用于無線充電的自適應(yīng)電力控制的制作方法
【專利摘要】本申請涉及用于無線充電的自適應(yīng)電力控制。示范性實(shí)施例是針對無線電力傳送。發(fā)射器(202)通過發(fā)射天線產(chǎn)生在諧振頻率下的電磁場，以在所述發(fā)射天線(204)的近場內(nèi)產(chǎn)生耦合模式區(qū)。所述發(fā)射器在遞歸周期的同步部分期間通過開/關(guān)鍵控所述電磁場而界定所述遞歸周期的開始。在所述遞歸周期的電力發(fā)射部分期間，所述發(fā)射器將所述電磁場的部分耦合到所述耦合模式區(qū)內(nèi)的各種接收器裝置的不同接收天線。所述發(fā)射器還確定在所述遞歸周期內(nèi)針對安置于所述耦合模式區(qū)內(nèi)的所述各種接收器裝置的電力分配，且響應(yīng)于從所述接收器裝置接收的電力要求而調(diào)整近場輻射的電力電平。
【專利說明】用于無線充電的自適應(yīng)電力控制
[0001]本申請為發(fā)明名稱為“用于無線充電的自適應(yīng)電力控制”的原中國發(fā)明專利申請的分案申請。原申請的中國申請?zhí)枮?01080005299.X ;原申請的申請日為2010年I月22日，其國際申請?zhí)枮镻CT/US2010/021873。
[0002]枏據(jù)35U.S.C.§ 119主張優(yōu)先權(quán)
[0003]本申請案根據(jù)35U.S.C.§ 119(e)主張以下美國臨時專利申請案的優(yōu)先權(quán):
[0004]2009年I月22日申請的名為“用于無線電力裝置的電力共享(POWER SHARING FORWIRELESS POWER DEVICES) ” 的美國臨時專利申請案 61/146，586。
[0005]2009年2月9日申請的名為“用于無線充電的動態(tài)電力控制方法(DYNAMIC POWERCONTROL METHODOLOGY FOR WIRELESS CHARGING) ” 的美國臨時專利申請案 61/151，156。
[0006]2009年6月3日申請的名為“用于無線充電裝置的自適應(yīng)電力控制(ADAPTIVEPOWER CONTROL FOR WIRELESSLY CHARGING DEVICES) ”的美國臨時專利申請案61/183，907。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0007]本發(fā)明大體來說涉及無線充電，且更具體來說，涉及與將電力分配給可定位于無線電力系統(tǒng)中的接收器裝置有關(guān)的裝置、系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0008]通常，例如無線電子裝置等每一電池供電裝置需要其自己的充電器及電源，所述電源通常為交流電(AC)電力插座。當(dāng)許多裝置需要充電時，此種有線配置變?yōu)槭褂貌槐愕摹?br> [0009]正開發(fā)在發(fā)射器與耦合到待充電的電子裝置的接收器之間使用空中或無線電力發(fā)射的方法。這些方法大體上分成兩類。一類是基于發(fā)射天線與待充電的裝置上的接收天線之間的平面波輻射(也稱為遠(yuǎn)場輻射)的耦合。接收天線收集輻射電力且將其整流以用于對電池充電。天線大體上具有諧振長度以便改善耦合效率。此方法遭遇以下事實(shí):電力耦合隨著天線之間的距離增加而迅速衰退，因此合理距離(例如，小于I到2米)上的充電變得困難。另外，因?yàn)榘l(fā)射系統(tǒng)輻射平面波，所以如果不經(jīng)由濾波進(jìn)行適當(dāng)控制，則無意的輻射可能干擾其它系統(tǒng)。
[0010]用于無線能量發(fā)射技術(shù)的其它方法是基于嵌入于(例如)“充電”墊子或表面中的發(fā)射天線與嵌入于待充電的電子裝置中的接收天線(加上整流電路)之間的電感性耦合。此方法的缺點(diǎn)在于:發(fā)射天線與接收天線之間的間距必須非常接近(例如，在幾毫米內(nèi))。但是此方法不具有同時對相同區(qū)域中的多個裝置充電的能力，此區(qū)域通常非常小且需要用戶準(zhǔn)確地將裝置定位到特定區(qū)域。
[0011]對于許多無線充電系統(tǒng)來說，從源發(fā)射的電力固定到單一電平，因此大體上無法調(diào)整電力電平以適應(yīng)具有不同的最大峰值電力電平的裝置。這限制了可被充電的裝置的類型。另一問題在于:無法依據(jù)裝置的當(dāng)前電池電平來調(diào)整固定的輻射電力電平。這浪費(fèi)了電力，因?yàn)殡S著電池充電，其需要越來越少的電力來完成充電。來自發(fā)射器的未被裝置吸收的輻射電力可增加比吸收率(SAR)電平。固定發(fā)射器電力規(guī)定:對于當(dāng)被充電的裝置具有到發(fā)射器的不良耦合時發(fā)生的最壞狀況，必須滿足SAR要求。因此，具有優(yōu)良耦合的裝置受限于由具有不良耦合的裝置規(guī)定的電力電平，此可導(dǎo)致所述裝置的增加的充電時間。當(dāng)對多個裝置充電時，固定發(fā)射電力暗示相同電力電平必須適用于所有裝置，而不管對于每一裝置來說何種充電電平是最佳的。如較早所敘述，此可導(dǎo)致浪費(fèi)的輻射電力。
[0012]在無線電力發(fā)射的情況下，存在對于用于以變化的電力電平及多路復(fù)用時間來發(fā)射及中繼無線電力以增加電力發(fā)射效率的設(shè)備及方法的需要。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1展示無線電力傳送系統(tǒng)的簡化框圖。
[0014]圖2展示無線電力傳送系統(tǒng)的簡化示意圖。
[0015]圖3展示用于本發(fā)明的示范性實(shí)施例中的環(huán)形天線的示意圖。
[0016]圖4為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的發(fā)射器的簡化框圖。
[0017]圖5為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的接收器的簡化框圖。
[0018]圖6展示發(fā)射電路的用于執(zhí)行發(fā)射器與接收器之間的消息接發(fā)的一部分的簡化示意圖。
[0019]圖7展示發(fā)射電路的用于調(diào)整發(fā)射器的電力電平的一部分的簡化示意圖。
[0020]圖8為可用以為發(fā)射器供應(yīng)電力的AC/DC電力供應(yīng)器的簡化框圖。
[0021]圖9說明驅(qū)動兩個N溝道晶體管以產(chǎn)生同步降壓式轉(zhuǎn)換器的脈寬調(diào)制器(PWM)控制器。
[0022]圖10說明使用微控制器的示范性同步降壓式轉(zhuǎn)換器。
[0023]圖11說明具有發(fā)射天線且包括放置于附近的接收器裝置的主機(jī)裝置。
[0024]圖12A及圖12B為說明用于發(fā)射器與接收器之間的通信及用于電力發(fā)射的消息接發(fā)協(xié)議的簡化時序圖。
[0025]圖13A到圖13C說明具有發(fā)射天線且包括放置于相對于所述發(fā)射天線的各種位置中的接收器裝置的主機(jī)裝置。
[0026]圖14A到圖14G為說明用于將電力遞送到多個接收器裝置的自適應(yīng)電力控制的簡化時序圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]詞語“示范性”在本文中用以意謂“充當(dāng)實(shí)例、例子或說明”。本文中經(jīng)描述為“示范性”的任一實(shí)施例未必解釋為比其它實(shí)施例優(yōu)選或有利。
[0028]下文結(jié)合附加圖式所闡述的詳細(xì)描述意在作為對本發(fā)明的示范性實(shí)施例的描述，且并不意在表示可實(shí)踐本發(fā)明的僅有實(shí)施例。貫穿此描述所使用的術(shù)語“示范性”意謂“用作實(shí)例、例子或說明”，且未必應(yīng)解釋為比其它示范性實(shí)施例優(yōu)選或有利。所述詳細(xì)描述出于提供對本發(fā)明的示范性實(shí)施例的透徹理解的目的而包括特定細(xì)節(jié)。對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將顯而易見，可在無這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明的示范性實(shí)施例。在一些例子中，以框圖形式展示眾所周知的結(jié)構(gòu)及裝置，以便避免混淆本文中所呈現(xiàn)的示范性實(shí)施例的新穎性。
