CN110249502B - 具有启动协商的无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及具有启动协商的无线充电系统。本发明公开的无线功率传输系统具有无线功率接收装置，所述无线功率接收装置位于无线功率传输装置的充电表面上。所述无线功率传输设备使用测量电路诸如线圈阻抗测量电路或进行线圈电感测量的脉冲响应电路以监视所述充电表面是否存在所述无线功率接收设备。响应于检测到所述无线功率接收设备存在于所述充电表面上，所述无线功率传输设备和所述无线功率接收设备建立无线通信链路。所述无线功率传输设备向所述无线功率接收设备传输关于所述无线功率传输设备的无线功率传输能力的信息。所述接收设备选择所期望的设置并将这些设置传输给所述传输设备。

Description

具有启动协商的无线充电系统

本专利申请要求2018年1月30日提交的美国专利申请No.15/883,415以及2017年2月10日提交的临时专利申请No.62/457,727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

本发明整体涉及无线系统，并且更具体地涉及其中对设备无线充电的系统。

背景技术

在无线充电系统中，无线功率传输设备诸如具有充电表面的设备向便携式电子设备无线传输功率。便携式电子设备接收无线传输的功率并且使用这个功率来对内部电池充电以及对便携式电子设备中的部件供电。

发明内容

调控无线充电系统中的无线功率流可能是有挑战性的。例如，在具有可调节操作设置的无线充电系统中，可能难以确定使用哪些设置将无线功率有效地传输给电子设备。

无线功率传输系统具有被接收在无线功率传输设备的充电表面上的无线功率接收设备。无线功率传输设备使用测量电路诸如线圈阻抗测量电路或进行线圈电感测量的冲激响应电路以监视充电表面是否存在无线功率接收设备。响应于检测到无线功率接收设备存在于充电表面上，无线功率传输设备和无线功率接收设备建立无线通信链路。

利用所述通信链路，无线功率传输设备向无线功率接收设备传输关于无线功率传输设备的无线功率传输能力的信息。传输的信息包括例如最小最大占空比设置和最大占空比设置、无线功率传输功率调制方案设置信息诸如一个或多个功率调制方案设置(例如，脉冲宽度调制方案设置、振幅调制方案设置、相移调制方案设置等)、无线功率传输休眠定时器设置、无线功率传输频率设置、功率极限和阈值和/或传输设备所支持的其他无线功率传输设置。

接收设备使用传感器读数、电池充电状态信息和关于接收设备中哪些部件处于活动状态的信息来选择所期望的操作设置。接收设备通过无线通信链路向无线功率传输设备传输所选择的设置。

接收设备传输给传输设备的信息包括例如最小占空比设置和最大占空比设置、无线功率传输功率调制方案设置信息诸如一个或多个功率调制方案设置(例如，脉冲宽度调制方案设置、振幅调制方案设置、相移调制方案设置等)、无线功率传输休眠定时器设置、无线功率传输频率设置、功率极限和阈值和/或供无线功率传输设备使用的其他无线功率传输设置。

附图说明

图1是根据实施方案的例示性无线充电系统的示意图。

图2是根据实施方案的例示性无线充电系统的电路图。

图3是根据实施方案的无线充电系统中对所施加的冲激信号的例示性冲激响应的曲线图。

图4是根据实施方案的例示性无线功率传输电路和无线功率接收电路的示意图。

图5是根据实施方案的具有耦接到线圈阵列中一个或多个线圈的逆变器的例示性无线充电系统输出电路的电路图。

图6是根据实施方案的与图5所示电路的操作相关联的例示性信号的曲线图。

图7是根据实施方案的具有耦接到线圈阵列中一个或多个线圈的逆变器的另一例示性无线充电系统输出电路的电路图。

图8是根据实施方案的与图5所示电路的操作相关联的例示性信号的曲线图。

图9是根据实施方案的使用无线充电系统所涉及的例示性操作的流程图。

具体实施方式

无线功率系统具有无线功率传输设备，其向无线功率接收设备无线传输功率。无线功率传输设备是诸如无线充电垫、无线充电盘、无线充电支架、无线充电台或其他无线功率传输装备的设备。无线功率传输设备具有在向无线功率接收设备中一个或多个无线功率接收线圈传输无线功率中被使用的一个或多个线圈。无线功率接收设备是诸如蜂窝电话、手表、媒体播放器、平板电脑、一对耳塞、电子设备存储盒、遥控器、膝上型计算机、其他便携式电子设备或其他无线功率接收装备的设备。

在操作期间，无线功率传输设备向线圈阵列中的一个或多个无线功率传输线圈供应交流驱动信号。这导致线圈将交流电磁信号(有时被称为无线功率信号)传输给无线功率接收设备中的一个或多个对应线圈。无线功率接收设备中的整流器电路将所接收的无线功率信号转换成直流(DC)功率，用于为无线功率接收设备供电。

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包括无线功率传输设备12和一个或多个无线功率接收设备诸如无线功率接收设备10。设备12可以是独立设备诸如无线充电垫，可以被构建到家具中或者可以是其它无线充电设备。设备10是便携式电子设备，诸如腕表、蜂窝电话、平板电脑或其他电子设备。其中设备12是垫或形成无线充电表面的其他设备以及其中设备10是在无线功率传输操作期间放置在无线充电表面上的便携式电子设备的例示性配置在本文中有时作为示例来进行描述。

在系统8的操作期间，用户将一个或多个设备10放置在设备12的充电表面上。功率传输设备12耦接到交流电压源，诸如交流功率源50(例如，供应线路功率的壁装电源插座或其他干线电力源)，具有电池诸如电池38用于供应功率和/或耦接到另一功率源。功率转换器诸如交流-直流(AC-DC)功率转换器40可以将来自干线功率源或其他交流(AC)功率源的功率转换为用于对控制电路42和设备12中的其他电路供电的直流(DC)功率。在操作期间，控制电路42使用无线功率传输电路34和耦接到电路34的一个或多个线圈36来向设备10传输交流电磁信号48，并且由此向设备10的无线功率接收电路46传送无线功率。

