CN110098670A - 具有带内通信的无线功率系统 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“具有带内通信的无线功率系统”。无线功率接收装置具有从无线功率传输装置接收无线功率信号的接收线圈，并且具有从所述接收的无线功率信号产生直流功率的整流器。所述无线功率接收装置的所述接收线圈耦合到无线收发器电路系统。相似地，所述无线功率传输装置的所述传输线圈耦合到无线收发器电路系统。在所述无线功率接收装置或传输中的所述无线收发器电路系统能够被配置为使用任何期望的调制方案生成和/或调制一个或多个数据载波。所述一个或多个调制的数据载波在所述对应无线功率传输和接收装置的所述传输线圈和所述接收线圈之间传输。所述一个或多个数据载波可具有与所述功率传输频率不同的频率。

Description

具有带内通信的无线功率系统
本案要求2018年11月19日提交的美国专利申请号16/194,669和2018年1月27日提交的美国临时专利申请号62/622,859的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本发明整体涉及功率系统，并且更具体地，涉及用于给电子装置充电的无线功率系统。
背景技术
在无线充电系统中，无线充电垫向放置在垫上的便携式电子装置无线传输功率。便携式电子装置具有线圈和整流器电路系统。线圈接收来自在无线充电垫中的线圈的交流电无线功率信号，所述无线充电垫被在便携式电子装置中的线圈重叠。整流器电路系统将所接收的信号转换为直流功率。
发明内容
无线功率系统具有无线功率传输装置和无线功率接收装置。无线功率接收装置具有接收来自无线功率传输装置的无线功率信号的接收线圈并且具有由所接收的无线功率信号产生直流功率的整流器。无线功率传输装置具有至少一个传输线圈。在一些情况下，无线功率传输装置可具有传输线圈的阵列。
无线功率接收装置的接收线圈耦合到无线收发器电路系统。无线功率传输装置的传输线圈阵列耦合到无线收发器电路系统。在无线功率接收装置中的无线收发器电路系统可被配置为生成使用任何期望的调制方案调制的一个或多个数据载波。然后一个或多个数据载波通过接收线圈传输到无线功率传输装置。
一个或多个数据载波可具有与功率传输频率不同(例如，更高)的频率。数据可使用一个或多个数据载波以快速速率在无线功率传输装置和无线功率接收装置之间传输。
附图说明
图1是根据一个实施方案的包括无线功率传输装置和无线功率接收装置的例示性无线充电系统的示意图。
图2是根据一个实施方案的具有上面已放置无线功率接收装置的充电表面的例示性无线功率传输装置的顶视图。
图3是根据一个实施方案的例示性无线功率传输电路系统、无线功率接收电路系统和无线收发器电路系统的电路图。
图4是根据一个实施方案的具有有源噪声消除功能的例示性无线功率传输电路系统、无线功率接收电路系统和无线收发器电路系统的电路图。
图5是根据一个实施方案能够被用来通过调制载波来传输数据的例示性无线收发器电路系统的电路图。
具体实施方式
无线功率系统包括无线功率传输装置，诸如无线充电垫。无线功率传输装置向无线功率接收装置(诸如腕表、蜂窝电话、平板计算机、膝上型计算机或其它电子装置)无线地传输功率。无线功率接收装置使用来自无线功率传输装置的功率用于为装置供电以及为内部电池充电。
图1中示出了例示性无线功率系统(无线充电系统)。如图1所示，无线功率系统8包括无线功率传输装置(诸如无线功率传输装置12)，并且包括无线功率接收装置(诸如无线功率接收装置24)。无线功率传输装置12包括控制电路系统16。无线功率接收装置24包括控制电路系统30。在系统8中的控制电路系统，诸如控制电路系统16和控制电路系统30用于控制系统8的操作。此控制电路系统可包括与微处理器、功率管理单元、基带处理器、数字信号处理器、微控制器和/或具有处理电路的专用集成电路相关联的处理电路系统。处理电路系统在装置12和24中实现期望的控制和通信特征。例如，处理电路系统能够用于选择线圈、确定功率传输水平、处理传感器数据和其它数据、处理用户输入、处置在装置12和24之间的协商、发送和接收带内和带外数据、进行测量，以及其他控制系统8的操作。
系统8中的控制电路系统可被配置为使用硬件(例如，专用硬件或电路系统)、固件和/或软件来在系统8中执行操作。用于在系统8中执行操作的软件代码存储在控制电路系统8中的非临时性计算机可读存储介质(例如，有形计算机可读存储介质)上。该软件代码有时可被称为软件、数据、程序指令、指令、或代码。非临时性计算机可读存储介质可包括非易失性存储器诸如非易失性随机存取存储器(NVRAM)、一个或多个硬盘驱动器(例如，磁盘驱动器或固态驱动器)、一个或多个可移动闪存驱动器、或其它可移动介质等。存储在非临时性计算机可读存储介质上的软件可在控制电路系统16和/或30的处理电路系统上执行。处理电路系统可包括具有处理电路系统的专用集成电路、一个或多个微处理器、中央处理单元(CPU)、或其它处理电路系统。
功率传输装置12可以是独立的功率适配器(例如，包括功率适配器电路系统的无线充电垫)，可以是通过缆线耦合到功率适配器或其它设备的无线充电垫，可以是便携式装置，可以是已经结合到家具、车辆或其它系统中的设备，或可以是其它无线功率传递设备。其中功率传输装置12是无线充电垫的例示性配置在本文中有时作为示例进行描述。
功率接收装置24可以是便携式电子装置，诸如腕表、蜂窝电话、膝上型计算机、平板计算机、附件诸如耳塞，或其它电子设备。功率传输装置12能够耦合到壁装插座(例如，交流功率源)，可具有用于供应功率的电池，和/或可具有另一个功率源。功率传输装置12可具有交流(AC)-直流(DC)功率转换器，诸如AC-DC功率转换器14，用于将来自壁装插座或其它功率源的AC功率转换成DC功率。DC功率可用于为控制电路系统16供电。在操作期间，控制电路系统16中的控制器可使用功率传输电路系统52来向装置24的功率接收电路系统54传输无线功率。功率传输电路系统52可具有切换电路系统(例如，由晶体管形成的逆变器电路系统60)，所述切换电路基于由控制电路系统16提供的控制信号而接通或截止，以形成通过一个或多个传输线圈42的AC电流信号。线圈42可布置成平面线圈阵列(例如，在其中装置12是无线充电垫的配置中)。
