TW201042876A - Adaptive power control for wireless charging - Google Patents

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201042876 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體而言係關於無線充電’且更具體言之’係關 於與將電力分配給可定位於無線電力系統中之接收器裝置 有關之裝置、系統及方法。 本申請案根據35 U.S.C· §119(e)主張以下美國臨時專利 申請案之優先權. 2009年1月22日申請之名為「用於無線電力裝置之電力 共用（POWER SHARING FOR WIRELESS POWER DEVICES)」 之美國臨時專利申請案61/146,586。 2009年2月9曰申請之名為「用於無線充電之動態電力控 制方法（DYNAMIC POWER CONTROL METHODOLOGY FOR WIRELESS CHARGING)」之美國臨時專利申請案 61/151，156 。 2009年6月3日申請之名為「用於無線充電裝置之可調適 電力控制（Adaptive Power Control for Wirelessly Charging Devices)」之美國臨時專利申請案61/183,907。 【先前技術】 通常’諸如無線電子裝置之每一電池供電裝置需要其自 己的充電器及電源，該電源通常為交流電（AC)電力出線 座°當許多裝置需要充電時，此種有線組態變為使用不便 的。 正開發在傳輸器與耦合至待充電之電子裝置的接收器之 間使用突中或無線電力傳輸的途徑。此等途徑大體上分成 146034.doc 201042876 兩類。-類係基於傳輸天線與待充電之裝置上的接收天線 2間的平面波輻射（亦稱為遠場輻射）之叙合。接收天線收 集輪射電力且將其整流以用於對電池充電。天線大體上具 有諧振長度以便改良輕合效率。此途捏遭遇以下事實：電 力輕合隨著天線之間的距離迅速衰退，因此合理距離（例 J於1至2公尺）上之充電變得困難。另外，因為傳輸 Ο Ο 天線輕射平面波，所以若不經由渡波進行適當控制，則益 意的輻射可干擾其他系統。 「用於無線能量傳輸技術之其他途徑係基於嵌人於（例如） 充電」墊子或表面中之傳輸天線與嵌人於待充電之電子 裝置中之接收天線(加上一整流電路)之間的電感性耦合。 此途徑具有缺點在於··傳輸天線與接收天線之間的間距必 :非常接近(例如’在千分之幾公尺内)。但是此途徑不具 :時對相同區域中之多個裳置充電之能力，此區域通常 非常小且需要使用者準確地將裝置定位至—特定區域。 时對於許多無線充電系統而言，自源傳輸之電力固定至一 單一位準，因此大體卜盔、土 上…、法調整電力位準以適應具有不同 的最大峰值電力位準之裝置。此限制可被充電之裝置之類 里另㈣在於·無法依據裝置之當前電池位準來調整 固定的輻射電力位準0迚、、良罄帝 +此浪費電力，因為隨著電池充電， 其需要愈來愈少之電力來完成充電。來自傳輪器的未被農 置吸收的輪射電力可增加特定吸收率（SAR)位準。固定傳 輸器電力規定：對於當被充電之裝置具有至傳輸器之不良 福合時發生的最壞狀況，必須滿足_要求。因此，具有 146034.doc 201042876 優良耦合之裝置受限於由且右 位準，… 良轉合之裝置規定的電力 充雷碎n ^ 充電時間。當對多個裝置 電T 口疋傳輸電力暗示相同電力位 ^m ^ 电刀位準必須適用於所有 裝置’而不管對於每一裝詈而士行古咖 妒旦⑽+ 母I置而5何充電位準係最佳的。如 車乂早所敍述，此可導致浪費的輻射電力。 :::電：傳輸之情況下，存在對於用於以變化之電力 :準及多工時間來傳輸及中繼無線電力以增加 率之設備及方法的需要。 【實施方式】 充當一實例、例項 之任一實施例未必 詞語r例示性」在本文中用以意謂「 或說明」。本文令經描述為「例示性」 解釋為較其他實施例較佳或有利。 下文結合附加圖式所闡述之詳細描述意欲作為對本發明 之例示性實施例之描述，且並不意欲表示可實踐本發明之 僅有實施例。貫穿此描述所使用之術語「例示性」意謂 「用作-實例、例項或說明」，且未必應解釋為較其他例 示性實施例較佳或有利。該詳細描述出於提供對本發明之 例示性實施例之徹底理解之目的而包括特定細節。對於熟 習此項技術者而言將顯而易見，可在無此等特定細節之情 況下實踐本發明之例示性實施例。在一些例項中以方塊 圖形式展不熟知結構及裝置，以便避免混淆本文中所呈現 之例示性實施例之新穎性。 s司语「無線電力」在本文中用以意謂在不使用實體電磁 導體之情況下在自傳輪器至接收器之間傳輸的與電場、磁 146034.doc 201042876 場、電磁場或其他者相關聯的任何形式之能量。 Ο ❹ 圖1說明根據本發明之各種例示性實施例的無線傳輸或 充電系統100。將輸入電力102提供至傳輪器1〇4以供產生 用於提供能量傳送之II射場1G6e—接收器i㈣合至輕射 場1〇6’且產生-輸出電力11〇以供輕合至輸出電力ιι〇之 裝置（未圖示）儲存或消耗。傳輸器1〇4與接收器⑽兩者隔 開距離112。在-例示性實施例中，根據相互错振關係來 組態傳輸器104與接收器108 ’且當接收器1〇8之諧振頻率 與傳輸HUH之譜振頻率非常接近時，當接收器⑽定位於 輜射場106之「近場」中時’傳輸器1〇4與接收器刚之間 的傳輸損耗為最小的。 傳輸器104進-步包括—用於提供用於能量傳輸之構件 的傳輪天線114，且接收器⑽進_步包括—用於提供用於 能量接收之構件的接收天線118。根據應用及待與之相關 聯之裝置來設定傳輸天線及接收天線之大小。如所陳述， 有效能量傳送藉由將傳輸天線之近場中之大部分能量搞合 至接收天、㈣相電磁波形式將大部分能量傳播至遠場而 發生。當處於此近場中時’可在傳輸天線114與接收天線 us之間產生-麵合模式。天線114及118周圍的可發生此 近場耦合之區域在本文中稱作耦合模式區。 圖2展示無線電力傳送系統之簡化示意圖。傳輸器1〇4包 括-振盪器122、一電力放大器124及一濾波器及匹配電路 126。該振盪器經組態以產生一所要頻率，該所要頻率可 回應於調整信號123來調整 振盪器信號可由電力放大器 U6034.doc 201042876 124以回應於控制信號125之放大量來放大。可包括濾波器 及匹配電路12 6以濾、除請波或其他非所要之頻率且使傳輸 器1〇4之阻抗與傳輸天線114匹配。 接收器108可包括一匹配電路132及一整流器及切換電路 134以產生一 DC電力輸出以對電池136(如圖2中所展示）充 電或對耦合至接收器之裝置（未圖示）供電。可包括匹配電 路132以使接收器108之阻抗與接收天線118匹配。接收器 1〇8與傳輸器1〇4可在一單獨通信頻道U9(例如，藍芽、紫 蜂（zigbee)、蜂巢式等）上通信。 天線允許装执《曰罢*ivl· 士人h r=* , u、

坎，〜伐1又大踝而非將能量自傳輸天 如圖3中所說明，例示性實施例中所使用之天線可經組 恶為「ί哀形」天線15〇，其在本文中亦可稱作「磁性」天 線。環形天線可經組態以包括一空心磁心或一實體磁心 (諸如，鐵氧體磁心）。空心磁心環形天線可能更可容許置 放於該磁心附近之外來實體裝置。此外，—空心磁心環形 能量。能量傳送藉由將來 駐留於建立了此近場之鄰 輸天線傳播至自由空間中 146034.doc 201042876 而發生。 環形天線或磁性天線之雜頻率係基於電感及電容。環 形天線中之電感大體上僅為由該環形天線產生之電感，而 、a體上將電容添加至環形天線之電感以在所要諧振頻率下 - j生—諸振結構。作為非限制性實例，可將電容器152及 電容器m添加至天線以產生一產生請振信號156㈣振電 路。f此，對於較大直徑之環形天線而言，誘發譜振所需 ❹ t電谷的大小隨著環形天線之直徑或電感增加而減小。此 2，隨著環形天線或磁性天線之直徑增加，近場之有效能 量傳送區域增加。當然，其他譜振電路係可能的。作為另" -祕制性實例，—電容器可並列地置放於環形天線的兩 個端子之間。另外，一般熟習此項技術者將認識到，對於 傳輸天、線，譜振信號156可為至環形天線15〇的輸入。 本發明之例示性實施例包括在處於彼此之近場中之兩個 天線之間耦合電力。如所陳述，近場為在天線周圍的存在 〇 電磁場但可能並不遠離該天線傳播或輻射的區域。其通常 限定於接近該天線之實體體積的體積。在本發明之例示性 貫施例中，磁型天線（諸如，單匝環形天線及多匝環形天 . 線）用於傳輸（Tx)天線系統與接收（Rx)天線系統兩者，此係 -因為與電型天線（諸如，小型偶極天線）之電近場相比，磁 型天線之磁近場振幅傾向於較高。此允許該對天線之間的 潛在較高耦合。此外，亦預期「電」天線（例如，偶極及 單極）或磁性天線與電天線之組合。

