无线电力发送器以及无线电力发送方法与流程

本发明涉及无线电力发送器以及无线电力发送方法，并且更具体地，涉及能够对一个或多个无线电力接收器充电的无线电力发送器以及无线电力发送方法。

背景技术：

与通过电线发送能量并将其用作用于电子设备的电源的现有方法截然相反，非接触式无线充电是无需电线的电磁传输能量的能量传输方法。非接触式无线发送方法包括电磁感应和谐振耦合。电磁感应是其中电力发送部件在电力发送线圈(初级线圈)中产生磁场的电力传输方法，并且其中接收线圈(次级线圈)被放置在可感应到电流的位置上。谐振耦合是使用初级线圈与次级线圈之间的谐振的能量传输，其中谐振模式的能量耦合在作为初级线圈的线圈与以相同的频率谐振的次级线圈之间。

技术实现要素：

技术问题

近来，正在开发用于移动装置的电磁感应无线充电器-即，无线电力发送器-。值得注意的是，WPC(无线充电联盟)正在努力进行无线电力发送技术的标准化，以使得能够实现无线电力发送器之间的互操作性。

已发布的WPC标准是设计用于对低功率移动装置进行充电的低功率规范。然而，随着移动装置的多样化以及对更高充电效率的需要，存在对于较高功率充电日益增长的需求。此外，由于无线充电技术正迅速成为商业可用的，因此为了用户方便还需要使得多个移动装置能够同时进行充电的方法。

技术解决方案

本发明是试图解决上述技术问题而进行的，本发明的一个实施方式提供了一种无线电力发送器，其能够对多个无线电力接收器进行充电，该无线电力发送器包括：多个线圈单元；主半桥逆变器，主脉冲信号被施加至所述主半桥逆变器；多个子半桥逆变器，第一子脉冲信号或第二子脉冲信号被施加至所述多个子半桥逆变器；电流传感器，其监测所述线圈单元的电流；以及通信和控制单元，其控制施加至所述主半桥逆变器和所述子半桥逆变器的所述脉冲信号并与所述无线电力接收器进行通信，其中，所述子半桥逆变器被分别连接至所述线圈单元，并且所述第一子脉冲信号可以是所述主脉冲信号的反相版本，所述第二子脉冲信号可以是所述主脉冲信号的相位控制版本。

在根据本发明的实施方式的无线电力发送器中，所述通信和控制单元可以将所述第二子脉冲信号施加至所述子半桥逆变器中的至少一个以发现电力接收器。

在根据本发明的实施方式的无线电力发送器中，当所述线圈单元中的至少一个从电力接收器接收到响应时，所述通信和控制单元可以通过将所述第一子脉冲信号施加至连接到已从所述电力接收器接收到所述响应的所述线圈单元的所述子半桥逆变器来执行电力发送。

在根据本发明的实施方式的无线电力发送器中，当所述线圈单元中的至少一个未从电力接收器接收到响应时，所述通信和控制单元可以禁用所述子半桥逆变器。

在根据本发明的实施方式的无线电力发送器中，当从其接收到响应的所述无线电力接收器是感应型无线电力接收器时，所述通信和控制单元可以通过控制施加至所述子半桥逆变器的第二电力信号的相位来执行电力发送。

在根据本发明的实施方式的无线电力发送器中，来自所述无线电力接收器的所述响应可以包括模式信息，并且所述模式信息可以指示所述无线电力接收器是感应型还是谐振型。

在根据本发明的实施方式的无线电力发送器中，所述第二子脉冲信号可以要么同时要么顺序地被施加至所述子半桥逆变器中的至少一个。

本发明的另一实施方式提供了一种用于无线电力发送器的无线电力发送方法，所述无线电力发送器包括主半桥逆变器和多个子半桥逆变器，所述方法包括以下步骤：设置选择信号以将第二子脉冲信号施加至所述子半桥逆变器中的至少一个；通过将使能信号施加至所述至少一个子半桥逆变器来将电力发送至至少一个线圈单元；以及当所述至少一个线圈单元从无线电力接收器接收到响应时，改变所述选择信号以将第一子脉冲信号施加至所述至少一个子半桥逆变器，其中，所述第一子脉冲信号是施加至所述主半桥逆变器的主脉冲信号的反相版本，并且所述第二子脉冲信号是所述主脉冲信号的相位控制版本。

根据本发明的实施方式的无线电力发送方法还可以包括，当所述至少一个线圈单元未从无线电力接收器接收到响应时，停止施加所述使能信号。

根据本发明的实施方式的无线电力发送方法还可以包括以下步骤，当所述至少一个线圈单元从无线电力接收器接收到响应时，确定所述无线电力接收器是感应型还是谐振型。

根据本发明的实施方式的无线电力发送方法还可以包括以下步骤，当所述无线电力接收器是感应型时，控制所述第二子脉冲信号的所述相位，而不是改变所述选择信号。

在根据本发明的实施方式的无线电力发送方法中，来自所述无线电力接收器的所述响应可以包括模式信息，并且所述模式信息可以指示所述无线电力接收器是感应型还是谐振型。

在根据本发明的实施方式的无线电力发送方法中，所述使能信号要么同时要么顺序地被施加至所述至少一个子半桥逆变器。

有益效果

根据本发明的无线电力发送器可以通过识别无线电力接收器是谐振型还是感应型来以适当的方式控制电力发送。

具体地，根据本发明的无线电力发送器可以通过接收来自无线电力接收器的模式信息来识别该无线电力接收器的类型。优选地，无线电力发送器可以通过发送模式信息来指示其支持的充电类型-感应型或谐振型-。

此外，根据本发明的无线电力发送器可以包括主半桥逆变器和多个子半桥逆变器，并且可以将多个子脉冲信号施加至所述子半桥逆变器以将用于通信的电力或用于充电的电力施加至多个线圈单元。利用该结构，无线电力发送器可以在通信电力与充电电力之间有效地切换，并因此有效地发现多个无线电力接收器并对它们进行充电。而且，利用该结构，可以减小电路复杂性，并且可以单独且有效地控制多个线圈单元。

