TWI771736B - 無線功率接收器及其接收功率的方法和無線功率發送器及其發送功率的方法 - Google Patents

Abstract

本發明描述了用於以認證在不同功率位準下執行無線功率傳輸和異物偵測的設備和方法。減少了在轉換到不同功率位準之間執行身份驗證過程所需時間的影響。

Description

無線功率接收器及其接收功率的方法和無線功率發送器及其 發送功率的方法

本發明的技術涉及無線功率輸送，尤其涉及一種無線功率接收器及其接收功率的方法和無線功率發送器及其發送功率的方法。

無線功率傳輸系統(Wireless Power Transfer Systems，WPTS)作為一種無需電線或連接器即可提供功率的便捷方式，正日益普及。目前行業中正在開發的WPTS可以分為兩大類：磁感應(magnetic induction，MI)系統和磁共振(magnetic resonance，MR)系統。兩種類型的系統都包括無線功率發送器和無線功率接收器。感應式WPTS通常使用頻率變化作為功率流控制機制，在幾百千赫茲的分配頻率範圍內運行(operation)。MR WPTS通常使用輸入電壓調節來調節輸出功率，從而在單個諧振頻率上工作。在某些應用中，MR WPTS以6.78MHz的頻率運行。這樣的系統可以用於給諸如智慧型電話、計算器、照相機和平板電腦之類的消費電子設備供電或充電，並且可以用於其他應用。

一些無線功率傳輸系統能夠以高功率位準(例如，高於5瓦特)無線地提供功率。在某些情況下，可以無線傳輸15瓦或更高的功率。當以高功率位準運行時，期望避免向可能位於無線功率傳輸區域中的異物(foreign object)傳輸大量功率。在某些情況下，還期望確保無線功率接收器和/或無線功率發送器是被認證的或合格的以用於傳輸高功率位準。因此，可以在傳輸高功率位準(level)之前執行認證和異物偵測步驟。在一些實施方式中，當無線功率發送器和無線功率接收器從第一運行模式(可能是所有此類設備均可使用的非特權(non-privileged)模式)改變為第二運行模式(可能是僅限於某些授權設備的特權模式)時，無線電運行可以執行認證和/或異物偵測步驟。本文描述的實施例涉及用於當可能存在異物時以高功率位準進行無線功率傳輸的方法，並且還涉及無線功率發送器和無線功率接收器在非特權和特權運行模式之間的轉換。

一些實施例涉及用於無線功率接收器的控制邏輯，其使無線功率接收器適應於：在無線功率傳輸會話期間以第一功率位準(level)從無線功率發送器建立無線功率接收；與無線功率發送器執行認證過程；如果認證過程成功完成，則將會話屬性資訊(session attribute information)發送至記憶體；在無線功率接收器以第一功率位準中斷無線功率接收之後，從記憶體接收會話屬性資訊；並且以高於第一功率位準的第二功率位準從無線功率發送器建立無線功率接收。

一些實施例涉及在無線功率傳輸會話期間由無線功率接收器無線接收功率的方法。這樣的方法可以包括以下動作：在第一運行模式下從無線功率發送器建立無線功率接收；與無線功率發送器執行認證過程；向記憶體發送會話屬性資訊，其中，會話屬性資訊至少包括與認證過程有關的資訊；在無線功率接收器處以第一運行模式在無線功率接收中斷之後接收會話屬性資訊； 在接收到會話屬性資訊之後，以第二運行模式從無線功率發送器建立無線功率接收。

一些實施例涉及用於無線功率發送器的控制器，其適用於代碼以：以第一功率位準建立到無線功率接收器的無線功率傳輸；與無線功率接收器執行認證過程；發送與認證過程有關的會話屬性資訊到記憶體；在無線功率接收器以第一功率位準的無線功率接收中斷的時間內執行異物偵測過程；在以高於第一功率位準的第二功率位準無線傳輸功率之前，將從記憶體中檢索到的會話屬性資訊中的至少一些傳輸到無線功率接收器。

一些實施例涉及由無線功率發送器無線地傳輸功率的方法。這樣的方法可以包括以下動作：在第一運行模式下建立到無線功率接收器的無線功率傳輸；與無線功率接收器執行認證過程；在執行認證過程之後，在第一運行模式下的無線功率接收器的無線功率接收中斷的時間內，執行異物偵測過程；在第一運行模式中重新建立到無線功率接收器的無線功率傳輸；在執行異物偵測過程之後，以第二運行模式建立到無線功率接收器的無線功率傳輸。

前述概述是作為說明而提供的，並且不意圖是限制性的。

100:無線功率系統

1:無線功率發送器

2:調節電壓源

3:逆變器

4:記憶體

5:控制器

6,13:匹配網路

7:驅動電路

9:訊號發生器

10:發送線圈

11:無線功率接收器

12:接收線圈

14:整流器

15:DC/DC轉換器

16:控制邏輯

17:記憶體

20:異物

200,300:方法

205,210,215,220,225,230,235,240,245,250,255,260,265,270,275,280,305,315,320,325,330,335,340,345,350,360,365,370,375,380:動作

在附圖中，在各個附圖中示出的每個相同或幾乎相同的組件由相同的附圖標記表示。為了清楚起見，並非在每個附圖中都標記了每個組件。附圖不一定按比例繪製，而是著重于說明本文描述的技術和設備的各個方面。

