无线功率传输的制作方法

1.本发明涉及无线功率传输系统，并且特别地但非专有地，涉及向高功率设备(诸如例如厨房电器)提供感应功率传输的功率发射器的操作。


背景技术：

2.当今大多数电气产品需要专用的电气接触部以便从外部电源供电。然而，这往往是不现实的并且需要用户物理地插入连接器或者以其他方式建立物理电气接触。通常，功率要求也显著不同，并且当前大多数设备被提供有其自身的专用电源，导致典型的用户具有大量不同的电源，而每个电源专用于特定设备。尽管内部电池的使用可以避免在使用期间对有线连接到电源的需要，但是这仅仅提供了部分解决方法，因为电池将需要再充电(或更换)。电池的使用也可能显著增加设备的重量以及潜在的成本和尺寸。
3.为了提供显著改进的用户体验，已经提出了使用无线电源，其中，功率从功率发射器设备中的发射器感应器感应地传输到个体设备中的接收器线圈。
4.经由磁感应的功率传输是公知概念，主要应用在初级发射器感应器/线圈与次级接收器线圈之间具有紧密耦合的变压器中。通过在两个设备之间分离初级发射器线圈和次级接收器线圈，基于松散耦合变压器的原理，在这些设备之间的无线功率传输变得可能。
5.这样的布置允许在不要求进行任何有线或物理电气连接的情况下对设备进行无线功率传输。实际上，其可以简单地允许设备被放置在发射器线圈的附近或顶部以便在外部进行再充电或供电。例如，功率发射器设备可以被布置有水平表面，设备能够被简单地放置在所述水平表面上以便进行供电。
6.此外，这样的无线功率传输布置可以被有利地设计为使得功率发射器设备能够与一系列功率接收器设备一起使用。具体地，被称为qi规范的无线功率传输方法已经被定义并且目前正在进一步开发。该方法允许满足qi规范的功率发射器设备与也满足qi规范的功率接收器设备一起使用，而无需这些设备必须来自相同的制造商或者必须彼此专用。qi标准还包括用于允许操作适于特定功率接收器设备(例如，取决于特定功率消耗)的某项功能。
7.qi规范是由无线充电联盟开发的并且例如能够在其网站找到更多信息：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html，其中，具体地，能够找到所定义的规范文档。
8.无线功率联盟已经在qi规范的基础上继续开发了ki规范(也称为无绳厨房规范)，其旨在向厨房器具提供安全、可靠且有效的无线功率传输。ki支持高达2.2kw的高得多的功率水平。
9.ep2940415a1公开了一种用于使用专用检测谐振电路进行异物检测的方法。
10.关于无线功率传输的潜在问题是功率传输性能可能显著地取决于特定条件。特别地，在效率、可实现的功率水平、调整响应时间等方面的功率传输性能往往在很大程度上取决于发射器线圈和接收器线圈如何相对于彼此定位。通常，对于彼此对准和更靠近的线圈，
往往实现更有效和可靠的功率传输。
11.通常，功率传输性能取决于耦合因子或系数，并且耦合因子越高，功率传输越有效。
12.尽管可以通过设计设备来实现更紧密的对准和更高的耦合因子，使得功率接收器设备相对于功率发射器设备的定位受到严重约束，例如将功率接收器限制在一个特定位置，但是这通常是不希望的，因为它限制了系统的实用性。例如，对于在工作台中实现功率发射器的厨房电器，优选的是，用户可以简单地将电器定位在接近功率发射器线圈的位置，其中，然后系统相应地进行调整。还优选的是，在不要求例如约束功率接收器设备的机械或物理引导特征的情况下实施功率传输函数，例如希望功率发射器可以使用完全平坦的工作台表面来实施。
13.为了考虑操作条件可能实质上变化，可以利用初始操作点启动功率传输，该初始操作点可以为最坏情况条件提供可接受的性能。在功率传输期间，控制回路可以使操作点适于更优化的操作点。具体地，功率传输可以以低功率水平启动，并且然后在功率传输期间逐渐增加。
14.然而，这样的方法往往是次优的，并且不提供理想的性能。它往往在达到最佳性能之前引入延迟。在许多场景和情况下，该方法可能不导致达到最佳操作点，例如由于控制回路建立在局部极值上，而不是进行到全局最优。
15.因此，用于功率传输系统的改进的操作将是有利的，并且特别是允许增加灵活性、降低成本、降低复杂性、改进耦合因子估计、向后兼容性、改进对更高功率水平传输的适用性、改进功率传输的初始化、改进对特定操作条件的调整的方法，和/或改进性能将是有利的。


技术实现要素：

16.因此，本发明试图优选地单独地或以任何组合来缓解、减轻或消除上文所提到的缺点中的一个或多个。
17.根据本发明的方面，提供了一种用于经由感应功率传输信号向功率接收器无线地提供功率的功率发射器；所述功率发射器包括：输出谐振电路，其包括发射器线圈和至少一个电容器；驱动器，其被布置为生成针对所述输出谐振电路的驱动信号以生成所述感应功率传输信号；谐振检测器，其被布置为在谐振测量时间间隔期间确定针对所述输出谐振电路的第一耦合谐振频率，所述第一耦合谐振频率是针对所述发射器线圈的所述输出谐振电路的谐振频率，所述发射器线圈被耦合到所述功率接收器的功率传输输入谐振电路的接收器线圈，所述功率传输输入谐振电路在所述谐振测量时间间隔期间具有不小于10的质量因子；估计电路，其被布置为响应于所述输出谐振电路的非耦合谐振频率和所述第一耦合谐振频率而确定所述发射器线圈与所述接收器线圈之间的耦合的耦合因子估计；以及适配器，其用于响应于所述耦合因子估计而设置操作参数。
18.在许多实施例中，本发明可以提供经改进的功率传输。在许多实施例中，它可以提供改进的初始性能和/或对优选操作点的更快的调整和收敛。在许多实施例中，所述方法可以提供所述功率传输对变化的操作条件的改进的调整。所述方法通常可以提供有利的功率传输操作和性能，同时允许低复杂度实施方式。所述方法可以允许耦合因子的有效和/或可
靠和/或准确的确定，这可以允许功率传输的典型关键参数的改进的调整，从而允许改进的功率传输。
19.所述方法的特别优点在于，在许多实施例中，它可以完全基于功率发射器，而不必在所述功率接收器处执行特定的估计过程或计算。在许多场景中，这可以减少成本。它可以促进实施和/或提供改进的向后兼容性。
20.所述耦合因子估计可以是耦合因子变化估计。
21.针对谐振电路的非耦合谐振频率可以是当不存在从所述谐振电路到不是所述谐振电路的一部分的感应器的电感耦合时的谐振频率。针对所述输出谐振电路的非耦合谐振频率可以是当所述发射器线圈未耦合到所述接收器线圈(通常也未耦合到任何其他感应器)时的谐振频率。
22.所述第一耦合谐振频率可以是当所述输出谐振电路耦合到所述接收器线圈107时和当所述功率接收器处于针对所述功率传输的功率传输位置时所述输出谐振电路的谐振频率。
23.在一些实施例中，所述功率传输输入谐振电路在所述谐振测量时间间隔期间具有不小于20、50、100或甚至500的质量因子。
24.根据本发明的任选特征，所述谐振检测器被布置为控制所述驱动器以在所述谐振测量时间间隔期间生成具有变化频率的所述驱动信号并且响应于以下各项中的至少一项而确定所述第一耦合谐振频率：所述驱动信号的电压、所述驱动信号的电流、所述驱动信号的所述电压与所述驱动信号的所述电流之间的相位差。
25.这可以提供一种特别有利的方法，并且可以实现所述耦合因子的高度有效和实用的确定，以及因此所述操作参数的改进的设置。