另外，根据本发明的无线电力发送器可以有效地发现不同类型的无线电力接收器并针对各个类型执行充电控制。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施方式的无线电力发送/接收系统。

图2是示出根据本发明的实施方式的电力发送/接收方法的框图。

图3示出了根据本发明的实施方式在感应模式下的电力传输控制的方法。

图4示出了根据本发明的实施方式的电力发送设备。

图5示出了根据本发明的实施方式的电力接收设备。

图6示出了根据本发明的实施方式的电力发送方法。

图7示出了根据本发明的实施方式由电力接收器发送的配置分组和由电力发送器发送的配置分组。

图8示出了根据电力发送器的类型及电力接收器的类型的不同的操作方法和控制流。

图9示出了根据本发明的实施方式的ID分配分组。

图10示出了根据本发明的实施方式在电力传输期间用于数据通信的帧结构。

图11示出了根据本发明的实施方式的同步分组。

图12是示出根据本发明的实施方式的电力发送器的视图。

图13是示出根据本发明的实施方式的电力发送器的视图。

图14示出了根据本发明的实施方式的主脉冲信号、子脉冲信号以及多路复用器的输出脉冲信号。

图15示出了根据本发明的实施方式操作无线电力发送器的方法。

图16是示出根据本发明的另一个实施方式的电力发送器的视图。

图17是示出根据本发明的另一个实施方式的电力发送器的视图。

具体实施方式

现在将参照附图对本发明的优选实施方式进行详细参考。下面将参照附图给出的详细描述旨在说明本发明的示例性实施方式，而不是仅仅示出可根据本发明实现的实施方式。前面的描述阐述了很多具体细节来表达对本发明的全面的理解。然而，对于一个本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施。

本文所使用的大部分术语是已广泛用于本发明构思所属的技术领域的一般术语，但一些术语是在某些情况下由申请人任意地选择的，在下面的描述中将对它们的含义进行详细说明。因此，本发明应利用术语的预定含义而非它们的简单名称和含义来理解。

近来，正在开发用于包括移动装置的各种电子产品的电磁感应无线充电器-即，无线电力发送器-。值得注意的是，WPC(无线充电联盟)正在努力进行无线电力发送/接收技术的标准化，以使得能够实现无线电力发送器之间的互操作性。在本说明书中，移动装置指的是诸如移动电话、平板电脑、笔记本电脑、电动牙刷等可以是手持和携带的电子设备。在本说明书中，移动装置将作为接收无线电力的电子装置的示例而被描述；然而，这仅仅是一个实施方式，并且应显而易见的是，本发明针对的是包括无线电力接收器的某一电子装置。

最近开发的无线充电系统支持高达约5W的低功率发送/接收。然而，随着近来更大的移动装置和更高的电池容量的趋势，利用低功率充电存在诸如较长充电时间和较低效率的问题。因此，目前正在开发无线充电系统以支持高达15W的中等功率发送/接收。本着这一点，额外包含用于对多个电子装置进行充电的谐振耦合的无线充电系统也正在开发之中。本发明涉及一种额外包含谐振耦合额无线充电系统，并旨在提出一种与低功率/中等功率感应无线充电发送器/接收器兼容的谐振无线充电发送器/接收器。

在下文中，无线电力发送器可被简称为电力发送器或发送器，并且无线电力接收器可被简称为电力接收器或接收器。

图1示出了根据本发明的实施方式的无线电力发送/接收系统。

在图1中，无线电力发送/接收系统包括无线地接收电力的移动装置1010以及基站1020。

移动装置1010包括：电力接收器1040，其通过次级线圈接收无线电力；以及负载1030，其通过电力接收器获得所接收到的电力，并且将其施加到所述装置。电力接收器1040可以包括：电力获取单元1080，其通过次级线圈接收无线电力信号并将其转换为电能；以及通信和控制单元1090，其控制向电力发送器1050以及来自电力发送器1050的通信和电力信号发送/接收(电力发送/接收)。

基站1020是提供感应电力或谐振电力的装置，该基站可以包括一个或多个电力发送器1050和1060以及系统单元1070。电力发送器1050可以发送感应/谐振电力并控制电力发送。电力发送器1050可以包括：电力转换单元1100，其将电能转换为电力信号并借助通过主线圈创建磁场来传输电力信号；以及通信和控制单元1110，其对至电力接收器的通信和电力传输进行控制来以适当的等级传输电力。系统单元1070可以控制基站的其它操作，诸如输入电力供应、多个电力发送器的控制以及用户界面。基站1020以下可以被称为电力发送设备。

电力发送器可以通过控制操作点来控制发送功率。要被控制的操作点可对应于频率(相位)、占空比以及电压振幅的组合。电力接收器可以通过控制频率(相位)、占空比/占空率以及输入电压振幅中的至少一个来控制传输的功率。而且，电力发送器可以供应恒定电力，并且电力接收器可以通过控制谐振频率来控制接收功率。

在下文中，线圈或线圈部分可以包括线圈和靠近该线圈的至少一个元件，并且被称为线圈组件、线圈单元或者单元。

在本说明书中，电力发送器/接收器可以在感应模式或谐振模式下操作。在感应模式下，操作模式可以根据所发送或接收的电力量被分为低功率模式和中等功率模式。

在感应模式下，电力发送器/接收器可以按给定的能力/等级来发送和接收电力。例如，电力发送等级可被分为低功率发送、中等功率发送、高功率发送等。在本说明书中，高达约5W的无线电力发送/接收可被称为低功率模式发送/接收，并且高达15W的无线电力发送/接收可被称为中等功率模式发送/接收。在一些实施方式中，低功率可对应于0W至10W，中等功率可对应于10W至20W。

在谐振模式下，电力发送器可同时向多个电力接收器供应电力。因此，谐振模式也可被称为共享模式。在谐振模式下，电力发送器/接收器可以按不同于感应模式的方式来发送或接收电力。与共享模式相反，感应模式可被称为互斥模式。

