用于檢測和識別無線電力裝置的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】實(shí)施例針對于檢測和識別無線電力傳遞場中的無線電力裝置的類型。根據(jù)一個(gè)方面，揭示描述無線電力系統(tǒng)中限制到非相容裝置的電力傳遞以及對例如金屬物體等非所要電力吸收體的檢測的系統(tǒng)和方法。方法可包含檢測定位在無線電力發(fā)射器的充電區(qū)內(nèi)的一個(gè)或一個(gè)以上非相容裝置和／或非所要無線電力吸收體。所述方法可進(jìn)一步包含響應(yīng)于所述檢測而限制由發(fā)射器發(fā)射的電力量，或減少由所述非相容裝置接收的所述電力量。
【專利說明】用于檢測和識別無線電力裝置的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明大體上涉及無線電力。更具體來說，本發(fā)明針對于用于檢測無線電力發(fā)射器的充電區(qū)內(nèi)的未授權(quán)和/或非既定的裝置、近場通信裝置，或其組合的系統(tǒng)、裝置和方法。此外，本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及用于基于定位在無線電力發(fā)射器的充電區(qū)內(nèi)的未授權(quán)裝置和/或非既定裝置、近場通信裝置，或其組合的檢測來調(diào)整無線電力傳遞和/或限制無線電力遞送的系統(tǒng)、裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]越來越多數(shù)目和種類的電子裝置經(jīng)由可再充電電池進(jìn)行供電。此類裝置包含移動電話、便攜式音樂播放器、膝上型計(jì)算機(jī)、桌上型計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)外圍裝置、通信裝置(例如，藍(lán)牙裝置)、數(shù)碼相機(jī)、助聽器等。雖然電池技術(shù)已有所提高，但靠電池供電的電子裝置愈加需要和消耗更大量的電力。因此，這些裝置一直需要再充電?？稍俪潆娧b置常常經(jīng)由有線連接通過物理地連接到電力供應(yīng)器的電纜或其它類似連接器來進(jìn)行充電。電纜和類似連接器可能有時(shí)不方便或較麻煩，且具有其它缺點(diǎn)。能夠在自由空間中傳遞電力以用于對可再充電電子裝置進(jìn)行充電或?qū)㈦娏μ峁┙o電子裝置的無線充電系統(tǒng)可克服有線充電解決方案的一些缺陷。因此，需要有效地且安全地將電力傳遞到電子裝置的無線電力傳遞系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]處于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的系統(tǒng)、方法和裝置的各種實(shí)施方案各自具有若干方面，且其中沒有單個(gè)一者單獨(dú)地負(fù)責(zé)本文中所描述的所需屬性。在不限制所附權(quán)利要求書的范圍的情況下，在本文描述一些突出特征。
[0004]在附圖和以下描述中陳述了本說明書中所描述的標(biāo)的物的一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。其它特征、方面及優(yōu)勢將從描述、附圖以及權(quán)利要求書變得顯而易見。應(yīng)注意，下圖的相對尺寸可能未按比例繪制。
[0005]根據(jù)一個(gè)方面，揭示一種用于檢測經(jīng)配置以將電力傳遞到具有無線電力接收器的裝置的無線電力發(fā)射器的電力遞送區(qū)內(nèi)的物體的設(shè)備所述設(shè)備包含:驅(qū)動器，其經(jīng)配置以產(chǎn)生驅(qū)動信號以驅(qū)動電路輸出無線電力場；傳感器，其經(jīng)配置以感測所述驅(qū)動器所汲取的電力量，從而產(chǎn)生感測信號；通信單元，其經(jīng)配置以從所述無線電力接收器接收指示所述無線電力接收器所接收的電力的改變的信號；以及控制器，其經(jīng)配置以基于所述感測信號而監(jiān)視所述驅(qū)動器所汲取的電力的改變，且基于所述所汲取的電力的所述所監(jiān)視的改變和所述所接收的信號中的至少一者來識別物體的類型。
[0006]根據(jù)另一方面，揭示一種用于識別經(jīng)配置以將電力傳遞到包含無線電力接收器的裝置的無線電力發(fā)射器的電力傳遞區(qū)內(nèi)的物體的類型的方法。所述方法包含:監(jiān)視由所述無線電力發(fā)射器汲取的電力的改變；從所述無線電力接收器接收指示由所述無線電力接收器接收的電力的改變的信號；以及基于所述所汲取的電力的所述所監(jiān)視的改變和所述所接收的信號來識別所述物體的所述類型。
[0007]根據(jù)另一方面，揭示一種用于識別經(jīng)配置以將電力傳遞到包含無線電力接收器的裝置的無線電力發(fā)射器的電力傳遞區(qū)內(nèi)的物體的類型的設(shè)備。所述設(shè)備包含:用于監(jiān)視由所述無線電力發(fā)射器汲取的電力的改變的裝置；用于從所述無線電力接收器接收指示由所述無線電力接收器接收的電力的改變的信號的裝置；以及用于基于所述所汲取的電力的所述所監(jiān)視的改變和所述所接收的信號來識別所述物體的所述類型的裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的無線電力傳遞系統(tǒng)的功能框圖。
[0009]圖2為根據(jù)一些實(shí)施例的可用于圖1的無線電力傳遞系統(tǒng)中的組件的功能框圖。
[0010]圖3是根據(jù)一些實(shí)施例的包含發(fā)射線圈或接收線圈的圖2的發(fā)射電路或接收電路的一部分的示意圖。
[0011]圖4說明根據(jù)一些實(shí)施例的包含無線電力接收器和吸收體、組件或裝置的另一無線電力傳遞系統(tǒng)。
[0012]圖5是根據(jù)一些實(shí)施例的可用于圖1和圖4的無線電力傳遞系統(tǒng)中的無線電力發(fā)射器的框圖。
[0013]圖6是根據(jù)一些實(shí)施例的可用于圖1和圖4的無線電力傳遞系統(tǒng)中的接收器608的框圖。
[0014]圖7是可用于圖5的發(fā)射電路中的發(fā)射電路的一部分的示意圖。
[0015]圖8是根據(jù)一些實(shí)施例的識別無線電力場中的物體的類型的方法的流程圖。
[0016]圖9是展示根據(jù)一些實(shí)施例的由無線電力發(fā)射器看到的阻抗值的操作范圍的一個(gè)實(shí)例的曲線圖。
[0017]圖10是展示根據(jù)一些實(shí)施例的在存在一個(gè)、兩個(gè)和三個(gè)無線電力接收器的情況下由無線電力發(fā)射器看到的阻抗的變化的曲線圖。
[0018]圖1lA是展示根據(jù)一些實(shí)施例的在存在無線電力接收器和近場通信或RFID裝置的情況下由無線電力發(fā)射器看到的阻抗的變化的曲線圖。
[0019]圖1lB是展示根據(jù)一些實(shí)施例的在存在無線電力接收器和另一近場通信或RFID裝置的情況下由無線電力發(fā)射器看到的阻抗的變化的曲線圖。
[0020]圖12是展示根據(jù)一些實(shí)施例的在存在金屬物體的情況下由無線電力發(fā)射器看到的阻抗的變化的曲線圖。
[0021]圖13是根據(jù)一些實(shí)施例的確定所接收的電壓中的變化的方法的流程圖。
[0022]圖14是根據(jù)一些實(shí)施例的基于驅(qū)動器電流和所接收的電壓的改變來識別無線電力場中的物體的類型的方法的流程圖。
[0023]圖15是根據(jù)一些實(shí)施例的用于識別無線電力場中的物體的類型的設(shè)備的功能框圖。
[0024]圖式中所說明的各種特征可能未按比例繪制。因此，出于清楚目的，各種特征的尺寸可任意擴(kuò)大或縮小。另外，一些圖式可能未描繪給定系統(tǒng)、方法或裝置的所有組件。最終，可使用相同的參考數(shù)字來表示貫穿說明書和圖的相同特征?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]下文結(jié)合附圖所陳述的詳細(xì)描述意欲作為對本發(fā)明的示范性實(shí)施例的描述，且無意表示可實(shí)踐本發(fā)明的僅有實(shí)施例。在貫穿此描述所使用的術(shù)語“示范性”是指“用作一實(shí)例、例子或說明”，且應(yīng)沒有必要被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)施例的徹底理解的目的而包含特定細(xì)節(jié)。在一些情況下，以框圖形式來展示眾所周知的結(jié)構(gòu)和裝置。
