CN105453379A - 感应式充电***的功率管理 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种感应式充电***的发射部分和接收部分内的功率管理***和功率发射***。该感应式充电***包括发射线圈(105)和接收线圈(110)。该接收线圈(110)耦接至感应式充电电路(120)。该感应式充电电路(120)包括用于将从接收线圈(110)输出的AC转换成可用于对电池(140)进行充电的DC的电路。该感应式充电电路电连接至功率管理单元(130)。该功率管理单元(130)包括处理电路，以智能地确定如何将从感应式充电电路(120)输出的功率分配给电池(140)。电荷监测电路(150)耦接至接地控制器(160)。只有在该接地控制器(160)处于开启状态时，该接地控制器(160)才将电荷监测电路(150)耦接至电路接地部(170)。该接地控制器(160)可从感应式充电电路(120)接收信号(180)以进入开启状态。

Description

感应式充电***的功率管理

相关申请的交叉引用

本专利合作条约专利申请要求于2013年9月3日提交的名称为“PowerManagementforInductiveChargingSystems”的美国临时专利申请61/873,256的优先权，该专利申请以引用方式并入，就如同在本文充分公开的那样。

技术领域

本公开涉及电磁感应功率发射，并且更具体地涉及用于使功率发射效率最大化的自适应功率控制***。

背景技术

许多电子设备包括不时需要外部电源进行再充电的一个或多个可再充电电池。通常，这些设备可使用相同或相似的连接类型进行充电，例如经由通用串行总线(“USB”)。然而，虽然具有共同的连接类型，但多个设备通常需要具有不同功率输出的单独电源。这些单独电源在使用、存储以及到处运送时很令人烦恼。因此，设备便携性的益处受到很大限制。

此外，在某些情况下使用充电线可能不安全。例如，汽车司机在试图将电子设备***车载充电器时可能分心。又如，如果不注意，充电线会存在使人绊倒的危险。

为了解决便携式电子设备的这些缺点和其它缺点，一些设备包括感应式再充电***。为了使电池再充电，使用者可简单地将设备置于感应式充电表面上。然而，由于需要便携式电子设备内的附加电路来支持感应式充电***，所以设备的电池寿命可能不期望地减少。例如，为了保持或减小设备的形状因数，电池的尺寸或容量会减小。又如，当感应式充电***不使用时，该***会对电池产生负载，从而减少电池寿命。因此，虽然感应充电的设备对于使用者可能更便利，但它们可能需要更经常地再充电。

因此，当前可能存在对一种在不要求单独的电源并且本身不会耗尽便携式设备的电池的情况下向便携式设备递送有用功率的方法的需求。

发明内容

本专利申请提供用于在不耗尽便携式电子设备的电池的情况下向该便携式电子设备递送有用功率的技术。本文描述的某些实施例可能涉及一种用于控制和优化电磁感应功率发射的自适应功率控制***或采用其形式。在某些实施例中，该自适应功率控制***可包括无线信号接收器、在选定的频率和/或占空比下操作的交流电源、可耦接至该电源的功率发射电感器(诸如线圈)，以及耦接至该功率发射电感器的电流监测器。该电流监测器可被配置为确定功率发射电感器的电流负载。当电流监测器检测到电感器的电流负载已经改变时，可改变电源的工作频率。

例如，在某些实施例中，可提高工作频率，以便减少从功率发射电感器发射的功率。在其它实施例中，可降低频率，以便增大从功率发射电感器发射的功率。在其它实例中，可降低工作频率，以便供应较低功率，或者可提高工作频率，以便供应较高功率。另外，可响应于从无线信号接收器接收的信号而改变电源的工作频率。在某些实施例中，可响应于电流负载低于电流负载最小阈值而关闭电源。又如，如果未从无线信号接收器接收到信号，则可关闭电源和/或将其从相关联的电源断开连接。换句话讲，如果无线信号接收器没有非常肯定地发射信号，则功率发射电感器可像无线信号接收器不存在那样进行操作。这样，无线信号接收器可通过选择性地禁用适于将信号发送给功率发射电感器的一个或多个通信电路来有效地“隐藏”其存在性。

在另外的实施例中，响应于电流负载对电源的工作频率的修改可与电流负载的改变基本上同时发生。这样，当电流负载改变时，可迅速地改变功率发射线圈的工作频率来进行补偿。在一些实施例中，改变量可被固定为低于每次改变的某个最大值或固定时间段内的某个最大值。例如，所发射的功率的增大或减小可限于每毫秒的某个量。

在其它实施例中，从无线信号接收器接收的信号可为在某一间隔处从感应地靠近功率发射电感器的便携式电子设备发送的反馈信号。例如，反馈信号可包括关于便携式电子设备的实时电流需求的信息。例如，如果便携式电子设备在仅充电模式下操作，则实时功率需求可能小于便携式电子设备在该设备正由使用者操作的同时进行充电的情况下的功率需求。

