TW201432476A - 無線充電系統 - Google Patents

Abstract

一種包括微電子封裝(110)之無線充電系統，該微電子封裝包含系統晶片(120)(SoC)、能量轉移單元(140)、及軟體協定(127)。該SoC包括處理裝置(121)、耦接至該處理裝置之記憶體裝置(122)、及耦接至該處理裝置及該記憶體裝置之通訊裝置(123)。該通訊裝置可與外部電子裝置(130)無線通訊。該能量轉移單元可將能量轉移至該外部電子裝置。該軟體協定係於該記憶體裝置中實施，可檢測該外部電子裝置之充電設定檔，並可依據該充電設定檔之需求而調整該能量轉移單元之參數。

Description

無線充電系統

本發明所揭露之實施例大體上關於電能量傳輸，更特定地關於無線能量轉移。

隨著更多數人開始使用愈來愈多的手機、平板電腦、相機、手持式遊戲機、及類似裝備，可預見已在遍及世界許多地區廣泛使用之行動電子裝置採用率會進一步增加。大部分該等裝置係由電池或類似能量儲存裝置供電，其需定期充電。相較於更傳統系統要求行動裝置以電源線插入電插座，現有無線充電系統提供可能優點(諸如更大便利)，但卻面對各種限制實現該等優點之實施問題。

100、400‧‧‧無線充電系統

101‧‧‧無線充電單元

110‧‧‧微電子封裝

120‧‧‧系統晶片

121‧‧‧處理裝置

122‧‧‧記憶體裝置

123‧‧‧通訊裝置

127‧‧‧軟體協定

130‧‧‧外部電子裝置

140‧‧‧能量轉移單元

141‧‧‧能量轉移子單元

210‧‧‧花瓶

220‧‧‧床墊褥

230‧‧‧床墊

240‧‧‧床架

310‧‧‧感應充電單元

311‧‧‧線路

450‧‧‧可穿戴物件

451‧‧‧能量收穫單元

453‧‧‧導體

455‧‧‧口袋

457‧‧‧導電屏蔽貼片

從後述詳細說明結合附圖之讀取，將更佳理解所揭露之實施例，其中：圖1為依據本發明之實施例之無線充電系統的示意 圖；圖2a及2b為依據本發明之實施例在封閉於外殼內之無線充電系統的側視圖；圖3為依據本發明之另一實施例之圖1無線充電系統的示意圖；以及圖4為依據本發明之另一實施例之無線充電系統的前視圖。

【發明內容及實施方式】

為求例示之簡明及清晰，圖式例示結構之一般方式，並可能省略熟知特徵及技術的說明及細節，以避免不必要地混淆本發明說明實施例的討論。此外，圖式中之元件不一定按照比例繪製。例如，圖式中若干元件之尺寸可相對於其他元件予以誇大，以協助增進對本發明之實施例的理解。某些圖式可以理想的方式顯示以幫助理解，諸如當結構顯示為具有直線、尖角、及/或平行平面等，其在現實狀況中可能顯著地較不對稱及有序。不同圖式中相同的參照編號表示相同元件，同時類似的參照編號可能，但不一定表示類似元件。

說明及申請項中如有「第一」、「第二」、「第三」、「第四」等用詞係用於在類似元件之間區別，不一定用於說明特別序列或時間順序。應理解的是這樣使用的用詞在適當環境下可相互交換，使得文中所說明之本發明的實施例，舉例而言，可以不同於文中所舉例或說明 之順序作業。類似地，若文中所說明之方法包含一連串步驟，文中所呈現之該等步驟的順序不一定為可實施該等步驟之唯一順序，若干所述步驟可能省略及/或文中未說明之若干其他步驟可增加至方法。此外，「包含」、「包括」、「具有」、及其任何變化詞，係希望涵蓋非排他性之包括，使得程序、方法、物件或包含元件清單之設備不一定侷限於該些元件，而是可包括未明確列出或該等程序、方法、物件或設備所固有之其他元件。