[0029]詞語“無線電力”在本文中用以意謂在不使用物理電磁導(dǎo)體的情況下在從發(fā)射器到接收器之間發(fā)射的與電場、磁場、電磁場或其它者相關(guān)聯(lián)的任何形式的能量。
[0030]圖1說明根據(jù)本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例的無線發(fā)射或充電系統(tǒng)100。將輸入電力102提供到發(fā)射器104以供產(chǎn)生用于提供能量傳送的輻射場106。接收器108耦合到輻射場106，且產(chǎn)生輸出電力110以供耦合到輸出電力110的裝置(未圖示)存儲或消耗。發(fā)射器104與接收器108兩者隔開距離112。在一示范性實(shí)施例中，根據(jù)相互諧振關(guān)系來配置發(fā)射器104與接收器108，且當(dāng)接收器108的諧振頻率與發(fā)射器104的諧振頻率非常接近時，當(dāng)接收器108定位于輻射場106的“近場”中時，發(fā)射器104與接收器108之間的發(fā)射損耗為最小的。
[0031]發(fā)射器104進(jìn)一步包括用于提供用于能量發(fā)射的裝置的發(fā)射天線114，且接收器108進(jìn)一步包括用于提供用于能量接收的裝置的接收天線118。根據(jù)應(yīng)用及待與其相關(guān)聯(lián)的裝置來設(shè)定發(fā)射天線及接收天線的大小。如所陳述，有性能量傳送通過將發(fā)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(yuǎn)場而發(fā)生。當(dāng)處于此近場中時，可在發(fā)射天線114與接收天線118之間產(chǎn)生耦合模式。天線114及118周圍的可發(fā)生此近場耦合的區(qū)域在本文中稱作耦合模式區(qū)。
[0032]圖2展示無線電力傳送系統(tǒng)的簡化示意圖。發(fā)射器104包括振蕩器122、功率放大器124及濾波器及匹配電路126。所述振蕩器經(jīng)配置以產(chǎn)生所要頻率，所述所要頻率可響應(yīng)于調(diào)整信號123來調(diào)整。振蕩器信號可由功率放大器124以響應(yīng)于控制信號125的放大量來放大?？砂V波器及匹配電路126以濾除諧波或其它非所要的頻率且使發(fā)射器104的阻抗與發(fā)射天線114匹配。
[0033]接收器108可包括匹配電路132及整流器及切換電路134以產(chǎn)生DC電力輸出以對電池136(如圖2中所展示)充電或?qū)︸詈系浇邮掌鞯难b置(未圖示)供電?？砂ㄆヅ潆娐?32以使接收器108的阻抗與接收天線118匹配。接收器108與發(fā)射器104可在單獨(dú)通信信道119 (例如，藍(lán)牙、紫蜂(zigbee)、蜂窩式等)上通信。
[0034]如圖3中所說明，示范性實(shí)施例中所使用的天線可經(jīng)配置為“環(huán)形”天線150，其在本文中也可稱作“磁性”天線。環(huán)形天線可經(jīng)配置以包括空氣磁心或物理磁心(例如，鐵氧體磁心)?？諝獯判沫h(huán)形天線可能更可容許放置于所述磁心附近的外來物理裝置。此外，空氣磁心環(huán)形天線允許其它組件放置于磁心區(qū)域內(nèi)。另外，空氣磁心環(huán)可更易于使得能夠?qū)⒔邮仗炀€118 (圖2)放置于發(fā)射天線114 (圖2)的平面內(nèi)，在所述平面中，發(fā)射天線114 (圖2)的耦合模式區(qū)的電力可更大。
[0035]如所陳述，發(fā)射器104與接收器108之間的有性能量傳送在發(fā)射器104與接收器108之間的匹配或接近匹配的諧振期間發(fā)生。然而，即使發(fā)射器104與接收器108之間的諧振不匹配時，也可以較低效率傳送能量。能量傳送通過將來自發(fā)射天線的近場的能量耦合到駐留于建立了此近場的鄰域中的接收天線而非將能量從發(fā)射天線傳播到自由空間中而發(fā)生。
[0036]環(huán)形天線或磁性天線的諧振頻率是基于電感及電容。環(huán)形天線中的電感大體上僅為由環(huán)產(chǎn)生的電感，而大體上將電容添加到環(huán)形天線的電感以在所要諧振頻率下產(chǎn)生諧振結(jié)構(gòu)。作為非限制性實(shí)例，可將電容器152及電容器154添加到天線以產(chǎn)生一產(chǎn)生諧振信號156的諧振電路。因此，對于較大直徑的環(huán)形天線來說，誘發(fā)諧振所需的電容的大小隨著環(huán)的直徑或電感增加而減小。此外，隨著環(huán)形天線或磁性天線的直徑增加，近場的有性能量傳送面積增加。當(dāng)然，其它諧振電路也是可能的。作為另一非限制性實(shí)例，電容器可平行放置于環(huán)形天線的兩個端子之間。另外，一般所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，對于發(fā)射天線，諧振信號156可為到環(huán)形天線150的輸入。
[0037]本發(fā)明的示范性實(shí)施例包括在處于彼此的近場中的兩個天線之間耦合電力。如所陳述，近場為在天線周圍的存在電磁場但可能并不遠(yuǎn)離所述天線傳播或輻射的區(qū)域。其通常限定于接近所述天線的物理體積的體積。在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，磁型天線(例如，單匝環(huán)形天線及多匝環(huán)形天線)用于發(fā)射(Tx)天線系統(tǒng)與接收(Rx)天線系統(tǒng)兩者，這是因?yàn)榕c電型天線(例如，小型偶極天線)的電近場相比，磁型天線的磁近場振幅傾向于較高。此允許所述對天線之間的潛在較高耦合。此外，還預(yù)期“電”天線(例如，偶極天線及單極天線)或磁性天線與電天線的組合。
[0038]Tx天線可在足夠低的頻率下且在天線大小足夠大的情況下操作，以在顯著大于較早所敘述的遠(yuǎn)場及電感性方法所允許的距離的距離下實(shí)現(xiàn)到小型Rx天線的良好耦合(例如，> -4dB)。如果Tx天線的大小經(jīng)正確設(shè)定，則當(dāng)將主機(jī)裝置上的Rx天線放置于受驅(qū)動Tx環(huán)形天線的耦合模式區(qū)內(nèi)(即，在近場中)時，可實(shí)現(xiàn)高耦合電平(例如，-1到_4dB)。
[0039]圖4為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的發(fā)射器200的簡化框圖。發(fā)射器200包括發(fā)射電路202及發(fā)射天線204。大體上，發(fā)射電路202通過提供引起產(chǎn)生發(fā)射天線204四周的近場能量的振蕩信號來將RF電力提供到發(fā)射天線204。作為實(shí)例，發(fā)射器200可在13.56MHzISM頻帶下操作。
[0040]示范性發(fā)射電路202包括固定阻抗匹配電路206，其用于將發(fā)射電路202的阻抗(例如，50歐姆)與發(fā)射天線204匹配；及低通濾波器(LPF) 208，其經(jīng)配置以將諧波發(fā)射減少到防止耦合到接收器108 (圖1)的裝置的自干擾的電平。其它示范性實(shí)施例可包括不同濾波器拓?fù)?包括(但不限于)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(yīng)阻抗匹配，其可基于可測量的發(fā)射度量(例如，到天線的輸出電力或由功率放大器汲取的DC電流)而變化。發(fā)射電路202進(jìn)一步包括功率放大器210，其經(jīng)配置以驅(qū)動如由振蕩器212確定的RF信號。發(fā)射電路可由離散裝置或電路組成，或者可由集成組合件組成。來自發(fā)射天線204的示范性RF電力輸出可為約2.5到8.0瓦。
[0041 ] 發(fā)射電路202進(jìn)一步包括控制器214，控制器214用于在針對特定接收器的發(fā)射階段(或工作循環(huán))期間啟用振蕩器212，用于調(diào)整所述振蕩器的頻率，且用于調(diào)整輸出電力電平以實(shí)施通信協(xié)議(用于經(jīng)由相鄰裝置所附接的接收器與相鄰裝置互動)。