[0026]無線地傳遞電力可涉及在不使用物理電導(dǎo)體的情況下將與電場、磁場、電磁場或其它者相關(guān)聯(lián)的任何形式的能量從發(fā)射器傳遞到接收器(例如，可將電力傳遞穿過自由空間)?？赏ㄟ^“接收線圈”來接收、俘獲或耦合輸出為無線場(例如，磁場)的電力以實(shí)現(xiàn)電力傳遞。
[0027]圖1為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的示范性無線電力傳遞系統(tǒng)100的功能框圖。將輸入電力102從電源(未圖示)提供到發(fā)射器104以用于產(chǎn)生用于提供能量傳遞的場105。接收器108可耦合到場105，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108兩者相隔一距離112。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，發(fā)射器104和接收器108是根據(jù)相互諧振關(guān)系進(jìn)行配置。當(dāng)接收器108的諧振頻率和發(fā)射器104的諧振頻率大體上相同或非常接近時(shí)，發(fā)射器104與接收器108之間的發(fā)射損耗最小。因此，與可需要需要線圈非常靠近(例如，數(shù)毫米)的大線圈的純感應(yīng)解決方案相t匕，可在更大的距離上提供無線電力傳遞。諧振感應(yīng)耦合技術(shù)可因此實(shí)現(xiàn)提高的效率以及在各種距離上以及在多種感應(yīng)線圈配置下的電力傳遞。
[0028]接收器108可在接收器108位于由發(fā)射器104產(chǎn)生的能量場105中時(shí)接收電力。場105對應(yīng)于其中發(fā)射器104所輸出的能量可被接收器105俘獲的區(qū)。在一些實(shí)施例中，場105可對應(yīng)于發(fā)射器104的“近場”，如下文將進(jìn)一步描述。發(fā)射器104可包含發(fā)射線圈114以用于輸出能量發(fā)射。接收器108進(jìn)一步包含接收線圈118以用于從能量發(fā)射接收或俘獲能量。所述近場可對應(yīng)于其中存在由發(fā)射線圈114中的電流和電荷產(chǎn)生的較強(qiáng)的反應(yīng)場的區(qū)，所述電流和電荷最小程度地將電力輻射遠(yuǎn)離發(fā)射線圈114。在一些實(shí)施例中，所述近場可對應(yīng)于處于發(fā)射線圈114的約一個(gè)波長(或其分?jǐn)?shù))內(nèi)的區(qū)。根據(jù)應(yīng)用和將與其相關(guān)聯(lián)的裝置來設(shè)定發(fā)射線圈114和接收線圈118的大小。如上文所描述，通過將發(fā)射線圈114的場105中的大部分能量耦合到接收線圈118而非以電磁波形式將大部分能量傳播到遠(yuǎn)場而進(jìn)行有效能量傳遞。當(dāng)定位于場105中時(shí)，可在發(fā)射線圈114與接收線圈118之間形成“耦合模式”。發(fā)射線圈114和接收線圈118周圍的其中可發(fā)生此耦合的區(qū)域在本文中稱作耦合模式區(qū)。
[0029]圖2為根據(jù)本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例的可用于圖1的無線電力傳遞系統(tǒng)100中的示范性組件的功能框圖。發(fā)射器204可包含發(fā)射電路206，所述發(fā)射電路可包含振蕩器222、驅(qū)動器電路224以及濾波器與匹配電路226。所述振蕩器222可經(jīng)配置以在所要頻率(例如，468.75KHz、6.78MHz或13.56MHz)下產(chǎn)生信號，所述所要頻率可響應(yīng)于頻率控制信號223來調(diào)整?？蓪⒄袷幤餍盘柼峁┙o驅(qū)動器電路224，所述驅(qū)動器電路經(jīng)配置以在發(fā)射線圈214的(例如)諧振頻率下驅(qū)動發(fā)射線圈214。驅(qū)動器電路224可為切換放大器，所述切換放大器經(jīng)配置以從振蕩器222接收方波且輸出正弦波。舉例來說，驅(qū)動器電路224可為E類放大器。還可包含濾波器與匹配電路226以濾除諧波或其它非所要的頻率且使發(fā)射器204的阻抗與發(fā)射線圈214匹配。
[0030]接收器208可包含接收電路210，所述接收電路可包含匹配電路232以及整流器與切換電路234，以從AC電力輸入產(chǎn)生DC電力輸出來對電池236 (如圖2中所展示)進(jìn)行充電或向耦合到接收器108的裝置(未圖示)供電?？砂ヅ潆娐?32以使接收電路210的阻抗與接收線圈218匹配。接收器208和發(fā)射器204可另外在單獨(dú)通信信道219 (例如，藍(lán)牙、紫蜂(zigbee)、蜂窩式等)上通信。接收器208和發(fā)射器204可替代地使用無線場206的特性經(jīng)由帶內(nèi)信令進(jìn)行通信。
[0031]如下文更全面地描述，可起初具有能夠被選擇性地停用的相關(guān)聯(lián)負(fù)載(例如，電池236)的接收器208可經(jīng)配置以確定由發(fā)射器204發(fā)射以及由接收器208接收的電力量是否適合用于對電池236進(jìn)行充電。此外，接收器208可經(jīng)配置以在確定電力量適當(dāng)后即刻啟用負(fù)載(例如，電池236)。在一些實(shí)施例中，接收器208可經(jīng)配置以直接利用從無線電力傳遞場接收的電力，而不對電池236進(jìn)行充電。舉例來說，例如近場通信(NFC)或射頻識別裝置(RFID)可經(jīng)配置以從無線電力傳遞場接收電力且通過與無線電力傳遞場交互而進(jìn)行通信，且/或利用所接收的電力來與發(fā)射器204或其它裝置進(jìn)行通信。
[0032]圖3是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的包含發(fā)射線圈或接收線圈352的圖2的發(fā)射電路206或接收電路210的一部分的示意圖。如圖3中所說明，用于示范性實(shí)施例中的發(fā)射電路或接收電路350可包含線圈352。所述線圈還可被稱作或被配置為“環(huán)形”天線352。線圈352在本文還可被稱作或被配置為“磁性”天線或感應(yīng)線圈。術(shù)語“線圈”意在指代可向另一“線圈”無線地輸出能量或接收用于耦合到另一“線圈”的能量的組件。所述線圈還可被稱作經(jīng)配置以無線地輸出或接收電力的類型的“天線”。線圈352可經(jīng)配置以包含空氣芯或物理芯(例如，鐵氧體芯(未圖示))。空氣芯環(huán)形線圈可能更可容許放置于所述芯附近的外來物理裝置。此外，空氣芯環(huán)形線圈352允許將其它組件放置于芯區(qū)域內(nèi)。另外，空氣芯環(huán)可更容易實(shí)現(xiàn)接收線圈218(圖2)在發(fā)射線圈214(圖2)的平面內(nèi)的放置，在所述平面中，發(fā)射線圈214(圖2)的耦合模式區(qū)可更強(qiáng)大。
[0033]如所陳述，在發(fā)射器104與接收器108之間的匹配或幾乎匹配的諧振期間可發(fā)生發(fā)射器104與接收器108之間的有效能量傳遞。然而，甚至當(dāng)發(fā)射器104與接收器108之間的諧振不匹配時(shí)，也可傳遞能量，但效率可能受到影響。通過將來自發(fā)射線圈的場105的能量耦合到駐留于建立了此場105的鄰域中的接收線圈而非將能量從發(fā)射線圈傳播到自由空間中而發(fā)生能量的傳遞。
