[发明专利]用于在无线电力传输过程中通信的方法和接收器

说明书

技术领域

本发明涉及在电荷从发射器到接收器的感应无线传输过程中接收器与发射器之间的通信。

背景技术

无线充电联盟(Wireless Power Consortium，WPC)在(http://www.wirelesspowerconsortium.com)上发布规范：“系统说明无线电力传输卷1：低电力部分1：接口定义(System Description Wireless Power Transfer Volume I:Low Power Part 1:Interface Definition)”。第6章“通信接口(Communication Interface)”尤其与本申请相关且该规范的早于本申请的版本的全部内容通过引用并入在本文中。对现有技术的以下论述重申本规范的一些最相关的部分。

图1A示出了现有技术的发射器和接收器。发射器1(Tx)设置有电源2，该电源2驱动交流(Alternating Current，AC)电流通过包括初级电感器3(Lp)和电容器4(Cp)的电路。传输电路由包括控制电力传输的开关的布置的调制器(在WPC规范中示出)来调制。电源2通常为例如配电网的发生器，或者机动车辆的电路，以熟知的方式将发射器插入至电源2内。因此，电源被暂时耦合至发射器并且通常不会形成发射器的集成部分。

接收器6(Rx)可以包括在一个设备内，该设备通常为便携式设备，例如手机、平板电脑或笔记本电脑，以便向蓄电池(通常为化学电池)提供电荷。当足够接近发射器时，次级电感器7与初级电感器3感应耦合，使得在包括电容器8(Cs)的接收电路中感应产生交流电流，AC电流经由电容器8(Cs)传送至全波整流器9。整流器9将直流(Direct Current，DC)电流传递至充电器18，从而传送至手机11中的蓄电池。

为了优化蓄电池的耐久性和容量，期望在充电过程的持续时间内改变传送至电池的电力。为了实现这一点，发射器1具有控制器，该控制器通过调制器控制供给初级电感器的电力。然而，为了实现该控制，必须将关于蓄电池和充电电路的瞬时状态的信息从接收器6通信至发射器的控制器。

标准指出将利用叠加在一个或多个电力携带信号上的电流脉冲来完成通信。这些脉冲为250μs长或500μs长，以根据每个脉冲的持续时间将信息编码成二进制消息。在实践中，前面提及的脉冲持续时间分别对应逻辑‘1’和‘0’，如图1B所示。图1B提供了差分双相编码的示例。在顶部是时钟周期，其中，t_CLK为时钟周期的时间段。在底部是所生成的电流脉冲，该电流脉冲具有编码到其中的数据。为了促进可靠的通信，脉冲被指定成具有一定的形状(-s)。特别地，每个生成的脉冲的宽度必须精确到±4％。

通过具有在范围110kHz-205kHz中的频率的载波来完成电力的传送。电力载波的整流对工作频率引起显著的噪声谐波，特别是第二谐波。

执行某些安全性有关的具有高精度的测量是强制性的。因此需要对电力接收器6的输出电压进行滤波。相对大的滤波电容器10(C_filt)置于整流器的输出端处。使用调制到应用电流I_MOD的电流源12来实现电流调制。电流源12连接至整流器的一个直流端子并接地。在使用中，由电流调制器12传送的调制电流(Imod)的一部分流自滤波电容器10，导致如图2所示的脉冲形状的恶化。最终，随着电容器大小增大，这将导致比特读取错误，从而引起在可接受水平以下的通信通道的误码率(Bit Error Rate，BER)的恶化。

需要对电力接收器的输出电压进行滤波的根本原因是源于规范的以优于1％的精度测量电力接收器的输出电流的要求。由于这个原因，需要在整流器的输出端处放置5μF的电容器。由于在整流器的输出端处所观测的有限阻抗，因此调制电流也调制该滤波电容器上的电压。因此，调制电流的一部分流自电容器而不流经有源整流器，并最后经由发射器的解调器结构流动。在图2A示出了理想的目标矩形阶梯函数波形。在图2B中示出了由于波形恶化所导致的流经整流器和Tx侧解调电路的实际的锯齿电流波形的有些夸大的示例。由于信息束缚于脉冲持续时间，因此如果允许偏差增长得足够大，则电流脉冲的形状的畸形将导致解调错误。因此，滤波电容器的大小受限于生成的电流脉冲的容许畸变。反过来，由于模拟电路目前必须容许更高的噪声水平，因此这使得更难以执行具有期望精度的电流测量。

期望能够增大滤波电容器10的大小，同时最小化通信信号的降级并在接收器6处保持高效的电力接收。

发明内容