感應(yīng)式充電系統(tǒng)的功率管理的制作方法
【專利說明】感應(yīng)式充電系統(tǒng)的功率管理
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本專利合作條約專利申請要求于2013年9月3日提交的名稱為“Power Managementfor Inductive Charging Systems”的美國臨時專利申請61/873，256的優(yōu)先權(quán)，該專利申請以引用方式并入，就如同在本文充分公開的那樣。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開涉及電磁感應(yīng)功率發(fā)射，并且更具體地涉及用于使功率發(fā)射效率最大化的自適應(yīng)功率控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]許多電子設(shè)備包括不時需要外部電源進(jìn)行再充電的一個或多個可再充電電池。通常，這些設(shè)備可使用相同或相似的連接類型進(jìn)行充電，例如經(jīng)由通用串行總線(“USB”)。然而，雖然具有共同的連接類型，但多個設(shè)備通常需要具有不同功率輸出的單獨(dú)電源。這些單獨(dú)電源在使用、存儲以及到處運(yùn)送時很令人煩惱。因此，設(shè)備便攜性的益處受到很大限制。
[0005]此外，在某些情況下使用充電線可能不安全。例如，汽車司機(jī)在試圖將電子設(shè)備插入車載充電器時可能分心。又如，如果不注意，充電線會存在使人姅?shù)沟奈ｋU。
[0006]為了解決便攜式電子設(shè)備的這些缺點和其它缺點，一些設(shè)備包括感應(yīng)式再充電系統(tǒng)。為了使電池再充電，使用者可簡單地將設(shè)備置于感應(yīng)式充電表面上。然而，由于需要便攜式電子設(shè)備內(nèi)的附加電路來支持感應(yīng)式充電系統(tǒng)，所以設(shè)備的電池壽命可能不期望地減少。例如，為了保持或減小設(shè)備的形狀因數(shù)，電池的尺寸或容量會減小。又如，當(dāng)感應(yīng)式充電系統(tǒng)不使用時，該系統(tǒng)會對電池產(chǎn)生負(fù)載，從而減少電池壽命。因此，雖然感應(yīng)充電的設(shè)備對于使用者可能更便利，但它們可能需要更經(jīng)常地再充電。
[0007]因此，當(dāng)前可能存在對一種在不要求單獨(dú)的電源并且本身不會耗盡便攜式設(shè)備的電池的情況下向便攜式設(shè)備遞送有用功率的方法的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本專利申請?zhí)峁┯糜谠诓缓谋M便攜式電子設(shè)備的電池的情況下向該便攜式電子設(shè)備遞送有用功率的技術(shù)。本文描述的某些實施例可能涉及一種用于控制和優(yōu)化電磁感應(yīng)功率發(fā)射的自適應(yīng)功率控制系統(tǒng)或采用其形式。在某些實施例中，該自適應(yīng)功率控制系統(tǒng)可包括無線信號接收器、在選定的頻率和/或占空比下操作的交流電源、可耦接至該電源的功率發(fā)射電感器(諸如線圈)，以及耦接至該功率發(fā)射電感器的電流監(jiān)測器。該電流監(jiān)測器可被配置為確定功率發(fā)射電感器的電流負(fù)載。當(dāng)電流監(jiān)測器檢測到電感器的電流負(fù)載已經(jīng)改變時，可改變電源的工作頻率。
[0009]例如，在某些實施例中，可提高工作頻率，以便減少從功率發(fā)射電感器發(fā)射的功率。在其它實施例中，可降低頻率，以便增大從功率發(fā)射電感器發(fā)射的功率。在其它實例中，可降低工作頻率，以便供應(yīng)較低功率，或者可提高工作頻率，以便供應(yīng)較高功率。另外，可響應(yīng)于從無線信號接收器接收的信號而改變電源的工作頻率。在某些實施例中，可響應(yīng)于電流負(fù)載低于電流負(fù)載最小閾值而關(guān)閉電源。又如，如果未從無線信號接收器接收到信號，則可關(guān)閉電源和/或?qū)⑵鋸南嚓P(guān)聯(lián)的電源斷開連接。換句話講，如果無線信號接收器沒有非?？隙ǖ匕l(fā)射信號，則功率發(fā)射電感器可像無線信號接收器不存在那樣進(jìn)行操作。這樣，無線信號接收器可通過選擇性地禁用適于將信號發(fā)送給功率發(fā)射電感器的一個或多個通信電路來有效地“隱藏”其存在性。
[0010]在另外的實施例中，響應(yīng)于電流負(fù)載對電源的工作頻率的修改可與電流負(fù)載的改變基本上同時發(fā)生。這樣，當(dāng)電流負(fù)載改變時，可迅速地改變功率發(fā)射線圈的工作頻率來進(jìn)行補(bǔ)償。在一些實施例中，改變量可被固定為低于每次改變的某個最大值或固定時間段內(nèi)的某個最大值。例如，所發(fā)射的功率的增大或減小可限于每毫秒的某個量。
[0011]在其它實施例中，從無線信號接收器接收的信號可為在某一間隔處從感應(yīng)地靠近功率發(fā)射電感器的便攜式電子設(shè)備發(fā)送的反饋信號。例如，反饋信號可包括關(guān)于便攜式電子設(shè)備的實時電流需求的信息。例如，如果便攜式電子設(shè)備在僅充電模式下操作，則實時功率需求可能小于便攜式電子設(shè)備在該設(shè)備正由使用者操作的同時進(jìn)行充電的情況下的功率需求。
