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CN112117815A - 多线圈无线充电器 - Google Patents

多线圈无线充电器 Download PDF

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CN112117815A
CN112117815A CN201910540263.4A CN201910540263A CN112117815A CN 112117815 A CN112117815 A CN 112117815A CN 201910540263 A CN201910540263 A CN 201910540263A CN 112117815 A CN112117815 A CN 112117815A
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CN
China
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transmitter
transmitter coils
transmitter coil
controller
coils
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CN201910540263.4A
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王力
王德昌
江登宇
毛欢
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NXP USA Inc
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Abstract

无线充电器包括多个发射器线圈、第一和第二驱动器、以及控制器。发射器线圈布置为彼此邻近和/或交叠。第一驱动器与至少一个发射器线圈耦接以驱动该发射器线圈通过第一通道来向接收器设备通信和/或提供能量。第二驱动器与至少一个另外的发射器线圈耦接以驱动该发射器线圈通过第二通道来向接收器设备通信和/或提供能量。控制器耦接到第一和第二驱动器，并在第一阶段中仅启用第一和第二驱动器中的一个。

Description

多线圈无线充电器
技术领域
本发明涉及无线充电器。具体地，本发明涉及在多线圈无线充电器中避免线圈间的干扰。
背景技术
由于无线充电器允许电子设备在无需插入电插口的情况下进行充电，因此无线充电器使用较为方便。无线充电器被开发为同时对多个设备(接收器)进行充电。在运行中，接收器被置于充电器的相应线圈上，线圈向接收器传送能量。线圈还被用于充电器与接收器之间的通信。然而，线圈可能干扰相邻的线圈与接收器的通信。因此，管理线圈间的干扰是有利的。
发明内容
本发明内容被提供以介绍以下具体实施方式部分详述的概念中经选择的简化部分。本发明内容并不意欲确定权利要求中内容的关键或必要特征，亦不意欲使其限制权利要求的范围。
根据一种实施方式，提供一种无线充电器，其包括：
多个发射器线圈，布置为彼此相邻和/或交叠；
与多个发射器线圈的至少一个耦接的第一驱动器，以驱动该至少一个耦接的发射器线圈通过第一通道与接收器设备通信和/或向接收器设备提供能量；
与多个发射器线圈的至少另一个耦接的第二驱动器，以驱动该至少另一个耦接的发射器线圈通过第二通道与接收器设备通信和/或向接收器设备提供能量；
连接到第一驱动器和第二驱动器的控制器，其中控制器配置为在第一阶段中同时仅启用第一驱动器和第二驱动器中的一个。
示例地，控制器配置为在第一阶段中允许与启用的驱动器耦接的发射器线圈发送第一信号，以及同时地将与其他驱动器耦接的发射器线圈静音。
示例地，响应于第一阶段中自接收器设备接收的信号，控制器配置为确定和驱动与启用的驱动器耦接的发射器线圈来在第二阶段与接收器设备通信和/或向接收器设备提供能量，以及将与所确定的发射器线圈的紧邻的发射器线圈禁用。
