用于无线功率系统中的功率损耗校准的方法和装置制造方法及图纸

在所描述的示例中，集成电路(334)包括通信(334B)和控制单元(334A)。通信和控制单元(334)控制逆变器(332)，逆变器(332)将交流输出信号施加到传输线圈(316)以用于由接收器接收。通信和控制单元使逆变器向传输线圈提供第一发射功率和第二发射功率，并且响应于第一发射功率和第二发射功率，通信单元从接收器接收第一功率接收信号和第二功率接收信号。通信和控制单元使用第一发射功率、第一功率确定第一增益和第一偏移。当由传输线圈发射大于第二发射功率的第三发射功率时，通信和控制单元使用第一发射功率、第一功率接收信号、第三发射功率和第三功率接收信号确定第二增益和第二偏移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于无线功率系统中的功率损耗校准的方法和装置
本专利技术总体涉及无线功率传递，并且更具体地涉及无线功率传递中的异物检测。
技术介绍
功率的无线传输是非常有用的，诸如在电池操作装置的充电中。该技术的更流行的应用中的一个是使蜂窝电话充电。蜂窝电话(接收器)被放置在功率发射器上，使得接收器中的调谐线圈与发射器中的调谐线圈对准。对准线圈充当变压器以将功率从发射器无线地传递到接收器。通过电话接收的能量用于对电话中的电池进行充电。对于无线功率传递的最具挑战性方面中的一项是防止在磁场中(即，在发射器和接收器的线圈之间)加热金属物体(异物)。无线功率协会(WPC)多年来试图解决该问题，并在稳步取得进展。迄今为止，用于检测异物何时存在的主要方法是“功率损耗核算”，其中等式(1)考虑所有功率项：Pinput＝Preceived+Pknownlosses+Punexpectedlosses(1)其中：Pinput是从用于传输的外部源供应给发射器的输入功率；Preceived是由正被充电的装置接收的总功率，其包括接收器中的预期损耗；Pknown_losses是功率发射器中的已知损耗，以及Punexpected_losses是假设由于异物引起的非预期损耗。当Punexpected_losses超过阈值时，发射器可以关闭以防止潜在地危险加热。在异物不正确地位于磁场中或者在发射器和接收器之间时，这种情况可能发生。实验上已确定防止超过热目标的若干常见物体诸如硬币、戒指和铝箔糖果包装纸的阈值为大约500mW。然而，如下文进一步描述的，若干测量限制使得难以准确地确定何时损耗是由异物引起的，或者何时损耗是由传输系统内的其他可接受的损耗引起的。
技术实现思路
在所描述的示例中，无线功率发射器包括通信和控制单元。通信和控制单元包括用于控制逆变器的控制单元，逆变器将输入电压转换为交流输出信号以用于施加到传输线圈以便由接收器接收。通信和控制单元还包括通信单元，用于调制到接收器的传输和解调来自接收器的传输。控制单元使逆变器将第一发射功率提供到传输线圈，并且响应于第一发射功率通信单元从接收器接收第一功率接收信号。控制单元使逆变器将第二发射功率提供到传输线圈，并且响应于第二发射功率通信单元从接收器接收第二功率接收信号。通信和控制单元使用第一发射功率、第一功率接收信号、第二发射功率和第二功率接收信号以确定第一增益和第一偏移。当由传输线圈发射大于第二发射功率的第三发射功率，并且响应于第三发射功率由通信单元从接收器接收第三功率接收信号时，通信和控制单元使用第一发射功率、第一功率接收信号、第三发射功率和第三功率接收信号确定第二增益和第二偏移。附图说明图1是简化无线功率传输系统的图示。图2是包括异物的简化无线功率传输系统的图示。图3是功率发射器的框图。图4是功率接收器的框图。图5是用于方法的流程图。图6是另一方法的附加流程图。具体实施方式除非另外指出，否则不同附图中的对应数字和符号通常是指对应的部分。附图不一定按比例绘制。术语“耦合”可以包括与中间元件建立的连接，并且在“耦合”的任何元件之间可以存在附加元件和各种连接。图1是简化的无线功率传输系统100的框图。传输单元110包括发射器114、电源112以及线圈116。电源112可以为源自功率出口的直流(DC)电源。电源112的电压通常在大约5伏至大约24伏的范围内。