TWI812700B - 無線電力傳送系統之接收器單元、方法及整合式電子組件 - Google Patents

無線電力傳送系統之接收器單元、方法及整合式電子組件 Download PDF

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TWI812700B
TWI812700B TW108113031A TW108113031A TWI812700B TW I812700 B TWI812700 B TW I812700B TW 108113031 A TW108113031 A TW 108113031A TW 108113031 A TW108113031 A TW 108113031A TW I812700 B TWI812700 B TW I812700B
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維斯瓦納桑 卡納卡薩拜
迪派克 阿拉文德
蘇瑪 麥瑪納 那拉亞納 巴特
艾德南 庫圖布丁 博霍里
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美商奇異電器公司
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Abstract

呈現一種一無線電力傳送系統之接收器單元。該接收器單元包括一主接收器線圈、繞該主接收器線圈之一中心軸線安置的複數個輔助接收器線圈及一接收器驅動子單元。該接收器驅動子單元包括以可操作方式耦合至該主接收器線圈且具有一主輸出端子之一主轉換器。該接收器驅動子單元可包括以可操作方式耦合至該複數個輔助接收器線圈之複數個輔助轉換器。該複數個輔助轉換器可以可操作方式彼此耦合以形成一輔助輸出端子，該輔助輸出端子串聯耦合至該主輸出端子以形成一共同輸出端子。在一些實施中，該接收器驅動單元可形成於一整合式電子組件之一基板上。該整合式電子組件可進一步包括經安置的一通信子單元及一控制器。

Description

無線電力傳送系統之接收器單元、方法及整合式電子組件
本發明之某些態樣大體上係關於電力傳送系統，且更特定言之，係關於無線電力傳送系統。在一個態樣中，本發明係關於無線電力傳送系統之接收器單元。
無線電力傳送系統包括傳輸器線圈、接收器線圈及對應電子電路系統。通常，傳輸器線圈與接收器線圈之間的電力傳送效率歸因於傳輸器線圈與接收器線圈之間的未對準而受損。
已提出用於克服歸因於傳輸器線圈與接收器線圈之間的未對準之電力傳送缺點的不同技術。此等技術中之一些使用可控開關、自適應性控制器、位置感測器及光學相機，此會帶來複雜之電力傳送系統以及相關聯功率損耗。此外，對電子電路系統之封裝仍具挑戰性。
因此，需要無線電力傳送系統之增強型接收器單元及相關聯方法。
附加申請專利範圍之範疇內之系統、方法及裝置之各種實施各自具有若干態樣，該等態樣中單一者可不僅僅負責本文所描述之理想屬性。在不限制附加申請專利範圍之範疇的情況下，本文可描述一些突出 特徵。
根據本說明書之一個態樣，呈現一種一無線電力傳送系統之接收器單元。該接收器單元包括一主接收器線圈、繞該主接收器線圈之一中心軸線安置的複數個輔助接收器線圈及一接收器驅動子單元。該接收器驅動子單元包括以可操作方式耦合至該主接收器線圈之一主轉換器，其中該主轉換器包括一主輸出端子。此外，該接收器驅動子單元包括以可操作方式耦合至該複數個輔助接收器線圈之複數個輔助轉換器，其中該複數個輔助轉換器以可操作方式彼此耦合以形成一輔助輸出端子，且其中該輔助輸出端子串聯耦合至該主輸出端子。
根據本說明書之另一態樣，呈現一種無線電力傳送系統。該無線電力傳送系統包括一傳輸器單元，及以可操作方式耦合至該傳輸器單元之一接收器單元。該接收器單元包括一主接收器線圈、繞該主接收器線圈之一中心軸線安置的複數個輔助接收器線圈及一接收器驅動子單元。該接收器驅動子單元包括以可操作方式耦合至該主接收器線圈之主轉換器，其中該主轉換器包括一主輸出端子；及以可操作方式耦合至該複數個輔助接收器線圈之複數個輔助轉換器，其中該複數個輔助轉換器以可操作方式彼此耦合以形成一輔助輸出端子，且其中該輔助輸出端子串聯耦合至該主輸出端子。
根據本說明書之另一態樣，一種操作一無線電力傳送系統之一接收器單元的方法。該方法包括基於一主接收器線圈及複數個輔助接收器線圈與一傳輸器線圈之一對準，在該主接收器線圈及該複數個輔助接收器線圈中之至少一者處誘發一第一電壓。此外，該方法包括基於該第一電壓，在一主轉換器之一主輸出端子處產生一第二電壓且在複數個輔助轉 換器之一輔助輸出端子處產生一第三電壓。此外，該方法包括將該第二電壓與該第三電壓之一組合傳輸至一負載。
根據本說明書之另一態樣，呈現一種一無線電力傳送系統之接收器單元。該接收器單元包括一主接收器線圈、繞該主接收器線圈之一中心軸線安置的複數個輔助接收器線圈及一整合式電子組件。該整合式電子組件包括一基板、形成於該基板上之一接收器驅動子單元，其中該接收器驅動子單元包括以可操作方式耦合至該主接收器線圈之一主轉換器，其中該主轉換器包括一主輸出端子；及以可操作方式耦合至該複數個輔助接收器線圈之複數個輔助轉換器，其中該複數個輔助轉換器以可操作方式彼此耦合以形成一輔助輸出端子，該輔助輸出端子串聯耦合至該主輸出端子以形成一共同輸出端子。此外，該整合式電子組件包括形成於該基板上且以可操作方式耦合至該接收器驅動子單元之一通信子單元，及安置於該基板上且以可操作方式耦合至該共同輸出端子、該主轉換器之一交流電端子、該複數個輔助轉換器之交流電端子及該通信子單元中之至少一者的一控制器，其中該控制器經組態以：判定對應於該共同輸出端子、該主轉換器之該交流電端子及該複數個輔助轉換器之該等交流電端子中之至少一者的一或多個電路參數，及基於該一或多個電路參數來至少控制該通信子單元。
根據本說明書之另一態樣，呈現一種無線電力傳送系統。該無線電力傳送系統包括一傳輸器單元、以可操作方式耦合至該傳輸器單元之一接收器單元，其中該接收器單元包括一主接收器線圈、繞該主接收器線圈之一中心軸線安置的複數個輔助接收器線圈及一整合式電子組件。該整合式電子組件包括一基板及形成於該基板上之一接收器驅動子單元。 該接收器驅動子單元包括以可操作方式耦合至該主接收器線圈之一主轉換器，其中該主轉換器包括一主輸出端子；及以可操作方式耦合至該複數個輔助接收器線圈之複數個輔助轉換器，其中該複數個輔助轉換器以可操作方式彼此耦合以形成一輔助輸出端子，該輔助輸出端子串聯耦合至該主輸出端子以形成一共同輸出端子。該整合式電子組件進一步包括安置於該基板上且以可操作方式耦合至該接收器驅動子單元之一通信子單元，及安置於該基板上且以可操作方式耦合至該共同輸出端子、該主轉換器之一交流電端子、該複數個輔助轉換器之交流電端子及該通信子單元中之至少一者的一控制器，其中該控制器經組態以：判定對應於該共同輸出端子、該主轉換器之該交流電端子及該複數個輔助轉換器之該等交流電端子中之至少一者的一或多個電路參數，及基於該一或多個電路參數來至少控制該通信子單元。
根據本說明書之另一態樣，呈現一種操作一無線電力傳送系統之方法。該方法包括由一控制器判定對應於一共同輸出端子、一主轉換器之一交流電端子及複數個輔助轉換器之交流電端子中之至少一者的一或多個電路參數，其中該共同輸出端子藉由將一輔助輸出端子串聯連接至該主轉換器之一主輸出端子而形成，其中該輔助輸出端子藉由將一接收器驅動子單元之該複數個輔助轉換器以可操作方式彼此耦合而形成。此外，該方法包括基於該一或多個電路參數來控制一通信子單元之操作，其中該通信子單元以可操作方式耦合至該接收器驅動子單元。此外，該方法包括基於一主接收器線圈及複數個輔助接收器線圈與一傳輸器線圈之一對準，由一傳輸器單元之該傳輸器線圈在該主接收器線圈及該複數個輔助接收器線圈中之至少一者處誘發一第一電壓，其中該複數個輔助轉換器以可操作 方式耦合至該複數個輔助接收器線圈且該主轉換器以可操作方式耦合至該主接收器線圈。另外，該方法包括在該共同輸出端子處產生一第二電壓。