示例地，控制器配置为在第二阶段中将与所确定的发射器线圈连接到相同的驱动器的发射器线圈禁用。
示例地，所确定的发射器线圈和与所确定的发射器线圈紧邻的禁用的发射器线圈耦接到不同的驱动器。
示例地，控制器配置为将提供用于耦接到不同的驱动器的发射器线圈的PWM信号同步。
示例地，控制器配置为：将第一PWM信号提供用于与第一驱动器耦接的发射器线圈，将第二PWM信号提供用于与第二驱动器耦接的发射器线圈。
示例地，控制器通过将第一PWM信号的上升沿与第二PWM信号的上升沿同时发生而使PWM信号同步。
示例地，控制器进一步配置为使用PWM信号来产生由发射器线圈通信的功率信号和数据包。
示例地，控制器进一步配置为将功率信号的起始处的第一PWM信号的上升沿控制在第二PWM信号的上升沿。
示例地，控制器进一步配置为将数据包的末尾处的第一PWM信号的上升沿控制在第二PWM信号的上升沿。
根据另一实施方式，提供一种无线充电器，其包括：
多个发射器线圈，配置为向接收器设备通信和发送能量，其中多个发射器线圈包括至少一个第一发射器线圈和与第一发射器线圈交叠的至少一个第二发射器线圈；以及
与多个发射器线圈耦接的控制器，其中控制器配置为响应于第一发射器线圈发送信号而在第一发射器线圈发送信号时将第二发射器线圈静音。
示例地，第一发射器线圈和第二发射器线圈耦接到不同的驱动器以通过不同的通道进行通信。
示例地，多个发射器线圈配置为发送通过调制PWM信号而产生的FSK数据包，以及发送功率信号。
示例地，控制器配置为响应于由静音的第二发射器线圈之外的非静音的发射器线圈中的第一个传送完成每个FSK数据包，将提供用于非静音的发射器线圈的PWM信号同步，所述同步是通过：
将提供用于非静音的发射器线圈的第一个的第一PWM信号配置为：第一PWM信号的上升沿与提供用于其他非静音的发射器线圈PWM信号的上升沿同时。
示例地，控制器配置为将提供用于被静音的第二发射器线圈以外的非静音的发射器线圈的PWM信号同步，所述同步是通过：
在非静音的发射器线圈的第一个传送功率信号之初，将提供用于非静音的发射器线圈的该第一个的第一PWM信号配置为与提供用于其他非静音的发射器线圈的PWM信号的上升沿同时。
根据另一实施方式，提供一种无线充电器，其包括：
布置为阵列的多个发射器线圈，配置为与接收器设备通信和/或向接收器设备提供能量；
与多个发射器线圈耦接的控制器，其中控制器配置为由PWM信号产生FSK数据包，以及驱动多个发射器线圈来发送FSK数据包以与接收器设备通信；
其中控制器配置为将分别提供为用于多个发射器线圈的PWM信号同步，所述同步是通过：在FSK数据包发送后，将用于多个发射器线圈中的一个的PWM信号的上升沿与用于其他发射器线圈的PWM信号的上升沿同时发生。
示例地，控制器进一步地配置为将分别提供为用于多个发射器线圈的PWM信号同步，所述同步是通过：在功率信号开始发送前，将用于多个发射器线圈中的一个的PWM信号的上升沿与用于其他发射器线圈的PWM信号的上升沿同时发生。
示例地，多个发射器线圈包括：
第一发射器线圈；以及
与第一发射器线圈交叠的至少一个第二发射器线圈；以及
其中无线充电器进一步包括：
与第一发射器线圈耦接的第一驱动器，以驱动第一发射器线圈来通过第一通道进行通信；以及
与所述至少一个第二发射器线圈耦接的第二驱动器，以驱动所述至少一个第二发射器线圈来通过第二通道进行通信；
其中控制器进一步配置为控制第一驱动器以驱动第一发射器线圈进行信号通信，以及同时地控制第二驱动器以不驱动所述至少一个第二发射器线圈进行信号通信。
示例地，多个发射器线圈包括：
第一发射器线圈；以及
与第一发射器线圈交叠的至少一个第二发射器线圈；
其中无线充电器进一步包括：
与第一发射器线圈和所述至少一个第二发射器线圈耦接的驱动器，以驱动第一发射器线圈和所述至少一个第二发射器线圈通过第一通道进行通信，其中控制器配置为驱动第一发射器线圈和所述至少一个第二发射器线圈交替地进行信号通信。