当AC电流通过一个或多个线圈42时，产生交流电磁(例如，磁)场(信号44)，这些交流电磁场由一个或多个对应接收器线圈，诸如在功率接收装置24中的线圈48接收。当交流电磁场被线圈48接收时，在线圈48中诱导出对应的交流电流。整流器电路系统诸如整流器50(其包含整流部件，诸如布置在桥式网络中的同步整流金属氧化物半导体晶体管)将从线圈48接收的AC信号(与电磁信号44相关联的所接收交流信号)转换成DC电压信号以用于给装置24供电。
由整流器50产生的DC电压可用于为电池诸如电池58供电，并且可用于为在装置24中的其它部件供电。例如，装置24可包括输入输出装置56诸如显示器、触摸传感器、通信电路、音频部件、传感器和其它部件，并且这些部件可由整流器50所产生的DC电压(和/或电池58所产生的DC电压)供电。
装置12和/或装置24可使用带内或带外通信进行无线通信。装置12可例如具有无线收发器电路40，该无线收发器电路系统40使用天线来向装置24无线地传输带外信号。无线收发器电路系统40可用于使用天线从装置24无线地接收带外信号。装置24可具有向装置12传输带外信号的无线收发器电路系统46。无线收发器系统46中的接收器电路可使用天线来从装置12接收带外信号。
无线收发器电路系统40也可使用一个或多个线圈42传输带内信号，所述信号由无线收发器电路系统46使用线圈48接收。本文，带内信号可指在(一个或多个)线圈42和(一个或多个)线圈48之间通信的信号。带内信号可具有或可不具有与功率传输频率相同的频率。相似地，无线收发器电路系统46可使用一个或多个线圈48传输带内信号，所述信号由无线收发器电路系统40使用线圈42接收。可使用任何合适的调制方案支持经由(一个或多个)线圈42和(一个或多个)线圈48在装置12和装置24之间的带内通信信号。
在无线功率传输操作期间，电路系统52在给定功率传输频率下向一个或多个线圈42供应AC驱动信号。功率传输频率可以是例如约125kHz、至少80kHz、至少100kHz、在100kHz和205kHz之间、小于500kHz、小于300khz或其它合适的无线功率频率的预先确定的频率。在一些配置中，功率传输频率可在装置12和24之间的通信中进行协商。在其它配置中，功率传输频率可以是固定的。
在一些情况下，无线收发器电路系统40在功率传输装置12和在功率接收装置24中的无线收发器电路系统46可通过调制用于传递功率的AC驱动信号带内通信。频移键控(FSK)、幅移键控(ASK)，或AC驱动信号的任何其它期望的调制能够被用于在装置12和装置24之间传送带内数据，同时功率从装置12被无线地传送到装置24。
例如，在无线功率传输操作期间，虽然功率传输电路系统52在功率传输频率下将AC信号驱动到一个或多个的线圈42中以产生信号44，但无线收发器电路系统40使用FSK调制来调制驱动AC信号的功率传输频率，并由此调制信号44的频率。在装置24中，线圈48用于接收信号44。功率接收电路系统54使用在线圈48上接收的信号和整流器50来产生DC功率。同时，无线收发器电路系统46使用FSK解调来从信号44提取带内传输数据。这种方法允许通过线圈42和48将FSK数据(例如，FSK数据分组)从装置12带内传输至装置24，同时使用线圈42和48将功率从装置12无线传送至装置24。
在装置12和24之间的带内通信也可使用ASK调制和解调技术。例如，无线收发器电路系统46可通过使用切换器(例如，在收发器46中的耦合线圈48的一个或多个晶体管)将数据带内传输到装置12以调制功率接收电路系统54(例如，线圈48)的阻抗。这继而调制信号44的振幅和通过(一个或多个)线圈42的AC信号的振幅。无线收发器电路系统40监测通过线圈42的AC信号的振幅，并且使用ASK解调从由无线收发器电路系统46传输的这些信号提取带内传输数据。使用ASK通信允许通过线圈48和42将ASK数据位(例如，ASK数据分组)从装置24带内传输至装置12，同时使用线圈42和48将功率从装置12无线传送至装置24。
使用的AC信号的带内通信的带宽能够依赖于功率传输频率。例如，当功率传输频率为约125kHz时，ASK传输的带宽可为约2kHz。在这些类型的数据传递速率下，可需要花费不期望长的时间长度以在装置12和24之间发送一些类型的信息。在一个示例性示例中，功率接收装置24可为蜂窝电话，所述蜂窝电话下载(例如，从互联网)用于功率传输装置12(例如，无线功率垫)的固件更新。使用2kHz带宽的ASK传输，将固件文件从蜂窝电话传输到无线功率垫可花费数小时。
为了提高数据传输速率并且提高带内通信的抗扰度，无线收发器电路系统40和无线收发器电路系统46能够被配置为将一个或多个数据载波(其具有比AC驱动信号更高的频率)注入用于无线功率传输的AC驱动信号。数据载波能够使用线圈42和48在装置12和24之间传输。数据载波可具有比AC驱动信号更高的频率，以启用在装置12和24之间更快的数据传输。功率接收装置24可通过调制数据载波来将数据传输到功率传输装置12。
控制电路系统16具有检测与装置12相关联的充电表面上的外部物体的外来物体测量电路系统41(有时称为外来物体检测电路系统或外部物体检测电路系统)。电路系统41可检测外来物体诸如线圈、回形针和其它金属物体，并且可检测存在无线功率接收装置24。在物体检测和表征操作期间，外部物体测量电路系统41能够用于在线圈42上进行测量以确定在装置12上是否存在任何装置24。
