CN105379055B

CN105379055B - 无线感应式功率传输

Info

Publication number: CN105379055B
Application number: CN201480040439.5A
Authority: CN
Inventors: N.F.乔耶; A.范瓦根恩根; W.G.M.伊特斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2018-08-28
Anticipated expiration: 2034-07-01
Also published as: US20160156232A1; CN105379055A; BR112016000731A2; BR112016000731B1; PL3022825T3; HUE042426T2; EP3462570B1; TR201904133T4; EP3022825B1; WO2015007518A1; JP2016529862A; MX2016000421A; EP3022825A1; PL3462570T3; ES2827838T3; EP3462570A1; JP6422963B2; US10263470B2; RU2658864C2; RU2016104883A

Abstract

一种无线功率传输系统包括被布置为经由无线感应式功率传输信号提供功率传输到功率接收器（105）的功率传送器（101），其中功率传输信号被提供在重复的功率传输信号时间帧的功率时间间隔中。该时间帧进一步包括减小的功率时间间隔。（通常为功率接收器（105）或功率传送器（101））的装置包括被布置为使用短距通信与第二实体（其是互补单元，即功率传送器（101）或功率接收器（105））传达数据消息。短距通信具有不超过20cm的范围。该装置还包括被布置为将短距通信与功率传输信号时间帧同步使得短距通信受限于减小的功率时间间隔的同步单元（309、409）。该通信可具体地是NFC通信。

Description

无线感应式功率传输

技术领域

本发明涉及感应式功率传输并且特别而非排他地涉及根据Qi无线功率传输标准的感应式功率传输系统。

背景技术

很多系统要求布线和/或电接触以便供应电功率给设备。省略这些线和接触提供了改进的用户体验。传统地，这已经使用位于设备中的电池来实现，但是该方案具有若干缺点，包括额外的重量、体积和对频繁对电池进行替换或再充电的需要。近来，使用无线感应式功率传输的方案已受到越来越多的兴趣。

该增加的兴趣的部分是由于便携和移动设备的数量和种类在过去十年中已经激增。例如，移动电话、平板电脑、媒体播放器等的使用已变得无所不在。这样的设备通常由内部电池供电并且典型使用情形通常要求对电池进行再充电或从外部电源对设备进行直接有线供电。

如提到的，大多数目前的设备要求有线和/或显式电接触以从外部电源供电。然而，这往往是不实际的并且要求用户物理地插入连接器或以其他方式建立物理电接触。通过引入线的长度，这还往往对于用户来说是不方便的。通常，功率要求也显著不同，并且当前大多数设备被提供有其自己的专用电源，从而导致典型用户具有大量不同电源，每个电源专用于特定设备。尽管内部电池可防止对到外部电源的有线连接的需要，但该方案仅提供部分解决方案，因为电池将需要再充电（或替换，其是昂贵的）。电池的使用还可能大量增加设备的重量以及潜在地增加设备的成本和尺寸。

为了提供显著改进的用户体验，已提出了使用无线电源，其中功率被感应地从功率传送器设备中的传送器线圈传输到各个设备中的接收器线圈。

经由磁感应的功率传送是熟知的概念，大多数应用在具有在初级传送器线圈和次级接收器线圈之间的紧耦合的变压器中。通过在两个设备之间分离初级传送器线圈和次级接收器线圈，基于松散耦合变压器的原理，在设备之间的无线功率传输变得可能。

这样的布置允许到设备的无线功率传输，而不要求任何有线或物理电连接。实际上，其可简单地允许设备被放置在传送器线圈附近或顶上以便被外部地再充电或供电。例如，功率传送器设备可被布置有水平表面，设备可被简单地放置在该水平表面上，以便被供电。

此外，这样的无线功率传输布置可以有利地被设计使得可与一系列功率接收器设备一起使用功率传送器设备。特别地，已知为Qi标准的无线功率传输标准已被定义并且当前在进一步发展。该标准允许满足Qi标准的功率传送器设备与也满足Qi标准的功率接收器设备一起使用，而这些不必来自同一制造商或不必专用于彼此。Qi标准还包括用于允许操作适配于特定功率接收器设备（例如取决于特定功率消耗）的某种功能。

Qi标准由无线功率联盟开发，并且可例如在它们的网站：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html上找到更多信息，其中特别地可找到定义的标准文档。

为了支持功率传送器和功率接收器的交互工作和交互操作性，优选的是这些设备可相互通信，即期望的是如果支持在功率传送器和功率接收器之间的通信，以及优选地支持在两个方向的通信。

Qi标准支持从功率接收器到功率传送器的通信，由此使得功率接收器能够提供可允许功率传送器适配于特定功率接收器的信息。在当前标准中，已定义从功率接收器到功率传送器的单向通信链路，并且该方案基于功率接收器作为控制元件的宗旨。为了准备并且控制在功率传送器和功率接收器之间的功率传输，功率接收器具体将信息传达到功率传送器。

通过功率接收器执行负载调制来实现该单向通信，其中由功率接收器施加到次级接收器线圈的负载被改变以提供功率传输信号的调制。可由功率传送器检测并且解码（解调）得到的电气特性中的改变（例如电流汲取的变化）。

然而，Qi系统的限制是其不支持从功率传送器到功率接收器的通信（至少在低功率Qi规范中）。此外，在一些应用中，诸如开发用于Qi之类的负载调制可能是次优的。

实际上，在诸如Qi系统之类的功率传输系统中的接收器和传送器之间的通信面临多个挑战和困难。特别是，在对功率传输信号的要求和特性与对通信的期望之间通常存在冲突。通常，系统要求在功率传输和通信功能之间的紧密交互。例如，基于在传送器和功率接收器之间感应式耦合仅一个信号，即功率传输信号本身的概念来设计系统。然而，使用功率传输信号本身用于不仅执行功率传输而且还用于承载信息导致了困难。

例如，在很多情形中，功率传输信号幅值可能动态并且周期性改变，导致功率传输信号不总是适合调制。实际上，如果功率传输信号幅值暂时减小到基本上为零，则不存在要调制的信号——无论是直接用于例如功率传输信号的幅值或频率调制以提供从功率传送器到功率接收器的通信还是用于功率传输信号的负载调制以提供从功率接收器到功率传送器的通信。

作为另一示例，使用其中功率接收器通过负载调制来传达数据（诸如在Qi系统中）的负载调制方案要求正常负载是相对恒定的。然而，这在很多应用中不能被保证。

例如，如果无线功率传输将被用于对电机驱动器械（诸如例如搅拌机）供电，则该电流的幅值强烈与电机的负载相关。如果电机负载改变，则电机电流也改变。这导致在逆变器电流的幅值也随着负载改变。该负载变化将干扰负载调制，导致劣化的通信。实际上，在实践中通常非常难以检测对于包括电机作为负载的部分的负载的负载调制。

为了解决这样的问题，提出了使用完全独立的通信技术用于在功率传送器和功率接收器之间提供通信。然而，这样的方案可解决一些问题，但是其通常引入其他缺点。

例如，其通常引入以下风险：可能建立不在功率传输中涉及的双方之间的通信。这将通常导致故障和潜在地较不安全的操作。例如，分离通信信道的使用可导致在不同功率传输操作的操作之间的干扰，这可导致具有过多功率水平的非期望情形。例如，控制操作可能相互干扰，例如通过来自一个功率传输操作的功率接收器的控制数据被用于控制到另一附近功率接收器的功率传输。在通信和功率传输信号之间的分离可导致较少的鲁棒和较少的故障安全操作。

因此，改进的功率传输系统将是有利的，并且特别是允许改进的通信支持、增加的可靠性、增加的灵活性、便利的实施方式、对负载变化的减小敏感性、改进的安全性和/或改进的性能的系统将是有利的。

发明内容

相应地，本发明寻求优选单个地或以任意组合地减轻、缓解或消除上文提到的缺点中的一个或多个。

根据本发明的一方面，提供了一种用于无线功率传输系统的装置，该无线功率传输系统包括被布置为经由无线感应式功率传输信号提供功率传输到功率接收器的功率传送器，在功率传输阶段期间的功率传输信号被提供在具有不少于5Hz并且不多于200Hz的重复频率的周期性重复的功率传输信号时间帧的功率时间间隔中，功率传输信号时间帧进一步包括减小的功率时间间隔，功率传输信号的功率针对相对于功率时间间隔的减小的功率时间间隔被减小；该装置包括：用于功率传输信号的传输的功率传输电感器；用于短距通信的通信天线；被布置为使用短距通信与作为功率传送器和功率接收器中的至少一个的第二实体传达数据消息的短距通信单元，短距通信具有不超过20cm的范围并且使用与功率传输信号分离的载波信号；以及被布置为将短距通信与功率传输信号时间帧同步使得短距通信受限于减小的功率时间间隔的同步器。

本发明可在很多功率传输系统中提供改进的通信和/或改进的、更可靠或甚至潜在地更安全的操作。

该方案可具体地在很多情形中提供使用与功率传输信号分离的分离通信通道的益处，而不引入一般与其相关联的潜在风险和缺点。

本发明可允许基于电磁信号在分离系统之间的交互工作。该方案可允许分离的功率提供和通信，由此允许每个的个体优化。附加地，该方案可减轻在都基于在小空间中共存的电磁信号的不同系统之间的干扰。特别地，该方案可允许通信与功率提供分离同时在功率传输阶段期间仍然执行通信，其中通过功率传输信号生成非常强的磁场。

实际上，本发明可组合短距感应式功率传输与短距通信系统的使用，同时避免或减轻在这些之间的干扰，由此允许实现可靠的操作。发明人意识到使用分离的通信链路可能引入多于一个的功率接收器或功率传送器的存在可能导致非期望影响的风险，并且这些影响可通过使用具有与感应式功率传输的范围相当的范围的通信链路来减轻。发明人进一步意识到可使得这样的短距通信和功率传输操作共存和协作，尽管存在对两个短距磁场（以及特别是具有为非常强磁场的功率传输信号磁场）的需要之间的显然冲突。

该方案可因此通过具有非常短距的功率传输和通信来提供益处，而同时克服功率传输和通信都为短距的缺点。该方案可具体地克服由于源自于提供功率到功率接收器的强干扰所致的在无线功率传输系统中短距通信是不实用的偏见。本发明可修改功率传输操作以便适应通信的要求。因此，不是适配通信方案以适合连续功率传输要求的常规方案，该系统采用相反的方案并且使功率传输特性适配于与引入短距通信系统相关联的要求。因此，可以使在功率提供方面的功率传输操作与使用短距通信系统的通信性能和操作益处相权衡。

该方案可具体地允许更可靠的操作并且可降低在多个功率传输实体（接收器或传送器）的操作与可能相互邻近的功率传输之间的干扰的风险。该方案还可允许实质上改进的通信，包括双向通信、更高的数据速率通信和/或更可靠的通信。

如果装置是功率传送器，则第二实体可以是功率接收器。如果该装置是功率接收器，则第二实体可以是功率传送器。

在一些实施例中，可以在给定方向、并且具体地在其中形成平面功率传送器线圈以用于辐射功率传输信号的平面的方向上测量20cm的通信范围。

同步器单元可被布置为同步数据交换以在减小的功率时间间隔中发生。同步器可在一些实施例中同步该装置的传送功能以仅在减小的功率时间间隔中传送数据。在一些实施例或情形中，传送功能可在其他时间间隔中（具体地在功率时间间隔中）传送例如载波，但是可将数据的通信限制到减小的功率时间间隔中。同步器可在一些实施例中同步装置的接收功能以仅在减小的功率时间间隔中接收数据。