Tx天線可在足夠低之頻率下且在天線大小足夠大之情況 146034.doc 201042876 下刼作，以在顯著大於較早所敍述之遠場及電感性途徑所 允許之距離的距離下達成至小型以天線的良好耦合（例 如，>-4 dB)。若Τχ天線經正確設定大小，則當將主機裝 置上之Rx天線置放於受驅動Τχ環形天線之耦合模式區内 (亦即，在近場中）時，可達成高耦合位準（例如，“至_4 dB ) 〇 圖4為根據本發明之例示性實施例之傳輪器2〇〇的簡化方 塊圖。傳輸器200包括傳輸電路202及一傳輸天線2〇4。大 體上，傳輸電路202藉由提供一導致產生傳輸天線2〇4四周 之近場能量之振盪信號來將1117電力提供至傳輸天線2〇4。 作為實例，傳輸器200可在13 56 MHzISM頻帶下操作。 例不性傳輸電路202包括一固定阻抗匹配電路2〇6，其用 於將傳輸電路2〇2之阻抗（例如，5〇歐姆）與傳輸天線2〇4匹 ，及低通濾波器（LPF)208，其經組態以將諧波發射減 少至防止耦合至接收器1〇8(圖丨）之裝置之自干擾的位準。 其他例示性實施例可包括不同遽波器拓撲（包括（但不限於） 使特定頻率衰減同時使其他頻率通過的陷波據波器），且 可包括一可調適阻抗匹配，其可基於可量測之傳輸量度 (諸如’至天線之輸出電力或由電力放大器沒取之DC電流） ^ =化。傳輸電路2〇2進一步包括一電力放大器其經 組態以驅動如由振盪器212判定之RF信號。傳輸電路可由 離散裝置或電路組成’或者可由—積體總成組成。一來自 Ί天”泉204之例示性rf電力輸出可為約2 5至8 〇瓦特。 傳輪電路202進一步包括一控制器214，控制器214用於 I46034.doc 201042876 在針對特定接收器之傳蚣邮iIW々τ 寻輸ρ白筱（或工作循環）期間啟用振盪 器212’用於調整該振摄哭夕相金 „ 盈益之頻率，且用於調整輸出電力 位準以實施-通信協定（用於經由相鄰裝置所附接之接收 器與相鄰裝置互動）。 #輸電路202可進-步包括一負載感測電路216，其用於 偵測作用中接收器在由傳輸天線2〇4產生之近場附近的存 在與否。作為實例，一負載感測電路216監測流動至電力 〇放大器210之電流，該電流受作用中接收器在由傳輸天線 204產生之近場附近的存在與否之影響。對電力放大器η。 上之加載的改變之债測係由控制器214監測，其用於判定 是否啟用振盈器212以j專輸能量從而與一作用中接收器通 信。 傳輸天線204可經實施為一天線帶，其具有經選擇以使 電阻性損耗保持為低的厚度、寬度及金屬類型。在習知實 施中，傳輸天線204可大體上經組態以與一較大結構（諸 〇 如，桌子、墊子、燈或其他不便攜帶之組態）相關聯。因 此，傳輸天線204大體上將不需要「匝」以便具有實用尺 寸。傳輸天線204之例示性實施可為「電學上小的」（亦 即，波長之分率）且經調諧以藉由使用電容器定義諧振頻 - 率來在較低之可用頻率下諧振。在傳輸天線204相對於接 收天線而5在直徑上或邊長上（若為正方形環）可能較大（例 如，0.50公尺）的例示性應用中，傳輪天線2〇4將未必需要 大量匝數來獲得合理電容。 傳輸器200可聚集及追蹤關於可與傳輸器2〇〇相關聯之接 146034.doc 11 · 201042876 收器裝置之行縱及狀態的資訊。因此，傳輸器電路搬可 包括連接至控制器214(在本文中亦稱作處理器）之—存在伯 測器280、一封閉式偵測器29〇,或其組合。控制器叫可 回應於來自存在_器及封閉式偵測器29〇之存在作號 _由放大器210遞送之電力之量。傳輸器可接收經由

α午夕電源之電力，許多雷、、盾兮L 千夕電源遠如用以轉換存在於建築物中 之習知AC電力的从至沉轉換器（未圖示）、用以將習知π 電源轉換成適合於傳輸器2〇〇之電壓的沉至沉轉換器（未 圖示），或可接收直接來自習知沉電源（未圖示）之電力。 作為-非限制性實例，存㈣測器⑽可為—運動偵測 -，其用以感測插入於傳輸器之覆蓋區域中之待充電之裝 始存在。在㈣之後，可將傳輸器接通且可使用由 裝置接收之RF電力來以一預定方式捺跳Rx裝置上之一開 關，其又導致傳輸器之驅動點阻抗之改變。 /乍為另—非限制性實例，存在相器可為-㈣ 能夠（例如）藉由紅外線偵測、運㈣測或其他 二：人類。在-些例示性實施例中，可能存在限制一 ::天線可在一特定頻率下傳輸之電力之量的規則。在— ’此等規則意欲保護人類免受電磁輕射。然而， ::=1天線置放於人類未佔據的或人類很少佔據之 =诸如，車庫、廠區、車間，及其類似者)中之環境。 境無人類’則可能可准許增加傳輸天線之高於伊 力限制規則之電力輸出。換言之，控制器214可回應下 、通存在而將傳輸天線204之電力輪出調整至-管制位 146034.doc 12 201042876 ^或更低位準，且*人類在距傳輪天線⑽之電磁場一管 :巨離之外時’將傳輸天線2〇4之電力輸出調整至於 官制位準之位準。 作為—非限制性實例，封閉式谓測器謂(在本文"可 ^乍封閉式㈣制器或封閉式空間㈣器）可為一諸如 開：之裝置，其用於邦定外罩何時處於關閉或打開狀

