用于无线功率传输的自由谐振模拟探察制造技术

本公开涉及用于无线功率传输的自由谐振模拟探察。一种为无线接收器充电/供电的无线发射器，无线发射器执行模拟探察以尝试检测设备。在模拟探察的激励阶段期间，发射器将功率脉冲施加到发射器内的谐振电路，其中，在施加功率脉冲之后，谐振电路进入激励阶段之后模拟探察的谐振阶段的自由谐振状态。在谐振阶段期间，当谐振电路处于自由谐振状态时，发射器采样谐振电路内的电压以产生一个或多个电压电平采样。发射器处理电压电平采样以尝试检测设备。如果尝试检测到设备，则发射器执行数字脉冲以最终确定是否存在设备。如果最终检测到设备则发射器对无线接收器进行无线充电/供电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子领域，以及更具体地，涉及用于无线接收器的无线充电和供电的模拟探察(ping)技术。
技术介绍
无线能量传递或无线供电是在没有互连线的情况下将电能从电源传输到电负载。在互连线是不便、危险或者昂贵的情况下这种无线充电是有用的。效率是无线充电的重要参数。无线充电中使用的耦合的普遍形式是电感耦合。无线充电系统通常包括电磁耦合的发射和接收线圈。使用线圈耦合将来自主级侧的能量跨一定距离传递到次级侧。电磁感应无线充电技术在距离上是近场的，所述距离相当于接近所使用的的波长的四分之一(一个或多个)设备的直径的若干倍。电磁感应基于以下原理工作：主级线圈产生主要磁场，以及次级线圈位于该磁场内从而在该次级线圈中感生电流。线圈耦合应当满足Qi规范要求。随着距主级线圈的距离增大，越来越多的磁场未到达次级线圈。即使在相对较短的距离上，感应方法也相当低效，浪费了很多传输的能量。感应耦合充电器一般用于为便携设备(诸如，便携式电脑、蜂窝电话、医用植入物和电动汽车)的电池充电。谐振变换器可用于无线充电板(发射器电路)和接收器模块(嵌入在负载中)两者，以使得能量传递效率最大化。这种方法适用于诸如移动电话的便携电子设备的通用无线充电板。这已经被接纳为Qi无线充电标准的一部分。这也用于为没有电池的设备(诸如RFID块、非接触智能卡)供电，以及将电能从主电感器耦合到特斯拉(Tesla)线圈无线功率发射器的螺旋谐振器。当两个设备(一个设计用于发射功率而另一个设计用于接收功率)相互靠近时发生感应充电，并且在它们之间进行能量传输。功率发射设备投射电磁场。如果接收器位于该电磁场中，则功率从发射器传输到接收器。接收器可以是任
何负载的电源。例如，充电板可以使用电磁场智能地与其充电的设备来回通信。在本申请中，用于传递能量的电磁场被调制，允许充电板和其正在充电的设备之间的通信。然而，对于发射设备不能总是获知在电磁场内是否存在合适的接收器。因此，确定在电磁场中是否存在对象将是有用的。已经使用两种不同类型的技术确定是否存在要充电的无线接收器，即，是否足够近到被无线发射器无线地充电：1)数字探察(ping)技术和2)模拟探察技术。在数字探察技术中，无线发射器尝试与无线接收器通信以确定无线接收器是否存在。不幸的是，数字探察技术趋于消耗大量功率(电力)。在模拟探察技术中，无线发射器产生电磁场，无线接收器的存在会影响该电磁场。无线发射器通过检测受影响的电磁场对其自身操作的影响来确定存在无线接收器。模拟探察技术消耗的能量少于数字脉冲技术。不幸的是，当某些类型的外来物体(其不同于期望的无线接收器)靠近无线发射器时，模拟探察技术容易做出错误的肯定判断。常规的无线发射器设计为执行模拟和数字脉冲技术两者。这些常规无线发射器反复执行模拟探察直到无线发射器确定存在无线接收器。然后无线发射器执行数字探察以确定无线接收器是否实际存在。附图说明根据随后的详细描述、所附权利要求和附图，本专利技术的其他实施例将变得更加明了，在附图中相同的参考标记标识相似或相同的项。