CN106208400A - 用于电子设备的无线充电设备和系统 - Google Patents

Abstract

一种无线充电设备包括：多个天线、多个交流/直流转换器和控制器。天线接收功率、位于电子设备的不同位置并且方位处于不同方向上。交流/直流转换器连接到天线中的相应天线，并且将来自天线的交流信号转换为直流信号。控制器测量来自交流/直流转换器的转换信号的强度、比较强度并且天线中具有较高强度的天线对电池充电。

Description

用于电子设备的无线充电设备和系统

相关申请的交叉引用

在此通过引用合并于2014年12月24日提交的标题为“Wireless ChargingDevice and System for Wearable Device(用于可穿戴设备的无线充电设备和系统)”的韩国专利申请No.10-2014-0188458的全部内容。

技术领域

在此描述的一个或者多个实施例涉及用于例如便携式或者可穿戴电子设备的电子设备的无线充电设备和系统。

背景技术

无线再充电指对电池无线再充电。该电池可以对例如便携式电子设备或者另一种系统或者设备供电。通过将电池放置在诸如充电板的充电器上，可以执行无线再充电。对电池无线再充电(例如，无需与充电适配器或者电缆建立物理连接)。无线再充电还被称为非接触再充电。

在一种布置中，在位于便携式电子设备的一次线圈与充电器的二次线圈之间，以一对一的电磁感应方式执行便携式电子设备的无线再充电。然而，由于便携式电子设备(并且特别是可穿戴便携式设备)具有许多不同的结构(例如，弧形的、弯曲的等)，所以利用一对一电磁感应方法很难对该设备充电。例如，当便携式电子设备的一次线圈因为该设备中的弯曲或者弧形而不足够接近充电器的二次线圈时，充电效率可能降低，也可能不能实现正确充电。

发明内容

根据一个或者多个实施例，无线充电设备包括：多个天线，该多个天线用于无线地接收功率，该天线位于电子设备的不同位置并且方位处于不同方向上；多个交流/直流转换器，该多个交流/直流转换器连接到天线中的相应天线，该交流/直流转换器将来自天线的交流信号转换为直流信号；以及控制器，该控制器测量来自交流/直流转换器的转换信号的强度，比较强度，并且选择天线中具有较高强度的天线之一对电池充电。

多个天线匹配电路可以连接在天线与交流/直流转换器之间，该天线匹配电路执行天线阻抗匹配，以根据来自天线的信号，接收功率。该设备可以包括多个连接在天线与天线匹配电路之间的开关。

控制器可以控制开关，以选择具有较高强度的天线。在对电池充电时，控制器可以始终测量来自所选天线的信号强度，并且当所选天线的信号强度发生变化时，使开关导通，以测量来自天线匹配电路的信号的强度，控制器将来自天线匹配电路的测量强度进行比较，并且根据比较，选择天线中具有较高信号强度的不同的天线之一。天线可以位于电子设备的弯曲面的不同位置处。天线可以是柔性印刷电路板类型。天线匹配电路中的每个都可以包括并联连接到第一电容器的电感器。

交流/直流转换器中的每个都可以包括并联连接的多个交流/直流转换子电路；并且交流/直流转换子电路中的每个都可以包括：第二电容器，该第二电容器具有连接到第一电容器的第一端子的第一端子；第一二极管，该第一二极管具有连接到第二电容器的第二端子的阴电极和连接到第一电容器的第二端子和基准端子的阳电极；第三电容器，该第三电容器具有连接到第一二极管的阳电极的第一端子；以及第二二极管，该第二二极管具有连接到第三电容器的第二端子的阴电极和连接到第一二极管的阴电极的阳电极。

根据一个或者多个其他实施例，一种装备包括：接口；以及控制器，该控制器通过接口接收来自多个天线的功率信号，该控制器根据功率信号选择至少一个天线，并且根据来自至少一个天线的功率信号，控制对电子设备的电池的充电，其中来自天线的功率信号根据天线在电子设备上的不同位置具有不同的电平。

控制器可以根据功率信号仅选择天线中一个的天线，从而控制对电池的充电。根据功率信号，控制器可以同时选择一个以上的天线，从而控制对电池的充电。当至少一个所选天线的功率信号降低到低于预定电平时，控制器可以选择天线中的另一个天线，控制器根据来自另一个所选天线的功率信号，控制对电池的连续充电。

在电池充电时，控制器可以监视天线的功率信号；并且当至少一个所选天线的功率信号的电平低于天线中的另一个天线的电平时，选择天线中的另一个天线，控制器根据来自另一个所选天线的功率信号，控制对电池的连续充电。电子设备可以是可穿戴电子设备。天线可以是柔性印刷电路板天线。该装备可以包括在电子设备中。

