CN103503322A

CN103503322A - 用于检测和保护无线功率系统中的无线功率通信装置的系统和方法

Info

Publication number: CN103503322A
Application number: CN201280021664.5A
Authority: CN
Inventors: 威廉·安东尼·德雷宁
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2032-03-26
Also published as: CN103503322B; JP5763833B2; US8946939B2; US20120248891A1; JP2014514905A; KR20140025410A; EP2692067B1; KR101570594B1; EP2692067A1; WO2012135139A1

Abstract

实施例针对检测和限制到例如NFC和RFID卡等通信装置的功率转移。一种方法可包含检测定位在无线功率发射器的无线功率转移区内的一个或一个以上通信装置。所述方法可进一步包含响应于所述检测而限制发射器发射的功率的量。

Description

用于检测和保护无线功率系统中的无线功率通信装置的系统和方法

技术领域

本发明一般来说涉及无线功率。更具体来说，本发明针对用于检测无线功率发射器的充电区内的易受攻击装置(例如，可受无线功率转移场损害的装置)的系统、装置和方法，所述易受攻击装置包含近场通信装置和射频识别(RFID)卡。一些实施例涉及用于基于定位在无线功率发射器的充电区内的易受攻击装置(包含近场通信装置)的检测调整无线功率转移和/或限制无线功率递送的系统、装置和方法。

背景技术

经由可再充电电池对越来越多数目和种类的电子装置供电。此类装置包含移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机外围装置、通信装置(例如，蓝牙装置)、数码相机、助听器等。虽然电池技术已改进，但电池供电的电子装置越来越多地需要且消耗较大量的功率。因而，这些装置不断地需要再充电。常常经由有线连接对可再充电装置充电，所述有线连接需要实体地连接到电源的电缆或其它类似连接器。电缆和类似连接器可能有时不方便或麻烦且具有其它缺点。能够在自由空间中转移功率以用于对可再充电电子装置充电的无线充电系统可克服有线充电解决方案的一些缺陷。因而，需要有效且安全地转移功率以对可再充电电子装置充电的无线充电系统和方法。

正在相同频率下操作或能够接收来自无线功率发射器的功率的例如近场通信(NFC)装置等易受攻击装置可能接收来自无线功率发射器的过多功率。接收过多功率可导致对易受攻击装置的不合需要的加热或破坏。

发明内容

所附权利要求书的范围内的系统、方法和装置的各个实施方案各自具有若干方面，其任一者均并非仅对本文描述的所要属性负责。在不限制所附权利要求书的范围的情况下，本文描述一些突出特征。

根据一个方面，本发明揭示一种检测经配置以将功率转移到装置的无线功率发射器的无线功率转移区内的通信装置的方法。所述方法包含：在一功率电平下产生无线功率转移场；发射第一频率下的第一信号和第二频率下的第二信号；检测第三频率下的第三信号，所述第三频率对应于第一频率和第二频率的互调产物；以及响应于第三信号的检测减小无线功率转移场的功率电平。

根据另一方面，揭示一种设备。所述设备包含：无线功率发射器，其经配置以在一功率电平下产生无线功率转移场；检测信号发射器，其经配置以发射第一频率下的第一信号和第二频率下的第二信号；音调接收器，其经配置以检测第三频率下的第三信号，所述第三频率对应于第一频率和第二频率的互调产物；以及控制器，其经配置以响应于第三信号的检测减小无线功率转移场的功率电平。

根据另一方面，揭示一种用于检测无线功率转移区内的通信装置的设备。所述设备包含：用于在一功率电平下产生无线功率转移场的装置；用于发射第一频率下的第一信号和第二频率下的第二信号的装置；用于检测第三频率下的第三信号的装置，所述第三频率对应于第一频率和第二频率的互调产物；以及用于响应于第三信号的检测减小无线功率转移场的功率电平的装置。

根据另一方面，揭示一种计算机程序产品，其用于处理经配置以检测无线功率发射器的无线功率转移区内的通信装置的程序的数据，所述无线功率发射器经配置以经由无线功率转移场将功率转移到装置。所述计算机程序产品包含上面存储有代码的非暂时计算机可读媒体，所述代码用于致使处理电路进行以下操作：发射第一频率下的第一信号和第二频率下的第二信号；检测第三频率下的第三信号，所述第三频率对应于第一频率和第二频率的互调产物；以及响应于第三信号的检测减小无线功率转移场的功率电平。

出于概述本发明的目的，本文已描述本发明的某些方面、优点和新颖特征。应理解，未必可根据本发明的任何特定实施例实现所有此类优点。因此，本发明可以实现或优化如本文教示的一个优点或优点群组的方式体现或实行，而未必实现如本文可教示或暗示的其它优点。

附图说明

图1是根据一些实施例的无线功率转移系统的功能框图。

图2是图1的无线功率转移系统的更详细框图。

图3说明根据一些实施例的环形线圈的示意图。

图4说明根据一些实施例的包含无线功率发射器的充电区域内的装置的另一无线功率转移系统。

图5是根据一些实施例的无线功率发射器的框图。

图6是根据一些实施例的无线功率接收器的框图。

图7说明根据一些实施例的存在检测器的框图。

图8说明根据一些实施例的图7中所说明的组件的更详细框图。

图9A到9C说明根据一些实施例的第一频率信号和第二频率信号以及所检测到的第三频率信号的一些实例。

图10说明根据一些实施例的存在检测器的更详细框图。

图11说明根据一些实施例的通信装置的检测和保护方法的流程图。

图12说明根据一些实施例的通信装置的检测和保护方法的流程图。

图13说明根据一些实施方案的系统的框图。

具体实施方式

下文结合附图陈述的详细描述希望作为本发明的实施例的描述，且不希望表示其中可实践本发明的仅有实施例。贯穿此描述所使用的术语“示范性”意味着“充当实例、例子或说明”，且未必应被解释为比其它实施例优选或有利。所述详细描述出于提供对本发明的实施例的透彻理解的目的而包含特定细节。所属领域的技术人员将显而易见，本发明的实施例可在没有这些特定细节的情况下加以实践。在一些情况下，以框图形式展示众所周知的结构和装置以便避免模糊本文中所呈现的实施例的新颖性。

