可變無線功率發射的製作方法

2024-02-14 03:57:15

專利名稱：可變無線功率發射的製作方法
技術領域：
本發明大體上涉及無線功率，且更具體來說，涉及一種經配置以在各種充電模式中操作的無線功率充電裝置。
背景技術：
通常，每一電池供電裝置需要其自身的充電器和電源(其通常為AC電源插座)。 當許多裝置需要充電時，此變得難以使用。正開發在發射器與待充電的裝置之間使用空中功率發射的方法。這些方法通常落入兩個類別中。一個類別是基於發射天線與待充電的裝置上的接收天線之間的平面波輻射 (還稱作遠場輻射)的耦合，所述待充電的裝置收集所輻射功率且對其整流以用於對電池進行充電。天線通常具有諧振長度以便改進耦合效率。此方法遭受以下事實功率耦合隨著天線之間的距離增加而快速衰退。因此，越過合理距離(例如，> 1米到2米)來充電變得困難。另外，由於系統輻射平面波，所以如果未經由濾波來進行適當控制，則無意的輻射可幹擾其它系統。其它方法是基於嵌入於(例如)「充電」墊或表面中的發射天線與嵌入於待充電的主機裝置中的接收天線加上整流電路之間的電感性耦合。此方法具有以下缺點發射天線與接收天線之間的間隔必須非常接近(例如，幾毫米)。儘管此方法確實具有對相同區域中的多個裝置同時進行充電的能力，但此區域通常較小，因此用戶必須將所述裝置定位到特定區域。所屬領域的技術人員應理解，歸因於寬鬆耦合，無線充電器可能不能夠向可攜式計算裝置(例如，上網本)的電池提供足夠電流以在合理時間內對電池進行充電。此外，提供足夠充電可能需要在寬鬆耦合系統中提供極高場，此情形可能不滿足特定吸收率(SAR) 要求。需要一種無線充電裝置，其經配置以針對寬鬆耦合系統在第一模式中以無線方式提供功率且針對緊密耦合系統在第二不同模式中以無線方式提供功率。

發明內容


圖1展示無線功率傳遞系統的簡化方框圖。
圖2展示無線功率傳遞系統的簡化示意圖。圖3說明用於本發明的示範性實施例中的環形天線的示意圖。圖4為根據本發明的示範性實施例的發射器的簡化方框圖。圖5為根據本發明的示範性實施例的接收器的簡化方框圖。圖6展示發射電路的用於執行發射器與接收器之間的消息接發的一部分的簡化示意圖。圖7說明根據本發明的一示範性實施例的無線功率發射系統中的發射器與接收器的接近耦合。圖8說明根據一示範性實施例的無線功率發射系統中的發射器與接收器的鄰近華禹合。圖9為根據本發明的一示範性實施例的無線充電裝置的方框圖。圖10為根據本發明的一示範性實施例的具有至少一個發射天線的無線充電裝置的說明。圖11為根據本發明的一示範性實施例的定位於無線充電裝置上的可充電裝置的說明。圖12說明根據本發明的一示範性實施例的定位於無線充電裝置上的多個可充電
直ο圖13說明根據本發明的一示範性實施例的定位於另一可充電裝置上的多個可充電裝置，所述另一可充電裝置定位於無線充電裝置上。圖14為說明根據本發明的一示範性實施例的方法的流程圖。
具體實施例方式下文結合附圖所陳述的詳細描述意欲作為對本發明的示範性實施例的描述，且無意表示可實踐本發明的僅有實施例。在整個此描述中所使用的術語「示範性」是指「用作一實例、例子或說明」，且應沒有必要被解釋為比其它示範性實施例優選或有利。所述詳細描述出於提供對本發明的示範性實施例的徹底理解的目的而包括特定細節。所屬領域的技術人員將容易明白，可在無這些特定細節的情況下實踐本發明的示範性實施例。在一些例子中，以方框圖形式展示眾所周知的結構和裝置，以便避免使本文中所呈現的示範性實施例的新穎性模糊不清。在本文中使用詞語「無線功率」以指在不使用物理電導體的情況下在發射器與接收器之間發射的與電場、磁場、電磁場或其它物相關聯的任何形式的能量。圖1說明根據本發明的各種示範性實施例的無線發射或充電系統100。將輸入功率102提供到發射器104以用於產生用於提供能量傳遞的輻射場106。接收器108耦合到輻射場106，且產生輸出功率110以供耦合到輸出功率110的裝置(未圖示)存儲或消耗。 發射器104與接收器108兩者相隔一距離112。在一個示範性實施例中，根據相互諧振關係來配置發射器104與接收器108，且當接收器108位於輻射場106的「近場」中時，當接收器108的諧振頻率與發射器104的諧振頻率非常接近時，發射器104與接收器108之間的發射損耗為最小。發射器104進一步包括用於提供用於能量發射的裝置的發射天線114，且接收器108進一步包括用於提供用於能量接收的裝置的接收天線118。根據應用和將與其相關聯的裝置來設計發射天線和接收天線的大小。如所陳述，通過將發射天線的近場中的大部分能量耦合到接收天線而非以電磁波形式將大部分能量傳播到遠場而進行有效能量傳遞。當處於此近場中時，可在發射天線114與接收天線118之間形成耦合模式。天線114和118 周圍的可發生此近場耦合的區域在本文中稱作耦合模式區。圖2展示無線功率傳遞系統的簡化示意圖。發射器104包括振蕩器122、功率放大器124以及濾波器和匹配電路126。所述振蕩器經配置以在所要頻率下產生信號，所述所要頻率可響應於調整信號123來調整。振蕩器信號可由功率放大器124以響應於控制信號 125的放大量來放大。