在一些实施例中，短距通信被布置在仅在减小的功率时间间隔中传送数据（消息）。

在一些实施例中，短距通信被布置为仅在减小的功率时间间隔中接收数据（消息）。

在一些实施例中，通信范围可以不超过10cm。

在大多数实施例中，减小的功率时间间隔的持续时间将较低，并且通常比功率时间间隔的持续时间实质上更低。在很多实施例中，占空比可不超过20%、10%或甚至5%。精确占空比可提供在通信容量和功率传输效率之间的有利权衡。对于很多功率传输系统，针对不超过10%的占空比发现了有利的权衡。

减小的功率时间间隔的持续时间可在很多实施例中有利地在从1毫秒到5毫秒的范围中，和/或功率时间间隔的持续时间可在很多实施例中有利地在从5毫秒到10毫秒的范围中。

时间帧的持续时间不少于5毫秒，并且不多于200毫秒。

根据本发明的可选特征，载波的载波频率不小于功率传输信号的频率的两倍。

这可在很多实施例中提供改进的性能，并且可以具体地通常提供从功率传输信号到短距通信的减少的干扰。

根据本发明的可选特征，在第一时间帧中在减小的功率时间间隔期间的功率传输信号的功率水平不多于在第一时间帧期间在功率时间间隔期间的功率传输信号的功率水平的20%。

这可提供改进的性能。

在减小的功率时间间隔中的功率传输信号的功率可以通常限于不多于在功率时间间隔中可能的最大功率的20%、10%或5%。在很多情形中，在减小的功率时间间隔中的功率传输信号可以不多于在相邻功率时间间隔中的功率的20%、10%或5%。在很多实施例中，减小的功率时间间隔可以实质上对应于断电时间间隔。在很多实施例中，功率传送器可以被布置为在减小的功率时间间隔期间关断功率传输信号。在这样的断电时间间隔中，可不生成功率传输信号。短距通信可以是近场通信、NFC通信。

发明人意识到诸如Qi系统的功率传输系统可被修改以允许NFC通信标准被用于在功率接收器和功率传送器之间的（双向）通信，并且这可允许改进和更可靠的操作。

特别地，NFC可以与其他通信方案（例如蓝牙^TM或WiFi^TM）相比提供更可靠的操作，其具有来自不同设备的通信被混淆的降低风险。该方案允许NFC与功率传输系统一起使用，尽管该通信利用近场通信并且因此在功率传输还感应非常强的磁场的情况下操作。

该方案可降低成本并且提供特别适合功率传输的通信，因为可实现足够高的数据速率同时限制通信到非常小的范围，通常确保仅一个其他通信实体可存在于给定范围内。

根据本发明的可选特征，短距通信单元可操作以操作作为发起到第二实体的短距通信链路的发起者。

在一些实施例和情形中，该装置可操作作为发起者并且第二实体可操作作为目标。在一些实施例和情形中，第二实体可操作作为发起者并且该装置可操作作为目标。

例如，该装置可以是功率传送器并且可操作作为发起与功率接收器的NFC通信的发起者。作为另一示例，该装置可以是功率接收器并且可操作作为发起与功率传送器的NFC通信的发起者。

根据本发明的可选特征，短距通信单元被布置为在从所述第二实体接收数据消息所在的所述减小的功率时间间隔中对从所述第二实体接收的数据消息进行答复。

在一些实施例中，可以在单个时隙/间隔内执行双向通信。例如，第二实体可以是发起者并且可在给定减小的功率时间间隔中传送第一消息到该装置。该装置可以是目标并且可通过传送第二消息到第二实体来响应第一消息，其中第二消息在接收第一消息所在的同一减小的功率时间间隔内被传送。

在一些实施例中，短距通信单元被布置为在传送数据消息到第二实体所在的减小的功率时间间隔中从第二实体接收数据消息。例如，该装置可以是发起者并且可在给定减小的功率时间间隔中传送第一消息到第二实体。第二实体可以是目标并且可通过传送第二消息到该装置来响应第一消息，其中第二消息在接收第一消息所在的同一减小的功率时间间隔内被传送。该装置可被布置为在其传送第一消息所在的同一减小的功率时间间隔中接收该第二消息。

根据本发明的可选特征，短距通信单元被布置为在从第二实体接收数据消息所在的随后于减小的功率时间间隔的减小的功率时间间隔中答复从第二实体接收的数据消息。

在一些实施例中，可以在两个连续时隙/间隔内执行双向通信。例如，第二实体可以是发起者，并且可在给定减小的功率时间间隔中传送第一消息到装置。该装置可以是目标并且可通过传送第二消息到第二实体来响应第一消息，其中第二消息在下一减小的功率时间间隔中，即在跟随接收第一消息所在的间隔的减小的功率时间间隔中被传送。

在一些实施例中，短距通信单元被布置为在随后于传送数据消息到第二实体所在的减小的功率时间间隔的减小的功率时间间隔中从第二实体接收响应数据消息。

例如，该装置可以是发起者并且可在给定减小的功率时间间隔中传送第一消息到第二实体。第二实体可以是目标并且可通过传送第二消息到该装置来响应第一消息，其中第二消息在下一减小的功率时间间隔中，即在跟随接收第一消息所在的间隔的减小的功率时间间隔中被传送。该装置可被布置为在该跟随的减小的功率时间间隔中，即在跟随其传送第一消息所在的减小的功率时间间隔的减小的功率时间间隔中，接收该第二消息。

根据本发明的可选特征，短距通信单元被布置为在进入功率传输阶段之前执行至少第一操作，至少第一操作包括选自以下的操作：第二实体的通信能力的检测；通信冲突检测；在装置和第二实体之间的通信会话初始化；第二实体的设备激活。

这可在很多情形中提供改进的性能并且可特别确保便利和/或更可靠的操作。特别地，其可允许针对正在进行的通信而优化的时间帧和在功率传输期间的控制不需要被例如在这样的通信期间未定期执行的流程的时序要求所连累。

通信冲突检测可具体地是对在短距通信单元的通信范围内操作并且具体地传送的其他短距通信单元的检测。

根据本发明的可选特征，短距通信单元被布置为重复地传送装置的标识到第二实体。

该方案可进一步改进可靠性并且确保通信是在意图的功率传送器和功率接收器之间，尽管使用与功率传输信号分离的通信链路。该方案可具体地允许第二实体检查其从意图的源接收数据消息。

根据本发明的可选特征，该装置还包括功率传输控制器，其被布置为响应于未接收到匹配预期标识值的第二实体的身份的指示而禁止功率传输。

该方案可进一步改进可靠性并且确保通信是在意图的功率传送器和功率接收器之间，尽管使用与功率传输信号分离的通信链路。该方案可具体地降低源自于通信是与功率传输中未涉及的第二实体的非期望高功率传输水平的风险。

根据本发明的可选特征，该装置是功率传送器。

本发明可提供可支持在功率传输系统中的改进操作的改进功率传送器。特别地，可提供改进和更可靠的通信，由此允许改进的功率传输。

根据本发明的可选特征，该装置还包括用于提供周期性变化的功率源信号的功率源，功率源信号中的周期性变化的频率小于1kHz；用于从功率源信号生成用于功率传送电感器的驱动信号的功率传输信号发生器，功率传输信号发生器包括：被布置为生成将比功率源信号中的周期性变化的频率更高的驱动信号的频率的频率转换器，以及用于在减小的功率时间间隔中限制被馈送到功率传送电感器的驱动信号的功率低于阈值的限制器；以及用于将减小的功率时间间隔与功率源信号中的周期性变化同步的功率源同步器。

这可允许改进的性能并且可特别允许对功率传输的影响被降低。

在很多实施例中，功率源信号是变化的DC功率传输信号。

在一些实施例中，功率源被布置为响应于AC信号的整流而生成功率源信号，并且可将减小的功率时间间隔与AC信号的过零点同步。

在一些实施例中，限制器可被布置为在减小的功率时间间隔期间将功率传送电感器与频率转换器去耦。

在很多实施例中，减小的功率时间间隔对应于功率源信号的水平低于阈值所在的时间间隔。

这可在很多实施例中允许改进的功率传输。

在很多实施例中，减小的功率时间间隔对应于功率源信号的水平低于阈值所在的时间间隔。功率源同步器可将减小的功率时间间隔选择为功率源信号的水平低于阈值所在的时间间隔。

在很多实施例中，功率传输信号发生器可被布置为生成功率传输信号以具有不多于周期性变化的频率的五倍的频率，并且通常具有实质上与周期性变化的频率相同或两倍于周期性变化的频率的频率。

根据本发明的可选特征，功率源同步器被布置为同步减小的功率时间间隔以对应于功率源信号的绝对值的周期最小值。

这可提供改进的性能。功率源同步器可具体地被布置为同步减小的功率时间间隔以对应于功率源信号的过零点。功率源信号的绝对值可对应于整流的功率源信号。功率源同步器被布置为同步减小的功率时间间隔以对应于功率源信号的绝对值的周期最小值。该值可以是功率、电压或电流值。

根据本发明的可选特征，短距通信单元被布置为执行对可通过短距通信来与之通信的可能通信实体的检测，并且该装置还包括被布置为如果检测到多于一个可能通信实体则禁止功率传输的功率传输控制器。

该方案可允许改进的可靠性并且可降低功率传送器无意中与非功率传输的目标的功率接收器通信的风险。

例如，功率传送器可执行冲突检测（例如NFC冲突解决）以检测在范围内的其他通信实体。如果检测到多于一个其他通信实体，则功率传送器可禁止功率传输。功率传输可通过限制功率传输信号的功率到给定水平（对应于安全操作）或例如通过关断功率传输信号，或终止（或不继续或开始）功率传输操作来禁止。

根据本发明的可选特征，该装置还包括被布置为响应于在时间间隔内未接收到预期来自第二实体的响应消息的检测而禁止功率传输的功率传输控制器。

该方案可进一步改进可靠性并且确保只有在通信是实际上与功率传输中涉及的功率接收器的情况下才提供功率。功率传输可通过限制功率传输信号的功率到给定水平（对应于安全操作）或例如通过关断功率传输信号，或终止（或不继续或开始）功率传输操作来禁止。