以无线方式转移功率可指代在不使用物理电导体的情况下将从发射器发射的与电场、磁场、电磁场或其它场相关联的任何形式的能量转移到接收器(例如，可经由自由空间转移功率)。输出到无线场(例如，磁场)中的功率可由接收天线或线圈接收或俘获以实现功率转移。

图1是根据一些实施例的无线功率转移系统的功能框图。可将输入功率102提供到无线功率发射器104以用于产生场106(例如，电磁场)，所述场106用于将能量从无线功率发射器104转移到无线功率接收器108。在无线功率转移期间，无线功率接收器108可耦合到场106且产生输出功率110以供耦合到无线功率接收器108的用于接收输出功率110的装置(未图示)存储或消耗。无线功率发射器104和无线功率接收器108分开距离112。在一个实施例中，无线功率发射器104和无线功率接收器108根据互共振关系配置。当无线功率接收器108的共振频率与无线功率发射器104的共振频率实质上相同或彼此非常接近时，无线功率发射器104与无线功率接收器108之间的发射损失最小(当无线功率接收器108位于由无线功率发射器104产生的场106的“近场”中时)。因而，与可能需要需要线圈非常接近(例如，在毫米范围内)的大线圈的纯电感解决方案形成对比，可在较大距离上提供无线功率转移。共振电感耦合技术可因此允许各个距离上且在多种天线或线圈配置的情况下的改进的效率和功率转移。术语“线圈”希望指代可以无线方式输出或接收能量以用于耦合到另一“线圈”的组件。线圈也可称为经配置以用无线方式输出或接收功率的类型的“天线”。在一些实施例中，线圈在本文中也可称为或配置为“磁性”天线或感应线圈。

在一个实施例中，无线功率发射器104可经配置以输出具有对应于发射线圈114的共振频率的频率的时变磁场。当接收器在场106内时，时变磁场可在接收线圈118内诱发电流。如上文描述，如果接收线圈118经配置以在发射线圈118的频率下共振，那么可有效地转移能量。接收线圈118中诱发的AC信号可如上文描述般整流以产生可经提供以对负载充电或供电的DC信号。

无线功率发射器104进一步包含用于输出能量发射的无线功率发射线圈114，且无线功率接收器108进一步包含用于能量接收的无线功率接收线圈118。如本文所参考，近场可对应于其中存在源自发射线圈114中的电流和电荷的强电抗场的区，其最小程度辐射功率离开发射线圈114。在一些情况下，近场可对应于在发射线圈114的约一个波长(或其分数)内的区。发射线圈和接收线圈根据应用和待与之相关联的装置来设定大小。如上文描述，通过将无线功率发射线圈114的近场中的能量的大部分耦合到无线功率接收线圈118而不是将电磁波中的大部分能量传播到远场，而发生有效能量转移。当定位在近场内时，可在无线功率发射线圈114与无线功率接收线圈118之间形成耦合模式。无线功率发射线圈114和无线功率接收118周围可发生此近场耦合的区域在本文中可称为耦合模式区。

图2展示图1的无线功率转移系统的更详细框图。无线功率发射器104包含无线功率信号产生器122(例如，电压控制的振荡器)、驱动器124(例如，功率放大器)和Tx阻抗调整电路126。无线功率信号产生器122经配置以产生例如468.75千赫、6.78兆赫或13.56兆赫等所要频率下的信号，所述信号可响应于信号产生器控制信号123调整。无线功率信号产生器122产生的信号可提供到驱动器124，驱动器124经配置以在例如发射线圈114的共振频率下驱动发射线圈114。驱动器124可为经配置以从无线功率信号产生器122(例如，振荡器)接收方波且输出正弦波的开关放大器。举例来说，驱动器124可为类别E放大器。无线功率信号产生器122产生的信号由驱动器124接收且可由驱动器124以对应于放大控制信号125的放大量放大。Tx阻抗调整电路126可连接到驱动器124的输出，且可经配置以基于无线功率发射线圈114的阻抗调整无线功率发射器104的阻抗。在一些实施例中，Tx阻抗调整电路126可经配置以将无线功率发射器104的组件的阻抗与无线功率发射线圈114的阻抗匹配。虽然未说明，但无线功率发射器104还可包含连接到驱动器124的输出和Tx阻抗调整电路126的输入的滤波器。所述滤波器可经配置以滤出经放大信号中不想要的谐波或其它不想要的频率。

无线功率接收器108可包含Rx阻抗调整电路132和功率转换电路134以产生DC功率输出来对如图2所示的负载136充电，或为耦合到无线功率接收器108(未图示)的装置供电。可包含Rx阻抗调整电路132以基于无线功率接收线圈118的阻抗调整无线功率接收器108的阻抗。在一些实施例中，Rx阻抗调整电路132可经配置以将无线功率接收器108的组件的阻抗与无线功率接收线圈118的阻抗匹配。无线功率接收器108与无线功率发射器104可在单独通信信道119(例如，蓝牙信道、zigbee信道、蜂窝式信道等)上通信。

最初可具有可选择性停用的相关联负载(例如，负载136)的无线功率接收器108可经配置以确定无线功率发射器104发射以及无线功率接收器108接收的功率的量是否适于对负载136充电。此外，无线功率接收器108可经配置以在确定功率的量适当后即刻启用负载(例如，负载136)。在一些实施例中，无线功率接收器108可经配置以在不对负载136(例如，电池)充电的情况下直接利用从无线功率转移场接收的功率。举例来说，例如近场通信(NFC)或射频识别装置(RFID)等通信装置可经配置以接收来自无线功率转移场的功率，且通过与无线功率转移场交互而通信，且/或利用所接收的功率来与无线功率发射器104或其它装置通信。