26.根据本发明的任选特征，所述谐振检测器被布置为控制所述驱动器以执行所述驱动信号从较高频率朝向较低频率的频率扫掠，并且将所述第一耦合谐振频率确定为针对所述驱动信号的谐振准则被满足的第一检测频率。
27.在许多实施例中，这可以提供对所述输出谐振电路的耦合谐振频率的改进的检测，以及因此提供改进的耦合因子估计和所述操作参数的改进的设置，这实现改进的功率传输。
28.根据本发明的任选特征，所述谐振测量时间间隔处于功率传输操作的初始化期间，并且所述操作参数是针对所述功率传输操作的初始操作参数。
29.所述方法可以允许功率传输的改进的初始化。所述方法可以允许朝向针对所述功率传输的优选操作点的更快和/或更可靠收敛。
30.根据本发明的任选特征，所述驱动器被布置为在功率传输阶段期间根据包括至少一个功率传输时间间隔和至少一个测量时间间隔的重复时间帧来生成所述驱动信号，并且其中，所述谐振测量时间间隔被包括在测量时间间隔中。
31.所述方法可以允许在功率传输期间改进对变化的操作条件的调整，诸如具体地改进对所述功率接收器相对于所述功率发射器的移动的调整。
32.在许多实施例中，所述测量时间间隔的持续时间不大于所述时间帧的持续时间的5％、10％、或20％。在许多实施例中，(一个或多个)测量时间间隔的持续时间不小于所述时间帧的70％、80％或90％。在许多场景中，(一个或多个)测量时间间隔的持续时间可能不超
过5毫秒、10毫秒或50毫秒。
33.根据本发明的任选特征，所述操作参数是控制所述功率传输信号的功率水平的参数。
34.在许多实施例中，这可以提供高度有利的操作。
35.控制所述功率传输信号的功率水平的参数可以具体地是所述驱动信号的参数，诸如所述驱动信号的频率、占空比、相位、电流和/或电压。
36.根据本发明的任选特征，所述操作参数是功率回路参数，所述功率回路参数是被布置为响应于从所述功率接收器接收的功率控制消息而调整所述功率传输信号的功率水平的功率控制回路的回路参数。
37.在许多实施例中，这可以提供高度有利的操作。它可以允许针对当前条件动态地调整和/或优化针对所述功率传输的控制响应。在许多场景中，所述方法可以允许更快的控制操作，同时仍然确保所述控制回路的稳定性。
38.所述回路参数可以具体地是回路增益和/或回路延迟。
39.根据本发明的任选特征，所述估计电路还被布置为响应于所述功率传输输入谐振电路的非耦合谐振频率而确定所述耦合因子估计。
40.在许多场景中，这可以允许对所述耦合因子的改进的估计。它可以促进对所述耦合因子估计的确定。
41.所述功率传输输入谐振电路的非耦合谐振频率可以是当所述接收器线圈未耦合到所述发射器线圈(通常也未耦合到任何其他感应器)时的功率传输输入谐振电路的谐振频率。
42.根据本发明的任选特征，所述谐振检测器还被布置为在所述谐振测量时间间隔期间确定针对所述输出谐振电路的第二耦合谐振频率，所述第二操作谐振频率是在存在所述功率接收器的情况下针对所述输出谐振电路的不同谐振频率；并且所述估计电路还被布置为响应于所述第二操作谐振频率而确定所述耦合因子估计。
43.在许多实施例中，这可以提供特别有利和/或便利的操作和/或性能。
44.根据本发明的任选特征，所述估计电路被布置为响应于以下等式中的至少一个而确定所述耦合因子估计，以及
[0045][0046]
其中，f
p
是所述谐振输出电路的所述非耦合谐振频率，fs是所述功率传输输入谐振电路的非耦合谐振频率，fres1是所述第一耦合谐振频率，fres2是第二耦合谐振频率，并且k是所述耦合因子。
[0047]
在许多实施例中，这可以提供特别有利和/或便利的操作和/或性能。
[0048]
根据本发明的另一方面，提供了一种无线功率传输系统，包括功率发射器和功率接收器，所述功率发射器被布置为经由感应功率传输信号向所述功率接收器无线地提供功率；所述功率发射器包括：输出谐振电路，其包括发射器线圈和至少一个电容器；驱动器，其被布置为生成针对所述输出谐振电路的驱动信号以生成所述感应功率传输信号；谐振检测器，其被布置为在谐振测量时间间隔期间确定针对所述输出谐振电路的第一耦合谐振频
率，所述第一耦合谐振频率是针对所述发射器线圈的所述输出谐振电路的谐振频率，所述发射器线圈被耦合到所述功率接收器的功率传输输入谐振电路的接收器线圈，所述功率传输输入谐振电路在所述谐振测量时间间隔期间具有不小于10的质量因子；估计电路，其被布置为响应于所述输出谐振电路的非耦合谐振频率和所述第一耦合谐振频率而确定所述发射器线圈与所述接收器线圈之间的耦合的耦合因子估计；以及适配器，其用于响应于所述耦合因子估计而设置操作参数；并且所述功率接收器包括：功率传输输入谐振电路，其包括用于从所述功率发射器提取功率的接收器线圈107和至少一个电容器；所述功率传输输入谐振电路在所述谐振测量时间间隔期间具有不小于10的质量因子。
[0049]
根据本发明的任选特征，所述功率接收器还包括用于在所述谐振测量时间间隔期间从所述质量因子不被约束为不小于10的功率传输模式切换到测量模式的电路，当所述功率接收器在所述测量模式下操作时，所述质量因子不小于10。
[0050]
在许多实施例中，这可以提供特别有利和/或便利的操作和/或性能。
[0051]
根据本发明的任选特征，所述功率接收器还包括用于在所述谐振测量时间间隔期间使所述功率传输输入谐振电路短路的电路。
[0052]
在许多实施例中，这可以提供特别有利和/或便利的操作和/或性能。
[0053]
根据本发明的另一方面，提供了一种用于经由感应功率传输信号向功率接收器无线地提供功率的功率发射器的操作方法：所述功率发射器包括：输出谐振电路，其包括发射器线圈和至少一个电容器；并且所述方法包括：生成针对所述输出谐振电路的驱动信号以生成所述感应功率传输信号；在谐振测量时间间隔期间测量针对所述输出谐振电路的第一耦合谐振频率，所述第一耦合谐振频率是针对所述发射器线圈103的所述输出谐振电路的谐振频率，所述发射器线圈被耦合到所述功率接收器的功率传输输入谐振电路的接收器线圈107，所述功率传输输入谐振电路在所述谐振测量时间间隔期间具有不小于10的质量因子；响应于所述输出谐振电路的非耦合谐振频率和所述第一耦合谐振频率而确定所述发射器线圈与所述接收器线圈之间的耦合的耦合因子估计；并且响应于所述耦合因子估计而设置操作参数。
附图说明
[0054]
将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：
[0055]
图1图示了根据本发明的一些实施例的功率传输系统的元件的示例；
[0056]
图2图示了用于图1的功率传输系统的等效电路的示例；
[0057]
图3图示了根据本发明的一些实施例的功率发射器的元件的示例；
[0058]
图4图示了针对功率发射器的半桥逆变器的示例；
[0059]
图5图示了针对功率发射器的全桥逆变器的示例；
[0060]
图6图示了根据本发明的一些实施例的功率接收器的元件的示例；
[0061]
图7图示了图3的功率发射器的输出谐振电路的响应的示例；
[0062]
图8图示了作为耦合因子的函数的图3的功率发射器的输出谐振电路的耦合谐振频率的示例；
