专利名称：可变无线功率发射的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及无线功率，且更具体来说，涉及一种经配置以在各种充电模式中操作的无线功率充电装置。
背景技术：
通常，每一电池供电装置需要其自身的充电器和电源(其通常为AC电源插座)。 当许多装置需要充电时，此变得难以使用。正开发在发射器与待充电的装置之间使用空中功率发射的方法。这些方法通常落入两个类别中。一个类别是基于发射天线与待充电的装置上的接收天线之间的平面波辐射 (还称作远场辐射)的耦合，所述待充电的装置收集所辐射功率且对其整流以用于对电池进行充电。天线通常具有谐振长度以便改进耦合效率。此方法遭受以下事实功率耦合随着天线之间的距离增加而快速衰退。因此，越过合理距离(例如，> 1米到2米)来充电变得困难。另外，由于系统辐射平面波，所以如果未经由滤波来进行适当控制，则无意的辐射可干扰其它系统。其它方法是基于嵌入于(例如)“充电”垫或表面中的发射天线与嵌入于待充电的主机装置中的接收天线加上整流电路之间的电感性耦合。此方法具有以下缺点发射天线与接收天线之间的间隔必须非常接近(例如，几毫米)。尽管此方法确实具有对相同区域中的多个装置同时进行充电的能力，但此区域通常较小，因此用户必须将所述装置定位到特定区域。所属领域的技术人员应理解，归因于宽松耦合，无线充电器可能不能够向便携式计算装置(例如，上网本)的电池提供足够电流以在合理时间内对电池进行充电。此外，提供足够充电可能需要在宽松耦合系统中提供极高场，此情形可能不满足特定吸收率(SAR) 要求。需要一种无线充电装置，其经配置以针对宽松耦合系统在第一模式中以无线方式提供功率且针对紧密耦合系统在第二不同模式中以无线方式提供功率。
发明内容
图1展示无线功率传递系统的简化方框图。
图2展示无线功率传递系统的简化示意图。图3说明用于本发明的示范性实施例中的环形天线的示意图。图4为根据本发明的示范性实施例的发射器的简化方框图。图5为根据本发明的示范性实施例的接收器的简化方框图。图6展示发射电路的用于执行发射器与接收器之间的消息接发的一部分的简化示意图。图7说明根据本发明的一示范性实施例的无线功率发射系统中的发射器与接收器的接近耦合。图8说明根据一示范性实施例的无线功率发射系统中的发射器与接收器的邻近華禹合。图9为根据本发明的一示范性实施例的无线充电装置的方框图。图10为根据本发明的一示范性实施例的具有至少一个发射天线的无线充电装置的说明。图11为根据本发明的一示范性实施例的定位于无线充电装置上的可充电装置的说明。图12说明根据本发明的一示范性实施例的定位于无线充电装置上的多个可充电
直ο图13说明根据本发明的一示范性实施例的定位于另一可充电装置上的多个可充电装置，所述另一可充电装置定位于无线充电装置上。图14为说明根据本发明的一示范性实施例的方法的流程图。
具体实施例方式下文结合附图所陈述的详细描述意欲作为对本发明的示范性实施例的描述，且无意表示可实践本发明的仅有实施例。在整个此描述中所使用的术语“示范性”是指“用作一实例、例子或说明”，且应没有必要被解释为比其它示范性实施例优选或有利。所述详细描述出于提供对本发明的示范性实施例的彻底理解的目的而包括特定细节。所属领域的技术人员将容易明白，可在无这些特定细节的情况下实践本发明的示范性实施例。在一些例子中，以方框图形式展示众所周知的结构和装置，以便避免使本文中所呈现的示范性实施例的新颖性模糊不清。在本文中使用词语“无线功率”以指在不使用物理电导体的情况下在发射器与接收器之间发射的与电场、磁场、电磁场或其它物相关联的任何形式的能量。图1说明根据本发明的各种示范性实施例的无线发射或充电系统100。将输入功率102提供到发射器104以用于产生用于提供能量传递的辐射场106。接收器108耦合到辐射场106，且产生输出功率110以供耦合到输出功率110的装置(未图示)存储或消耗。 发射器104与接收器108两者相隔一距离112。在一个示范性实施例中，根据相互谐振关系来配置发射器104与接收器108，且当接收器108位于辐射场106的“近场”中时，当接收器108的谐振频率与发射器104的谐振频率非常接近时，发射器104与接收器108之间的发射损耗为最小。发射器104进一步包括用于提供用于能量发射的装置的发射天线114，且接收器108进一步包括用于提供用于能量接收的装置的接收天线118。根据应用和将与其相关联的装置来设计发射天线和接收天线的大小。如所陈述，通过将发射天线的近场中的大部分能量耦合到接收天线而非以电磁波形式将大部分能量传播到远场而进行有效能量传递。当处于此近场中时，可在发射天线114与接收天线118之间形成耦合模式。天线114和118 周围的可发生此近场耦合的区域在本文中称作耦合模式区。图2展示无线功率传递系统的简化示意图。发射器104包括振荡器122、功率放大器124以及滤波器和匹配电路126。所述振荡器经配置以在所要频率下产生信号，所述所要频率可响应于调整信号123来调整。振荡器信号可由功率放大器124以响应于控制信号 125的放大量来放大。可包括滤波器和匹配电路126以滤除谐波或其它非所要的频率且使发射器104的阻抗与发射天线114匹配。接收器108可包括匹配电路132以及整流器和切换电路134以产生DC功率输出来对电池136(如图2中所展示)进行充电或向耦合到接收器的装置(未图示)供电。