在其它实施例中，反馈信号可包括关于便携式电子设备的识别信息。此类识别信息可包括便携式电子设备的期望功率需求。例如，便携式电子设备可能需要某一已知电压和安培数。这些已知值可能不一定随设备的操作模式的改变而改变，尽管在一些实施例中，这些已知值可能改变。因此，便携式电子设备可将设备的期望的但不一定实时的功率需求包括在被发送给无线接收器的信号内。

在另外的实施例中，响应于从便携式电子设备发送的反馈信号对电源的工作频率的修改可覆盖响应于电流负载对电源的工作频率的任何修改。例如，如果放置导电材料使其感应地靠近功率发射电感器，则可在该材料内引起涡电流，这可能显著增大功率发射电感器上的电流负载。在这种情况下，负载增大以及电流监测器所看到的电源的频率的对应改变不是便携式电子设备的功率需求增大的结果。因此，当从便携式电子设备发送的反馈信号不包括匹配功率发射电感器的电流功率输出的功率信息时，反馈信号可覆盖先前频率的改变。

在某些其它实施例中，便携式电子设备的功率需求的改变在从便携式电子设备向注意到该改变的无线信号接收器发送信号之前可能增大功率发射电感器上的电流负载。在这种情况下，电流监测器可能注意到功率发射电感器上的电流负载的增大并对应地调节电源的工作频率。然后，无线信号接收器可接收反馈信号，从而确认便携式电子设备的功率需求已经增大。在该实施例和类似实施例中，便携式电子设备的功率需求改变立即得到注意，并且不依赖于来自便携式电子设备自身的肯定信号。

在其它实施例中，一旦响应于电流负载对电源的工作频率的修改被响应于反馈信号对电源的工作频率的修改覆盖，在选定的超时时间段内便可忽略响应于电流负载的后续改变对电源的工作频率的后续修改。在某些情况下，该选定的超时时间段可小于反馈信号的间隔，或者在其它情况下，该选定的超时时间段可大于反馈信号的间隔。可认识到，超时时间段可随实施例而改变。

在某些实施例中，感应地靠近功率发射电感器的便携式电子设备可包括浪涌保护电路诸如电容器，该浪涌保护电路用于防止由于由功率发射电感器发射的功率的增大对便携式电子设备的损害。例如，如果功率发射电感器增大其发射的功率，则便携式电子设备的功率接收电路中可能存在功率涌动。包括电容器或其它浪涌保护电路可防止由于由便携式电子设备发射的功率的意外增大对便携式电子设备的损害。

本文描述的实施例还可涉及一种用于便携式电子设备的自适应功率***或采用其形式。所描述的功率***的某些实施例可包括电池、具有至少空闲状态和接收状态的功率接收电感器、耦接至该功率接收电感器的功率转换控制器、耦接至该功率转换控制器和电池的功率管理控制器、耦接至该电池和该功率转换控制器的电荷监测器，以及接地连接控制器。在某些情况下，当功率接收电感器处于空闲状态时，接地连接控制器可将电荷监测器与电路接地部完全断开连接。这样，通过接地连接控制器连接的所有电路无法使至接地部的电路完整，因此没有对便携式电子设备的电池产生负载。在其它情况下，当功率接收电感器处于接收状态时，接地连接控制器可将电荷监测器直接连接至电路接地部，使得电荷监测器可执行其功能。

在某些实施例中，功率转换控制器包括整流器和电压调节器。这样，功率转换控制器可接收交流电并且可输出所调节的直流电。在某些实施例中，功率转换控制器还可包括电池的当前电压与从电压调节器输出的当前电压之间的电压比较器。这样，功率转换控制器可确定电池的电压是否足够低以需要再充电，或者在替代形式中，电池的电压是否足够高以被认为充分充电。在某些情况下，当电池被认为充分充电时，功率转换控制器可关闭。

在某些其它实施例中，功率管理控制器可包括至少充电状态和直接操作状态。例如，充电状态可包括功率管理控制器将功率转换控制器耦接至电池以对电池充电。另一方面，直接操作状态可包括功率管理控制器将功率转换控制器耦接至便携式电子设备的电路，使得便携式电子设备可在不从电池汲取电力的情况下操作。这样，便携式电子设备可完全或基本上通过从功率接收电感器接收的功率进行操作。

在另外的实施例中，接地连接控制器可为用于控制至接地部的电连接的开关电路。在某些情况下，接地控制器可为固态继电器或机械继电器。在其它情况下，接地控制器可为场效应晶体管(“FET”)。可认识到，接地连接控制器可采用多种形式。

本文描述的另外的实施例可涉及一种控制具有电池的便携式电子设备内的感应式充电***的方法或采用其形式。此类实施例可通过确定便携式电子设备是否感应地靠近功率发射器来开始。如果便携式电子设备感应地靠近功率发射器，则可提供至感应式充电***的接地部的直接连接。如果便携式电子设备不感应地靠近功率发射器，则可移除至感应式充电***的接地部的直接连接。在相关实施例中，确定便携式电子设备是否感应地靠近功率发射器包括监测便携式电子设备内的功率接收电感器两端的电压。

