TW201106572A - Adaptive impedance tuning in wireless power transmission - Google Patents

Description

201106572 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電力轉移，且更具體言之， 係關於與調適性地調整一接收器裝置中之阻抗以改良無線 電力轉移有關的裝置、系統及方法。 本申請案根據35 U.S.C. §ll9(e)之規定主張以下各案之優 先權： 2009年3月20日申請之題為「WIRELESS POWER impedance CONTROL」之美國臨時專利申請案 61/162,157，及

2009年5月7日申凊之題為「DCBASED TUNING」之美國臨時專利申請案6i/i7m68。 【先前技術】 通常，每一電池供電裝置（諸如，無線電子裝置）需要自 有充電益及電源(其通常為交流(AC)電源插座）。在許多裝 置需要充電時，此種有線組態變得難以使用。 正開發在傳輸益與麵接至待充電之電子裝置的接收器之 間使用空t或無線電力傳輸的方法。此等方法通常落入兩 個類別巾。-種類縣基於介於傳輸天線與待充電之裝置 上之接收天線之間的早而 的十面波輪射（亦稱作遠場輻射）的杀 合。該接收天線收隼所鲈& β , 〃 曰射之電力且對其進行整流以用友 對電池進行充電。天後诵 '、裏通吊具有諧振長度以便改良耦合努 率。此方法遭受以下童杳.- 霄·電力耦合隨著天線之間的距潑 4加而快速衰退，因此路 跨越&理距離（例如，小於1公尺至 147215.doc 201106572 2公尺）來充電變得困難。另外，由於傳輸系統輻射平面 波，故若未經由濾波來進行適當控制，則無意之輻射可干 擾其他系統。 無線能量傳輸技術之其他方法係基於在嵌入於（例如） 「充電」墊或表面中之傳輸天線與嵌入於待充電之電子裝 置中之接收天線（加上整流電路）之間的電感耦合。此方法 具有以下缺點：傳輸天線與接收天線之間的間隔必須非常 接近（例如，幾毫米内）。儘管此方法確實具有對同一區域 中之多個裝置同時進行充電的能力，但此區域通常極小且 要求使用者將該等裝置準確地定位至一特定區域。 在無線電力轉移系統中，歸因於無線電力傳輸過程中發 生之損耗，效率為重要的。由於無線電力傳輸通常比有線 轉移效率⑯’因此在無線電力轉移環境中效率受到更多關 注。 結果，當試圖將電力提供至一或多個無線充電裝置時， 需要適應傳輸天線與接收天線之間的耗合之改變以最佳化 或以其他方式調整向耦接至接收天線之接收器裝置遞送之 電力的方法及設備。 【實施方式】 、詞語「例示性」在本文中用以意謂「充當—實例、個例 或說明」。不必將本文中摇述為「例示性」之任何實施例 解釋為較其他實施例較佳或有利。 下文中結合隨附圖式所闡述之詳細描述意欲作為對本發 明之例不性實施例的描述且不意欲表示可實踐本發明的僅 147215.doc 201106572 有實施例。貫穿此描述所使用之術語「例示性」意謂「充 當實例、個例或說明」’且未必應被解釋為較其他例示性 實施例較佳或有利。該詳細描述包括特定細節以便達成提 供對本發明之例示性實施例之激底理解的目的。熟習此項 技術者將顯而易見，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。在一些情況下，以方塊圖形式來展 示熟知結構及裝置以便避免混清本文所呈現之例示性實施 例的新穎性。 詞語「無線電力」在本文中用以意謂在不使用實體電磁 導體之情況下自傳輸器傳輸至接收器的與電場、磁場、電 磁場或其他者相關聯的任何形式之能量。 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⑽。將輸入電力102提供至傳輸器1〇4以供產生 用於提供能量轉移之輻射場106。接收器職合至輕射場 106 ’且產生-輸出電力11〇以供耗合至輸出電力⑽之裝 置(圖中未緣示)儲存或消耗。傳輸器104與接收器職者 相隔距離112。在一例示性實施例中，根據相互譜振關係 來組態傳輸urn及接收器⑽，且當接收器⑽之譜振頻 〜、傳輸a 1G4之遥振頻率極為接近時，當接收^⑽位於 輕射場106之「近場」中時，傳輸器104與接收器⑽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 旦 妾收盗ι〇8進一步包括用於提供用於能 $接收之構件的—技 接收天線118。根據應用及待與之相關 147215.doc 201106572 聯之裝置來設定傳輸天線及接收天線之大小。如所陳述， 藉由將傳輸天線之近場中之大部分能量搞合至接收天線而 非以電磁波形式將大部分能量傳播至遠場來進行有效能量 轉移。當處於此近場巾日夺，可在傳輸天線i M與接收天線 118之間形成一耦合模式。天線114及118周圍的可發生此 近場耦合之區域在本文中稱為耦合模式區。 圖2展示無線電力轉移系統之簡化示意圖。傳輸器刚包 括-振盛器122、-功率放大器124及—遽波器及匹配電路 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來加以調整。振盪器信號可由功率放 大器124回應於控制信號125以一放大量來放大。可包括濾 波盗及匹配電路126以濾除諧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 電或對耦接至接收器之裝置（圖中未繪示）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108及傳輸器1〇4可在一單獨通信頻道119(例如，藍 芽、紫蜂（ZigBee)、蜂巢式等）上通信。 如圖3中所說明，例示性實施例中所使用之天線可組態 為「環形」天線150，其在本文中亦可稱為「磁性」天 線。環开> 天線可經組態以包括一空心或一實體磁心（諸 如，鐵氧體磁心）。空心環形天線可能更可容許外來實體 裒置置放於該磁心附近。此外，一空心環形天線允許其他 147215.doc 201106572 組件置放於磁心區域内。另外’一空心環可更易於使得能 夠將接收天線Π 8(圖2)置放於傳輸天線丨丨4(圖2)之平面 内，在該平面中，傳輸天線114(圖2)之耦合模式區之電力 可更大。 如所陳述，傳輸器104與接收器108之間的有效能量轉移 在傳輸器104與接收器108之間的諧振匹配或近似匹配期間 發生。然而，即使傳輸器104與接收器1〇8之間的諧振不匹 配，仍可以較低效率轉移能量。藉由將來自傳輸天線之近 場的能量耦合至駐留於建立了此近場之鄰域中之接收天線 而非將能量自傳輸天線傳播至自由空間中來進行能量轉 移。 環形天線或磁性天線之諧振頻率係基於電感及電容。環 形天線中之電感通常僅為由該環形天線產生之電感，而通 常將電容添加至環形天線之電感以在所要諧振頻率下產生 一谐振結構。作為非限制性實例，可將電容器i 52及電容 器154添加至天線以產生一產生諧振信號156之諧振電路。 因此，對於較大直徑之環形天線而言，誘發職所需之電 容的大小隨著環形天線之直徑或電感增加而減小。此外， 隨著環形天線或磁性天線之直徑增加，近場之有效能量轉 移區域增加° #然，其他諧振電路係可能的。作為另一非 限制性實例，一電容器可並聯地置放於環形天線之兩個端 子之間。另外’-般熟習此項技術者將認識到，對於傳輸 天線，諧振信號156可為至環形天線15〇之輸入。 