[0034]環(huán)形線圈或磁性線圈的諧振頻率是基于電感和電容。電感可簡單地為由線圈352產(chǎn)生的電感，而可將電容添加到線圈的電感以在所要的諧振頻率下產(chǎn)生諧振結(jié)構(gòu)。作為非限制性實(shí)例，可將電容器352及電容器354添加到發(fā)射電路或接收電路350，以形成選擇諧振頻率下的信號356的諧振電路。因此，對于較大直徑的線圈來說，持續(xù)諧振所需的電容的大小可隨著環(huán)的直徑或電感增加而減小。此外，隨著線圈的直徑增加，近場的有效能量傳遞區(qū)域可增加。使用其它組件形成的其它諧振電路也是可能的。作為另一非限制性實(shí)例，電容器可并聯(lián)地放置于線圈350的兩個(gè)端子之間。對于發(fā)射線圈，具有大體上對應(yīng)于線圈352的諧振頻率的頻率的信號358可為到線圈352的輸入。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射器104可經(jīng)配置以輸出具有對應(yīng)于發(fā)射線圈114的諧振頻率的頻率的時(shí)變磁場。當(dāng)接收器處于場105內(nèi)時(shí)，所述時(shí)變磁場可在接收線圈118中感應(yīng)電流。如上文所描述，如果接收線圈118經(jīng)配置以在發(fā)射線圈118的頻率下諧振，那么可高效地傳遞能量。可如上所述對接收線圈118中感應(yīng)的AC信號進(jìn)行整流以產(chǎn)生DC信號，可提供所述DC信號對負(fù)載進(jìn)行充電或供電。
[0036]圖4說明根據(jù)一些實(shí)施例的包含吸收體、組件或裝置的無線電力傳遞系統(tǒng)。如圖4中所說明，無線電力系統(tǒng)480包含無線充電器482和一個(gè)或一個(gè)以上無線電力可充電裝置484A 和 484B。
[0037]無線電力系統(tǒng)480進(jìn)一步包含組件、吸收體或裝置486 (本文為吸收體486)，其可包括非相容裝置，例如近場通信(NFC)裝置或RFID卡。NFC裝置可使用NFC裝置的天線與和所述NFC裝置通信的裝置的天線之間的感應(yīng)。舉例來說，吸收體486可為經(jīng)配置以與包含無線充電器482的裝置通信的NFC裝置。吸收體486也可為無意的無線電力吸收體組件，例如金屬物體。金屬物體可通過影響無線電力場來干擾無線充電器482的操作以及由可充電裝置484A或484B接收的電力。裝置486以及每一可無線充電的裝置484A和484B可定位在無線充電器482的充電區(qū)內(nèi)。所述裝置的定向不限于圖4中所說明的裝置的定向。
[0038]如上文所論述，在無線電力傳遞系統(tǒng)中，未授權(quán)的裝置或其它組件可干擾將電力發(fā)射到待充電的裝置的充電裝置的操作。舉例來說，當(dāng)將無意的電力吸收體或顯著大塊的金屬添加到無線充電系統(tǒng)時(shí)，可執(zhí)行關(guān)閉或降低所發(fā)射的電力以保護(hù)所述系統(tǒng)和無意的電力吸收體。NFC裝置可吸收大量的電力且可由于其未被設(shè)計(jì)成處置高電力電平而顯著發(fā)熱。舉例來說，正在相同頻率下操作或能夠從無線電力發(fā)射器拾取電力的NFC裝置可從無線電力發(fā)射器接收過多電力。接收過多電力可導(dǎo)致對NFC裝置的不合意的加熱。此外，例如金屬物體等無意的吸收體可干擾無線電力系統(tǒng)的操作。舉例來說，大量金屬可通過將系統(tǒng)解調(diào)成使得發(fā)射器在其正常操作參數(shù)之外操作的程度而可具有對系統(tǒng)的不利影響。另外，紅鐵粉接收器可試圖從無線電力發(fā)射器拾取電力，其可影響到有效接收器的電力遞送且此外可影響無線電力系統(tǒng)的效率。在以上實(shí)例中的任一者中，需要檢測此些元件的添加以及調(diào)整無線電力傳遞系統(tǒng)的參數(shù)(例如，通過降低所發(fā)射的功率)以保護(hù)所述系統(tǒng)中的裝置且更高效地傳遞電力。
[0039]為了確定如何調(diào)整無線電力系統(tǒng)的參數(shù)，根據(jù)一些實(shí)施例，執(zhí)行對存在于無線電力傳遞場中的裝置的類型的識別。舉例來說，系統(tǒng)可在非既定的充電裝置與其它元件的添加之間進(jìn)行區(qū)分。參考圖4，無線充電器482可經(jīng)配置以識別吸收體486的物體類型。另夕卜，無線充電器482可經(jīng)配置以在識別后即刻調(diào)整無線電力場且/或保護(hù)吸收體486，例如NFC裝置。根據(jù)本文中所描述的一些實(shí)施例，在最小硬件要求的情況下，系統(tǒng)可能夠允許保護(hù)NFC裝置免遭毀壞，且保護(hù)無線電力發(fā)射器免于在可導(dǎo)致無線電力系統(tǒng)中的裝置損壞的低效狀態(tài)中操作。
[0040]此外，根據(jù)一種或一種以上方法，無線充電器482可經(jīng)配置以保護(hù)(例如，減少或可能地消除電力傳遞)在關(guān)聯(lián)的充電區(qū)內(nèi)檢測到的一個(gè)或一個(gè)以上非相容裝置(例如，吸收體486)。根據(jù)一些實(shí)施例，無線充電器482可經(jīng)配置以在關(guān)聯(lián)的發(fā)射天線或線圈的區(qū)內(nèi)不應(yīng)定位有裝置的區(qū)域內(nèi)傳遞電力。作為更特定的實(shí)例，無線充電器482可以某一方式進(jìn)行配置以防止例如NFC裝置等裝置定位成緊鄰發(fā)射天線514。因此，裝置(例如，NFC裝置)可不定位在具有最強(qiáng)場的區(qū)域內(nèi)。根據(jù)另一實(shí)施例，無線充電器482可經(jīng)配置以在檢測到NFC或RFID裝置后即刻減少或消除(例如，關(guān)閉)從其傳遞的電力。根據(jù)又一實(shí)施例，可減少每一相容裝置(例如，可無線充電的裝置484A或484B)的負(fù)載阻抗，因此，減少遞送到定位在關(guān)聯(lián)的充電區(qū)內(nèi)的非相容裝置的電力量。
[0041]圖5是根據(jù)一些實(shí)施例的可用于圖1和圖4的無線電力傳遞系統(tǒng)中的無線電力發(fā)射器的框圖。發(fā)射器504可包含在如上文參考圖4所描述的充電器482等充電器中。發(fā)射器504可包含發(fā)射電路505和發(fā)射線圈514。發(fā)射線圈514可為如圖3中所示的線圈352。發(fā)射電路505可通過提供振蕩信號而將RF電力提供到發(fā)射線圈514，所述振蕩信號導(dǎo)致在發(fā)射線圈514周圍產(chǎn)生能量(例如，磁通量)。發(fā)射器504可在任何合適頻率下操作。舉例來說，發(fā)射器504可在13.56MHz的ISM頻帶下操作。
[0042]發(fā)射電路505可包含TX阻抗調(diào)整電路509，所述TX阻抗調(diào)整電路經(jīng)配置以基于發(fā)射線圈514的阻抗來調(diào)整發(fā)射電路505的阻抗以增加效率。發(fā)射電路505還可包含低通濾波器(LPF) 508，所述低通濾波器經(jīng)配置以將諧波發(fā)射減小到用以防止耦合到接收器108(圖1)的裝置的自擾的水平。其它實(shí)施例可包含不同濾波器拓?fù)?包含(但不限于)使特定頻率衰減同時(shí)使其它頻率通過的陷波濾波器)，且可包含自適應(yīng)阻抗匹配，其可基于可測量的發(fā)射度量(例如，到發(fā)射線圈514的輸出電力或由驅(qū)動器524汲取的DC電流)而變化。發(fā)射電路505進(jìn)一步包含經(jīng)配置以驅(qū)動如由振蕩器523確定的RF信號的驅(qū)動器524。振蕩器523、驅(qū)動器524、低通濾波器508以及阻抗調(diào)整電路509可共同被稱作發(fā)射器驅(qū)動電路570。發(fā)射電路505可由離散裝置或電路組成，或者替代地，可由集成組合件組成。來自發(fā)射線圈514的功率輸出的一個(gè)實(shí)例可為約2.5瓦。
[0043]發(fā)射電路505可進(jìn)一步包含控制器515，以用于在針對特定接收器的發(fā)射階段(或工作循環(huán))期間選擇性地啟用振蕩器523，以用于調(diào)整所述振蕩器523的頻率或相位，且用于調(diào)整輸出電力水平來實(shí)施用于經(jīng)由相鄰裝置所附接的接收器與相鄰裝置交互的通信協(xié)議?？刂破?15在本文還可被稱作處理器515。振蕩器相位的調(diào)整以及發(fā)射路徑中的相關(guān)電路可允許減少帶外發(fā)射，尤其在從一個(gè)頻率轉(zhuǎn)變到另一頻率時(shí)。
