CN102082449A - 一种电池和电池电路模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池和电池电路模块。电池包括一个或多个可充电单元、无线供电线圈、电池充电电路，还可包括RFID模块。无线供电线圈用于从无线供电电磁场中产生AC电压。电池充电器电路用于依据电池充电控制信号从AC电压中产生电池充电电压，以及在使能时通过电池充电电压为一个或更多可充电单元充电。如果电池进一步包括RFID模块，用于产生电池充电控制信号并与无线功率发射器通信。

Description

一种电池和电池电路模块
技术领域
本发明涉及功率转换，更具体地说，涉及一种无线功率转换以及支持的通信。
背景技术
无线供电的概念(即，无需电源线即可为设备供电)已经存在一段时间了，并且最近走向了商业化。而且，有两个正在商讨的标准无线通信联盟(wirelesscommunication alliance，简称WPC)和消费电子协会(consumer electronicsassociation，简称CEA)来规范无线供电系统。
现在市场上有售的无线供电产品包括发射单元、接收单元、和双向控制信道。在这些产品中，最主要的能量传输方法是电感耦合，不过，在一些低功率的应用中，可包括太阳能传输、热电子能量传输，和/或电容能量传输。应用这些产品时，接收单元是必须连接至需无线供电的设备的分立单元。因此，若接收单元不与设备连接，设备自身是无法无线供电的。
要研制这些产品，需要在电感功率传输、闭环系统、和复杂荷载(multipleload)支持上下功夫。在电感功率传输领域里，研究主要集中在为实现谐振、效率、和/或散热(thermal issues)、检测负载、关闭电感功率传输、线圈校准、磁力校准(magnetic alignment)、低伏幻像供电(lower phantom power)、具有负荷补偿的D、E等级功率发射器、天线设计、和线圈开关(coil switching)而对发射和接收电路(每一电路均包含单个电感器)的调谐进行的优化上。
在闭环系统领域里，研究主要集中在用特定的控制信道协议(例如，反向散射协议(backscatter)，红外数据协议(IrDA)，或蓝牙协议)调节发射功率、发射谐振、基准以使安全和/或功率传输最大化。同样的，只要接收单元和发射单元是来自在控制信道上应用相同通信协议的相同供货商，无线功率传输就能够实现。现在，当上述标准化组织尝试建立有关控制信道协议的标准时，供货商可以随意使用所选择的任何一种协议，实现不同供应商的无线供电产品的兼容。
虽然在商业化的无线供电系统上已经做出了努力，但是仍然需要在实现性价比高和/或具有丰富特性的无线供电系统上投入更大的努力。
发明内容
本发明提供一种装置和操作方法，并将结合附图在发明内容和具体实施方式部分以及权利要求中进行进一步的描述。
根据本发明的一方面，提出一种电池(battery)，包括：
阳极；
阴极；
与所述阳极和所述阴极连接的一个或多个可充电电池(rechargeable cell)；
用于确定所述一个或多个可充电单元的电压的电压传感电路；以及
射频识别(RFID)标签，所述射频识别标签包括：
收发器部分(transceiver section)；
用于存储电池信息和电池充电参数的存储器；以及
处理模块，用于：
获得电压；
基于所述电压、所述电池充电信息和所述电池充电参数中的至少
一项来确定电池充电需求；以及
通过所述收发器部分传送所述电池充电需求。
作为优选，所述电池进一步包括：
所述收发器部分包括线圈，其中所述线圈可集成在所述阳极和所述阴极的至少一个中，并且，其中所述线圈收发给定频带内的电磁信号，并且在直流(DC)时是所述阳极和所述阴极中至少一个的导电元件。
作为优选，所述电池信息包括以下至少一个：
电池充电参数；
电池充电历史；
所述电池的寿命；以及
所述电池的剩余可充电次数(rechargeable life)。
作为优选，所述电池充电需求包括以下至少一个：
电池充电参数；以及
电池充电需要的等级。
作为优选，所述电池进一步包括：
用于从无线供电电磁场产生交流电(AC)电压的无线供电线圈；以及
电池充电电路，用于：
将AC电压转换成电池充电电压；以及
通过所述电池充电电压为所述一个或多个可充电电池充电。
作为优选，所述电池进一步包括：
支撑所述RFID电路和所述电压传感电路的柔性衬底(flexible substrate)；以及
包装所述一个或多个可充电单元和所述柔性衬底的壳(casing)。
根据本发明的另一方面，提供一种电池，包括：
一个或多个可充电电池；
用于从无线供电电磁场产生交流电(AC)电压的无线供电线圈；以及
电池充电电路，用于：
依据电池充电控制信号从所述AC电压产生电池充电电压；以及
使能时，通过电池充电电压为所述一个或多个可充电电池充电。
作为优选，所述电池进一步包括：
射频识别(RFID)模块，用于：
产生所述电池充电控制信号；以及
与无线供电发射器设备通信。
作为优选，所述电池充电电路包括：
输出耦合电路(output coupling circuit)，用于：
为所述一个或多个可充电电池提供所述电池充电电压；
当检测到无线供电电磁场时，断开所述一个或多个可充电电池与所述电池的极端的连接；以及
当检测到无线供电电磁场时，将所述电池充电电路的输出端连接至所述极端。
作为优选，所述电池充电电路包括：
用于确定所述一个或多个可充电电池的电压的电压传感电路；
用于检测无线供电电磁场的检测电路；以及
用于基于所述电压和对所述无线供电电磁场的检测来使能对所述一个或多个可充电电池的充电操作的处理模块。
作为优选，所述电池进一步包括：
连接至所述一个或多个可充电电池的阳极；以及
连接至所述一个或多个可充电单元的阴极；其中所述无线供电线圈可集成在所述阳极和所述阴极的至少一个中。
作为优选，所述电池还包括：
支撑所述电池充电电路的至少一部分的柔性衬底；以及
包装所述一个或多个可充电电池和所述柔性衬底的壳(casing)。
根据本发明的另一个方面，提供一种电池电路模块，包括：
用于从无线供电电磁场产生交流电(AC)电压的无线供电线圈；
电池充电电路，用于：
依据电池充电信息从所述AC电压产生电池充电电压；以及
使能时，通过电池充电电压为所述一个或多个可充电电池充电；以及
射频识别(RFID)模块，用于：
与无线供电发射器设备通信；以及
至少部分基于与无线供电发射器设备的通信来产生电池充电信息。
作为优选，所述电池充电电路包括：
用于确定电池电压的电压传感电路；
用于检测所述无线供电电磁场的检测电路；以及
用于根据所述电压和对所述无线供电电磁场的检测来使能对所述一个或多个可充电单元电池的充电操作的处理模块。
作为优选，所述电池电路模块进一步包括：
至少支撑所述电压充电电路的至少一部分和所述RFID模块的柔性衬底。
作为优选，所述RFID模块包括：
线圈；
与所述线圈耦合的收发器部分；
用于存储包括电池信息和电池充电参数中至少一个的所述电池充电信息的存储器；以及
用于处理电池充电信息的处理模块。
作为优选，所述电池电路模块进一步包括：
集成于所述无线供电线圈的所述线圈。
作为优选，所述电池电路模块进一步包括：
处理模块，用于：
处理对所述无线供电电磁场的检测；
处理对电池电压的确定；
基于所述电压和对所述无线供电电磁场的检测来使能对所述电池的
充电操作；
处理与所述无线供电发射器设备通信的基带部分；以及
产生电池充电信息。
本发明的各种优点、各个方面和创新特征以及操作实例的细节，将在以下的说明书和附图中进行详细介绍。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是依据本发明的无线供电系统的实施例的结构示意图；
图2是依据本发明的无线供电系统的另一实施例的结构示意图；
图3是依据本发明的无线供电系统的另一实施例的结构示意图；
图4是依据本发明的无线供电系统的另一实施例的结构示意图；
图5是依据本发明的无线供电系统的另一实施例的结构示意图；
图6是依据本发明的无线供电设备的实施例的结构示意图；
图7是依据本发明的无线供电系统的一部分的实施例的结构示意图；
图8是依据本发明的无线供电系统的一部分的另一实施例的结构示意图；
图9是依据本发明的无线供电系统的另一实施例的结构示意图；
图10是依据本发明的无线供电设备的另一实施例的结构示意图；
图11是依据本发明的无线供电设备的处理模块的状态示意图；
图12是依据本发明的充电设置(set up)状态的方法的实施例的逻辑框图；