[0063]
图9图示了作为耦合因子的函数的图3的功率发射器的输出谐振电路的耦合谐振频率的示例；
[0064]
图10图示了图3的功率发射器的输出谐振电路的响应的示例；
[0065]
图11图示了图3的功率发射器的输出谐振电路的响应的示例；
[0066]
图12图示了图3的功率发射器的输出谐振电路的响应的示例；
[0067]
图13图示了图3的功率发射器的输出谐振电路的响应的示例；
[0068]
图14图示了图3的功率发射器的输出谐振电路的响应的示例；并且
[0069]
图15图示了针对图1的无线功率传输系统的时间帧的示例。
具体实施方式
[0070]
以下描述集中于适用于利用诸如qi规范或ki规范中已知的功率传输方法的无线功率传输系统的本发明的实施例。然而，应当理解，本发明不限于该应用，而是可以应用于许多其他无线功率传输系统。
[0071]
图1图示了根据本发明的一些实施例的无线功率传输系统的示例。功率传输系统包括功率发射器101，功率发射器101包括(或被耦合到)发射器线圈/感应器103。该系统还包括功率接收器105，功率接收器105包括(或被耦合到)接收器线圈/感应器107。
[0072]
所述系统提供了可以感应地将功率从功率发射器101传输到功率接收器105的感应电磁功率传输信号。具体地，功率发射器101生成电磁信号，所述电磁信号通过发射器线圈或感应器103作为磁通量传播。功率传输信号通常可以具有在大约20khz到大约500khz之间的频率，并且通常用于通常在95khz到205khz范围内的qi兼容系统、或通常在20khz到80khz之间的范围内的ki兼容系统。发射器线圈103与功率接收线圈107松散地耦合，并且因此功率接收线圈107拾取来自所述功率发射器101的功率传输信号(的至少部分)。因此，经由从发射器线圈103到接收线圈107的无线感应耦合，功率从所述功率发射器101传输到功率接收器105。术语功率传输信号主要用于指发射器线圈103与功率接收线圈107之间的感应信号/磁场(磁通量信号)，但是应当理解，通过等效，它也可以被考虑和使用为对提供给发射器线圈103或由功率接收线圈107拾取的电信号的参考。
[0073]
在示例中，功率接收器105特别是经由功率接收器线圈107接收功率的功率接收器。然而，在其他实施例中，功率接收器105可以包括金属元件，例如金属加热元件，在这种情况下，功率传输信号直接感应出涡电流，导致元件的直接加热。
[0074]
该系统被布置为传输显著的功率水平，并且具体地，功率发射器在许多实施例中可以支持超过500mw、1w、5w、50w、100w或500w的功率水平。例如，对于qi对应的应用，功率传输通常针对低功率应用(基本功率概况)可以在1-5w功率范围内，对于qi规范版本1.2高达15w，对于更高功率应用(例如，电动工具、笔记本电脑、无人机、机器人等)在高达100w的范围内，并且对于超高功率应用(例如对于ki厨房应用)超过100w并且高达2000w以上。
[0075]
在下文中，将具体参考总体根据qi规范或ki规范的实施例(除了本文中描述的(或相应的)修改和增强之外)或适合于由无线功率联盟开发的更高功率厨房规范的实施例来描述功率发射器101和功率接收器105的操作。特别地，功率发射器101和功率接收器105可以遵循qi规范版本1.0、1.1或1.2的元素或实质上与其兼容(除了本文中描述的(或相应的)修改和增强之外)。
[0076]
对于许多无线功率传输系统，并且特别地诸如ki的高功率系统，利用谐振功率传输，其中，发射器线圈103是谐振电路的一部分，并且通常接收器线圈107也是谐振电路的一
部分。在许多实施例中，谐振电路可以是串联谐振电路，并且因此发射器线圈103和接收器线圈107可以与对应的谐振电容器串联耦合。谐振电路的使用倾向于提供更有效的功率传输。
[0077]
在大多数功率传输系统中，在功率传输启动之前，建立在功率发射器101与功率接收器105之间的通信信道。当通信已经建立并且两个设备的识别已经实现时，功率发射器101可以开始向功率接收器105的功率传输。
[0078]
在图2中图示了针对功率发射器101和功率接收器105的功率传输函数的电等效图的示例。在给定的系统中可以存在宽范围的功率发射器和功率接收器，并且这些可以具有实质上不同的性质和参数。例如，线圈大小、感应值和负载可以实质上变化。因此，如图2中具体表示的，系统参数在实践中可以在不同的设备、机械构造、定位等之间显著变化。特别地，功率接收器的放置，以及因此接收器线圈107和发射器线圈103的相对位置，实质上影响线圈之间的耦合，即初级(功率发射器侧)感应器lp和次级(功率发射器侧)感应器ls，并且因此可以显著地改变系统行为。
[0079]
此外，功率接收设备可以具有它们操作的若干不同模式，诸如例如在不同模式下接通或断开若干负载的情况下。例如，对于作为空气炸锅电器的功率接收器，加热元件可以被打开和关闭。这可以例如导致从比如50到1200w的非常显著的负载阶跃，反之亦然。此外，这样的负载切换可以在设备的操作期间重复，以保持温度恒定。
[0080]
系统也可以包含非线性负载，例如，功率接收器可以驱动电机，诸如例如食品处理器的电机，而不是电阻元件。这导致了系统的完全不同的响应，并且这明确地对控制系统设计具有很大的影响。
[0081]
通常，无线功率传输系统采用功率控制回路，以便将系统转向适当的操作点。该功率控制回路改变从功率发射器发送到功率接收器的功率量。可以测量接收到的功率(或电压或电流)，并且可以连同设置点功率值一起生成误差信号。电器将该错误信号发送到功率发射器中的功率控制功能，以减少静态误差，理想情况下为零。
[0082]
然而，由于系统性能和操作取决于现有的功率发射器和功率接收器组合和放置而大大变化，因此适当的操作点也大大变化。这包括功率传输的启动/初始化时的条件，并且因此最佳初始操作点也大大变化。
[0083]
影响操作的关键参数之一是耦合因子。此外，耦合因子倾向于取决于功率接收器相对于功率发射器(并且具体地接收器线圈107相对于发射器线圈103)的定位，并且因此取决于特定的操作条件。相反，图2的大多数其他参数倾向于是已知的，并且对于特定的功率发射器和接收器线圈107组合倾向于是相对恒定的。因此，通常，除了耦合因子之外，几乎所有相关的系统参数可能是已知的。耦合因子取决于多个参数，特别地包括线圈的大小/几何形状以及功率发射器与功率接收器之间的距离。
[0084]
在图1的系统中，系统包括用于估计耦合因子和用于响应于耦合因子而调整操作参数的功能。具体地，在许多实施例中，可以调整控制回路的参数，诸如开环传递函数和/或回路增益，以便优化和控制闭环性能。作为另一示例，优选(通常初始)操作点，诸如例如功率水平，可以取决于耦合因子进行调整。在一些实施例中，测量和调整可以在功率传输之前执行，或者可以备选地或额外地在功率传输之后执行。
[0085]
作为示例性操作，当功率接收器被放置在功率发射器上时，可以建立它们之间的
通信。这可以允许功率发射器开始发送功率，但首先它需要建立适合的操作点。一个选项将是选择非常安全且可靠的操作点，针对其，可以保证在最坏情况场景中操作是可能的，然后在功率传输期间逐渐调整操作点。然而，这样的方法倾向于是缓慢和低效的，并且事实上，在许多场景中，逐渐调整最佳操作点可能是不可行的(例如，系统可能停留在局部最大值上，而不是前进到全局最大值)。
