用于无线功率传送电路的反馈控制方案的制作方法

用于无线功率传送电路的反馈控制方案
1.优先权
2.本技术根据35u.s.c.
§
119(e)，要求于2021年6月18日提交的名称为“feedback control schemes for wireless power transfer circuits”的美国临时专利申请序列号63/212,252的权益，所述临时专利申请以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本公开大体上涉及无线充电，并且更具体地涉及用于无线功率系统中的无线功率传送的反馈控制方案。


背景技术：

4.便携式电子设备诸如蜂窝电话、腕表设备、平板电脑、无线耳塞和其他便携式设备使用电池。这些设备中的电池可使用电池充电系统来充电。为了提高用户的便利性，已经提供了无线功率系统，其允许便携式电子设备中的电池以无线方式充电。功率发射设备和功率接收设备中的线圈可用以发射和接收无线功率信号。发射线圈与接收线圈之间的耦合可能影响无线充电效率和接收设备中产生的功率。
5.前述背景论述仅旨在帮助读者。其并不旨在限制本文中所描述的创新。因此，不应采用前述论述来指示先前系统的任何特定元件不适合与本文中所描述的创新一起使用，前述论述也不旨在指示任何要素在实施本文中所描述的创新方面是必不可少的。本文中所描述的创新的具体实施和应用由所附权利要求书限定。


技术实现要素：

6.无线功率系统包括功率发射设备和功率接收设备。功率发射设备和功率接收设备中的线圈用以发射和接收无线功率信号。发射线圈与接收线圈之间的耦合可能影响无线充电效率和接收设备中产生的功率。
7.示例性无线功率接收设备可被配置为从无线功率发射设备接收无线功率信号。无线功率接收设备可包括无线功率传送线圈。另外，接收设备包括整流器电路，所述整流器电路耦合到无线功率传送线圈，并且被配置为将来自无线功率传送线圈的信号整流成输出电压。接收设备还包括控制电路，所述控制电路被配置为在目标整流器输出电压电平处调节整流器输出电压，从无线功率发射设备接收指示逆变器输入电压的状态消息，并且基于逆变器输入电压的状态来调整目标输出电压。
8.另一示例性无线功率接收设备可被配置为从无线功率发射设备接收无线功率信号。无线功率接收设备可包括无线功率传送线圈。另外，接收设备包括整流器电路，所述整流器电路耦合到无线功率传送线圈，并且被配置为将来自无线功率传送线圈的信号整流成输出电压。接收设备还包括控制电路，所述控制电路被配置为测量整流器电路的特性，基于整流器电路的所测量特性来确定目标整流器输出电压电平，并且在目标整流器输出电压电平处动态调节整流器输出电压。
9.另一示例性无线功率接收设备可被配置为从无线功率发射设备接收无线功率信号。无线功率接收设备可包括无线功率传送线圈。另外，接收设备包括整流器电路，所述整流器电路耦合到无线功率传送线圈，并且被配置为将来自无线功率传送线圈的信号整流成输出电压。接收设备还包括控制电路，所述控制电路被配置为在目标整流器输出电压电平处调节整流器输出电压。控制电路还可向无线功率发射设备询求指示无线功率发射设备的逆变器的操作条件的信息，其中无线功率传送线圈正在接收由无线功率发射设备使用逆变器发射的无线功率信号。
附图说明
10.当结合随附图式阅读时，更好地理解前述概述和以下详细描述。在图式中，为了解释的目的，阐述了众多特定细节以便提供对在实施所公开技术时的变型的理解。然而，本公开可采用许多不同形式，并且不应被视为限于图式中所公开的特定示例。在实践时，相似数字始终指代相似元件。
11.在图式中：
12.图1是根据本公开的一方面的例示性无线功率系统的示意图。
13.图2是根据本公开的一方面的具有用于接收无线功率的线圈的例示性无线功率接收设备的分解视图。
14.图3a是根据本公开的一方面的具有用于对无线功率接收线圈进行充电的线圈的例示性无线功率发射设备的透视图。
15.图3b是图3a中的无线功率发射设备的俯视图。
16.图4是用于在图1中所展示的无线功率系统中的功率发射设备与功率接收设备之间进行无线功率传送的现有技术控制方法的例示图。
17.图5是根据本公开的一方面的用于无线功率传送系统的反馈控制方案的例示图。
18.图6是根据本公开的一方面的用于无线功率传送系统的另一反馈控制方案的例示图。
19.图7是使用图5和图6中所示出的反馈控制方案在无线功率传送系统的功率接收设备中实施的示例性控制回路算法的流程图。
具体实施方式
20.便携式电子设备诸如蜂窝电话、腕表设备、平板电脑、无线耳塞和其他便携式设备使用电池。这些设备中的电池可使用无线充电系统来充电。例如，用户可以将设备诸如腕表设备和蜂窝电话放在无线充电垫上以对这些设备进行无线充电。