图13是依据本发明的充电设置状态的方法的另一实施例的逻辑框图；
图14是依据本发明的充电状态的方法的实施例的逻辑框图；
图15是依据本发明的充电需求与充电效率的比较的示意图；
图16是依据本发明的无线供电电源管理状态的方法的逻辑框图；
图17是依据本发明的电池供电电源管理状态的方法的逻辑框图；
图18是依据本发明的无线供电计算机系统的实施例的结构示意图；
图19是依据本发明的无线供电计算机系统中的电源模块的实施例的结构示意图；
图20是依据本发明的计算机电源模块的实施例的结构示意图；
图21是依据本发明的计算机电源模块的另一实施例的结构示意图；
图22是依据本发明的外围设备电源模块的实施例的结构示意图；
图23是依据本发明的外围设备电源模块的另一实施例的结构示意图；
图24是依据本发明的无线供电系统的另一实施例的结构示意图；
图25是依据本发明的无线可充电电池的实施例的结构示意图；
图26是依据本发明的无线可充电电池的另一实施例的结构示意图；
图27是依据本发明的无线可充电电池的实施例的示意图；
图28是依据本发明的无线可充电电池的另一实施例的示意图。
具体实施方式
图1为无线供电系统的实施例的结构示意图，包括无线供电(WP)发射(TX)单元10和一个或多个设备12-14。WP TX单元10包括处理模块18、WP收发器20、和功率TX电路16。设备12-14中的每一个包括WP RX(接收)电路22、28、处理模块26、30以及WP收发器24、30。设备12-14很可能包括依赖于其期望功能的多个其他部件。例如，设备12-14可以为手机、个人音频/视频播放机、视频游戏机、玩具等，以及包括相应的电路。
WP TX单元10中和设备12-14的每一个中的处理模块18、26、32可为单个处理设备或多个处理设备。这些处理器件可为微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑器件、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路、和/或任何基于电路硬编码和/或操作指令来控制信号(模拟和/或数字)的设备。处理模块18、26、32可具有相关的存储器和/或存储单元，其可为单个存储设备、多个存储器件、和/或处理模块18、26、32的嵌入式电路。这些存储设备可为只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存、高速缓存、和/或存储数字信息的任何设备。应注意，如果处理模块18、26、32包含一个以上的处理设备，处理设备可集中设置(例如，通过有线和/或无线总线结构直接连接在一起)或分散设置(例如，通过局域网和/或广域网的间接连接的云计算)。应进一步注意的是当处理模块18、26、32能通过状态机、模拟电路、数字电路、和/或逻辑电路实现一个或多个功能时，存储相应操作指令的存储器和/或存储元件可嵌入在电路中或设于电路外，该电路包括状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路。仍需更进一步注意的是，存储单元存储的，且处理模块18、26、32执行的硬编码和/或操作指令与图1-28中描述的至少一部分步骤和/或功能对应。
WPTX单元10通过一个或多个控制信道34与设备12-14的WP收发器24、30进行通信，所述一个或多个控制信道使用ISM((industrial，scientific andmedical))频段36中一个或多个频率和/或另一未被许可的频段38中一个或多个频率。通过控制信道34的通信可使用一个或多个标准协议40、44和/或一个或多个专有协议(proprietary protocal)42、46。例如，标准协议40、44可包括蓝牙(2400MHz)、HIPERLAN(高性能无线局域网)(5800MHz)、IEEE802.11(2400MHz和5800MHz)、和IEEE 802.15.4(使用915MHz或2400MHz的个人局域网)。
ISM频带36包括：
Figure BDA0000035381820000081
每一WP电源收发器20、24、30(例如，WP TX单元10和每一设备12-14中的WP电源收发器)包括基带处理(通过相应的处理模块18、26、32实现)、射频(RF)和/或MMWR(毫米波)发射器部分、和RF和/或MMWR接收器部分。在应用实例中，基带处理依据一个或多个无线通信标准(例如，GSM、CDMA、WCDMA、HSUPA、HSDPA、WiMAX、EDGE、GPRS、IEEE 802.11、蓝牙、ZigBee、UMTS(通用移动通信系统)、LTE(长期演进)、IEEE 802.16、EV-DO(演进数据优化)、专有协议等)将出站数据转换为出站符号流。这些转换包括以下一个或多个：加扰、凿孔(puncturing)、编码、交织、星座映射(constellation mapping)、调制、扩频、跳频、波束成型(beamforming)、空时分组编码、空频分组编码、频域到时域变换、和/或数字基带到中频变换。
发射器部分将出站符号流转换为出站RF信号，该出站RF信号具有给定频带(例如，ISM频带36)内的载波频率。在一实施例中，通过将出站符号流与本地振荡混频以产生上变频信号来实现上述功能。一个或多个功率放大器和/或功率放大器驱动器放大该上变频信号(该上变频信号还可经过RF带通滤波)来产生出站RF信号。在另一实施例中，发射器部分包括产生振荡的振荡器。出站符号流提供调整振荡相位的相位信息(例如，+/-Δθ[相移]和/或θ(t)[相位调制])，以产生作为出站RF信号发射的相位已调整RF信号。在另一实施例中，出站符号流包括振幅信息(例如，A(t)[振幅调制])，用来调整相位已调整RF信号的振幅以产生出站RF信号。
在另一实施例中，发射器部分包括产生振荡的振荡器。出站符号提供调整振荡频率的频率信息(例如，+/-Δf[频移]和/或f(t)[调频])，以产生作为出站RF信号发射的频率已调整RF信号。在另一实施例中，出站符号流包括用于调整频率已调整RF信号的振幅以产生出站RF信号的振幅信息。在更进一步的实施例中，发射器部分包括产生振荡的振荡器。出站符号提供调整振荡幅度的振幅信息(例如，+/-ΔA[幅移]和/或A(t)[调幅])，以产生出站RF信号。
接收器部分接收和放大入站RF信号以产生放大的入站RF信号。接收器部分可将放大的入站RF信号的I(同相)和Q(正交)组分与本地振荡的同相和正交组分混合以产生混合I信号和混合Q信号。混合I和Q信号合并产生入站符号流。在本实施例中，入站符号可包括相位信息(例如，+/-Δθ[相移]和/或θ(t)[相位调制])和/或频率信息(例如，+/-Δf[频移]和/或f(t)[调频])。在另一实施例和或先前实施例的进一步阐述中，入站RF信号包括振幅信息(例如，+/-ΔA[幅移]和/或A(t)[调幅])。为了恢复振幅信息，接收器部分包括振幅检测器，诸如包络检波器、低通滤波器等。
基带处理依据一个或多个无线通信标准(例如，GSM、CDMA、WCDMA、HSUPA、HSDPA、WiMAX、EDGE、GPRS、IEEE 802.11、蓝牙、ZigBee、UMTS(通用移动通信系统)、LTE(长期演进)、IEEE 802.16、EV-DO(演变数据优化)、专有协议等)将入站符号流转换为入站数据(例如，控制信道数据)。这些转换包括以下一个或多个：数字中频到基带变换、时域到频域变换、空时分组解码、空频分组解码、解调、扩频解码、跳频解码、波束成型解码、星座解映射、解交织、解码、解凿孔、和/或解扰。
WP TX单元10通过控制信道与设备12-14通信以促进WP TX单元10向设备12-14的功率RX电路22、28的有效无线功率传输。例如，该通信可以确定使用哪个频率，重置设备12-14以改善磁耦合，调谐功率TX电路16和/或功率RX电路的部件22、28的组件，指明期望的功率等级，调整功率等级等。就这点而言，能量从功率TX电路16到一个或多个设备12-14的功率RX电路22、28的无线传输过程中，WP TX单元10与设备12-14通信以提供无线能量传输的期望性能等级。
在另一操作实例中，接收单元处理模块26、32用于识别无线功率发射单元10所使用的控制信道协议以便控制信道通信。应注意，控制信道包括多个控制信道协议中的一个，所述多个控制信道协议包括至少一个或多个标准控制信道协议和/或一个或多个专有控制信道协议。应进一步注意的是，发射单元收发器20可使用其中一个控制信道协议，还能够使用多个控制信道协议中的子集。例如，一个发射单元收发器20可用蓝牙协议或专有协议来充当控制信道协议，而另一个无线供电发射单元10的另一个发射单元收发器20可用不同的控制信道协议。就这点而言，接收单元需要识别控制信道协议。
