调制的电力信号来对唤醒消息 做出响应。
[0089] 在一些实施例中，第二消息指示电力传送器在从待机阶段唤醒之后应当进入的阶 段。
[0090] 在一些实施例中，第二消息指示电力传送器是否应当跳过在待机阶段和电力传输 阶段之间的配置阶段。
[0091 ] 根据本发明的一方面，提供了一种包括电力传送器和电力接收器的感应式电力传 输系统的电力传送器的操作方法，感应式电力传输系统支持基于电力信号的负载调制从电 力接收器到电力传送器的通信，该方法包括：当处于电力传输阶段时生成用于电力接收器 的无线电力信号；接收包括在待机阶段期间对电力信号的待机电力信号要求的第一消息； 并且在待机阶段期间根据待机电力信号要求来提供电力信号。
[0092] 根据本发明的一方面，提供了一种包括电力传送器的感应式电力传输系统的电力 接收器的操作方法，该电力传送器用于在处于电力传输阶段时生成用于电力接收器的无线 电力信号，该感应式电力传输系统支持基于电力信号的负载调制从电力接收器到电力传送 器的通信，该方法包括：当处于电力传输阶段时从电力信号提取电力；传输第一消息给电 力传送器，第一消息包括在待机阶段期间对电力信号的待机电力信号要求；以及当处于待 机阶段时接收电力信号。
[0093] 根据本发明的一方面，提供了一种包括电力传送器和电力接收器的感应式电力传 输系统，该感应式电力传输系统被布置为经由无线电力信号将电力从电力传送器传输到电 力接收器并且支持基于电力信号的负载调制从电力接收器到电力传送器的通信，其中电力 接收器包括用于将第一消息传送到电力传送器的传送器，第一消息包括在待机阶段期间对 电力信号的待机电力信号要求；并且电力传送器包括：用于在处于电力传输阶段时生成电 力信号以提供电力传输给电力接收器的电力单元；用于接收第一消息的接收器；以及用于 在待机阶段期间根据待机电力信号要求来提供电力信号的待机单元。
[0094] 根据本发明的一方面，提供了一种包括电力传送器和电力接收器的感应式电力传 输系统的电力传送器，该感应式电力传输系统支持基于电力信号的负载调制从电力接收器 到电力传送器的通信，该电力传送器包括：用于在处于电力传输阶段时生成用于电力接收 器的无线电力信号的生成器；用于接收包括在待机阶段时对电力信号的待机电力信号要求 的第一消息的接收器；以及用于在待机阶段期间根据待机电力信号要求来提供电力信号的 待机单元。
[0095] 根据本发明的一方面，提供了一种感应式电力传输系统的电力接收器，该感应式 电力传输系统包括用于在处于电力传输阶段时生成用于电力接收器的无线电力信号的电 力传送器，该感应式电力传输系统支持基于电力信号的负载调制从电力接收器到电力传送 器的通信，该电力接收器包括：用于在处于电力传输阶段时从电力信号提取电力的电力单 兀；用于将第一消息传送给电力传送器的传送器，第一消息包括在待机阶段期间对电力信 号的待机电力信号要求；以及用于在处于待机阶段时接收电力信号的接收器。
[0096] 根据下文描述的（多个）实施例，本发明的这些和其它方面、特征和优点将变得清 楚，并且将参考下文描述的(多个）实施来阐明本发明的这些和其它方面、特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0097] 将仅通过示例的方式参考附图来描述本发明的实施例，在附图中： 图1提供根据本发明的一些实施例的电力传输系统的示例性图示； 图2提供根据本发明的一些实施例的电力传送器的示例性图示； 图3提供根据本发明的一些实施例的电力接收器的示例性图示； 图4提供根据本发明的一些实施例的电力接收器的示例性图示；以及 图5提供根据本发明的一些实施例的电力传输系统的操作方法的示例性图示。
【具体实施方式】
[0098] 图1图不根据本发明的一些实施例的电力传输系统的不例。电力传输系统包括电 力传送器101，电力传送器101包括(或耦合到)传送器线圈/电感器103。系统还包括电力 接收器105,电力接收器105包括(或耦合到）接收器线圈/电感器107。
[0099] 将认识到，电力接收器105可以是例如提供用户功能(例如通信或计算功能）以及 电力传输/提取功能的单个集成设备。在其它情形中，电力接收器105可以仅包括提取电力 的功能，其中电力被提供给外部负载。在下文中，术语电力接收器105将用于表示其本身中 的电力传输/提取功能，以及电力传输/提取功能的组合功能和由该功能供电的负载。特 别地，该术语还将指代电力传输设备和由电力传输设备供电的用户设备的组合。
[0100] 系统提供了从电力传送器101到电力接收器105的无线感应式电力传输。特别地， 电力传送器101生成电力信号，电力信号通过传送器线圈103作为磁通量被传播。电力信 号可通常具有在大约100kHz到200kHz之间的频率。传送器线圈103和接收器线圈105松 散耦合，并且因此接收器线圈从电力传送器101拾取(至少部分）电力信号。因此经由从传 送器线圈103到接收器线圈107的无线感应耦合将电力从电力传送器101传输到电力接收 器105。术语电力信号主要用于指代被提供到传送器线圈103的电气信号，但是应当认识 至IJ，通过等同，其还可以被认为并用作对磁通量信号的提及，或实际上对接收器线圈107的 电气信号的提及。
