用於丟失功率檢測的裝置和方法與流程

2023-10-09 20:09:59 5

所描述的技術總體上涉及無線功率。更具體地，本公開內容涉及與磁場中存在的非順從物體的檢測相關的設備、系統和方法。

背景技術：

寬鬆耦合的無線功率系統包括功率傳輸單元(例如，充電設備)以及要被充電的一個或多個功率接收單元(例如，蜂窩電話、膝上型計算機等)。當在功率傳輸單元的充電區域內、附近或周圍存在非順從物體時，無線功率系統中的電能可能丟失。丟失的電能可能傷害用戶、損害設備或物體、引起火災等。因而，檢測功率系統何時經歷功率損耗並且適當地做出響應是期望的。

技術實現要素：

所附權利要求書的範圍內的系統、方法和設備的各個實施例均具有若干方面，其沒有單獨一個方面為本文描述的期望屬性單獨負責。在不限制所附權利要求書的範圍的情況下，本文描述了一些重要特徵。

在附圖和下文描述中闡述了本說明書中描述的主題的一個或多個實施例的細節。根據描述、附圖和權利要求書，其它特徵、方面和優勢將變得顯而易見。注意，可以不按比例繪製下面附圖的相對尺寸。

本公開內容的一個方面提供了一種用於無線地傳輸功率的裝置。所述裝置包括天線，所述天線被配置為：向放置在所述天線的充電區域內的可充電設備提供足以對所述可充電設備進行充電或供電的無線功率。所述裝置還包括接收機，所述接收機被配置為：從所述可充電設備接收所述可充電設備在第一時間段內所接收的第一能量數量的測量結果。所述裝置還包括處理器，所述處理器被配置為：測量所述天線在第二時間段內所提供的第二能量數量。所述處理器還被配置為：將從所述可充電設備接收的所述第一能量數量與所述第二時間段內的所述第二能量數量進行比較。所述處理器還被配置為：至少部分地基於將所述第一能量數量和所述第二能量數量進行比較，確定是否除所述可充電設備之外的物體正在吸收經由所述天線提供的功率。

本公開內容的另一個方面提供了一種用於無線地傳輸功率的方法。所述方法包括：從發射機以足以對放置在充電區域內的一個或多個可充電設備進行供電或充電的功率水平來發送功率。所述方法還包括：從所述一個或多個可充電設備接收所述可充電設備在第一時間段內所接收的第一能量數量的測量結果。所述方法還包括：測量所述發射機在第二時間段內所提供的第二能量數量。所述方法還包括：將從所述可充電設備接收的所述第一能量數量與所述發射機在所述第二時間段內所提供的所述第二能量數量進行比較。所述方法還包括：至少部分地基於將所述第一能量數量和所述第二能量數量進行比較，確定是否除所述可充電設備之外的物體正在吸收經由所述發射機提供的功率。

本公開內容的另一個方面提供了一種用於無線地傳輸功率的裝置。所述裝置包括：用於以足以對放置在充電區域內的一個或多個可充電設備進行供電或充電的功率水平來發送功率的單元。所述裝置還包括：用於從所述一個或多個可充電設備接收所述一個或多個可充電設備在第一時間段內所接收的第一能量數量的測量結果的單元。所述裝置還包括：用於測量所述發送單元在第二時間段內所提供的第二能量數量的單元。所述裝置還包括：用於將從所述一個或多個可充電設備接收的所述第一能量數量與所述發送單元在所述第二時間段內所提供的所述第二能量數量進行比較的單元。所述裝置還包括：用於至少部分地基於將所述第一能量數量和所述第二能量數量進行比較，確定是否除所述一個或多個可充電設備之外的物體正在吸收經由所述發送單元提供的功率的單元。

本公開內容的另一個方面提供了一種非暫時性計算機可讀介質。所述介質包括在被執行時使得處理器執行以下方法的指令：從發射機以足以對放置在充電區域內的一個或多個可充電設備進行供電或充電的功率水平來發送功率。所述介質還包括在被執行時使得處理器執行以下方法的指令：從所述一個或多個可充電設備接收所述一個或多個可充電設備在第一時間段內所接收的第一能量數量的測量結果。所述介質還包括在被執行時使得處理器執行以下方法的指令：測量所述發射機在第二時間段內所提供的第二能量數量。所述介質還包括在被執行時使得處理器執行以下方法的指令：將從所述一個或多個可充電設備接收的所述第一能量數量與所述發射機在所述第二時間段內所提供的所述第二能量數量進行比較。所述介質還包括在被執行時使得處理器執行以下方法的指令：至少部分地基於將所述第一能量數量和所述第二能量數量進行比較，確定是否除所述一個或多個可充電設備之外的物體正在吸收經由所述發射機提供的功率。

本公開內容的另一個方面提供了一種用於無線地接收功率的裝置。所述裝置包括天線，所述天線被配置為：從無線功率發射機接收無線功率。所述裝置還包括處理器，所述處理器被配置為：確定所述天線在一時間段內所接收的能量數量。所述裝置還包括發射機，所述發射機被配置為：發送所述天線在所述一時間段內所接收的所述能量數量的測量結果。

本公開內容的另一個方面提供了一種用於無線地接收功率的方法。所述方法包括：從無線功率發射機無線地接收功率。所述方法還確定天線在一時間段內所接收的能量數量。所述裝置還包括發送所確定的、所述天線在所述一時間段內所接收的能量數量。