可包括濾波器和匹配電路126以濾除諧波或其它非所要的頻率且使發射器104的阻抗與發射天線114匹配。接收器108可包括匹配電路132以及整流器和切換電路134以產生DC功率輸出來對電池136(如圖2中所展示)進行充電或向耦合到接收器的裝置(未圖示)供電。可包括匹配電路132以使接收器108的阻抗與接收天線118匹配。接收器108與發射器104 可在單獨通信信道119(例如，藍牙、zigbee、蜂窩式等)上通信。如圖3中所說明，示範性實施例中所使用的天線可經配置為「環形」天線150，其在本文中還可稱作「磁性」天線。環形天線可經配置以包括空氣芯或物理芯(例如，鐵氧體芯)。空氣芯環形天線可能更可容許放置於所述芯附近的外來物理裝置。此外，空氣芯環形天線允許其它組件放置於芯區域內。另外，空氣芯環可更容易實現接收天線118(圖2)在發射天線114(圖幻的平面內的放置，在所述平面中，發射天線114(圖幻的耦合模式區可更強大。如所陳述，在發射器104與接收器108之間的匹配或幾乎匹配的諧振期間發生發射器104與接收器108之間的有效能量傳遞。然而，甚至當發射器104與接收器108之間的諧振不匹配時，也可傳遞能量，但效率可能受到影響。通過將來自發射天線的近場的能量耦合到駐留於建立了此近場的鄰域中的接收天線而非將能量從發射天線傳播到自由空間中而發生能量的傳遞。環形天線或磁性天線的諧振頻率是基於電感和電容。環形天線中的電感一般僅為由所述環形產生的電感，而一般將電容添加到環形天線的電感以在所要諧振頻率下產生諧振結構。作為非限制性實例，可將電容器152和電容器IM添加到天線以產生產生諧振信號 156的諧振電路。因此，對於較大直徑的環形天線來說，誘發諧振所需的電容的大小隨著環形天線的直徑或電感增加而減小。此外，隨著環形天線或磁性天線的直徑增加，近場的有效能量傳遞區域增加。當然，其它諧振電路是可能的。作為另一非限制性實例，電容器可並聯地放置於環形天線的兩個端子之間。另外，所屬領域的技術人員將認識到，對於發射天線， 諧振信號156可為到環形天線150的輸入。圖4為根據本發明的一示範性實施例的發射器200的簡化方框圖。發射器200包括發射電路202和發射天線204。通常，發射電路202通過提供振蕩信號將RF功率提供到發射天線204，所述振蕩信號導致在發射天線204周圍產生近場能量。應注意，發射器200 可在任何合適頻率下操作。舉例來說，發射器200可在13.56MHz ISM頻帶下操作。示範性發射電路202包括固定阻抗匹配電路206，其用於將發射電路202的阻抗 (例如，50歐姆)與發射天線204匹配；以及低通濾波器(LPF) 208，其經配置以將諧波發射減少到防止耦合到接收器108(圖1)的裝置的自幹擾的水平。其它示範性實施例可包括不同濾波器拓撲(包括(但不限於)使特定頻率衰減同時使其它頻率通過的陷波濾波器)，且可包括自適應阻抗匹配，其可基於可測量的發射度量(例如，到天線的輸出功率或由功率放大器汲取的DC電流)而變化。發射電路202進一步包括功率放大器210，其經配置以驅動如由振蕩器212確定的RF信號。發射電路可包含離散裝置或電路，或者可包含集成組合件。來自發射天線204的示範性RF功率輸出可為約2. 5瓦。發射電路202進一步包括控制器214，控制器214用於在針對特定接收器的發射階段(或工作循環)期間啟用振蕩器212，以用於調整所述振蕩器的頻率或相位，且用於調整輸出功率水平來實施用於經由相鄰裝置所附接的接收器與相鄰裝置交互的通信協議。發射電路202可進一步包括負載感測電路216，其用於檢測在由發射天線204產生的近場附近的有效接收器的存在或不存在。舉例來說，負載感測電路216監視流動到功率放大器210的電流，所述電流受在由發射天線204產生的近場附近的有效接收器的存在或不存在影響。由控制器214監視對功率放大器210上的加載的改變的檢測，以用於確定是否啟用振蕩器212來用於發射能量並與有效接收器通信。發射天線204可用絞合線來實施或實施為天線帶，其具有經選擇以使電阻性損耗保持較低的厚度、寬度和金屬類型。在常規實施方案中，發射天線204可一般經配置以與較大結構(例如，桌子、墊子、燈或其它較不便攜的配置)相關聯。因此，發射天線204—般將不需要「若干匝」以便具有實用尺寸。發射天線204的示範性實施方案可為「電學上較小的」(即，波長的分數)且經調諧以通過使用電容器界定諧振頻率而在較低的可用頻率下諧振。在發射天線204相對於接收天線來說在直徑上或邊長上(如果為正方形環)可能較大 (例如，0. 50米)的示範性應用中，發射天線204將不一定需要大量匝來獲得合理電容。發射器200可搜集和追蹤關於可與發射器200相關聯的接收器裝置的行蹤和狀態的信息。因此，發射器電路202可包括連接到控制器214(在本文中還稱作處理器)的存在檢測器觀0、封閉檢測器四0，或其組合。控制器214可響應於來自存在檢測器280和封閉檢測器290的存在信號而調整由放大器210遞送的功率的量。發射器可經由許多電源接收功率，所述電源例如為用以轉換存在於建築物中的常規AC功率的AC-DC轉換器(未圖示)、 用以將常規DC電源轉換成適合於發射器200的電壓的DC-DC轉換器(未圖示)，或發射器可直接從常規DC電源(未圖示)接收功率。