本發明之例示性實施例包括在處於彼此之近場中的兩個 147215.doc 201106572 天線之間耦合電力。如所陳述，近場為在天線周圍的存在 電磁場但電磁場可能並不自該天線傳播或輻射走的區域。 其通常限定於接近該天線之實體體積的體積。在本發明之 例示性實施例中’磁型天線(諸如，㈣環形天線及多匝 %形天線）用於傳輸（Tx)天線系統及接收（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。 Τχ天線可在足夠低之頻率下且在天線大小足夠大之情況 下％作，以在顯著大於早先所提及之遠場及電感方法所允 許之距離的距離下達成至小型接收天線的良好耦合（例 如> 4 dB)。右對傳輸天線正確地設定大小，則當主機掌 置上之接收天線置放於受驅動傳輸環形天線之耦合模式區 内（亦即，在近場中）時，可達成高耦合程度（例如，-丨dB 至-4 dB)。 圖4為根據本發明之例示性實施例之傳輸器2〇〇的簡化方 塊圖。傳輸器2〇〇包括傳輸電路202及一傳輸天線2〇4。大 體上，傳輸電路202藉由提供一振盪信號來將尺卩電力提供 至傳輸天線204，該振盪信號導致在傳輪天線2〇4四周產生 近場能量。以實例說明之，傳輸器200可在13 56 MHz ISM 頻帶下操作。 例示性傳輸電路202包括：一固定阻抗匹配電路2〇6，其 用於將傳輸電路202之阻抗（例如，50歐姆）與傳輸天線2〇4 147215.doc 201106572 匹配；及-低通遽波器（LPF)208，其經組態以將諸波發射 減少至防止耗接至接收器⑽（圖υ之裳置之自干擾的位 準。匹配電路之其他例示性實施例可包括電感器及變壓 器。低通濾波器之其他例示性實施例可包括不同濾波器拓 撲’包括（但不限於）使特定頻率衰減而使其他頻㈣過的 陷波濾波器，且可包括一調適性阻抗匹配，其可美於可旦 測之傳輸量度（諸如，至天線之輸出電力或由功率放大器 汲取之DC電流）而變化。傳輸電路2〇2進一步包括一功率放 大益2丨0，其經組態以驅動如由振盪器212(在本文中亦稱 為信號產生器)判定之RF.信號。該傳輸電路可由離散裝置 或電路組成，或者可由一整合式總成組成。—來自傳輸天 線204之例示性RF電力輸出可為約25瓦特至8 〇瓦特。則 傳輸電路202進-步包括一控制器214 ’控制器214用於 在針對特定接收器之傳輸階段（或作用時間循環）期間啟用 振盪器212、用於調整該振盪器之頻率、用於調整輸出電 力位準、用於實施一通信協定（用於經由相鄰裝置所附接 之接收器而與相鄰裝置互動）。控制器214亦用於判定傳輸 天線204處之阻抗改變，該等阻抗改變係歸因於耦合模式 區中由於其中所置放之接收器而產生的改變。 二 傳輸電路202可進-步包括一負載感測電路216，其用於 偵測作用中之接收器是否存在於由傳輸天線產生之近 場附近。以實例說明之’負載感測電路216監視流動至功 率放大态210之電流，該電流受作用中之接收器是否存在 ；傳輸天線204產生之近場附近所影響。藉由控制器214 J472l5.doc 201106572 =對功率放大器210上之負載的改變之债測，用於判定 疋否啟用振盪器212以傳輸能 信。 /、作用中接收器通 傳輪天線204可實施為一天線帶，豆 類剞绍、里裡、，办 z、与度、寬度及金屬 广選擇以使電阻性損耗保持為低。在習知實施中，傳 輸天線2〇4可大體上經組態以與—較大結構（諸如，桌子、

Li大燈Λ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」以便且 ^ 9η4 . , , _ "有貫用尺寸。傳輸天 線204之例不性實施可為「電學上小的」（亦即，波長之分 率）且經調諧以藉由使用電容器界定諸振頻率來在較低: 可用頻率下諧振。在傳輸天線m之直徑或邊長（若為正方 料）（例如，0.50公尺）可能大於接收天線的例示性應用 中，傳輸天線204將未必需要大量陳來獲得合理電容以 便使傳輸天線在所要頻率下譜振。 :專輸器200可聚集及追蹤關於可與傳輸器2〇〇相關聯之接 收器裝置之行蹤及狀態的資訊。因此，傳輸器電路2〇2可 包括連接至控制器214(在本文中亦稱為處理器）之一存在偵 測器280、-封閉式價測器挪或其組合。控制器214可回 應於來自#在债測器280及封閉式镇測器29〇之存在信號而 調1由放大器21〇遞送之電力之量。傳輸器可接收經由許 多電源（諸如，AC至DC轉換器（圖中未繪示），用以轉換存 在於建築物中之習知AC電力；DC_C轉換器（圖中未繪 示）用以將I知〇〇電源轉換成適合於傳輸器之電壓） 之電力，或可接收直接來自習知DC電源（圖中未繪示）之電 147215.doc -11 - 201106572 力。 ”―非:制性實例’存__8…—運動偵測 器，其用以感測插入於億輪哭 置的初始存在。在偵=覆£區域中的待充電之裝 仔隹在偵挪之後，可開啟傳輸器 裝置接收之㈣力來以-預定方式雙態觸發接收裳=之由 開關，其又導致傳輸器之驅動點阻抗的改變。 另非限制性實例’存在偵測器28〇可為以_ 夠(例如)藉由紅外線偵測、運㈣測或其他 又m類。在一些例示性實施例中 :制一傳輸天線可在-特定頻率下傳輸之電力之量= ::在一些情況下’此等規章意欲保護人類免受電磁輻 二佔=而：可能存在傳輸天線置放於人類未佔據或人類报 /康之區域(諸如，車庫、廠區、車間及其類似者)中之 ^兄。右此等環境無人類’則可能可准許使傳輸天線之電 力輸出增加到高於正常電力限制規章。換言之，控制器 214可回應於人類之存在而將傳輸天線2〇4之電力輸出調整 至^制位準或更低位準’且當人類與傳輸天線2〇4之電 磁场相距之距離大於一管制距離時’將傳輸天線加4之電 力輸出調整至一高於管制位準之位準。此外，存在谓測器 可為以下-種偵測器’其能夠偵測置放於傳輸天線之 t #物件°當不意欲接收無線電力且可能受磁場損害 之物件置放於傳輸天線附近時，此谓測可用於減少或停止 電力輸出》 作為—非限制性實例，封閉式偵測器29〇(在本文中亦可 I47215.doc 201106572 稱為封閉式隔間 感測開關之裳置，装用 偵測器)可為-諸如 態。當、於判疋外罩何時處於關閉或打開狀 “專輪，處於—為封閉狀態之 态之電力位準。 』嶒加傳輸 4 實施例中，可使用傳輸器⑽藉以不會無限期 (尤：時間量之後關閉。此特徵防止傳輸器 (尤八疋功率放大器210)在其周邊 電之後長時門…踝裒置π全充好 使長時間運作。此事件可歸因於心制自中繼器或 接收線圈發送的γ + , 私裝置元全充好電之信號的電路之故 y為了防止傳輸器200在另一裝置置放於其周邊時自動 勒閉’可在其周邊中偵測到缺乏運動之一設定時段之後才 欠動傳輸器200自動關閉特徵。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—特定類型之無線裝 置最初完全放完電之情況下對該裝置完全充電所需的時間 間隔長。 圖5為根據本發明之例示性實施例之接收器則的簡化方 塊圖。接收器300包括接收電路3〇2及一接收天線3〇4。接 收器300進一步耦接至裝置35〇以用於將所接收到之電力提 供至裝置35G。應注意’將接收器3⑽說明為在裝置35〇外 部，但其可整合於裝置350中。大體而言，以無線方式將 月匕里傳播至接收天線3 〇4且接著經由接收電路3 〇2而耦合至 裝置350。 147215.doc 201106572 接收天線304經調諧以在與傳輸天線2〇4(圖4)之諧振頻 率相同的頻率下或接近相同之頻率下諧振。接收天線3〇4 可與傳輸天線204類似地設定尺寸，或可基於相關聯裝置 350之尺寸來不同地設定大小。