附圖說明

圖1是根據本發明的示例性實施例的示例性無線功率傳輸系統的功能性框圖。

圖2是根據本發明的各個示例性實施例的可以用在圖1的無線功率傳輸系統中的示例性組件的功能性框圖。

圖3是根據本發明的示例性實施例的圖2的發送電路或接收電路的一部分(包括發射或接收天線)的示意圖。

圖4a根據本發明的示例性實施例，示出了包括無線功率發射機和接收機的無線功率系統。

圖4b是示例性負載的電壓、電流和功率測量的圖。

圖5是示例性吉爾伯特乘法器單元的圖。

圖6是根據本文描述的示例性實施例的示例性積分器的圖。

圖7是根據本發明的示例性實施例的可以用在圖1的無線功率傳輸系統中的發射機的功能性框圖。

圖8是根據本發明的示例性實施例的可以用在圖1的無線功率傳輸系統中的接收機的功能性框圖。

圖9是用於確定充電區域內、附近或周圍是否存在非順從物體的示例性方法的流程圖。

附圖中示出的各個特徵可以不是按比例繪製的。因此，為了清楚起見，可以任意地擴大或減小各個特徵的尺寸。另外，附圖中的一些附圖可以不描繪給定系統、方法或設備的組件中的所有組件。最後，遍及說明書和附圖可以使用相似的參考標記來指示相似的特徵。

具體實施方式

下面結合附圖闡述的具體實施方式旨在於作為對本發明的某些實現方式的描述，而不旨在於表示可以實施本發明的唯一的實現方式。遍及本描述所使用的術語「示例性」意味著「作為示例、實例或說明」，並且不應當必要地被解釋為優選於其它示例性實現方式或設計或者比其它示例性實現方式有優勢。為了提供對所公開的實現方式的全面理解的目的，具體實施方式包括具體細節。在一些示例中，一些設備是以框圖的形式示出的。

無線地傳輸功率可以指代傳輸與電場、磁場、電磁場相關聯的任何形式的能量或者在不使用物理電導體的情況下以其它方式從發射機向接收機傳輸(例如，可以通過自由空間來傳輸功率)。輸出到無線場(例如，磁場)中的功率可以被「接收天線」(或「接受天線」)接收、捕獲或耦合以實現功率傳輸。

圖1是根據本發明的示例性實施例的示例性無線功率傳輸系統100(其可以是寬鬆耦合的無線功率系統)的功能性框圖。可以從功率源(未示出)向發射機104提供輸入功率102以生成用於提供能量傳輸的場105。接收機108可以耦合到場105並且生成輸出功率110以用於由耦合到輸出功率110的設備(未示出)進行存儲或消耗。發射機104和接收機108兩者被距離112分開。在一個示例性實施例中，發射機104和接收機108是根據相互共振關係來配置的。當接收機108的共振頻率和發射機104的共振頻率基本相同或相似時，發射機104和接收機108之間的傳輸損耗是最小的。因而，與可能要求大線圈(其要求線圈非常近(例如，mms))的純粹的電感解決方案相反，可以在更大距離上提供無線功率傳輸。因此，共振電感耦合技術可以允許提高的效率和在各種距離上並且具有多種電感線圈配置的功率傳輸。

當接收機108位於發射機104所產生的能量場105中時，接收機108可以接收功率。場105與其中發射機104所輸出的能量可以被接收機108捕獲的區域相對應。在一些情況下，場105可以與發射機104的「近場」相對應，如下文將進一步描述的。發射機104可以包括用於輸出能量傳輸的發射天線114。接收機108還包括用於接收或捕獲來自能量傳輸的能量的接收天線118。近場可以與其中存在由發射天線114中的電流和電荷所產生的、從發射天線114最小地輻射功率的強反應場的區域相對應。在一些情況下，近場可以與在發射天線114的大約一個波長(或其一部分)內的區域相對應。發射天線114和接收天線118的尺寸是根據與其相關聯的應用和設備來設定的。如上所述，可以通過將發射天線114的場105中的能量中的大部分能量耦合到接收天線118來發生高效能量傳輸，而不是將電磁波中的能量中的大多數能量傳播到遠場。當被放置在場105內時，可以在發射天線114和接收天線118之間形成「耦合模式」。發射天線114和接收天線118附近的可以發生該耦合的區域在本文中被稱為耦合模式區域。在一個實施例中，發射天線114和接收天線118可以經由藍牙低能量(ble)鏈路來進行通信。

圖2是根據本發明的各個示例性實施例的可以用在圖1的無線功率傳輸系統100中的示例性組件的功能性框圖。發射機204可以包括發送電路206，發送電路206可以包括振蕩器222、驅動器電路224和濾波及匹配電路226。振蕩器222可以被配置為生成期望頻率(諸如468.75khz、6.78mhz或13.56mhz)處的信號，可以響應於頻率控制信號223來調整期望頻率。可以將振蕩器信號提供給驅動器電路224，驅動器電路224被配置為在例如發射天線214的共振頻率處驅動發射天線214。驅動器電路224可以是開關放大器，其被配置為從振蕩器222接收方波並且輸出sine波。例如，驅動器電路224可以是e類放大器。還可以包括濾波及匹配電路226以濾除諧波或其它不想要的頻率並且將發射機204的電阻與發射天線214進行匹配。作為驅動發射天線214的結果，發射機204可以以足以用於對電子設備進行充電或供電的水平來無線地輸出功率。舉一個示例，所提供的功率可以例如是300毫瓦到20瓦的數量級，以對具有不同功率要求的不同設備進行供電或充電。還可以提供更高或更低的功率水平。在一個實施例中，發射天線214和接收天線218可以經由藍牙低能量(ble)鏈路來進行通信。

接收機208可以包括接收電路210，其可以包括匹配電路232和整流器及開關電路234，以從ac功率輸入生成dc功率輸出來對如圖2所示的電池236充電或對耦合到接收機108的設備(未示出)供電。可以包括匹配電路232以將接收電路210的電阻與接收天線218進行匹配。另外，接收機208和發射機204可以在單獨的通信信道219(例如，藍牙、紫蜂(zigbee)、蜂窩等)上進行通信。替代地，接收機208和發射機204可以使用無線場205的特性經由帶內信令來進行通信。

