CN114301184A - 无线功率系统外壳 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及无线功率系统外壳。本发明公开了一种无线功率系统，该无线功率系统具有无线功率传输设备诸如充电座和无线功率接收设备诸如电池操作的设备。该充电座可经由缆线连接到插头。该插头可包括保护罩和连接器。该保护罩可容纳被定位成更靠近保护罩外壳壁中的一个保护罩外壳壁的印刷电路板。

Description

无线功率系统外壳
本申请要求于2020年12月1日提交的美国专利申请第17/108923号的优先权，并且要求于2020年10月6日提交的美国临时专利申请第63/088234号的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开整体涉及功率系统，并且更具体地，涉及用于给电子设备充电的无线功率系统。
背景技术
在无线充电系统中，无线功率传输设备诸如充电垫或充电座以无线方式向无线功率接收设备诸如便携式电子设备传输功率。便携式电子设备具有线圈和整流器电路。该便携式电子设备的线圈接收来自无线功率传输设备的交流无线功率信号。整流器电路将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设备和无线功率接收设备。该无线功率接收设备可以是具有磁芯的腕表，该磁芯具有至少第一无线功率接收线圈和第二无线功率接收线圈。该无线功率传输设备可以是经由缆线连接到插头诸如通用串行总线插头的充电座。
在一些实施方案中，提供了一种无线功率传输设备，该无线功率传输设备包括：设备外壳；至少一个无线功率传输线圈，该至少一个无线功率传输线圈位于该设备外壳内；缆线，该缆线具有连接到该设备外壳的第一端并具有第二端；和
插头，该插头连接到该缆线的该第二端。该插头包括：保护罩，该保护罩具有保护罩外壳，该保护罩外壳具有上壁和下壁；连接器，该连接器从该保护罩延伸；和印刷电路板，该印刷电路板设置在该保护罩外壳内，其中该印刷电路板被定位成与该上壁相距第一距离并且与该下壁相距不同于该第一距离的第二距离。较高无源部件可安装在该印刷电路板的与该保护罩壁具有更大可用间距的一侧上。较矮有源部件可安装在该印刷电路板的与该保护罩壁具有较小间距的相对侧上。底部填充材料可设置在该有源部件下方。该无源部件可不含任何底部填充材料。
在一些实施方案中，提供了一种无线功率传输设备，该无线功率传输设备包括：设备外壳；至少一个无线功率传输线圈，该至少一个无线功率传输线圈位于该设备外壳内；缆线，该缆线具有连接到该设备外壳的第一端并具有第二端；和插头，该插头连接到该缆线的该第二端。该插头包括：保护罩，该保护罩具有保护罩外壳；连接器，该连接器从该保护罩延伸；印刷电路板，该印刷电路板设置在该保护罩外壳内；第一电子部件，该第一电子部件布置在该印刷电路板上的第一区中；第二电子部件，该第二电子部件布置在该印刷电路板上的第二区中；底部填充材料，该底部填充材料设置在该第一区中的该第一电子部件下方；和底部填充阻挡件，该底部填充阻挡件被配置为阻挡该底部填充材料到达该第二区中的该第二电子部件。该第二电子部件可以是低声噪声电容器(有时称为降噪声电容器)，该低声噪声电容器耦接到驱动该无线功率传输线圈的逆变器的功率轨。该底部填充阻挡件可为金属阻挡件结构。
在一些实施方案中，提供了一种无线功率传输设备，该无线功率传输设备包括：设备外壳；至少一个无线功率传输线圈，该至少一个无线功率传输线圈位于该设备外壳内；插头；和缆线，该缆线具有连接到该设备外壳的第一端并具有连接到该插头的第二端。该缆线包括差分信号路径、以第一量电容耦合到该差分信号路径的第一单端信号线和以等于该第一量的第二量电容耦合到该差分信号路径以减少该第一单端信号线和该第二单端信号线之间的串扰的第二单端信号线。该差分信号路径包括以第一量耦合到该第一单端信号线并且以该第二量耦合到该第二单端信号线的正信号线，并且包括以该第一量耦合到该第一单端信号线并且以该第二量耦合到该第二单端信号线的负信号线。
在一些实施方案中，提供了一种无线功率传输设备，该无线功率传输设备包括：设备外壳，该设备外壳容纳无线功率传输线圈；设备控制电路；和温度传感器，该温度传感器被配置为输出温度值；缆线，该缆线具有连接到该外壳的第一端并且具有第二端；和插头，该插头连接到该缆线的该第二端并且具有保护罩控制电路，其中该设备控制电路被配置为经由该缆线将心跳信号传输到该保护罩控制电路，并且其中该设备控制电路被配置为响应于检测到该温度值已超过预定阈值而停止该心跳信号的传输。该保护罩控制电路可响应于检测到该设备控制电路通过闩锁该保护罩外壳内的电子熔断器而已停止传输该心跳信号而停止经由该缆线向该无线功率传输线圈提供功率。
附图说明
图1是根据一些实施方案的包括无线功率传输设备和无线功率接收设备的例示性无线充电系统的示意图。
图2是根据一些实施方案的无线功率传输和接收电路的电路图。
图3是根据一些实施方案的经由缆线连接到连接器插头的例示性无线功率传输设备诸如无线充电座的侧视图。
图4A是根据一些实施方案示出更靠近保护罩上壁的印刷电路板的插头的横截面侧视图。
图4B是根据一些实施方案示出更靠近保护罩下壁的印刷电路板的插头的横截面侧视图。
图4C是根据一些实施方案的横截面侧视图，示出了底部填充材料可如何设置在保护罩内的较薄部件下方而不是较高部件下方。
图5A是根据一些实施方案的具有底部填充阻挡件的印刷电路板的俯视(布局)平面图，该底部填充阻挡件被配置为防止底部填充材料到达低声噪声电容器。
图5B是示出根据一些实施方案的印刷电路板的俯视平面图，该印刷电路板具有围绕更靠近印刷电路板中心的区域的底部填充阻挡件。