[0086]
因此，可以优选地确定期望的操作点，并在该期望的操作点处或接近该期望的操作点启动操作。可以使用所有已知的系统参数来估计期望的操作点。这些可以例如包括(或包含)：初级和次级电感；初级和次级共振；负载电阻、功率和电压；以及耦合因子。在已知所有这些参数的情况下，可以计算针对功率路径的传递函数，并且可以确定初始操作点。然而，尽管大多数参数可以由功率发射器已知，例如基于来自功率接收器的功率接收器参数的通信，但是耦合因子取决于设备的放置/未对准，并且因此不能预先知道。
[0087]
在示例中，功率发射器可以相应地前进到测量/估计耦合因子。例如，这可以通过在由功率接收器加载时确定针对功率发射器谐振电路的一个或多个谐振频率来实现。功率接收器可以在这样的测量期间进入到高q模式中，并且谐振频率可以由功率发射器通过驱动发射器线圈103的信号的频率扫掠来确定。基于谐振频率，可以基于功率接收器谐振频率和功率发射器谐振频率的自由运行谐振频率来计算耦合因子。
[0088]
然后可以使用该耦合因子来计算完整的传递函数，并且然后计算初始操作点和所要求的操作参数，诸如例如初始功率水平和/或回路增益。将操作参数设置为计算值可以允许从功率传输的开始达到初始操作点，这将导致适当的功率/电流被递送到功率接收器。
[0089]
事实上，通过在功率传输之前测量功率传输系统的耦合因子，可以做出系统响应的更好估计。这可以实现更好地选择初始操作点(频率、功率信号的占空比、回路增益等)。这可以允许更快得多地达到期望的功率水平。此外，这样的方法可以减少过电压或过电流状况发生的风险。
[0090]
而且，在功率传输期间测量耦合因子并基于这样的测量调整(一个或多个)操作参数可以提供改进的性能，并且通常可以提供更准确的优化和调整。
[0091]
图3更详细地图示了图1的功率发射器101的元件。
[0092]
功率发射器101包括驱动器301，驱动器301可以生成馈送到发射器线圈103的驱动信号，发射器线圈103继而生成电磁功率传输信号，从而向功率接收器105提供功率传输。发射器线圈103是包括发射器线圈103和电容器303的输出谐振电路的一部分。在示例中，输出谐振电路是串联谐振电路，但是将意识到，在其他实施例中，输出谐振电路可以是并联谐振电路。将意识到，可以使用任何适合的谐振电路，包括包含多个感应器和/或电容器的谐振电路。
[0093]
驱动器301生成电流和电压，其被馈送到输出谐振电路并且因此到发射器103。驱动器301通常是逆变器形式的驱动电路，其从dc电压生成交流信号。驱动器301的输出通常是通过适当地切换开关桥的开关来生成驱动信号的开关桥。图4示出了半桥开关桥/逆变器。开关s1和s2被控制为使得它们从不同时闭合。交替地，s1闭合而s2断开，并且s2闭合而s1断开。开关以期望的频率断开和闭合，从而在输出端生成交变信号。通常，逆变器的输出经由谐振电容器连接到发射器感应器。图5示出了全桥开关桥/逆变器。开关s1和s2被控制为使得它们从不同时闭合。开关s3和s4被控制为使得它们从不同时闭合。交替地，开关s1和
s4闭合，而s2和s3断开，并且然后s2和s3闭合，而s1和s4或断开，从而在输出端创建方波信号。开关以期望的频率断开和闭合。
[0094]
功率发射器101还包括功率发射器控制器305，其被布置为根据期望的操作原理来控制功率发射器101的操作。具体地，功率发射器101可以包括根据qi规范或ki规范来执行功率控制所需的许多功能。
[0095]
功率发射器控制器305具体被布置为控制由驱动器301进行的驱动信号的生成，并且其可以具体控制驱动信号的功率水平，并且因此控制所生成的功率传输信号的水平。功率发射器控制器305包括功率回路控制器，其响应于在功率传输阶段期间从功率接收器105接收到的功率控制消息来控制功率传输信号的功率水平。
[0096]
功率发射器控制器305还可以包括用于与功率接收器105通信的功能。例如，功率发射器控制器305可以被布置为通过调制功率传输信号来向功率接收器105发送数据，并且通过检测功率传输信号的负载调制来从功率接收器105接收数据。将意识到，在其他实施例中，可以使用其他通信手段，诸如例如可以实施诸如nfc通信的单独的通信功能。
[0097]
包括发射器线圈103的谐振电路的使用是众所周知的，以在许多场景中提供更有效的功率传输。此外，具有也采用谐振电路的功率接收器(即其中，接收器线圈107是谐振电路的一部分)可以实现谐振功率传输，其提供了多个优点，包括高效功率传输和易于控制功率传输，诸如例如通过控制驱动信号的频率。
[0098]
图6图示了功率接收器105的一些示例性元件。
[0099]
接收器线圈107经由电容器603耦合到功率接收器控制器601，电容器603连同接收器线圈107一起形成输入谐振电路。因此，功率传输可以是谐振电路之间的谐振功率传输。
[0100]
功率接收器控制器601经由开关607将接收器线圈107耦合到负载605，开关607具体地可能能够使负载605短路。功率接收器控制器601包括功率控制路径，其将由接收器线圈107提取的功率转换为对于负载605的适合供电。在一些实施例中，功率接收器控制器601可以提供直接功率路径，该直接功率路径简单地将输入谐振电路连接到开关607或负载605，即，功率发射器控制器303的功率路径可以简单地由两个接线实施。在其他实施例中，功率路径可以包括例如整流器和可能地平滑电容器以提供dc电压。在又其他实施例中，功率路径可以包括更复杂的功能，诸如例如电压控制电路、阻抗匹配电路、电流控制电路等。类似地，将意识到，开关607可以仅存在于一些实施例中，并且在一些实施例中负载605可以永久地耦合到输入谐振电路。
[0101]
另外，功率接收器控制器601可以包括执行功率传输所需的各种功率接收器控制器功能，并且特别地根据qi或ki规格执行功率传输所需的功能。
[0102]
功率接收器控制器601还可以包括用于与功率发射器101通信的功能。例如，它可以被布置为解码和解调调制到功率传输信号上的数据，并且它可以被布置为通过负载调制功率传输信号来向功率发射器101发送数据。在一些实施例中，可以采用单独的通信功能，诸如nfc通信功能。
[0103]
在操作中，系统被布置为控制驱动信号，使得功率传输信号获得适合的操作参数/性质，并且使得功率传输在适合的操作点处操作。为了这样做，功率发射器被布置为使用功率控制回路来控制驱动信号的参数，其中，响应于从功率接收器接收的功率控制错误消息而控制功率传输信号/驱动信号的功率性质。
[0104]
以规则的并且通常频繁的间隔，功率接收器向功率发射器发送功率控制错误消息。功率接收器105包括用于支持这样的功率控制回路的功能，例如功率接收器控制器601可以连续地监测提供给负载的负载信号的功率或电压，并且检测这是否高于或低于期望值。它可以以规则的间隔生成功率控制错误消息，该消息请求增加或减小功率传输信号的功率水平，并且它可以将该功率控制错误信息发送到功率发射器。
[0105]