可包括匹配电路132以使接收器108的阻抗与接收天线118匹配。接收器108与发射器104 可在单独通信信道119(例如，蓝牙、zigbee、蜂窝式等)上通信。如图3中所说明，示范性实施例中所使用的天线可经配置为“环形”天线150，其在本文中还可称作“磁性”天线。环形天线可经配置以包括空气芯或物理芯(例如，铁氧体芯)。空气芯环形天线可能更可容许放置于所述芯附近的外来物理装置。此外，空气芯环形天线允许其它组件放置于芯区域内。另外，空气芯环可更容易实现接收天线118(图2)在发射天线114(图幻的平面内的放置，在所述平面中，发射天线114(图幻的耦合模式区可更强大。如所陈述，在发射器104与接收器108之间的匹配或几乎匹配的谐振期间发生发射器104与接收器108之间的有效能量传递。然而，甚至当发射器104与接收器108之间的谐振不匹配时，也可传递能量，但效率可能受到影响。通过将来自发射天线的近场的能量耦合到驻留于建立了此近场的邻域中的接收天线而非将能量从发射天线传播到自由空间中而发生能量的传递。环形天线或磁性天线的谐振频率是基于电感和电容。环形天线中的电感一般仅为由所述环形产生的电感，而一般将电容添加到环形天线的电感以在所要谐振频率下产生谐振结构。作为非限制性实例，可将电容器152和电容器IM添加到天线以产生产生谐振信号 156的谐振电路。因此，对于较大直径的环形天线来说，诱发谐振所需的电容的大小随着环形天线的直径或电感增加而减小。此外，随着环形天线或磁性天线的直径增加，近场的有效能量传递区域增加。当然，其它谐振电路是可能的。作为另一非限制性实例，电容器可并联地放置于环形天线的两个端子之间。另外，所属领域的技术人员将认识到，对于发射天线， 谐振信号156可为到环形天线150的输入。图4为根据本发明的一示范性实施例的发射器200的简化方框图。发射器200包括发射电路202和发射天线204。通常，发射电路202通过提供振荡信号将RF功率提供到发射天线204，所述振荡信号导致在发射天线204周围产生近场能量。应注意，发射器200 可在任何合适频率下操作。举例来说，发射器200可在13.56MHz ISM频带下操作。示范性发射电路202包括固定阻抗匹配电路206，其用于将发射电路202的阻抗 (例如，50欧姆)与发射天线204匹配；以及低通滤波器(LPF) 208，其经配置以将谐波发射减少到防止耦合到接收器108(图1)的装置的自干扰的水平。其它示范性实施例可包括不同滤波器拓扑(包括(但不限于)使特定频率衰减同时使其它频率通过的陷波滤波器)，且可包括自适应阻抗匹配，其可基于可测量的发射度量(例如，到天线的输出功率或由功率放大器汲取的DC电流)而变化。发射电路202进一步包括功率放大器210，其经配置以驱动如由振荡器212确定的RF信号。发射电路可包含离散装置或电路，或者可包含集成组合件。来自发射天线204的示范性RF功率输出可为约2. 5瓦。发射电路202进一步包括控制器214，控制器214用于在针对特定接收器的发射阶段(或工作循环)期间启用振荡器212，以用于调整所述振荡器的频率或相位，且用于调整输出功率水平来实施用于经由相邻装置所附接的接收器与相邻装置交互的通信协议。发射电路202可进一步包括负载感测电路216，其用于检测在由发射天线204产生的近场附近的有效接收器的存在或不存在。举例来说，负载感测电路216监视流动到功率放大器210的电流，所述电流受在由发射天线204产生的近场附近的有效接收器的存在或不存在影响。由控制器214监视对功率放大器210上的加载的改变的检测，以用于确定是否启用振荡器212来用于发射能量并与有效接收器通信。发射天线204可用绞合线来实施或实施为天线带，其具有经选择以使电阻性损耗保持较低的厚度、宽度和金属类型。在常规实施方案中，发射天线204可一般经配置以与较大结构(例如，桌子、垫子、灯或其它较不便携的配置)相关联。因此，发射天线204—般将不需要“若干匝”以便具有实用尺寸。发射天线204的示范性实施方案可为“电学上较小的”(即，波长的分数)且经调谐以通过使用电容器界定谐振频率而在较低的可用频率下谐振。在发射天线204相对于接收天线来说在直径上或边长上(如果为正方形环)可能较大 (例如，0. 50米)的示范性应用中，发射天线204将不一定需要大量匝来获得合理电容。发射器200可搜集和追踪关于可与发射器200相关联的接收器装置的行踪和状态的信息。因此，发射器电路202可包括连接到控制器214(在本文中还称作处理器)的存在检测器观0、封闭检测器四0，或其组合。控制器214可响应于来自存在检测器280和封闭检测器290的存在信号而调整由放大器210递送的功率的量。发射器可经由许多电源接收功率，所述电源例如为用以转换存在于建筑物中的常规AC功率的AC-DC转换器(未图示)、 用以将常规DC电源转换成适合于发射器200的电压的DC-DC转换器(未图示)，或发射器可直接从常规DC电源(未图示)接收功率。作为一非限制性实例，存在检测器280可为运动检测器，其用以感测插入到发射器的覆盖区域中的待充电的装置的初始存在。在检测后，可开启发射器且可使用由装置接收的RF功率来以预定方式切换Rx装置上的开关，其又导致发射器的驱动点阻抗的改变。作为另一非限制性实例，存在检测器280可为检测器，其能够(例如)通过红外线检测、运动检测或其它合适手段来检测人类。在一些示范性实施例中，可能存在限制发射天线可在特定频率下发射的功率的量的规章。在一些情况下，这些规章有意保护人类免受电磁辐射影响。然而，可能存在发射天线放置于人类未占用的或人类不经常占用的区域(例如，车库、厂区、车间，等)中的环境。如果这些环境没有人类，则可能可准许将发射天线的功率输出增加到正常功率约束规章以上。换句话说，控制器214可响应于人类存在而将发射天线204的功率输出调整到管制水平或更低水平，且当人类在距发射天线204的电磁场管制距离之外时，将发射天线204的功率输出调整到高于管制水平的水平。