[0044]發(fā)射電路505可進(jìn)一步包含負(fù)載感測電路516，所述負(fù)載感測電路經(jīng)配置以檢測在由發(fā)射線圈514產(chǎn)生的近場附近的有效接收器的存在或不存在。舉例來說，負(fù)載感測電路516監(jiān)視流動到驅(qū)動器524的電流，所述電流可受在由發(fā)射線圈514產(chǎn)生的場附近的有效接收器的存在或不存在影響，如下文進(jìn)一步描述。由控制器515監(jiān)視對驅(qū)動器524上的負(fù)載的改變的檢測，以用于確定是否啟用振蕩器523來用于發(fā)射能量且與有效接收器通信。如下文參考圖8、13和14更詳細(xì)地描述，在驅(qū)動器524處測得的電流可用于確定無效裝置是否定位在發(fā)射器504的無線電力傳遞區(qū)內(nèi)。
[0045]發(fā)射線圈514可用絞合線實(shí)施，或?qū)嵤榫哂薪?jīng)選擇以使電阻性損耗保持較低的厚度、寬度和金屬類型的天線帶。在一個(gè)實(shí)施方案中，發(fā)射線圈514可一般經(jīng)配置以與較大結(jié)構(gòu)(例如，桌子、墊子、燈或其它較不便攜的配置)相關(guān)聯(lián)。因此，發(fā)射線圈514—般可不需要“若干匝”以便具有實(shí)用尺寸。發(fā)射線圈514的實(shí)例性實(shí)施方案可為“電學(xué)上較小的”(即，具有等于波長的分?jǐn)?shù)的大小)且經(jīng)調(diào)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。
[0046]發(fā)射器504可搜集和追蹤關(guān)于可與發(fā)射器504相關(guān)聯(lián)的接收器裝置的行蹤和狀態(tài)的信息。因此，發(fā)射器電路505可包含連接到控制器515 (在本文中還稱作處理器)的存儲器572、檢測器和/或通信單元580、封閉檢測器560，或其組合。控制器515可響應(yīng)于來自檢測和/或通信單元580和封閉檢測器560的存在信號而調(diào)整由驅(qū)動器524遞送的電力的量。舉例來說，檢測和/或通信單元580可經(jīng)配置以從在發(fā)射器504附近的一個(gè)或一個(gè)以上無線電力接收器接收通信信號，或可檢測在發(fā)射器504附近的裝置或物體的存在。關(guān)于無線電力接收器的各種操作參數(shù)的信息可存儲在存儲器572中以供發(fā)射器504使用?？刂破?15可經(jīng)配置以基于從檢測和/或通信單元580接收到的信息來控制發(fā)射器504的輸出。
[0047]作為非限制性實(shí)例，檢測和/或通信單元580可包含運(yùn)動檢測器，所述運(yùn)動檢測器用于感測被插入到發(fā)射器504的覆蓋區(qū)域中的待充電的裝置的初始存在。在檢測后，可開啟發(fā)射器504且可使用由所述裝置接收的RF電力來以預(yù)定方式雙態(tài)切換RX裝置上的開關(guān)，其又導(dǎo)致發(fā)射器504的驅(qū)動點(diǎn)阻抗的改變。
[0048]作為另一非限制性實(shí)例，檢測和/或通信單元580可包含能夠(例如)通過紅外檢測、運(yùn)動檢測或其它合適的手段來檢測人類的檢測器。在一些示范性實(shí)施例中，可能存在限制發(fā)射線圈514可在特定頻率下發(fā)射的功率的量的規(guī)章。在一些實(shí)施例中，這些規(guī)章意在保護(hù)人類免受電磁輻射影響。然而，可能存在其中發(fā)射線圈514放置于人類未占用的或人類不經(jīng)常占用的區(qū)域(例如，車庫、廠區(qū)、車間等)中的環(huán)境。如果這些環(huán)境沒有人類，則可以可準(zhǔn)許將發(fā)射線圈514的功率輸出增加到正常功率約束規(guī)章以上。換句話說，控制器515可響應(yīng)于人類存在而將發(fā)射線圈514的功率輸出調(diào)整到管制水平或更低水平，且當(dāng)人類在與發(fā)射線圈514的電磁場相距管制距離之外時(shí)，將發(fā)射線圈514的功率輸出調(diào)整到高于管制水平的水平。
[0049]作為一非限制性實(shí)例，封閉檢測器560(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(guān)等裝置，以用于確定外罩何時(shí)處于閉合或打開狀態(tài)中。當(dāng)發(fā)射器在處于封閉狀態(tài)的外罩中時(shí)，可增加發(fā)射器的功率水平。
[0050]發(fā)射器504可經(jīng)由許多電源接收電力，所述電源例如為用以轉(zhuǎn)換存在于建筑物中的常規(guī)AC電力的AC-DC轉(zhuǎn)換器(未圖不)、用以將常規(guī)DC電源轉(zhuǎn)換成適合于發(fā)射器504的電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器(未圖示)，或發(fā)射器可直接從常規(guī)DC電源(未圖示)接收電力。
[0051]在一些實(shí)施例中，可使用發(fā)射器504借以不會無限地保持開啟的方法。在此情況下，發(fā)射器504可經(jīng)編程以在用戶確定的時(shí)間量后關(guān)閉。此特征可防止發(fā)射器504 (尤其是驅(qū)動器524)在其周邊的無線裝置充滿后長時(shí)間運(yùn)行。此事件可能歸因于經(jīng)配置以檢測從中繼器或接收線圈發(fā)送的指示裝置充滿的信號的電路(例如，檢測和/或通信單元580)的故障。為了防止發(fā)射器504在另一裝置放置于其周邊時(shí)自動停機(jī)，可僅在檢測到其周邊缺少運(yùn)動的設(shè)定周期后激活發(fā)射器504自動關(guān)閉特征。用戶可能夠確定不活動時(shí)間間隔，且在需要時(shí)改變所述不活動時(shí)間間隔。作為一非限制性實(shí)例，所述時(shí)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(shí)間間隔長。
[0052]圖6是根據(jù)一些實(shí)施例的可用于圖1和圖4的無線電力傳遞系統(tǒng)中的接收器608的框圖。舉例來說，接收器608可包含于如上文參考圖4所描述的可充電裝置484A或484B中的一者中，且可經(jīng)配置以從充電器接收電力，所述充電器例如為包含如上文所描述的發(fā)射器(例如，發(fā)射器504)的充電器482。接收器608包含接收電路610，所述接收電路可包含接收線圈618。接收器608還連接到充電裝置650或與所述傳導(dǎo)裝置電耦合以用于向其提供所接收的電力。應(yīng)注意，將接收器608說明為在充電裝置650外部，但其可集成到充電裝置650中。能量可無線地傳播到接收線圈618且接著經(jīng)由接收電路610而耦合到充電裝置650。舉例來說，充電裝置包含(例如)移動電話、便攜式音樂播放器、膝上型計(jì)算機(jī)、桌上型計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)外圍裝置、通信裝置(例如，藍(lán)牙裝置)、數(shù)碼相機(jī)、助聽器(其它醫(yī)療裝置)等裝置。
[0053]接收線圈618可經(jīng)調(diào)諧以在與發(fā)射線圈514(如圖5中所展示)相同的頻率下或在指定的頻率范圍內(nèi)諧振。接收線圈618可與發(fā)射線圈514類似地設(shè)定尺寸，或可基于相關(guān)聯(lián)的充電裝置650的尺寸來不同地設(shè)定大小。舉例來說，充電裝置650可為具有比發(fā)射線圈514的長度的直徑小的直徑或長度尺寸的便攜式電子裝置。在此實(shí)例中，接收線圈618可實(shí)施為多匝線圈，以便減少調(diào)諧電容器(未圖示)的電容值，且增加接收線圈的阻抗。舉例來說，接收線圈618可放置于充電裝置650的實(shí)質(zhì)性圓周周圍，以便使線圈直徑最大化并減少接收線圈618的環(huán)匝(例如，繞組)的數(shù)目和繞組間電容。
[0054]接收電路610可基于接收線圈618的阻抗來提供對接收器的有效阻抗的阻抗調(diào)整。接收電路610包含用于將接收到的RF能源轉(zhuǎn)換為供充電裝置650使用的充電電力的電力轉(zhuǎn)換電路606。電力轉(zhuǎn)換電路606可一般被稱作電壓調(diào)節(jié)器，其用于將從無線場接收到的電力轉(zhuǎn)換為用于對負(fù)載進(jìn)行充電的電力。在一些實(shí)施例中，電力轉(zhuǎn)換電路606包含RF-DC轉(zhuǎn)換器620且還可包含DC-DC轉(zhuǎn)換器622。RF-DC轉(zhuǎn)換器620經(jīng)配置以將在接收線圈618處接收到的RF能量信號整流為具有輸出電壓V,eet的非交變電力。DC-DC轉(zhuǎn)換器622 (或其它電力調(diào)節(jié)器)將經(jīng)整流的RF能量信號轉(zhuǎn)換為與充電裝置650相容的具有輸出電壓Vtjut和輸出電流Iwt的能量電位(例如，電壓)。預(yù)期各種RF-DC轉(zhuǎn)換器，包含部分和全整流器、調(diào)節(jié)器、橋接器、倍增器以及線性和切換轉(zhuǎn)換器。