接收单元处理模块26、32可通过分析发射单元收发器发射的信标信号来识别控制信道协议，从而确定控制信道协议。作为选择，或除了前述例子外，接收单元处理模块26、32可使用默认的控制信道协议并通过接收来自发射单元收发器20的设置通信(set up communication)来识别控制信道协议。作为另一选择，或除了前述例子外，接收单元处理模块26、32可通过扫描控制信道活动的频谱来识别控制信道协议以产生已扫描频谱，以及从已扫描的频谱中识别控制信道协议。再另一作为选择的例子中，或除了前述的例子外，接收单元处理模块26、32可使用已知的控制信道协议并通过唤醒试错系统(trial anderror system)来识别控制信道协议。
当接收单元处理模块26、32识别到控制信道协议时，就确定接收单元收发器是否有能力用控制信道协议进行通信。例如，处理模块可确定接收单元收发器24、30是否能够支持控制信道协议。当接收单元收发器24、30能够应用控制信道协议进行通信时，处理模块协调接收单元收发器的配置来通过控制信道收发与无线供电电磁场相关的通信。接收单元收发器24、30的组成将在图6中做更详细的描述。
在作为选择的另一识别控制信道协议的例子中，发射单元收发器20和接收单元收发器24、30可协商使用哪一个控制信道协议。例如发射单元收发器可与接收单元收发器收发协商信息(例如，哪个协议它们都支持，期望的数据传输率，可用的带宽等)来相互选择控制信道协议。
如果处理模块26、32不能识别控制信道或接收单元收发器24、30不能使用控制信道协议，处理模块可确定接收单元收发器是否缺少支持控制信道协议的硬件或软件。当接收单元收发器缺少软件时，处理模块生成网络消息来下载软件以支持控制信道协议。一旦软件下载完成，就收单元收发器24、30就能支持控制信道协议了。
通过在无线供电发射单元10和设备12，14之间建立控制信道，无线供电发射电路16根据控制信道数据(例如，功率等级、频率、调谐等)产生无线供电电磁场。无线供电接收电路22、28将无线供电电磁场转换为电压，用于为设备电池充电和/或为设备12、14的至少一部分供电。
图2是本发明的无线供电系统的另一实施例的结构示意图，包括WP(无线供电)TX(发射)单元10和一个或多个设备。WP TX单元10包括处理模块18，WP收发器20、RFID(射频识别)标签和/或阅读器48，和功率TX电路16。每一设备12-14包括WP接收(RX)电路24、28、处理模块26、32、RFID标签和/或阅读器50、52、和WP收发器24、30。设备12-14很可能包括多个依赖于期望功能的其它组件。例如，设备可以为手机、个人音频/视频播放机、视频游戏机、玩具等，并且包括相应的电路。
在本实施例中，RFID标签48、50、52包括有关设备12-14和WP TX单元10的无线供电需求和能力的信息。例如，该信息可包括使用的通信协议(例如，一个或多个标准协议40、44或一个或多个专有协议42、46)、无线供电频谱、阻抗匹配信息、电池充电需求等。RFID阅读器和标签48、50、52可为有源或无源设备并且可使用反向散射(backscattering)进行通信。同样的，设备12-14首先与WP TX单元10通信来交换设置(set up)信息，并且一旦设置完成，设备12-14将通过WP收发器20、24、30与WP TX单元10通信。
图3是本发明的无线供电系统的另一实施例的结构示意图，包括WP(无线供电)TX(发射)单元10和一个或多个设备12-14。WP TX单元10包括处理模块18，RFID(射频识别)标签和/或阅读器48，和功率TX电路16。每一设备12-14包括WP接收(RX)电路22、28，处理模块26、32，以及RFID标签和/或阅读器50、52。设备12-14很可能包括多个依赖于期望功能的其它部件。例如，设备可以为手机、个人音频/视频播放机、视频游戏机、玩具等，并且包括相应的电路。
在本实施例中，RFID标签48、50、52包括有关设备12-14和WP TX单元10的无线供电需求和能力的信息。例如，信息可包括使用的通信协议(例如，一个或多个标准协议54或一个或多个专有协议56)、无线供电频谱，阻抗匹配信息、电池充电需求等。除了交换设定信息外，WP TX单元10和设备12-14使用RFID标签和阅读器48、50、50作为它们之间的主要通信手段。应注意的是，RFID阅读器和标签48、50、52可为有源或无源设备，并且可用反向散射进行通信。
图4是本发明的无线供电系统的另一实施例的结构示意图，包括WP TX单元10和设备58。设备58包括功率接收器电路62、电池充电器64、电池66、直流变直流转换器68、处理模块70、存储器72、多个I/O(输入/输出)模块74、多个电路模块76-78、时钟产生单元80，和功率管理单元82。应注意，设备58可为图1-3所示的设备12-14之一。
在本实施例中，在WP TX单元10和设备58建立通信后，WP TX单元10产生由集成在设备58中的功率接收器电路62接收的电磁场。这将结合后续的一个或多个附图进行更具体的描述。功率接收器电路62通过电磁场产生AC电压，将AV电压整流以产生整流电压，再对整流电压进行滤波以产生DC干线电压(DC voltage rail)(例如，V+和V-)。功率接收器电路62可基于处理模块70提供的控制信号进行调谐。该调谐包括调节一个或多个电磁场和/或无线供电接收器电路62的电磁性质，诸如电路的品质因数(quality factor)，调节阻抗，限流等。
电池充电器64将DV干线电压转换成提供给电池66的电池充电电压。电池充电器64监控充电过程以确保根据电池的型号适当充电，以及一旦电池66充电完成，可实现连续补充充电(trickle charge)。应注意，处理模块70可为电池充电器64提供控制信号，以便依据电池型号来控制充电操作。
直流转直流转换器68将电池电压(例如，1.5V、4.2V等)转换成一个或多个供电电压(例如，1V、2.2V、3.3V、5V、12V等)。直流转直流转换器68为在功率管理模块82控制下的一个或多个其他模块70、72、74、76、78、80提供供电电压。通常，功率管理模块82用于通过器件58将电源功耗控制在最佳等级(例如，平衡性能和电池寿命)。就这一点而言，功率管理模块82可将每一模块70、72、74、76、78、80视为可被分别控制的分离供电岛(separatepower island)。例如，当电路模块76-78未激活时，功率管理模块82可切断电路模块76-78的供电。在另一个例子中，功率管理模块82可在电路模块76-78不需要工作在最大潜力状态时减少提供给电路模块76-78的电压。
除了控制提供给每个供电岛的供电电压外，功率管理模块82可使用时钟信号控制提供给每一电路模块76-78的时钟信号。例如，当电路空闲时，功率管理模块82可减少提供减少的供电电压给电路模块76-78，但禁止给电路模块76-78提供时钟信号。这样，就使电源消耗最小化了，但是一旦需要，电路模块76-78可以迅速激活。在另一个例子中，功率管理模块82可在电路模块76-78不需要工作在最大潜力状态时降低提供给电路模块76-78的时钟信号的频率。
多个电路模块76-78为设备58提供至少一部分功能。例如，如果设备是移动电话，电路模块76-78可提供数字图像采集功能、数字图像显示功能、音频文件回放功能、数据消息功能、语音呼叫功能等。多个I/O(输入/输出)模块74为设备58提供用户输入/输出组件(例如，扬声器、麦克风、显示器、按键等)的接口。例如，电路模块可产生出站数据(例如，采集到的数字图像)。处理模块处理出站数据以产生已处理数据(例如，产生数字图像文件)并将已处理出站数据提供给输入/输出模块以便显示在外围输出设备上(例如，LCD显示器)。另外一个例子中，输入/输出模块可接收来自外围输入组件(例如，设备的键盘)的入站数据(例如，拨打电话指令)，并提供给除了模块。处理模块处理入站数据以产生已处理入站数据(例如，重获在呼叫命令中识别的目标的电话号码)。处理模块将已处理入站数据提供给电路模块，执行已处理入站数据上的功能(例如，拨打电话到目标用户)。
