TW201424186A - 用於偵測無線充電傳輸特性之系統及方法 - Google Patents

用於偵測無線充電傳輸特性之系統及方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供用於偵測無線充電傳輸特性之系統、方法及裝置。本發明之一態樣提供一種偵測一無線電力傳輸器件中之一傳輸特性的方法。該器件包括一電耦接至一傳輸線圈之串聯元件。該方法包括判定該串聯元件之一第一端子處的一第一電壓之實分量及虛分量。該方法進一步包括判定該串聯元件之一第二端子處的一第二電壓之實分量及虛分量。該方法進一步包括基於該等判定之第一及第二電壓來判定經過該串聯元件之一電流的實分量及虛分量。該方法進一步包括基於所判定之電壓及電流來判定傳輸特性，諸如，節點電壓、電流、電力及阻抗。該方法進一步包括基於該判定之傳輸特性來調整一無線電力傳輸之一特性。

Description

用於偵測無線充電傳輸特性之系統及方法
本發明大體上係關於無線電力。更特定言之，本發明係關於偵測無線電力系統中之傳輸特性。
愈來愈多數目及種類之電子器件經由可再充電電池供電。此等器件包括行動電話、攜帶型音樂播放器、膝上型電腦、平板電腦、電腦周邊器件、通信器件(例如，藍芽器件)、數位攝影機、助聽器及其類似者。雖然電池技術已改良，但電池供電之電子器件愈加需要並消耗較大電量，藉此常常需要再充電。可再充電器件常常經由有線連接藉由實體上連接至電源供應器之線纜或其他類似連接器來充電。線纜及類似連接器有時可能係不方便或麻煩的且具有其他缺點。能夠在自由空間傳送待用以對可再充電電子器件充電的電力或提供電力至電子器件的無線充電系統可克服有線充電解決方案之一些缺點。因而，有效且安全地傳送電力至電子器件的無線電力傳送系統及方法係需要的。
在隨附申請專利範圍之範疇內的系統、方法及器件的各種實施各自具有若干態樣，若干態樣中沒有單一態樣單獨地對本文中描述之所要屬性負責。在不限制隨附申請專利範圍之範疇的情況下，本文中 描述一些突出特徵。
本發明之一態樣提供一偵測無線電力傳輸器件中之傳輸特性的方法。該器件包括一電耦接至傳輸線圈之串聯元件。該方法包括判定串聯元件之第一端子處的第一電壓之實分量及虛分量。該方法進一步包括判定串聯元件之第二端子處的第二電壓之實分量及虛分量。該方法進一步包括基於所判定之第一電壓及第二電壓來判定經過串聯元件之電流的實分量及虛分量。該方法進一步包括基於所判定之電壓及所判定之電流來判定傳輸特性。該方法進一步包括基於所判定之傳輸特性來調整無線電力傳輸之特性。
本發明之另一創新態樣包括一無線器件。該器件包括一經組態以傳輸無線電力至接收器之傳輸線圈。該器件進一步包括一經組態以產生同相(I)及正交(Q)時脈信號的正交時脈產生器。該器件進一步包括一電耦接至傳輸線圈之串聯元件。該器件進一步包括一經組態以將串聯元件之第一端子處的至少一信號乘以I信號及Q信號中之一者的第一混頻器。該器件進一步包括一經組態以將串聯元件之第二端子處的至少一信號乘以I信號及Q信號中之一者的第二混頻器。
本發明之另一創新態樣包括一用於偵測無線電力傳輸器件中之傳輸特性的裝置。該器件包括一電耦接至傳輸線圈之串聯元件。該裝置包括用於判定串聯元件之第一端子處的第一電壓之實分量及虛分量的構件。該裝置進一步包括用於判定串聯元件之第二端子處的第二電壓之實分量及虛分量的構件。該裝置進一步包括用於基於所判定之第一及第二電壓來判定經過串聯元件之電流的實分量及虛分量的構件。該裝置進一步包括用於基於所判定之電壓及所判定之電流來判定傳輸特性的構件。該裝置進一步包括用於基於所判定之傳輸特性來調整無線電力傳輸之特性的構件。
本發明之另一創新態樣包括一包括程式碼之非暫時性電腦可讀 媒體，該程式碼當被執行時使一裝置判定串聯元件之第一端子處的第一電壓之實分量及虛分量。該串聯元件電耦接至傳輸線圈。該媒體進一步包括當被執行時使該裝置判定串聯元件之第二端子處的第二電壓之實分量及虛分量的程式碼。該媒體進一步包括當被執行時使該裝置基於所判定之第一及第二電壓來判定經過串聯元件之電流的實分量及虛分量的程式碼。該媒體進一步包括當被執行時使該裝置基於所判定之電壓及所判定之電流來判定傳輸特性的程式碼。該媒體進一步包括當被執行時使該裝置基於所判定之傳輸特性來調整無線電力傳輸之特性的程式碼。
本說明書中所描述之標的之一或多個實施的細節在隨附圖式及以下描述中予以闡述。其他特徵、態樣及優點將自該描述、該等圖式及申請專利範圍而變得顯而易見。應注意，以下諸圖之相對尺寸可能未按比例繪製。
100‧‧‧例示性無線電力傳送系統
102‧‧‧輸入電力
104‧‧‧傳輸器
105‧‧‧場
108‧‧‧接收器
110‧‧‧輸出電力
112‧‧‧距離
114‧‧‧傳輸線圈
118‧‧‧接收線圈
204‧‧‧傳輸器
205‧‧‧無線場
206‧‧‧傳輸電路
208‧‧‧接收器
210‧‧‧接收電路
214‧‧‧傳輸線圈
218‧‧‧接收線圈
219‧‧‧獨立通信頻道
222‧‧‧振盪器
223‧‧‧頻率控制信號
224‧‧‧驅動電路
226‧‧‧濾波及匹配電路
232‧‧‧匹配電路
234‧‧‧整流器及切換電路
236‧‧‧電池
350‧‧‧接收電路
352‧‧‧傳輸或接收線圈/「迴圈」天線/電容器
354‧‧‧電容器
356‧‧‧信號
358‧‧‧信號
404‧‧‧傳輸器
406‧‧‧傳輸電路
408‧‧‧低通濾波器(LPF)
409‧‧‧固定阻抗匹配電路
414‧‧‧傳輸線圈
415‧‧‧控制器
416‧‧‧負載感測電路
423‧‧‧振盪器
424‧‧‧驅動電路
460‧‧‧封閉式偵測器
470‧‧‧記憶體
480‧‧‧存在偵測器
490‧‧‧電力偵測器
506‧‧‧電力轉換電路
508‧‧‧接收器
510‧‧‧接收電路
512‧‧‧切換電路
514‧‧‧發信偵測器及信標電路/發信及信標電路
516‧‧‧處理器發信控制器
518‧‧‧接收線圈
520‧‧‧RF至DC轉換器
522‧‧‧DC至DC轉換器
550‧‧‧器件
600‧‧‧傳輸電路
602‧‧‧輸入信號
606‧‧‧線圈
608‧‧‧線圈
610‧‧‧電容器
614‧‧‧線圈
620‧‧‧電容
622‧‧‧可變電阻器
624‧‧‧驅動電路
626‧‧‧低通濾波器電路
632‧‧‧電感器
634‧‧‧電容器
636‧‧‧電容器
650‧‧‧傳輸電路
700‧‧‧傳輸電路
710‧‧‧正交時脈產生器
720‧‧‧傳輸放大器
730‧‧‧傳輸濾波器及/或匹配電路
740‧‧‧混頻器
740a‧‧‧差動混頻器
740b‧‧‧差動混頻器
750a‧‧‧求和放大器
750b‧‧‧求和放大器
760a‧‧‧低通濾波器(LPF)
760b‧‧‧低通濾波器(LPF)
770a‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)
770b‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)
780‧‧‧處理器
810a‧‧‧輸入電容器
810b‧‧‧輸入電容器
820a‧‧‧多工器
820b‧‧‧多工器
830a‧‧‧輸出電容器
830b‧‧‧輸出電容器
900‧‧‧傳輸電路
910‧‧‧電抗網路
1000‧‧‧流程圖
1100‧‧‧用於偵測傳輸特性之裝置
1110‧‧‧用於判定串聯元件之第一端子處的第一電壓之實分量及虛分量的構件
1120‧‧‧用於判定串聯元件之第二端子處的第二電壓之實分量及虛分量的構件
1130‧‧‧用於基於所量測第一及第二電壓來判定經過串聯元件之電流的實分量及虛分量的構件
1140‧‧‧用於基於所量測電壓及所判定電流來判定傳輸特性之構件
1150‧‧‧用於基於所計算傳輸特性來調整無線電力傳輸之特性的構件