图5C是示出根据一些实施方案的印刷电路板的俯视平面图，该印刷电路板具有围绕印刷电路板上的不同区域的多个底部填充阻挡件。
图6A至图6D是根据一些实施方案的缆线的横截面视图，其中差分数据路径插置在两个单端信号路径之间以减轻串扰。
图7A是示出根据一些实施方案的可如何在功率传输设备和插头之间传输心跳信号的图。
图7B是根据一些实施方案的用于使用插头向功率传输设备发送心跳信号的例示性步骤的流程图。
图7C是根据一些实施方案的用于使用功率传输设备向插头发送心跳信号的例示性步骤的流程图。
具体实施方式
无线功率系统包括无线功率传输设备，诸如无线充电座。无线功率传输设备向无线功率接收设备(诸如蜂窝电话、腕表或其他电子装备)无线地传输功率。无线功率接收设备使用来自无线功率传输设备的功率来为设备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包括无线功率传输设备(诸如无线功率传输设备12)，并且包括无线功率接收设备(诸如无线功率接收设备24)。无线功率传输设备12包括控制电路16。无线功率接收设备24包括控制电路30。在系统8中的控制电路，诸如控制电路16和控制电路30用于控制系统8的操作。此控制电路可包括与微处理器、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。处理电路在设备12和24中实现期望的控制和通信特征。例如，处理电路能够用于选择线圈(在具有多个线圈的实施方案中)、确定功率传输水平、处理传感器数据和其他数据、处理用户输入、处置在设备12和24之间的协商、发送和接收带内和带外数据、进行测量，以及以其他方式控制系统8的操作。
系统8中的控制电路可被配置为使用硬件(例如，专用硬件或电路)、固件和/或软件在系统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8中的非暂态计算机可读存储介质(例如，有形计算机可读存储介质)上。该软件代码可有时被称为软件、数据、程序指令、指令或代码。非暂态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、或其他可移动介质等。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16和/或30的处理电路上执行。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、中央处理单元(CPU)、或其他处理电路。
功率传输设备12可以是独立的功率适配器(例如，包括功率适配器电路的无线功率传输设备)，可以是通过缆线耦接到功率适配器或其他装备的无线充电座或其他设备，可以是便携式设备，可以是已经结合到家具、车辆或其他系统的装备，可以是可移除电池箱，或可以是其他无线功率传递装备。其中无线功率传输设备12为具有缆线的无线充电座的例示性配置在本文中有时作为示例进行描述，该缆线具有适于与设备诸如功率适配器或具有USB连接器端口的其他电子装备配合的插头。
功率接收设备24可以是便携式电子设备，诸如蜂窝电话、腕表或其他电子装备。功率传输设备12可耦接到壁装电源插座(例如，交流电源)并且可使用AC-DC转换器来产生直流(DC)功率和/或可具有用于供电的电池。在本文描述为示例的一些实施方案中，AC-DC转换器14是独立的功率转换器或者结合到膝上型计算机或具有连接器端口(例如，USB连接器端口)的其他设备中。利用这种类型的布置，设备12与包括转换器14的装备分离，并且具有插入连接器端口中以从转换器14接收DC功率的缆线。
DC功率可用于为控制电路16供电。在操作期间，控制电路16中的控制器使用功率传输电路52来向设备24的功率接收电路54传输无线功率。功率传输电路52可具有切换电路(例如，由开关诸如晶体管形成的逆变器电路61)，该切换电路基于由控制电路16提供的控制信号而接通或断开，以形成通过一个或多个无线功率传输线圈诸如无线功率传输线圈36的AC电流信号。例如，线圈36可被布置成平面线圈阵列(例如，在设备12为无线充电垫的配置中)或可被布置用于形成线圈簇(例如，在设备12为无线充电座的配置中)。作为另一个示例，设备12可以具有仅单个线圈。作为另一个示例，设备12可具有多个线圈(例如，两个或更多个线圈、四个或更多个线圈、六个或更多个线圈、2-6个线圈、少于10个线圈等)。
当AC电流通过一个或多个线圈36时，线圈36响应于AC电流信号产生电磁场信号44。电磁场信号(有时称为无线功率信号)44然后可感应出对应的AC电流以在功率接收设备24中的一个或多个附近接收器线圈诸如线圈48中流动。当交流电磁场被线圈48接收时，在线圈48中感应出对应的交流电流。整流器电路诸如整流器电路50(其包括整流部件，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)将从一个或多个线圈48接收的AC信号(与电磁信号44相关联的接收的交流信号)转换为DC电压信号以用于给设备24供电。
由整流器电路50产生的DC电压(有时称为整流器输出电压Vrect)可用于对电池诸如电池58充电，并且可用于对设备24中的其他部件供电。例如，设备24可包括输入-输出设备56诸如显示器、触摸传感器、通信电路、音频部件、传感器、发光二极管状态指示器、其他发光及光检测部件和其他部件，并且这些部件(其形成设备24的负载)可由整流器电路50所产生的DC电压(和/或电池58所产生的DC电压)供电。