图5是本发明的无线供电系统的另一实施例的结构示意图，包括功率发射器电路84和功率接收器电路86。功率发射器电路84包括线圈(即电感)，整流和调节电路88，阻抗匹配和触发电路90、处理模块92、和RF和/或MMW收发器94。功率接收器电路86包括线圈、阻抗匹配和整流电路96、调节电路98、和RF和/或MMW收发器100。功率接收器电路器86与电池充电器104以及处理模块102连接。就这一点而言，功率接收器电路84可很容易地集成在设备中并使用设备(例如，处理模块102)的组件。就此而言，功率接收器电路86不是一个与设备连接的的独立的组件，而是设备的组成部分。应注意，典型地，设备12、14、58将包括外壳，用于将功率接收器电路86、电池充电器104、电池106、和RF/MMW收发器100、处理模块102、以及图4示出的组件容纳在内。
在操作实例中，功率收发电路84的整流和调节电路将AC电压(例如，110VAC，2202VAC等)转换为DC电压(例如，160VDC，320VDC等)。阻抗匹配和触发电路90使TX功率线圈(power coil)在给定频率(例如，10MHz等)内以交替方式(例如，全桥逆变器，半桥逆变器)与DC电压连接。阻抗匹配使电容和线圈构成的LC电路调谐到期望的谐振频率以及得到期望的品质因数。例如，LC电路可调谐为在触发速率(excitation rate)谐振。
功率RX单元86的线圈靠近TX单元84的线圈以接收由TX线圈产生的电磁场并由此产生AC电压。LC电路的RX线圈和电容可通过调谐得到期望的谐振和/或品质因数。阻抗匹配和整流电路96对RX线圈的AC电压进行整流，以产生通过调节电路来调节的DC干线电压。图中其余的功能已在前文中做了描述和/或将在下文继续阐述。
图6是本发明的无线供电设备108的实施例的结构示意图，包括功率RX电路110，RF和/或MMW数据处理模块112(将在处理模块中实现)和RF和/或MMW收发器114。RF和/或MMW数据处理模块112包括出站符号转换模块120，和入站符号转换模块122。RF和/或MMW收发器114包括发射器124和接收器126。发射器124包括低IF(例如，0至低MHz)带通滤波器128、混频模块130、PA(功率放大器)132、和RF带通滤波器134。接收器126包括RF带通滤波器136，LNA(低噪声滤波器)138，混频模块140，低IF带通滤波器142。如果发射器125和接收器126共享一根天线，收发器114将进一步包括TX/RX隔离电路144(例如，循环器(circulator)、变压器式巴伦(transformer balun)、TX/RX开关等)。
在操作实例中，数据处理模块112基于正在实施的通信协议和相应的数据调制来进行自我配置。而且，收发器控制模块提供控制信号给收发器114以基于正在实施的协议调整其一个或多个元件。就这一点而言，数据处理模块112和收发器114可实施一个或多个通信协议和/或一个或多个专有通信协议。应注意，设备108可包括一个或多个可配置RF/MMW数据处理模块112和/或一个或多个可配置RF/MMW收发器114。
图7是本发明的无线供电系统的一部分的实施例的结构示意图，无线供电系统包括功率发射器电路144和功率接收器电路146。功率发射器电路144包括整流和调节电路148，阻抗匹配和触发电路150，处理模块152，NFC调制器/解调器154，和NFC线圈156。功率接收器电路146包括阻抗匹配和整流电路158，调节电路160，NFC调制器/解调器162和NFC线圈164。功率接收器电路146与电池充电器(图中未显示)和处理模块166连接。
在操作实例中，功率发射器电路144的整流和调节电路148将AC电压(例如，110VAC，220VAC等)转换为DC电压(例如，160VDC，320VDC等)。阻抗匹配和触发电路150使TX功率线圈在给定频率(例如，10MHz等)内以交替方式(例如，全桥逆变器，半桥逆变器)与DC电压连接。阻抗匹配使电容和线圈构成的LC电路调谐到期望的谐振频率以及得到期望的品质因数。例如，LC电路可调谐为在触发速率谐振。
功率接收器电路146的线圈靠近发射器电路144的线圈以接收由TX线圈产生的磁场并由此产生AC电压。RX线圈和电容构成的LC电路可调谐到期望的谐振和/或品质因数。阻抗匹配和整流电路158对RX线圈的AC电压进行整流，以产生通过调节电路160来调节的DC干线电压。
设备通过NFC(near field communication，近场通信)170与功率发射器电路144进行通信。例如，当设备有数据要传输到功率发射器电路144时，处理模块166产生提供给NFC调制器/解调器162的数据。NFC调制/解调器162在用以驱动NFC线圈164的给定频率(例如，13MHz、900MHz等)调制数据。NFC线圈164产生磁场，该磁场由功率发射器电路144的NFC线圈156接收。NFC调制/解调单元154解调NFC线圈156提供的信号以恢复提供给处理模块152的发射数据。从功率发射器电路144向设备传输的数据以类似方式进行处理。
图8是本发明的无线供电系统的部分的另一实施例的结构示意图，无线供电系统包括功率发射器电路172和功率接收器电路174。功率发射器电路172包括整流和调节电路176、阻抗匹配和触发电路178、处理模块190、NFC调制器/解调器188、200、和共享WP&NFC线圈202。功率接收器电路174包括阻抗匹配和整流电路204、调节电路206、NFC调制器/解调器216、220、和NFC线圈222。功率接收器电路174与电池充电器(图中未显示)和处理模块218连接。
在操作实例中，功率发射器电路172的整流和调节电路176将AC电压(例如，110VAC，220VAC等)转换为DC电压(例如，160VDC，320VDC等)。阻抗匹配和触发电路178使TX功率线圈202在给定频率(例如，10MHz等)内以交替方式(例如，全桥逆变器，半桥逆变器)与DC电压连接。阻抗匹配使电容和线圈构成的LC电路调谐到期望的谐振频率以及得到期望的品质因数。例如，LC电路可调谐为在触发速率谐振。
功率接收器电路174的线圈202靠近功率发射器电路172的线圈222以接收由TX线圈202产生的电磁场并由此产生AC电压。RX线圈222和电容构成的LC电路可通过调谐得到期望的谐振和/或期望的品质因数。阻抗匹配和整流电路204将RX线圈222的AC电压进行整流，以产生通过调节电路调节的DC干线电压。
设备使用共享WP&NFC线圈202、222并通过NFC(近场通信)与WP TX单元进行通信。例如，当设备有数据要传输到WP TX单元时，处理模块218产生提供给NFC数据调制器216的数据。NFC数据调制器216在给定频率(例如，13MHz，900MHz等)调制数据以产生振幅分量(A(t))212和相位分量(Φ(t))214。相位分量214调节振荡(cosω(t))的相位以产生已调相振荡(cos(ω(t)+Φ(t))210。功率放大器208通过振幅分量212放大已调相振荡210以产生已调幅调相的信号(A(t)cos(ω(t)+Φ(t)))。信号通过与共享WP&NFC线圈222的AC耦合传送到WPTX单元的。
WP TX单元的共享线圈202接收信号(例如，A0cos(ω0(t))*A(t)cos(ω(t))+Φ(t))，其中A0是WP信号的幅度，ω0是WP信号的频率)。NFC信号分量与数据解调器200AC耦合，且WP分量提供给阻抗匹配电路178。数据解调器200从幅度分量186和相位分量184中恢复数据，并将数据提供给处理模块190。
图9是本发明的无线供电系统的另一实施例的结构示意图，包括WP TX单元226和设备228。设备228包括WP线圈230、功率RX电路232、电池充电器234、电池236、多路器(multiplexer)238或其类似器件、直流-直流转换器240、处理模块242、IO接口模块244、存储器246、功率管理单元248、NFC功率恢复模块252、和/或RF/MMW功率恢复模块250。
在操作实例中，当电池236已经耗尽或即将耗尽并且没有充足的功率为最小电路提供功率以便为电池充电时，NFC功率恢复模块252和/或RF/MMW功率恢复模块250产生应急电压来为启动电池充电提供电能。一旦从WP TX单元226接收到电能，应急供电发电机将停止工作，然后供电电压V1可在充电过程中和/或充电完成后(例如，连续补充充电模块)用于为设备228供电。注意到只要接收到WP的电能，V1或取自于WP电能的其他电压将为设备228供电。