图3说明根据一些实施例的环形线圈150的示意图。如图3中说明，实施例中使用的线圈可配置为“环形”线圈150，其在本文中也可称为“磁性”线圈。环形线圈可经配置以包含气芯或例如铁氧体磁芯等物理磁芯。气芯环形线圈可对放置在所述芯附近的外来物理装置更容忍。此外，气芯环形线圈可允许将其它组件或电路(例如，集成电路)放置在芯区域内。此外，气芯环形可使得能够将无线功率接收线圈(例如，图2的无线功率接收线圈118)放置在无线功率发射线圈(例如，图2的无线功率发射线圈114)的平面内，借此增加无线功率发射线圈114与无线功率接收线圈118之间的耦合因数。

无线功率发射器104与无线功率接收器108之间的能量的有效转移可在无线功率发射器104与无线功率接收器108之间的匹配或近似匹配的共振期间发生。然而，甚至当无线功率发射器104与无线功率接收器108之间的共振不匹配时，能量也可转移，只是效率可能受影响。如上文论述，可通过将无线功率发射线圈114的近场内的能量耦合到定位在产生电磁近场的区域内的无线功率接收线圈118，而不是将能量从无线功率发射线圈114传播到自由空间中，而发生能量转移。

环形或磁性线圈的共振频率基于线圈的电感和电容。环形线圈中的电感一般为环形的电感，而，电容一般可以连接到环形线圈的电容性组件的形式包含以产生具有所要共振频率的共振结构(例如，LC电路)。作为非限制性实例，电容器152和电容器154可连接到环形线圈150以形成选择共振频率156下的信号的共振电路。其它组件(例如，可变或固定电感器、可变或固定电容器，和/或可变或固定电阻器)也可连接到环形线圈150以用于控制和调整共振频率。对于较大直径环形线圈150，维持共振所需的电容的大小可随环形的直径或电感增加而减小。此外，随着环形或磁性线圈的直径增加，近场的有效能量转移区域可增加。其它共振电路是可能的。作为另一非限制性实例，电容器可并联放置在环形线圈150的两个端子之间。对于无线功率发射线圈114，可提供共振频率156下的信号作为到环形线圈150的输入。

在无线功率充电系统中，未经授权装置或其它组件可能干扰充电装置将功率发射到待充电装置的操作。举例来说，当将易受攻击装置引入到无线充电系统时，可能最好应关闭或降低所发射功率以保护系统和易受攻击装置。NFC装置可吸收显著量的功率且可显著发热且经由与无线功率转移场的交互而变得受损坏。举例来说，正在相同频率下操作或能够从无线功率发射器接收功率的NFC装置可能接收来自无线功率发射器的过多功率。接收过多功率可导致对NFC装置不合需要的加热，这可损坏NFC装置。

根据本文描述的一些实施例，一种系统可能能够允许保护例如NFC装置和RFID卡等易受攻击装置免受破坏，以及保护无线功率发射器104使其不在可对无线功率发射器104造成损坏的低效状态下操作。虽然本文参考NFC装置和RFID卡进行描述，但本文描述的系统和方法可适用于对不既定经受无线功率场的其它装置的检测。下文更详细描述上文论述的结构和功能中的若干者。

图4说明根据一些实施例的包含无线功率发射器104的无线功率转移区190内的装置的另一无线功率转移系统。如图4中说明，所述系统可包含充电器182，以及在充电器182的无线功率转移区190内的无线功率可充电装置184。充电器182可包含用于对无线功率可充电装置184充电的无线功率发射器(例如，如上文参考无线功率发射器104所论述)。充电器182可为例如经由有线连接而连接到电源的充电装置(例如，充电垫)、经配置以用无线方式接收功率且将所接收功率转移到无线功率可充电装置184的充电装置，或其组合。本文中参考的无线功率可充电装置184是广义术语，其包含例如电子相机、录像机、网络摄录机、蜂窝式电话、智能电话、便携式媒体播放器、个人数字助理、膝上型计算机、平板计算机等。虽然未说明，但系统可包含充电器182的无线功率转移区190内的多个无线功率可充电装置184。

系统可进一步包含卡186，其包含通信装置188，例如近场通信(NFC)装置、RFID卡等。卡186可为ID卡(例如，接入限制安全证章)、智能卡、信用卡等。卡186可经配置以经由通信装置188通信以传送信息(例如，识别、交易信息等)。尽管将通信装置188说明为包含在卡186中，但通信装置188不限于此。举例来说，通信装置188可包含在无线功率可充电装置184中以用于传达关于无线功率可充电装置的信息(例如，识别信息等)。通信装置188可使用通信装置188的线圈与与通信装置188通信(例如，近场通信)的装置的线圈之间的感应。

如图4中说明，卡186和无线功率可充电装置184可定位在充电器182的无线功率转移区190内。装置的定向不限于如图4中说明的装置的定向。如下文参看图5将更详细论述，充电器182可经配置以检测通信装置188。此外，充电器182可经配置以在通信装置188(例如，NFC或RFID装置)的检测之后保护通信装置188。

如本文所描述，充电器182可经配置以根据一种或一种以上方法检测定位在无线功率发射器104的无线功率转移区190内的一个或一个以上易受攻击装置(例如，通信装置188)。根据一些实施例，充电器182可经配置以发射检测信号且检测检测信号的谐波和/或混频产物以便检测通信装置188。根据一些实施例，充电器182可经配置以确定正由相关联的无线功率转移区190内的充电器182的无线功率发射器104发射的功率是否未计及。充电器182可经配置以经由与无线功率发射器104相关联的一个或一个以上所测得性质确定通信装置188是否在充电器182的无线功率转移区190内。

充电器182可经配置以根据一种或一种以上方法在于相关联的无线功率转移区190内检测到的一个或一个以上易受攻击装置(例如，通信装置188)存在的情况下进行保护(例如，减少或可能消除功率转移场的产生)。举例来说，充电器182可以一方式配置以防止例如NFC装置等通信装置188在无线功率充电期间定位在无线功率发射线圈114的区内。因此，通信装置188(例如，NFC装置)可能不定位在具有最强功率转移场的区内。根据另一示范性实施例，充电器182可经配置以基于对通信装置188的检测减少或消除(例如，切断)从其转移的功率。