设备12和/或设备24可使用带内或带外通信进行无线通信。设备12可例如具有无线收发器电路40，该无线收发器电路使用天线来向设备24无线地传输带外信号。无线收发器电路40可用于使用天线从设备24无线地接收带外信号。设备24可具有向设备12传输带外信号的无线收发器电路46。无线收发器46中的接收器电路可使用天线来从设备12接收带外信号。设备12和24之间的带内传输可使用线圈36和48来执行。在一种例示性配置的情况下，使用频移键控(FSK)来将带内数据从设备12传送至设备24，并且使用幅移键控(ASK)来将带内数据从设备24传送至设备12。在这些FSK和ASK传输期间，功率可从设备12无线地传送至设备24。
希望功率传输设备12和功率接收设备24能够传达信息诸如接收功率、电荷状态等以控制无线功率传递。但是，上述技术无需涉及传输个人可识别信息即可发挥作用。出于充分的谨慎，需要注意的是在某种程度上，如果该收费技术的任何实施涉及使用个人可识别信息，则实施者应遵循通常被认为符合或超过行业或政府要求以维护用户隐私的隐私政策和实践。具体地，应管理和处理个人可识别信息数据，以使无意或未经授权的访问或使用的风险最小化，并应当向用户明确说明授权使用的性质。
控制电路16具有外部对象测量电路41，该外部对象测量电路可用于检测邻近设备12的外部对象(例如，在充电垫的顶部上，或者如果需要，以检测与充电座的耦合表面相邻的对象)。电路41可检测外来对象诸如线圈、回形针和其他金属物体，并且可检测无线功率接收设备24的存在(例如，电路41可检测一个或多个线圈48的存在)。在对象检测和表征操作期间，外部对象测量电路41可用于对线圈36进行测量以确定在设备12上是否存在任何设备24。
在例示性布置方式中，控制电路16的测量电路41包括信号发生器电路(例如，用于生成在一个或多个探测频率下的AC探测信号的振荡器电路，可产生脉冲使得能够测量脉冲响应以采集电感信息、品质因数(Q-Factor)信息的脉冲发生器等)和信号检测电路(例如，滤波器、模拟-数字转换器、脉冲响应测量电路等)。在测量操作期间，设备12中的切换电路(例如，在设备12的充电座中)可由控制电路16进行调整以将线圈36中的每一个线圈切换到使用中。当每个线圈36选择性地切换到使用中时，控制电路16使用信号测量电路41的信号发生器电路来向该线圈施加探测信号，同时使用信号测量电路41的信号检测电路来测量对应的响应。控制电路30和/或控制电路16中的测量电路43也可用于进行电流和电压测量(例如，使得该信息可被设备24和/或设备12使用)。
图2是系统8的例示性无线充电电路的电路图。如图2所示，电路52可包括逆变器电路诸如一个或多个逆变器61或产生无线功率信号的其他驱动电路，该无线功率信号通过包括一个或多个线圈36和电容器诸如电容器70的输出电路传输。在一些实施方案中，设备12可包括多个单独控制的逆变器61，每个逆变器向相应线圈36提供驱动信号。在其他实施方案中，使用切换电路在多个线圈36之间共享逆变器61。
在操作期间，用于逆变器61的控制信号由控制电路16在控制输入端74处提供。图2的示例中示出了单个逆变器61和单个线圈36，但如果需要，可使用多个逆变器61和多个线圈36。在多线圈配置中，切换电路(例如，复用器电路)可用于将单个逆变器61耦接到多个线圈36并且/或者每个线圈36可耦接到相应的逆变器61。在无线功率传输操作期间，一个或多个所选择的逆变器61中的晶体管由来自控制电路16的AC控制信号驱动。可动态地调节逆变器之间的相对相位(例如，一对逆变器61可产生同相或异相(例如，180°异相)的输出信号)。
使用逆变器61(例如，晶体管或电路52中的其他开关)来施加驱动信号使得由所选择的线圈36和电容器70形成的输出电路产生交流电磁场(信号44)，该交流电磁场由无线功率接收电路54使用由设备24中的一个或多个线圈48和一个或多个电容器72形成的无线功率接收电路接收。
如果需要，可由控制电路16来调节驱动线圈36之间的相对相位(例如，线圈36中的一个线圈的相位，该线圈相对于线圈36中的被驱动的另一个相邻线圈被驱动)，以有助于增强设备12和设备24之间的无线功率传递。整流器电路50耦接到一个或多个线圈48(例如，一对线圈)，并将接收到的功率从AC转换为DC，并在整流器输出端子76上提供对应的直流输出电压Vrect以用于为设备24中的负载电路供电(例如，用于对电池58充电，用于为显示器和/或其他输入-输出设备56供电，以及/或者用于为其他部件供电)。单个线圈48或多个线圈48可包括在设备24中。在例示性配置中，设备24可以是具有至少两个线圈48的腕表或其他便携式设备。这两个(或更多个)线圈48可在接收无线功率时一起使用。如果需要，可以使用其他配置。
图3为处于例示性配置的系统8的横截面侧视图，其中无线功率传输设备12为无线充电座，并且其中无线功率接收设备24为腕表(作为示例)。如图3所示，设备12具有设备外壳90(例如，由聚合物、其他电介质材料和/或其他材料形成的盘形充电座外壳)。设备外壳90可容纳用于与插头94通信的设备微控制器、DC-DC功率转换器电路诸如降压电压转换器(例如，降压转换器)、电压调节器电路诸如低压差(LDO)调节器、无线功率传输电路诸如逆变器61(参见图2)、线圈36和电容器70、用于与功率接收设备24通信的近场通信(NFC)电路、过温保护(OTP)电路诸如温度传感器、调试电路、滤波器电路、磁对准结构诸如用于在充电操作期间吸引设备12的磁体，和/或其他功率传输设备部件。