图10是本发明的无线供电设备254的另一实施例的结构示意，无线供电设备254包括处理模块256、整流和阻抗匹配电路(例如，电容和二极管)258、RX线圈260、降压(buck)和/或升压(boost)转换器262、连续补充充电电路(trickle charge circuit)264、电池266、和电池电流传感器268。处理模块256包括电池充电器控制器270、升压控制器272、降压控制器274、阻抗匹配控制280、RF/MMW和/或NFC数据处理模块276。处理模块256可进一步包括功率管理单元282。注意到处理模块256可与转换器262、整流电路258、连续补充充电电路264、和/或电池电流传感器268的一个或多个组件设置在单个集成电路上或多个集成电路上。
在操作实例中，RX线圈260(包括一个或多个可调电感)接收来自WP TX单元的磁场并以此产生AC电压。将可调电感调谐(仅与RX线圈260一起)到期望的谐振频率、阻抗、和/或品质因数以便于产生AC电压。全桥整流器(例如，二极管)对AC电压进行整流以产生已整流电压，经过电容滤波后产生DC干线电压(例如，3-20V)
降压和/或升压转换器262在DC干线电压下降时使能为降压转换器以产生电池充电电压(以及为设备提供电压Vdd)，以及在DC干线电压上升时使能为升压转换器以产生电池充电电压(以及提供电压Vdd)。注意当降压和/或升压转换器262处于升压模式时，降压晶体管(transistor)是使能的。还注意到降压和/或升压转换器262可包括多个电感、晶体管、二极管、和电容以产生多个供电电压。
当电池266充电时，电池充电控制模块270监控电池电流和电压以确保充电按照电池266的充电需求进行。当电池266充电完成时，电池266断开与转换器262(转换器262可停止工作或使能以提供Vdd)的连接并且电池266将进行连续补充充电。注意当WP丢失时，连接电池266以便为设备254提供电能。
图11是本发明的无线供电设备12-14、58的处理模块的状态示意图，包括6个状态286：空闲284、充电设置288、充电290、连续补充充电292、WP操作功率管理294、电池操作功率管理296。设备开始于空闲状态284，然后等待检测WP TX单元、WP操作使能、或电池操作使能。设备可同时处在充电状态286中的一个状态和WP操作功率管理状态294中。
当设备检测到WP TX单元(例如，通过RFID通信，控制信道通信，感应磁场等)时，设备从空闲状态284转为充电设置状态288。当处于充电设置状态288时，如图12和/或13所示的设备功能将在下文进行描述。如果设置失败，设备将返回到空闲状态，该失败由控制信道通信的建立失败、WP TX单元当前不能为设备服务、电路故障、坏电池或连接丢失所致。
当充电设置完成后，设备转换到充电状态290。在充电状态290时，如图14和/或15所示的设备功能将在下文进行描述。如果充电失败或充电完成但不需要连续补充充电时，设备将返回到空闲状态。如果充电完成且电池将被连续补充充电，设备将转换到连续补充充电状态292。设备将保持在这个状态直到报错(例如，与WPTX单元的连接丢失)或连续补充充电完成。上述两种情况发生任意一种，设备将返回空闲状态284。
当使能设备操作时，一旦设备使能并连接到WP TX单元，设备就转换到WP操作功率管理状态294。当处于此状态时，如图16所示的设备功能将在下文进行描述。当设备未使能(例如，关闭，设为睡眠模式等)时设备返回到空闲状态284。注意到当设备在这个状态时，设备还可处在充电状态中的一个状态。
当设备与WP TX单元断开连接时，设备将从WP操作状态294转换到电池操作功率管理状态296。当设备使能且没有与WP TX单元连接时，设备还可从空闲状态284进入电池操作状态296。当处于此状态时，如图17所示的设备功能将在下文进行描述。当再次与WP TX单元连接时，设备将返回WP操作状态294。当设备未使能(例如，关闭，设为睡眠模式，电池电量低等)时，设备将返回空闲状态284。
在一实施例中，设备可包括集成电路(IC)，该集成电路包括无线功率接收器电路86的至少一部分(例如，片上线圈，片上可变电容，阻抗匹配和整流电路96(整流电路的二极管可不在片上)的组件，和调节电路98的组件)、收发器、以及处理模块。无线功率接收器电路将电磁信号转换为电压，且当收发器能运行时，收发控制信道通信。
处理模块用于在检测到无线功率发射器单元时，将设备从空闲状态转换到充电状态。处理模块还用于在检测到无线供电发射器电路并且设备使能时将设备从空闲状态转换为无线供电操作状态。处理模块还用于在设备能运行且没检测到无线功率发射器电路时将设备从空闲状态转换为电池操作状态。
可选的，或除了上述内容外，处理模块可用于通过控制信道通信检测无线功率发射器单元的可用性。然后，处理模块可在无线功率发射器单元能用时，确定电池充电需求以及设备是否激活。然后，处理模块可在电池需求与阀值相比不乐观时，用电压启动电池充电。该处理在设备激活时，使能无线供电操作，以及当无线供电发射器不可用时，使能设备的电池操作模式。
图12是本发明的充电设置状态298的方法的实施例的逻辑框图，首先，设备与WPTX单元一起选择标准通信协议300。通信协议300的例子如图1-3所示。注意到步骤可开始于假设一个默认通信协议(例如，RFID，蓝牙等)来初始化通信，然后一旦建立通信，选择另一个通信协议。然后方法继续执行，设备确定设备是否通过控制信道与WPTX单元同步302。换句话说，就是判断设备和WP TX单元之间是否建立了可用的控制信道。若是，设备建立与WP TX单元的控制信道通信304然后跳出状态306。
如果没有建立控制信道，方法继续执行，设备确定标准通信协议(例如，有能力处理的协议)是否穷尽308，若没有，设备重复执行选择另一个标准协议300，若标准协议已经穷尽，方法继续执行，设备选择专有通信协议310。注意到方法可开始于专有协议，而且如果专有协议用完，可尝试标准协议。还注意到，不管它是标准协议还是专有协议，对于该方法试图找到可用的协议的目的，标准协议和专有协议之间没有区别。
方法继续执行，设备使用专有协议确定设备是否通过控制信道与WPTX单元同步312。若是，方法继续执行，设备使用专有协议建立与WP TX单元的控制信道通信314，然后跳出步骤318。
如果没有使用专有协议建立控制信道，方法继续执行，设备确定专有协议(例如，可执行的协议)是否穷尽316。如果没有，设备重复执行选择另一个专有协议310。若专有协议已穷尽，方法继续执行，设备由于报错跳出该状态318。
图13是本发明的充电设置状态320的方法的另一实施例的逻辑框图，首先，设备阅读WP TX单元的RFID标签来确定期望的控制信道协议322。方法继续执行，设备确定是否能够执行期望的控制信道协议324。若是，方法继续执行，设备建立与WP TX之间的控制信道通信326，并跳出状态328。
如果设备没有期望的控制信道协议，方法继续执行，设备确定其是否具有支持期望的控制信道协议的硬件330。例如，是否包括NFC电路、RF电路、和/或MMW电路以支持期望控制信道协议的工作频率、供电需求、传输范围等。若是，则设备缺少期望的控制信道协议的软件，方法继续执行，设备下载期望控制信道协议的软件332。在设备安装软件后，方法继续执行，设备建立与WPTX单元之间的控制信道通信326。
若设备没有支持控制信道协议的硬件，方法继续执行，设备确定是否可以用RFID作为与WPTX单元通信的控制通道协议334。在一实施例中，若设备请求使用RFID，如果WP TX单元允许，方法继续执行，设备使用RFID作为与WPTX单元之间的控制信道协议336。若设备不能使用RFID作为控制信道，设备由于报错跳出该状态338。
图14是本发明的充电状态340的方法的实施例的逻辑框图，首先，设备确定电池的级别342(例如，基于电池型号的电池剩余寿命，设备的供电需求等)。方法继续执行，设备确定电池是否需要充电344-346。例如，电池的电量是否降到了阈值以下，这可基于电池寿命、未充满电、和/或其他条件。
若电池不需要充电，方法回到开始状态，若需要则执行下一步骤。在下一步骤中，设备与WP TX单元通信以确定以下一个或多个：阻抗匹配设置、工作频率、功率级、线圈数量等348。方法继续执行，设备确定是否需要调整功率RX电路一个或多个的阻抗、功率RX电路的工作频率、功率等级等，并在需要时做出合适的调整350。
方法继续执行，设备设置充电参数352(例如，Vdd，限流，连续充电等级，充电时间间隔等)。方法继续执行，设备为电池充电并监控该充电过程354(例如，充电电流和/或充电电压)。设备还确定是否还在WP TX单元的范围内356。若是，方法继续执行，设备确定充电是否完成358。若否，方法继续执行，设置(例如，若需要在随后的循环中进行调节)充电参数348。若设备不在WP TX单元的范围内，方法继续执行，设备由于报错跳出状态360。如果电池充电完成，设备也跳出状态360。
