用于控制无线电功率输送的无线电功率分配控制器和方法 |
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| 申请号 | CN201880015202.X | 申请日 | 2018-02-26 | 公开(公告)号 | CN110326189B | 公开(公告)日 | 2023-12-26 |
| 申请人 | 昕诺飞控股有限公司; | 发明人 | M.文特; | ||||
| 摘要 | |||||||
| 权利要求 | 1.一种无线电功率分配控制器(100)，用于控制从外部无线电功率供应设备(102)到至少一个外部无线电功率接收设备(104)的远场无线电功率输送，所述至少一个外部无线电功率接收设备(104)具有用于将接收的无线电能量的量转换为用于操作所述无线电功率接收设备的电气操作功率量的功率转换器(106)，所述无线电功率分配控制器包括： |
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| 说明书全文 | 用于控制无线电功率输送的无线电功率分配控制器和方法技术领域背景技术[0002] US 2010/0264746 A1描述了一种无线功率传送系统，其将功率从无线电功率供应设备无线传送至无线电功率接收设备。该无线电功率接收设备包括从无线电功率供应设备接收功率的单元、获得通过天线接收的功率水平的单元、获得由在被供应接收功率的同时进行操作的设备所消耗功率水平的单元，以及将接收的功率水平和功率消耗水平无线传送至无线电功率供应设备的单元。该无线电功率供应设备包括从该无线电功率接收设备无线接收所接收的功率水平和功率消耗水平的单元、基于接收的功率水平和接收的功率消耗水平之间的差值控制通过传送天线所传送的功率的水平的单元，以及向无线电功率接收设备无线传送功率的单元。 发明内容[0003] 将期望降低无线电功率接收设备或无线电功率供应设备的复杂度，同时确保有充足量的无线电功率被提供给无线电功率接收设备。 [0004] 根据本发明的第一方面，提供了一种无线电功率分配控制器，用于控制从外部无线电功率供应设备到至少一个外部无线电功率接收设备的远场无线电功率输送，该至少一个外部无线电功率接收设备具有用于将接收的无线电能量的量转换为用于操作该无线电功率接收设备的电气操作功率量的功率转换器。该无线电功率分配控制器包括： [0005] ‑ 功率需要单元，其被配置为针对给定无线电功率接收设备保存或查明指示各个阈值能量的量的功率需要数据，各个阈值能量的量指示该无线电功率接收设备针对转换为电气操作功率量所需能量的量；以及 [0006] ‑ 无线电功率监测单元，其被配置为： [0008] ‑ 确定该接收的功率输送无线电信号的持续时间；以及 [0010] ‑ 在确定该接收无线电能量的量的估计低于该阈值能量的量时提供无线电功率短缺信号。 [0011] 本发明的无线电功率分配控制器实现了对形成无线电功率网络布置中的节点的一个或多个无线电功率接收设备与至少一个外部无线电功率供应设备之间的远场无线电功率分配的监测。基于确定如在无线电功率分配控制器处接收的功率输送信号的持续时间，它估计已经由一个或多个无线电功率接收设备利用该功率输送无线电信号在该功率输送无线电信号的持续时间期间接收的无线能量的量。此外，基于与一个或多个各个无线电功率接收设备相关的功率需要数据来生成信令并且将其作为输出提供，所述功率需要数据指示该无线电功率接收设备为了收获（harvesting）——即转换为电气操作功率量——而至少需要的阈值能量的量。如果阈值能量的量被估计为未被该功率输送无线电信号达到，则该无线电功率分配控制器提供无线电功率短缺信号，根据下文将进一步描述的不同实施例，所述无线电功率短缺信号可以触发不同的措施。该无线电功率分配控制器因此允许降低无线电功率供应设备中和无线电功率接收设备中的设备开销。在一些实施例中，这样的设备不需要自身配备协商、监测和控制无线电功率供应的能力。 [0012] 如本身已知的，功率输送无线电信号所提供的无线电能量随着波的振幅、该功率输送无线电信号的频谱的谱宽度以及形成该功率输送无线电信号的数据分组或供电突发（burst）的长度而增加。一般地，如由无线电功率分配控制器的无线电功率监测单元接收的功率输送无线电信号的能量的量可以实质上不同于至少一个无线电功率接收设备实际接收到的接收无线电能量的量。然而，该无线电功率分配控制器基于以下认识：实际上简单地从功率输送无线电信号收获无线电功率分配控制器——特别是其无线电功率监测单元——的特定位置处可用的能量，仍然给出了可用无线电功率是否可以为一个或多个无线电功率接收设备提供无线电功率接收设备针对转换为电气操作功率量所需阈值能量的量的有用指示。对于本发明而言，认识到诸如最小突发长度的最小持续时间是成功收获的最重要的参数。这是基于以下的进一步认识，对无线电功率接收设备的输入电路预充电花费如此长的时间以至于功率输送无线电信号的持续时间对于成功收获而言是决定性的。因此，替代于要求对定义无线电功率接收设备的位置处的无线电能量的所有参数加以确定的更加详尽的功率测量和评估能力，对无线电功率监测单元进行监测有利地被限于测量该功率输送无线电信号的持续时间。简言之，该无线电功率分配控制器是基于以下的有效假设，即如果所收获的能量在监测位置是充足的，则它在任何所监测的无线电功率接收设备的位置处也可能是充足的。 [0013] 该无线电功率分配控制器因此包括无线电功率监测单元，其被配置为通过空中接口接收外部无线电功率供应设备所提供的功率输送无线电信号。该无线电功率监测单元允许检测为了对外部无线电功率接收设备供电而提供的功率输送无线电信号。