以實例說明之，裝置可 為直徑或長度尺寸小於傳輸天線2〇4之直徑或長度的攜帶 型電子裝置。在此實例中，接收天線3〇4可實施為多匝天 線以便減小調諧電容器（圖中未繪示）之電容值且增加接 收天線之阻抗。以實例說明之，接收天線3〇4可置放於裝 置3 50之實質圓周四周，以便將天線直徑最大化並減少接 收天線之環匝（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306，其用於將所接收到之RF能源轉 換成供裝置350使用之充電電力。電力轉換電路3〇6包括一 RF至DC轉換器308 ’且亦可包括一 DC轉DC轉換器310。 RF至DC轉換器308將於接收天線304處所接收到之rF能量 信號整流成非交變電力，而0(；：轉DC轉換器31〇將經整流之 RF能量信號轉換成可與裝置35〇相容的能量電位（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312，其用於將接收 天線304連接至電力轉換電路3〇6或者用於將電力轉換電路 306斷開。將接收天線3〇4與電力轉換電路3 〇6斷開不僅暫 時中止對裝置350之充電’而且亦改變傳輸器2〇〇(圖2)所 「看到」的「負載」’其可用以「掩蔽」接收器使傳輸器 147215.doc 14 201106572 不可「看到」接收器。 如上文所揭示，傳輸器200包括負载感測電路2i6，其偵 測提供至傳輸器功率放大器210之偏虔電流的波動:、因 此’傳輪器200具有用於判定接收器何時存在於傳輸器之 近場中的機構。 當多個接收器300存在於傳輸器之近場中時，可能需要 對-或多個接收器之負載及卸載進行時間多工以使其他接 收器能夠更有效軸合至傳輸器。亦可掩蔽—接收器以便 消除與其他附近接收ϋ之輕合或減少附近傳輸器上之負 載。接收器之此「卸載」在本文中亦稱為「掩蔽」。此 外，如下文更充分地解釋，由接收器3〇〇控制且由傳輸器 2_測之㈣與負載之間的此切換提供自接收器至傳 輸器200的通信機制。另外，—協^可與該切換相關聯， ，協定使得能夠將訊息自接收器⑽發送至傳輸器·。以 實例說明之，切換速度可為約1〇〇微秒。 在-例示性實施财，傳輸器與接收器之間的通信涉及 裝置感測及充電控制機制而非f知雙向通信。換言之，傳 輸器使用所傳輸之信號之開/關鍵控，以調整近場令之能 量是否可用。接收器將此等能量改變解譯為來自傳輸器之 訊息。自接收器側，接收器使用對接收天線之調错及去諸 來調整正自近場接受之電力的量M專輪器可谓測來自近場 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3 02可進一 步包括用以識別所接收之能量波動 147215.doc •15- 201106572 的發信號偵測器及信標電路3 14，該等能量波動可對應於 自傳輸器至接收器之資訊性發信號。此外，發信號及信標 電路3 14亦可用以偵測減少之rf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 用於喚醒接收電路302内之未供電或電力耗盡之電路，以 便組態接收電路302以用於無線充電。 接收電路3 02進一步包括處理器316，其用於協調本文中 所描述之接收器300之處理，包括對本文所描述之切換電 路3 12的控制《對接收器3〇〇之掩蔽亦可在其他事件發生後 即發生’該等其他事件包括偵測將充電電力提供至裝置 350之外部有線充電源（例如，壁式/USB電力）。除了控制 接收崙之掩蔽之外，處理器316亦可監視信標電路314以判 定一信標狀態並擷取自傳輸器發送之訊息。處理器316亦 可調整DC轉DC轉換器31〇以獲得改良之效能。 在些例不性實施例中，接收電路320可將一電力要求 以（例如）所要電力位準、最大電力位準、所要電流位準、 最大電流位準、所要電壓位準及最大電壓位準的形式用信 ； 傳輸器。基於此等位準及自傳輸器接收到之實際 ，力里，處理器316可調整£)(：：轉1：)(：轉換器31〇之操作以調 Ί、輸出③調節係以調整電流位準、調整電壓位準 組合之形式進行。 八 以—^月之例不性實施例係針對電路及調整機制，其允許 °補償傳輸天線與接收天線之間的搞合效應之改變的 式調整-終止接收器裝置之接收天線的負載阻抗。 147215.doc • 16 - 201106572 用於調整負載阻抗之電流方案係基於RF組件之使用。此 等犯組件包括基於以下各者之調言皆器：可切換固定電容器 及電感器、電射變電容器（例如，鐵f、微機電 (職S)及變容二極體)。可切換固定電容器及電感器方法 可月匕具有過多之歐姆損耗而對於充電系統為不實用的。其 =鐵電裝置及MEMS電壓可變電容器之可變㈣器此時0 此在商業上不可行。基於變容二極體之調諧器可能不 置無線電力應用中所預期之RF電力。 如上文所描述，無線充電系統通常包括-傳輪天線（亦 即，傳輸相合線圈），該傳輸天線將RF能量傳輪至一或多 個接收天線(亦即’接收麵合線圈)，該一或多個接收天線 缺入於待充電或以其他方式供以電力之接收器裝置中。對 所接收到之能量進行整流 '調節，並將其遞送至裝置之電 池或其他操作電路。此等天線通常在低頻率下操作，其中 該等天線在電學上為小型的以便以磁性方式耗合而非輻射 電力。 當兩個線圈諸振時（亦即，當兩者皆調諧至用以將電力 自一天線轉移至另-天線的頻率時）’此等小型天線可達 =佳之耗合效率。遺憾的是，儘管有效電力轉移為任何 ’’’、線电力轉移方案之重要方面，但使用小型且以譜振方式 搞合之天線的副作用在於：所得頻寬有時相當小，從而使 天線易受去諸及效率可能易大幅損耗。使用小型鬆柄合諸 又天線之另一問題在於：在接收天線相對於傳輸天線在周 圍移動（例如，在充電墊上之不同位置處）時，或當待充電 1472J5.doc 17 201106572 之多個裝置彼此靠近地置放於充電墊上時，兩個天線之間 的相互耗合將變化。此等置放變化將改變傳輸線圈與接收 線圏之間的耦合且導致在傳輸天線處所看到的阻抗之變 化，從而導致充電系統中傳輸天線與接收天線之間的低效 電力轉移。藉由改變呈遞至接收天線之灯負載電阻，此等 問題中之許多可得以校正或至少在很大程度上得以減少。 在改變RF負載電阻以便影響傳輸放大器所看到的阻抗之 改變的過程中’眾所周,π ’取決於在傳輸天線及接收天線 處使用之匹配電路，電源所看到的此阻抗可以電阻方式、 以電抗方式或其組合來變化。為最大化系統之效率，最好 僅改變實值（亦即，電阻性值）且使此輸入阻抗之電抗性值 儘可能保持恆定。儘管有可能補償電抗性改變，但此可能 極大地增加整個系統之複雜性。可展示，存在一匹配^ 路，其可在電阻性負載變化之任何範圍内滿足最大電力轉 移之目標。彼匹配電路可為一經調諧（諧振）變壓器，其僅 為用以轉移電力的諧振傳輸天線及諧振接收天線之延伸。 在以下論述中，假定使用此形式之匹配電路。 圖6展示傳輸電路及接收電路的展示其間之耦合及可調 DC負載450的示意圖。如圖6中所展示，充電系統4〇5可由 一耦合線圈變壓器模型430表徵’其中傳輸器電子設備連 接至一主線圈432(亦即，傳輸天線），且接收器側上之整流 器/調節器電子設備連接至一副線圈434(亦即，接收天 線）》 驅動器410在一所要諧振頻率（諸如，約13 56 MHz)下產 147215.doc -18- 201106572 生一振盪信號。作為一實例， 中所說明之E類驅動器。低诵 ，此驅動器41可組態為如圖6

之傳輸天線4 3 2進行阻抗匹配。 、經由近場輻射將能晉Μ銘s鈕A_ μ @ .