21.图1中展示例示性无线功率系统。无线功率系统8包括电子设备10。电子设备10包括发射无线功率的电子设备和/或接收无线功率的电子设备。因为电池充电是所接收功率的常见用途，所以系统8中的无线功率传送操作有时被称为电池充电操作。然而，如果需要，也可将功率提供到接收设备以操作接收设备中的显示器或其他电路，而不进行电池充电。因此，无线功率可用于对电子设备中的电池进行充电，以及用于对其他设备部件供电。
22.充电可通过将功率从功率发射设备(诸如设备12)无线传送(例如使用感应充电)到功率接收设备(诸如设备24)来执行。功率发射设备和功率接收设备中的线圈可用以发射
和接收无线功率信号。在图1的示例中，功率正利用无线功率信号44而被无线地传送。设备24的无线充电效率部分地受设备12上的线圈42与设备24上的线圈48之间的耦合(在本文中也称为发射设备12与接收设备24之间的耦合)影响。
23.线圈42和48在x、y和z维度中的物理对准影响电磁耦合。偏移x＝0、y＝0意指线圈42和48的中心在x-y平面中对准。偏移z＝0可意指含有线圈42和48的两个设备的表面之间的距离处于最小距离。例如，功率发射设备12和功率接收设备24皆不具有分离两个设备的情况。偏移(x,y,z)＝(0,0,0)可称为最佳耦合条件。另外，偏移(r,z)＝(0,0)也可称为最佳耦合条件，其中“r”是线圈42与线圈48的中心之间的偏移半径。
24.设备12上的线圈42与设备24上的线圈48之间的电磁耦合可被设计成在位置公差范围内操作。在一个示例中，可针对线圈42和48的中心优化无线功率传送系统以在x-y平面中在5mm内对准，并且设备12与24的表面之间的距离在z方向上处于5mm内。这种设计准则可称为“5mm乘5mm”偏移。在此示例中，当功率接收设备24的线圈48的中心与功率发射设备12的线圈42的中心在5mm乘5mm内对准时，将出现“良好”耦合。在这种定向中，可产生良好充电，因为系统被设计成当线圈偏移+/-5mm时，将全功率从设备12发射到设备24。继续5mm乘5mm设计示例，其中功率发射线圈与功率接收线圈偏移超过+/-5mm设计准则的耦合可被分类为“不良”耦合。本领域技术人员将认识到，无线功率传送系统不受此示例性位置公差范围限制，并且可被设计成替代范围(例如，+/-1mm、+/-2mm、+/-3mm、+/-4mm、+/-6或更大等)，而不脱离如本文中所描述的本发明的范围和精神。
25.发射线圈与接收线圈之间的良好耦合可促进有效无线功率传送。发射线圈与接收线圈之间的不良耦合可能负面影响无线充电效率和接收设备24中产生的功率。本文中公开反馈控制方案以优化无线功率传送系统的效率。
26.在系统8的操作期间，无线功率发射设备12将功率无线地发射到一个或多个无线功率接收设备，诸如设备24。无线功率接收设备可包括电子设备，诸如腕表、蜂窝电话、平板电脑、膝上型计算机、耳塞、用于耳塞和其他设备的电池盒、平板电脑笔(例如触笔)以及其他输入-输出设备(例如附件设备)、可穿戴设备或其他电子装备。无线功率发射设备可以是电子设备，诸如具有接收待充电便携式设备的充电表面(例如平面充电表面)的无线充电盘或无线充电垫、具有无线功率发射电路的平板电脑或其他便携式电子设备(例如具有无线功率发射电路的设备24中的一者)或其他无线功率发射设备。无线功率接收设备使用来自无线功率发射设备的功率用于为内部部件供电以及用于为内部电池充电。
27.如图1中所展示，无线功率发射设备12包括控制电路16。无线功率接收设备24包括控制电路30。系统8中的控制电路诸如控制电路16和控制电路30(和/或其他设备10中的控制电路)在控制系统8的操作中被使用。此控制电路可包括与微处理器、功率管理单元、基带处理器、数字信号处理器、微控制器和/或具有处理电路的专用集成电路相关联的处理电路。处理电路在设备12和24中实施所需控制和通信特征。例如，处理电路可用于操作本文中所论述的控制回路、选择线圈、调整线圈驱动信号的相位和幅值、确定功率发射电平、处理传感器数据和其它数据、处理用户输入、处置设备12与24之间的协商、发送和接收带内数据和带外数据、进行测量、启动和停止充电操作、打开和关闭设备10、将设备10置于低功率睡眠模式，以及以其它方式控制系统8的操作。
28.系统8中的控制电路可被配置为使用硬件(例如专用硬件或电路)、固件和/或软件
在系统8中执行操作。用于在系统8中执行操作的软件代码存储在控制电路8中的非暂态计算机可读存储介质(例如有形计算机可读存储介质)上。软件代码有时可被称为软件、数据、程序指令、指令或代码。非暂态计算机可读存储介质可包括非易失性存储器，诸如非易失性随机访问存储器(nvram)、一个或多个硬盘驱动器(例如磁盘驱动器或固态驱动器)、一个或多个可移动闪存驱动器或其他可移动介质等。存储在非暂态计算机可读存储介质上的软件可以在设备10的处理电路(例如控制电路16和/或30)上执行。处理电路可包括具有处理电路的专用集成电路、一个或多个微处理器、中央处理单元(cpu)或其他处理电路。