在另外的相关实施例中，提供至接地部的直接连接包括将接地连接控制器设置为开启状态。类似地，移除至接地部的直接连接包括将接地连接控制器设置为关闭状态。在一些情况下，设置与功率接收电感器两端的电压直接相关的接地连接控制器的状态。例如，当功率接收电感器两端的电压低于选定量值时，接地连接控制器被设置为关闭状态。类似地，当功率接收电感器两端的电压高于选定量值时，接地连接控制器被设置为开启状态。

本文描述的另外的实施例可涉及一种修改电磁感应功率转移发射电路的功率输出的方法或采用其形式。该过程可通过以下操作开始：确定供应有某一频率下的交流电的功率发射电感器上的电流负载，响应于所确定的电流负载来调节该频率，接收所需功率的信号，以及响应于所接收的信号来修改所调节的频率。

在另外的相关实施例中，响应于电流负载来调节频率可包括提高频率以减小从功率发射电感器输出的功率，或者在可替代形式中，降低频率以增大从功率发射电感器输出的功率。

在另外的实施例中，可响应于由电流监测器所检测到的电流负载改变而增大功率发射电感器的其它可变属性。例如，可响应于检测到的负载增大而提高施加至功率发射电感器的电压。在相关实例中，可响应于检测到的负载减小而降低施加至功率发射电感器的电压。所施加的电压的提高速率或降低速率可以是固定的，或者在另选实施例中，电压的改变速率可以是可变的。此外，可认识到，功率发射电感器的任何可变属性可对功率发射效率产生影响，使得根据检测到的电流负载改变属性可实现更高效的能量传输。

在又一些另外的实施例中，可响应于电流监测器所检测到的电流负载改变而增大功率发射电感器的多种可变属性。例如，可响应于检测到的单独电流负载改变而改变施加至功率发射电感器的电压和频率。在许多实例中，功率发射电感器的可变属性可以任意种方式改变或修改。例如，施加至功率发射电感器的电压可在选择或应用频率和/或占空比之前或之后改变。又如，可对功率发射电感器应用占空比控制以调节施加于功率发射电感器的电压。

在又一些另外的实施例中，可执行功率发射电感器的可变属性的增大以使由功率接收电感器接收的功率最大化，而不是出于效率原因。例如，在某些实施例中，便携式电子设备可通过从功率发射电感器接收的功率来完全供电。在这一情况下，感应地靠近的便携式电子设备内的电池可以不对便携式电子设备提供支持的方式或以其它方式为其供电。相反，增大功率发射电感器的频率或电压或其它可变属性的目的可以是对***负载的改变立即进行响应。

附图说明

现在将参考在附图中示出的代表性实施例。应当理解，以下描述并非意在将实施例限制于一个优选实施例。相反地，其旨在覆盖可能被包括在由所附权利要求书限定的所述实施例的实质和范围内的替代形式、修改形式和等同形式。

图1为根据本公开的实施例的信号流程图，其示出了开启状态下的接地连接控制器。

图2为根据本公开的实施例的信号流程图，其示出了关闭状态下的接地连接控制器。

图3为示出控制具有电池的便携式电子设备内的感应式充电***的方法的过程流程图。

图4为本公开的样本实施例的示意图，其示出了作为便携式电子设备的感应式充电电路的一部分的接地连接控制器。

图5为本公开的样本实施例的示意图，其示出了连接至感应式充电***的发射线圈的电流负载监测器。

图6为示出了控制感应式充电***的发射功率的方法的过程流程图。

在不同附图中使用相同或相似参考编号来指示相似、相关或相同的项。

具体实施方式

本文描述的实施例涉及感应式充电***的发射部分和接收部分两者内的功率管理优化和功率发射优化。感应式充电***可包括用于发射功率的感应式充电站和用于接收功率的便携式电子设备。该便携式电子设备可包括媒体播放器、媒体存储设备、个人数字助理、平板电脑、蜂窝电话、膝上型计算机、智能电话、触笔、全球定位传感器单元、远程控制设备、健康监测设备、可穿戴设备、运动辅助设备、电动车、家用电器、医疗设备等。

某些实施例可采用便携式电子设备内的功率管理***的形式。例如，当放置便携式电子设备使其感应地靠近感应式充电站时，该便携式电子设备可激活感应式充电电路。此类电路可包括功率接收电感器，或者换句话讲，功率接收线圈。

被包括在便携式电子设备内的接收线圈可由作为感应式充电站的一部分被包含的发射线圈来补充。当放置便携式电子设备使其感应地靠近充电站时，发射线圈与接收线圈之间可产生互感。换句话讲，发射线圈内的电流流动可通过电磁感应来感应接收线圈的引线两端的电压。

互感耦接或电感耦接的质量可能明显受到许多因素影响，包括发射线圈和接收线圈的相对对齐以及两者之间的距离。可认识到，为了增强发射线圈与接收线圈之间的功率发射，线圈应该靠在一起并且沿共同轴对齐。还可认识到，电磁感应需要供应给发射线圈的电流随时间而改变。通常，在基于发射线圈和接收线圈的几何形状和匝数选择的频率下供应交流电。在某些实施例中，被供应给发射线圈的交流电选定的频率可为约150kHz。在其它实施例中，所选定的频率可大于或小于150kHz。