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作为一非限制性实例，封闭检测器四0(在本文中还可称作封闭隔间检测器或封闭空间检测器)可为例如感测开关的装置，以用于确定外罩何时处于闭合或打开状态中。 当发射器在处于封闭状态的外罩中时，可增加发射器的功率水平。在示范性实施例中，可使用发射器200借以不会无限地保持开启的方法。在此情况下，发射器200可经编程以在用户确定的时间量后关闭。此特征防止发射器200 (尤其是功率放大器210)在其周边的无线装置充满后长时间运行。此事件可能归因于用以检测从中继器或接收线圈发送的指示装置充满的信号的电路的故障。为了防止发射器200在另一装置放置于其周边时自动关闭，可仅在检测到其周边缺少运动的设定周期后启动发射器 200自动关闭特征。用户可能够确定不活动时间间隔，且在需要时改变所述不活动时间间隔。作为一非限制性实例，所述时间间隔可比在假定特定类型的无线装置最初完全放电的情况下充满所述装置所需的时间间隔长。图5为根据本发明的示范性实施例的接收器300的简化方框图。接收器300包括接收电路302和接收天线304。接收器300进一步耦合到装置350以用于将所接收的功率提供到装置350。应注意，将接收器300说明为在装置350外部，但其可集成到装置350中。 通常，能量无线地传播到接收天线304且接着经由接收电路302而耦合到装置350。接收天线304经调谐以在与发射天线204(图4)的频率相同的频率下或在指定频率范围内谐振。接收天线304可与发射天线204类似地设计尺寸，或可基于相关联装置350 的尺寸来不同地设计大小。举例来说，装置350可为具有比发射天线204的直径或长度小的直径或长度尺寸的便携式电子装置。在此种实例中，可将接收天线304实施为多匝天线， 以便减小调谐电容器(未图示)的电容值且增加接收天线的阻抗。举例来说，接收天线304 可放置于装置350的实质性圆周周围，以便使天线直径最大化并减少接收天线的环匝(即， 绕组)的数目和绕组间电容。接收电路302提供与接收天线304的阻抗匹配。接收电路302包括功率转换电路 306，其用于将所接收的RF能源转换成供装置350使用的充电功率。功率转换电路306包括RF-DC转换器308且还可包括DC-DC转换器310。RF-DC转换器308将在接收天线304 处所接收的RF能量信号整流成非交变功率，而DC-DC转换器310将经整流的RF能量信号转换成与装置350兼容的能量电位(例如，电压)。预期各种RF-DC转换器，包括部分和全整流器、调节器、桥接器、倍增器以及线性和切换转换器。接收电路302可进一步包括切换电路312，以用于将接收天线304连接到功率转换电路306或者用于断开功率转换电路306。将接收天线304与功率转换电路306断开不仅中止对装置350的充电，而且还改变发射器200(图2、所“看到”的“负载”。如上文所揭示，发射器200包括负载感测电路216，负载感测电路216检测提供到发射器功率放大器210的偏置电流的波动。因此，发射器200具有用于确定接收器何时存在于发射器的近场中的机制。当多个接收器300存在于发射器的近场中时，可能需要对一个或一个以上接收器的加载和卸载进行时间多路复用以使其它接收器能够更有效地耦合到发射器。还可遮盖一接收器以便消除到其它附近接收器的耦合或减少附近发射器上的加载。接收器的此“卸载” 在本文中还称为“遮盖”。此外，如下文更完全地解释，由接收器300控制且由发射器200检测的卸载与加载之间的此切换提供从接收器300到发射器200的通信机制。另外，一协议可与所述切换相关联，所述协议使得能够将消息从接收器300发送到发射器200。举例来说，切换速度可为约100微秒。在一示范性实施例中，发射器与接收器之间的通信涉及装置感测和充电控制机制而非常规双向通信。换句话说，发射器可使用所发射信号的开/关键控，以调整近场中的能量是否可用。接收器将这些能量改变解译为来自发射器的消息。从接收器侧，接收器可使用接收天线的调谐与解谐来调整正从近场接受多少功率。发射器可检测来自近场的所使用的功率的此差异，且将这些改变解译为来自接收器的消息。应注意，可利用发射功率和负载行为的其它形式的调制。接收电路302可进一步包括用以识别所接收的能量波动的信令检测器和信标电路314，所述能量波动可对应于从发射器到接收器的信息性信令。此外，信令和信标电路 314还可用以检测减少的RF信号能量(S卩，信标信号)的发射并将所述减少的RF信号能量整流成标称功率，以用于唤醒接收电路302内的未供电或功率耗尽的电路，以便配置接收电路302来用于无线充电。接收电路302进一步包括处理器316，以用于协调本文中所描述的接收器300的处理(包括对本文中所描述的切换电路312的控制)。