图5是根据一些实施例的无线功率发射器104的框图。无线功率发射器104可包含在如上文参看图4描述的例如充电器182等充电器中。无线功率发射器104包含发射电路202和无线功率发射线圈114。发射电路202通过提供振荡信号以驱动无线功率发射线圈114而将RF功率提供到无线功率发射线圈114。基于振荡信号，无线功率发射线圈114产生电磁场以用于发射来自无线功率发射器104的能量。无线功率发射器104可在任何合适的频率下操作。借助实例，无线功率发射器104可在13.56兆赫ISM频带下操作。

发射器电路202包含TX阻抗调整电路126，其经配置以基于无线功率发射线圈114和低通滤波器(LPF)208的阻抗调整发射器电路202的阻抗，以便使无线功率发射器104发射的功率最大化。LPF208可经配置以将谐波发射减小到防止耦合到无线功率接收器108的装置的自干扰的水平。其它实施例可包含不同滤波器拓扑，包含(但不限于)陷波滤波器，其使特定频率衰减同时使其它频率通过，且可包含自适应阻抗匹配，所述自适应阻抗匹配可基于可测量发射量度(例如，到线圈的输出功率，或由驱动器汲取的DC电流)而变化。发射器电路202进一步包含经配置以驱动如无线功率信号产生器122确定的RF信号的驱动器124。发射电路202可包含离散装置或电路，且/或可包含集成电路。来自无线功率发射线圈114的RF功率输出可在约2到5瓦的范围内，但不限于此。

发射器电路202进一步包含Tx控制器214，其用于在特定接收器的发射阶段(或工作循环)期间启用无线功率信号产生器122，以用于调整振荡器的频率或相位，以及用于调整输出功率电平以用于实施用于经由其附接的接收器与相邻装置交互的通信协议。发射路径中的振荡器相位和相关电路的调整允许减少带外发射，尤其当从一个频率向另一频率转变时。

发射器电路202可进一步包含负载感测电路216，其用于检测无线功率发射线圈114产生的无线功率转移区190附近的有源接收器、易受攻击装置和其它物体的存在与否。借助实例，负载感测电路216监视流到驱动器124的电流和驱动器124的电压电平(例如，如电流信号235和电压信号234所说明)，其受无线功率发射线圈114产生的充电区附近的可改变无线功率发射器所经历的负载的有源接收器和/或易受攻击装置和/或其它物体的存在与否影响。对驱动器124上的负载的改变的检测由Tx控制器214监视以用于确定是否启用无线功率信号产生器122来发射能量以及与有源接收器通信。如下文参看图12更详细描述，在驱动器124处测得的电流和/或电压可用于确定“易受攻击”装置(例如，可受无线功率转移场损坏的装置)(例如通信装置188等)是否定位在无线功率发射器104的无线功率转移区190内。

无线功率发射线圈114可以利兹线来实施或实施为具有经选定以保持电阻性损失为低的厚度、宽度和金属类型的线圈条带。无线功率发射线圈114一般可经配置以与例如桌子、垫子、灯或其它较不便携配置等较大结构相关联。因此，无线功率发射线圈114一般将不需要“匝”以便具有实用尺寸。无线功率发射线圈114的实施方案可为“电学上较小的”(例如，大约波长的分数)且经调谐以通过使用电容器来界定共振频率而在较低可用频率下共振。

无线功率发射器104可搜集并跟踪关于可与无线功率发射器104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可包含连接到Tx控制器214的存在检测器280、闭合状态检测器260，或其组合。Tx控制器214可响应于来自存在检测器280和闭合状态检测器260的存在信号而调整驱动器124递送的功率的量。无线功率发射器104可经由若干电源接收功率，所述电源例如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电源转换成适合于无线功率发射器104的电压的DC-DC转换器(未图示)，或无线功率发射器104可直接从常规DC电源(未图示)接收功率。

存在检测器280可包含用于感测插入到无线功率发射器104的覆盖区域中的待充电装置的初始存在的运动检测器。在检测之后，可接通无线功率发射器104且可使用装置接收的RF功率来以预先确定的方式切换Rx装置上的开关，这又导致对无线功率发射器104的驱动点阻抗的改变。

存在检测器280还可包含能够例如通过红外检测、运动检测或其它合适的手段检测人的检测器。在一些实施例中，可存在限制发射线圈可在特定频率下发射的功率的量的规则。在一些情况下，这些规则有意保护人类或其它生物免受电磁辐射影响。然而，可存在发射线圈放置在未被人占据或很少被人占据的区域(例如，车库、厂区、商店等)中的环境。如果这些环境不受人们影响，那么可准许将发射线圈的功率输出增加到高于正常功率限制规则。换句话说，Tx控制器214可响应于人类存在将无线功率发射线圈114的功率输出调整到监管水平或更低，且当人在距无线功率发射线圈114的电磁场的监管距离之外时将无线功率发射线圈114的功率输出调整到高于监管水平的水平。

作为非限制性实例，闭合状态检测器260(在本文中也可称为封闭隔区检测器或封闭空间检测器)可为用于确定何时封闭体处于闭合或开启状态的例如感测开关等装置。当无线功率发射器104包含在处于封闭状态的封闭体内时，可增加无线功率发射器104的功率电平。

在一些实施例中，可使用一种方法，无线功率发射器104借助所述方法而不会无限地保持接通。在此情况下，无线功率发射器104可经编程以在用户确定的时间量后切断。此特征防止无线功率发射器104(尤其是驱动器124)在其周界内的无线装置完全充电之后运行较长时间。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完全充电的信号的电路的故障。为了防止无线功率发射器104在另一装置放置在其周界内的情况下自动关闭，可仅在检测到其周界内缺少运动的设定周期后激活无线功率发射器104的自动切断特征。用户可能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。作为非限制性实例，所述时间间隔可比在装置最初完全放电的假设下对特定类型的无线装置完全充电所需的时间长。