[0012]在其它實施例中，反饋信號可包括關(guān)于便攜式電子設(shè)備的識別信息。此類識別信息可包括便攜式電子設(shè)備的期望功率需求。例如，便攜式電子設(shè)備可能需要某一已知電壓和安培數(shù)。這些已知值可能不一定隨設(shè)備的操作模式的改變而改變，盡管在一些實施例中，這些已知值可能改變。因此，便攜式電子設(shè)備可將設(shè)備的期望的但不一定實時的功率需求包括在被發(fā)送給無線接收器的信號內(nèi)。
[0013]在另外的實施例中，響應(yīng)于從便攜式電子設(shè)備發(fā)送的反饋信號對電源的工作頻率的修改可覆蓋響應(yīng)于電流負(fù)載對電源的工作頻率的任何修改。例如，如果放置導(dǎo)電材料使其感應(yīng)地靠近功率發(fā)射電感器，則可在該材料內(nèi)引起渦電流，這可能顯著增大功率發(fā)射電感器上的電流負(fù)載。在這種情況下，負(fù)載增大以及電流監(jiān)測器所看到的電源的頻率的對應(yīng)改變不是便攜式電子設(shè)備的功率需求增大的結(jié)果。因此，當(dāng)從便攜式電子設(shè)備發(fā)送的反饋信號不包括匹配功率發(fā)射電感器的電流功率輸出的功率信息時，反饋信號可覆蓋先前頻率的改變。
[0014]在某些其它實施例中，便攜式電子設(shè)備的功率需求的改變在從便攜式電子設(shè)備向注意到該改變的無線信號接收器發(fā)送信號之前可能增大功率發(fā)射電感器上的電流負(fù)載。在這種情況下，電流監(jiān)測器可能注意到功率發(fā)射電感器上的電流負(fù)載的增大并對應(yīng)地調(diào)節(jié)電源的工作頻率。然后，無線信號接收器可接收反饋信號，從而確認(rèn)便攜式電子設(shè)備的功率需求已經(jīng)增大。在該實施例和類似實施例中，便攜式電子設(shè)備的功率需求改變立即得到注意，并且不依賴于來自便攜式電子設(shè)備自身的肯定信號。
[0015]在其它實施例中，一旦響應(yīng)于電流負(fù)載對電源的工作頻率的修改被響應(yīng)于反饋信號對電源的工作頻率的修改覆蓋，在選定的超時時間段內(nèi)便可忽略響應(yīng)于電流負(fù)載的后續(xù)改變對電源的工作頻率的后續(xù)修改。在某些情況下，該選定的超時時間段可小于反饋信號的間隔，或者在其它情況下，該選定的超時時間段可大于反饋信號的間隔?？烧J(rèn)識到，超時時間段可隨實施例而改變。
[0016]在某些實施例中，感應(yīng)地靠近功率發(fā)射電感器的便攜式電子設(shè)備可包括浪涌保護(hù)電路諸如電容器，該浪涌保護(hù)電路用于防止由于由功率發(fā)射電感器發(fā)射的功率的增大對便攜式電子設(shè)備的損害。例如，如果功率發(fā)射電感器增大其發(fā)射的功率，則便攜式電子設(shè)備的功率接收電路中可能存在功率涌動。包括電容器或其它浪涌保護(hù)電路可防止由于由便攜式電子設(shè)備發(fā)射的功率的意外增大對便攜式電子設(shè)備的損害。
[0017]本文描述的實施例還可涉及一種用于便攜式電子設(shè)備的自適應(yīng)功率系統(tǒng)或采用其形式。所描述的功率系統(tǒng)的某些實施例可包括電池、具有至少空閑狀態(tài)和接收狀態(tài)的功率接收電感器、耦接至該功率接收電感器的功率轉(zhuǎn)換控制器、耦接至該功率轉(zhuǎn)換控制器和電池的功率管理控制器、耦接至該電池和該功率轉(zhuǎn)換控制器的電荷監(jiān)測器，以及接地連接控制器。在某些情況下，當(dāng)功率接收電感器處于空閑狀態(tài)時，接地連接控制器可將電荷監(jiān)測器與電路接地部完全斷開連接。這樣，通過接地連接控制器連接的所有電路無法使至接地部的電路完整，因此沒有對便攜式電子設(shè)備的電池產(chǎn)生負(fù)載。在其它情況下，當(dāng)功率接收電感器處于接收狀態(tài)時，接地連接控制器可將電荷監(jiān)測器直接連接至電路接地部，使得電荷監(jiān)測器可執(zhí)行其功能。
[0018]在某些實施例中，功率轉(zhuǎn)換控制器包括整流器和電壓調(diào)節(jié)器。這樣，功率轉(zhuǎn)換控制器可接收交流電并且可輸出所調(diào)節(jié)的直流電。在某些實施例中，功率轉(zhuǎn)換控制器還可包括電池的當(dāng)前電壓與從電壓調(diào)節(jié)器輸出的當(dāng)前電壓之間的電壓比較器。這樣，功率轉(zhuǎn)換控制器可確定電池的電壓是否足夠低以需要再充電，或者在替代形式中，電池的電壓是否足夠高以被認(rèn)為充分充電。在某些情況下，當(dāng)電池被認(rèn)為充分充電時，功率轉(zhuǎn)換控制器可關(guān)閉。
[0019]在某些其它實施例中，功率管理控制器可包括至少充電狀態(tài)和直接操作狀態(tài)。例如，充電狀態(tài)可包括功率管理控制器將功率轉(zhuǎn)換控制器耦接至電池以對電池充電。另一方面，直接操作狀態(tài)可包括功率管理控制器將功率轉(zhuǎn)換控制器耦接至便攜式電