还可在其它事件(包括检测到将充电功率提供到装置350的外部有线充电源(例如，壁式/USB功率))发生后即刻发生对接收器300的遮盖。除了控制对接收器的遮盖外，处理器316还可监视信标电路314以确定信标状态并提取从发射器发送的消息。处理器316还可调整DC-DC转换器310以获得改进的性能。图6展示发射电路的用于执行发射器与接收器之间的消息接发的一部分的简化示意图。在本发明的一些示范性实施例中，可在发射器与接收器之间启用用于通信的装置。 在图6中，功率放大器210驱动发射天线204以产生辐射场。功率放大器由载波信号220 驱动，载波信号220在发射天线204的所要频率下振荡。发射调制信号2M用以控制功率放大器210的输出。发射电路可通过使用功率放大器210上的开/关键控过程来向接收器发送信号。 换句话说，当断言发射调制信号2M时，功率放大器210将在发射天线204上向外驱动载波信号220的频率。当取消发射调制信号224时，功率放大器将不在发射天线204上向外驱动任何频率。应注意，其它类型的调制可在本发明的范围内。图6的发射电路还包括负载感测电路216，其将功率供应到功率放大器210且产生接收信号235输出。在负载感测电路216中，电阻器Rs上的电压降形成于功率入信号2 与到功率放大器210的功率供应2 之间。由功率放大器210消耗的电流的任何改变将导致电压降的改变，电压降的改变将由差动放大器230放大。当发射天线处于与接收器(图6 中未展示)中的接收天线的耦合模式中时，由功率放大器210汲取的电流的量将改变。换句话说，如果发射天线204不存在耦合模式谐振，则驱动辐射场所需的功率将为第一量。如果存在耦合模式谐振，则由功率放大器210消耗的功率的量将上升(因为大量功率正耦合到接收天线中)。因此，接收信号235可指示耦合到发射天线235的接收天线的存在且还可检测从接收天线发送的信号。另外，将可在发射器的功率放大器电流汲取中观察到接收器电流汲取的改变，且此改变可用以检测来自接收天线的信号。应注意，可实施其它电路以检测由接收天线和相关联的电路的行为呈现的负载变化。
本文中所揭示的各种示范性实施例识别基于不同功率转换方法的不同耦合变体， 和包括装置定位灵活性(例如，在实际上零距离下针对充电垫解决方案的紧密“接近”耦合，或针对短程无线功率解决方案的“邻近”稱合)的发射范围。视天线的大小而定，紧密接近耦合应用(即，强力耦合状态，耦合因子通常为k > 0. 1)在通常为大约数毫米或数厘米的短距离或极短距离内提供能量传递。视天线的大小而定，邻近耦合应用(即，宽松耦合状态，耦合因子通常为k < 0. 1)在通常在IOcm到ail的范围内的距离内以相对较低的效率提供能量传递。虽然发射器与接收器之间的“邻近”耦合可提供较低效率的能量传递，但“邻近”耦合在接收器(装置附接到接收器)相对于发射器天线的定位方面提供灵活性。如本文中所描述，“接近”耦合和“邻近”耦合可能需要不同匹配方法以使电源/接收器适应于天线/耦合网络。此外，各种示范性实施例提供针对LF应用和HF应用两者以及针对发射器和接收器的系统参数、设计目标、实施变体和规格。这些参数和规格中的一些可(例如)视需要而变化，以与特定功率转换方法更好地匹配。图7说明根据一示范性实施例的发射天线与接收天线之间的第一耦合变体的功能方框图。图7的耦合变体350说明“邻近”耦合变体，且可用以耦合到用于“邻近”耦合的高Q振荡回路电路。耦合变体350变换阻抗以与功率转换电路匹配，从而导致改进的或高的传递效率。具体来说，耦合变体350包括发射天线352，其经配置以在谐振频率下谐振； 以及接收天线354，其经配置以在相同谐振频率下或在所述谐振频率的指定范围内的频率下谐振。发射天线352包括高Q振荡回路谐振器356，高Q振荡回路谐振器356包括电容器 C1和电感器Lp接收天线3M包括高Q振荡回路谐振器358，高Q振荡回路谐振器358包括电容器(2和电感器L2。视天线的大小而定，邻近耦合应用(即，宽松耦合状态，其中耦合因子通常为k < 0. 1)在通常在IOcm到ail的范围内的距离d内以相对低的效率提供能量传递。图8说明根据一示范性实施例的发射天线与接收天线之间的第二耦合变体的功能方框图。根据一示范性实施例，图8的耦合变体380说明“接近”稱合变体。耦合变体380 包括图7的发射天线352和接收天线354。发射天线352包括高Q振荡回路谐振器356，高 Q振荡回路谐振器356包括电容器C1和电感器L1 ；且接收天线3M包括高Q振荡回路谐振器358，高Q振荡回路谐振器358包括电容器C2和电感器L2。视天线的大小而定，紧密接近耦合应用(即，强力耦合状态，其中耦合因子通常为k > 0. 1)在通常为大约数毫米或数厘米的短距离或极短距离d内提供能量传递。通常，通过确定最佳负载电阻来改进根据谐振感应的无线功率传递，从而针对给定天线参数(例如，无载Q因子、L-C比率和发射器电源阻抗)产生最大化的传递效率。最佳负载视耦合因子k而定。相反，存在最佳接收L-C比率或负载变换，从而针对给定负载电阻最大化效率。本发明的示范性实施例涉及一种无线充电装置，其经配置以在多个充电模式中的一者中操作，同时维持与FCC/SAR规章的兼容性。无线充电装置可经配置以向紧密耦合系统中的大负载(例如，膝上型计算机)提供功率，或向宽松耦合系统中的一个或一个以上较小负载(例如，移动电话或媒体播放器)提供功率。