图6是根据一些实施例的无线功率接收器108的框图。无线功率接收器108可包含在如上文参看图4描述的可充电装置184中，且可经配置以接收来自充电器(例如，如上文描述的包含无线功率发射器(例如，无线功率发射器104)的充电器182等)的功率。无线功率接收器108包含接收电路302和无线功率接收线圈118。无线功率接收器108可耦合到充电装置350以将所接收功率转移到其处。将无线功率接收器108说明为在装置350外部，但其可集成到装置350中。能量可以无线方式传播到无线功率接收线圈118且接着经由接收电路302耦合到充电装置350。

无线功率接收线圈118经调谐以在与无线功率发射线圈114相同频率下或在指定频率范围内共振。无线功率接收线圈118可以与无线功率发射线圈114类似方式设定尺寸，或可基于相关联充电装置350的尺寸而以不同方式设定大小。借助实例，充电装置350可为具有比无线功率发射线圈114的直径或长度小的直径或长度尺寸的便携式电子装置。在此实例中，无线功率接收线圈118可实施为多匝线圈以便减小调谐电容器(未图示)的电容值，且增加无线功率接收线圈118的阻抗。无线功率接收线圈118可放置在充电装置350的实质圆周周围以便使线圈直径最大化且减少无线功率接收线圈118的环形匝(例如，绕组)的数目和绕组间电容。

接收电路302可包含Rx阻抗调整电路132，其用于调整接收器电路302的组件到无线功率接收线圈118的阻抗。接收电路302可包含功率转换电路134，其用于将所接收的RF能量源转换为充电功率以供装置350使用。功率转换电路134一般可称为电压调节器，其用于将来自无线场的所接收功率转换为用于对负载充电的功率。在一些实施方案中，功率转换电路134包含RF-DC转换器308且还可包含DC-DC转换器310。RF-DC转换器308将从无线功率接收线圈118接收的RF能量信号整流为具有直流{其为非交流功率？}的功率信号，而DC-DC转换器310将经整流RF能量信号转换为与装置350兼容的能量电势(例如，电压)。预期各种RF-DC转换器，包含部分和全整流器、调节器、桥接器、倍增器以及线性和开关转换器。

接收电路302可进一步包含开关电路(未图示)，其用于将无线功率接收线圈118连接到功率转换电路134或者用于将功率转换电路134断开。将无线功率接收线圈118与功率转换电路134断开不仅暂停对装置350的充电，而且改变如无线功率发射器104所“经历”的“负载”。

如上文揭示，无线功率发射器104包含负载感测电路216，其检测提供到发射器驱动器124的偏置电流的波动，和/或驱动器124的电压电平的波动。因此，无线功率发射器104具有用于确定无线功率接收器108和/或易受攻击装置何时存在于无线功率发射器104的无线功率转移区190内的机制。

当多个无线功率接收器108存在于无线功率转移区190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复用以使其它接收器能够更有效地耦合到无线功率发射器104。还可掩蔽无线功率接收器108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负载。无线功率接收器108的此“卸载”也可称为“掩蔽”。由无线功率接收器108控制且由无线功率发射器104检测的卸载与加载之间的切换可提供从无线功率接收器108到无线功率发射器104的通信机制。另外，一协议可与所述切换相关联，其使得能够将消息从无线功率接收器108发送到无线功率发射器104。借助实例，切换速度可大约为100微秒。

根据一些实施例，无线功率发射器104与无线功率接收器108之间的通信指代装置感测和充电控制机制，而不是常规双向通信(例如，使用耦合场的带内信令)。换句话说，无线功率发射器104可使用所发射信号的通/断键控来调整能量是否在近场中可用。无线功率接收器108可将这些能量改变解译为来自无线功率发射器104的消息。从接收器侧来说，无线功率接收器108可使用接收线圈118的调谐和解除调谐来调整正从场接受多少功率。在一些情况下，可经由Rx阻抗调整电路132和Tx阻抗调整电路126实现调谐和解除调谐。无线功率发射器104可检测来自场的所使用的功率的此差异且将这些改变解译为来自无线功率接收器108的消息。应注意，可利用发射功率和加载行为的其它形式的调制。

接收电路302可进一步包含信标检测器314，其用于识别所接收的能量波动(其可对应于从无线功率发射器104到无线功率接收器108的信息信令)。此外，信标检测器314还可用以检测减少的RF能量信号(例如，信标信号)的发射，并将所述减少的RF能量信号整流为具有标称功率的信号，以用于唤醒接收电路302内的未供电或耗尽功率的电路，以便控制接收电路302以进行无线充电。

接收电路302进一步包含Rx控制器316，其用于协调本文描述的无线功率接收器108的过程。无线功率接收器108的掩蔽也可在发生其它事件(包含检测到向充电装置350提供充电功率的外部有线充电源(例如，壁式/USB电源))后即刻发生。除控制无线功率接收器108的掩蔽之外，Rx控制器316还可监视信标检测器314以确定信标状态，并提取从无线功率发射器104发送的消息。Rx控制器316还可调整DC-DC转换器310以增加充电系统的效率。

根据一些实施例。存在检测器280可经配置以通过发射连续波音调及检测互调产物而检测通信装置188(例如，近场通信卡)的存在。图7说明根据一些实施例的存在检测器280的框图。可包含存在检测器280作为如上文参看图5描述的发射器电路202的部分。存在检测器280可包含检测信号发射器287，其经配置以驱动检测信号天线288以产生频率信号289。频率信号289可对应于例如用于检测通信装置188的连续波音调。下文将参看图8更详细描述检测信号发射器287的操作。

频率信号289可与通信装置188交互或由通信装置188接收。通信装置188可基于通信装置188与频率信号289的交互而产生音调信号189。举例来说，音调信号189可包含频率信号289的谐波。音调信号189可由存在检测器280的音调天线286接收。音调天线286可连接到音调接收器284且经配置以接收及分析音调天线286接收的音调信号189。音调接收器284可连接到音调检测器282，且可将经分析音调信号189的输出提供到音调检测器282。