作為一非限制性實例，存在檢測器280可為運動檢測器，其用以感測插入到發射器的覆蓋區域中的待充電的裝置的初始存在。在檢測後，可開啟發射器且可使用由裝置接收的RF功率來以預定方式切換Rx裝置上的開關，其又導致發射器的驅動點阻抗的改變。作為另一非限制性實例，存在檢測器280可為檢測器，其能夠(例如)通過紅外線檢測、運動檢測或其它合適手段來檢測人類。在一些示範性實施例中，可能存在限制發射天線可在特定頻率下發射的功率的量的規章。在一些情況下，這些規章有意保護人類免受電磁輻射影響。然而，可能存在發射天線放置於人類未佔用的或人類不經常佔用的區域(例如，車庫、廠區、車間，等)中的環境。如果這些環境沒有人類，則可能可準許將發射天線的功率輸出增加到正常功率約束規章以上。換句話說，控制器214可響應於人類存在而將發射天線204的功率輸出調整到管制水平或更低水平，且當人類在距發射天線204的電磁場管制距離之外時，將發射天線204的功率輸出調整到高於管制水平的水平。
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作為一非限制性實例，封閉檢測器四0(在本文中還可稱作封閉隔間檢測器或封閉空間檢測器)可為例如感測開關的裝置，以用於確定外罩何時處於閉合或打開狀態中。 當發射器在處於封閉狀態的外罩中時，可增加發射器的功率水平。在示範性實施例中，可使用發射器200藉以不會無限地保持開啟的方法。在此情況下，發射器200可經編程以在用戶確定的時間量後關閉。此特徵防止發射器200 (尤其是功率放大器210)在其周邊的無線裝置充滿後長時間運行。此事件可能歸因於用以檢測從中繼器或接收線圈發送的指示裝置充滿的信號的電路的故障。為了防止發射器200在另一裝置放置於其周邊時自動關閉，可僅在檢測到其周邊缺少運動的設定周期後啟動發射器 200自動關閉特徵。用戶可能夠確定不活動時間間隔，且在需要時改變所述不活動時間間隔。作為一非限制性實例，所述時間間隔可比在假定特定類型的無線裝置最初完全放電的情況下充滿所述裝置所需的時間間隔長。圖5為根據本發明的示範性實施例的接收器300的簡化方框圖。接收器300包括接收電路302和接收天線304。接收器300進一步耦合到裝置350以用於將所接收的功率提供到裝置350。應注意，將接收器300說明為在裝置350外部，但其可集成到裝置350中。 通常，能量無線地傳播到接收天線304且接著經由接收電路302而耦合到裝置350。接收天線304經調諧以在與發射天線204(圖4)的頻率相同的頻率下或在指定頻率範圍內諧振。接收天線304可與發射天線204類似地設計尺寸，或可基於相關聯裝置350 的尺寸來不同地設計大小。舉例來說，裝置350可為具有比發射天線204的直徑或長度小的直徑或長度尺寸的可攜式電子裝置。在此種實例中，可將接收天線304實施為多匝天線， 以便減小調諧電容器(未圖示)的電容值且增加接收天線的阻抗。舉例來說，接收天線304 可放置於裝置350的實質性圓周周圍，以便使天線直徑最大化並減少接收天線的環匝(即， 繞組)的數目和繞組間電容。接收電路302提供與接收天線304的阻抗匹配。接收電路302包括功率轉換電路 306，其用於將所接收的RF能源轉換成供裝置350使用的充電功率。功率轉換電路306包括RF-DC轉換器308且還可包括DC-DC轉換器310。RF-DC轉換器308將在接收天線304 處所接收的RF能量信號整流成非交變功率，而DC-DC轉換器310將經整流的RF能量信號轉換成與裝置350兼容的能量電位(例如，電壓)。預期各種RF-DC轉換器，包括部分和全整流器、調節器、橋接器、倍增器以及線性和切換轉換器。接收電路302可進一步包括切換電路312，以用於將接收天線304連接到功率轉換電路306或者用於斷開功率轉換電路306。將接收天線304與功率轉換電路306斷開不僅中止對裝置350的充電，而且還改變發射器200(圖2、所「看到」的「負載」。如上文所揭示，發射器200包括負載感測電路216，負載感測電路216檢測提供到發射器功率放大器210的偏置電流的波動。因此，發射器200具有用於確定接收器何時存在於發射器的近場中的機制。當多個接收器300存在於發射器的近場中時，可能需要對一個或一個以上接收器的加載和卸載進行時間多路復用以使其它接收器能夠更有效地耦合到發射器。還可遮蓋一接收器以便消除到其它附近接收器的耦合或減少附近發射器上的加載。接收器的此「卸載」 在本文中還稱為「遮蓋」。此外，如下文更完全地解釋，由接收器300控制且由發射器200檢測的卸載與加載之間的此切換提供從接收器300到發射器200的通信機制。另外，一協議可與所述切換相關聯，所述協議使得能夠將消息從接收器300發送到發射器200。舉例來說，切換速度可為約100微秒。在一示範性實施例中，發射器與接收器之間的通信涉及裝置感測和充電控制機制而非常規雙向通信。換句話說，發射器可使用所發射信號的開/關鍵控，以調整近場中的能量是否可用。接收器將這些能量改變解譯為來自發射器的消息。從接收器側，接收器可使用接收天線的調諧與解諧來調整正從近場接受多少功率。