G Ο '。當傳輸器處於一為封閉狀態之外罩中時，可增加傳 輸器之電力位準。 在例示性實施射，可制傳輸器2 保持接通之方法。在此狀況下，傳輸器可經喊化以 在使用者判定之時間量之後切斷。此特徵防止傳輸器 =〇(尤其是電力放大器21())在其周邊之無線裝置完全充好 電之後長時間運作。此事件可歸因於用以偵測自中繼器或 =收線圈所發送的指示裝置完全充好電之信號的電路之故 障為了防止傳輸器200在另一裝置置放於其周邊時自動 地切斷’可僅在谓測到其周邊缺乏運動之設定週期之後啟 動傳輸器200自動切斷特徵。使用者可能夠判定不活動時 間間隔，且在需要時改變該不活動時間間隔。作為一非限 制性實例’該時間間隔可比在假定一特定類型之無線裳置 最初完全放電之情況下對該裝置完全充電所需的彼時間間 隔長。 圖5為根據本發明之例示性實施例之接收器綱的簡化方 塊圖。接收II3GG包括接收電路3G2及—接收天線綱。接 收器300進-步竊合至裝置35〇以用於將所接收之電力提供 146034.doc •13- 201042876 至裝置350。應注意、’將接收器300說明為在裝置350外 部，但其可整合於裝置35〇中。大體而言，能量係無線地 傳播至接收天線3 04且接著經由接收電路3〇2而耦合至裝置 350。 ^ 接收天線304經調諧以在與傳輸天線2〇4(圖句之頻率相 同的頻率下或接近相同之頻率下諧振。接收天線可與 傳輸天線204類似地設定尺寸，或可基於相關聯裝置35〇^ 尺寸來不同地設定大小。作為實例，裝置35〇可為具有小 於傳輸天線204之直徑之長度的直徑或長度尺寸之攜帶型 電子裳置。在此種實例中，接收天線3〇4可經實施為多阻 天線，以便減小調諧電容器（未圖示）之電容值且增加接收 天線之阻抗。作為實例，接收天線3〇4可置放於裝置之 實質圓周周圍，以便將天線直徑最大化並減少接收天線之 環阻（亦即’繞組）的數目及繞組間電容。 接收電路302提供與接收天線3〇4的阻抗匹配。接收電路 302包括電力轉換電路3〇6，其用於將所接收之^^能源轉換 成供裝置35 0使用之充電電力。電力轉換電路3〇6包括一 至DC轉換器308且亦可包括一 DC至DC轉換器31〇。奸至 DC轉換器3 08將於接收天線3 04處所接收之rf能量信號整 流成非交變電力’而DC至Dc轉換器31〇將經整流之尺^^能 量信號轉換成與裝置350相容的能量電位（例如，電壓）。預 期各種RF至DC轉換器，包括部分及全整流器、調節器、 橋接器、倍加器以及線性及切換轉換器。 接收電路302可進一步包括切換電路3 12 ,其用於將接收 146034.doc •14- 201042876 '、連接至電力轉換電路寫或者用於將電力轉換電路 斷士 ’冑接收天線304與電力轉換電路3〇6斷開不僅中 <置50之充電’而且亦改變傳輪器謂（圖2)所「看 .. 到J的「負載」。 ·. 如上文所揭示，傳輸器·包括負載感測m負載 感測電路叫偵測提供至傳輸器電力放大器2ig之偏壓電流 的波動因此，傳輸器200具有用於判定接收器何時存在 〇 於傳輸器之近場中之機制。 虽多個接收器300存在於傳輸器之近場中時，可能需要 對或多個接收器之加载及卸载進行時間多工以使其他接 :史器能夠更有效地耗合至傳輸器。亦可遮蔽一接收器以便 肖除至其他附近接收器之耦合或減少附近傳輪器上的加 載。接收器之此「卸载」在本”亦稱為「遮蔽r此 外，如下文更完全地解釋，由接收器3〇〇控制且由傳輪器 2〇〇偵測的卸载與加載之間的此切換提供自接收器3〇〇至傳 〇輸器200的通信機制。另外，-協定可與該切換相關聯， «定使得能夠將訊息自接收器·發送至傳輸器2⑻。作 為實例，切換速度可為約1〇〇微秒。 •纟一例示性實施例中，傳輸器與接收器之間的通信指代 裝^感測及充電控制機制而非習知雙向通信。換言之，傳 輸器使用所傳輸之信號之開/關鍵控，以調整近場中之能 i疋否可用士妾收器將此等能量改變解譯為來自傳輪器之 几息°自接收ϋ側，接收||制接收天線之㈣與去譜來 調整正自近場接收到之電力的量。傳輸器可偵測來自近場 I46034.doc -15· 201042876 之所使用之電力的此差異，且將此等改變解譯為來自接收 器之訊息。 接收電路302可進一步包括用以識別所接收之能量波動 的傳訊偵測器及信標電路314，該等能量波動可對應於自 傳輸器至接收器之資訊性傳訊。此外，傳訊及信標電路 314亦可用以偵測減少之尺？信號能量（亦即，信標信號）的 傳輸並將該減少之RF信號能量整流成標稱電力以用於1醒 接收電路3〇2内之未供電或耗盡電力之電路，以便組態接 收電路302以用於無線充電。 接收電路302進-步包括處理器316，其用於協調本文中 所描述之接收器300之處理（包括對本文中所描述之切換電 路3 12的控制）。接收器3〇〇之遮蔽亦可在其他事件 測到將充電電力提供至# t35〇> 6 电刀扠供至裝置350之外部有線充電源（例如’ 壁式聰電力))發生後即發生。除了控制接收器之遮蔽之 理器316亦可監測信標電路314以判定_信標狀態並 &取自傳輪器發送之訊息。處理器316亦可為獲得改良之 效能而調整DC至DC轉換器31〇。 電生實施例中’接收電路320可以(例如)所要 力位準、所要電流位準、最大電流位 辜、所要電壓位準及最大電壓 器發出一電力要求（如下文更用^向一傳輪 月白庙认 文更70王地解釋）。基於此等位準 及自傳輸器所接收的電力實旦 力之貫際里’處理器316可調整DC_ DC轉換态31〇之操作以 1 έΒ人 周登包丨L位準、調整電壓位準或 其組合之形式調節其輸出。 飞 146034.doc -16· 201042876 圖6展示傳輸電路之用於執行傳輪it與接收ϋ之間的訊 息傳遞之一部分的簡化示意圖。在本發明之一些例示性實 施例中，可在傳輸器與接收器之間啟用—用於通信之構 件在圖6中，電力放大器210驅動傳輪天線2〇4以產生輻 射暴t力放大盗由載波信號22〇驅動，載波信號，係以 傳輸天線2G4之所要頻率振盪。傳輸調變信號224用以控制 電力放大器210之輸出。

Ο 傳輸電路可藉由使用電力放大器21〇上之開/關鍵控過程 來向接收器發送信號。換言之，當傳輪調變信號似確證 時電力放大器210將在傳輸天線2〇4上向外驅動載波信號 220之頻率。當傳輸調變信號以否定時，電力放大器將不 在傳輸天線204上向外驅動任何頻率。 圖6之傳輸電路亦包括一負載感測電路216，其將電力供 應至電力放大器21〇且產生—接收信號235輸出。在負載感 測電路216中，電阻器〜上之電壓降產生於電力輸入信號 226與至電力放大器21〇之電力供應228之間。由電力放大 器210消耗之電力之任何改變將引起電壓降之改變，電壓 降^文變將由差動放大器230放大。當傳輸天線處於與接 收器(圖6’未展示)中之接收天線的耦合模式申時，由電力 放大器210沒取之電流之量將改變。換言之，若傳輸天線 210不存在耦合模式諧振，則驅動輻射場所需之電力將為 第-量。若存在耦合模式諧振，則由電力放大器21〇消耗 之電力之量將上升（因為大量電力搞合至接收天線）。因 此，接收信號235可指示耦合至傳輸天線235之接收天線之 146034.doc •17- 201042876 存在且亦可偵測自接收天線所發送之信號。另外，接收器 電流汲取之改變將可在傳輸器之電力放大器電流汲取t觀 察到’且此改變可用以偵測來自接收天線之信號。 遮蔽信號、信標信號及用於產生此等信號之電路之一些 例示性貫施例的細節可參看以下美國實用專利申請案·· 2008 年 10 月 1〇 日申請之名為「Reverse signaHng receive antenna impedance modulation」之美國實用專利申 請案12/249,873 ;及2008年l〇月l〇曰申請之名為「Transmh power control for a wireless charging system」之美國實用 專利申請案12/249,861，該兩個申請案之全文以引用的方 式併入本文中。 例示性通彳g機制及協定之細節可參看2 〇 〇 8年1 〇月1 〇曰申 請之名為「Signaling charging in wireless power envir〇nmentj 之美國實用專利申請案12/249,866，該申請案之内容之全 文以引用的方式併入本文中。 圖7展示傳輸電路之用於調整傳輪器之電力位準之一部 分的簡化示意圖。在一些例示性實施例中，控制器2丨4可 耦合至電壓調節器240、電流限制器242或電壓調節器240 與電流限制器242之組合，以相對於供應之Dc輸入4丨5控 制在電力輸入號226上遞送之電力之量。另外，一些例 示性實施例可包括耦合至電力輸入信號226且用以提供關 於電力之消耗之反饋至控制器的電流偵測器252及電壓偵 測器250。圖6之負載感測電路216為一合適的電流伯測器 之一實例。 146034.doc • 18- 201042876 如較早參看圖1、圖2及圖4所陵 之接你哭继$ 陳述，可藉由將需要充電 接收器裝置置放於傳輸天線之耦人 輸電路2〇2及傳輸天線綱來將°、、式區附近來使用傳 要^ 电力遞廷至該等接收器步 力位^本^所論述之例示性實施例中，傳輸器可基於電 位準、時間及其類似者順序地將電力循環至待充電之所 =收器裝置。接收器裳置可將裝置電力要求及其他資訊 Ο

所^傳輸器。藉由此電力要求資訊，傳輪器可藉由調整 修整遞送至每-接收器裝置之電力之量^之里或其組合來 電壓調節器240與電流限制哭94) + 入 抑 €机限制盗242之組合可用以實施用於 調王傳輸器之電力位準之適當電路。—可調整之電麼調節 器電路可（例如）包括-可調整之電位計、一整流器、（可能 的卜平滑電路及（可能的）一帶隙參考電路。下文參看圖 8、圖9及圖1〇來說明及論述適合於供本發明之實施例使用 的一些電壓調節器電路之實例。 需要充電之接收器裝置可用信號向傳輸器發出其電力要 求需要（（例如）根據電流及電壓）。舉例而言，可包括一協 疋’在該協定中’希望充電之每一接收器裴置用信號發出 其電力定額（包括其峰值電壓及電流位準）。另外，亦可用 信號發出電流及電壓之一推薦位準。另外，可同樣地用信 號發出待充電之每一裝置之一識別符。 處理器214可接著經由電流輸入信號226控制（例如）遞送 至电力放大器210(圖6)之電力。 在一些例示性實施例中，可（例如）單獨地（如圖7中所展 146034.doc •19· 201042876 示）或作為電壓調節器240之一部分來包括電壓偵測器 250。電壓偵測器250與控制器214形成一反饋路徑以調整 電力輸入信號226上之電力位準。因此，結合控制電流， 拴制器214可在指定極限内調整電壓調節器24〇内之位準以 為待充電之裝置提供最佳充電。因此，可設定彼最佳位準 不超過裝置之電力定額（如藉由功率為電壓與電流之 的事實判定的）。 貝 在—些例示性實施例中，可（例如）單獨地（如圖7中所

示）或作為電流調節器242之一部分來包括電流债測 252。電壓偵測器25〇與控制器214形成一反饋路徑以調 電力輪入#號226上之電力位準。因此，結合控制電壓 控制盗214可在指定極限内調整電&限制器242内之位準 寺充电之裝置提供最佳充電。因&，可設定該最佳位 不超過裝置之電力定額（如藉由功率為電壓與電流之乘 的事實判定的）。 八=由電流债測器252及電壓偵測器250,可結合提供電