說明及申請項中如有「左」、「右」、 「前」、「後」、「頂部」、「底部」、「之上」、「之下」等用詞係用於描述之用途，除非特別或依前後文指出，不一定用於說明永久之相對位置。應理解的是如此使用的用詞在適當環境下可相互交換，使得文中所說明之本發明的實施例，舉例而言，可以不同於文中所舉例或說明之方位作業。文中所使用之「耦接」用詞係定義為直接或間接以電或非電方式連接。文中所說明之相互「鄰近」之物體可彼此實體接觸，彼此十分接近或彼此位在相同之區域或地區，以適於使用該用語之上下文而定。文中「在一實施例中」用語的出現不一定均指相同實施例。

在本發明之一實施例中，無線充電系統包含 微電子封裝，微電子封裝包含系統晶片(SoC)、能量轉移單元、及軟體協定。SoC包含處理裝置、耦接至處理裝置之記憶體裝置、及耦接至處理裝置及記憶體裝置之通訊裝置。通訊裝置可與外部電子裝置無線通訊。能量轉移單 元可將能量轉移至外部電子裝置。軟體協定係在記憶體裝置中實施，並可檢測外部電子裝置之充電設定檔，及可依據充電設定檔之需求而調整能量轉移單元之參數。

行動電子裝置具有有限的電池壽命，因此必 須頻繁地充電。若使用有線充電，則必須接受配合使用電源線的諸多不便：增加雜亂的連接線、在充電位置方面缺少彈性(必須於插入電源線處充電)、在無法取得電源線之時間或地方可能需要充電等。無線充電方案克服了若干該些問題，但取而代之的是其他可能的缺點，包括無線充電器及行動裝置間可能不相容、美觀的問題、以及如同有線系統，可能缺乏充電位置彈性。如以下詳細說明，本發明之實施例藉由致能擴充之充電區、嵌入式或裝飾性系統組件、智慧通訊協定、及其他潛在優勢而處理了上述問題及其他問題。

現在參照圖式，圖1為依據本發明之實施例 之無線充電系統100的示意圖。如圖1中所例示，無線充電系統100包含無線充電單元101，其包括包含SoC 120之微電子封裝110。SoC包含處理裝置121、耦接至處理裝置之記憶體裝置122、及耦接至處理裝置及記憶體裝置之通訊裝置123。

處理裝置121可包含任何類型之積體電路 (IC)裝置。在一實施例中，處理裝置包括處理系統(單核心或多核心)。例如，處理裝置可包含微處理器、信號處理器、網路處理器、晶片組等。在一實施例中，處理裝 置本身包含具有多個功能單元(例如，一或多處理單元、一或多通訊單元、一或多信號處理單元、一或多安全單元等)之SoC(與SoC 120分離)。然而，應理解的是揭露之實施例不侷限於特定類型或類別之IC裝置。

記憶體裝置122可包含任何類型固態記憶體 裝置/陣列。在一實施例中，記憶體裝置僅包括於電力從系統移除之後保持資訊的記憶體(即非揮發性或永久性記憶體)。例如，記憶體裝置/陣列可為任何類型快閃記憶體，諸如MLC、SLC等；其亦可為任何類型相位改變記憶體(PCM)或磁性隨機存取記憶體(MRAM)。在另一實施例中，記憶體為非揮發性固態記憶體裝置及揮發性記憶體裝置(固態)之組合。例如，其可為快閃記憶體、PCM、MRAM(非揮發性)、及DRAM，其中DRAM可為由SOC/處理裝置之記憶體控制器支援的任何類型DRAM。

通訊裝置123可包含任何類型無線電裝置或 支援一或多個通訊協定之無線電裝置的任何組合，諸如但不侷限於WiFi(IEEE802.11b/g/n或其他未來實施)、藍牙、3G、LTE、WiMAX或可用於裝置間之資訊轉移的其他通訊協定。