29.功率发射设备12可以是独立的功率适配器(例如包括功率适配器电路的无线充电盘或无线充电垫)，可以是通过电缆耦合到功率适配器或其它装备的无线充电盘或无线充电垫，可以是便携式电子设备(蜂窝电话、平板电脑、膝上型计算机等)，可以是已并入家具、交通工具或其他系统中的装备，或可以是其他无线功率传送装备。其中无线功率发射设备12是无线充电盘、无线充电垫或便携式电子设备的例示性配置有时在本文中作为示例进行描述。
30.功率接收设备24可以是便携式电子设备，诸如腕表、蜂窝电话、膝上型计算机、平板电脑、附件(诸如耳塞)、平板电脑输入设备(诸如无线平板电脑笔)、电池盒或其他电子装备。功率发射设备12可耦合到壁装插座(例如交流功率源)，可具有用于供电的电池，并且/或者可具有另一功率源。功率发射设备12可具有用于将来自壁装插座或其他功率源的ac功率转换成dc功率的交流(ac)-直流(dc)功率转换器，诸如ac-dc功率转换器14。在一些配置中，ac-dc功率转换器14可设置在与设备12的壳体(例如无线充电垫壳体或便携式电子设备壳体)分离的壳体(例如功率砖壳体)中，并且电缆可用以将dc功率从功率转换器耦合到设备12。dc功率可用以为控制电路16供电。
31.在操作期间，控制电路16中的控制器可使用功率发射电路52来向设备24的功率接收电路54发射无线功率。功率发射电路52可具有切换电路(例如由晶体管形成的逆变器电路60)，所述切换电路基于由控制电路16提供的控制信号而接通或断开，以形成穿过一个或多个发射线圈42的ac电流信号。线圈42可被布置成平面线圈阵列(诸如在其中设备12是无线充电垫的配置中)，或可被布置成其他配置。在一些布置中，设备12可具有单个线圈。在设备12具有多个线圈的布置中，线圈可以被布置成一个或多个层。不同层中的线圈可以彼此重叠或者可以不彼此重叠。
32.当ac电流穿过一个或多个线圈42时，产生时变电磁(例如，磁)场(信号44)，其被功率接收设备24中的一个或多个对应的接收器线圈诸如线圈48接收。当所述时变电磁场被线圈48接收时，在线圈48中感生出对应的交流电流。含有整流部件(诸如布置在桥接网络中的同步整流金属氧化物半导体晶体管)的整流器电路(诸如整流器50)将来自线圈48的所接收ac信号转换成dc电压信号以用于为设备24供电。
33.由整流器50产生的dc电压可用于为诸如电池58的储能设备供电(充电)，并且可用于为设备24中的其他部件供电。例如，设备24可包括输入-输出设备56，诸如显示器、触摸传感器、通信电路、音频部件、传感器、产生由平板电脑或具有触摸传感器(例如以提供笔输入等)的其他设备中的触摸传感器感测到的电磁信号的部件以及其他部件，并且这些部件可由整流器50产生的dc电压(和/或由设备24中的电池58或其他储能设备产生的dc电压)供电。
34.设备12和/或设备24可以(例如利用带内和带外通信)进行无线通信。设备12可例如具有无线收发器(tx/rx)电路40，所述无线收发器电路使用天线向设备24无线地发射带外信号。无线收发器电路40可用以使用天线从设备24无线地接收带外信号。设备24可具有向设备12发射带外信号的无线收发器电路46。无线收发器46中的接收器电路可使用天线以从设备12接收带外信号。在一些配置中，设备10可通过局域网和/或广域网(例如互联网)进行通信。
35.无线收发器电路40使用一个或多个线圈42以向无线收发器电路46发射带内信号，所述带内信号由无线收发器电路46使用线圈48接收。可使用任何合适的调制方案来支持设备12与设备24之间的带内通信。在一种例示性配置的情况下，使用频移键控(fsk)来将带内数据从设备12输送到设备24，并且使用幅移键控(ask)来将带内数据从设备24输送到设备12。在这些fsk和ask发射期间，功率可从设备12无线地输送到设备24。如果需要，可使用其他类型的带内通信。
36.在无线功率发射操作期间，电路52以给定功率发射频率向一个或多个线圈42供应ac驱动信号。功率发射频率可以是例如约125千赫(khz)、至少80khz、至少100khz、小于500khz、小于300khz、小于150khz、在80khz与150khz之间的预定频率或其他合适的无线功率频率。在一些配置中，功率发射频率可在设备12与24之间的通信中进行协商。在其他配置中，功率发射频率可以是固定的。
37.在无线功率传送操作期间，虽然功率发射电路52以功率发射频率将ac信号驱动到线圈42中的一个或多个中以产生电磁信号44，但无线收发器电路40可使用fsk调制以经由驱动ac信号44发射数据和信息。在设备24中，线圈48用以接收电磁信号44。功率接收电路54使用线圈48上的所接收信号和整流器50来产生dc功率。同时，无线收发器电路46使用fsk解调以从信号44提取所发射带内数据。这种方法允许利用线圈42和48将fsk数据(例如fsk数据包)从设备12带内发射到设备24，同时使用线圈42和48将功率从设备12无线地输送到设备24。如果需要，可使用设备12与设备24之间其他类型的带内通信。