功率传输电路34具有切换电路(例如，逆变器电路中的晶体管)，该切换电路基于由控制电路42提供的控制信号而接通或关断，以形成通过线圈36的AC信号(驱动信号)。当AC信号通过线圈36时，产生交流电磁场(无线功率信号48)，其由耦接到接收设备10中的无线功率接收电路46的对应线圈14接收。当交流电磁场被线圈14接收时，在线圈14中感生出对应的交流电流和电压。电路46中的整流器电路将从线圈14所接收的AC信号(所接收的与无线功率信号相关联的交流电流和电压)转换为DC电压信号，以用于向设备10供电。DC电压用于为设备10中的部件供电，诸如显示器52、触摸传感器部件和其他传感器54(例如，加速度计、力传感器、温度传感器、光传感器、压力传感器、气体传感器、湿度传感器、磁传感器等)、用于与无线功率传输设备12和/或其它设备的控制电路42中的对应无线通信电路58无线通信的无线通信电路56、音频部件和其它部件(例如，输入-输出设备22和/或控制电路20)，并且用于对设备10中的内部电池诸如电池18进行充电。

设备12和10包括控制电路42和20。控制电路42和20包括存储和处理电路，诸如微处理器、电源管理单元、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。控制电路42和20被配置为执行用于在系统8中实现所期望的控制和通信特征的指令。例如，控制电路42和/或20可以用于确定功率传输电平、处理传感器数据、处理用户输入、处理来自传输电路34的其他信息诸如关于无线耦接效率的信息、处理来自接收电路46的信息、使用感测电路测量线圈电感和其他参数、处理所测量的电感值、使用来自电路34和/或46的信息诸如电路34中输出电路上的信号测量和来自电路34和/或46的其它信息来确定何时开始和停止无线充电操作、调节充电参数诸如充电频率、最小占空比设置和最大占空比设置、多线圈阵列中的线圈设置(例如，哪些线圈是活动的以及活动线圈的比重)、无线功率传输调制方案设置(例如，一个或多个期望的调制方案和与在这些方案之间切换相关联的功率阈值)、无线充电休眠间隔设置、和无线功率传输电平以及执行其他控制功能。控制电路42和20可以被配置为支持设备12和10之间的无线通信(例如，控制电路20可以包括无线通信电路诸如电路56，控制电路42可以包括无线通信电路诸如电路58)。控制电路42和/或20可以被配置为利用硬件(例如，专用硬件或电路)和/或软件(例如，在系统8的硬件上运行的代码)执行这些操作。用于执行这些操作的软件代码被存储在非暂态计算机可读存储介质上(例如，有形计算机可读存储介质)。该软件代码可有时被称为软件、数据、程序指令、指令或代码。该非暂态计算机可读存储介质可以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他可移动介质、其他计算机可读介质、或这些计算机可读介质的组合或其它存储装置。存储在非暂态计算机可读存储介质上的软件可在控制电路42和/或20的处理电路上执行。该处理电路可包括具有处理电路的专用集成电路、一个或多个微处理器或其他处理电路。

设备12和/或设备10可以通过在系统8操作期间建立的无线通信链路进行无线通信。设备10和12可以例如在控制电路20和42中具有无线收发器电路(例如，无线通信电路诸如图1的电路56和58)，该无线收发器电路允许设备10和12之间信号的无线传输(例如，利用与线圈36和14分开的天线来传输和接收单向或双向无线信号、利用线圈34和14来传输和接收单向或双向无线信号等)。

在图2中示出了用于无线功率传输(无线功率充电)系统8的例示性电路的电路图。如图2所示，无线功率传输电路34包括逆变器诸如逆变器70或其他驱动电路，其生成交流驱动信号(例如)诸如用于实现脉冲宽度调制(PWM)功率调制方案的可变占空比方波或其他驱动信号、用于实现振幅调制(AM)功率调制方案的可变振幅方波或其他驱动信号或用于实现相移功率调制方案的相移调制驱动信号。这些信号被驱动通过输出电路诸如包括线圈36和电容器72的输出电路71，以产生被无线传输给设备10的无线功率信号。

线圈36与线圈14电磁耦合。在图2的示例中示出了单个线圈36和单个对应线圈14。一般来讲，设备12可以具有任何合适数量的线圈(1-100、多于5、多于10、少于40、少于30、5-25等)，并且设备10可以具有任何合适数量的线圈。由控制电路42控制的切换电路(有时称为复用器电路)可以位于每个线圈之前和/或之后(例如，在每个线圈36之前和/或之后和/或在设备12中的输出电路71的其他部件之前和/或之后，以将输出电路71的逆变器耦接到阵列)，并且可以用于将期望组的一个或多个线圈(例如，线圈36和设备12中的输出电路71)切换进入或退出使用中。例如，如果确定设备10位于与设备12中的特定线圈36重叠的位置，则与设备10重叠的线圈36可以在无线功率传输操作期间被激活，而其他线圈36(例如，在这个示例中不与设备10重叠的线圈)被关断。

控制电路42和控制电路20包含用于支持设备12和10之间无线数据传输的无线收发器电路(例如，电路诸如图1的无线通信电路56和58)。在设备10中，控制电路20(例如，通信电路56)可以使用路径91和线圈14向设备12传输数据。在设备12中，路径诸如路径74可以用于将已利用线圈36从设备10接收的传入数据信号提供给控制电路42的通信电路58中的解调(接收器)电路。如果需要，路径74可以用于以线圈36向设备10传输无线数据，其由电路20的电路56中的接收器电路利用线圈14和路径91接收。如果需要，其中电路20的电路56和电路42的电路58具有与线圈36和14分开的天线的配置也可以用于支持设备12和10之间的单向和/或双向无线通信。