發射器可檢測來自近場的所使用的功率的此差異，且將這些改變解譯為來自接收器的消息。應注意，可利用發射功率和負載行為的其它形式的調製。接收電路302可進一步包括用以識別所接收的能量波動的信令檢測器和信標電路314，所述能量波動可對應於從發射器到接收器的信息性信令。此外，信令和信標電路 314還可用以檢測減少的RF信號能量(S卩，信標信號)的發射並將所述減少的RF信號能量整流成標稱功率，以用於喚醒接收電路302內的未供電或功率耗盡的電路，以便配置接收電路302來用於無線充電。接收電路302進一步包括處理器316，以用於協調本文中所描述的接收器300的處理(包括對本文中所描述的切換電路312的控制)。還可在其它事件(包括檢測到將充電功率提供到裝置350的外部有線充電源(例如，壁式/USB功率))發生後即刻發生對接收器300的遮蓋。除了控制對接收器的遮蓋外，處理器316還可監視信標電路314以確定信標狀態並提取從發射器發送的消息。處理器316還可調整DC-DC轉換器310以獲得改進的性能。圖6展示發射電路的用於執行發射器與接收器之間的消息接發的一部分的簡化示意圖。在本發明的一些示範性實施例中，可在發射器與接收器之間啟用用於通信的裝置。 在圖6中，功率放大器210驅動發射天線204以產生輻射場。功率放大器由載波信號220 驅動，載波信號220在發射天線204的所要頻率下振蕩。發射調製信號2M用以控制功率放大器210的輸出。發射電路可通過使用功率放大器210上的開/關鍵控過程來向接收器發送信號。 換句話說，當斷言發射調製信號2M時，功率放大器210將在發射天線204上向外驅動載波信號220的頻率。當取消發射調製信號224時，功率放大器將不在發射天線204上向外驅動任何頻率。應注意，其它類型的調製可在本發明的範圍內。圖6的發射電路還包括負載感測電路216，其將功率供應到功率放大器210且產生接收信號235輸出。在負載感測電路216中，電阻器Rs上的電壓降形成於功率入信號2 與到功率放大器210的功率供應2 之間。由功率放大器210消耗的電流的任何改變將導致電壓降的改變，電壓降的改變將由差動放大器230放大。當發射天線處於與接收器(圖6 中未展示)中的接收天線的耦合模式中時，由功率放大器210汲取的電流的量將改變。換句話說，如果發射天線204不存在耦合模式諧振，則驅動輻射場所需的功率將為第一量。如果存在耦合模式諧振，則由功率放大器210消耗的功率的量將上升(因為大量功率正耦合到接收天線中)。因此，接收信號235可指示耦合到發射天線235的接收天線的存在且還可檢測從接收天線發送的信號。另外，將可在發射器的功率放大器電流汲取中觀察到接收器電流汲取的改變，且此改變可用以檢測來自接收天線的信號。應注意，可實施其它電路以檢測由接收天線和相關聯的電路的行為呈現的負載變化。
本文中所揭示的各種示範性實施例識別基於不同功率轉換方法的不同耦合變體， 和包括裝置定位靈活性(例如，在實際上零距離下針對充電墊解決方案的緊密「接近」耦合，或針對短程無線功率解決方案的「鄰近」稱合)的發射範圍。視天線的大小而定，緊密接近耦合應用(即，強力耦合狀態，耦合因子通常為k > 0. 1)在通常為大約數毫米或數釐米的短距離或極短距離內提供能量傳遞。視天線的大小而定，鄰近耦合應用(即，寬鬆耦合狀態，耦合因子通常為k < 0. 1)在通常在IOcm到ail的範圍內的距離內以相對較低的效率提供能量傳遞。雖然發射器與接收器之間的「鄰近」耦合可提供較低效率的能量傳遞，但「鄰近」耦合在接收器(裝置附接到接收器)相對於發射器天線的定位方面提供靈活性。如本文中所描述，「接近」耦合和「鄰近」耦合可能需要不同匹配方法以使電源/接收器適應於天線/耦合網絡。此外，各種示範性實施例提供針對LF應用和HF應用兩者以及針對發射器和接收器的系統參數、設計目標、實施變體和規格。這些參數和規格中的一些可(例如)視需要而變化，以與特定功率轉換方法更好地匹配。圖7說明根據一示範性實施例的發射天線與接收天線之間的第一耦合變體的功能方框圖。圖7的耦合變體350說明「鄰近」耦合變體，且可用以耦合到用於「鄰近」耦合的高Q振蕩迴路電路。耦合變體350變換阻抗以與功率轉換電路匹配，從而導致改進的或高的傳遞效率。具體來說，耦合變體350包括發射天線352，其經配置以在諧振頻率下諧振； 以及接收天線354，其經配置以在相同諧振頻率下或在所述諧振頻率的指定範圍內的頻率下諧振。發射天線352包括高Q振蕩迴路諧振器356，高Q振蕩迴路諧振器356包括電容器 C1和電感器Lp接收天線3M包括高Q振蕩迴路諧振器358，高Q振蕩迴路諧振器358包括電容器(2和電感器L2。視天線的大小而定，鄰近耦合應用(即，寬鬆耦合狀態，其中耦合因子通常為k 0. 1)在通常為大約數毫米或數釐米的短距離或極短距離d內提供能量傳遞。通常，通過確定最佳負載電阻來改進根據諧振感應的無線功率傳遞，從而針對給定天線參數(例如，無載Q因子、L-C比率和發射器電源阻抗)產生最大化的傳遞效率。最佳負載視耦合因子k而定。相反，存在最佳接收L-C比率或負載變換，從而針對給定負載電阻最大化效率。本發明的示範性實施例涉及一種無線充電裝置，其經配置以在多個充電模式中的一者中操作，同時維持與FCC/SAR規章的兼容性。