根据本发明的可选特征，该装置还包括被布置为响应于不存在来自第二实体的无线电信号的检测而禁止功率传输的功率传输控制器。

该方案可例如应用于NFC通信，其中第二实体是假定生成载波信号的发起者并且（第一实体的）通信单元是目标。

根据本发明的可选特征，该装置是功率接收器。

本发明可提供可支持在功率传输系统中的改进操作的改进功率接收器。特别地，可提供改进和更可靠的通信，由此允许改进的功率传输。

通信单元可在一些实施例中包括无源NFC标签。

根据本发明的可选特征，该装置还包括被布置为响应于不存在来自第二实体的通信信号的检测而减小到功率接收器的负载的功率的控制器。

该方案可允许改进和/或更可靠的操作并且可避免在其中功率传输信号可由未通过功率接收器控制的功率传送器提供的情形中潜在地提供过多功率给负载。

到负载的功率的减小可通过从负载断开功率接收线圈（用于接收功率传输信号，和或通过对负载短路。

根据本发明的可选特征，该装置还包括被布置为响应于不存在来自第二实体的通信信号的检测而生成用户警告的用户接口。

该方案可允许改进和/或更可靠的操作并且可向用户警告其中功率可能由未通过功率接收器控制的功率传送器提供给功率接收器的潜在情形。

根据本发明的可选特征，短距通信单元被布置为响应于功率传输信号是存在的检测而禁止与第二实体的通信链路终止。

该方案可允许改进和/或更可靠的操作并且可降低到功率接收器的功率传输由另一功率接收器控制的风险。

根据本发明的可选特征，同步器被布置为响应于功率传输信号的功率变化而确定功率传输信号时间帧的时序。

这可允许可靠的操作并且可特别提供用于同步功率接收器的通信功能的高效、可靠和低复杂的方案。

根据本发明的一方面，提供了一种用于无线功率传输系统的操作的方法，该系统包括被布置为经由无线感应式功率传输信号提供功率传输到功率接收器的功率传送器，功率传输信号被提供在具有不少于5Hz并且不多于200Hz的重复频率的周期性重复的功率传输信号时间帧的功率时间间隔中，功率传输信号时间帧进一步包括减小的功率时间间隔，功率传输信号的功率针对相对于功率时间间隔的减小的时间间隔被减小；该方法包括在功率传输阶段期间执行以下步骤：使用短距通信基于与功率传输信号分离的载波信号，并且使用与用于功率传输信号的传输的功率传输电感器不同的通信天线，与作为功率传送器和功率接收器中的至少一个的第二实体传达数据消息，短距通信具有不超过20cm的范围；以及将短距通信与功率传输信号时间帧同步使得短距通信受限于减小的功率时间间隔。

本发明的这些和其它方面、特征和优点根据下文描述的（多个）实施例将是清楚明白的，并且将参考下文描述的（多个）实施例而得以阐明。

附图说明

将仅通过示例的方式，参考附图来描述本发明的实施例，在附图中

图1图示根据本发明的一些实施例的包括功率传送器和功率接收器的功率传输系统的示例；

图2图示根据本发明的一些实施例的功率传送器的元件的示例；

图3图示根据本发明的一些实施例的功率传送器的元件的示例；

图4图示根据本发明的一些实施例的功率接收器的元件的示例；

图5图示图1的功率传输系统的信号的可能时序图的示例；

图6图示图1的功率传输系统的信号的可能时序图的示例；

图7图示功率传输系统中的可能情形的示例；

图8图示图3的功率传送器的驱动器的元件的示例；

图9图示在功率传送器中的信号的示例；

图10和11图示功率传送器的传送线圈的驱动电路的示例；

图12图示在图3的功率传送器中的信号的示例；

图13图示图1的功率传输系统的信号的可能时序图的示例；以及

图14和15图示在图1的传输系统中的功率线圈的布置的示例。

具体实施方式

以下描述聚焦于适用于Qi类型功率传输系统的本发明的实施例，但是将认识到，本发明不限于该应用而是可应用于很多其它功率传输系统。

图1图示了根据本发明的一些实施例的功率传输系统的示例。功率传输系统包括功率传送器101，功率传送器101包括（或耦合到）传送功率传输线圈/电感器，其此后将被称为传送器线圈103。系统还包括功率接收器105，功率接收器105包括（或耦合到）接收功率传输线圈/电感器，其此后将被称为接收器线圈107。

该系统提供了从功率传送器101到功率接收器105的无线感应式功率传输。具体地，功率传送器101生成功率传输信号，功率传输信号通过传送器线圈103作为磁通量被传播。功率传输信号可通常具有在大约20kHz到200kHz之间的频率。传送器线圈103和接收器线圈107松散耦合，并且因此接收器线圈从功率传送器101拾取功率传输信号（的至少部分）。因此，经由从传送器线圈103到接收器线圈107的无线感应耦合将功率从功率传送器101传输到功率接收器105。传送器线圈103和接收器线圈107因此被布置为从功率传送器101到功率接收器105跨越传输功率传输信号。术语功率传输信号主要用于指代在传送器线圈103和接收器线圈107之间的感应信号（磁通量信号），但是将认识到，通过等同，其还可以被认为并用作对提供给传送器线圈103的电信号的引用，或实际上对接收器线圈107的电信号的引用。

在一些实施例中，接收功率传输线圈107可以甚至是接收功率传输实体，其当被暴露到感应功率传输信号时由于感应的涡流或附加地通过由于铁磁行为导致的磁滞损失而被加热。例如，接收线圈107可以是用于被感应地加热的器械的铁板。因此，在一些实施例中，接收线圈107可以是通过感应涡流或附加地通过由于铁磁行为导致的磁滞损失而被加热的导电元件。在这样的示例中，接收线圈107因此还固有地形成负载。

在下文中，功率传送器101和功率接收器105的操作将具体参考根据Qi标准的实施例来描述（除了本文描述的（或随之发生的）修改和增强之外）。特别地，功率传送器101和功率接收器105可以实质上与Qi规范版本1.0或1.1兼容（除了本文描述的（或随之发生的）修改和增强之外）。

为了控制功率传输，系统可经由不同阶段进行，特别是选择阶段、试通（ping）阶段、标识和配置阶段、以及功率传输阶段。可在Qi无线功率规范的部分1的第5章中找到更多信息。

最初，功率传送器101处于选择阶段，其中其仅仅监测功率接收器的潜在存在。功率传送器101可为此目的使用各种方法，诸如例如在Qi无线功率规范中描述的。如果检测到这样的潜在存在，则功率传送器101进入试通阶段，其中临时生成功率传输信号。该信号被称为试通信号。功率接收器105可应用接收到的信号来对其电子设备加电。在接收功率传输信号之后，功率接收器105将初始分组传达到功率传送器101。具体地，传送指示功率传送器和功率接收器之间的耦合程度的信号强度分组。可在Qi无线功率规范的部分1的第6.3.1章中找到更多信息。因此，在试通阶段中，确定在功率传送器101的接口处是否存在功率接收器105。

在接收到信号强度消息之后，功率传送器101移动到标识&配置阶段。在该阶段中，功率接收器105保持其输出负载断开并且在常规Qi系统中功率接收器105在该阶段使用负载调制来与功率传送器101通信。在这样的系统中，功率传送器为此目的提供恒定幅值、频率和相位的功率传输信号（除了由负载调制引起的改变之外）。该消息由功率传送器101使用以如功率接收器105所请求的那样配置自己。来自功率接收器的消息未被连续传达而是以间隔传达。

在标识和配置阶段之后，该系统前进到功率传输阶段，其中实际功率传输发生。具体地，在已经传达其功率要求之后，功率接收器105连接输出负载并且向其供应接收的功率。功率接收器105监测输出负载并且测量在某一操作点的实际值和期望值之间的控制误差。其以例如每250ms的最小速率向功率传送器101传达这样的控制误差，以向功率传送器101指示这些误差以及对功率传输信号的改变或不改变的期望。因此，在功率传输阶段中，功率接收器105还与功率传送器通信。

图1的功率传输系统利用在功率传送器101和功率接收器105之间的通信。

在Qi规范版本1.0和1.1中已经标准化了从功率接收器到功率传送器的通信的方案。

根据该标准，使用功率传输信号作为载波实施从功率接收器到功率传送器的通信通道。功率接收器调制接收器线圈的负载。这导致在功率传送器侧处的功率传输信号中的对应变化。负载调制可通过传送器线圈电流的幅值和/或相位中的改变，或替代地或附加地通过传送器线圈的电压中的改变来检测。基于该原理，功率接收器可调制功率传送器解调的数据。以字节和分组来格式化该数据。可在经由http://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-1.html可获得的“系统描述, 无线功率传输, 卷I:低功率, 部分1: 接口定义, 版本1.02010年7月, 由无线功率联盟发布”（也被称为Qi无线功率规范，特别是第6章：通信接口）中找到更多信息。

注意，Qi无线功率规范版本1.0和1.1仅定义了从功率接收器到功率传送器的通信，即其仅定义了单向通信。

图1的系统使用与Qi无线功率规范版本1.0和1.1中公开的通信方案不同的通信方案。然而，将认识到，该不同通信方案可与其他通信方案（包括Qi无线功率规范版本1.0和1.1的通信方案）一起使用。例如，对于Qi类型系统，Qi无线功率规范版本1.0和1.1的通信方案可以用于被规定为由Qi无线功率规范版本1.0和1.1执行的所有通信，但是具有由下文中描述的不同方案支持的附加通信。而且，将认识到，系统可以在一些阶段或模式中根据Qi无线功率规范版本1.0和1.1来通信但是不在其它阶段或模式中根据Qi无线功率规范版本1.0和1.1来通信。例如，其可在其中功率传输信号和外部负载可能恒定的标识和配置阶段期间使用标准负载调制，但是不在其中不是这种情况的功率传输阶段期间使用标准负载调制。

在图1的系统中，关于Qi无线功率规范版本1.0和1.1的标准化通信来增强在功率接收器105和功率传送器101之间的通信。

首先，系统支持从功率传送器101到功率接收器105的消息的通信，并且特别允许功率传送器101传送数据到功率接收器105。其次，从功率接收器105到功率传送器101的通信可使用增强的通信并且可不限于通过负载调制的通信。

特别地，图1的系统利用在其不涉及功率传输信号的任何调制或使用功率传输信号作为载波的意义上独立于功率传输信号的第二通信链路。该通信链路是具有不多于20cm的范围的短距通信链路。因此，通信仅被保证高达20cm的距离。在一些实施例中，该范围不多于10cm。实际上，在很多实施例中，典型通信范围可以在几厘米的附近。

短距通信链路可以具体地是NFC通信链路。

在很多实施例中，第二通信链路通过独立于功率传输和功率传输信号的短距通信来形成。短距通信系统具体地不使用功率传输信号而是独立于其的存在。短距通信可以甚至当功率传输信号不存在时被执行，实际上短距通信可通常在功率传输信号不存在时更可靠并且具有降低的误差可能性。因此，替代其中使用同一信号用于功率传输和用于通信的常规方案，图1的系统通过通信是基于调制分离的载波而不是调制功率传输信号来提供区分的通信和功率传输（尽管在功率传送器101和功率接收器105之间的某一通信可以可能附加地使用功率传输信号来执行，诸如例如在标识和配置阶段期间的传统通信）。

短距通信相应地基于不是功率传输信号（的部分）的载波的使用。具体地，通过短距通信空气接口传达的数据是通过调制通信载波来传达的。通信载波独立于功率传输信号并且通常具有实质上不同的频率和功率水平。通常，通信载波的频率不小于功率传输信号的频率的两倍并且功率水平通常小于功率传输信号中的功率传输信号的最大功率水平的一半，并且经常比其低得多（诸如例如是十分之一、十五分之一或一百分之一）。

短距通信进一步使用与用于从功率传送器101到功率接收器105传输功率传输信号的电感器不同的电感器用于传达通信载波/信号。具体地，使用短距通信天线并且不使用传送器线圈103或接收线圈107来传输通信载波。

因此，短距通信和功率传输在图1的系统中实质上是独立和分离的功能和系统。然而，这样的不同和独立的系统的使用可提供若干优点，但是还可能存在相关的若干困难。具体地，在两个独立系统都基于在同一空间中共存的电磁信号的系统中，系统将引起相互干扰。特别地，由功率传输信号生成的非常强的电磁场将引起可能实质上影响短距通信的高度干扰。