在例示性布置中，控制电路系统16的测量电路系统41包含信号发生器电路系统(例如，用于在一个或多个探针频率下生成AC探针信号的振荡器电路系统、脉冲发生器等)和信号检测电路系统(例如，滤波器、模数转换器、脉冲响应测量电路等)。在测量操作期间，装置12中的切换电路系统可由控制电路系统16进行调整以将线圈42中的每一个切换到使用中。当每个线圈42选择性地切换到使用中时，控制电路系统16使用信号测量电路系统41的信号发生器电路系统来向那个线圈施加探针信号，同时使用信号测量电路系统41的信号检测电路系统来测量对应响应。在控制电路系统30和/或在控制电路系统16中的测量电路系统43也能够用于进行电流和电压测量。
每个线圈42的特性取决于是否有任何外来物体与该线圈(例如，硬币、无线功率接收装置等)重叠，并且还取决于是否存在具有线圈诸如图1的线圈48的无线功率接收装置，这可提高任何重叠的线圈42的测量的电感。信号测量电路系统41被配置为向线圈施加信号并且测量对应的信号响应。例如，信号测量电路系统41可施加交流电流探针信号，同时监测在耦合到线圈的节点处的所得信号。又如，信号测量电路系统41可将脉冲施加到线圈并且测量所得脉冲响应(例如，测量线圈电感)。使用来自测量电路系统41的测量，无线功率传输装置可确定在线圈上是否存在外部物体。例如，如果所有线圈42都表现出其对所施加信号的预期标称响应，则控制电路系统16可推断出不存在外部装置。如果线圈42中的一个表现出不同的响应(例如，与正常的不存在物体的基线不同的响应)，则控制电路系统16可推断出存在外部物体(可能是兼容的无线功率接收装置)。
控制电路系统30具有测量电路系统43。在例示性布置中，控制电路系统30的测量电路系统43包含信号发生器电路系统(例如，用于在一个或多个探针频率下生成AC探针信号的振荡器电路系统、脉冲发生器等)和信号检测电路系统(例如，滤波器、模数转换器、脉冲响应测量电路等)。在测量操作期间，装置24可使用测量电路系统43来进行测量以表征装置24和装置24的部件。例如，装置24可使用测量电路系统43来测量线圈48的电感(例如，信号测量电路系统43能够被配置为测量在线圈48处的信号，同时向线圈48供应在一个或多个频率的下的信号以测量线圈电感)、信号脉冲(例如，使得在测量电路系统中的脉冲响应测量电路系统能够用于进行电感和Q因数测量)等。测量电路系统43也可进行整流器50的输出电压、整流器50的输出电流等的测量。
在图2中示出了装置12的例示性配置的顶视图，其中装置12具有线圈42阵列。装置12总体上可具有任何合适数量的线圈42(例如，22个线圈、至少5个线圈、至少10个线圈、至少15个线圈、少于30个线圈、少于50个线圈等)。装置12的线圈42能够由形成充电表面70的平面电介质结构，诸如塑料构件或其它结构覆盖。装置12中的线圈42阵列的侧向尺寸(X和Y尺寸)可以是1-1000cm、5-50cm、大于5cm、大于20cm、小于200cm、小于75cm，或其它合适的大小。线圈42可重叠或可被布置成非重叠配置。在非重叠配置中，线圈能够布置成单层(例如，在平行于XY平面的平面中)，使得没有任何线圈的部分与在层中的任何其它线圈重叠。另选地，在重叠布置中，线圈42能够在多个层中组织。在每个层内，线圈不重叠。然而，在一个层中的线圈可与在一个或多个其它层中的线圈重叠(例如，当从上面观察时，在给定层中给定线圈的轮廓可与在另一个层中的线圈的轮廓相交)。在一个示例性示例中，装置可具有三层线圈(例如，具有8个线圈的底层、具有七个线圈的中间层和具有七个线圈的上层)。一般来讲，每个层可具有任何合适数量的线圈(例如，至少2个线圈、至少5个线圈、少于9个线圈、少于14个线圈、6-9个线圈等)。装置12可具有一层线圈、至少两层线圈、至少三层线圈、至少四层线圈，少于五层线圈、4-6层线圈等。线圈42能够被放置在具有行和列的矩形阵列中，和/或能够使用六边形块图案或其它图案平铺。
系统8能够被配置为适应多个装置24的同时充电。然而，涉及操作系统8向单个装置24无线地提供功率的例示性操作在本文作为示例描述。系统8的用户可将无线功率接收装置诸如图2的装置24放置在装置12上用于充电。磁耦合系数k表示系统8中的传输线圈与接收线圈之间的磁耦合量。无线功率传输效率随k缩放，因此可通过以下方式获得最佳充电(例如，峰值效率)：评估每个线圈的耦合系数k，并基于耦合系数选择适当的线圈来用于向装置24传输无线功率。
在图3中示出可用于形成图1的功率传输电路系统52和功率接收电路系统54的类型的例示性电路系统。如图3所示，功率传输电路系统52可包括用于向线圈42供应交流驱动信号的驱动电路系统(逆变器电路系统)。在一种例示性配置的情况下，逆变器电路系统包括多个逆变器电路(诸如图3的逆变器60)，每个逆变器电路由装置12的控制电路系统16控制并且每个逆变器电路耦合到线圈42的相应一个线圈(例如，通过信号路由72)。在已经确定每个线圈42的耦合系数k之后，控制电路系统16可通过以下方式来将适当的线圈42切换到使用中：选择相应的逆变器60以用于将信号驱动到线圈中。
每个逆变器60具有金属氧化物半导体晶体管或其它合适的晶体管。这些晶体管由在控制信号输入端62上从控制电路系统16(图1)接收的AC控制信号来调制。AC控制信号控制调制晶体管，使得将直流功率(跨直流电源输入端子63的输入电压Vindc)转换成对应AC驱动信号，该对应AC驱动信号通过线圈42(具有Ltx的自电感)的相关联的电容器Ctx被施加至线圈42。这产生电磁信号44(磁场)，这些电磁信号44电磁(磁性)耦合到无线功率接收装置54中的线圈48中。
线圈42与48之间的电磁(磁)耦合程度由磁耦合系数k表示。信号44由线圈48(具有Lrx的自电感)接收。线圈48和电容器Crx连接到整流器50。在操作期间，来自线圈48的响应于所接收信号44而产生的AC信号由整流器50整流，以跨输出端子65产生直流输出功率(例如，直流整流器输出电压Vo)。端子65连接到功率接收装置24的负载(例如，电池58以及装置24中由从整流器50供应的直流功率供电的其它部件)并且为所述负载提供功率。