38.设备24与设备12之间的带内通信可使用ask调制和解调技术或其他合适的带内通信技术。无线收发器电路46通过使用开关(例如收发器46中耦合线圈48的一个或多个晶体管)将带内数据发射到设备12以调制功率接收电路54(例如线圈48)的阻抗。这继而调制信号44的振幅以及穿过线圈42的ac信号的振幅。无线收发器电路40监测穿过线圈42的ac信号的振幅，并且使用ask解调从无线收发器电路46所发射的这些信号提取所发射带内数据。使用ask通信允许利用线圈48和42将ask数据位(例如一系列ask数据包)从设备24带内发射到设备12，同时使用线圈42和48将功率从设备12无线地输送到设备24。
39.控制电路16可具有检测与设备12相关联的充电表面上的外部物体的外部物体测量电路41(有时称为外来物体检测电路或外部物体检测电路)。电路41可检测诸如线圈、回形针和其他金属物体的外来物体，并且可检测无线功率接收设备24的存在。在物体检测和表征操作期间，外部物体测量电路41可用以对线圈42进行测量以确定在设备12上是否存在任何设备24(例如是否怀疑设备12上存在设备24)。控制电路30中的测量电路43可用于在线圈48中进行电流和电压测量，并且/或者可用于对无线功率接收电路54进行其他测量。控制电路16中的测量电路41可用于在线圈42中进行电流和电压测量，并且/或者可用于对无线功率发射电路52进行其他测量。在设备12包括多个线圈42的情况下，控制电路16可使用每
个线圈42以顺序和/或并行地执行测量。控制电路16可将使用测量电路41进行的测量与同设备24相关联的预定特性(例如与控制电路16用以识别正在充电的设备24的类型的不同类型的设备24相关联的预定特性)进行比较。
40.图2示出示例性无线功率接收设备24的分解视图。如图2中所展示，无线功率接收设备24包括壳体，诸如可配合以限定内部腔体的顶部壳体62和底部壳体64。底部壳体64具有表面74，在本文中也称为后表面74，所述表面置于设备12的充电表面上或上方以用于对设备24进行无线充电。例如，在无线充电期间，设备12的后表面74和充电表面82两者可基本上平行于图2的x-y平面。显示屏(例如oled显示器)或其他输入-输出设备可安装到表面72(在本文中也称为上表面74)上的顶部壳体64。
41.设备24包括一个或多个线圈48，所述一个或多个线圈在底部壳体64上，或在由顶部壳体62和底部壳体64形成的内部腔体内。壳体62、64可包含金属材料、介电材料或者这些材料和/或其他材料的组合。设备24可任选地包括在线圈48附近的铁磁性屏蔽件66和热屏蔽件65。热屏蔽件65可包括在线圈48与设备24的电池和其他组件之间提供热隔离的石墨层或类似层。铁磁屏蔽件66可定位在功率线圈48与热屏蔽件65之间。铁磁性屏蔽件66可充当用于重定向磁通量的磁场屏蔽件，以获得与功率发射设备12中的线圈42的更高耦合，这可以使得充电效率得到改善。设备24可任选地包括将线圈48附接到底部壳体64的粘合剂部件67。粘合剂部件67可以是单片粘合剂材料，诸如压敏粘合剂(psa)。线圈48可任选地附接到切口区域68内的底部壳体64，所述切口区域被大小设定和塑形成收容线圈48。
42.在一些情形下，用户可将设备24放置在设备12的充电表面上，以使得底部壳体64的后表面74平坦地位于充电表面上。在这种示例性配置中，线圈48的中心轴线平行于设备12中的线圈42的中心轴线延伸，并且来自线圈42的磁场可穿过线圈48。磁场在线圈48上感生出用以对设备24进行无线充电的电流。
43.图3a是透视图，并且图3b是呈例示性配置的无线功率发射设备12的俯视图。如图所示，无线功率发射设备12可具有在充电表面82处的线圈42，以用于将无线功率传送到功率接收设备24中的线圈48。在一种例示性配置的情况下，设备12是具有平面表面84的无线充电盘，所述平面表面与充电表面82相对，并且搁置在诸如桌面或其他表面的下面的表面上。用户可将设备24放置到充电表面82上以用于对设备24进行充电。设备24的后表面74(图2)和充电表面82位于在无线充电期间基本上平行于图3的x-y平面的平面内。
44.设备12可使用图1的对应逆变器60来驱动线圈42以产生磁场。当设备24放置在充电表面82上时，磁场穿过线圈48，并且在线圈48上感生出用以对设备24进行无线充电的电流。当线圈48绕线圈42居中时，线圈42与线圈48之间的电磁耦合得到优化。然而，线圈42的大小允许沿图3的x轴和y轴的一定位置公差以用于将设备24放置在充电表面82上。如上文所指出，设备24的无线充电效率部分地由设备12上的线圈42与设备24上的线圈48之间的耦合决定。