图1的系统通过适配功率传输信号以使用时分时间帧并且通过将短距通信与该时间帧同步来允许这样的短距通信链路与由功率传送器101生成用于功率传输的强磁信号共存。

特别地，不是使用如在现有系统中的连续功率传输，当前系统应用时间帧到功率传输信号。时间帧包括至少两个类型的时间间隔/时隙，即其中生成具有功率传输所要求的功率的功率传输信号的功率时间间隔和其中仅提供降低的功率水平的功率传输信号的减小的功率时间间隔。实际上，在很多实施例中，功率传输信号可以在减小的功率时间间隔期间被完全关断。适配功率传输操作并且有效做出该不连续的方案允许短距通信与功率传输共存。该方案允许短距通信在功率传输阶段期间被执行。因此，在其中正将功率传输到功率接收器105的功率传输阶段期间，功率传送器101生成非常强的功率传输信号以便生成要求的功率到功率接收器105。这样的强信号可经常引起对实际上在功率传输信号最强的位置中操作的短距通信的非常大的干扰。

该方案可解决与常规方案相关联的若干缺点。

例如，其可克服使用功率传输信号作为用于通信的载波信号的缺点。例如，对于很多负载（如电机），动态变化非常显著并且这可在很多情形中使负载调制相对不可靠或甚至不可行。而且，功率传输信号的调制往往相对慢并且导致非常低的通信数据速率。

然而，与同步的时分方案一起使用分离的通信链路（诸如NFC通信链路）允许功率传输特性与通信链路去耦，由此允许更可靠和更快的通信。另外，短距通信提供增大的保护以防来自靠近功率传输执行的其他功率传输操作的操作干扰。

实际上，如果使用分离的通信通道，则这可导致在不同功率传输的操作之间的干扰，该干扰可导致具有高功率水平的潜在危险情形。例如，控制操作可相互干扰，例如通过来自一个功率传输操作的功率接收器的控制数据被用于控制到另一附近功率接收器的功率传输。在通信和功率传输信号之间的分离可导致较少的鲁棒和较少的故障安全操作。

特别地，通过负载调制的通信固有地往往确保数据在正确的功率接收器105和功率传送器101之间通信，即功率传送器101可可靠地假定接收的数据可用于控制功率传输操作。然而，发明人已意识到当使用独立于功率传输信号的分离通信链路时，存在从功率接收器105传送的数据可能不被输送功率到功率接收器105的功率传送器101接收，或者可能被不输送功率到功率接收器105的功率传送器101接收的风险。类似地，存在由功率传送器101接收的数据并不是源自于期望的功率接收器105的风险。

该问题对于其中被定位在有限区域中的多个功率传送器可同时传输功率到多个功率接收器的情形是特别显著的。

该问题还可能对于包括多个传送线圈并且能够同时支持多个功率传输的功率传送器来说是特别显著的。

作为示例，分离RF通信链路的使用可不要求功率接收器105被正确地定位用于将执行的通信。具体地，可能执行成功的通信的事实将通常不确保接收线圈107被定位为足够靠近传送线圈103。如果功率接收器经由这样的通信通道控制功率传送器，则系统因此不能确信接收线圈被定位为足够靠近传送线圈（以及因此在接收线圈和传送线圈之间的耦合可能非常低）。可能的是，功率接收器保持请求功率传送器加电，直到提供的功率对于功率接收器足够高以甚至在电流非高效耦合的情况下接收足够的功率。然而，这可要求非常强的磁场被感应，并且这可导致用户或金属物体到由功率传送器生成的磁场的非预期和非期望的暴露。

功率传送器和功率接收器可包括用于验证和检查功率接收器的位置的附加功能，但是这样的附加功能将通常增加复杂性和成本。

而且，同时使用具有单独的功率接收器的多个器械可导致其中耦合到第一功率传送器的第一功率接收器干扰耦合到第二功率传送器的第二功率接收器的情形。第一功率接收器的控制信号可被第二功率传送器拾取，或反之亦然。这可例如导致第二功率传送器被控制生成对于第二功率接收器来说不是恰当的高磁场。例如，如果第一功率接收器检测到功率传输信号的水平应当被增大，其可要求加电。然而，该请求可由第二功率传送器而不是第一功率传送器接收，并且其然后将导致由第二功率传送器提供到第二功率接收器的功率传输信号被增大。第一功率接收器将仍然检测到功率传输信号的水平过低（因为来自第一功率传送器的功率传输信号尚未改变），并且其因此继续请求加电。因此，第二功率传送器将继续增大功率水平。该继续加电可导致损坏、过多热量生成，并且一般导致对于第二功率接收器和相关联的器械来说非期望和甚至潜在地不安全的情形。

作为说明该问题的特定示例情形，用户可将壶放在厨房中的第一功率传送器顶上。第一功率传送器可检测到物体被放置在其功率传输接口上并且其可提供具有低功率的功率传输信号给壶以便启动其电子器件。壶经由RF通信链路发送信息给功率传送器以便发起并且控制功率传送器提供功率。在一定时间后，用户可能决定将平底锅放置在第一功率传送器上并且相应地他可移动壶到第一功率传送器附近的第二功率传送器。第二功率传送器检测到壶并且将在壶的控制下传输功率到壶。第一功率传送器可检测到平底锅，但是将仍然从壶接收控制数据。第一功率传送器将因此提供功率给平底锅，但是功率传输信号将由壶控制，导致平底锅的可能非期望加热。用户将通常不知道该情形并且可能例如触摸可能不适当地热的平底锅。

作为另一示例，相同情形可能被遇到，但是添加非耐热工作台面。壶可能被构造为使得其不加热其被定位于的表面，即使壶中的水已达到沸点。平底锅可能是适合感应烹饪的常规平底锅，但是仅意图被用于陶瓷玻璃板上。在该情况下，平底锅可能损坏非耐热工作台面，因为其不包含任何构件来在第一功率传送器仍然在壶的控制下同时平底锅位于第一功率传送器上的时候限制能量的耗散。

例如在其中功率传送器可包括多个传送线圈的情形中，也可能出现问题。例如，如在图2中图示的，功率传送器可包括功率控制器PCU，其控制多个传送元件TE，每个传送元件包括传送线圈。同时，单独的通信单元CU可从单独的RF通信链路接收数据。在这样的情形中，第一功率接收器可被定位在传送元件/线圈TE中的第一个上。例如，移动电话可被定位在传送线圈阵列上，并且对移动电话的功率传输可开始。移动电话可使用RF通信链路传送控制数据回到功率传送器，并且第一传送线圈TE的功率传输信号可被相应布置。用户可现在期望对第二移动装置充电。他可略微移动第一移动电话到一侧以便腾出地方用于新电话，这可导致第一移动电话现在被定位在不同传送线圈上，诸如例如在邻近的传送线圈上。然而，这可能不被系统检测到并且实际上来自第一移动电话的反向通信链路将仍然工作。第一移动电话将请求加电以补偿低耦合，从而导致非常大的磁场潜在地由第一传送线圈生成。实际上，在很多情形中，第二移动电话可潜在地被定位在第一传送线圈顶上，并且其将因此体验到高磁场，而不具有减小它的任何机会。因此，可能实际上丢失功率传输的控制，并且实际上在一些情形中，用于一个移动装置的功率传输可能被其他移动装置控制，并且反之亦然。

诸如NFC的短距通信链路的使用确保虽然使用独立于功率传输信号的分离通信链路，但是存在确保的在功率接收器101和功率接收器105之间的几何关系。在很多实施例中，这可足以缓解或克服所述问题。例如，通过确保仅在传送线圈103的20cm的范围内的功率接收器105实际上是功率传输中涉及的功率接收器105，可确保通信实际上是在执行功率传输的功率接收器105和功率传送器101之间。实际上，甚至在这可能不被确保的情形中，可实质上减小问题出现的概率。

以下描述将聚焦于其中独立于功率传输信号的通信链路是NFC通信链路的实施例。

图3更详细图示了图1的功率传送器101的元件，并且图4更详细图示了图1的功率接收器105的元件。

功率传送器101包括耦合到被布置为生成传送线圈103的驱动信号的驱动器301的传送线圈103，并且因此被布置为生成被转化为感应功率传输信号的驱动信号。驱动器301被布置为生成具有期望功率水平的AC信号，其被馈送到传送线圈103以生成功率传输信号。将认识到，如本领域技术人员将熟知的，驱动器301可包括用于生成驱动信号的适当功能。例如，驱动器301可包括用于将DC电源信号转换为适当频率（通常大约50-200kHz）的AC信号用于功率传输的逆变器。还将认识到的是，驱动器301可包括用于操作功率传输系统的不同阶段的适当控制功能。在很多情况下，驱动器301将包含一个或多个电容器以便针对所选频率利用功率线圈103实现谐振电路。

驱动器301耦合到功率控制器303，其被布置为控制功率信号的功率。具体地，功率控制器303可生成被馈送到驱动器301并且指示驱动信号的功率水平的控制信号。驱动器301可然后按比例调节驱动信号以具有对应幅值。

功率传送器101还包括第一通信单元305，其被布置为与功率接收器105通信。具体地，第一通信单元305可在前向通信链路上传达数据到功率接收器105，并且在反向通信链路上从功率接收器105接收数据。通信链路是短距RF通信链路并且相应地功率传送器101还包括耦合到第一通信单元305的天线307。

天线307可以是适合将电信号转换为电磁通信信号的任何元件，诸如具体地是电磁辐射器、天线、电感器或线圈。

在特定示例中，第一通信单元305是NFC通信单元并且因此通信链路是NFC通信链路。天线307可具体地是NFC平面线圈。

第一通信单元305可因此使用短距通信、并且具体地使用NFC通信，与功率接收器105交换数据消息。通信的范围被限制到不多于20cm并且在很多实施例中不多于10cm。典型通信链路可以在仅几cm的距离上。

通信范围可以是在允许可靠通信的天线之间的最大距离。可靠通信可被认为要求错误率低于阈值，诸如例如少于10^-3的比特错误率。

第一通信单元305可在NFC通信链路上传送数据消息到功率接收器105或可在NFC通信链路上从功率接收器105接收数据消息。具体地，第一通信单元305可在NFC通信链路上传送前向消息到功率接收器105，其中功率接收器105被预期通过在NFC通信链路上传送响应消息回到功率传送器101来响应。响应消息可以例如被要求确认反向通信链路是实际上与参与功率传输的功率接收器105的链路。

在一些实施例中，可通过短距（NFC）通信来建立通信链路中的仅一个。例如，在一些实施例中，可使用功率传输信号的调制来建立前向通信链路，而使用NFC通信建立反向通信链路。作为另一示例，在一些实施例中，可使用功率传输信号的负载调制来建立反向通信链路，而使用NFC通信建立前向通信链路。

功率接收器105包括耦合到接收线圈107并且接收功率传输信号的功率传输控制器401。功率传输控制器401还耦合到负载403并且能够接收功率传输信号和生成适当电源信号用于负载403。功率传输控制器401可例如包括如本领技术人员将熟知的（全桥）整流器、平滑电路和电压或功率控制电路。在很多情况下，功率接收器包含一个或多个电容器以针对所选频率利用接收器线圈107实现谐振电路。