根据一个或者多个其他实施例，一种装备包括：第一逻辑，该第一逻辑接收来自多个天线的功率信号；第二逻辑，该第二逻辑比较来自天线的功率信号；以及第三逻辑，该第三逻辑根据比较选择至少一个天线，第三逻辑根据来自至少一个天线的功率信号控制对电子设备的电池的充电，其中来自天线的功率信号根据天线在电子设备上的不同位置具有不同的电平。第一逻辑、第二逻辑或者第三逻辑中的至少一个可以基于电路要执行的一个或者多个指令。

第三逻辑选择了至少一个天线后，第一逻辑可以接收来自该天线的功率信号，第二逻辑可以对来自该天线的功率信号进行比较；以及第三逻辑可以根据比较选择天线中的不同的一个天线，第三逻辑根据来自天线中的所选不同的一个天线的功率信号控制对电池的连续充电。

附图说明

通过参考附图详细描述示例性实施例，各种特征对于本技术领域内的技术人员显而易见，附图中：

图1示出无线充电系统的实施例；

图2示出无线充电设备的实施例；

图3示出天线匹配单元和变换器的实施例；

图4A至4C示出在不同时间通过天线收到的信号；以及

图5A至5C示出在不同时间通过另一个天线收到的信号。

具体实施方式

下面将参考附图更全面描述示例性实施例，然而，可以以不同的方式实现示例性实施例，并且不应当认为局限于在此描述的实施例。相反，提供这些实施例，使得该公开全面和完整，并且将对本技术领域内的技术人员全面传达示例性实施例。可以将实施例组合，以形成附加实施例。

还应当明白，当指一层或者元件位于另一侧或者基底上时，其能够直接位于另一层或者基底上，也可以存在中间层。此外，应当明白，当指一层位于另一层“下面”时，其能够直接位于下面，并且还可以存在一个或者多个中间层。此外，还应当明白，当指一层位于两层“之间”时，能够只有一层位于两层之间，也可以存在一个或者多个中间层。在整个说明书中，相似的参考编号指相似的元件。

图1示出用于电子设备的无线充电系统1000的实施例。电子设备可以是便携式设备，也可以是另一种可以是可穿戴的也可以不可穿戴的设备。根据一个例子，电子设备是可穿戴设备101。图2示出用于可穿戴设备101的无线充电设备100的实施例。

参考图1和2，无线充电系统1000包括无线充电设备100和电源单元200。无线充电设备100安装在可穿戴设备101中，或者耦合到可穿戴设备101，并且可以包括：多个接收天线111、112和113；多个开关121、122和123；多个天线匹配单元131、132和133；多个交流/直流转换器141、142和143；以及控制器150。

接收天线111、112和113包括第一至第三接收天线111、112和113。第一至第三接收天线111、112和113位于可穿戴设备101的不同位置处，并且例如可以指向不同的方向。例如，当可穿戴设备101是手表类型的设备时，该第一至第三接收天线111、112和113可以以等间隔或者不等间隔布置于弯曲的表带上的不同位置处。第一至第三接收天线111、112和113中的每个都可以是例如柔性印刷电路板(FPCB)类型的。

第一至第三接收天线111、112和113位于可穿戴设备101上或者内，并且分别在可穿戴设备101的不同位置处接收来自供电单元200的功率信号。在一个实施例中，示出了三个接收天线。然而，在另一个实施例中，可以包括不同数量的接收天线。

开关121、122和123包括分别连接到第一至第三接收天线111、112和113的第一至第三开关121、122和123。第一至第三开关121、122和123根据来自控制器150的控制信号导通/断开。例如，第一至第三开关121、122和123中的每个都可以包括由电子的高信号和低信号导通或者断开的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在该实施例中，示出了三个开关。在另一个实施例中，可以包括不同数量的开关，例如，可以对应于，也可以不对应于接收天线的数量。

天线匹配单元包括分别连接到第一至第三开关121、122和123的第一至第三天线匹配单元131、132和133。第一至第三天线匹配单元131、132和133执行天线阻抗匹配，以使得通过第一至第三接收天线111、112和113接收每个信号的预定(例如，最大)功率。在图2中，示出了三个天线匹配单元。然而，在另一个实施例中，可以包括不同数量的天线匹配单元。天线匹配单元的数量可以例如对应于接收天线和/或者开关的数量。

