无线电力输送单元、电子装置和控制无线电力输送单元的方法.pdf

无线电力输送单元包括，接收天线；控制电路，具有依照通信标准的无线通信功能；阻抗匹配电路，连接在接收天线和控制电路之间，用于接收天线和控制电路之间的阻抗匹配；转换电路，将交流电力转换为直流电电压；谐振电路，连接在接收天线和转换电路之间，在谐振条件下通过接收天线接收电磁能量，并输出交流电力；以及开关电路，基于来自控制电路的控制信号，选择性地将接收天线与阻抗匹配电路或谐振电路连接。控制电路控制开关电路使得将接收天线与阻抗匹配电路连接以用于无线通信，并将接收天线与谐振电路连接以用于无线电力输送。

权利要求书1.  一种无线电力输送单元，包括： 接收天线； 控制电路，具有依照预定的通信标准的无线通信功能； 阻抗匹配电路，连接在所述接收天线和所述控制电路之间，并且执行所 述接收天线和所述控制电路之间的阻抗匹配； 转换电路，将交流电力转换为直流电电压； 谐振电路，连接在所述接收天线和所述转换电路之间，所述谐振电路在 谐振条件下接收由所述接收天线接收的电磁能量，并输出交流电力；以及 开关电路，基于来自所述控制电路的控制信号，选择性地将所述接收天 线与阻抗匹配电路或所述谐振电路连接，其中 所述控制电路控制所述开关电路以使得所述开关电路在执行无线通信 的时候将所述接收天线与所述阻抗匹配电路连接，并且在执行无线电力输送 的时候将所述接收天线与所述谐振电路连接。 2.  如权利要求1所述的无线电力输送单元，其中 所述控制电路具有依照预定的多个通信标准的无线通信功能， 所述接收天线具有在依照所述多个通信标准的载波频率的多个长度中 可变化的长度， 当所述开关电路将所述接收天线与所述阻抗匹配电路连接时，所述开关 电路将具有所述多个长度中的一个长度的所述接收天线与阻抗匹配电路连 接，并且 所述控制电路控制所述开关电路以使得所述开关电路在执行无线通信 的时候，将阻抗匹配电路与具有多个长度中对应于所设置的通信标准的载波 频率的一个长度的所述接收天线连接。 3.  如权利要求2所述的无线电力输送单元，其中 所述接收天线被缠绕多个匝并且具有多个中间接头，所述接收天线具有 在对应于所述多个通信标准的载波频率且对应于所述接收天线的多个匝的 匝数的所述多个长度中可变化的长度， 当所述开关电路将所述接收天线与所述阻抗匹配电路连接时，所述开关 电路将具有所述匝数的所述接收天线与所述阻抗匹配电路连接，并且 所述控制电路控制所述开关电路以使得所述开关电路在执行无线通信 的时候，将所述阻抗匹配电路与具有对应于所设置的通信标准的载波频率的 匝数的所述接收天线连接。 4.  一种电子装置，包括： 权利要求1、2和3中的任一项所述的无线电力输送单元；以及 电子装置电路，所述无线电力输送单元的转换电路向所述电子装置电路 供应所述直流电电压，所述电子装置电路经由预定的通信接口与所述无线电 力输送单元的控制电路连接。 5.  一种控制无线电力输送单元的方法，所述方法包括 通过一个或多个处理器控制开关电路以使得所述开关电路在执行无线 通信的时候将接收天线与阻抗匹配电路连接，并且在执行无线电力输送的时 候将所述接收天线与谐振电路连接，其中 所述无线电力输送单元包括， 所述接收天线， 所述阻抗匹配电路，执行阻抗匹配， 所述谐振电路，在谐振条件下接收由所述接收天线接收的电磁能量，并 输出交流电力，以及 所述开关电路，选择性地将所述接收天线与所述阻抗匹配电路或所述谐 振电路连接。 6.  如权利要求5所述的方法，其中 所述控制包括，通过所述一个或多个处理器控制所述开关电路以使得所 述开关电路在执行无线通信的时候，将所述阻抗匹配电路与具有多个长度中 对应于所设置的通信标准的载波频率的一个长度的所述接收天线连接，其中 所述接收天线具有在依照多个通信标准的载波频率的多个长度中可变 化的长度，并且 当所述开关电路由所述一个或多个处理器控制以将所述接收天线与所 述阻抗匹配电路连接时，所述开关电路由所述一个或多个处理器控制以将具 有所述多个长度中的所述一个长度的所述接收天线与所述阻抗匹配电路连 接。 7.  如权利要求6所述的方法，其中 所述控制包括：通过所述一个或多个处理器控制所述开关电路以使得 所述开关电路在执行无线通信的时候，将所述阻抗匹配电路与具有对应于所 设置的通信标准的载波频率的匝数的所述接收天线连接，其中 所述接收天线被缠绕多个匝并且具有多个中间接头，所述接收天线具有 在对应于所述多个通信标准的载波频率且对应于所述接收天线的多个匝的 匝数的所述多个长度中可变化的长度，并且 当所述开关电路由所述一个或多个处理器控制以将所述接收天线与所 述阻抗匹配电路连接时，所述开关电路由所述一个或多个处理器控制以将具 有所述匝数的所述接收天线与所述阻抗匹配电路连接。