在无线功率传输操作期间，利用来自控制电路42的AC控制信号来控制逆变器70中的晶体管(开关)。控制电路42使用控制路径76向逆变器70中的晶体管的栅极提供控制信号。可以动态地调节这些控制信号的占空比和/或其他属性、并且因此还有由逆变器70施加给线圈36的驱动信号以及由线圈36产生的对应无线功率信号的对应特性。利用切换电路，控制电路42选择哪个或哪些线圈提供以驱动信号。利用占空比调节和/或其他调节(例如，驱动频率调节、振幅调节、相移调制方案调节等)，控制电路42可以调节施加给每个线圈的驱动信号的强度。单个所选线圈可以用于从设备12向设备10无线传输功率，或者在传输功率中可以使用多个线圈36。一个或多个设备10可以接收无线功率，并且这些设备中的每一者可以具有从一个或多个对应的无线功率传输线圈接收功率的一个或多个无线功率接收线圈。

无线功率接收设备10具有无线功率接收电路46。电路46包括整流器电路诸如整流器80(例如，由来自控制电路20的信号控制的同步整流器)，该整流器电路将从线圈14接收的交流信号(例如，线圈14所接收的无线功率信号)转换为用于为设备10中的电路诸如负载100供电的直流(DC)功率信号。负载电路诸如负载100可以包括电池18、从整流器电路80接收功率并调控这个功率向电池18的流的功率电路诸如电池充电集成电路或其他功率管理集成电路、和/或其他输入-输出设备22。负载电路100可以包含显示器、与显示器重叠的触摸传感器、与显示器分开的一个或多个触摸传感器、温度传感器、加速度计、压力传感器、力传感器、罗盘和陀螺仪、基于光的接近传感器和其他接近传感器、磁传感器、和/或其它传感器、按钮、键盘、音频部件诸如扬声器和麦克风、用于实现控制电路和通信电路(例如，无线通信电路)的集成电路和/或其他部件。一个或多个电容器C2用于将设备10的输入电路90中的线圈14耦接到整流器电路80的输入端子。整流器电路80在耦接到负载100的输出端子处产生对应的输出功率。如果需要，负载100可以包括用于监视从整流器80到负载100的功率流的传感器电路(例如，电流和电压传感器)。

设备12中每个无线功率传输线圈36的特性(例如，阻抗)可以受重叠线圈14的存在以及设备10中相关联磁性材料(例如，铁氧体磁芯材料等)影响(例如，増大)。例如，一个或多个线圈36的电感L在设备10存在于充电表面上与那些线圈重叠的位置时可以増大。因此，线圈14的位置可以通过在线圈36中每一者上进行电感测量或其他信号测量以及处理这些测量(例如，利用内插技术等)来确定。

在无线功率传输操作期间，逆变器70中的晶体管由来自控制电路42的AC控制信号驱动。控制电路42使用测量电路102在线圈36上进行测量(例如，以对于设备12的充电表面监视是否存在对象诸如设备10和/或不兼容的外来对象)。测量电路102可以利用路径104耦接到输出电路71中的节点N。测量电路102包括在测量节点N上的对应信号的同时施加交流试探信号的振荡器电路(例如，当试探信号频率保持在一个或多个固定频率和/或在第一频率和第二频率之间扫动时测量线圈阻抗和/或线圈阻抗变化)。如果需要，测量电路102可以包括冲激响应电路。对于冲激响应测量，控制电路42使用逆变器70对每个线圈36施加方波冲激脉冲或其他冲激，同时使用电路102中的冲激响应测量电路在输出电路71上进行测量(例如，关于线圈36的电感L的测量、质量因子Q的测量等)。

设备12中的每个线圈36(例如，已由控制电路42利用无线发射器电路34中的复用电路选择的线圈诸如图2的线圈36)具有电感L。输出电路71中的一个或多个电容器诸如电容器72展现电容C1，其与输出电路71中的电感L串联耦接。在从逆变器70供应交流驱动信号时，由线圈36和电容器72形成的输出电路将生成交流电磁场，该交流电磁场被设备10中的线圈14接收。每个线圈36的电感L受与外部对象的磁耦合影响，因此设备12中每个线圈36的电感L的测量可以反映关于设备12的充电表面上的设备10的信息。

在冲激响应测量期间，电路42使用冲激响应测量电路102(有时称为电感测量电路和/或Q因子测量电路)执行电感L和质量因子Q的测量。阻抗测量和以电路102进行的其它测量可以响应于利用外来对象检测传感器(例如，使用线圈36和/或其他线圈的传感器、使用基于光的感测、基于电容的感测或其他感测技术的传感器等)在设备12上检测到外来对象而启动。阻抗测量和以电路102进行的其它测量也可以响应于手动输入、基于无线接收的命令等而启动。在测量期间，控制电路42指示逆变器70向每个线圈36供应一个或多个激励脉冲(冲激)，以使得包括该线圈36的输出电路71中的电容器72的电容C1和电感L形成谐振电路。冲激可以是例如持续时间1μs的方波脉冲。如果需要，可以施加其他形状的更长或更短的脉冲。谐振电路在线圈36的正常无线充电频率(例如，约120kHz、约240kHz、100-500kHz、50-250kHz或其他合适的无线充电频率)附近的频率谐振，或者可以在其他频率谐振。

在图3中示出了对所施加脉冲的冲激响应(例如，电路71的节点N处的电压V(N))。图3的冲激响应信号的频率与1/sqrt(LC1)成比例，因此可以从已知的C1值和所测量的冲激响应信号的频率获得L。可以从L和所测量的冲激响应信号的衰减导出Q。如图3所示，如果信号V(N)缓慢衰减，则Q高(例如，HQ)；而如果信号V(N)衰减得更快，则Q低(例如，SQ)。因此，利用电路102测量图3的冲激响应信号的V(N)的衰减包络和V(N)的频率将允许控制电路42确定Q和L。

图4示出了无线功率传输电路34如何包括切换电路110。来自逆变器电路70的信号在输入端112处被施加给切换电路110。切换电路110形成无线功率传输电路34(有时称为逆变器电路)的一部分。控制电路42施加给控制输入端116的控制信号指示切换电路110将信号从输入端112发送给设备12中线圈36阵列中的线圈36中的所选择一者。设备10的无线功率接收电路46包括一个或多个线圈14。在包括多个线圈14的设备10的配置中，线圈14耦接到切换电路120。控制电路20向控制输入端122施加控制信号，该控制信号指示切换电路120将信号从线圈14中的所选择一者经由输出端子124发送给整流器80。