现在，首先将对电力发送/接收阶段进行描述。

图2是示出根据本发明的实施方式的电力发送/接收方法的框图。

在根据本发明的无线充电系统中，可以按五个阶段执行无线充电。所述五个阶段包括选择阶段S2010、ping阶段S2020、识别&配置阶段S2030、协商阶段S2040以及电力传输阶段S2050。在低功率模式的电力发送/接收中可以省去协商阶段S2040。也就是说，在低功率模式下，按四个阶段执行电力发送/接收，并且协商阶段S2040可以在中等功率模式下附加地执行。

在选择阶段S2010中，电力发送器监测接口表面物体的装入或移除。如图2所示，无线电力发送器可以通过施加电力信号检测所接触的异物。换句话说，电力发送器可以通过向主线圈施加短电力信号并检测该主线圈中由该电力信号生成的电流来监测是否存在异物。如果电力发送器接收在选择阶段S2010中监测到的信号强度信息(分组)并且基于该信息检测物体，则其可以尝试选择该物体是电力接收器或者仅仅是异物(如钥匙、硬币等)。为了使该选择起作用，电力发送器可以执行ping阶段S2020、识别&配置阶段S2030、和协商阶段S2040中的至少一个。

在ping阶段S2020中，电力发送器可以执行数字ping并等待来自电力接收器的响应。数字ping是指用于检测和识别电力接收器的电力信号的应用/发送。如果电力发送器发现电力接收器，则电力发送器可以扩展该数字ping以进入识别&配置阶段S2030。

在识别&配置阶段S2030中，电力发送器可以识别所选择的电力接收器并获得该电力接收器的配置信息，诸如最大电力量。换句话说，电力发送器可以接收识别&配置信息并获得有关电力接收器的信息，并且使用该信息来建立电力传输协约。该电力传输协约可以包含对表征随后的电力传输阶段S2050中的电力传输的多个参数的限制。

在协商阶段S2040中，电力接收器可以与电力发送器协商以便创建附加的电力传输协约。换句话说，电力发送器从电力接收器接收协商请求/信息，并且协商阶段S2040可以仅当所述接收器在识别&配置阶段S2030中被识别为中等功率接收器时才被执行。在协商阶段S2040中，可以对诸如电力发送器的保证功率等级以及电力接收器的最大功率的附加参数进行协商。如果电力接收器是低功率接收器，则可以省去协商阶段S2040，并且电力发送器可以从识别&配置阶段S2030直接进入电力传输阶段S2050。

在电力传输阶段S2050中，电力发送器向电力接收器无线提供电力。电力发送器可以接收用于发送电力的控制数据并基于该控制数据来控制电力传输。违反任何对电力传输期间的电力传输协约中的那些参数中的任何参数的状态限制都会导致电力发送器中断电力传输-系统返回至选择阶段S2010。

图3示出了根据本发明的实施方式在感应模式下的电力传输控制的方法。

图3中的电力发送器3010和电力接收器3020各自可包括电力转换单元3030和电力获取单元3040，如图1中所例示的。

在上述感应模式下的电力传输阶段S2050中，电力发送器和电力接收器可以通过随电力发送/接收一起执行通信来控制电力传输的量。电力发送器和电力接收器在特定控制点工作。该控制点是指电力传输期间在电力接收器的输出端提供的电压和电流的组合。

更具体地，电力接收器选择所期望的控制点-所期望的输出电流和/或电压、在移动装置中的特定位置测得的温度等。另外，电力接收器确定其当前工作的实际控制点。利用所期望的控制点和实际控制点，电力接收器可以计算控制误差值并将该控制误差值作为控制误差分组发送至电力发送器。

然后，电力发送器可以使用所接收到的控制误差分组以通过设置和控制新的操作点(振幅、频率以及占空比)来控制电力传输。因此，控制误差分组在电力传输阶段以固定的时间间隔被发送和接收，并且在实施方式中，如果电力接收器想减小电力发送器中的电流，则其可以将控制误差值设置成负数，并且如果电力接收器想增大电力发送器中的电流，则其可以将控制误差值设置成正数。通过该方式，在感应模式下，电力接收器可以通过将控制误差分组发送至电力发送器来控制电力传输。

下面要描述的谐振模式可以按不同于感应模式的方式操作。在谐振模式下，单个电力发送器必须同时服务多个电力接收器。然而，在上述感应模式下的电力传输的控制中，经由与单个电力接收器的通信来控制传输的电力，因此可能难以对至附加的电力接收器的电力传输进行控制。因此，在根据本发明的谐振模式下，电力发送器可以向电力接收器传输共同的基本电力，并且电力接收器可以控制其谐振频率以控制接收的电力量。然而，参照图3进行说明的方法不完全排除谐振模式下的操作，而是可以按图3的方法执行额外的发送电力控制。

图4示出了根据本发明的实施方式的电力发送设备。

在图4中，电力发送设备4010可以包括以下元件中的至少一个：盖住线圈组件的盖子4020、向电力发送器供电的电源适配器4030、发送无线电力的电力发送器4040或者提供关于电力传输的进展的信息以及其它相关信息的用户界面4050。具体地，所述用户界面4050可以可选择地包括在电力发送设备4010中或者可以作为电力发送设备4010的另一用户界面4050而被包括。

电力发送器4040可以包括线圈组件4060、阻抗匹配电路4070、逆变器4080、通信单元4090或控制单元4100中的至少一个。

线圈组件4060可以包括生成磁场的至少一个主线圈，并且也可以指线圈单元。

阻抗匹配电路4070可以提供所述逆变器与所述主线圈之间的阻抗匹配。阻抗匹配电路4070可以以适于提高主线圈电流的频率来产生谐振。在多线圈电力发送器中，阻抗匹配电路可以附加地包括将信号从逆变器路由到主线圈的子集的多路复用器。阻抗匹配电路还可以被称为振荡电路。