无线收发器电路系统40能够通过信号路由72耦合到(一个或多个)线圈42。无线收发器电路系统46能够通过信号路由74耦合到线圈48。在每个装置中的无线收发器电路系统可使用线圈来传输数据(同时无线功率也正被传递)。每个装置中的无线收发器电路系统可包括用于生成用于传输数据的载波的振荡器。每个收发器能够被用于传输(例如，调制载波)或接收(例如，解调载波)数据(例如，无线收发器电路系统40可将数据传输到无线收发器电路系统46，或无线收发器电路系统46可将数据传输到无线收发器电路系统40)，而功率使用线圈42和48同时从装置12无线传送到装置24。
信号路由72和信号路由74可包括允许将两个信号源组合的信号路由电路系统和/或滤波电路系统。例如，信号路由72可允许来自逆变器60的信号和来自无线收发器电路系统40的信号组合。信号路由74可允许来自无线收发器电路系统46的信号和用于整流器50的无线功率信号组合。信号路由72和74可包括任何期望电路系统(例如，切换电路系统、滤波电路系统、分离器电路系统、双迅器/复用器电路系统、阻抗匹配电路系统等)。信号路由72和74可包括无源滤波阵列。在无源滤波阵列中的滤波器可以是例如LC滤波器。能够使用调谐到相关频率的陷波滤波器(例如，LC陷波滤波器)。例如，第一陷波滤波器能够被调谐到功率传输频率，并且第二陷波滤波器能够被调谐到由收发器电路系统使用的载波的频率。该示例仅是例示性的，并且如果需要，能够在信号路由72和74中使用其它类型的滤波器(例如，低通滤波器和高通滤波器)。在一个例示性实施方案中，线圈可具有中心抽头用于与无线发器电路系统连接，以便将电感降低到期望水平。在另一个示例中，线圈能够通过独立的较低串联电感器终止，无线收发器电路系统也连接到所述电感器。除了使功率电路(例如，逆变器60和整流器54)与无线收发器电路(40和46)隔离之外，信号路由72和74可同时执行阻抗匹配功能。
在图3(和后面的图4)中，信号路由72被描绘为插置在电容器Ctx和电感器42之间。相似地，信号路由74被描绘为插置在电容器Crx和电感器48之间。然而，应当指出的是，该示例仅是例示性的。另选地，信号路由72能够插置在电容器Ctx和逆变器60之间，和/或信号路由74能够插置在电容器Crx和整流器50之间。跨电容器Ctx和Crx的电压可为相对高的。通过将信号路由72放置在电容器Ctx和逆变器60之间，操作电压能够在与逆变器相同的水平下(因此优化成本)。相似地，通过将信号路由74放置在电容器Crx和整流器50之间，操作电压能够在与整流器相同的水平下(因此优化成本)。
为简单起见，本文作为示例描述无线收发器电路系统46的示例被用于将数据传输到无线收发器电路系统40(而功率使用线圈42和48同时从装置12被无线地传送到装置24)。
无线收发器电路系统46可使用载波来将数据传输到无线收发器电路系统40(使用线圈48和42)。载波可具有与功率传输频率不同的频率。例如，载波可的频率可比功率传输频率大至少三倍、比功率传输频率大至少五倍、比功率传输频率大至少十倍、比功率传输频率大至少十五倍、比功率传输频率大至少二十倍、比功率传输频率大至少三十倍、比功率传输频率大至少五十倍、比功率传输频率大小于三十倍、比功率传输频率大小于二十五倍、比功率传输频率大小于二十倍、比功率传输频率大小于十五倍、比功率传输频率大小于十倍、比功率传输频率大十到二十倍之间、比功率传输频率大十二到二十倍之间等。载波的频率也可小于功率传输频率。例如，载波的频率可比功率传输频率低至少三倍、比功率传输频率低至少五倍、比功率传输频率低至少十倍、比功率传输频率低至少十五倍、比功率传输频率低至少二十倍、比功率传输频率低至少三十倍、比功率传输频率低至少五十倍、比功率传输频率低小于三十倍、比功率传输频率低小于二十五倍、比功率传输频率低小于二十倍、比功率传输频率低小于十五倍、比功率传输频率低小于十倍、比功率传输频率低十到二十倍之间、比功率传输频率低十二到二十倍之间等。载波的频率可与功率传输频率相差至少5的系数、至少10的系数、至少15的系数、至少20的系数、至少30的系数、小于50的系数、小于25的系数等。载波的频率可以是约2.0MHz、大于500kHz、大于1.0MHz、大于1.5MHz、大于2.0MHz、大于2.5MHz、大于3.0MHz、大于5.0MHz、小于5.0MHz、小于3.0MHz、小于2.5MHz、小于2.0MHz、小于1.5MHz、小于1.0MHz、在500kHz和3.0MHz之间、在1.0MHz和3.0MHz之间、在1.5MHz和2.5MHz之间、在100kHz和1MHz之间、小于100kHz、小于500kHz、大于100kHz等。载波频率对功率传输频率的干扰可小于-5dB、小于-10dB、小于-20dB、小于-30dB、大于-5dB、大于-10dB、大于-20dB、大于-30dB、在-5dB和-30dB之间、在-10dB和-20dB之间等。
所生成的(一个或多个)载波可使用任何期望的调制方案通过无线收发器电路系统46调制，(并且因此通过无线收发器电路系统40解调)。例如，相移键控(PSK)、频移键控(FSK)、幅移键控(ASK)或正交振幅调制(QAM)能够被用于调制载波。如果需要，无线收发器电路系统40和/或无线收发器电路系统46可包括有源调制器。
在一个例示性实施方案中，无线收发器电路系统46可在频分复用(FDM)数据传输方案中使用两个或更多个载波(例如，载波)。在频分复用中，多个载波频率(其各自独立地调制)能够被用于传输数据。如果需要，可使用正交频分复用(OFDM)数据传输方案。在正交频分复用中，正交载波(其使用任何期望调制方案各自独立地调制)能够被用于传输数据。在又一个例示性示例中，功率线路通信的原理能够被用于将数据从无线收发器电路46传输到无线收发器电路40。