無線充電裝置可經配置以向緊密耦合系統中的大負載(例如，膝上型計算機)提供功率，或向寬鬆耦合系統中的一個或一個以上較小負載(例如，行動電話或媒體播放器)提供功率。無線充電裝置可包括至少一個無線功率發射器，其經配置以在相關聯的近場區內發射無線功率。根據一個示範性實施例，至少一個無線功率發射器可經配置以視定位於相關聯的充電區內的一個或一個以上可充電裝置的類型而變化以無線方式從其發射的功率量。更具體來說，無線功率發射器可經配置以用於高容量電池(例如，膝上型計算機(例如， 上網本或智能本)的電池)的專用(即，1對1)高功率充電。以另一方式陳述，無線功率發射器可經配置以向單一裝置發射相對高電平的功率，所述單一裝置與無線充電裝置形成緊密耦合系統(即，接近耦合)。此外，無線功率發射器可經配置以用於一個或一個以上(例如，1到許多)低容量電池(例如，行動電話或媒體播放器的電池)的低功率充電。以另一方式陳述，無線充電裝置可經配置以向一個或一個以上裝置發射相對低電平的功率，所述一個或一個以上裝置與無線充電裝置形成寬鬆耦合系統(即，鄰近耦合)。所屬領域的技術人員應了解，例如(僅舉例來說)蜂窩式電話或可攜式媒體播放器的相對低功率裝置的可充電電池可能需要大約2瓦到3瓦的功率以用於適當充電。另一方面，例如膝上型計算機的相對高功率裝置的可充電電池可能需要大約60瓦的功率以用於適當充電。因此，與向寬鬆耦合系統中的一個或一個以上小裝置發射適當量的功率相比， 以無線方式向寬鬆耦合系統中的相對高功率裝置發射適當量的功率可導致較大功率損耗。 此外，雖然寬鬆耦合系統與緊密耦合系統相比可展現出較高百分比的損耗，但如果在寬鬆耦合系統中所發射的功率的量相對低(例如，2瓦到3瓦)，則所損耗的功率的量還可相對低。相反，如果在寬鬆耦合系統中所發射的功率的量相對高(例如，60瓦)，則所損耗的功率的量也可相對高。圖9為包括發射器(例如，圖4的發射器200)和至少一個相關聯的發射天線702 的無線充電裝置700的方框圖。僅舉例來說，無線充電裝置700可包含充電盤、充電墊、對接臺或其任何組合。應注意，如本文中所使用的術語「高功率裝置」包含如下裝置與可能需要(僅舉例來說)2瓦到3瓦的功率以進行充電的低功率裝置(例如(僅舉例來說)，蜂窩式電話、藍牙耳機或可攜式媒體播放器)相比，所述裝置需要相對高的功率量(例如，60 瓦)以進行充電。此外，高功率裝置可包含接收天線，其具有實質上類似於無線充電裝置 700的發射天線702的尺寸的尺寸。此外，如本文中所使用，術語「低功率裝置」(例如，相對於高功率裝置需要低功率(例如，2瓦到3瓦)以進行充電的裝置)可包含具有接收天線的裝置，接收天線具有實質上比無線充電裝置700的發射天線702的尺寸小的尺寸。如下文更充分地所描述，視定位於無線充電裝置700的相關聯的充電區內的一個或一個以上可充電裝置的類型而定，無線充電裝置700可經配置以調整從其發射的功率的量。更具體來說，無線充電裝置700可經配置以在緊密耦合系統(S卩，接近耦合)中以一功率電平發射功率，且在寬鬆耦合系統(即，鄰近耦合)中以另一較小功率電平發射功率。以另一方式陳述，如果一個或一個以上相對低功率裝置(例如，一個或一個以上行動電話)定位於無線充電裝置700的充電區內(例如，定位於無線充電裝置700的表面上)，則無線充電裝置700可經配置以發射相對小量的功率(例如，每主動地接收功率的裝置為2瓦到3 瓦)。相反，如果大裝置(例如，膝上型計算機)定位於無線充電裝置700的充電區內，則無線充電裝置700可經配置以發射某一量的功率(例如，60瓦)，所述量與在一個或一個以上小裝置定位於充電區內時所發射的功率的量相比相對高。功率的量的此改變可由700主動地控制，或可由一個或一個以上可充電裝置向無線充電裝置700所呈現的特性阻抗自動地獲得。
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圖10為無線充電裝置700的另一說明。如圖10所說明，無線充電裝置700包括表面704以用於放置大型可充電裝置(例如，膝上型計算機)或一個或一個以上小型可充電裝置(例如，蜂窩式電話、媒體播放器或相機)。如下文更充分地所描述，根據本發明的一示範性實施例，無線充電裝置700可經配置以執行負載分析來確定哪一類型或哪些類型的可充電裝置定位於相關聯的近場區內。 以另一方式陳述，無線充電裝置700可經配置以分析定位於相關聯的近場區內的接收天線對相關聯的發射器的負載效應(即，存在相對大的負載還是存在相對小的負載)。負載分析可使無線充電裝置700能夠確定是否與定位於相關聯的近場區內的相對大裝置形成緊密耦合系統，或是否形成具有定位於相關聯的近場區內的一個或一個以上相對小裝置的寬鬆耦合系統。根據另一示範性實施例，定位於無線充電裝置700的近場區內的可充電裝置可將其存在和其「類型」(即，可充電裝置是否為形成緊密耦合系統的相對高功率裝置(例如，膝上型計算機)，或其是否為形成寬鬆耦合系統的相對低功率裝置(例如，行動電話)) 傳送到無線充電裝置700。此外，響應於確定存在相對高功率裝置且形成緊密耦合系統，無線充電裝置700 可允許發射適當量的功率(60瓦)以對相對高功率裝置進行充電。