交流/直流转换器包括分别连接到第一至第三天线匹配单元131、132和133的第一至第三交流/直流转换器141、142和143。第一至第三交流/直流转换器141、142和143将受到第一至第三天线匹配单元131、132和133天线阻抗匹配处理的交流信号转换为直流信号并且对转换的信号整流。在图2中，示出了三个交流/直流转换器。然而，在另一个实施例中，可以包括不同数量的交流/直流转换器。交流/直流转换器的数量可以例如对应于天线匹配单元、接收天线和/或者开关的数量。此外，在一个实施例中，一个或者多个开关、天线匹配单元或者转换器可以被看作是控制器的接口。在一个实施例中，控制器接口可以包括或者对应于控制器的芯片或者其他电路的一个或者多个引线、端口或者输入。

控制器150测量从第一至第三交流/直流转换器141、142和143输出的信号的强度，并且将测量的信号强度互相比较。根据比较结果，控制器150选择具有最高信号强度的接收天线作为通过其接收功率的接收天线。控制器150控制开关的导通/断开，以接收用于为电池充电的功率。

例如，当通过第一接收天线111收到的信号具有最高强度时，控制器150控制第二和第三开关112和113，以使第二和第三开关112和113断开，并且控制第一开关111，以保持导通状态。因此，根据通过第一接收天线111收到的功率，执行对电池的充电。所选天线可以是分布于可穿戴设备101的不同位置处的天线中最靠近电源单元200的发射天线210的天线。

在一个实施例中，在对电池充电时，控制器150可以连续测量通过第一接收天线111收到的信号的强度。如果通过第一接收天线111收到的信号的强度发生变化，则此时可以再接收来自第一至第三接收天线111、112和113的信号并进行比较。如果来自未选的第二或者第三接收天线112或者113中的一个的信号强度大于来自所选第一天线111的信号强度，则选择具有较高信号强度的未选的第二或者第三接收天线112或者113来接收功率，从而对电池连续充电。

根据另一个实施例，选择了一个天线后，并且在对电池充电时，控制器150可以连续测量通过多个天线，例如，第一、第二和第三接收天线111、112和113的全部三个天线收到的信号的强度。如果未选天线中的一个具有的信号强度大于来自所选天线的信号强度，则控制器150可以选择具有较高信号强度的天线用于接收功率，从而对电池连续充电。

根据另一个实施例，如果在通过第一接收天线111接收功率对电池充电时，收到的信号强度降低到低于第一基准电平，则控制器150可以使第二和第三开关122和123导通，可以测量通过第一至第三接收天线111、112和113收到的信号的强度，并且可以将测量的信号强度互相比较。由于第一开关121已经导通用于对电池充电，所以第一开关121的开关状态不发生变化。第一基准电平可以是考虑到例如电池的充电效率的预设值。控制器150可以在第一至第三接收天线111、112和113中选择收到最高信号强度的天线，可以仅使连接到所选天线的开关导通，从而连续对电池执行充电。为了更有效对电池充电，可以选择另一个天线。

例如，当可穿戴设备101的充电位置发生变化时，测量的来自天线的信号强度可能发生变化。例如，在可穿戴设备101是腕带设备的情况下，用户可以相对于电源单元200将可穿戴设备101移动到不同的方位。当用户拿起设备，然后戴上该设备或者将该设备放置在供电单元200附近时，这就开始了。

控制器150可以连接到电池组10，以实现更有效充电。控制器150可以以例如可以包括硬件、软件或者二者的逻辑实现。当至少部分地以硬件实现时，控制器150可以是例如包括但不限于包括专用集成电路、现场可编程门阵列、逻辑门的组合、片上系统、微处理器、微型计算机单元(MCU)、微控制器、计算机、或者另一种处理电路或者控制电路的各种集成电路中的任何一种。

当至少部分地以软件实现时，控制器150可以包括例如存储器或者其他储存设备，用于存储例如上述处理电路或者控制电路要执行的代码或者指令。上述处理电路或者控制电路可以是在此描述的处理电路或者控制电路，也可以是在此描述的元件之外的处理电路或者控制电路。因为详细描述了构成方法(或者处理电路或者控制电路的操作)的基础的算法，所以用于实现方法实施例的操作的代码或者指令可以将控制电路或者处理电路转变为专用处理器，以执行在此描述的功能、操作和方法。

供电单元200可以包括一个或者多个发射天线210，用于对可穿戴设备101的第一至第三接收天线111、112和113发射功率。

图3示出天线匹配单元和交流/直流转换器的实施例。如图3所示，第一至第三天线匹配单元131、132和133中的每个都包括并联连接的电感器L和第一电容器C1。第一交流/直流转换器141包括并联连接的多个交流/直流转换子单元。例如多个交流/直流转换子单元包括第一交流/直流转换子单元141a和第二交流/直流转换子单元141b。