如果需要，从无线收发器电路46到无线收发器电路40的数据传输可使用或基于现有基于OFDM的传输方案。例如，可使用数字用户线路(DSL)标准，诸如非对称数字用户线路(ADSL)、高位速率数字用户线路(HDSL)，或超高位速率数字用户线路(VDSL)。这些DSL标准可使用离散多音传输(DMT)(有时称为离散多音(Discrete Mu1ti-Tone))来传输数据。离散多音传输是分离DSL信号的方法，使得可用的带宽分成多个(例如，256，多于256，或任何期望数量)频带(信道)。在每个信道内，能够使用正交振幅调制(QAM)方案。换句话讲，DMT是基于OFDM的通信系统的类型。
总之，无线收发器电路46可生成一个或多个载波，所述载波各自使用任何期望的调制方案调制。由无线收发器电路46生成的载波能够从线圈48传输到线圈42并且由无线收发器电路40解调。如果需要，能够在传输载波时使用OFDM传输。离散多音传输(DMT)可以是用于将数据传输到无线收发器电路40的OFDM传输的类型。基于DSL的标准，诸如ADSL和/或VDSL，可使用DMT，并且能够被用于数据传输。HDSL使用单载波传输，并且能够被用于数据传输。
无线收发器电路46可将任何期望的数据发送到无线收发器电路40。无线收发器电路46可例如传输认证信息。在另一个示例中，无线收发器电路46可将与无线功率接收装置24的使用(例如，电池使用)有关或相关的信息发送到无线功率传输装置12。例如，无线功率接收装置可在一天的当前时间、包括与一天的当前时间相关联的使用信息的用户历史信息、无线功率接收装置的电池的当前充电状态、由无线功率接收装置使用(或期望使用)的功率的量、期望接收功率的最大量、传感器信息诸如温度或环境光信息、关于装置24的操作环境的信息诸如从在线天气源收集的信息或位置信息，和/或来自在无线功率接收装置中的日历条目的信息。这种类型的信息能够使用无线功率收发器电路46(使用上文描述的带内通信技术)发送到无线功率传输装置12。
在又一个示例中，无线收发器电路46可将与其它电子装置的使用有关或相关的信息发送到无线收发器电路40。例如，无线功率接收装置24可与其它电子装置(其可或不可也被无线功率传输装置12无线地充电)诸如蜂窝电话、平板计算机、便携式计算机、腕表装置或其它可穿戴设备、耳塞、键盘、鼠标、显示器和/或触笔通信。无线功率接收装置24可使用无线收发器电路系统46以将关于这些其它电子装置中的一个的信息(例如，上文列出的任何类型的信息)发送到无线收发器电路系统40。
无线收发器电路系统46可将从互联网下载的信息发送到无线收发器电路系统40。在上述一个示例中，无线收发器电路系统46可将固件文件传输到无线收发器电路系统40。传输的固件文件可包括例如协议或驱动器更新。无线收发器电路系统46可在蜂窝网络或无线局域网上传输通过无线功率接收装置24下载的其它内容或信息。
一般来讲，无线收发器电路系统46可将任何期望数据(例如，关于无线功率接收装置的数据、关于另一个电子装置的数据、从外部网络下载的数据)发送到无线功率收发器电路系统40。相似地，虽然上文描述将数据发送到无线收发器电路系统40的无线收发器电路系统46的示例，但是无线收发器电路系统40可将任何期望数据(例如，关于无线功率接收装置的数据、关于另一个电子装置的数据、从外部网络下载的数据)发送到无线功率收发器电路系统46。
为了改善在无线功率传输装置12和无线功率接收装置24之间的数据传递，能够在数据传递期间执行错误检测和/或校正。错误检测和校正技术能够被应用于带内通信(例如，通过使用如上所述的高频载波经由(一个或多个)线圈42和(一个或多个)线圈48的带内通信)和带外通信(例如，蓝牙通信)两者。错误检测可帮助无线功率传输装置12和/或无线功率接收装置24估计用于数据通信的信道的性能。
在一个例示性示例中，冗余信息(例如，在不添加实质性信息的情况下扩展数据的信息)能够被添加到传输的数据。例如，能够使用循环冗余校验或能够在传输的数据中包括的其它类型的冗余位。此冗余信息(例如，一个或多个冗余位)可启用信道质量的评估。例如，接收信息的装置(功率传输装置12或功率接收装置24)可使用冗余信息确定错误发生的频繁程度并且估计信道性能(例如，通过确定位错误率、信噪比或其它度量)。
如果需要，也可在无线功率传输装置12和无线功率接收装置24之间传输数据时使用错误校正。例如，前向错误校正(FEC)能够被用于启用一些错误的校正而不重传数据。如果需要，当在无线功率传输装置12和无线功率接收装置24之间传输数据时，能够使用自动重传请求(ARQ)，其中确认和暂停用于确保可靠的数据传输。在一个实施方案中，在无线功率传输装置12和无线功率接收装置24之间的数据传输可使用混合自动重传请求(HARQ)，其为正向错误校正和ARQ错误控制的组合。在又一个实施方案中，能够使用具有咬尾的卷积错误校正。
在一个可能的实施方案中，能够在无线功率传输装置12和无线功率接收装置24之间传输测试数据以评估信道质量。例如，装置12可将已知的测试数据传输到装置24。装置24可将接收的数据与已知的预期测试数据比较以估计传输性能。如果需要，装置24可将已知测试数据传输到装置12，并且装置12可将接收的数据与已知预期测试数据比较以估计传输性能。已知测试数据能够与接收的测试数据比较，以确定发生错误的频繁程度并且估计信道性能(例如，通过确定位错误率、信噪比或其它度量)。例如，出于解调的目的，能够使用估计信道性能。
图4示出具有有源噪声消除功能的例示性功率传输电路系统和功率接收电路系统的示例。图4的电路系统类似于图3的电路系统，其中逆变器60向线圈42和整流器50供应交流驱动信号，所述整流器50整流来自线圈48的AC信号，以跨输出端子65产生直流输出功率。
噪声可影响在无线功率传输装置12(具有功率传输电路系统52)和无线功率接收装置24(具有功率接收电路系统54)之间的通信。噪声可由于供应到直流功率源输入端子63的功率变化而上升。供应到输入端子63的功率可具有变化。在一个示例中，交流(AC)-直流(DC)功率转换器可将来自壁装插座或其它功率源的AC功率转换成提供到输入端子63的DC功率。然而，提供到输入端子63的DC功率可具有波动。在功率接收电路系统中耦合到整流器的负载也可以是噪声的源。端子65(在图4中示出)连接到功率接收装置24的负载并且为所述负载提供功率。负载的变化可导致影响在功率传输装置12和功率接收装置24之间的无线通信的噪声。