類似地，響應於確定存在一個或一個以上相對低功率裝置且形成寬鬆耦合系統，無線充電裝置700可發射適當量的功率(例如，2瓦到3瓦)以對一個或一個以上相對低功率裝置進行充電。此外，應注意， 無線充電裝置700可修改驅動相關聯的發射天線的方式以優化從相關聯的發射天線到定位於相關聯的充電區內的一個或一個以上裝置的功率發射。圖11描繪定位於無線充電裝置700上的裝置910，其可包含(例如)膝上型計算機。裝置910可包括接收器(圖11中未展示；參看(例如)圖5的接收器300)和至少一個相關聯的接收天線(圖11中也未展示；參看(例如)圖5的接收天線304)。如上文所述，相對高功率裝置(例如，例如裝置910的膝上型計算機)可能需要相對大量的功率(例如，60瓦)以用於足夠充電。因此，裝置910應經定位成鄰近於無線充電裝置700以使裝置 910的接收天線能夠經定位成鄰近於發射天線702，且結果，可存在緊密耦合系統。根據一個示範性實施例，無線充電裝置700可經配置以使相關聯的發射天線702 能夠與相對高功率裝置(例如，膝上型計算機)的接收天線實質上對準。所屬領域的技術人員應了解，使發射天線702與相對高功率裝置的接收天線實質上對準可實現緊密耦合系統(即，接近耦合)。僅舉例來說，無線充電裝置700可包括一個或一個以上對準裝置(例如，一個或一個以上溝槽、一個或一個以上託架，或其任何組合)，其經配置以輔助裝置用戶使發射天線702與特定相對高功率裝置的接收天線實質上對準。更具體來說，作為一個實例，無線充電裝置700可包括一個或一個以上對準裝置913，一個或一個以上對準裝置913 經配置以用於將裝置910定位於表面704上以使發射天線702與裝置910的接收天線實質上對準。作為另一實例，無線充電裝置700可包含對接臺，其經配置以用於使發射天線702 與定位於無線充電裝置700的近場區內的相對高功率裝置的接收天線實質上對準。應注意，無線充電裝置700可包括一個或一個以上對準裝置，待充電裝置(例如，裝置910)可包括一個或一個以上對準裝置，或無線充電裝置700和裝置910兩者可包括一個或一個以上對準裝置以使相應天線能夠實質上對準，且結果，提供緊密耦合系統。應注意，對準裝置(例如，對準裝置913)或對接臺可經配置以檢測定位於無線充電裝置700的近場區內的相對高功率裝置。僅舉例來說，對準裝置913或對接臺可包括一個或一個以上傳感器以檢測定位於無線充電裝置700的近場區內的相對高功率裝置。因此， 無線充電裝置700可經配置以檢測緊密耦合系統。應進一步注意，在無線充電裝置700確定與相對高功率裝置形成緊密耦合系統之後，無線充電裝置700可發射足以對裝置910進行充電的相對大量的功率(例如，60瓦)。應進一步注意，可針對特定裝置910特定地設計和製造無線充電裝置700，或反之亦然。因此，無線充電裝置700和裝置910中的每一者內的天線可經定位成在裝置910定位於無線充電裝置700的充電區內後即刻實質上對準。圖12說明定位於無線充電裝置700的表面704上的多個裝置920。每一裝置920 可包括接收器(圖12中未展示；參看(例如)圖5的接收器300)和至少一個相關聯的接收天線(圖12中也未展示；參看(例如)圖5的接收天線304)。僅舉例來說，裝置920可包含蜂窩式電話、可攜式媒體播放器、相機、遊戲裝置、導航裝置、耳機(例如，藍牙耳機)， 或其任何組合。如上文所述，相對低功率裝置(例如，行動電話)可能需要相對較小量的功率(例如，2瓦到3瓦)以用於足夠充電。所屬領域的技術人員應了解，可與一個或一個以上裝置920形成寬鬆耦合系統，一個或一個以上裝置920可自由地放置於無線充電裝置700 的充電區內。在無線充電裝置700確定與一個或一個以上相對低功率裝置920形成寬鬆耦合系統之後，無線充電裝置700可發射足以對一個或一個以上裝置920進行充電的相對小量的功率(例如，2瓦到3瓦)。圖13描繪定位於無線充電裝置700上的裝置910，如上文所述，裝置910可包含 (例如)膝上型計算機。如上文所述，裝置910可包括接收器(圖11中未展示；參看(例如) 圖5的接收器300)。還如上文所述，裝置910可定位於無線充電裝置700的表面704 (參看圖10)上以使發射天線702能夠與裝置910的接收天線實質上對準，且結果，緊密耦合系統可存在於裝置910與無線充電裝置700之間。在無線充電裝置700確定與相對較高功率裝置910形成緊密耦合系統之後，無線充電裝置700可發射足以對裝置910進行充電的相對大量的功率(例如，60瓦)。此外，圖13還說明定位於裝置910的表面915上的多個裝置920。如上文關於圖 12所述，每一裝置920可包括接收器(圖12中未展示；參看(例如)圖5的接收器300)和至少一個相關聯的接收天線(圖12中也未展示；參看(例如)圖5的接收天線304)。根據一個示範性實施例，天線950可包含轉發器天線。所屬領域的技術人員應理解，在天線950 包含轉發器天線的示範性實施例中，天線950可經配置以充當以無線方式從發射天線702 所發射的功率的中繼器。