::(電壓或電流)臨限值偵測之電壓及電流偵測器監測 ::接收器裝置汲取之電力。因此，控制器214可在整 中針對正被充電之每—接收11裝置將電壓及電 调整至不同位準。 电 用/ ^可經由如上文所論述之無線充電傳訊協定 用偽號發出電力要求需要 1 1〇// , ' 』使用一早獨通信頻 (例如，藍芽、紫蜂、蜂 Ψ 蜂茱式專）來用信號發出電力 •gv 〇 146〇34.d〇c -20- 201042876 本發明之例示性實施例係針對一藉由利用驅動電壓、驅 動電流或其組合之可調適控制來驅動電力放大器21〇(圖6) 的動態傳輸輻射電力位準控制。改變驅動位準改變了來自 - PA之RF黾力輸出及（因此的）傳輸至被充電之接收裝置之電 力。 用以疋義電力位準之某一例示性資訊可包括： 1 ·裝置類型及接收器裝置將願意看見的最佳RF電力位 準’ 〇 2·被充電之裝置之當前電池充電位準，及 每一裝置當前正接收的來自傳輸源iRF電力位準。 在知道裝置類型及其用於充電之較佳尺？電力位準（第工 項）的情況下，可在正經充電之時槽期間將傳輸源調整至 此位準，如下文更完全地解釋。因此，可在不影響其他裝 置中之任一裝置的情況下獨Α地為#一裝置定製遞送至彼 裝置之電力位準。另外，瞭解被充電之裝置之當前電池充 〇 t位準（第2項）允許基於裝置之#前電池充電位準將輕射 RF位準最佳化。兩種技術有助於將通常在實施固定傳輸電 力位準時將被浪費的電力最小化。 / 在解決RF安全問題中，比較由每—裝置吸收之電力位準 (第3項）與自傳輪器所傳輸之電力給出輻射至局部環境之總 電力的指示，該總電力又與傳輪器SAR位準成比例。此： 許-構件基於每-裝置至傳輪器之福合比將至每—裝置之 輻射電力最大化’同時仍維持可接受之SAR位準。:果 能夠改良個別地遞送至每一裝置之電力，而非限於藉由具 146034.doc 201042876 3至：輸器之不良輕合之裝置規定的一較低之固定電力位 :乂後可調整之輻射電力允許-較低電力信標模式， 5 '…/在不處於充電模式中時的傳輸器AC電力消 耗且亦減）到_局部定位之電子裝置之干擾。 圖8、圖9及圖10說明可用以調節及調整電力放大器210 及其他傳輪電路2〇2之電力位準的例示性電路。在圖8中， 至DC电力供應器4〇〇將12〇伏特ac 4〇5轉換成傳輸器可 月匕需要的驅動傳輸天線2G4之各種dc電壓（諸如，用以使傳 輸電路202運作夕s α Λ 乍之5伏特及loo毫安輔助電力，及用以使電 力放大器210運作夕1〇· 至12伏特及500毫安主電力）。 。AC至DC轉換器41〇產生—用於電路調節器似及以調節 器450之中間Dc電墨415(在本文中亦稱作「DC輸入」）。 電路調節器420提供用於傳輪電路2〇2之普通電力化，且 PA調節器提供用以驅動pA。。之電力輸入信號226之可變 電力位準。 AC至DC轉換器410可為（例如）習知「變壓器（wall