第1圖是根據一些實施例的包括無線功率發送器和無線功率接收器的無線功率系統的方框圖描繪。

第2A圖描繪了根據一些實施例的與可以由無線功率發送器執行的無線功率傳輸方法相關聯的動作的示例。

第2B圖描繪了根據一些實施例的與可以由無線功率發送器執行的無線功率傳輸方法相關聯的動作的示例。

第3圖描繪了根據一些實施例的與可以由無線功率接收器執行的無線功率傳輸方法相關聯的動作的示例。

無線功率系統(wireless power system)可以提供一種方便的方式，以從可充當充電設備的第一設備(例如，無線功率發送器)向需要功率的第二設備(例如，無線功率接收器)提供功率，而無需插拔一個或複數個功率線(power chord)。在許多實施方式中，無線提供的功率可以用於給電子設備供電和/或充電。一些無線功率系統可以在兩種或更多種無線功率傳輸模式下運行，這可以對應於無線功率傳輸的不同位準(level)。

例如，具有無線功率發送器1和無線功率接收器11的無線功率系統100(諸如圖1所示的無線功率系統)可以在低功率(low-power)模式下運行(operation)。根據一些實施例，在低功率模式下傳輸的功率量可以是5瓦或更小。在某些情況下，儘管可以使用其他名稱，但是這種模式可以稱為“基本功率性能”模式。在低功率運行模式下傳遞到異物(foreign object)和無線功率接收器的功率位準(power level)可能不會導致高溫條件或超出無線功率接收器的標準運行條件。加熱可能是由不經意地位於兩個設備之間的無線功率傳輸區域中的異物20(例如迴紋針、硬幣等)引起的。在無線功率傳輸區域中，電磁場會撞擊到異物20上，並有可能在異物中產生電流，這些電流可能會散發出熱量。

異物20也可能不利地影響無線功率傳輸的效率。由於在無線功率發送器產生的場中存在導電異物20，因此無線功率傳輸可能會降低。導電和/ 或金屬物體可能會由於物體中電流的感應而吸收能量。如果存在金屬物體，則功率傳輸的效率可能會大大降低(例如，從90%降至40%)。因此，在以任何功率位準無線提供功率延長的時間段之前，偵測異物並校準無線功率系統100以解決異物可能是有益的。

無線功率系統100可以以一種或多種高功率模式運行。例如，高功率模式可以是其中可以發生超過5瓦的功率位準的無線功率傳輸的模式。在某些情況下，高功率模式可能會將功率位準從5瓦轉移到15瓦，甚至更高。這樣的一個或複數個模式可以被稱為“擴展功率性能”，儘管可以使用其他名稱。可以理解，不期望的功率損耗和加熱條件會隨著功率傳輸位準的增加而增加。因此，在進入高功率模式之前進一步執行異物偵測(foreign-object detection，FOD)和校準以解決異物可能是有益的，以及在以高功率模式運行期間間歇地執行FOD是有益的。

某些無線功率接收器11可能未配置為處理從無線功率發送器1進行的高位準的功率傳輸。例如，它們可能具有內部電子組件，這些電子組件的額定功率不符合無線功率發送器1可以提供的更高的功率位準。對於這樣的無線功率接收器，可以在嘗試進入高功率運行模式之前實施認證過程。認證過程可以確定例如無線功率接收器11符合無線功率發送器1也遵守的標準(例如Qi標準)，並且評定為一種或多種高功率運行模式。

發明人已經認識並意識到，無線功率發送器1與無線功率接收器11之間的認證過程可以花費相當多的時間(例如，在某些情況下大於5秒、大於10秒或大於20秒)。在這樣的時間間隔期間，與異物20有關的條件可以改變。例如，如果存在異物，則在該時間間隔期間，異物可能被移動，或者異物20可能被無意地放置在無線功率傳輸區域中。因此，在執行冗長的身份驗證過程後進入高功率運行模式時，在低功率運行模式下執行的FOD和校準可能不再 有效。如果允許高功率運行，異物條件的變化可能會導致不良的運行條件。

現在在描述在執行認證過程並過渡到高功率運行模式時避免不期望的運行條件的方法之前，簡要地描述無線功率傳輸系統100和異物偵測的更多細節。

圖1示出了包括無線功率發送器1和無線功率接收器11的無線功率系統100的框圖。無線功率發送器1具有驅動電路7，其可以包括逆變器3和匹配網路6。逆變器3可以驅動發送線圈10並透過匹配網路6與發送線圈進行阻抗匹配。

根據一些實施例，無線功率發送器1可以進一步包括向逆變器3提供經調節的DC電壓的調節電壓源2(例如，電壓調節器)。調節電壓源2回應於來自控制器5的控制刺激而產生經調節的DC輸出電壓。在一些實施例中，驅動電路7可以是D或E類放大器，其將逆變器3的輸入處的DC電壓轉換成AC輸出電壓以驅動發送線圈10。電壓可透過電磁感應實現無線功率傳輸。

控制器5還可以控制訊號發生器9以利用選定的無線功率傳輸頻率的訊號來驅動逆變器3。作為示例，逆變器3可以在100至205kHz之間的頻率上切換，以將功率發送到無線功率接收器，該無線功率接收器設計為用於接收根據Qi規範的低功率Qi接收器的無線電功率，和用於80-300kHz的中等功率Qi接收器的無線電功率。逆變器3可以在例如6.765MHz至6.795MHz的ISM頻帶內以更高的頻率(諸如大於1MHz的頻率)切換，以向設計為使用MR技術接收無線功率的接收器發送功率。但是，這些頻率僅作為示例提供，因為根據任何合適的規範，無線功率可以各種合適的頻率傳輸。控制器5可以是類比電路或數位電路。控制器5可以是可程式設計的，並且可以命令訊號發生器9基於存儲的程式指令來以期望的傳輸頻率產生訊號，使得逆變器3以期望的傳輸頻率進行切換。