[0101] 在下文中，将具体参考根据Qi标准(除了本文描述的(或后续的)修改和增强之外） 的实施例来描述电力传送器101和电力接收器105的操作。特别地，电力传送器101和电 力接收器103可实质上与Qi规范版本1. 0或1. 1 (除了本文描述的（或后续的）修改和增 强之外）兼容。
[0102] 为了准备和控制在无线电力传输系统中的电力传送器101和电力接收器105之间 的电力传输，电力接收器105将信息传达到电力传送器101。这样的传达已在Qi规范版本 1. 0和1. 1中标准化。
[0103] 在物理层上，通过使用电力信号作为载体来实施从电力接收器105到电力传送器 101的通信信道。电力接收器105调制接收器线圈105的负载。这导致在电力传送器侧的 电力信号的对应变化。可通过传送器线圈105电流的幅度和/或相位的变化，或替代地或附 加地通过传送器线圈105的电压的变化来检测负载调制。基于该原理，电力接收器105可调 制数据，电力传送器101解调该数据。以字节和包来格式化该数据。可在经由http://www. wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-1, html可获得的"Systemdescription,WirelessPowerTransfer,VolumeI:LowPower, Part1:InterfaceDefinition,Version1. 0July2010,publishedbytheWireless PowerConsortium"（也被称为Qi无线电力规范，特别是第6章：通信接口）中找到更多信 肩、。
[0104] 为了控制电力传输，系统可经由不同阶段来继续，特别是选择阶段、探测阶段、识 别和配置阶段、以及电力传输阶段。可在Qi无线电力规范的部分1的第5章中找到更多信 肩、。
[0105] 最初，电力传送器101处于选择阶段，其中其仅仅监测电力接收器的潜在存在。电 力传送器101可为此目的使用各种方法，例如如在Qi无线电力规范中描述的。如果检测到 这样的潜在存在，则电力传送器101进入探测阶段，其中临时生成电力信号。电力接收器 105可应用接收到的信号来对其电子设备供电。在接收电力信号之后，电力接收器105将初 始包传达到电力传送器101。特别地，传送指示在电力传送器和电力接收器之间的耦合程度 的信号强度包。可在Qi无线电力规范的部分1的第6. 3.1章中找到更多信息。因此在探 测阶段中，确定在电力传送器101的接口处是否存在电力接收器105。
[0106] 在接收到信号强度消息之后，电力传送器101移动到识别&配置阶段。在该阶段， 电力接收器105保持其输出负载断开并且使用负载调制来与电力传送器101通信。电力传 送器为此目的提供恒定幅度、频率和相位的电力信号（除了由负载调制引起的变化之外)。 该消息可由电力传送器101使用以根据电力接收器105所请求的那样来配置自己。
[0107] 系统然后移动到电力传输阶段，其中实际电力传输发生。特别地，在已经通信其电 力要求之后，电力接收器105连接输出负载并且向其供应接收的电力。电力接收器105监 测输出负载并且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250ms 的最小速率向电力传送器101传达这样的控制误差，以向电力传送器101指示这些误差以 及对电力信号的改变或不改变的期望。
[0108] 注意，Qi无线电力规范版本1. 0和1. 1仅定义了从电力接收器105到电力传送器 101的通信，即其仅定义了单向通信。
[0109] 然而，在图1的系统中，使用双向通信，即数据的通信还可能从电力传送器101到 电力接收器105。各种应用可受益于这样的通信，例如：在测试模式中设定电力接收器，在 校准模式中设定电力接收器，或允许在电力接收器的控制下从电力传送器到电力接收器的 通信，以例如用于从电力传送器传达命令或状态信息到电力接收器。
[0110] 尽管双向通信可在很多情形和实施例中提供优点，但是这仅仅是可选的特征。实 际上，在下文中描述的原理和操作可在不使用或依赖从电力传送器101到电力接收器105 的通信的情况下实施。
[0111] 图2更详细图示了图1的电力传送器101。传送器线圈103(也称为初级线圈103 (PCL))被示为连接到电力传送器通信单元201 (TRM-C0M)，电力传送器通信单元201耦合 到传送器控制器203 (CTR)。
[0112] 电力传送器通信单元201具有耦合到驱动器207 (DRV)的调制器205 (MOD)，驱动 器207用于驱动传送器线圈103以经由传送器线圈103将(潜在的）调制电力信号（PS)传 送到接收器线圈105。驱动器207耦合到传送器控制器203,传送器控制器203可控制驱动 器来提供电力信号以具有期望的特性，例如期望的电力水平(幅度和/或电流)。电力信号 因此取决于来自控制器的控制以及(可选的）调制器205的调制二者（如果电力信号还用于 将消息从电力传送器101传达到电力接收器105的话)。
[0113] 在系统中，电力接收器105可对电力信号进行负载调制以经由接收器线圈107和 传送器线圈103发送电力接收器信号到电力传送器101。该信号被称为反射信号（RS)。通 过感测单元209(SNS)，例如通过感测传送器线圈103上的电流或电压来检测反射信号。解 调器211 (DEM)耦合到传送器控制器203以用于解调检测到的信号，例如通过将检测到的 信号的幅度或相位的变化转换为比特。