如所解释的，该无线电功率监测单元进一步确定接收的功率输送无线电信号的持续时间，并且其使用所确定的持续时间来确定已经由无线电功率接收设备利用该功率输送无线电信号在该功率输送无线电信号的持续时间期间接收到的接收无线电能量的量的估计。 [0014] 为了允许无线电功率监测单元做出接收无线电能量的量的估计是否低于针对转换为电气操作功率量所需无线电功率量的评估，该无线电功率分配控制器进一步包括功率需要单元，其被配置为保存或查明向至少一个无线电功率接收设备分发的功率需要数据。功率需要数据指示各个阈值能量的量，各个阈值能量的量指示该无线电功率接收设备针对转换为电气操作功率量所需能量的量。在确定所需无线电功率量时，一个人比如可以考虑设备的功率需要、从无线电功率到电功率的转换损失，或者其它适当参数。 [0015] 该无线电功率分配控制器比较指示所需无线电功率量的阈值能量的量与在该无线电功率接收设备的位置处接收的能量的量的估计。在确定接收无线电能量的量的估计低于阈值能量的量时，该无线电功率监测单元提供无线电功率短缺信号。 [0016] 因此，使用所确定的持续时间和功率需要数据，该无线电功率分配控制器有利地使用接收无线电能量的量的估计来检测无线电功率输送中所不期望的故障情形，在该故障情形中从外部无线电功率供应设备到至少一个外部无线电功率接收设备的远场无线电功率输送无法输送针对转换为各个所需电气操作功率量所需要的充足无线电能量。在无线电功率网络布置中，该无线电功率供应设备和至少一个外部无线电功率接收设备不需要为此目的的特定监测、通信和协商能力，并且可以用与从US 2010/0264746 A1的现有技术所知的相比更简单的硬件和软件配置来提供。这在包括较大数量网络节点的无线电功率网络布置中是特别有利且成本有效的。 [0017] 在下文中，将描述本发明第一方面的无线电功率分配控制器的实施例。 [0018] 通常，功率输送无线电信号是由外部无线电功率供应设备所输送的电磁信号，其通常以一个或多个具有各个振幅、持续时间和频谱的信号突发的形式提供。它可能承载或不承载协议信息或有效载荷数据。 [0019] 在优选实施例中，该无线电功率监测单元被配置为在确定功率输送无线电信号尚未超过预定最小持续时间时提供无线电功率短缺信号。该最小持续时间比如被定义为功率输送无线电信号的最小传输块时间。这些实施例之所以特别有用是因为它们针对远程检测传输要求低开销，其中功率输送无线电信号过短以至于不允许在无线电功率接收设备处开始功率转换。 [0020] 在一些实施例中，该监测单元被配置为根据单个信号突发形式的功率输送无线电信号来确定接收无线电能量的量的估计。在其它实施例中，该监测单元通过在包括多个信号突发的功率输送无线电信号上进行积分来确定该估计。在后一种情形中，该无线电功率分配控制器的一些实施例包括无线电功率监测单元，无线电功率监测单元通过进一步考虑能量损失的估计来确定接收无线电能量的量的估计，该能量损失的估计被预测将在功率输送无线电信号的接收期间或者功率输送无线电信号的个体信号突发之间的“静默”时间跨度期间——或者优选地，考虑接收时间跨度以及“静默”的任何时间跨度二者——在外部无线电功率接收设备处发生。 [0021] 存在被称作通过WiFi供电（PoWiFi）的无线电功率传输的已知概念，本发明可以向其提供有价值且创新性的贡献。无线电通信通常遵循用来在无线电功率供应设备和无线电功率接收设备之间交换数据的已知通信协议，并且允许导出有关该通信的源节点以及一个或多个目的节点的信息。在一些实施例中，使用除用于功率传输无线电信号的技术标准以外的技术标准来执行数据通信。在一种变型中，通过数据通信接收的信息被监测单元用于维护所要监测的当前活跃的无线电功率接收设备的列表。适当地，该监测单元被配置为将执行其监测功能限制为仅针对当前活跃的无线电功率接收设备，并且中断监测向任何当前不在该列表上的无线电功率接收设备的无线电功率输送。从该列表中移除可以基于功率需要单元所提供的、并且定义无线电功率接收设备的活跃和非活跃时间的时间表的调度信息来触发，或者使用各个预定的非活跃时间跨度来触发。这样的措施实现了对向较大数量的无线电功率接收设备的功率分配的有效监测。 [0022] 根据下文将要描述的不同实施例，该无线电功率短缺信号可以在不同的预定条件下被提供。 [0023] 单个信号突发经常不提供用于无线电功率接收设备操作的充足能量。而且，所收获的能量通常甚至从能量存储设备消散，这由某个时间常数控制。在该无线电功率分配控制器的一些实施例中，功率需要数据因此进一步指示要由各个无线电功率接收设备在预定能量收获时间跨度中接收的阈值聚合能量的量。在考虑到能量消散效应的情况下，该阈值聚合能量的量是要在预定能量收获时间跨度中收获的、并且足以用于在预定操作时间跨度内操作无线电功率接收设备的能量的量。该实施例因此允许考虑在能量收获时间跨度内所检测到的任何数量的个体信号突发所提供的无线电能量以及在无线电功率接收设备处出现的能量消散效应的估计。 [0024] 在这些实施例中，无线电功率监测单元因此优选地被配置为还在确定接收无线电能量的量的估计低于阈值聚合能量的量时提供无线电功率短缺信号。对于已知在预定操作时间跨度期间要求预定量的能量进行操作的外部无线电功率接收设备的使用而言，这些实施例是特别有利的。 [0025] 因此，在不充足的无线电功率输送情况下，根据所采用的监测策略，无线电功率短缺信号可以在预定时间间隔之后提供或者仅在预定的离散时间点提供。 [0026] 作为替代或者与之相结合，在无线电功率分配控制器的一些实施例中，无线电功率监测单元被配置为在功率输送无线电信号的接收期间优选地以连续或准连续的方式确定时间积分的接收的无线电能量的量。无线电功率短缺信号的提供在这里取决于功率输送无线电信号的接收期间的当前能量输送状态。