便携式电子设备内的功率管理***的另外的实施例可包括功率转换控制器，该功率转换控制器被设计用于解决上文描述的许多问题。例如，接收线圈和发射线圈的对齐不准确可能导致两者之间只有少量功率发射。因此，功率转换控制器可包括电压监测器，使得如果从接收线圈输出的电压过低，则可禁用便携式电子设备内的其它电路诸如电池充电电路。类似地，如果从接收线圈输出的电压足够高，则功率转换控制器可激活电池充电电路。

功率转换控制器还可包括桥式整流器，或其它交流电到直流电转换器。功率转换控制器还可包括电压调节器。这样，从接收线圈输出的高频交流电可转换成具有可用于对便携式电子设备内的电池进行充电的电压的直流电。

在某些实施例中，电压监测器还可包括电池的电压与从稳定器输出的电压之间的电压比较器。可认识到，在这种配置中，当电池电压降到低于电压调节器的输出电压时，电池可能需要充电。另选地，如果电池电压高于电压调节器的输出电压，则电池不需要充电。

如上所述，当便携式电子设备感应地靠近发射线圈时，功率转换控制器启用便携式电子设备来智能地接收和使用功率。然而，当将便携式电子设备从对发射线圈的电磁影响移除时，功率转换控制器电路不起任何作用。因此，未使用的电路可对便携式电子设备内的电池构成电阻式负载。这种电阻式负载可导致电池以加速的速率漏电。

为了解决非充电状态下的感应式充电电路的功率泄漏，某些实施例可包括接地连接控制器。该接地连接控制器可防止特定电路、子电路或电路元件连接至接地部。在没有连接至接地部的情况下，电路或子电路不是电完整的，因此不会产生任何电阻式负载或功率泄漏。因此，耦接至功率转换控制器的接地连接控制器或者功率转换控制器的部分可选择性地移除至接地部的连接，从而有效地禁用电路而没有意外断电的风险。

接地连接控制器可为用于控制至接地部的电连接的开关电路。在某些情况下，接地控制器可为物理开关。在此类实施例中，可定位正常开启的开关，使得该开关只在接收线圈位于感应地耦接至发射线圈的位置时才闭合。

在另一实施例中，接地连接控制器可为固态继电器或机械继电器。在此类实施例中，当接地连接控制器通电时，可形成至接地部的连接。在某些实施例中，继电器可从由接收线圈输出的交流电获得功率。这样，只有在接收线圈正在产生电流时或者换句话讲当接收线圈和发射线圈均存在时，继电器才将连接至接地部。

在其它情况下，接地控制器可为场效应晶体管(“FET”)。在某些实施例中，FET可为n沟道增强模式FET。可认识到，在此类晶体管的源极和漏极之间不存在导电通道，直到在相对于源极的栅极处施加足够的正电压。换句话讲，如果在FET的栅极处存在零电压，则源极和漏极将以电方式断开连接。另一方面，如果在栅极处存在正电压，则源极和漏极将以电方式连接。在该实施例和相关实施例中，源极可连接至接地部，同时漏极连接至功率转换控制器。栅极可连接至被耦接至接收线圈的电压整流器，使得将源极电连接至漏极所必需的电压由接收线圈本身提供。这样，只有当接收线圈和发射线圈均存在时，FET才将功率转换控制器连接至接地部，从而启用控制器。

还可认识到，本文描述的技术可应用于便携式电子设备内的任何电路。例如，其它电路元件或子电路可基于从接收线圈输出的电压的存在或不存在而选择性地接地或从接地部断开连接。

此外，可认识到，接地连接控制器不一定局限于上述实施例。

本文描述的其它实施例可采用感应式充电站内的功率管理***的形式。例如，当放置便携式电子设备使其感应地靠近感应式充电站时，该感应式充电站可激活感应式功率发射电路。此类电路可包括功率发射电感器，或者换句话讲，包括耦接至电源的功率发射线圈，该电源以选定的频率输出交流电。

如上所述，功率发射线圈可与功率接收线圈电感耦接。在耦接时，发射线圈将经历增大的负载。因此，当便携式电子设备的功率需求改变时，发射线圈所经历的负载可能也会改变。为了应对各种便携式电子设备的功率需求的改变或单个便携式电子设备的不同操作模式，感应式功率发射电路可包括电流监测器。电流监测器可被定位在向发射线圈提供功率的电路内的具有已知电阻的电阻器上。这样，通过发射线圈的电流负载可在任何给定时间可知。