缆线92耦接到设备外壳90并向线圈36提供功率。缆线92的一端可用尾纤连接至外壳90。缆线92的相对端使用插头94终止。插头94具有有时称为插头的“保护罩”的保护罩部分98。保护罩98(有时可称为连接器保护罩)可由聚合物、金属和/或其他材料形成，并且可具有被配置为容纳电子部件(例如，集成电路、分立部件诸如晶体管、印刷电路等)的内部区域。保护罩98具有连接到缆线92的第一端和连接到连接器部分96(有时称为插头的“连接器”)的第二端。连接器96可包括24个引脚、10至30个引脚、10个或更多个引脚、20个或更多个引脚、30个或更多个引脚、40个或更多个引脚、50个或更多个引脚、或支撑在连接器外壳内的任何合适数量的引脚。连接器96内的引脚被配置为与外部装备诸如设备100的端口102中的对应引脚配合。设备100可为独立的功率适配器、电子设备诸如计算机、或通过端口102向插头94提供DC功率的其他装备。端口102可为例如USB端口(例如，USB-C型端口、USB 4.0端口、USB 3.0端口、USB 2.0端口、微型USB端口等)或闪电连接器端口。具有从保护罩98突出的连接器的插头96可被称为公插头。插头96可为可逆插头(即，可在至少两个不同且对称的取向上与对应的连接器端口配合的插头)。
在系统8的正常操作期间，功率接收设备24可被放置在功率传输设备12的充电表面上。设备24和设备12可具有磁体(和/或磁性材料，诸如铁)。例如，设备24可具有磁体，并且设备12可具有对应的配合磁体。这些磁体彼此吸引，从而在充电期间将设备12和24保持在一起。
保护罩98可具有容纳各种电子部件的保护罩外壳。保护罩外壳可容纳用于与外壳90中的设备微控制器通信的保护罩微控制器、DC-DC功率转换器电路诸如升压电压转换器(例如，升压转换器)、电压调节器电路诸如低压差(LDO)调节器、电子熔断器电路诸如用于在检测短路、过载、失配负载或其他设备故障事件时提供过电流保护的电熔断器或熔断器、滤波器电路和/或其他保护罩部件。图4A是插头94的横截面侧视图。如图4A所示，保护罩98可包括其上可安装多个电子部件的印刷电路板112。印刷电路板112可与X-Y平面共面。因此，保护罩98可具有沿Z轴延伸的厚度。
如上所述，功率转换器电路可设置在保护罩98内。功率转换器电路诸如升压电压转换器(例如，升压转换器)可包括相对较大的部件，诸如大的功率转换器电感器和大的功率转换器电容器。为了优化功率密度，功率转换器电感器和电容器可被实现为保护罩98内的相对较高的无源部件。然而，保护罩98内存在有限量的空间以容纳各种电子部件。因此，将所有必需的保护罩电子器件连同功率转换器电路一起装配在保护罩外壳内的有限空间内可能是具有挑战性的。
为了将所有部件容纳在保护罩98内，印刷电路板112可在Z方向上偏移，使得较高电子部件可设置在板112的一侧上，并且较矮电子部件可设置在板112的相对侧上。插头94可具有将连接器96和保护罩98分成两半的中心平面110。中心平面110平行于X-Y平面。在图4A的示例中，印刷电路板112在平面110上方沿Z方向向上偏移，使得板112被定位成更靠近保护罩外壳的上壁99-1，并且因此被定位成更远离保护罩外壳的下壁99-2。较高部件诸如功率转换器电感器122、功率转换器电容器124(例如，低噪声电容器)和其他较高无源部件(例如，电阻器和/或其他负载部件)可安装在印刷电路板的下表面116上。保护罩微控制器和其他相对较矮的半导体部件120可安装在印刷电路板的顶表面114上。以这种方式布置时，保护罩98的总体尺寸可最小化。
设置在印刷电路板的底表面116上的较高部件(例如，部件122和124)可比设置在印刷电路板的顶表面114上的较矮部件(例如，部件120)高至少10％、20％、50％、100％、10％至100％、100％至200％、200％至300％、300％至400％、400％至500％、100％至500％或超过500％。较高部件的高度可变化。较矮部件的高度可变化。根据这些部件的相对高度，板112与保护罩下壁99-2之间的距离可比板112与保护罩上壁99-1之间的距离大至少10％、20％、10％至50％、50％至100％、100％至200％、200％至300％、300％至400％、400％至500％、100％至500％或超过500％。任何数量的较高部件可安装在板112的具有更多可用Z高度的一侧上。任何数量的较矮部件可安装在板112的具有更受限Z高度的一侧上。
其中印刷电路板112被定位成更靠近保护罩外壳上壁的图4A的示例仅仅是例示性的。图4B示出了另一个合适的实施方案，其中印刷电路板112被定位成更靠近保护罩外壳下壁。如图4B所示，印刷电路板112沿Z方向向下偏移在平面110下方，使得板112更靠近保护罩外壳的下壁99-2，并且因此更远离保护罩外壳的上壁99-1。以这种方式配置，较高部件诸如功率转换器电感器122、功率转换器电容器124和其他较高无源部件(例如，电阻器和/或其他负载部件)可安装在印刷电路板112的上表面上。保护罩微控制器和其他相对较矮的半导体部件120可安装在印刷电路板112的底表面上。
设置在印刷电路板112的顶表面上的较高部件(例如，部件122和124)可比设置在印刷电路板112的底表面上的较矮部件(例如，部件120)高至少10％、20％、50％、100％、10％至100％、100％至200％、200％至300％、300％至400％、400％至500％、100％至500％或超过500％。较高部件的高度可变化。较矮部件的高度可变化。根据这些部件的相对高度，板112与保护罩上壁99-1之间的距离可比板112与保护罩下壁99-2之间的距离大至少10％、20％、10％至50％、50％至100％、100％至200％、200％至300％、300％至400％、400％至500％、100％至500％或超过500％。任何数量的较高部件可安装在板112的具有更多可用Z高度的一侧上。任何数量的较矮部件可安装在板112的具有更受限Z高度的一侧上。