对于无线传输设备12的一个例示性配置，无线传输设备12是无线充电垫或其他具有在无线充电表面上供应无线功率的线圈36的阵列(例如，线圈36被布置成二维阵列，其位于平面外壳诸如与无线充电垫相关联的外壳中)的无线功率传输设备。在这种类型的配置中，设备12的线圈36由形成充电表面的平面电介质结构诸如塑料构件或其它结构覆盖。设备36中线圈36的阵列的侧向尺寸(在线圈位于X-Y平面中的配置中是X和Y尺寸)可以是1至1000cm、5至50cm、大于5cm、大于20cm、小于200cm、小于75cm或其它合适的大小。线圈36可以重叠在充电表面上或者可以以非重叠构型布置在充电表面上。线圈36可以放置成具有行和列的矩形阵列并且/或者可以利用六边形贴块图案、具有方形贴块的图案或其它图案来平铺。

系统8可以支持一个或多个无线功率调制方案。在图5中示出了用于设备12支持脉冲宽度调制(PWM)和振幅调制(AM)功率调制方案的例示性输出电路(参见例如图2的输出电路71)。图5的输出电路包括逆变器70。逆变器70具有晶体管TI1和TI2，其将交流驱动信号诸如图6的方波脉冲供应到线圈36和电容器72上。如图6所示，在PWM调制方案中，控制电路42调节被供应给逆变器70中晶体管TI1和TI2的栅极的控制信号，以改变控制信号的占空比(脉冲宽度)(例如，在高占空比场景中改变成占空比T1/T2或在低占空比场景中改变成占空比T3/T2)。在振幅调制方案中，控制电路42调节对逆变器70的供电电压Vsup的量值，由此调节由逆变器70供应给线圈36和电容器72的驱动信号的相应量值(振幅)Vm。如果需要，系统8可以通过将输出电路诸如图7的逆变器70结合到设备12中来支持相位调制方案。在这个配置中，控制电路42调节开关SW(例如，功率场效应晶体管)向线圈36和电容器72提供相位调制驱动信号，如图8的例示性驱动信号所示。控制电路42调节时间段T4和T5的大小以控制从设备12向设备10的功率传输量。相位调制功率传输方案与PWM方案(例如，在更低功率传输电平)相比，在功率传输操作期间产生更少的信号谐波，但通常效率更低。图5和图7所示类型的输出电路和/或由控制电路42控制的其他输出电路被包括在设备12中，以使得设备12支持多种不同的调制方案(例如，PWM、AM、相位调制等)。

用户可以具有多个设备10，其中每个设备具有不同的充电要求。例如，一些设备可能具有完全充电的电池，而其他设备可能具有耗尽的电池。一些设备可能具有大的最大功率传输能力，而其他设备可能仅具有适度的功率传输能力。敏感设备可能正在一些设备中工作(例如，对射频干扰敏感的无线通信电路、敏感部件诸如显示器中的触摸传感器、显示器中的显示驱动器电路等)，而其他设备可能正在休眠或者可能不包含任何当前正在操作的敏感设备。由于这些各种操作条件，系统8协商设备12和/或设备10的最佳操作设置(例如，在设备10正在首次接收功率时的设置期间和/或在系统8操作期间的其他时间)。无线功率传输设置信息由设备12利用测量电路102(例如，检测设备10、测量线圈电感L等)和/或利用无线通信电路58与无线通信电路56无线通信(例如，以使得无线功率传输设备12可以为无线功率接收设备10提供传输设备的可用无线功率传输能力的列表以及以使得无线功率接收设备10在分析这些能力和关于设备10的当前操作环境的信息之后可以为设备12提供对应的所选功率传输设置)来确定。

影响最佳功率传输设置的条件包括设备10的当前操作温度、电池充电水平和敏感部件操作状态(例如，触摸屏显示器、无线通信电路或其他对射频干扰敏感的部件当前是否正在操作)。可以在设备12中调节的可调节无线功率传输设置包括由逆变器70施加给线圈36的驱动信号的频率、占空比设置诸如与驱动信号相关联的最小和最大占空比、驱动信号振幅、调制方案(例如，PWM、AM或相移)、最大传输功率、休眠定时器周期(例如，无线功率传输休眠定时器设置，其确定一个时间段，在这个时间段之后，设备12从休眠苏醒以重新开始与设备10的无线功率传输操作，有时被称为重新开始间隔或无线功率传输休眠定时器间隔)以及与系统8中的无线功率传输相关联的其他设置。设备12可以向设备10通告其能力(例如，通过向设备10传输关于设备12的无线功率传输能力的信息)，并且设备10可以分析其当前操作条件(温度、活动部件列表、电池充电水平等)以从这些能力中进行选择(例如，选择最佳充电频率、调制方案、占空比设置、最大传输功率电平等)。然后，设备10可以将这些所选择的设置传输给设备10以在向设备10传输无线功率中使用。

例如，考虑其中设备10是具有活动敏感部件诸如触摸屏显示器的蜂窝电话的场景。触摸屏显示器(在这个示例中)对来自140kHz噪声的干扰敏感。当设备10要求设备12通告其功率传输能力时，设备12向设备10通告其唯一可用的无线功率传输频率为140kHz。因为这是唯一可用的无线功率传输频率，所以设备10接受这个无线功率传输频率(例如，设备10通告设备12以140kHz继续无线功率传输操作)，但也指示设备12将传输功率限制为小于3W(例如，设备10为设备12提供所选择的最大传输功率设置)，其比蜂窝电话的功率接收能力(例如，10W)低。因为以这种方式限制功率传输，所以来自设备12的无线干扰将保持在可接受的水平，并且设备12的触摸屏显示器在无线功率传输操作期间将不受到不利影响。