抗匹配及整流器電路440， 以為接收天線43 4提供一 AC阻 抗匹配且將該振盪信號整流成一實質上〇(：信號。〇(：轉〇(： 轉換器450將來自整流器440之〇(：信號轉換成可由接收器 裝置（圖中未繪示）上之電路使用的〇(：輸出。Dc轉dc轉換 器450亦經組態以調整整流器44〇所看到的Dc阻抗，其又 調整整流器440之輸入的總AC阻抗。結果，在DC轉DC轉 換器450之輸入處的DC阻抗之改變可產生與接收天線434 之阻抗的較佳匹配，及接收天線434與傳輸天線432之間的 較佳相互耦合。 變壓器模型430之自感係數（Ltx及Lrx)、互感係數（m)及 損耗電阻可自天線對之所量測或所模擬的耗合特性導出。 可展示’給定互感係數（m)及電阻性損耗（傳輸天線及接 收天線分別為R 1及R2)，對於接收天線，存在將最大化電 力轉移效率之最佳負载。此最佳負載可定義為：

Reff=Rl*[l+(Q*m)2/(Rl*R2)]5 〇 通常’ Reff可在1歐姆至20歐姆之範圍中。經由使用DC 負載控制，由於互感係數（m)因上文所描述之原因而變 147215.doc -19- 201106572 化’可將接收線圈434所看到的RF負載設定為其最有效 值。 控制RF負載之另一用途在於：可使用負載之變化來控制 遞送至接收器裝置之電力。此可能以一定之效率為代價， 但使得在伺服處於各種充電狀態下之混合無線裝置時能夠 最大程度地使用可用電力。 控制RF負載之又一用途在於：可使用負載之變化來加寬 轉移功能之頻寬，其結果取決於一極低阻抗或電抗性阻抗 的傳輸功率放大器41 〇(典型之無線改變放大器）與傳輸天線 432之間的匹配網路420。若輸入匹配電路包括—第三經調 諧電感（圖中未繪示）（其與TX天線432相互耦合），則此頻寬 調整可在互感係數（m)及負載變化較大之範圍内最佳地工 作。在此情況下，若功率放大器具有一極低電源阻抗，則 頻寬將隨著RF負載電阻增加而線性地增加。 現有無線充電系統看似不關心頻寬，因為Fee所允許之 信號頻寬相當小。如之前所陳述，改變負載以加寬頻寬可 使效率自其最大值略有減少，但當可能需要增加之頻寬 時，此可用於維持一功能性充電系統。雖然在需要高效率 之無線充電過程中頻寬擴展並非實質上所要之選項，但此 頻寬擴展效應可應用於效率並不重要之短程通信系統中。 使用與傳輸天線432相互耦合之低電感提供優於較普遍 之被動匹配的顯著系統優點。此輸入串聯經調諧之dc轉 DC轉換器450引起一第二阻抗反轉，第一阻抗反轉係在傳 輸天線與接收天線（432與434)之間。結果，當負載阻抗增 147215.doc •20· 201106572 抗增加°此僅藉由升高接收器之負載阻抗來 ' 掩蔽」接收器使傳輸器不可「看到」接收器。 此效應可重新陳述為使輸人電導為負載電導之線性函數。 一在無此掩蔽特徵之情況下，來自接收器之負載將會呈現 行掩蔽’其使用諸如上文參看圖5所論述之 儿件312的機構。結果’不存在接收器裝置之充電塾將表 現為經高度難之短路而非開路。此外，#存在多個未經 掩蔽之負載時’傳輸天線432之總輸人電導將為接收天線 434之個別電導的總和，且將根據其相對值來分配電力。 丄調《皆輪人變壓器匹之又_優點在於：所得輸入/輸 出導、’内在中〜（谐振）頻率下為實數，且相對於頻率為 平」頂的。因此，電路參數之一級變化（fkst 〇rder variation)對電力轉移過程的影響較小。 圖7A至圖7B展示史密斯阻抗圖解，其說明回應於接收 器裝置處之DC阻抗之改變而產生的耦合線圈對（不添加電 感匹配）之輸入阻抗的改變。在圖7A及圖7B中，加粗圓圈 510及520分別指示恆定電阻圈。 參看圖7A及圖6，在DC轉DC轉換器450之輸入處約10.2 歐姆之DC阻抗Rdc引起傳輸天線432處約50歐姆的一複合輸 入阻抗，且具有極小電抗。參看圖7B及圖6，在dc轉DC 轉換器450之輸入處約80歐姆之DC阻抗Rdc引起傳輸天線 432處遠小於50歐姆的一複合輸入阻抗，其中電抗極小。 圖8A及圖8B展示振幅曲線（分別為53〇及540)，其展示耦 合線圈對之間的回應於接收器裝置處之DC阻抗之改變的 147215.doc -21 · 201106572 經改良耦合。在圖8八中，中心頻率13 56 MHz處之振幅為 约_4.886 dB。在調整DC轉DC轉換器450(圖6)之輸入阻抗 之後’中心頻率13.56 MHz處之振幅改良至約_3 225仙， 從而引起接收天線與傳輸天線之間的較佳耦合，其使得更 多電力轉移至接收天線。 圖9A至圖9B展示接收器裝置之簡化示意圖，其說明用 於調整接收器裝置處之〇(：阻抗的例示性實施例。在圖9A 及圖兩者中’接收天線3 04對一包括電容器c 1及C2之例 示丨生阻彳/u匹配電路32〇進行饋送。來自阻抗匹配電路之 輸出對一包括二極體D1及D2以及電容器C3之簡單整流器 33〇(作為一實例）進行饋送以用於將RF頻率轉換成Dc電 壓。當然，預期許多其他阻抗匹配電路320及整流器330落 在本發明之實施例之範疇内。DC轉DC轉換器35〇將來自整 /瓜器之DC輸入#號340轉換成一適合於由接收器裝置（圖中 未繪不）使用之DC輸出信號370。 圖9A說明—種用於維持無線電力傳輸系統中之最佳電力 點阻抗的簡單設備。比較器348比較Dc輸入信號MO與參 考電壓345 ’該參考電壓345經選擇以使得對於給定期望電 力’如傳輸器所看到之阻抗將引起最大量之電力輕合至 DC輸出信號370。比較器348之輸出36ι給dc轉dc轉換器 350饋送-信號以指示沉轉沉轉換器35〇應增加或是減小 其輸入DC阻抗。在使用切換1)(：轉1)(：：轉換器35〇之實施例 中比較器之此輸出3 61可轉換成一脈寬調變（pWM)信 號’該PWM信號調整該輸入Dc阻抗（如下文所解釋）。此 147215.doc •22· 201106572 輸入電壓回饋電路藉由隨著電壓增加而增加PWM脈寬來調 節輸入DC阻抗，因此減小阻抗及電壓。 圖9B說明一種用於維持無線電力傳輸系統中之最佳電力 點阻抗的略微更複雜之設備。在圖9B中，可包括一電流感 測器344，且可使用一多工器346來切換在任何給定時間由 處理器360對DC輸入信號340處之電壓或是電流進行取 樣。在此系統中’量測DC輸入信號340之電壓（vr)及電流 (Ir) ’且到達DC轉DC轉換器350之PWM信號362可在一預 先允許之範圍内變化。處理器360可判定對於pwM信號362 而言哪一脈寬產生最大電力（亦即，電流乘以電壓），該最 大電力指示最佳DC輸入阻抗。所判定之此脈寬可用於將 最佳量之電力轉移至DC輸出信號37〇的操作。此取樣及調 整過程可在需要時隨時重複，以追蹤變化之耦合比、傳輸 電力或傳輸阻抗。 如早先所陳述’為了自具有有限輸出電阻或阻抗之一電 源獲得最大外部電力，接收器之電阻或阻抗應與電源之電 阻或阻抗相同。在許多情況下，需要操作無線電力系統以 便最大化所接收到之電力’從而最佳地使用有限之奸電 源。 此最大化之電力轉移並非總是與最大效率相同。在許多 情況下，操作在較高⑷刚）之阻抗或電阻下的負載以 便增力ϋ之效率可為有利的1而，在任-情況下，維 持接收器處之特定阻抗對於調節在傳輸器與接收器之間轉 移的電力之量可為有用的。 