附图说明
为使本发明前述内容可以更具体的方式得以理解，本发明的进一步详细的描述可以参考实施方式而得到，其中部分由所附的图例而展示。所附图例仅展示本发明的典型实施方式，且因本发明可以具有其他相同地有效实施方式，所附图例不应理解为限制本发明的范围。附图是为便于理解而非测量本发明而绘制。对于本领域的技术人员而言，在阅读了本描述并结合所附图例，所要求的发明主题的益处将易于理解。在附图中，相似的标记数字被用来指示相似的元件，以及：
图1是根据本发明一种实施方式的无线充电器的框架示意图；
图2是图1中的多个发射器线圈的顶部平面视图；
图3是图1中的控制器、驱动器和多个发射器线圈的电路示图；
图4是根据本发明一种实施方式的第一通信通道、第二通信通道中的发射器线圈所传送的第一信号的时序图；
图5是根据本发明一种实施方式的用于不同通信通道的、示出相位差的PWM信号的时序图；以及
图6是根据本发明一种实施方式的用于不同通信通道的PWM信号的时序图。
具体实施方式
图1是无线充电器102的框架示意图，无线充电器102包括多个发射器以支持对多个接收器设备110充电。无线充电器102包括控制器104、多个驱动器106、以及连接到多个驱动器106中相应一个的多个发射器线圈108。控制器104控制多个驱动器106以驱动相应的发射器线圈108。控制器104可包括单个的控制器电路以管理线圈108，或者包括多个控制器电路，各个控制器电路管理线圈108中的相应一个。每个发射器线圈108及其对应的驱动器106组成一个发射器，发射器产生无线充电电能。通过包括多个发射器线圈108(亦即多个发射器)，无线充电器102能够同时对多个接收器设备110充电。每个接收器设备110包括接收器线圈112，接收器线圈112与发射器线圈108中的一个耦合，来从无线充电器102接收电能，以及与无线充电器102通信。无线充电器102使用例如带内ASK(幅移键控，Amplitude ShiftKeying)通信机制来与接收器设备110通信。
在优选的实施方式中，发射器的一个驱动器106与多个发射器线圈108相耦接，以覆盖较大的区域，从而置于该较大区域内的接收器能够被匹配并充电。图2是布置为阵列的多个发射器线圈108的顶部平面视图。发射器线圈A1-A8和B1-B8与驱动器106中的两个相耦接，其中发射器线圈A1-A8与第一驱动器耦接以通过第一通道进行通信，发射器线圈B1-B8与第二驱动器耦接以通过第二通道进行通信。发射器线圈A1-A8和B1-B8排布为彼此相邻或交叠，从而为接收器设备提供无缝的覆盖。例如，发射器线圈A7与发射器线圈A4交叠，发射器线圈A4与发射器线圈A3交叠。进一步地，耦接到不同的驱动器106的线圈之间交叠，例如在图2中，发射器线圈B8与线圈A5交叠，线圈A5与线圈B3交叠。
当接收器设备置于线圈A1-A8和B1-B8之上时，接收器设备能与线圈中的多个耦合，从而与驱动器106中的多于一个耦合，因此接收器设备能够从与之相耦合的线圈接收信号。来自多个通信通道的信号可能导致接收器设备的工作不稳定，导致出现带内通信干扰和非正常的充电行为。
连接到不同驱动器的交叠的线圈可能由于互感而相互干扰，这是因为通道通信的开始时间是随机的，并具有相位差。相应通道的线圈的干扰能够导致轨电压的波动，从而有损于发射器。在FOD(物体检测，foreign object detection)是通过计算能量损耗而进行的应用下，线圈的干扰可能导致不正确的FOD。
根据本发明的一种实施方式，控制器104控制驱动器106以驱动发射器线圈108在提供功率信号之前进行至少第一阶段通信和第二阶段通信。在典型的无线充电协议例如Qi协议中，发射器线圈在第一阶段发送乒声(ping)信号以确定在其运行范围内是否具有接收器设备。Ping信号包括在ping阶段施加的数字ping(digital ping，DP)信号和在保护阶段施加的模拟ping(analog ping，AP)信号，AP信号比DP信号消耗的电能少。在确定接收器存在后，发射器线圈在随后的第二阶段中发送通信信号，来配置与所检测到的接收器设备的通信。在Qi协议中，由发射器向接收器发送的通信信号配置为数据包，数据包由PWM(powerwidth modulation，功率宽度调制)信号经过FSK调制而成。
