具有效率预测的无线电力系统的制作方法

具有效率预测的无线电力系统
1.本技术要求2020年8月14日提交的美国专利申请号16/994,308以及2020年3月25日提交的美国临时专利申请号62/994,444的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
2.本公开整体涉及功率系统，并且更具体地，涉及用于给电子设备充电的无线电力系统。


背景技术：

3.在无线充电系统中，无线电力发射设备诸如充电垫或充电座以无线方式向无线电力接收设备诸如电池供电的或其他便携式电子设备发射功率。便携式电子设备具有线圈和整流器电路。该便携式电子设备的线圈接收来自该无线充电垫的交流无线电力信号。整流器电路将接收的信号转换为直流功率。


技术实现要素：

4.无线电力系统具有无线电力发射设备和无线电力接收设备。无线电力发射设备可以是发射无线电力信号的无线充电垫、充电座或其他设备。无线电力接收设备可以是从无线电力发射设备接收所发射的无线电力信号的便携式电子设备。
5.在开始正常无线电力发射操作之前，发送设备和接收设备可执行设置操作(有时被称为握手操作或数字ping操作)。在这些设置操作期间，可从无线电力发射设备发射低功率无线电力信号。可在数字ping期间收集关于系统操作状态的信息，诸如整流器输出电压、逆变器输入电压、无线电力传输效率等。此数字ping信息可使用无线电力发射效率-数字ping整流器输出电压关系以及使用正常操作无线电力发射效率-数字ping无线电力发射效率关系来处理，以预测系统进入正常操作时将经历的无线电力发射效率。
6.基于预测的正常操作效率值，系统可发出警示并可决定是否进入正常操作。
附图说明
7.图1是根据实施方案的例示性无线电力系统的示意图。
8.图2是根据实施方案的例示性无线电力系统的电路图。
9.图3是根据实施方案的在数字ping整流器电流下的数字ping操作期间的整流器输出电压与无线电力传输效率之间的例示性效率-电压关系的曲线图。
10.图4是根据实施方案的数字ping操作期间的无线电力传输效率与正常操作期间的无线电力传输效率之间的例示性效率-效率关系的曲线图。
11.图5为根据实施方案的操作无线电力系统所涉及的例示性操作的流程图。
具体实施方式
12.无线电力系统包括无线电力发射设备，诸如无线充电垫。无线电力发射设备将功率无线地发射到一个或多个无线电力接收设备。无线电力接收设备可包括诸如腕表、蜂窝电话、平板电脑、膝上型计算机或其他电子装置等设备。每个无线电力接收设备使用来自无线电力发射设备的功率来为设备供电以及为内部电池充电。
13.使用一个或多个无线电力发射线圈将无线电力从无线电力发射设备发射到无线电力接收设备。无线电力接收设备具有耦接到整流器电路的一个或多个无线电力接收线圈。整流器电路将从无线电力接收线圈接收的无线电力信号转换成直流功率。
14.图1中示出了例示性无线电力系统(无线充电系统)。如图1所示，无线电力系统8包括无线电力发射设备(诸如无线电力发射设备12)，并且包括无线电力接收设备(诸如无线电力接收设备24)。无线电力发射设备12包括控制电路16。无线电力接收设备24包括控制电路30。在系统8中的控制电路，诸如控制电路16和控制电路30用于控制系统8的操作。此控制电路可包括与微处理器、功率管理单元、基带处理器、数字信号处理器、微控制器和/或具有处理电路的专用集成电路相关联的处理电路。处理电路在设备12和24中实施所需控制和通信特征。例如，处理电路可用于选择线圈，用于确定功率发射水平，用于处理传感器数据和其他数据以检测外来对象和执行其他任务，用于处理用户输入，用于处理设备12和24之间的协商，用于发送和接收带内和带外数据，用于进行测量，用于使用带内和/或带外通信电路在设备12和24之间传输测量、命令、警示和/或其他信息，以及用于以其他方式控制系统8的操作。
15.系统8中的控制电路可被配置成使用硬件(例如专用硬件或电路)、固件和/或软件在系统8中执行操作。用于在系统8中执行操作的软件代码存储在控制电路8中的非暂态计算机可读存储介质(例如有形计算机可读存储介质)上。软件代码有时可被称为软件、数据、程序指令、指令或代码。非暂态计算机可读存储介质可包括非易失性存储器诸如非易失性随机存取存储器(nvram)、一个或多个硬盘驱动器(例如，磁盘驱动器或固态驱动器)、一个或多个可移动闪存驱动器、或其他可移动介质等。存储在非暂态计算机可读存储介质上的软件可在控制电路16和/或30的处理电路上执行。处理电路可包括具有处理电路的专用集成电路、一个或多个微处理器、中央处理单元(cpu)或其他处理电路。
16.功率发送设备12可以是独立的电力适配器(例如，包括电力适配器电路的无线充电垫或充电座)，可以是通过缆线耦接到电力适配器或其他装备的无线充电垫或座，可以是便携式设备，可以是已经结合到家具、交通工具或其他系统中的装备，可以是可移除电池盒或可以是其他无线电力传输装备。其中无线电力发射设备12是无线充电垫的例示性配置在本文中有时作为示例进行描述。
17.功率接收设备24可以是便携式电子设备，诸如腕表、蜂窝电话、膝上型计算机、平板电脑、附件诸如耳塞，或其他电子装备。功率发送设备12可耦接到壁装插座(例如交流功率源)，可具有用于供电的电池，并且/或者可具有另一功率源。功率发送设备12可具有用于将来自壁装插座或其他功率源的ac功率转换成dc功率的交流(ac)-直流(dc)功率转换器，诸如ac-dc功率转换器14。
18.在一些实施方案中，设备12可从独立ac-dc电力适配器(诸如ac-dc功率转换器14')获得功率。独立的功率转换器14'可具有插入壁装插座的ac插头。转换器14'还可具有