[0114] 在图2的示例中，第一单元213被布置为经由传送器线圈103接收来自电力接收 器105的数据。第一单元213包括感测单元209和解调器211。这两个单元实施经由传送 器线圈103接收数据的功能。传送器线圈103传送用于感应式电力传输的交变磁场（电力 信号PS)到接收器线圈107,并且接收由接收器线圈107引起的反射磁场(反射信号RS)(即 由负载调制引起的电力信号中的变化)。感测单元209 (电流/电压传感器SNS)感测传送 器线圈103上的电流/电压。解调器211将感测的信号的幅度或相位的变化转化为数据。
[0115] 传送器控制器203解译接收的数据并且作为响应，可控制第二单元205经由传送 器线圈103传送消息到电力接收器105。消息在示例中可以具体是旨在用于对来自电力接 收器105的消息做出响应的响应消息，并且可具体地是应答/不应答或接受/拒绝消息。这 样的通信布置可允许低复杂度的方案并且可避免对用于支持电力传送器到电力接收器通 信的复杂通信功能和协议的需要。该方案可进一步允许电力接收器维持用于电力传输的控 制元件，并且因此良好符合Qi电力传输方案的一般设计原理。
[0116] 特别地，传送器控制器203控制调制器205,调制器205调制电力信号以提供期望 的消息。调制器205可特别地通过改变电力信号的幅度、频率或相位来调制电力信号，即其 通常可使用AM、FM和/或PM调制。驱动器207 (也被第二单元215包括）被布置为通过供 应交变电信号到传送器线圈103来经由传送器线圈103传送调制的电力信号到电力接收器 105。
[0117] 控制器203还被布置为控制电力传输设置并且实施期望的控制和操作阶段和功 能。特别地，控制器203可接收和解译来自电力接收器103的消息，并且作为响应，可例如 设定电力信号的要求的电力水平。特别地，在识别和配置阶段期间，控制器203可解译来自 电力接收器105的配置包或消息，并且可例如相应地设定最大电力信号水平。在电力传输 阶段期间，传送器控制器203可根据从电力接收器105接收的控制误差消息来增大或减小 电力水平。
[0118] 图3更详细图示了图1的电力接收器105。接收器线圈107 (SCL)被示为连接到 电力接收器通信单元301 (REC-C0M)，电力接收器通信单元301耦合到接收器控制器303 (CTR)。电力接收器105包括用于经由接收器线圈107到传送器线圈103来发送数据到电 力传送器101的第一单元305。第一单元305具有耦合到调制器309 (MOD)的可改变负载 (LD) 307,调制器309用于调制在接收器线圈307处的负载以生成反射信号（RS)来用于传 送数据到电力传送器101。应当理解的是，第一单元305是包括调制器309和可改变负载 307的功能单元。
[0119] 电力接收器105还包括用于经由接收器线圈107从电力传送器101接收消息的第 二单元311。为此目的，第二单元311包括感测单元313 (SNS)，感测单元313用于检测经 由接收器线圈107从电力传送器101接收的调制电力信号（PS)，例如通过感测电压或电流。
[0120] 第二单元311还包括解调器315(DEM)，解调器315耦合到感测单元313和接收器 控制器303。解调器315根据使用的调制来解调检测的信号。调制可例如是幅度调制（AM)、 相位调制（PM)或频率调制（FM)，并且解调器315可执行适当的解调以获得消息，例如通过 将检测的信号的幅度、频率和/或相位中的变化转换为比特。
[0121] 作为示例，接收器线圈107可接收来自传送器线圈103的用于感应式电力传输的 电力信号并且可通过改变负载307发送反射信号到传送器线圈103。因此，负载307的变 化提供对电力信号的调制。调制器309控制幅度(和/或反射信号的频率和/或相位)，即 其控制负载307的操作，例如通过连接/断开阻抗电路。电流/电压感测单元313感测如 从电力传送器101接收的接收器线圈107上的电流/电压。感测单元313可以是电力接收 器的另一功能的部分并且特别地可以是用于生成DC电力的电力信号的整流和平滑化的部 分。解调器315将感测信号的变化转化为数据。接收器控制器303 (除了其他之外）控制 调制器309传达数据，并且解译由解调器315接收的数据。
[0122] 电力接收器线圈107还连接到电力单元317,电力单元317被布置为在电力传输阶 段期间接收电力信号并且提取电力。电力单元317耦合到电力负载319,电力负载319是在 电力传输阶段期间由电力传送器101供电的负载。电力负载319可以是外部电力负载，但 是一般是电力接收器设备的部分，例如电力接收器的电池、显示器或其它功能(例如针对智 能电话，电力负载可对应于智能电话的组合功能)。
[0123] 电力接收器线圈107可特别地包括整流器电流、平滑电路（电容器)和电压(和/或 电流）调节电路，以便提供稳定化的DC输出电压(或电流）供应。
[0124] 电力单元317耦合到接收器控制器303。这允许接收器控制器303确定电力电路 的操作特性并且例如可用于提供关于当前操作点的信息给接收器控制器303。接收器控制 器303可使用此来在电力传输阶段期间生成控制误差消息。接收器控制器303可进一步控 制电力单元317的操作，例如接收器控制器303可接通或关断负载。特别地，接收器操作器 303可控制电力单元317以在配置阶段期间断开负载和在电力传输阶段期间连接负载。