逆变器4080可以将DC输入转换成AC信号。逆变器4080可以作为半桥逆变器或者全桥逆变器操作以生成可调频率的脉冲波以及占空比。而且，逆变器可以包括多个级以调节输入电压电平。

通信单元4090可以与电力接收器通信。电力接收器执行负载调制以便将请求或其它信息传递到电力发送器。因此，电力发送器可以监测主线圈中的电流和/或电压的振幅和/或相位，以便使用通信单元4090解调由电力接收器发送的数据。此外，电力发送器可以控制输出功率以便通过FSK(频移键控)经由通信单元4090发送数据。

控制单元4100可以控制电力发送器的通信和电力传输。控制单元4100可以通过调整上述操作点来控制电力发送。例如，上述可以通过操作频率、占空比以及输入电压中的至少一个来确定操作点。

通信单元4090和控制单元4100可以作为分立单元、装置或芯片组提供，或者如图1所示作为一个单元、装置或芯片组提供。

图5示出了根据本发明的实施方式的电力接收设备。

在图5中，电力接收设备5010可以包括以下元件中的至少一个：提供关于电力传输的进展的信息及其它相关信息的用户界面5020、接收无线电力的电力接收器5030以及支撑并覆盖负载电路5040或线圈组件的基底5050。具体地，所述用户界面5020可以可选择地包括在电力接收设备5010中或者可以作为电力接收设备的另一用户界面5020而被包括。

电力接收器5040可以包括电力转换器5060、阻抗匹配电路5070、线圈组件5080、通信单元5090或控制单元5100中的至少一个。

电力转换器5060可以将从次级线圈接收到的AC电力转换为适于负载电路的电压和电流。在实施方式中，电力转换器5060可以包括整流器。此外，电力转换器可以适配电力接收器的反射阻抗。

阻抗匹配电路5070可以提供次级线圈与电力转换器5060和负载电路5070的组合之间的阻抗匹配。在实施方式中，阻抗匹配电路可以生成可增强电力传输的约100kHz的谐振。

线圈组件5080包括至少一个次级线圈，并且(可选择地)还可以包括用于相对于磁场屏蔽接收器的金属部分的元件。

通信单元5090可以执行负载调制以便将请求以及其它信息传递到电力发送器。为此，电力接收器5030可以接通或断开电阻器或电容器从而改变反射阻抗。

控制单元5100可以控制所接收的电力。为此，控制单元5100可以确定/计算电力接收器5030的实际操作点与期望操作点之间的差值。此外，控制单元5100可以通过提出调节电力发送器的发射阻抗和/或电力发送器的操作点的请求来调节/减小实际操作点与期望操作点之间的差值。如果这种差值被减到最小，则可实现最佳电力接收。

通信单元5090和控制单元5100可以作为分立单元、装置或芯片组提供，或者如图1所示作为一个单元、装置或芯片组提供。

在下文中，将进一步描述谐振模式下的电力发送/接收系统和方法。

如上所述，电力发送/接收系统可以在感应模式下和谐振模式下操作，并且(在感应模式下)其可以以低功率模式和中等功率模式操作。然而，在本发明中，电力发送器可以支持感应和谐振两个模式下的接收器。也就是说，电力发送器可以根据所发现的接收器的类型来发送电力，-即，如果接收器是谐振型接收器则处于谐振模式，并且如果接收器是感应型接收器则处于感应模式。在感应型接收器的情况下，电力发送器可以根据接收器是低功率接收器还是中等功率接收器，以低功率模式和中等功率模式发送电力。为此，电力发送器可以确定电力接收器的类型。

现在，将给出电力发送器和电力接收器检测另一端是谐振模式还是感应模式并根据它们的操作模式执行无线充电的方法的描述。

首先，谐振型电力发送器通过分析包含在从电力接收器接收到的分组中的信息来确定电力接收器的类型。而且，谐振型电力接收器在感应模式下被驱动直到其到达协商阶段，并且在协商阶段中通过分析包含在从电力发送器接收到的分组中的信息来确定电力发送器的类型。如果电力发送器处于谐振模式，则基于所分析的信息，该谐振型电力接收器可以将其操作模式从感应模式转变为谐振模式。处于谐振模式的电力接收器可以根据电力发送器的类型在谐振模式或感应模式下执行电力传输阶段。

发送器和接收器发送用以识别它们的类型的信息可以被称为模式信息。换句话说，所述模式信息可以表示发送器和接收器是否在谐振模式和/或感应模式下操作。

如上所述，电力接收器可以在识别&配置阶段将配置分组发送至发送器。如果配置分组指示针对协商阶段的请求，则电力发送器可以进入协商阶段。也就是说，其可以推断出接收器在感应模式期间处于中等功率模式。如果配置分组没指示针对协商阶段的请求，则电力发送器可以直接进入电力传输阶段。

图6示出了根据本发明的实施方式的电力发送方法。

图6详细示出了图2的识别&配置阶段和协商阶段，具体地，电力发送器和电力接收器识别彼此的类型并确定操作模式的方法。识别&配置阶段S6010和协商阶段S6020分别对应于图2的识别&配置阶段S2030和协商阶段S2040，并且将省去其描述以避免赘述，但是将替代给出补充说明。

在识别&配置阶段S6010中，电力接收器将识别分组和配置分组发送至电力发送器。

识别分组包含电力接收器的版本(主/次版本)、制造号以及基本装置标识符。电力发送器可以通过识别分组来识别电力接收器。

配置分组包含关于电力接收器的配置的信息。在本发明的实施方式中，配置分组可以包含协商阶段请求信息(Neg字段)。如果所述协商阶段请求信息被设置为0(Neg＝0)，则电力发送器可以直接进入电力传输阶段而无需通过协商阶段。如果所述协商阶段请求信息被设置为1(Neg＝1)，则电力发送器可以进入协商阶段。在本发明的实施方式中，配置分组包含模式信息。该模式信息可以表示电力接收器是仅支持感应模式还是即支持感应模式也支持谐振模式。