另一方面，如果设备10是具有当前不活动的触摸屏显示器的腕表设备，则设备10可以指示设备12继续以设备10的最大功率接收能力(例如，5W)传输。

另一可能的场景涉及其中设备12支持频率范围(例如，至少两个频率)的无线功率传输的布置方式。在该布置方式中，设备12向设备10通告100-200kHz的频率可用，并且设备10基于信息诸如关于设备10中哪些(如果有的话)敏感部件正在操作的信息而从这些频率中进行选择。例如，具有对120kHz的干扰敏感(无论是直接在这个频率还是因为这个传输频率与干扰谐波频率相关联)的活动敏感设备诸如触摸屏显示器或无线通信电路的接收设备诸如蜂窝电话可以指示设备12利用(不同于120kHz的)128kHz的频率以最大功率传输电平5W(其从设备10的10W最大无线功率接收能力略微减小)来传输无线功率。

同样可以形成占空比设置以増强无线功率传输性能。大的占空比值可以与可能高的传输功率量相关联。如果设备10是具有低功率接收能力的设备，则设备10可以指示设备12使用(例如)30％的最大占空比设置，以防止过多功率被传输的场景。如果设备10需要功率来操作(例如，因为设备10具有完全耗尽的电池)，则设备10可以指示设备12使用(例如)5％的最小占空比设置以确保足够的功率从设备12无线传输给设备10来允许设备10在设备10中的电池被补充时操作其部件。

设备12工作于正常(苏醒)模式，其中无线功率正从设备12传输给设备10，并且当功率没有正在被无线传输时(例如，因为设备10包含完全充电的电池)，一个或多个线圈36可以进入休眠模式。在休眠模式中，功率消耗减小，因为操作诸如无线功率传输操作和利用测量电路102进行的线圈测量操作被暂时停止(逆变器70不向线圈36供应驱动信号)。休眠定时器在休眠模式期间是活动的。休眠定时器运行至休眠定时器间隔(例如，30秒或其他休眠时间段，有时称为复位定时器设置或休眠定时器设置)。当休眠定时器截止时(例如，当以控制电路42实现的休眠定时器达到休眠时间设置时)，设备12(例如，一个或多个线圈36)从休眠模式苏醒，并且重新可用于与设备10无线通信以及向设备10无线传输功率。

休眠定时器设置的值可以被调节(例如，调节到1ms至10分钟、超过1ms、超过1s、超过10s、超过100s、超过1分钟、超过10分钟、小于10分钟、小于1分钟、1-10分钟、小于10s、10-1000s、小于1s等的值)。设备10可以基于其在充电完成时的状态(例如，基于其电池容量、电池充电水平、偏置电流水平，操作温度等)来选择适当的休眠时间。例如，如果设备10是具有相对小的电池的设备，则设备10可以指示设备12将休眠定时器设定为1分钟。利用这个设置，在设备10中的电池被充电之后，设备12每1分钟就苏醒以与设备10(例如，通过设备10和设备12之间的无线通信链路)核实，来与设备10核实设备10是否需要更多的功率。如果需要更多的功率，则设备12向设备10无线传输功率。如果不需要更多的功率，则设备12返回休眠。又如，如果设备10是具有相对大的电池的设备，则设备10可以指示设备12将设备10的休眠定时器设定更长的时间段(例如，5分钟)。因为设备10中的电池(在这个示例中)更大，所以电池可以持续更长的时间段而不被来自设备12的功率传输充电。

这样，如果用户将设备10放置在设备12上持续相对于对设备10完全充电所需的量延长的时间段(例如，设备10留在设备12上几天)，则设备12可以在对设备10完全充电之后休眠，并且周期性地苏醒以查看设备10的电池水平是否需要以有效的方式进一步充电。

如结合图5-8所述，系统8可以支持多种不同的功率传输调制方案。在设备10和设备12正在通过无线通信链路通信的设置操作期间或者在其他合适的时间，设备12向设备10通告设备12所支持的调制方案。设备10基于可用方案并且基于设备10的当前操作条件(以温度传感器测量的操作温度、电池充电水平、关于设备10中哪些部件当前活动的信息等)来选择适当的调制方案。例如，如果设备12向设备10通告设备12仅支持PWM功率传输调制方案，则设备10可以指示设备12在向设备10无线传输功率中使用这个方案。又如，如果设备12向设备10通告设备12支持AM和PWM方案两者，并且设备10具有部分充电的电池，则设备10可以为设备12提供指示设备12使用AM功率传输调制方案的无线功率传输调制方案设置信息(例如，一个或多个调制方案和一个或多个相关联的功率阈值设置)，以帮助对电池快速充电。在指示设备12使用AM方案中，设备10可以通告设备12只要负载100所消耗的功率大于阈值量(例如3W)就使用AM方案，并且一旦负载100所消耗的功率少于3W就回退到PWM以实现增强的功率传输效率。通过为设备12提供功率调制方案设置诸如这些或其它合适的功率调制方案设置信息，设备10可以配置系统8用于最佳功率传输(例如，基于传感器数据、电池充电水平、关于当前活动部件的信息、基于设备12的能力等)。

与可调节功率传输设置相关的另一示例涉及设备10的部件100中温度传感器进行的温度测量。如果操作温度被测量为低，则设备10可以指示设备12(例如)利用PWM方案为设备10提供无线功率。相位调制方案可以在设备10中的导电结构中产生更少的信号谐波和更少的涡电流，其可以提高设备10的温度。因此，如果设备10的操作温度高，则设备10可以指示设备12利用相移无线功率传输调制方案供应无线功率。在敏感部件正在操作设备10的情况下，相移调制也可以是有利的。

在图9中示出了使用系统8所涉及的例示性操作的流程图。设备12可以使用测量电路102和/或其他检测电路来监视可以接收无线功率的设备10的存在。如果用户将设备10放置在设备12的充电表面上，则设备12可以检测到设备10(框140)。例如，设备12可以检测线圈36中一者或多者的阻抗变化，可以利用冲激响应测量电路检测线圈36中一者或多者上相对于相邻线圈36提高的电感或者可以其它方式感测设备10存在于设备12上。响应于检测到看起来与无线充电兼容的设备的存在，设备12可以开始向设备10传输无线功率。在这些功率传输操作期间，设备12可以使用默认功率传输设置(例如，相对低功率设置)以帮助对设备10充分地供电以供设备10在设备10包含耗尽电池的情况下使用其无线通信电路。设备12和设备10然后可以利用电路56和58建立无线通信链路(图1)。如果需要，设备12可以在向设备10传输功率之前尝试与设备10建立无线通信链路。