连接器，诸如连接器17。连接器17可以是通用串行总线(usb)连接器或被配置为供应dc功率的其他连接器。设备12可具有相关联的缆线，诸如缆线13。缆线13可具有插入设备12的主体中的对应连接器的连接器，或可绞编到设备12。在操作期间，缆线13将dc功率从转换器14'输送到设备12。缆线13可以是具有插头的usb缆线，诸如插头15(例如，usb插头)，该插头可拆卸地插入连接器17。在诸如其中转换器14'是独立ac-dc电力适配器的布置方式中，设备12可具有座形壳体并且有时可被称为形成座。如果需要，可将其他壳体形状用于设备12。
19.经由dc缆线输送到设备12的来自内部电力适配器或来自独立电力适配器诸如转换器14'的dc功率可用于为控制电路16供电。在操作期间，控制电路16中的控制器使用功率发射电路52来向设备24的功率接收电路54发射无线电力。功率发射电路52可具有开关电路(例如，由晶体管形成的逆变器电路61)，该开关电路基于由控制电路16提供的控制信号而接通或关闭，以形成通过一个或多个无线电力发射线圈诸如无线电力发射线圈36的ac电流信号。这些线圈驱动信号使得线圈36发射无线电力。线圈36可被布置成平面线圈阵列(例如，在设备12为无线充电垫的配置中)或可被布置用于形成线圈簇(例如，在设备12为无线充电盘的配置中)。在一些布置方式中，设备12(例如，充电垫、充电座、便携式设备等)可仅具有单个线圈。在其他布置方式中，无线充电设备可具有多个线圈(例如，两个或更多个线圈、5-10个线圈、至少10个线圈、10-30个线圈、少于35个线圈、少于25个线圈或其他合适数量的线圈)。
20.当ac电流通过一个或多个线圈36时，产生交流电磁(例如，磁)场(无线电力信号44)，这些交流电磁场由一个或多个对应的接收器线圈，诸如在功率接收设备24中的一个或多个线圈48接收。设备24可具有单个线圈48、至少两个线圈48、至少三个线圈48、至少四个线圈48、或其他合适数量的线圈48。当交流电磁场被线圈48接收时，在线圈48中感生出对应的交流电流。整流器电路诸如整流器电路50(其包括整流部件，诸如布置在桥式网络中的同步整流金属氧化物半导体晶体管)将从一个或多个线圈48接收的ac信号(与电磁信号44相关联的接收的交流信号)转换为dc电压信号以用于给设备24供电。
21.由整流器电路50产生的dc电压(有时称为整流器输出电压vrect)可用于对电池诸如电池58充电，并且可用于对设备24中的其他部件(诸如输入-输出设备56)供电。输入-输出设备56可包括用于采集用户输入和/或进行环境测量的输入设备，并且可包括用于向用户提供输出的输出设备。例如，输入-输出设备56可包括用于创建视觉输出的显示器、用于将输出呈现为音频信号的扬声器、发光二极管状态指示灯以及用于发射向用户提供状态信息和/或其他信息的光的其他发光部件、用于生成振动和其他触觉输出的触觉设备，和/或其他输出设备。输入-输出设备56还可包括用于采集来自用户的输入和/或用于对系统8的周围环境进行测量的传感器。可包括在输入-输出设备56中的例示性传感器包括三维传感器(例如，三维图像传感器诸如结构光传感器，其发射光束并且使用二维数字图像传感器来从当光束照亮目标时产生的光斑采集用于三维图像的图像数据；双目三维图像传感器，其使用双目成像布置中的两个或更多个相机来采集三维图像；三维激光雷达(光检测和测距)传感器；三维射频传感器；或采集三维图像数据的其他传感器)、相机(例如，具有相应的红外和/或可见数字图像传感器的红外和/或可见光相机，和/或紫外光相机)、注视跟踪传感器(例如，基于图像传感器并且(如果需要)基于发射一个或多个光束的光源的注视跟踪系统，其中在用户的眼睛反射光束之后，使用图像传感器来跟踪该一个或多个光束)、触摸传
感器、按钮、电容式接近传感器、基于光的(光学)接近传感器、其他接近传感器、力传感器、传感器诸如基于开关的接触传感器、气体传感器、压力传感器、湿度传感器、磁传感器、音频传感器(麦克风)、环境光传感器、用于对目标对象进行光谱测量和其他测量(例如，通过发射光和测量所反射的光)的光学传感器、用于采集语音命令和其他音频输入的麦克风、距离传感器、被配置为采集关于运动、位置和/或取向的信息的传感器(例如，加速度计、陀螺仪、罗盘和/或包括所有这些传感器或这些传感器中的一者或两者的子集的惯性测量单元)、传感器诸如检测按钮按压输入的按钮、具有检测操纵杆运动的传感器的操纵杆、键盘，和/或其他传感器。设备12可具有一个或多个输入-输出设备70(例如，结合输入-输出设备56描述的输入设备和/或输出设备)或可以省略输入-输出设备70(例如，以降低设备复杂性)。
22.设备12和/或设备24可使用带内或带外通信进行无线通信。设备12可例如具有无线收发器电路40，该无线收发器电路使用天线来向设备24无线地发射带外信号。无线收发器电路40可用以使用天线从设备24无线地接收带外信号。设备24可具有向设备12发射带外信号的无线收发器电路46。无线收发器46中的接收器电路可使用天线以从设备12接收带外信号。设备12和24之间的带内发射可使用线圈36和48来执行。在一种例示性配置的情况下，使用频移键控(fsk)来将带内数据从设备12输送到设备24，并且使用幅移键控(ask)来将带内数据从设备24输送到设备12。在这些fsk和ask发射期间，功率可从设备12无线地输送到设备24。
23.希望功率发送设备12和功率接收设备24能够传达信息诸如接收功率、电荷状态等以控制无线电力传输。但是，上述技术无需涉及发射个人可识别信息即可发挥作用。出于充分的谨慎，需要注意的是在某种程度上，如果该收费技术的任何实施涉及使用个人可识别信息，则实施者应遵循通常被认为符合或超过行业或政府要求以维护用户隐私的隐私政策和实践。具体地，应管理和处理个人可识别信息数据，以使无意或未经授权的访问或使用的风险最小化，并应当向用户明确说明授权使用的性质。