在某些实施例中，来自电流监测器的输出可用于控制电源的输出的选定频率。例如，在某些实施例中，以较低频率发射的功率比以较高频率发射的功率多。因此，如果电流监测器确定发射线圈的负载已经增大，则可降低电源的输出频率以便发射更多功率。在替代形式中，如果电流监测器确定发射线圈的负载已经降低，则可提高电源的输出功率以便发射更少功率。这样，感应式充电站可通过不发射比与发射线圈耦接的设备所需的功率更多的功率来获得提高的功率效率。在又一些另外的实施例中，电源的输出的其它可变属性可由于检测到的发射线圈的负载的改变而改变。例如，可响应于施加于发射线圈的负载的增大或减小而提高或降低施加于发射线圈的电压。

在一些实施例中，从感应式充电站输出的功率可至少部分地受到来自便携式电子设备本身的周期性报告的控制或影响。例如，便携式电子设备可包括被配置为向感应式充电站发射信息的无线发射器。此类信息可包括识别信息、认证信息或功率状态信息。功率状态信息可包括当前或未来功率需求、电池充分充电的时间估计、电池的当前电荷量、或其它功率相关信息。便携式电子设备可每秒一次或多次地发送周期性更新。无线发射器可使用任何合适的技术，例如Wi-Fi、RF、蓝牙、近场通信(“NFC”)，或红外技术。在某些实施例中，无线发射器可为便携式电子设备的现有组件，诸如相机闪光灯或显示器。

感应式充电站可包括用于接收从电感耦接的便携式电子设备发送的信号的接收器。充电站可解释这些信号，以便增大、调节或改变电源的输出频率。例如，如果在便携式电子设备发送信号时需要1安培5伏特，则电源的输出频率可能是与便携式电子设备发送信号时需要1安培3伏特的情况不同的值。在其它实施例中，感应式充电站可解释接收器接收的信号以增大、调节或改变电源的输出的其它可变属性。例如，如果便携式设备发送信号时需要1安培5伏特，则可使电源的输出的电压提高至不同于在便携式电子设备发送信号时需要1安培3伏特的情况的值。

在另外的实施例中，感应式充电站可使用从便携式电子设备接收的信息与从电流监测器测量的信息的组合来动态地、智能地且快速地调节电源的输出。例如，在从便携式电子设备接收下一更新信号之前的几百毫秒内，电流监测器可注意到发射线圈上的增大的负载。在此类情况下，电流监测器可立即增大功率输出，并且在确认便携式电子设备的功率需求在下一信号处已经增大时，保留新确定的更高的功率发射频率。在替代形式中，如果电流监测器注意到在从便携式电子设备接收下一信号时未确认的增大的负载，则可将功率发射频率重新设置为先前值。

在某些实施例中，便携式电子设备可包括浪涌保护电路诸如电容器，该浪涌保护电路用于防止由于发射线圈发射的功率的增大对便携式电子设备的损害。例如，如果发射线圈增大其发射的功率，则便携式电子设备的功率接收电路中存在功率涌动。包括电容器或其它浪涌保护电路可防止由于由便携式电子设备发射的功率的意外增大对便携式电子设备的损害。

图1为根据本公开的实施例的信号流程图，其示出了开启状态下的便携式电子设备100内的接地连接控制器。示出了发射线圈105和接收线圈110。接收线圈110可耦接至感应式充电电路120。感应式充电电路120可包括用于将从接收线圈110输出的交流电转换成可用于对电池140进行充电的直流电的电路。感应式充电电路可电连接至功率管理单元130。功率管理单元130可包括处理电路以智能地确定如何将从感应式充电电路120输出的功率分配给电池140。例如，在某些实施例中，功率管理单元130可确定电池140没有完全充满电。功率管理单元130可将来自感应式充电电路120的功率引导至电池140，使得电池140可充电。在另一实施例中，功率管理单元130可确定电池140已经充电。在此类情况下，功率管理单元130可将来自感应式充电电路120的功率引导至便携式电子设备100的其它部分，使得不耗尽电池140。

图1还示出了电荷监测电路150。该电荷监测电路可接受来自感应式充电电路120和电池140两者的输入。在某些实施例中，电荷监测电路150包括比较器以确定电池140的电压和从感应式充电电路120输出的电压中的哪一个电压更高。在某些情况下，如果电池140的电压高于感应式充电电路120的电压，则电荷监测电路150可指示感应式充电电路120进入空闲状态。在电池140的电压小于从感应式充电电路120输出的电压的其它实施例中，电荷监测电路150可将感应式充电电路120置于功率转换状态中，如下文进一步详细描述的。

电荷监测电路150可耦接至接地控制器160。该接地控制器160可在开启模式下耦接至电路接地部170。只有在接地控制器160处于开启状态时，接地控制器160才可将电荷监测电路150耦接至电路接地部170。接地控制器160可从感应式充电电路120接收信号180(例如，电压)以进入开启状态。

图2为根据本公开的实施例的信号流程图，其示出了关闭状态下的接地连接控制器。图2示出了不存在发射线圈时的接收线圈110。因为接收线圈110不存在任何感应源，所以在110处不引入电压，因此感应式充电电路120不接收任何功率作为输入。与图1一样，其示出了功率管理***130、电池140、电荷监测电路150和接地控制器160。然而，因为接收线圈110上不存在电压，所以没有激活信号180(未示出)发送给接地控制器160。因此，接地控制器160没有连接至电路接地部170。因为接地控制器160没有连接至接地部170，所以也可将电荷监测电路150从接地部170断开连接。因此，从电池140通过功率管理单元130、电荷监测电路150或感应式充电电路120至接地部不存在完整的电路。