147215.doc -23- 201106572 在簡單無線電力系統中，可能不存在對輸入阻抗之控 制；輸出負載（通常為電池或無線裝置）可能為系統之阻抗 的僅有驅動器。此導致次最佳之傳輸器/接收器阻抗匹 配’隨之發生電力轉移、效率或其組合之損耗。 DC阻抗由（電壓/電流）定義。因此，在任何給定電流及 所要阻抗下，存在：所要電壓=(電流*所要阻抗）。藉由一 PWM轉換器，可藉由提供一回饋項而達成此所要電壓（且 因而達成所要阻抗），該回饋項比較輸入電壓與（電流*所要 阻抗）項，且向上或向下調整脈寬以維持彼（電流*所要阻 抗）項。 圖10A至圖10D展示接收器裝置之簡化示意圖，其說明 用於使用一脈寬調變轉換器來調整接收器裝置處之Dc阻 抗的例示性實施例。在圖1 〇A至圖1 〇D中，共同元件包括 給一阻抗匹配電路320進行饋送之接收天線3〇4。來自阻抗 匹配電路320之輸出給一簡單整流器（其簡單地展示為二極 體D3)進行饋送。當然’預期許多其他阻抗匹配電路32〇及 整流器落在本發明之實施例之範疇内。DC轉DC轉換器350 將來自整流器之DC輸入信號340轉換成一適合於由接收器 裝置（圖中未繪示）使用之DC輸出信號370。處理器360對 DC輸入信號340、DC輸出信號270或其組合之參數進行取 樣，且產生用於DC轉DC轉換器350之一 PWM信號362。 DC轉DC轉換器350為一切換模式轉換器，其中PWM信 號362控制一開關S 1以週期性地對一濾波電路進行充電， 該濾波電路包括二極體D4、電感器L1及電容器C4。一般 147215.doc •24· 201106572 熟習此項技術者將認識到D c轉D c轉換器3 5 〇為一降壓式轉 換益，其將DC輸入信號34〇上之電壓轉換$DC輸出信號 〇上之較低電壓。儘管圖中未綠示，但一般熟習此項技 術者亦將認識到，切換模式0(:轉DC轉換器350亦可實施為 一升壓式轉換器以產生電壓高於DC輸入信號340上之電壓 的DC輸出信號37〇。 在大多數情況下’對調節無線電力接收器之輸出電壓的 要求將最為重要。舉例而言’對於電池充電，不超過最大 輸出電流或最大輸出電壓常常最為關鍵m胃輸出電塵 控制項常常將支配PWM信號362之脈寬的控制規則。 」而’在許多情況下’電池將在定額小於其最大定額之 情況下接受電力。作為_實例，在定額小於㈣子電池之 額定容量的情況下對輯子電池進行充電期間，電壓將在 最大電池電μ之下，且電流可受可自無線電力系統得到之 最大電力所限制。在此等情況期@t級阻抗-控制項在 調整PWM信號之脈寬以便控制⑽且抗方面將變得處於支 配地位。 本發明之例示性實施例藉由在切換模式DC轉DC轉換器 350中使用-回饋項以有效地模擬接收器中之穩態％電阻 W❹.抗㈣。換言之’藉由調整到達切換模式DC 請轉換器350之PWM信號362之頻率或作用時間循環以 模擬一給定DC阻抗來控制Dc阻抗。 輸出信號37〇或 對系統之回饋。處 藉由由處理器360對DC輸入信號34〇、 其組合之一或多個特性進行取樣來產生 I47215.doc -25- 201106572 理器360接著使用此經取樣之資訊（有可能連同其他資訊， 諸如DC轉DC轉換器350之期望電力轉移及效率）來調整 PWM信號362，此調整DC輸入信號及〇(：輸出信號以閉合 回饋迴路。 參考如圖10A至10D所說明之四個不同例示性實施例來 論述所取樣之内容及產生PWM信號之參數的方式的個別差 異。 在圖10A中’處理器360對DC輸入信號34〇之電壓、Dc 輸入#號340之電流、DC輸出信號370之電壓及dc輸出作 號370之電流進行取樣。 在一些實施例中’可在DC輸入信號340與處理器36〇之 間使用一電壓感測器342。類似地，可在dc輸出信號37〇 與處理器360之間使用一電壓感測器372。在其他實施例 中’可不需要電壓感測器342及372，且處理器46〇可直接 對DC輸入信號340及DC輸出信號370上之電壓進行取樣。 在一些實施例中’可在DC輸入信號34〇與處理器36〇之 間使用一電流感測器344。類似地’可在Dc輪出信號37〇 與處理器360之間使用一電流感測器374。在其他實施例 中，可不需要電流感測器344及374，且處理器36〇可直接 對DC輸入信號340及DC輸出信號370上之電流進行取樣。 藉由對DC輸入信號340及DC輸出信號370兩者之電流及 電壓量測’處理器360可判定電力轉換系統所需之所有參 數。DC輸入信號340上之輸入電力可判定為輸入電壓乘以 輸入電流。DC輸出信號370上之輸出電力可判定為輸出電 147215.doc -26- 201106572 壓乘以輸出電流。DC轉DC轉換器350之效率可判定為輸出 電力與輸入電力之間的差。DC輸入信號340之DC阻抗可判 定為輸入電壓除以輸入電流。 處理器360可週期性地對所有輸入進行取樣（例如，約每 秒一次，或其他合適週期），以判定彼時之電力輸出。作 為回應’處理器360可改變pWM信號362之作用時間循環， 其將改變DC輸入信號340之DC阻抗。舉例而言，pwM作 號362上之窄脈寬允許輸入電壓保持相對較高且允許輸入 電流保持相對較低，其導致DC輸入信號34〇之較高dc阻 抗。相反地，PWM信號362上之較寬脈寬允許自〇(：輸入信 號340汲取更多之電流，從而引起Dc輸入信號34〇之較低 輸入電壓及較低DC阻抗。

週期性取樣及調整產生可找到〇(：：輸入信號34〇之最佳DC 阻抗（且因而找到D C輸出信號3 7 〇之最佳電力）的回饋迴 路。下文參看圖11來論述尋找此等值之細節。 在圖10B中’處理器360對！^輸入信號34〇之電麗、Dc 輸出信號370之電壓及DC輸出信號37〇之電流進行取樣。 如上文參看圖1〇A所解釋，電壓感測器342、電壓感測哭 372及電流感測器374可取決於實施例而包括於其各別信號 與處理器360之間。 如同圖10A，在圖10B中，山μ上 0(：輸出信號370上之輪出電力 可判定為輸出電壓乘以輸出電流。 屯机。在s午多情況下，將已知 DC轉DC轉換|§350之效率，且 I其在所要操作範圍内相對恆 定。因此’處理器3 60可基於銓山+七 J丞於輸出電力及對DC轉Dc轉換器 147215.doc •27· 201106572 350之虽刚操作點處之效率的估計來估計〇匸輸入信號“ο 之輸入電力》藉由所估計之輸入電力及所量測之輸入電 壓，可判定DC輸入信號340之DC阻抗。再次地，週期性取 樣及調整產生可找到DC輸入信號340之最佳Dc阻抗（且因 而找到DC輸出信號370之最佳電力）的回饋迴路。 在圖10C中，處理器36〇對DC輸入信號34〇之電壓及％ 輸入信號340之電流進行取樣。如上文參看圖1〇A所解釋， 電壓感測器342及電流感測器344可取決於實施例而包括於 DC輸入信號34〇與處理器36〇之間。 在圖10C中，DC輸入信號340上之輸入電力可判定為輸 入電壓乘以輸入電流，且1：)(：輸入信號34〇2DC阻抗可判定 為輸入電壓除以輸入電流。