Wan)」，其允許保險商實驗室（UL· ; Underwriter Lab0ratories)及加拿大標準協會（csa; s㈣如^

Associate)認可之電力供應為系統之「被認證」部分，同 時保持成本下降。經準調節（例如，約㈣）之變壓器廉價 且可自各種賣主購得。 作為非限制性實例，電路調節器42〇及卩八調節器45〇可經 實施為降堡式電壓轉換器（buek v〇hage e謂咖）。電路 調節器420與PA調節器45G之雙降壓式設計可以額外開關模 146034.doc -22- 201042876 式控制器、場效電晶體（FET)、電容器及電感器為代價使 效率保持為高的。 因此，電路調節器420可為低電力固定輪出降壓式轉換 - 器’其提供用於控制器214及如圖4中所說明之其他電路的 5伏特。PA調節器450可為較高電力可變輸出降壓式轉換 器，其將變化之電壓供應至電力放大器以控制傳輸器之電 力輸出。電力放大器供應226可藉由自傳輸電路2〇2至PA調 〇 節器450之控制信號452來控制，控制信號452使所傳輸之 RF電力（例如）在約5〇毫瓦至約5瓦特之範圍内變化。 圊9說明經實施為脈寬調變器（pwM)控制器46〇(諸如， 線性技術LTC3 85 1)之PA調節器450A，其驅動兩個N通道電 s曰曰體以包含—同步降壓式轉換器。一小電感器、—電阻： 梯及一輸出電容器對電晶體之輸出進行濾波以完成降壓式 轉換器。降壓式轉換器將沉輸入電壓415轉換及調節成DC 輸出電壓226。 〇 可（例如）藉由一受控制信號452控制之數位（可程式化）電 位計465來控制電力輸出。控制信號452可由控制器Η*(圖 4)來驅動，以使得可將沉輸出電壓226設定為約（例邱至 12伏特DC。PA調節器45〇A花費非常少之控制器耗用，且 可經組態以在以超過90%之效率快速改變負載之條件下且 有得到保證的迴路穩定性。 ~ 八 傳輸器 或者，圖10說明使用微控制器47〇之作為同步降壓式 換器之PA調節器450B。微控制器47〇可專用於同步降虔式 轉換器功能。然而’在一些例示性實施例中 ^ 146034.doc -23- 201042876 200(圖4)之控制器214可用於同步降壓式轉換器功能以及其 正在執行之其他功能。降壓式轉換器將DC輸入電壓41 5轉 換及調節成DC輸出電壓226。 因此，微控制器470可直接驅動一 P通道及一 N通道FET 以提供對於降壓式轉換器之開關控制。一小電感器、一電 阻器梯及一輸出電容器對電晶體之輸出進行濾波以完成降 壓式轉換器。可將反饋直接輸入至微控制器470之一 A/D輸 入端，以作為一電壓感測操作。因此，可將控制信號452 體現為DC輸出226上之電壓之一取樣版本。微控制器470 可比較DC輸出226上之實際輸出與所要輸出且相應地對 PWM信號進行校正。因為對於微控制器470實施而言頻率 可能低得多，所以可能需要一較大電感器，此並非傳輸器 中之大問題。微控制器470實施可能相當便宜，因為不需 要單獨PWM控制器。 如上文所陳述，允許動態地調整傳輸電力之益處為以下 各項* 1. 遞送至個別裝置類型之電力之定製，藉此允許用一單 一充電器設計對更多裝置類型充電； 2. 避免浪費的輻射電力，此係藉由允許以不會影響其他 裝置之充電時間之方式依據當前電池充電位準將變化之電 力位準遞送至多個裝置來達成； 3. 改良之充電時間，此係藉由以仍滿足SAR要求之方式 允許基於個別裝置之至傳輸器之耦合位準的輻射電力位準 來達成；及 146034.doc -24- 201042876 4.充電器不對裝置充電時（信標模式）的減少之電力消 耗，及對附近電子裝置的減少之干擾。 圖11說明具有傳輸電路202及一傳輸天線204之主機裝置 510。展示接收器裝置520置放於傳輸天線204之耦合模式 -區内。雖然未說明，但接收器裝置可包括接收天線304及 接收電路3〇2(如圖5中所展示）。在圖11中，主機裝置410經 說明為一充電墊子，但其可整合至傢具或建築物件（諸 0 如，牆、天化板及地板）中。此外，主機裝置5 10可為諸如 具有内藏式傳輸器之手提包、背包或公文包之品項。或 者，主機裝置可為特別設計用於使用者輸送接收器裝置 520且對接收器裝置52〇充電之攜帶型傳輸器（諸如，充電 包）。 如本文中所使用，「共面」意謂傳輸天線與接收天線具 有實質上對準之平面（亦即，具有指向實質上相同方向之 表面法線）且傳輸天線之平面與接收天線之平面之間無距 〇 離(或有小距離)。如本文中所使用，「共轴」意謂傳輸天線 與接收天線具有實質上對準之平面（亦即，具有指向實質 上相同方向之表面法線）且該兩個平面之間的距離不為 零，且此外，傳輪天線與接收天線之表面法線實質上沿著 • 相同向量延伸’或該兩個法線成階梯形。 共面置放可具有相對高之耦合效率。然而，耦合可視接 收天線相對於傳輸天線置放之位置而變化。舉例而言，在 傳輸環形天線外部之共面置放點可能不如在傳輸環形天線 内部之共面置放點-般有效地耗合。此外，在傳輪環形天 146034.doc -25- 201042876 線内但在相對於環形天線之不同位置處的共面置放點可具 有不同麵合效率。 共軸置放可具有較低耦合效率。然而，可藉由中繼器天 線之使用來改良耦合效率，諸如2008年1〇月10日申請之名 為「METHOD AND APPARATUS FOR AN ENLARGED WIRELESS CHARGING AREA」之美國實用專利申請案 12/249,875中所描述的，該申請案之内容之全文以引用的 方式併入本文中。 钩〜寸彌裔興接收器之間的使用上文所論 述之傳訊技術的通信之例示性訊息傳遞協定的簡化時序 圖λ在你]不性途徑中，自傳輸器至接收器之信號在本文 稱作則向鏈路」且在標稱電力傳輸與較低電力傳輸之 間使用-簡單AM調變。亦預期其他調變技術。作為一非 限制性實例，可·士 ％六 解m 了將以存在解譯為「I」且將㈣不存在 解譯為0」（亦即，開/關鍵控）。 訊藉取之電力之調變來提供反向鏈路傳 作為—非妒 傳輸器中之負載感測電路來價測。 ' 非限制性實例，可將六古+ 低電力狀態㈣為G。m 狀悲解料1且將較 收器能夠執行反向鏈路傳訊。另接通以使得接 路傳訊期間# 卜，接收益不應在前向鏈 乃间執仃反向鏈路傳訊。 ^ 圖在相同時間執行反向鏈路傳气，右兩個接收褒置試 輸器有可能解+ …則可能發生衝突，若傳 他鮮碼適當反向鏈路 難。 σ〜，則衝突將使得解喝因 146034.doc • 26 - 201042876 Ο 圖12Α說明訊息傳遞協定之一簡單且低電力形式。每— 遞歸週期61G(在例示性實施例t為約1#、）重複—次同步脈 衝620以定義遞歸週期之開始。作為一非限制性實例^ 步脈衝接通時間可為約慨秒。可在傳輸器接通時無限地 重複遞歸週期61〇(具有至少一同步脈衝62〇)。注意，「同步 脈衝」稍微用詞不當，因為同步脈衝620在脈衝週期62〇期 ，可為-穩定頻率。同步脈衝咖亦可包括在諧振頻率下 糟由上文所論述之開/關鍵控傳訊且如藉由「陰影線」脈 衝620說明。圖12A說明—最小電力狀態，其中在同步脈衡 420期間供應在错振頻率下之電力且在電力週期_期間傳 輸天線斷開。允許所有接收器裝置在同步脈衝42G期間接 收電力。 圖H兒明具有同步脈衝620、反向鏈路週期630及電力 週期㈣，之遞歸週期61〇,在電力週期65〇，中傳輪天線接通 且藉由在諸振頻率下振盪來供應滿電力1不執行任何傳 〇 5fl。可將電力週期450分段成不同週期以用於多個接收器 裝置如下文解釋。圖12B展示用於三個不同接收器裝置 之二個電力區段Pdl、pd2及Pdn。 可擴展上文所論述之開/關鍵控通信協定，以使得每一 •帛收ϋ裝置能夠請求充電且指示所要電力參數（如上文所 w述）另外，接收器裝置可藉由一唯一識別符（諸如，使 接收器裳置與一特定使用者相關聯之序號或標記）來識別 其自身。請求接收器裝置亦可傳達諸如裝置之類別（例 相機行動电活、媒體播放機、個人數位助理）之額 146034.doc -27· 201042876 外資訊。 接收器資訊可包括諸如唯一裝置識別符、裝置類型、聯 繫人資訊及關於裝置的使用者程式化之資訊的品項。舉例 而言，裝置可為來自特定製造商之音樂播放機，其經桿吃 有使用者名稱。作為另一實例，裝置可為來自特定製 之具有特定序號之電子薄，其經標記有使用者名稱。11 除使用上文所論述之開/關鍵控通信協定通信之外，接 收器與傳輪器可在一單獨通信頻道丨丨9(例如，藍芽匕 蜂、蜂巢式等)上通信。藉由一單獨通信頻道，遞二： 不需要包括任何通信週期且整個時間可致力於電力週期 650、傳輸器仍可將時槽分配給每—接收器裝置（在單= 信頻道上通信)且每一接收器裝置僅在匯流排上得到 分配的電力區段Pdn。 如上文所描述，在許多應用中，能夠在經供電之接❹ 裝置中之每一者之間分配特定百分比之電力以使得每一： 收器裝置經適當供電可能係重要的。在一些狀況下，此將 係所有接收器裝置之間的電力之平均劃分。在直他狀況 下，一接收器裝置可能需要更多電力(可能歸因於其必須 週期性地執行之較高電力任務)。在又其他狀況下一接 收器裝置可能需要較少電力(可能歸因於電池完全充好 :)。在此種狀況下’系統可能希望將彼接收器裝置之電 力分配分給其他裝置。 =用於電力共用之許多途徑。—簡單方式為使所有接 收.裝置同時接收電力’因此共用無線電力環境中可用之 146034.doc -28- 201042876 電力。此方法料、廉價且料，但其可能具有缺 於.在許多㈣電感性充電環境中，一接收器裝置可能比 另-接收器裝置更好地搞合至傳輸天線。結果 : 器裝置可得到大部分電力。另一 接收 力缺點在於：無法為罝右宗 全充好電之電池之接收器裝置「節流」電力。 、 ❹ Ο 二以:多個接收器裝置之間分配電力之另一方式係分時 其中一次啟用一接收器裂置以接收電力。停用不接 收電力之所有接收器裝置使其不能夠接收電力，以使得豆 不會與㈣電感性環境互動。分時多工需要一控制器，該 控制器可在若干供電裝置之間分派電力，且可視需要對電 力之不等分配作出決策。作為一非限制性實例，傳輸器可 減少至完全充好電之裝置之電力區段的長度或消除該電力 區段。分時多工可具有損耗一定效率之缺點，因為同時接 收之所有接收器裝置之麵合效率的總和可能不等於每—接 收器裝置順序地接收電力之效率。另外，斷開之接收器裝 置可能必須在-長時間内錯存電力直至其下一個接通週期 為止，因此需要一較大的/更昂貴的電荷儲存裝置。 本發明之例示性實施例係針對一混合技術。在本發明之 ?例：性實施例中，許多接收器裝置共用一無線充電區 域最初，其可能全部同時共用接收電力。在某一時間之 後’一控制系統（其包括來自接收器裝置之反饋）注意到每 接收器裝置實際接收之電力之量，且在需要時，經由分 時多工途徑、電力位準調整途徑或其組合來調整電力。在 大多數狀況下，每一接收器裝置將在大部分時間内接收電 146034.doc -29· 201042876 在某時間點，可切斷或停用 能夠接收電力’以減少其所接收…：收4置使其不 能在部分時間内將f電力。舉例而言’可 '内將置放於傳輸線圈上以使得其接收大部分 $之接收益裝置切斷，以使得 電力。結果，由於夂… 純以置接收更多 」各種接收器裝置之置放引起的不平衡可 ^ ―實财能係經置放錢得其均共用電力且 :句在0%之時間内接通的兩個接收器農置。隨著一 裝置結束對其電池充 1思者 充電其可此開始在愈來愈大之百分比 時間内將其自身切齡 斷以允§午更多電力到達另一裝置。或 者，傳輸器可能開妒蔣合Α人， ° 4來愈小之時槽分配用於幾乎充好 電之接收n裝置，以允許更多電力到達其他接收器裝置。 圖13Α至圖13C說明具有—傳輸天線咖且包括置放於相 對於傳輸天線2G4之各種位置中之接收器裝置及 ^2)的主機裝置15G。出於簡單起見，本文中僅論述兩個 接收器裝置，但亦預期多個裝置之使用在本發明之教示之 IlL ^ Θ 此項技術者將顯而易見對此等之修改。 圖A說月t月况，其中兩個接收器裝置⑴evl及Dev2) 經定位以（諸如）藉由遠離傳輸天線m之周邊約相同_來 接收來自傳輸天線204的實質上等量之電力。在圖nA中， 接收器裝置Devi與Dev2均靠近傳輸天線⑽之中心置放。 在圖13B中，接收器裝置DevmDev2彼此遠離但距傳輸 天線204之周邊約相同距離地置放。因此，接收器裝置 ev 1 ” Dev2不必彼此罪近或處於供電區内之相同地理位 置中以接收來自傳輸天線2〇4之相同量之電力。應注意， 146034.doc -30· 201042876 歸因於與裝置之距傳輸器之距離相關聯的變化之耦合效 率，在圖13Α設置申，接收器裝置Devl&Dev2可接收來自 傳輸天線204之較少電力（與圖佔設置中所接收之電力相 比）。然而，在每一設置中，該等裝置中之每一者中所接 收的電力之量實質上等於另一裝置中所接收的電力之量。 圖13C說明一情況，其中接收器裝置以…及以…經定位 以接收來自傳輸天線204的不等量之電力。在此實例中， Ο 〇 接收器裝置Devi靠近傳輸天線2〇4之中心置放，且將很可 能接收比接收器裝置Dev2(接收器裝置Dev2更接近於傳輸 天線204置放）少之電力。在此情況下，以以將比以幻更= 地充電且因此變得比Dev 1更早地完全充好電。 圖14A至圖14G為說明用於將電力遞送至多個接收器裝 置之可調適電力控制的簡化時序圖。出於簡單起見，本文 中僅論述兩個裝置，但亦預期多個裝置之使用在本發明之 教示之範疇内且一般熟習此項技術者將顯而易見對此等之 修改。 在圖14A中，狀況〇情況展示用以說明單一接收器裝置置 放於傳輸器天線2 0 4之供電區内時之情況的時間線7 〇 〇。在 此情況下’單-接收器裝置在每一遞歸週期㈣期間實質