说明书无线电力输送单元、电子装置和控制无线电力输送单元的方法
技术领域
本发明涉及具有无线通信和无线电力输送的两个功能的无线电力输送 单元、利用上述单元的电子装置、以及控制无线电力输送单元的方法。
背景技术
目前，利用电磁感应原理，已经开发出依照预定的通信标准并执行与外 部装置的无线通信的便携式终端、以及依照多个频带的通信标准并执行无线 通信的便携式无线电。
例如，作为利用电磁感应执行磁场通信的便携式终端，已经知道其中通 过根据载波的强度切换线圈的匝数来提高通信质量(见日本特开专利申请No. 2011-097307)的一个便携式终端。此外，作为依照多个频带的通信标准并执 行无线通信的便携式无线电，已经知道其中在利用不同的频带操作便携式无 线电的情况下，通过将并联谐振电路连接到阻抗匹配电路来提高将要使用的 频带的通信质量的便携式无线电(见日本专利No.3747010)。
但是，在根据日本特开专利申请No.2011-097307的便携式终端中，需 要提供用于切换在天线元件部分中的线圈的匝数的开关。在该配置中，开关 连接的数量随着在天线元件部分中的线圈的匝数增加而增加。因此，天线元 件部分的串联电阻相应地增加。因为除了天线元件部分的电感值增加以外， 开关的串联电阻也增加，可能难以设置最优的阻抗匹配电路常数。此外，电 力从接收天线被供应到通信控制部分，并且硅整流二极管天线电路和与接收 天线连接的阻抗匹配电路并联连接。在该配置中，由于电力供应到通信控制 部分以及硅整流二极管天线电路的影响，可能难以最优化阻抗匹配电路，并 且可能不利地影响数据通信质量。
根据日本专利No.3747010的便携式无线电，需要接收用于指定接收频 率的信息，并且同样地，需要在利用多个频带的情况下准备用于各个频带的 阻抗匹配电路。
发明内容
根据本发明的一个实施例，一种无线电力输送单元包括，接收天线；控 制电路，具有依照预定的通信标准的无线通信功能；阻抗匹配电路，连接在 接收天线和控制电路之间，并且执行接收天线和控制电路之间的阻抗匹配； 转换电路，将交流电力转换为直流电电压；谐振电路，连接在接收天线和转 换电路之间，谐振电路在谐振条件下接收由接收天线接收的电磁能量，并且 输出交流电力；以及开关电路，基于来自控制电路的控制信号，选择性地将 接收天线与阻抗匹配电路或谐振电路连接。控制电路控制开关电路以使得开 关电路在执行无线通信的时候将接收天线与阻抗匹配电路连接，并且在执行 无线电力输送的时候将接收天线与谐振电路连接。
当结合附图阅读下述详细的说明时，本发明的其它目标、特征以及优势 会变得更加明晰。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的包括无线电力输送单元的电子装置的配置 的框图；
图2是示出图1中所示的开关电路的配置的电路示意图；
图3是示出根据第二实施例的包括无线电力输送单元的电子装置的配置 的框图；
图4是示出图3中所示的开关电路的配置的电路示意图；以及
图5是示出图3中所示的接收天线的配置的电路示意图。
具体实施方式
下面，将利用附图描述本发明的实施例。应注意的是对于各个实施例， 相同的参考标号被给予到相同或相应的部分/部件。
第一实施例
图1是示出根据第一实施例的包括具有无线通信控制功能的无线电力输 送单元10的电子装置的配置的框图。如图1所示，无线电力输送单元10包 括接收天线1、开关电路2、阻抗匹配电路3、作为控制电路的一个示例的中 央处理单元(CPU)4、电池5、谐振电路6、整流电路7和直流电转换电路8。
电池5向CPU 4供应预定的直流电电压，并且例如还向电子装置的电子 装置电路9供应预定的直流电电压作为电压VOUT，所述电子装置诸如便携 式电话或便携式无线电。
此外，提供预定的通信接口15，用于连接CPU 4和电子装置电路9，为 了执行数据通信和用于其间的(一个或多个)控制信号的通信的目的。
为了执行与具有和无线电力输送单元10相同或相似配置的其它无线电 力输送单元的诸如近场通信(NFC)的短距离无线通信的目的，CPU 4具有依 照预定的通信标准的短距离无线通信功能。CPU 4经由阻抗匹配电路3和开 关电路2与接收天线1连接。阻抗匹配电路3执行在CPU 4和接收天线1 之间的阻抗匹配。