在识别&配置阶段S6010，电力发送器(一旦接收到识别分组和配置分组)可以通过配置分组识别出电力接收器的类型。如上所述，电力发送器可以通过使用协商阶段请求信息识别出电力接收器是低功率感应型接收器还是中等功率感应型接收器又或者是谐振型接收器。然后，电力发送器可以通过分析模式信息识别出电力接收器是中等功率感应型接收器还是谐振型接收器。

如果电力接收器是低功率感应型接收器，则电力发送器可以进入电力传输阶段而无需通过协商阶段S6020。如果电力接收器是中等功率感应型或谐振型接收器，则电力发送器可以将确认(ACK)发送至电力接收器并进入协商阶段S6020。

在协商阶段S6020中，可以将识别分组和配置分组发送至电力发送器或电力接收器。由电力发送器发送的识别分组可以包含版本信息(主/次版本)和制造商信息。由电力发送器发送的配置分组可以包含电力信息和模式信息。

在协商阶段S6020中，电力发送器执行功率分配和操作模式确定。如果电力发送器在谐振模式下操作，则其可以针对至少一个电力接收器执行ID分配。

电力接收器可以基于从电力发送器接收到的模式信息识别出该电力发送器的类型。由于电力发送器已经进入协商阶段，因此其可以被识别为中等功率感应型或谐振型。然后，电力接收器可以基于在协商阶段S6020中接收到的模式信息识别出电力发送器是感应型还是谐振型。

中等功率感应型接收器可以以其所支持的全功率容量执行电力接收和充电。谐振型接收器可以通过根据发送器的类型选择功率控制方法来执行电力接收和充电。如果电力发送器是中等功率感应型，则电力接收器可以以全功率容量执行电力接收和充电。

图7示出了根据本发明的实施方式由电力接收器发送的配置分组和由电力发送器发送的配置分组。

图7的(a)示出了在上述识别&配置阶段中由电力接收器发送的配置分组。图7的(a)的配置分组中所包含的字段的描述如下。

-Power Class字段：该字段包含与保证功率值相关联的无符号整数值。

-Maximum Power字段：该字段表示电力接收器预期在整流器的输出端提供的最大电力量。

-Prop字段：该字段表示在电力传输阶段控制电力传输的方法。

-Neg字段(协商阶段请求信息)：如果该字段被设置成1，则电力发送器发送ACK消息并进入协商阶段。如果该字段被设置成0，则电力发送器进入电力传输阶段而无需通过协商阶段。

-FSK极性(FSKPolarity)字段：该字段表示发送器的调制极性是默认值还是反向值。

-FSK深度(FSKDEpth)字段：该字段表示发送器的调制深度。

-Count字段：该字段表示电力接收器在识别&配置阶段中发送的可选的配置分组的数量。

-Window Size字段：该字段表示用于平均所接收到的电力的窗口的大小。

-Window Offset字段：该字段表示用于平均所接收到的电力的窗口与所接收到的电力分组发送之间的间隔。

-操作模式(OP Mode)字段：上述模式信息表示电力接收器所支持的操作模式。在实施方式中，如果操作模式字段具有0值，则其表示感应模式(＝互斥模式)，并且如果操作模式字段具有1值，则其表示谐振模式(＝共享模式)。

图7的(b)示出了在上述协商阶段中由电力发送器发送的配置分组。图7的(b)的配置分组中所包含的字段的描述如下。

-Guaranteed Power Class字段：该字段表示电力接收器的功率等级。在实施方式中，低功率发送器可以具有为1的字段值，而中等功率接收器可以具有为0的字段值。

-Guaranteed Power字段：该字段表示电力发送器保证的用于适当的参考电力接收器的电力量。

-Potential Power Class字段：该字段表示电力发送器的功率等级。在实施方式中，低功率发送器可以具有为1的字段值，而中等功率接收器可以具有为0的字段值。

-Potential Power字段：该字段表示电力发送器可潜在发送至适当的参考电力接收器的电力量。

-操作模式(OP Mode)字段：上述模式信息表示电力发送器所支持的操作模式。在实施方式中，如果操作模式字段具有0值，则其表示感应模式(＝1:1充电模式)，并且如果操作模式字段具有1值，则其表示谐振模式(＝共享模式)。

图8示出了根据电力发生器的类型及电力接收器的类型的不同的操作方法和控制流。

图8的(a)示出了低功率感应型电力发送器与各个功率接收器类型之间的数据流。

在图8的(a)中，由于功率发送器是低功率感应型，因此其仅支持低功率感应型功率发送。因此，中等功率感应型接收器和谐振型接收器(以及低功率感应型接收器)都在低功率感应模式下操作。因此，如上所述，协商阶段被省去，并且在数字ping阶段、识别&配置阶段以及电力传输阶段中，数据从接收器被发送至发送器，并且该接收器控制整体操作。

图8的(b)示出了中等功率感应型电力发送器与各个功率接收器类型之间的数据流。

在图8的(b)中，由于电力发送器是中等功率感应型，因此其支持低功率感应型电力接收器和中等功率感应型电力接收器。因此，如果电力接收器是低功率感应接收器，则其可以在低功率感应模式下操作而无需通过协商阶段，并且如果电力接收器是中等功率感应接收器或谐振接收器，则其可以在通过协商阶段之后在低功率感应模式下操作。

如果电力接收器以中等功率感应模式驱动，则电力发送器可以在协商阶段将ID信息或配置信息发送至电力接收器，从而使得在协商阶段中能够双向通信。另一方面，在其它阶段中，发送器将数据发送至接收器，并且由接收器控制充电的整体操作。

图8的(c)示出了谐振型电力发送器与各个功率接收器类型之间的数据流。

在图8的(c)中，由于电力发送器是谐振型，因此针对电力接收器的各个类型，其即支持感应型电力接收器也支持谐振型电力接收器。因此，分别地，低功率感应接收器在低功率感应模式下操作，中等功率感应接收器在中等功率感应模式下操作，并且谐振型接收器在谐振模式下操作。在电力在谐振发送器与谐振接收器之间传送的情况下，在电力传输阶段中也执行双向数据通信。在电力在谐振模式下传输的情况下，接收器通过控制其谐振频率来控制所接收到的电力，并且还可以通过提出控制电力发送器的操作点的请求来控制所接收到的电力。