图4C是示出底部填充材料可如何设置在保护罩内的较矮部件下方而不是较高部件下方的横截面侧视图。如图4C所示，保护罩微控制器120经由第一组焊料凸块130耦接到印刷电路板112的上表面，而电感器122经由第二组焊料凸块132耦接到印刷电路板112的下表面。底部填充材料134可设置在保护罩微控制器120下方以及安装在板112的顶表面上的其他矮半导体部件下方。较矮半导体部件有时被认为是“有源”电子部件，其通常耗散比无源部件更多的热。底部填充材料134可有助于为保护罩内的有源部件提供更好的热耗散。相比之下，设置在印刷电路板112的相对侧上的无源部件诸如电感器122和低噪声电容器124不需要被底部填充。对低噪声电容器124进行底部填充还可降低这些电容器的低噪声能力。因此，不对较高无源部件进行底部填充可有助于节省处理步骤，同时使低噪声电容器124的性能最大化。
图5A示出了另一个合适的实施方案，其中安装在印刷电路板113的表面上的一些部件被底部填充，而板113的表面上的其他部件未被底部填充(即，不含或没有任何底部填充材料)。印刷电路板113可表示设置在设备外壳90内的印刷电路板或设置在保护罩外壳内的印刷电路板112。如图5A的俯视(布局)平面图所示，在Z方向上观察X-Y平面，多个部件诸如部件144和150可安装在板113的给定表面上。
可能期望对部件154(如阴影区域中所示)进行底部填充，同时使部件144不含任何底部填充材料。部件114可以是耦接到逆变器61的电源轨的低声噪声电容器。为了实现最佳低噪声性能，此类低声噪声电容器通常不应被底部填充。为了防止底部填充材料在制造期间到达部件144，印刷电路板113可设置有底部填充阻挡件结构，诸如底部填充阻挡件142。底部填充阻挡件142可由金属(例如，铜、铝、钨、银等)、电介质或可被配置为阻挡底部填充材料进入布置有部件144的区域140的其他合适的半导体材料形成。底部填充阻挡件142应在沉积底部填充材料之前设置。因此，区域140有时可被称为无底部填充区或无底部填充沟槽区域。
其中无底部填充沟槽区域140位于印刷电路板113的拐角处的图5A的示例仅仅是例示性的。图5B示出了另一个合适的实施方案，其中无底部填充沟槽区域140远离印刷电路板113的边缘。如图5B所示，底部填充阻挡件142可完全围绕区域140，以便围绕区域140形成壕沟状结构。任何数量的部件144可被布置在区域140内。虽然区域140的形状被示出为矩形，但区域140的形状可为任何合适的形状(例如，正方形形状、三角形形状、具有一个或多个弯曲边缘的形状、具有弯曲边缘和直边缘的形状、圆形形状、椭圆形形状、不规则形状等)。
其中在印刷电路板113的表面上存在一个区域140的图5A和图5B的示例仅仅是例示性的。一般来讲，一个或多个区域140可位于印刷电路板113的顶表面和/或底表面上。图5C示出了另一个合适的实施方案，其中至少两个无底部填充沟槽区域形成在印刷电路板113上。如图5C所示，第一区域140-1可位于板113的拐角处，而第二区域140-2可位于更靠近板113的中心。区域140-1可具有仅位于区域140-1的两侧的第一底部填充阻挡件142。区域140-2可具有位于区域140-2的所有四个侧面的第二底部填充阻挡件142(例如，铜环)。任何数量的部件144可被布置在区域140-1和140-2内。区域140-1和140-2可具有任何形状。作为另一示例，印刷电路板113可具有位于板113的两个或更多个拐角或者三个或更多个拐角处的区域140。作为另一示例，印刷电路板113可具有远离板113的边缘定位的相同或不同尺寸的两个或更多个分立区域140-2。
图5A、图5B和图5C的实施方案可与图4A、图4B和图4C的实施方案组合(即，图4和图5的实施方案不是互相排斥的)。例如，一个或多个区域140可位于印刷电路板112的其上安装有较矮底部填充部件的一侧。如果需要，设置在板112的相对表面上的至少一些较高非底部填充部件可由底部填充阻挡件结构142围绕。
根据另一个实施方案，缆线92可(作为示例)为7线缆线。缆线92的长度可等于1米、小于1米、大于1米、50cm至100cm、10cm至50cm、100cm至150cm、150cm至200cm或其他合适的长度。图6A示出了具有七根线的缆线92的横截面视图，该七根线包括两根功率(PWR)线(例如，被配置为传送电源信号诸如正电源电压和接地电源电压的线)、中断(INT)信号线(例如，用于传送中断信号、状态信号或其他控制信号的线)、差分信号路径(例如，具有正信号线D+和相关联的负信号线D-的差分信号路径)以及至少两个单端通信线SDA和SCL。差分线D+和D-可以共同用作高速数据路径，以在固件更新期间传送信息(作为示例)。线SDA和SCL可分别是用于I2C总线接口的串行数据线和串行时钟线。如果不小心，则线SDA和SCL之间可能存在信号串扰。
为了减轻线SDA和SCL之间的信号串扰，差分信号路径可以插置在线SDA和SCL之间，使得从线SDA到差分路径的电容耦合量等于从线SCL到差分路径的电容耦合量。在图6A的示例中，线SCL可以以寄生量Cp1电容耦合到正差分线D+，并且可以以寄生量Cn1电容耦合到负差分线D-。类似地，线SDA可以以寄生量Cp2电容耦合到正差分线D+，并且可以以寄生量Cn2电容耦合到负差分线D-。
这些线应布置成使得Cp1等于Cp2并且使得Cn1等于Cn2。为了实现这一点，SCL和D+之间的距离应等于SDA和D+之间的距离(例如，使得Cp1＝Cp2)。类似地，SCL和D-之间的距离应等于SDA和D-之间的距离(例如，使得Cn1＝Cn2)。以这种方式布置，差分信号线D+和D-可以抵消或最小化串行通信线SCL和SDA之间的任何信号串扰。