[0055]接收電路610還包含傳感器690，所述傳感器連接到Rx匹配開關(guān)612的輸出以及電力轉(zhuǎn)換電路606的輸入。傳感器690可稱合到如圖6中所說明的處理器616或與所述處理器通信。傳感器690經(jīng)配置以感測電力轉(zhuǎn)換電路606的輸入處的電壓電平(例如，VKeg)。在一些實(shí)施方案中，傳感器690經(jīng)配置以測量經(jīng)配置以將所接收的電力轉(zhuǎn)換為用于對充電裝置650進(jìn)行充電的電力的調(diào)節(jié)器的輸入處的電壓電平?？蓪y得的電壓電平傳送到處理器616或由所述處理器檢測所述電壓電平以用于控制接收器的操作。在一些實(shí)施例中，可將測得的電壓電平Vlteg傳送回到發(fā)射器(例如，發(fā)射器504)以用于控制發(fā)射器的操作。下文將參考圖8、13和14更詳細(xì)地描述用于基于測得的電壓電平Vlteg來控制充電系統(tǒng)的方法。
[0056]接收電路610可進(jìn)一步包含RX阻抗調(diào)整與切換電路612。RX阻抗調(diào)整與切換電路可經(jīng)配置以基于接收線圈618的阻抗來調(diào)整接收電路610的阻抗以提高電力傳遞期間的效率。此外，RX阻抗調(diào)整與切換電路612可經(jīng)配置以將接收線圈618連接到電力轉(zhuǎn)換電路606或者斷開電力轉(zhuǎn)換電路606。將接收線圈618與電力轉(zhuǎn)換電路606斷開不僅會中止對充電裝置650的充電，而且還會改變發(fā)射器404(圖2)所“看到”的“負(fù)載”。
[0057]在一些實(shí)施例中，發(fā)射器504包含負(fù)載感測電路516，所述負(fù)載感測電路可檢測提供到發(fā)射器驅(qū)動器電路524的偏置電流的波動。因此，發(fā)射器504具有用于確定接收器何時(shí)存在于發(fā)射器的近場中的機(jī)制。
[0058]當(dāng)多個(gè)接收器608存在于發(fā)射器的近場中時(shí)，可能需要對一個(gè)或一個(gè)以上接收器的加載及卸載進(jìn)行時(shí)間多路復(fù)用，以使其它接收器能夠更高效地耦合到發(fā)射器504。也可遮蓋接收器608，以便消除到其它近旁接收器的耦合或減少近旁發(fā)射器上的加載。接收器的此“卸載”在本文中也稱為“遮蓋”。[0059]返回參考圖4且如上文所論述，根據(jù)一種或一種以上方法，無線充電器482可經(jīng)配置以檢測和識別定位在關(guān)聯(lián)的充電區(qū)內(nèi)的一個(gè)或一個(gè)以上非相容裝置(例如，吸收體486)。根據(jù)一些實(shí)施例，無線充電器482可經(jīng)配置以確定正由關(guān)聯(lián)的充電區(qū)內(nèi)的無線充電器482的無線電力發(fā)射器(例如，圖5的發(fā)射器504)發(fā)射的電力是否未被考慮到。根據(jù)另一實(shí)施例，在遮蓋了每一可無線充電的裝置484A或484B之后，無線充電器482可經(jīng)配置以測量發(fā)射器處的一個(gè)或一個(gè)以上性質(zhì)以確定非相容裝置是否正在汲取電力。根據(jù)又一實(shí)施例，在遮蓋了每一可充電裝置484A或484B之后，無線充電器482可經(jīng)配置以經(jīng)由與發(fā)射器相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或一個(gè)以上測得的性質(zhì)以及與一個(gè)或一個(gè)以上可無線充電的裝置484A和484B相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或一個(gè)以上測得的性質(zhì)來確定非相容裝置是否正在汲取電力。
[0060]此外，由接收器608控制且由發(fā)射器504檢測的卸載與加載之間的切換可提供從接收器608到發(fā)射器504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?08發(fā)送到發(fā)射器504。舉例來說，切換速度可為約100微秒。
[0061 ] 另外或替代地，根據(jù)一些實(shí)施例，可充電裝置484A和484B中的每一者可經(jīng)配置以在將信息傳送到充電器482的同時(shí)不斷地接收電力。此外，在一些實(shí)施例中，發(fā)射器504與接收器608之間的通信涉及裝置感測和充電控制機(jī)制(例如，使用耦合場的帶內(nèi)信令)而非常規(guī)雙向通信。換句話說，發(fā)射器504可使用所發(fā)射信號的開/關(guān)鍵控來調(diào)整近場中的能量是否可用。接收器608可將這些能量改變解譯為來自發(fā)射器504的消息。從接收器側(cè)，接收器608可使用接收線圈618的調(diào)諧與解諧來調(diào)整正從場接受多少電力。在一些實(shí)施例中，可經(jīng)由切換電路612來完成所述調(diào)諧與解諧。發(fā)射器504可檢測來自場的所使用的電力的此差異，且將這些改變解譯為來自接收器608的消息。還可利用對發(fā)射電力和負(fù)載特性的其它形式的調(diào)制。
[0062]返回參考圖6，接收電路610可進(jìn)一步包含經(jīng)配置以識別所接收的能量波動的信令檢測器和信標(biāo)電路614，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，信令與信標(biāo)電路614還可用以檢測減少的信號能量(即，信標(biāo)信號)的發(fā)射，并將所述減少的信號能量整流為標(biāo)稱電力，以用于喚醒接收電路610內(nèi)的未供電或耗盡電力的電路，以便配置接收電路610來用于無線充電。
[0063]接收電路610進(jìn)一步包含處理器616，以用于協(xié)調(diào)本文中所描述的接收器608的過程(包含對本文中所描述的RX阻抗調(diào)整與切換電路512的控制)。還可在其它事件(包含檢測到將充電電力提供到充電裝置650的外部有線充電源(例如，壁式/ USB電力))發(fā)生后即刻遮蓋接收器608。除了控制對接收器的遮蓋外，處理器616還可監(jiān)視信標(biāo)電路614以確定信標(biāo)狀態(tài)，并提取從發(fā)射器504發(fā)送的消息。處理器616還可調(diào)整DC-DC轉(zhuǎn)換器622以獲得提聞的效率和性能。
[0064]圖7是可用于圖5的發(fā)射電路505中的發(fā)射電路700的一部分的示意圖。發(fā)射電路700可包含如上文參考圖5中的驅(qū)動器電路524所描述的驅(qū)動器電路724。如上文所描述，驅(qū)動器電路724可為切換放大器，所述切換放大器可經(jīng)配置以接收方波且輸出正弦波以提供給發(fā)射電路750。在一些實(shí)施例中，可將驅(qū)動器電路724稱作放大器電路。驅(qū)動器電路724被展示為E類放大器；然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可使用任何合適的驅(qū)動器電路724。驅(qū)動器電路724可由來自如圖5中所示的振蕩器523的輸入信號702驅(qū)動。還可向驅(qū)動器電路724提供驅(qū)動電壓VD，所述驅(qū)動電壓經(jīng)配置以控制可通過發(fā)射電路750遞送的最大功率。為了消除或減少諧波，發(fā)射電路700可包含濾波器電路726。濾波器電路726可為三極(電容器734、電感器732和電容器736)低通濾波器電路726。