[0042]發(fā)射電路202可進(jìn)一步包括負(fù)載感測電路216，其用于檢測作用中接收器在由發(fā)射天線204產(chǎn)生的近場附近的存在與否。作為實(shí)例，負(fù)載感測電路216監(jiān)視流動到功率放大器210的電流，所述電流受作用中接收器在由發(fā)射天線204產(chǎn)生的近場附近的存在與否的影響。對功率放大器210上的加載的改變的檢測是由控制器214監(jiān)視，其用于確定是否啟用振蕩器212以發(fā)射能量從而與作用中接收器通信。
[0043]發(fā)射天線204可經(jīng)實(shí)施為天線帶，其具有經(jīng)選擇以使電阻性損耗保持為低的厚度、寬度及金屬類型。在常規(guī)實(shí)施方案中，發(fā)射天線204可大體上經(jīng)配置以與較大結(jié)構(gòu)(例如，桌子、墊子、燈或其它不太便攜的配置)相關(guān)聯(lián)。因此，發(fā)射天線204大體上將不需要“匝”以便具有實(shí)用尺寸。發(fā)射天線204的示范性實(shí)施方案可為“電學(xué)上小的”(即，波長的分率)且經(jīng)調(diào)諧以通過使用電容器界定諧振頻率來在較低的可用頻率下諧振。在發(fā)射天線204相對于接收天線來說在直徑上或邊長上(如果是正方形環(huán))可能較大(例如，0.50米)的示范性應(yīng)用中，發(fā)射天線204將未必需要大量匝數(shù)來獲得合理電容。
[0044]發(fā)射器200可聚集及追蹤關(guān)于可與發(fā)射器200相關(guān)聯(lián)的接收器裝置的行蹤及狀態(tài)的信息。因此，發(fā)射器電路202可包括連接到控制器214(在本文中也稱作處理器)的存在檢測器280、封閉式檢測器290，或其組合。控制器214可響應(yīng)于來自存在檢測器280及封閉式檢測器290的存在信號而調(diào)整由放大器210遞送的電力的量。發(fā)射器可經(jīng)由許多電源接收電力，許多電源例如是用以轉(zhuǎn)換存在于建筑物中的常規(guī)AC電力的AC/DC轉(zhuǎn)換器(未圖示)、用以將常規(guī)DC電源轉(zhuǎn)換成適合于發(fā)射器200的電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器(未圖示)，或可接收直接來自常規(guī)DC電源(未圖示)的電力。
[0045]作為非限制性實(shí)例，存在檢測器280可為運(yùn)動檢測器，其用以感測插入于發(fā)射器的覆蓋區(qū)域中的待充電的裝置的初始存在。在檢測之后，可將發(fā)射器接通且可使用由裝置接收的RF電力來以預(yù)定方式觸發(fā)Rx裝置上的開關(guān)，這又引起發(fā)射器的驅(qū)動點(diǎn)阻抗的改變。
[0046]作為另一非限制性實(shí)例，存在檢測器280可為一檢測器，其能夠(例如)通過紅外線檢測、運(yùn)動檢測或其它合適手段檢測人類。在一些示范性實(shí)施例中，可能存在限制發(fā)射天線可在特定頻率下發(fā)射的電力的量的規(guī)則。在一些狀況下，這些規(guī)則意在保護(hù)人類免受電磁輻射。然而，可能存在發(fā)射天線放置于人類未占據(jù)的或人類很少占據(jù)的區(qū)域(例如，車庫、廠區(qū)、車間，及其類似者)中的環(huán)境。如果這些環(huán)境無人類，則可能可準(zhǔn)許增加發(fā)射天線的高于標(biāo)稱電力限制規(guī)則的電力輸出。換句話說，控制器214可響應(yīng)于人類存在而將發(fā)射天線204的電力輸出調(diào)整到管制電平或更低電平，且當(dāng)人類在距發(fā)射天線204的電磁場一管制距離之外時，將發(fā)射天線204的電力輸出調(diào)整到高于管制電平的電平。
[0047]作為非限制性實(shí)例，封閉式檢測器290 (在本文中也可稱作封閉式隔間檢測器或封閉式空間檢測器)可為例如感測開關(guān)的裝置，其用于確定外罩何時處于關(guān)閉或打開狀態(tài)中。當(dāng)發(fā)射器處于為封閉狀態(tài)的外罩中時，可增加發(fā)射器的電力電平。
[0048]在示范性實(shí)施例中，可使用發(fā)射器200借以不會無限地保持接通的方法。在此狀況下，發(fā)射器200可經(jīng)編程以在用戶確定的時間量之后切斷。此特征防止發(fā)射器200 (尤其是功率放大器210)在其周邊的無線裝置完全充好電之后長時間運(yùn)作。此事件可歸因于用以檢測從中繼器或接收線圈發(fā)送的指示裝置完全充好電的信號的電路的故障。為了防止發(fā)射器200在另一裝置放置于其周邊的情況下自動地切斷，可僅在檢測到其周邊缺乏運(yùn)動的設(shè)定周期之后激活發(fā)射器200自動切斷特征。用戶可能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。作為非限制性實(shí)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對所述裝置完全充電所需的時間間隔長。
[0049]圖5為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的接收器300的簡化框圖。接收器300包括接收電路302及接收天線304。接收器300進(jìn)一步耦合到裝置350以用于將所接收的電力提供到裝置350。應(yīng)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。大體來說，能量是無線地傳播到接收天線304且接著經(jīng)由接收電路302而耦合到裝置350。
[0050]接收天線304經(jīng)調(diào)諧以在與發(fā)射天線204 (圖4)的頻率相同的頻率下或接近相同的頻率下諧振。接收天線304可與發(fā)射天線204類似地設(shè)定尺寸，或可基于相關(guān)聯(lián)裝置350的尺寸來不同地設(shè)定大小。作為實(shí)例，裝置350可為具有小于發(fā)射天線204的直徑的長度的直徑或長度尺寸的便攜型電子裝置。在此實(shí)例中，接收天線304可經(jīng)實(shí)施為多匝天線，以便減小調(diào)諧電容器(未圖示)的電容值且增加接收天線的阻抗。作為實(shí)例，接收天線304可放置于裝置350的實(shí)質(zhì)圓周周圍，以便將天線直徑最大化并減少接收天線的環(huán)匝(即，繞組)的數(shù)目及繞組間電容。
[0051]接收電路302提供與接收天線304的阻抗匹配。接收電路302包括電力轉(zhuǎn)換電路306，其用于將所接收的RF能源轉(zhuǎn)換成供裝置350使用的充電電力。電力轉(zhuǎn)換電路306包括RF/DC轉(zhuǎn)換器308且還可包括DC/DC轉(zhuǎn)換器310。RF/DC轉(zhuǎn)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流電力，而DC/DC轉(zhuǎn)換器310將經(jīng)整流的RF能量信號轉(zhuǎn)換成與裝置350兼容的能量電位(例如，電壓)。預(yù)期各種RF/DC轉(zhuǎn)換器，包括部分及全整流器、調(diào)節(jié)器、橋接器、倍加器以及線性及切換轉(zhuǎn)換器。
[0052]接收電路302可進(jìn)一步包括切換電路312，其用于將接收天線304連接到電力轉(zhuǎn)換電路306或者用于將電力轉(zhuǎn)換電路306斷開。將接收天線304與電力轉(zhuǎn)換電路306斷開不僅中止對裝置350的充電，而且還改變發(fā)射器200 (圖2)所“看到”的“負(fù)載”。
[0053]如上文所揭示，發(fā)射器200包括負(fù)載感測電路216，負(fù)載感測電路216檢測提供到發(fā)射器功率放大器210的偏壓電流的波動。因此，發(fā)射器200具有用于確定接收器何時存在于發(fā)射器的近場中的機(jī)制。
[0054]當(dāng)多個接收器300存在于發(fā)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及卸載進(jìn)行時間多路復(fù)用以使其它接收器能夠更有效地耦合到發(fā)射器。也可遮蔽接收器以便消除到其它附近接收器的耦合或減少附近發(fā)射器上的加載。接收器的此“卸載”在本文中也稱為“遮蔽(cloaking) ”。此外，如下文更完全地解釋，由接收器300控制且由發(fā)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(fā)射器200的通信機(jī)制。另外，一協(xié)議可與所述切換相關(guān)聯(lián)，所述協(xié)議使得能夠?qū)⑾慕邮掌?00發(fā)送到發(fā)射器200。作為實(shí)例，切換速度可為約100微秒。