在框142的操作期间，如果需要，设备10可以向设备12标识其自身(例如，利用序列号、型号、关于操作极限的信息等)。设备10也可以向设备12提供请求，该请求要求设备12向设备10提供其能力列表。

在框144的操作期间，设备12对框142的请求进行响应，该请求要求设备12向设备10传输关于设备12的无线功率传输能力的信息。例如，设备12可以向设备10传输信息，该信息向设备10通告所支持的设备10的占空比范围或其他支持的占空比设置、所支持的无线功率传输频率范围(针对来自逆变器70的驱动信号)、所支持的无线功率传输调制方案(例如PWM、AM、相移和/或其他无线功率传输调制方案设置)、所支持的功率传输范围(例如，最小功率电平和/或最大功率电平)和/或设备12的其他无线功率传输能力。

在框146的操作期间，设备10处理来自负载100中的传感器的信息(例如，来自温度传感器的温度信息和/或其他传感器信息)、关于设备10中哪些部件正在操作(例如，敏感部件诸如触敏或非触敏显示器、触摸传感器(例如，独立触摸传感器或触敏显示器中的触摸传感器)、无线通信电路或设备10中其它可能对在无线功率传输期间生成的射频信号产生的扰乱敏感的部件)的信息、关于设备10中电池的当前充电水平的信息和/或关于设备10的当前操作环境的信息，并且处理来自设备12的关于设备12的无线功率传输能力的信息以确定适当设置用于在无线功率传输操作中使用。例如，设备10可以基于可能矛盾的标准来确定所期望的设置，诸如与最小化干扰、降低充电时间、最大安全性(例如，功率传输电平降低导致电路劣化的可能性降低)、増强功率效率、最小化信号谐波(例如，在使用相移调制而不是PWM以帮助减少可能加热设备10的涡电流时)、最小化用户等待时间、増强用户期望相关的标准和/或其他标准。在确定用于无线功率传输操作的设置之后，设备10向设备12传输包含适当的无线功率传输设置信息的指令。这些设置可以包括最小占空比设置和/或最大占空比设置、频率设置、休眠定时器设置、最小功率传输电平设置和/或最大功率传输电平设置、调制方案设置(如果需要，包括与不同调制方案相关联的相关联功率传输电平阈值)和/或其他设置。这些指令指示设备12在向设备10无线传输功率中使用这些无线功率传输设置。

在框148的操作期间，设备12利用在框148从设备10接收的设置信息来向设备10无线传输功率。当设备10被完全充电时，设备10可以向设备12无线传输信息，该信息指示设备12停止无线功率传输操作并且进入低功率休眠模式。作为响应，设备12休眠由休眠定时器设置所指定的时间量(例如，1分钟、5分钟、超过5分钟、小于5分钟等的休眠间隔)以节省功率(框150)。可以利用默认设置和/或从设备10接收的设置(例如，在步骤146)来形成休眠定时器设置。当休眠定时器截止时(例如，当休眠时间已达到休眠定时器设置时)，设备12从其休眠状态苏醒并且向设备10无线传输请求，所述请求询问设备10是否需要更多的功率来对设备10中的电池充电和/或对设备10中的部件供电(框152)。如果设备10不需要更多的功率，则设备12可以返回休眠状态，并且如线154所指示的，控制可以返回到框150。如果需要额外的功率，则处理可以返回到框142，如线156所示。

根据实施方案，一种无线功率传输设备具有充电表面，充电表面被配置为接收无线功率接收设备，无线功率接收设备具有无线功率接收线圈，无线功率接收线圈被配置为接收来自无线功率传输设备的无线功率信号，提供无线功率传输设备，无线功率传输设备包括：无线功率传输线圈阵列；逆变器电路，逆变器电路耦接到无线功率传输线圈阵列，逆变器电路被配置为向无线功率传输线圈阵列供应驱动信号，以生成无线功率信号；测量电路，测量电路耦接到无线功率传输线圈阵列，以检测无线功率接收设备何时存在；和控制电路，控制电路被配置为利用测量电路检测无线功率接收设备存在于充电表面上，响应于检测到无线功率接收设备存在于充电表面上，建立与无线功率接收设备的无线通信链路，并且通过无线通信链路无线接收无线功率传输休眠定时器设置。

根据另一实施方案，控制电路被进一步配置为通过无线通信链路无线传输关于无线功率传输设备的无线功率传输能力的信息，无线接收的无线功率传输休眠定时器设置由无线功率接收设备基于传输的关于无线功率传输能力的信息来选择。

根据另一实施方案，传输的关于无线功率传输能力的信息包括至少一个无线功率传输频率，至少一个无线功率传输频率在以逆变器向阵列提供驱动信号中使用，并且控制电路被进一步配置为通过无线通信链路无线接收无线功率传输频率设置，无线接收的无线功率传输频率设置由无线功率接收设备基于传输的关于无线功率传输能力的信息来选择。

根据另一实施方案，传输的关于无线功率传输能力的信息包括关于至少一个无线功率传输调制方案的信息，并且控制电路被进一步配置为通过无线通信链路无线接收无线功率传输调制方案设置，无线接收的无线功率传输调制方案设置由无线功率接收设备基于传输的关于无线功率传输能力的信息来选择。