[0125] 在图3的系统中，感测单元313被示为直接接收电力信号并且第二单元311直接 从电力信号解调数据。这对于频率调制可例如是有用的。
[0126] 然而，在很多情形中，感测单元313可不直接感测电力信号，而是感测电力单元 317的信号。
[0127] 作为具体示例，感测单元313可测量由电力单元317生成的经整流和平滑的电压。 这可特别适合电力信号的AM调制。
[0128] 特别地，图4更详细图示了电力单元317的元件。通过整流器401 (通常是桥整流 器)来整流来自接收器线圈107的信号，并且得到的信号通过电容器Q来平滑，从而导致平 滑的DC电压(具有取决于功耗和CL的值的纹波)。图4另外示出用于接通和关断电力负载 319的开关为了确保在电力传输期间的足够低的纹波，电容器(^通常被选择为相对高， 由此得到电容器和负载组合的慢时间常数。
[0129] 在示例中，电力传送器101可应用幅度调制到电力信号，以便于从电力传送器101 到电力接收器105的通信。这将导致跨电容器Q的幅度改变，并且在示例中，感测单元313 被耦合以测量该电压。因此，跨电容器Q的电压变化可被检测并用于恢复被调制在电力信 号上的数据。使用这样的方案可降低成本和复杂度，因为其允许部件被再使用。
[0130] 与常规电力传输系统相反，图1的系统可提供附加的功能和改进的用户体验，尤 其对于在延长的持续时间（一般明显长于在电力传输阶段中花费的时间）稱合到电力传送 器101的电力接收器。该系统可特别支持Qi标准版本1. 〇和1. 1但是被增强以提供附加 的功能。
[0131] 特别地，该系统提供待机阶段，在待机阶段中电力传送器101提供具有已由电力 接收器105定义的属性的电力信号。特别地，电力接收器105传送消息，该消息包括在待机 阶段期间对电力信号的待机电力信号要求。电力传送器101接收该消息并且解译待机电力 信号要求。当电力传送器101然后进入待机阶段时，其继续生成匹配该要求的电力信号。
[0132] 因此，系统可在待机阶段中工作，其中仍然生成电力信号并且电力信号可由电力 接收器105使用(例如以维持内部电池的电荷)。此外，电力信号的特性由电力接收器105控 制，使得电力信号可适合于电力接收器105的特别要求。这不仅可提供改进的性能和适配， 而且还可一般大幅减小在待机电力阶段期间的功耗和/或例如减小接收器的唤醒时间。
[0133] -般，电力接收器105可传送消息，该消息导致电力传送器101在待机阶段期间生 成小量电力，然后可提取该电力以支持在该阶段期间的减少的低电力功能。作为特别示例， 该方案可在其处于待机操作模式中的同时允许待机电力传输被用于对移动设备中的电池 进行充电。
[0134] 在探测、识别&配置和电力传输阶段期间，系统可被认为是处于正常操作模式中， 其中电力接收器可控制电力传送器。选择阶段可被认为是减小的功耗的阶段，其中电力传 送器可决定进入用于提供电力信号的探测阶段(作为待机阶段的部分)与否。该方案因此引 入适合于减小的功耗的待机阶段，并且在待机阶段中电力传送器的待机电力行为由电力接 收器控制。
[0135] 图5图示了图1的电力传输系统的操作的示例。
[0136] 最初，电力传送器101处于选择阶段501中，其中未生成电力信号并且电力传送器 101实质地处于休眠操作模式中。然而，电力传送器101仍然监测电力接收器105的存在。 如果其检测到电力接收器105的潜在存在，则其进入探测阶段503。检测可例如基于电容的 变化的检测等。
[0137] 在探测阶段503中，电力传送器101暂时在短的持续时间内加电。该信号可对电 力接收器105进行供电(或至少向电力接收器105指示电力传送器101的存在)，并且作为 响应，电力接收器105进入探测阶段505。电力接收器105然后通过电力信号的负载调制来 传送信号强度消息到电力传送器101。该消息可指示不要求电力传输，在该情况下电力传送 器101返回到选择阶段501。如果电力接收器105要求发起电力传输，则消息将如此指示。 在该情况下，电力接收器105在已传送信号强度消息之后进入配置阶段507,并且电力传送 器101响应于接收到该消息进入配置阶段509。
[0138] 电力传送器101和电力接收器105然后继续执行配置阶段507、509以建立第一组 电力传输参数。特别地，电力接收器可提供其本身的标识(例如通过版本号)，并且可定义电 力传输值。
[0139] 在配置阶段507、509中，在电力接收器105和电力传送器101之间交换消息以建 立操作参数，并且特别是用于电力传输操作的操作参数。
[0140] 配置阶段507、509可特别地基于从电力接收器105到电力传送器101的单向通 信。特别地，配置阶段507、509可对应于如由Qi规范版本1. 0和1. 1定义的识别&配置阶 段。特别地，电力接收器105可提供其本身的标识(例如通过版本号）并且可定义电力传输 值。
[0141] 替代地或附加地，配置阶段可包括允许定义各种操作参数的双向消息交换。因此， 在一些实施例中，配置阶段507、509还可利用从电力传送器101到电力接收器105的消息 的通信。