[0055]在示范性實(shí)施例中，發(fā)射器與接收器之間的通信指代裝置感測及充電控制機(jī)制而非常規(guī)雙向通信。換句話說，發(fā)射器使用所發(fā)射的信號的開/關(guān)鍵控，以調(diào)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(fā)射器的消息。從接收器側(cè)來說，接收器使用接收天線的調(diào)諧與去諧來調(diào)整正從近場接收到的電力的量。發(fā)射器可檢測來自近場的所使用的電力的此差，且將這些改變解譯為來自接收器的消息。
[0056]接收電路302可進(jìn)一步包括用以識別所接收的能量波動的信令檢測器及信標(biāo)電路314，所述能量波動可對應(yīng)于從發(fā)射器到接收器的信息性信令。此外，信令及信標(biāo)電路314還可用以檢測減少的RF信號能量(S卩，信標(biāo)信號)的發(fā)射并將所述減少的RF信號能量整流成標(biāo)稱電力以用于喚醒接收電路302內(nèi)的未供電或耗盡電力的電路，以便配置接收電路302以用于無線充電。
[0057]接收電路302進(jìn)一步包括處理器316，其用于協(xié)調(diào)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)。接收器300的遮蔽也可在其它事件(包括檢測到將充電電力提供到裝置350的外部有線充電源(例如，壁式/USB電力))發(fā)生后即發(fā)生。除了控制接收器的遮蔽之外，處理器316還可監(jiān)視信標(biāo)電路314以確定信標(biāo)狀態(tài)并提取從發(fā)射器發(fā)送的消息。處理器316還可為獲得改善的性能而調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器310。
[0058]在一些示范性實(shí)施例中，接收電路320可用(例如)所要電力電平、最大電力電平、所要電流電平、最大電流電平、所要電壓電平及最大電壓電平的形式用信號向發(fā)射器發(fā)出電力要求(如下文更完全地解釋)?；谶@些電平及從發(fā)射器所接收的電力的實(shí)際量，處理器316可調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器310的操作以用調(diào)整電流電平、調(diào)整電壓電平或其組合的形式調(diào)節(jié)其輸出。
[0059]圖6展示發(fā)射電路的用于執(zhí)行發(fā)射器與接收器之間的消息接發(fā)的一部分的簡化示意圖。在本發(fā)明的一些示范性實(shí)施例中，可在發(fā)射器與接收器之間啟用用于通信的裝置。在圖6中，功率放大器210驅(qū)動發(fā)射天線204以產(chǎn)生輻射場。功率放大器由載波信號220驅(qū)動，載波信號220是以發(fā)射天線204的所要頻率振蕩。發(fā)射調(diào)制信號224用以控制功率放大器210的輸出。
[0060]發(fā)射電路可通過使用功率放大器210上的開/關(guān)鍵控過程來向接收器發(fā)送信號。換句話說，當(dāng)發(fā)射調(diào)制信號224確證時，功率放大器210將在發(fā)射天線204上向外驅(qū)動載波信號220的頻率。當(dāng)發(fā)射調(diào)制信號224否定時，功率放大器將不在發(fā)射天線204上向外驅(qū)動任何頻率。
[0061]圖6的發(fā)射電路還包括負(fù)載感測電路216，其將電力供應(yīng)到功率放大器210且產(chǎn)生接收信號235輸出。在負(fù)載感測電路216中，電阻器Rs上的電壓降產(chǎn)生于電力輸入信號226與到功率放大器210的電力供應(yīng)228之間。由功率放大器210消耗的電力的任何改變將引起電壓降的改變，電壓降的改變將由差動放大器230放大。當(dāng)發(fā)射天線處于與接收器(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(fā)射天線210不存在耦合模式諧振，則驅(qū)動輻射場所需的電力將為第一量。如果存在耦合模式諧振，則由功率放大器210消耗的電力的量將上升，因?yàn)榇罅侩娏︸詈系浇邮仗炀€。因此，接收信號235可指示耦合到發(fā)射天線235的接收天線的存在且還可檢測從接收天線發(fā)送的信號。另外，接收器電流汲取的改變將可在發(fā)射器的功率放大器電流汲取中觀察到，且此改變可用以檢測來自接收天線的信號。
[0062]遮蔽信號、信標(biāo)信號及用于產(chǎn)生這些信號的電路的一些示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)可參看以下美國實(shí)用新型專利申請案:2008年10月10日申請的名為“經(jīng)由接收天線阻抗調(diào)制的反向鏈路信令(REVERSE LINK SIGNALING VIA RECEIVE ANTENNA IMPEDANCEMODULAT1N)”的美國實(shí)用新型專利申請案12/249,873 ;及2008年10月10日申請的名為“無線充電系統(tǒng)的發(fā)射電力控制(TRANSMIT POWER CONTROL FOR A WIRELESS CHARGINGSYSTEM) ”的美國實(shí)用新型專利申請案12/249，861，所述兩個申請案的全文以引用的方式并入本文中。
[0063]示范性通信機(jī)制及協(xié)議的細(xì)節(jié)可參看2008年10月10日申請的名為“無線電力環(huán)境中的信令充電(SIGNALING CHARGING IN WIRELESS POWER ENVIRONMENT) ”的美國實(shí)用新型專利申請案12/249，866，所述申請案的內(nèi)容的全文以引用的方式并入本文中。
[0064]圖7展示發(fā)射電路的用于調(diào)整發(fā)射器的電力電平的一部分的簡化示意圖。在一些示范性實(shí)施例中，控制器214可耦合到電壓調(diào)節(jié)器240、電流限制器242或電壓調(diào)節(jié)器240與電流限制器242的組合，以相對于供應(yīng)的DC輸入415控制在電力輸入信號226上遞送的電力的量。另外，一些示范性實(shí)施例可包括耦合到電力輸入信號226且用以將關(guān)于電力的消耗的反饋提供到控制器的電流檢測器252及電壓檢測器250。圖6的負(fù)載感測電路216為合適的電流檢測器的一個實(shí)例。
[0065]如較早參看圖1、圖2及圖4所陳述，可通過將需要充電的接收器裝置放置于發(fā)射天線的耦合模式區(qū)附近來使用發(fā)射電路202及發(fā)射天線204來將電力遞送到所述接收器裝置。在本文中所論述的示范性實(shí)施例中，發(fā)射器可基于電力電平、時間及其類似者順序地將電力循環(huán)到待充電的所有接收器裝置。接收器裝置可將裝置電力要求及其它信息傳達(dá)到發(fā)射器。通過此電力要求信息，發(fā)射器可通過調(diào)整所發(fā)射的電力的量、調(diào)整發(fā)射電力的時間的量或其組合來修整遞送到每一接收器裝置的電力的量。
[0066]電壓調(diào)節(jié)器240與電流限制器242的組合可用以實(shí)施用于調(diào)整發(fā)射器的電力電平的適當(dāng)電路?？烧{(diào)整的電壓調(diào)節(jié)器電路可(例如)包括可調(diào)整的電位計(jì)、整流器、(可能的)平滑電路及(可能的)帶隙參考電路。下文參看圖8、圖9及圖10來說明及論述適合于供本發(fā)明的實(shí)施例使用的一些電壓調(diào)節(jié)器電路的實(shí)例。
[0067]需要充電的接收器裝置可用信號向發(fā)射器發(fā)出其電力要求需要((例如)根據(jù)電流及電壓)。舉例來說，可包括協(xié)議，在所述協(xié)議中，希望充電的每一接收器裝置用信號發(fā)出其電力額定值(包括其峰值電壓及電流電平)。另外，也可用信號發(fā)出電流及電壓的推薦電平。另外，可同樣地用信號發(fā)出待充電的每一裝置的識別符。
[0068]處理器214可接著經(jīng)由電力輸入信號226控制(例如)遞送到功率放大器210 (圖6)的電力。