无线充电装置可包括至少一个无线功率发射器，其经配置以在相关联的近场区内发射无线功率。根据一个示范性实施例，至少一个无线功率发射器可经配置以视定位于相关联的充电区内的一个或一个以上可充电装置的类型而变化以无线方式从其发射的功率量。更具体来说，无线功率发射器可经配置以用于高容量电池(例如，膝上型计算机(例如， 上网本或智能本)的电池)的专用(即，1对1)高功率充电。以另一方式陈述，无线功率发射器可经配置以向单一装置发射相对高电平的功率，所述单一装置与无线充电装置形成紧密耦合系统(即，接近耦合)。此外，无线功率发射器可经配置以用于一个或一个以上(例如，1到许多)低容量电池(例如，移动电话或媒体播放器的电池)的低功率充电。以另一方式陈述，无线充电装置可经配置以向一个或一个以上装置发射相对低电平的功率，所述一个或一个以上装置与无线充电装置形成宽松耦合系统(即，邻近耦合)。所属领域的技术人员应了解，例如(仅举例来说)蜂窝式电话或便携式媒体播放器的相对低功率装置的可充电电池可能需要大约2瓦到3瓦的功率以用于适当充电。另一方面，例如膝上型计算机的相对高功率装置的可充电电池可能需要大约60瓦的功率以用于适当充电。因此，与向宽松耦合系统中的一个或一个以上小装置发射适当量的功率相比， 以无线方式向宽松耦合系统中的相对高功率装置发射适当量的功率可导致较大功率损耗。 此外，虽然宽松耦合系统与紧密耦合系统相比可展现出较高百分比的损耗，但如果在宽松耦合系统中所发射的功率的量相对低(例如，2瓦到3瓦)，则所损耗的功率的量还可相对低。相反，如果在宽松耦合系统中所发射的功率的量相对高(例如，60瓦)，则所损耗的功率的量也可相对高。图9为包括发射器(例如，图4的发射器200)和至少一个相关联的发射天线702 的无线充电装置700的方框图。仅举例来说，无线充电装置700可包含充电盘、充电垫、对接台或其任何组合。应注意，如本文中所使用的术语“高功率装置”包含如下装置与可能需要(仅举例来说)2瓦到3瓦的功率以进行充电的低功率装置(例如(仅举例来说)，蜂窝式电话、蓝牙耳机或便携式媒体播放器)相比，所述装置需要相对高的功率量(例如，60 瓦)以进行充电。此外，高功率装置可包含接收天线，其具有实质上类似于无线充电装置 700的发射天线702的尺寸的尺寸。此外，如本文中所使用，术语“低功率装置”(例如，相对于高功率装置需要低功率(例如，2瓦到3瓦)以进行充电的装置)可包含具有接收天线的装置，接收天线具有实质上比无线充电装置700的发射天线702的尺寸小的尺寸。如下文更充分地所描述，视定位于无线充电装置700的相关联的充电区内的一个或一个以上可充电装置的类型而定，无线充电装置700可经配置以调整从其发射的功率的量。更具体来说，无线充电装置700可经配置以在紧密耦合系统(S卩，接近耦合)中以一功率电平发射功率，且在宽松耦合系统(即，邻近耦合)中以另一较小功率电平发射功率。以另一方式陈述，如果一个或一个以上相对低功率装置(例如，一个或一个以上移动电话)定位于无线充电装置700的充电区内(例如，定位于无线充电装置700的表面上)，则无线充电装置700可经配置以发射相对小量的功率(例如，每主动地接收功率的装置为2瓦到3 瓦)。相反，如果大装置(例如，膝上型计算机)定位于无线充电装置700的充电区内，则无线充电装置700可经配置以发射某一量的功率(例如，60瓦)，所述量与在一个或一个以上小装置定位于充电区内时所发射的功率的量相比相对高。功率的量的此改变可由700主动地控制，或可由一个或一个以上可充电装置向无线充电装置700所呈现的特性阻抗自动地获得。
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图10为无线充电装置700的另一说明。如图10所说明，无线充电装置700包括表面704以用于放置大型可充电装置(例如，膝上型计算机)或一个或一个以上小型可充电装置(例如，蜂窝式电话、媒体播放器或相机)。如下文更充分地所描述，根据本发明的一示范性实施例，无线充电装置700可经配置以执行负载分析来确定哪一类型或哪些类型的可充电装置定位于相关联的近场区内。 以另一方式陈述，无线充电装置700可经配置以分析定位于相关联的近场区内的接收天线对相关联的发射器的负载效应(即，存在相对大的负载还是存在相对小的负载)。负载分析可使无线充电装置700能够确定是否与定位于相关联的近场区内的相对大装置形成紧密耦合系统，或是否形成具有定位于相关联的近场区内的一个或一个以上相对小装置的宽松耦合系统。根据另一示范性实施例，定位于无线充电装置700的近场区内的可充电装置可将其存在和其“类型”(即，可充电装置是否为形成紧密耦合系统的相对高功率装置(例如，膝上型计算机)，或其是否为形成宽松耦合系统的相对低功率装置(例如，移动电话)) 传送到无线充电装置700。此外，响应于确定存在相对高功率装置且形成紧密耦合系统，无线充电装置700 可允许发射适当量的功率(60瓦)以对相对高功率装置进行充电。类似地，响应于确定存在一个或一个以上相对低功率装置且形成宽松耦合系统，无线充电装置700可发射适当量的功率(例如，2瓦到3瓦)以对一个或一个以上相对低功率装置进行充电。此外，应注意， 无线充电装置700可修改驱动相关联的发射天线的方式以优化从相关联的发射天线到定位于相关联的充电区内的一个或一个以上装置的功率发射。