当从功率接收器接收到功率控制错误消息时，发送控制器305可以确定应当如何修改驱动信号参数以根据请求增加或减小功率传输信号的功率水平。然后它可以相应地控制和调整驱动信号参数。
[0106]
因此采用功率控制回路，其控制功率传输信号的功率性质以在功率接收器处产生期望的操作点。因此，功率传输的操作由功率控制回路控制，并且功率控制回路的有效操作对系统的性能至关重要。因此，初始化或调整功率控制回路到操作条件对于最佳性能至关重要。
[0107]
在所描述的系统中，功率发射器包括用于估计耦合因子和用于基于耦合因子来调整功率传输系统的操作(并且具体地功率控制回路)的操作的功能。
[0108]
功率发射器具体地被布置为响应于针对输出谐振电路(和/或等效地针对驱动信号)的一个或多个谐振频率的检测/测量而确定耦合因子，当该功率发射器被耦合到功率接收器，并且具体地耦合到接收器线圈107和输入谐振电路时。它然后可以相应地调整功率传输系统的操作。
[0109]
功率发射器101包括谐振检测器307，其被布置为在谐振测量时间间隔期间确定针对输出谐振电路的耦合操作谐振频率，其中，耦合谐振频率是在存在功率接收器的情况下(即当发射器线圈103耦合到功率接收器的接收器线圈107时)的输出谐振电路的谐振频率。耦合谐振频率相应地反映当发射器线圈103耦合到接收器线圈107时输出谐振电路的有效谐振频率。由于两个线圈的耦合，发射器线圈103的有效电感不同于发射器线圈103在它未耦合到任何接收器线圈107时的自感。类似地，当接收器线圈107未耦合到任何发射器线圈103时，接收器线圈107的有效电感不同于接收器线圈107的自感。因此，当不存在耦合时，有效谐振将不同于自谐振。此外，由于两个线圈的耦合，以及因此两个谐振电路的耦合，驱动信号将有效地经历两个(不同的)谐振频率，即由于耦合，输出谐振电路将有效地具有两个谐振频率，并且其中，这些不同于输出谐振电路的自(非耦合)谐振频率。
[0110]
当输出谐振电路未耦合到任何其他感应器时，用于输出谐振电路的有效或耦合谐振频率将不同于输出谐振电路的自谐振频率，并且该差异将取决于耦合。因此，检测输出谐振电路的耦合或操作谐振频率可以提供关于到接收器线圈107的耦合的信息，并且这可以在功率发射器101中用于估计耦合因子。
[0111]
谐振检测器307耦合到估计电路309，估计电路309被布置为至少基于谐振输出电路的耦合谐振频率和非耦合谐振频率来确定针对发射器线圈103和接收器线圈107之间的耦合的耦合因子估计。输出谐振电路的非耦合频率是当输出谐振电路未耦合到感应器并且具体地耦合到接收器线圈107时的输出谐振电路的谐振频率。非耦合谐振频率也被称为输出谐振电路的自谐振频率。
[0112]
因此，估计电路309被布置为基于发射器线圈103和接收器线圈107之间的耦合对输出谐振电路的谐振频率的效应来估计耦合因子。
[0113]
估计电路309耦合到适配器311，适配器311被布置为响应于耦合因子估计而设置操作参数。在一些实施例中，设置可以是相对设置或绝对设置。适配器311可以例如通过将参数值增加或减小给定量来执行操作参数的相对设置，例如它可以从当前值增加或减小功率水平。
[0114]
在一些实施例中，适配器311可以被布置为调整或设置针对功率传输信号参数的操作值，并且具体地设置控制功率传输信号的功率水平的功率传输信号的参数值。这样的参数值可以包括针对功率传输信号的频率(其影响针对谐振功率传输系统的功率水平)、相位、幅度(电流和/或电压)或占空比。
[0115]
例如，对于高耦合因子，线圈之间的功率传输可能是有效的，并且因此可以设置高功率水平，而对于低耦合因子，功率传输是不太有效的，并且因此它应该设置为较低水平。
[0116]
因此，通过估计耦合因子，确定适合的功率水平是可能的，并且当开始功率传输操作时，可以通过适当地设置功率传输信号的操作参数，将该功率水平设置为期望值来初始化该功率水平。
[0117]
例如，可以使用在制造期间已经生成的查找表(lut)来确定适当的功率水平。例如，基于对具有不同性质(例如，线圈尺寸、功率接收器电感值等)的不同功率接收器执行的测量，可以针对不同的耦合因子确定适合的功率水平，并将其存储在lut中。在操作期间，当用新的功率接收器初始化新的功率传输时，功率接收器可以向功率发射器发送相关的参数值，实施功率发射器还可以估计耦合因子。所得的值可以被用于在lut中执行表查找，并且可以利用对应的功率水平来初始化功率传输。lut可以具体地输出针对驱动信号的频率、占空比和/或幅度的适合值。适配器311然后可以例如将该信息提供给功率发射器控制器305，其可以控制驱动器301以生成具有这些性质的驱动信号。因此，系统可以利用适合的参数启动功率传输，在其之后可以由功率控制回路执行调整。
[0118]
在一些实施例中，适配器311可以备选地或额外地调整功率控制回路的功率控制回路参数，该功率控制回路基于从功率接收器(105)接收到的功率控制消息来控制功率传输信号的功率水平。
[0119]
功率控制回路的开环性能在很大程度上取决于耦合因子，并且因此闭环性能也是如此。事实上，在许多场景中，闭环可能仅对耦合因子的一些值是稳定的。通常，回路的增益可以与耦合因子基本上成比例，并且由于耦合因子可以实质上变化，因此增益也可以变化。回路的增益的变化直接影响闭环的时间(和频率)响应，包括回路的稳定性。适配器311可以被布置为修改回路增益以补偿耦合因子的变化，使得总增益可以处于期望的水平。这可以提供具有更快作用的回路的优化性能，因为在最坏情况场景中不需要设置回路增益以确保稳定性。
[0120]
在一些实施例中，可以做出对回路的更复杂的调整，诸如延迟或(开环)频率响应的调节。这可以提供更灵活的调整，其可以允许性能更精确地定制。例如，滤波器响应可以适于防止任何潜在的自振荡和不稳定性。
[0121]
至于功率传输信号的功率水平，参数可以例如通过设计/制造期间的测量和实验来确定，其中，适当的参数被存储在lut中。事实上，相同的lut可以存储针对控制回路和针对功率水平设置的参数。
[0122]
将意识到，可以调整的操作参数不限于功率水平参数或回路参数，而是在一些实
施例中可以备选地或额外地设置其他参数，诸如异物检测参数或通信参数。
[0123]
在不同的实施例中，估计器309可以使用不同的方法用于确定耦合因子。如由图7的示例所示，当耦合到输入谐振电路时，输出谐振电路的响应是包括两个谐振的响应。图7示出了针对典型系统参数的响应(对于驱动信号的恒定电压幅度，初级电流的幅度和相位)的示例，并且如清楚图示的，响应包括两个谐振峰值。
[0124]
图8图示了耦合输出谐振电路的谐振频率对于不同的耦合系数k如何变化的示例。在示例中，输出谐振电路和输入谐振电路的非耦合谐振频率两者处于0.3x105的归一化频率。如可以看出的，耦合情况导致第一谐振频率高于非耦合频率，并且第二谐振频率低于非耦合频率。如还可以看出的，谐振频率对耦合因子存在很强的依赖性，其中，差异针对增加的耦合因子增加。
[0125]
图9图示了对应于图8的示例的示例，但是其中，输出谐振电路的归一化平均非耦合谐振频率处于0.268x105，并且输入谐振电路的归一化平均非耦合谐振频率仍处于0.3x105。如可以看出的，这导致稍微不同的耦合谐振频率。