ASN‧‧‧節點
ASP‧‧‧節點
BSN‧‧‧節點
BSP‧‧‧節點
Cm‧‧‧電容器
Ct‧‧‧電容器
CM‧‧‧量測電容器
CMN‧‧‧負量測電容器
CMP‧‧‧正量測電容器
CSN‧‧‧負串聯電容器
CSP‧‧‧正串聯電容器
i CM‧‧‧電流
i L‧‧‧負載電流
I‧‧‧時脈信號
I/Q‧‧‧時脈信號/輸入
LTX‧‧‧傳輸線圈
MoutA‧‧‧差動輸出
MoutB‧‧‧差動輸出
R‧‧‧電阻器
SN‧‧‧輸入
SP‧‧‧輸入
V2‧‧‧電壓
VL‧‧‧電壓
Z1‧‧‧阻抗元件
Z2‧‧‧阻抗元件
Z3‧‧‧阻抗元件
圖1為根據本發明之例示性實施例的例示性無線電力傳送系統之功能方塊圖。
圖2為根據本發明之各種例示性實施例的可用於圖1之無線電力傳送系統的例示性組件之功能方塊圖。
圖3為根據本發明之例示性實施例的包括一傳輸或接收線圈之圖2的傳輸電路或接收電路之一部分的示意圖。
圖4為根據本發明之例示性實施例的可用於圖1之無線電力傳送系統的傳輸器之功能方塊圖。
圖5為根據本發明之例示性實施例的可用於圖1之無線電力傳送系統的接收器之功能方塊圖。
圖6為可用於圖4之傳輸電路的傳輸電路之一部分的示意圖。
圖7為根據本發明之例示性實施例的可用於圖1之無線電力傳送 系統的傳輸電路之一部分的功能方塊圖。
圖8為根據本發明之例示性實施例的可用於圖1之無線電力傳送系統的混頻器之功能方塊圖。
圖9為根據本發明之另一例示性實施例的可用於圖1之無線電力傳送系統的傳輸電路之一部分的功能方塊圖。
圖10為無線電力傳輸之例示性方法的流程圖。
圖11為根據本發明之實施例的用於偵測一傳輸特性之裝置的功能方塊圖。
圖式中說明之各種特徵可能未按比例繪製。因此，為清楚起見，可任意擴大或縮小各種特徵之尺寸。另外，一些圖式可能未描繪給定系統、方法或器件之所有組件。最後，相似參考數字可用於貫穿本說明書及諸圖表示相似特徵。
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示性實施例的描述且不意欲表示可實踐本發明的僅有實施例。遍及此描述所使用之術語「例示性」意謂「充當實例、例子或說明」，且未必應被解釋為相比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透徹理解的目的。在一些例子中，一些器件係以方塊圖形式來展示。
無線地傳送電力可指代在不使用實體電導體之情況下將與電場、磁場、電磁場或其他場相關聯的任何形式之能量自傳輸器傳送至接收器(例如，電力可經由自由空間而傳送)。輸出至無線場(例如，磁場)中之電力可藉由「接收線圈」而接收、俘獲，或藉由「接收線圈」而耦接以達成電力傳送。
圖1為根據本發明之例示性實施例的例示性無線電力傳送系統100之功能方塊圖。輸入電力102可自電源(未圖示)提供至傳輸器104 以用於產生一用於提供能量傳送之場105。接收器108可耦接至場105並產生輸出電力110以由耦接至輸出電力110之器件(未圖示)來儲存或消耗。傳輸器104及接收器108兩者間隔一距離112。在一例示性實施例中，傳輸器104及接收器108係根據相互諧振關係而組態。當接收器108之諧振頻率與傳輸器104之諧振頻率實質上相同或非常接近時，傳輸器104與接收器108之間的傳輸損失係最小。因而，與可能需要大線圈(大線圈需要線圈非常靠近(例如，mm))的純電感解決方案相比，可在較大距離上提供無線電力傳送。諧振電感耦接技術因此可允許改良之效率及在各種距離上之電力傳送並具有各種電感線圈組態。
當接收器108位於一由傳輸器104產生之能量場105中時，接收器108可接收電力。場105對應於一其中由傳輸器104輸出之能量可由接收器105俘獲的區域。在一些狀況下，場105可對應於如下文將進一步描述的傳輸器104之「近場」。傳輸器104可包括用於輸出能量傳輸之傳輸線圈114。接收器108進一步包括一用於接收或俘獲來自能量傳輸之能量的接收線圈118。近場可對應於一其中存在由傳輸線圈114中之電流及電荷引起的最低程度地遠離傳輸線圈114輻射電力之強無功場的區域。在一些狀況下，近場可對應於一在傳輸線圈114之約一個波長(或其分率)內的區域。傳輸線圈114及接收線圈118係根據應用及與其相關聯之器件而定尺寸。如上文所描述，有效能量傳送可藉由將傳輸線圈114之場105中的能量之大部分耦接至接收線圈118而非將電磁波中之多數能量傳播至遠場而發生。當位於場105內時，「耦接模式」可在傳輸線圈114與接收線圈118之間出現。在傳輸線圈114及接收線圈118周圍的可發生此耦接之區在本文中稱作耦接模式區域。
圖2為根據本發明之各種例示性實施例的可用於圖1之無線電力傳送系統100的例示性組件之功能方塊圖。傳輸器204可包括傳輸電路206，傳輸電路206可包括振盪器222、驅動電路224以及濾波及匹配電 路226。振盪器222可經組態以產生一在一所要頻率(諸如468.75KHz、6.78MHz或13.56MHz)下的信號，可回應於頻率控制信號223而調整該所要頻率。振盪器信號可經提供至一經組態以在(例如)傳輸線圈214之諧振頻率下驅動傳輸線圈214的驅動電路224。驅動電路224可為一經組態以接收一來自振盪器222之方波並輸出一正弦波的切換放大器。舉例而言，驅動電路224可為E類放大器。濾波及匹配電路226亦可經包括以濾掉諧波或其他不需要之頻率並將傳輸器204之阻抗與傳輸線圈214匹配。
接收器208可包括接收電路210，接收電路210可包括匹配電路232以及一自AC電力輸入產生DC電力輸出以對如圖2中所示之電池236充電或向一耦接至接收器108之器件(未圖示)供電的整流器及切換電路234。匹配電路232可經包括以將接收電路210之阻抗與接收線圈218匹配。接收器208及傳輸器204可額外地在獨立通信頻道219(例如，藍芽、zigbee、蜂巢式，等等)上通信。接收器208及傳輸器204或者可使用無線場206之特性經由頻帶內發信而通信。
如下文更完整地描述，接收器208(最初可具有一選擇性可停用相關聯負載(例如，電池236))可經組態以判定由傳輸器204傳輸並由接收器208接收的電力量是否適於向電池236充電。此外，接收器208可經組態以在判定電力量合適後啟用一負載(例如，電池236)。在一些實施例中，接收器208可經組態以在不對電池236充電的情況下直接地利用自無線電力傳送場接收之電力。舉例而言，通信器件(諸如，近場通信(NFC)或射頻識別器件(RFID))可經組態以接收來自無線電力傳送場之電力並藉由與無線電力傳送場互動而通信及/或利用所接收電力來與傳輸器204或其他器件通信。
圖3為根據本發明之例示性實施例的包括傳輸或接收線圈352之圖2的傳輸電路206或接收電路210之一部分的示意圖。如圖3中所說 明，用於例示性實施例之傳輸或接收電路350可包括線圈352。線圈亦可稱作或經組態為「迴圈」天線352。線圈352本文中亦可稱作或經組態為「磁性」天線或感應線圈。術語「線圈」意欲指代一可無線地輸出或接收能量以用於與另一「線圈」耦接的組件。線圈亦可稱作經組態以無線地輸出或接收電力的類型之「天線」。線圈352可經組態以包括空芯或諸如鐵氧體芯之實體芯(未圖示)。空芯迴圈線圈可能更容許外部實體器件置放在芯附近。此外，空芯迴圈線圈352允許其他組件置放於芯區內。另外，空芯迴圈可能更易於實現將接收線圈218(圖2)置放於傳輸線圈214(圖2)之平面內，其中傳輸線圈214(圖2)之耦接模式區域可有更強功率。
如所述，能量在傳輸器104與接收器108之間的有效傳送可在傳輸器104與接收器108之間匹配或幾乎匹配之諧振期間發生。然而，即使傳輸器104與接收器108之間的諧振不匹配，仍可傳送能量，但效率可能受到影響。能量之傳送藉由將來自傳輸線圈之場105的能量與駐留於建立此場105之附近的接收線圈耦接而非將來自傳輸線圈之能量傳播至自由空間中而發生。
