高功率无线充电的制作方法

本发明涉及一种用于对便携式设备的电池进行无线充电的电源设备和便携式设备的系统，该电源设备包括具有天线的第一发射器级以从便携式设备的第一接收器级接收功率调整信息以增加或减少由第一发射器级的天线发射的第一磁场传输的功率，该第一接收器级包括暴露于第一磁场并且经由匹配级连接到整流器级的天线，该整流器级用于整流天线信号并且在充电级的输入引脚处提供输入电压(ui)，所述充电级在连接到所述电池的第一输出引脚处提供第一充电电流以在充电周期中对所述电池充电。

背景技术：

1、无线充电用于各种不同的便携式设备，如移动电话或耳机。便携式设备只需被放在电源设备附近，电源设备通过电源设备的天线产生并发射磁场，其优点是不需要电线来给便携式设备充电。在一些这种系统中，电源设备仅发射磁场，并且一些较新的系统包括从便携式设备到电源设备的反馈回路，以调节磁场的功率。

2、图1示出本领域技术人员已知的电源设备1和带电池3的便携式设备2的这种系统。例如，在nfc forumtm技术规范1.0版中描述了这种系统。被称为“轮询器(poller)”的电源设备1包括天线4，天线4发射具有13.56mhz频率的磁场。被称为“监听器(listener)”的便携式设备2包括暴露于电源设备1发射的磁场的天线5。匹配电路15将天线5的输出引脚的阻抗匹配到整流器6的输入引脚，整流器6使用桥式整流器来整流天线信号并提供直流dc电压。便携式设备2的充电级7用于对电池3进行充电。由于充电级7包括需要5v+/-10％的电源电压的充电器ic 8，dc/dc转换器9被用于将整流器6提供的直流dc电压转换为在充电级7的输入引脚10处的适当的输入电压ui。

3、电池3是需要由充电级7以不同的充电电流ic和充电电压在不同的时间段内对其充电的锂离子电池。为了实现这一点，充电级7在输入引脚10和电池3之间的路径中包括串联的欧姆电阻部件11以产生测量电压，该测量电压由电流测量级12测量以测量对电池3充电的充电电流ic。充电级7还包括数字控制级13，该数字控制级13在输入引脚10处的输入电压ui和/或用于对电池3充电的充电电流ic过低或过高的情况下产生功率调整信息16。该功率调整信息16由数字控制级13提供给cless通信级14，cless通信级14遵循nfc通信协议以将功率调整信息16传送给电源设备1。利用从便携式设备2到电源设备1的这种反馈回路，充电级7可以请求由电源设备1提供的磁场中的更多或更少的功率。

4、图2示出充电电流ic的时间图，在三个不同时间段ta、tb和tc对电池3充电。图2还示出在对电池3充电的时间段ta、tb和tc期间充电级7的输入引脚10处的输入电压ui和实际电池电压ubat。仅电池电压ubat乘以充电电流ic被用于对电池3实际充电。例如由nfc-forum规范所规定的，这种从电源设备到便携式设备的无线传输功率在高达1w的范围内。这个能量的量足以给例如耳机的电池充电，但不足以在合理的时间范围内给手机充电。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电源设备和便携式设备的系统，用于对便携式设备的电池进行无线充电，使得能够无线传输更多功率以能够更快的充电和/或能够为具有较更电池容量的便携式设备充电。

2、该目的是在根据权利要求1的系统中实现的。

3、所要求保护的系统包括具有两个或更多个发射器级的电源设备，每个发射器级包括其自己的天线并发射其自己的磁场。该系统还包括两个或更多个接收器级，每个接收器级包括其自己的天线，以从该接收器级的天线所暴露到的发射器级的磁场收获功率。这种系统大体上从us2014/0266031 a1中已知，us2014/0266031 a1公开了使用两个发射器级和便携式设备中的两个接收器级。这些接收器级将它们从天线收获的感应电流提供给限制控制器，该限制控制器调整其电阻，以使两个接收器级的dc输出电压相同。这样的共同输出电压被用作充电模块的输入，以对便携式设备的电池充电。这种已知的概念的缺点是，由于每个接收器级中的限制控制器，接收器的天线所收获的功率被损失。例如，第一发射器级的天线可以与第一接收器级的天线机械地紧密对准，这导致第一接收器级中的高感应电流受到限制控制器的限制。同时，第二发射器级的天线可能与第二接收器级的天线机械地太远并且对准不良，这导致第二接收器级中的感应电流低，因此其不能在充电模块的输入处提供所要求的直流输出电压。所收获的感应电流可能根本不被使用，或者如果被使用，可能导致低于所要求的直流输出电压。因此，该已知概念包括几种可能的操作模式，其中并非所有收获的感应电流都用于给电池充电。us2014/0266031a1中公开的系统还没有公开使用来自接收器级的功率调整信息来调整由发射器级的天线发射的磁场的强度，这使得该已知系统的效率甚至更差。

4、根据权利要求1所述的系统的发明构思包括每个接收器级中的充电级，每个充电级在实际充电周期中为便携式设备的电池充电所需的充电电流提供其自己的部分。这样的优点是，由便携式设备中的两个或更多个接收器级的天线收获的所有功率都或多或少地被用于电池的实际充电，因为在每个接收器级中没有限制控制器。使用来自接收器级的功率调整信息来调整由发射器级的天线发射的磁场的强度使得本发明系统的效率甚至更好。