其中SCL和D+之间的距离等于SCL和D-之间的距离的图6A的示例仅仅是例示性的。图6B示出了另一个合适的实施方案，其中SCL和D+之间的距离不等于SCL和D-之间的距离。如图6B所示，线INT和D-的位置相对于图6A的布线布置交换。在图6B的示例中，线SCL可以以寄生量Cp1电容耦合到正差分线D+，并且可以以寄生量Cn1'电容耦合到负差分线D-。类似地，线SDA可以以寄生量Cp2电容耦合到正差分线D+，并且可以以寄生量Cn2'电容耦合到负差分线D-。
这些线应布置成使得Cp1等于Cp2并且使得Cn1'等于Cn2'。为了实现这一点，SCL和D+之间的距离应等于SDA和D+之间的距离(例如，使得Cp1＝Cp2)。类似地，SCL和D-之间的距离应等于SDA和D-之间的距离(例如，使得Cn1'＝Cn2')。以这种方式布置，差分信号线D+和D-可以抵消或最小化串行通信线SCL和SDA之间的任何信号串扰。
其中线SCL和SDA被布置成比靠近线D-更靠近线D+的图6B的示例仅仅是例示性的。图6C示出了另一个合适的实施方案，其中线SCL和SDA被布置成比靠近线D+更靠近线D-。如图6C所示，线SCL和SDA的位置相对于图6A的布线布置与PWR线交换。在图6C的示例中，线SCL可以以寄生量Cp1'电容耦合到正差分线D+，并且可以以寄生量Cn1电容耦合到负差分线D-。类似地，线SDA可以以寄生量Cp2'电容耦合到正差分线D+，并且可以以寄生量Cn2电容耦合到负差分线D-。
这些线应布置成使得Cp1'等于Cp2'并且使得Cn1等于Cn2。为了实现这一点，线SCL和D+之间的距离应等于SDA和D+之间的距离(例如，使得Cp1'＝Cp2')。类似地，SCL和D-之间的距离应等于SDA和D-之间的距离(例如，使得Cn1＝Cn2)。以这种方式布置，差分信号线D+和D-可以抵消或最小化串行通信线SCL和SDA之间的任何信号串扰。
其中缆线92仅包括七根线的图6A至图6C的示例仅为例示性的。图6D示出了另一个合适的实施方案，其中缆线92包括五根线。如图6D所示，缆线92可以包括具有线D+和D-的差分信号路径、电源线PWR以及串行信号线SCL和SDA。在图6D的示例中，线SCL可以以寄生量Cp1电容耦合到正差分线D+，并且可以以寄生量Cn1电容耦合到负差分线D-。类似地，线SDA可以以寄生量Cp2电容耦合到正差分线D+，并且可以以寄生量Cn2电容耦合到负差分线D-。
这些线应布置成使得Cp1等于Cp2并且使得Cn1等于Cn2。为了实现这一点，线SCL和D+之间的距离应等于SDA和D+之间的距离(例如，使得Cp1＝Cp2)。类似地，SCL和D-之间的距离应等于SDA和D-之间的距离(例如，使得Cn1＝Cn2)。以这种方式布置，差分信号线D+和D-可以抵消或最小化串行通信线SCL和SDA之间的任何信号串扰。
一般来讲，缆线92可包括任何合适数量的线(例如，四根或更多根线、五根或更多根线、六根或更多根线、七根或更多根线、八根或更多根线、5至10根线、10根或更多根线等)。具有I2C串行总线线SCL和SDA的图6A至图6D的示例仅为例示性的。一般来讲，缆线92可包括使用任何合适的串行通信标准/协议传送信息的两根或更多根单端线。这些单端线可由一个或多个差分信号路径分开以减少串扰。可通过确保每根单端线以相等的量电容耦合到差分路径来使串扰水平最小化。
根据另一个实施方案，可以在保护罩98和功率传输设备12之间传送心跳信号，使得保护罩98可以知道设备12仍然连接或正常操作和/或反之亦然。图7A示出了保护罩98如何具有保护罩微控制器200(有时称为保护罩控制电路的一部分)，该保护罩微控制器被配置为向功率传输设备12发送心跳信号和/或从功率传输设备接收心跳信号。保护罩98还可包括电子熔断器(电熔断器或熔断器电路)204，该电子熔断器被配置为响应于检测到设备12何时过热、设备12何时从保护罩98断开连接、何时发生保护罩98和/或设备12中的短路、何时存在过载或失配负载和/或其他设备故障事件而提供过电流保护。当发生此类故障事件时，电熔断器204可被闩锁以阻止保护罩98进一步向设备12提供功率。
在一个示例中，保护罩微控制器200可以经由缆线92将心跳信号传输到设备12，以使设备12知道保护罩仍然正常工作。设备12可包括设备微控制器202(有时称为图1的设备控制电路16的一部分)，该设备微控制器被配置为经由缆线92向保护罩98发送心跳信号以使保护罩98知道设备12仍然正常工作。换句话讲，心跳信号可在保护罩98和设备12之间沿两个方向传送。在另一个示例中，仅设备12可以向保护罩98发送心跳信号(即，保护罩98可以不向设备12发送任何心跳信号)。在又一个示例中，仅保护罩98可以向设备12发送心跳信号(即，设备12可以不向保护罩98发送任何心跳信号)。
功率传输设备12可设置有热保护硬件，该热保护硬件包括耦接到设备微控制器202的温度传感器206。温度传感器206可测量容纳在设备外壳90内的部件的温度(参见图3)，并且可输出温度传感器值。当温度传感器值超过预定阈值时，设备微控制器202可停止将心跳信号发送回保护罩微控制器200。因此，保护罩98可闩锁熔断器电路204并且可停止向设备12提供功率。
图7B是使用保护罩98与功率传输设备12通信的例示性步骤的流程图。在步骤210处，保护罩98可任选地将心跳信号传输到功率传输设备12(例如，无线充电座)。在步骤212处，保护罩98可以检测从功率传输设备12传输的心跳信号。如果保护罩98检测到来自设备12的此类心跳信号，则保护罩98继续与功率传输设备12一起操作(步骤214)。