24.控制电路16具有测量电路41。测量电路41可用于检测设备12的外壳的充电表面上的外部对象(例如，在充电垫的顶部上，或者如果需要，以检测与充电座的耦接表面相邻的对象)。设备12的外壳可具有聚合物壁、其他电介质的壁、金属结构、织物和/或包封设备10的线圈36和其他电路的其他外壳壁结构。充电表面可以是设备12的上部外壳壁的平坦外表面。电路41可检测外来对象诸如线圈、回形针和其他金属物体，并且可检测无线电力接收设备24的存在(例如，电路41可检测一个或多个线圈48的存在)。在对象检测和表征操作期间，外部对象测量电路41可用于对线圈36进行测量以确定在设备12上是否存在任何设备24。
25.在例示性布置方式中，控制电路16的测量电路41包含信号发生器电路(例如，用于生成在一个或多个探测频率的ac探测信号的振荡器电路，和/或可产生脉冲使得可测量脉冲响应以从响应于脉冲产生的振铃信号的频率采集电感信息以及从振铃信号的衰减包络采集q因子信息的脉冲发生器等)和信号检测电路(例如，滤波器、模拟-数字转换器、脉冲响应测量电路等)。在一些配置中，可进行q因子测量、电感测量和其他测量(例如，在无线电力发射操作已开始之前、在无线电力发射期间，在功率发射周期之间的暂停期间、和/或在其他合适的时间)。设备12中的开关电路可用于在线圈36上的测量期间、在无线电力发射期间等将期望的线圈切换到使用中。
26.控制电路30中的测量电路43可包括信号发生器电路、脉冲发生器电路、信号检测
电路，以及其他和/或测量电路(例如，结合控制电路16中的电路41描述的类型的电路)。电路41和/或电路43可用于进行电流和电压测量(例如，逆变器输入电流和输入电压、整流器输出电流和输出电压等)、所发射和所接收的功率的测量以用于功率发射效率估计、线圈q因子测量、线圈电感测量、耦合系数测量和/或其他测量。基于该信息或其他信息，控制电路30可表征设备12和24的操作。例如，测量电路41可测量线圈36以确定线圈36的电感和q因子值，并且可测量设备12中的发射功率(例如，通过测量为逆变器61供电的直流电压和逆变器61的直流电流和/或通过以其他方式测量设备12的无线电力发射电路中的电压和电流)，并且可对与无线电力电路和设备12中的其他部件相关联的操作参数进行其他测量。在设备24中，测量电路43可测量线圈48以确定那些线圈的电感和q因子值，可测量设备24中的接收功率(例如，通过测量整流器50的输出电流和输出电压vrect和/或通过以其他方式测量设备24的无线电力接收电路中的电压和电流)，并且可对与无线电力电路和设备24中的其他部件相关联的操作参数进行其他测量。
27.在设备24和12之间进行协商以设置正常功率发射期间(例如，在无线电力斜升至用于电池充电的水平之前的初始无线电力传输设置操作期间)和/或稍后在无线电力发射操作期间，诸如这些的测量可用于配置系统8(例如，无线电力发射和接收电路)以增强无线电力传输设置。诸如这些的测量也可用于帮助确定功率是否由于外来对象(例如，在设备12和24之间或附近的纸夹、硬币或其他金属对象)的存在而损失或者设备12和24是否原本并未最佳对准并准备好用于无线电力传输。例如，可将所接收的功率量与所发射的功率量进行比较以确定是否存在与外来对象中的感应涡电流相关联的损失。
28.在正常无线电力发射期间，可使用这种比较发射功率水平和接收功率水平的方法，其有时可称为通过功率计数进行的外来对象检测或功率计数外来对象检测。在正常无线电力发射操作期间检测到外来对象的情况下，可采取合适的动作。例如，可降低正在发射的无线电力量，可停止无线电力发射，可为用户发出警示，和/或可采取其他动作。
29.还可在正常无线电力发射操作已经开始之前执行外来对象检测操作和确定设备12和24的线圈是否未对准的操作。例如，可在设备12和24之间的初步交互期间(例如，当用户最初将设备24放置在设备12附近以进行充电时，诸如当用户最初将设备24放置在设备12的充电表面上时)进行通过电路41和/或43的测量(例如，电流、电压、电感、q因子、无线电力传输效率和其他操作参数的测量)。
30.在这些初步交互(其有时可被称为数字ping操作、设置操作或发射器-接收器初步协商)期间，设备12向设备24提供相对少量的功率(例如，200mw或其他小量)以唤醒设备24中的控制电路(例如，不为设备24中的其他负载电路诸如显示器电路、电池充电电路等供电)。通过为设备24中的控制电路和其相关联的通信电路供电，设备12和24可通过无线链路(例如，带内链路)进行协商以确定是否继续正常无线电力传输操作以及确定供系统8在正常无线电力传输操作期间使用的适当无线电力传输水平(例如，显著更大的功率，诸如5w、10w，或与正常无线电力发射操作相关联的其他相对较大值，其通常比数字ping功率发射功率大至少5倍、至少10倍或至少25倍)。
31.为了向用户通知无线电力发射操作(例如，与对电池58进行充电相关联的操作)正确地进行(例如，以向用户通知未由于外来对象的存在而终止该过程)，可向用户提供警示。警示(有时可称为钟铃声)可包括在设备24上呈现的音频和/或视觉输出(作为示例)。例如，
钟铃声可涉及呈现可听钟铃声音调和视觉用户界面示能表示(例如，在设备24的显示器上或其他显示器上显示的电池充电图标或其他视觉警示)。通过提供钟铃声，用户放心正常进行充电操作(例如，使得用户轻松地离开系统8并且使设备12和24无人看管，直到充电完成)。
32.通常相对快速地执行数字ping操作(例如，在200ms或更小、小于500ms、小于1s的时间段内，或其他相对较短的时间段内)。导致正常(高功率)功率发射操作开始的设备12和设备24之间的后续协商可花费显著较长时间(例如，几秒或更多)。如果钟铃声的呈现被显著延迟(例如，持续多于一秒或左右)，则用户可能关心无线电力传输操作未正常进行。另一方面，如果在系统8确定不存在外来对象之前呈现了钟铃声，则存在以下风险：存在的外来对象将仅在稍后被检测(例如，在使用功率计数外来对象检测技术的正常操作期间，此时用户可能已经离开且不在场观察充电操作已经失败)。