5、此外有利的是，在电源设备中实现控制单元，该控制单元初始化和配置电源设备的所有发送器级并且用于处理经由无线接口与便携式设备中的接收器级的通信。这种通信是时间同步的，这意味着所有发射器级在相同的第一时隙交换与接收器级中的充电级的充电协议相关的信息，如功率调整信息。在时间同步的第二时隙中，每个发射器级发射具有在第一时隙期间传送的个别场强的磁场。

6、在本发明的另一个优选实施例中，只有第一发射器级在第一时隙期间与第一接收器级传送与充电协议相关的信息。在该实施例中，第二和所有其它发射器级(不是第一发射器级)的全部或至少一个的场强在初始化阶段期间已经由电源设备的控制器单元固定。在第二时隙中，第二发射器级和所有其它发射器级(不是第一发射器级)发射具有该固定场强的磁场。在该实施例中，可以通过用于仅设置第一发射器级的可变场强的功率调整信息来改变所收获的感应电流。还可以通过改变第二时隙的持续时间来改变在第二时隙期间收获的感应电流，该持续时间由电源设备的第一发射器级或控制单元的同步信号同步。

7、本发明的这些和其它方面将从下文所述的实施例中显而易见并参照下文所述的实施例进行阐述。本领域技术人员将理解，可以组合各种实施例。

技术特征：

1.一种系统(17)，其包括电源设备(18)和便携式设备(19)，用于对便携式设备(19)的电池(3)进行无线充电，该电源设备(18)包括具有天线(21)的第一发射器级(20)以从便携式设备(19)的第一接收器级(22)接收功率调整信息(16)以增加或减小由第一发射器级(20)的天线(21)发射的第一磁场传输的功率，该第一接收器级(22)包括暴露于第一磁场并且经由匹配级(15)连接到整流器级(6)的天线(23)，整流器级(6)用于整流天线信号并且在充电级(7)的输入引脚处提供输入电压(ui)，充电级(7)在连接到电池(3)的第一输出引脚(24)处提供第一充电电流(ic1)以在充电周期(25)中对电池(3)充电，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的系统(17)，其中所述电源设备(18)包括控制单元(36)，该控制单元(36)连接到电源设备(18)的第一发射器级(20)、第二发射器级(26)以及任何其它发射器级(28)，并且被构造成初始化和配置所有这些发射器级(20，26，28)，并检测暴露于由所述电源设备(18)的这些发射器级(20，26，28)之一产生的第一或第二磁场或者任何其它磁场的所述便携式设备(19)的第一接收器级(22)、第二接收器级(30)以及任何其它接收器级(33)的天线(23，31，34)的存在。

3.根据权利要求2所述的系统(17)，其中所述控制单元(36)被构造成在初始化阶段期间初始化所述电源设备(18)的所有发射器级(20，26，28)和所有检测到的暴露于相同磁场的所述便携式设备(19)的接收器级(22，30，35)之间的通信。

4.根据权利要求3所述的系统(17)，其中所述控制单元(36)被构造成将发射器级(20，26，28)和接收器级(22，30，35)之间的所有初始化通信处理为时间同步的并行通信，其中在第一时隙(t1)中交换用于每个发射磁场的个别功率调整信息(16)与在第二时隙(t2)中的充电周期(25)期间通过发射磁场以磁场的个别强度传输功率交替进行。

5.根据权利要求2所述的系统(17)，其中所述控制单元(36)被构造成仅处理所述第一发射器级(20)和所述第一接收器级(22)之间的通信以在第一时隙(t1)中交换功率调整信息(16)，并且交替地在第二时隙(t2)中通过所有发射器级(20，26，28)发射磁场向所有检测到的接收器级(22，30，35)进行时间同步的并行功率传输，其中通过由所述第一发射器级(20)或所述控制单元(36)产生的同步信号(sync)来同步第二时隙(t2)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统(17)，其中所述便携式设备(19)包括控制器单元，该控制器单元用于配置所述便携式设备(19)的第一接收器级(22)和/或任何其它接收器级(30，33)以使得能够从所述便携式设备(19)的第一接收器级(22)和/或任何其它接收器级(30，33)向所述电源设备(18)的控制器单元(36)进行进一步的数据通信。

技术总结
一种用于对便携式设备(19)的电池(3)进行无线充电的电源设备(18)和便携式设备(19)的系统(17)，该电源设备(18)包括具有天线(21)的第一发射器级(20)，以从便携式设备(19)的第一接收器级(22)接收功率调整信息(16)以增加或减小由第一发射器级(20)的天线(21)发射的第一磁场传输的功率，该第一接收器级(22)包括暴露于第一磁场并且经由匹配级(15)连接到整流器级(6)的天线(23)，整流器级(6)用于整流天线信号并且在充电级(7)的输入引脚处提供输入电压(U<subgt;I</subgt;)，该充电级(7)在连接到电池(3)的第一输出引脚(24)处提供第一充电电流(I<subgt;C1</subgt;)以在充电周期(25)中对电池(3)充电，其中电源设备(18)至少包括具有用于发射第二磁场的天线(27)的第二发射器级(26)，并且便携式设备(19)至少包括第二接收器级(30)，其具有暴露于第二磁场的天线(31)和在连接到电池(3)的第二输出引脚(32)处提供第二充电电流(I<subgt;C2</subgt;)以在充电周期(25)中对电池(3)充电的第二充电级。

技术研发人员：伯恩哈德·格鲁伯
受保护的技术使用者：瑞萨斯设计奥地利公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/18