在本发明的一种实施方式中，控制器104在第一阶段中同时仅启用一个驱动器106。具体地，在第一阶段中，控制器104允许耦接到被启用的驱动器106的发射器线圈108发送第一信号，而同时地将耦接到其他驱动器106的发射器线圈108静音。响应于来自发射器线圈108的第一信号，接收器设备向无线充电器102发回响应信号。
在正确地接收到响应信号后，无线充电器102确定进入第二阶段，并确定一个发射器线圈来发射第二信号，以与发送了响应信号的接收器设备进行通信，所确定的发射器线圈是与启用的驱动器106耦接的发射器线圈108中的一个。第二信号被用来将发射器线圈与接收器设备进行匹配，以及配置发射器以准备功率发射。在匹配与配置之后，发射器线圈108被驱动以开始提供功率信号来对接收器设备充电。同时地，与工作中的发射器线圈交叠的其他发射器线圈108则被禁用。为更好地避免干扰，与工作中的发射器线圈紧邻的其他发射器线圈108被禁用。在此，“紧邻”意为交叠或非常靠近。例如，在图2中，发射器线圈B5与发射器线圈A3由于交叠而紧邻，而线圈A5与线圈B5由于彼此非常靠近而紧邻。故此，被禁用的发射器线圈与工作中的发射器线圈可能耦接在相同或不同的驱动器。
图3是控制器104、驱动器106、以及连接到驱动器106的多个发射器线圈108的电路示图。多个发射器线圈108连接到驱动器106以在相同的通道上进行通信。驱动器106包括供电电源302，其提供供电电压，通常为直流(DC)电压。驱动器106还包括桥电路，桥电路包括四个开关S1、S2、S3、S4，从而桥电路实施为全桥。在其他实施方式中，桥电路仅包括两个开关，而被实施为半桥。供电电压被提供给桥电路。故此，桥电路产生信号，例如前述的ping信号、通信信号、以及功率信号，并将该等信号提供给发射器线圈108。开关S1-S4由控制器104分别通过控制信号来进行控制。
驱动器106还包括开关S5、S6、S7，其连接在桥电路与发射器线圈108之间。开关S5-S7中的每一个连接到发射器线圈108中的对应一个。根据本发明的实施方式，在发送第二信号和功率信号时，与工作中的发射器线圈108所耦接的通信通道相同即所耦接的驱动器108相同的其他发射器线圈也被静音，例如通过打开连接到将被静音的发射器线圈的开关S5-S7中的对应开关来静音。
参考图4，其为根据本发明一种实施方式的由第一通信通道和第二通信通道的发射器线圈所发送的第一信号的时序图。D1显示了在第一阶段由第一通道的发射器线圈发送的第一信号，而D2显示了在第一阶段由第二通道的发射器线圈发送的第一信号。在本发明的一种符合Qi协议的实施方式中，脉冲402代表第一阶段时由第一通道的发射器线圈108发送的AP信号，脉冲404代表第一阶段时由第二通道的发射器线圈108发送的AP信号。
连接到相同的通信通道的开关S5-S7以交替的方式闭合，以交替地将对应的发射器线圈108与桥电路相耦接。可以理解的是，发射器线圈108在开关S5-S7中的对应一个闭合的时候发送信号。换言之，对于通信通道D1和D2，其用来耦接发射器线圈108的开关S5-S7被控制为在同一时间只有一个开关闭合。
脉冲406代表了在第一阶段由第一通道的发射器线圈108所发送的(根据Qi协议的)DP信号，而脉冲408代表了在第一阶段由第二通道的发射器线圈108所发送的DP信号。由图4可以看到，在同一时间上只有一个通信通道(D1或D2)被允许发送信号，而其他通信通道被控制为静音。对于无线充电器102整体而言，在给定的时间，发射器线圈108中只有正在工作的一个传送信号，而与该工作中的发射器线圈所耦接的通信通道无关。控制器104以此来在同一时间仅启用一个发射器线圈，以避免干扰。在图3的实施方式中，展示了发射器线圈108通过对应的开关S5-S7来与桥电路连接或断开。在其他实施方式中，控制器104可以使用其他方式来启用/禁用驱动器106，和/或将发射器线圈108静音/取消静音。