根據本說明書之另一態樣，呈現一種用於一無線電力傳送系統之一接收器單元的整合式電子組件。該整合式電子組件包括一基板、形成於該基板上之一接收器驅動子單元，其中該接收器驅動子單元包括經組態以可操作方式耦合至一主接收器線圈之一主轉換器，其中該主轉換器包括一主輸出端子；及經組態以可操作方式耦合至複數個輔助接收器線圈之複數個輔助轉換器，其中該複數個輔助轉換器以可操作方式彼此耦合以形成一輔助輸出端子，該輔助輸出端子串聯耦合至該主輸出端子以形成一共同輸出端子。此外，該整合式電子組件包括形成於該基板上且以可操作方式耦合至該接收器驅動子單元之一通信子單元。此外，該整合式電子組件包括安置於該基板上且以可操作方式耦合至該接收器驅動子單元及該通信子單元中之至少一者的一控制器，其中該控制器經組態以判定對應於該接收器驅動子單元之一或多個電路參數，並基於該一或多個電路參數來至少控制該通信子單元。
100:無線電力傳送系統
102:無線電力傳送單元
104:電源
106:傳輸器單元
108:接收器單元
110:場聚焦線圈
112:傳輸器(Tx)驅動子單元
114:傳輸器(Tx)線圈
116:接收器(Rx)線圈
117:整合式電子組件
118:接收器(Rx)驅動子單元
120:主接收器線圈
122:輔助接收器線圈
122a:輔助接收器線圈
122b:輔助接收器線圈
122c:輔助接收器線圈
122d:輔助接收器線圈
124:主轉換器
126:輔助轉換器
126a:輔助轉換器
126b:輔助轉換器
128:控制器
130:通信子單元
132:基板
134:封裝單元
136:解調變器
200:示意性表示
202:負載
204:替代開關
206:第一開關
208:第一開關
210:主輸出端子
212:輔助輸出端子
214:共同輸出端子
216:交流電端子
216a:分支
216b:分支
218:交流電端子
218a:分支
218b:分支
220:交流電端子
220a:分支
220b:分支
222:第二開關
224:電流感測器
226:電壓感測器
228:輸出啟用開關
230:阻抗組件
300:實施例
302:二極體
400:實施例
402:阻抗組件
404:開關
406:反邏輯閘
408:開關
410:第一開關
412:第一開關
500:無線電力傳送系統
502:輔助轉換器
504:主輸出端子
506:輔助輸出端子
508:負載
600:無線電力傳送系統
602:輔助轉換器
604:印刷電路板
700:無線電力傳送系統
702:輔助轉換器
704:中心抽頭端子
706:中心抽頭端子
800:無線電力傳送單元
802:行動電話
808:中心軸線
900A:橫截面表示
900B:橫截面表示
902:鐵氧體層
904:中心軸線
906:介面層
908:附圖標記
910:鐵氧體層
1002:第一表面
1004:第二表面
1005:內邊緣
1006:周邊側
1007:外邊緣
A1:輔助接收器線圈
A2:輔助接收器線圈
A3:輔助接收器線圈
A4:輔助接收器線圈
C1:電容器
Ca1:電容器
Ca2:電容器
Cdc:電容器
Crx1:電容器
HR1:輔助轉換器
HR2:輔助轉換器
HR3:輔助轉換器
HR4:輔助轉換器
R1:輔助轉換器
R2:輔助轉換器
R3:輔助轉換器
R4:輔助轉換器
S1:第二開關
S2:第二開關
S3:第二開關
S4:第二開關
S5:第二開關
S6:第二開關
V1:第一電壓
V2:第一電壓
V3:第一電壓
V4:第一電壓
Va:第二電壓
Vb:第三電壓
Vrx:第一電壓
Vx:經整流電壓
Vy:經整流電壓
X1:位置
X2:位置
X3:位置
X4:位置
X5:位置
X6:位置
X7:位置
X8:位置
X9:位置
X10:位置
X11:位置
Z1:阻抗組件
Z2:阻抗組件
Z3:阻抗組件
Z4:阻抗組件
Z5:阻抗組件
Z6:阻抗組件
當參考附圖閱讀以下詳細描述時，本發明之此等及其他特徵、態樣及優勢將變得更好理解，其中遍及圖式相似的附圖標記及名稱表示相似的元件。其他特徵、態樣及優勢將自該描述、圖式及申請專利範圍變得顯而易見。應注意，以下圖式之相對尺寸可能未按比例繪製。
圖1A為實例無線電力傳送系統之方塊圖。
圖1B為另一實例無線電力傳送系統之方塊圖。
圖2為實例接收器單元之示意性表示。
圖3為另一實例接收器單元之示意性表示。
圖4為另一實例接收器單元之示意性表示。
圖5為實例無線電力傳送系統之詳細電路表示。
圖6為另一實例無線電力傳送系統之詳細電路表示。
圖7為另一實例無線電力傳送系統之詳細電路表示。
圖8為用於無線電力傳送系統之實例無線電力傳送單元的示意性表示。
圖9A及圖9B為實例無線電力傳送單元之一部分的橫截面表示。
圖10A為實例無線電力傳送系統之接收器線圈的示意性表示。
圖10B為示出實例接收器線圈之另一示意性表示。
相關申請案之交叉參考
本專利申請案主張2018年4月19日申請的標題為「A RECEIVER UNIT OF A WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM AND AN ASSOCIATED METHOD THEREOF」的印度專利申請案第201841014948號，及2018年9月7日申請的標題為「INTEGRATED ELECTRONIC COMPONENT OF A RECEIVER UNIT OF A WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM」的印度專利申請案第201843033690號之優先權，該等申請案之內容在此以引用之方式併入。
出於描述本發明之創新態樣的目的，以下描述係關於某些實施。然而，一般熟習此項技術者將容易地認識到，本文中之教示可以許多不同方式來應用。所描述實施可實施於能夠傳輸及接收無線電力之任何 裝置、系統或網路中。
如下文中將詳細描述，揭示無線電力傳送(WPT)系統之各種實施例。特定言之，系統及方法揭示採用具有繞主接收器線圈之中心軸線安置的複數個輔助接收器線圈之接收器單元。此外，各種實施例揭示輔助接收器線圈相對於主接收器線圈之不同配置。此外，實施例揭示輔助接收器線圈相對於相關聯輔助轉換器之配置。接收器單元可用於無線充電系統中，諸如(但不限於)行動電話、膝上型電腦、電動車輛、消費型電子產品等。在一些實施中，系統及方法揭示接收器線圈相對於相關聯轉換器之配置。另外，揭示接收器單元之所整合電子組件的不同實施例。
可實施本發明中所描述之標的物的特定實施以實現以下潛在優勢中之一或多者。在一些實施中，主接收器線圈及複數個輔助接收器線圈之配置可有助於增強與傳輸器線圈之通信，且甚至在主接收器線圈與傳輸器線圈未對準的情況下仍允許傳輸器線圈與接收器線圈之間的高效電力傳送。在一些實施中，輔助轉換器之配置可有助於在無需使用控制器之情況下啟動及撤銷啟動輔助轉換器之二極體。此外，無線電力傳送系統可在無需採用感測器或諸如相機之任何其他偵測技術的情況下調整傳輸器單元與接收器單元之間的未對準。在一些實施中，接收器單元之主轉換器、輔助轉換器及其他相關電子件可形成在基板上以形成整合式電子組件。因此，可大大減少接收器單元之對應電子件的佔用面積。
圖1A為實例無線電力傳送系統100之方塊圖。無線電力傳送系統100包括無線電力傳送單元102及電源104。在所說明之實施例中，無線電力傳送單元102包括傳輸器單元106、接收器單元108及場聚焦線圈110。傳輸器單元106經由場聚焦線圈110磁耦合至接收器單元108。場聚 焦線圈110用於將來自傳輸器單元106之磁場聚焦至接收器單元108。在另一實施例中，場聚焦線圈110可能並不存在於無線電力傳送單元102中。
傳輸器單元106包括耦合至傳輸器(Tx)線圈114之傳輸器(Tx)驅動子單元112。在一個實施例中，傳輸器驅動子單元112可為轉換器。傳輸器驅動子單元112包括半導體開關，諸如絕緣閘極雙極電晶體、金屬氧化物半導體場效電晶體、場效電晶體、噴射增強型閘極電晶體、整合閘極換向閘流體、基於氮化鎵之開關、基於碳化矽之開關、基於砷化鎵之開關、二極體等。在一個實施例中，傳輸器線圈114可為捲繞銅線。
接收器單元108包括接收器(Rx)線圈116及接收器(Rx)驅動子單元118。根據本說明書之態樣，接收器線圈116包括主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122。複數個輔助接收器線圈122繞主接收器線圈120之中心軸線安置。複數個輔助接收器線圈122亦可在本文中可互換地稱作輔助接收器線圈陣列。在一些實施中，主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122中之每一者可包括捲繞銅線。