33.为了确保足够早地提供钟铃声，如果需要，可在数字ping操作期间呈现钟铃声。这为用户提供了提示保证(例如，在一秒或更少内)，即将正常发射无线电力，并且电池设备24将被令人满意地充电(例如，在许多分钟或小时之后)。为了防止不期望的假钟铃声(其随后是无效的，因为仅在正常无线电力发射期间的功率计数操作期间检测到外来对象)，也较早地执行外来对象检测操作(以及检测线圈未对准的操作)。具体地，可在数字ping操作期间执行用于检测未对准的外来对象检测操作和/或无线发射效率评估。响应于确定设备12和24令人满意地对准以及在这些数字ping外来对象检测操作期间不存在外来对象，可向用户呈现钟铃声(例如，通过扬声器、显示器和/或设备24中的其他输出设备)。
34.利用例示性实施方案，可通过使用在数字ping期间收集的信息来检测不适合开始正常无线电力发射操作的外来对象或其他条件(例如，线圈未对准条件)，以预测在后续正常操作期间将实现的无线电力传输效率。例如，预测的效率值可与预定阈值量进行比较。如果预测的效率足够高，则系统8可断定系统8的线圈令人满意地对准并且不存在外来对象。因此，系统8可进入正常操作，钟铃声可呈现给用户(例如，设备12可指示设备24发出指示设备24的电池正在充电的警示)，并且无线电力可以正常操作功率水平从设备12发射到设备24。然而，如果预测的效率低，则系统8可放弃以增大的水平发射无线电力。如果需要，系统8可警示用户效率低(例如，因为设备12和24可能未正确对准)和/或可返回到执行效率监测操作和其他数字ping操作(例如，设备12可指示设备24发出指示未进行无线电力发射的警示)。
35.图2是可用于系统8的例示性电路的电路图。如图2所示，无线电力发射电路52可在无线电力发射电路输入端子80处接收直流功率，并且可使用逆变器电路61(例如，基于晶体管的开关)来产生ac电流并驱动其通过线圈36以发射来自线圈36的无线电力信号44(例如，磁通量)。无线电力接收电路54使用线圈48来接收以无线方式发射的信号44并且使用整流器电路50(例如，基于晶体管的开关和电容器c)将所接收的信号转换成输出端子82或整流器50(其是无线电力接收电路54的输出端子)处的dc功率(输出电压vrect)。在图2的示例中，电路54的开关具有全桥配置，该配置允许电路54也用作无线电力发射电路中的逆变器(例如，在设备24将功率发射到诸如设备12的外部设备的模式中)。图2的电路52的开关也具有全桥配置，该配置允许电路52用作无线电力接收电路中的整流器以接收由设备24发射到设备12的无线电力。如果需要，电路52可被配置为仅用作无线电力发射器，并且电路54可被
配置为仅用作无线电力接收器。
36.在图2的电路中，测量电路41可用于监测电路52的操作。例如，测量电路41可用于监测从设备12的功率源流到电路52的dc电流(例如，到逆变器61和电路52的输入电流)，并且可用于监测到逆变器61和电路52的输入电压。以此方式，可测量供应到电路52的功率。测量电路43可用于监测电路54中整流器50的输出电压vrect，并且可用于测量整流器50和电路54的对应输出电流。整流器输出电压和整流器输出电流的测量值可用于确定接收电路54的输出功率。电路43的测量结果可在数字ping操作期间和/或在其他时间(例如，使用带内通信)传送到设备12和/或电路41的测量结果可在数字ping操作期间和/或在其他时间(例如，使用带内通信)传送到设备24。通过共享这些测量结果，系统8(例如，设备12和/或设备24)中的控制电路可测量无线电力传输效率水平并且可共享该信息。在一些示例中，将无线电力传输到设备24的设备12的效率可由控制电路16(图1)通过将接收功率(电路54的输出处提供的功率)除以发射功率(电路52的输入处提供的功率)来测量。在一些示例中，将无线电力传输到设备24的设备12的效率可由控制电路30(图1)通过将接收功率(电路54的输出处提供的功率)除以发射功率(电路52的输入处提供的功率)来测量。
37.系统8的操作倾向于是非线性的，这可在尝试利用不以正常功率水平操作进行的测量来预测将在正常操作期间实现的无线电力传输效率(有时在本文中称为ηno)时带来挑战。例如，使用在数字ping操作(其中功率水平可以为例如约200mw)期间获得的来自电路41和43的测量结果来预测ηno可能具有挑战性。这可使得使用数字ping测量结果来确定是否继续正常操作具有挑战性。如果数字ping测量结果导致对电池充电太慢的无线电力传输操作，则用户体验可能受到影响。
38.根据一个实施方案，可提前对系统8的操作进行表征以确定数字ping测量结果与正常功率水平下的后续操作之间的关系。使用这些关系，可使用数字ping测量结果来准确地预测在较高功率下后续无线电力传输操作期间可能实现的效率水平。如果正常操作期间的预测效率不足，则系统8可断定在设备12与24之间存在阻止令人满意的无线电力传输的外来对象和/或可断定设备12和24(例如，线圈36和48)未对准或存在其他非最佳条件。系统8(例如，设备12)可随后放弃在与正常操作相关联的增大功率下的无线电力传输操作，并且可任选地警示系统8的用户和/或采取其他合适的动作。如果预测的正常操作效率足够高，则系统8可增大正在发射的无线电力的量并且可继续正常操作，并且可任选地警示用户正在开始正常操作。