图9示出了根据本发明的实施方式的ID分配分组。

谐振型电力发送器能够同时对多个谐振型电力接收器进行充电。但是，当发送电力至多个谐振型电力接收器时，必须将ID分配给电力接收器用以进行通信。

在图9中，ID字段表示所检测到的至少一个电力接收器的ID信息。当在谐振模式下执行电力发送/接收时，电力接收器可以向电力发送器发送ID请求。在这种情况下，电力发送器可以将ID分配给电力接收器，并且将包含在图9的ID分配分组中的所分配的ID信息发送至电力接收器。

图10示出了根据本发明的实施方式在电力传输期间用于数据通信的帧结构。

在谐振模式下，电力发送器可以充当主机并将同步信号发送至电力接收器，并且电力接收器可以充当从机并发送针对该同步信号的响应信号。如果电力发送器没发送同步信号，则电力发送器与电力接收器之间的通信可能会中断。包含在同步分组中的同步信号和包含在响应分组中的响应信号可以被分配至时分多路复用帧中的时隙，如图10的结构所示。

在谐振模式下，电力发送器必须与多个电力接收器进行通信，并因此可以将包含在用于通信的帧中的时隙分配至电力接收器。在这种情况下，根据同步信号分配的方法，电力发送器可以每帧使用一个同步信号(如图10的(a)所述)，或者通过将同步信号分配给帧的每个时隙而使用多个同步信号(如图10的(b)所示)。对电力接收器的时隙分配可以使用ID和参照图9的ID分配分组来执行。

电力发送器可以发送同步分组并接收作为对该同步分组的响应的电力接收器的接收状态信息。该状态信息可以包括接收到的电力信息或电力发送中断请求。出于安全的目的，电力接收器可以甚至在没有接收同步信号的情况下发送OV/OC/OT信息。

图11示出了根据本发明的实施方式的同步分组。

电力发送器可以发送同步分组以便接收来自特定电力接收器的响应。如图11所示，同步分组可以包含地址ID(ADDR ID)字段和请求字段。

地址ID(ADDR ID)字段可以识别出电力发送器对其提出响应请求的目标电力接收器。用于识别目标电力接收器的地址ID信息可以对应于通过图9中所示的ID分配分组分配的ID信息。电力发送器可以使用请求来自当前正被充电的所有电力接收器的响应的地址ID，以及特定的电力接收器的地址ID。

在实施方式中，如果地址ID字段的值是111b，则当前正被充电的所有电力接收器都可以在所分配的时隙中发送响应。如果地址ID字段的值表示特定的电力接收器，则仅该电力接收器可以发送响应。

请求字段可以表示电力发送器请求电力接收器发送的信息。

在实施方式中，请求字段可以根据字段值请求下列响应。

如果请求字段的值是0001b，则电力发送器可以请求电力接收器的状态报告。该状态报告可以对应于所接收的电力分组、电力发送中断分组等。如果请求字段的值是0010b，则电力发送器可以提出针对配电的协商请求。换句话说，电力发送器可以请求电力接收器重新执行协商阶段用于电力再分配。另选地，电力发送器可以提出针对ID信息等的重新请求。

在另一实施方式中，请求字段可以根据字段值请求下列响应。

如果请求字段的值是0001b，则电力发送器可以请求电力接收器发送所接收到的电力信息。如果请求字段的值是0010b，则电力发送器可以请求电力接收器发送整流电压信息。如果请求字段的值是0011b，则电力发送器可以请求电力接收器发送电力传输中断分组。如果请求字段的值是0100b，则电力发送器可以请求针对配电的重新协商。换句话说，电力发送器可以请求电力接收器重新执行协商阶段用于电力再分配。如果请求字段的值是0101b，则电力发送器可以请求电力接收器发送所接收到的电力信息。

在下文中，将对用于根据本发明的实施方式的电力发送器的电力传输方法进行更详细的描述。

本发明旨在提供一种对感应电力接收器和谐振电力接收器二者都能够进行充电的电力发送器。如上所述，在感应电力接收器的情况下，由电力发送器发送的电力是受控的；而在谐振电力接收器的情况下，由电力接收器接收的电力是受控的。因此，在谐振模式下发送的电力可以被设置成相比在感应模式下发送的电力更高或更强。现在，将在下面进一步说明用于轻松地支持两种模式的发明的设计以及相应的电力发送方法。

图12是示出根据本发明的实施方式的电力发送器的视图。

将描述图12的电力发送器以给出图1至图4的电力发送器的补充说明。未在图12中示出的电力发送器的上述组件为了便于说明而被省去，并且可以根据配置被包括或排除。

在图12中，电力发送器可以包括选择单元12010、通信和控制单元12020以及电力转换单元12030。

选择单元12010是检测电力接收器的位置或存在与否的电路，并且可以可选择地提供。

通信和控制单元12020与电力接收器通信、执行相关功率控制算法和协议，并且驱动AC波形的频率来控制电力传输。具体地，在本发明中，通信和控制单元12020可以控制子半桥逆变器12070的操作和用于驱动该子半桥逆变器12070的脉冲信号PWM。

在图12的实施方式中，电力转换单元12030是将DC输入转换成驱动谐振电路的AC波形的逆变器，并且可包括被施加主脉冲信号的主半桥逆变器12040、被施加子脉冲信号的子半桥逆变器12070、产生磁场的线圈单元12060、监测通过该线圈单元的电流的电流传感器12050。线圈单元12060可包括线圈和谐振电容器。