图1是根据本专利技术一个实施例的无线发射器的一部分的简化示意图；图2是示出当图1的无线发射器附近没有干扰物体时模拟探察的一个可能实现方式的时序图；图3是示出在无线接收器(或者其他干扰外来物体)已经位于图1的无线发射器足够近的位置后图2的模拟探察的时序图；图4是图1的无线发射器的处理的一种可能实现方式的流程图，其中控制器基于振荡电路(tank circuit)的谐振幅度来尝试性地检测无线接收器的存在；图5是图1的无线发射器的处理的另一种可能实现方式的流程图，其中控制器基于振荡电路的谐振频率来尝试性地检测无线接收器的存在；以及图6是根据本专利技术另一个实施例的无线发射器的一部分的简化示意图。具体实施方式这里公开了本专利技术的详细说明性实施例。然而，这里公开的特定结构和功能细节仅是代表性的，用于描述本专利技术的示例性实施例的目的。本专利技术可以以许多替换形式实现，并且不应当被理解为仅限于这里给出的实施例。此外，这里使用的术语仅是为了描述特定的实施例，而不意图限制本专利技术的示例性实施例。如这里所使用的，单数形式“一”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文明确给出相反的指示。还应当理解，术语“包含”和/或“包括”指明所声明的特征、步骤或者组件的存在，但是并不排除存在或者附加一个或多个其他特征、步骤或者组件。还应当注意的是，在一些替代实现中，所描述的功能/动作可以不以附图中所示的顺序进行。例如，相继出现的两张图实际上可能大体上同时执行，或者可能有时以相反的顺序执行，取决于所涉及的功能/动作。在一个实施例中，本专利技术是用于通过无线发射器为无线接收器进行无线充电或者供电的方法。无线发射器执行模拟探察以尝试性地确定是否存在无线接收器。在模拟探察的激励阶段，无线发射器将一个或多个功率脉冲施加到无线发射器内的谐振电路。在施加所述一个或多个功率脉冲后，谐振电路进入模拟探察的激励阶段后的谐振阶段的自由谐振状态。在谐振阶段期间，在谐振电路处于自由谐振状态时，无线发射器一次或多次对谐振电路内的电压进行采样，以产生一个或多个电压电平采样。无线发射器处理所述电压电平采样，以尝试性地确定无线接收器是否存在。如果无线发射器尝试性地确定无线接收器存在，则无线发射器执行数字探察以最终确定无线接收器的存在。如果无线发射器最终确定无线接收器存在，则无线发射器对无线接收器进行无线充电。在另一个实施例中，本专利技术是用于对无线接收器进行充电的无线发射器。所述无线发射器包括谐振电路和控制器。控制器执行模拟探察以尝试性地确定无线接收器是否存在。在模拟探察的激励阶段期间，控制器使一个或多个功率脉冲被施加到谐振电路，在施加功率脉冲之后，谐振电路进入模拟探察的在激励阶段之后的谐振阶段的自由谐振状态。在谐振阶段期间，在谐振电路处于自由谐振状态时，控制器使得振电路内的电压被一次或多次采样以产生一个或多个电压电平采样。控制器处理所述电压电平采样，以尝试性地确定无线接收器
是否存在。如果控制器尝试性地确定无线接收器存在，则控制器执行数字探察以最终确定无线接收器是否存在。如果控制器最终确定无线接收器存在，则控制器使无线发射器对无线接收器进行无线充电。现在参考图1，示出根据本专利技术一个实施例的无线发射器100的一部分的简化示意图。无线发射器100被设计来：(i)执行一个或多个模拟探察以提供存在要进行无线充电的无线接收器(未示出)的尝试性的确定，(ii)执行数字探察以提供尝试性地检测到的无线接收器实际上存在的最终确定，以及(iii)在最终确定无线接收器存在之后为无线接收器进行无线充电。图1中示出的电路与执行模拟探察的功能相关。图1中未示出与执行数字探察功能相关的电路，以及与为无线接收器进行无线充电的功能相关的电路。然而，在某些实现方式中，图1中示出的一些电路可用于支持那些其它功能中的一者或两者。