匹配網路6可以包括一個或複數個阻抗匹配網路，並且透過向逆變器3呈現適當的阻抗來促進無線功率傳輸。匹配網路可以具有一個或複數個電容性或電感性元件或電容性和電感性元件的任何適當組合。由於發送線圈10可以具有電感性阻抗，因此在一些實施例中，匹配網路6可以包括一個或複數個電容性元件，當與發送線圈10的阻抗結合時，該電容性元件向適合於驅動發送線圈10的逆變器3的輸出呈現阻抗。例如，匹配網路可將發送線圈10的輸入阻抗旋轉到近似於逆變器3的輸出阻抗，從而減少否則會從發送線圈10發生的功率反射。在一些實施例中，在無線功率傳輸期間，可以調節匹配網路6和發送線圈10的諧振頻率(例如，透過可變電容器和/或切入和切出電容器)，並且可以將其設置為等於或近似等於逆變器3的開關頻率。

發送線圈10和接收線圈12可以透過任何合適類型的導體來實現。導體可以是導線，包括實心、單芯(single-core)導線或裡茲(Litz)導線。在某些情況下，線圈可以由圖案化的導體形成，例如印刷電路板或積體電路的圖案化的導體。

根據安培定律(Ampere’s law)，在發送線圈10中驅動的交流(AC)電流會產生振盪磁場。根據法拉第定律(Faraday’s law)，振盪磁場可以在無線功率接收器11的附近接收線圈12中感應出交流電流，並在其兩端產生電壓。接收線圈12兩端感應的交流電壓透過匹配網路13提供給整流器14，該整流器產生未調節的直流電壓。整流器14可以是同步整流器，或者可以使用二極體和一個或複數個電容器來實現。可以使用DC/DC轉換器15來調節未調節的DC電壓，該DC/DC轉換器的輸出可以被濾波並且作為輸出電壓Vout提供給負載。在一些替代實施例中，DC/DC轉換器15可以由線性調節器或電池充電器代替，或者完全省去。

根據一些實施方式，無線功率接收器11可以包括記憶體17和控 制邏輯16。控制邏輯16可以包括專用電路(諸如由邏輯門(logic gate)和緩衝器以及其他電路組件形成的專用電路)、一個或更多的現場可程式設計閘陣列、微控制器、微處理器或它們的某種組合。記憶體可以包括揮發性和非揮發性類型的記憶體之一或二者。控制邏輯16可以與記憶體17通訊，並且可以進一步與整流器和DC/DC轉換器或線性調節器或電池充電器之一或兩者通訊。

在一些實施例中，無線功率發送器1可以具有用於與無線功率接收器11通訊的通訊電路(例如，在控制器5之內或連接到控制器5)。該通訊可以透過帶內(in-band)通訊或帶外(out-of-band)通訊。類似地，無線功率接收器11可以具有用於與無線功率發送器1進行通訊的通訊電路(例如，在控制邏輯16內或連接到控制邏輯16)。根據一些實施例，無線功率接收器11可以向無線功率發送器1發送資訊，指示在無線功率接收器11處需要的功率，或者請求改變由無線功率發送器1提供的功率位準(power level)。作為回應，無線功率發送器1可以相應地增加或減少其功率輸出。無線功率發送器1可以透過改變施加到發送線圈10的電壓驅動位準、施加到發送線圈10的振盪電壓的頻率或者兩者來控制發送的功率量。可以使用任何合適的功率控制技術。

如圖1所示，導電異物20可以進入無線功率傳輸區域，在該無線功率傳輸區域中存在由無線功率發送器1的發送線圈10產生的場。如果是這樣，則無線功率傳輸效率可能會降低，和/或功率可能會散失並流失在導電異物20中。導電異物20的示例包括但不限於硬幣、迴紋針、鑰匙、珠寶、筆、鉛筆、金屬化的醫藥或醫療物品、金屬個人護理產品等。

根據一些實施例，無線功率發送器1可以配置為在無線功率傳輸之前和/或期間自動或半自動地執行異物偵測。透過執行異物偵測和/或異物校準，無線功率發送器1可以確定是否執行向無線功率接收器11的無線功率發送。

在一些實施方式中，可以透過測量與發送線圈10相關聯的品質 因數Q來執行異物偵測。例如，無線功率發送器1可以激發發送線圈10中的共振，然後允許所存儲的能量衰減。觀察到的衰減率取決於發送線圈的Q和它所存在的電路的參數，並且還可能受到任何異物20的影響，這些異物會與發送線圈10產生的電磁場相互作用。在2018年4月19日提交的標題為“偵測無線功率傳輸系統中的異物”的美國專利申請No.15/957,704中進一步詳細描述了異物偵測方法的示例，該申請的全部內容透過引用合併於此。

根據一些實施例，可以替代地或附加地使用稱為“損耗平衡(loss balancing)”的方法來確定異物20對無線功率傳輸的影響。在損耗平衡中，與無線功率發送器1和無線功率接收器11相關聯的功率損耗是已知的或預定的(例如，在設備製造期間確定的)。在功率傳輸期間，可以將由無線功率接收器11接收的功率量傳輸到無線功率發送器。預期接收到的功率量(基於傳輸的功率，無線功率發送器損耗和無線功率接收器損耗)與實際接收到的功率之間的差異可以至少部分地歸因於與一個或複數個異物相關的功率損耗。