无线功率接收器108可在无线功率发射线圈114的无线功率转移区190内，且可经配置以接收来自如上文论述的无线功率发射线圈114产生的场的功率。音调检测器282可经配置以将输出提供到Tx控制器214以用于检测通信装置188的存在。如上文论述，Tx控制器214可连接到无线功率发射电路201，且可经配置以控制无线功率发射电路201的操作。举例来说，Tx控制器214可经配置以减少或切断无线功率发射电路201经由无线功率发射线圈114产生的无线功率场。

图8说明根据一些实施例的图7中所说明的组件的更详细框图。如图8中说明，检测信号发射器287可包含第一频率信号产生器802和第二频率信号产生器804，其经配置以产生第一频率F₁下的第一信号及第二频率F₂下的第二信号。第一和第二信号可由包含在检测信号发射器287中的组合电路806接收。组合电路806线性地将第一频率F₁下的第一信号和第二频率F₂下的第二信号相加，以用于驱动检测信号天线288。检测信号天线288经配置以发射对应于第一频率F₁和第二频率F₂的连续波。通信装置188可与检测信号天线288发射的信号交互。音调天线286可经配置以接收第三信号(例如，对应于第一信号和第二信号的互调产物的信号)。音调天线286可连接到包含在音调接收器284中的乘法器810。乘法器810还可连接到音调检测信号产生器808。音调检测信号产生器808可经配置以产生一频率下的信号以用于分析音调天线286接收的信号。检测信号放大器812可连接到乘法器810的输出，且可经配置以放大乘法器810的对应于音调天线286所收信号与音调检测信号产生器808的信号的组合的输出。滤波器(例如，带通滤波器814)可连接到检测信号放大器812的输出，且可经配置以从接收自检测信号放大器812的信号中滤出不想要的谐波。频谱分析器816可连接到带通滤波器814的输出，且可经配置以分析经滤波信号，且检测待作为输出提供到音调检测器282(如上文参看图7论述)的信号中的特定谐波的存在。

图9A到9C说明根据一些实施例的第一频率信号和第二频率信号以及所检测到的第三频率信号的一些实例。如图9A中说明，存在检测器280可通过发射在通信装置188的带宽内的第一频率(F₁)和第二频率(F₂)下的信号而检测通信装置188。举例来说，如果通信装置188是RFID标签，那么带宽可在约12与18兆赫之间。第一频率F₁和第二频率F₂可对应于经调制或未经调制频率。第一频率下的信号和第二频率下的信号与通信装置188的电子设备交互且致使通信装置188产生第一频率下的信号和第二频率下的信号。归因于非线性，产生额外频率，作为谐波和混频产物。举例来说，通信装置188可产生在两倍第一频率(2F₁)和两倍第二频率(2F₂)下的谐波。通信装置188可产生在第一与第二频率的总和与差值下(例如，F₁+F₂和/或F₁-F₂)的二阶互调产物。如图9B中说明，通信装置188还可产生三阶互调产物(例如，IM_{3_lower}、IM_{3_upper}，如图9B中说明)。举例来说，通信装置可根据2F₁-F₂和/或2F₂-F₁产生在通信装置的带宽内的三阶互调产物。通过检测互调产物，无线功率发射器可确定存在通信装置188，且可减小无线功率场的强度或停止无线功率的发射。举例来说，如图9C中说明，如果互调产物(例如，IM_{3_lower}，如图9C中说明)超过阈值，那么存在检测器280可确定通信装置188存在于无线功率发射器104的无线功率转移区190内。经由对互调产物的检测，存在检测器280可经配置以基于通信装置188的特征非线性而检测通信装置188。因此，对通信装置188的检测并不取决于对应于通信装置188的特定标准。

图10说明根据一些实施例的存在检测器280的更详细框图。存在检测器280可包含晶体1000(例如，在13.56兆赫频率下振荡)。此外，晶体1000也可与存在检测器280分离提供，或可为发射器电路202的部分。分频器1002可连接到晶体1000的输出，且可经配置以将晶体1000产生的信号除以分频值。举例来说，分频器1002可经配置以接收具有13.56兆赫频率的信号，且通过将所接收信号除以分频值1940而产生6.99千赫频率下的输出信号。存在检测器280还可包含第一、第二和第三倍频器1004、1006和1008，其各自具有对应的倍频值(例如，如所说明，分别为M1、M2和M3)。举例来说，第一倍频器1004可接收6.99千赫下的频率信号且产生13.553兆赫下的输出信号(M1＝1939)。第二倍频器1006可接收6.99千赫下的频率信号且产生13.567兆赫下的输出信号(M2＝1941)。第三倍频器1008可接收6.99千赫下的频率信号且产生3.537兆赫下的输出信号(M3＝506)。第一、第二和第三倍频器1004、1006和1008中的每一者的输出可由第一、第二和第三频率信号放大器1110A到1110C放大。第一和第二频率信号放大器1110A和1110B的输出可由组合电路806接收，且可用于经由如上文参看图7和8论述的检测信号天线288发射频率检测信号。

第三频率信号放大器1110C的输出可由乘法器810接收，且可用于检测及分析音调天线286接收的信号。如上文参看图8论述，乘法器810的输出可由带通滤波器814滤波。经滤波信号可由音调检测信号放大器1112放大，且可能由频谱分析器816分析以用于检测通信装置188的存在。

图11说明根据一些实施例的通信装置188的检测和保护方法的流程图。方法1100可在发射器装置(例如，无线功率发射器104)中实施。方法1100可通过产生无线功率转移场开始，如框1102说明。举例来说，无线功率转移场可由如上文论述的包含无线功率发射器104的充电器182产生。所述方法可通过发射第一频率下的第一信号(如框1104说明)和发射第二频率下的第二信号(如框1106说明)而继续。举例来说，存在检测器280可包含检测信号发射器287和检测信号天线288以用于发射第一频率下的信号和第二频率下的信号(例如，如上文参看图7论述的频率信号289)。所述方法可通过检测为第一与第二频率的乘积的第三频率下的第三信号而继续，如框1108说明。举例来说，第三信号可对应于第一频率与第二频率的二阶或三阶互调产物。所述方法可基于第三信号的检测确定存在通信装置188，且可减小无线功率转移场的功率电平，如框1110说明。