无线发射器100包括：DC电源110，包括开关122-128的全桥逆变器120，电容器132，电感器134，模数转换器(ADC)140，以及控制器150。通过由控制器150产生的控制信号155控制开关122-128的状态。可以使用任何适当的基于硬件或软件的处理器来实现控制器150。电容器13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种为无线接收器充电或供电的无线发射器，所述无线发射器包括：谐振电路；以及控制器，其中：控制器执行模拟探察以尝试性地确定是否存在无线接收器，其中：(a)在所述模拟探察的激励阶段期间，所述控制器将一个或多个电脉冲施加到所述谐振电路，其中，在施加所述脉冲之后，所述谐振电路进入所述模拟探察的谐振阶段的自由谐振状态，所述模拟探察的谐振阶段在所述激励阶段之后；(b)在所述谐振阶段期间，在所述谐振电路处于所述自由谐振状态时，所述控制器使所述谐振电路内的电压被采样一次或者多次以产生一个或多个电压电平采样；以及(c)所述控制器处理所述电压电平采样以尝试性地确定是否存在无线接收器；如果所述控制器尝试性地确定存在无线接收器，则所述控制器使得执行数字探察以最终确定无线接收器是否存在；以及如果所述控制器最终确定无线接收器存在，则所述控制器使所述无线发射器对所述无线接收器进行无线充电或供电。

【技术特征摘要】
1.一种为无线接收器充电或供电的无线发射器，所述无线发射器包括：谐振电路；以及控制器，其中：控制器执行模拟探察以尝试性地确定是否存在无线接收器，其中：(a)在所述模拟探察的激励阶段期间，所述控制器将一个或多个电脉冲施加到所述谐振电路，其中，在施加所述脉冲之后，所述谐振电路进入所述模拟探察的谐振阶段的自由谐振状态，所述模拟探察的谐振阶段在所述激励阶段之后；(b)在所述谐振阶段期间，在所述谐振电路处于所述自由谐振状态时，所述控制器使所述谐振电路内的电压被采样一次或者多次以产生一个或多个电压电平采样；以及(c)所述控制器处理所述电压电平采样以尝试性地确定是否存在无线接收器；如果所述控制器尝试性地确定存在无线接收器，则所述控制器使得执行数字探察以最终确定无线接收器是否存在；以及如果所述控制器最终确定无线接收器存在，则所述控制器使所述无线发射器对所述无线接收器进行无线充电或供电。2.如权利要求1所述的无线发射器，其中所述谐振电路是振荡电路，包括：电感器；以及串连到所述电感器的电容器，当所述无线接收器存在时，所述电感器作为变压器主级线圈，所述变压器的次级线圈是所述无线接收器的一部分，从而使得所述次级线圈的存在改变所述振荡电路的谐振幅度和谐振频率中的至少一个。3.如权利要求2所述的无线发射器，其中所述无线发射器进一步包括：多个开关，配置为选择性地(i)激励所述振荡电路，或者(ii)配置所述
\t振荡电路以用于自由谐振，其中在所述激励阶段的结尾和整个所述谐振阶段，配置所述开关使得所述振荡电路被配置用于自由谐振。4.如权利要求3所述的无线发射器，其中：在所述谐振阶段，不向所述谐振电路施加功率脉冲；所述控制器包括比较器，所述比较器用于将基于所述一个或多个电压电平采样的当前测量和基于来自先前的模拟探察的一个或多个电压电平采样的先前测量进行比较，以尝试性地确定无线接收器是否存在，其中所述当前测量是幅度测量或频率测量之一；所述控制器通过确定所述谐振电路内的谐振幅度或者频率的改变是否大于预定的量来尝试性地确定无线接收器是否存在；如果所述当前测量是所述幅度测量，则所述控制器利用一个那样少的电压电平采样确定谐振幅度；如果...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德昌，施长浩，王力，
申请(专利权)人：飞思卡尔半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US