39.系统8的操作可使用数学模型和/或使用经验技术来表征。影响无线电力发射效率的因素包括功率发射水平、整流器输出电压vrect、整流器输出电流irect、设备12与24之间的磁耦合等。为了在各种可能的操作条件下表征系统8，用于监测系统8的性能的机器人测量设备和/或其他设备可进行系统测量，同时改变线圈36和48的相对位置(例如，通过将设备24移动到相对于设备12的各种不同位置，诸如不同的竖直分离z和不同的横向位置x和y)。这些测量可包括在不同操作电流irect下进行的测量。例如，可以第一整流器输出电流(例如，第一电流水平，诸如25ma的电流或与数字ping操作相关联的其他相对低电流)进行一系列测量，并且可第二整流器输出电流(例如，第二电流水平，诸如75ma的电流或与较高功率操作相关联的其他相对高电流，较高功率操作诸如设备24的正常供电期间的正常无线电力传输操作，以执行诸如对电池58充电的任务、操作诸如显示器的输入-输出设备56等)
进行一系列测量。在每个不同相对线圈位置处和每个操作电流下，可在一个范围的输出电压vrect上进行测量。在这些测量期间也可以不同功率水平进行效率测量。
40.可例如在制造期间进行的表征测量可用于生成一系列曲线，诸如图3的一系列曲线，并且可用于生成曲线，诸如图4的曲线。图3的曲线表示无线电力发射效率-数字ping整流器电压关系。图4的曲线表示正常操作无线电力发射效率-数字ping无线电力发射效率关系。这些关系可用于帮助准确地预测系统8在无线电力发射期间在正常功率条件下利用涉及降低功率条件下的无线电力发射的数字ping测量结果将表现出的效率。
41.在数字ping操作期间，来自电路54的输出电流可维持在第一电流水平(例如，25ma)。例如，测量电路43可测量来自电路54的输出电流，并且可在以下情况下告知设备12：每当输出电流开始上升到高于25ma时(例如，以指示设备12减少正在发射的无线电力的量)；以及每当输出电流开始下降到低于25ma时(例如，以指示设备12增加正在发射的无线电力的量)。使用这种类型的反馈布置方式或其他闭环控制方案，可调节从设备12发射到设备24的无线电力的量，以确保irect在25ma(或其他合适的第一电流值)下保持恒定。
42.在将irect维持在25ma时，允许跨端子82的vrect值波动。在典型场景中，vrect的值可能上升到高于来自电路54的正常操作电压输出水平。在正常操作期间，例如，vrect可以为6v(作为示例)，而在irect保持在25ma的数字ping操作期间，vrect可大于6v。例如，vrect在25ma整流器输出电流下的数字ping操作期间可以为10v。电压vrect在数字ping操作期间的值(例如，在此示例中为10v)有时可被称为数字ping整流器输出电压。
43.系统8的功率传输效率作为irect和vrect的函数而变化。在数字ping操作期间，irect维持在第一电流水平(例如，25ma)，而vrect的值浮动并由测量电路43测量。在数字ping期间，设备24的电路汲取相对少量的功率(例如，250mw)。在数字ping期间电路54的输出的测量值是vrectmeas。在例示性场景中，当irect在数字ping操作期间维持在25ma时，vrect可变成10v(vrectmeas＝10v)。数字ping效率ηdpmeas与设备24在irect＝25ma和vrect＝vrectmeas(例如，10v)下的操作相关联。ηdpmeas的值等于来自电路54的输出功率pout除以到电路52的输入功率pin，而irect处于25ma的数字ping电流水平并且vrect＝vrectmeas。在图3的例示性场景中，当irect＝25ma并且vrectmeas为10v时，ηdpmeas的值为12％。
44.图3的曲线系列表示数字ping无线电力传输效率ηdp(来自电路54的输出功率pout除以到电路52的输入功率pin，而irect处于25ma的数字ping电流水平)与电压vrect之间的关系。此曲线系列中的五条代表性曲线示于图3中。通过在设备12与24之间的各种相对位置进行多次测量，可测量多条曲线(例如，该系列的数十、数百或数千条曲线)。
45.使用图3的关系，在vrect处于其正常操作值下在数字ping期间将获得的无线电力传输效率的值可通过测量值vrectmeas和vrectmeas下的数字ping效率的测量值ηdpmeas获得。例如，考虑其中电路54的输出处的正常操作电压为6v(例如，在正常操作期间vrect＝6v)的场景。在这些正常操作期间，当无线电力从设备12发射到设备24时，电路54的输出功率和输出电流处于正常水平(例如，输出功率高于数字ping功率水平并且irect值高于数字ping值)。为了确定系统8在6v的正常操作电压下的数字ping效率，vrectmeas的值和测量数字ping无线电力传输效率ηdpmeas＝12％可用于从图3的曲线系列中选择匹配曲线。可随后使用所识别的曲线(在此示例中为曲线90)来确定ηdp的值将在6v的正常vrect操作电压下。
此预测的ηdp值(在图3中被标记为ηdp6v)可以为17％(作为示例)。
46.为了紧凑地表示由图3的曲线系列体现的总体关系，使得该信息可有效地存储在系统8中(例如，存储在设备12的控制电路16和/或设备12和/或设备24中的其他存储装置中)，可执行曲线拟合过程。在一个例示性实施方案中，可使用多项式曲线拟合。例如，可将曲线系列中的所有曲线都平均处理以生成平均曲线。使用二次曲线拟合，可随后获得等式1的a和b的值。
47.ηdp＝a[(vrect)
2-(vrectmeas)2] b[vrect-vrectmeas] ηmeas
ꢀꢀ
(1)
[0048]
在等式1中，ηdp是数字ping无线电力传输效率，vrect是整流器50的输出电压，vrectmeas是数字ping电流维持irect下(例如，在25ma下)vrect的值，并且ηmeas是vrect＝vrectmeas下的测量效率偏移。根据二次曲线拟合，可获得a和b的值，诸如a＝0.001并且b＝-0.0027(作为示例)。