根据本发明的电力发送器可包括多个线圈单元以同时对多个电力接收器进行充电。在这种情况下，如果仅单个逆变器被用于多个线圈单元，则难以在同时进行充电的每一个电力接收器上执行功率控制。此外，尽管使用多个逆变器来向各个线圈单元提供逆变器可以使得能够在同时进行充电的每一个电力接收器上实现功率控制，但其可能会增加电路复杂性并且提高电路制造的成本。因此，本发明提出一种电力发送器，通过将该电力发送器设计成具有被施加主脉冲信号的主半桥逆变器并针对多个线圈单元使用多个半桥逆变器，能够使其更轻松地控制多个电力接收器同时减小电路复杂性。

图13是示出根据本发明的实施方式的电力发送器的视图。

图13更详细地示出了图12的电力发送器。

在图13中，电力发送器包括主半桥逆变器13010、电流传感器13020、N个线圈单元13030-1至13030-N、N个子半桥逆变器13040-1至13040-N、N个多路复用器(MUX)13050-1至13050-N、N个使能终端13060-1至13060-N、N个选择终端(SEL)13070-1至13070-N以及通信和控制单元13080。

主脉冲信号(主PWM)可以被施加至主半桥逆变器13010，并且第一子脉冲信号(子PWM 1)或第二子脉冲信号(子PWM 2)可以被施加至子半桥逆变器13040中的每一个。多路复用器13050可以根据来自选择终端13070的选择输入将第一子脉冲信号或第二子脉冲信号施加至子半桥逆变器13040。在一些应用中，可以选择性地施加两个或更多个子脉冲信号。

通信和控制单元13080可以分别将使能信号或禁用信号施加至使能终端13060来启用或禁用子半桥逆变器13040。换句话说，通信和控制单元13080可以施加使能信号或终止施加使能信号来启用或禁用子半桥逆变器13040。此外，通信和控制单元13080可以将选择信号施加至选择终端13070来选择来自多路复用器13050的输出。使能终端13060和选择终端13070由通信和控制单元13080控制，并且可以根据发送器的设计可选择地被包括。

图13的电力发送器具有驱动主半桥逆变器13010的基本功能，并且可以通过启用或禁用各个子半桥逆变器或选择性地将子脉冲信号施加至各个子半桥逆变器来控制流经各个线圈单元的电流，从而提供电力传输的有效控制。下面将更详细地描述操作附加电力发送器的方法。

图14示出了根据本发明的实施方式的主脉冲信号、子脉冲信号以及多路复用器的输出脉冲信号。

首先，主脉冲信号(主PWM)可以是具有特定振幅和频率的脉冲信号。就此而言，利用主脉冲信号生成子脉冲信号。也就是说，第一子脉冲信号(子PWM 1)可以是主脉冲信号的反相版本，即，具有相对于主脉冲信号180°的相位差的信号，并且第二子脉冲信号(子PWM 2)可以是主脉冲信号的相位控制版本。

以这种方式配置主脉冲信号和子脉冲信号提供了使用下列操作方法的优势。如上所述，主脉冲信号被施加至主半桥逆变器，并且第一子脉冲信号或第二子脉冲信号被施加至子半桥逆变器。如果施加第一子脉冲信号，则线圈可以由相对于主脉冲信号的相位差提供其最大电力。另一方面，如果施加第二子脉冲信号，则线圈可以提供比由相对于脉冲信号的相位差提供的最大电力小的电力。

当施加第二子脉冲信号时，所传输的电力量可以根据相位控制的等级而不同。要被控制的相位差越靠近180°，所传输的电力量越接近获得最大值，并且要被控制的相位差越靠近0°，所传输的电力量越小。在实施方式中，第二子脉冲信号可以是主脉冲信号的相位控制版本，其具有相对于该主脉冲信号-90°至+90°的相位差。这是因为，如果相位差超出该范围则控制第一子脉冲信号更有效。

子脉冲信号由多路复用器进行切换。多路复用器可以根据选择信号来切换和输出子脉冲信号。如图14的实施方式，如果通信和控制单元施加选择信号1，则多路复用器可以输出第一子脉冲信号，并且如果通信和控制单元施加选择信号0，则多路复用器可以输出第二子脉冲信号。

使能信号是使能够进行实际电力发送的信号。图13例示了仅当使能信号被施加至线圈单元同时主脉冲信号被施加至主半桥逆变器时才施加电流，从而使能够进行电力传输。

如图14中所例示的，如果第一子脉冲信号被施加至子半桥逆变器，则线圈单元可以传输高电力，并且如果第二子脉冲信号被施加至子半桥逆变器，则线圈单元可以传输低电力。在该应用中，如果施加第一子脉冲信号，则由线圈单元输出的电力可以被称为充电电力，而如果施加第二子脉冲信号，则由线圈单元输出的电力可以被称为通信电力。通信电力可被用于通过在驱动电路时应用ping或数字ping来发现电力接收器或者被用于执行与电力接收器的通信。不用说，尽管通信电力可被用于通过执行附加相位控制来进行充电，但为了便于说明，第二子脉冲信号可被称为通信电力。

通过使用图13和图14中所示出的配置，电力发送器可以发现至少一个电力接收器并通过有效地控制多个线圈单元来执行电力发送。下面将参照图15来描述使用图14的信号控制图13的电力发送器的方法。

图15示出了根据本发明的实施方式操作无线电力发送器的方法。

尽管图15中所示出的操作由通信和控制单元进行控制，但为了便于说明，将基于它们由无线电力发送器进行控制的假设来进行它们的描述。此外，图15示出了电力发送器发现电力接收器并在通过使用图13的电路和图14的脉冲信号进行电力发送之前执行其它处理的方法。在图15的方法的开始，假设电力发送器未施加使能信号至多个线圈单元中的任何一个。

电力发送器可以设置选择信号来施加第二子脉冲信号(S15010)。换句话说，电力发送器可以设置用于输出第二子脉冲信号的选择信号并将其施加至多路复用器。如在上述实施方式中，如果选择信号被设置成0，则可施加第二子脉冲信号，并且通信和控制单元可以经由选择终端将该选择信号0施加至多路复用器并输出所期望的第二子脉冲信号。