在一些實施中，實例接收器單元108可形成兩線圈無線電力傳送系統、三線圈無線電力傳送系統及四線圈無線電力傳送系統之部分。如將瞭解，兩線圈無線電力傳送系統包括接收器單元及傳輸器單元。此外，除了接收器單元及傳輸器單元之外，三線圈電力傳送系統包括場聚焦線圈。除了接收器單元、場聚焦線圈及傳輸器單元之外，四線圈電力傳送系統包括相位補償線圈。
在一個實施例中，主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122為諧振線圈。特定言之，主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122中之每一者可耦合至對應電容器(未示出)。在一些實施中，主接 收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122與定義於100kHz至200kHz之頻率範圍的Wireless Power ConsortiumTM(WPC)標準(QiTM)兼容。
此外，接收器驅動子單元118包括主轉換器124及複數個輔助轉換器126。主接收器線圈120耦合至主轉換器124。主轉換器124包括主輸出端子，且經組態以在操作期間整流主接收器線圈120處誘發之電壓。主轉換器124及複數個輔助轉換器126中之每一者包括複數個第一開關(未示出)。複數個第一開關包括半導體開關，諸如絕緣閘極雙極電晶體、金屬氧化物半導體場效電晶體、場效電晶體、噴射增強型閘極電晶體、整合閘極換向閘流體、基於氮化鎵之開關、基於碳化矽之開關、基於砷化鎵之開關、二極體等。
主接收器線圈120耦合至主轉換器124。主轉換器124包括主輸出端子(未示出)，且經組態以整流主接收器線圈120處誘發之電壓。此外，輔助接收器線圈122耦合至輔助轉換器126。輔助轉換器126經組態以整流輔助接收器線圈122處誘發之電壓。在一個實施例中，每一輔助接收器線圈122耦合至對應輔助轉換器126。在一個實施例中，主轉換器124及複數個輔助轉換器126中之至少一者為被動整流器。在一個特定實施例中，被動整流器為二極體整流器。在另一實施例中，主轉換器124及複數個輔助轉換器126中之至少一者包括混合式整流器及主動整流器。
此外，複數個輔助轉換器126彼此耦合以形成輔助輸出端子(未示出)。根據本說明書之態樣，主轉換器124之主輸出端子串聯耦合至輔助輸出端子以形成共同輸出端子(未示出)。此外，負載(未示出)可跨越主輸出端子及輔助輸出端子耦合。例如，負載可耦合至共同輸出端子。
可注意到，習知無線電力傳送系統通常可包括單個接收器 線圈。此接收器線圈有助於向諸如電池之負載供應電壓。在一種情境中，若接收器線圈並不與傳輸器線圈對準，則為了在接收器線圈中誘發所要電壓，傳輸器線圈中之電流必須高於接收器線圈與傳輸器線圈對準時傳輸器線圈中的電流。結果，習知無線電力傳送系統之效率受損。可使用實例無線電力傳送系統100克服習知無線電力傳送系統之缺點。
如本文中上文所提及，除了主接收器線圈120之外，實例接收器單元108包括輔助接收器線圈122。主接收器線圈120與輔助接收器線圈122之組合經組態以甚至在主接收器線圈120相對於傳輸器線圈114未對準之事件中，經由主轉換器124及輔助轉換器126向負載提供所要電壓。
在本文中可注意到，若傳輸器線圈114之中心軸線與主接收器線圈120之中心軸線對準，則主接收器線圈120與傳輸器線圈114對準。傳輸器線圈114之中心軸線為穿過傳輸器線圈114之中心的軸線。類似地，主接收器線圈120之中心軸線為穿過主接收器線圈120之中心的軸線。
在一個實施例中，當接收器線圈116與傳輸器線圈114對準時，傳輸器單元106向負載提供電力。特定言之，在無線電力傳送系統100之操作期間，自電源104提供之電力由傳輸器驅動子單元112自一種形式轉換成另一形式且被提供至傳輸器線圈114。更特定言之，自電源104饋送之低頻或直流電(DC)電力由傳輸器驅動子單元112轉換成高頻電力。因此，傳輸器線圈114通電且在傳輸器線圈114處產生磁場。傳輸器線圈114處之磁場基於主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122相對於傳輸器線圈114之對準，在主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122處 誘發電壓。
主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122處誘發之電壓的組合可被稱為第一電壓。主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122處誘發之電壓分別被傳輸至主轉換器124及複數個輔助轉換器126。經整流電壓產生於主轉換器124之主輸出端子處，且另一經整流電壓產生於複數個輔助轉換器126之輔助輸出端子處。根據本說明書之態樣，主輸出端子處獲得之電壓與輔助輸出端子處獲得之電壓的組合被提供至負載(未示出)。主輸出端子處獲得之電壓與輔助輸出端子處獲得之電壓的組合可被稱為第二電壓。
在本文中應注意，若傳輸器線圈114之中心軸線與主接收器線圈120之中心軸線對準，則主接收器線圈120與傳輸器線圈114對準。當主接收器線圈120與傳輸器線圈114對準時，主接收器線圈120與傳輸器線圈114具有最大磁耦合。在傳輸器線圈114與主接收器線圈120之間具有最大磁耦合的情況下，相比於在主接收器線圈120相對於傳輸器線圈114之未對準狀況期間在主接收器線圈120處誘發之電壓，能跨越主接收器線圈120誘發較高電壓。在此情境中，跨越輔助接收器線圈122誘發之電壓為相當低之值。然而，跨越主轉換器124之主輸出端子及輔助轉換器126之輔助輸出端子的累積電壓為相對高的值，例如「X」伏特。
在主接收器線圈120相對於傳輸器線圈114未對準之另一情境中，輔助接收器線圈122中之至少一者可與傳輸器線圈114對準。在本文中應注意，若傳輸器線圈114之中心軸線與輔助接收器線圈122之中心軸線對準，則傳輸器線圈114與輔助接收器線圈122對準。在此情境中，與傳輸器線圈114對準之特定輔助接收器線圈122處誘發之電壓高於其他 輔助線圈122中誘發之電壓。此處同樣，跨越主轉換器124之主端子及輔助轉換器126之輔助端子的累積電壓為較高值，例如「Y」伏特，其中「Y」伏特大約等於「X」伏特。累積電壓「Y」伏特係在未顯著增大傳輸器線圈114中流動之電流的量值的情況下誘發出的。因此，甚至在主接收器線圈120相對於傳輸器線圈114之未對準狀況期間，仍能在無需顯著增大傳輸器線圈114中流動之電流的量值的情況下將需要的所要電壓提供至負載。因此，甚至在主接收器線圈120相對於傳輸器線圈114未對準之情況下，無線電力傳送系統100中之電力傳送效率仍未受損。
另外，在習知無線電力傳送系統中，若接收器線圈相對於傳輸器線圈未對準，則接收器線圈與傳輸器線圈之間的通信受阻。根據本說明書之實施例，相比於具有不含輔助接收器線圈之接收器單元的習知無線電力傳送系統，使用輔助接收器線圈122增強了接收器單元108與傳輸器單元106之間的通信。
可注意到，在典型的無線電力傳送系統中，傳輸器單元經組態以與接收器單元通信。特定言之，接收器單元向傳輸器單元發送關於接收器單元之狀態的組態及控制回饋信號，使得傳輸器單元可判定是否向接收器單元傳輸電力。在一個實施例中，接收器單元之狀態可為接近於傳輸器單元存在接收器單元。在習知無線電力傳送系統中，當接收器線圈相對於傳輸器線圈未對準時，接收器單元與傳輸器單元之間的通信受影響，且因此，傳輸器單元未能自接收器單元接收回饋信號。接收器單元與傳輸器單元之間缺乏通信會導致傳輸器單元停止向接收器單元供應電力。根據本發明之實例實施例，即使在主接收器線圈120相對於傳輸器線圈114處於未對準狀況時，使用輔助接收器線圈122仍有助於接收器單元108與傳 輸器單元106之間的連續通信。根據本說明書之態樣，即使主接收器線圈120相對於傳輸器線圈114未對準，輔助接收器線圈122中之至少一者仍與傳輸器線圈114對準。因此，接收器單元108繼續向傳輸器單元106發送回饋信號。此有助於維持傳輸器單元106與接收器單元108之間的通信連續性。