图11描绘定位于无线充电装置700上的装置910，其可包含(例如)膝上型计算机。装置910可包括接收器(图11中未展示；参看(例如)图5的接收器300)和至少一个相关联的接收天线(图11中也未展示；参看(例如)图5的接收天线304)。如上文所述，相对高功率装置(例如，例如装置910的膝上型计算机)可能需要相对大量的功率(例如，60瓦)以用于足够充电。因此，装置910应经定位成邻近于无线充电装置700以使装置 910的接收天线能够经定位成邻近于发射天线702，且结果，可存在紧密耦合系统。根据一个示范性实施例，无线充电装置700可经配置以使相关联的发射天线702 能够与相对高功率装置(例如，膝上型计算机)的接收天线实质上对准。所属领域的技术人员应了解，使发射天线702与相对高功率装置的接收天线实质上对准可实现紧密耦合系统(即，接近耦合)。仅举例来说，无线充电装置700可包括一个或一个以上对准装置(例如，一个或一个以上沟槽、一个或一个以上托架，或其任何组合)，其经配置以辅助装置用户使发射天线702与特定相对高功率装置的接收天线实质上对准。更具体来说，作为一个实例，无线充电装置700可包括一个或一个以上对准装置913，一个或一个以上对准装置913 经配置以用于将装置910定位于表面704上以使发射天线702与装置910的接收天线实质上对准。作为另一实例，无线充电装置700可包含对接台，其经配置以用于使发射天线702 与定位于无线充电装置700的近场区内的相对高功率装置的接收天线实质上对准。应注意，无线充电装置700可包括一个或一个以上对准装置，待充电装置(例如，装置910)可包括一个或一个以上对准装置，或无线充电装置700和装置910两者可包括一个或一个以上对准装置以使相应天线能够实质上对准，且结果，提供紧密耦合系统。应注意，对准装置(例如，对准装置913)或对接台可经配置以检测定位于无线充电装置700的近场区内的相对高功率装置。仅举例来说，对准装置913或对接台可包括一个或一个以上传感器以检测定位于无线充电装置700的近场区内的相对高功率装置。因此， 无线充电装置700可经配置以检测紧密耦合系统。应进一步注意，在无线充电装置700确定与相对高功率装置形成紧密耦合系统之后，无线充电装置700可发射足以对装置910进行充电的相对大量的功率(例如，60瓦)。应进一步注意，可针对特定装置910特定地设计和制造无线充电装置700，或反之亦然。因此，无线充电装置700和装置910中的每一者内的天线可经定位成在装置910定位于无线充电装置700的充电区内后即刻实质上对准。图12说明定位于无线充电装置700的表面704上的多个装置920。每一装置920 可包括接收器(图12中未展示；参看(例如)图5的接收器300)和至少一个相关联的接收天线(图12中也未展示；参看(例如)图5的接收天线304)。仅举例来说，装置920可包含蜂窝式电话、便携式媒体播放器、相机、游戏装置、导航装置、耳机(例如，蓝牙耳机)， 或其任何组合。如上文所述，相对低功率装置(例如，移动电话)可能需要相对较小量的功率(例如，2瓦到3瓦)以用于足够充电。所属领域的技术人员应了解，可与一个或一个以上装置920形成宽松耦合系统，一个或一个以上装置920可自由地放置于无线充电装置700 的充电区内。在无线充电装置700确定与一个或一个以上相对低功率装置920形成宽松耦合系统之后，无线充电装置700可发射足以对一个或一个以上装置920进行充电的相对小量的功率(例如，2瓦到3瓦)。图13描绘定位于无线充电装置700上的装置910，如上文所述，装置910可包含 (例如)膝上型计算机。如上文所述，装置910可包括接收器(图11中未展示；参看(例如) 图5的接收器300)。还如上文所述，装置910可定位于无线充电装置700的表面704 (参看图10)上以使发射天线702能够与装置910的接收天线实质上对准，且结果，紧密耦合系统可存在于装置910与无线充电装置700之间。在无线充电装置700确定与相对较高功率装置910形成紧密耦合系统之后，无线充电装置700可发射足以对装置910进行充电的相对大量的功率(例如，60瓦)。此外，图13还说明定位于装置910的表面915上的多个装置920。如上文关于图 12所述，每一装置920可包括接收器(图12中未展示；参看(例如)图5的接收器300)和至少一个相关联的接收天线(图12中也未展示；参看(例如)图5的接收天线304)。根据一个示范性实施例，天线950可包含转发器天线。所属领域的技术人员应理解，在天线950 包含转发器天线的示范性实施例中，天线950可经配置以充当以无线方式从发射天线702 所发射的功率的中继器。因此，根据一个示范性实施例，从无线充电装置700发射到紧密耦合系统中的装置910的无线功率可从装置910转发(即，重新发射)到宽松耦合系统中的装置920。根据另一实施例，装置910可包括接收天线(例如，图5的接收天线300)和天线 950，天线950经配置成以无线方式将功率从装置910发射到定位于相关联的近场内的一个或一个以上可充电装置(例如，装置920)。因此，根据一个示范性实施例，装置910可以无线方式将功率发射到宽松耦合系统中的一个或一个以上装置920。在无线充电装置700确定与一个或一个以上相对低功率装置920形成宽松耦合系统之后，无线充电装置700可发射足以对一个或一个以上装置920进行充电的相对小量的功率(例如，每装置920为2瓦到3瓦)。