軟體協定127係於記憶體裝置122中實施。 軟體協定可檢測外部電子裝置之充電設定檔並可依據充電設定檔之需求調整能量轉移單元之參數。例如，能量轉移單元之參數可為其功率密度，意即其每單位體積之能量轉 移時間率可依據外部電子裝置之充電設定檔的需求而由軟體協定改變。事實上，功率密度將由電壓及電流波動決定，表示為電力(p)=電壓(v)^＊電流(i)，即p(t)=v(t)^＊ i(t)，如以下進一步詳細討論，其建議可調整之若干參數以便優化充電。

外部電子裝置之充電設定檔為影響外部電子 裝置中電池(或其他能量儲存裝置)之充電的所有參數組合，至少概念上包括至少頻率、電壓波動、電壓振幅、電流波動、電流振幅、及由能量轉移單元輸出並由外部電子裝置接收之波形形狀(即正弦、鋸齒、方形等)。(儘管波形隨著能量通過色散介質而將些許改變，對所有實際用途而言，可假定能量轉移單元輸出之波形與外部電子裝置接收之波形相同。)充電設定檔之其他需求中可包括最大充電容量之百分比及最佳充電速率(即能量轉移速率)。 通常，但不一定總是，最佳充電速率會是最大可能充電速率。

通訊裝置可與外部裝置無線通訊，包括外部 電子裝置130(所示虛線表示裝置130與無線充電系統100分開)。作為一範例，外部電子裝置130可為智慧手機或其他無線電話、平板電腦、電子閱讀裝置、MP3播放器或其他音樂播放器等。未顯示，但SoC 120或微電子封裝110之一部分亦為一或多天線(均用於電力傳輸(即電感器)及通訊)、無線電設備、電壓調節器、電力開關、及無線電力傳輸電路(例如，電力放大器模組等)。

通訊裝置123使用之通訊協定可為藍牙、 WiFi、3G、LTE、WiMAX、或無線裝置使用之任何其他通訊協定。與外部裝置通訊之能力意即無線充電系統100可於空中接收軟體、驅動程式等的更新，因而延伸系統壽命及增加使用便利及容易。

無線充電單元101進一步包含可將能量轉移 至外部電子裝置之能量轉移單元140。應注意的是外部電子裝置130必須能藉由能量轉移單元140發射之能量充電；換言之，外部電子裝置130本身需要針對能量轉移單元140之對應，該對應可至少包含電力傳輸之接收器及天線(即電感器；可能建置於外部電子裝置之外殼內)。接收器可包含額外電壓調節器/電力調節器及電力接收之天線。在若干實施例中(並非全部-詳見如下)，無線充電系統進一步包含電源線(未顯示)，使得無線充電單元可插入諸如A/C電力源之電力源。

在一實施例中，能量轉移單元140包含感應 充電單元，其可依據直接感應或共振磁感應之原理操作。 在其他實施例中，能量轉移單元可使用微波幅射、雷射能量、或其他電磁輻射形式操作。能量轉移單元140可產生能量轉移區，其中能量可從能量轉移單元轉移至外部電子裝置130。在各式實施例中，且在其他因子中取決於圍繞或在能量轉移單元附近之材料-或可嵌入單元之材料-的特性，能量轉移區可具有約一或二公分、約至少10公分或約100公分或更多之半徑。

能量轉移單元140可包含多個能量轉移子單 元141，其中每一者可將能量轉移至外部電子裝置130或不同外部電子裝置(未顯示)，與能量轉移單元140內之其他能量轉移子單元無關(但同步)。軟體協定可檢測多個外部電子裝置之任一者的充電設定檔，並可依據充電設定檔之任一者的需求而調整每一能量轉移子單元的參數。 換言之，單一能量轉移單元可充電多個裝置之電池，並可以對每一裝置最佳的方式進行。