[0142] 例如，配置阶段可首先包括单向配置子阶段，例如由Qi规范版本1. 0和1. 1定义 的识别&配置。这可接着是双向商议阶段，其中电力传送器101和电力接收器105可以商 议参数。商议阶段可特别基于电力接收器105传送请求到电力传送器101并且电力传送器 101利用接受或拒绝提议的参数的消息来对每个请求做出响应。
[0143] 商议阶段可以是可选的，并且特别地可仅在两个设备都能够支持这样的阶段时进 入商议阶段。例如，电力传送器101和/或电力接收器105可能够利用任何对应Qi版本1. 0 或1. 1设备执行Qi版本1. 〇或1. 1配置。然而，如果两个设备能够支持商议阶段(其不是 Qi规范版本1. 0或1. 1的部分)，则设备可执行商议阶段来确定和配置比遵守Qi规范版本 1. 0或1. 1时可能的参数更多的参数。该方案可因此提供反向兼容同时提供增强的功能以 用于具有适当能力的设备。
[0144] 这样的商议阶段的更多描述可在据此通过引用全部并入的US61/665989中找到。
[0145] 接着配置阶段507、509,电力传送器101和电力接收器105移动到电力传输阶段 511、513,其中电力接收器105由电力传送器101供电。使用在配置阶段507、509中设定的 参数来执行电力传输。
[0146] 在常规系统中，系统在电力传输阶段511、513的终止之后将返回到选择阶段501。 系统将然后维持在选择阶段。然而，电力接收器105可能是在延长的时间段内停留在同一 位置的设备(例如被定位在电力传送器上的灯或者通信或计算设备可能在非常长的时间保 持在那里(例如膝上型计算机在被放置到定位于办公桌上的电力传送器上时正常使用并且 仅偶尔从那里移除)）。在这样的情形中，由于一些电路系统所消耗的电力，或简单地由于漏 电流，设备的电池将逐步放电。此外，因为不存在电力接收器的位置的改变，所以电力传送 器不能使用此来发起新的电力循环。
[0147] 已提出了电力传送器可以以预定时间间隔进入探测阶段以调查电力接收器是否 需要另外的电力。然而，这往往将导致具有一般不必要的高功耗的有效操作，和/或导致对 于电力接收器来说太长的唤醒电力传送器的延迟(例如提出的时间在大约每5分钟以减小 功耗)。为了解决这样的问题，已提出了电力接收器可在不存在电力信号的情况下发送主动 消息到电力传送器。使用由电力接收器105提供的能量将主动消息从电力接收器105传达 到电力传送器101。因此，这不仅仅是对由电力传送器101提供的电力信号的被动负载调 制，而且是通过由电力接收器105生成的信号来传达消息。实际上，主动消息不能使用被动 负载调制（因为可能不存在任何电力信号)，而必须基于电力接收器生成被馈送到接收器线 圈107并且由传送器线圈103拾取的信号。然而，这样的方案要求电力接收器具有内部能 量储存器。这样的内部能量储存器将随着时间固有地放电。
[0148] 在图1的系统中，电力传送器101和电力接收器105可进入待机阶段515、517,在 该阶段中，待机电力信号仍然由电力传送器101提供，但是根据已从电力接收器105传达到 电力传送器101的特定要求。因此，可针对特定电力接收器105来优化处于待机阶段515、 517中的电力传送器101的操作。在系统中，电力接收器105特别传送要求消息到电力传送 器101，该消息包含指示系统在待机阶段中操作时电力信号的所要求的一个或多个特性的 待机电力信号要求。要求消息可以是专用消息，或可以是其中待机电力信号要求与其他数 据一起被包括的消息。要求消息可例如作为配置阶段507、509的部分(例如作为其商议阶 段的部分）被传达，或可以例如作为电力传输阶段511、513的部分被传达。
[0149] 作为非常特别的示例，在配置阶段507、509期间，电力接收器105可传达以下要 求：在待机阶段515、517期间，应当提供具有适合对电力接收器105的电池进行涓流充电的 特别减小的电力水平的电力信号。电力传送器101然后将在待机阶段515、517期间提供这 样的减小电力水平电力信号并且电力接收器105将使用此来保持电池充电。这可例如确保 电力接收器105总是能够传送主动唤醒消息。
[0150] 在待机阶段515、517中，电力接收器105操作在减少的功能/减小的功耗模式中。 一般，在这样的待机模式期间将电力接收器105的主要功能关断，并且特别地，将负载319 从电力单元317断开。特别地，电力接收器105可以在待机阶段515、517中仅对维持电力 接收器105的能量储存器并且与电力传送器101交互所要求的功能进行供电。
[0151] 在很多实施例中，待机电力信号要求可包括待机电力要求的指示，并且特别地包 括应当由电力传送器101在待机阶段515、517期间提供的电力水平的指示。电力水平可 例如是电力信号应当提供的最小电力水平以便支持待机阶段515、517期间的电力接收器 105。电力水平可以是应当连续提供的电力水平，或可以例如是应当以非连续模式提供的电 力水平。例如，电力水平可以是平均电力水平(和可能的最小平均电力水平)，其可例如由具 有给定电力水平的电力信号的给定占空比来定义和/或作为将以给定占空比来应用的给 定电力水平。待机电力信号要求可因此提供应当由电力传送器101在处于待机阶段515、 517时提供的特定电力的指示。然而，同时，其可确保电力传送器101在待机阶段515、517 期间的功耗可被减小到支持电力接收器105的减少功能所要求的最小值。