第一交流/直流转换子单元141a包括第二电容器C2、第一二极管D1、第三电容器C3和第二二极管D2。第二电容器C2具有连接到第一电容器C1的第一端子的第一端子和连接到第一二极管D1的阴极端子的第二端子。第一二极管D1的阳极端子连接到第一电容器C1的第二端子和基准(例如，地线)端子。第三电容器C3具有连接到第一二极管D1的阳极端子的第一端子和连接到第二二极管D2的阴极端子的第二端子。第二二极管D2的阳极端子连接到第二电容器C2的第二端子和第一二极管D1的阴极端子。

与第一交流/直流转换子单元141a相同，第二交流/直流转换子单元141b可以包括第四电容器C4、第三二极管D3、第五电容器C5和第四二极管D4。第三电容器C3具有连接到第二二极管D2的阳极端子的第一端子和连接到第三二极管D3的阴极端子的第二端子。第三二极管D3的阳极端子连接到第二二极管D2的阴极端子和第五电容器C5的第一端子。第五电容器C5的第二端子连接到第四二极管D4的阴极端子。第四二极管D4的阳极端子连接到第三二极管D3的阴极端子。在图3中，示出了两个交流/直流转换子单元。然而，在另一个实施例中，可以包括并联连接的不同数量的交流/直流转换子单元。

图4A是示出在图3中的点TP1测量的通过第一接收天线111收到的信号的例子的曲线图。参考图3和4A，在点TP1检测到约9.8V的交流信号。

图4B是示出在图3中的点TP2检测到的通过第一接收天线111收到的信号的例子的曲线图。参考图3和4B，在点TP2检测到约13.8V的直流信号。

图4C是示出在图3中的点TP3检测到的通过第一接收天线111收到的信号的例子的曲线图。参考图3和4C，在点TP3检测到约30.4V的直流信号。

图5A是示出在图3中的点TP1测量的通过第二接收天线112收到的信号的例子的曲线图。参考图3和5A，在点TP1检测到约14.6V的交流信号。

图5B是示出在图3中的点TP2检测到的通过第二接收天线112收到的信号的例子的曲线图。参考图3和5B，在点TP2检测到约28.5V的直流信号。

图5C是示出在图3中的点TP3检测到的通过第二接收天线112收到的信号的例子的曲线图。参考图3和5C，在点TP3检测到约56.3V的直流信号。

作为总结和述评，以一对一的电磁感应方式，在便携式电子设备的一次线圈与充电器的二次线圈之间执行了便携式电子设备的无线再充电。然而，由于便携式电子设备(并且特别是可穿戴便携式设备)具有许多不同的结构(例如，弯曲的、弧形的等)，所以利用一对一电磁感应方法，非常难以对设备充电。例如，当便携式电子设备的一次线圈因为设备的弯曲或者弧形而不足够靠近充电器的二次线圈时，充电效率可能降低或者可能不正确充电。

根据上述一个或者多个实施例，由于用于无线充电的接收天线安装在可穿戴设备上的各种位置，所以选择接收天线来接收最大数量的功率(例如，最靠近电源单元)，以改善充电性能。可以在不考虑接收信号的方向的情况下，进行选择，从而有效实现对电子设备的电池进行无线再充电。

根据这些或者其他实施例，当电子设备的充电方向发生变化时，自动重新选择用于接收功率的天线，用于对电池连续充电。因此，可以稳定实现对电子设备的电池无线再充电。

根据这些或者其他实施例，可以同时选择多个天线。在这种情况下，可以利用从多个天线收到的功率对设备中的电池充电。

在此公开了典型实施例，并且尽管采用了特定术语，但是仅以通用说明性意义使用和解释这些特定术语，并且这些特定术语没有限制性。在一些例子中，本技术领域内的技术人员明白，在提交本申请时，可以单独使用也可以与结合其他实施例描述的特性、特征和/或者要素组合使用结合特定实施例描述的特性、特征和/或者要素，除非另有说明。因此，本技术领域内的技术人员明白，可以在形式和细节方面进行各种变更，而不脱离所附权利要求书描述的本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种无线充电设备，包括：