线圈116是包括一个或多个电容器(未示出)的谐振电路的一部分，所述电容器可以与线圈116串联和/或并联。发射器114将由电源112提供的DC电压转换为接近线圈116的谐振频率的交流电(AC)。接收器单元120包括线圈122、接收器124以及电池126。线圈122是包括一个或多个电容器(未示出)的谐振电路的一部分，所述电容器可以与线圈122串联和/或并联。线圈122被设计成接近与线圈116相同的频率谐振。使两个线圈接近相同的频率谐振允许更有效的能量传递。接收器124将由线圈122接收的能量转换为用于对电池126进行充电的DC电压。在一个示例中，接收器单元120形成电池供电的便携式通信装置或便携式计算机的一部分。移动电话、个人数字助理(PDA)、平板计算机、便携式音乐和视频播放器、便携式电子游戏机、智能手表和膝上型计算机是示例装置。传输单元110可以为无线充电站的一部分，该无线充电站可以感应地耦合到便携式装置并对便携式装置进行充电。图2是包括异物230的简化无线功率传输系统200的框图。为清楚起见，图2中的类似编号的组件执行与图1中的组件类似的功能。例如，传输单元210、电源212、发射器214、接收器单元220、接收器224和电池226分别执行与图1的传输单元110、电源112、发射器114、接收器单元120、接收器124和电池126类似的功能。图2示出定位在线圈216和线圈222之间的异物230。线圈216和线圈222为类似于图1的线圈116和线圈122的匹配谐振线圈。通过由经过线圈216的AC电流建立的交变磁场将功率从线圈216传递到线圈222。理想地，尽可能多的磁能在线圈222中感应电流。然而，如果异物230是传导的，则磁场的至少一部分将在异物230中引起涡流和/或感应电流。这将导致异物230的加热。如果由异物230吸收的能量超过大约500mW，则物体可能变得足够热以对人造成伤害或呈现火灾危险。为了避免这种危险，无线传输系统可以包括如下所述的异物检测(FOD)。如果检测到异物，则发射器214可以降低功率或可以完全停止发射。系统还可以提供警告指示诸如警告灯或警告音。图3是可以与示例实施例的方面一起使用的功率发射器300的框图。图3中类似编号的组件执行与图1中的组件类似的功能。例如，线圈316执行与图1中的线圈116类似的功能。由电源312向逆变器332提供功率，逆变器332处于通信和控制单元334的控制之下。通信和控制单元334包括控制单元334A和通信单元334B。逆变器332将由电源312提供的DC功率转换为线圈316的谐振频率处的AC电流。在示例中，线圈316可以具有大约100kHz的谐振频率。可以使用其他谐振频率。该AC电流被施加到线圈316以用于传输。逆变器332还包括电容(未示出)来调谐包括线圈316的电路以在所期望的频率处谐振。发射器的操作频率可以在110kHz和205kHz之间的范围内。示例设计使用对于线圈大约100kHz的调谐谐振频率在130kHz附近操作。通信单元334B提供命令来调制线圈316上的信号以向耦合的接收器提供通信。这可以通过使用控制单元334A修改输出的频率，以通过在不同的频率下驱动脉冲宽度调制(PWM)信号使用频移键控(FSK)调制完成。在替代的布置中，可以使用另一形式的调制，诸如相移键控(PSK)。模数转换器(ADC)感测单元336在感测端口340处感测到逆变器332的电流。该电流感测信息用于确定从电源312施加到逆变器332的功率。在节点338处获取的罐(tank)电压测量值被提供到通信和控制单元334。罐电压信息允许通信和控制单元334确定在线圈316上供给的功率以及可以来自接收器的任何通信，如下文进一步描述。