[0152] 在很多实施例中，电力传送器101可被布置为在待机阶段515、517期间提供具有 减小的电力水平的连续电力信号。电力接收器105可确定(预确定）在其中仅减少的功能 被供电/是活动的待机模式中操作时消耗多少电力。该电力要求可然后传达到电力传送器 101，电力传送器101相应地继续在待机阶段期间应用连续电力信号，由此允许电力接收器 105根据该电力信号来支持减少的功能同时维持在待机阶段中。
[0153] 因此，在这样的示例中，电力接收器105在处于待机阶段中的同时被连续供电，其 中电力信号具有减小的电力。这允许电力接收器105保持准备用于激活和/或准备好激活 电力传送器101。例如，不具有内部电力的计算设备可被放置在电力传送器101上并且切换 到待机操作模式中。在待机操作模式中，计算设备的功能可局限于从电力信号提取电力并 且监测用户输入。该减少的功能要求提供非常小的电力，并且因此计算设备可在进入待机 阶段之前请求提供仅仅足以支持该减小的功能和低功耗的电力信号。因此，电力传送器101 仅汲取非常小的电力。当用户提供用户输入以唤醒计算设备（以将计算设备从待机阶段转 变到操作阶段)时，计算设备可例如传送唤醒消息到电力传送器101。响应于接收到唤醒消 息，电力传送器101离开待机阶段并且例如移动到探测阶段。电力传送器101和电力接收 器105/计算设备然后继续执行正常过程以进入电力传输阶段，在电力传输阶段中，电力传 送器101提供足以对电力传送器101的正常操作和完整功能进行供电的电力信号。
[0154] 因此，由电力接收器105在待机阶段期间操作的减少的功能可特别包括能够初始 化电力接收器105的唤醒的功能。唤醒功能可初始化允许电力接收器105离开待机阶段/ 待机操作模式并且进入正常操作阶段/模式的过程。
[0155] 替代地或附加地，由电力接收器105在待机阶段515、517期间操作的减少的功能 可包括能够初始化系统的电力传输的功能。唤醒功能可初始化允许电力接收器105和电力 传送器101离开待机阶段515、517以进入电力传输阶段511、513的过程。
[0156] 唤醒功能可特别被布置为唤醒/启动电力接收器105和/或初始化电力传输操 作。相应地，在待机阶段期间对电力信号的待机电力信号要求可请求如下电力信号，该电力 信号保证用于电力接收器的允许至少操作其最重要启动过程的最小电力水平。
[0157] 在一些实施例中，减少的功能可包括用于维持在待机阶段期间电力接收器的能量 储存要求的功能。电力接收器105可包含能量储存器，例如保存电荷的电池或电容器(其可 例如用于对电力接收器105的功能进行供电)。如果没有电力被提供给这样的能量储存器， 则由于在待机阶段期间由能量储存器供电的任意其余功能的功耗，或例如由于寄生电流汲 取(漏电流）而使得存储的能量将逐步降低。在描述的系统中，可在待机阶段期间通过使用 在该阶段中由电力传送器101提供的电力信号来补偿这样的能量损耗。因此，待机电力信 号要求可指示将允许电力接收器105提取可存储在能量储存器中的电力的电力信号的要 求。特别地，可支持涓流充电。
[0158] 电力水平要求可以是由电力接收器105应用的预定值。例如，电力接收器105可 以被设计为在待机阶段期间利用例如1mA的充电电流对其电池进行涓流充电。在该情况 下，待机电力信号要求被设定为指示在待机阶段期间应当提供电力接收器105可从中连续 提取1mA的充电电流(在适当的充电电压下)的电力信号。在其他实施例中，电力接收器105 可应用更复杂的算法来确定适当的电力信号要求。例如，可确定特定电池状态，并且可计算 期望的充电电流。然后可确定对电力信号的对应要求，并且相应地设定待机电力信号要求。 电力接收器实际上在很多实施例中可响应于在待机期间对电力接收器进行供电的能量储 存器的电荷或能量储存状态来确定待机电力信号要求。
[0159] 与电力传输阶段511、513相反，待机阶段515、517将一般不包括任何电力控制回 路。在例如Qi的系统的电力传输阶段中，电力接收器105在电力传输阶段511、513期间传 送电力控制误差。这些电力控制误差消息用于根据电力接收器105所请求的来增大或减小 电力信号的电力水平。然而，在待机阶段515、517中，可有利地最小化功能、复杂度以及相 应地最小化功耗，并且这可包括不包含任何电力控制回路的待机阶段515、517。因此，可以 在待机操作期间保持电力信号的参数和特性恒定。
[0160] 在之前的示例中，提供连续电力信号以例如允许对电池的涓流充电，由此允许在 充电已完成之后的数小时或者甚至数天对电池完全充电。附加地或替代地，该方案可用于 使得电力接收器能够在不具有任何形式的能量储存器的情况下维持对用户交互的警觉。
[0161] 在连续电力待机模式中，电力传送器101可保持其操作点恒定，同时提供待机电 力给电力接收器105。电力接收器105在待机期间不需要将任何消息传达到电力传送器 101。
[0162] 电力传送器101在其被事件中断时，例如在从电力接收器105接收到主动唤醒消 息时，可离开待机阶段515。替代地，触发事件可以是指示应该进入探测阶段503的超时。 因此，在一些实施例中，系统可以以规则间隔离开被供电的待机阶段515、517以发起探测 来检测电力接收器105是否要求初始化电力传输阶段。