[0126]
在一些实施例中，可以在制造和设计期间对相关的功率发射器和接收器线圈107组合进行如图8和9所示的这样的依赖性的测量。结果可以存储在包括在功率发射器中的lut中(或者例如集中存储并在建立新的功率传输时检索)。在确定耦合谐振频率之后，估计器309可以执行表查找以导出估计的耦合因子。
[0127]
在一些实施例中，谐振检测器307可以被布置为通过改变驱动信号的频率来检测谐振测量时间间隔期间的耦合谐振频率，并且具体地，它可以在可以对应于预期耦合谐振频率所在的频率间隔的频率范围上执行频率扫掠，或者其中，可以认为耦合因子足够高以提供可接受的功率传输。谐振检测器307然后可以监测驱动信号，并且它可以检测例如电流或电压幅度的极值。例如，对于串联谐振电路，谐振检测器307可以控制驱动器301在一定范围内并以固定的电压幅度改变频率。然后，它可以测量针对不同频率的电流幅度，并确定耦合谐振频率，对于该耦合谐振频率确定最高电流幅度。作为另一示例，谐振检测器307可以检测驱动信号的电流和电压之间的相位差何时为零(或接近于零)，即输出谐振电路的负载何时为纯电阻。如果在频率间隔内没有检测到耦合谐振频率，则这可以指示耦合因子不在针对功率传输的适合间隔内，并且功率传输可以终止。
[0128]
在一些实施例中，驱动信号的频率扫掠可以是从较高频率朝向较低频率，并且耦合谐振频率可以被确定为满足谐振准则(例如信号的电流或电压幅度的极值或电压和电流之间的零相位差)的第一检测频率。因此，代替于例如检测全局极值，可以检测第一局部极值。
[0129]
这样的方法可以允许检测两者中的最高耦合谐振频率。发明人已经意识到，对于变化的耦合因子，耦合谐振频率的最大变化针对最高耦合谐振频率发生，并且因此，这通常可以有利地使用，尤其是如果仅使用一个耦合谐振频率。
[0130]
在一些实施例中，两个耦合谐振频率可以被检测并用于确定耦合因子估计。例如，可以分别为较低和较高的耦合谐振频率提供两个单独的lut，并且耦合因子估计可以被确定为两个表查找结果的平均值。
[0131]
在其他实施例中，可以使用用于确定输出谐振电路的耦合谐振频率的其他方法。例如，在一些实施例中，可以使用逐次逼近方法。当基于频率间隔来确定谐振频率时，这样
的方法将是高度有利和有用的。该方法可以允许对一个或多个谐振频率的快速检测。
[0132]
在一些实施例中，功率接收器可以将系统参数(诸如例如非耦合谐振频率和/或接收器线圈电感)传递到功率发射器，并且这可以用于根据耦合谐振频率来确定耦合因子。例如，lut还可以取决于这些功率接收器因子，或者可以为不同的功率接收器提供不同的lut(事实上在一些实施例中，lut可以由功率接收器提供)。
[0133]
在一些实施例中，耦合因子的确定可以基于分析公式。具体地，估计电路309可以被布置为响应于以下等式中的至少一个而确定耦合因子估计：
[0134][0135][0136]
其中，f
p
是所述谐振输出电路的所述非耦合谐振频率，fs是所述功率传输输入谐振电路的非耦合谐振频率，fres1是最高耦合操作谐振频率，fres2是最低耦合谐振频率，并且k是耦合因子。
[0137]
这些等式适用于耦合谐振电路，并且可以由谐振检测器307(直接或间接)使用。
[0138]
在一些实施例中，可以仅使用等式中的一个，并且事实上耦合因子估计可以仅基于耦合谐振频率中的一个。例如，如所描述的，最高耦合谐振频率可以通过检测从较高频率到较低频率的扫掠中的第一峰来确定。基于上述第一等式，并分别使用输入谐振电路和输出谐振电路的非耦合谐振频率的已知值，然后可以使用该最高耦合谐振频率来计算耦合因子估计。
[0139]
相同的方法可以被用于基于最低耦合谐振频率来确定耦合因子。
[0140]
在一些实施例中，可以测量最高和最低耦合谐振频率两者，并且可以使用这两个等式。例如，可以分别使用第一和第二等式以及相应的测量的耦合谐振频率来计算两个耦合因子值，并且可以将耦合因子估计生成为这些的平均值。在其他实施例中，耦合因子估计可以被计算为导致上述等式和测量值之间的最低误差的耦合因子估计。
[0141]
在一些实施例中，可以使用两个耦合谐振频率和两个等式，但不使用输入谐振电路的非耦合谐振频率。相反，可以使用上述等式和两个耦合谐振频率来估计该变量。在这样的方法中，因此更复杂的估计和计算可以被用于避免由功率发射器知道输入谐振电路的特定性质的必要性。这样的方法对于在现有系统中的实施方式可能特别有用，其中，一些功率接收器可能不能够传递该信息。
[0142]
所描述的方法基于通过考虑由输出谐振电路到输入谐振电路的耦合引起的谐振频率的变化来估计耦合因子。该变化取决于耦合因子，但也取决于输入谐振电路的质量因子q。这可以在图10-14中看到，图10-14示出了两个耦合谐振频率如何针对不同的耦合因子而变化(在每个图形内，k＝[0.1，0.2，
…
0,9])，以及变化如何取决于q值(如通过比较分别示出q＝1000、10、3、1、0.1的图形的不同图形可以看出的)。
[0143]
在方法中，输入谐振电路的质量因子在谐振测量时间间隔期间不小于10，并且通常它可以更高。这可以实现对(一个或多个)耦合谐振频率的检测是可靠的和合理准确的，并且因此实现耦合因子估计类似地是可靠和准确的。因此，它可以确保操作点的调整是可
靠的，并且可以允许有效的操作。
[0144]
在一些实施例中，谐振测量时间间隔期间的高q可以通过针对输入谐振电路的q值始终高于10来确保，即通过功率接收器被设计用于使输入谐振电路始终具有高于10的质量因子。然而，这通常与向负载提供适当功率的期望形成对比。
[0145]
例如，对于ki系统，由典型功率值对输入谐振电路的负载实现q值，该q值通常小于5，并且常常小于2。
[0146]
在许多实施例中，功率接收器可以相应地被布置为在谐振测量时间间隔之外的至少一段时间内将操作模式从较低质量因子模式切换到谐振测量时间间隔期间具有至少10的q值的较高质量因子模式。这可以允许有效的功率传输和有效的耦合因子估计。因此，功率接收器可以被布置为从功率传输模式切换到谐振测量时间间隔期间的测量模式，在功率传输模式中，质量因子不被限制为高于10，并且在功率传输模式期间，质量因子事实上可以基本上小于10，以便允许有效的功率传输，在谐振测量时间间隔期间，质量因子不小于10。
[0147]
这可以例如通过开关607来实现。例如，如果功率路径将开关607和负载605直接耦合到输入谐振电路，则开关可以在(一个或多个)谐振测量时间间隔之外将正常负载605耦合到输入谐振电路。然而，在(一个或多个)谐振测量时间间隔期间，开关607可以使负载605解耦。对于输入并联谐振电路，开关607可以例如断开负载605，使得没有电流从输入谐振电路汲取。相反，对于输入串联谐振电路，开关607可以通过使负载605短路来使负载解耦，从而在谐振测量时间间隔期间使功率传输输入谐振电路短路。
[0148]
在一些实施例中，在功率接收器不包括特定功能的情况下，可以发生质量因子的这样的变化。例如，在一些实施例中，负载可以在启动期间固有地实质上提供短路，这可以允许在固有地具有高q输入谐振电路的功率传输之前的谐振测量时间间隔。例如，当负载是电机时，它可能几乎作为短路启动。作为另一示例，当整流器和大的输出电容器存在于功率路径中时，当电容器放电时，这也将表现得几乎像短路。