[0069]在一些示范性實(shí)施例中，可(例如)單獨(dú)地(如圖7中所展示)或作為電壓調(diào)節(jié)器240的一部分來包括電壓檢測器250。電壓檢測器250與控制器214形成反饋路徑以調(diào)整電力輸入信號226上的電力電平。因此，結(jié)合控制電流，控制器214可在指定極限內(nèi)調(diào)整電壓調(diào)節(jié)器240內(nèi)的電平以為待充電的裝置提供最佳充電。因此，可設(shè)定所述最佳電平不超過裝置的電力額定值(如通過功率為電壓與電流的乘積的事實(shí)確定的)。
[0070]在一些示范性實(shí)施例中，可(例如)單獨(dú)地(如圖7中所展示)或作為電流調(diào)節(jié)器242的一部分來包括電流檢測器252。電壓檢測器250與控制器214形成反饋路徑以調(diào)整電力輸入信號226上的電力電平。因此，結(jié)合控制電壓，控制器214可在指定極限內(nèi)調(diào)整電流限制器242內(nèi)的電平以為待充電的裝置提供最佳充電。因此，可設(shè)定所述最佳電平不超過裝置的電力額定值(如通過功率為電壓與電流的乘積的事實(shí)確定的)。
[0071]通過電流檢測器252及電壓檢測器250，可結(jié)合提供功率分量(電壓或電流)閾值檢測的電壓及電流檢測器來監(jiān)視由每一接收器裝置汲取的電力。因此，控制器214可在整個充電過程中針對正被充電的每一接收器裝置將電壓及電流調(diào)整到不同電平。
[0072]接收器裝置可經(jīng)由如上文所論述的無線充電信令協(xié)議來用信號發(fā)出電力要求需要。另外，可使用單獨(dú)通信信道119 (例如，藍(lán)牙、紫蜂、蜂窩式等)來用信號發(fā)出電力要求。
[0073]本發(fā)明的示范性實(shí)施例是針對通過利用驅(qū)動電壓、驅(qū)動電流或其組合的自適應(yīng)控制來驅(qū)動功率放大器210 (圖6)的動態(tài)發(fā)射輻射電力電平控制。改變驅(qū)動電平改變了來自PA的RF電力輸出及(因此的)發(fā)射到被充電的接收裝置的電力。
[0074]用以界定電力電平的某一示范性信息可包括:
[0075]1.裝置類型及接收器裝置將愿意看見的最佳RF電力電平，
[0076]2.被充電的裝置的當(dāng)前電池充電電平，及
[0077]3.每一裝置當(dāng)前正接收的來自發(fā)射源的RF電力電平。
[0078]在知道裝置類型及其用于充電的優(yōu)選RF電力電平(第I項(xiàng))的情況下，可在正經(jīng)充電的時隙期間將發(fā)射源調(diào)整到此電平，如下文更完全地解釋。因此，可在不影響其它裝置中的任一裝置的情況下獨(dú)立地為每一裝置定制遞送到所述裝置的電力電平。另外，了解被充電的裝置的當(dāng)前電池充電電平(第2項(xiàng))允許基于裝置的當(dāng)前電池充電電平將輻射RF電平最優(yōu)化。兩種技術(shù)有助于將通常在實(shí)施固定發(fā)射電力電平時將被浪費(fèi)的電力最小化。
[0079]在解決RF安全問題中，比較由每一裝置吸收的電力電平(第3項(xiàng))與從發(fā)射器發(fā)射的電力給出輻射到局部環(huán)境的總電力的指示，所述總電力又與發(fā)射器SAR電平成比例。此允許一裝置基于每一裝置到發(fā)射器的耦合比而將到每一裝置的輻射電力最大化，同時仍維持可接受的SAR電平。結(jié)果，能夠改善個別地遞送到每一裝置的電力，而非限于通過具有到發(fā)射器的不良耦合的裝置規(guī)定的較低的固定電力電平。最后，可調(diào)整的輻射電力允許較低電力信標(biāo)模式，所述模式減少了在不處于充電模式中時的發(fā)射器AC電力消耗，且還減少了對局部定位的電子裝置的干擾。
[0080]圖8、圖9及圖10說明可用以調(diào)節(jié)及調(diào)整功率放大器210及其它發(fā)射電路202的電力電平的示范性電路。在圖8中，AC/DC電力供應(yīng)器400將120伏特AC 405轉(zhuǎn)換成發(fā)射器可能需要的驅(qū)動發(fā)射天線204的各種DC電壓(例如，用以使發(fā)射電路202運(yùn)作的5伏特及100毫安輔助電力，及用以使功率放大器210運(yùn)作的5到12伏特及500毫安主電力)。[0081 ] AC/DC轉(zhuǎn)換器410產(chǎn)生用于電路調(diào)節(jié)器420及PA調(diào)節(jié)器450的中間DC電壓415 (在本文中也稱作“DC輸入”)。電路調(diào)節(jié)器420提供用于發(fā)射電路202的普通電力425，且PA調(diào)節(jié)器提供用以驅(qū)動PA 210的電力輸入信號226的可變電力電平。
[0082]AC/DC轉(zhuǎn)換器410可為(例如)常規(guī)“變壓器(wall wart) ”，其允許保險商實(shí)驗(yàn)室(UL ;Underwriter Laboratories)及加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(CSA ;Canadian StandardsAssociat1n)認(rèn)可的電力供應(yīng)作為系統(tǒng)的“被認(rèn)證”部分，同時保持成本下降。經(jīng)準(zhǔn)調(diào)節(jié)(例如，約10% )的變壓器廉價且可從各種賣主購得。
[0083]作為非限制性實(shí)例，電路調(diào)節(jié)器420及PA調(diào)節(jié)器450可經(jīng)實(shí)施為降壓式電壓轉(zhuǎn)換器(buck voltage converter)。電路調(diào)節(jié)器420與PA調(diào)節(jié)器450的雙降壓式設(shè)計(jì)可以額外開關(guān)模式控制器、場效應(yīng)晶體管(FET)、電容器及電感器為代價使效率保持為高的。
[0084]因此，電路調(diào)節(jié)器420可為低電力固定輸出降壓式轉(zhuǎn)換器，其提供用于控制器214及如圖4中所說明的其它電路的5伏特。PA調(diào)節(jié)器450可為較高電力可變輸出降壓式轉(zhuǎn)換器，其將變化的電壓供應(yīng)到功率放大器以控制發(fā)射器的電力輸出。功率放大器供應(yīng)226可通過從發(fā)射電路202到PA調(diào)節(jié)器450的控制信號452來控制，控制信號452使所發(fā)射的RF電力(例如)在約50毫瓦到約5瓦的范圍內(nèi)變化。
[0085]圖9說明經(jīng)實(shí)施為脈寬調(diào)制器(PWM)控制器460 (例如，線性技術(shù)LTC3851)的PA調(diào)節(jié)器450A，其驅(qū)動兩個N溝道晶體管以包含同步降壓式轉(zhuǎn)換器。小電感器、電阻器梯及輸出電容器對晶體管的輸出進(jìn)行濾波以完成降壓式轉(zhuǎn)換器。降壓式轉(zhuǎn)換器將DC輸入電壓415轉(zhuǎn)換及調(diào)節(jié)成DC輸出電壓226。
[0086]可(例如)通過受控制信號452控制的數(shù)字(可編程)電位計(jì)465來控制電力輸出?？刂菩盘?52可由控制器214(圖4)來驅(qū)動，以使得可將DC輸出電壓226設(shè)定為約(例如)5到12伏特DC。PA調(diào)節(jié)器450A花費(fèi)非常少的控制器開銷，且可經(jīng)配置以在以超過90%的效率快速改變負(fù)載的條件下具有得到保證的回路穩(wěn)定性。
[0087]或者，圖10說明使用微控制器470的作為同步降壓式轉(zhuǎn)換器的PA調(diào)節(jié)器450B。微控制器470可專用于同步降壓式轉(zhuǎn)換器功能。然而，在一些示范性實(shí)施例中，發(fā)射器200 (圖4)的控制器214可用于同步降壓式轉(zhuǎn)換器功能以及其正在執(zhí)行的其它功能。降壓式轉(zhuǎn)換器將DC輸入電壓415轉(zhuǎn)換及調(diào)節(jié)成DC輸出電壓226。
[0088]因此，微控制器470可直接驅(qū)動P溝道及N溝道FET以提供對于降壓式轉(zhuǎn)換器的開關(guān)控制。小電感器、電阻器梯及輸出電容器對晶體管的輸出進(jìn)行濾波以完成降壓式轉(zhuǎn)換器?？蓪⒎答佒苯虞斎氲轿⒖刂破?70的A/D輸入，以作為電壓感測操作。因此，可將控制信號452體現(xiàn)為DC輸出226上的電壓的取樣版本。微控制器470可比較DC輸出226上的實(shí)際輸出與所要輸出，且相應(yīng)地對PWM信號進(jìn)行校正。因?yàn)閷τ谖⒖刂破?70實(shí)施方案來說頻率可能低得多，所以可能需要較大電感器，此并非發(fā)射器中的大問題。微控制器470實(shí)施方案可能相當(dāng)便宜，因?yàn)椴恍枰獑为?dú)PWM控制器。
