[发明专利]无线电源系统和方法

说明书

技术领域

本申请总体上涉及通信电子装置，更具体地，涉及无线电源/电力系统和方法。

背景技术

目前存在对在商业、商务、个人、消费者和其他应用中使用的便携式或者移动装置供电的需求。这些装置的示例包括蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、笔记本计算机、移动电子邮件装置、音乐播放器、收音机、致密盘/光盘播放器、视频游戏控制机、数码相机、电动刮胡刀、电动牙刷甚至电动车辆。大多数这些装置包括可充电内置电池，在装置自身可被使用之前，需要用外部电源或者充电器给内置电池充电。最近，关注提供用于对一个或者几个移动装置、电池和/或电子装置供电或者充电的通用无线方法。这些“无线电源”方法可总体上被划分成传导和电感方法。传导方法使用来自充电器和/或电源到移动装置的电流流动以通过匹配装置背面和衬垫上的接触件来提供电力和接收电力，而不“插入”装置。电感方法利用充电器和/或电源中的线圈或者导线以在表面附近创建磁场。位于表面附近的嵌入到装置或者电池中或者上面的接收器中的线圈或者导线可感测该磁场。来自充电器和/或电源的电力在没有任何有线连接的情况下通过之间的空气或者其它介质可传递到接收器。

最近，发起了称为“无线电源联盟”(WPC)的组织，其是为了创建针对电感充电的通用无线充电标准规范形成的商务联盟。在遵循WPC标准规范的无线电源系统中，接收器被充电，向正在给接收器提供充电功率的发送器传递“控制误差”信号。该“控制误差”信号提供正在接收的功率和接收器期望的功率之间的不同的指示。发送器对误差信号产生比例-积分-微分(PID)响应并且更新PWM输出以向接收器提供期望的功率。以传统通过频率调制或者占空比调制的两种方式的一种已经实现输出的更新。频率调制可应用于谐振系统，其中通过调整驱动信号的频率可控制功率。频率离谐振峰越远，传递的功率越低。占空比调制以固定频率(通常接近谐振)工作并且通过改变开/关时间比来控制输出。

频率模式控制和占空比模式控制均具有它们自己的缺陷和优势。频率模式控制的缺点是频率输出的分辨率可能被限制。通过调整每个时期中系统时钟周期的数量可以设定频率。随着操作频率增大，调整的分辨率降低。调整的粗略度可能不够准确，不足以满足系统要求。第二，在联盟限定的规范中，电源电压可以被约束以满足结果输出功率的要求。这限制驱动器和驱动器拓扑的选择。除了规范之外的其它因素也限制操作频率。

占空比控制相比频率模式控制可以具有更高输出分辨率的优点。然而，对于很多系统，在系统改变操作模式或者彻底停止工作之前存在占空比可被设定的下限，诸如连续和非连续操作模式的过度。为了最大化可能的输出范围，占空比系统通常接近谐振运行，这可能导致对于甚至低占空比的大功率。与占空比的下限组合，这可容易地使得系统不能够传送低功率负载。另一个问题是由于制造公差、或者环境改变，发送器的谐振可能移位。如果操作点过于远离谐振频率，则高功率水平可能变得难以得到。

发明内容

根据本发明的一方面，提供无线电源系统。该无线电源系统包括：发送电路，其包括经配置以产生磁场从而向接收器提供功率的电感器；以及驱动控制器，其提供开关控制信号以驱动发送电路。驱动控制器经配置以响应于来自接收器的控制信号调节开关控制信号的频率和/或占空比，从而将由发送电路产生并且通过电感器提供到接收器的功率调节到期望功率。所述驱动控制器调节所述占空比以实现期望功率，除非所述占空比的调节导致占空比在预定占空比范围之外。如果所述占空比的调节导致占空比在所述预定占空比范围之外，则所述驱动控制器调节频率以实现期望功率。

根据本发明的另一个方面，提供一种无线电源系统，该无线电源系统包括：接收器，耦接到所述接收器的负载，其使得到所述接收器的功率被提供以对负载供电和/或对与所述负载关联的电池充电；以及发送器。该发送器包括发送电路，发送电路包括经配置以产生磁场从而向所述接收器提供功率的电感器；以及驱动控制器，其提供开关控制信号以驱动发送电路。驱动控制器经配置以响应于来自接收器的提供期望功率和负载接收的实际功率之间的指示的控制误差信号调节开关控制信号的频率和/或占空比，以将由发送电路产生并且通过电感器提供到接收器的功率调节到期望功率。所述驱动控制器调节所述占空比以实现期望功率，除非所述占空比的调节导致占空比在预定占空比范围之外。如果所述占空比的调节导致占空比在所述预定占空比范围之外，则所述驱动控制器将占空比设定到预设占空比并且调节频率以实现期望功率。