因此，只要时间积分的接收的无线电能量的量低于阈值能量的量，该无线电功率监测单元就提供无线电功率短缺信号，并且在确定时间积分的接收的无线电能量的量已经达到阈值能量的量时停止提供无线电功率短缺信号。 [0027] 在这些实施例中，无线电功率监测单元接收的功率输送无线电信号的能量的量因此被连续确定或者在预定采样频率处确定。为了对无线电功率接收设备处的能量消散做出粗略估计，在这些实施例中的一些中，该无线电功率监测单元被配置为在检测到例如在各个信号突发之间的时间跨度中不再接收到功率输送无线电信号时，将时间积分的接收的无线电能量的量设置为零。 [0028] 在其它实施例中进一步考虑消散效应，其中无线电功率短缺信号还由无线电功率监测单元在确定已经针对预定最大静默时间跨度没有接收到的功率输送无线电信号时所提供。对应于以上能量消散的粗略估计的极端示例是将预定最大静默时间跨度设置为零，意味着在未接收到功率输送无线电信号时马上提供无线电功率短缺信号。在其它示例中，将预定最大静默时间跨度设置为非消失（non‑vanishing）时间值防止了在功率输送无线电信号包括被短于最大静默时间跨度的静默时间跨度隔开的信号突发的情况下提供无线电功率短缺信号。 [0029] 在其它实施例中，功率需要单元所保存的功率需要数据向无线电功率接收设备的不同操作时间分发不同的所需无线电功率量。优选地，功率需要单元被配置为向无线电功率监测单元提供分发给当前时间的功率需要数据。在无线电功率接收设备的操作遵循操作时间的预定时间表时，这是特别有利的。在这些实施例中，如果无线电功率接收设备的操作例如被局限于一天中的某时间和/或一周中的某些天，或者任何其它的及时模式或时间表，则功率需要数据包括与所安排的操作时间相关的信息。 [0030] 这些实施例对于结合被配置为利用预定操作频率进行操作的外部无线电功率接收设备使用而言也是有利的。这样的设备的非限制示例是被配置为利用预定操作频率（例如，每30秒一次）获取有关给定物理量的信息的传感器。在这些情况下，该无线电功率分配控制器可以有利地被配置为在无线电功率接收设备并未预期进行操作的给定时间跨度（即，依据可以被设置为零并且被分发给第一操作时间的第一要求无线电功功率量）期间不提供无线电功率短缺信号，但是在第二时间跨度（即，依据被分发给第二操作时间的第二所需无线电功率量）期间则提供它。例如，如果第一所需无线电功率量在第一操作时间内被设置为零，被配置为将接收的无线电能量的量与指示第一所需无线电功率量的阈值能量的量（在此情况下为零）进行比较的无线电功率监测单元将不会在第一操作时间期间提供无线电功率短缺信号。第二操作时间——其中要求第二（非消失）无线电功率量以进行操作——有利地被配置为在无线电功率接收设备被预期进行操作之前不久开始，以便允许外部无线电功率接收设备将充足量的无线电功率转换为其操作所需要的所需电气操作功率量。这些实施例在其中有利的其它示例包括其与具有休眠模式操作的外部设备一起的使用。休眠模式操作通常需要远少于正常操作的功率，这可以通过适当功率需要数据而被纳入考虑。如之前已经提到的，在不需要功率时，无线电功率监测单元可以被配置为仅在预期操作时间期间确定估计的无线电功率量。 [0031] 在其它实施例中，无线电功率短缺信号被用来向外部单元或用户通知关于从无线电功率供应设备到至少一个无线电功率接收设备的无线电功率输送的当前状态。在这些实施例中的一些中，所要通知的外部单元是无线电功率供应设备。这些实施例有利地允许将无线电功率供应设备和无线电功率接收设备之间的直接协商部分或完全替换为无线电功率分配控制器所形成的更高层级控制实例。因此，适当地，无线电功率分配控制器在这些实施例中另外地承担控制功能性并且进一步包括： [0032] ‑ 传送器单元，其被配置为经由通信接口向外部无线电功率供应设备传送控制消息；以及 [0033] ‑ 控制单元，其被配置为在接收到无线电功率短缺信号时生成功率控制消息并将其提供给传送器单元，功率控制消息指示外部无线电功率供应设备向至少一个外部无线电功率接收设备提供附加的无线电功率。 [0034] 该指示提供附加无线电功率的功率控制消息可以以不同方式来指定，比如通过指示无线电功率供应设备提供具有更长时间跨度（即，更长持续时间）、在给定频率处的更高传输功率水平或者具有更宽频谱的功率输送无线电信号。当然，各个措施可以被组合。 [0035] 适当地，该监测单元被配置为鉴于网络对空中接口的当前使用而确定该空中接口向无线电功率接收设备传输附加无线电功率或能量的当前可用容量。特别地，该监测单元可以被配置为确定无线电功率传输可用的谱范围。 [0036] 在其它实施例中，该无线电功率短缺信号作为输出被提供至控制面板形式的外部单元，所述控制面板具有用户接口并且被使得能够提供与无线电功率输送的当前状态相关的信息。 [0037] 在其它实施例中，无线电功率短缺信号由无线电功率分配控制器在内部使用。在这些实施例之一中，无线电功率分配控制器进一步包括备用无线电功率供应单元，其被配置为在提供无线电功率短缺信号时经由空中接口向无线电功率接收设备提供备用无线电能量的量。该备用无线电功率供应单元因此被配置为作为针对无线电功率短缺信号的反应而提供具有备用无线电能量的量的备用无线电功率输送信号。在这些实施例中，每当提供无线电功率短缺信号时，该备用无线电功率供应单元提供备用无线电能量的量作为附加的无线电能量的量以供需要更多能量的无线电功率接收设备所收获。该备用无线电能量的量因此添加至由无线电功率接收设备从无线电功率供应设备接收的无线电能量的量，并且支持到完整所需电气操作功率量的功率转换。 [0038] 优选地，该备用无线电能量的量的提供仅在确定当前未接收到功率输送无线电信号时被触发。 [0039] 在其它实施例中，无线电功率监测单元被配置为反复接收无线电能量的量的估计的确定，和在无线电功率短缺信号被提供时该估计是否低于所需无线电功率量的确定。这可以被重复进行直至该监测过程不再提供无线电功率短缺信号。以这种方式，可以实现备用无线电能量的量从初始备用无线电能量的量增加直至不再提供无线电功率短缺信号为止。这确保了所提供的备用无线电功率用以下量被提供，该量足以对接收的无线电能量的量进行补充并且使得能够被转换为无线电功率接收设备实际所需电气操作功率量。 [0040] 在其它实施例中，无线电功率监测单元进一步被配置为在确定接收无线电能量的量的估计等于或高于指示所需无线电功率量的阈值能量的量时输出功率充足信号。作为响应，该无线电功率分配控制器优选地被配置为指示无线电功率供应设备减少当前传送的无线电功率量，直至不再提供该功率充足信号为止。另外地或可替换地，该备用无线电功率供应单元被配置为减少或完全关闭备用无线电功率输送，直至不再提供该功率充足信号为止。 [0041] 在一些实施例中，该备用无线电能量的量作为预定主要频率分量的无线电载波信号被输送，而在其它实施例中，该备用无线电能量的量作为根据用来在无线电功率供应设备和无线电功率接收设备之间交换通信数据的给定通信协议的通信数据被输送。 [0042] 在其它实施例中，该无线电功率分配控制器进一步包括功率供应单元，其被配置为经由有线功率网络接收电力。该无线电功率分配控制器被配置为使用接收的电力进行操作。以这种方式，与该无线电功率分配控制器所承担的重要的监测和/或控制功能相对应，向该无线电功率分配控制器的功率供应是特别可靠的。 [0043] 该无线电功率分配控制器因此可以作为单独的个体设备被提供。然而，一些应用情形将该无线电功率分配控制器作为应用设备的集成组件来提供。这样的实施进一步包括被配置为执行应用功能并且要使用接收的电力进行操作的应用单元。这样的应用单元的非限制性示例是电器和灯具。 [0044] 在一些实施例中，该无线电功率分配控制器进一步包括位置单元，其连接至该无线电功率监测单元并且被配置为保存或查明与无线电功率供应设备、无线电功率分配控制器和至少一个无线电功率接收设备的相对定位相关的定位数据。在这些实施例中，该无线电功率监测单元被配置为使用该定位数据和基准无线电能量的量来确定形成至少一个无线电功率接收设备接收的无线电能量的估计的所估计无线电能量的量。由于无线电传输中所涉及到的物理现象，接收的无线电能量的量还取决于无线电功率接收设备与无线电功率供应设备之间的距离以及取决于物理环境（诸如存在可能衰减或反射功率输送无线电信号的墙壁或其它物体）。 [0045] 根据本发明的第二方面，呈现了一种无线电功率网络布置。该无线电功率网络布置包括： [0046] ‑ 至少一个无线电功率接收设备，其包括被配置为接收功率输送无线电信号的接收器，并且其包括用于将接收的无线电能量的量转换为用于操作无线电功率接收设备的电气操作功率量的功率转换器； [0047] ‑ 无线电功率供应设备，用于向至少一个无线电功率接收设备提供功率输送无线电信号； [0048] ‑ 根据本发明第一方面或者其实施例之一的无线电功率分配控制器，其远离该无线电功率供应设备以及该至少一个无线电功率接收设备布置。 [0049] 本发明第二方面的无线电功率网络布置的不同实施例共享本发明第一方面的无线电功率分配控制器的不同实施例的附加特征和优点。 [0050] 在一些实施例中，该无线电功率接收设备直接使用电气操作功率量来操作该无线电功率接收设备。在其它实施例中，该电气操作功率量被存储在诸如电池或电容器的能量存储设备中。 [0051] 在一些无线电功率接收设备中，在功率输送无线电信号的接收期间，输入电容器通过输入整流器得到电荷。该电容器电压可以被用作无线电功率接收设备的下一级的基础，诸如允许提供操作电压的DC/DC泵或转换器。对于这些无线电功率接收设备而言，特别地，关键的是要确保接收的无线电能量的量足以允许输入整流器将输入电容器充电至DC/DC转换器能够提供操作电压的电荷，甚至是在考虑无线电功率接收设备中发生的能量消散效应的情况下。该无线电功率分配控制器因此有利地被配置为指示无线电功率供应设备继续提供功率输送无线电信号直到最小持续时间，或者在一些实施例中，提供备用无线电能量的量直至估计已经接收到必要的接收的无线电能量的量。对于功率输送无线电信号的给定频带以及对于预定的无线电功率接收设备，因此存在DC/DC泵或转换器为了开始提供操作电压而需要的功率输送无线电信号的最小持续时间。 [0052] 该无线电功率网络布置的其它实施例包括无线电功率分配控制器，所述无线电功率分配控制器具有传送器单元，其被配置为经由通信接口向该外部无线电功率供应设备传送控制消息；并且具有控制单元，其被配置为在接收到该无线电功率短缺信号时生成功率控制消息并将其提供给该传送器单元，该功率控制消息指示该外部无线电功率供应设备向该至少一个外部无线电功率接收设备提供附加的无线电功率。在这样的实施例中，该无线电功率供应设备优选地进一步包括： [0053] ‑ 无线电功率输送单元，其被配置为生成并传送包括可控量的无线电能量的功率输送无线电信号；以及 [0054] ‑ 无线电功率控制单元，其被配置为通过修改功率输送无线电信号所提供的无线电功率水平或者功率输送无线电信号的持续时间或者功率输送无线电信号所覆盖的频率范围而响应于从无线电功率分配控制器接收的控制消息来控制无线电能量的量。 [0055] 该无线电功率网络布置的一些实施例被配置为在所谓的“无源WiFi”模式下操作，这在执行WiFi传输时使得能够实现特别低的功率消耗。