[0089]如上文所陳述，允許動態(tài)地調(diào)整發(fā)射電力的益處為以下各項(xiàng):
[0090]1.遞送到個別裝置類型的電力的定制，借此允許用單一充電器設(shè)計(jì)對更多裝置類型充電；
[0091]2.避免浪費(fèi)的輻射電力，這是通過允許以不會影響其它裝置的充電時間的方式依據(jù)當(dāng)前電池充電電平將變化的電力電平遞送到多個裝置來實(shí)現(xiàn)；
[0092]3.改善的充電時間，這是通過以仍滿足SAR要求的方式允許基于個別裝置的到發(fā)射器的耦合電平的輻射電力電平來實(shí)現(xiàn)；及
[0093]4.充電器不對裝置充電時(信標(biāo)模式)的減少的電力消耗，及對附近電子裝置的減少的干擾。
[0094]圖11說明具有發(fā)射電路202及發(fā)射天線204的主機(jī)裝置510。展示接收器裝置520放置于發(fā)射天線204的耦合模式區(qū)內(nèi)。雖然未說明，但接收器裝置可包括接收天線304及接收電路302 (如圖5中所展示)。在圖11中，主機(jī)裝置410經(jīng)說明為充電墊子，但其可整合到家具或建筑物件(例如，墻、天花板及地板)中。此外，主機(jī)裝置510可為例如具有內(nèi)建式發(fā)射器的手提包、背包或公文包的項(xiàng)目?；蛘?，主機(jī)裝置可為特別設(shè)計(jì)用于用戶輸送接收器裝置520且對接收器裝置520充電的便攜型發(fā)射器(例如，充電包)。
[0095]如本文中所使用，“共面”意味著發(fā)射天線與接收天線具有實(shí)質(zhì)上對準(zhǔn)的平面(即，具有指向?qū)嵸|(zhì)上相同方向的表面法線)且發(fā)射天線的平面與接收天線的平面之間無距離(或有小距離)。如本文中所使用，“共軸”意味著發(fā)射天線與接收天線具有實(shí)質(zhì)上對準(zhǔn)的平面(即，具有指向?qū)嵸|(zhì)上相同方向的表面法線)且所述兩個平面之間的距離不為零，且此夕卜，發(fā)射天線與接收天線的表面法線實(shí)質(zhì)上沿著同一向量延伸，或所述兩個法線成階梯形。
[0096]共面放置可具有相對高的耦合效率。然而，耦合可視接收天線相對于發(fā)射天線放置的位置而變化。舉例來說，在發(fā)射環(huán)形天線外部的共面放置點(diǎn)可能不如在發(fā)射環(huán)形天線內(nèi)部的共面放置點(diǎn)那樣有效地耦合。此外，在發(fā)射環(huán)形天線內(nèi)但在相對于環(huán)形天線的不同位置處的共面放置點(diǎn)可具有不同耦合效率。
[0097]共軸放置可具有較低耦合效率。然而，可通過中繼器天線的使用來改善耦合效率，例如2008年10月10日申請的名為“用于擴(kuò)大的無線充電區(qū)域的方法和設(shè)備(METHODAND APPARATUS FOR AN ENLARGED WIRELESS CHARGING AREA) ”的美國實(shí)用新型專利申請案12/249，875中所描述的，所述申請案的內(nèi)容的全文以引用的方式并入本文中。
[0098]圖12A為說明用于發(fā)射器與接收器之間的使用上文所論述的信令技術(shù)的通信的示范性消息接發(fā)協(xié)議的簡化時序圖。在一個示范性方法中，從發(fā)射器到接收器的信號在本文中稱作“前向鏈路”且在標(biāo)稱電力發(fā)射與較低電力發(fā)射之間使用簡單AM調(diào)制。也預(yù)期其它調(diào)制技術(shù)。作為非限制性實(shí)例，可將信號存在解譯為“I”且將信號不存在解譯為“0”(即，開/關(guān)鍵控)。
[0099]通過由接收裝置汲取的電力的調(diào)制來提供反向鏈路信令，電力的調(diào)制可通過發(fā)射器中的負(fù)載感測電路來檢測。作為非限制性實(shí)例，可將較高電力狀態(tài)解譯為I且將較低電力狀態(tài)解譯為O。應(yīng)注意，發(fā)射器必須接通以使得接收器能夠執(zhí)行反向鏈路信令。另外，接收器不應(yīng)在前向鏈路信令期間執(zhí)行反向鏈路信令。此外，如果兩個接收裝置試圖在相同時間執(zhí)行反向鏈路信令，則可能發(fā)生沖突，如果發(fā)射器有可能解碼適當(dāng)反向鏈路信號，則沖突將使得解碼困難。
[0100]圖12A說明消息接發(fā)協(xié)議的簡單且低電力形式。每一遞歸周期610(在示范性實(shí)施例中為約I秒)重復(fù)一次同步脈沖620以界定遞歸周期的開始。作為非限制性實(shí)例，同步脈沖接通時間可為約40毫秒。可在發(fā)射器接通時無限地重復(fù)遞歸周期610 (具有至少一同步脈沖620)。注意，“同步脈沖”稍微用詞不當(dāng)，因?yàn)橥矫}沖620在脈沖周期620期間可為穩(wěn)定頻率。同步脈沖620也可包括通過上文所論述且如通過“陰影線”脈沖620說明的開/關(guān)鍵控在諧振頻率下的信令。圖12A說明最小電力狀態(tài)，其中在同步脈沖420期間供應(yīng)在諧振頻率下的電力，且在電力周期650期間發(fā)射天線斷開。允許所有接收器裝置在同步脈沖420期間接收電力。
[0101]圖12B說明具有同步脈沖620、反向鏈路周期630及電力周期65(V的遞歸周期610，在電力周期650'中發(fā)射天線接通且通過在諧振頻率下振蕩來供應(yīng)滿電力且不執(zhí)行任何信令?？蓪㈦娏χ芷?50'分段成不同周期以用于多個接收器裝置，如下文解釋。圖12B展示用于三個不同接收器裝置的三個電力區(qū)段Pdl、Pd2及Pdn。
[0102]可擴(kuò)展上文所論述的開/關(guān)鍵控通信協(xié)議，以使得每一接收器裝置能夠請求充電且指示所要電力參數(shù)(如上文所論述)。另外，接收器裝置可通過唯一識別符(例如，使接收器裝置與特定用戶相關(guān)聯(lián)的序列號或標(biāo)記)來識別其自身。請求接收器裝置也可傳達(dá)例如裝置的類別(例如，相機(jī)、手機(jī)、媒體播放機(jī)、個人數(shù)字助理)等額外信息。
[0103]接收器信息可包括例如唯一裝置識別符、裝置類型、聯(lián)系人信息及關(guān)于裝置的用戶編程的信息等項(xiàng)目。舉例來說，裝置可為來自特定制造商的音樂播放機(jī)，其經(jīng)標(biāo)記有用戶名稱。作為另一實(shí)例，裝置可為來自特定制造商的具有特定序列號的電子簿，其經(jīng)標(biāo)記有用戶名稱。
[0104]除使用上文所論述的開/關(guān)鍵控通信協(xié)議的通信之外，接收器與發(fā)射器可在單獨(dú)通信信道119(例如，藍(lán)牙、紫蜂、蜂窩式等)上通信。通過單獨(dú)通信信道，遞歸周期不需要包括任何通信周期且整個時間可致力于電力周期650'。發(fā)射器仍可將時隙分配給每一接收器裝置(在單獨(dú)通信信道上通信)且每一接收器裝置僅在總線上得到其被分配的電力區(qū)段 Pdn0
[0105]如上文所描述，在許多應(yīng)用中，能夠在經(jīng)供電的接收器裝置中的每一者之間分配特定百分比的電力以使得每一接收器裝置經(jīng)適當(dāng)供電可能是重要的。在一些狀況下，此將是所有接收器裝置之間的電力的平均劃分。在其它狀況下，一個接收器裝置可能需要更多電力(可能歸因于其必須周期性地執(zhí)行的較高電力任務(wù))。在又其它狀況下，一個接收器裝置可能需要較少電力(可能歸因于電池完全充好電)。在此種狀況下，系統(tǒng)可能希望將所述接收器裝置的電力分配分給其它裝置。
[0106]存在用于電力共享的許多方法。一個簡單方式為使所有接收器裝置同時接收電力，因此共享無線電力環(huán)境中可用的電力。此方法簡單、廉價且穩(wěn)健，但其可能具有缺點(diǎn)在于:在許多RF/電感性充電環(huán)境中，一個接收器裝置可能比另一接收器裝置更好地耦合到發(fā)射天線。結(jié)果，第一接收器裝置可得到大部分電力。另一缺點(diǎn)在于:無法為具有完全充好電的電池的接收器裝置“節(jié)流”電力。