因此，根據一個示範性實施例，從無線充電裝置700發射到緊密耦合系統中的裝置910的無線功率可從裝置910轉發(即，重新發射)到寬鬆耦合系統中的裝置920。根據另一實施例，裝置910可包括接收天線(例如，圖5的接收天線300)和天線 950，天線950經配置成以無線方式將功率從裝置910發射到定位於相關聯的近場內的一個或一個以上可充電裝置(例如，裝置920)。因此，根據一個示範性實施例，裝置910可以無線方式將功率發射到寬鬆耦合系統中的一個或一個以上裝置920。在無線充電裝置700確定與一個或一個以上相對低功率裝置920形成寬鬆耦合系統之後，無線充電裝置700可發射足以對一個或一個以上裝置920進行充電的相對小量的功率(例如，每裝置920為2瓦到3瓦)。應注意，裝置910的天線300可經配置以作為轉發器天線、接收天線或所述兩者進行操作。圖14為說明根據一個或一個以上示範性實施例的方法980的流程圖。方法980可包括在一時間周期期間以第一功率電平將無線功率輸送到一裝置(由數字982描繪)。方法980可進一步包括在另一時間周期期間以第二不同功率電平將無線功率輸送到一個或一個以上其它裝置(由數字984描繪)。所屬領域的技術人員應理解，可使用多種不同技術和技藝中的任一者來表示信息和信號。舉例來說，可通過電壓、電流、電磁波、磁場或磁性粒子、光場或光學粒子或其任何組合來表示可在整個上述描述中所參考的數據、指令、命令、信息、信號、位、符號和碼片。所屬領域的技術人員應進一步了解，結合本文中所揭示的示範性實施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可實施為電子硬體、計算機軟體或兩者的組合。 為了清楚地說明硬體與軟體的此互換性，上文已大體上在其功能性方面描述了各種說明性組件、塊、模塊、電路和步驟。將此功能性實施為硬體還是軟體視特定應用和強加於整個系統的設計約束而定。所屬領域的技術人員可針對每一特定應用以不同方式實施所描述的功能性，但此些實施決策不應被解釋為會導致偏離本發明的示範性實施例的範圍。可用通用處理器、數位訊號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或電晶體邏輯、離散硬體組件或其經設計以執行本文中所描述的功能的任何組合來實施或執行結合本文中所揭示的示範性實施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊和電路。通用處理器可為微處理器，但在替代方案中，處理器可為任何常規的處理器、控制器、微控制器或狀態機。還可將處理器實施為計算裝置的組合， 例如，DSP與微處理器的組合、多個微處理器、結合DSP核心的一個或一個以上微處理器，或任何其它此類配置。結合本文中所揭示的示範性實施例而描述的方法或算法的步驟可直接以硬體、 以由處理器執行的軟體模塊，或以所述兩者的組合來體現。軟體模塊可駐留於隨機存取存儲器(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、可裝卸磁碟、CD-ROM或此項技術中已知的任何其它形式的存儲媒體中。將示範性存儲媒體耦合到處理器，以使得所述處理器可從所述存儲媒體讀取信息， 並可將信息寫入到所述存儲媒體。在替代方案中，存儲媒體可與處理器成一體式。處理器和存儲媒體可駐留於ASIC中。ASIC可駐留於用戶終端中。在替代方案中，處理器和存儲媒體可作為離散組件而駐留於用戶終端中。在一個或一個以上示範性實施例中，可以硬體、軟體、固件或其任何組合來實施所描述的功能。如果以軟體來實施，則可將所述功能作為一個或一個以上指令或代碼而存儲於計算機可讀媒體上或經由計算機可讀媒體進行傳輸。計算機可讀媒體包括計算機存儲媒體與通信媒體兩者，通信媒體包括促進將電腦程式從一處傳遞到另一處的任何媒體。存儲媒體可為可由計算機存取的任何可用媒體。以實例且非限制的方式，此計算機可讀媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光碟存儲裝置、磁碟存儲裝置或其它磁性存儲裝置，或可用於以指令或數據結構的形式載運或存儲所要程序代碼且可由計算機存取的任何其它媒體。而且，適當地將任何連接稱為計算機可讀媒體。舉例來說，如果使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數字訂戶線(DSL)或例如紅外線、無線電和微波等無線技術從網站、伺服器或其它遠程源傳輸軟體，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或例如紅外線、無線電和微波等無線技術包括在媒體的定義中。如本文中所使用，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，其中磁碟通常以磁方式再現數據，而光碟用雷射以光學方式再現數據。上述各者的組合也應包括在計算機可讀媒體的範圍內。
提供對所揭示的示範性實施例的先前描述以使得所屬領域的技術人員能夠製作或使用本發明。所屬領域的技術人員將明白對這些示範性實施例的各種修改，且可在不偏離本發明的精神或範圍的情況下將本文中所界定的一般原理應用於其它實施例。因此，本發明無意限於本文中所展示的示範性實施例，而將賦予本發明與本文中所揭示的原理和新穎特徵一致的最廣範圍。