电力发送器可以将使能信号施加至第一线圈单元的子半桥逆变器并发送电力(S15020)。所发送的电力是通信电力，并且可对应于上面所提及的ping或数字ping。另选地，所发送的电力可以被电力发送器用于上述数据发送。换句话说，第二子脉冲信号可施加至子半桥逆变器，使得第一线圈单元可以发送用于驱动电路和发现接收器的低电力。

电力发送器可以接收来自电力接收器的响应(S15030)。电力发送器可以通过使用电流传感器感测由所施加的通信电力引起的主线圈的变化来发现电力接收器，并检测来自该电力接收器的响应。图15中示出的步骤15030包含发现电力接收器以及接收来自电力接收器的响应。该步骤可对应于图2的识别和配置阶段以及协商阶段中的至少一个。

一旦接收到来自电力接收器的响应，电力发送器就可以改变选择信号设置以施加第一子脉冲信号(S15040)。在上述实施方式中，通信和控制单元可以通过将选择信号改变至1将第一子脉冲信号施加至子半桥逆变器。当第一子脉冲信号被施加至子半桥逆变器时，第一线圈单元可以通过发送充电电力来开始电力传输。

如果未从电力接收器接收到响应，则电力发送器可以停止施加使能信号(S15050)。这是因为，由于未发现电力接收器，因此电力发送器可以推断出第一线圈单元没有附接其上需要充电的电力接收器。

在图15中，可以针对每一个线圈单元执行步骤S15010至S15050。因此，电力发送器可以针对第二线圈单元执行图15的步骤，并然后以相同的方式一路到第N个线圈单元，并随后结束该程序。然后，在一定时间间隔之后，或者如果通过模拟ping发现异物，则可以重新执行图15的步骤。电力发送器可以仅针对未进行充电的线圈单元或者仅针对发现异物的线圈单元执行图15的步骤。然后，第二子脉冲信号可以被时分复用并一次只施加至一个线圈。

另外，如果从电力接收器接收到响应(S15030)，则电力发送器可以根据电力接收器的类型区别地操作。如果电力接收器是谐振型电力接收器，则电力发送器可以改变选择信号设置以施加第一子脉冲信号，如参照图15所说明的(S15040)。如果电力接收器是感应型电力接收器，则电力发送器可以通过控制第二子脉冲信号的相位来发送电力，而无需改变选择信号设置。

对于谐振型电力接收器，电力发送器可以发送高电力，并且电力接收器然后可以调整谐振频率并接收适当的电力量。另一方面，对于感应型电力接收器，电力发送器必须发送适当的电力量，因为就电路和电力传输的稳定性而言，将电力从低电力调整到高电力是更有利的。

在实施方式中，来自电力接收器的响应可以包含上述模式信息。电力发送器可以分析所接收到的模式信息，并确定电力接收器是谐振型电力接收器还是感应型电力接收器。

图16是示出根据本发明的另一个实施方式的电力发送器的视图。

图16的电力发送器的配置是如图12中所例示的配置。但是，电流传感器16010的配置与图12中所例示的配置不同，将参照图17对其进行详细说明。除了电流传感器的位置和配置外，所有的其它部分都与参照图12描述的相同。

图17是示出根据本发明的另一个实施方式的电力发送器的视图。

图17更详细地示出了图16的电力发送器。

图17中所示出的电力发送器包括与图13中所示出的电力发送器相同的子单元。也就是说，电力发送器包括主半桥逆变器、N个线圈单元、N个子半桥逆变器、N个多路复用器、N个使能终端、N个选择终端以及通信和控制单元。然而，图17例示了，替代图13中示出的连接至主半桥逆变器的一个电流传感器，在各个线圈单元与各个子半桥逆变器之间包括N个电流逆变器。除了配置的差异，所有其它部分都与图13中所示出的相同，并且下面将对电流传感器的配置差异进行描述。

由于电流传感器被分别连接至线圈单元，因此图17的电力发送器可以针对每一个线圈单元执行通信和控制。换句话说，可以一次针对所有线圈单元执行图15的方法，而不是按顺序一次一个线圈单元。

在图15的方法中，图17的电力发送器可以通过一次将使能信号施加至所有线圈单元(即，所有半桥逆变器)来将通信电力发送至所有线圈单元。而且，图17的电力发送器可以通过发现电力接收器或者由电流传感器17010-1至17010-N与电力接收器通信并将第一子脉冲信号仅施加至已经确认响应的线圈单元来传输电力。

图17的电力发送器可以根据在各个线圈单元中发送的电力接收器的类型区别地操作，如参照图15所说明的。如果通信结果显示电力接收器是感应型，则图17的电力接收器可以通过控制已施加的第二子脉冲信号的相位来执行电力发送，而无需施加第一子脉冲信号。应注意的是，可以将第一子脉冲信号的相位移至使得能够开始电力发送的相位(即，第二子脉冲信号的初始相位)，并且经相移的第一子脉冲信号可以被施加至其它线圈。

使用图16和图17中所示出的电力发送器使得多个电力接收器能够同时被充电，并且使得能够与各个电力接收器进行通信以及对各个电力接收器进行控制。因此，多个感应型接收器以及多个谐振型接收器可以同时被充电，并且可以同时对感应型接收器和谐振型接收器二者进行充电。具体地，由于图16和图17中所示出的电力发送器使用两个或更多个子脉冲信号，因此其支持与子脉冲信号的数量一样多的感应型接收器。也就是说，N个感应型接收器可以通过借助于N个子脉冲信号单独对它们进行控制而同时被充电。

对本领域的技术人员将显而易见的是，能够在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行多种修改和变型。因此，本发明旨在覆盖所附权利要求及它们的等同范围内所提供的修改和变型。

本文即提到了装置发明也提到了方法发明，所述装置发明和方法发明二者的描述可以彼此互为补充。

优选实施方式

已经以实施本发明的最佳方式对各种实施方式进行了描述。

工业实用性

本发明被用于一系列无线充电技术。

对本领域的技术人员将显而易见的是，能够在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行多种修改和变型。因此，本发明旨在覆盖所附权利要求及它们的等同范围内所提供的修改和变型。