在这样的实施例中，该无线电功率供应设备有利地包括： [0056] ‑ 无线电频率信号供应单元，其被配置为提供主功率输送无线电信号作为要用于所述无线电功率网络布置内的数据通信的无线电频带以外的频率的无线电载波信号；以及[0057] ‑ 反向散射频率调制单元，其被配置为： [0058] ‑ 接收并调制接收的无线电载波信号以在要用于无线电功率网络布置内的数据通信的无线电频带处反向散射经频率调制的辅功率输送无线电信号。 [0059] 在这些实施例中，无线电功率分配控制器的接收单元优选地被配置为仅接收主功率输送无线电信号或者主功率输送无线电信号和辅功率输送无线电信号二者。此外，至少一个无线电功率接收设备的功率转换器被配置为将仅主功率输送无线电信号或者主功率输送无线电信号和辅功率输送无线电信号二者中的接收的无线电能量的量转换为用于操作无线电功率接收设备的电气操作功率量。 [0060] 该辅功率输送无线电信号通常处于由用于无线电功率网络布置内的数据通信的给定WiFi标准所支持的频率范围之中。为了实现无线电功率接收设备使用该辅功率输送无线电信号的通信，至少一个无线电功率接收设备包括基带调制单元，基带调制单元连接至接收器并且被配置为使用内部提供的基带信号来调制辅功率输送无线电信号。该无线电功率接收设备的接收器进一步被配置为反向散射经调制的辅功率输送无线电信号。 [0061] 因此，该无线电功率接收设备作为无源WiFi设备来操作以用于根据使用要用于数据通信的无线电频带（例如，IEEE 802.11通信协议情况下的2.4 GHz或5 GHz）的预定通信协议进行数据通信。 [0062] 根据本发明的第三方面，一种用于在控制从外部无线电功率供应设备到至少一个外部无线电功率接收设备的远场无线电功率输送时操作无线电功率分配控制器的方法，至少一个外部无线电功率接收设备具有用于将接收的无线电能量的量转换为用于操作无线电功率接收设备的电气操作功率的功率转换器，该方法包括：： [0063] ‑ 针对给定无线电功率接收设备提供指示各个阈值能量的量的功率需要数据，各个阈值能量的量指示无线电功率接收设备针对转换为电气操作功率量所需能量的量； [0064] ‑ 接收外部无线电功率供应设备所提供的功率输送无线电信号； [0065] ‑ 确定接收的功率输送无线电信号的持续时间； [0066] ‑ 使用确定的持续时间来确定已经被无线电功率接收设备利用功率输送无线电信号在功率输送无线电信号的持续时间期间接收到的接收无线电能量的量的估计；以及[0067] ‑ 在确定接收无线电能量的量的估计低于阈值能量的量时，提供无线电功率短缺信号。 [0068] 第三方面的方法共享第一方面的无线电功率分配控制器的优点。 [0069] 根据本发明的第四方面，提供了一种包括可执行代码的计算机程序，该可执行代码在被计算机的处理器执行时用于执行第三方面的方法或者其实施例之一。 [0070] 将要理解的是，权利要求1的无线电功率分配控制器、权利要求8的无线电功率网络布置、权利要求12的用于操作无线电功率分配控制器的方法，以及权利要求14的计算机程序具有特别地如从属权利要求中所限定的相似和/或等同的优选实施例。 [0073] 在以下附图中： [0074] 图1示出了包括无线电功率供应设备、无线电功率接收设备和无线电功率分配控制器的无线电功率网络布置的实施例； [0075] 图2示出了示范性功率输送无线电信号以及由图1的无线电功率分配控制器的三种可替换实施例提供的无线电功率短缺信号的三种不同变型； [0076] 图3示出了另一种示范性的无线电功率网络布置； [0077] 图4示出了采用“无源WiFi”通信的无线电功率网络布置的另一个实施例；以及[0078] 图5示出了用于在控制从外部无线电功率供应设备到至少一个外部无线电功率接收设备的远场无线电功率输送时操作无线电功率分配控制器的示范性方法的流程图。 具体实施方式[0079] 图1示出了用于控制从外部无线电功率供应设备102到至少一个外部无线电功率接收设备104的远场无线电功率输送的无线电功率分配控制器100的实施例。无线电功率接收设备104例如是存在传感器、温度传感器、光级传感器、相机、电池充电器，或者可以由所转换的无线电功率供电的另一种类型的设备。无线电功率接收设备104包括功率转换器106。功率转换器106被配置为将接收的无线电能量的量转换为要被用于操作无线电功率接收设备104的电气操作功率量。特别地，无线电功率接收设备104包括能够使用经转换的电气操作功率量进行操作的电驱动组件108。 [0080] 无线电功率接收设备104可以包括被配置为直接使用经转换的电气操作功率——特别是仅使用当前提供的经转换的电气操作功率——进行操作的电驱动组件。其它无线电功率接收设备被配置为将接收的无线电能量的量存储在能量存储单元中，并且使用所存储的能量来驱动组件的操作。换言之，电气操作功率可以通过直接转换接收的无线电能量的量并提供给电气组件或者通过将经转换的电功率量存储在由经转换无线电功率充电的这种电容器或电池的能量存储单元中而获得。 [0081] 在一些无线电功率接收设备中，在功率输送无线电信号的接收期间，输入电容器通过输入整流器得到电荷。电容器电压是无线电功率接收设备的下一级开始操作的基础，其大多数情况下处于0.6‑1V的范围内。在一些无线电功率接收设备中，这一级是用于将所收获的能量向上移动至电容器中DC/DC泵，所述电容器将从诸如例如3.3V的操作电压为该设备的操作供电。因此，如果传输要发生短缺，则只要该DC/DC泵无法进一步输送，通过该链条所输送的能量就会变小，所有能量都将在无线电功率接收设备内的电路中的泄漏中损失。 [0082] 无线电功率分配控制器100包括无线电功率监测单元110，其被配置为接收功率输送无线电信号116。无线电功率监测单元110包括作为接收单元的天线110.1，其被适当配置为允许覆盖用于给定网络布置中从无线电功率供应设备102到无线电功率接收设备104的远场无线电功率输送的无线电频率的完整谱的无线电信号接收。