根据另一实施方案，无线功率传输调制方案设置包括选自由脉冲宽度调制方案设置、振幅调制方案设置和相移调制方案设置组成的组的无线功率传输调制方案设置。

根据另一实施方案，传输的关于无线功率传输能力的信息包括关于无线功率传输脉冲宽度调制方案、无线功率传输振幅调制方案设置和无线功率传输相移调制方案设置的信息。

根据另一实施方案，控制电路被进一步配置为通过无线通信链路无线接收无线功率传输占空比设置。

根据另一实施方案，测量电路包括脉冲响应测量电路，并且控制电路被配置为通过使用测量电路测量与线圈阵列相关联的线圈电感来检测无线功率接收设备存在于充电表面上。

根据实施方案，一种无线功率传输设备具有充电表面，充电表面被配置为接收无线功率接收设备，无线功率接收设备具有无线功率接收线圈，无线功率接收线圈被配置为接收来自无线功率传输设备的无线功率信号，提供无线功率传输设备，无线功率传输设备包括：无线功率传输线圈阵列；逆变器电路，逆变器电路耦接到无线功率传输线圈阵列，逆变器电路被配置为向无线功率传输线圈阵列供应驱动信号，以生成无线功率信号；测量电路，测量电路耦接到无线功率传输线圈阵列，以检测无线功率接收设备何时存在；和控制电路，控制电路被配置为利用测量电路检测无线功率接收设备存在于充电表面上，响应于检测到无线功率接收设备存在于充电表面上，建立与无线功率接收设备的无线通信链路，并且通过无线通信链路无线接收无线功率传输调制方案设置。

根据另一实施方案，无线功率传输调制方案包括选自由脉冲宽度调制方案设置、振幅调制方案设置和相移调制方案设置组成的组的无线功率传输调制方案。

根据另一实施方案，测量电路包括脉冲响应测量电路，并且控制电路被配置为通过使用测量电路测量与线圈阵列相关联的线圈电感来检测无线功率接收设备存在于充电表面上。

根据另一实施方案，控制电路被进一步配置为通过无线通信链路无线传输关于无线功率传输设备的无线功率传输能力的信息，无线接收的无线功率传输调制方案设置由无线功率接收设备基于传输的关于无线功率传输能力的信息来选择。

根据另一实施方案，控制电路被进一步配置为通过无线通信链路从无线功率接收设备无线接收无线功率传输占空比设置。

根据另一实施方案，控制电路被进一步配置为通过无线通信链路从无线功率接收设备无线接收无线功率传输休眠定时器设置。

根据实施方案，一种无线功率传输设备具有充电表面，充电表面被配置为接收无线功率接收设备，无线功率接收设备具有无线功率接收线圈，无线功率接收线圈被配置为接收来自无线功率传输设备的无线功率信号，提供无线功率传输设备，无线功率传输设备包括：无线功率传输线圈阵列；逆变器电路，逆变器电路耦接到无线功率传输线圈阵列，逆变器电路被配置为向无线功率传输线圈阵列供应驱动信号，以生成无线功率信号；测量电路，测量电路耦接到无线功率传输线圈阵列，以检测无线功率接收设备何时存在；控制电路，控制电路被配置为利用测量电路检测无线功率接收设备存在于充电表面上，响应于检测到无线功率接收设备存在于充电表面上，建立与无线功率接收设备的无线通信链路，并且通过无线通信链路无线接收最小占空比无线功率传输设置和最大占空比无线功率传输设置。

根据另一实施方案，控制电路被进一步配置为通过无线通信链路无线传输关于无线功率传输设备的无线功率传输能力的信息，最小占空比无线功率传输设置和最大占空比无线功率传输设置包括由无线功率接收设备基于传输的关于无线功率传输能力的信息选择的无线功率传输设置。

根据另一实施方案，传输的关于无线功率传输能力的信息包括用于逆变器向线圈阵列中的线圈中至少一者提供驱动信号的无线功率传输频率设置，并且控制电路被进一步配置为通过无线通信链路无线接收无线功率传输频率设置。

根据另一实施方案，传输的关于无线功率传输能力的信息包括用于在以逆变器向线圈阵列中的线圈中至少一者提供驱动信号中使用的无线功率传输调制方案设置，并且控制电路被进一步配置为通过无线通信链路无线接收无线功率传输调制方案设置。

根据另一实施方案，传输的关于无线功率传输能力的信息包括用于控制电路的无线功率传输休眠定时器设置，并且控制电路被进一步配置为通过无线通信链路无线接收无线功率传输休眠定时器设置。

根据另一实施方案，测量电路包括脉冲响应测量电路，并且控制电路被配置为通过使用测量电路测量与线圈阵列相关联的线圈电感来检测无线功率接收设备存在于充电表面上。

前述内容为例示性的并且可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 (19)

1.一种无线功率传输设备，所述无线功率传输设备具有充电表面，所述充电表面被配置为接收无线功率接收设备，所述无线功率接收设备具有无线功率接收线圈，所述无线功率传输设备包括：

无线功率传输线圈；

逆变器电路，所述逆变器电路耦接到所述无线功率传输线圈，其中所述逆变器电路被配置为向所述无线功率传输线圈供应驱动信号，以生成无线功率信号；

测量电路，所述测量电路耦接到所述无线功率传输线圈，以检测所述无线功率接收设备何时存在；和

控制电路，所述控制电路被配置为：

使用所述测量电路来检测所述无线功率接收设备存在于所述充电表面上；

响应于检测到所述无线功率接收设备存在于所述充电表面上，建立与所述无线功率接收设备的无线通信链路，并且通过所述无线通信链路无线接收无线功率传输休眠定时器设置；以及

接收到所述无线功率传输休眠定时器设置后，开始产生所述无线功率信号，以使用所述无线功率传输线圈为所述无线功率接收设备充电。

2.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路被进一步配置为：

通过所述无线通信链路无线传输关于所述无线功率传输设备的无线功率传输能力的信息，其中所述无线接收的无线功率传输休眠定时器设置由所述无线功率接收设备基于所述传输的关于所述无线功率传输能力的信息来选择。

3.根据权利要求2所述的无线功率传输设备，其中所述传输的关于所述无线功率传输能力的信息包括至少一个无线功率传输频率，所述至少一个无线功率传输频率在以逆变器电路向所述无线功率传输线圈提供所述驱动信号中使用，并且其中所述控制电路被进一步配置为：

通过所述无线通信链路无线接收无线功率传输频率设置，其中所述无线接收的无线功率传输频率设置由所述无线功率接收设备基于所述传输的关于所述无线功率传输能力的信息来选择。