应注意，装置910的天线300可经配置以作为转发器天线、接收天线或所述两者进行操作。图14为说明根据一个或一个以上示范性实施例的方法980的流程图。方法980可包括在一时间周期期间以第一功率电平将无线功率输送到一装置(由数字982描绘)。方法980可进一步包括在另一时间周期期间以第二不同功率电平将无线功率输送到一个或一个以上其它装置(由数字984描绘)。所属领域的技术人员应理解，可使用多种不同技术和技艺中的任一者来表示信息和信号。举例来说，可通过电压、电流、电磁波、磁场或磁性粒子、光场或光学粒子或其任何组合来表示可在整个上述描述中所参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和码片。所属领域的技术人员应进一步了解，结合本文中所揭示的示范性实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。 为了清楚地说明硬件与软件的此互换性，上文已大体上在其功能性方面描述了各种说明性组件、块、模块、电路和步骤。将此功能性实施为硬件还是软件视特定应用和强加于整个系统的设计约束而定。所属领域的技术人员可针对每一特定应用以不同方式实施所描述的功能性，但此些实施决策不应被解释为会导致偏离本发明的示范性实施例的范围。可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文中所描述的功能的任何组合来实施或执行结合本文中所揭示的示范性实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块和电路。通用处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器可为任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。还可将处理器实施为计算装置的组合， 例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或一个以上微处理器，或任何其它此类配置。结合本文中所揭示的示范性实施例而描述的方法或算法的步骤可直接以硬件、 以由处理器执行的软件模块，或以所述两者的组合来体现。软件模块可驻留于随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程 ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可装卸磁盘、CD-ROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。将示范性存储媒体耦合到处理器，以使得所述处理器可从所述存储媒体读取信息， 并可将信息写入到所述存储媒体。在替代方案中，存储媒体可与处理器成一体式。处理器和存储媒体可驻留于ASIC中。ASIC可驻留于用户终端中。在替代方案中，处理器和存储媒体可作为离散组件而驻留于用户终端中。在一个或一个以上示范性实施例中，可以硬件、软件、固件或其任何组合来实施所描述的功能。如果以软件来实施，则可将所述功能作为一个或一个以上指令或代码而存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体进行传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体与通信媒体两者，通信媒体包括促进将计算机程序从一处传递到另一处的任何媒体。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。以实例且非限制的方式，此计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用于以指令或数据结构的形式载运或存储所要程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。而且，适当地将任何连接称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或例如红外线、无线电和微波等无线技术从网站、服务器或其它远程源传输软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或例如红外线、无线电和微波等无线技术包括在媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁方式再现数据，而光盘用激光以光学方式再现数据。上述各者的组合也应包括在计算机可读媒体的范围内。
提供对所揭示的示范性实施例的先前描述以使得所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。所属领域的技术人员将明白对这些示范性实施例的各种修改，且可在不偏离本发明的精神或范围的情况下将本文中所界定的一般原理应用于其它实施例。因此，本发明无意限于本文中所展示的示范性实施例，而将赋予本发明与本文中所揭示的原理和新颖特征一致的最广范围。
权利要求