然而，如果保护罩98未检测到来自功率传输设备12的心跳信号，则保护罩98可以在重新开始任选地将另一个心跳信号发送到设备12之前等待T秒(参见步骤216)。值T可为1秒、2秒、3秒、4秒、1秒至5秒、1秒至10秒、大于1秒、小于1秒或可任选地由保护罩微控制器200编程的其他合适的等待时间。
在步骤218处，如果保护罩98再次未检测到来自功率传输设备12的心跳信号，则保护罩98现在将假定设备12断开连接或以其他方式禁用，并且将诸如通过闩锁熔断器电路204而继续切断功率。
图7C是用于使用功率传输设备12与保护罩98通信的例示性步骤的流程图。在步骤230处，功率传输设备12(例如，无线充电座)可将心跳信号传输到保护罩98。功率传输设备12可以周期性地将心跳信号发送到保护罩98。例如，功率传输设备12可被配置为在操作期间以至少每秒一次(1Hz或更多)、至少每秒两次(2Hz或更多)、至少每秒三次(3Hz或更多)、至少每秒4次(4Hz或更多)、至少每秒5次(5Hz或更多)、每秒2次至10次、超过每秒10次、至少每两秒一次、至少每三秒一次、至少每四秒一次、至少每五秒一次、至少每1秒至5秒一次、至少每5秒至10秒一次将心跳信号发送到保护罩98、或以其他合适的周期发送到保护罩98。
在步骤232处，温度传感器206(参见图7A)可检测传感器206的超过预定阈值的输出。响应于此，功率传输设备12可防止设备微控制器202将心跳信号输出到保护罩98以模拟线断开连接(在步骤234处)。因此，保护罩微控制器200将不再检测到来自设备12的任何心跳，这导致功率切断，如结合图7B所述。当来自传感器206的温度值低于另一个阈值时，功率可稍后恢复，此时设备微控制器202恢复向保护罩98发送心跳。
根据实施方案，提供一种无线功率传输设备，该无线功率传输设备包括：设备外壳；至少一个无线功率传输线圈，该至少一个无线功率传输线圈位于该设备外壳内；缆线，该缆线具有连接到该设备外壳的第一端并具有第二端；和插头，该插头连接到该缆线的该第二端，该插头包括：保护罩，该保护罩具有保护罩外壳，该保护罩外壳具有上壁和下壁；连接器，该连接器从该保护罩延伸；和印刷电路板，该印刷电路板设置在该保护罩外壳内，该印刷电路板被定位成与该上壁相距第一距离并且与该下壁相距不同于该第一距离的第二距离。
根据另一个实施方案，该第二距离大于该第一距离，并且该插头包括：有源电子部件，该有源电子部件安装在该印刷电路板的面向该上壁的上表面上并具有第一高度；和无源电子部件，该无源电子部件安装在该印刷电路板的面向下壁的下表面上并具有大于该第一高度的第二高度。
根据另一个实施方案，该无线功率传输设备包括设置在该有源电子部件下方的底部填充材料，该无源电子部件不含底部填充材料。
根据另一个实施方案，该设备外壳容纳被配置为驱动至少一个无线功率传输线圈的逆变器并容纳设备微控制器；并且该保护罩外壳容纳转换器和与该设备微控制器通信的保护罩微控制器。
根据另一个实施方案，该第二距离大于该第一距离；并且该转换器包括安装在该印刷电路板的面向该下壁的下表面上的电感器。
根据另一个实施方案，该插头包括：多个有源电子部件，该多个有源电子部件安装在该印刷电路板的面向该上壁的上表面上；和多个无源电子部件，该多个无源电子部件安装在该印刷电路板的面向该下壁的下表面上。
根据另一个实施方案，该多个有源电子部件具有第一高度，并且该多个无源电子部件具有大于该第一高度的第二高度。
根据另一个实施方案，该第二距离大于该第一距离。
根据另一个实施方案，该多个无源电子部件和该印刷电路板的该下表面之间的区域不含底部填充材料。
根据另一个实施方案，底部填充材料设置在该多个有源电子部件和该印刷电路板的该上表面之间。
根据另一个实施方案，该插头包括：仅有源电子部件，该有源电子部件设置在该印刷电路板的面向该上壁的上表面上；和仅无源电子部件，该无源电子部件设置在该印刷电路板的面向该下壁的下表面上。
根据实施方案，提供一种无线功率传输设备，该无线功率传输设备包括：设备外壳；至少一个无线功率传输线圈，该至少一个无线功率传输线圈位于该设备外壳内；缆线，该缆线具有连接到该设备外壳的第一端并具有第二端；和插头，该插头连接到该缆线的该第二端，该插头包括：保护罩，该保护罩具有保护罩外壳；连接器，该连接器从该保护罩延伸；印刷电路板，该印刷电路板设置在该保护罩外壳内；设置在该印刷电路板的第一表面上并具有第一高度的部件；和设置在该印刷电路板的与该第一表面相对的第二表面上并具有大于该第一高度的第二高度的部件。
根据另一个实施方案，具有该第一高度的该部件包括有源电子部件；并且具有该第二高度的该部件包括无源电子部件。
根据另一个实施方案，该第二高度比该第一高度大至少50％。
根据另一个实施方案，该有源电子部件包括保护罩微控制器；并且该无源电子部件包括电感器和电容器。
根据另一个实施方案，该保护罩外壳具有上壁和下壁；并且该印刷电路板被定位成与该上壁相距第一距离并且与该下壁相距不同于该第一距离的第二距离。
根据另一个实施方案，该第二距离大于该第一距离。
根据另一个实施方案，该第二距离比该第一距离大至少20％。
根据一个实施方案，提供了一种装置，该装置包括：外壳，该外壳具有第一端、与该第一端相对的第二端、第一壁和与该第一壁相对的第二壁；连接器，该连接器从该外壳的该第一端延伸；缆线，该缆线从该外壳的该第二端延伸；和电路板，该电路板设置在该外壳内并且定位成与该第一壁相距第一距离并且与该下壁相距大于该第一距离的第二距离。
根据另一个实施方案，该装置包括：有源部件，该有源部件设置在该电路板的面向该第一壁的第一表面上并具有第一高度；无源部件，该无源部件设置在该电路板的面向该第二壁的第二表面上并具有大于该第一秒的第二高度；和底部填充材料，该底部填充材料设置在该有源部件与该电路板的该第一表面之间，该无源部件未被底部填充。