[0107]用以在多個接收器裝置之間分配電力的另一方式是時分多路復(fù)用，其中一次啟用一個接收器裝置以接收電力。停用不接收電力的所有接收器裝置使其不能夠接收電力，以使得其不會與RF/電感性環(huán)境互動。時分多路復(fù)用需要控制器，所述控制器可在若干被供電裝置之間分派電力，且可任選地對電力的不等分配作出決策。作為非限制性實(shí)例，發(fā)射器可減少去往完全充好電的裝置的電力區(qū)段的長度或消除所述電力區(qū)段。時分多路復(fù)用可具有損耗一定效率的缺點(diǎn)，因?yàn)橥瑫r接收的所有接收器裝置的耦合效率的總和可能不等于每一接收器裝置順序地接收電力的效率。另外，斷開的接收器裝置可能必須在一長時間內(nèi)存儲電力直到其下一個接通周期為止，因此需要較大的/更昂貴的電荷存儲裝置。
[0108]本發(fā)明的示范性實(shí)施例是針對混合技術(shù)。在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，許多接收器裝置共享一無線充電區(qū)域。最初，其可能全部同時共享接收電力。在某一時間之后，控制系統(tǒng)(其包括來自接收器裝置的反饋)注意到每一接收器裝置實(shí)際接收的電力的量，且在需要時，經(jīng)由時分多路復(fù)用方法、電力電平調(diào)整方法或其組合來調(diào)整電力。在大多數(shù)狀況下，每一接收器裝置將在大部分時間內(nèi)接收電力。在某一時間點(diǎn)，可切斷或停用一些接收器裝置使其不能夠接收電力，以減少其所接收的總電力。舉例來說，可能在部分時間內(nèi)將放置于發(fā)射線圈上以使得其接收大部分電力的接收器裝置切斷，以使得其它接收器裝置接收更多電力。結(jié)果，由于各種接收器裝置的放置引起的不平衡可得到校正。另一實(shí)例可能是經(jīng)放置以使得其均共享電力且最初均在100%的時間內(nèi)接通的兩個接收器裝置。隨著一個裝置結(jié)束對其電池充電，其可能開始在越來越大的百分比時間內(nèi)將其自身切斷以允許更多電力到達(dá)另一裝置?；蛘撸l(fā)射器可能開始將越來越小的時隙分配用于幾乎充好電的接收器裝置，以允許更多電力到達(dá)其它接收器裝置。
[0109]圖13A到圖13C說明具有發(fā)射天線204且包括放置于相對于發(fā)射天線204的各種位置中的接收器裝置(Devl及Dev2)的主機(jī)裝置150。出于簡單起見，本文中僅論述兩個接收器裝置，但也預(yù)期多個裝置的使用在本發(fā)明的教示的范圍內(nèi)且一般所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見對這些的修改。
[0110]圖13A說明一情況，其中兩個接收器裝置(Devl及Dev2)經(jīng)定位以(例如)通過遠(yuǎn)離發(fā)射天線204的周邊約相同距離而從發(fā)射天線204接收實(shí)質(zhì)上等量的電力。在圖13A中，接收器裝置Devl與Dev2均靠近發(fā)射天線204的中心放置。
[0111]在圖13B中，接收器裝置Devl與Dev2彼此遠(yuǎn)離但距發(fā)射天線204的周邊約相同距離地放置。因此，接收器裝置Devl與Dev2不必彼此靠近或處于供電區(qū)內(nèi)的相同地理位置中以接收來自發(fā)射天線204的相同量的電力。應(yīng)注意，歸因于與裝置的距發(fā)射器的距離相關(guān)聯(lián)的變化的耦合效率，在圖13A設(shè)置中，接收器裝置Devl及Dev2可接收來自發(fā)射天線204的較少電力(與圖4B設(shè)置中所接收的電力相比)。然而，在每一設(shè)置中，所述裝置中的每一者中所接收的電力的量實(shí)質(zhì)上等于另一裝置中所接收的電力的量。
[0112]圖13C說明一情況，其中接收器裝置Devl及Dev2經(jīng)定位以接收來自發(fā)射天線204的不等量的電力。在此實(shí)例中，接收器裝置Devl靠近發(fā)射天線204的中心放置，且將很可能接收比接收器裝置Dev2(接收器裝置Dev2更接近于發(fā)射天線204放置)少的電力。在此情況下，Dev2將比Devl更快地充電且因此變得比Devl更早地完全充好電。
[0113]圖14A到圖14G為說明用于將電力遞送到多個接收器裝置的自適應(yīng)電力控制的簡化時序圖。出于簡單起見，本文中僅論述兩個裝置，但也預(yù)期多個裝置的使用在本發(fā)明的教示的范圍內(nèi)且一般所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見對這些的修改。
[0114]在圖14A中，狀況O情況展示用以說明單一接收器裝置放置于發(fā)射器天線204的供電區(qū)內(nèi)時的情況的時間線700。在此情況下，單一接收器裝置在每一遞歸周期610期間實(shí)質(zhì)上接收由發(fā)射天線204提供的全部電力。如上文參看圖12A及圖12B所論述，遞歸周期610的一部分620可能花費(fèi)在任選的信令上。
[0115]在圖14B中，狀況I情況展示用于接收器裝置Devl的時間線711及用于接收器裝置Dev2的時間線712。在此狀況下，每一接收器裝置Devl及Dev2消耗約50%的由發(fā)射天線204供應(yīng)的電力。當(dāng)兩個接收器裝置對稱地定位于發(fā)射天線204的供電區(qū)內(nèi)時(例如，圖13A及圖13B中)，很可能為情況14B。因此，接收器裝置Devl及Dev2中的每一者在遞歸周期610期間接收等量的電力(例如，接收50%的電力，如通過垂直軸展示)。信令周期620也可用以允許發(fā)射器與接收器之間的通信，且可減少可用于兩個裝置的充電時間。
[0116]在圖14C中，狀況2情況(通過時間線721及722說明)使用時間多路復(fù)用。因此，接收器裝置Devl及Dev2中的每一者在遞歸周期610期間接收等量的電力。然而，在狀況2中，在50%的遞歸周期610內(nèi)啟用Devl以接收100%的電力，且在另外50%的遞歸周期610內(nèi)啟用Dev2以接收100%的電力。信令周期620也可用以允許發(fā)射器與接收器之間的通信，且可減少可用于兩個裝置的充電時間。
[0117]在圖14D中，狀況3情況說明時間線731及732，其中在信令周期610期間可啟用兩個接收器裝置Devl與Dev2以接收電力。即使可能發(fā)生信令，接收器裝置Devl及Dev2也仍可從信號提取電力。因此，在狀況3中，在信令周期620期間啟用接收裝置中的每一者以接收電力且因此在信令周期620期間接收約50%的電力。可相等地分裂遞歸周期610的電力部分(即，遞歸周期610的未被信令周期620使用的部分)以在接收器裝置Devl與接收器裝置Dev2之間進(jìn)行時分多路復(fù)用。
[0118]在圖14E中，狀況4情況展示用于接收器裝置Devl的時間線741及用于接收器裝置Dev2的時間線742。在狀況4中，接收器裝置Devl及Dev2經(jīng)定位以接收來自發(fā)射天線204的不等量的電力，例如，接收器裝置Devl靠近發(fā)射天線204的中心放置且接收比接收器裝置Dev2 (接收器裝置Dev2更接近于發(fā)射天線204放置)(如圖13C中所展示)少的電力。接收器裝置Devl及Dev2中的每一者依賴于其到發(fā)射天線204的耦合來在供電區(qū)中的兩個裝置之間分派電力。因此，在狀況4中，較好定位的接收器裝置(例如，接收器裝置Dev2)接收約75%的電力，而接收器裝置Devl接收另外25%的電力，因?yàn)殡娏澐质羌兇馔ㄟ^相對于發(fā)射天線204的位置來次最佳地確定。
[0119]在圖14F中，狀況5情況展示用于接收器裝置Devl的時間線751及用于接收器裝置Dev2的時間線752。在狀況5中，接收器裝置Devl及Dev2經(jīng)定位以用類似于圖14E的方式的方式接收來自發(fā)射天線的不等量的電力。然而，雖然每一接收器裝置部分依賴于其到發(fā)射天線204的相對耦合來分派電力，但每一接收器裝置也可在需要時將其自身與發(fā)射天線204解耦。如果50/50電力分裂是所要的，則可在遞歸周期610的P2部分內(nèi)停用接收器裝置Dev2自身而不能夠接收電力，而在Pl部分期間Devl保持啟用以接收100 %的電力。
[0120]在Pl部分及信令部分620期間，兩個接收器裝置保持接通，以使得接收器裝置Devl接收約25%的電力且接收器裝置Dev2接收約75%的電力?？烧{(diào)整Pl部分及P2部分的長度以便將約50%的電力(或在需要時為其它分派比例)分配給每一接收器裝置Devl及Dev2。狀況5類似于狀況2，但需要較少斷開時間。舉例來說，在狀況5中，接收裝置Devl從未變?yōu)橥Ｓ枚荒軌蚪邮针娏η覂H在P2部分期間接收更多電力(歸因于接收器裝置Dev2停用)?