在一些實施方式中，如果在損耗平衡校準期間與(一個或複數個)異物相關聯的功率損耗超過閾值，則無線功率傳輸將中斷，從而可以去除異物20。某些標準(例如Qi標準)可能具有複數個閾值，具體取決於運行模式。例如，如果與異物相關的功率損耗在低功率運行模式下超過350毫瓦，而在高功率運行模式下超過750毫瓦，則無線功率傳輸可能會中斷。應當理解，在Qi標準或其他標準中可以使用其他閾值，並且本發明不僅限於這些示例值。

在圖2A，圖2B和圖3的流程圖中列出了與在不同的運行模式，認證和異物偵測中用於無線功率傳輸的方法相關聯的動作。圖2A和圖2B中描述的動作可以透過無線功率發送器執行。圖3中描述的動作可以由無線功率接收器執行。這些行為可以顯著減少冗長的身份驗證過程對過渡到無線功率傳輸的高功率模式的影響。

根據一些實施例，無線功率傳輸的方法200可以在無線功率發送器1打開後並且在無線功率傳輸區域中偵測(動作205)無線功率接收器(縮寫為PRX)之後開始。在某些情況下，可以透過無線功率發送器1發出可以引起來自無線功率接收器的響應的數位或類比回顯資訊(ping)來偵測無線功率接收器11。例如，無線功率接收器11可以返回識別資訊和/或對無線功率傳輸的請求。

然後，無線功率發送器1可以開始與無線功率接收器的無線功率傳輸會話，並且在無線地向無線功率接收器11發送功率之前執行(動作210)異物偵測過程。如上所述，FOD過程的示例可以包括發送線圈10的評估品質因數Q。無線功率發送器1和無線功率接收器11可以在第一運行模式下建立(動作215)功率轉移合同。在第一運行模式下的功率合同(power contract)可以包括用於在無線功率發送器和無線功率接收器之一或兩者上的振盪頻率和/或調製幅度(例如，峰間電壓(peak-to-peak voltage))的規範。在一些情況下，功率度量(power metric)可以包括在功率合同中，諸如在無線功率發送器和無線功率接收器之一或兩者處偵測到的平均功率。功率合同的條款可以用於建立以與第一運行模式相關聯的第一功率位準到無線功率接收器11的無線功率傳輸。

已經建立了功率合同，無線功率發送器1可以執行(動作220)用於無線功率傳輸的校準過程，為此，在無線功率傳輸區域中可以存在或可以不存在一個或複數個異物。校準過程可以確定與異物相關聯的功率傳輸損耗，並調整無線功率傳輸參數(例如，頻率和/或電壓位準)以減小這種損耗。根據一些實施方式，如上所述，可以透過損耗平衡過程來確定功率傳輸損耗。

在許多無線功率傳輸會話中，無線功率接收器11可以在第二運行模式下發出對無線功率傳輸的請求，該第二運行模式涉及比第一運行模式更高的功率位準。在某些情況下，該請求可以在無線功率發送器1執行(動作220) 校準過程之後立即出現。可以由無線功率發送器1接收該請求(動作225)。在一些無線功率傳輸協定或標準中，除非在無線功率發送器1和無線功率接收器11之間成功執行並完成了認證過程，否則可能不允許更高功率位準的無線功率轉移。認證過程表面上可以避免上述不希望的運行條件(例如，嘗試將高功率位準傳輸到未達到該功率位準或未經認證和註冊的設備處理更高的功率位準)。回應於在第二運行模式下對無線功率傳輸的請求，無線功率發送器1和無線功率接收器11可以執行(動作230)認證過程。在某些情況下，認證過程可能涉及透過兩個設備之間的帶內或帶外通訊進行長時間的資訊交換過程。在一些實施方式中，無線功率接收器11發起認證過程。在某些情況下，無線功率發送器1可以發起認證過程。

認證過程可以包括確定無線功率接收器11的身份和/或類型，以及確定無線功率接收器評定為高功率位準。在某些情況下，認證過程可以包括使無線功率發送器1的身份和/或類型對於無線功率接收器11是已知的，並且由無線功率接收器11確認無線功率發送器是根據可接受的工業規範和既定的品質控制過程來製造的(例如，符合行業標準)。根據一些實施例，認證過程可以包括由無線功率發送器1和無線功率接收器11之一或兩者檢索安全金鑰(secure key)或公共金鑰(public key)。

如上所述，與在開始以特定功率位準進行無線功率傳輸之前執行的其他無線功率傳輸過程相比，認證過程會花費大量時間。例如，對於根據Qi標準運行的無線功率接收器11和無線功率發送器1，與圖2A中的動作205至225相關聯的時間可能花費大約1.5秒。在某些情況下，執行身份驗證過程(步驟230)可能會花費大約20秒或更長時間。如上所述，發明人已經認識並意識到，這樣的時間間隔可以允許異物條件的改變並且可能導致不期望的運行條件。圖2B的動作可以大大減少這種不期望的運行條件出現的機會。

根據一些實施例並參考圖2B，在認證過程完成之後，無線功率傳輸的方法200可以繼續確定(動作235)是否允許第二運行模式下的運行。例如，如果認證過程無法成功完成(如果無線功率發送器1或無線功率接收器11分別不符合與無線功率接收器11或無線功率發送器1相同的無線功率傳輸標準，或者無法完成金鑰解密過程，則可能會發生此情況)，則無線功率接收器11和無線功率發送器1可以在無線功率傳輸會話的其餘時間以第一運行模式進行運行(動作240)。