在若干實施例中，無線充電系統100為獨立 單元，其可置於桌面上、架上、或類似位置。在其他實施例中，無線充電系統進一步包含外殼，完全封閉微電子封裝及能量轉移單元。後者實施例類型之範例顯示於圖2a及2b中。在圖2a中，無線充電單元101係鑲嵌或置於充當外殼之花瓶210內。在圖2b中，外殼為床墊褥220，其置於傳統床墊230頂部，二者疊於床架240上。另一方面，無線充電單元101可嵌於床架240內。另一替代例(未描繪)是將無線充電系統嵌於床墊230內並省掉床墊褥。若有需要，無線充電系統可置於一個以上之位置或所有該等位置或類似位置。當然，可存在其他外殼可能性，超出圖2a及2b中所描繪者。其他外殼可能性的若干範例為：門框、天花板、牆壁、房屋和其他建築物的其他結構組件；類似於圖2a中所示之花瓶的各類家居飾品物體之任一者；滑鼠墊、辦公椅(例如在扶手中)、桌子抽屜、及其他辦公室裝備或傢俱；沙發、椅子、床頭櫃、咖啡 桌、及其他傢俱品項；及車門、擋泥板等。

圖3為依據本發明之另一實施例之無線充電 系統100的示意圖。如圖3中所描繪，無線充電系統100進一步包含感應充電單元310，其包括可電耦接至外部電子裝置130之線路311。如以下進一步討論，圖3之系統在一段無法實施無線充電之距離中特別有用。然而，應理解的是在其他實施例中(包括以上所說明之圖1的實施例)，無線充電系統100不包括圖3中所示之額外組件，並在某些實施例中，僅包含類似於(或相同於)無線充電單元101的無線充電單元。

在圖3之實施例中，感應充電單元310可從 能量轉移單元140(如上述，其本身可為感應充電單元)無線接收能量。在各式實施例中，感應充電單元310為可穿戴，意即其可穿戴於一部分人體上。在所描繪之實施例中，感應充電單元310為空心圓帽經設計為置放於人的指尖上。由人的手及臂可達成大範圍的動作允許這樣的充電單元易於接觸或靠近能量轉移單元140，因而自其接收能量。以下將提供範例。在其他實施例中，諸如手指帽不便處，感應充電單元310可經設計而穿戴於身體其他地方，諸如戒指、臂帶、項鍊、頭箍、手鐲、依附於身體之可穿戴貼片等。

在圖3之實施例中，外部電子裝置130可為 智慧手機、平板電腦、或以上結合圖1所說明之類似裝置，或其可為遊戲控制器、強化實境裝置、可攜式導航裝 置等。外部電子裝置130亦可為嵌於身體內部之電子裝置：起搏器、胰島素泵等，或其可為可穿戴電子物件，諸如織入襯衫或夾克之電子裝置，或結合服裝、錢包等之物件。

考量外部電子裝置130為嵌入人體且無線路 或其他突出部分之起搏器的範例。起搏器具有其本身(嵌入身體)無線接收器及相關電力墊，其供應電力至位於體外並接近心臟之起搏器。電力墊需定期充電。除了移除該墊以便充電外，其可能不便且不可行，可藉由從手指帽沿線路311將能量轉移至該墊進行充電，可藉由將手指帽碰觸(或移近)能量轉移單元140而輕易地獲得能量。手指帽因而充當無線電力容置部，電力可由此藉由線路轉移至人體或服裝上的不同位置。顯然以指尖碰觸電力源(單元140)較胸腔上之點大為容易，且在該等接觸(或接近接觸)為必要時，圖3之實施例可能非常有用。