[0121]在圖14G中，狀況6情況展示用于接收器裝置Devl的時間線761及用于接收器裝置Dev2的時間線762?；叵肷衔年P(guān)于圖7到圖10的論述，可調(diào)整發(fā)射天線204的電力輸出。因此，在圖14G中，根據(jù)瓦數(shù)而非根據(jù)滿電力的百分比來展示電力輸出。在狀況6中，接收器裝置Devl及Dev2經(jīng)定位以接收來自發(fā)射天線204的約等量的電力。因此，在信令周期620期間，發(fā)射器可經(jīng)設(shè)定以遞送約4瓦，且接收器裝置Devl及Dev2中的每一者可接收約2瓦。在Pl部分期間，停用接收器裝置Devl使其不能夠接收電力，且將發(fā)射天線的電力輸出設(shè)定到約3瓦，此電力輸出主要被接收器裝置Dev2消耗。在P2部分期間，停用接收器裝置Dev2使其不能夠接收電力，且將發(fā)射天線的電力輸出設(shè)定到約4瓦，此電力輸出主要被接收器裝置Devl消耗。
[0122]圖14A到圖14G是作為一些可能情況的實(shí)例來給出。一般所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，預(yù)期涉及更多接收器裝置及各種電力輸出電平的許多其它情況在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0123]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，可使用多種不同技藝及技術(shù)中的任一者來表示信息及信號。舉例來說，可通過電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子或其任何組合來表示可能貫穿上述描述而參考的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、位、符號及碼片。
[0124]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步了解，結(jié)合本文中所揭示的示范性實(shí)施例所描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路及算法步驟可經(jīng)實(shí)施為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或兩者的組合。為了清楚地說明硬件與軟件的此互換性，上文已大體在功能性方面描述了各種說明性組件、塊、模塊、電路及步驟。將此功能性實(shí)施為硬件還是軟件視特定應(yīng)用及強(qiáng)加于整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)約束而定。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可對于每一特定應(yīng)用以變化的方式實(shí)施所描述的功能性，但這些實(shí)施決策不應(yīng)被解釋為會引起偏離本發(fā)明的示范性實(shí)施例的范圍。
[0125]結(jié)合本文中所揭示的示范性實(shí)施例所描述的各種說明性邏輯塊、模塊及電路可用通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件或其經(jīng)設(shè)計(jì)以執(zhí)行本文中所描述的功能的任何組合來實(shí)施或執(zhí)行。通用處理器可為微處理器，但在替代例中，處理器可為任何常規(guī)的處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機(jī)。也可將處理器實(shí)施為計(jì)算裝置的組合，例如，DSP與微處理器的組合、多個微處理器、結(jié)合DSP核心的一個或一個以上微處理器，或任何其它此配置。
[0126]結(jié)合本文中所揭示的示范性實(shí)施例所描述的方法或算法的步驟可直接體現(xiàn)于硬件中、由處理器執(zhí)行的軟件模塊中，或所述兩者的組合中。軟件模塊可駐留于隨機(jī)存取存儲器(RAM)、快閃存儲器、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM(EPROM)、電可擦除可編程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盤、可裝卸盤、CD-ROM或此項(xiàng)技術(shù)中已知的任何其它形式的存儲媒體中。將示范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，并可將信息寫入到所述存儲媒體。在替代例中，存儲媒體可與處理器形成一體。處理器及存儲媒體可駐留于ASIC中。ASIC可駐留于用戶終端中。在替代例中，處理器及存儲媒體可作為離散組件駐留于用戶終端中。
[0127]在一個或一個以上示范性實(shí)施例中，可用硬件、軟件、固件或其任何組合來實(shí)施所描述的功能。如果用軟件來實(shí)施，則可將所述功能作為一個或一個以上指令或代碼存儲于計(jì)算機(jī)可讀媒體上或在計(jì)算機(jī)可讀媒體上傳輸。計(jì)算機(jī)可讀媒體包括計(jì)算機(jī)存儲媒體與通信媒體(通信媒體包括促進(jìn)計(jì)算機(jī)程序從一處到另一處的傳送的任何媒體)兩者。存儲媒體可為可由計(jì)算機(jī)存取的任何可用媒體。作為實(shí)例且非限制，此計(jì)算機(jī)可讀媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-R0M或其它光盤存儲裝置、磁盤存儲裝置或其它磁性存儲裝置，或可用于以指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式載運(yùn)或存儲所要的程序代碼且可由計(jì)算機(jī)存取的任何其它媒體。又，將任何連接適當(dāng)?shù)胤Q為計(jì)算機(jī)可讀媒體。舉例來說，如果使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字訂戶線(DSL)或例如紅外線、無線電及微波的無線技術(shù)而從網(wǎng)站、服務(wù)器或其它遠(yuǎn)程源發(fā)射軟件，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或例如紅外線、無線電及微波的無線技術(shù)包括在媒體的定義中。如本文中所使用的磁盤及光盤包括壓縮光盤(CD)、激光光盤、光學(xué)光盤、數(shù)字多功能盤(DVD)、軟磁盤及藍(lán)光(blu-ray)光盤，其中磁盤通常磁性地再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而光盤通過激光光學(xué)地再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上述的組合也應(yīng)包括在計(jì)算機(jī)可讀媒體的范圍內(nèi)。
[0128]提供所揭示的示范性實(shí)施例的先前描述以使得任何所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制造或使用本發(fā)明。對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，對這些示范性實(shí)施例的各種修改將容易顯而易見，且可在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的情況下將本文中所定義的一般原理應(yīng)用于其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明不意在限于本文中所展示的實(shí)施例，而應(yīng)符合與本文中所揭示的原理及新穎特征一致的最寬范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種無線電力發(fā)射器，其包含: 發(fā)射天線，其經(jīng)配置以將電力電感性地傳遞給多個接收器裝置；及 控制器，其可操作地耦合到所述發(fā)射天線，且所述控制器經(jīng)配置以使得所述多個接收器裝置中的第一接收器裝置被啟用以接收來自所述發(fā)射天線的電力，并使得當(dāng)所述第一接收器裝置被啟用時余下的接收器裝置中的至少一部分停用于接收電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力發(fā)射器，其中所述控制器經(jīng)配置以基于發(fā)送到所述多個接收器裝置的消息使得所述第一接收器裝置被啟用以及使得所述余下的接收器中的所述至少一部分被停用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線電力發(fā)射器，其中所述控制器進(jìn)一步經(jīng)配置以經(jīng)由開/關(guān)鍵控通信協(xié)議或單獨(dú)通信信道將所述消息發(fā)送到所述多個接收器裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線電力發(fā)射器，其中所述單獨(dú)通信信道包含藍(lán)牙、紫蜂、或蜂窩網(wǎng)絡(luò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力發(fā)射器，其中所述控制器進(jìn)一步經(jīng)配置以基于所述第一接收器裝置的充電電平來調(diào)整所述第一接收器裝置被啟用的時間量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線電力發(fā)射器，其中所述控制器進(jìn)一步經(jīng)配置以使得當(dāng)所述第一接收器裝置使用所接收到的電力被實(shí)質(zhì)上完全充好電時所述第一接收器裝置停用于接收所述電力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線電力發(fā)射器，其中所述控制器進(jìn)一步經(jīng)配置以使得所述多個接收器裝置中的第二接收器裝置被啟用以接收來自所述發(fā)射天線的電力，并使得當(dāng)所述第二接收器裝置被啟用時余下的接收器裝置中的至少一部分停用于接收所述電力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力發(fā)射器，其中所述控制器進(jìn)一步經(jīng)配置以順序地使得所述多個接收器裝置被啟用以接收所述電力且實(shí)質(zhì)上相等地分配所述接收器裝置中的每一者被啟用的時間量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力發(fā)射器，其中所述控制器進(jìn)一步經(jīng)配置以順序地使得所述多個接收器裝置被啟用以接收所述電力且不相等地分配所述接收器裝置中的每一者被啟用的時間量。
10.一種用于無線地傳遞電力的方法，其包含: 將電力電感性地傳遞給多個接收器裝置；及 使得所述多個接收器裝置中的第一接收器裝置被啟用以接收來自所述電力，并使得當(dāng)所述第一接收器裝置被啟用時余下的接收器裝置中的至少一部分停用于接收所述電力。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包含將消息發(fā)送到所述多個接收器裝置，其中所述使得的步驟是基于所述消息的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中經(jīng)由開/關(guān)鍵控通信協(xié)議或單獨(dú)通信信道來將所述消息發(fā)送到所述多個接收器裝置，且其中所述單獨(dú)通信信道包含藍(lán)牙、紫蜂、或蜂窩網(wǎng)絡(luò)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包含基于所述第一接收器裝置的充電電平來調(diào)整所述第一接收器裝置被啟用的時間量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包含: 當(dāng)所述第一接收器裝置己實(shí)質(zhì)上完全充好電時，使得所述第一接收器裝置停用于接收所述電力。 使得所述多個接收器裝置中的第二接收器裝置被啟用以接收來自所述發(fā)射天線的電力，并使得當(dāng)所述第二接收器裝置被啟用時余下的接收器裝置中的至少一部分停用于接收所述電力。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中順序地使得所述多個接收器裝置被啟用，且針對所述接收器裝置中的每一者被啟用的時間量而對所述多個接收器裝置進(jìn)行實(shí)質(zhì)上相等地分配。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述控制器進(jìn)一步經(jīng)配置以順序地使得所述多個接收器裝置被啟用，且針對所述接收器裝置中的每一者被啟用時間量對所述多個接收器裝置進(jìn)行不相等地分配。
17.一種無線電力接收器，其包含: 接收天線，其經(jīng)配置以電感性地接收來自發(fā)射器的電力，所述發(fā)射器經(jīng)配置以將所述電力電感性地傳遞給與所述接收天線空間上分離的多個接收器裝置；及 控制器，其可操作地耦合到所述接收天線，且所述控制器經(jīng)配置以當(dāng)所述多個接收器裝置中的至少一部分停用于接收所述電力時使得所述接收天線被啟用以接收來自所述發(fā)射器的電力。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的無線電力接收器，其中所述控制器經(jīng)配置以基于從所述發(fā)射器接收到的消息而使得所述接收天線被啟用。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的無線電力接收器，其中所述接收天線經(jīng)配置以經(jīng)由開/關(guān)鍵控通信協(xié)議或單獨(dú)通信信道來接收所述消息，且其中所述單獨(dú)通信信道包含藍(lán)牙、紫蜂、或蜂窩網(wǎng)絡(luò)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的無線電力接收器，其中所述控制器經(jīng)配置以使得所述接收天線被啟用直到所述無線電力接收器使用所接收到的電力實(shí)質(zhì)上完全充好電。
【文檔編號】H04B5/00GK104485722SQ201410815409
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2009年1月22日
【發(fā)明者】威廉·H·馮諾瓦克, 斯坦利·S·通丘, 斯坦頓·C·布雷登, 伊恩·J·費(fèi)夫里耶 申請人:高通股份有限公司