迴圈線圈或磁性線圈之諧振頻率係基於電感及電容。電感可簡單地為由線圈352建立的電感，而電容可經添加至線圈之電感以建立一在所要諧振頻率下之諧振結構。作為一非限制性實例，電容器352及電容器354可經添加至傳輸或接收電路350以建立選擇在諧振頻率下之信號356的諧振電路。因此，對於較大直徑線圈，維持諧振所需的電容之大小可隨迴圈之直徑或電感增加而減少。此外，隨著線圈直徑增加，近場之有效能量傳送區可增加。使用其他組件形成的其他諧振電路亦係可能的。作為另一非限制性實例，電容器可並聯置放於線圈350之兩個端子之間。對於傳輸線圈，具有一實質上對應於線圈352之諧振頻率之頻率的信號358可為一至線圈352之輸入。
在一實施例中，傳輸器104可經組態以輸出具有對應於傳輸線圈114之諧振頻率之頻率的時變磁場。當接收器在場105內時，時變磁場可誘發一在接收線圈118內之電流。如上文所描述，若接收線圈118經組態以在傳輸線圈114之頻率下諧振，則能量可有效地傳送。在接收線圈118中誘發之AC信號可如上文所描述經整流以產生一可經提供以對負載充電或向負載供電的DC信號。
圖4為根據本發明之例示性實施例的可用於圖1之無線電力傳送系統的傳輸器404之功能方塊圖。傳輸器404可包括傳輸電路406及傳輸線圈414。傳輸線圈414可為如圖3中所示之線圈352。傳輸電路406可藉由提供一導致在傳輸線圈414周圍產生能量(例如，磁通量)的振盪信號而提供RF電力至傳輸線圈414。傳輸器404可在任一合適頻率下操作。舉例來說，傳輸器404可在13.56MHz ISM頻帶下操作。
傳輸電路406可包括一用於將傳輸電路406之阻抗(例如，50歐姆)與傳輸線圈414匹配的固定阻抗匹配電路409，及一經組態以將諧波發射減少至防止耦接至接收器108(圖1)之器件自鎖之位準的低通濾波器(LPF)408。其他例示性實施例可包括不同濾波器拓撲(包括但不限於，在通過其他頻率的同時衰減特定頻率之陷波濾波器)，且可包括一適應性阻抗匹配，可基於可量測傳輸量度(諸如至線圈414之輸出電力或由驅動電路424汲取的DC電流)改變該適應性阻抗匹配。傳輸電路406進一步包括一經組態以驅動一如由振盪器423判定之RF信號的驅動電路424。傳輸電路406可由離散器件或電路組成，或替代地可由整合總成組成。自傳輸線圈414輸出之例示性RF電力可為約1瓦特至10瓦特，諸如約2.5瓦特。
傳輸電路406可進一步包括一控制器415，其用於在特定接收器之傳輸階段(或工作循環)期間選擇性地啟用振盪器423，用於調整振盪器423之頻率或相位，及用於調整輸出電力位準以用於實施一用於 經由其附接之接收器與相鄰器件互動的通信協定。應注意，控制器415在本文中亦可稱作處理器415。振盪器相位及傳輸路徑中之相關電路的調整可允許減少頻帶外發射，尤其在自一頻率變換至另一頻率時。
傳輸電路406可進一步包括一用於偵測在由傳輸線圈414產生的近場附近主動接收器之存在或不存在的負載感測電路416。舉例來說，一負載感測電路416監視流至驅動電路424之電流，如下文將進一步描述，該電流可受在由傳輸線圈414產生的場附近主動接收器之存在或不存在影響。對驅動電路424上負載之變化的偵測係由控制器415監視以用於判定是否啟用振盪器423以用於傳輸能量及是否與主動接收器通信。如下文更完整地描述，在驅動電路424處量測之電流可用以判定無效器件是否位於傳輸器404之無線電力傳送區域內。
傳輸線圈414可以李茲線來實施或經實施為具有經選擇以使電阻損失保持為低的厚度、寬度及金屬類型之天線帶。在一實施中，傳輸線圈414通常可經組態用於與較大結構(諸如，桌子、墊子、燈或其他不易攜帶組態)相關聯。因此，傳輸線圈414通常可能不需要「多匝」以便具有實際尺寸。傳輸線圈414之例示性實施可為「電學上較小」(亦即，波長之分率)且經調諧以藉由使用電容器來界定諧振頻率而在較低可用頻率下諧振。
傳輸器404可收集並追蹤關於可與傳輸器404相關聯的接收器器件之行蹤及狀態的資訊。因此，傳輸電路406可包括連接至控制器415(本文中亦稱作處理器)的一存在偵測器480、一封閉式偵測器460或其組合。控制器415可回應於來自存在偵測器480及封閉式偵測器460之存在信號而調整由驅動電路424傳遞的電力量。傳輸器404可經由許多電源(諸如，用以轉換建築物內存在之習知AC電力的AC至DC轉換器(未圖示)、用以將習知DC電源轉換至一適於傳輸器404之電壓 的DC至DC轉換器(未圖示))或直接自習知DC電源(未圖示)接收電力。
作為一非限制性實例，存在偵測器480可為一用以感測待被充電的插入傳輸器404之涵蓋區中的器件之最初存在的運動偵測器。在偵測之後，傳輸器404可接通且由器件接收之RF電力可用以以預定方式雙態觸發Rx器件上之開關，其又導致傳輸器404之驅動點阻抗的變化。
作為另一非限制實例，存在偵測器480可為一能夠(例如)藉由紅外線偵測、運動偵測或其他合適方式偵測人的偵測器。在一些例示性實施例中，可能存在限制傳輸線圈414可在特定頻率下傳輸之電力量的規則。在一些狀況下，此等規則意欲保護人類免受電磁輻射。然而，可能存在其中傳輸線圈414置放於未由人類佔據或由人類偶爾佔據的區(諸如車庫、工廠廠區、商店及其類似者)的環境。若此等環境沒有人，則可允許將傳輸線圈414之電力輸出增加至正常電力限制規則以上。換言之，控制器415可回應於人類存在而將傳輸線圈414之電力輸出調整至規則位準或更低，且當人在距傳輸線圈414之電磁場一規則距離之外時將傳輸線圈414之電力輸出調整至一在規則位準之上的位準。
作為一非限制實例，封閉式偵測器460(本文中亦可稱作封閉式隔室偵測器或封閉式空間偵測器)可為一諸如用於判定外殼何時處於閉合或打開狀態之感測開關的器件。當傳輸器在處於一封閉狀態之外殼中時，可增加傳輸器之電力位準。
在例示性實施例中，可使用傳輸器404不保持長期接通所藉以的方法。在此狀況下，傳輸器404可經程式化以在使用者判定之時間量後關閉。此特徵防止傳輸器404(特別地，驅動電路424)在其周邊之無線器件被完全充電之後長期運行。此事件可歸因於電路偵測自一器件被完全充電的中繼器或接收線圈發送之信號的失敗。為防止傳輸器 404在另一器件置放於其周邊情況下自動地關閉，傳輸器404自動關閉特徵可僅在其周邊中偵測到運動缺乏的一設定週期之後被啟動。使用者可能夠判定不活動時間間隔，並根據需要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器件最初完全放電之情況下對該器件完全充電所需的時間間隔長。
如上文所論述，負載感測電路416可監視流至驅動電路424之電流。在一實施例中，在驅動電路424處之所偵測電流可用以估計至無意負載之電力損失。無意負載可包括(例如)可能發熱或使系統操作降級的導電迴圈或表面。在一實施例中，控制器415可比較由驅動電路424消耗之DC電力與由註冊負載(諸如接收器208(圖2))報告之負載電力。然而，在一些實施例中，DC至RF轉換效率可視負載條件而改變。因此，在驅動電路424處量測之電流可能不會準確地反映所傳輸電力。在一些實施例中，傳輸電路406可包括一經組態以量測正向及反射電力的定向耦接器。然而，在一些實施例中，定向耦接器可減少傳輸電路之效率及/或引入高實施成本。