如同圖1〇B，在圖1〇c中，將 已知DC轉DC轉換器350之效率’且其在所要操作範圍内相 對匣疋。因此，處理器36〇可基於輸入電力及對^^轉〇匸轉 換器3 50之▲刖操作點處之效率的估計來估計Dc輸出信號 3 70上之輸出電力。再次地，週期性取樣及調整產生可找 到DC輸入信號340之最佳DC阻抗（且因而找到DC輸出信號 3 70之最佳電力）的回饋迴路。 在圖10D中’處理器360僅對DC輸入信號340之電壓進行 取樣°如上文參看圖丨〇A所解釋’電壓感測器342可取決於 實施例而包括於DC輸入信號34〇與處理器360之間。 在圖10D中’可就期望經由接收天線及整流器接收且在 DC輸入信號上遞送之電力的量作出一預定估計。使用此 預定估計’可相對於輸入電壓判定DC輸入信號340之DC阻 1472I5.doc •28- 201106572 抗如同圖10B，在圖iOC中，將已知]〇(：轉]〇(：轉換器35〇 之效率’且其在所要操作範圍内相對恆定。因此，處理器 360可基於該預定輪入電力估計及對DC轉DC轉換器35〇之 备刖操作點處之效率的估計來估計I)C輸出信號370上之輸 出電力。再次地’週期性取樣及調整產生可找到DC輸入 仏唬340之最佳dc阻抗（且因而找到DC輸出信號37〇之最佳 電力）的回饋迴路。 忒預定電力估計可為程式化於接收器裝置中之固定值， 或可自傳輸器裝置傳送至接收器裝置，該傳輸器裝置可具 有用於判定所傳輸之電力中將有多少電力耗合至彼特定接 收器裝置的構件。 圖11說明在調整接收器裝置處之DC阻抗時可使用之各 種輸入及輸出參數。此圖表示—種具有m源阻抗之 系統，但其中允許負載電阻器在寬範圍内變化。此負載電 阻器可表示為圓6之DC轉DC轉換器450之可變電阻器。或 者，該負載電阻器可由圖9A至圖101)中所展示之〇(：轉1)(： 轉換器350的DC輸入信號340之DC阻抗表示。 在圖11中，在1:1之電源對負載耦合之情況下藉由信號 來驅動一 50歐姆之電源阻抗。線62〇展示通過負載電阻器 之電机。注意，隨著負载阻抗增加，電流歸因於歐姆定律 而減小。線610展示負載電阻器上之電壓。注意，隨著負 載阻抗增加，電壓亦按照電阻分壓器方程式而增加。 針對負載電阻器之電流及電壓的此等兩個資料集給出負 載電阻器上之電力（如由線64〇展示）。注意，電力在一特定 147215.doc -29- 201106572 負載阻抗處達到峰值。在此情況（1:1之負載叙合）下在負 載阻抗等於或接近電源阻抗時，此最大電力點出現。若耦 合為不同的，則峰值電力點亦可能有所偏移。 線650表示一 PWM設定（在1 〇〇内），其與輸出阻抗成反比 例關係。此為大多數降壓式轉換器所展現之函數。如可看 到存在一理想PWM設定，其最大化由負載電阻器接收到 之電力。參考本文中所論述之例示性實施例而使用之無線 電力阻抗控制方案試圖發現並維持此理想pWM設定。 田然’如早先所陳述’最佳電力轉移並非總是必要的。 使用上文在圖6及圖9A至圖1 〇D中所論述的本發明之實施 例，可有效地使DC輸入信號340之DC阻抗（且因而使接收 天線之AC阻抗）與最佳電力轉移去諧，以限制在DC輸出信 號370上遞送之電力的量。在接收器裝置不可接受可自 轉DC轉換器350遞送之最大電力的情況下，此電力限制可 為有用的。此對電力之需要減少之一些非限制性實例可出 現在接收器裝置中之電池接近完全充電或DC轉DC轉換器 3 50可遞送比電池之額定容量更多的電力時。 熟習此項技術者將理解，可使用各種不同技藝及技術中 之任一者來表示資訊及信號。舉例而言，可藉由電壓、電 流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子或其任何組合 來表示可遍及上文之描述引用之資料、指令、命令、資 訊、信號、位元、符號及碼片。 熟習此項技術者將進一步瞭解，可將結合本文中所揭示 之例示性實施例而描述之各種說明性邏輯區塊、模組、電 147215.doc •30- 201106572 路及演算法步驟實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組 合。為清楚地說明硬體與軟體之此互換性，上文已大體在 功能性方面描述了各種說明性組件、區塊、模組、電路及 步驟。將此功能性實施為硬體或是軟體取決於特定應用及 外加於整個系統之設計約束而定。熟習此項技術者可針對 每一特定應用以不同方式實施所描述之功能性’但此等實 施決策不應被解釋為引起脫離本發明之例示性實施例之範 疇。 、’-σ S本文中所揭示之例示性實施例而描述之各種說明性 邏輯區塊、模組及電路可藉由以下各者來實施或執行：通 用處理器、數位信號處理器（DSP)、特殊應用積體電路 (ASIC)、場可程式化閘陣列（FPGA)或其他可程式化邏輯裝 置、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其經設計以執 订本文中所描述之功能的任何組合。通用處理器可為微處 理器’但在替代例中，處理器可為任何習知處理器、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、 結合DSP核心之—或多個微處理器，或任何其他此種組 態。 結合本文中所揭示之例示性實施例而描述之方法或演曾 法之步驟可直接以硬體、由處理器執行之軟體模組或兩： 的組合來體現。軟體模組可駐留於隨機存取記憶體 、快閃記憶體、唯讀記憶體(r〇m)、電可程式化 (EPR〇M)、電可抹除可程式化R〇m(EEPR〇m)、暫存 I47215.doc •31 · 201106572 器、硬碟、抽取式碟片、CD_R0M，或此項技術中已知之 ，其他形式之儲存媒體中。例示性儲存媒體耦接至處理 态以使付處理器可自儲存媒體讀取資訊及將資訊寫入至 儲存媒體。在替代例中，儲存媒體可整合至處理器。處理 =及儲存媒體可駐留於ASIC1?。ASIC可駐留於使用者終 端機中。在替代例中，處理器及儲存媒體可作為離散組件 而駐留於使用者終端機中。 在-或多個例示性實施例中’可以硬體、軟體、韌體或 其任何組合來實施所描述之功能。若以軟體實施，則可將 。亥等功月b作為-或多個指令或程式碼儲存於電腦可讀媒體 上或經由電腦可讀媒體傳輸。電腦可讀媒體包括電腦儲存 媒體及通信媒體(包括促進電腦程式自一處轉移至另—處 的任何媒體）兩者。健存媒體可為可由電腦存取之任何可 用媒體》以實例說明而非限制，此電腦可讀媒體可包含 ，、EEPR〇M、⑶·麵或其他光㈣存11二 -=存益或其他磁性儲存裝置，或可用以載運或儲 令或資料結構形式之所要程式碼且可由電腦存取的任何^ 他媒體。又，將任何連接適當地稱為電腦可讀媒體。舉例 而言，若使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數位 (DSL)或諸如紅外線、無線電及微波之無線技術自網站 词服器或其他遠端源來傳輸軟體，則該同轴電變 缓、雙絞線、脱或諸如紅㈣、無線電及微波之益線技 術包括於媒體之定義中。