圖1B為基於關於圖1A所描述之無線電力傳送系統100的另一實例無線電力傳送系統之方塊圖。無線電力傳送系統100包括無線電力傳送單元102及電源104。在所說明之實施例中，無線電力傳送單元102包括傳輸器單元106、接收器單元108及場聚焦線圈110，如圖1A中所描述。在圖1B之實例中，接收器單元108包括整合式電子組件117。
習知地，接收器單元之開關及其他電子件為焊接至印刷電路板之離散電子組件。使用此等離散電子組件增大此接收器單元之佔用面積。結果，在如行動電話、膝上型電腦等之精巧型裝置中使用接收器單元可具挑戰性。與習知接收器單元相關聯的上文所提及缺點可藉由使用實例整合式電子組件117來克服。特定言之，整合式電子組件117包括接收器單元108之電子件。更特定言之，整合式電子組件117包括形成於基板132上的接收器驅動子單元118之第一開關、通信子單元130之第二開關、解調變器136、第一開關之間的連接、通信子單元130與接收器驅動子單元118之間的連接。以類似方式，接收器單元108之任何其他相關聯電子開關可形成於基板132上。在一個實施例中，基板可為薄矽晶圓。此外，控制器128安置於基板132上。此外，基板132封裝在封裝單元134中以提供在外部延伸之連接插腳。
整合式電子組件117具有大體上較低之佔用面積，藉此便 於容易地將整合式電子組件117併入諸如行動電話之精巧型裝置中。此外，使用整合式電子組件117便於減少電路寄生效應，諸如軌道阻抗及相關聯電壓降。此外，相比於使用具有離散電子組件之習知接收器驅動子單元，使用整合式電子組件117便於增強未對準容限。
整合式電子組件117為積體電路(IC)。在一個實施例中，整合式電子組件117可為特殊應用積體電路(ASIC)、極大型積體(VLSI)晶片、微機電系統(MEMS)或系統單晶片(SoC)。整合式電子組件117亦包括接收器驅動子單元118、控制器128、通信子單元130及基板132。控制器128、通信子單元130及接收器驅動子單元118安置/形成於基板132上。在一個實施例中，基板132可包括矽晶圓。
控制器128包括微控制器、微處理器、處理單元、微電腦、數位信號處理器(DSP)、場可程式化閘陣列(FPGA)及/或任何其他可程式化電路等。此外，控制器128以可操作方式耦合至接收器驅動子單元118及通信子單元130。特定言之，控制器128以可操作方式耦合至接收器驅動子單元118之共同輸出端子及交流電(AC)端子。接收器驅動子單元118之交流電端子包括主轉換器124之交流電端子及輔助轉換器126之交流電端子。通信子單元130包括至少一個第二開關。至少一個第二開關包括半導體開關，諸如絕緣閘極雙極電晶體、金屬氧化物半導體場效電晶體、場效電晶體、噴射增強型閘極電晶體、整合閘極換向閘流體、基於氮化鎵之開關、基於碳化矽之開關、基於砷化鎵之開關、二極體等。
控制器128經組態以判定接收器驅動子單元118之一或多個電路參數。特定言之，控制器128經組態以判定共同輸出端子、主轉換器124之交流電端子及複數個輔助轉換器126之交流電端子中之至少一者的 一或多個電路參數。如本文中所使用，術語「電路參數」可指電壓、電流、頻率及功率。此外，控制器128經組態以基於所判定電路參數來控制通信子單元130之操作。特定言之，控制通信子單元130之操作包括啟動/撤銷啟動至少一個第二開關。
在本文中應注意，控制通信子單元130之操作會導致接收器單元108之阻抗發生變化。特定言之，如自傳輸器單元106端所見，負載主接收器線圈120之阻抗及負載輔助接收器線圈122之阻抗係變化的。由於阻抗發生變化，傳輸器單元106處之電流發生變化。因此，在傳輸器單元106與接收器單元108之間建立通信。
在另一實施例中，傳輸器單元106亦經組態以與接收器單元108通信。因此，傳輸器單元106與接收器單元108之間的雙向通信係合乎需要的。藉由變化傳輸器單元106處之電壓信號的頻率/幅值而將資訊自傳輸器單元106傳輸至接收器單元108。在一個實例中，自傳輸器單元106傳輸之資訊可表示傳輸器單元106之電力提供能力。在另一實例中，自傳輸器單元106傳輸之資訊可表示對應傳輸器單元106之識別封包。由於傳輸器單元106處之電壓信號的頻率/幅值發生變化，主轉換器124及複數個輔助轉換器126之交流電端子中之至少一者處的電壓信號發生變化。隨後，由通信子單元130之解調變器136解調變主轉換器124及複數個輔助轉換器126之交流電端子中之至少一者處的電壓信號。因此，自傳輸器單元106傳輸之資訊在接收器單元108處經解譯。此外，解調變器136向控制器128提供經解調變信號以用於後續動作。在一個實施例中，藉由使用諸如(但不限於)頻率及/或幅值解調變、頻移鍵控解調變及幅移鍵控解調變之技術來獲得經解調變信號。
圖2為實例接收器單元108之示意性表示200。例如，接收器單元108可用於圖1A及圖1B之無線電力傳送系統100中。在所說明之實施例中，接收器單元108耦合至負載202。在一個實施例中，負載202包括電池封裝或電池充電器。接收器單元108包括接收器線圈116及整合式電子組件117。接收器線圈116包括主接收器線圈120及兩個輔助接收器線圈122a、122b。主接收器線圈120及輔助接收器線圈122a、122b為諧振線圈。主接收器線圈120耦合至電容器Crx1。此外，輔助接收器線圈122a耦合至電容器Ca1且輔助接收器線圈122b耦合至另一電容器Ca2。
整合式電子組件117包括基板132、接收器驅動子單元118、控制器128及通信子單元130。接收器驅動子單元118及通信子單元130形成於基板上。此外，控制器128安置於基板上。此外，基板132連同接收器驅動子單元118、控制器128及通信子單元130安置於封裝單元(未示出)內，以形成精巧型整合式電子組件117。在一個實例中，基板132連同接收器驅動子單元118、控制器128及通信子單元130氣密密封於封裝單元中。
在所說明之實施例中，接收器驅動子單元118包括主轉換器124及複數個輔助轉換器126a、126b。主接收器線圈120耦合至主轉換器124。輔助接收器線圈122a耦合至輔助轉換器126a，且另一輔助接收器線圈122b耦合至輔助轉換器126b。此外，諸如二極體之替代開關204跨越輔助轉換器126a、126b耦合。替代開關204亦可被稱為第三開關。
主轉換器124包括第一開關206。此外，輔助轉換器126a、126b包括第一開關208。在所說明之實施例中，第一開關206、208包括二極體。在另一實施例中，第一開關206、208可包括半導體開關，諸如絕 緣閘極雙極電晶體、金屬氧化物半導體場效電晶體、場效電晶體、噴射增強型閘極電晶體、整合閘極換向閘流體、基於氮化鎵之開關、基於碳化矽之開關、基於砷化鎵之開關等。此外，主轉換器124及輔助轉換器126a、126b包括被動整流器。在另一實施例中，主轉換器124及輔助轉換器126a、126b可包括混合式整流器及主動整流器。如本文中所使用，術語「混合式整流器」係指具有被動開關及主動開關之組合的整流器電路。
主轉換器124包括主輸出端子210。輔助轉換器126a並聯耦合至輔助轉換器126b以形成輔助輸出端子212。此外，主輸出端子210串聯耦合至輔助輸出端子212以形成共同輸出端子214。此外，負載202跨越共同輸出端子214耦合。
此外，主轉換器124包括具有兩個分支216a、216b之交流電端子216。輔助轉換器126a包括交流電端子218且輔助轉換器126b包括交流電端子220。交流電端子218包括兩個分支218a、218b。此外，交流電端子220包括兩個分支220a、220b。
此外，接收器單元108包括形成於基板132上之輸出啟用開關228。此外，接收器單元108包括耦合至輸出啟用開關228之電容器C1及Cdc。電容器C1並聯耦合至共同輸出端子214。此外，負載202並聯耦合至電容器Cdc。在本文中應注意，電容器C1及Cdc以及負載202並不形成整合式電子組件117之部分。