考虑到噪声(并因此改善无线通信)，在无线功率传输装置12中的收发器电路系统40可包括有源噪声消除电路系统82，并且在无线功率接收装置24中的收发器电路系统46可包括有源噪声消除电路系统84。有源噪声消除电路系统可接收指示在系统中存在噪声的传感器数据并且基于传感器数据消除噪声。
第一电流传感器86(有时称为安培表86)可测量提供到逆变器60的电流。电流传感器86通过信号路径90耦合到有源噪声消除电路系统82。有源噪声消除电路系统82可基于经路径90接收的来自电流传感器86的传感器数据消除噪声。电流传感器86能够与输入端子63中的一个或两个串联耦合。第二电流传感器88(有时称为安培表88)可测量在整流器50的AC侧上的电流。电流传感器88通过信号路径92耦合到有源噪声消除电路系统84。有源噪声消除电路系统84可基于经路径92接收的来自电流传感器88的传感器数据消除噪声。
有源噪声消除电路系统82和有源噪声消除电路系统84均可包括任何期望类型的有源噪声消除电路系统。在一个示例中，有源噪声消除电路系统可包括回波消除器或其它期望的回波消除电路系统。在无线功率系统中的噪声(例如，来自输入端子63处接收的DC功率或施加到输出端子65的负载的变化)可以是非周期性的。该噪声能够被称为瞬态噪声(或动态噪声)。因此，有源噪声消除电路系统能够被配置为消除瞬态噪声。
用于将传感器数据提供到在图4中的有源噪声消除电路系统的传感器的类型和位置仅是例示性的。一般来讲，任何期望类型的传感器(例如，安培表、电压表等)能够被提供在无线功率发射电路系统和无线电源接收电路系统内的任何期望位置以将传感器数据提供到对应有源噪声消除电路系统。在一个例示性示例中，能够提供传感器来测量通过输出端子65施加到负载的直流输出功率。有源噪声消除可使用关于直流输出功率的信息以消除在系统内的噪声。
在图3和图4中，无线收发器电路系统40和46能够被用于在无线功率传输装置12和无线功率接收装置24之间传输数据分组。数据分组能够使用在高于或低于用于在装置12和24的线圈之间传输的无线功率传递的AC驱动信号的频率的一个或多个频率下调制的载波交换。数据分组能够在无线功率传递期间或不在无线功率传递期间交换(例如，使用时间交织数据/功率传输方案)。然而，数据分组也能够使用先前所讨论的频移键控(FSK)、幅移键控(ASK)或功率传输信号(在功率传输频率下)的任何其它期望调制来交换。
不管在无线功率传输装置12和无线功率接收装置24之间的数据分组的传输方式如何，数据分组可具有前导码。数据分组的前导码可在分组有效载荷之前。例如，每个数据分组可包括前导码、标头、消息(有效载荷)和校验和。在一些情况下，前导码可仅包括“1”位。例如，前导码可具有十一个连续的“1”位。然而，在前导码中仅包括“1”位使得难以确定“0”位的形状。为了允许收发器电路系统当解调接收的数据分组时在“1”位和“0”位之间更好地辨别，数据分组的前导码可包括“1”位和位“0”位两者。例如，数据分组的前导码可包括交替的“1”位和“0”位(例如，1，0，1，0，1，0等)。数据分组的前导码可包括在“1”和“0”之间交替的11个位。这种类型的前导码允许收发器电路系统更好地检测信号的结构并且具有“1”位和“0”位的形状的参考。收发器电路系统因此将具有更好的通道模型并且当检查剩余的数据分组时更好地在“1”位和“0”位之间辨别。
存在许多用于将无线收发器电路系统(例如，无线收发器电路系统40和46)耦合到相应线圈(例如线圈42和48)的信号路由(例如，信号路由72和74)的可能的布置。图5示出其中附加串联谐振电感功率传递系统与第一功率传递系统并联耦合用于无线通信的一个可能布置。如先前在图3和图4中所示，在图5中，功率传输电路系统52包括驱动电路系统(逆变器电路系统)，诸如用于在功率传输频率下向线圈42供应交流驱动信号的逆变器60。电容器Ctx1被调谐到功率传输频率。功率接收电路系统54包括用于将从线圈48接收的AC信号转换成用于为装置24供电的DC电压信号的整流器50。电容器Crx1被调谐到功率传输频率。
为了将一个或多个数据载波注入用于无线功率传递的AC驱动信号，能够使用附加逆变器160。逆变器160可具有相应的直流功率供应输入端子163。逆变器160能够耦合到与逆变器60并联的线圈42。电容器Ctx2能够被调谐到载波的频率(例如，与功率传输频率不同的频率)。电容器Ctx2能够被视为信号路由72的一部分。因此，逆变器160可用作载波的传输器(例如，逆变器160可形成在图3中的收发器40的一部分)。为了接收在载波频率下的信号，能够使用电流检测器202(耦合到电阻器204的任一侧)和模拟-数字转换器(ADC)206。换句话讲，电流检测器202和ADC 206充当用于在载波频率的信号的接收器(例如，电流检测器202和ADC 206可形成在图3中的收发器40的一部分)。
在功率接收装置中，整流器150能够耦合到与整流器50并联的线圈48。电容器Crx2被调谐到载波的频率(例如，与功率传输频率不同的频率)。电容器Crx2能够被视为信号路由74的一部分。为了接收信号，电阻器210、电容器212和模拟-数字转换器(ADC)218形成包络检测器。换句话讲，电阻器212、电容器212和模拟-数字转换器218充当用于在载波频率的信号的接收器(例如，电阻器212、电容器212和模拟-数字转换器218可形成在图3中的收发器46的一部分)。为了将信息在载波频率下从无线功率接收装置传输到无线功率传输装置，能够使用开关214和电阻器216(有时统称为调制器)。开关214能够被选择性地打开和闭合以提供由逆变器160产生的载波的振幅调制。