在一實施例中，傳輸電路406可包括一耦接至傳輸線圈414之電力偵測器490。電力偵測器490可經組態以量測指示傳輸電力之一或多個特性。在一實施例中，電力偵測器490可電容性地耦接至傳輸線圈414。舉例而言，電力偵測器490可經組態以經由電容分壓器量測差動電壓。在一實施例中，電力偵測器490可實施電阻分壓器。電力偵測器490可量測匹配電路409與傳輸線圈414之間的電壓及/或電流。電力偵測器490可以矢量方式及/或差動方式量測電壓及/或電流。控制器415可接收來自電力偵測器490之所量測傳輸電力，且可比較所量測傳輸電力與由諸如接收器208(圖2)之接收器報告的所接收傳輸電力。
圖5為根據本發明之例示性實施例的可用於圖1之無線電力傳送系統的接收器508之功能方塊圖。接收器508包括可包括接收線圈518 之接收電路510。接收器508進一步耦接至器件550以用於向其提供所接收電力。應注意，接收器508經說明為在器件550外部，但可整合至器件550中。能量可經無線地傳播至接收線圈518且接著經由接收電路510之剩餘部分耦接至器件550。舉例來說，充電器件可包括諸如行動電話、攜帶型音樂播放器、膝上型電腦、平板電腦、電腦周邊器件、通信器件(例如，藍芽器件)、數位攝影機、助聽器(其他醫療器件)及其類似者的器件。
接收線圈518可經調諧以在與傳輸線圈414(圖4)相同之頻率下或在特定頻率範圍內諧振。接收線圈518可類似於傳輸線圈414而定尺寸或可基於相關聯器件550之尺寸以不同方式定尺寸。舉例來說，器件550可為具有小於傳輸線圈414之直徑或長度的直徑或長度尺寸的攜帶型電子器件。在此實例中，接收線圈518可經實施為多匝線圈，以便減少調諧電容器(未圖示)之電容值並增加接收線圈之阻抗。舉例來說，接收線圈518可經置放於器件550之實質周圍，以便最大化線圈直徑並減少接收線圈518之迴圈匝(亦即，繞組)之數目及繞組間電容。
接收電路510可提供一阻抗匹配至接收線圈518。接收電路510包括用於將接收之RF能量源轉換成充電電力以供器件550使用的電力轉換電路506。電力轉換電路506包括RF至DC轉換器520且亦可包括DC至DC轉換器522。RF至DC轉換器520將接收線圈518處接收之RF能量信號整流成一具有由Vrect表示之輸出電壓的非交流電力。DC至DC轉換器522(或其他電力調節器)將經整流之RF能量信號轉換成一與具有由Vout表示之輸出電壓及由Iout表示之輸出電流之器件550一致的能量電位(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、倍頻器以及線性及切換轉換器。
接收電路510可進一步包括用於將接收線圈518連接至電力轉換電路506或者替代地用於與電力轉換電路506斷開連接的切換電路 512。將接收線圈518與電力轉換電路506斷開連接不僅暫停對器件550之充電，而且改變如由傳輸器404(圖2)「所見」之「負載」。
如上文所揭示，傳輸器404包括可偵測經提供至傳輸器驅動電路424之偏壓電流之起伏的負載感測電路416。因此，傳輸器404具有一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508存在於傳輸器之近場中時，可需要對一或多個接收器之載入及卸載進行時間多工以使其他接收器能夠更有效地耦接至傳輸器。接收器508亦可經覆蓋以便消除與其他附近接收器之耦接或減少附近傳輸器上之負載。接收器之此「卸載」在本文中亦被稱為「覆蓋」。此外，由接收器508控制並由傳輸器404偵測的卸載與載入之間的此切換可提供一如下文更完整解釋的自接收器508至傳輸器404之通信機制。額外地，一協定可與使訊息能自接收器508發送至傳輸器404的切換相關聯。舉例來說，切換速度可為約100μsec。
在例示性實施例中，傳輸器404與接收器508之間的通信指代一器件感測及充電控制機制，而非習知雙向通信(亦即，使用耦接場之頻帶內發信)。換言之，傳輸器404可使用所傳輸信號之通/斷鍵控以調整能量是否可用於近場中。接收器可將能量之此等變化解譯為來自傳輸器404之訊息。自接收器側來看，接收器508可使用接收線圈518之調諧及去諧以調整多少電力正自場接受。在一些狀況下，調諧及去諧可經由切換電路512來完成。傳輸器404可偵測來自場之所使用電力的此差異並將此等變化解譯為來自接收器508之訊息。應注意可利用傳輸電力及負載特性的其他形式之調變。
接收電路510可進一步包括用以識別可對應於自傳輸器至接收器之資訊發信的所接收能量起伏之發信偵測器及信標電路514。此外，發信及信標電路514亦可用以偵測減少之RF信號能量(亦即，信標信號)的傳輸及將該減少之RF信號能量整流成標稱電力以用於喚醒接收 電路510內之未供電或耗盡電力之電路以便組態接收電路510以進行無線充電。
接收電路510進一步包括用於協調本文所描述之接收器508之處理(包括對本文所描述之切換電路512的控制)的處理器516。接收器508之覆蓋亦可在其他事件(包括提供充電電力至器件550的外部有線充電源(例如，壁/USB電源)之偵測)發生時發生。處理器516除控制接收器之覆蓋外亦可監視信標電路514以判定信標狀態並提取自傳輸器404發送之訊息。處理器516亦可調整DC至DC轉換器522以用於改良效能。
如上文所論述，接收器508可經組態以量測所接收電力並(例如)經由獨立通信頻道219(圖2)將所接收電力報告給傳輸器404(圖4)。在一些實施例中，處理器516經組態以判定所接收電力並傳輸經判定電力至傳輸器404。在一些實施例中，充電器件550可包括一電力偵測器，且充電器件550可經組態以傳輸所判定電力至傳輸器404。
圖6為可用於圖4之傳輸電路406的傳輸電路600之一部分的示意圖。傳輸電路600可包括如上文在圖4中描述之驅動電路624。如上文所描述，驅動電路624可為一可經組態以接收一方波並輸出一待提供至傳輸電路650之正弦波的切換放大器。在一些狀況下，驅動電路624可稱作放大器電路。驅動電路624經展示為E類放大器；然而，根據本發明之實施例可使用任何合適之驅動電路624。驅動電路624可藉由來自如圖4中所示的振盪器423之輸入信號602來驅動。亦可將經組態以控制可經由傳輸電路650傳遞之最大電力的驅動電壓VD提供給驅動電路624。為消除或減少諧振，傳輸電路600可包括一濾波器電路626。濾波器電路626可為三極(電容器634、電感器632及電容器636)低通濾波器電路626。
由濾波器電路626輸出之信號可經提供至一包含線圈614之傳輸 電路650。傳輸電路650可包括一具有電容620及電感(例如，其可歸因於線圈之電感或電容或歸因於額外電容器組件)之可在由驅動電路624提供的經濾波信號之頻率下諧振的串聯諧振電路。傳輸電路650之負載可由可變電阻器622表示。負載可隨經定位以接收來自傳輸電路650之電力的無線電力接收器508而變。
在各種實施例中，上文參看圖1至圖6描述的無線電力傳輸系統100可基於附近物件之偵測而改變無線電力傳輸。附近物件可包括一所意欲之接收器、一待被充電之器件，及/或外來物件。外來物件可為非所意欲之傳輸目標的某物(亦即，非充電器件)，諸如寄生接收器、無機物件或有生命物件(諸如人、動物，等等)。寄生接收器可包括(例如)非電子金屬物件、未授權可充電器件，等等。
舉例而言，如上文參看圖4所論述，傳輸器404可包括存在偵測器480，其可偵測附近物件之存在、距離、定向及/或位置。在各種其他實施例中，存在偵測器480可位於另一位置中，諸如位於接收器508上或別處。控制器415可在第一距離內偵測到外來物件時減少傳輸電力。在各種實施例中，無線電力傳輸系統100可根據關於生物安全、防火安全等等之規定或規則調整無線電力傳輸之特性。舉例而言，給定距人體之距離情況下，無線電力傳輸系統100可調整傳輸功率，使得到達附近人體之電磁場在臨限值之下。