图15是本发明的充电需求与充电效率的比较的框图，设备通过此框图确定是否需要图14所述的充电。由图15可知，确定充电是否需要是基于电池寿命和充电效率成比例变化的。就此而言，当电池寿命很高时，只当能高效充电时才为电池充电。随着电池寿命的减少，在某个时刻，充电需求就会增加，远大于高效充电的需求。
图16是本发明的无线供电功率管理状态364的方法的逻辑框图，首先，设备确定电池是否需要充电364。若都，方法继续执行，设备断开电池与充电器的连接366。若需要或被电池充电需求请求，设备进行连续补充充电。方法继续执行，设备确定电路模块的活动状态368(例如，未使能，激活，空闲等)。方法继续执行，设备确定激活电路模块的时钟频率(例如，选择正好满足操作需求的时钟频率，典型地该频率小于最高时钟频率)370。
方法继续执行，设备确定激活和空闲电路模块的供电电压372。例如，设备可为空闲电路模块设定功率等级，此功率等级仅够确定电路是继续保持空闲状态还是跳转到激活状态。另一示例中，设备可为激活电路模块设定功率等级，此功率等级仅够使电路模块执行其任务，典型地该功率等级低于最大功率等级。
方法继续执行，设备为激活电路使能时钟信号，然后将选择的功率等级提供给激活和空闲电路模块374。方法继续执行，设备确定是否仍与WP TX单元连接376。若是，方法回到开始重新执行。若否，方法继续执行，设备跳出状态378。注意到在这个状态中，当设备是电池操作时，设备的功率管理是一个较不关键的任务。就此而言，会将时钟信号速率和功率等级设定为接近最大值以增强性能。
图17是本发明的电池供电功率管理状态380的方法的逻辑框图，首先设备断开电池与充电器的连接，并使电池作为主要的电源382。方法继续执行，设备确定电路模块的活动状态384(例如，未使能，激活，空闲等)。方法继续执行，设备确定每个激活的电路模块的最小可接受时钟信号以及最小可接受供电电压(例如，Vdd)386。
方法继续进行，设备使得时钟发生器产生最小可接受时钟频率，使能转换器产生最小可接受供电电压388。方法继续进行，设备为每个空闲电路模块确定最小可接受空闲供电电压以及无时钟信号390。方法继续进行，设备使能转换器产生空闲供电电压392。方法继续进行，设备确定是否仍处于电池模式中394，若是则重复该方法，若否，设备离开此状态396。
图18是本发明的无线供电计算机系统的实施例的结构示意图，包括计算机600、无线键盘602、无线鼠标604、移动电话606、个人音频/视频(A/V)播放器608、外设硬件驱动610、其他潜在的外围计算机设备(例如，游戏杆(joy stick)，触摸板，跟踪球(track ball)，扬声器等)。计算机600可为膝上型电脑、平板显示器(panel display)计算机(例如，平板电脑(tablet))，传统计算机等，还包括无线电源模块。
在实施例中，计算机600通过功率发射器电路612(即，WP TX单元)无线供电，并为外设组件(例如，键盘602、鼠标604、移动电话606、个人AV播放器608、硬件驱动610等)无线供电。计算机600可同时或顺序地向外设602-610无线供电。每个外设602-610可使用传统的无线通信协议(例如，蓝牙)和/或WP控制信道与计算机600无线通信。
尽管图18示出了计算机系统，但本概念适用于更广泛的系统。例如，无线供电系统可包括基本的设备(例如，计算机、电视、显示器、有线机顶盒、卫星机顶盒、家用电子设备等)和至少一个外设(例如，图片35示出的外设、语音和/或视频娱乐组件、远程控制器等)。基本的设备包括功率转换单元、功能模块、和收发器。外设包括无线功率接收器、外设单元、和收发器。
在基本设备中，功率转换单元将功率源转换为电磁信号。例如，功率转换单元可包括电源和无线功率发射器电路。电源将功率源(例如，AC电压)转换为输出DC电压。无线功率发射器电路将输出DC电压转换为电磁信号。另一示例中，功率转换单元包括无线功率接收器电路和功率转换发射电路。无线功率接收器电路将功率源(例如，输入电磁信号)转换为供电电压。功率转换发射电路将供电电压转换为电磁信号。在后面的例子中，输入电磁信号可有第一频率，并且该电磁信号可有第二频率使其间的干扰降到最少。
基本设备的功能模块执行与外围信息(例如，用于传送外围信息的通信协议、来自外设的输入数据，来自外设的输入命令，外设的输出数据，和/或外设的输出命令)相关的功能。例如，若功能模块是中央处理单元且外设是用户输入设备(例如，触摸屏，袖珍键盘，鼠标，键盘等)，用户输入设备可产生数据和/或中央处理器执行的命令。另一示例中，若功能模块是存储器并且外设是用户输出设备，存储器提供数据供用户输出设备显示(例如，可听的和/或可见的)。
基本设备的收发器与外设的收发器通信与电磁信号相关的信息。与电磁信号相关的信息包括控制信道协议，电磁信号频率，阻抗匹配参数，谐振频率调谐参数，和/或这里描述的其他电磁特性。
基本设备的收发器也与外设收发器通信外围信息。就这一点而言，收发器用于无线供电控制信道通信和外设功能(例如，数据和/或命令)通信。
除了包括功率转换单元、功能模块、和收发器外，基本设备还包括电池、电池充电器、和处理模块。电池充电器使用供电电压为在一个或多个附图中所阐述的基本电池充电。处理模块协调电池的充电、有关电磁信号的信息的传送、以及外围信息的传送。
外设的无线功率接收器电路将电磁信号转换为一个或多个附图中阐述的电压。外设的外围单元处理该外围信息。例如，外围单元可为基本设备生成输入数据，其中外围信息包括输入数据。在另一示例中，外围单元可为基本设备产生输入命令，其中外围信息包括输入命令。在另一示例中，外围单元可对基本设备的输出数据执行功能，其中外围信息包括输出数据。在另一示例中，外围单元可依据来自基本设备的输出命令执行功能，其中外围信息包括输出命令。
除了包括无线供电接收器、外围单元、和收发器外，外设还包括电池、电池充电器、和处理模块。电池充电器使用供电电压为外围电池充电。处理模块协调电池的充电、有关电磁信号的信息的传送，以及外围信息的传送。
基本设备和/或外设可包括IC(集成电路)以支持上述功能。例如，IC可包括至少一部分的无线功率接收器电路(例如，一个或多个线圈，电容，和不在片上的整流电路的二极管)、至少一部分的电池充电器(例如，一个或多个开关晶体管、输出滤波电容、和可不在片上的电感)、收发器、和处理模块。
图19是本发明的无线供电计算机系统的电源模块(例如，计算机电源模块616和外设电源模块614)的实施例的结构示意图。计算机电源模块616包括无线收发器620、功率接收器电路622、电池充电器624、电池626、功率转换TX(发射)电路628、处理模块630、存储器632。外设电源模块614包括无线收发器634、功率接收电路(RX ckt)636、电池充电器638、和电池640。
在实施例中，功率发射器电路618产生由计算机电源模块616的功率接收器电路622接收的电磁场，以实现无线电能传输。功率接收器电路622根据处理模块630提供的控制信号产生DC干线电压。电池充电器624将DC干线电压转换为电池充电电压，提供给电池626。功率转换TX电路628产生与外设电源模块614的功率RX电路636磁耦合的磁场。当计算机电源模块616接近功率发射器电路618时功率转换TX电路628由DC干线电压供电，或在计算机电源模块616未接近功率发射器电路618时，功率转换TX电路628由使用电池626供电。
外设电源模块636的功率RX电路从功率转换TX电路628的磁场产生DC干线电压。电池充电器624将DC干线电压转换为电池充电电压，用于为电池626充电。计算机电源模块616通过无线收发器620、634(例如，RF、MMW、和/或NFC)与外设电源模块614进行与无线供电事宜(例如，频率选择，工作频率，阻抗匹配设置，功率等级，等)相关的通信。而且，无线收发器620、634可用于传输外设与计算机之间的数据。例如，若外设是无线键盘，键盘信号将通过无线收发器传送到计算机。注意到多个外设中，每个都包括无线收发器、已架设好的需要网络层配合通信的局域网。
电源模块(例如，计算机电源模块616和外设电源模块614)可包括IC(集成电路)以支持其功能。例如，IC可包括至少一部分的无线功率接收器电路(例如，一个或多个线圈、电容、和不在片上的整流电路的二极管)，至少一部分的无线功率发射器电路(例如，一个或多个的线圈、电容、和可不在片上的直流转交流电路的开关晶体管)、和收发器。无线功率接收器电路用于将电磁信号转换为电压，其中，无线功率发射器单元产生电磁信号。无线功率发射器电路用于将电压转换为第二电磁信号。接收器传送有关第一电磁信号的第一信息、有关第二电磁信号的第二信息、以及有关功能执行的外围信息。