另一方面，如果確定(動作235)允許第二運行模式下的運行(例如，認證成功完成)，則無線功率發送器1可以執行若干動作以準備在更高的功率位準下的功率傳輸。在一些實施方案中，無線功率發送器1可從無線功率接收器11接收(動作245)至少一些會話屬性(attribute)並存儲會話屬性。會話屬性可以包含與特定無線功率傳輸會話有關的資訊(例如，無線功率接收器11和/或無線功率發送器1的運行資訊)。在某些情況下，會話屬性可以包括來自成功完成的身份驗證過程的身份驗證資訊。認證資訊可以包括與接收者和/或發送者成功完成認證過程有關的資訊(例如，認證過程所需的資訊或來自認證過程的資訊)。在某些情況下，認證資訊可以包括來自接收者的、認證已經成功完成的確認資訊。附加地或可替代地，會話屬性可以包含對於當前會話唯一的其他資訊(例如，接收器標識、隨機生成的數字、加密金鑰、時間、日期、功率位準、振盪頻率等的任何一種或某種組合)。會話屬性可以發送到資料存儲位置(例如，作為無線功率發送器的控制器5的一部分和/或與之通訊的揮發性或非揮發性記憶體4)。以後，可以檢索至少一些會話屬性資訊，並將其用於更快地從第一運行模式過渡到第二運行模式。會話屬性還可以包括來自無線功率發送器1的認證資訊。在一些情況下，可以在稍後的時間將至少一些會話屬性資訊發送回無線功率接收器，使得無線功率接收器可以使用會話屬性資訊來 快速地進行第二功率位準的無線功率傳輸。會話屬性資訊可以由無線功率發送器1和無線功率接收器11之一或兩者產生。

根據一些實施例，方法200可以包括向無線功率接收器11發送(動作250)斷電(power-down)命令，該命令使無線功率接收器以第一功率位準臨時中斷來自其接收線圈12的功率傳輸。在某些情況下，無線功率接收器可能會完全地斷電。在其他情況下，無線功率接收器11可以禁用來自其接收線圈的功耗(power draw)，而仍繼續從諸如整流器14的大容量電容器之類的設備內功率記憶元件進行低功耗。存儲在大容量電容器中的電荷可以用於使整流器的偏置二極體反向，從而在短時間內基本上阻止從接收線圈12汲取的電流。這樣的短暫時間段可以允許無線功率發送器1在以第一運行模式開始無線功率傳輸之前再次執行(動作255)異物偵測(例如，評估Q因數)。

根據一些實施例，代替向無線功率接收器11發送(動作250)斷電命令，無線功率發送器可以臨時中斷以第一功率位準向無線功率接收器11的無線功率傳輸，使得在無線功率接收器11處的功率接收在第一個功率位準時暫時中斷。在暫時中斷期間，無線功率發送器1可以執行(動作255)異物偵測。因此，無線功率接收器11可以在第一功率位準上發起無線功率接收的中斷，或者無線功率發送器1可以在第一功率位準上發起從無線功率發送器1的無線功率發送的中斷和在無線功率接收器11處的無線電接收的中斷。

當執行(動作255)異物偵測時，無線功率發送器1可以減小到其發送線圈10的功率(與會話期間用於無線功率傳輸的先前位準相比)，從而在無線功率接收器處產生低位準的電壓和功率。減小發送線圈10的功率可以使無線功率接收器11更容易中斷來自其接收線圈12的接收功率。

在某些情況下，斷電命令可能不會發送到無線功率接收器11。相反，無線功率接收器可能會在身份驗證過程後自動斷電，並在無線功率發送 器1斷電和/或禁用其接收線圈12時向無線功率發送器1發出訊號。因此，發送斷電命令(動作250)的動作可能不由無線功率發送器1執行，並且不包括在方法200中(如虛線所示)。在一些情況下，無線功率發送器1可以從無線功率接收器11接收訊號，表明它正在斷電和/或禁用其接收線圈12。

由無線功率發送器執行無線功率傳輸的方法200可以包括在第一運行模式下執行(動作255)異物偵測和建立(動作260)用於無線功率傳輸的功率合同。這兩個動作可以與上述動作210和215基本相同。在執行異物偵測(動作255)之後，無線功率接收器11可以加電和/或用訊號通知其已經加電(power up)或準備進行無線功率傳輸。如果無線功率發送器1已經從無線功率接收器11接收(動作245)會話屬性，則無線功率發送器1可以將已經從其功率傳輸中斷中喚醒的會話屬性資訊發送(動作265)回無線功率接收器11。如果未從接收器接收到會話屬性，則如虛線輪廓所示，可以從方法200中省略該步驟。從無線功率發送器1發送到無線功率接收器11或由無線功率接收器11從其記憶體17接收的會話屬性資訊可以包括允許在第二運行模式下進行無線功率傳輸的以下兩個動作的資訊。

然後，無線功率發送器1可以繼續在第二運行模式下與無線功率接收器11建立(動作270)功率合同，該第二運行模式可以是高功率模式。在建立功率合同之後，無線功率發送器1可以在第二運行模式下在無線功率傳輸期間執行校準過程(動作275)，其中在無線功率傳輸區域中可能存在一個或複數個異物20。校準過程可以包括損耗平衡的動作。當無線功率發送器1在第二運行模式下運行時(動作280)，校準過程可以發生一次或多次。