[0163] 在一些实施例中，可不连续提供但是可间歇提供电力信号。在一些实施例中，在待 机阶段515、517期间，例如通过在重复时间间隔中提供电力信号来使用电力信号的非连续 提供。在一些实施例中，待机电力信号要求可指示要求的占空比；或等同地，当电力提供时 间间隔恒定时，待机电力信号要求可指示在时间间隔之间的时间间隔。这样的非连续操作 可更实际并且在一些实施例中更容易实施。其潜在地还可导致降低的功耗。
[0164] 在非连续待机模式中，电力传送器可在等距时间间隔以脉冲提供电力信号。电力 接收器可在待机电力信号要求中传达所要求的脉宽、占空比和/或间隔之间的时间。
[0165] 作为示例，可修改Qi标准版本1. 0或版本1. 1以使得电力接收器能够配置电力传 送器的这样的非连续电力信号的脉宽以及时间间隔。可利用在配置阶段期间电力接收器可 传达的新包来实施扩展。电力传送器然后可在其进入待机阶段时应用这些值。
[0166] 例如可从电力接收器105传送以下消息到电力传送器101 :
【权利要求】
1. 一种用于感应式电力传输系统的操作方法，所述系统包括在处于电力传输阶段时生 成用于电力接收器（105)的无线电力信号的电力传送器（101)，所述感应式电力传输系统 支持例如基于所述电力信号的负载调制从所述电力接收器（105)到所述电力传送器（101) 的通信，所述方法包括： 所述电力接收器（105)传送（507)第一消息给所述电力传送器（101)，所述第一消息包 括在待机阶段期间对所述电力信号的待机电力信号要求； 所述电力传送器（101)接收（507)所述消息；以及 所述电力传送器（101)在所述待机阶段期间根据所述待机电力信号要求来提供所述电 力信号。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述待机电力信号要求指示在所述待机阶段期间 所述电力信号的电力要求。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述待机电力信号要求表示所述电力接收器 (105)的减少的功能的最小电力。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述减少的功能包括用于初始化所述电力接收器 (105)的唤醒过程的功能。
5. 根据权利要求3所述的方法，其中所述电力要求表示用于在所述待机阶段期间维持 所述电力接收器（105)的能量储存要求的最小电力。
6. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电力传送器（101)被布置为在所述待机 阶段期间间歇地提供所述电力信号，并且所述待机电力信号要求指示提供所述电力信号的 时间间隔的时序。
7. 根据权利要求1、2或6所述的方法，其中所述电力接收器（105)在所述待机阶段期 间传送唤醒消息到所述电力传送器（101);并且所述电力传送器（101)响应于接收到所述唤 醒消息而移动到所述电力传输阶段。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中在所述待机阶段期间通过所述电力信号的负载调 制来从所述电力接收器（105)传送所述唤醒消息。
9. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电力接收器（105)确定所述电力接收器 (105)的能量储存器的能量储存水平，并且如果所述能量储存水平在阈值以下则在所述待 机阶段期间传送第二消息到所述电力传送器（101);并且其中如果传送所述第二消息，则所 述电力接收器（105)和所述电力传送器（101)发起电力传输操作。
10. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一消息指示所述待机阶段中未由电力 传送器（101)提供电力信号的间隔的最大持续时间。
11. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电力接收器（105)通过在所述电力传输 阶段的末尾传送电力控制误差消息来设定所述电力信号的电力水平，并且所述待机电力信 号要求指示在所述待机阶段期间维持所述电力水平的要求。
12. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电力接收器（105)被布置为在所述电力 传输阶段期间传送所述第一消息。
13. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电力传送器（101)被布置为响应于接收 到电力传输阶段的结束消息而进入所述待机阶段。
14. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电力接收器（105)在所述待机阶段期间 从所述电力信号对内部能量储存器进行充电。
15. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电力传送器（101)和电力接收器（105) 在不进入配置阶段的情况下从所述待机阶段切换到所述电力传输阶段。
16. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电力接收器（105)被布置为在所述电力 传输阶段之前发生的配置阶段期间传送所述第一消息。
17. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电力接收器（105)被布置为传送第二消 息到所述电力传送器（101)，所述第二消息指示由所述电力传送器（101)响应于接收到唤 醒消息而要执行的行为。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述第二消息指示所述电力传送器（101)在从 所述待机阶段唤醒之后应当进入的阶段。
19. 一种包括电力传送器（101)和电力接收器（105)的感应式电力传输系统的电力传 送器（101)的操作方法，所述感应式电力传输系统支持例如基于电力信号的负载调制从电 力接收器（105)到所述电力传送器（101)的通信，所述方法包括： 当处于电力传输阶段时生成用于电力接收器（105)的无线电力信号； 接收包括在待机阶段期间对所述电力信号的待机电力信号要求的第一消息；以及 在待机阶段期间根据所述待机电力信号要求来提供所述电力信号。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中所述待机电力信号要求指示在所述待机阶段期 间对所述电力信号的电力要求。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中所述待机电力信号要求表示所述电力接收器 (105)的减少的功能的最小电力。
22. 根据权利要求19或20所述的方法，其中所述电力传送器（101)在所述待机阶段期 间间歇地提供所述电力信号，并且所述待机电力信号要求指示提供所述电力信号的时间间 隔的时序。
23. 根据权利要求19或20所述的方法，还包括所述电力传送器（101)在所述待机阶段 期间响应于接收到来自所述电力接收器（105)的唤醒消息而移动到所述电力传输阶段。
24. 根据权利要求19或20所述的方法，其中所述第一消息指示所述待机阶段中未由电 力传送器（101)提供电力信号的间隔的最大持续时间。
25. -种包括电力传送器（101)的感应式电力传输系统的电力接收器（105)的操作方 法，所述电力传送器（101)用于在处于电力传输阶段时生成用于所述电力接收器（105)的 无线电力信号，所述感应式电力传输系统支持例如基于所述电力信号的负载调制从所述电 力接收器（105)到所述电力传送器（101)的通信，所述方法包括： 当处于所述电力传输阶段时从所述电力信号提取电力； 传输第一消息给所述电力传送器（101)，所述第一消息包括在待机阶段期间对所述电 力信号的待机电力信号要求；以及 当处于所述待机阶段时接收所述电力信号。
26. -种包括电力传送器（101)和电力接收器（105)的感应式电力传输系统，所述感应 式电力传输系统被布置为经由无线电力信号将电力从所述电力传送器（101)传输到所述电 力接收器（103)并且支持例如基于所述电力信号的负载调制从所述电力接收器（105)到所 述电力传送器（101)的通信，其中 所述电力接收器（105)包括用于将第一消息传送到所述电力传送器（101)的传送器， 所述第一消息包括在待机阶段期间对所述电力信号的待机电力信号要求； 并且所述电力传送器（101)包括： 用于在处于电力传输阶段时生成所述电力信号以提供电力传输给所述电力接收器 (105)的电力单元； 用于接收所述第一消息的接收器；以及 用于在所述待机阶段期间根据所述待机电力信号要求来提供所述电力信号的待机单 J Li 〇
27. -种包括电力传送器（101)和电力接收器（105)的感应式电力传输系统的电力 传送器，所述感应式电力传输系统支持例如基于电力信号的负载调制从所述电力接收器 (105)到所述电力传送器（101)的通信，所述电力传送器包括： 用于在处于电力传输阶段时生成用于所述电力接收器（105)的无线电力信号的生成器 (207)； 用于接收包括在待机阶段期间对所述电力信号的待机电力信号要求的第一消息的接 收器（213);以及 用于在所述待机阶段期间根据所述待机电力信号要求来提供所述电力信号的待机单 元（203、207)。
28. -种感应式电力传输系统的电力接收器，所述感应式电力传输系统包括用于在处 于电力传输阶段时生成用于所述电力接收器（105)的无线电力信号的电力传送器（101)， 所述感应式电力传输系统支持例如基于所述电力信号的负载调制从所述电力接收器（105) 到所述电力传送器（101)的通信，所述电力接收器（105)包括： 用于在处于电力传输阶段时从所述电力信号提取电力的电力单元（317); 用于将第一消息传送给所述电力传送器（101)的传送器（305)，所述第一消息包括在 待机阶段期间对所述电力信号的待机电力信号要求；以及 用于在处于所述待机阶段时接收所述电力信号的接收器（317)。
【文档编号】H02J7/00GK104508935SQ201380040739
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年7月10日 优先权日:2012年7月30日
【发明者】范瓦格宁根 A., H. 斯瓦安斯 L. 申请人:皇家飞利浦有限公司