如下文更充分地描述的，可以初始地具有選擇性可禁用的相關聯的負載(例如，電池236)的接收機208可以被配置為確定由發射機204發送的並且被接收機208接收的功率量是否適用於對電池236進行充電。此外，接收機208可以被配置為當確定功率量是合適的時啟用負載(例如，電池236)。在一些實施例中，接收機208可以被配置為直接利用從無線功率傳輸場接收的功率，而不對電池236進行充電。例如，通信設備(諸如近場通信(nfc)或射頻標識設備(rfid))可以被配置為從無線功率傳輸場接收功率，並且通過與無線功率傳輸場進行交互來進行通信和/或利用所接收的功率來與發射機204或其它設備進行通信。

圖3是根據本發明的示例性實施例的圖2的發送電路206或接收電路210的一部分(包括發射或接收天線352)的示意圖。如圖3所示，在示例性實施例(包括下文描述的那些示例性實施例)中使用的發送或接收電路350可以包括天線352(或「環形」天線)。天線352可以被配置為包括空心磁芯或物理磁芯(諸如鐵氧體磁芯(未示出))。空心磁芯環形天線可以更容忍被放置在磁芯附近的外來物理設備。此外，空心磁芯環形天線352允許在磁芯區域內放置其它組件。另外，空心磁芯環可以更容易地實現在發射天線214(圖2)的平面內放置接收電線218(圖2)，其中，發射天線214(圖2)的耦合模式區域可能是更強大的。天線352可以是線圈(例如，感應線圈)和/或rf天線，或者是用於無線地接收或輸出功率的任何其它適當的設備。天線352可以是利用絞合線來實現的或者被實現成被設計用於低電阻的天線帶。天線352可能不需要「圈」以具有實際尺寸。天線352的示例性實現方式可以是「電小」的(例如，波長的一部分)並且通過使用電容器來調諧為在可用低頻處共振以定義共振頻率。

如所陳述的，在發射機104和接收機108之間的匹配的或接近匹配的共振期間可以發生發射機104和接收機108之間的高效的能量傳輸。然而，甚至當發射機104和接收機108之間的共振不匹配時，也可以傳輸能量，儘管效率可能受影響。能量的傳輸通過將來自發射天線214線圈的場105的能量耦合到駐留在其中建立該場105的鄰域中的接收天線218來發生，而不是通過將來自發射天線214的能量傳輸到自由空間中來發生。

環形或磁天線的共振頻率是基於電感和電容的。電感可以簡單地是天線352所產生的電感，而可以將電容添加到天線的電感以產生期望的共振頻率處的共振結構。舉一個非限制性示例，可以向發送或接收電路350添加電容器354和電容器356以產生選擇共振頻率處的信號358的共振電路。因此，對於較大直徑的天線，維持共振所需要的電容的大小可以隨著環的直徑或電感的增加而減小。此外，隨著天線的直徑增加，近場的高效能量傳輸區域可以增加。使用其它組件形成的其它共振電路也是可能的。舉另一個非限制性示例，可以將電容器平行地放置在天線352的兩端之間。對於發射天線，具有基本與天線352的共振頻率相對應的頻率的信號358可以是天線352的輸入。

在一個實施例中，發射機104可以被配置為輸出具有與發射天線114的共振頻率相對應的頻率的時變磁場。當接收機在場105內時，時變磁場可以在接收天線118中感應出電流。如上所述，如果接收天線118被配置為在發射天線118的頻率處是共振的，則能量可以被高效地傳輸。如上所述，可以對接收天線118中感應出的ac電流進行整流以產生可以被提供用於對負載進行充電或供電的dc信號。

圖4根據本發明的示例性實施例，示出了包括功率傳輸單元「ptu」404(例如，提供無線充電的功率傳輸單元)和一個或多個功率接收單元「pru」484(例如，作為無線地可充電設備的功率接收單元)的無線功率系統480。ptu404可以產生耦合到pru484的磁場。pru484可以將從ptu404接收的磁能轉化成電能。pru484可以包括諸如蜂窩電話、可攜式音樂播放器、計算機、膝上型計算機、平板式計算機、計算機外圍設備、通信設備(例如，藍牙頭戴式耳機)、數字相機、助聽器(以及其它醫療設備)等設備。在一個實施例中，pru484可以連接到要充電的、吸收電能的設備。在另一個實施例中，可以將要充電的設備集成到pru484中。出於對pru484進行充電的目的，可以將pru484放在ptu404上。在一個實施例中，ptu404和pru484可以經由藍牙低能量(ble)鏈路來進行通信。