示例功率传输系统的更详细说明可以在“Qi无线功率传递系统，功率0级规范(TheQiWirele本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成电路，其包括：通信和控制单元，所述通信和控制单元包括：控制单元，用于控制逆变器，所述逆变器被配置成将输入电压转换为交流输出信号以用于施加到传输线圈以便由接收器接收；以及通信单元，用于解调来自所述接收器的传输；所述控制单元被配置成使所述逆变器将第一发射功率提供到所述传输线圈，并且所述通信单元被配置成响应于所述第一发射功率，从所述接收器接收第一功率接收信号，所述控制单元进一步被配置成使所述逆变器将第二发射功率提供到所述传输线圈，并且所述通信单元被配置成响应于所述第二发射功率，从所述接收器接收第二功率接收信号；以及所述通信和控制单元使用所述第一发射功率、所述第一功率接收信号、所述第二发射功率和所述第二功率接收信号以确定第一增益和第一偏移，其中：当由所述传输线圈发射大于所述第二发射功率的第三发射功率，并且响应于所述第三发射功率，由所述通信单元从所述接收器接收第三功率接收信号时，所述通信和控制单元使用所述第一发射功率、所述第一功率接收信号、所述第三发射功率和所述第三功率接收信号确定第二增益和第二偏移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.05 US 62/291,715;2017.01.19 US 15/410,5901.一种集成电路，其包括：通信和控制单元，所述通信和控制单元包括：控制单元，用于控制逆变器，所述逆变器被配置成将输入电压转换为交流输出信号以用于施加到传输线圈以便由接收器接收；以及通信单元，用于解调来自所述接收器的传输；所述控制单元被配置成使所述逆变器将第一发射功率提供到所述传输线圈，并且所述通信单元被配置成响应于所述第一发射功率，从所述接收器接收第一功率接收信号，所述控制单元进一步被配置成使所述逆变器将第二发射功率提供到所述传输线圈，并且所述通信单元被配置成响应于所述第二发射功率，从所述接收器接收第二功率接收信号；以及所述通信和控制单元使用所述第一发射功率、所述第一功率接收信号、所述第二发射功率和所述第二功率接收信号以确定第一增益和第一偏移，其中：当由所述传输线圈发射大于所述第二发射功率的第三发射功率，并且响应于所述第三发射功率，由所述通信单元从所述接收器接收第三功率接收信号时，所述通信和控制单元使用所述第一发射功率、所述第一功率接收信号、所述第三发射功率和所述第三功率接收信号确定第二增益和第二偏移。2.根据权利要求1所述的集成电路，其中在确定所述第二增益和所述第二偏移之前执行异物检测。3.根据权利要求1所述的集成电路，其中，当由所述传输线圈发射大于所述第三发射功率的第四发射功率，并且响应于所述第四发射功率，由所述通信单元从所述接收器接收第四功率接收信号时，所述通信和控制单元使用所述第一发射功率、所述第一功率接收信号、所述第四发射功率和所述第四功率接收信号确定第三增益和第三偏移。4.根据权利要求3所述的集成电路，其中在确定所述第三增益和所述第三发射功率之前执行异物检测。5.根据权利要求1所述的集成电路，其中如果所述第三发射功率超过大于所述第二发射功率的所选阈值，则所述通信和控制单元确定所述第二增益和所述第二偏移。6.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述通信和控制单元不响应于所述第三发射功率和所述第三功率接收信号确定所述第二增益和所述第二偏移，除非所述第三发射功率和所述第三功率接收信号超过大于所述第二发射功率的预定阈值。7.一种功率发射器，其包括：传输线圈；逆变器，用于将输入电压转换为交流输出信号，以用于施加到所述传输线圈以便由接收器接收；以及通信和控制单元，用于解调来自所述接收器的传输并控制所述逆变器，所述通信和控制单元使所述逆变器将第一发射功率提供到所述传输线圈，并且响应于所述第一发射功率从所述接收器接收第一功率接收信号，所述通信和控制单元使所述逆变器将第二发射功率提供到所述传输线圈，并且响应于所述第二发射功率从所述接收器接收第二功率接收信号，所述通信和控制单元使用所述第一发射功率、所述第一功率接收信号、所述第二发射功率和所述第二功率接收信号以确定第一增益和第一偏移，其中：当由所述传输线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·G·奥廷格，K·N·西达巴图拉，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US