[0065]可將由濾波器電路726輸出的信號提供給包括線圈715的發(fā)射電路750。發(fā)射電路750可包含串聯(lián)諧振電路，所述串聯(lián)諧振電路具有可在由驅(qū)動器電路724提供的經(jīng)濾波信號的頻率下諧振的對應(yīng)于電容器720的電容以及電感(例如，其可歸因于線圈的電感或電容，或歸因于額外的電容器組件)。發(fā)射電路750的負(fù)載可由可變阻抗722表示，所述可變阻抗可包含電阻性組件和電抗性組件。如由發(fā)射電路750看到的阻抗722的值可為經(jīng)定位以從發(fā)射電路750接收電力的一個(gè)或一個(gè)以上無線電力接收器的函數(shù)。發(fā)射電路750可經(jīng)配置以在如下文參考圖9所描述的預(yù)定負(fù)載條件范圍內(nèi)穩(wěn)定地操作。
[0066]圖8是根據(jù)一些實(shí)施例的識別無線電力場中的物體的類型的方法的流程圖。方法800可由無線電力發(fā)射器執(zhí)行，所述無線電力發(fā)射器例如為如上文參考圖5所論述的發(fā)射器504且其可并入例如如上文參考圖4所論述的充電器482等充電器中。如圖8中所示，方法800包含通過框802展示監(jiān)視由無線電力發(fā)射器汲取的電力的改變。舉例來說，如上文參考圖5所論述，負(fù)載感測電路516可經(jīng)配置以監(jiān)視由驅(qū)動器524汲取的電流的量。方法800還包含通過框804展示從無線電力接收器接收指示由無線電力接收器接收的電力的改變的信號。舉例來說，檢測和/或通信單元580可經(jīng)配置以接收通信信號，所述通信信號包含指示由無線電力接收器接收的電力的改變的信息。在一個(gè)實(shí)施例中，可通過可至少部分由檢測和/或通信單元580處理的無線電力傳遞場的調(diào)制經(jīng)由帶內(nèi)信令來傳遞通信信號。在一個(gè)實(shí)施例中，檢測和/或通信單元580可包含通信元件，例如天線，且可經(jīng)配置以接收經(jīng)由單獨(dú)的通信信道(例如，經(jīng)由RF通信信號)傳送的信號。此外，方法800包含如框806展示的基于所汲取的電力的所監(jiān)視的改變以及所接收的信號來識別物體的類型。舉例來說，基于所汲取的電力的所監(jiān)視的改變以及所接收的信號，無線電力發(fā)射器的控制器(例如，控制器515)可從經(jīng)授權(quán)的無線電力接收器、未授權(quán)的無線電力接收器、非既定的吸收體(例如，金屬物體)和通信裝置(例如，NFC裝置或RFID裝置)中確定無線電力場內(nèi)存在的物體的類型。
[0067]物體的類型和無線電力場的識別可基于無線電力發(fā)射器的驅(qū)動器響應(yīng)的配置。舉例來說，在如上文參考圖7所論述的E類放大器的情況下，由驅(qū)動器724汲取的電流的量可基于如由無線電力發(fā)射器看到的負(fù)載條件(例如，等效可變阻抗722的阻抗值)。下文將參考圖9、10、11A、11B和12更詳細(xì)地描述無線電力發(fā)射器的阻抗響應(yīng)。圖9、10、11A、IlB和12中的每一者包含以50: I的尺度繪制阻抗的斯密斯圖。
[0068]圖9是展示根據(jù)一些實(shí)施例的由無線電力發(fā)射器看到的阻抗值的操作范圍的一個(gè)實(shí)例的曲線圖。圖9展示使用表示恒定電阻值和電抗值的圓圈來繪制復(fù)數(shù)阻抗的斯密斯圖。舉例來說，如圖9中所示，兩條線的每一交叉點(diǎn)對應(yīng)于由函數(shù)R+jX表征的復(fù)數(shù)阻抗的電阻性(例如，實(shí)數(shù))分量和電抗性(例如，虛數(shù))分量的值，其中R是復(fù)數(shù)阻抗的電阻性分量且X是電抗性分量。如圖9中所示，驅(qū)動器(例如，驅(qū)動器524、724)可被設(shè)計(jì)成在如由范圍902指示的限定的R和X范圍內(nèi)操作。所述操作范圍不限于圖9中所示的所說明的實(shí)例性范圍，且可變化以提供對各種負(fù)載條件的不同驅(qū)動器響應(yīng)。
[0069]圖10是展示根據(jù)一些實(shí)施例的在存在一個(gè)、兩個(gè)和三個(gè)無線電力接收器的情況下由無線電力發(fā)射器看到的阻抗的變化的曲線圖。在一個(gè)實(shí)例中，發(fā)射器可經(jīng)調(diào)諧以展現(xiàn)出具有如在沒有負(fù)載呈現(xiàn)給發(fā)射器時(shí)展示的電感性分量和小電阻性分量的阻抗。如圖10中所示，在不存在負(fù)載的情況下，發(fā)射器展現(xiàn)出如由阻抗點(diǎn)1000展示的約2.5+j30(或50X (0.05+J0.6))的阻抗值。阻抗點(diǎn)1002、1004和1006中的每一者說明分別向無線電力系統(tǒng)添加一個(gè)、兩個(gè)和三個(gè)無線電力接收器的效果。舉例來說，添加一個(gè)無線電力接收器可產(chǎn)生如由阻抗點(diǎn)1002展示的約25+j20(*50X (0.5+j0.4))的阻抗值，其為相對于阻抗點(diǎn)1000到如由發(fā)射器看到的負(fù)載條件的電阻性和電抗性移位兩者。類似地，添加第二接收器會產(chǎn)生如由阻抗點(diǎn)1004展示的約50+j0 (或50X (Ι+jO))的阻抗值，而添加第三接收器會產(chǎn)生如由阻抗點(diǎn)1006展示的約80+」30(或50父(1.6-j0.6))的阻抗值因此，如圖10中所示，對于特定設(shè)計(jì)，將無線電力接收器添加到無線電力場會導(dǎo)致到如由發(fā)射器看到的阻抗的實(shí)數(shù)和電抗性移位兩者。
[0070]圖1lA是展示根據(jù)一些實(shí)施例的在存在無線電力接收器和近場通信或RFID裝置的情況下由無線電力發(fā)射器看到的阻抗的變化的曲線圖。在一些實(shí)施例中，發(fā)射器可經(jīng)調(diào)諧以使得在不存在負(fù)載的情況下，所述發(fā)射器展現(xiàn)出如由阻抗點(diǎn)1100展示的約2.5+j30(* 50X(0.05+j0.6))的阻抗值。將不同類型的裝置添加到無線電力場可導(dǎo)致不同的阻抗移位。舉例來說，添加一個(gè)無線電力接收器會產(chǎn)生如由阻抗點(diǎn)1102展示的約25+j20(或50X (0.5+j0.4))的阻抗值，其為相對于阻抗點(diǎn)1100到如由發(fā)射器看到的負(fù)載條件的電阻性和電抗性移位兩者。添加近場(NFC)或RFID通信裝置可導(dǎo)致如由阻抗點(diǎn)1104展示的具有35+j20(或50X(0.7+j0.4))的值的阻抗的僅實(shí)數(shù)分量的移位。如圖所示，所得的阻抗僅展現(xiàn)出電阻性移位1106。
[0071]其它NFC或RFID裝置也展現(xiàn)出到阻抗的實(shí)數(shù)和電抗性移位兩者。圖1lB是展示根據(jù)一些實(shí)施例的在存在無線電力接收器和另一近場通信或RFID裝置的情況下由無線電力發(fā)射器看到的阻抗的變化的曲線圖。如圖1lB中所示，添加不同的NFC或RFID裝置會導(dǎo)致具有35+jlO(或50X (0.7+j0.2))的值的電阻性移位1106和電抗性移位1108阻抗點(diǎn)1110。
[0072]圖12是展示根據(jù)一些實(shí)施例的在存在金屬物體的情況下由無線電力發(fā)射器看到的阻抗的變化的曲線圖。在一些實(shí)施例中，發(fā)射器可經(jīng)調(diào)諧以使得在不存在負(fù)載的情況下，所述發(fā)射器展現(xiàn)出如由阻抗點(diǎn)1200展示的約2.5+j30(或50X (0.05+J0.6))的阻抗值。將金屬物體添加到無線電力場會導(dǎo)致到如由發(fā)射器看到的阻抗的僅電抗性移位。舉例來說，添加小的金屬物體可導(dǎo)致到具有2.5+j5(*50X (0.05+J0.1))的值的阻抗點(diǎn)1202的電抗性移位。添加大的金屬物體可導(dǎo)致到具有2.5+j250(或50X (0.05+J5.0))的值的阻抗點(diǎn)1204的更大的電抗性移位。