在一個實施例中，無線功率系統480包括非順從物體486(或「非順從設備」、「外來物體」或「外來設備」)，其可以包括非順從設備或組件。非順從物體486可以包括受損設備、不是根據正確規範構建的設備(例如，不符合充電標準)或由導電材料製成的耦合到磁場的任何其它物體(例如，珠寶、眼鏡、鑰匙鏈等)。在一個實施例中，非順從物體486可以是無法與ptu404進行通信並且利用系統控制算法來運作的任何物體或設備，這不允許ptu404利用任何方法來管理或檢測由非順從物體486消耗的電能。由於ptu404產生磁場，因此可以將電能傳輸給耦合到ptu404磁場的任何設備或物體。非順從物體486和一個或多個pru484中的每個pru484可以被放置在ptu404的充電區域內、附近或周圍，這可以使得pru484耦合到ptu404磁場並且吸收電能。以此方式，當非順從物體在充電區域內、附近或周圍時，其可以影響對ptu404所發送的功率的消耗和/或影響充電區域。所吸收的能量可以作為熱量消散，這可以損害非順從物體486、傷害或燒傷用戶、引起火災、損害ptu404或者產生任何其它安全問題。在沒有非順從物體或非順從設備檢測系統的情況下，ptu404可以繼續無期限地向非順從物體486傳輸功率。根據一種或多種方法，ptu404可以被配置為檢測非順從物體486，如下文描述的。如所提及的，ptu404可以被配置為根據一種或多種方法來檢測影響相關聯的充電區域的非順從物體486中的一個或多個非順從物體486。ptu404可以使用基於對ptu404和一個或多個pru484採取的系統測量的方法來檢測非順從物體486。在一個實施例中，ptu404可以對ptu404線圈或功率放大器(pa)供應(例如，驅動器電路724，見圖7)和pru484整流器輸出(例如，rf到dc轉換器820的輸出，見圖8)兩者處的電流和電壓進行採樣。ptu404基於ptu404線圈或pa供應和一個或多個pru484的整流器輸出處的採樣時間處的電流和電壓測量結果來計算瞬時功率。隨後，ptu404可以將兩個讀數進行比較並且評估該兩個讀數之間的差值是否被系統中的寄生損失證明是合理的或者其是否是過量的(例如，超過門限)，因此指示存在非順從物體486。

在ptu404和pru484處的這種功率採樣固有地存在兩個問題：(i)由於系統中可能沒有實時時鐘，對讀數進行同步是非常困難的，因此如果負載變化，則比較可能不是準確或相關的；以及(ii)由於採樣以確定的時間間隔(通常≥1ms)發生，因此如果負載以高速率(在實際應用中已測量≥1khz)變化，則關於測量結果代表平均功率的概率快速降級。例如，圖4b是pru負載隨時間的電壓450和電流455測量結果的圖。負載所吸收的瞬時功率460是瞬時電壓450和瞬時電流455的乘積：由於其值動態地改變，因此使用採樣的值(例如，採樣的瞬時功率值470)來確定吸收的平均功率475可能導致錯誤結論。如圖4b中可以示出的，這些值470可能不能準確地捕獲採樣時間之間的平均功率，這是因為負載的功率值可能具有顯著的波動。因此，除非採樣頻率非常高(由於增加的處理時間和實現成本，這可能是不實際的)，否則信息可能不能捕獲負載的動態行為。低通濾波器(其對瞬時值進行平均)可以幫助改善測量結果，但是不能準確地捕獲瞬時的電流和電壓的乘積，並且可能要求相對大的時間常數(其是不易積分的)。

如本文描述的示例性實施例涉及幫助捕獲負載的動態行為的準確的功率損耗測量。根據一個示例性實施例，ptu404可以測量在ptu404和pru484兩者處的在整個採樣時間期間的功率的積分(其等於在採樣周期期間的平均功率乘以採樣周期持續時間)。功率的積分表示在ptu404和pru484兩者處的能量(例如，在一時間段內的總功率)。圖4b還示出了負載在時間t0-t4內的功率的積分，如陰影區域475。測量在ptu404和pru484兩者處的能量而不是功率具有若干優點。例如，能量更準確地測量在ptu404和pru484兩者處在一時間段內的總功率並且因此可以更準確地檢測非順從物體486的存在，這是由於測量結果不太遭受隨機噪聲和負載的瞬時變化。當在較長的時間段內進行積分和/或大能量傳輸時，這樣的準確度可能是尤其重要的。例如，與在採樣時間段內測量的總功率(例如，50w)相比，ptu404可能需要檢測相對小量的丟失功率(例如，1w)。因此，使能量測量結果在相對大的動態範圍內是準確的可能是期望的。

可以利用電流和電壓的乘積的連續時間積分器來實現對ptu404和pru484的能量的測量(作為功率測量結果隨時間的積分)。可以通過使用用於提供電流和電壓的乘積的吉爾伯特乘法器單元(見圖5)以及跟在其後的電容式積分器來構建這樣的實現方式的示例。圖5是根據本文描述的實施例的示例性吉爾伯特乘法器單元500的圖。吉爾伯特單元500包括由射極耦合電晶體對(q1/q4，q3/q5)形成的兩個差分放大器級組成，其中射極耦合電晶體對(q1/q4，q3/q5)的輸出分別在i輸出1(iout1)550和i輸出2(iout2)552處利用相反的相位連接(電流相加)。這些放大器級的發射結被第三差分對(q2/q6)的集電極饋給。q2/q6的輸出電流變為差分放大器的射極電流。輸出電流i輸出1550和i輸出2552是v1510和v2515輸入的差分基電壓的4象限相乘。電容式積分器可以被定期地採樣以去往模數(a/d)轉換器並且進行重置以開始新的周期。

圖6是根據本文描述的實施例的示例性積分器600的圖。積分器600包括模擬塊601和數字塊650。在一個實現方式中，可以將乘法器(例如，圖5的吉爾伯特乘法器單元500)的輸出處的差分模擬信號發送到差分電壓到頻率(v/f)轉換器(例如，模擬塊601)。模擬塊601根據電壓vo和vref以及環形振蕩器610和615來生成輸出頻率f1620和f2625。隨後，將輸出頻率f1620和f2625發送到數字塊650。隨後，計數器655對輸出頻率620和625進行積分；積分的差值用於生成所測量的能量de的值。數字積分器600的一個非限制性好處是用於校準模擬塊601處的可能偏移的能力。通過利用零輸入信號來測量輸出頻率並且隨後減去來自先前的測量結果(或預定時間處)的讀數，積分器600可以校準電壓和電流的模擬測量結果中的可能偏移。在ptu404和pru484測量結果之間發生時間上的未對齊是因為在無線功率傳輸系統100中沒有實時時鐘，並且因此對ptu404和pru484處的測量進行同步可能是困難的。這通常增加了兩個測量之間的關聯性的不確定度和誤差，因此限制了丟失功率檢測方法的可靠性。所提出的實現方式的額外好處在於：由於積分時間與ptu404和pru484之間的可能的採樣未對齊相比必須是長的(例如，>10倍)，因此可以使任何非同步測量的影響最小化。