图20是本发明的计算机电源模块642的实施例的结构示意图，包括功率接收器电路644、电池充电器648、电池650、功率转换TX电路646、无线收发器652、和处理模块654。功率接收器电路644包括RX线圈656、可调电容658、阻抗匹配和整流电路660、调节电路662、和控制信道收发器664。功率转换TX电路646包括多路复用器666、直流转交流转换器668、阻抗匹配电路670、可调电容672、和线圈674。
在操作实例中，功率接收器电路644的RX线圈656从接收自WP TX单元的TX线圈的电磁场产生AC电压。阻抗匹配和整流电路660通过调节电路662将AC电压转换为DC干线电压。电池充电器648使用DC干线电压为电池650充电。
当计算机接收来自WP TX单元646的无线功率时，功率转换TX电路646由DC干线电压为供电，并且当计算机处在电池操作模式(假设电池650有足够的电能为外设充电)时，功率转换TX电路646由电池650供电。在WP模式下，直流转交流转换器668将DC干线电压转换为通过阻抗匹配电路670提供给线圈674的AC电压。线圈674产生供外设电源模块的RX线圈接收的磁场。在实施例中，计算机电源模块642的功率接收器电路644的RX线圈656的AC电压可具有与功率转换TX模块646的TX线圈674的AC电压相同的或不同的频率。
当计算机处在电池操作状态时，若电池650拥有足够电能(例如，期望的电池寿命等级)来为一个或多个外设充电，功率转换TX电路646产生上述磁场。若电池650没有足够的电能，功率转换TX电路646将停止运行。
图21是本发明的计算机电源模块676的另一实施例的结构示意图，包括RX线圈678、可调电容680、整流二极管682、储能电容684、降压和/或升压转换器686、电池688、电池电流传感器690、连续补充充电电路692、直流转交流转换器694、另一个可调电容696、和处理模块698。处理模块698包括RX阻抗匹配模块700、控制信道处理模块702、升压控制模块706、降压控制模块708、电池充电器控制模块710、直流转交流控制模块712、和TX阻抗匹配控制模块714。而且，处理模块698可实现无线收发器的基带处理716。注意，处理模块698和一个或多个组件可设置在一个或多个集成电路上。
在后面半块电路的实施例中，直流转交流模块694接收降压和/或升压转换器686产生的DC干线电压。直流转交流模块694包括全桥变换器拓扑以激发线圈697。直流转交流控制模块712产生开关信号来在期望的频率处驱动直流转交流模块694。阻抗匹配控制电路714调节电容696和/或线圈697的阻抗以获得期望的谐振频率和/或品质因数。例如，阻抗匹配控制电路714可调谐电容696和电感697使之在直流转交流转换器694的开关频率上谐振，使之成为欠阻尼电路或过阻尼电路。在另一实施例中，直流转交流转换器694可包括半桥变换器拓扑。注意到如图10所示的前半块电路以同样的方式运行。
图22是本发明的外围设备电源模块722的实施例的结构示意图，包括RX线圈724、可调节电容726、阻抗匹配和整流电路728、调节电路730、电池充电器732、电池734、处理模块736、和无线收发器738。
在实施例中，RX线圈724从接收自计算机电源模块的TX线圈的磁场产生AC电压。阻抗匹配和整流电路728通过调节电路730的调节将AC电压转换为DC干线电压。电池充电器732使用DC干线电压为电池734充电。
图23是本发明的外围设备电源模块740的另一实施例的结构示意图，包括处理模块742、整流和阻抗匹配电路744(例如，电容和二极管)、RX线圈746、降压和/或升压转换电路750、连续补充充电电路748、电池752、和电池电流传感器754。处理模块742包括电池充电器控制器756、升压控制器758、降压控制器760、阻抗匹配电路762、RF/MMW和/或NFC基带处理模块764。注意到处理模块742可与转换器750的一个或多个元件、整流电路744、连续补充充电电路748、和/或电池电流传感器754一起集成到单个集成电路上或集成在多个集成电路上。
在操作实例中，RX线圈746(包括一个或多个可调电感)接收来自计算机电源模块的磁场并产生AC电压。将可调电容744调谐(与RX线圈746断开或连接)到便于产生AC电压的期望的谐振、阻抗、和/或品质因数。全桥整流器744(例如，二极管)将AC电压进行整流以产生已整流电压，再通过电容744滤波以产生DC干线电压(例如3-20V)。
降压和/或升压转换器750在DC干线电压下降时可使能为降压转换器以产生电池充电电压(以及为设备提供供电电压Vdd)，在DC干线电压上升时可使能为升压转换器产生电池充电电压(以及提供供电电压Vdd)。注意当降压和/或升压转换器750处于升压模式时，降压晶体管是使能的。还注意到降压和/或升压转换器750可包括多个电感、晶体管、二极管、和电容以产生多个供电电压。
当电池752充电时，电池充电控制模块756监控电池752的电流和电压以确保充电按照电池752的充电需求进行。当电池752充电完成时，电池752将断开与转换器750(未使能或使能提供Vdd)的连接并且电池752将进行连续补充充电748。注意当WP丢失时，连接电池752以为设备提供电能。
图24是本发明的无线供电系统的另一实施例的结构示意图，包括WP TX单元和设备1050。图中示出了，功率TX电路和RFID标签和/或WP TX单元的阅读器。设备1050包括功率RX电路1052、电池充电器和/或直流转直流转换器1054、电池1056(包括RFID标签1058)、处理模块1060、存储器1062、多个输入/输出(I/O)模块1064、多个电路模块1068-1070、时钟产生单元1072、RFID标签和/或阅读器1066、和功率管理单元1074。
在操作实例中，当WP TX单元和设备1050建立通信后，WP TX单元产生电磁场，由设备1050的功率RX电路1052接收。功率RX电路1052由电磁场产生AC电压，将AV电压整流得到整流电压，再通过滤波器滤波得到DC干线电压(例如，V+和V-)。可基于处理模块1060提供的控制信号对功率RX电路1052进行调谐。调谐包括调节电路的品质因数、调节阻抗、限流等。
电池充电器1054将DV干线电压转换成为电池1056充电的电池充电电压。电池充电器1054监控充电过程以确保根据电池的型号适当充电，以及当电池1056充电完成后为其提供连续补充充电。注意到处理模块1060可为电池充电器1054提供控制信号，以便依据电池1056型号调节充电过程。
直流转直流转换器1054将电池电压(例如，1.5V、4.2V等)转换成一个或多个供电电压(例如，1V、2.2V、3.3V、5V、12V等)。直流转直流转换器1054为在功率管理模块1074控制下的一个或多个其他模块提供供电电压。通常，功率管理模块1074用于通过器件1050将电源功耗控制在最优状态(例如，平衡性能和电池寿命)。就这一点而言，功率管理模块1074可将每个模块视为可被分别控制的独立供电岛。例如，当电路模块1068-1070是未激活时，功率管理模块1050可切断电路模块1068-1070的供电。在另一个例子中，功率管理模块1074可在模块1068-1070不需要工作在最大潜力状态时减少提供给模块1068-1070的电压。
除了控制提供给每个供电岛的供电电压外，电压管理模块1074可使用时钟信号控制提供给每个电路模块1068-1070的时钟信号。例如，当电路1068-1070空闲时，功率管理模块1074可减少提供给电路模块1068-1070的供电电压，停止给电路模块1068-1070提供时钟信号。这样，就使电源消耗最小化了，而且一旦需要，电路模块1068-1070可以迅速激活。在另一个例子中，功率管理模块1074可在电路模块1068-1070不需要工作在最大潜力状态时降低提供给电路模块1068-1070的时钟信号频率。
为使给电池1056充电更加便利，电池1056的RFID标签1058存储有关有效和高效为电池1056充电的信息。例如，信息可指明电池1056的型号、电池1056的已充电次数、期望充电电流、期望充电电压、期望充电持续时间、充电电流的时基变化、充电电压的时基变化、连续补充充电需求等。这样，电池1056提供有关最佳充电的信息，以使设备1050进行自我配置从而能够最佳地为电池1056充电。