此外，为了从依照诸如“Qi”(注册商标)的无线电力输送系统执行无线 电力输送的电力供应单元接收无线电力输送，接收天线1经由开关电路2和 谐振电路6与整流电路7连接。准备谐振电路6用于在谐振条件下以低损耗 接收该接收天线1接收的电磁能量。
整流电路7整流接收的交流电力并且向直流电转换部分8输出整流的电 力。直流电转换部分8将由整流电路7整流的电压转换为预定的电压VOUT 并且向电池5和电子装置电路9供应电压VOUT。
图2是示出图1中所示的开关电路2的配置的电路示意图。利用图1和 2，将描述具有无线通信控制功能的无线电力输送单元10的操作。
在依照短距离无线通信执行数据通信的时候，CPU 4向开关电路2输出 用于数据通信控制的调换(change-over)信号(在下文中被称为SEL信号)， 所述开关电路2响应该SEL信号并且分别将接收天线1的输出端VP和VM 连接到阻抗匹配电路3的输入端DP和DM。此时，在开关电路2中，开关 SW1和SW2被接通，并且开关SW3和SW4被关断。
CPU 4依照诸如NFC的短距离无线通信系统产生无线信号，并且经由 阻抗匹配电路3和开关电路2将无线信号从接收天线1发送到其它无线电力 输送单元。此外，CPU 4经由开关电路2和阻抗匹配电路3利用接收天线1 从其它无线电力输送单元接收依照短距离无线通信系统的无线信号。
另一方面，在不执行数据通信的时候，CPU向开关电路2输出用于无线 电力输送控制的另一个SEL信号，所述开关电路2响应于该另一个SEL信 号并且分别将接收天线1的输出端VP和VM连接到谐振电路6的输入端PP 和PM。此时，在开关电路2中，开关SW1和SW2被关断，并且开关SW3 和SW4被接通。
接收天线1从依照诸如“Qi”(注册商标)的无线电力输送系统执行无线 电力输送的电力供应单元接收无线电力输送，并且经由谐振电路6向整流电 路7输出接收的电力。谐振电路6以低损耗(以最大电力传输的方式)接收该 接收天线1接收了的电磁能量，并输出交流电力。整流电路7整流接收的交 流电力并向直流电转换电路8输出整流的电力。直流电转换电路8将整流的 电压转换为预定的直流电电压VOUT，并向电池5和电子装置电路9供应电 压VOUT。
应注意的是，例如，CPU 4通过通信接口15从电子装置电路9接收控 制信号，所述控制信号给出指定是执行数据通信控制还是无线电力输送控制 的指令。然后，响应于该控制信号，CPU 4确定是将接收天线11与阻抗匹 配电路3还是谐振电路6连接，并向开关电路2输出相应的SEL信号。
在上述第一实施例中，在执行数据通信的时候，作为一般的方式，阻抗 匹配电路3的(一个或多个)电路参数例如在依照诸如NFC的短距离无线 通信的数据通信的载波频率处，以最大化质量因子(Q)的方式被设置，以便 获得良好的通信灵敏度。
另一方面，在执行无线电力输送控制的时候，谐振电路6的(一个或多 个)参数鉴于整流电路7和/或直流电转换电路8的操作被设置为(一个或多 个)预定的值，其中整流电路7和/或直流电转换电路8例如依照诸如Qi(注 册商标)的无线电力输送系统执行无线电力输送。
如上所述，根据第一实施例，开关电路2被提供在接收天线1的输出端 处，并且因此，使得在执行数据通信的时候的接收天线1的连接和在执行无 线电力输送(即，不执行数据通信)的时候的接收天线1的连接相互不相同。 因此，能够防止在执行数据通信的时候的电路配置和在执行无线电力输送 (即，不执行数据通信)的时候的电路配置相互影响。因此，可以在执行数据 通信和执行无线电力输送(即，不执行数据通信)的两个时刻的每个时最优化 阻抗匹配。因此，能够实现具有无线电力输送功能而不劣化无线通信质量的 无线电力输送单元10。
第二实施例
图3是示出根据第二实施例的包含无线电力输送单元10A的电子装置的 配置的框图。图4是示出图3中所示的开关电路2A的配置的电路示意图。 图5是示出图3中所示的接收天线11的配置的电路示意图。根据第二实施 例的无线电力输送单元10A在下列点中不同于上述根据第一实施例的无线 电力输送单元10。
(1)替代接收天线1，提供具有多个匝的线圈的接收天线11，并且在输 出端VP和VMX之间具有X-1个中间接头VM1、VM2、...、VM(X-1)。