前述内容仅为示例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 (20)

1.一种无线功率传输设备，包括：
设备外壳；
至少一个无线功率传输线圈，所述至少一个无线功率传输线圈位于所述设备外壳内；
缆线，所述缆线具有连接到所述设备外壳的第一端并具有第二端；和
插头，所述插头连接到所述缆线的所述第二端，其中所述插头包括：
保护罩，所述保护罩具有保护罩外壳，所述保护罩外壳具有上壁和下壁；
连接器，所述连接器从所述保护罩延伸；和
印刷电路板，所述印刷电路板设置在所述保护罩外壳内，其中所述印刷电路板被定位成与所述上壁相距第一距离并且与所述下壁相距不同于所述第一距离的第二距离。
2.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述第二距离大于所述第一距离，并且其中所述插头包括：
有源电子部件，所述有源电子部件安装在所述印刷电路板的面向所述上壁的上表面上并具有第一高度；和
无源电子部件，所述无源电子部件安装在所述印刷电路板的面向所述下壁的下表面上并具有大于所述第一高度的第二高度。
3.根据权利要求2所述的无线功率传输设备，还包括：
底部填充材料，所述底部填充材料设置在所述有源电子部件下方，其中所述无源电子部件不含底部填充材料。
4.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中：
所述设备外壳容纳被配置为驱动所述至少一个无线功率传输线圈的逆变器并容纳设备微控制器；并且
所述保护罩外壳容纳转换器和与所述设备微控制器通信的保护罩微控制器。
5.根据权利要求4所述的无线功率传输设备，其中：
所述第二距离大于所述第一距离；并且
所述转换器包括安装在所述印刷电路板的面向所述下壁的下表面上的电感器。
6.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述插头包括：
多个有源电子部件，所述多个有源电子部件安装在所述印刷电路板的面向所述上壁的上表面上；和
多个无源电子部件，所述多个无源电子部件安装在所述印刷电路板的面向所述下壁的下表面上。
7.根据权利要求6所述的无线功率传输设备，其中所述多个有源电子部件具有第一高度，并且其中所述多个无源电子部件具有大于所述第一高度的第二高度。
8.根据权利要求7所述的无线功率传输设备，其中所述第二距离大于所述第一距离。
9.根据权利要求6所述的无线功率传输设备，其中所述多个无源电子部件与所述印刷电路板的所述下表面之间的区域不含底部填充材料。
10.根据权利要求9所述的无线功率传输设备，其中底部填充材料设置在所述多个有源电子部件和所述印刷电路板的所述上表面之间。
11.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述插头包括：
仅有源电子部件，所述有源电子部件设置在所述印刷电路板的面向所述上壁的上表面上；和
仅无源电子部件，所述无源电子部件设置在所述印刷电路板的面向所述下壁的下表面上。
12.一种无线功率传输设备，包括：
设备外壳；
至少一个无线功率传输线圈，所述至少一个无线功率传输线圈位于所述设备外壳内；
缆线，所述缆线具有连接到所述设备外壳的第一端并具有第二端；和
插头，所述插头连接到所述缆线的所述第二端，其中所述插头包括：
保护罩，所述保护罩具有保护罩外壳；
连接器，所述连接器从所述保护罩延伸；
印刷电路板，所述印刷电路板设置在所述保护罩外壳内；
设置在所述印刷电路板的第一表面上并具有第一高度的部件；和
设置在所述印刷电路板的与所述第一表面相对的第二表面上并具有大于所述第一高度的第二高度的部件。
13.根据权利要求12所述的无线功率传输设备，其中：
具有所述第一高度的所述部件包括有源电子部件；并且
具有所述第二高度的所述部件包括无源电子部件。
14.根据权利要求13所述的无线功率传输设备，其中所述第二高度比所述第一高度大至少50％。
15.根据权利要求13所述的无线功率传输设备，其中：
所述有源电子部件包括保护罩微控制器；并且
所述无源电子部件包括电感器和电容器。
16.根据权利要求13所述的无线功率传输设备，其中：
所述保护罩外壳具有上壁和下壁；并且
所述印刷电路板被定位成与所述上壁相距第一距离并且与所述下壁相距不同于所述第一距离的第二距离。
17.根据权利要求16所述的无线功率传输设备，其中所述第二距离大于所述第一距离。
18.根据权利要求17所述的无线功率传输设备，其中所述第二距离比所述第一距离大至少20％。
19.一种装置，包括：
外壳，所述外壳具有第一端、与所述第一端相对的第二端、第一壁和与所述第一壁相对的第二壁；
连接器，所述连接器从所述外壳的所述第一端延伸；
缆线，所述缆线从所述外壳的所述第二端延伸；和
电路板，所述电路板设置在所述外壳内并且定位成与所述第一壁相距第一距离并且与所述下壁相距大于所述第一距离的第二距离。
20.根据权利要求19所述的装置，还包括：
有源部件，所述有源部件设置在所述电路板的面向所述第一壁的第一表面上并具有第一高度；
无源部件，所述无源部件设置在所述电路板的面向所述第二壁的第二表面上并具有大于所述第一高度的第二高度；和
底部填充材料，所述底部填充材料设置在所述有源部件与所述电路板的所述第一表面之间，其中所述无源部件未被底部填充。
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