[0049]
在通过使用测量数字ping效率ηmeas和测量数字ping整流器输出电压vrectmeas作为输入的等式1的数字ping效率对整流器输出电压关系确定ηdp6v的值之后，可使用图4的关系获得正常操作电压vrect＝6v和目标irect值(例如，在数字ping期间从设备24获得的预定irect值或irect值，诸如75ma的irect值或与正常操作相关联的其他值)下的效率。图4的曲线表示正常操作无线电力发射效率-数字ping无线电力发射效率关系，并且可用于通过使用图3的关系生成的6v下的数字ping效率(ηdp6v)来预测6v下的正常操作效率ηno。可凭经验获得图4的效率-效率关系(例如，利用所进行的效率测量，同时如结合图3的经验测量所描述的改变设备24和12之间的相对位置)。与等式1的关系一样，可使用任何合适的存储技术将该信息存储在系统8中(例如，查找表、等式等)。如果需要，可使用曲线拟合(例如，多项式曲线拟合，诸如二次曲线拟合)来生成等式2中的c、d和ηos的值，并且该等式可存储在系统8中。
[0050]
ηno＝cηdp2 dηdp ηos
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(2)
[0051]
在该例示性实施方案中，c为-1.7112，d为1.8348，并且偏移值ηos为0.0053。
[0052]
在本示例中，ηdp6v为17％，因此得自图4的关系的ηno的值为27％。因此，图4的关系产生期望的最终结果，即预期在正常vrect操作电压(在此示例中为6v)下在正常操作期间获得的预测效率ηno。ηno的值对应于在数字ping期间使用的不同整流器电流(例如，75ma或高于数字ping操作的25ma水平的其他值)下的操作。预测的正常操作效率值ηno可与预定阈值进行比较，并且响应于该比较的结果而采取合适的动作。
[0053]
系统8中传输无线电力所涉及的例示性操作示于图5中。
[0054]
在框100的操作期间，测量电路41可执行测量以确定设备24是否存在于设备12上(例如，以确定线圈48是否存在于线圈36上)。这些测量可包括例如测量线圈36的阻抗、测量线圈36的q因子和/或执行指示何时已经使无线电力接收设备24接近无线电力发射设备12的其他测量。可周期性地执行这些操作，直到检测到设备24的存在。
[0055]
响应于确定存在设备24，操作可进行到框102。在框102的操作期间，系统8可在设备12与24之间执行设置操作(有时被称为数字ping)。设置操作涉及以无线方式将少量功率从设备12发射到设备24(例如，250mw)并执行协商以建立正常无线电力发射操作。在数字ping期间，设备12和24可使用测量电路(例如，设备12中的测量电路41和设备24中的测量电路43)来测量操作电压和电流。可使用带内通信或其他无线通信来允许设备24将测量结果
和/或命令发射到设备12，使得设备12可增大和减小在系统8中发射的无线电力的量，从而将电路54的输出电流维持在期望的值(例如，在本示例中，irect＝25ma)。设备12可使用关于电路52的输入电流和电压以及电路54的输出电流和电压的信息来确定vrectmeas和ηdpmeas。
[0056]
在获得vrectmeas和ηdpmeas之后，这些值可用作图3的关系(例如，等式1的关系)的输入。这允许系统8(例如，设备12)以与正常无线电力发射相关联的正常操作电压(例如，与系统8的正常操作相关联的vrect电压，诸如在高于数字ping输出功率的整流器输出功率下与系统8的正常操作相关联的vrect值))来确定ηdp的值。在本示例中，此vrect值是6v，因此在6v下评估ηdp，从而生成ηdp6v。正常操作期间6v的vrect值用作图3的关系的另外输入。
[0057]
在框106的操作期间，从图3的效率-电压关系的输出获得的ηdp6v的值用作图4的效率-效率关系(例如，等式2的关系)的输入。这允许系统8(例如，设备12)在正常vrect值(vrect＝6v)以及75ma的irect值或大于数字ping整流器电流(在此示例中为25ma)的其他合适正常操作电流下预测系统8在正常操作期间的操作效率ηno。
[0058]
在框106的操作期间，ηno的值可与预定阈值效率值进行比较。阈值th可具有20％的值或其他合适的阈值。
[0059]
如果系统8的预测的正常操作效率小于th，则操作可在框102期间继续(例如，可执行另外的数字ping操作)。如果需要，可向用户呈现诸如视觉和/或声音警告(警示)的警告消息(例如，使用设备24中的显示器等)。设备12可向设备24发送指示设备24呈现警告和/或设备12可能呈现警告的命令。
[0060]
响应于确定ηno大于th，可在框108的操作期间采取适当的动作。例如，无线电力发射可开始，使得无线电力信号44可以正常操作功率(例如，大于数字ping功率水平的功率水平)从设备12发射到设备24。在正常操作期间，系统8可连续地调整正在发射的无线电力的量(例如，设备12可基于来自设备24的命令发射更多或更少功率，和/或可使用其他控制方案来调整所传输的无线电力的量)。如果需要，可使用系统8(例如，设备24)向用户呈现视觉和/或声音消息以指示正常无线电力发射操作将开始或已经开始(例如，可听钟铃声音调和视觉用户界面示能表示，诸如可由系统8呈现的电池充电图标或其他视觉警示)。例如，响应于确定ηno大于th，可见电池充电图标可呈现在设备24的显示器上(例如，响应于以无线方式从设备12发送到设备24的命令)，可发出指示已成功开始充电的声音音调，和/或可向用户呈现其他警示信息。
[0061]