如图3、4和5所示，X-1个中间接头VM1、VM2、...、VM(X-1)被提 供用于多匝线圈的各个匝数，其中匝数已经被预先设置。在接收天线11中 的将被用于例如NFC的短距离无线通信的多匝线圈的匝数被设置为根据多 个短距离无线通信系统的各个通信频率频道的每一个而变化。
(2)替代开关电路2，提供用于选择性地将接收天线11与阻抗匹配电路 3或谐振电路6连接的开关电路2A。此时，更具体地，如图4中所示，开关 电路2A选择性地将接收天线11的输出端VP与阻抗匹配电路3的输入端 DP或者谐振电路6的输入端PP连接，并且还选择性地将中间接头VM1、 VM2、...、VM(X-1)的任一个和接收天线11的输出端VMX与阻抗匹配电路 3的输入端DM或谐振电路6的输入端PM连接。
(3)替代CPU 4，提供依照多个短距离无线通信系统并控制开关电路2A 的CPU 4A。
在开始数据通信的操作的时候，CPU 4A依照多个短距离无线通信系统 的标准向开关电路2A输出用于将要使用的各个短距离无线通信系统的通信 标准之一的相应的SEL信号。因此，CPU 4A以接收天线11具有多匝线圈 的匝数对应于将被用以操作的短距离无线通信系统的通信标准的载波频率 的方式控制开关电路2A。从而，获得最适合于为各个通信标准预先设置的 频带中对应的一个频带的电感值。因此，能够调节与包含阻抗匹配电路3的 电路的质量因子(Q)有关的特征。
在图4的开关电路2A中，与开关SW1、SW2、SW3和SW4有关的切 换控制与上述第一实施例的相同。对于X个开关SW5-1、SW5-2、...和SW5-X， X个开关SW5-1、SW5-2、...和SW5-X中的任一个基于来自CPU 4A的SEL 信号根据对应于各个通信标准的各频带中的一个频带而被接通。从而，接收 天线11的电感值根据实际上被使用的每个通信频带而被切换。
应注意的是，例如，CPU 4A经由通信接口15从电子装置电路9接收给 出指定是执行数据通信控制还是无线电力输送控制、以及指定在执行数据通 信控制的时候实际上使用多个通信标准中的哪一个的指令的(一个或多个) 控制信号。然后，响应于控制信号，CPU 4A确定将接收天线11与阻抗匹配 电路3连接或与谐振电路6连接、以及X个开关SW5-1、SW5-2、...和SW5-X 中的哪一个被接通，并且然后向开关电路2A输出相应的SEL信号。
如上所述，根据第二实施例，开关电路2A被提供在接收天线11的输出 端(VP和VMX)和中间接头(VM1、VM2、...、VM(X-1))处。因此，使得在执 行数据通信的时候的接收天线11的连接和在执行无线电力输送(即，不执行 数据通信)的时候的接收天线11的连接相互不同。因此，能够防止在执行数 据通信的时候的电路配置和在执行无线电力输送(即，不执行数据通信)的时 候的电路配置相互影响。因此，能够在执行数据通信和执行无线电力输送 (即，不执行数据通信)的两个时刻的每个时最优化阻抗匹配。此外，根据第 二实施例，能够取决于将要使用的短距离无线通信系统的通信标准而改变接 收天线11的多匝线圈的匝数，能够获得最适合于为各个通信标准预先设置 的各频带中对应的一个频带的阻抗值，并且从而，能够调节与包含阻抗匹配 电路3的电路的质量因子(Q)有关的特征。因此，能够实现具有无线电力输 送功能而不劣化无线通信质量的无线电力输送单元。
根据实施例中的无线电力输送单元、具有无线电力输送单元的电子装置 和控制无线电力输送单元的方法、无线电力输送单元的每一个具有无线通信 功能和无线电力输送功能、并且以切换实际将要使用的功能的方式执行无线 通信和无线电力输送，能够实现如下无线通信控制功能：通过该无线通信控 制功能能够在无线电力输送时最优化电力效率而不劣化无线通信时的通信 质量。
尽管通过实施例描述了无线电力输送单元、具有无线电力输送单元的电 子装置和控制无线电力输送单元的方法，本发明不限于特定公开的实施例， 并且在不脱离本发明的范围内可以做出变化和修改。
例如，在上述第二实施例中，将要在短距离无线通信中使用的接收天线 11中的多匝线圈的匝数被设置为取决于实际上将被用以操作的多个短距离 无线通信系统的通信频带或载波频率之一而变化。但是，本发明的实施例不 限于此，并且也可能的是，使用上述中间接头，接收天线11的长度被设置 为取决于实际上将被用以操作的多个短距离无线通信系统的通信频带或载 波频率之一而变化。
本申请基于并要求2012年9月12日提交的日本优先权申请No. 2012-200259的优先权的权益，其全部内容通过引用被结合于此。