45.图4是现有技术控制方法400的设计约束的例示图。图4绘制y轴上的电压和x轴上的功率。图4包括示例性整流器输出电压(“vrect”)负载线410a，其在功率发射设备12与功率接收设备24之间的良好耦合的情况下出现；和示例性vrect负载线410b，其在功率发射设备12与功率接收设备24之间的不良耦合的情况下出现，两者都是在功率发射设备12逆变器输出电压处于最大电平时。在控制方法中，功率接收设备尝试在恒定目标电平430处调节整
流器输出电压。因为控制回路可减小逆变器输入电压以使vrect达到目标电平，所以可在负载线410a和410b高于调节目标430的区中实现调节。因为逆变器输入电压不能进一步增加，所以不可在负载线410b低于目标电平430的区中实现调节。在良好耦合的情况下，系统可在440a处实现全功率。然而，在不良耦合的情况下，因为系统受到最大可用逆变器输入电压420以及无线功率发射设备与无线功率接收设备之间的弱磁性耦合的约束，所以系统仅可在440b处实现减小的功率。
46.图5是根据本公开的一方面的用于无线功率传送系统的反馈控制方案的例示图。在功率接收设备24中实施的控制回路在目标电平处调节整流器输出电压，并且当功率发射设备逆变器输入电压处于最大逆变器输入电压电平并且负载增加时，允许目标整流器输出电压折返(即允许目标整流器输出电压电平下降)。
47.图5绘制y轴上的电压和x轴上的功率。图5包括示例性整流器输出电压(“vrect”)负载线510，当功率发射设备逆变器输入电压处于其最大电平时，所述负载线在功率发射设备12与功率接收设备24之间的不良耦合的情况下出现。当你沿x轴从左到右移动时，负载线510中所示出的负载从轻负载过渡到重负载。
48.曲线520绘制功率发射设备逆变器输入电压。曲线520包括第一部分520a，其中当负载线510中表示的负载增加时，逆变器输入电压在522处斜升到最大逆变器输入电压。如下文所论述，控制回路能够在逆变器输入电压曲线520的此区中在目标电平处调节整流器输出电压(即功率接收设备可实现vrect调节)。曲线520包括第二部分520b，其中因为逆变器输入电压处于最大电平并且不可进一步增加，所以vrect调节不可实现。进一步增加负载功率将导致vrect下降到低于目标电平530。
49.曲线530绘制功率接收设备整流器目标输出电压。如图所示，曲线530包括第一部分530a，其中当负载沿负载线510增加时，功率接收设备在目标整流器输出电压电平处调节整流器输出电压。曲线530包括第二部分530b，其中功率接收设备以目标整流器输出电压折返模式操作，当功率发射设备逆变器输入电压处于最大电平并且负载继续增加时，在532处触发所述目标整流器输出电压折返模式。目标整流器输出电压折返模式允许目标整流器输出电压电平下降，并且当负载沿线510进一步增加时，控制回路将目标整流器输出电压自适应地调整到新的目标整流器输出电压电平。当处于目标整流器输出电压折返模式时，功率接收设备控制电路30可能需要目标整流器输出电压不下降到低于预定最小折返整流器输出电压电平，从而确保整流器50至少产生最小整流器输出功率。
50.目标整流器输出电压折返模式控制回路算法在功率接收设备24中实施。在无线功率传送期间，功率发射设备12可将指示逆变器输入电压状态的信息传达到功率接收设备24。例如，信息可以是指示逆变器输入电压处于最大逆变器输入电压电平的消息。可替代地，信息可标识逆变器输入电压值。通信可在携载逆变器输入电压信息的包中进行。在另一示例中，信息可以是现有数据包中的一位标记以指示逆变器输入电压是否已达到最大电平。从功率发射器12到功率接收器24的通信可使用如上文所论述的频移键控(fsk)技术来进行。可替代地，如果需要，可使用其他类型的带内或带外通信。
51.在另一示例中，功率接收设备24可向功率发射设备12询求指示功率发射设备的逆变器的操作条件的信息，其中无线功率传送线圈48正在接收由无线功率发射设备12使用逆变器发射的无线功率信号。另外，所述信息可包括指示无线功率传送设备12的逆变器是否
正在以其最大输入电压进行操作的状态。如果功率发射设备12对功率接收设备24指示逆变器输入电压处于最大电平作出响应，则如上文所论述，功率接收设备24可触发目标整流器输出电压折返模式，以在逆变器输入电压处于最大电平时自适应地调整目标整流器输出电压。