另外，接收器單元108包括複數個阻抗組件230。為易於表示，複數個阻抗組件230亦表示為Z1、Z2、Z3、Z4、Z5及Z6。複數個阻抗組件230安置在整合式電子組件117外部。
通信子單元130包括彼此耦合之複數個第二開關222。為易 於表示，複數個第二開關222亦表示為S1、S2、S3、S4、S5及S6。複數個第二開關222包括半導體開關，諸如絕緣閘極雙極電晶體、金屬氧化物半導體場效電晶體、場效電晶體、噴射增強型閘極電晶體、整合閘極換向閘流體、基於氮化鎵之開關、基於碳化矽之開關、基於砷化鎵之開關、二極體等。
此外，通信子單元130耦合至交流電端子216、218、220。特定言之，第二開關222經由阻抗組件230耦合至交流電端子216、218、220。更特定言之，開關S1經由阻抗組件Z1耦合至分支216a且開關S2經由阻抗組件Z2耦合至分支216b。此外，開關S3經由阻抗組件Z3耦合至分支218a且開關S4經由阻抗組件Z4耦合至分支218b。此外，開關S5經由阻抗組件Z5耦合至分支220a且開關S6經由阻抗組件Z6耦合至分支220b。
控制器128耦合至電流感測器224及電壓感測器226。特定言之，控制器128經組態以判定諸如共同輸出端子214處之電流及電壓值的電路參數。更特定言之，控制器128經組態以接收由電流感測器224量測的共同輸出端子214處之電流值。在另一實施例中，電流感測器224可位於電容器C1後面、與開關228串聯。此外，控制器128經組態以接收由電壓感測器226量測的共同輸出端子214處之電壓值。此外，控制器128經組態以啟動及/或撤銷啟動輸出啟用開關228。此外，控制器128經組態以基於所判定電路參數來啟動及/或撤銷啟動通信子單元130之第二開關222。
製造整合式電子組件117之方法涉及設計待形成於基板132上之電路的第一步驟。在圖2之所說明實例中，電路包括第一開關206、208；第一開關206、208之間的連接；第二開關222；第二開關222之間的 連接；第一開關206、208與第二開關222之間的連接；輸出啟用開關228；替代開關204；替代開關204至輔助輸出端子212之連接；輸出啟用開關228至共同輸出端子214之連接及解調變器136。
在第二步驟處，使用諸如Verilog、MATLAB、Simulink、VHDL等之不同工具來設計需要安置於基板132上之電路的電路佈局。電路佈局包括對應於諸如N+擴散層、P+擴散層、金屬層、N井層、接觸截止層、多晶矽層等之不同處理層的不同型樣。
在第三步驟處，針對處理層中之每一者製造遮罩。例如，一個遮罩可對應於N+擴散層且另一遮罩可對應於接觸截止層。以類似方式，製造其他處理層之遮罩。在本文中應注意，藉由在對應玻璃薄片上蝕刻每一處理層之型樣來形成遮罩。產生對應於處理層之複數個此等遮罩。
此外，在第四步驟處，使用微影技術將每一遮罩用於在基板132上顯影對應型樣以形成對應處理層。因此，在基板132上顯影處理層以形成電路。
在第五步驟處，將控制器128安置於基板132上之指定位置處，以建立至第二開關222、輸出啟用開關228及共同輸出端子214之連接。隨後，在第六步驟處，將基板132安置於封裝單元134中以提供在外部延伸之連接插腳。
在無線電力傳送系統100之操作期間，在初始狀態期間(諸如時刻t=0處)，主接收器線圈120或輔助接收器線圈122a、122b由傳輸器線圈114供電。此外，在時間t=0處，傳輸器單元106可經組態以向接收器單元108發送通告信號。在一個實施例中，通告信號可為可使接收器單元108處之電路參數發生變化的傳輸器單元106處之功率變化。在一個實例 中，此等電路參數可包括共同輸出端子214處之電壓、電流或功率(或其任何組合)。又，在時刻t=0處，輸出啟用開關228可處於撤銷啟動狀態。
隨後，例如在時刻t=t1處，接收器單元108確認自傳輸器單元106發送之通告信號。特定言之，接收器單元108可經組態以發送具有一或多個位元型樣(諸如11位型樣)之資訊。在一個實施例中，位元型樣可表示由接收器單元108接收之信號強度及/或接收器單元108之識別資訊。自傳輸器單元106發送之通告信號及由接收器單元108發送之確認指示接收器單元108與傳輸器單元106之間的通信。此外，在時刻t=t2(其中t2>t1)處，可啟動輸出啟用開關228。可藉由由控制器128向輸出啟用開關228提供閘極控制信號來啟動輸出啟用開關228。
此外，為實現傳輸器單元106與接收器單元108之間的通信，控制器128基於共同輸出端子214處之電路參數量測來控制開關S1及S2之切換。特定言之，控制器128經組態以藉由向開關S1及S2提供對應閘極控制信號來啟動及/或撤銷啟動開關S1及S2。在一個實施例中，當開關S1經啟動時，開關S2亦經啟動。如由傳輸器單元106端所見，負載主接收器線圈120之阻抗基於開關S1及S2之啟動及/或撤銷啟動而變化。結果，傳輸器單元106處之電流值發生變化。傳輸器單元106處之電流變化呈經組態以向傳輸器單元106提供資訊的位元型樣之形式。
在一個實例中，資訊表示接收器單元108之效能參數。由接收器單元108以規則間隔將此資訊傳輸至傳輸器單元106。特定言之，由接收器單元108傳輸表示所連接負載類型、負載202需要之功率、電壓或電流量、控制誤差(諸如輸出電壓誤差)的資訊。因此，傳輸器單元106處之控制器可經組態以調節自傳輸器單元106提供之電力以滿足負載之任 何需求。
此外，同步地切換開關S1至S6。在一個實施例中，控制器128基於共同輸出端子214處之電路參數量測來控制對開關S3及S4之切換。如自傳輸器單元106端所見，負載輔助接收器線圈122a之阻抗基於開關S3及S4之切換而發生變化。結果，傳輸器單元106處之電流值發生變化。傳輸器單元106處之電流變化呈經組態以向傳輸器單元106提供資訊的諸如11位型樣之位元型樣的形式。傳輸器單元106之控制器可經組態以調節自傳輸器單元106提供之電力以滿足負載202之需求。相比於僅具有開關S1及S2之實施例，耦合至主接收器線圈120及輔助接收器線圈122a、122b的開關S1、S2、S3、S4、S5及S6之組合便於增強接收器單元108與傳輸器單元106之間的通信。
在一個實施例中，當主接收器線圈120與傳輸器線圈114對準時，輔助轉換器126a、126b可向負載202貢獻低電壓值。在此實施例中，替代開關204提供用於電流流動之路徑，以防止電流流過輔助轉換器126a、126b。因此，避免了輔助轉換器126a、126b中之損耗。
在某些其他實施例中，若傳輸器單元106正供應電力，但代替接收器線圈120、122a、122b，外來物體在傳輸器單元106之附近，則外來物體可能不與傳輸器單元106通信。因此，傳輸器單元106並不提供電力，且藉此防止外來物體之位置處發生局部發熱。在一個實例中，外來物體可為任何金屬物體。
在又一實施例中，外來物體與接收器線圈120、122a、122b中之至少一者的組合可正自傳輸器單元106汲取電力。在此實施例中，藉由比較接收器線圈120、122a或122b處接收到之功率值與自傳輸器 單元106傳輸之功率值來偵測外來物體之存在。若自傳輸器單元106傳輸之功率值與接收器線圈120、122a或122b處接收到之功率值之間的差高於所判定臨限值，則偵測到存在外來物體。因此，傳輸器單元106終止供應電力，且藉此防止外來物體之位置處發生局部發熱。
儘管圖2之實施例示出彼此並聯耦合之輔助轉換器126a、126b，但在其他實施例中，輔助轉換器126a、126b亦可彼此串聯耦合。此外，儘管表示兩個輔助接收器線圈120a、120b及對應輔助轉換器126a、126b，但在其他實施例中，可取決於應用而變化輔助接收器線圈及對應輔助轉換器之數目。
圖3為無線電力傳送系統100之接收器單元108的一個實施例300之示意性表示。如先前所論述，接收器單元108耦合至負載202。接收器單元108包括接收器線圈116及整合式電子組件117。
在所說明之實施例中，整合式電子組件117包括基板132、控制器128及通信子單元130。此外，整合式電子組件117包括二極體302及輸出啟用開關228。在圖3之實例中，通信子單元130以可操作方式耦合至共同輸出端子214。在一個實施例中，通信子單元130之第二開關222經由對應阻抗組件230以可操作方式耦合至共同輸出端子214。