在各種實施例中，存在偵測器480可基於視線偵測機制偵測附近物件之存在。視線偵測機制可包括(例如)紅外線偵測、超聲波偵測、雷射偵測，等等。在包括嵌入式傳輸器之實施例中，其中電力可經由諸如桌或台之不透明表面而傳輸，使用非視線偵測機制可係較佳的。非視線機制可包括(例如)電容偵測、輻射偵測，等。在本文中將描述之各種實施例中，存在偵測器480可使用一諧波偵測系統來基於在基本系統頻率之諧波下所接收信號強度之變化而偵測附近物件之存在、 距離、定向及/或位置。
回頭參看圖2，在某些實施例中，無線電力傳送系統100可包括複數個接收器208。在一實施例中，TX線圈214之大小係固定的。因此，傳輸器204可能不會很好地匹配不同大小之RX線圈218。由於各種原因，可需要傳輸器204使用複數個TX線圈214。在一些實施例中，複數個TX線圈214可以一陣列形式來配置。在一些實施例中，陣列可為模塊化。在一些實施例中，陣列可包括相同或實質上相同大小之TX線圈214。
在各種實施例中，可基於接收器208之位置及/或其RX線圈218之大小而獨立地啟動每一TX線圈214。舉例而言，單一TX線圈214可提供無線電力至具有相對較小RX線圈218之附近接收器208。另一方面，多個TX線圈214可提供無線電力至具有相對較大RX線圈218之附近接收器。可撤銷啟動不在RX線圈218附近之TX線圈214。
在一些實施例中，複數個TX線圈214可形成較大傳輸區。傳輸區可為可縮放的，使用額外TX線圈214涵蓋較大區。TX線圈214可允許器件在較大區上自由定位。此外，TX線圈可經組態以同時對複數個接收器208充電。在一些實施例中，個別TX線圈214可彼此耦接。因此，可需要無線電力傳送系統100包括用於解耦TX線圈214之方法、系統及/或裝置。
圖7為根據本發明之例示性實施例的可用於圖1之無線電力傳送系統的傳輸電路700之一部分的功能方塊圖。在各種實施例中，圖7呈現之元件可以平衡或單端形式組態；圖7及進一步論述以平衡形式呈現此實例。傳輸電路700可包括一正交時脈產生器710、傳輸放大器720、傳輸濾波器及/或匹配電路730、正及負量測電容器CMP及CMN、正及負串聯電容器CSP及CSN、傳輸線圈LTX、差動混頻器740a及740b、求和放大器750a及750b、低通濾波器(LPF)760a及760b、類比 至數位轉換器(ADC)770a及770b，及處理器780。
在各種實施例中，傳輸電路700可經組態以判定傳輸線圈LTX處之傳輸特性，諸如傳輸電力或線圈阻抗。舉例而言，傳輸電路700可經組態以量測施加至傳輸線圈LTX之RF電壓及/或電流。傳輸電路700可經組態以採用向量量測。舉例而言，傳輸電路700可量測施加至傳輸線圈LTX之電流及/或電壓的量值及相位兩者。在實施例中，傳輸電路700可實施或包括電力偵測器490(圖4)。
正交時脈產生器710用來提供同相(I)及正交(Q)時脈信號(正或負)至傳輸放大器720及混頻器740a及740b。在所說明之實施例中，正交時脈產生器710經組態以基於振盪器輸入並藉由處理器780控制而產生I/Q信號。在一實施例中，振盪器輸入可為傳輸頻率之四倍。舉例而言，在具有約468.75KHz、6.78MHz及13.56MHz之傳輸頻率的各種實施例中，振盪器輸入可分別為約1.87MHZ、27.12MHz及54.24MHz。在一實施例中，可自振盪器423(圖4)接收振盪器輸入。
正交時脈產生器710可經組態以產生在振盪器輸入頻率(例如，6.78MHz)之四分之一下的四個時脈信號I、Q、I'及Q'(一般稱為「I/Q」)。時脈I、Q、I'及Q'中之每一者可表示一不同相位(例如，0、90、180及270度)。因此，I可超前Q 90度。I'及Q'可為其各別輸出I及Q之顛倒版本，且可提供主信號I及Q之180相移。一般熟習此項技術者將瞭解可使用其他相位階躍(例如，45度、60度等等)。
正交時脈產生器710可選擇性地提供正弦信號及餘弦信號兩者至混頻器740a及740b。在各種實施例中，正弦信號及餘弦信號可包括正弦信號(例如，在包括類比乘法器之實施例中)及方波(例如，在包括數位多工器之實施例中)。舉例而言，正交時脈產生器710可經由一或多個多工器選擇性地提供時脈信號I、Q、I'及Q'中之一或多者至混頻器740a及740b。舉例而言，正交時脈產生器710可包括每一混頻器740a 及740b一個多工器。在一實施例中，選定之時脈信號I/Q可(例如)經由D正反器而重複計時。重複計時信號I/Q可減少相位之間的延遲變化。提供至混頻器740a及740b之時脈信號I/Q之選擇可藉由(例如)處理器780控制。
傳輸放大器720用來驅動RF信號至傳輸線圈LTX。傳輸放大器720可基於自正交時脈產生器710接收之時脈信號驅動RF信號。在傳輸放大器720接收來自正交時脈產生器710之I時脈相位。在一實施例中，傳輸放大器720可(例如)自振盪器423(圖4)接收一獨立時脈信號。在一實施例中，傳輸放大器可為驅動電路424(圖4)。
傳輸濾波器730用來提供傳輸線圈LTX處之阻抗匹配及/或諧波發射的減少。其他例示性實施例可包括不同濾波器拓撲(包括但不限於在通過其他頻率的同時衰減特定頻率之陷波濾波器)，且可包括一適應性阻抗匹配，可基於可量測傳輸量度(諸如至線圈LTX之輸出電力)改變該適應性阻抗匹配。在各種實施例中，傳輸濾波器730可實施或包括濾波器408(圖4)及/或匹配電路409(圖4)。
差動混頻器740a及740b用來量測在量測電容器CMP及CMN處的電壓。特定言之，差動混頻器740a及740b經組態以同步混頻自正交時脈產生器710接收的I/Q時脈與待使用倍增相位偵測器來量測之RF信號。量測電容器CMP及CMN充當已知阻抗，其中跨越量測電容器CMP及CMN之電壓與電流成正比。額外器件可經添加以縮放混頻器740a及740b之輸入處的電壓位準。差動混頻器740a及740b促進量測電容器CMP及CMN之兩側(亦即，在節點ASP、BSP、ASN及BSN處)的電壓量測。因此，經過量測電容器CMP及CMN之電流可經計算並用以判定傳輸線圈LTX處傳輸之電力。
求和放大器750a及750b用來提供一虛擬AC接地至多工器，從而將DC電流轉換成反映VA+VB或VA-VB之實部及/或虛部的電壓，其中 VA表示跨越節點ASP及ASN之電壓，且VB表示跨越節點BSP及BSN之電壓。正交時脈產生器710可選擇藉由選擇及提供適當時脈相位至混頻器740a及740b而執行的特定求和。在一些實施中，正交時脈產生器710可選擇並提供適當時脈相位至混頻器740a及740b以個別地量測VA及VB。
舉例而言，驅動每一混頻器740a及740b之兩個信號可由正弦波表示：針對跨越節點對ASP/ASN及BSP/BSN所量測之差動信號的sinM，及針對自正交時脈產生器710接收之參考信號的sinR或cosR(分別基於同相信號及正交相信號)。混頻器740a及740b可如等式1及等式2所示將sinM乘以sinR或cosR，其中ω為傳輸頻率之2π倍，且α為相移。
LPF 760a及760b用來濾波諸如2ω之非基頻頻譜內容。舉例而言，積sinMsinR及sinMcosR可如等式3及等式4中所示來濾波。
因此，角α可如等式5中所示藉由兩個量測信號之反正切來判定
混頻器740a及740b之輸出在求和放大器750a及750b處組合，且在LPF 760a及760b處經低通濾波以移除信號諧波並提供一表示信號之相移的DC值，及量值之縮放部分。ADC 770a及770b提供數位值至處理器780。處理器780可(例如)基於兩個相位量測之平方和的平方根判定量值。
處理器780經組態以調整正交時脈產生器710以獲得至混頻器740a 及740b之正弦及餘弦信號兩者，且藉此在量測電容器CMP及CMN之前及之後獲得電壓向量。處理器780可藉由將電壓差(亦即，VA-VB)除以量測電容器CMP及CMN之值來計算經過量測電容器CMP及CMN之電流。在各種實施例中，處理器780可藉由一或多個縮放因數來縮放量測及/或將電壓量測轉換至均方根(RMS)電壓。處理器780可進一步將所得複向量相乘以判定有效及無功電力。