在一些實施例中，可以將會話屬性視為成功完成身份驗證過程而創建的會話金鑰(動作230)。透過交換會話屬性，無線功率發送器1和無線功率接收器11可以從建立用於第一運行模式的功率合同的第二動作(動作260) 迅速地進行到在無線功率傳輸的第二運行模式中的運行(動作280)。例如，對於根據Qi標準進行運行的無線功率發送器和無線功率接收器，在建立(動作260)用於第一運行模式到在第二運行模式中進行運行(動作280)的功率合同之後的時間量可以為大約2.5秒。這可以比在第一運行模式下建立(動作260)功率合同和在第二、更高功率模式下運行的(動作280)兩個動作之間發生的認證過程相關的延遲短得多，並且可以避免與認證過程相關聯的更長的延遲(例如，多達20秒或更長時間)。由於時間的顯著減少，例如，在為運行的第一和第二運行模式建立功率合同之間，與一個或複數個異物20相關的條件發生變化的可能性要小得多。在認證沒有成功完成的情況下(例如，認證資訊沒有被無線功率接收器11或無線功率發送器1驗證)，則可以在第一運行模式下建立(260、360)功率合同的後續動作之後，重複進行校準(220、320)的動作。

如圖3所示，在執行無線功率傳輸的方法300期間，無線功率接收器11可以執行相應的動作。根據一些實施例，當無線功率接收器11放置在無線功率發送器1的無線功率傳輸區域中時，無線功率接收器11可以啟動(動作305)充電模式。在一些情況下，可以回應於來自無線功率發送器的回顯信息(ping)來啟動充電模式。在一些實施方式中，無線功率接收器11可以以回顯信息(ping)給無線功率發送器1以指示其存在和/或準備用於無線接收功率。無線功率接收器11可以以無線功率發送器1參與的第一運行模式參與建立(動作315)功率合同。如上所述，建立功率合同可以與無線功率無線功率發送器1交換資訊，並在無線功率接收器處建立無線功率接收。無線功率接收器11可以進一步參與在第一運行模式期間執行功率傳輸的校準(動作320)，對於該第一運行模式可能存在一個或複數個異物。

在完成校準過程之後，無線功率接收器11可以在第二運行模式下發出(動作325)對無線功率傳輸的請求，然後參與與無線功率發送器1一起 執行(動作330)認證過程。方法300可以包括或可以不包括基於執行(動作330)認證過程的結果來確定(動作335)是否允許第二運行模式下的運行。例如，確定的一個或複數個動作335可以完全由無線功率發送器1執行。如果不允許第二運行模式(例如，認證過程未成功完成)，則無線功率接收器11可以限於在無線功率傳輸會話的其餘時間以第一運行模式運行(動作340)。

如果認證過程成功完成，則無線功率接收器11可以存儲(動作345)會話屬性。會話屬性可以是以上結合動作245描述的那些。根據一些實施例，無線功率接收器11可以將會話屬性本地存儲(例如，在非揮發性記憶體中)，和/或將它們發送到無線功率無線功率發送器1由無線功率發送器存儲。根據一些實施例，將會話屬性發送到無線功率發送器可以自動授予發送器許可，以便以更高的功率位準繼續進行異物偵測和功率傳輸。

無線功率接收器11可以進一步中斷(動作350)來自接收線圈12的無線功率接收。在一些情況下，無線功率傳輸的中斷可以回應於由無線功率發送器1發出的命令。為了中斷無線功率接收，如上所述，無線功率接收器可以禁止來自接收線圈12的功率流(power flow)。無線功率接收的中斷可以允許無線功率發送器1執行(動作255)異物偵測(例如，透過評估Q因數)。

根據一些實施例，無線功率接收器11可以進一步參與與無線功率發送器1建立(動作360)用於第一運行模式的功率合同，然後接收(動作365)會話屬性資訊。如果在無線功率接收的中斷期間將其存儲在會話屬性資訊中(動作350)，則在某些情況下可以從無線功率發送器1接收會話屬性資訊。在一些實現中，可以從與無線功率接收器11或其控制邏輯16通訊的本地存儲(例如，非揮發性或揮發性記憶體)中檢索會話屬性資訊。在某些情況下，接收(動作365)會話屬性資訊可以包括由無線功率接收器11驗證會話屬性資訊。例如，在準備好會話屬性資訊並將其發送給無線功率發送器時，無線功率接收 器可以將接收到的會話屬性資訊與其存儲在其記憶體17中的會話屬性資訊進行比較，以驗證至少某些資訊匹配。

在一些實施例中，會話屬性資訊的接收(動作365)可以在無線功率接收器11處有效地恢復認證狀態，而無需使無線功率發送器和無線功率接收器再次經歷認證過程。這可以允許無線功率接收器11和無線功率發送器1迅速進行到在第二運行模式下建立(動作370、270)功率合同、執行校準(動作375、275)以及在第二運行模式下進行運行(動作380、280)的動作。當在第二運行模式下建立(動作370)功率合同時，無線功率接收器11可以將與會話屬性一起存儲的至少一些會話屬性資訊發送到無線功率發送器1。

在無線功率傳輸方法200、300的實施例中，與會話屬性的檢索和使用相關聯的動作可以認為是在無線功率接收器11中斷無線功率接收(動作350)之後執行的簡短的(abbreviated)認證過程或重新認證過程。在某些情況下，只能透過一台設備檢查重新認證。例如，當過渡到第二運行模式時(例如，當在第二運行模式下建立(動作370)功率合同時)，僅無線功率發送器1可以檢查由無線功率接收器11提供的有效會話屬性資訊。在其他實施例中，當過渡到第二運行模式時，無線功率接收器11和無線功率發送器1都可以檢查會話屬性資訊。例如，無線功率接收器11可以檢查檢索到的會話屬性資訊(來自動作365)，以確定正在與同一無線功率發送器1保持會話。