如先前所論述，控制器128經組態以量測諸如共同輸出端子214之電壓、電流及/或功率的電路參數。控制器128經組態以基於所量測之電路參數來控制對第二開關222之啟動及/或撤銷啟動。此外，控制器128經組態以控制對輸出啟用開關228之啟動及/或撤銷啟動。
在一個實施例中，整合式電子組件117為積體電路。在一個實施例中，積體電路為特殊應用積體電路(ASIC)。整合式電子組件117 以某種方式經封裝以提供在外部延伸之連接插腳。在所說明之實施例中，連接插腳可用於位置X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11處。諸如接收器線圈120、122a、122b、阻抗組件230及負載202之外部組件可在位置X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11處耦合至連接插腳。此外，整合式電子組件117可包括用於連接至其他外部電氣或電子組件(本文中未揭示)之額外連接插腳。
在無線電力傳送系統100之操作期間，在時刻時間t=0處，接收器單元108由傳輸器單元106供電。此外，在時間t=0處，傳輸器單元106可經組態以向接收器單元108發送通告信號。接收器單元108確認自傳輸器單元106發送之通告信號。控制器128在由接收器單元108進行確認後啟動輸出啟用開關228。
為了自接收器單元108傳達至傳輸器單元106，控制器128可啟動或撤銷啟動第二開關222。當第二開關222經啟動時，阻抗組件230跨越共同輸出端子214連接。結果，如由傳輸器單元106所見，負載接收器線圈120、122a、122b之阻抗發生變化。由於阻抗發生變化，傳輸器線圈114處之電流可以某種方式變化，使得在傳輸器單元106處獲得11位型樣。因此，資訊自接收器單元108傳輸至傳輸器單元106。資訊可表示需要提供至負載202之功率值或控制誤差。一旦在傳輸器單元106處接收到資訊，可由控制器128控制傳輸器單元106處之功率、電壓、電流或頻率(或其組合)。
如本文中上文所提及，當第二開關222經啟動時，阻抗組件230跨越共同輸出端子214連接。若並不存在二極體302，則啟動第二開關222亦提供經過第二開關222、阻抗組件230、輸出啟用開關228、電容 器Cdc且回到第二開關222之一個閉合路徑。此外，提供經過第二開關222、阻抗組件230、電容器C1且回到第二開關222之另一閉合路徑。在此情境中，電容器C1及Cdc可經由對應閉合路徑放電。
電容器Cdc為負載電容器。電容器Cdc之放電會損耗負載端子處儲存之能量。在一個實例中，負載端子包括行動電話之電池的充電器級之輸入端子。因此，需要防止電容器Cdc發生放電。此外，C1為如下電容器：控制器128跨越其量測共同輸出端子214之電路參數。電容器C1之放電會跨越電容器C1使電壓發生不當變化。跨越電容器C1之電壓變化可使共同輸出端子處之電路參數的量測不準確。因此，需要防止電容器C1發生放電。
為了避免電容器C1及Cdc放電，採用二極體302。二極體302之使用阻擋電流自電容器C1及Cdc流動。結果，防止了電容器C1及Cdc發生放電。
圖4為接收器單元108之另一實施例400的示意性表示。如先前所論述，接收器單元108耦合至負載202。接收器單元108包括主接收器線圈120、輔助接收器線圈122a、122b及整合式電子組件117。整合式電子組件117包括基板132、主轉換器124、輔助轉換器126a、126b、控制器128、通信子單元130及輸出啟用開關228。
通信子單元130包括開關404、408及反邏輯閘406。開關404可被替代地稱作第二開關。閘極信號經提供至開關404之閘極端子。此閘極信號經使用反邏輯閘406反相，且經反相閘極信號經提供至開關408之閘極端子。基於開關404、408之閘極端子處的閘極信號來判定開關404、408之啟動/撤銷啟動。在一個實施例中，當對應於開關404、408之 閘極信號為高時，開關404、408經組態以被啟動。在另一實施例中，當對應於開關404、408之閘極信號為低時，開關404、408經組態以被撤銷啟動。
接收器單元108進一步包括阻抗組件402。阻抗組件402安置在整合式電子組件117外部。此外，接收器單元108包括跨越共同輸出端子214耦合之電容器C1。此外，電容器Cdc跨越負載202而耦合。輸出啟用開關228耦合至電容器C1及Cdc。電容器C1及Cdc亦安置在整合式電子組件117外部。
在接收器單元108之操作期間，輔助接收器線圈122a、122b或主接收器線圈120中之至少一者由傳輸器線圈114供電。隨後，基於傳輸器單元106與接收器單元108之間的通信來啟動輸出啟用開關228。此外，控制器128量測共同輸出端子214處之電路參數。此外，控制器128基於所量測電路參數來控制通信子單元130之操作。特定言之，控制器128基於所量測電路參數來控制開關404之操作。因此，開關404經啟動及/或經撤銷啟動。當開關404經啟動時，阻抗組件402跨越共同輸出端子214而耦合。因此，如自傳輸器單元106端所見，負載接收器線圈120、122a、122b之阻抗發生改變。阻抗改變反映為傳輸器單元106處之電流改變。
由於啟動及/或撤銷啟動開關404，傳輸器線圈114處之電流以某種方式變化，使得在傳輸器單元106處獲得一位元型樣。因此，資訊自接收器單元108傳輸至傳輸器單元106。
可注意到，若開關404及408兩者在相同時間週期處皆經啟動，則形成經過開關404、阻抗組件402、開關408、輸出啟用開關228、 電容器Cdc且回到開關404之閉合路徑。結果，電容器Cdc可經由開關408、阻抗組件402及開關404放電。以類似方式，電容器C1可被放電。為了避免電容器C1及Cdc放電，必須撤銷啟動開關408。根據本說明書之態樣，當開關404經啟動時，撤銷啟動開關408。由反邏輯閘406反相開關404之閘極端子處提供之閘極信號並將其提供至開關408之閘極端子。因此，開關408經撤銷啟動。由於撤銷啟動開關408，電容器C1及Cdc自共同輸出端子214斷開，藉此防止電容器C1及Cdc發生放電。
此外，控制器128分別量測主轉換器124之交流電端子216及輔助轉換器126a、126b之交流電端子218、220處的電路參數。控制器128進一步基於主轉換器124之交流電端子216處的電路參數來判定主轉換器124之第一開關410的切換模式。此外，控制器128基於對應於輔助轉換器126a、126b之交流電端子218、220的電路參數來判定輔助轉換器126a、126b之第一開關412的切換模式。如本文中所使用，術語「切換模式」可指啟動/撤銷啟動第一開關412之模式。儘管圖4之實例參考使用控制器128來切換第一開關410、412，但亦設想到使用單獨的控制器來切換第一開關410、412。
圖5為根據本說明書之一個實施例的無線電力傳送系統500之詳細電路表示。無線電力傳送系統100包括電源104、傳輸器單元106、接收器單元108及負載508。電源104耦合至傳輸器單元106。傳輸器單元106磁耦合至接收器單元108。此外，接收器單元108電耦合至負載508。
接收器單元108包括接收器驅動子單元118及接收器線圈116。接收器線圈116包括主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122。複數個輔助接收器線圈122表示為A1、A2、A3及A4。
接收器驅動子單元118包括主轉換器124及複數個輔助轉換器502。複數個輔助轉換器502表示為R1、R2、R3及R4。在一個實施例中，主轉換器124及複數個輔助轉換器502為被動整流器。特定言之，主轉換器124及複數個輔助轉換器502為全橋被動式二極體整流器。主轉換器124包括主輸出端子504。複數個輔助轉換器502彼此耦合以形成輔助輸出端子506。在所說明之實施例中，複數個輔助轉換器502彼此並聯耦合。主轉換器124與複數個輔助轉換器502串聯耦合。特定言之，主輸出端子504與輔助輸出端子506串聯耦合。此外，負載508跨越主輸出端子504及輔助輸出端子506而耦合。