在圖7之實施例中，傳輸電路700經組態以採用量測。在一實施例中，圖7中所示之組態可允許平衡解調變。然而，一般熟習此項技術者將瞭解，本文中描述之技術可以單端方式來實施。舉例而言，可使用單一量測電容器CM。
在圖7之實施例中，傳輸電路700經組態以將量測電容器CMP及CMN用作串聯阻抗。然而，一般熟習此項技術者將瞭解，本文中描述之技術可應用於任一阻抗元件(本文中一般稱作串聯元件ZM)。舉例而言，可在傳輸濾波器730中使用一或多個電感器來執行量測，量測電容器CMP及CMN中之一或多者可以電感器或電阻器、主動或被動電抗網路、變流器等等來替代。
類似地，一般熟習此項技術者將瞭解本文中描述之技術可藉由重新定位ZM而應用於RF電流路徑內之任一串聯阻抗元件。舉例而言，可使用傳輸濾波器730中之一或多個電感器來執行量測，量測電容器CSP及CSN中之一或多者可以電感器或電阻器、主動或被動電抗網路等等來替代。在一些實施例中，傳輸電路700可包括與傳輸線圈LTX並聯之並聯電容器CP。
圖8為根據本發明之例示性實施例的可用於圖1之無線電力傳送系統的混頻器740之功能方塊圖。混頻器740可實施或包括(例如)混頻器740a及740b。在所說明之實施例中，混頻器740接收輸入SP、SN及I/Q，並包括兩個輸入電容器810a及810b、兩個多工器820a及820b， 及兩個輸出電容器830a及830b。
輸入SP及SN可為量測信號。在各種實施例中，例如，SP及SN可表示圖7中所示之節點ASP及ASN，及/或BSP及BSN。輸入I/Q(及其補充)可自(例如)正交時脈產生器710(圖7)接收。
輸入電容器810a及810b可各自形成經組態以減少輸入電壓SP及SN之各別高阻抗分壓器的一部分。在一實施例中，輸入電容器810a可形成經組態以減少ASP之分壓器的一部分。輸入電容器810b可形成經組態以減少ASN之分壓器之一部分。輸入電容器亦可體現為諸如電感器或電阻器之任一任意阻抗。
多工器820a及820b用來混合RF輸入SP及SN與來自正交時脈產生器710(圖7)之I/Q本端振盪器輸入，從而產生差動輸出MoutA及MoutB。舉例而言，來自傳輸濾波器730(圖7)之信號ASP、ASN可經由高阻抗電容器810a及810b耦接至多工器810a及810b。藉由選擇電壓之正或負側將時脈I/Q乘以輸入信號SP/SN。
圖9為根據本發明之另一例示性實施例的可用於圖1之無線電力傳送系統的傳輸電路900之一部分的功能方塊圖。傳輸電路900可包括節點A及節點B、量測電容器CM、電抗網路910及傳輸線圈LTX。電抗網路910可經簡化模型化為包括節點V2以及阻抗元件Z1、Z2及Z3之「Y」網路。電抗網路910可為被動網路或主動切換網路。
傳輸電路900可模仿圖7中所示之傳輸電路700之態樣。舉例而言，節點A及節點B可分別對應於節點ASP及節點BSP(圖7)。量測電容器CM可對應於正量測電容器CMP(圖7)。電抗網路910對應於串聯電容器CSP(圖7)。作為另一實例，節點A及節點B可分別對應於節點ASN及BSN(圖7)。量測電容器CM可對應於正量測電容器CMN(圖7)。電抗網路910對應於串聯電容器CSN(圖7)。
在一實施例中，處理器780(圖7)可使用節點分析來計算負載電流 (i L)。節點B處之電壓可使用混頻器電路740a及/或740b(圖7)來量測，且如本文中所描述計算i CM。Y網路之中心節點處的電壓(V2)為節點B處之電壓減去i CM經過Z1的電壓降，如等式6中所示。
V 2=V B -i CM Z 1…(6)
負載電流為在分流阻抗Z2減少Y網路之中心處的源電流之後剩餘的電流，如等式7中所示。
將等式6代入等式7之分子並重新排列項得到等式8。
Z項可經組態為乘以i CM及VB之固定常數。乘以i CM之項可為無量綱量且可經預先計算，如等式9中所示。
VB項之乘數可認為係一導納，如等式10中所示。X可指代特定網路組態之導納值。
使用上文導出之係數，處理器780(圖7)可藉由組合等式8至等式10而判定負載電流之實分量及虛分量。等式11中展示實部。等式12中展示負載電流之虛部。
RE{i L }=RE{i CM }RE{K 1x }+IM{V MB }IM{Y x }-IM{i CM }IM{K 1x }-RE{V MB }RE{Y x }…(11)
IM{i L }=RE{i CM }IM{K 1x }+IM{i CM }RE{K 1x }-RE{V MB }IM{Y x }-IM{V MB }RE{Y x }…(12)
實部與虛部可經組合以判定負載電流之量值，如等式13中所示。
負載處之電壓可藉由自V2減去跨越Z3之電壓降來計算，如等式14中所示。
V L =V 2-i L Z 3…(14)
組合等式14及等式8產生等式15。
Z項可經組合成用於與經量測電流及電壓值相乘的係數。使用X來表示電抗網路910之特定組態，複合電壓係數經展示於等式16中。電流係數經展示於等式17中。
因此，處理器780可根據等式18判定負載電壓之實部。處理器780可根據等式19判定負載電壓之虛部。
RE{V L }=RE{V B }RE{K 2x }-IM{V B }IM{K 2x }-RE{i CM }RE{Z Yx }+IM{i CM }IM{Z Yx }…(18)
IM{V L }=RE{V B }IM{K 2x }+IM{V B }RE{K 2x }-RE{i CM }IM{Z Yx }-IM{i CM }RE{Z Yx }…(19)
可使用歐姆定律以及已經針對電力量測取樣的複合電壓及電流來計算觀察諧振器之阻抗。因此，處理器780可根據等式20判定傳輸線圈LTX之阻抗，根據等式21判定負載之實部，並根據等式22判定負載之虛部。
圖10為無線電力傳輸之例示性方法的流程圖1000。儘管本文中關於上文參看圖1至圖2論述的無線電力傳輸系統110，上文參看圖4論述的傳輸器404及上文參看圖7論述的傳輸電路700描述流程圖1000之方法，但一般熟習此項技術者將瞭解流程圖1000之方法可藉由本文中描述之另一器件或任一其他合適器件來實施。在一實施例中，流程圖 1000中之步驟可藉由處理器或控制器(諸如，控制器415(圖4)、處理器發信控制器516(圖5)及/或處理器780(圖7))來執行。儘管本文中關於一特定次序來描述流程圖1000之方法，但在各種實施例中，可以不同次序來執行或省略本文中之區塊，且可添加額外區塊。
首先，在區塊1010處，處理器780判定一串聯元件之第一端子處的第一電壓之實分量及虛分量。該串聯元件可為電耦接至傳輸線圈之量測電容器，諸如串聯元件CMP及CMN。舉例而言，處理器780可控制正交時脈產生器710以依次輸出I及Q信號至混頻器740a。因此，混頻器740a可輸出節點ASP及ASN處之電壓信號的實分量及虛分量。在一實施例中，串聯元件可包括一電阻器或電感器，諸如傳輸濾波器730中之組件。在一實施例中，第一電壓可為差動電壓。
接下來，在區塊1020處，處理器780判定串聯元件之第二端子處的第二電壓之實分量及虛分量。舉例而言，處理器780可控制正交時脈產生器710以依次輸出I及Q信號至混頻器740b。因此，混頻器740b可輸出節點BSP及BSN處之電壓信號的實分量及虛分量。在一實施例中，第二電壓可為差動電壓。
在各種實施例中，求和放大器750a及750b可輸出自混頻器740a及740b接收之實分量與虛分量之間的和及/或差。LPF 760a及760b可對求和放大器750a及750b之輸出進行濾波。ADC 770a及770b可將LPF 760a及760b之輸出轉換成經提供至處理器780的數位值。處理器780可縮放該等值。