功率传输控制器401还能够控制功率接收器105并且具体地支持传输功能操作，包括支持Qi功率传输的不同阶段。

功率接收器105还包括第二通信单元405，其是短距通信单元。具体地，第二通信单元405可在反向通信链路上传达数据到功率传送器101并且在前向通信链路上从功率传送器101接收数据。通信链路是短距RF通信链路并且相应地功率接收器105还包括耦合到第二通信单元405的天线407。

天线407可以是适合将电磁通信信号转换为电信号的任何元件，诸如具体是电磁辐射器、天线、电感器或线圈。

在该特定示例中，第二通信单元405是NFC通信单元并且因此通信链路是NFC通信链路。天线407可具体地是NFC平面线圈。

第二通信单元405可因此使用短距通信、并且具体地使用NFC通信，与功率传送器101交换数据消息。第二通信单元405可在NFC通信链路上传送数据消息到功率传送器101或可在NFC通信链路上从功率传送器101接收数据消息。具体地，第二通信单元405可在反向NFC通信链路上传送前向消息到功率传送器101。功率传送器101可然后通过在前向NFC通信链路上传送响应消息回到功率传送器101来对该消息响应。

作为另一示例，功率传送器101可实施NFC发起者并且功率接收器105可实施NFC目标。NFC发起者（即功率传送器101）可在前向NFC通信链路上发送请求并且NFC目标（即功率接收器105）可在反向NFC通信链路上发送答复。该答复可以是或可包括前向NFC通信链路实际上是到正确的功率接收器105的链路的确认。

系统相应地利用与功率传输分离并且具体地不涉及功率传输信号的任何调制的通信系统。然而，在图1-4的系统中，不仅仅独立于功率传输来实施NFC通信，而是相反操作是相互集成和协作的。集成使得功率传输和NFC通信以同步和时分复用的布置来操作。

具体地，修改功率传输，使得其不是连续功率传输，而相反使用非连续功率传输信号。实际上，功率传输和NFC通信都被布置为根据重复时间帧来操作。重复时间帧包括其中执行功率传输的至少一个时间间隔。该时间间隔因此被称为功率时间间隔（或功率传输时间间隔）。每个时间帧还包括其中功率传输信号的功率被减小并且通常减小到基本上零的至少一个时间间隔。该时间间隔相应地被称为减小的功率时间间隔。

图5图示了图1的系统的时序图的示例。

在该示例中，每个重复时间帧包括一个功率时间间隔和一个减小的功率时间间隔。在该示例中，在减小的功率时间间隔中，功率传输信号的功率被减小到零。在图5中，功率时间间隔被称为“窗P”，并且减小的功率时间间隔被称为“窗Z”。

将认识到，在一些实施例或情形中，功率传输信号的功率可以在减小的功率时间间隔中不被减小到零但是可以被限制到较低水平，该较低水平是低于在功率时间间隔期间功率传输信号的最大可能功率的水平，诸如例如通过将功率水平限制到引起对NFC通信的干扰被已知为是可接受的功率水平。

在图1的系统中，NFC通信不仅仅被执行为满足NFC通信标准，而且还被执行为与功率传输操作集成，并且具体地与功率传输信号的时间帧同步地执行NFC通信，即其与功率传输信号的功率变化同步。因此，在图1的系统中，用于经由功率传输信号提供功率的功能和使用通信载波的短距通信相互同步，并且实际上将通信载波与功率传输信号同步。此外，通信和功率传输的该同步在其中功率传送器101提供功率给功率接收器105的功率传输阶段期间被执行，由此允许或改进与功率的传输同时的短距通信。

具体地，图3的功率传送器101包括耦合到驱动器301和第一通信单元305的第一同步器309。第一同步器309被布置为将短距（NFC）通信与功率传输信号时间帧同步，使得短距（NFC）通信被限制到减小的功率时间间隔。

类似地，功率接收器105包括耦合到功率控制器401和第二通信单元405的第二同步器409。第二同步器409被布置为将短距（NFC）通信与功率传输信号时间帧同步，使得短距（NFC）通信被限制到减小的功率时间间隔。

因此，第一和第二通信单元305、405被控制为使得在NFC通信链路上的通信被限制到减小的功率时间间隔。具体地，数据消息的传送仅在减小的功率时间间隔期间执行，并且在这些之外不发生数据的传送（尽管在一些实施例中第一和第二通信单元305、405信号之一的NFC传送器可以例如连续传送非调制的载波例如用于对无源NFC通信单元供电）。

例如，NFC通信可以以无源模式执行，其中目标是不包括用于对自身供电的功能的无源NFC通信实体。在无源模式中，发起者生成RF场并且目标通过该场得到供电。目标通过对存在的RF场进行调制来响应。如之前提到的，发起者可以在功率传送器侧上或在功率接收器侧上实施。然而，如果目标被放置在功率接收器侧上，则目标可以从发起者直接供电。该解决方案可防止在功率接收器中内部电源（例如电池）的实施并且载波信号的生成（即本地振荡器）。

在一些实施例中，第一同步器309和/或第二同步器409被布置为将数据消息的传送与减小的功率时间间隔同步。因此，第一同步器309可提供时序信号到第一通信单元305，其由第一通信单元305使用以对到功率接收器105的数据消息的传送进行定时。类似地，第二同步器409可提供时序信号到第二通信单元405，其由第一通信单元405使用以对到功率传送器101的数据消息的传送进行定时。

类似地，在一些实施例中，第一同步器309和/或第二同步器409被布置为将数据消息的接收与减小的功率时间间隔同步。因此，第一同步器309可提供时序信号到第一通信单元305，其由第一通信单元305使用以定时何时第一通信单元305的接收器可从功率接收器105接收数据消息。第一同步器309可相应地确保仅在正确时间间隔中传送的数据消息可被接收。这可用于减小功率和/或进一步降低从意图的功率接收器105之外的其他源接收到数据消息的风险。类似地，第二同步器409可提供时序信号到第二通信单元405，其由该通信单元使用以定时从功率传送器101的数据消息的接收。

在大多数实施例中，在每个时间帧内的功率时间间隔的持续时间（或假如存在多于一个的话，各功率时间间隔的组合持续时间）长于在每个时间帧内的减小的功率时间间隔（或假如存在多于一个的话，各减小的功率时间间隔的组合持续时间）。在很多实施例中，其至少是2、3、5或甚至10倍长。在实施例中，其中每个时间帧包括仅一个功率时间间隔和一个减小的功率时间间隔，占空比（针对减小的功率时间间隔）通常不多于20%、10%或甚至5%。

这通过提供足够的时间用于建立足够容量的通信信道而不不可接受地影响功率传输而可以通常是有利的。

时间帧可以通常具有不少于5ms并且不多于200ms的持续时间。此外，时间帧是周期性重复的时间帧。相应地，重复频率通常不少于5Hz并且不多于200Hz。这可在很多情形中提供改进的性能，并且可具体地允许短距通信系统提供足够快的通信，其中直到数据可被通信的最大等待被降低到将不导致对功率传输性能的不可接受影响的持续时间。因此，其将往往提供足够快的响应时间用于功率传输以维持有效。

时间帧时序将通常在功率传送器101中容易可获得，因为用于控制（例如选通）功率传输信号的相同时基可被提供到第一同步器309（或可由第一同步器309生成并且馈送到功率控制器303）。在功率接收器105处，可通过基于功率水平变化检测在功率时间间隔和减小的功率时间间隔之间的转变（例如使用施密特触发电路）来从功率传输信号自身得到时序。例如，第一锁相环可以基于下降沿转变（即从功率时间间隔到减小的功率时间间隔）以生成与从功率时间间隔到减小的功率时间间隔的转变同步的时基信号。第二锁相环可基于上升沿转变（即从减小的功率时间间隔到功率时间间隔）以生成与从减小的功率时间间隔到功率时间间隔的转变同步的时基信号。然后，两个生成的信号可具有例如50%的占空比并且可通过组合两个生成的信号（使用例如OR或AND功能）来生成与两个转变同步的时基信号。

图5进一步图示同步的NFC通信的示例。在该示例中，发起者（其在不同实施例和情形中可以是功率传送器或功率接收器）在第一减小的功率时间间隔中传送数据消息。目标（其在不同实施例和情形中可以是功率接收器或功率传送器）在第一减小的功率时间间隔中接收数据消息。在随后的减小的功率时间间隔中，目标通过传送响应消息到发起者来响应。

因此，在该示例中，通信单元305、405被布置为答复数据消息，其中答复在随后于接收数据消息所在的减小的功率时间间隔的减小的功率时间间隔中被传送。

因此在该示例中，每个减小的功率时间间隔提供在一个方向的通信。在一个方向传送数据消息之后，接收方在接着的减小的功率时间间隔中传送响应消息。

由于与功率传输复用的数据交换活动操作时间，限制了用于传送数据消息的可用时间。这可减少能够被传送的数据量，并且具体地减少了在一个减小的功率时间间隔内可传送的数据量。在每个时间间隔在仅一个方向上的传送可经常提供具有较低开销的更高效的通信，由此允许较高的总体数据速率。

然而，在一些实施例中，可能期望的是具有对数据消息的更快的响应。

在一些实施例中，通信单元305、405可被布置为在接收数据消息所在的同一减小的功率时间间隔中对数据消息进行答复。

这样的通信的示例在图6中图示。在该示例中，发起者在一个减小的功率时间间隔期间发送其数据并且目标在同一减小的功率时间间隔期间发送其答复。

在同一减小的功率时间间隔中的响应消息的传送可提供另外的优点。

在生成操作场之前，发起者应当执行根据NFC标准的RF冲突避免（参考例如ISO/IEC_18092: Information technology - Telecommunications and informationexchange between systems - Near Field Communication - Interface and Protocol(NFCIP-1)，第二版，2013年3月15日）。具体地，发起者应当不生成其自己的RF场，只要检测到另一RF场。这样的RF冲突意图防止NFC通信相互干扰。

当在有源通信模式（即目标生成其自己的RF场）中执行RF冲突时，系统引入从由发起者生成的RF场被关断的时间到由目标生成的RF场被接通的时间的时间间隔。在该时间间隔期间，发起者和目标不生成任何RF场。该时间间隔的持续时间被已知为主动延迟时间T_ADT，并且被给出为：

768/f_c (≈ 56.6 µs) ≤ T_ADT ≤ 2559/f_c (≈ 188.7 µs)

其中f_c是载波频率（即13.56MHz）。在主动延迟时间之后，存在保护时间T_ARFG，其是在接通目标的RF场和开始发送响应消息之间的时间。T_ARFG必须大于或等于1024/fc（≈75.5微秒）。然而，用于RF冲突避免的这些时序要求可经常不允许响应消息在随后的减小的功率时间间隔内，因为延迟将超过NFC要求。因此，在每个减小的功率时间间隔中具有双向传送可在很多实施例中是有利的。

在图1的系统中，通信单元305、405进一步布置为执行若干操作以支持通信链路。

这样的操作可包括检测其它通信实体的通信能力。例如，发起者可确定目标的通信能力，并且可具体地确定例如目标是有源还是无源目标，其支持哪个NFC模式等。

可以被执行以支持（多个）通信链路的另一操作是冲突检测，其可被具体地执行以检测正被执行的任何同时短距通信，诸如例如在用于冲突解决的NFC标准中描述的。

可被执行以支持（多个）通信链路的另一操作是通信会话初始化，其可初始化在功率传送器101和功率接收器105之间（以及在发起者和目标之间）的通信。具体地，可通过遵循涉及通信能力的确定和适配、交换身份等的规定流程来建立通信。