特定言之，電源104耦合至傳輸器驅動子單元112。在一個實施例中，電源104為直流電(DC)電源。在操作期間，電源104提供之DC電力由傳輸器驅動子單元112轉換成交流電(AC)電力。結果，電流流過傳輸器線圈114且產生磁場。因此，傳輸器線圈114磁耦合至接收器線圈116。
歸因於傳輸器線圈114與接收器線圈116之間的磁耦合，跨越接收器線圈116誘發了電壓。具體而言，基於與傳輸器線圈114對準，跨越主接收器線圈120及輔助接收器線圈122誘發了電壓。跨越主接收器線圈120及輔助接收器線圈122誘發之電壓可替代地稱為第一電壓。為易於表示，跨越主接收器線圈120誘發之第一電壓表示為Vrx，且跨越複數個輔助線圈A1、A2、A3及A4誘發之第一電壓分別表示為V1、V2、V3及V4。此外，主接收器線圈120處誘發之第一電壓經整流且在主輸出端子504處獲得輸出電壓Va。主輸出端子504處獲得之輸出電壓Va亦被稱作第二電壓。輔助接收器線圈122處誘發之第一電壓經整流且在輔助輸出端子506 處獲得輸出電壓Vb。輔助輸出端子506處獲得之輸出電壓Vb亦被稱作第三電壓。此外，第二電壓Va與第三電壓Vb之組合經提供至負載508。在一個實施例中，電壓Va與Vb之總和經提供至負載508。
在一實施例中，當主接收器線圈120與傳輸器線圈114對準時，相比於輔助接收器線圈122，主接收器線圈120與傳輸器線圈114具有最大磁耦合(如圖9A中所描繪)。因此，電壓Vrx大於電壓V1、V2、V3或V4。在一個實施例中，電壓V1、V2、V3及V4具有可忽略之值。電壓Vrx由主轉換器124整流且在主輸出端子504處產生電壓Va。此外，電壓V1、V2、V3及V4中之至少一者經整流且在輔助輸出端子506處獲得電壓Vb。由於電壓V1、V2、V3及V4具有可忽略之值，因此電壓Vb具有較低值。電壓Vb之值小於電壓Va之值。電壓Va與Vb之組合經提供至負載508。因此，所要電壓經提供至負載508。
在另一實施例中，輔助接收器線圈A3與傳輸器線圈114對準且主接收器線圈120並不與傳輸器線圈114對準(如圖9B中所描繪)。在此情境中，其他輔助線圈A1、A2及A4亦不與傳輸器線圈114對準。輔助接收器線圈A3與傳輸器線圈114具有最大磁耦合。因此，跨越輔助接收器線圈A3誘發之電壓高於跨越其他輔助接收器線圈A1、A2及A4誘發之電壓。特定言之，電壓V3大於電壓V1、V2或V4。
此外，輔助轉換器R1、R2、R3及R4經組態以分別整流跨越輔助接收器線圈A1、A2、A3及A4誘發之電壓。若輔助轉換器R1、R2、R3及R4並聯耦合，則每一輔助轉換器之輸出處的電壓有助於判定啟動及/或撤銷啟動輔助轉換器R1、R2、R3及R4之二極體。具體而言，每一輔助轉換器之輸出處的電壓使得能判定輔助轉換器R1、R2、R3及R4當中之哪個 轉換器係可操作的。在一個實例中，當電壓V3大於電壓V1、V2或V4時，輔助轉換器R3之輸出處的電壓大於輔助轉換器R1、R2及R4之輸出處的電壓。若輔助轉換器R3之輸出處的電壓大於輔助轉換器R1、R2及R4之輸出處的電壓，則輔助轉換器R3之輸出處的電壓反向偏壓輔助轉換器R1、R2及R4之二極體。因此，輔助轉換器R1、R2及R4處於撤銷啟動狀態且並不分別對電壓V1、V2及V4進行整流。因此，流過輔助接收器線圈A1、A2及A4之電流為零，藉此防止功率損耗。在此情境中，僅輔助轉換器R3係可操作的，且在輔助輸出端子506處獲得之電壓Vb等於由輔助轉換器R3整流之電壓。具體而言，在此實例中，由輔助轉換器R3整流電壓V3以在輔助輸出端子506處獲得電壓Vb。
根據本說明書之態樣，無需使用控制器而執行對輔助轉換器R1、R2、R3及R4之二極體的啟動及撤銷啟動。具體而言，啟動具有最大輸入電壓之特定輔助轉換器且撤銷啟動剩餘輔助轉換器，從而帶來較低功率損耗。
儘管在所說明之實施例中，每一輔助接收器線圈耦合至對應輔助轉換器，但在其他實施例中，複數個輔助接收器線圈可耦合至一個輔助轉換器。又，儘管圖5之實例描繪使用被動二極體整流器，但還設想到使用其他類型之輔助轉換器及主轉換器。在一個實施例中，輔助轉換器及主轉換器可為主動整流器。
圖6為根據本說明書之另一實施例的圖1之無線電力傳送系統600之詳細電路表示。無線電力傳送系統100包括電源104、傳輸器單元106、接收器單元108及負載508。傳輸器單元106包括耦合至傳輸器線圈114之傳輸器驅動子單元112。接收器單元108包括主接收器線圈120、主 轉換器124、複數個輔助接收器線圈122及複數個輔助轉換器602。主接收器線圈120耦合至主轉換器124。此外，複數個輔助接收器線圈122耦合至複數個輔助轉換器602。輔助轉換器602表示為R1、R2、R3及R4。輔助接收器線圈122表示為A1、A2、A3及A4。在所說明之實施例中，輔助接收器線圈A1耦合至輔助轉換器R1，且以類似方式，輔助接收器線圈A2、A3及A4分別耦合至輔助轉換器R2、R3及R4。
此外，輔助轉換器R1與輔助轉換器R3串聯耦合。此外，輔助轉換器R2與輔助轉換器R4串聯耦合。此外，輔助轉換器R1與R3之組合跨越輔助轉換器R2及R4並聯耦合以形成輔助輸出端子506。主轉換器124與複數個輔助轉換器602串聯耦合，使得主轉換器124之主輸出端子504與輔助輸出端子506串聯。此外，主轉換器124及複數個輔助轉換器602跨越負載508而耦合。另外，主接收器線圈120、主轉換器124、輔助接收器線圈122及輔助轉換器602安置於單個印刷電路板604上。
在本發明涵蓋之組態中，跨越主接收器線圈120誘發了電壓Vrx。電壓Vrx由主轉換器124整流且在主輸出端子504處獲得電壓Va。以類似方式，跨越輔助接收器線圈A1、A2、A3及A4誘發了電壓V1、V2、V3及V4。輔助轉換器R1、R2、R3及R4經組態以分別整流電壓V1、V2、V3及V4。
輔助轉換器R1及R3之輸出處的經整流電壓表示為Vx且輔助轉換器R2及R4之輸出處的經整流電壓表示為Vy。若電壓Vx大於電壓Vy，則輔助轉換器R2及R4之二極體經反向偏壓。在此情境中，輔助轉換器R2及R4並不整流電壓V2及V4且僅輔助轉換器R1及R3分別整流電壓V1及V3。因此，輔助接收器線圈A2及A4中流動之電流為零。
此外，在輔助輸出端子506處獲得輸出電壓Vb。在一個實例中，經整流電壓Vb等於電壓Vx。主輸出端子504處之電壓Va與輔助輸出端子506處之電壓Vb的組合經提供至負載508。在一個實施例中，電壓Va與Vb之總和可經提供至負載508。
圖7為根據本說明書之又一實施例的無線電力傳送系統700之詳細電路表示。無線電力傳送系統100包括電源104、傳輸器單元106、接收器單元108及負載508。傳輸器單元106包括耦合至傳輸器線圈114之傳輸器驅動子單元112。接收器單元108包括主接收器線圈120、主轉換器124、複數個輔助接收器線圈122及複數個輔助轉換器702。主接收器線圈120耦合至主轉換器124。複數個輔助接收器線圈122耦合至複數個輔助轉換器702。為易於表示，複數個輔助轉換器702表示為HR1、HR2、HR3及HR4。
在圖7之實例中，主轉換器124及複數個輔助轉換器702中之每一者為中心抽頭式全波二極體整流器。主轉換器124包括兩個二極體及一中心抽頭端子704，該中心抽頭端子為主接收器線圈120之點處，較佳為主接收器線圈120之中間點處的接點。類似地，複數個輔助轉換器702中之每一者包括兩個二極體及一中心抽頭端子706，該中心抽頭端子為對應輔助接收器線圈122之點處的接點。轉換器124及702中之每一者的兩個二極體連接至對應線圈120、122之相對端。
根據圖5至圖7之所說明實施例，複數個輔助轉換器702中之二極體數目為複數個輔助轉換器502或602中之二極體數目的一半。由於複數個輔助轉換器702具有減少之二極體數目，因此功率損耗得到降低。
如本文中上文所提及，基於與傳輸器線圈114對準，跨越主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122誘發了電壓。跨越主接收器線圈120誘發之電壓表示為Vrx。主轉換器124整流電壓Vrx且在主輸出端子504處獲得電壓Va。以類似方式，輔助轉換器HR1、HR2、HR3及HR4整流輔助接收器線圈122處誘發之電壓。因此，在輔助輸出端子506處產生經整流電壓Vb。此外，電壓Va與Vb之組合經提供至負載508。