在一些實施例中，吉爾伯特乘法器單元500可以連接到積分器600以計算能量測量結果(例如，電流和電壓的乘積的積分)。在一個方面中，吉爾伯特乘法器單元500上的電阻式負載可以提供要饋至積分器600的電壓。在另一個方面中，可以將吉爾伯特乘法器單元500的極性顛倒，以使得電流輸出直接饋入積分器600的環形振蕩器610和615。可以在ptu404和/或pru484中包括乘法器和積分器的組合，以確定電流和電壓的乘積的積分，來至少部分地確定能量測量結果。

ptu404可以包括無線功率發射機(例如，圖1的發射機104)，其可以向相關聯的充電區域內、附近或周圍的pru484發送功率。根據一個示例性實施例，ptu404可以被配置為確定所述發送的能量是否是不知去向的(例如，是否非順從物體486在消耗能量)。根據另一個示例性實施例，ptu404可以被配置為進一步確定非順從物體486是否在消耗大於指定門限的能量。所指定的門限可以是固定值，或者其可以是基於系統組件的各個規範(例如，改變其輸出能量的系統操作點、要求可變的能量數量的動態負載等)來動態地改變的，如下文進一步描述的。

圖7是根據本發明的示例性實施例的可以用在圖1的無線功率傳輸系統中的ptu704(諸如ptu404)的功能性框圖。ptu704可以通過多個電源(例如，用於對大樓中存在的常規ac功率進行轉換的ac-dc轉換器(未示出)、用於將常規dc電源轉換為適於ptu704的電壓的dc-dc轉換器(未示出))或者直接從常規dc電源(未示出)來接收功率。

ptu704可以包括用於生成電磁場或磁場(此後稱為「充電區域」)的發射天線714。發射天線714可以是線圈(例如，電感線圈)和/或rf天線、或者是用於無線地輸出功率的任何其它適當的設備。發射天線714可以是利用絞合線來實現的或或者實現成被設計用於低電阻的天線帶。在一個實現方式中，發射天線714可以與較大的結構(諸如桌子、墊子、燈或其它靜止配置)相關聯。因此，發射天線714可能不需要「圈」以具有實際尺寸。發射天線714的示例性實現方式可以是「電小」的(例如，波長的一部分)並且通過使用電容器(例如，圖3的電容器354和356)調諧為在可用低頻處共振以定義共振頻率。在一個示例性實施例中，發射天線714(或另一個天線)可以向充電區域內、附近或周圍的接收機設備(例如，pru484)發送功率。在一個示例性實施例中，發射天線714(或另一個天線)可以從pru484接收關於其已經接收的功率量的確認，如結合圖4描述的。發射天線714(或另一個天線)還可以從pru484接收關於pru484的各種規範的信息，如下文描述的。發射天線714(或另一個天線)還可以從pru484接收關於pru484充滿電的確認。在一個實施例中，發射天線714(或另一個天線)可以經由藍牙低能量(ble)鏈路來與pru484進行通信。

在一個示例性實施例中，ptu704可以不無期限地保持開啟。這防止ptu704在其周界中的pru484充滿電之後很長時間在運行(如果發射天線714無法在pru484充滿電時從其接收錯誤確認，則可以發生上述情況)。用戶可以將ptu704編程為在期望的時間量之後關閉。為了防止ptu704在另一個pru484被放置在其周界中時自動關閉，ptu704可以在沒有在其周界中檢測到運動的設定時段之後自動關閉，如下文描述的。用戶能夠設定不活動時間間隔並且按期望對其進行改變。舉一個非限制性示例，在pru484初始完全沒電的假設之下，該時間間隔可以比將pru484充滿電所需要的時間間隔長。

ptu704還可以包括發送電路706。發送電路706可以包括用於生成振蕩信號(例如，rf信號)的振蕩器723。發送電路706可以經由rf信號向發射天線714提供rf功率，引起關於發射天線714的能量(例如，磁通量)的生成。ptu704可以以任何適當頻率(例如，6.78mhzism頻帶)來操作。

發送電路706可以包括固定電阻匹配電路709，其用於將發送電路706的電阻(例如，50歐姆)與發射天線714進行匹配。發送電路706還可以包括低通濾波器(lpf)708，其被配置為將諧波發射降低到防止pru484的自幹擾的水平。其它示例性實施例可以包括不同的濾波器拓撲，諸如對特定頻率進行衰減並且使其它頻率通過的陷波濾波器。發送電路706還可以包括驅動器電路724，其被配置為驅動rf信號。其它示例性實施例可以包括可以基於可測量發送度量(諸如去往發射天線714的輸出功率或去往驅動器電路724的dc電流)進行改變的適應性電阻匹配。發送電路706還可以包括分立設備、分立電路和/或集成組裝的組件。從發射天線714輸出的示例性rf功率可以是從0.3瓦到20瓦或者可以是更高或更低的值。

發送電路706還可以包括控制器715，除其它功能之外，控制器715還用於在pru484的發送階段(或工作周期)期間選擇性地啟用振蕩器723。控制器715還可以調整振蕩器723的頻率或相位。在傳輸路徑中調整振蕩器723的相位和相關的電路可以允許減少帶外發射，尤其是當從一個頻率轉變到另一個頻率時。控制器715還可以調整振蕩器723的輸出功率水平以實現用於與pru484進行交互的通信協議。