4.根据权利要求2所述的无线功率传输设备，其中所述传输的关于所述无线功率传输能力的信息包括关于至少一个无线功率传输调制方案的信息，并且其中所述控制电路被进一步配置为：

通过所述无线通信链路无线接收无线功率传输调制方案设置，其中所述无线接收的无线功率传输调制方案设置由所述无线功率接收设备基于所述传输的关于所述无线功率传输能力的信息来选择。

5.根据权利要求4所述的无线功率传输设备，其中所述无线功率传输调制方案设置包括选自由脉冲宽度调制方案设置、振幅调制方案设置和相移调制方案设置组成的组的无线功率传输调制方案设置。

6.根据权利要求2所述的无线功率传输设备，其中所述传输的关于所述无线功率传输能力的信息包括关于无线功率传输脉冲宽度调制方案、无线功率传输振幅调制方案设置和无线功率传输相移调制方案设置的信息。

7.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路被进一步配置为通过所述无线通信链路无线接收无线功率传输占空比设置。

8.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述测量电路包括脉冲响应测量电路，并且其中所述控制电路被配置为通过使用所述测量电路测量与所述无线功率传输线圈相关联的线圈电感来检测所述无线功率接收设备存在于所述充电表面上。

9.一种无线功率传输设备，所述无线功率传输设备具有充电表面，所述充电表面被配置为接收无线功率接收设备，其中所述无线功率接收设备具有无线功率接收线圈，所述无线功率接收线圈被配置为接收来自所述无线功率传输设备的无线功率信号，所述无线功率传输设备包括：

无线功率传输线圈；

逆变器电路，所述逆变器电路耦接到所述无线功率传输线圈，其中所述逆变器电路被配置为向所述无线功率传输线圈供应驱动信号，以生成所述无线功率信号；

测量电路，所述测量电路耦接到所述无线功率传输线圈，以检测所述无线功率接收设备何时存在；和

控制电路，所述控制电路被配置为：

使用所述测量电路来检测所述无线功率接收设备存在于所述充电表面上；

响应于检测到所述无线功率接收设备存在于所述充电表面上，建立与所述无线功率接收设备的无线通信链路；

通过所述无线通信链路无线传输关于所述无线功率传输设备的无线功率传输能力的信息；以及

通过所述无线通信链路无线接收无线功率传输调制方案设置，其中所述无线接收的无线功率传输调制方案设置由所述无线功率接收设备基于所述传输的关于所述无线功率传输能力的信息来选择。

10.根据权利要求9所述的无线功率传输设备，其中所述无线功率传输调制方案包括选自由以下项组成的组的无线功率传输调制方案：

脉冲宽度调制方案设置、振幅调制方案设置和相移调制方案设置。

11.根据权利要求10所述的无线功率传输设备，其中所述测量电路包括脉冲响应测量电路，并且其中所述控制电路被配置为通过使用所述测量电路测量与所述无线功率传输线圈相关联的线圈电感来检测所述无线功率接收设备存在于所述充电表面上。

12.根据权利要求9所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路被进一步配置为通过所述无线通信链路从所述无线功率接收设备无线接收无线功率传输占空比设置。

13.根据权利要求9所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路被进一步配置为通过所述无线通信链路从所述无线功率接收设备无线接收无线功率传输休眠定时器设置。

14.一种无线功率传输设备，所述无线功率传输设备具有充电表面，所述充电表面被配置为接收无线功率接收设备，其中所述无线功率接收设备具有无线功率接收线圈，所述无线功率接收线圈被配置为接收来自所述无线功率传输设备的无线功率信号，所述无线功率传输设备包括：

无线功率传输线圈；

逆变器电路，所述逆变器电路耦接到所述无线功率传输线圈，其中所述逆变器电路被配置为向所述无线功率传输线圈供应驱动信号，以生成所述无线功率信号；

测量电路，所述测量电路耦接到所述无线功率传输线圈，以检测所述无线功率接收设备何时存在；

控制电路，所述控制电路被配置为：

使用所述测量电路来检测所述无线功率接收设备存在于所述充电表面上；

响应于检测到所述无线功率接收设备存在于所述充电表面上，建立与所述无线功率接收设备的无线通信链路；以及

通过所述无线通信链路无线接收最小占空比无线功率传输设置和最大占空比无线功率传输设置。

15.根据权利要求14所述的无线功率传输设备，其中所述控制电路被进一步配置为：

通过所述无线通信链路无线传输关于所述无线功率传输设备的无线功率传输能力的信息，其中所述最小占空比无线功率传输设置和所述最大占空比无线功率传输设置包括由所述无线功率接收设备基于所述传输的关于所述无线功率传输能力的信息选择的无线功率传输设置。

16.根据权利要求15所述的无线功率传输设备，其中所述传输的关于所述无线功率传输能力的信息包括用于供所述逆变器电路向所述无线功率传输线圈提供所述驱动信号的无线功率传输频率设置，并且其中所述控制电路被进一步配置为：

通过所述无线通信链路无线接收所述无线功率传输频率设置。

17.根据权利要求15所述的无线功率传输设备，其中所述传输的关于所述无线功率传输能力的信息包括用于在以所述逆变器电路向所述无线功率传输线圈提供所述驱动信号中使用的无线功率传输调制方案设置，并且其中所述控制电路被进一步配置为：

通过所述无线通信链路无线接收所述无线功率传输调制方案设置。

18.根据权利要求15所述的无线功率传输设备，其中所述传输的关于所述无线功率传输能力的信息包括用于所述控制电路的无线功率传输休眠定时器设置，并且其中所述控制电路被进一步配置为：

通过所述无线通信链路无线接收所述无线功率传输休眠定时器设置。

19.根据权利要求14所述的无线功率传输设备，其中所述测量电路包括脉冲响应测量电路，并且其中所述控制电路被配置为通过使用所述测量电路测量与所述无线功率传输线圈相关联的线圈电感来检测所述无线功率接收设备存在于所述充电表面上。

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