图12说明根据一些实施例的通信装置188的检测和保护方法的流程图。方法1200可在发射器装置(例如，无线功率发射器104)中实施。方法1200可通过起始无线功率转移场开始，如框1202说明。在框1204处，可起始检测模式以用于检测通信装置188或无线功率接收器108。在决策框1206处，可确定是否存在无线功率接收器。举例来说，可监视无线功率发射器104的电流和电压电平以确定如上文参看图5论述的无线功率接收器108的存在。如果确定不存在无线功率接收器，那么所述方法可返回到框1204以用于持续监视无线功率接收器108的存在。如果存在无线功率接收器108，那么所述方法通过停止无线功率转移场继续进行，如框1208说明。举例来说，无线功率转移场最初可由无线功率发射器104产生以对无线功率接收器108充电。无线功率转移场可通过Tx控制器214的操作停止。所述方法可通过发射检测信号继续，如框1210说明。举例来说，检测信号可包含第一频率F₁下的信号和第二频率F₂下的信号。在框1212处，可起始音调接收器。举例来说，可起始音调接收器284以用于经由如上文参看图7论述的音调天线286检测音调信号189。在决策框1224处，可确定互调音调是否高于阈值水平。举例来说，互调音调可对应于通信装置188产生的二阶或三阶互调谐波。如果确定互调音调高于阈值水平，那么所述方法可通过停止无线功率转移场继续进行，如框1216说明。在框1218处，可产生警报信号。所述方法可通过停止检测信号的发射(框1220处)以及停止音调接收器(框1222处)继续进行，且返回到框1204以持续监视无线功率接收器108和通信装置188的存在。

在决策框1224处确定互调音调并不高于阈值，所述方法可确定通信装置188不存在于无线功率发射器104的无线功率转移区190内，且可继续进行到框1226以停用警报信号。在框1228处，所述方法可终止检测信号的发射。在框1230处，所述方法可通过停止音调接收器继续，且在框1232处，可产生无线功率转移场。在框1234处，所述方法可监视及检测无线功率发射器104的功率的改变。举例来说，所述方法可监视及检测包含在无线功率发射器202中的驱动器124的电流和电压改变。在决策框1236处，所述方法可确定功率的改变是否对应于期望的量。举例来说，所述方法可将功率的改变与阈值比较，且可确定在无线功率接收器108的充电期间功率的改变是否对应于无线功率发射器104的操作。

根据一些实施例，由通信装置188(例如NFC卡等)的存在造成的无线功率递送的改变可在约100毫瓦到约200毫瓦范围内。从无线功率发射器104到无线功率接收器108的功率转移(例如，正常功率转移)期间的功率递送的期望的改变可在约100毫瓦到约1瓦范围内。因此，可将功率的改变与对应于正常功率转移范围(例如，大于200毫瓦)内的改变的阈值比较，基于检测系统的分辨率而具有某一偏差。举例来说，对于具有100毫瓦分辨率的功率递送检测系统，可将功率的改变与具有为300毫瓦的值的阈值比较。如果功率的改变大于300毫瓦，那么系统可确定功率的改变在到无线功率接收器108的功率转移期间的期望的变化范围内。如上文参看图5论述，可通过监视驱动器124的电流的改变以及感测驱动器124的电压而确定功率的改变(例如，功率的改变＝驱动器电流的改变*驱动器电压)。

如果确定功率的改变对应于期望的功率的改变，那么所述方法可返回到框1234，以用于持续监视无线功率发射器104的功率的改变。如果确定功率的改变并非所期望的功率的改变，那么所述方法可进行到框1238，且可停止无线功率转移场。所述方法可接着返回到框1204，以用于持续监视无线功率接收器108和通信装置188的存在。

虽然未说明，但所述方法还可包含间歇地每隔一时间间隔停止无线功率转移场以检测通信装置188的存在。由于无线功率转移场的功率电平可远大于检测信号的功率电平，因此可能难以检测在功率转移场的存在期间的通信装置188的存在。在一些实施例中，无线功率转移场可具有约3瓦的功率输出。音调信号189(例如，互调信号)可具有在约1皮瓦的范围内的功率。

因此，3瓦无线功率转移场对所检测到的1皮瓦音调信号189的比率约为95分贝。在一些实施例中，可在检测间隔期间中断无线功率转移场以用于检测音调信号189。举例来说，可将无线功率转移场中断约50微秒，而不中断到无线功率接收器302和充电装置350的无线功率转移。中断频率和检测间隔可经设定以减少或消除对通信装置188(例如，NFC卡)的潜在损坏。举例来说，对于可能受超过1瓦特-秒的无线功率转移场能量损害的NFC卡，可以约0.33秒的间隔发生3瓦无线功率转移场的中断，具有某一额外安全性偏差。

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，可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或其任何组合来表示可能贯穿上述描述参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和码片。

可将结合本文中所揭示的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为清楚地说明硬件与软件的此互换性，上文已大致关于其功能性而描述了各种说明性组件、块、模块、电路和步骤。此类功能性是实施为硬件还是软件取决于特定应用和强加于整个系统的设计约束。可针对每一特定应用以变化的方式实施所描述的功能性，但此类实施方案决策不应被解释为导致脱离本发明的实施例的范围。

本文描述的功能性(例如，关于附图中的一者或一者以上)在一些方面可对应于所附权利要求书中的以类似方式命名的“用于……的装置”功能性。举例来说，图13说明根据一些实施方案的系统的框图。参看图13，用于在功率电平下产生无线功率转移场的装置1302可对应于包含无线功率发射线圈114的无线功率发射器104，用于发射第一频率下的第一信号和第二频率下的第二信号的装置1304可对应于包含检测信号天线288的检测信号发射器287，用于检测第三频率下的第三信号使得第三频率对应于第一频率与第二频率的互调产物的装置1306可对应于包含音调天线286的音调接收器284，且用于响应于对第三信号的检测而减小无线功率转移场的功率电平的装置1308可对应于Tx控制器214。如图13中说明，各种组件可经配置以经由通信总线1310彼此通信。