控制器715還可以基於其發送的以及從發送電路706中的其它組件接收的數據來執行計算。發送電路706還可以包括用於暫時地或永久地存儲數據的存儲器770，以用於在那些計算中使用。存儲器770還可以存儲ptu704和/或pru484的組件的各種規範以用於在計算中使用，如下文描述的。

控制器715可以收集並且跟蹤關於可以與ptu704相關聯的pru484的下落和狀態的信息。因此，發送電路706可以包括存在檢測器780(例如，運動檢測器)以在pru484進入充電區域時檢測要充電的pru484的初始存在並且在這種情況下打開ptu704。存在檢測器780可以經由發射天線714或另一個適當天線(未在圖7中示出)來檢測pru484。控制器715可以響應於來自存在檢測器780的存在信號來調整去往或來自驅動器電路724的功率量。隨後，發射天線714可以向pru484傳輸rf功率。

發送電路706還可以包括負載檢測電路716，其用於監測流到驅動器電路724的電流，該電流可以受充電區域的鄰域中的pru484或非順從設備(比如，圖4的非順從物體486)的存在或不存在(如由存在檢測器780檢測的)影響。控制器715還可以檢測驅動器電路724上的負載變化以確定是否啟用振蕩器723。

在一些實施例中，發送電路706還可以包括能量測量電路775。如圖7所示，能量測量電路775耦合到控制器715。在其它實施例中，能量測量電路775可以包括控制器715的組件。能量測量電路775可以用於檢測影響充電區域的非順從物體486的存在。在一些實施例中，能量測量電路775可以包括圖5的吉爾伯特乘法器單元500和/或圖6的積分器600。能量測量電路775可以確定經由發射天線714發送的功率或能量是否是不知去向的並且在多大程度上是不知去向的(例如，確定丟失功率或能量數量)。如上文關於圖4a-b描述的，能量測量電路775可以將由ptu404或ptu704傳輸的能量(例如，電流和電壓的乘積的積分)與pru484在大致相同的時間段內所吸收的能量進行比較。在一些實施例中，該時間段可以包括一秒的一部分(例如，250-500毫秒)。在其它實施例中，該時間段可以是時間的更小部分(例如，10毫秒、25毫秒、100毫秒等)或時間的更大部分(500毫秒、1秒、2秒等)。在一些實施例中，該時間段可以包括比採樣間隔大的時間段(例如，大於1倍、2倍、5倍、10倍等)。pru484可以將吸收的能量經由ble鏈路或其它通信鏈路發送到ptu404和/或ptu704。在一些實施例中，替代發送能量測量結果或除發送能量測量結果之外，pru484可以將與吸收的能量相關的數據(例如，電流、電壓等)發送到ptu404和/或ptu704，以用於ptu404和/或ptu704確定在一時間段內在pru484處接收的能量數量。在其中存在多個pru484的一些實施例中，ptu704可以從每個pru484接收用於指示相應的pru484所吸收的能量的消息。隨後，能量測量電路775可以將從每個pru484吸收的能量的總和與ptu704所傳輸的總能量進行比較。在一些實施例中，能量測量電路775可以確定傳輸的能量和吸收的能量之間的差值超過門限。如果超過門限，則能量測量電路775可以隨後確定存在非順從物體486。隨後，能量測量電路775或控制器715可以關閉去往ptu704的功率。在另一個實施例中，能量測量電路775或控制器715可以替代地或另外地調整功率水平和/或改變從ptu704到pru484的功率傳輸的狀態，而不是簡單地關閉ptu704。在一些實施例中，能量測量電路775的以上功能可以由控制器715來執行。在這些實施例中，可以將能量測量電路775從發送電路706中排除。

圖8是根據本發明的示例性實施例的可以用在圖1的無線功率傳輸系統中的pru484(如圖4中)的功能性框圖。

pru484可以包括接收電路810，接收電路810包括pru484的各種組件。接收電路810可以包括用於從發射天線(例如，圖7的發射天線714)接收功率的接收天線818。pru484還可以耦合到負載850以向其提供接收到的功率。負載850可以在pru484外部，或者負載850可以集成到pru484中(未示出)。接收電路810還可以包括用於協調pru484的處理的處理器816，如下文描述的。接收電路810還可以包括能量測量電路875。如圖8所示，能量測量電路875耦合到處理器816。在其它實施例中，能量測量電路875可以包括處理器816的組件。

可以將接收天線818調諧為在與發射天線714(圖7)相似的頻率處共振或指定的頻率範圍內共振。可以與發射天線714類似地來設定接收天線818的尺寸，或者可以基於負載850的尺寸來以不同地方式設定接收天線818的尺寸。在一個實施例中，接收天線818可以經由藍牙低能量(ble)鏈路來與發射天線714進行通信。該通信可以允許pru484向ptu704發送反饋數據，這可以允許ptu704改變其磁場的強度以調整傳輸給pru484的電能。如果負載850包括比發射天線714的長度的直徑小的直徑或長度尺寸，則接收天線可以被實現為多匝線圈以減小調諧電容器(未示出)的電容值並且增加接收線圈的電阻。例如，可以將接收天線818放在負載850的本質周界附近，以便使天線直徑最大化並且減少接收天線818的環匝(例如，繞組)的數量和繞組間電容。