在其他实施方式中，不同的通信通道可以在同时使用其对应的发射器线圈来发送信号，以提升效率。例如，参考图2所示的，当发射器线圈A6发送第一信号时，与该发射器线圈A6既不交叠亦不紧邻的发射器线圈B8也发送信号。由于发射器线圈A6和B8彼此并不交叠，出现显著的互相干扰从而降低无线充电的性能的风险较低。
如果同一时间每个通信通道都被控制为运行(除了紧邻的发射器线圈同时仅启用一个之外)以驱动对应的发射器线圈来发送信号，由于与接收器设备的通信是在随机的时间被启动，用来转换为FSK调制数据和形成数据包的PWM信号可能原始地即具有随机的启动时间。PWM信号的随机启动时间展示相位差。另一方面，在FSK调制中，PWM信号的相位将会被变动，从而在使用各自PWM信号的不同通信通道中导致PWM信号的相位变动。
图5示出了用于不同的通信通道的PWM信号的相位差。在图5中，用于第一通信通道D1的PWM信号的上升沿502出现在用于第二通信信道D2的PWM信号的上升沿504之前，从而显示了相位差。PWM信号中的相位差可能通过发射器线圈的互感而导致干扰。
在如图6所示的本发明的一种实施方式中，控制器104将为不同的通信通道抽提供的PWM信号进行同步。具体地，控制器将PWM信号的上升沿同时，以消弥相位差。由图6可见，用于第一通信通道D1的PWM信号的上升沿602与用于第二通信通道D2的PWM信号的上升沿604同时发生。在运行中，当一个通信通道即将向所耦合的接收器设备发出功率信号时，用于该通信通道的PWM信号被控制器104控制为与用于其他通信通道的PWM信号同步。在一个通信通道完成发送FSK调制数据包从而出现了相位差时，控制器104将用于该通信通道的PWM信号进行同步，从而该PWM信号的上升沿发生于其他PWM信号的上升沿。
故此，在本发明的一种实施方式中，用于除了(紧邻工作中的发射器线圈的)被静音的发射器线圈以外的第一、第二非静音发射器线圈108(典型地位于不同的各自的通信通道中)的PWM信号通过以下方式而被同步：在第一非静音发射器线圈完成发送FSK数据包和/或当第一非静音发射器线圈开始传送功率信号之初，被提供用于第一非静音发射器线圈的PWM信号的上升沿被设置为与被提供用于第二非静音发射器线圈的PWM信号的上升沿同时。
在此参考了特定的所示的例子对于各种示例的实施方式进行了描述。所述示例的例子被选择为辅助本领域的技术人员来形成对于各实施方式的清晰理解并得实施。然而，可以构建为包括一个或多个实施方式的系统、结构和器件的范围，以及根据一个或多个实施方式实施的方法的范围，并不为所展示的示例性例子所限制。相反地，所属技术领域的技术人员基于本说明书可以理解：可以根据各实施方式来实施出很多其他的配置、结构和方法。
应当理解的是，就于本发明在前描述中所使用的各种位置指示来说，例如顶、底、上、下，彼等指示仅是参考了相应的附图而给出，并且当器件的朝向在制造或工作中发生变化时，可以代替地具有其他位置关系。如上所述，那些位置关系只是为清楚起见而描述，并非限制。
本说明的前述描述是参考特定的实施方式和特定的附图，但本发明不应当限制于此，而应当由权利要求书所给出。所描述的各附图都是示例性的而非限制性的。在附图中，为示例的目的，各元件的尺寸可能被放大，且可能没有绘制为特定的比例尺。本说明也应当包括各元件、工作方式在容限和属性上的不连续的变换。还应当包括本发明的各种弱化实施。