不同的功率发送设备12可具有不同的功率发射容量。例如，第一功率发送设备的额定功率可以为5w，而第二功率发送设备的额定功率可以为10w。在其中设备12从独立电力适配器接收dc功率的配置中，组合系统(设备12和独立电力适配器)的额定功率可由电力适配器的额定功率确定。例如，设备12可以是能够插入各种不同usb电力适配器中的无线充电座(参见例如图1的ac-dc转换器14'，其可容纳在与设备12的壳体分离的独立壳体内)。当插入具有第一额定功率的usb电力适配器中时，设备12将最能够使用第一量的dc输入功率来发射无线电力信号，而当插入具有大于第一额定功率的第二额定功率的usb电力适配器中时，设备12将能够在发射无线电力时使用较大的第二量的dc输入功率。
[0062]
对于给定的无线电力发射效率水平，具有较高额定功率的独立功率发送设备或通过耦接到较高额定值的独立ac-dc电力适配器而具有较高额定功率的功率发送设备将能够
向功率接收设备24发射比较低额定值的独立功率发送设备或耦接到具有较低额定功率的独立ac-dc电力适配器的功率发送设备更多的功率。
[0063]
当确定是否开始正常操作时(例如，当分析预测的正常操作效率以确定是进行到框108的正常操作还是转而返回到框102的数字ping操作时)，如果需要，可考虑不同类型的发送设备配置之间的变化。
[0064]
例如，考虑其中用户具有两个功率发送设备(例如，一个位于家中并且另一个为工作地点)的场景。设备中的第一设备可由具有10w的额定功率的独立usb电力适配器供电，并且设备中的第二设备可由具有5w的额定功率的独立usb电力适配器供电。可能希望确保为用户提供相对均匀一致户体验，尽管不时在这两个不同的充电配置之间来回切换。
[0065]
为了帮助确保用户体验令人满意地一致，在这两种情况下，仅在可达到最小充电体验时才出现钟铃声。如果使用第一功率发送设备和第二功率发送设备对功率接收设备24充电导致发出相同的钟铃声，但具有相差很大的充电时间，则用户可能产生不必要的困惑。
[0066]
通过基于预测的充电效率以及基于发送设备的功率发射容量(有时被称为设备的额定功率)两者来发出钟铃声，可减少用户困惑。在具有独立ac-dc电力适配器的配置中，每个发送设备的功率发射容量可由连接到每个设备12的独立ac-dc电力适配器的额定功率而不是该设备12的固有功率发射限制来决定。由于基于预测的效率和每个设备12的功率发射容量两者发出钟铃声，因此关于正常操作的期望效率阈值水平(阈值th)，可给予能够递送较高功率的设备一些回旋余地(或换句话讲，较低额定功率系统可能遵循相比于较高额定功率系统更高的标准)。例如，可对较低功率发送设备(诸如耦接到具有5w的额定功率的usb电力适配器的功率发送设备12)施加稍微严格的阈值(例如，20％的第一阈值th1)，而可对较高功率发送设备(诸如耦接到具有10w的额定功率的usb电力适配器的功率发送设备12)施加更宽松的阈值(例如，10％的第二阈值th2)。实际上，这种类型的方法根据在充电期间发射的功率量的预测(等于效率乘以额定功率)以及该预测的功率传输水平与功率传输水平阈值的比较来确定是否向用户发出钟铃声以及在框108处进行正常操作。
[0067]
每个独立功率发送设备12可将关于其额定功率(例如，5w、10w等)的信息存储在存储装置中(例如，在该功率发送设备中的控制电路16中)。耦接到具有额定功率的usb电力适配器或其他独立ac-dc电力适配器(图1的转换器14')的每个功率发送设备12可经由usb数据通信(例如，使用usb-pd标准的通信)或与该电力适配器的其他通信获得电力适配器的额定功率。电力适配器本身可具有控制电路，诸如设备12的控制电路16，该控制电路包括其中存储有电力适配器的额定功率的存储器。设备12和/或适配器14的额定功率信息可例如在制造期间被编程到存储器中。当用于系统8时，设备12可通过在设备12与电力适配器之间的usb缆线上查询电力适配器(作为示例)来检索来自相关联的独立电力适配器的额定功率信息(并且可任选地在本地存储该信息)。设备12可使用该额定功率信息来评估设备12的功率发射容量(例如，适配器的额定功率可能有效地变成设备12的额定功率)，并且可使用额定功率信息来确定何时发出钟铃声。
[0068]
通过将用于确定是否进入正常操作的标准建立在效率信息和发射器额定功率信息两者的基础上，可以合理一致的方式向用户呈现钟铃声。例如，不会仅仅因为预测的正常操作效率超过固定阈值而向用户提供指示充电正常进行的钟铃声。相反，只有当效率和额定功率一起被认为能够为用户提供合理的充电时间时才会提供钟铃声。
[0069]
一般来讲，可使用任何合适的技术来实施基于预测的正常操作无线电力传输效率和功率发送设备发射功率容量两者的决策方案。在一个实施方案中，预测的正常操作效率乘以设备12的发射功率容量以生成预测的正常操作功率传输水平，可随后将其与在具有不同额定功率的发射器之间一致的功率水平阈值进行比较。在另一个实施方案中，将预测的正常操作效率与随功率传输容量变化的效率阈值进行比较。为了确保较低额定值设备(例如，耦接到5w适配器的设备12)可正常充电，这些较低额定值设备可能需要相比于较高额定值设备(例如，耦接到10w适配器的设备12)表现出更高的预测正常操作效率值。
[0070]
根据一个实施方案，提供了一种无线电力发射设备，该设备包括：无线电力发射电路，该无线电力发射电路被配置为将无线电力信号发射到无线电力接收设备中具有整流器的无线电力接收电路；以及控制电路，该控制电路耦接到无线电力发射电路并被配置为：在其中以第一无线电力水平将无线电力信号从无线电力发射电路发射到无线电力接收电路的数字ping操作期间，获取关于无线电力发射电路和无线电力接收电路的操作的信息，该信息包括与以第一无线电力水平将无线电力信号从无线电力发射电路发射到无线电力接收电路相关联的第一无线电力传输效率；以及基于该信息，预测在数字ping操作已完成之后与以第二无线电力水平发射无线电力信号相关联的第二无线电力传输效率。