如本文中所使用，磁碟及切勺 括緊密光碟㈣、雷射光碟、光碟、數…光： J472J5.doc •32· 201106572 (DVD)、軟性磁碟及藍光光碟，其中磁碟通常以磁性方式 再生資料，而光碟使用雷射以光學方式再生資料。上文各 者之組合亦應包括在電腦可讀媒體之範_内。 提供對所揭示例示性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。熟習此項技術者將易 於顯而易見對此等例示性實施例之各種修改且在不脫離本 發明之精神或範疇的情況下，本文中所界定之一般原理可 應用於其他實施例。因此，本發明並不意欲限於本文中所 展示之實施例，而是應符合與本文中所揭示之原理及新穎 特徵一致的最廣範疇。 【圖式簡單說明】 圖1展示無線電力轉移系統之簡化方塊圖。 圖2展示無線電力轉移系統之簡化示意圖。 圖3展示用於本發明之例示性實施例中之環形天線的示 意圖。 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。 圖5為根據本發明之例示性實施例之接收器的簡化方塊 圖。 圖6展示傳輸電路及接收電路的展示其間之耦合及可調 DC負載的示意圖。 圖7A至圖7B展示史密斯阻抗圖解，其說明回應於接收 器裝置處之DC阻抗之改變而產生的耦合線圈對之輸入阻 抗的改變。 147215.doc -33- 201106572 圖8A至圖8B展示振幅曲線，其展示麵合線圈對之間的 回應於接收器裝置處之DC阻抗之改變的經改良耗合。 圖9A至圖9B展示接收器裝置之簡化示意圖，其說明用 於調整接收器裝置處之DC阻抗的例示性實施例。 圖10A至圖10D展示接收器裝置之簡化示意圖，其說明 用於使用一脈寬調變轉換器來調整接收器裝置處之DC阻 抗的例示性實施例。 圖11說明在調整接收器裝置處之DC阻抗時可使用之各 種輸入及輸出參數。 【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 輻射場 108 接收器 110 輸出電力 112 傳輸器與接收器相距之距離 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 功率放大器 125 控制信號 147215.doc •34· 201106572 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 功率放大器 212 振藍器 214 控制器 216 負載感測電路 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 147215.doc -35. 201106572 310 DC轉DC轉換器 312 切換電路 314 發信號偵測器及信標電路 316 處理器 320 阻抗匹配電路 330 整流器 340 DC輸入信號 342 電壓感測器 344 電流感測器 345 參考電壓 346 多工器 348 比較器 350 DC轉DC轉換器 360 處理器 362 PWM信號 370 DC輸出信號 372 電壓感測器 374 電流感測器 405 充電系統 410 驅動器/傳輸功率放大器 420 低通匹配電路 430 耦合線圈變壓器模型 432 主線圈/傳輸天線 434 副線圈/接收天線 147215.doc -36- 201106572 440 阻抗匹配及整流器電路 450 DC轉DC轉換器 510 恆定電阻圈 520 恆定電阻圈 530 振幅曲線 540 振幅曲線 610 線 620 線 640 線 650 線 Cl 電容器 C2 電容器 C3 電容器 C4 電容器 D1 二極體 D2 二極體 D3 二極體 D4 二極體 LI 電感 SI 開關 147215.doc -37-

Claims (1)

1. 201106572 七、申請專利範圍： 1. 一種無線電力接收器，其包含： 一整流器，其可操作地耦合至一接收天線使該接收天 線在一耦合模式區中與近場輻射耦合，該整流器用於將 RF信號轉換成一 DC輸入信號； 一直流（DC)轉DC轉換器，其可操作地耦合至該DC輸 入信號及一脈寬調變信號，以回應於該DC輸入信號及該 脈寬調變信號而產生一 DC輸出信號；及 一脈衝調變器’其可操作地耦合至該脈寬調變信號， 以藉由回應於該DC輸入信號之一電壓而修改至該DC轉 DC轉換器之該脈寬調變信號之一作用時間循環來調整該 無線電力接收器的一 AC阻抗。 2.如請求項1之無線電力接收器，其中該dc轉dc轉換器進 一步回應於該DC輸入信號之該電壓而調整該dc輸出信 號之一電力輸出。 3_如請求項1之無線電力接收器，其中該脈衝調變器進一 步回應於該DC輸入信號之一電流而修改至該轉轉 換器之該脈寬調變信號。. 4. 如請求項1之無線電力接收器，其中該脈衝調變器進一 步回應於該DC輸出信號之一電壓及該DC輸出信號之一 電流中的至少一者而修改至該DC轉換器之該脈寬 調變信號。 5. 如請求項1之無線電力接收器，其中該脈衝調變器進一 步包含一比較器，該比較器可操作地耦合至該〇(：輸入信 147215.doc 201106572 號及一電壓參考信號以比較該DC輸入信號與該電壓參考 信號，從而回應於該比較而產生該脈寬調變信號。 6. 如凊求項1之無線電力接收器’其中該脈衝調變器進一 步包含一處理器，該處理器可操作地耦合至該DC輸入信 號，該處理器進一步： 對該DC輸入信號之該電壓進行取樣；及 藉由回應於該DC輸入信號之該經取樣電壓而調整該無 線電力接收器之該AC阻抗來調整該脈寬調變信號之該作 用時間循環，以實質上最大化該DC輸出信號上之一電力 輸出。 7. 如請求項6之無線電力接收器，其中該處理器進一步： 對该DC輸入信號之一電流、該dc輸出信號之一電壓 及δ玄DC輪出信號之一電流中的至少一者進行取樣；及 藉由回應於該DC輸入信號之該經取樣電流、該dc輸 出信號之該經取樣電壓、該DC輸出信號之該經取樣電流 或其組合而調整該無線電力接收器之該阻抗來進一步 調整該脈寬調變信號之該作用時間循環，以實質上最大 化§亥DC輸出信號上之該電力輸出。 8_如請求項6之無線電力接收器，其進一步包含： 一輸入電流感測器’其可操作地耦合至該DC輸入信號 且用於回應於該DC輸入信號之一電流而產生一輸入電流 感測信號；且 其中s玄處理器可操作地耦合至該輸入電流感測信號， 且進一步： 147215.doc 201106572 對該輸入電流感測信號進行取樣；且 藉由回應於該經取樣輸入電流感測信號而調整 線電力接收器之該AC阻抗來進一步調整該脈寬調變信 號之該作用時間循環，以實質上最大化該DC輸出信號 上之該電力輸出。 9. 如請求項6之無線電力接收器，其進一步包含： 一輸出電流感測器，其可操作地耦合至該DC輸出信號 以回應於該DC輸出信號之一電流而產生一輸出電流感測 信號；且 其中該處理器可操作地耦合至該輸出電流感測信號， 且進一步： 對該輸出電流感測信號進行取樣； 對該DC輸出信號之該電壓進行取樣；及 藉由回應於該DC輸出信號之該經取樣電壓及該經取 樣輸出電流感測信號而調整該無線電力接收器之該 阻抗來進一步調整該脈寬調變信號，以實質上最大化 該DC輸出信號上之該電力輸出。 10. 