结合本文所揭示的实施例所描述的各种说明性块、模块及电路可用通用处理器、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所描述的功能的任何组合来实施或执行。通用处理器可为微处理器，但在替代例中，处理器可为任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或一个以上微处理器与DSP核心的联合，或任何其它此配置。

可直接以硬件、以由处理器执行的软件模块或以上述两者的组合体现结合本文所揭示的实施例而描述的方法或算法的步骤及功能。如果在软件中实施，那么所述功能可作为一个或一个以上指令或代码存储在有形的非暂时计算机可读媒体上或经由有形的非暂时计算机可读媒体传输。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、硬磁盘、可装卸磁盘、CD ROM或任何其它形式的存储媒体中。将存储媒体耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息及将信息写入到存储媒体。在替代例中，存储媒体可与处理器成一体式。如本文中所使用，磁盘及光盘包含紧密光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地复制数据，而光盘使用激光光学地复制数据。上述各者的组合也应包含在计算机可读媒体的范围内。处理器及存储媒体可驻留于ASIC中。ASIC可驻留于用户终端中。在替代例中，处理器及存储媒体可作为离散组件驻留于用户终端中。

尽管已依据某些实施例描述本发明，但所属领域的一般技术人员显而易见的其它实施例(包含未提供本文陈述的所有特征和优点的实施例)也在本发明的范围内。此外，可组合上文描述的各种实施例以提供其它实施例。另外，在一个实施例的上下文中展示的某些特征也可并入到其它实施例中。因此，本发明的范围仅参考所附权利要求书来界定。

Claims

1.一种检测经配置以将功率转移到接收器装置的无线功率发射器的无线功率转移区内的通信装置的方法，所述方法包括：

在一功率电平下产生无线功率转移场；

发射第一频率下的第一信号和第二频率下的第二信号；

检测第三频率下的第三信号，所述第三频率对应于所述第一频率和所述第二频率的互调产物；以及

响应于所述第三信号的所述检测而减小所述无线功率转移场的所述功率电平。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

监视所述无线功率发射器汲取的功率的改变；以及

基于所述汲取的功率的所述所监视的改变和所述第三信号的所述检测中的至少一者识别所述通信装置。

3.根据权利要求2所述的方法，其中监视所述功率的改变包括监视所述无线功率发射器的驱动器汲取的电流的改变。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中监视所述功率的改变包括监视所述无线功率发射器的驱动器的电压的改变。

5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述第一信号和所述第二信号未经调制。

6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述第三频率对应于具有为所述第一频率的值减去所述第二频率的值的值两倍的值的频率。

7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其进一步包括在一间隔内停止所述无线功率转移场的所述产生；以及监视在所述间隔期间所述第三信号的存在。

8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述互调产物是二阶互调产物和三阶互调产物中的一者。

9.一种用于经由无线功率转移场转移功率的设备，所述设备包括：

无线功率发射器，其经配置以在一功率电平下产生所述无线功率转移场；

检测信号发射器，其经配置以发射第一频率下的第一信号和第二频率下的第二信号；

音调接收器，其经配置以检测第三频率下的第三信号，所述第三频率对应于所述第一频率和所述第二频率的互调产物；以及

控制器，其经配置以响应于所述第三信号的所述检测而减小所述无线功率转移场的所述功率电平。

10.根据权利要求9所述的设备，其进一步包括：

传感器，其经配置以感测所述无线功率发射器汲取的功率的量以产生感测信号；以及

控制器，其经配置以基于所述感测信号监视所述无线功率发射器汲取的功率的改变，且基于所述汲取的功率的所述所监视的改变和所述第三信号的所述检测中的至少一者识别通信装置。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述无线功率发射器包含驱动器，且其中所述传感器经配置以感测所述驱动器汲取的电流的量。

12.根据权利要求10或11所述的设备，其中所述无线功率发射器包含驱动器，且其中所述传感器经配置以感测所述驱动器的电压电平。

13.根据权利要求9到12中任一权利要求所述的设备，其中所述第一信号和所述第二信号未经调制。

14.根据权利要求9到13中任一权利要求所述的设备，其中所述第三频率对应于具有为所述第一频率的值减去所述第二频率的值的值两倍的值的频率。

15.根据权利要求9到14中任一权利要求所述的设备，其中所述互调产物是二阶互调产物和三阶互调产物中的一者。

16.一种用于检测无线功率转移区内的通信装置的设备，所述设备包括：

用于在一功率电平下产生无线功率转移场的装置；

用于发射第一频率下的第一信号和第二频率下的第二信号的装置；

用于检测第三频率下的第三信号的装置，所述第三频率对应于所述第一频率和所述第二频率的互调产物；以及

用于响应于所述第三信号的所述检测而减小所述无线功率转移场的所述功率电平的装置。

17.根据权利要求16所述的设备，其中所述用于产生无线功率转移场的装置包括包含无线功率发射线圈的无线功率发射器，所述用于发射第一信号和所述第二信号的装置包括包含检测信号天线的检测信号发射器，所述用于检测所述第三信号的装置包括包含音调天线的音调接收器，且所述用于减小所述功率电平的装置包括控制器。

18.根据权利要求17所述的设备，其进一步包括：

用于监视所述无线功率发射器汲取的功率的改变的装置；以及

用于基于所述汲取的功率的所述所监视的改变和所述第三信号的所述检测中的至少一者识别所述通信装置的装置。

19.一种计算机程序产品，其用于处理经配置以检测无线功率发射器的无线功率转移区内的通信装置的程序的数据，所述无线功率发射器经配置以经由无线功率转移场将功率转移到装置，所述计算机程序产品包括：

上面存储有代码的非暂时计算机可读媒体，所述代码用于致使处理电路：

发射第一频率下的第一信号和第二频率下的第二信号；

响应于所述第三信号的所述检测而减小所述无线功率转移场的功率电平。

20.根据权利要求19所述的计算机程序产品，其进一步包括用于致使处理电路进行以下操作的代码：

监视所述无线功率发射器汲取的功率的改变；以及