如前所述，感應充電單元310可從能量轉移 單元140無線接收能量。在實踐中，仍參照圖3之實施例，感應充電單元310可置於接觸無線充電單元101，並可從充電單元無線接收能量。這樣的系統可能有用之另一環境為其用以充電可穿戴之充電站(例如，併入服裝之電池)，其可用以充電舊式、過時的或為其他原因而需有線充電的裝置。考量一情節，其中某人希望移動但須對需要電纜之舊式行動電話充電。在若干方便的時候(例如，當坐下開會、看電視、講電話時等等)，某人可將手指(有 配置手指帽)置於無線充電單元101之上或附近，以便充電具有插頭之可穿戴電池或其他可穿戴電力儲存單元(例如電化學電容器(超級電容器(ultracapacitor、supercapacitor等)))，某人可將需有線充電之裝置插入。在圖3(或類似)實施例可能為重要之又另一情節，其中調節機構將本發明之實施例所提供之能量的無線傳輸侷限為極小距離，在此狀況下可能需使用手指帽或類似「短距離」組態以便將能量轉移至若干外部裝置。

圖4為依據本發明之另一實施例之無線充電 系統400的前視圖。如圖4中所描繪，無線充電系統400包含可供無線充電單元附接之無線充電單元101及可穿戴物件450。在圖4中，可穿戴物件450被描繪為一條褲子。無線充電單元101以若干方式附接至褲子，可能是藉由置於內部或隱藏的口袋(未顯示)或藉由縫於襯裡內。 諸如所示組態傾向於藉由將充電單元置放接近外部電子裝置之合適位置而減少損失，因而減少有效充電所需電力。

除了褲子以外，許多其他物件亦有資格作為 文中所指「可穿戴物件」，包括服裝的任何其他物品；帽子、手套、及其他外衣；背包；首飾；臂章等。「可穿戴物件」稱號甚至延伸至穿戴於一部分身體或服裝上的貼片等，或先前提及之任何物件：簡言之，可穿戴於人體上之任何東西。

在所描繪之實施例中，可穿戴物件450包含 可收穫(例如，捕獲、儲存、及重新分配)人體產生之任 何類型能量的能量收穫單元451，包括振動能、熱能、機械能等。因而所收穫之能量可經由併入可穿戴物件之線路或其他導體453而轉移至無線充電單元101。如先前所說明之實施例中，因而配置能量之無線充電單元101可將能量無線轉移至外部電子裝置。如前所述，若干該等裝置可能至少暫時儲存或攜帶於可穿戴物件450之口袋455中，因而可於這些時間藉由接收無線充電單元101無線傳輸之能量而有效率及容易地無線充電。另一方面，來自無線充電單元101之能量可以類似於結合圖3所說明之方式，經由連接線路而轉移至外部電子裝置。

在若干實施例中，可穿戴物件450包含經配 置位於無線充電單元及穿戴物件450並使用無線充電系統400之人體間的導電屏蔽貼片457。這樣的屏蔽可用於需要或希望避免傳輸之能量到達穿戴可穿戴物件450之人身組織的情況。

儘管已參照特定實施例說明本發明，熟悉本技藝之人士將理解的是在不偏離本發明之精神或範圍下可實施各式改變。因此，本發明之實施例的揭露係希望描繪本發明之範圍而不希望有所侷限。希望本發明之範圍應僅限於附錄之申請專利範圍所需範圍。例如，對本技藝一般技術之人士而言，將可隨即明瞭文中所討論之無線充電系統及相關結構及方法可於各種實施例中實施，且上述該些實施例的若干討論並不一定代表所有可能實施例之完整說明。

此外，已對於特定實施例說明好處、其他優點、及問題解決方案。然而，好處、優點、解決方案及可使任何好處、優點或問題解決方案發生或變得更加明顯之任何元件並不應解讀為任何或所有申請項之關鍵、必要或基本之特徵或元件。

再者，若實施例及/或限制：(1)未於申請項中明確主張，及(2)在等同的原則下為或可能為申請項中明確元件及/或限制之等同事物；則在奉獻的原則下，文中所揭露之實施例及限制並非貢獻給大眾。