操作可具体地是设备激活，其中发起者可例如在准备通信时激活目标。

具体地，对于NFC，操作可包括技术检测、冲突解决和设备激活活动（在例如NFC活动规范、技术规范、版本1.0、NFC论坛、2010年11月18日中描述的）。

在很多实施例中，这些功能可以在功率传输阶段之前被执行，即它们在功率传送器开始传送功率到功率接收器（的负载）之后被执行。

这些活动是相对耗时的活动并且在很多实施例中它们的时序要求可能不与所描述的数据交换方案兼容。因此，如果这些活动在功率传输期间被执行，则对于一些实施例的一些情形，可能不确保正确的执行。

该方案可进一步包括旨在减小通信不是在意图的功率传送器101和意图的功率接收器105之间的风险的各种方案。

在很多实施例中，功率接收器105和/或功率传送器101的短距通信单元305、405可以是执行用于短距通信的可能通信候选者的检测。这可例如在NFC通信的冲突解决活动期间被执行。例如，发起者的通信单元可生成RF信号并且然后监测以看多少潜在目标提供响应。

如果多于一个潜在通信候选者被检测到（即对于NFC示例，多于一个目标），则通信单元将此指示给功率控制器303（直接地或例如经由负载调制，如果检测是在功率接收器105中的话）。功率控制器303然后着手禁止功率传输，例如通过终止功率传输，通过不初始化意图的功率传输，通过限制最大功率限度等。

作为NFC的特定示例，如果在冲突解决活动期间，多于一个目标被发起者检测到，则功率传送器101将不生成功率传输信号。因此，只要检测到多于一个目标，则功率传送器101不传送功率。这可降低功率传送器或功率接收器可能分别与多于一个功率接收器或功率传送器通信的风险。

这可相应地防止各种非期望情形。

例如，如在图7中图示的，如果第二功率接收器（App #2）被以这样的方式紧邻从功率传送器（Tx #1）接收功率的意图的功率接收器（App #1）放置，使得其在Tx #1中实施的NFC设备的通信范围中，则App #2也可能通信并且从功率传送器接收功率。本不该接收功率的App #2因此可能意外地加热，导致非期望情形。

在其中两个功率接收器（例如两个器械）可与同一功率传送器通信的情形中，两个器械可传送矛盾的命令到功率传送器。例如，一个可要求更多功率，而第二个器械需要较少功率。

如果NFC-F信号技术被采用在无源通信模式中，则在NFC数字协议、技术规范、版本1.0、NFC论坛、2010年11月17日中描述的SENF_REQ命令可由发起者使用来探查目标的操作场。对于每个有效SENSF_RES响应，发起者递增其设备计数器（参考例如NFC活动规范、技术规范、版本1.0、NFC论坛、2010年11月18日）。该任务通过冲突解决活动来执行。已被计数的目标的数量是在发起者的通信范围内的被配置有NFC-F信号技术的目标设备的数量。因此，如果该数量大于1，则功率传送器可禁止功率传输信号。

在一些实施例中，功率接收器105可被布置为响应于不存在由第二通信单元405建立的短距通信链路来从负载403断开功率接收线圈107信号。在这样的实施例中，功率接收线圈107可被断开，除非第二通信单元405已建立与功率传送器101的短距通信链路。具体地，对于NFC，接收线圈107被断开，除非功率接收器105是被激活的NFC设备。在很多实施例中，接收线圈107也可从功率接收器105的内部电路断开。

该方案可降低功率接收器105意外接收到意图用于提供功率到另一邻近功率接收器的功率传输信号的影响。

作为特定示例，在其中NFC-A信号技术被采用在无源通信模式中的情形中，在NFC数字协议、技术规范、版本1.0、NFC论坛、2010年11月17日中描述的SDD_REQ命令可被发起者使用以检测是否多于一个具有相同技术（在该情况下是NFC-A）的设备在发起者的操作场中。这可在冲突解决活动期间被检测。因此，如果在图7中描述的示例中，Tx #1和App #1使用NFC-A通信，并且App #2仅能够使用NFC-F通信，则发起者将不检测到多于一个设备在其通信范围内。在该情况下，App #2也将从Tx #1接收功率。

为了防止这样的情形，如果尚未执行设备激活（用于NFC通信链路），则功率接收器的功率线圈可在一些实施例中从至少负载，以及通常从功率接收器的其它部分断开。换言之，功率接收器105的功率线圈可在一些实施例中从负载断开，除非激活NFC通信单元。

上述示例描述了功率接收器105被布置为从负载断开功率接收线圈107信号。然而，在一些实施例中，功率接收器105不能从负载断开功率接收线圈107信号。

在这样的情形中，功率接收器105可被布置为响应于不存在由第二通信单元405建立的短距通信链路而减小到负载403的功率。在这样的实施例中，功率接收线圈107可被短路或附接到接收器线圈107的谐振电路可以被去谐，除非第二通信单元405已建立与功率传送器101的短距通信链路。

在一些实施例中，功率接收器105可包括用户接口并且可响应于功率传输信号的存在和不存在由通信单元建立的短距通信链路的检测而生成用户警告。

例如，如果功率接收器105包括感应加热元件（即智能平底锅）而非功率接收器线圈，则不可能从其它电路断开接收线圈107，并且如果功率接收器被定位为接收意图用于另一功率接收器的功率传输信号则感应加热元件的意外加热可能发生。在该情况下，器械可利用例如可听噪声和/或警告灯来警告用户该非期望情形。用户可然后手动解决该情形。

在一些实施例中，功率控制器303被布置为响应于在给定时间间隔内未接收到从第二实体预期的响应消息的检测而禁止功率传输。该消息可以例如是响应于从功率传送器101传送的消息而预期的专用响应消息，或可例如是作为正常操作的部分功率接收器105被预期传送的消息。例如，在功率传输操作期间，功率接收器105应当至少每250毫秒或更快地传送功率控制消息。如果这样的消息未被及时接收，则功率控制器303可着手禁止功率传输，并且具体地其可终止功率传输或减小功率传输信号的功率水平（特别是减小到零）。

该方案可例如检测功率接收器105是否在功率传输期间被移除。操作可取决于哪个实体是发起者。如果发起者被实施在功率传送器侧上，则如果功率接收器已被移除，发起者将在减小的功率时间间隔期间不从目标接收响应。第一通信单元305可相应地生成超时错误，并且作为响应，功率控制器303可终止功率传输。

在一些实施例中，功率控制器303可响应于不存在来自功率接收器105的无线电信号的检测而禁止功率传输。

例如，如果发起者被放置在功率接收器侧上，则在功率传送器侧上实施目标。如果通信是基于有源通信模式，则当目标在收听模式中时，它将不感测由发起者生成的RF场。如果通信是无源通信模式，则目标将不再被发起者供电。因此，无论处于有源还是无源通信模式，可检测到不存在来自发起者（功率接收器105）的RF信号，并且该信号的不存钱的检测可被馈送到功率控制器303，其相应地可通常通过终止功率传输来着手禁止功率传输。

在一些实施例中，第二通信单元405被布置为响应于功率传输信号存在的检测而防止与功率传送器101的通信链路的终止。具体地，只要功率传输信号存在（在功率时间间隔中），第二通信单元405将不终止通信链路。因此，只要在功率时间间隔期间存在来自功率传送器101的功率传输信号，则由第二通信单元405支持短距通信链路。这可降低功率传送器101偶然被非意图的功率接收器105控制的风险。

具体地，对于NFC通信，只要功率传送器传送功率传输信号，则不执行设备去激活活动。这可防止在功率传送器（图7的Tx#1）的通信范围内的第二器械（例如图7中的App#2）能够与功率传送器（图7的Tx#1）通信，同时这是与第一器械（图7的App#1）传送功率并且交换数据。因为NFC通信仅支持两个实体之间的通信，一个通信链路的维护可防止另一个被建立（具体地如果在两个实体之间的通信在数据交换阶段中）。

在一些实施例中，功率传送器101和/或功率接收器105还可被布置为传送标识数据并且监测是否接收到预期标识。

具体地，发起者可以以规则间隔请求其与之通信的目标的标识号。作为响应，发起者将接收标识号并且检查其是否与预期值匹配。如果不是，则可禁止功率传输，并且通常可终止功率传输。

具体地，如果功率传送器101未接收来自功率接收器105的正确标识（例如作为从功率接收器105接收的其它数据消息的部分），则功率控制器303被通知并且其相应地着手终止功率传输。

在这样的示例中，功率接收器105可因此反复传送其自身的标识到第二功率传送器101。传送可以基于来自功率传送器101的请求或可以独立生成，诸如例如通过在所有数据中包括标识，或通过以规则间隔传送文档。

因此，系统可包括附加预防措施，其可例如帮助降低功率传送器与多于一个功率接收器通信、功率传送器提供功率到其未与之通信的功率接收器、功率传送器与未初始化与其的通信链路的功率接收器通信、和/或功率接收器与多于一个功率传送器通信的风险。

如之前提到的，前向和/或反向通信链路是不利用传送线圈103、接收线圈107或实际上功率传输信号的通信链路。相反，它们在图1的系统中是独立通信链路，其不被功率传输的特性中的变化影响，并且具体地不被功率传输信号的负载的变化影响。相应地，该方案允许显著改进的通信，其具有对例如动态负载变化的本质上降低的敏感度。

而且，具体地NFC通信的应用允许包括已经在市场上可用的传送器和接收器芯片、天线、通信协议等的已有通信系统被使用。不需要开发专用通信方法。因此，可以获得在开发时间方面的显著收获以及由于规模经济导致的降低的成本。

此外，可以利用具体地支持高达424kbit/s的最大数据速率的NFC来实现本质上增加的数据速率。该通信速度比通过用于低功率的QI无线功率规范实现的2kbit/s大得多，即使将非连续通信考虑在内。

此外，使用具有高达4-10m的最大通信范围的NFC，可确保功率传送器101从非常靠近的功率接收器105接收控制数据，由此降低或潜在地消除功率传输被与功率传输中涉及的那个功率接收器不同的功率接收器控制的风险。NFC芯片和天线可被以这样的方式放置在功率传送器中，使得其可仅与被定位于本质上在传送线圈上或附近的功率接收器通信，而不与被定位在另一传送线圈或功率传送器上的功率接收器通信。因此，通信链路将仅在功率传送器和它正在向其提供功率的功率接收器之间建立。与放置在不同功率传送器顶上的功率接收器通信将被防止，因为该功率接收器将在功率传送器的通信范围之外。

在一些实施例中，功率传送器可被布置为从变化的DC功率传输信号生成功率传输信号。

这样的驱动器的示例在图8中图示。图9图示驱动器201的信号的信号波形的示例。

驱动器201包括生成功率源信号的功率源801。功率源801是具有不多于1kHz，并且通常不多于500Hz或200Hz的周期性变化的频率的周期性变化信号。在很多实施例中，周期性变化对应于输入AC信号的变化，并且具体地对应于从具有在40Hz和70Hz之间的频率（通常50Hz或60Hz）的输入干线信号得到的周期性变化。周期性变化可具体地源自于输入AC信号的整流，并且可相应地通常具有对应于输入AC信号的频率（单个整流）或输入AC信号的频率的两倍（双整流）的频率。

功率源信号相应地是可具有周期性变化的功率/电压/电流的周期性变化信号。该变化具有不多于1kHz的低频率并且通常功率源信号是具有对应于输入AC信号的频率的频率（或是其两倍）的低频率信号。