上接收由傳輸天線2G4提供之全部電力。如上文參看圖12A 及圖所論述，遞歸週期61〇之—部分咖可能花費在任 選之傳訊上。 在圖14B中，狀況巧況展示用於接收器裝置^ 間線7η及用於接收器裝置Dev2之時間線712。在此狀況 146034.doc -31 - 201042876 下，每一接收器裝置DevlADev2消耗約5〇%的由傳輸天線 204供應之電力。當兩個接收器裝置對稱地定位於傳輸天 線204之供電區内時（諸如，圖ΠΑ及圖UB中），很可能 情況14B。因此，接收器裝置DevI^v2中之每一者在遞 歸週期61G期間接收等量之電力（諸如，接收观之電力， 如藉由垂直軸展示）。傳訊週期62〇亦可用以允許傳輸器與 接收器之間的通信，且C-Jj /1» -?Γ to 1〇且了減少可用於兩個裝置之充電時 間。 在圖14C中’狀況2情況(藉由時間線721及722說明)使用 時間多工。因此，接收器裝置Devl&Dev2中之每一者在 遞歸週期610期間接收等量之電力。然而，在狀況2中，在 50。/。之遞歸週期610内啟用DeW以接收ι〇〇%之電力，且在 另外50。/。之遞歸週期61〇内啟用以㈣接收i嫩。之電力。 傳訊週期620亦可用以允許傳輸器與接收器之間的通信， 且可減少可用於兩個裝置之充電時間。 在圖中，狀況3情況說明時間線731及732，其中在傳 訊週期610期間可啟用兩個接收器裝置^】與以接收 電力。即使可能發生傳訊，接收器裝置以^及^^亦仍 可自信號提取電力。因此，在狀況3中，在傳訊週期62〇期 間啟用接收裝置中之每一者以接收電力且因此在傳訊週期 620期間接收約50%之電力。可相等地分裂遞歸週期㈣之 電力部分（亦即，遞歸週期61〇之未被傳訊週期62〇使用之 部分）以在接收器裝置以^與接收器裝置Dev2之間進行分 時多工。 146034.doc 32· 201042876 Ο

在圖14Ε中，狀況4情況展示用於接收器裝置Devl之時 間線741及用於接收器裝置Dev2之時間線742。在狀況4 中’接收器裝置Devi及Dev2經定位以接收來自傳輸天線 204之不等量之電力，諸如，接收器裝置Devl靠近傳輸天 線204之中心置放且接收比接收器裝置(接收器裝置 Dev2更接近於傳輸天線204置放）（如圖nc中所展示）少之 電力。接收器裝置Devl及Dev2卡之每一者依賴於其至傳 輸天線204之耦合來在供電區中之兩個裝置之間分派電 力。因此，在狀況4中，較好定位之接收器裝置（諸如，接 收器裝置DeV2)接收約75%之電力，而接收器裝置〇叫妾 收另外25%之電力，因為電力劃分係純粹藉由相對於傳輸 天線204之位置來次最佳地判定。 在圖14F中，狀況5情況展示用於接收器裝置之時間 線751及用於接收器裝置Dev2之時間線752。在狀況$中， 接收器裝置Dev i及Dev2㈣位以以—類似於圖i 4e之彼方 式之方式接收來自傳輸天線的不等量之電力。“，雖缺 每-接收器裝置部分依賴於其至傳輸天線2()4之相對搞合 來分派電力，但每一接收器裝置亦可在需要時將其自身盥 傳輸天線204解麵。若5咖電力分裂係所要的，則可在遞 歸週㈣G〇2部分内—接收器裝置_自身而不能夠 接收電力，而在P1部分期間_保持啟用以接收職之 電力。 146034.doc -33· 201042876 置Dev2接收約75%之電力。可調整P1部分及P2部分之長度 以便將約50%之電力（或在需要時為其他分派比例）分配給 每一接收器裝置Devi及Dev2。狀況5類似於狀況2，但需 要車父少斷開時間。舉例而言，在狀況5中，接收裝置i 從未變為停用而不能夠接收電力且僅在？2部分期間接收更 多電力（歸因於接收器裝置Dev2停用）。 在圖14G中，狀況6情況展示用於接收器裝置之時 間線761及用於接收器裝置^…之時間線762。回想上文關 於圖7至圖10之論述，可調整傳輸天線2〇4之電力輸出。因 此，在圖14G中，根據瓦特而非根據滿電力之百分比來展 不電力輸出。在狀況6中，接收器裝置以幻及……經定位 以接收來自傳輸天線2〇4之約等量之電力。因此，在傳訊 週期620期間’傳輸器可經設定以遞送約彳瓦特且接收器裝 置De:l及Dev2中之每一者可接收約2瓦特。在w部分期 1杇用接收盗褒置Devl使其不能夠接收電力且將傳輸天 :之連力輸出叹疋至約3瓦特，此電力輸出主要被接收器 :置?ev2消耗。在以部分期間，停用接收器裝置DM使 ”不此夠接收電力且將傳輸天線之電力輸出設定至約4瓦 特此电力輸出主要被接收器裝置Devi消耗。 圖MA至圖14G作為一些可能情況之實例來給出。一般 =習此項技術者將認識到，預期涉及更多接收器裝置及各 種電：輸出位準之許多其他情況在本發明之範•内。 者來表示資訊及信;用多種不同技術中之任- 舉例而s，可藉由電壓、電流、電 146034.doc -34· 201042876 磁ί =場或磁粒子、光場或光粒子或其任何組合來表示 可能貝穿上述描述而參考之資料、指令、命令、資訊、信 號、位元、符號及碼片。 . _熟習此項技術者應進-步瞭解，結合本文中所揭示之例 . ν性實施例所描述的各種說明性邏輯區塊、模組、電路及 々算法步称可經實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組 合。為了清楚地說明硬體與軟體之此互換性，上文已大體 〇 纟功能性方面描述了各種說明性組件、區塊、模組、電路 及V驟#此功此性貫施為硬體還是軟體視特定應用及強 加於整個系統之設計約束而定。熟習此項技術者可對於每 一特定應用以變化之方式實施㈣述之功能性，但此等實 施決策不應被解釋為會引起偏離本發明之例示性實施例之 範疇。 結合本文中所揭示之例示性實施例所描述的各種說明性 邏輯區塊、模組及電路可用通用處理器、數位信號處理器 〇 (DSP)、特殊應用積體電路（ASIC)、場可程式化間陣列 (FPGA)或其他可程式化邏輯裝置、離散閘或電日日日體邏輯、 冑散硬隐件或其經設相執行本文巾所描述之功能的任 何組合來實施或執行。通用處理器可為微處理器，但在替 ' ㈣中，處理器可為任何習知之處理器、控制器、微控制 器或狀態機。亦可將處理器實施為計算裝置之組合，例 如，DSP與微處理器之組合、複數個微處理器、結人DSp 核心之-或多個微處理器，或任何其他此_。°口 結合本文中所揭社例轉實施例所描述之方法或演算 146034.doc -35· 201042876 法的步驟可直接體現於硬體中'由處理器執行之軟體模組 中或》亥兩者之組合t。軟體模組可駐留於隨機存取記憶 體（讀）、快閃記憶體、唯讀記憶體（職）、電可程式化 ROM(EPRQM)、電可抹除可程式化R⑽(卿R〇M)、暫存 器、硬碟、抽取式磁碟、CD_R⑽或此項技術t已知的任 ?、、v f之儲存媒體中。將例示性儲存媒體耦接至處理 器，以使得該處理器可自該儲存媒體讀取資訊，並可將資 該儲存媒體。在替代例中，儲存媒體可整合至處 為離散組件駐留於使用者終端機中Γ理器及儲存媒體可作 二：!1_示性實施例中，可以硬體、軟體、勃體或 將該等功能作為一或多右以軟體來實施，則可 體上或在電腦可讀媒體上^程式碼儲存於電腦可讀媒 存媒體與通信媒體（通、γ電:可讀媒體包括電腦館 另-處之傳送的任何媒體=括促進電腦程式自-處至 存取之任何可用媒體。 1存媒體可為可由電腦 體可包含RAM、R〇M 非限制，此電腦可讀媒 存器、磁碟儲存器U他M、CD-R0M或其他光碟儲 η 他磁性儲存裝置，或可用於0人 或-貝料結構之形式載運_存/肖於以“ 取的任何其他媒體。又，、私式碼且可由電腦存 媒體。舉例而言，若冑任何連接適當地稱為電腦可讀 數位用戶線（DSL)或諸/同軸4、光纖電規、雙絞線、 0紅外線、無線電及微波之無線技 146034.doc -36· 201042876 術而自網站、伺服器或其他遠端源傳輪軟體，則同軸電 纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或諸如紅外線、無線電及微 波之無線技術包括在媒體之定義中。如本文中所使用之磁 . 碟及光碟包括光碟（CD)、雷射光碟、光學光碟、數位影音 • 光碟（DVD)、軟性磁碟及藍光（blu-ray)光碟，其中磁礴^ 常磁性地再現資料，而尤礤藉由雷射光學地再現資料。、= 述之組合亦應包括在電腦可讀媒體之範疇内。 〇 提供所揭示之例稀實施例之先前描述以使得任何熟習 此項技術者能夠製造或使用本發明。對於熟習此項技術者 而吕，對此等例示性實施例之各種修改將容易顯而易見， 且可在不偏離本發明之精神或範田壽之情況下將本文中所定 2:-般原理應用於其他實施例。因此’本發明不意欲限 搜文中所展示之實施例，而應符合與本文中所揭示之原 理及新穎特徵一致的最寬範疇。 ’、 【圖式簡單說明】 ❹ 目1展示無線電力傳送系統之簡化方塊圖； 圖2展不無線電力傳送系統之簡化示意圖； 收器的簡化方塊 :展示用於本發明之例示性實施例中之環形天線的示 -目圖4為根據本發明之例示性實施例之傳輸器的簡化方塊 圖5為根據本發明之例示性實施例之接 圖6展示傳輸電路 之用於執行傳輪器與接收器之間的訊 146034.doc -37- 201042876 息傳遞之一部分的簡化示意圖，· 圖7展示傳輸電路之用於調整傳輸器之電力位準之 分的簡化示意圖； ° 圖8為可用以為傳輸器供應電力之AC至Dc電力供應 間化方塊圖； 。。圖9說明驅動兩個N通道電晶體以產生—同步㈣式轉換 态之脈寬調變器（PWM)控制器； 圖1 〇 4明使用微控制器之例示性同步降壓式轉換器丨 圖1 U兄明具有—傳輪天線且包括置放於附近之接收器 置的主機裝置。 圖！2A及圖I2B為說明用於傳輸器與接收器之間的通信 及用於電力傳輸的訊息傳遞協定的簡化時序圖； 圖13A至圖13C說明具有一傳輸天線且包括置放於相對 於該傳輸天線之各種位置中之接收器裝置的主機裝置；及 圖14A至圖14G為說明用於將電力遞送至多個接收器展 置之可调適電力控制的簡化時序圖。 【主要元件符號說明】 100 無線傳輸或充電系統 102 輸入電力 104 傳輸器 106 幸虽射場 108 接收器 110 輸出電力 112 距離 146034.doc -38- 201042876