100‧‧‧無線充電系統

101‧‧‧無線充電單元

110‧‧‧微電子封裝

120‧‧‧系統晶片

121‧‧‧處理裝置

122‧‧‧記憶體裝置

123‧‧‧通訊裝置

127‧‧‧軟體協定

130‧‧‧外部電子裝置

140‧‧‧能量轉移單元

141‧‧‧能量轉移子單元

Claims (16)

1. 一種無線充電系統，包含：包含系統晶片(SoC)之微電子封裝，該SoC包含：處理裝置；記憶體裝置，耦接至該處理裝置；以及通訊裝置，耦接至該處理裝置及該記憶體裝置，該通訊裝置可與外部電子裝置無線通訊；能量轉移單元，可將能量轉移至該外部電子裝置；以及於該記憶體裝置中實施之軟體協定，該軟體協定可檢測該外部電子裝置之充電設定檔，並可依據該充電設定檔之需求而調整該能量轉移單元之參數。
2. 如申請專利範圍第1項之無線充電系統，其中：該能量轉移單元包含第一感應充電單元。
3. 如申請專利範圍第2項之無線充電系統，進一步包含：第二感應充電單元，其包括線路可電耦接至該外部電子裝置，該第二感應充電單元可無線接收來自該第一感應充電單元之能量。
4. 如申請專利範圍第3項之無線充電系統，其中：該第二感應充電單元可穿戴於人體之一部分上。
5. 如申請專利範圍第1項之無線充電系統，其中：該能量轉移單元可產生能量轉移區，其中能量可從該能量轉移單元轉移至該外部裝置，該能量轉移區具有至少 1公分之半徑。
6. 如申請專利範圍第1項之無線充電系統，其中：該能量轉移單元可產生能量轉移區，其中能量可從該能量轉移單元轉移至該外部裝置，該能量轉移區具有至少10公分之半徑。
7. 如申請專利範圍第1項之無線充電系統，其中：該能量轉移單元可產生能量轉移區，其中能量可從該能量轉移單元轉移至該外部裝置，該能量轉移區具有至少100公分之半徑。
8. 如申請專利範圍第1項之無線充電系統，其中：該能量轉移單元之該參數為功率密度。
9. 如申請專利範圍第1項之無線充電系統，其中：該充電設定檔之該需求為該能量轉移單元輸出並由該外部電子裝置接收之波形。
10. 如申請專利範圍第1項之無線充電系統，其中：該充電設定檔之該需求為最大充電容量之百分比。
11. 如申請專利範圍第1項之無線充電系統，其中：該充電設定檔之該需求為最佳充電速率。
12. 如申請專利範圍第1項之無線充電系統，其中：該能量轉移單元包含多個能量轉移子單元，其每一者可與該能量轉移單元內之其他能量轉移子單元無關地將能量轉移至該外部電子裝置，或轉移至不同外部電子裝置；以及該軟體協定可檢測多個外部電子裝置之任一者的充電 設定檔，並可依據該充電設定檔之任一者的需求而調整該能量轉移子單元之每一者的參數。
13. 如申請專利範圍第1項之無線充電系統，進一步包含：外殼，其完全封閉該微電子封裝及該能量轉移單元。
14. 一種無線充電系統，包含：無線充電單元，包含：包含系統晶片(SoC)之微電子封裝，該SoC包含：處理裝置；記憶體裝置，耦接至該處理裝置；以及通訊裝置，耦接至該處理裝置及該記憶體裝置，該通訊裝置可與外部電子裝置無線通訊；能量轉移單元，可將能量轉移至該外部電子裝置；以及於該記憶體裝置中實施之軟體協定，該軟體協定可檢測該外部電子裝置之充電設定檔，並可依據該充電設定檔之需求而調整該能量轉移單元之參數；以及可穿戴物件，可附接該無線充電單元。
15. 如申請專利範圍第14項之無線充電系統，其中：該可穿戴物件包含能量收穫單元。
16. 如申請專利範圍第14項之無線充電系統，其中： 該可穿戴物件包含導電貼片經定位以便位於該無線充電單元及穿戴者身體之間。