该频谱通常被划分为预定义的频率信道。这可以有利地用于以受控信道选择方式来调节无线电功率输送。该无线电功率监测单元还包括监测单元110.2，其确定接收的功率输送无线电信号的持续时间。其进一步使用所确定的持续时间来确定已经由无线电功率接收设备104利用该功率输送无线电信号在其持续时间期间接收到的接收无线电能量的量的估计。 [0083] 功率需要单元112被配置为保存或查明指示各个阈值能量的量的给定无线电功率接收设备104的功率需要数据，各个阈值能量的量指示该无线电功率接收设备针对转换为电气操作功率量所需能量的量。在无线电功率供应设备被配置为向多个无线电功率接收设备提供无线电功率的情况下，该功率需要单元被配置为保存或查明与无线电功率接收设备中的每一个或者无线电功率接收设备的给定子集相关的功率需要。在示范性实施例中，无线电功率接收设备104针对操作需要10mW功率的电气操作功率量，并且功率转换器106具有90%的转换效率。这意味着所需无线电功率量大约为11.11mW。因此，该功率需要数据在此情况下指示针对无线电功率接收设备的操作所必需的是11.11mW的无线电功率量。无线电功率监测单元110然后进一步被配置为在确定接收的无线电能量的量的估计低于该阈值能量的量时提供无线电功率短缺信号。 [0084] 一些无线电功率分配控制器另外地包括位置单元114，其被配置为保存或查明与无线电功率供应设备、无线电功率分配控制器和至少一个无线电功率接收设备的相对定位相关的定位数据。在该特定情形中，定位数据与无线电功率供应设备102、无线电功率分配控制器100和至少一个无线电功率接收设备104的相对定位A、B和C相关。通过获知这些设备在三维坐标空间中的相对定位，能够使用基本几何规则直接计算出设备之间的距离（例如，dAB、dBC和dAC）。 [0085] 在无线电功率分配控制器包括位置单元114的情况下，无线电功率监测单元110进一步被配置为确定接收单元110.1接收的功率输送无线电信号的基准无线电功率量，以使用（由位置单元114保存或查明的）定位数据和基准无线电功率量来确定被估计要由至少一个无线电功率接收设备104接收的估计无线电功率量。然后，在确定估计无线电功率量低于所需无线电功率量时，它被配置为提供无线电功率短缺信号。一些无线电功率分配控制器还被配置为在估计的无线电功率量等于或高于所需无线电功率量时，提供无线电功率充足信号。 [0086] 由于无线电传输中所涉及到的物理现象，基准无线电功率量和接收的无线电能量的量取决于如无线电功率供应设备所提供的功率输送信号的无线电功率量、取决于无线电功率供应设备分别和无线电功率分配控制器以及无线电功率接收设备之间的距离，以及取决于物理环境；例如，取决于存在可能衰减或反射功率输送无线电信号的墙壁或其它物体。 [0087] 在无线电功率供应设备被配置为向多个无线电功率接收设备提供功率的情况下，在无线电功率接收设备中的至少一个被估计接收到针对转换为电气操作功率量不充足的无线电功率量时，提供无线电功率短缺信号。 [0088] 注意到，通常接收的功率输送无线电信号的持续时间以及在其中传送该功率输送无线电信号的频带可以在无线电功率分配控制器的位置处被清楚地测量。在这种情况下，估计涉及到远场无线电功率是否将足以对全部的无线电功率接收设备供电。 [0089] 一些无线电功率网络布置进一步被配置为以所谓的校准模式进行操作，校准模式包括学习阶段。在学习阶段期间，无线电功率供应设备以短分组或信号突发的形式提供功率输送无线电信号，并且检查无线电功率接收设备是否已经接收到用于其操作的足够无线电功率。然后，无线电功率供应设备逐步增加功率输送无线电信号的持续时间，直至全部无线电功率接收设备或者无线电功率接收设备的给定子集已经接收到用于操作的足够无线电功率。为此，作为非限制示例，无线电功率接收设备可以被配置为在已经接收到用于其操作的足够无线电功率时提供启动（power‑up）信号。在接收到该启动信号时，无线电功率供应设备或无线电功率分配控制器可以于是将功率输送无线电信号的该当前持续时间标注为所需最小持续时间，在一些情况下，向其增加安全功率余量以确保无线电功率接收设备的正常运转。 [0090] 无线电功率短缺信号可以用不同方式提供。在特别简单的变型中，无线电功率短缺信号仅指示无线电功率分配控制器所监测的无线电功率接收设备中的至少一个被估计为接收在被转换为电气操作功率量之后针对操作无线电功率接收设备不充足的无线电功率量。在另一种变型中，无线电功率短缺信号包括另外的功率短缺数据，其指示必须向当前和/或之前传送的无线电功率量增加无线电功率的差异量以便超过所需阈值。在又一种变型中，无线电功率短缺信号还提供已经在确定估计无线电功率量时被评估的无线电频率信道的指示。在其它实施例中，无线电功率短缺信号包括功率控制消息，该功率控制消息指示无线电功率供应设备向至少一个外部无线电功率接收设备提供附加的无线电功率。 [0091] 图2示出了示范性的功率输送无线电信号200，其在无线电功率分配控制器的无线电功率监测单元处被接收，并且被表示为相对时间绘制的接收的无线电能量的量E(t)。它进一步示出了由三种不同的无线电功率分配控制器响应于接收到功率输送信号200所提供的三种不同的无线电功率短缺信号（RPSS(t)）202.1、202.2和202.3。图2中的所有图形都共享相同的时间轴。功率输送信号200包括三个信号突发，它们在t=0、t2和t5开始并且具有三个各个持续时间，即t1、t4‑t2和t7‑t5。该信号突发被各个静默时间跨度（即t2‑t1和t5‑t4）所隔开。