图3为示出了控制具有电池的便携式电子设备内的感应式充电***的方法的过程流程图。该过程可开始于300处，其中发射电路处于初始状态。接着在305处，该***将确定发射电路是否存在。

如果发射电路不存在，则该过程可继续到310处，在310中使感应式充电电路断开连接。在315处，可使功率监测电路断开连接。在320处，可使功率管理电路断开连接。然后，该过程可循环至325，这是确定发射电路的状态是否已经改变的循环。

在替代形式中，如果发射电路存在于305处，则该过程可继续到330处，在330中连接感应式充电电路。在335处，可连接功率监测电路。在340处，可连接功率管理电路。然后，该过程可继续到345，在345中可确定电池是否应该充电。如果电池应该充电，则该过程继续到350。如果电池不应该充电(即，电池已经充分充电)，则该过程可继续到355。然后，该过程可循环至325，这是确定发射电路的状态是否已经改变的循环。在325处，该方法可确定发射电路的状态或存在是否已经改变。例如，状态改变可以是发射电路之前存在但是不再存在(例如，设备感应地靠近发射线圈，但随后被移除)。又如，状态改变可以是之前没有检测到发射电路，但发射电路当前存在(例如，放置设备使其感应地靠近发射线圈)。如果状态没有改变，则325可等待直到发生改变。

可认识到，虽然上文公开了许多实施例，但是图3呈现的操作只是示例性的，因此并非是穷尽的。还可认识到，可替代的操作顺序或者具有更少或附加步骤的过程可能适于实践本公开的方法。

图4为本公开的样本实施例的部分示意图，其示出了作为便携式电子设备400的感应式充电电路的一部分的接地连接控制器。便携式电子设备400的外部是发射线圈405。发射线圈405被定位为感应地靠近接收线圈410。与图1示出的实施例一样，接收线圈410耦接至感应式充电电路420，在这种情况下，被示出为集成电路。可认识到，虽然将感应式充电电路420呈现为单一元件，但感应式充电电路420的功能可由离散组件、模拟组件和/或一个或多个单独集成电路来执行。感应式充电电路420耦接至功率管理单元430，该功率管理单元430自身耦接至电池440。比较器电路450耦接在电池440与感应式充电电路420之间。最后，示出了接地连接控制器460将比较器电路450连接至接地部。

比较器电路450可包括运算放大器，该运算放大器的输入端连接至至少两个单独电压。在某些实施例中，用作比较器的输入的电压源可为至少两个分压器输出的电压。在最简单的情况下，分压器的电压输出是两个电阻器之间的中点，一个连接至接地部并且另一个连接至电压源。图示的比较器电路包括具有四个电阻器的两个分压器(每个分压器具有两个电阻器)。可认识到，电阻器的值可随实施例改变。例如，在一个实施例中，每个电阻器可具有相同的电阻值。在另一实施例中，每个分压器的电阻器可具有相同的电阻值，但每个分压器可具有带有不同的值的电阻器。在另外的实施例中，每个分压器内的一个或多个电阻器可为能够进行调节的机械可变电阻器或电动可变电阻器。

如图所示，比较器电路450的一个分压器可从感应式充电电路420的输出端延伸到接地连接控制器460。该分压器的中点可连接至运算放大器的输入端。比较器电路450的第二分压器可从电池440的正端子延伸到接地连接控制器460。该分压器的中点也可连接至运算放大器的辅助输入端。比较器电路450的运算放大器的输出端可耦接至感应式充电电路420。

本文描述的其它实施例可采用一种修改电磁感应功率转移发射电路的功率输出的一个或多个可变属性的方法的形式。例如，所选择的功率输出的可变属性可为输出的频率。该过程可通过以下操作开始：确定供应有某一频率下的交流电的功率发射电感器上的电流负载，响应于所确定的电流负载来调节该频率，接收所需功率的信号，以及响应于所接收的信号来修改所调节的频率。

图5为本公开的样本实施例的部分示意图，其示出了连接至感应式充电***500的发射线圈505的电流负载监测器515。感应式充电***500的一部分包括感应式功率发射器512，该感应式功率发射器512被定位为感应地靠近感应式功率接收器514，使得发射线圈505被定位为感应地靠近接收线圈510。功率发射线圈505可与功率接收线圈510感应耦接。在耦接时，发射线圈505将经历增大的负载，或者换句话讲，将对自身带来附加负载。因此，当感应式功率接收器514的功率需求改变时，发射线圈505所经历的负载也可能改变。电流监测器515可被定位在向发射线圈505提供功率的电路内的具有已知电阻的电阻器上。这样，通过发射线圈的电流负载可在任何给定时间可知。