使用载波可用于传输和接收信息的电路系统的在图5中的示例仅是例示性的，并且如果需要，能够使用其它布置。例如，逆变器(具有如在图5的传输器侧上示出的相关联的电流检测器和ADC)能够耦合到与整流器50并联的线圈48，以使用线圈48和42生成用于无线通信的载波。
上述描述可在无线功率传递的背景下启用稳健数据传输的技术。希望无线功率传输器和无线功率接收器装置传输信息诸如充电状态、充电速度等等，以控制在装置之间的无线功率传递。例如，本技术提供用于传输对于控制无线功率电路系统有用的技术测量或值的稳健系统，诸如由接收器无线地汲取的电压和电流。
然而，对于利用本技术来传递其它类型的数据，包括性质上更个人的数据的实体是可能的。这样做的实体，例如，负责收集、分析、公开、传递、存储或其它使用此类个人信息数据的实体应当遵守用于处置此类信息的既定的隐私政策和/或隐私实践。具体地，此类实体应当实行并坚持使用被公认为满足或超出对维护个人信息数据的隐私性和安全性的行业或政府要求的隐私政策和实践。此类策略应该能被用户方便地访问，并应应当随着数据的采集和/或使用变化而被更新。来自用户的个人信息(如果收集)应当被收集用于实体的合法且合理的用途，并且不在这些合法使用之外共享或出售。另外，在收到用户的知情同意后，应进行此类收集和共享。此外，此类实体应考虑采取任何必要步骤，以用于保卫和保障对此类个人信息数据的访问，并确保有权访问个人信息数据的其它人遵守其隐私政策和流程。另外，此类实体可使其本身经受第三方评估，以证明其遵守广泛接受的隐私政策和实践。此外，应当调整政策和实践，以便采集和/或访问的特定类型的个人信息数据，并适用于包括管辖范围的具体考虑的适用法律和标准。例如，在美国，对某些健康数据的收集或获取可能受联邦和/或州法律的管辖，诸如健康保险转移和责任法案(HIPAA)；而其它国家的健康数据可能受到其它法规和政策的约束并应当相应地处理。因此，在每个国家应为不同的个人数据类型保持不同的隐私实践。
就本技术被用来传输个人信息数据而言，能够为用户提供硬件和/或软件元件来选择性地阻止个人信息数据的使用或访问。例如，本技术可被配置为允许用户在注册服务期间或其后随时选择参与收集个人信息数据的“选择加入”或“选择退出”。除了提供“选择加入”和“选择退出”选项外，本公开设想提供与访问或使用个人信息相关的通知。例如，用户能够在将其无线功率接收器装置下载放置到无线功率传输器装置上时通知用户其个人信息数据将被访问。
另外，一旦不再需要数据，通过限制数据收集和删除数据能够降低未授权的数据使用或访问的风险。此外，并且当适用时，数据去标识能够被用于保护用户的隐私。可在适当时通过移除特定标识符(例如，唯一的装置标识符、MAC地址，等)、控制所存储数据的量或特异性(例如，在城市级别而不是在地址级别收集位置数据)、控制数据如何被存储(例如，在用户上聚集数据)和/或其它方法来促进去标识。
根据实施方案，提供被配置为从功率传输装置接收无线功率的电子装置，其包括：线圈，所述线圈被配置为接收从功率传输装置传输的交流磁信号，并被配置为产生具有第一频率的对应交流电压，耦合到线圈的整流器，所述整流器被配置为整流交流电压并产生对应的整流直流电压，以及耦合到线圈的无线收发器电路系统，所述无线收发器电路系统被配置为生成具有不同于第一频率的第二频率的载波，并且使用线圈将载波传输到功率传输装置，同时线圈接收在第一频率下的交流磁信号。
根据另一个实施方案，第二频率比第一频率大至少十倍。
根据另一个实施方案，所述第二频率在1.5MHz和2.5MHz之间。
根据另一个实施方案，无线收发器电路系统被配置为生成多个载波，载波为多个载波中的一个，并且无线收发器电路系统被配置为使用正交频分复用来传输多个载波。
根据另一个实施方案，无线收发器电路系统被配置为使用离散多音传输来传输多个载波。
根据另一个实施方案，无线收发器电路系统被配置为使用基于数字用户线路(基于DSL)传输方案来传输多个载波。
根据另一个实施方案，无线收发器电路系统被配置为调制载波以传送多个位。
根据另一个实施方案，多个位包括至少一个冗余位。
根据另一个实施方案，无线收发器电路系统包括有源噪声消除电路系统。
根据另一个实施方案，电子装置包括电流传感器，所述电流传感器在线圈和整流器之间耦合，有源噪声消除电路系统接收来自电流传感器的传感器数据。
根据另一个实施方案，无线收发器电路系统被配置为使用载波传输数据分组，并且数据分组具有包括至少一个“0”位的前导码。
根据另一个实施方案，前导码具有十一个总位。
根据另一个实施方案，无线收发器电路系统被配置为使用载波传输数据分组，并且数据分组具有包括所有“1”位的前导码。
根据实施方案，提供被配置为从功率传输装置接收无线功率的电子装置，其包括：线圈，所述线圈被配置为接收从功率传输装置传输的交流磁信号，并被配置为产生具有功率传输频率的对应交流电压，耦合到线圈的整流器，所述整流器被配置为整流交流电压并产生对应的整流直流电压，以及耦合到线圈的无线收发器电路系统，所述无线收发器电路系统被配置为使用线圈传送多个数据载波，同时线圈接收在功率传输频率下的交流磁信号，每个数据载波具有比功率传输频率大至少五倍的相应频率。
根据另一个实施方案，功率传输频率在100kHz和205kHz之间。
根据另一个实施方案，每个数据载波的相应频率比功率传输频率大十倍到二十倍之间。
根据另一个实施方案，每个数据载波的相应频率在1.5MHz和2.5MHz之间。
根据另一个实施方案，每个数据载波的相应频率大于1.5MHz。
根据另一个实施方案，无线收发器电路系统被配置为使用正交频分复用来传送多个数据载波。
根据另一个实施方案，无线收发器电路系统被配置为使用离散多音传输来传送多个数据载波。
根据实施方案，提供具有被配置为接收具有无线功率接收线圈的无线功率接收装置的充电表面的无线功率传输装置，其包括：多个线圈，无线功率传输电路系统耦合到多个线圈并被配置为利用多个线圈传输在第一频率下的无线功率信号，以及耦合到多个线圈的无线收发器电路，所述无线收发器电路系统被配置为从无线功率接收线圈接收数据载波，同时多个线圈传输在第一频率下的无线功率信号，数据载波具有不同于第一频率的第二频率。