52.图6是根据本公开的一方面的用于无线功率传送系统的另一反馈控制方案600的例示图。控制方案600可改善在轻负载处的充电效率，并且包括上文所论述的目标整流器输出电压折返模式。可通过减小用于轻负载的功率发射设备逆变器输入电压来改善轻负载充电效率。在功率接收设备24中实施的控制回路根据功率接收设备整流器输出功率或输出电流来动态控制目标整流器输出电压。如下文所论述，目标整流器输出电压电平在轻负载下较低，并且随负载增加到重负载而增加到较高目标整流器输出电压电平。负载和目标整流器输出电压可取决于功率接收设备24操作条件。示例性操作条件包括电池的充电状态、设备是否正在播放视频或运行耗费功率的应用程序，诸如视频游戏。目标整流器输出电压函数(曲线630)可被设计成用于最佳耦合条件，并且允许目标整流器输出电压在较差耦合条件下折返，如目标整流器输出电压函数曲线部分630c中所展示。
53.图6绘制y轴上的电压和x轴上的功率。图6包括示例性整流器输出电压(“vrect”)负载线610，当功率发射设备逆变器输入电压处于其最大电平时，所述负载线在功率发射设备12与功率接收设备24之间的不良耦合的情况下出现。当你沿x轴从左到右移动时，负载线610中所示出的负载从轻负载过渡到重负载。
54.曲线620绘制功率发射设备逆变器输入电压。曲线620包括第一部分620a，其中发射设备逆变器输入电压针对轻负载处于较低电平，如负载线610的最左部分中所展示。曲线620包括第二部分620b，其中当负载线610中所表示的负载从轻负载过渡到重负载时，逆变器输入电压从较低电平增加到622处的最大逆变器输入电压电平。曲线620包括第三部分620c，所述第三部分表示其中逆变器输入电压处于最大逆变器输入电压电平的操作条件。
55.曲线630绘制随整流器输出功率而变的功率接收设备整流器目标输出电压。如图所示，曲线630包括第一部分630a，其中整流器输出功率较低，并且整流器输出电压被设计成在用于轻负载的最小目标整流器输出电压电平处进行调节，如负载线610的最左部分中所展示。因为逆变器输入电压维持在较低电压电平(即逆变器输入电压曲线第一部分620a)，所以在最小目标整流器输出电压电平处调节整流器输出电压可改善在轻负载处的充电效率。
56.曲线630包括第二部分630b和第三部分630b1，其中整流器输出功率正在增加，并且目标整流器输出电压被设计成随负载从轻负载过渡到重负载而从最小目标整流器输出电压电平增加到最大目标整流器输出电压电平634。然而，归因于功率发射器12与功率接收器24之间的不良耦合，功率接收器可能并不能够在第三部分630b1中所示出的目标整流器输出电压电平处调节整流器输出电压，因为功率发射器逆变器输入电压处于最大逆变器输入电压电平。在这种情况下，曲线630的第四部分630c示出以目标整流器输出电压折返模式操作的功率接收设备，当功率发射设备逆变器输入电压处于最大电平并且沿线610的负载继续增加时，在632处触发所述目标整流器输出电压折返模式。目标整流器输出电压折返模式允许目标整流器输出电压电平下降，并且当负载沿线610进一步增加时，控制回路将目标整流器输出电压自适应地调整到新的目标整流器输出电压电平。当处于目标整流器输出电
压折返模式时，功率接收设备控制电路30可能需要目标整流器输出电压不下降到低于预定最小折返整流器输出电压电平，从而确保整流器50至少产生最小整流器输出功率。
57.目标整流器输出电压折返模式控制回路算法在功率接收设备24中实施。在无线功率传送期间，功率发射设备12可将指示逆变器输入电压状态的信息传达到功率接收设备24。例如，信息可以是指示逆变器输入电压处于最大逆变器输入电压电平的消息。可替代地，信息可标识逆变器输入电压值。通信可在携载逆变器输入电压信息的包中进行。在另一示例中，信息可以是现有数据包中的一位标记以指示逆变器输入电压是否已达到最大电平。从功率发射器12到功率接收器24的通信可使用如上文所论述的频移键控(fsk)技术来进行。可替代地，如果需要，可使用其他类型的带内或带外通信。
58.在另一示例中，功率接收设备24可向功率发射设备12询求指示功率发射设备的逆变器的操作条件的信息，其中无线功率传送线圈48正在接收由无线功率发射设备12使用逆变器发射的无线功率信号。另外，所述信息可包括指示无线功率传送设备12的逆变器是否正在以其最大输入电压进行操作的状态。如果功率发射设备12对功率接收设备24指示逆变器输入电压处于最大电平作出响应，则如上文所论述，功率接收设备24可触发目标整流器输出电压折返模式，以在逆变器输入电压处于最大电平时自适应地调整目标整流器输出电压。
59.图7是使用图5和图6中所示出的反馈控制方案500和600在无线功率传送系统的功率接收设备24中实施的示例性控制回路算法的流程图。首先将结合图5中所展示的反馈控制方案500的示例性操作来论述图7流程图。