接著，在區塊1030處，處理器780基於量測之第一及第二電壓來判定經過串聯元件之電流的實分量及虛分量。舉例而言，處理器780可知曉串聯元件CMP及CMN的值，該等值可儲存於記憶體中，經校準或經動態地判定。處理器780可根據歐姆定律之複數形式計算電流。
其後，在區塊1040處，處理器780基於所量測之電壓及所判定之 電流來判定傳輸特性。舉例而言，處理器780可使用電力向量等式22來計算傳輸電力，其中I*為所量測電流之RMS值的複共軛。在一實施例中，處理器780可使用與Z=V/I相同之參數來計算在操作頻率下之複阻抗，如下文參看圖11所論述。
在各種實施例中，處理器780可將電力向量分解成實分量及虛分量。處理器780可計算電壓及電流之RMS值，施加縮放因數，及/或類似處理。類似地，處理器780可使用向量資料來基於已知分量值計算電路中之任一點處的阻抗、電流及電壓。所傳輸之無線電力及無線負載阻抗因此可分解為損失及經由傳輸線圈LTX耦接的電抗。
隨後，在區塊1050處，處理器780基於所計算之傳輸特性來調整無線電力傳輸之特性。舉例而言，處理器780可判定無意之接收器鄰近傳輸線圈LTX。處理器780可比較所計算之傳輸特性與由一或多個經授權或註冊之接收器報告的接收電力。在各種實施例中，處理器780可基於計算之傳輸特性來增加、減少或以其他方式修改傳輸特性。
圖11為根據本發明之實施例的用於偵測傳輸特性之裝置1100的功能方塊圖。熟習此項技術者將瞭解，用於無線通信之裝置可具有比圖11中所示之簡化裝置1100更多的組件。所示之用於偵測傳輸特性之裝置1100僅包括可用於描述在申請專利範圍之範疇內的實施之突出特徵的彼等組件。用於偵測傳輸特性之裝置1100包括用於判定串聯元件之第一端子處的第一電壓之實分量及虛分量的構件1110，用於判定串聯元件之第二端子處的第二電壓之實分量及虛分量的構件1120，用於基於所量測第一及第二電壓來判定經過串聯元件之電流的實分量及虛分量的構件1130，用於基於所量測電壓及所判定電流來判定傳輸特性之構件1140，及用於基於所計算傳輸特性來調整無線電力傳輸之特性的構件1150。
在一實施例中，用於判定串聯元件之第一端子處的第一電壓之實分量及虛分量的構件1110可經組態以執行上文參考區塊1010(圖10)描述之功能中之一或多者。在各種實施例中，用於判定串聯元件之第一端子處的第一電壓之實分量及虛分量的構件1110可藉由處理器780(圖7)、正交時脈產生器710(圖7)、電容器CMP、CMN、CSP及/或CSN(圖7)、混頻器740a及740b(圖7)、求和放大器750a及750b、LPF 760a及760b，以及ADC 770a及770b中之一或多者來實施。
在一實施例中，用於判定串聯元件之第二端子處的第二電壓之實分量及虛分量的構件1120可經組態以執行上文參考區塊1020(圖10)描述之功能中之一或多者。在各種實施例中，用於判定串聯元件之第二端子處的第二電壓之實分量及虛分量的構件1120可藉由處理器780(圖7)、正交時脈產生器710(圖7)、電容器CMP、CMN、CSP及/或CSN(圖7)、混頻器740a及740b(圖7)、求和放大器750a及750b、LPF 760a及760b，以及ADC 770a及770b中之一或多者來實施。
在一實施例中，用於基於所量測第一及第二電壓來判定經過串聯元件之電流的實分量及虛分量的構件1130可經組態以執行上文參考區塊1030(圖10)描述之功能中之一或多者。在各種實施例中，用於基於所量測第一及第二電壓來判定經過串聯元件之電流的實分量及虛分量的構件1130可藉由處理器780(圖7)、控制器415(圖4)及記憶體470(圖4)中之一或多者來實施。
在一實施例中，用於基於所量測電壓及所判定電流來判定傳輸特性之構件1140可經組態以執行上文參考區塊1040(圖10)描述之功能中之一或多者。在各種實施例中，用於基於所量測電壓及所判定電流來判定傳輸特性之構件1140可藉由處理器780(圖7)、控制器415(圖4)及記憶體470(圖4)中之一或多者來實施。
在一實施例中，用於基於所計算傳輸特性來調整無線電力傳輸 之特性的構件1150可經組態以執行上文參考區塊1050(圖10)描述之功能中之一或多者。在各種實施例中，用於基於所計算傳輸特性來調整無線電力傳輸之特性的構件1150可藉由處理器780(圖7)、控制器415(圖4)及記憶體470(圖4)中之一或多者來實施。
上文所描述之方法之各種操作可由能夠執行該等操作之任何合適構件(諸如，各種硬體及/或軟體組件、電路及/或模組)來執行。大體而言，諸圖中所說明之任何操作可由能夠執行該等操作之對應功能構件來執行。
可使用多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，可用電壓、電流、電磁波、磁場或粒子、光場或粒子或其任何組合來表示可以上文所有描述中所參考的資料、指令、命令、資訊、信號、位元、符號及碼片。
結合本文中所揭示之實施例而描述之各種說明性邏輯區塊、模組、電路及演算法步驟可被實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。為了清楚地說明硬體與軟體之此可互換性，上文已大體上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。此功能性經實施為硬體或是軟體取決於特定應用及強加於整個系統之設計約束而定。所描述功能性可針對每一特定應用以不同方式實施，但此等實施決策不應被解譯為引起偏離本發明之實施例的範疇。
可藉由通用處理器、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)或經設計以執行本文中所描述之功能的其他可程式化邏輯器件、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件，或其任何組合來實施或執行結合本文中所揭示之實施例而描述的各種說明性邏輯區塊、模組及電路。通用處理器可為微處理器，但或者，處理器可為任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。亦可將一處理器實施為計算器件之組合，例如，一DSP與一微處理器之組 合、複數個微處理器、結合一DSP核心之一或多個微處理器，或任何其他此組態。
結合本文所揭示之實施例所描述之方法或演算法的步驟及功能可直接體現於硬體中、由一處理器執行的軟體模組中，或兩者之組合中。若實施於軟體中，則該等功能可儲存於一有形非暫時性電腦可讀媒體上或作為一或多個指令或程式碼在有形非暫時性電腦可讀媒體上傳輸。軟體模組可駐留於隨機存取記憶體(RAM)、快閃記憶體、唯讀記憶體(ROM)、電可程式化ROM(EPROM)、電可抹除可程式化ROM(EEPROM)、暫存器、硬碟、抽取式磁碟、CD ROM或此項技術中已知之任何其他形式的儲存媒體中。將一儲存媒體耦接至處理器，使得該處理器可自該儲存媒體讀取資訊及將資訊寫入至該儲存媒體。在替代例中，儲存媒體可整合至處理器。如本文中所使用，磁碟及光碟包括緊密光碟(CD)、雷射光碟、光碟、數位影音光碟(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，而光碟藉由雷射以光學方式再生資料。以上各者之組合亦應包括於電腦可讀媒體之範疇內。該處理器與儲存媒體可駐留於一ASIC中。該ASIC可駐留於一使用者終端機中。在替代例中，處理器及儲存媒體可作為離散組件駐留於使用者終端機中。