已知电流负载可能对确定感应式功率发射器512的效率是否可提高有用。例如，在一个实施例中，需要附加电流(即，附加负载)的感应式功率发射器512可简单地为其自身汲取附加电流，从而像负载增大之前一样，以相同工作频率来发射附加功率。又如，感应式功率发射器512可改变其工作频率。通过使工作频率变大或变小，发射线圈505可更高效地发射功率。

因此，来自电流负载监测器515的输出可用于实时提高功率发射器512的工作频率。例如，如果负载沿发射线圈505增大，则电流负载监测器515可发信号通知感应式功率发射器512降低发射线圈505的工作频率，以便更高效地发射感应式功率接收器514所需的附加功率。在负载沿反射线圈505减小的另一个实例中，电流负载监测器515可发送信号通知感应式功率发射器512提高发射线圈505的工作频率，以便更高效地发射感应式功率接收器514所需的较低功率。结合本文描述的其它实施例可注意到，可响应于发射线圈505的负载改变来改变功率发射器512的其它可变属性。

图6为示出了控制感应式充电***的发射功率的方法的过程流程图。该过程开始于该***开始监测发射线圈的电流负载。接着，该***可在605处确定电流负载是否已经改变。如果电流负载已经改变，则该***可在操作610处确定***负载是否已经增大或减小。如果***负载已经增大，则该过程可继续到620，在620中该***可调节发射频率以增大所发射的功率。在可替代形式中，如果在605处记录的改变是电流负载减小，则该过程可继续到615，在615中该***可调节发射频率以减小所发射的功率。在步骤615或620的情况下，该***可继续到步骤625，在步骤625中***可等待从功率接收由设备发送的下一个负载报告。如果在630处所接收的报告确认先前在620或615处作出的改变，则该过程可循环回到605。在可替代形式中，如果在630处所接收的报告未确认先前在620或615处作出的改变，则该过程可继续到635，在635处重新设置发射频率。然后，该过程可循环回到605。

可认识到，虽然上文公开了许多实施例，但是图6的操作只是示例性的，因此并非是穷尽的。还可认识到，可替代的步骤顺序或者具有更少或附加步骤的过程可能适于实践本公开的方法。

本公开涉及感应式充电***的发射部分和接收部分内的功率管理优化和功率发射优化。感应式充电***可包括用于发射功率的感应式充电站和用于接收功率的便携式电子设备。实施例可采用感应式充电站内的功率管理***以及便携式电子设备内的功率管理***的形式，该感应式充电站包括基于负载的发射频率或电压调节，该便携式电子设备通过在电路处于空闲状态时将这些电路与接地部断开连接来节省功率。

可认识到，虽然至少部分地结合电子示意图描述以上公开内容，但是在一个或多个单独实施例中描述的许多特征、方面和功能并不限于描述或示出它们的特定示意图。因此，在电子示意图中示出的元件并不意在对所期望的、所需要的或包含在可替代的、相关的或类似本文设想的实施例中的元件是穷尽的。

虽然本发明的组件或模块全部或部分使用软件来实施，但在一个实施例中，可实施这些软件元件以与能够执行结合文本描述的功能的计算模型或处理模型一起操作。

虽然结合各种示例性实施例和实施方式对以上公开内容进行了描述，但应当理解，在一个或多个单独实施例中描述的各种特征、方面和功能不限于其对于对其进行描述的特定实施例的适用性，而是可单独地或以组合形式应用于本发明的一个或多个其它实施例，不论这些实施例是否被描述并且无论这些特征是否被呈现为所描述实施例的一部分。因此，本发明的广度和范围不应局限于上文描述的任何示例性实施例，而是由本专利申请提供的权利要求书限定。

Claims (33)

1.一种用于电磁感应功率转移装置的自适应功率控制***，包括：

无线信号接收器；

具有某一工作频率的交流电源；

耦接至所述电源的功率发射电感器；和

耦接至所述功率发射电感器的电流监测器；

其中：

所述电流监测器确定所述功率发射电感器的电流负载；

响应于所述电流负载来修改所述电源的所述工作频率；以及

响应于从所述无线信号接收器接收的信号来修改所述电源的所述工作频率。

2.根据权利要求1所述的自适应功率控制***，其中响应于电流负载低于电流负载最小阈值来关闭所述电源。

3.根据权利要求1所述的自适应功率控制***，其中响应于所述电流负载对所述电源的所述工作频率的修改与电流负载的改变是基本上同时的。

4.根据权利要求1所述的自适应功率控制***，其中从所述无线信号接收器接收的所述信号是以某一间隔从感应地靠近所述功率发射电感器的便携式电子设备发送的反馈信号。

5.根据权利要求4所述的自适应功率控制***，其中响应于所述反馈信号对所述电源的所述工作频率的修改覆盖响应于所述电流负载对所述电源的所述工作频率的修改。

6.根据权利要求5所述的自适应功率控制***，其中一旦响应于所述电流负载对所述电源的所述工作频率的修改被响应于所述反馈信号对所述电源的所述工作频率的修改覆盖，在选定的超时时间段内便忽略响应于电流负载的后续改变对所述电源的所述工作频率的后续修改。