本说明及权利要求书中所使用的词汇“包括”并不排除其他元件或步骤。除非特别指出，在使用单数形式如“一”、“一个”指代确定或不确定的元件时，应当包括该元件的复数。从而，词汇“包括”不应当被理解为限于在其后所列出的条目，不应当理解为不包括其他元件或步骤；描述“器件包括项目A和B”的范围不应当限制为只包括元件A和B的器件。该描述表示，就于本说明而言，只有器件的元件A和B是相关的。尽管耦合通常包括电感性的连接、连接通常意为通过例如电线的连接，然而此处所述“连接”、“耦接”、“耦合”均表示在相耦接或相连接的元件之间存在电学的联系，且不意味着其间没有中间元件。在描述晶体管及其连接时，词语栅、漏、和源与栅极、漏极、源极以及栅极端、漏极端、源极端是可互换的。
对于所属领域的技术人员而言，在不背离本发明的权利要求的范畴内可以作出多种具体变化。

Claims (10)

1.一种无线充电器，其特征在于，包括：
多个发射器线圈，布置为彼此相邻和/或交叠；
与多个发射器线圈的至少一个耦接的第一驱动器，以驱动该至少一个耦接的发射器线圈通过第一通道与接收器设备通信和/或向接收器设备提供能量；
与多个发射器线圈的至少另一个耦接的第二驱动器，以驱动该至少另一个耦接的发射器线圈通过第二通道与接收器设备通信和/或向接收器设备提供能量；
连接到第一驱动器和第二驱动器的控制器，其中控制器配置为在第一阶段中同时仅启用第一驱动器和第二驱动器中的一个。
2.根据权利要求1所述的无线充电器，其特征在于，控制器配置为在第一阶段中允许与启用的驱动器耦接的发射器线圈发送第一信号，以及同时地将与其他驱动器耦接的发射器线圈静音。
3.根据权利要求1所述的无线充电器，其特征在于，响应于第一阶段中自接收器设备接收的信号，控制器配置为确定和驱动与启用的驱动器耦接的发射器线圈来在第二阶段与接收器设备通信和/或向接收器设备提供能量，以及将与所确定的发射器线圈的紧邻的发射器线圈禁用。
4.根据权利要求1所述的无线充电器，其特征在于，控制器配置为将提供用于耦接到不同的驱动器的发射器线圈的PWM信号同步。
5.一种无线充电器，其特征在于，包括：
多个发射器线圈，配置为向接收器设备通信和发送能量，其中多个发射器线圈包括至少一个第一发射器线圈和与第一发射器线圈交叠的至少一个第二发射器线圈；以及
与多个发射器线圈耦接的控制器，其中控制器配置为响应于第一发射器线圈发送信号而在第一发射器线圈发送信号时将第二发射器线圈静音。
6.根据权利要求5所述的无线充电器，其特征在于：多个发射器线圈配置为发送通过调制PWM信号而产生的FSK数据包，以及发送功率信号。
7.根据权利要求6所述的无线充电器，其特征在于：控制器配置为响应于由静音的第二发射器线圈之外的非静音的发射器线圈中的第一个传送完成每个FSK数据包，将提供用于非静音的发射器线圈的PWM信号同步，所述同步是通过：
将提供用于非静音的发射器线圈的第一个的第一PWM信号配置为：第一PWM信号的上升沿与提供用于其他非静音的发射器线圈PWM信号的上升沿同时。
8.根据权利要求6所述无线充电器，其特征在于：控制器配置为将提供用于被静音的第二发射器线圈以外的非静音的发射器线圈的PWM信号同步，所述同步是通过：
在非静音的发射器线圈的第一个传送功率信号之初，将提供用于非静音的发射器线圈的该第一个的第一PWM信号配置为与提供用于其他非静音的发射器线圈的PWM信号的上升沿同时。
9.一种无线充电器，其特征在于，包括：
布置为阵列的多个发射器线圈，配置为与接收器设备通信和/或向接收器没备提供能量；
与多个发射器线圈耦接的控制器，其中控制器配置为由PWM信号产生FSK数据包，以及驱动多个发射器线圈来发送FSK数据包以与接收器设备通信；
其中控制器配置为将分别提供为用于多个发射器线圈的PWM信号同步，所述同步是通过：在FSK数据包发送后，将用于多个发射器线圈中的一个的PWM信号的上升沿与用于其他发射器线圈的PWM信号的上升沿同时发生。
10.根据权利要求9所述的无线充电器，其特征在于，控制器进一步地配置为将分别提供为用于多个发射器线圈的PWM信号同步，所述同步是通过：在功率信号开始发送前，将用于多个发射器线圈中的一个的PWM信号的上升沿与用于其他发射器线圈的PWM信号的上升沿同时发生。
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