為了向負載850發送功率，來自發射天線714的能量可以被無線地傳播給接收天線818，並且隨後通過接收電路810的剩餘部分耦合到負載850。在一些實施例中，能量測量電路875可以包括圖5的吉爾伯特乘法器單元500和/或圖6的積分器600。能量測量電路875可以確定從發射天線714經由接收天線818接收的功率或能量。如上文關於圖4a-b描述的，能量測量電路875可以確定pru484在與ptu404和/或圖7的ptu704的能量測量電路775確定發送的能量數量大致相同的時間段內吸收的能量(例如，電流和電壓的乘積的積分)。pru484可以經由ble鏈路或其它通信鏈路來向ptu404和/或ptu704發送所確定的經由接收天線818吸收的能量。在一些實施例中，pru484可以向ptu404和/或ptu704發送能量數據(例如，電壓、電流等)，以用於ptu404和/或ptu704確定在pru484處吸收的能量。在其中存在多個pru484的一些實施例中，每個pru484可以向ptu404和/或ptu704發送相應的pru484所吸收的能量。隨後，如上文關於圖7描述的，ptu404和/或ptu704的控制器715和/或能量測量電路875可以至少部分地基於來自一個或多個pru484的能量測量結果，來檢測非順從物體486的存在。

對於更高效的能量傳輸，接收電路810可以向接收天線818提供電阻匹配。為了幫助實現這一點，接收電路810可以包括功率轉換電路806，其用於將接收到的rf能源轉換成供負載850使用的充電功率。

功率轉換電路806可以包括rf到dc轉換器820，其用於將在接收天線818處接收到的rf能量信號整流成具有輸出電壓的非交替功率。rf到dc轉換器820可以是部分或全整流器、調節器、電橋、倍頻器、線性或開關轉換器等。

功率轉換電路806還可以包括dc到dc轉換器822(或其它功率調節器)，其用於將所整流的rf能量信號轉換成與負載850兼容的勢能(例如，電壓)。

接收電路810還可以包括開關電路812，其用於將接收天線818連接到功率轉換電路806或者從功率轉換電路806斷開。將接收天線818從功率轉換電路806斷開可以中止對負載850的充電和/或改變如ptu704所「看見」的「負載」850。

在一些實施例中，ptu705可以要求pru484進行如下的「校準」過程。可以生成pru484功率吸收中的「步驟」，該步驟可以被添加到現有負載。例如，可以通過在dc-dc轉換器822處或者在所整流的輸出處切換電阻式負載來實現該步驟。相應地，pru484和ptu704兩者進行新的測量。假設在整體功率遞送系統中沒有發生其它變化，則ptu704和pru484可以記錄功率相對於先前測量結果的「差值」或變化。與額外功率的實際值無關，只要可以利用足夠的解析度來測量功率的變化，這就將提供效率係數，該效率係數可以用於更好地評估由ptu704遞送的並且與pru484相關聯的總功率。可以順序地完成多個步驟，以便更好地避免在系統中發生由其它變化導致的誤差。

然而，該校準可能不會解釋損耗的額外分量：pru484金屬組件中感應出的熱量以及僅由在ptu704上存在pru484生成的其它損耗。可以通過另一個過程來評估這些損耗：當將pru484放置在ptu704上時，並且在pru484吸收功率之前，ptu704可以將關於整體功率吸收的並且與pru484相關聯的變化記錄成固定的(不是pru484所測量的)損耗。如果同時將多個pru484放置在ptu704上，或者同時放置其它功率吸收物體，則整體功率吸收測量結果的變化可能不會解釋pru484。可以通過pru484提供在「登錄」過程期間提供對這些損耗的「估計」來實現一種管理這種不準確性的可能方式。該方法可能要求pru484的製造商在寄存器中存儲與將pru484放置在主ptu704上相關聯的典型的功率損耗。然後，ptu704製造商可以基於他的與主ptu相比其ptu704如何的知識來可選擇地調整該信息。該方法可以改善與丟失功率算法相關聯的誤差。

當在ptu704充電場中存在多個pru484時，處理器816可以被配置為對一個或多個pru484的加載和卸載進行時分復用(例如，切換)，以使其它pru484能夠更有效地耦合到ptu704。pru484的卸載(此後稱為「掩蔽」或「被掩蔽」)可以消除耦合到其它附近pru484或者減少在附近ptu704上的加載。還可以在發生其它事件時發生掩蔽，例如，檢測到向負載850提供充電功率的外部有線充電源(例如，壁式/usb功率)。卸載和加載之間的切換可以由ptu704檢測。因此，可以以特定速度來執行卸載和加載之間的切換，以作為實現從pru484向ptu704發送消息的協議來起作用。舉例而言，切換速度可以是100微秒的數量級。使用該切換技術，pru484可以被配置為向ptu704發送關於pru484的各種規範，例如，用於ptu704計算ptu704和pru484之間的能量的差值的規範。

在一個示例性實施例中，ptu704和pru484之間的通信指代設備檢測和充電控制機制，而不是常規的雙向通信(例如，在使用耦合場的頻帶信令中)。換句話說，ptu704可以使用所發送的信號的開/關鍵控來調整能量在近場中是否是可用的。pru484可以將能量的這些變化解釋成來自ptu704的消息。從接收機側，pru484可以使用接收天線818的調諧和去調諧來調整正在從場接受多少功率。在一些情況下，可以經由開關電路812來完成調諧和去調諧。ptu704可以檢測來自場的使用的功率的這個差值並且將這些變化解釋成來自pru484的消息。可以使用對發送功率和負載850行為的其它形式的調製。

接收電路810還可以包括信令及信標檢測器電路814，其用於識別可以是從ptu704到pru484的信息性信令的接收能量波動。處理器816可以監測信令及信標檢測器電路，以確定信標狀態並且提取從ptu704發送的消息。此外，信令及信標檢測器電路814可以用於檢測降低的rf信號能量(例如，信標信號)的傳輸。信令及信標檢測器電路814還可以將降低的rf信號能量整流成額定功率，以用於喚醒接收電路810內的無動力的或功率耗盡的電路，以便將接收電路810配置用於無線充電。