權利要求
1.一種無線充電裝置，其包含至少一個發射器，其具有相關聯的發射天線；其中所述至少一個發射器經配置以在第一裝置定位於相關聯的充電區內時在第一功率模式中操作，且在一個或一個以上其它裝置定位於所述充電區內時在第二降低功率模式中操作。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述至少一個發射器經配置以在所述第一裝置與所述無線充電裝置形成緊密耦合系統時在所述第一功率模式中操作。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中所述至少一個發射器經配置以在一個或一個以上其它裝置與所述無線充電裝置形成寬鬆耦合系統時在所述第二降低功率模式中操作。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中所述至少一個發射器經配置以檢測定位於相關聯的充電區內的一個或一個以上接收天線的負載效應。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中所述至少一個發射器經配置以基於所述經檢測負載效應、通信裝置和對準裝置中的至少一者來確定是存在與所述一個或一個以上接收天線的寬鬆耦合系統，還是存在與所述一個或一個以上接收天線的緊密耦合系統。
6.根據權利要求1所述的裝置，其中所述第一裝置包含接收天線，所述接收天線具有實質上類似於所述發射天線的尺寸的尺寸。
7.根據權利要求1所述的裝置，其進一步包含對準裝置，所述對準裝置經配置以使所述第一裝置的接收天線能夠與所述至少一個發射器的所述發射天線實質上對準。
8.根據權利要求1所述的裝置，其中所述一個或一個以上其它裝置包含以下各者中的至少一者蜂窩式電話、可攜式媒體播放器、相機、遊戲裝置、導航裝置和耳機。
9.根據權利要求1所述的裝置，其進一步包含充電錶面，所述充電錶面經配置以用於放置所述第一裝置和所述一個或一個以上其它裝置。
10.根據權利要求9所述的裝置，其中所述發射天線經定位成靠近所述充電錶面。
11.根據權利要求1所述的裝置，其中所述無線充電裝置包含以下各者中的至少一者對接臺、充電盤和充電墊。
12.一種方法，其包含在一時間周期期間以第一功率電平將無線功率輸送到一裝置；以及在另一時間周期期間以第二不同功率電平將無線功率輸送到一個或一個以上其它裝置。
13.根據權利要求12所述的方法，其中將無線功率輸送到所述裝置包含將無線功率輸送到膝上型計算機。
14.根據權利要求12所述的方法，其中將無線功率輸送到所述一個或一個以上其它裝置包含將無線功率輸送到以下各者中的至少一者蜂窩式電話、可攜式媒體播放器、相機、 遊戲裝置、導航裝置和耳機。
15.根據權利要求12所述的方法，其進一步包含在以所述第一功率電平將無線功率輸送到所述裝置之前確定所述裝置與無線充電裝置構成緊密耦合系統。
16.根據權利要求12所述的方法，其中確定所述裝置與無線充電裝置構成緊密耦合系統包含以下各者中的至少一者檢測對所述無線充電裝置的負載效應、在所述裝置與所述無線充電裝置之間通信，和用所述無線充電裝置的對準裝置感測所述裝置。
17.根據權利要求12所述的方法，其進一步包含在以第二不同功率電平將無線功率輸送到所述一個或一個以上其它裝置之前確定所述一個或一個以上其它裝置與無線充電裝置構成寬鬆耦合系統。
18.根據權利要求12所述的方法，其中確定所述一個或一個以上其它裝置與無線充電裝置構成寬鬆耦合系統包含以下各者中的至少一者檢測所述一個或一個以上其它裝置與無線充電裝置之間的負載效應，和在所述一個或一個以上其它裝置與所述無線充電裝置之間交換數據。
19.根據權利要求12所述的方法，其進一步包含在以所述第一功率電平將無線功率輸送到所述裝置之前使所述裝置的接收天線與無線充電裝置的發射天線實質上對準。
20.根據權利要求19所述的方法，其中實質上對準包含用耦合到所述無線充電裝置的至少一個對準機構使所述裝置的所述接收天線與所述無線充電裝置的所述發射天線實質上對準。
21.根據權利要求12所述的方法，其中以所述第二不同功率電平將無線功率輸送到所述一個或一個以上其它裝置包含以小於所述第一功率電平的功率電平將無線功率輸送到所述一個或一個以上其它裝置。
22.一種裝置，其包含用於在一時間周期期間以第一功率電平將無線功率輸送到第一裝置的裝置；以及用於在另一時間周期期間以第二不同功率電平將無線功率輸送到一個或一個以上第二裝置的裝置。
全文摘要
示範性實施例針對於可變功率無線功率發射。一種方法可包括在一時間周期期間以第一功率電平將無線功率輸送到裝置。所述方法可進一步包括在另一時間周期期間以第二不同功率電平將無線功率輸送到一個或一個以上其它裝置。
文檔編號H02J17/00GK102598465SQ201080040146
公開日2012年7月18日 申請日期2010年9月10日 優先權日2009年9月10日
發明者弗朗切斯科·卡羅勃蘭特 申請人:高通股份有限公司