60.在无线功率系统8中，无线功率接收设备24是通信主设备，并且控制无线功率系统8中的功率传送。接收设备24被配置为从无线功率发射设备12接收电磁信号44。在功率传送之前和期间，接收设备24和发射设备12可协商最大允许功率电平。功率接收设备24包括无线功率传送线圈48。另外，接收设备24包括整流器电路50，所述整流器电路耦合到无线功率传送线圈48，并且被配置为将来自无线功率传送线圈的信号整流成输出电压。接收设备24还包括控制电路30，所述控制电路被配置为在目标输出电压电平处调节整流器输出电压(例如图5中的530a)，从发射设备12接收指示逆变器输入电压的状态消息，并且基于逆变器输入电压的状态来调整目标整流器输出电压。
61.参考图7，步骤704，接收设备24控制电路30测量当前整流器输出电压值(例如使用电路43)，并且确定其是否大于或等于目标电压整流器输出电平。如果是，则在步骤706处，接收设备可使负载功率斜升直到达到最大允许功率为止，并且进行到步骤708。如果当前整流器输出电压值小于目标整流器输出电压电平，则接收设备直接进行到步骤708。
62.在步骤708处，接收设备24控制电路30确定逆变器输入电压是否处于最大电平，诸如沿图5中的逆变器输入电压曲线部分520b的操作条件。例如，控制电路30可基于指示从发射设备12接收到的逆变器输入电压的状态消息来进行此确定。在另一示例中，功率接收设备24可向功率发射设备12询求指示逆变器输入电压状态的信息。在任一示例中，如果所述状态指示逆变器输入电压不处于最大电平(例如沿图5中的逆变器输入电压曲线第一部分520a的操作条件)，则接收设备24进行到步骤710。
63.在步骤710处，控制电路30在目标整流器输出电压电平处调节整流器输出电压。在步骤712处，控制电路30计算控制错误包(cep)，以使得功率发射设备能够通过提供功率发
射设备的反馈信息来调整整流器输出电压。在步骤730处，接收设备24将cep发射到发射设备12。发射设备12可使用cep中的信息来调整逆变器输入电压。
64.参考步骤708，如果接收设备24控制电路30确定逆变器输入电压状态消息指示逆变器输入电压处于最大电平(例如沿图5中的逆变器输入电压曲线第二部分520b的操作条件)，则接收设备进入目标整流器输出电压折返模式(例如沿整流器输出电压曲线第二部分530b的操作条件)。在步骤720处，接收设备24控制电路30测量当前整流器输出电压值(例如使用电路43)。当处于折返模式时，当前整流器输出电压值可低于目标整流器输出电压电平。因此，接收设备24将新的目标整流器输出电压电平设置成当前整流器输出电压值，并且在新的目标整流器输出电压电平处调节整流器输出电压。在步骤722处，接收设备24不计算控制错误包(cep)；相反，接收设备24为cep指派向功率发射设备12询求更多功率的值。cep请求更多功率可促使发射设备12增加逆变器输入电压，从而确保逆变器输入电压保持在逆变器输入电压最大电平。在步骤730处，接收设备24将cep发射到发射设备12。
65.当逆变器输入电压处于最大电平时，接收设备24将继续以目标整流器输出电压折返模式操作(即图7中的步骤720和722)，并且允许整流器输出电压下降。折返模式使得接收设备24能够在负载变化时(例如沿整流器输出电压曲线第二部分530b的操作条件)而将目标整流器输出电压电平自适应地调整到新的目标整流器输出电压电平。当处于折返模式时，接收设备24控制电路30可能需要目标整流器输出电压电平不下降到低于最小折返电压电平。接收设备24控制电路30可将在步骤720处测量的当前整流器输出电压值与最小折返电压电平进行比较。如果控制电路30确定当前整流器输出电压值小于最小折返电压电平，则控制电路30可将新的目标整流器输出电压电平设置成最小折返电压电平，并且在新的目标整流器输出电压电平处调节整流器输出电压。通过控制最小整流器输出电压电平，接收设备24可确保整流器50产生最小输出功率。
66.当在步骤704处，接收设备24控制电路30确定当前整流器输出电压值大于或等于目标整流器输出电压电平(例如沿图5中的整流器输出电压曲线第二部分530a的操作条件)时，接收设备24将停止以折返模式操作。由此，发射设备12逆变器输入电压将不处于最大电平；相反，其将处于沿图5中的逆变器输入电压曲线第一部分520a的操作条件。在步骤708处，接收设备24将进行到图7流程图的左侧的控制回路，以在目标输出电压电平处调节整流器输出电压，并且根据步骤710和712来计算cep。
67.接下来将结合图6中所展示的反馈控制方案600的示例性操作来论述图7流程图。如上文所指出，反馈控制方案600可改善在轻负载处的充电效率，并且包括目标整流器输出电压折返模式控制回路。
68.在无线功率系统8中，无线功率接收设备24是通信主设备，并且控制无线功率系统8中的功率传送。接收设备24被配置为从无线功率发射设备12接收电磁信号44。在功率传送之前和期间，接收设备24和发射设备12可协商最大允许功率电平。功率接收设备24包括无线功率传送线圈48。另外，接收设备24包括整流器电路50，所述整流器电路耦合到无线功率传送线圈48，并且被配置为将来自无线功率传送线圈的信号整流成输出电压。接收设备24还包括控制电路30，所述控制电路被配置为测量整流器电路50的特性(例如使用电路43)。例如，整流器电路特性可以是整流器输出功率和/或整流器输出电流。