上面描述的方法200、300涉及兩種運行模式，即低功率模式(例如，基本性能模式)和高功率模式(例如，擴展性能模式)。該方法可以應用於更多的運行模式(例如，附加的高功率運行模式)。在某些情況下，這兩種運行模式可能與功率位準的上升或下降有關。例如，每當無線功率接收器11請求功率位準的增加或降低時，可能發生會話屬性的存儲和/或交換、無線功率傳輸的中斷、異物偵測以及無線功率傳輸的重新建立。這樣，所示方法200、300 中的第一運行模式和第二運行模式可以分別屬於高功率和低功率模式。

可以進一步理解，方法200、300可以涉及從非特權運行模式(類似於低功率模式)到特權運行模式(類似于高功率模式)的轉變。非特權模式可以是廣泛用於無線功率接收器和無線功率發送器的基本功率傳輸模式。例如，無線功率接收器和無線功率發送器都不需要認證或授權來訪問非特權運行模式。特權運行模式可以是包含更高性能功能(例如，節能功能、更高功率傳輸、設備診斷功能等)的模式。特權模式不需要以比非特權模式更高的功率位準進行功率傳輸。這樣，所示出的方法200、300中的第一運行模式和第二運行模式可以分別屬於非特權模式和特權模式。

作為示例，一種在無線功率傳輸會話期間由無線功率接收器以無線方式接收功率的方法可以包括以下動作：以非特權運行模式從無線功率發送器建立無線功率接收；與無線功率發送器執行認證過程；向記憶體發送會話屬性資訊，其中，會話屬性資訊至少包括與認證過程有關的資訊；在無線功率接收器處以非特權運行模式在無線功率接收中斷之後接收會話屬性資訊；在接收到會話屬性資訊之後，以特權運行模式從無線功率發送器建立無線功率接收。電路控制邏輯可以配置為以這種方式運行。

作為另一示例，一種由無線功率發送器無線地發送功率的方法可以包括以下動作：以非特權運行模式建立到無線功率接收器的無線功率發送；與無線功率接收器執行認證過程；在執行認證過程之後，在以第一功率位準的無線功率接收器處的無線功率接收被中斷的時間內，執行異物偵測過程；在非特權運行模式下重新建立到無線功率接收器的無線功率傳輸；在執行異物偵測過程之後，以特權運行模式建立到無線功率接收器的無線功率傳輸。電路控制邏輯可以被配置為以這種方式運行。

上面結合圖2A至圖3描述的無線功率傳輸的方法200、300包 括可以用邏輯電路或處理器和代碼來實現的各種功能。編寫為執行此類功能的代碼可以存儲在非暫時性電腦可讀介質上，以便可以將其載入到一個或複數個處理器(或用於配置為邏輯電路)以適應一個或複數個處理器(或邏輯電路)以及執行功能的相關電路。

因此，可以使用控制器5來控制無線功率發送器1，並且可以使用控制邏輯16來控制無線功率接收器11，控制邏輯16可以由適當的邏輯電路來實現。例如，控制器5或控制邏輯16可以使用硬體或硬體、固件和代碼(軟體)的某種組合來實現。當使用代碼實現時，可以在合適的處理器(例如，微處理器)或處理器集合上執行合適的代碼。可以以多種方式來實現一個或複數個處理器，例如利用專用硬體，或者利用使用代碼進行程式設計以執行上述功能的通用硬體(例如，一個或複數個處理器)來實現。

在這方面，應瞭解，本文所述實施例的至少一部分的一種實現方式包括至少一種電腦可讀存儲介質(例如，RAM、ROM、EEPROM、快閃記憶體或其他存儲技術、或其他有形的、用電腦代碼(即，複數個可執行指令)編碼的非臨時性電腦可讀存儲介質，當在一個或複數個處理器上執行時，該非暫時性電腦可讀存儲介質執行上述一個或複數個實施例中的至少一些功能。另外，應當理解，對在執行時執行以上討論的功能中的任何功能的代碼的引用不限於在主機電腦上運行的應用程式。而是，術語“代碼”和“軟體”在本文中以一般意義使用，以指代可以用來對一個或複數個處理器/或邏輯電路進行程式設計以實現本文描述的功能的任何類型的電腦代碼(例如，應用軟體、固件、微代碼或任何其他形式的電腦指令)。

本文描述的裝置和技術的各個方面可以單獨使用，組合使用或以在先前描述中描述的實施例中未具體討論的各種佈置使用，因此，其應用不限於組件集的細節和佈置。在前面的描述中或在附圖中示出。例如，一個實施例 中描述的方面可以與其他實施例中描述的方面結合。

在申請專利範圍中使用諸如“第一”，“第二”，“第三”之類的序數術語來修改申請專利範圍元素本身並不表示一個申請專利範圍元素相對於另一個或時間上的任何優先權，優先權或順序。方法的執行順序，但僅用作區分具有相同名稱的一個申請專利範圍元素與具有相同名稱的另一個元素(但用於序數詞)以區分申請專利範圍元素的標籤。

同樣，本文所使用的措詞和術語是出於描述的目的，並且不應被視為限制。“包括”，“包含”，“具有”，“含有”，“涉及”及其變體的使用意在涵蓋其後列出的項目及其等同物以及其他項目。