114 傳輸天線 118 接收天線 119 通信頻道 122 振盪器 123 調整信號 124 電力放大器 125 控制信號 126 濾波器及匹配電路 132 匹配電路 134 整流器及切換電路 136 電池 150 「環形」天線 152 電容器 154 電容器 156 諧振信號 200 傳輸器 202 傳輸電路 204 傳輸天線 206 固定阻抗匹配電路 208 低通濾波器（LPF) 210 電力放大器 212 振盪器 214 控制器 216 負載感測電路 146034.doc -39· 201042876

220 載波信號 224 傳輸調變信號 226 電力輸入信號 228 電力供應 230 差動放大器 235 接收信號 240 電壓調節器 242 電流限制器 250 電壓偵測器 252 電流偵測器 280 存在偵測器 290 封閉式偵測器 300 接收器 302 接收電路 304 接收天線 306 電力轉換電路 308 RF至DC轉換器 310 DC至DC轉換器 312 切換電路 314 傳訊偵測器及信標電路 316 處理器 350 裝置 400 AC至DC電力供應器 405 AC 146034.doc -40- 201042876 Ο Ο 410 AC至DC轉換器 415 供應之D C輸入 420 電路調節器 425 普通電力 450 PA調節器 450Α PA調節器 450Β PA調節器 452 控制信號 460 脈寬調變器（PWM)控制器 465 數位（可程式化）電位計 470 微控制器 510 主機裝置 520 接收器裝置 610 遞歸週期 620 '同步脈衝 630 反向鏈路週期 650 電力週期 650' 電力週期 700 時間線 711 時間線 712 時間線 721 . 時間線 722 時間線 731 時間線 146034.doc -41 - 201042876 732 時 間 線 741 時 間 線 742 時 間 線 751 時 間 線 752 時 間 線 761 時間 線 762 時 間 線 146034.doc -42-

Claims (1)