多个天线，该多个天线用于无线地接收功率，所述天线位于电子设备的不同位置并且方位处于不同方向上；

多个交流/直流转换器，该多个交流/直流转换器连接到天线中的相应天线，所述交流/直流转换器将来自所述天线的交流信号转换为直流信号；以及

控制器，该控制器测量来自交流/直流转换器的所述转换信号的强度，比较所述强度，并且选择所述天线中具有较高强度的天线之一对电池充电。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括：

多个天线匹配电路，该多个天线匹配电路连接在所述天线与所述交流/直流转换器之间，所述天线匹配电路执行天线阻抗匹配，以根据来自所述天线的所述信号，接收功率。

3.根据权利要求2所述的设备，还包括：

多个开关，该多个开关连接在所述天线与所述天线匹配电路之间。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述控制器控制所述开关，以选择具有所述较高强度的所述天线。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述控制器用于：

在对所述电池充电时，始终测量来自所述所选天线的信号强度，并且

当所述所选天线的所述信号强度发生变化时，使所述开关导通，以测量来自所述天线匹配电路的所述信号的所述强度，所述控制器将来自所述天线匹配电路的所述测量强度进行比较，并且根据所述比较，选择所述天线中具有所述较高信号强度的不同的一个天线。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述天线位于所述电子设备的弯曲面的不同位置处。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述天线中的每个都是柔性印刷电路板类型。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述天线匹配电路中的每个都包括并联连接到第一电容器的电感器。

9.根据权利要求8所述的设备，其中：

所述交流/直流转换器中的每个都包括并联连接的多个交流/直流转换子电路；并且

所述交流/直流转换子电路中的每个都包括：

第二电容器，该第二电容器具有连接到所述第一电容器的第一端子的第一端子；

第一二极管，该第一二极管具有连接到所述第二电容器的第二端子的阴电极和连接到所述第一电容器的第二端子和基准端子的阳电极；

第三电容器，该第三电容器具有连接到所述第一二极管的所述阳电极的第一端子；以及

第二二极管，该第二二极管具有连接到所述第三电容器的第二端子的阴电极和连接到所述第一二极管的所述阴电极的阳电极。

10.一种装备，包括：

接口；以及

控制器，该控制器通过所述接口接收来自多个天线的功率信号，所述控制器根据所述功率信号选择至少一个天线，并且根据来自所述至少一个天线的所述功率信号，控制对电子设备的电池的充电，其中来自所述天线的所述功率信号根据所述天线在所述电子设备上的不同位置具有不同的电平。

11.根据权利要求10所述的装备，其中所述控制器仅根据所述功率信号选择所述天线中的一个天线，从而控制对所述电池的充电。

12.根据权利要求10所述的装备，其中所述控制器根据所述功率信号同时选择所述天线中一个以上的天线，从而控制对所述电池的充电。

13.根据权利要求10所述的装备，其中当所述至少一个所选天线的所述功率信号降低到低于预定电平时，所述控制器选择所述天线中的另一个天线，所述控制器根据来自所述另一个所选天线的所述功率信号，控制对所述电池的连续充电。

14.根据权利要求10所述的装备，其中所述控制器用于：

在电池充电时，监视所述天线的所述功率信号；并且

当至少一个所选天线的功率信号的电平低于所述天线中的另一个天线的电平时，选择所述天线中的另一个天线，所述控制器根据来自所述另一个所选天线的所述功率信号，控制对所述电池的连续充电。

15.根据权利要求10所述的装备，其中所述电子设备是可穿戴电子设备。

16.根据权利要求10所述的装备，其中所述天线是柔性印刷电路板天线。

17.根据权利要求10所述的装备，其中所述装备包括在所述电子设备中。

18.一种装备，包括：

第一逻辑，该第一逻辑从多个天线接收功率信号；

第二逻辑，该第二逻辑比较来自所述天线的所述功率信号；以及

第三逻辑，该第三逻辑根据所述比较选择至少一个天线，所述第三逻辑根据来自所述至少一个天线的所述功率信号控制对电子设备的电池的充电，其中来自所述天线的所述功率信号根据所述天线在所述电子设备上的不同位置具有不同的电平。

19.根据权利要求18所述的装备，其中所述第一逻辑、所述第二逻辑或者所述第三逻辑中的至少一个基于电路要执行的一个或者多个指令。

20.根据权利要求18所述的装备，其中所述第三逻辑选择了所述至少一个天线后：

所述第一逻辑接收来自所述天线的功率信号，

所述第二逻辑对来自所述天线的所述功率信号进行比较；以及

所述第三逻辑根据所述比较选择所述天线中的不同的一个天线，所述第三逻辑根据来自所述天线中的所述所选不同的一个天线的所述功率信号控制对所述电池的连续充电。