[0149]
在许多实施例中，谐振测量时间间隔(或至少一个谐振测量时间间隔)可以在功率传输之前。具体地，耦合因子估计的确定和操作参数的设置可以在功率传输操作的初始化期间执行。因此，在功率传输之前，功率发射器可以为特定的功率接收器和功率接收器的特定定位确定适合的操作参数值。然后，它可以使用该参数值作为初始操作参数值来开始功率传输。
[0150]
例如，在许多实施例中，方法可以被用于确定针对功率传输信号的初始回路增益和功率水平值。因此，系统可以在更可能接近最佳操作点的状态下启动功率传输，并且不需要从初始最坏情况的安全操作点进行缓慢且逐渐的调整。因此，可以实现更快的优化，并且可以减少不能达到最佳操作点的风险。
[0151]
此外，在功率传输前耦合因子估计期间，功率接收器可以进入针对耦合谐振频率检测的测量模式。具体地，开关607可以使负载短路，以便为输入谐振电路提供高质量因子。当系统进入功率传输阶段时，功率接收器可以切换回正常功率传输操作模式，并且具体地，可以移除短路。
[0152]
在一些实施例中，方法可以备选地或额外地在功率传输阶段期间应用。在这样的方法中，耦合因子估计对于调整回路参数和性能可能特别有用。例如，它可以被用于调整回路参数，使得对于功率接收器的不同位置可以实现基本上相同的控制性能。因此，可以实现
改进的性能，并且特别是对功率接收器的定位的变化的减少的灵敏度。
[0153]
在其中在功率传输阶段期间采用方法的许多实施例中，系统可以被布置为以时隙模式操作，其中，在测量时间间隔期间执行测量和耦合谐振频率检测。谐振测量时间间隔可以具体地在重复时间帧的减少的这样的测量时间间隔期间执行，该重复时间帧还包括在其期间功率被传送到功率接收器的至少一个功率传输时间间隔。
[0154]
在这样的实施例中，系统因此可以在功率传输阶段期间利用时分。特别地，耦合谐振频率的检测和功率传输可以例如在单独的时间间隔中执行，从而允许这些频率之间的干扰显著减少。
[0155]
在示例中，驱动器301和发射器线圈103在功率传输间隔期间被布置为生成电磁功率传输信号，用于将功率传输到功率接收器的目的。另外，驱动信号可以在测量时间间隔期间用于检测耦合谐振频率，以便确定耦合因子估计。功率发射器可以在功率传输阶段期间采用针对驱动信号的重复时间帧，其中，时间帧包括至少一个功率传输时间间隔和至少一个谐振测量时间间隔。这样的重复时间帧的示例如图15所示，其中，功率传输时间间隔由pt指示，并且测量时间间隔由d指示(时间间隔也可以被称为检测时间间隔)。在示例中，每个时间帧frm仅包括一个谐振测量时间间隔和一个功率传输时间间隔并且这些(以及时间帧自己)在每个帧内具有相同持续时间。然而，将意识到，在其他实施例中，其他时间间隔也可以包括在时间帧(诸如例如通信间隔)中或者多个谐振测量时间间隔和/或功率传输时间间隔可以包括在每个时间帧中。此外，在一些实施例中，不同时间间隔的持续时间(并且实际上时间帧自己)可以动态变化。
[0156]
在方法中，测量、通信和功率传输因此在时域中分离，从而导致从功率传输到测量和耦合因子估计的减少的交叉干扰。因此，起因于针对功率传输的操作条件的变化的变化性和不确定性可以与起因于更可靠和准确的估计过程的测量和估计隔离。此外，它允许驱动信号生成(并优化)针对耦合谐振频率的检测。特别地，它允许谐振检测器307执行频率扫掠并执行针对该检测的适合操作。
[0157]
此外，它允许功率接收器具体地适于提供针对检测的改进的或最佳的性质。特别地，在许多实施例中，功率接收器可以从功率传输时间间隔期间的功率操作模式切换到测量模式，在功率传输时间间隔期间负载耦合到输入谐振电路(并且因此输入谐振电路的质量因子低)，在测量模式中确保输入谐振电路的质量因子高，例如通过开关607使负载短路。
[0158]
因此，时隙方法可以允许或促进在功率传输阶段期间执行耦合因子估计。
[0159]
在一些实施例中，功率发射器可以被布置为确定功率接收器相对于功率发射器(并且具体地接收器线圈107相对于发射器线圈103)的未对准的指示或量度。具体地，耦合因子越低，未对准越高。此外，在这样的实施例中，功率发射器可以被布置为生成指示未对准的用户输出。具体地，它可以向用户提供指示在耦合因子低于阈值的情况下应当重新定位功率接收器的用户警报。
[0160]
将意识到，为了清楚起见，以上描述已经参考不同的功能电路、单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，将显而易见的是，可以在不背离本发明的情况下使用不同的功能电路、单元或处理器之间的任何合适的功能分布。例如，被图示为由单独的处理器或控制器执行的功能可以由相同的处理器或控制器执行。因此，对特定功能单元或电路的引用仅被视为对用于提供所描述的功能的合适模块的引用，而并不指示严格的逻辑或物理结构或组
织。
[0161]
本发明能够以任何合适的形式来实施，包括硬件、软件、固件或者这些的任何组合。本发明可以任选地被至少部分地实施为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。本发明的实施例的元件和部件可以以任何合适的方式来物理地、功能地和逻辑地实施。实际上，功能可以在单个单元中、在多个单元中或者作为其他功能单元的部分来实施。这样一来，本发明可以在单个单元中实施，或者可以在不同的单元、电路和处理器之间物理地和功能地分布。
[0162]
尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是并不旨在将本发明限于本文所阐述的特定形式。相反，本发明的范围仅受所附权利要求的限制。另外，尽管可能看起来结合特定实施例描述了特征，但是本领域技术人员将认识到，可以根据本发明组合所描述的实施例的各种特征。在权利要求中，术语“包括”不排除存在其他元件或步骤。
[0163]
此外，尽管被个体地列出，但是多个模块、元件、电路或方法步骤可以通过例如单个电路、单元或处理器来实施。此外，尽管个体特征可以包括在不同的权利要求中，但是这些可以有利地组合，并且包含在不同的权利要求中并不意味着特征的组合是不可行和/或不利的。在一类权利要求中包含特征也并不意味着对该类别的限制，而是指示该特征在合适时同样适用于其他权利要求类别。在一个独立权利要求的从属权利要求中包括特征并不意味着对该独立权利要求的限制，而是指示该特征在合适的情况下同等地适用于其他独立权利要求。此外，权利要求中的特征的顺序并不意味着特征必须工作的任何特定顺序，并且特别地，方法权利要求中的个体步骤的顺序并不意味着必须以该顺序执行这些步骤。而是，可以以任何合适的顺序来执行这些步骤。额外地，单数引用并不排除多个。因此，对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用并不排除多个。权利要求中的附图标记仅仅被提供为使范例清楚，而不应当被解释为以任何方式来限制权利要求的范围。

技术特征：