1. 201042876 七、申請專利範園： 1. 一種無線電力傳輸器，其包含： #傳輸天線，其用於產生_用於_合至複數個接收器 裝置上之接收天線的近場輻射之耦合模式區；及 -控制器’其在操作令耦合至該傳輸天線，盆允 制器： '^工 Ο 〇 j判定在lif週期内針對安置於_合模式區内之 該複數個接收器裝置中之一或多者的—電力分配；且 回應於自該複數個接收器裝置中之至少—者所接收 的一電力要求而調整該近場輻射之一電力位準。 2.如請求項1之無線電力傳輸器，其進一步包含： 線了 Γ大器’其用於將一射頻（RF)信號施加至該傳輪天 -電力放大器則器，其在操作0合至 該控制器；态及 其中該控制器進一步： 在該遞歸週期期間定義複數個電力分配週期，每— 電力分配週期用於該複數個接收器裝置 '取多個 特定接收器裝置；且 控制該電力放大器調節器以在該複數個電力分配週 期中之至少一者内將該放大器之電力位準設定 •-電力位準且在該複數個電力分配週期中之其他分配 週期内將該放大器之電力位準設定 準。 心王—笫—電力位 146034.doc 201042876 如請求項2之無線 咨包含一具有一電 器在操作中耦合至 力位準。 3. 電力傳輸器’其中該電力放大器調節 位汁之降壓式轉換器，該降壓式轉換 °亥控制器以用於調整該放大器之一電 4. 如請求項2之無線電力值 5, ^ ^ 輸其中該電力放大器調節 益包含一降壓式轉換考， 、D e亥控制器進一步經組態以對 ^之—電力位準取樣且回應於該取樣之電力位準 而調整該降壓式轉換器之一電力輪出。 丰 5. 如請求項2之無線電力僂鈐 寻輸盗’其中該控制器進一步判 定該第一電力位準以太兮& 早以在该複數個接收器裝置中之一個以 上的接收器裝置之間共用電力。 6·如請求項1之無線電力傳輸器，其進一步包含： 放大盗，其用於將—射頻⑽）信號施加至該傳輪天 線；且 工部分，且該控制器進一 其中§亥遞歸週期包括時間多 步： 在該遞歸週期之—同步部分期間，啟用該放大器以 將該RF信號施加至該傳輸天線以產生該近場輻射（且 在該遞歸週期之一電力傳輸部分期間， 當該麵合模式區内存在經指定以接受來自該近場 輻射之電力之至少一接收器裝置時，繼續該啟用該放 大器；且 當該耗合模式區内不存在經指定以接受來自該近 場輻射之電力之接收器裴置時，停用該放大器，使其 146034.doc 201042876 7. 8. Ο 9. 10 ο 不月b夠將4RF信號施加至該傳輸天線。 :::項1之無線電力傳輪器，其中該控制器進-步回 應於自该複數個接收 一 rn*、 ^置中之—接收11裝置所接收的 ’ °月'位準而調整該近場II射之該電力位準。 如請求項7之無線電 ，信號施加至c其進一步包含-用於將 -傳輸天線之放大器，且其中該控制器 口應於自s亥複數個接你壯姐丄 彳口接收$裝置中之-接收器襄置所接收 的-電壓指示符而藉由調整一至該放大 進-步調整該近場轄射之該電力位準。 :請求:項7之無線電力傳輸器，其進一步包含一用於將 佗琥靶加至該傳輸天線之放大器，且其中該控制器 回應於自°亥複數個接收器裝置中之-接收器裝置所接收 的-電流指示符而藉由調整一至該放大器之電流位準來 進步調整該近場輻射之該電力位準。 士月求項1之無線電力傳輪器，其進一步包含： 放大器，其用於將一射頻（RF)信號施加至該傳輸天 線；及 I :負載感測電路，其在操作中耦合至該放大器及該控 制器豸負載感測電路用於^貞測由該放大器造成的電力 =耗之改變且產生—至該控制器之連續回應信號，該連 績回應信號表示電力消耗之該等改變；且 ”中忒控制器進一步用於解碼該連續回應以判定該耦 合模式區中之一新接收器裝置之存在或該耦合模式區中 之一現有接收器裝置之接收器資訊中之至少一者。 J46034.doc 201042876 11. 12. 13. ^ °月求項1之無線電力傳輸器’其中該控制器在該遞歸 週期之-傳訊部分期間進—步傳達至該複數個接收器裝 之°亥或夕個接收器裝置，以指示該遞歸週期的應 ?用Sx接收器裝置使其不能夠接收來自該近場輻射之電 力的一部分。 一種無線電力傳輸器，其包含： 專輸天線《用於產生用於_合至複數個接收器裝 置上之接收天線的近場輻射之一耦合模式區； 一控制器，其在操作中搞合至料輸天線，其中該控 藉由接收-傳輸來判定至_合模式區内之一或多 個接收器裝置之—鉍人+ 耦口比該傳輸指示自該接收器裝 置所接收的電力之—量； 回應於每-接收器裳置之該輕合比及一總傳輸電力 而判定未被該耗合模式區内之任何接收器裝置接收的 一輻射電力；且 在該輻射電力高於-預定臨限值時調整該近場輕射 之一電力位準。 —種無線電力傳送之方法，其包含： 藉由-傳輸器之-傳輸天線產生—在_諸振頻率下之 電磁場，以在該傳輸天線之—近場内產生1合模式 區， 開/關鍵控該電磁 在一遞歸週期之一同步部分期間藉由 場而定義該遞歸週期之—開始；及 146034.doc 201042876 在該遞歸週期之一電力傳輪部分期間， 將肩電磁場耦合至該耦合模式區内之一第一接收 器裝置之—接收天線；且 .· 將°亥電磁場耦合至該耦合模式區内之一第二接收 器裝置之一接收天線。 14.如„月求項13之方法’其進_步包含藉由調整一來自該傳 輸^線之傳輪電力、調整對於每―接收器裝置傳輸電力 〇 之4間之—量或其—組合來調整遞送至每-接收器裝置 之電力之一量。 1 5.如請求項13之方法，其中： 該電磁場之一第一邮八知人 弟口 口刀_合至該第二接收器裝置之該 接收天線； “磁場之帛一部分耦合至該第二接收器裝置之該 接收天線；且 及第部分及該第二部分係回應於該第一接收器裝置 〇 A該第二接收器裝置相對於該傳輸天線之置放。 16.如請求項13之方法，其進一步包含： 、判定該輕合模式區内何時存在經指定以接受來自該電 磁場之電力之複數個接收器； 將該電力傳輪部分之時間多工區段分配給經指定以接 焚電力之該複數個接收器中之每一者；及 在該同步部分期間傳達分配給該複數個接收器中之每 一者的該時間多工區段。 17·如請求項13之方法，其進一步包含： 146034.doc 201042876 判定該第-接收器裝置及該第二接收器裝置中之每一 者之-賴合比，該耦合比指示來自該麵合模式區之電力 之由每一接收器裝置消耗的—部分；及 、回應於該第一接收器裝置及該第二接收器裝置中之至 少-者之該耦合比而分配該電力傳輸部分之時間多工區 段。 18. 如請求項13之方法，其進一 5 ^ y 匕1 2在该電力傳輸部分之 /個不同的時間多"·區段内將該傳輪天線之-電力 輸出位準調整至至少兩個不同位準。 19. :請：項18之方法，其中調整該電力輪出位準包含調整 天^放大器之電壓’該放大器在操作化合至該傳輸 146034.doc 1 °:Γ=方法，其中調整該電力輪出位準包含調整 天線。 任钿作中耦合至該傳輸 2 21·如請求項18之方法’其中調 自該第_垃胳„壯$ 电刀翰出位準係回應於 ^接收益裝置、該第二接收器裝 接收的一電力請求位準。 或其一組合所 22· —種電力傳送系統，其包含： 用於藉由-傳輸器之一傳輸 下之電磁場以俏μ 在—諧振頻率 电磁％以在5亥傳輸天線之 區的構件； 琢鬥產生一耦合模式 用於在一遞歸週期之一同步部分 電磁場@ f ^ f Μ ρ π a糟由開/關鍵控該 疋義0亥遞~週期之—開始的構件；另 201042876 在該遞歸週期之-電力傳輪部分_， 用於將該電磁場耦合 接收器裝置之一接收天線的::合:式區内之-第-用於將該電磁場耦合 接收器裝置之-接收天缘的構：合模式區内之-第二 23. 如請求項22之電力傳送系統， 整-來自該傳輸天線之傳輸電；進：步包含用於藉由調 Ο 裝置傳輸電力之時間之—量周整對於每-接收器 -接收器農置之電力之I、—組合來調整遞送至每 龟力之—夏的構件。 24. 如請求項22之電力傳送系統，其中： 該電磁場之一第—部分輕合至 接收天線； μ弟一接收器裝置之該 :電磁場之一第二部分•合 接收天線；且 段叹态衮置之5亥 ❹ 裝US::及該第二部分係回應於該第-接收器 25如靖求項置相對於該傳輸天線之置放。 月求項22之電力傳送系統H步包含. 用於判定該耦合模式區 該雷磁i1 、 子存在經指定以接受來自 屯力之複數個接收器的構件； 用於將該電力傳輪部分之時 ， 以接受電力之該複數個接收器之：區:一 用於在該同步部分期門傳:者的構件;及 之母一者的該時間多工區段的構件。 接收益中 26.如請求項22之電力傳送系統，其進-步包含： 146034.doc 201042876 用於判定該第一接收3|步詈菸& —^ 叹益裝置及該第二接收器裝置中之 母一者之一耦合比的構件， 耦合比指示來自該輕合模 式區之電力之由每一 4 、 设叹15衷置沩耗的一部分；及 用於回應於該第—接收弩駐 摆收益裝置及該第二接收器裝置中 之至少一者之該耦合比而分配兮 工區段的構件。 …傳輸錯之時間多 27·如請求項22之電力傳送李绣 力傳輸部分之至少兩個二:::步[包含用於在該電 天線之-電力輸出位準調整至::二區段内將該傳輪 件。 至至少兩個不同位準的構 28.如請求項27之電力傳送系統复 位準之节槿# ~ a ，、中用於調整該電力輸出 位皁之該構件包含用於調整—至— 件，該放大器在操作中耦人 ° κ構 T祸口至该傳輸天線。 A如請求初之電力傳㈣統，其中用於調整 位準之該構件包含用於調：力輪出 件，該放大器在操作中W/大'之電流之構 F Τ耦合至该傳輸天線。 3〇.如請求項27之電力傳送系統，其中用於調整該電 ::準之該構件係回應於自該第—接收器裝置：二 收器裝置或其一組合所接收的一電力請求位準。〜接 31. —種無線電力接收器，其包含： 一接收天線’其與來自—傳輪天線之 合模式區耦合，· -射頻_至直流(DC)轉換器，其在操 接收天線以用於將j # a 、 s至 將5亥耗合之近場輻射轉換成-DC信號 J46034.doc 201042876 其在操作中輕合至該職DC轉換 益以用於將該DC信號轉換成—輪出斤號及 一處理器’其在操作中轉合至該接收天線、脚至 DC轉換益及該D_轉換器，其中該處理器： 、1疋在才木作中麵合至該輪出信號之接收器裝置之 一所要電力位準；及 Ο Ο 控制》亥DC至DC轉換以將該輸出信號上之該電力 位準調整至該所要電力位準。 32. 如請求項31之無線電力接收器，其中該處理器進一步控 制該DC至DC轉換器以回應於該接收器裝置之一所要電 壓位準而藉由調整該輸出信號之-電Μ位準來調整該輸 出信號上之該電力位準。 33. 如請求項31之無線電力接收器，其中該處理器進一步控 制-亥DC至DC轉換器以回應於該接收器裝置之—所要電 流位準而藉由調整該輸出信號之—電流位準來調整該輸 出信號上之該電力位準。 34. 如請求項31之無線電力接收器，其進一步包含： 切換電路，其在操作中搞合於該接收天線與該灯至 D尸轉換器之間，以用於調整由該傳輪天線經由與該耦合 杈式區之該耦合感知之一負載；且 其中忒處理器進—步用於藉由經由該切換電路之控制 在-亥接收天線上產生—連續信號來與—在操作中輕合至 該傳輸天線之傳輸裝置通信。 D 35·如請求項34之無線電力接收器，其中該所要電力位準係 146034.doc 201042876 藉由該切換電路之該 置。 4制由錢理ϋ傳達至該傳輸裝 36. 如請求項35之無線f力接 之該所要電力位準包括—所要電^;達至該傳輸裝置 37. ==無線電力接收器，其中傳達至該傳輸裝置 之5亥所要電力位準包括一所要電麼位準。 38· 一種用於對複數個裝置無線充電之方法，1包人. 接收來自該複數個裝置之電力要求；及 3 結合不遮蔽待充電之每一 要令 乂 遮咸不接收充電之裴 置來順序地對該複數個裝置中之裝置充電。 39. 如請求項38之方法，盆中桩妆番 控接收信號而發生。” 要求結合經由開/關鍵 40. ^求項38之方法，其進一步包含監測遞送至該複數個 裝置之電力位準且回應於該等電力位準而改變充電參 數。 ， Q 札如請求項4〇之方法，其中該等充電參數包括用於遞送至 該複數個裝置之電流及電壓位準。 月i貝38之方法’其中該無線充電係使用近場無線充 電方法來實現。 43. —種無線充電器，其包含： 一接收器，其用於無線地接收來自待充電之裝置之電 力要求； 一電力分量臨限值偵測器；及 處理裔，其可操作以結合監測來自該電力分量臨限 146034.doc •10· 201042876 值偵測器之讀數來改變一待傳輸之信號之一電力分量以 便滿足該等電力要求。 Ο

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