圖9示出了用於(圖7的)控制器715確定是否非順從物體(例如，非順從物體或非順從設備486)正在影響充電區域(如上文關於圖7描述的)的示例性方法的流程圖900。在框902處，當ptu704在對一個或多個pru(例如，pru484)進行充電時，控制器715開始該方法。在框904處，控制器715確定ptu704在一時間段內所傳輸的能量。在框906處，控制器從pru484接收每個pru484在大致相同的時間段內所吸收的能量。至少部分地通過分別計算ptu704或pru484的電流和功率的積分，控制器715可以確定傳輸的能量，以及pru484可以確定吸收的能量，如上文參照圖5和6描述的。在框908處，控制器715可以將ptu704所傳輸的總能量與從每個pru484吸收的能量的總和進行比較，並且確定差值是否滿足用於可接受能量損耗額的門限。如果不能滿足，則控制器715在框916中繼續對pru484進行充電，並且然後返回到框904。如果差值確實超過門限，則在框910處，控制器715確定存在非順從物體486。隨後在框912處，控制器715採取保護動作。在一些實施例中，保護動作可以包括控制器715關閉去往ptu704的功率。在另一個實施例中，ptu704可以替代地或另外地調整功率水平和/或改變從ptu704到pru484的功率的傳輸的狀態，而不是簡單地關閉功率。該方法在框914處結束。

上文描述的方法的各種操作可以由能夠執行操作的任何適當單元(諸如各種硬體和/或軟體組件、電路和/或模塊)來執行。通常，附圖中示出的任何操作可以由能夠執行這些操作的相應的功能單元來執行。例如，用於發送功率的單元可以分別包括上文圖1、2、7和3的發射天線114、214、714或發送或接收天線352。另外，用於從一個或多個可充電設備接收該一個或多個可充電設備在第一時間段內所接收的第一能量數量的測量結果的單元可以分別包括上文圖1、2、8和3的接收天線118、218、818或發送或接收天線352。此外，用於測量發送單元在第二時間段內所提供的第二能量數量的單元可以包括圖7的控制器715或能量測量電路775。此外，用於確定是否除一個或多個可充電設備的物體正在吸收功率的單元可以包括圖7的控制器715或能量測量電路775。

信息和信號可以使用多種不同的工藝和技術中的任何一種來表示。例如，遍及以上描述所提及的數據、指令、命令、信息、信號、比特、符號和碼片可以由電壓、電流、電磁波、磁場或粒子、光場或粒子或者其任意組合來表示。

結合本文所公開的實施例描述的各種說明性的邏輯框、模塊、電路和算法步驟可以實現為電子硬體、計算機軟體或二者的組合。為了清楚地說明硬體和軟體的這種互換性，上文圍繞各種說明性的組件、框、模塊、電路和步驟的功能，已經對它們進行了一般性描述。至於這樣的功能是實現為硬體還是軟體，取決於特定的應用以及施加在整個系統上的設計約束。可以針對各特定的應用，以變通的方式來實現所描述的功能，但是這樣的實現決策不應當被解釋為引起脫離本發明的實施例的範圍。

結合本文所公開的實施例描述的各種說明性的框、模塊和電路可以利用被設計為執行本文描述的功能的通用處理器、數位訊號處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、現場可編程門陣列(fpga)或其它可編程邏輯器件、分立門或者電晶體邏輯器件、分立硬體組件或者其任意組合來實現或執行。通用處理器可以是微處理器，但是在替代的方式中，處理器可以是任何常規的處理器、控制器、微控制器或者狀態機。處理器也可以被實現為計算設備的組合，例如，dsp和微處理器的組合、多個微處理器、一個或多個微處理器與dsp內核的結合，或者任何其它這樣的配置。

結合本文所公開的實施例所描述的方法或算法的步驟和功能可以直接地體現在硬體中，在由處理器執行的軟體單元中或者在二者的組合中。如果在軟體中實現，則所述功能可以作為一個或多個指令或代碼存儲在有形的非暫時性計算機可讀介質中或者通過其進行傳輸。軟體模塊可以存在於隨機存取存儲器(ram)、快閃記憶體、只讀存儲器(rom)、電可編程rom(eprom)、電可擦除可編程rom(eeprom)、寄存器、硬碟、可移動盤、cd-rom或本領域中已知的任何其它形式的存儲介質中。將存儲介質耦合到處理器，以使處理器可以從存儲介質讀取信息，以及向存儲介質寫入信息。在代替的方式中，可以將存儲介質整合到處理器中。如本文所使用的，磁碟和光碟包括壓縮光碟(cd)、雷射光碟、光碟、數字多功能光碟(dvd)、軟盤和藍光光碟，其中磁碟通常磁性地複製數據，而光碟則利用雷射來光學地複製數據。上述的組合也應當包括在計算機可讀介質的範圍內。處理器和存儲介質可以存在於asic中。

為了概述本公開內容的目的，本文已經描述了本發明的某些方面、優勢和新穎性特徵。應當理解的是，不是所有這些優勢都必須根據本發明的任何特定實施例是可以實現的。因此，本發明可以以實現或優化如本文教導的一個優勢或一組優勢的方式來體現或執行，而不必實現如可以在本文中教導或建議的其它優勢。

對上文描述的實施例的各種修改將是顯而易見的，以及在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，本文所定義的通用原則可以應用到其它實施例中。因此，本發明不旨在受限於本文示出的實施例，而是要符合與本文所公開的原則和新穎性特徵相一致的最寬的範圍。