如請求項1之無線電力接收器，其中該脈衝調變器進一 步包含一處理器，該處理器可操作地耦合至該DC輸入信 號’該處理器： 對該D C輸入信號之該電壓進行取樣；且 藉由回應於該DC輸入信號之該經取樣電壓而調整該無 線電力接收器之該AC阻抗來調整該脈寬調變信號之該作 用時間循環，以將該DC輸出信號上之一電力輸出減少至 147215.doc 201106572 一電力位準，該電力位準小於一接收器裝置之最佳電力 位準且可為該接收器裝置所接受，該接收器裝置可操作 地耦合至該DC輸出信號。 11.如凊求項1之無線電力接收器，其中該dc轉dc轉換器進 一步包含一降壓式轉換器或一升壓式轉換器，該降壓式 轉換器或該升壓式轉換器可操作地耦合至該D c輸入信 號、该DC輸出信號及該脈寬調變信號，該£)(：轉Dc轉換 器用以： 調整該DC輸入信號上之一輸入阻抗；及 回應於該脈寬調變信號之該作用時間循環來相對於該 DC輸入信號調整該Dc輸出信號之一電壓。 12 _ —種方法，其包含： 在一耦合模式區中耦合近場輻射，以產生用於一無線 電力接收器之一 RF信號； 將该RF信號整流成一 dc輸入信號； 使用一 DC轉DC轉換器將該DC輸入信號轉換成一 DC輸 出信號；及 藉由回應於該DC輸入信號之一電壓而調整來自該dc 轉DC轉換器之该DC輸出信號的一電力輸出來修改該無 線電力接收器之一 AC阻抗。 13.如請求項12之方法，其中該修改該無線電力接收器之該 AC阻抗進一步包含：回應於該1)(：輸入信號之該電壓及 該DC輸入信號之一電流而調整來自該Dc轉Dc轉換器之 該DC輸出信號的該電力輪出。 147215.doc 201106572 14_如請求項12之方法，其中該修改該無線電力接收器之該 AC阻抗進一步包含：回應於該D(:輸入信號之該電壓、 該DC輪出信號之一電壓及該DC輸出信號之一電流而調 整來自該DC轉DC轉換器之該DC輸出信號的該電力輸 出。 15. 如請求項12之方法，其中該修改該無線電力接收器之該 AC阻抗進一步包含：回應於該DC:輸入信號之該電壓、 該DC輪入信號之一電流、該DC輸出信號之一電壓及該 DC輸出信號之一電流而調整來自該Dc轉DC轉換器之該 DC輸出信號的該電力輸出。 16. 如。B求項12之方法，其進一步包含比較該DC輸入信號與 電壓參考彳§號，以針對該修改該無線電力接收器之該 A C阻抗判定一量。 Π.如請求項12之方法，其中該使用該〇(：轉DC轉換器將該 DC輸入信號轉換成該Dc輸出信號係使用一降壓式轉換 器或一升壓式轉換器來執行，且該方法進一步包含： 對該DC輸入信號之該電壓進行取樣； 回應於該DC輸入信號之該經取樣電壓而判定一最大電 力輸出；及 調整至該DC轉DC轉換器之一脈寬調變信號，以實質 上最大化該DC輸出信號之該電力輸出。 18.如請求項12之方法，其中該使用該DC轉Dc轉換器將該 DC輸入信號轉換成該Dc輸出信號係使用一降壓式轉換 器或一升壓式轉換器來執行，且該方法進一步包含： 147215.doc 201106572 對該DC輸入信號之該電壓進行取樣； 回應於該DC輸入信號之該經取樣電壓而判定一最大電 力輸出；及 „周整至该DC轉DC轉換器之一脈寬調變信號，以將該 DC輸出信號上之一電力輸出減少至一電力位準，該電力 位準小於一接收器裝置之最佳電力位準且可為該接收器 裝置所接受’該接收器裝置可操作地耦合至該DC輸出信 號。 19. 如請求項12之方法，其進一步包含： 對該DC輸入信號之一電流、該DC輸出信號之一電壓 及該DC輸出信號之一電流中的至少一者進行取樣；且 其中该判定該最大電力輸出係回應於該Dc輸入信號之 該經取樣電壓、該DC輸入信號之該經取樣電流、該dc 輸出信號之該經取樣電壓及該DC輸出信號之該取樣電流 中的一或多者。 20. —種無線電力接收器，其包含： 用於在一耦合模式區中耦合近場輻射以產生—rf信號 之構件； 用於將該RF信號整流成一 DC輸入信號之構件； 用於使用一 DC轉DC轉換器構件將該〇(：輪入信號轉換 成一 DC輸出信號之構件；及 用於修改該無線電力接收器之一Ac阻抗的構件，其包 含用於回應於該DC輸入信號之一電壓而調整來自該dC 轉DC轉換器之該DC輸出信號之一電力輸出的一構件\ 147215.doc -6- 201106572 21. 如請求項20之無線電力接收器，其中該用於修改該無線 電力接收器之該AC阻抗的構件進.一步包含：用於回應於 該DC輸人信號之該電Μ及該沉輸人信號之—電流而調 整來自該DC轉DC轉換器之該沉輸出㈣的該電力輸出 的構件。 22. 如請求項20之無線電力接收器，其中該用㈣改該無線 電力接收器之該AC阻抗的構件進一步包含：用於回應於 該DC輸人信號之該電壓、該Dc輸出信^一電壓及該 DC輸出信號之一電流而調整來自該加㈣轉換器之該 DC輸出信號的該電力輸出的構件。 23. 如請求項20之無線電力接收器’其令該用於修改該無線 電力接收器之該AC阻抗的構件進一·步包含：用於回應於 該DC輸入信號之該電壓、該Dc輪入信號之一電产厂該 DC輸出信號之-電壓及該DC輸出信號之—電流觀 來自該DC轉DC轉換器之該Dc輸出信號的該電力 構件。 24. 如請求項20之無線電力接收器，其進—步包含用於比較 遠DC輸人信號與-電壓參考信號以針對該用於修改該無 線電力接收器之該AC阻抗的構件判定—旦 里的構件0 &如請求項20之無線電力接收器1中該用於使用該沉轉 DC轉換益將該DC輸入信號轉換成該此輪出信號的構件 係使用-降壓式轉換器構件或H切換器構件來執 行’且該無線電力接收器進一步包含： 用於對該DC輸入信號之該電壓進行取樣的構件； 147215.doc 201106572 用於回應於s玄D C輸入信號之該經取樣電壓而判定一最 大電力輸出的構件；及 用於調整至該用於將該DC輸入信號轉換成該DC輸出 信號之構件的一脈寬調變信號以實質上最大化該DC輪出 信號之該電力輸出的構件。 26.如請求項25之無線電力接收器，其中該用於修改該a. 抗之構件、該用於進行取樣之構件、該用於判定該最大 電力輸出之構件及該用於調整該脈寬調變信號之構件皆 包含於一處理器構件内。 洧水項20之無線 z /. ·«〇 六丫皤用於使用該DC轉 沉轉換器將該DC輸人信號轉換成該沉輪出信號的構件 係使用-降Μ式轉換器構件或—升壓讀㈣構件來執 行，且該無線電力接收器進一步包含： 用於對該DC輸入信號之該電壓進行取樣的構件； =於調整至該用於將該Dc輸人信號轉換成該DC輸出 h唬之構件的一脈寬調變信號以 雷力耠"， …DC輸出信號上之該 :力輸出減少至一電力位準的構件，該電力位準小於一 接收器裝置之最佳電力位準且 、 受，該接收器裝置可操作地輕合至加益裝置所接 一求項2。之無線電力接收器，其：一；J·號。 用於對該DC輸入信號之—電流、該 " 構件；且 ^中的至少―者進行取樣的 之構件係回應於該DC 其中該用於判定該最大電力輪出 147215.doc 201106572 輸入信號之該取樣電壓、該DC輸入信號之該經取樣電 流、該DC輸出信號之該經取樣電壓及該DC輸出信號之 該經取樣電流中的至少一者。 147215.doc