[0073]如上文參考圖7所論述，無線電力發(fā)射器的驅(qū)動器可被設(shè)計(jì)成展現(xiàn)出特定阻抗響應(yīng)。此外，無線電力接收器的電壓調(diào)節(jié)器的輸入處的電壓可基于發(fā)射器的電壓電平輸出而改變。舉例來說，驅(qū)動器可經(jīng)配置以將發(fā)射器的輸出電力維持成滿足呈現(xiàn)給發(fā)射器的負(fù)載的要求。因此，驅(qū)動器可響應(yīng)于變化的負(fù)載條件而汲取更多或更少的電流。此外，無線電力接收器的電壓調(diào)節(jié)器的輸入處的電壓基于發(fā)射器的輸出電壓而改變。因此，電壓調(diào)節(jié)器的輸入電壓電平可基于變化的負(fù)載條件而變化。舉例來說，如上文參考圖12所論述，呈現(xiàn)給系統(tǒng)的金屬物體會通過引入與金屬物體相關(guān)聯(lián)的電抗而導(dǎo)致系統(tǒng)的調(diào)諧的改變。所述電抗移位可導(dǎo)致系統(tǒng)效率的增加或減小。在降低的效率的情況下，驅(qū)動器可被設(shè)計(jì)成當(dāng)在無線電力場中存在金屬物體時(shí)汲取更大的電流來用于驅(qū)動發(fā)射線圈。還可將降低的效率測量為無線電力系統(tǒng)中的接收器的輸入處的較低的電壓?；蛘撸诮饘傥矬w歸因于電抗移位而導(dǎo)致增加的效率的情況下，可檢測到接收器的輸入處的電壓的增加。
[0074]被引入到無線電力場的近場通信裝置、RFID裝置或無線電力接收器(例如，移動電話)可導(dǎo)致如由發(fā)射器看到的電阻的增加，如上文參考圖10到11所論述。驅(qū)動器可被設(shè)計(jì)成響應(yīng)于電阻的增加而汲取更大的電流且增加穿過發(fā)射線圈的電流。歸因于來自發(fā)射器的電力輸出的增加，可大體上維持接收器的輸入處的電壓。從系統(tǒng)移除的或移動遠(yuǎn)離無線電力發(fā)射器的無線電力接收器可導(dǎo)致如由發(fā)射器看到的較小的電阻。驅(qū)動器可被設(shè)計(jì)成響應(yīng)于減小的電阻而汲取較小的電流且減小穿過發(fā)射線圈的電流，且歸因于無線電力接收器與發(fā)射器之間的較弱的耦合，還可減小接收器的輸入處的電壓。通過監(jiān)視發(fā)射器和接收器對變化的負(fù)載條件的響應(yīng)，鑒于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，可識別被引入到無線電力傳遞場的物體。
[0075]圖13是根據(jù)一些實(shí)施例的確定所接收的電壓中的變化的方法的流程圖。圖13中所說明的方法1300是在無線電力接收器中操作的過程的實(shí)例，所述無線電力接收器例如為如上文參考圖6所論述的無線電力接收器608，其可包含在如上文參考圖4所論述的可充電裝置484A或484B中。方法1300可由例如處理器616等控制器或處理器實(shí)施以檢測無意的吸收體的存在，且/或保護(hù)無線電力系統(tǒng)中的裝置(例如，如上文所論述的NFC卡)。
[0076]方法1300可包含如框1302中所說明來測量接收器處的調(diào)節(jié)器的輸入處的電壓，以建立基線電壓讀數(shù)Vltegtltj所述方法還可包含測量調(diào)節(jié)器電壓Vltegc的現(xiàn)在值以將調(diào)節(jié)器電壓的改變計(jì)算為。-VKeg(l，如框1304所展示。在決策框1306處，將電壓的改變AVKeg的量值與電壓改變閾值V-TH量值進(jìn)行比較。如果電壓的改變AVlteg的量值大于電壓的閾值量值改變V-TH，那么可將消息發(fā)送到發(fā)射器，如框1308所說明。如果測得的電壓Vreg不大于閾值電壓Vreg，那么所述方法可繼續(xù)在框1302處測量接收器調(diào)節(jié)器電壓。
[0077]圖14是根據(jù)一些實(shí)施例的基于驅(qū)動器電流和所接收的電壓中的改變來識別無線電力場中的物體的類型的方法的流程圖。舉例來說，方法1400可在無線電力發(fā)射裝置(例如，充電器482和/或發(fā)射器504)中實(shí)施。方法1400可由例如控制器515等控制器或處理器實(shí)施以檢測無意的吸收體的存在，且/或保護(hù)無線電力系統(tǒng)中的裝置(例如，如上文所論述的NFC卡)。方法1400還允許發(fā)射器與接收器之間的通信，以用于減少對系統(tǒng)中的非所要的物體(例如，吸收體486)的錯(cuò)誤檢測，且用于保護(hù)無線電力系統(tǒng)中的裝置。
[0078]所述方法可包含測量由無線電力發(fā)射器的驅(qū)動器汲取的電流電平以確定基線電流電平1_，如框1402所展示。在框1404處，可從接收器接收到指示接收器的調(diào)節(jié)器的輸入處的電壓電平的改變AVlteg的消息。舉例來說，接收器可將所述消息傳送到發(fā)射器，如上文參考圖13所論述。到發(fā)射器的驅(qū)動器的輸入電流的測量可與對來自接收器的消息的接收并行地或同時(shí)地發(fā)生。如框1406中所示，所述方法包含將由發(fā)射器的驅(qū)動器汲取的電流測量為電流電平Ipa。，且將所汲取的電流的改變確定為ΛΙΡΑ=ΙΡΑ[;-ΙΡΑ(Ι。舉例來說，隨著負(fù)載條件改變，發(fā)射器的驅(qū)動器可經(jīng)配置以汲取更多或更少的電流來滿足呈現(xiàn)給發(fā)射器的負(fù)載的要求。
[0079]在決策框1408處，所述方法確定接收器處的測得的電壓的改變AVlteg的量值是否已超過閾值電壓改變VTH。在一些實(shí)施例中，測得的電壓的改變AVlteg的量值與閾值電壓改變Vth的比較可在接收器處執(zhí)行，且從接收器接收到的消息可指示測得的電壓的改變AVlteg的量值消息是否大于閾值電壓改變VTH。此外，在決策框1408處，所述方法可確定電流的改變Aipa的量值是否大于閾值電流改變水平ITH。如果測得的電壓改變AVlteg的量值已超過閾值電壓改變Vth或測得的電流改變Λ Ipa的量值已超過閾值電壓改變ΙΤΗ，那么所述方法可進(jìn)行到?jīng)Q策框1410。如果測得的電壓改變AVlteg尚未超過閾值電壓改變Vth且測得的電流改變AIpa尚未超過閾值電流改變Ith，那么所述方法可返回到框1404，其中監(jiān)視來自接收器的關(guān)于電壓改變的消息，且在框1406處重新確定發(fā)射器的驅(qū)動器的輸入的電流改變。
[0080]在一些實(shí)施例中，基于測得的電壓改變Λ Vseg和電流改變Λ Ipa來控制無線電力發(fā)射系統(tǒng)的方法可將電壓的改變AVlteg和電流的改變Λ Ipa與預(yù)定閾值量值(例如，TH-1和V-TH)進(jìn)行比較。基于電流的改變的量值、電壓的改變的量值的比較以及每一者的改變的方向(例如，正或負(fù)改變)，所述方法可辨別出存在于無線電力發(fā)射區(qū)內(nèi)的裝置的類型。在一些實(shí)施方案中，發(fā)射器可依賴于查找表來使改變值相關(guān)且確定未授權(quán)的裝置是否存在于無線電力發(fā)射區(qū)內(nèi)。舉例來說，發(fā)射器可查找接收器的調(diào)節(jié)器的輸入處的電壓的改變的值A(chǔ)Vlteg以及驅(qū)動器的輸入處的電流的改變的值ΛΙρα?？蓪⒉檎冶泶鎯υ诶绱鎯ζ?72等存儲器中，且可由如上文參考圖5所論述的發(fā)射器504的控制器515來存取。
[0081]返回參考圖14，如決策框1410中所示，所述方法可使接收器的調(diào)節(jié)器的輸入處的電壓的改變的值以及發(fā)射器處的功率放大器的輸入處的電流的改變的值Ipa與存儲于查找表中的值相關(guān)。基于驅(qū)動器的設(shè)計(jì)，查找表可使驅(qū)動器的已知阻抗響應(yīng)相關(guān)以輔助識別存在于充電場內(nèi)的裝置的類型。下表1中展示了查找表的一個(gè)實(shí)例，所述表是基于具有已知的阻抗響應(yīng)的驅(qū)動器的一個(gè)特定設(shè)計(jì)。
[0082]表1