图25是本发明的无线可充电电池1080的实施例的结构示意图，包括线圈1090、阻抗匹配和整流电路1082、电池充电器1084、电池单元1086、RFID标签和/或阅读器1088。注意到组件的物理尺寸决定于充电器1084的工作频率以及电池1086的充电需求。
在操作实例中，功率RX单元的线圈1090接收来自TX线圈的磁场并产生AC电压。阻抗匹配和整流电路1082调节线圈1090的阻抗，并且将RX线圈1090的AC电压整流以产生DC干线电压，该DC干线电压通过调节电路来调节(图上未标注)。注意到阻抗匹配可从电池内的电池充电电路中去除。电池充电器1084将电压调节到期望充电电压，并且监控充电电流以确保合适地充电。
图26是本发明的无线可充电电池1092的另一实施例的结构示意图，包括处理模块1094、整流和阻抗匹配电路(例如，电容和二极管)1096、RX线圈1098、降压和/或升压转换器1100、连续补充充电电路1101、电池单元1102、和电池电流传感器1104。处理模块1094包括电池充电器控制器1106，降压(和/或升压)控制器1108，RFID数据处理模块1110。注意到处理模块1094可与转换器1100的一个或多个元件、整流电路1096、连续补充充电电路1101、和/或电池电流传感器1104一起设置在单个集成电路或多个集成电路中。
在操作实例中，RX线圈1098(包括一个或多个可调电感)接收来自WPTX单元的磁场并以此产生AC电压。全桥整流器1096(例如，二极管)将AC电压进行整流以产生已整流电压，并经过电容滤波后产生DC干线电压(例如，3-20V)。降压(和/或升压)转换器1100在DC干线电压下降时可使能为降压转换器以产生电池充电电压(或在DC干线电压上升时可使能为升压转换器以产生电池充电电压)。
当电池1902充电时，电池充电控制模块1106监控电池电流和电压以确保充电按照电池1096的充电需求进行。当电池1092充电完成时，电池1092将断开与转换器1100(未使能)的连接并且电池1102将进行连续补充充电。
图27是本发明的无线可充电电池的实施例的示意图，包括图25和/或图26示出的组件。如图所示，RX线圈可设置在阴极和/或阳极中。其它元件可设置在柔性电路板上，该电路板构成了电池的外壳或套。
图28是本发明的无线可充电电池的另一实施例的示意图，包括图25和/或图26示出的组件。如图所示，RX线圈可设置在阴极和/或阳极中。其它元件可设置在柔性电路板上，该电路板构成了电池的外壳或套。
本领域普通技术人员可以理解，术语“基本上”或“大约”，正如这里可能用到的，对相应的术语提供一种业内可接受的公差。这种业内可接受的公差从小于1％到50％，并对应于，但不限于，组件值、集成电路处理波动、温度波动、上升和下降时间和/或热噪声。本领域普通技术人员还可以理解，术语“可操作地连接”，正如这里可能用到的，包括通过另一个组件、元件、电路或模块直接连接和间接连接，其中对于间接连接，中间插入组件、元件、电路或模块并不改变信号的信息，但可以调整其电流电平、电压电平和/或功率电平。本领域普通技术人员可知，推断连接(亦即，一个元件根据推论连接到另一个元件)包括两个元件之间用相同于“可操作地连接”的方法直接和间接连接。本领域普通技术人员还可知，术语“比较结果有利”，正如这里可能用的，指两个或多个元件、项目、信号等之间的比较提供一个想要的关系。例如，当想要的关系是信号1具有大于信号2的振幅时，当信号1的振幅大于信号2的振幅或信号2的振幅小于信号1振幅时，可以得到有利的比较结果。
图示的和上面所述的晶体管为FETs(场效应管)，为本领域技术人员了解的技术，晶体管可使用任何类型的晶体管结构，包括但不局限于双极性晶体管、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、N极性晶体管、P极性晶体管，增强型、耗尽型、0VT(电压阈值)晶体管。
以上借助于说明指定的功能和关系的方法步骤对本发明进行了描述。为了描述的方便，这些功能组成模块和方法步骤的界限和顺序在此处被专门定义。然而，只要给定的功能和关系能够适当地实现，界限和顺序的变化是允许的。任何上述变化的界限或顺序应被视为在权利要求保护的范围内。
以上还借助于说明某些重要功能的功能模块对本发明进行了描述。为了描述的方便，这些功能组成模块的界限在此处被专门定义。当这些重要的功能被适当地实现时，变化其界限是允许的。类似地，流程图模块也在此处被专门定义来说明某些重要的功能，为广泛应用，流程图模块的界限和顺序可以被另外定义，只要仍能实现这些重要功能。上述功能模块、流程图功能模块的界限及顺序的变化仍应被视为在权利要求保护范围内。本领域技术人员也知悉此处所述的功能模块，和其它的说明性模块、模组和组件，可以如示例或由分立元件、特殊功能的集成电路、带有适当软件的处理器及类似的装置组合而成。

Claims (10)

1.一种电池，其特征在于，包括：
阳极；
阴极；
与所述阳极和所述阴极连接的一个或多个可充电单元；
用于确定所述一个或多个可充电单元的电压的电压传感电路；以及
射频识别(RFID)标签，所述射频识别标签包括：
收发器部分；
用于存储电池信息和电池充电参数的存储器；以及
处理模块，用于：
获得电压；
基于所述电压、所述电池充电信息和所述电池充电参数中的至少一项来确定电池充电需求；以及
通过所述收发器部分传送所述电池充电需求。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，进一步包括：
所述收发器部分包括线圈，其中所述线圈可集成在所述阳极和所述阴极的至少一个中，并且，其中所述线圈收发给定频带内的电磁信号，并且在直流(DC)时是所述阳极和所述阴极中至少一个的导电元件。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，其中所述电池信息包括以下至少一个：
电池充电参数；
电池充电历史；
所述电池的寿命；以及
所述电池的剩余可充电次数。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，其中所述电池充电需求包括以下至少一个：
电池充电参数；以及
电池充电需要的等级。
5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，进一步包括：
用于从无线供电电磁场产生交流电(AC)电压的无线供电线圈；以及
电池充电电路，用于：
将AC电压转换成电池充电电压；以及
通过所述电池充电电压为所述一个或多个可充电单元充电。
6.一种电池，其特征在于，包括：
一个或多个可充电单元；
用于从无线供电电磁场产生交流电(AC)电压的无线供电线圈；以及
电池充电电路，用于：
依据电池充电控制信号从所述AC电压产生电池充电电压；以及
使能时，通过电池充电电压为所述一个或多个可充电单元充电。
7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，进一步包括：
射频识别(RFID)模块，用于：
产生所述电池充电控制信号；以及
与无线供电发射器设备通信。
8.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，其中所述电池充电电路包括：
输出耦合电路，用于：
为所述一个或多个可充电单元提供所述电池充电电压；
当检测到无线供电电磁场时，断开所述一个或多个可充电单元与所述电池的极端的连接；以及
当检测到无线供电电磁场时，将所述电池充电电路的输出端连接至所述极端。
9.一种电池电路模块，其特征在于，包括：
用于从无线供电电磁场产生交流电(AC)电压的无线供电线圈；
电池充电电路，用于：
依据电池充电信息从所述AC电压产生电池充电电压；以及
使能时，通过电池充电电压为所述一个或多个可充电电池充电；以及射频识别(RFID)模块，用于：
与无线供电发射器设备通信；以及
至少部分基于与无线供电发射器设备的通信来产生电池充电信息。
10.根据权利要求9所述的电池电路模块，其特征在于，其中所述电池充电电路包括：
用于确定电池电压的电压传感电路；
用于检测所述无线供电电磁场的检测电路；以及
用于根据所述电压和对所述无线供电电磁场的检测来使能对所述一个或多个可充电单元电池的充电操作的处理模块。
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