[0071]
根据另一个实施方案，信息包括用于无线电力接收电路的整流器的第一整流器输出电压，并且控制电路被配置为基于第一整流器输出电压和第一无线电力传输效率来预测第二无线电力传输效率。
[0072]
根据另一个实施方案，控制电路被配置为使用数字ping无线电力传输效率与数字ping整流器输出电压之间的预定效率-电压关系来预测第二无线电力传输效率。
[0073]
根据另一个实施方案，控制电路被配置为使用第一整流器输出电压作为预定效率-电压关系的输入。
[0074]
根据另一个实施方案，控制电路被配置为使用第一无线电力传输效率作为预定效率-电压关系的输入。
[0075]
根据另一个实施方案，控制电路被配置为使用效率-效率关系来预测第二无线电力传输效率。
[0076]
根据另一个实施方案，控制电路被配置为使用从效率-电压关系获得的效率值作为效率-效率关系的输入，该效率值对应于整流器在低于数字ping整流器输出电压的预定整流器输出电压下的操作。
[0077]
根据另一个实施方案，控制电路被配置为将第二无线电力传输效率与预定阈值进行比较。
[0078]
根据另一个实施方案，控制电路被配置为：响应于确定第二无线电力传输效率大于预定阈值，控制无线电力发射电路以第二无线电力水平发射无线电力信号。
[0079]
根据另一个实施方案，控制电路被配置为：响应于确定第二无线电力传输效率大于预定阈值，指示无线电力接收设备发出警示，该警示指示无线电力接收设备的电池正在充电。
[0080]
根据另一个实施方案，控制电路被配置为：响应于确定第二无线电力传输效率小于预定阈值，放弃控制无线电力发射电路以第二无线电力水平发射无线电力信号。
[0081]
根据另一个实施方案，控制电路被配置为：响应于确定第二无线电力传输效率小
于预定阈值，指示无线电力接收设备发出警示，该警示指示未进行无线电力发射。
[0082]
根据另一个实施方案，无线电力发射设备包括被配置为与ac-dc电力适配器配合的插头，ac-dc电力适配器具有额定功率，控制电路被配置为：当插头连接到ac-dc电力适配器时获得来自ac-dc电力适配器的额定功率；以及基于第二无线电力传输效率和额定功率发出警示。
[0083]
根据一个实施方案，一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储被配置为由无线电力发射设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，该一个或多个程序在被执行时致使无线电力发射设备向无线电力接收设备提供无线电力充电操作，提供的计算机可执行指令包括用于以下操作的指令：在设置操作期间，执行无线电力发射设备与无线电力接收设备之间的协商以设置对无线电力接收设备中的电池充电的正常无线电力发射操作；在设置操作期间，确定在正常无线电力发射操作期间从无线电力发射设备到无线电力接收设备的无线电力发射的预测效率值；以及响应于确定预测效率值大于预定效率阈值，开始正常无线电力发射操作。
[0084]
根据另一个实施方案，计算机可执行指令包括用于以下操作的指令：使用效率-电压关系和效率-效率关系来确定预测效率值。
[0085]
根据另一个实施方案，计算机可执行指令包括用于以下操作的指令：确定对应于无线电力接收设备中的整流器在设置操作期间的操作的第一整流器输出电压。
[0086]
根据另一个实施方案，计算机可执行指包括用于以下操作的指令：确定在设置操作期间对应于从无线电力发射设备到无线电力接收设备的无线电力发射的第一无线电力发射效率值。
[0087]
根据另一个实施方案，效率-电压关系是在设置操作期间整流器输出电压与无线电力发射效率之间的关系，并且计算机可执行指令包括用于以下操作的指令：使用第一整流器输出电压、第一无线电力发射效率值和对应于整流器在正常无线电力发射操作期间的操作的第二整流器输出电压作为输入，通过效率-电压关系确定效率值。
[0088]
根据另一个实施方案，效率-效率关系是设置操作期间的设置操作效率与正常无线电力发射操作期间的正常操作效率之间的关系，并且计算机可执行指令包括用于以下操作的指令：使用通过效率-电压关系确定的效率值作为效率-效率关系的输入来确定预测效率值。
[0089]
根据另一个实施方案，计算机可执行指令包括用于以下操作的指令：响应于确定预测效率值大于预定效率阈值，使无线电力接收设备呈现指示正常无线电力发射操作开始的警示。
[0090]
根据另一个实施方案，计算机可执行指令包括用于以下操作的指令：响应于确定预测效率值大于预定效率阈值并且在开始正常无线电力发射操作之前，使无线电力接收设备在无线电力接收设备的显示器上呈现指示正常无线电力发射操作开始的视觉警示。
[0091]
根据一个实施方案，一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储被配置为由无线电力发射设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，该一个或多个程序在被执行时致使无线电力发射设备向无线电力接收设备提供无线电力充电操作，提供的计算机可执行指令包括用于以下操作的指令：在其中无线电力发射设备和无线电力接收设备协商以建立用于对无线电力接收设备中的电池充电的正常无线电力发射
操作的无线电力发射水平的数字ping操作期间，使用无线电力发射效率-数字ping整流器输出电压关系以及使用正常操作无线电力发射效率-数字ping无线电力发射效率关系来预测正常无线电力发射操作的效率值；以及响应于确定预测效率值大于预定效率阈值，开始正常无线电力发射操作。
[0092]
前述内容仅为示例性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。