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測無線電力發(fā)射器的電力遞送區(qū)內(nèi)的物體的設(shè)備，所述無線電力發(fā)射器經(jīng)配置以將電力傳遞到具有無線電力接收器的裝置，所述設(shè)備包括: 驅(qū)動器，其經(jīng)配置以產(chǎn)生驅(qū)動信號以驅(qū)動所述無線電力發(fā)射器輸出無線電力場； 傳感器，其經(jīng)配置以感測所述驅(qū)動器所汲取的電力量，從而產(chǎn)生感測信號； 通信單元，其經(jīng)配置以從所述無線電力接收器接收指示所述無線電力接收器所接收的電力的改變的信號；以及 控制器，其經(jīng)配置以基于所述感測信號而監(jiān)視所述驅(qū)動器所汲取的電力的改變，且基于所述所汲取的電力的所述所監(jiān)視的改變和所述所接收的信號中的至少一者來識別物體的類型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述控制器經(jīng)配置以將所汲取的電力的所述改變與第一閾值進(jìn)行比較且將所述所接收的信號與第二閾值進(jìn)行比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括在超過所述第一閾值和第二閾值中的至少一者時(shí)調(diào)整所述無線電力場的輸出功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述傳感器經(jīng)配置以感測所述驅(qū)動器所汲取的電力的初始水平，且所述控制器經(jīng)配置以基于所述所感測的初始水平來確定所述驅(qū)動器所汲取的電力的基線值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述控制器經(jīng)配置以基于所述感測信號與基線值的比較來確定所汲取的電力的所述改變。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述指示所述無線電力接收器所接收的電力的改變的信號是基于所述無線電力接收器所接收的電力的測得量相對于所述無線電力接收器所接收的電力的基線量的比較來確定，且其中所接收的電力的所述基線量是由所述無線電力接收器預(yù)先確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述所接收的信號包含關(guān)于所述無線電力接收器所接收的電力的所述改變的極性和量值的信息，且其中所述控制器經(jīng)配置以至少部分基于所述極性和所述量值來識別物體的所述類型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述控制器經(jīng)配置以確定所述驅(qū)動器所汲取的電力的所述改變的極性和量值，且其中所述控制器經(jīng)配置以至少部分基于所述極性和所述量值來識別物體的所述類型。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述物體是近場通信NFC裝置、射頻識別RFID裝置、未授權(quán)的無線電力接收器、經(jīng)授權(quán)的無線電力接收器和金屬物體中的一者。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述控制器經(jīng)配置以監(jiān)視所述驅(qū)動器所汲取的電流的改變。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述所接收的信號指示在所述無線電力接收器的電壓調(diào)節(jié)器的輸入處接收的電壓的改變。
12.—種識別無線電力發(fā)射器的電力傳遞區(qū)內(nèi)的物體的類型的方法，所述無線電力發(fā)射器經(jīng)配置以將電力傳遞到包含無線電力接收器的裝置，所述方法包括: 監(jiān)視所述無線電力發(fā)射器所汲取的電力的改變； 從所述無線電力接收器接收指示所述無線電力接收器所接收的電力的改變的信號；以及 基于所述所汲取的電力的所述所監(jiān)視的改變以及所述所接收的信號來識別所述物體的所述類型。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述識別所述物體包括將所汲取的電力的所述改變與第一閾值進(jìn)行比較且將所述所接收的信號與第二閾值進(jìn)行比較。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括在超過所述第一閾值和第二閾值中的至少一者時(shí)調(diào)整無線電力場的輸出功率。
15.根據(jù)權(quán)利要求13和14中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括感測所述驅(qū)動器所汲取的電力的初始水平，以及基于所述驅(qū)動器所汲取的電力的所述初始水平來確定所述第一閾值。
16.根據(jù)權(quán)利要求13到15中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述指示所述無線電力接收器所接收的電力的改變的信號是基于所述無線電力接收器所接收的電力的測得量相對于所述無線電力接收器所接收的電力的基線量的比較來確定，其中所接收的電力的所述基線量是由所述無線電力接收器預(yù)先確定。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包括接收指示所述接收器所接收的電力的所述基線量的信號，且其中基于所述基線值來確定所述第二閾值。
18.根據(jù)權(quán)利要求12到17中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述物體是近場通信NFC裝置、射頻識別RFID裝置、未授權(quán)的無線電力接收器、經(jīng)授權(quán)的無線電力接收器和金屬物體中的一者。
19.根據(jù)權(quán)利要求12到18中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括接收指示一個(gè)或一個(gè)以上無線電力接收器所接收的電力量的信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其進(jìn)一步包括將無線電力接收器所接收的所述電力量與閾值接收電力水平進(jìn)行比較，且在所述所接收的電力小于閾值水平的情況下確定存在近場通信裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求19和20中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括確定被傳遞到所述一個(gè)或一個(gè)以上接收器的電力的效率水平；將所述所確定的效率水平與閾值效率水平進(jìn)行比較；以及在所述效率水平小于所述閾值效率水平的情況下確定存在金屬物體。
22.根據(jù)權(quán)利要求19到21中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包括確定被傳遞到所述一個(gè)或一個(gè)以上接收器的電力的效率水平；將所述所確定的效率水平與閾值效率水平進(jìn)行比較；以及在所述效率水平大于所述閾值效率水平的情況下確定是否已接收到新接收器識別消息。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其進(jìn)一步包括在尚未接收到新接收器識別消息的情況下確定存在金屬物體。
24. 根據(jù)權(quán)利要求12到23中任一權(quán)利要求所述的方法，其中監(jiān)視電力的所述改變包括監(jiān)視所述無線電力發(fā)射器的驅(qū)動器所汲取的電流的改變。
25.根據(jù)權(quán)利要求12到24中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述所接收的信號指示調(diào)節(jié)器的輸入處的電壓的改變。
26.一種用于識別無線電力發(fā)射器的電力傳遞區(qū)內(nèi)的物體的類型的設(shè)備，所述無線電力發(fā)射器經(jīng)配置以將電力傳遞到包含無線電力接收器的裝置，所述設(shè)備包括:用于監(jiān)視所述無線電力發(fā)射器所汲取的電力的改變的裝置； 用于從所述無線電力接收器接收指示所述無線電力接收器所接收的電力的改變的信號的裝置；以及 用于基于所述所汲取的電力的所述所監(jiān)視的改變以及所述所接收的信號來識別所述物體的所述類型 的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述用于監(jiān)視的裝置包括耦合到所述無線電力發(fā)射器的驅(qū)動器的電流傳感器，所述用于接收的裝置包括通信或檢測單元，且所述用于識別的裝置包括控制器。
【文檔編號】H04B5/02GK103782521SQ201280043844
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月9日
【發(fā)明者】凱文·道格拉斯·李, 劉振寧 申請人:高通股份有限公司