具体地，在该示例中，AC到DC转换器接收AC信号并且生成具有变化水平的DC信号。在该特定示例中，功率源801接收具有50Hz或60Hz的频率的干线得到的正弦波信号（图9的Umains）。功率源801执行正弦波信号的全波整流。因此，生成对应于图9的Udc_abs信号的功率源信号。

在该特定示例中，功率源801不包括任何平滑电容器，并且因此功率源信号对应于全波整流的正弦波信号。然而，在其它实施例中，功率源801可包括对整流的信号进行平滑的电容器，由此生成具有较少水平变化的功率源信号。然而，在大多数实施例中，电容器可相对小，导致具有（至少对于一些负载）本质上变化的水平的功率源信号。例如，在很多情形中，纹波可以是全负载的至少20%或50%。

因此，生成具有变化电压的DC功率源信号。变化电压是由于AC电平的变化并且因此DC功率源信号是具有干线的频率的两倍的周期、即具有对于50Hz输入信号的10毫秒的周期的周期信号。

功率源801耦合到功率传输信号发生器803，其接收功率源信号并且从这生成用于耦合到功率传输信号发生器803的电感器103的驱动信号。

功率传输信号发生器803具体地包括频率转换器805，其被布置为将驱动信号的频率生成为高于功率传输信号的频率。频率转换器可相对于功率传输信号增大驱动信号的频率。电感器103由具有比功率源信号的频率本质上更高的频率的驱动信号来驱动。功率源信号的周期通常不小于2.5毫秒或甚至5毫秒（分别对应于400Hz或200Hz的频率）。然而，驱动信号通常具有至少20kHz或200kHz的频率。在功率传输间隔期间，驱动信号可具体地被给出为：

d(t)=p(t)∙x(t)

其中p(t)是功率源信号并且x(t)是具有比p(t)更高的频率的信号，并且通常具有高得多的频率（例如通常100倍或更多）。为了降低损耗，x(t)通常是AC信号，即其具有零的平均值。

x(t)可例如是正弦波。然而，在图8的示例中，x(t)对应于方波信号。在该示例中通过开关操作而不是通过乘法来执行频率转换。具体地，频率转换器805包括开关电路，功率源信号提供给其作为供应电压，并且其经由开关元件耦合到电感器103，开关元件提供对应于功率源信号和频率转换信号x(t)的乘法的效果。

在图8的系统中，频率转换器805包括以逆变器的形式的驱动电路，其从被用作供应电压的功率源信号的变化的DC电压生成交变信号。图10示出半桥逆变器的示例。开关S1和S2被控制使得它们决不同时闭合。交替地，在S2打开的同时S1闭合，以及在S1打开的同时S2闭合。开关被以期望频率打开和闭合，由此在输出处生成交变信号。图11示出全桥逆变器。开关S1和S2被控制为使得它们决不同时闭合。类似地，开关S3和S4被控制为使得它们决不同时闭合。交替地，在S2和S3打开的同时S1和S4闭合，并且然后在S1和S4打开的同时S2和S3闭合，由此在输出处产生方波信号。开关被以期望频率打开和闭合。

图9中图示得到的信号Uac_HF。该信号到通常包括谐振信号的传送线圈103的应用将导致图9的信号Uac_TX。

然而，在图8的驱动器201中，通过频率转换器805生成的信号未被直接馈送到传送器线圈103。相反，信号被馈送到限制器807，其被布置为限制被馈送至电感器的驱动信号的功率，使得该功率在减小的功率时间间隔期间，即在通信间隔期间低于给定阈值。限制器807的输出被馈送到传送器线圈103。通常，该耦合包括谐振电路（其可被认为是限制器807的部分）。

作为特定示例，限制器807可通过从频率转换器805的输出断开传送器线圈103来简单地限制被馈送到传送器线圈103的信号的功率。因此，在该示例中，来自频率转换器805的信号在各功率传输间隔期间耦合到传送器线圈103，所述功率传输间隔被通信间隔中断，在所述通信间隔中来自频率转换器805的信号未耦合到传送器线圈103。

限制器807还可以是逆变器的固有部分。作为特定示例，通常以相位差切换全桥逆变器中的开关，意味着至少部分时间，开关S1和S4被闭合的同时S2和S3被打开，并且反之亦然，可通过没有相位差地切换停止方波的生成，意味着开关S1和S3被闭合同时S2和S4被打开，并且反之亦然。一般地，可通过全桥中的相位来控制功率传输信号的强度。开关越同相，功率传输信号的幅值越低，开关越异相，功率传输信号的幅值越高。

图12图示了得到的信号（使用与用于图9的相同注释）。该图首先示出信号Umains，其是馈送到功率源的干线信号。该信号被全波整流以生成对应于如图9中示出的Udc_abs的信号水平变化的功率源信号。频率转换器805然后将此转换为对应于图9和12的Uac_HF的高频率信号。然而，不是仅将该信号馈送到传送器线圈103/谐振电路，根据图12的选通信号On_Off_ZeroX信号来选通该信号（即连接和断开）。当该选通信号具有低值时，由频率转换器805生成的功率传输信号耦合到传送器线圈103/谐振电路并且当该选通信号具有低值时，由频率转换器805生成的功率传输信号未耦合到传送器线圈103/谐振电路。因此在选通之后得到的信号被示为图12的Uac_HF，其在被谐振电路平滑后变成图12的信号Uac_Tx。因此，馈送到传送器线圈103的功率传输信号在该特定示例中对应于图12的信号Uac_Tx。

作为示例，限制器807可与半桥或全桥逆变器合并。当选通信号On_Off_ZeroX具有低值时，半桥或全桥逆变器的所有开关可被切换到非导通状态，使得功率传输信号未耦合到传送器线圈。

选通信号因此定义功率传输间隔，在功率传输间隔中功率传输驱动信号被馈送到传送器线圈103。这些功率传输间隔被减小的功率时间间隔中断，在减小的功率时间间隔中，功率传输信号未被馈送到传送器线圈103。在图8的驱动器中，这些重复时间间隔/减小的功率时间间隔替代地被用于在功率传送器101和功率接收器105之间的短距通信，即它们被用作通信间隔（通过图12的NFC载波信号指示）。

因此，减小的功率时间间隔在该情况中不是随机或独立于功率传输信号生成的，而是与功率传输信号中的变化同步。具体地，减小的功率时间间隔对应于功率源信号的值/水平低于阈值时所在的时间间隔。

因此，功率源同步器可将减小的功率时间间隔与功率源信号中的周期性变化同步，并且具体地，这可通过选通信号在适当时间在高和低值之间切换来实现。

功率源同步器可具体地将减小的功率时间间隔同步以对应于功率源信号的绝对值的周期性最小值。对于变化的DC信号，这可对应于功率源信号的值的周期性最小值。对于AC信号，这可对应于随着其在被整流后变成的功率源信号的值的周期性最小值。实际上，对于AC信号，这可对应于功率源信号的值的过零点。功率源同步器可具体地测量功率源信号的电压并且与该电压同步。然而，等同地，功率源同步器可测量功率源信号的电流或功率并且与该电流或功率同步。实际上，基于这些值之一的测量的同步还将导致基于其他值的同步。因此，将认识到，可使用任何适当参数来执行同步。

功率源同步器可在很多实施例中执行同步，使得减小的功率时间间隔的频率不多于周期性变化的频率的五倍或五分之一。在很多实施例中，功率源同步器可在很多实施例中执行同步，使得减小的功率时间间隔的频率与周期性变化的频率相同或是其两倍。实际上，在很多实施例中，针对功率源信号的绝对值的每个最小值生成减小的功率时间间隔。

实际上，在图12的示例中，针对AC输入信号的每个过零点生成一个减小的时间间隔，对应于整流的输入信号的每个最小值。

重要地，减小的功率时间间隔被选择为对应于功率源信号Umains的过零点并且因此对应于信号中功率传输是最不高效的部分。该方案可导致更高效的功率传输。

如在图12由信号（NFC）载波图示的，将NFC通信与减小的功率时间间隔同步并且因此与功率源信号的过零点同步。

在下文中，将提供涉及NFC实施方式的一些特定评论。

在一些实施例中，NFC通信可根据NFC-A/NFC-DEP协议。

在该情况下，在轮询模式中（即从发起者到目标），传送的信号是使用具有ASK100%调制的修改的米勒编码调制的13.56MHz载波信号。在收听模式中（即从目标到发起者），目标通过使用具有OOK子载波调制的曼彻斯特编码调制载波信号来响应。NFC-A的比特持续时间等于大约9.44微秒。因此，可实现106kbit/s的数据速率。

在该示例中，减小的功率时间间隔的典型持续时间可以大约2ms。在减小的功率时间间隔期间，发起者根据如在NFC数字协议、技术规范、版本1.0、NFC论坛、2010年11月17日中定义的比特级编码、帧格式、数据格式和有效载荷格式来传送数据分组。

图13中图示操作的时序图。在该示例中：

- 选择传送的帧的第一比特以在减小的功率时间间隔/时间窗的开始处发生。在时间窗的开始和第一比特的转变之间引入小时间延迟（t_a-t₀）。

- 选择传送的帧的最后比特（即帧的结尾的最后比特）在减小的功率时间间隔/时间窗的结尾之前发生。

因此，通过同步器在减小的功率时间间隔/时间窗的开始处触发通信单元。

如在图13中描绘的，帧延迟时间轮询→收听（FDT_{Poll→Listen}）等于t_c-t_b。在该图中，发起者正在一个减小的功率时间间隔窗期间发送数据，并且目标正在下一减小的功率时间间隔期间进行响应。可将FDT_{Poll→Listen}设计为满足以下时序要求：

- FDT_{Poll→Listen}应当大于在NFC标准中定义的最小帧延迟时间。最小帧延迟时间在所有情况下小于时间周期t₂-t₁。因此，该要求是固有满足的。

- FDT_{Poll→Listen}应当小于在NFC标准中定义的响应等待时间（RWT）。响应等待时间定义了以下时间，在该时间内目标必须在轮询帧的结尾之后发送其响应的数据开始（SoD）。其通过以下公式计算：

RWT=(256 x 16/f_c) x 2^WT

其中f_c是载波频率（即13.56MHz），并且WT是在0到14的范围中的值。在目标激活活动期间，值WT被传送到发起者。为了具有安全操作，RWT被选择为大于功率时间间隔（t₂-t₁）。该值通常是大约8ms。因此，值WT必须等于或大于5，其对应于大约等于9.67ms的RWT。为了安全操作，可使用等于或大于6的值。

- 如在图13中图示的，如果发起者在一个减小的功率时间间隔期间发送数据并且目标在下一减小的功率时间间隔期间进行响应，则FDT_{Poll→Listen}应当大于在其期间传送功率的时间窗（t₂-t₁），并且小于时间窗t₃-t₁。

- 如果目标在如由发起者传送其数据所使用的同一减小的功率时间间隔期间进行响应，则FDT_{Poll→Listen}应当足够小（通常大约100微秒），以便具有t_d-t_a<t₁-t₀。

帧延迟时间收听→轮询（FDT_A,POLL）是在收听和轮询帧之间的时间。最大值FDT_A,POLL,Max未定义。因此，在目标已响应后，发起者可自由选择其使用哪个减小的功率时间间隔来发送接下来的数据分组。