出於概述本發明之目的，已在本文中描述本發明之某些態樣、優點及新穎特徵。應理解根據本發明之任一特定實施例可不必要達成所有此等優點。因此，本發明可以以下方式來體現或進行：達成或最佳化如本文中所教示的一優點或優點之群組而不必達成如本文中可教示或建議的其他優點。
上文描述之實施例的各種修改將易於瞭解，且在不偏離本發明之精神或範疇情況下，本文中界定的一般原理可應用於其他實施例。因此，本發明不意欲限於本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相一致的最廣範疇。
700‧‧‧傳輸電路
710‧‧‧正交時脈產生器
720‧‧‧傳輸放大器
730‧‧‧傳輸濾波器及/或匹配電路
740a‧‧‧差動混頻器
740b‧‧‧差動混頻器
750a‧‧‧求和放大器
750b‧‧‧求和放大器
760a‧‧‧低通濾波器(LPF)
760b‧‧‧低通濾波器(LPF)
770a‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)
770b‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)
780‧‧‧處理器
ASN‧‧‧節點
ASP‧‧‧節點
BSN‧‧‧節點
BSP‧‧‧節點
CMN‧‧‧負量測電容器
CMP‧‧‧正量測電容器
CSN‧‧‧負串聯電容器
CSP‧‧‧正串聯電容器
I‧‧‧時脈信號
I/Q‧‧‧時脈信號/輸入
LTX‧‧‧傳輸線圈

Claims (42)

  1. 一種偵測一包含一電耦接至一傳輸線圈之串聯元件之無線電力傳輸器件中的一傳輸特性之方法，其包含：判定該串聯元件之一第一端子處的一第一電壓之實分量及虛分量；判定該串聯元件之一第二端子處的一第二電壓之實分量及虛分量；基於該等量測之第一及第二電壓來判定經過該串聯元件之一電流的實分量及虛分量；基於該等量測之電壓及判定之電流來判定一傳輸特性；及基於該計算之傳輸特性來調整一無線電力傳輸之一特性。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包含直接量測經過該串聯元件之該電流。
  3. 如請求項1之方法，其中該第一電壓及該第二電壓包含差動電壓。
  4. 如請求項1之方法，其中該傳輸特性包含一傳輸電力或一複阻抗中之一者。
  5. 如請求項1之方法，其中該串聯元件包含一電容器、一電感器或一電阻器中之一者。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包含施加一縮放因數至至少一量測之電壓。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包含基於至少一量測之電壓來判定一均方根(RMS)電壓及/或電流。
  8. 如請求項1之方法，其進一步包含將至少一電壓乘以一同相或正交時脈信號。
  9. 如請求項8之方法，其進一步包含對該相乘之一所得積求和。
  10. 如請求項1之方法，其進一步包含分割至少一電壓或電流。
  11. 一種經組態以提供無線電力至一接收器之無線器件，其包含：一傳輸線圈，其經組態以傳輸無線電力；一正交時脈產生器，其經組態以產生同相(I)及正交(Q)時脈信號；一串聯元件，其電耦接至該傳輸線圈，該串聯元件包含第一及第二端子或埠；一或一組混頻器，其經組態以將該串聯元件之該第一端子或埠及該第二端子或埠處的至少一信號乘以該等I及Q信號中之一者。
  12. 如請求項11之器件，其中在該串聯元件之該第一端子及該第二端子處的該等信號包含差動信號。
  13. 如請求項11之器件，其中該混頻器包含一單端或差動混頻器。
  14. 如請求項11之器件，其中該至少一信號包含一無線電力信號。
  15. 如請求項11之器件，其中該串聯元件包含一電容器、一電感器或一電阻器中之一者。
  16. 如請求項11之器件，其進一步包含一經組態以基於該等相乘之信號計算一傳輸特性的處理器。
  17. 如請求項16之器件，其中該處理器經進一步組態以基於該計算之傳輸特性來調整一無線電力傳輸之一特性。
  18. 如請求項16之器件，其中該計算之傳輸特性包含一傳輸電力或一複阻抗中之一者。
  19. 如請求項16之器件，其中該處理器經進一步組態以計算一經過該串聯元件之電流。
  20. 如請求項16之器件，其中該處理器經進一步組態以基於至少一 量測之電壓來判定一均方根(RMS)電壓及/或電流。
  21. 如請求項11之器件，其進一步包含一經組態以將第一混頻器及第二混頻器之一輸出求和的求和放大器。
  22. 如請求項11之器件，其包含一經組態以減少該混頻器處之一電壓的分壓器。
  23. 一種用於偵測一包含一電耦接至一傳輸線圈之串聯元件之無線電力傳輸器件中的一傳輸特性之裝置，其包含：用於判定該串聯元件之一第一端子處的一第一電壓之實分量及虛分量的構件；用於判定該串聯元件之一第二端子處的一第二電壓之實分量及虛分量的構件；用於基於該等量測之第一及第二電壓來判定經過該串聯元件之一電流的實分量及虛分量的構件；用於基於該等量測之電壓及判定之電流來判定一傳輸特性的構件；及用於基於該計算之傳輸特性來調整一無線電力傳輸之一特性的構件。
  24. 如請求項23之裝置，其進一步包含用於直接量測經過該串聯元件之該電流的構件。
  25. 如請求項23之裝置，其中該第一電壓及該第二電壓包含單端或差動電壓。
  26. 如請求項23之裝置，其中該傳輸特性包含一傳輸電力或一複阻抗中之一者。
  27. 如請求項23之裝置，其中該串聯元件包含一電容器、一電感器或一電阻器中之一者。
  28. 如請求項23之裝置，其進一步包含用於施加一縮放因數至至少 一量測之電壓的構件。
  29. 如請求項23之裝置，其進一步包含用於基於至少一量測之電壓來判定一均方根(RMS)電壓及/或電流的構件。
  30. 如請求項23之裝置，其進一步包含用於將至少一電壓乘以一同相或正交時脈信號的構件。
  31. 如請求項30之裝置，其進一步包含用於對該相乘之一所得積求和的構件。
  32. 如請求項23之裝置，其進一步包含用於分壓至少一電壓的構件。
  33. 一種包含程式碼之非暫時性電腦可讀媒體，該程式碼當被執行時使一裝置執行以下動作：判定一電耦接至一傳輸線圈之串聯元件之一第一端子處的一第一電壓之實分量及虛分量；判定該串聯元件之一第二端子處的一第二電壓之實分量及虛分量；基於該等量測之第一及第二電壓來判定經過該串聯元件之一電流的實分量及虛分量；基於該等量測之電壓及判定之電流來判定一傳輸特性；及基於該計算之傳輸特性來調整一無線電力傳輸之一特性。
  34. 如請求項33之媒體，其進一步包含當被執行時使該裝置直接量測經過該串聯元件之該電流的程式碼。
  35. 如請求項33之媒體，其中該第一電壓及該第二電壓包含單端或差動電壓。
  36. 如請求項33之媒體，其中該傳輸特性包含一傳輸電力或一複阻抗中之一者。
  37. 如請求項33之媒體，其中該串聯元件包含一電容器、一電感器 或一電阻器中之一者。
  38. 如請求項33之媒體，其進一步包含當被執行時使該裝置施加一縮放因數至至少一量測之電壓的程式碼。
  39. 如請求項33之媒體，其進一步包含當被執行時使該裝置基於至少一量測之電壓來判定一均方根(RMS)電壓及/或電流的程式碼。
  40. 如請求項33之媒體，其進一步包含當被執行時使該裝置將至少一電壓乘以一同相或正交時脈信號的程式碼。
  41. 如請求項40之媒體，其進一步包含當被執行時使該裝置對該相乘之一所得積求和的程式碼。
  42. 如請求項33之媒體，其進一步包含當被執行時使該裝置減少至少一電壓的程式碼。
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