1.一种无线充电装置，其包含至少一个发射器，其具有相关联的发射天线；其中所述至少一个发射器经配置以在第一装置定位于相关联的充电区内时在第一功率模式中操作，且在一个或一个以上其它装置定位于所述充电区内时在第二降低功率模式中操作。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个发射器经配置以在所述第一装置与所述无线充电装置形成紧密耦合系统时在所述第一功率模式中操作。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个发射器经配置以在一个或一个以上其它装置与所述无线充电装置形成宽松耦合系统时在所述第二降低功率模式中操作。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个发射器经配置以检测定位于相关联的充电区内的一个或一个以上接收天线的负载效应。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述至少一个发射器经配置以基于所述经检测负载效应、通信装置和对准装置中的至少一者来确定是存在与所述一个或一个以上接收天线的宽松耦合系统，还是存在与所述一个或一个以上接收天线的紧密耦合系统。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一装置包含接收天线，所述接收天线具有实质上类似于所述发射天线的尺寸的尺寸。
7.根据权利要求1所述的装置，其进一步包含对准装置，所述对准装置经配置以使所述第一装置的接收天线能够与所述至少一个发射器的所述发射天线实质上对准。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或一个以上其它装置包含以下各者中的至少一者蜂窝式电话、便携式媒体播放器、相机、游戏装置、导航装置和耳机。
9.根据权利要求1所述的装置，其进一步包含充电表面，所述充电表面经配置以用于放置所述第一装置和所述一个或一个以上其它装置。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述发射天线经定位成靠近所述充电表面。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述无线充电装置包含以下各者中的至少一者对接台、充电盘和充电垫。
12.一种方法，其包含在一时间周期期间以第一功率电平将无线功率输送到一装置；以及在另一时间周期期间以第二不同功率电平将无线功率输送到一个或一个以上其它装置。
13.根据权利要求12所述的方法，其中将无线功率输送到所述装置包含将无线功率输送到膝上型计算机。
14.根据权利要求12所述的方法，其中将无线功率输送到所述一个或一个以上其它装置包含将无线功率输送到以下各者中的至少一者蜂窝式电话、便携式媒体播放器、相机、 游戏装置、导航装置和耳机。
15.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含在以所述第一功率电平将无线功率输送到所述装置之前确定所述装置与无线充电装置构成紧密耦合系统。
16.根据权利要求12所述的方法，其中确定所述装置与无线充电装置构成紧密耦合系统包含以下各者中的至少一者检测对所述无线充电装置的负载效应、在所述装置与所述无线充电装置之间通信，和用所述无线充电装置的对准装置感测所述装置。
17.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含在以第二不同功率电平将无线功率输送到所述一个或一个以上其它装置之前确定所述一个或一个以上其它装置与无线充电装置构成宽松耦合系统。
18.根据权利要求12所述的方法，其中确定所述一个或一个以上其它装置与无线充电装置构成宽松耦合系统包含以下各者中的至少一者检测所述一个或一个以上其它装置与无线充电装置之间的负载效应，和在所述一个或一个以上其它装置与所述无线充电装置之间交换数据。
19.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含在以所述第一功率电平将无线功率输送到所述装置之前使所述装置的接收天线与无线充电装置的发射天线实质上对准。
20.根据权利要求19所述的方法，其中实质上对准包含用耦合到所述无线充电装置的至少一个对准机构使所述装置的所述接收天线与所述无线充电装置的所述发射天线实质上对准。
21.根据权利要求12所述的方法，其中以所述第二不同功率电平将无线功率输送到所述一个或一个以上其它装置包含以小于所述第一功率电平的功率电平将无线功率输送到所述一个或一个以上其它装置。
22.一种装置，其包含用于在一时间周期期间以第一功率电平将无线功率输送到第一装置的装置；以及用于在另一时间周期期间以第二不同功率电平将无线功率输送到一个或一个以上第二装置的装置。
全文摘要
示范性实施例针对于可变功率无线功率发射。一种方法可包括在一时间周期期间以第一功率电平将无线功率输送到装置。所述方法可进一步包括在另一时间周期期间以第二不同功率电平将无线功率输送到一个或一个以上其它装置。
文档编号H02J17/00GK102598465SQ201080040146
公开日2012年7月18日 申请日期2010年9月10日 优先权日2009年9月10日
发明者弗朗切斯科·卡罗勃兰特 申请人:高通股份有限公司