7.根据权利要求6所述的自适应功率控制***，其中所述选定的超时时间段小于所述反馈信号的所述间隔。

8.根据权利要求6所述的自适应功率控制***，其中所述选定的超时时间段大于所述反馈信号的所述间隔。

9.根据权利要求4所述的自适应功率控制***，其中所述便携式电子设备包括浪涌保护电路，所述浪涌保护电路用于防止由于由所述功率发射电感器发射的功率的增大对所述便携式电子设备的损害。

10.根据权利要求9所述的自适应功率控制***，其中所述浪涌保护电路包括电容器。

11.根据权利要求1所述的自适应功率控制***，其中响应于电流负载改变的改变对所述电源的所述工作频率的修改被限于选定的最大值。

12.一种用于便携式电子设备的自适应功率***，包括：

电池；

具有至少空闲状态和接收状态的功率接收电感器；

耦接至所述功率接收电感器的功率转换控制器；

耦接至所述电池和所述功率转换控制器的电荷监测器；和

接地连接控制器；

其中：

在所述空闲状态中，所述接地连接控制器将所述电荷监测器从接地部断开连接；以及

在所述接收状态中，所述接地连接控制器将所述电荷监测器连接至接地部。

13.根据权利要求12所述的自适应功率***，还包括具有整流器和电压调节器的功率转换控制器。

14.根据权利要求13所述的自适应功率***，其中所述功率转换控制器包括所述电池的当前电压与从所述电压调节器输出的当前电压之间的电压比较器。

15.根据权利要求12所述的自适应功率***，其中所述接地连接控制器包括用于控制至接地部的电连接的开关电路。

16.根据权利要求13所述的自适应功率***，其中所述功率管理控制器包括至少充电状态和直接操作状态。

17.根据权利要求16所述的自适应功率***，其中所述充电状态包括所述功率管理控制器将所述功率转换控制器耦接至所述电池。

18.根据权利要求16所述的自适应功率***，其中所述直接操作状态包括所述功率管理控制器将所述功率转换控制器耦接至所述便携式电子设备的电路，使得所述便携式电子设备可在不从所述电池汲取电力的情况下***作。

19.一种控制具有电池的便携式电子设备内的感应式充电***的方法，包括：

确定所述便携式电子设备是否感应地靠近功率发射器；

响应于确定所述便携式电子设备感应地靠近功率发射器来提供至所述感应式充电***的接地部的直接连接；以及

响应于确定所述便携式电子设备未感应地靠近功率发射器来移除至所述感应式充电***的接地部的直接连接。

20.根据权利要求19所述的方法，其中确定所述便携式电子设备是否感应地靠近功率发射器包括监测所述便携式电子设备内的功率接收电感器两端的电压。

21.根据权利要求20所述的方法，其中提供至接地部的直接连接包括将接地连接控制器设置为开启状态。

22.根据权利要求21所述的方法，其中移除至接地部的直接连接包括将所述接地连接控制器设置为关闭状态。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述接地连接控制器的状态由所述功率接收电感器两端的所述电压来设置。

24.根据权利要求23所述的方法，其中当所述功率接收电感器两端的所述电压超过选定的量值时，所述接地连接控制器被设置为开启状态。

25.根据权利要求23所述的方法，其中当所述功率接收电感器两端的所述电压低于选定的量值时，所述接地连接控制器被设置为关闭状态。

26.一种修改电磁感应功率转移装置的功率输出的方法，包括：

确定供应有某一频率下的交流电的功率发射电感器上的电流负载；

响应于所确定的电流负载来调节所述频率；

接收所需功率的信号；以及

响应于所接收的信号来修改所调节的频率。

27.根据权利要求26所述的方法，其中响应于所述电流负载来调节所述频率包括：

提高所述频率以减小从所述功率发射电感器输出的所述功率；以及

降低所述频率以增大从所述功率发射电感器输出的所述功率。

28.根据权利要求26所述的方法，其中接收所需功率的信号包括以某一间隔从感应地靠近所述功率发射电感器的便携式电子设备接收信号，所述信号包括所述便携式电子设备的功率需求。

29.根据权利要求28所述的方法，其中响应于所接收的信号来修改所调节的频率包括调节所述频率，使得发射至所述便携式电子设备的功率匹配所述便携式电子设备的所述功率需求。

30.根据权利要求27所述的方法，其中响应于所述电流负载来调节所述频率与所述电流负载的改变是基本上同时的。

31.根据权利要求30所述的方法，其中响应于所述电流负载作出的所述频率的调节被限于选定的最大值。

32.根据权利要求30所述的方法，其中响应于所接收的信号对所述频率的修改覆盖响应于所述电流负载对所述频率的修改。

33.根据权利要求32所述的方法，其中一旦响应于所述电流负载对所述频率的修改被响应于所接收的信号对所述频率的修改覆盖，在选定的超时时间段内便忽略响应于电流负载的后续改变对所述频率的后续修改。