虚线204示出了直至接收的无线电能量的量的时间积分达到能量值Eth之前无线电功率监测单元接收到的功率输送无线电信号所包括的接收无线电能量的量，所述能量值Eth是指示无线电功率接收设备针对转换为电气操作功率量所需能量的量的阈值能量的量。 [0092] 一种示范性的无线电功率分配控制器被配置为响应于接收到功率输送无线电信号200而提供无线电功率短缺信号202.1。该特定单元的监测单元确定功率输送无线电信号的第一突发的持续时间，并且确定已经被无线电功率接收设备利用该功率输送无线电信号在其持续时间期间接收到的所接收无线电能量的量的估计。由于该估计在t1的值低于阈值能量的量Eth，所以无线电功率监测单元根据功率需要单元的响应时间在t1或其后不久提供无线电功率短缺信号。该无线电功率短缺信号被用来在内部或者向外部无线电功率供应设备指示接收的信号突发具有低于阈值能量的量Eth的能量的量。当在t2处接收到具有持续时间t4‑t2的第二信号突发时，接收的无线电能量的量在时间t3处达到了阈值能量的量。该功率监测单元仍然跟踪该信号突发所包括的接收无线电能量的量。当不再接收到该突发时（即，在t4处），无线电功率监测单元通过考虑被预期在无线电功率接收设备处、例如由于电路中的泄漏或者针对其操作接收的并转换的能量的损耗而出现的预期能量损失而更新接收无线电能量的量的估计。在这种情况下，在t4和t5之间的静默时间跨度期间，这些预期损失不会使得接收无线电能量的量的估计的值低于阈值能量的量Eth，并且在t4和t5之间不提供无线电功率短缺信号。在给定静默时间跨度之后，在t5处接收另一突发。接收无线电能量的量的估计根据第三信号突发持续时间的能量的量被更新。然而，在此时，在第三突发在t7结束之后，该估计依据如上所述的预期损失被进一步更新，并且仅在时间t8，接收无线电能量的量的估计具有低于阈值能量的量的值。这再次触发了无线电功率短缺信号202.1在t8或其后不久被提供。 [0093] 在其它情况下，阈值能量的量Eth被认为是阈值聚合能量的量，其指示用于在预定操作时间跨度内操作无线电功率接收设备的充足能量的量。在这种情况下，接收无线电能量的量的估计与阈值聚合能量的量相比较。在这种情况下，在确定无线电功率接收设备接收的能量的量可能不足以在整个预定操作时间跨度内操作所述设备时提供无线电功率短缺信号。 [0094] 第二示范性无线电功率分配控制器被配置为基于功率输送无线电信号200的接收而提供无线电功率短缺信号202.2。在这种情况下，无线电功率监测单元被配置为在功率输送无线电信号的接收期间确定时间积分的接收的无线电能量的量，并且只要该时间积分的接收的无线电能量的量低于阈值能量的量就提供无线电功率短缺信号，并且在确定该时间积分的所接收无线电能量的量已经达到阈值能量的量时停止提供无线电功率短缺信号。在这种情况下，无线电功率监测单元被配置为确定利用各个突发接收的时间积分的接收的无线电能量的量并且在突发结束时将该量设置为零。因此，并且根据该特定无线电功率分配控制器，无线电功率监测单元在t=0处接收功率输送无线电信号200的第一突发，连续地或者通过以预定适当采样频率对接收的能量采样来确定时间积分的所接收无线电能量的量。在第一突发的接收期间，该时间积分的接收的无线电能量的量并未在该信号突发的持续时间期间达到阈值能量的量，并且功率监测单元提供无线电功率短缺信号202.2。在这种情况下，该提供在不再接收到第一信号突发的时间t1处结束。在接收到第二突发时，时间积分的接收的无线电能量的量的确定再次开始，并且无线电功率短缺信号再次被提供直至该时间积分的接收的无线电能量的量在时间t3处达到阈值能量值。以类似方式，在t5和t6之间的时间提供无线电功率短缺信号202.2。无线电功率分配控制器的一些其它实施例被配置为还提供在确定针对预定最大静默时间跨度尚未接收到功率输送无线电信号时所提供的无线电功率短缺信号。无线电功率短缺信号202.3是无线电功率分配控制器所提供的信号的示例，其中该预定最大静默时间跨度被设置为零。结果是，这些无线电功率分配控制器（除信号202.2之外）另外地在没有接收到功率输送无线电信号时——即在t1和t2之间、t4和t5之间以及自t7往后的静默时间跨度期间——提供无线电功率短缺信号。所得到的无线电功率短缺信号由信号202.3给出。 [0095] 图3示出了用于控制从外部无线电功率供应设备302至外部无线电功率接收设备303的远场无线电功率输送的无线电功率分配控制器300的示范性实施例。该无线电功率分配控制器包括功率需要单元304，其被配置为针对给定无线电功率接收设备（未示出）保存或查明指示各个阈值能量的量的功率需要数据，所述各个阈值能量的量指示该无线电功率接收设备针对转换为电气操作功率量所需能量的量。它还包括无线电功率监测单元306，无线电功率监测单元306包括作为接收单元的天线306.1。该接收单元被适当配置为允许覆盖用于来自无线电功率供应设备302的远场无线电功率输送的无线电频率的完整谱的无线电信号接收。无线电功率监测单元306还包括监测单元306.2，其确定接收的功率输送无线电信号的持续时间，并且其使用所确定的持续时间进一步确定已经由外部无线电功率接收设备303利用功率输送无线电信号在该无线电信号的其持续时间期间接收无线电能量的量的估计。无线电功率监测单元306还在确定接收无线电能量的量的估计低于阈值能量的量时提供无线电功率短缺信号。 [0096] 该无线电功率分配控制器进一步包括被配置为经由通信接口向外部无线电功率供应设备传送控制消息310的传送器单元308，以及被配置为在接收到无线电功率短缺信号时生成无线电功率短缺信号并提供至该传送器单元的控制单元312，该无线电功率短缺信号包括命指示该外部无线电功率供应设备向外部无线电功率接收设备303提供附加无线电功率的功率控制消息。 [0097] 无线电功率供应设备302包括无线电功率输送单元314，其被配置为生成包括可控量的无线电能量的功率输送无线电信号并且通过空中接口进行传送。该无线电功率供应设备还包括无线电功率控制单元316，无线电功率控制单元316被配置为响应于从无线电功率分配控制器300接收的控制消息310来控制无线电能量的量。这通过修改功率输送无线电信号所提供的无线电功率水平或者该功率输送无线电信号的持续时间或者该功率输送无线电信号所覆盖的频率范围或者它们的任意组合来实现。无线电功率分配控制器300、无线电功率供应设备302和无线电功率接收设备303形成无线电功率网络布置301的示范性实施例。 [0098] 图4中示出了采用“无源WiFi”通信的无线电功率网络布置的实施例。“无源WiFi”技术允许基于以下架构降低WiFi传输的功耗，该架构将本质上相似并且在无线电频带中操作的那些高功耗组件与要求明显更少的功率、本质上是数字的并且在基带频率范围中操作的那些组件解耦合。 [0099] 无线电功率网络布置400包括功率供应设备402，功率供应设备402包括无线电频率信号供应单元404，无线电频率信号供应单元404被配置为提供主功率输送无线电信号作为要用于无线电功率网络布置400内的数据通信的无线电频带以外的频率的无线电载波信号。在被配置为根据任何IEEE 802.11（WiFi）标准进行传送的布置的情况下，其中频带例如是2.4 GHz和5 GHz范围中的频带之一。 [0100] 注意到，在一些实施例中，仅使得无线电能量提供和收获使用WiFi信号，而数据通信则仅使用另一种适当协议来执行，诸如ZigBee或蓝牙低能耗（BLE）。这些协议针对数据通信允许实现特别低的能量消耗并且因此有助于降低操作所需最低能量的量。这在仅使得很低能量可用于收获和功率转换的网络中是特别有利的。 [0101] 无线电功率供应设备402还包括至少一个反向散射频率调制单元406，其被配置为接收并调制接收的无线电载波信号以在要用于该无线电功率网络布置内的数据通信的无线电频带处反向散射经频率调制的辅功率输送无线电信号。 [0102] 为了在基带中生成通信数据并且将其调制到用于IEEE 802.11.b的移位无线电载波信号上，可以在DBPSK和DQPSK调制之上使用DSSS和CCK编码。该编码操作本质上是数字的，并且因此其适于使用数字逻辑来实现。为了创建DBPSK和DQPSK所需相位变化，数字方波可以被近似为正弦波并且其相位可以通过改变该方波的时序而被调制。 [0103] 功率输送无线电信号被无线电功率接收设备408、410和412接收。该无线电功率接收设备的各个功率转换器（此处未示出）仅将主功率输送无线电信号或者主功率输送无线电信号和辅功率输送无线电信号二者的接收的无线电能量的量转换为用于操作各个无线电功率接收设备的电气操作功率量。 [0104] 布局400还包括无线电功率分配控制器414。无线电功率分配控制器514的接收单元仅接收主功率输送无线电信号或者主功率输送无线电信号和辅功率输送无线电信号二者，并且使用它来执行上文所描述的其监测和控制功能。 [0105] 图5示出了用于在控制从外部无线电功率供应设备到至少一个外部无线电功率接收设备的远场无线电功率输送时操作无线电功率分配控制器的示范性方法500的流程图。方法500包括在步骤502中比如通过保存或查明来为给定无线电功率接收设备提供指示各个阈值能量的量的功率需要数据，所述各个阈值能量的量指示该无线电功率设备针对转换为电气操作功率量所需能量的量。此外，该无线电功率分配控制器在步骤504中接收功率输送无线电信号，并且在步骤506中确定接收的功率输送无线电信号的持续时间。此外，在步骤508中，该无线电功率分配控制器使用所确定的持续时间来确定已经由该无线电功率接收设备利用该功率输送无线电信号在其持续时间期间接收到的接收无线电能量的量的估计。在步骤510中，在确定接收无线电能量的量的估计低于阈值能量的量时，该无线电功率分配控制器在步骤512中提供无线电功率短缺信号。该无线电功率短缺信号可以包括指示外部无线电功率供应设备向至少一个外部无线电功率接收设备提供附加无线电功率的功率控制消息。 [0106] 概言之，提供了一种用于控制从外部无线电功率供应设备到至少一个外部无线电功率接收设备的远场无线电功率输送的无线电功率分配控制器，外部无线电功率接收设备具有用于将接收的无线电能量的量转换为用于操作该无线电功率接收设备的电气操作功率量的功率转换器，并且无线电功率分配控制器包括无线电功率监测单元，其被配置为确定接收的功率输送无线电信号的持续时间，并且确定已经被该无线电功率接收设备接收到的接收无线电能量的量的估计。在确定接收无线电能量的量的估计低于阈值能量的量时，它提供无线电功率短缺信号。 [0107] 根据对附图、本公开内容和所附权利要求的研究，本领域的技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解并实现所公开的实施例的其他变型。 [0108] 在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“a”或“an”（“一或一个”）不排除多个。 [0109] 计算机程序可以在合适的介质上储存/分发，合适的介质诸如是与其他硬件一起提供的或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但也可以用其他形式分发，诸如经由互联网或其他有线或无线电信系统分发。 [0110] 权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。 |
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