69.控制电路30可基于整流器电路50的所测量特性的函数来确定和动态控制目标整
流器输出电压电平。例如，可根据如图6曲线630中所展示的整流器输出功率来确定和控制目标整流器输出电压。目标整流器输出电压函数(曲线630)可被设计成用于最佳耦合条件(即曲线部分630a、630b、630b1)，并且允许目标整流器输出电压在较差耦合条件(即曲线部分630c)下折返。目标整流器输出电压函数可在轻负载处(例如需要较低整流器输出功率)提供较低目标整流器输出电压，并且可在重负载处(例如需要较高整流器输出功率)提供较高目标整流器输出电压。
70.参考图7步骤704，接收设备24控制电路30测量当前整流器输出功率(例如使用电路43)，并且根据所测量整流器输出功率来确定目标整流器输出电压电平。控制电路30还测量当前整流器输出电压值，并且确定其是否大于或等于目标电压整流器输出电平。如果是，则在步骤706处，接收设备24可使负载功率斜升直到达到最大允许功率，并且进行到步骤708。如果当前整流器输出电压值小于目标整流器输出电压电平，则接收设备直接进行到步骤708。
71.在步骤708处，接收设备24控制电路30确定逆变器输入电压是否处于最大电平，诸如沿图6中的逆变器输入电压曲线部分620c的操作条件。例如，控制电路30可基于指示从发射设备12接收到的逆变器输入电压的状态消息来进行此确定。在另一示例中，功率接收设备24可向功率发射设备12询求指示逆变器输入电压状态的信息。在任一示例中，如果所述状态指示逆变器输入电压不处于最大电平，诸如沿图6中的逆变器输入电压曲线部分620a或620b的操作条件，则接收设备24进行到步骤710。
72.在步骤710处，控制电路30在根据所测量整流器输出功率确定的目标输出电压电平(例如沿图6中的设计目标整流器输出电压部分630a或630b的操作条件)处调节整流器输出电压。在步骤712处，控制电路30计算控制错误包(cep)，以使得功率接收设备能够通过提供功率发射设备的反馈信息来调整整流器输出电压。在步骤730处，接收设备24将cep发射到发射设备12。发射设备12可使用cep中的信息来调整逆变器输入电压。
73.再次参考步骤708，如果接收设备24控制电路30确定逆变器输入电压状态消息指示逆变器输入电压处于最大电平(例如沿图6中的逆变器输入电压曲线部分620c的操作条件)，则接收设备进入目标整流器输出电压折返模式(例如沿整流器输出电压曲线部分630c的操作条件)。在步骤720处，接收设备24控制电路30测量当前整流器输出电压值(例如使用电路43)。当处于折返模式时，当前整流器输出电压值可低于目标整流器输出电压电平。因此，接收设备24将新的目标整流器输出电压电平设置成当前整流器输出电压值，并且在新的目标整流器输出电压电平处调节整流器输出电压。在步骤722处，接收设备24不计算cep；相反，接收设备24为cep指派向功率发射设备12询求更多功率的值。cep请求更多功率可促使发射设备12增加逆变器输入电压，从而确保逆变器输入电压保持在逆变器输入电压最大电平。在步骤730处，接收设备24将cep发射到发射设备12。
74.当逆变器输入电压处于最大电平时，接收设备24将继续以目标整流器输出电压折返模式操作(即图7中的步骤720和722)，并且允许整流器输出电压下降。折返模式使得接收设备24能够在负载变化时(例如沿整流器输出电压曲线部分630c的操作条件)而将目标整流器输出电压电平自适应地调整到新的目标整流器输出电压电平。当处于折返模式时，接收设备24控制电路30可能需要目标整流器输出电压电平不下降到低于最小折返电压电平。接收设备24控制电路30可将在步骤720处测量的当前整流器输出电压值与最小折返电压电
平进行比较。如果控制电路30确定当前整流器输出电压值小于最小折返电压电平，则控制电路30可将新的目标整流器输出电压电平设置成最小折返电压电平，并且在新的目标整流器输出电压电平处调节整流器输出电压。通过控制最小整流器输出电压电平，接收设备24可确保整流器50产生最小整流器输出功率。
75.前述描述是为了解释的目的而提供，并且不应被视为限制本发明。虽然已参考例示性示例或方法来描述本发明，但应理解，本文中已使用的词语是描述和例示的词语，而不是限制的词语。此外，尽管本文中已参考特定结构、方法和示例来描述本发明，但本发明并不旨在限于本文中所公开的具体细节，因为本发明扩展到在所附权利要求书的范围内的所有结构、方法和用途。受益于本说明书的教示的相关领域的技术人员可实现对如本文中所描述的本发明的众多修改，并且可在不脱离由所附权利要求书限定的本发明的范围和精神的情况下进行改变。