1.一种用于经由感应功率传输信号向功率接收器(105)无线地提供功率的功率发射器(101)；所述功率发射器(101)包括：输出谐振电路，其包括发射器线圈(103)和至少一个电容器(303)；驱动器(201)，其被布置为生成针对所述输出谐振电路(103)的驱动信号以生成所述感应功率传输信号；谐振检测器(307)，其被布置为在谐振测量时间间隔期间测量针对所述输出谐振电路的第一耦合谐振频率，所述第一耦合谐振频率是针对所述发射器线圈(103)的所述输出谐振电路的谐振频率，所述发射器线圈被耦合到所述功率接收器(105)的功率传输输入谐振电路的接收器线圈(107)，所述功率传输输入谐振电路在所述谐振测量时间间隔期间具有不小于10的质量因子；估计电路(309)，其被布置为响应于所述输出谐振电路的非耦合谐振频率和所述第一耦合谐振频率而确定所述发射器线圈(103)与所述接收器线圈(107)之间的耦合的耦合因子估计；以及适配器(311)，其用于响应于所述耦合因子估计而设置操作参数。2.根据权利要求1所述的功率发射器，其中，所述谐振检测器(307)被布置为控制所述驱动器(301)以在所述谐振测量时间间隔期间生成具有变化频率的所述驱动信号并且响应于以下各项中的至少一项而测量所述第一耦合谐振频率：所述驱动信号的电压、所述驱动信号的电流、所述驱动信号的所述电压与所述驱动信号的所述电流之间的相位差。3.根据权利要求1或2所述的功率发射器，其中，所述谐振检测器(307)被布置为：控制所述驱动器(301)以执行所述驱动信号从较高频率朝向较低频率的频率扫掠，并且将所述第一耦合谐振频率测量为针对所述驱动信号的谐振准则被满足的第一检测频率。4.根据任一前述权利要求所述的功率发射器，其中，所述谐振测量时间间隔处于功率传输操作的初始化期间，并且所述操作参数是针对所述功率传输操作的初始操作参数。5.根据任一前述权利要求所述的功率发射器，其中，所述驱动器(201)被布置为在功率传输阶段期间根据包括至少一个功率传输时间间隔和至少一个测量时间间隔的重复时间帧来生成所述驱动信号，并且其中，所述谐振测量时间间隔被包括在测量时间间隔中。6.根据任一前述权利要求所述的功率发射器，其中，所述操作参数是控制所述功率传输信号的功率水平的参数。7.根据任一前述权利要求所述的功率发射器，其中，所述操作参数是功率回路参数，所述功率回路参数是被布置为响应于从所述功率接收器(105)接收的功率控制消息而调整所述功率传输信号的功率水平的功率控制回路的回路参数。8.根据任一前述权利要求所述的功率发射器，其中，所述估计电路(309)还被布置为响应于所述功率传输输入谐振电路的非耦合谐振频率而确定所述耦合因子估计。9.根据任一前述权利要求所述的功率发射器，其中，所述谐振检测器(307)还被布置为在所述谐振测量时间间隔期间测量针对所述输出谐振电路的第二耦合谐振频率，所述第二操作谐振频率是在存在所述功率接收器(105)的情况下针对所述输出谐振电路的不同谐振频率；并且所述估计电路(309)还被布置为响应于所述第二操作谐振频率而确定所述耦合因子估计。10.根据任一前述权利要求所述的功率发射器，其中，所述估计电路(309)被布置为响
应于以下等式中的至少一个等式而确定所述耦合因子估计，并且应于以下等式中的至少一个等式而确定所述耦合因子估计，并且其中，f
p
是所述谐振输出电路的所述非耦合谐振频率，f
s
是所述功率传输输入谐振电路的非耦合谐振频率，fres1是所述第一耦合谐振频率，fres2是第二耦合谐振频率，并且k是所述耦合因子。11.一种无线功率传输系统，包括功率发射器和功率接收器，所述功率发射器被布置为经由感应功率传输信号向所述功率接收器(105)无线地提供功率；所述功率发射器(101)包括：输出谐振电路，其包括发射器线圈(103)和至少一个电容器(303)；驱动器(201)，其被布置为生成针对所述输出谐振电路(103)的驱动信号以生成所述感应功率传输信号；谐振检测器(307)，其被布置为在谐振测量时间间隔期间测量针对所述输出谐振电路的第一耦合谐振频率，所述第一耦合谐振频率是针对所述发射器线圈(103)的所述输出谐振电路的谐振频率，所述发射器线圈被耦合到所述功率接收器(105)的功率传输输入谐振电路的接收器线圈(107)，所述功率传输输入谐振电路在所述谐振测量时间间隔期间具有不小于10的质量因子；估计电路(309)，其被布置为响应于所述输出谐振电路的非耦合谐振频率和所述第一耦合谐振频率而确定所述发射器线圈(103)与所述接收器线圈(107)之间的耦合的耦合因子估计；以及适配器(311)，其用于响应于所述耦合因子估计而设置操作参数；并且所述功率接收器包括：功率传输输入谐振电路，其包括用于从所述功率发射器提取功率的接收器线圈107和至少一个电容器；所述功率传输输入谐振电路在所述谐振测量时间间隔期间具有不小于10的质量因子。12.一种无线功率传输系统，其中，所述功率接收器还包括用于在所述谐振测量时间间隔期间从所述质量因子不被约束为不小于10的功率传输模式切换到测量模式的电路，当所述功率接收器在所述测量模式下操作时，所述质量因子不小于10。13.根据任一前述权利要求所述的功率发射器，其中，所述功率接收器还包括用于在所述谐振测量时间间隔期间使所述功率传输输入谐振电路短路的电路。14.一种用于经由感应功率传输信号向功率接收器(105)无线地提供功率的功率发射器(101)的操作方法：所述功率发射器(101)包括：输出谐振电路，其包括发射器线圈(103)和至少一个电容器(303)；并且所述方法包括：生成针对所述输出谐振电路(103)的驱动信号以生成所述感应功率传输信号；在谐振测量时间间隔期间测量针对所述输出谐振电路的第一耦合谐振频率，所述第一
耦合谐振频率是针对所述发射器线圈(103)的所述输出谐振电路的谐振频率，所述发射器线圈被耦合到所述功率接收器(105)的功率传输输入谐振电路的接收器线圈(107)，所述功率传输输入谐振电路在所述谐振测量时间间隔期间具有不小于10的质量因子；响应于所述输出谐振电路的非耦合谐振频率和所述第一耦合谐振频率而确定所述发射器线圈(103)与所述接收器线圈(107)之间的耦合的耦合因子估计；并且响应于所述耦合因子估计而设置操作参数。

技术总结
一种功率发射器(101)包括驱动器(201)，所述驱动器为输出谐振电路生成驱动信号，所述输出谐振电路包括生成功率传输信号的发射器线圈(103)。谐振检测器(307)确定针对所述输出谐振电路的耦合谐振频率，在此期间所述耦合谐振频率是针对被耦合到接收器线圈(107)的发射器线圈(103)的输出谐振电路的谐振频率，所述接收器线圈是功率接收器(105)的功率传输输入谐振电路的一部分。所述输入谐振电路具有不小于10的质量因子。估计电路(309)响应于所述输出谐振电路的非耦合谐振频率和第一有效谐振频率而确定所述发射器线圈(103)与所述接收器线圈(107)之间的耦合的耦合因子估计。适配器(311)响应于所述耦合因子估计而设置操作参数。数。数。


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：皇家飞利浦有限公司
技术研发日：2021.12.15
技术公布日：2023/8/24