在一些实施例中，NFC通信可以根据NFC-F/NFC-DEP协议。

在该示例中，在两个传送方向（即轮询模式和收听模式），传送的信号是使用具有ASK调制的曼彻斯特编码调制的13.56MHz载波信号。NFC-F相对于NFC-A的一个优点是可实现较大的数据速率。可实现212kbit/s或424kbit/s的数据速率。

还可在这样的实施例中应用如针对NFC-A/NFC-DEP协议图示的相同时序要求。

在一些实施例中，NFC通信可以根据NFC-A/Type 4A Tag/ISO-DEP协议。

在一些实施例中，NFC通信可以根据NFC-F/Type 3 Tag/Half-duplex协议。

Type 3 Tag平台使用NFC-F帧延迟时间。其使用如由NFC标准针对时序要求定义的最大响应时间（MRT）。为了具有安全操作，选择MRT大于功率时间间隔（t₂-t₁）。MRT通过以下公式计算：

MRT = T x ((A+1) + n (B+1)) x 4^E

其中：

- 参数n表示在CHECK或UPDATE命令中的块字段的尺寸（即块的数量）。

- 值T等于302.1微秒（256x16/f_c）。

- 当其探查到操作场时，参数A、B和E被传送到发起者。如在图13中示出的，这些参数必须被选择以便大于帧延迟时间轮询→收听（t_c-t_b）。

在下文中，将特别参考NFC实施例来提供涉及可能物理定位的一些评论。

物理布置可以寻求防止在功率传送器中实施的NFC通信单元（发起者或目标）能够与在另一功率传送器中实施的NFC通信单元通信。因此，为了获得在两个功率传送器之间的最小可能距离，NFC通信单元的线圈（即它们的天线）可以是：

- 被放置在与功率线圈相同的平面。

- 与功率线圈的中心对准。

该配置在图14中描绘。如示出的，在两个NFC线圈之间的距离可被选择为大于10cm，其大约是可实现的最大通信距离。因此，在两个功率传送器之间的中心到中心距离D可被选择为大于d_NFC+10cm，其中d_NFC是NFC线圈的直径。在NFC模拟规范的附件中，提供参考设计。NFC线圈具有7cm的外直径。因此，D可被选择为大于17cm。如果使用比在参考设计中提供的线圈更大的NFC线圈，则可增大距离。

还可采用类似线圈拓扑（即与功率线圈的中心对准的NFC线圈）用于在功率接收器中实施的NFC线圈。在该情况下，在功率传送器和功率接收器之间的通信链路可仅在这两个实体被对准用于功率传输的情况下发生，尽管仍然允许小的未对准（其取决于与台面厚度和通信范围）。如果无线供电器械包括感应加热（即智能平底锅）而非功率接收器线圈，则NFC可被选择为与感应加热系统的中心对准。

因为功率接收器可使其NFC线圈与其功率传送器的NFC线圈远离10cm并且仍然能够通信，所以第二功率传送器应当被放置在大于2*d_NFC+10cm的距离D处，以便防止在功率接收器和第二功率传送器之间的通信链路；d_NFC是NFC线圈的直径。该配置在图15中示出。作为最坏情况，考虑等于零的台面厚度。利用在NFC模拟规范中提供的参考设计的尺寸，D应当大于24cm。

如果第二无线供电器械被放置在台面表面上，其NFC线圈应当被放置为远离传送器的NFC线圈的中心大于10cm，以便不具有在功率传送器和该第二器械之间的通信链路。

将认识到，上面的描述为了清楚起见已经参考不同功能电路、单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，将明显的是，可以使用在不同功能电路、单元或处理器之间的功能的任何适当分布，而不偏离本发明。例如，被图示为由分离的处理器或控制器执行的功能可以由同一处理器或控制器执行。因此，对特定功能单元或电路的引用仅仅应被视为对用于提供所描述的功能的适当构件的引用，而不是指示严格的逻辑或物理结构或组织。

本发明可以以包括硬件、软件、固件或这些的任意组合的任何适当形式实施。本发明可以可选地被至少部分实施为运行在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上的计算机软件。本发明的实施例的元件和部件可以以任何适当方式物理地、功能地和逻辑地实施。实际上，功能可以被实施在单个单元中、在多个单元中或作为其它功能单元的部分。因此，本发明可以在单个单元中实施，或可以物理地和功能地分布在不同单元、电路和处理器之间。

尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是其并非意图受限于本文阐述的特定形式。相反，本发明的范围仅由所附权利要求限制。附加地，尽管特征可能看起来是结合特殊实施例描述的，但是本领域技术人员将辨识到，可以根据本发明组合描述的实施例的各个特征。在权利要求中，术语包括并不排除其它元件或步骤的存在。

此外，尽管被单独地列出，但是多个构件、元件、电路或方法步骤可通过例如单个电路、单元或处理器实施。附加地，尽管可以在不同权利要求中包括各个特征，但是这些可以可能地有利组合，并且包括在不同权利要求中不隐含特征的组合不是可行和/或有利的。而且，将特征包括在一个种类的权利要求中不隐含限制于该种类，而是相反指示该特征视情况同等地适用于其他权利要求种类。此外，权利要求中的特征的顺序不隐含特征必须被操作的任何特定顺序，并且特别地在方法权利要求中各个步骤的顺序不隐含这些步骤必须以该顺序来执行。相反，步骤可以以任何适当顺序执行。附加地，单数引用不排除多个。因此对“一”、“一种”、“第一”、“第二”等的引用不排除多个。权利要求中的参考符号仅仅被提供为澄清示例，其不应当被解释为以任何方式限制权利要求的范围。

Claims

1.一种用于无线功率传输系统的装置，所述无线功率传输系统包括被布置为经由无线感应式功率传输信号提供功率传输到功率接收器（105）的功率传送器（101），在功率传输阶段期间的所述功率传输信号被提供在具有不少于5Hz并且不多于200Hz的重复频率的周期性重复的功率传输信号时间帧的功率时间间隔中，所述功率传输信号时间帧进一步包括减小的功率时间间隔，所述功率传输信号的功率针对相对于所述功率时间间隔的所述减小的功率时间间隔被减小；所述装置包括：

功率传输电感器（103、107），用于所述功率传输信号的传输；

通信天线，用于短距通信；

短距通信单元（305、405），耦合到所述通信天线并且被布置为使用所述短距通信与作为所述功率传送器（101）和所述功率接收器（105）中的至少一个的第二实体传达数据消息，所述短距通信具有不超过20cm的范围并且使用与所述功率传输信号分离的载波信号；以及

同步器（309、409），被布置为将所述短距通信与所述功率传输信号时间帧同步使得所述短距通信受限于所述减小的功率时间间隔。

2.权利要求1所述的装置，其中所述载波的载波频率不小于所述功率传输信号的频率的两倍。

3.权利要求1所述的装置，其中在第一时间帧中在减小的功率时间间隔期间的所述功率传输信号的功率水平不多于在所述第一时间帧期间在功率时间间隔期间的所述功率传输信号的功率水平的20%。

4.权利要求1所述的装置，其中所述短距通信是近场通信，并且所述短距通信单元（305、405）可操作以操作作为发起与所述第二实体的短距通信链路的发起者。

5.权利要求1所述的装置，其中所述短距通信单元（305、405）被布置为在从所述第二实体接收数据消息所在的所述减小的功率时间间隔中对从所述第二实体接收的数据消息进行答复。

6.权利要求1所述的装置，其中所述短距通信单元（305、405）被布置为在随后于从所述第二实体接收数据消息所在的所述减小的功率时间间隔的减小的功率时间间隔中对从所述第二实体接收的数据消息进行答复。

7.权利要求1所述的装置，其中所述短距通信单元（305、405）被布置为在进入功率传输阶段之前执行至少第一操作，所述至少第一操作包括选自以下的操作：

所述第二实体的通信能力的检测；

通信冲突检测；

在所述装置和所述第二实体之间的通信会话初始化；

所述第二实体的设备激活。

8.权利要求1所述的装置，其中所述短距通信单元（305、405）被布置为重复地传送所述装置的标识到所述第二实体。

9.权利要求1所述的装置，还包括功率传输控制器（303），其被布置为响应于未接收到匹配预期标识值的所述第二实体的身份的指示而禁止功率传输。

10.权利要求1所述的装置，其中所述装置是功率传送器（101）。

11.权利要求10所述的装置，还包括

功率源（801），用于提供周期性变化的功率源信号，所述功率源信号中的周期性变化的频率不多于1kHz；

功率传输信号发生器（803），用于从所述功率源信号生成用于功率传送电感器（103）的驱动信号，所述功率传输信号发生器（803）包括：

频率转换器（805），被布置为生成将比所述功率源信号中的周期性变化的频率更高的驱动信号的频率，以及

限制器（807），用于在所述减小的功率时间间隔中限制被馈送到所述功率传送电感器（103）的所述驱动信号的功率低于阈值；以及

功率源同步器，用于将所述减小的功率时间间隔与所述功率源信号中的周期性变化同步。

12.权利要求11所述的装置，其中所述功率源同步器被布置为同步所述减小的功率时间间隔以对应于所述功率源信号的绝对值的周期性最小值。

13.权利要求10所述的装置，其中所述短距通信单元（305）被布置为执行对能够通过短距通信来与之通信的可能通信实体的检测，并且所述装置还包括被布置为如果检测到多于一个可能通信实体则禁止功率传输的功率传输控制器（303）。

14.权利要求10所述的装置，还包括被布置为响应于在时间间隔内未接收到预期来自所述第二实体的响应消息的检测而禁止功率传输的功率传输控制器（303）。

15.权利要求10所述的装置，还包括被布置为响应于不存在来自所述第二实体的无线电信号的检测而禁止功率传输的功率传输控制器（303）。

16.权利要求1所述的装置，其中所述装置是所述功率接收器（105）。

17.权利要求16所述的装置，还包括被布置为响应于不存在来自所述第二实体的通信信号的检测而减小到所述功率接收器（105）的负载（403）的功率的控制器（401）。

18.权利要求16所述的装置，还包括被布置为响应于不存在来自所述第二实体的通信信号的检测而生成用户警告的用户接口。

19.权利要求16所述的装置，其中所述短距通信单元（405）被布置为响应于所述功率传输信号是存在的检测而禁止与所述第二实体的通信链路终止。

20.权利要求16所述的装置，其中所述同步器（409）被布置为响应于所述功率传输信号的周期性功率变化而确定所述功率传输信号时间帧的时序。

21.一种用于无线功率传输系统的操作的方法，所述系统包括被布置为经由无线感应式功率传输信号提供功率传输到功率接收器（105）的功率传送器（101），所述功率传输信号被提供在具有不少于5Hz并且不多于200Hz的重复频率的周期性重复的功率传输信号时间帧的功率时间间隔中，所述功率传输信号时间帧进一步包括减小的功率时间间隔，所述功率传输信号的功率针对相对于所述功率时间间隔的所述减小的时间间隔被减小；所述方法包括在功率传输阶段期间执行以下步骤：

使用短距通信基于与所述功率传输信号分离的载波信号，并且使用与用于所述功率传输信号的传输的功率传输电感器（103、107）不同的通信天线，与作为所述功率传送器（101）和所述功率接收器（105）中的至少一个的第二实体传达数据消息，所述短距通信具有不超过20cm的范围；以及

将所述短距通信与所述功率传输信号时间帧同步，使得所述短距通信受限于所述减小的功率时间间隔。