根据另一个实施方案，第二频率比第一频率大至少十倍。
根据另一个实施方案，所述第二频率在1.5MHz和2.5MHz之间。
根据另一个实施方案，所述第一频率在100kHz和205kHz之间。
根据另一个实施方案，无线收发器电路系统被配置为从无线功率接收线圈接收多个数据载波，数据载波为多个数据载波中的一个，并且无线收发器电路系统被配置为使用正交频分复用来解调多个数据载波。
根据另一个实施方案，无线收发器电路系统包括有源噪声消除电路系统。
根据另一个实施方案，无线功率传输装置包括耦合到无线功率传输电路系统的电流传感器，有源噪声消除电路系统接收来自电流传感器的传感器数据。
根据另一个实施方案，无线收发器电路系统被配置为解调数据载波以接收数据分组，并且数据分组具有包括“1”位和“0”位的交替序列的前导码。
根据另一个实施方案，前导码具有十一个总位。
前述内容仅为例示性的并且能够对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (20)

1.一种被配置为从功率传输装置接收无线功率的电子装置，所述电子装置包括：
线圈，所述线圈被配置为接收从所述功率传输装置传输的交流磁信号并且被配置为产生对应的具有第一频率的交流电压；
整流器，所述整流器耦合到所述线圈，所述整流器被配置为整流所述交流电压并且产生对应的整流直流电压；和
无线收发器电路系统，所述无线收发器电路系统耦合到所述线圈，所述无线收发器电路系统被配置为生成具有不同于所述第一频率的第二频率的载波，并且使用所述线圈将所述载波传输到所述功率传输装置，同时所述线圈接收在第一频率下的所述交流磁信号。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述第二频率比所述第一频率大至少十倍。
3.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述第二频率在1.5MHz和2.5MHz之间。
4.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述无线收发器电路系统被配置为生成多个载波，其中所述载波为所述多个载波中的一个，并且其中所述无线收发器电路系统被配置为使用正交频分复用来传输所述多个载波。
5.根据权利要求4所述的电子装置，其中所述无线收发器电路系统被配置为使用离散多音传输来传输所述多个载波。
6.根据权利要求4所述的电子装置，其中所述无线收发器电路系统被配置为使用基于数字用户线路(基于DSL)传输方案来传输所述多个载波。
7.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述无线收发器电路系统被配置为调制所述载波以传送多个位。
8.根据权利要求7所述的电子装置，其中所述多个位包括至少一个冗余位。
9.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述无线收发器电路系统包括有源噪声消除电路系统。
10.根据权利要求9所述的电子装置，所述电子装置还包括：
电流传感器，所述电流传感器在所述线圈和所述整流器之间耦合，其中所述有源噪声消除电路系统接收来自所述电流传感器的传感器数据。
11.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述无线收发器电路系统被配置为使用所述载波传输数据分组，并且其中所述数据分组具有包括至少一个“0”位的前导码。
12.根据权利要求11所述的电子装置，其中所述前导码具有十一个总位。
13.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述无线收发器电路系统被配置为使用所述载波传输数据分组，并且其中所述数据分组具有包括所有“1”位的前导码。
14.一种被配置为从功率传输装置接收无线功率的电子装置，所述电子装置包括：
线圈，所述线圈被配置为接收从所述功率传输装置传输的交流磁信号并且被配置为产生对应的具有功率传输频率的交流电压；
整流器，所述整流器耦合到所述线圈，所述整流器被配置为整流所述交流电压并且产生对应的整流直流电压；和
无线收发器电路系统，所述无线收发器电路系统耦合到所述线圈，所述无线收发器电路系统被配置为使用所述线圈传送多个数据载波，同时所述线圈接收在所述功率传输频率下的所述交流磁信号，其中每个数据载波具有比所述功率传输频率大至少五倍的相应频率。
15.根据权利要求14所述的电子装置，其中所述功率传输频率在100kHz和205kHz之间。
16.根据权利要求15所述的电子装置，其中所述每个数据载波的相应频率比所述功率传输频率大十倍到二十倍之间。
17.一种具有被配置为接收具有无线功率接收线圈的无线功率接收装置的充电表面的无线功率传输装置，所述无线功率传输装置包括：
多个线圈；
无线功率传输电路系统，所述无线功率传输电路系统耦合到所述多个线圈并且被配置为利用所述多个线圈传输在第一频率下的无线功率信号；和
无线收发器电路系统，所述无线收发器电路系统耦合到所述多个线圈，所述无线收发器电路系统被配置为从所述无线功率接收线圈接收数据载波，同时所述多个线圈传输在所述第一频率下的所述无线功率信号，其中所述数据载波具有不同于所述第一频率的第二频率。
18.根据权利要求17所述的无线功率传输装置，其中所述第二频率比所述第一频率大至少十倍。
19.根据权利要求17所述的无线功率传输装置，其中所述第二频率在1.5MHz和2.5MHz之间。
20.根据权利要求17所述的无线功率传输装置，其中所述无线收发器电路系统被配置为解调所述数据载波以接收数据分组，并且其中所述数据分组具有包括“1”位和“0”位的交替序列的前导码。
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