100:無線功率系統

1:無線功率發送器

2:調節電壓源

3:逆變器

4:記憶體

5:控制器

6,13:匹配網路

7:驅動電路

9:訊號發生器

10:發送線圈

11:無線功率接收器

12:接收線圈

14:整流器

15:DC/DC轉換器

16:控制邏輯

17:記憶體

20:異物

Claims (17)

1. 一種無線功率接收器，該無線功率接收器適用於：在無線功率傳輸會話期間以第一功率位準從無線功率發送器建立無線功率接收；與該無線功率發送器執行認證過程；如果該認證過程成功完成，則將會話屬性資訊發送至記憶體，其中該記憶體位於該無線功率發送器中；在該無線功率接收器以該第一功率位準中斷該無線功率接收之後，從該記憶體接收會話屬性資訊；以及以高於該第一功率位準的第二功率位準從該無線功率發送器建立無線功率接收。
2. 如請求項1之無線功率接收器，該無線功率接收器進一步適於：生成該會話屬性資訊；驗證接收到的該會話屬性資訊；以及在以該第二功率位準建立該無線功率接收之前，從該第一功率位準重新建立從該無線功率發送器的無線功率接收。
3. 如請求項1之無線功率接收器，其中，該會話屬性資訊包括特定於該無線功率傳輸會話的資訊的至少一個組成部分。
4. 如請求項1之無線功率接收器，其中，該會話屬性資訊包括認證資訊。
5. 如請求項1之無線功率接收器，其中，該無線功率接收器適於在接收該會話屬性資訊的動作之前，以該第一功率位準從該無線功率發送器 第二次建立無線功率接收。
6. 一種無線功率接收器接收功率的方法，該方法包括：在第一運行模式下從無線功率發送器建立無線功率接收；與該無線功率發送器執行認證過程；如果該認證過程成功完成，則向記憶體發送會話屬性資訊，其中，該會話屬性資訊至少包括與該認證過程有關的資訊；其中該記憶體位於該無線功率發送器中；在該無線功率接收器處以該第一運行模式在無線功率接收中斷之後接收該會話屬性資訊；以及在接收到該會話屬性資訊之後，以第二運行模式從該無線功率發送器建立無線功率接收；該第二運行模式包括以比該第一運行模式更高的功率位準的無線功率傳輸。
7. 一種無線功率發送器，該無線功率發送器適用於：以第一功率位準建立到無線功率接收器的無線功率傳輸；與該無線功率接收器執行認證過程；如果該認證過程成功完成，則發送與認證過程有關的會話屬性資訊到記憶體，其中該記憶體位於該無線功率發送器中；在該無線功率接收器以第一功率位準的無線功率接收中斷的時間內執行異物偵測過程；以及在以高於該第一功率位準的第二功率位準無線傳輸功率之前，將從該記憶體中檢索到的該會話屬性資訊中的至少一部分傳輸到該無線功率接收器。
8. 如請求項7之無線功率發送器，其中，該無線功率發送器還適用於：在執行該認證過程之後，以第一功率位準第二次建立到該無線功率接收器 的無線功率傳輸；以及在第二次建立到該第一功率位準的該無線功率接收器的無線功率傳輸之後，建立到該第二功率位準的該無線功率接收器的無線功率傳輸。
9. 如請求項8之無線功率發送器，其中，該無線功率發送器還適用於，隨後在以該第二功率位準進行的無線功率傳輸期間與存在於無線功率傳輸區域中的異物執行無線功率傳輸的校準過程。
10. 如請求項7之無線功率發送器，其中，該無線功率發送器還適用於，從該無線功率接收器接收該會話屬性資訊的至少一部分。
11. 如請求項7之無線功率發送器，還包括：向該無線功率接收器發送命令，該命令使該無線功率接收器在執行該認證過程之後中斷無線功率接收。
12. 如請求項7之無線功率發送器，其中，該無線功率發送器還適用於，評估該無線功率發送器的發送線圈的Q因數。
13. 一種無線功率發送器發送功率的方法，該方法包括：在第一運行模式下建立到無線功率接收器的無線功率傳輸；與該無線功率接收器執行認證過程；如果該認證過程成功完成，則在執行該認證過程之後，在該第一運行模式下的該無線功率接收器的無線功率接收中斷的時間內，執行異物偵測過程；在該第一運行模式中重新建立到該無線功率接收器的無線功率傳輸；以及在執行該異物偵測過程之後，以高於該第一運行模式的第二運行模式建立到該無線功率接收器的無線功率傳輸。
14. 如請求項13之方法，還包括：在執行該異物偵測過程之前，將與該認證過程有關的會話屬性資訊發送到記憶體，其中該記憶體位於該無線功率發送器中；以及 在該第二運行模式下，在執行該異物偵測過程之後並且在建立到該無線功率接收器的無線功率傳輸之前，將從該記憶體中檢索到的該會話屬性資訊發送到該無線功率接收器。
15. 如請求項13之方法，還包括：在執行該認證過程之後，以該第一運行模式第二次建立到該無線功率接收器的無線功率傳輸。
16. 如請求項15之方法，還包括：在第二次以該第一運行模式建立到該無線功率接收器的無線電功率傳輸之後，在以該第二運行模式建立到該無線功率接收器的無線電功率傳輸，其中，傳輸到該無線功率接收器的與該認證過程有關的會話屬性資訊允許在該第二運行模式下建立到無線功率接收器的無線功率傳輸。
17. 如請求項15之方法，其中，還包括隨後在該第二運行模式下的無線功率傳輸期間，執行針對存在於無線功率傳輸區域中的異物的無線功率傳輸的校準過程。

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