圖8為根據本說明書之一個實施例的無線電力傳送單元800之示意性表示。無線電力傳送單元800包括傳輸器單元106及接收器單元108。在所說明之實施例中，傳輸器單元106具有複數個傳輸器線圈114。接收器單元108安置於行動電話802中。接收器單元108包括具有主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122之接收器線圈116。複數個輔助接收器線圈122繞主接收器線圈120之中心軸線808安置。具體而言，複數個輔助接收器線圈122安置於主接收器線圈120上。主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122經由對應轉換器(未示出)耦合至負載(未示出)。在一個實施例中，負載為行動電話802之電池或電池充電器。
基於主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122相對於傳輸器線圈114對準，跨越主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122誘發了電壓。此外，接收器線圈116處誘發之電壓經整流且經提供至負載。特定言之，主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122處之電壓分別由主轉換器(未示出)及複數個輔助轉換器(未示出)整流。此外，在主輸出端子(未示出)及輔助輸出端子(未示出)處獲得之經整流電壓經提供至諸如電池之負載。因此，接收器單元108之電池被充電。
圖9A及圖9B為根據本說明書之態樣的無線電力傳送單元 102之一部分的橫截面表示900A、900B。特定言之，圖9A及圖9B為無線電力傳送單元102之傳輸器單元106及接收器單元108之橫截面表示。更特定言之，圖9A及圖9B描繪傳輸器線圈114及接收器線圈116。無線電力傳送單元102之定向係出於說明性目的且不應視為限制實施例。
特定言之，在圖9A之實施例中，傳輸器線圈114安置於對應鐵氧體層902上。附圖標記904表示傳輸器線圈114之中心軸線。傳輸器線圈114之中心軸線904穿過傳輸器線圈114之中心且垂直於傳輸器線圈114之x-y平面。接收器線圈116包括主接收器線圈120及輔助接收器線圈122。介面層906安置於接收器線圈116與傳輸器線圈114之間。介面層906可由非磁性絕緣材料製成，諸如TeflonTM、任何聚合物、塑膠、陶瓷、聚酯薄膜等。
此外，主接收器線圈120安置於對應鐵氧體層910上。輔助接收器線圈122繞中心軸線808安置於主接收器線圈120上。在所說明之實施例中，輔助接收器線圈122安置於主接收器線圈120與介面層906之間。
此外，中心軸線904與中心軸線808對準。因此，主接收器線圈120與傳輸器線圈114對準。當主接收器線圈120與傳輸器線圈114對準時，相比於輔助接收器線圈122，主接收器線圈120與傳輸器線圈114具有最大磁耦合。因此，相比於跨越輔助接收器線圈122誘發之電壓，跨越主接收器線圈120誘發較高電壓。儘管圖9A之實施例表示傳輸器線圈114與主接收器線圈120對準，但在另一實施例中，主接收器線圈120可相對於傳輸器線圈114未對準且輔助接收器線圈122中之至少一者可相對於傳輸器線圈114對準。
現參考圖9B，傳輸器線圈114安置於鐵氧體層902上。輔助 接收器線圈122安置於對應鐵氧體層910上。此外，主接收器線圈120安置於輔助接收器線圈122上，使得輔助接收器線圈122包夾於鐵氧體層910與主接收器線圈120之間。主接收器線圈120安置於輔助接收器線圈122與介面層906之間。
在所說明之實施例中，主接收器線圈120之中心軸線808相對於傳輸器線圈114之中心軸線904未對準。中心軸線808相對於中心軸線904之未對準由附圖標記908表示。在此實施例中，輔助接收器線圈A3相對於傳輸器線圈114對準。因此，相比於主接收器線圈120及輔助接收器線圈A2與傳輸器線圈114，輔助接收器線圈A3與傳輸器線圈114具有最大磁耦合。因此，跨越輔助接收器線圈A3誘發之電壓高於跨越輔助接收器線圈A2誘發之電壓。此外，在此實施例中，相比於跨越相對於傳輸器線圈114對準之主接收器線圈120誘發之電壓，跨越該主接收器線圈120誘發之電壓較低。然而，輔助接收器線圈A3處誘發之電壓與主接收器線圈120處誘發之電壓的組合經提供至對應轉換器以用於整流且隨後經提供至負載(未示出)。因此，不論主接收器線圈120相對於傳輸器線圈114之對準或未對準狀況如何，所要電壓皆經提供至負載。可注意到，在此情境中，傳輸器線圈114中之電流大體上並不增大。結果，實現了將所要電力傳送至負載。
儘管圖9B之所說明實施例表示傳輸器線圈114相對於主接收器線圈120未對準，但在另一實施例中，主接收器線圈120可相對於傳輸器線圈114對準且輔助接收器線圈122可相對於傳輸器線圈114未對準。
圖10A為根據本說明書之實施例的無線電力傳送系統之接收器線圈120的示意性表示。特定言之，圖10B為接收器線圈116之俯視 圖。接收器線圈116包括主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122a、122b、122c、122d。
附圖標記808表示主接收器線圈120之中心軸線。中心軸線808被稱為穿過主接收器線圈120之中心且垂直於x-y平面的軸線。
在所說明之實施例中，主接收器線圈120安置在鐵氧體層910正上方。根據本說明書之態樣，複數個輔助接收器線圈122a、122b、122c、122d繞中心軸線808安置。在所說明之實施例中，四個輔助接收器線圈122繞主接收器線圈120安置。輔助接收器線圈之數目可取決於應用而變化。
參考圖10B，呈現根據本說明書之實施例的接收器線圈116之示意性表示。特定言之，圖10B為接收器線圈116之俯視圖。接收器線圈116包括主接收器線圈120及複數個輔助接收器線圈122。
主接收器線圈120具有第一表面1002及第二表面1004。第一表面1002與第二表面1004相對。此外，主接收器線圈120具有周邊側1006、內邊緣1005及外邊緣1007。
在所說明之實施例中，主接收器線圈120為扁平結構。具體而言，主接收器線圈120為方形或矩形或橢圓形或圓形或四邊形等。主接收器線圈120之中心部分係中空的。主接收器線圈120安置在鐵氧體層910正上方。具體而言，第二表面1004與鐵氧體層910直接接觸。在另一實施例中，第一表面1002可與鐵氧體層910直接接觸。
根據本說明書之態樣，複數個輔助接收器線圈122繞中心軸線808安置。在所說明之實施例中，四個輔助接收器線圈122安置於主接收器線圈120上。具體而言，複數個輔助接收器線圈122安置於主接收 器線圈120之第一表面1002及第二表面1004中之至少一者上。在另一實施例中，輔助接收器線圈122部分安置在主接收器線圈120上。在又一實施例中，輔助接收器線圈122沿著外邊緣1007接近於主接收器線圈120而安置。輔助接收器線圈122之數目可取決於應用而變化。
此外，在一個實施例中，所有輔助接收器線圈122皆與中心軸線808等距。在另一實施例中，複數個輔助接收器線圈122中之每一輔助接收器線圈安置在離中心軸線808不同距離處。在又一實施例中，輔助接收器線圈122繞中心軸線808對稱地安置。在又一實施例中，輔助接收器線圈122繞中心軸線808不對稱地安置。在又一實施例中，複數個輔助接收器線圈122可與主接收器線圈120同心地配置。在又一實施例中，輔助接收器線圈122相對於彼此及主接收器線圈120處於不同平面中。在又一實施例中，一個輔助接收器線圈122與另一輔助接收器線圈122重疊。
輔助接收器線圈122可為方形、矩形、橢圓形、圓形、四邊形等。輔助接收器線圈122對稱地塑形或不對稱地塑形。在所說明之實施例中，輔助接收器線圈122中之每一者的中心部分係中空的。
儘管所說明實施例僅示出安置於主接收器線圈120上之四個輔助接收器線圈122，但可取決於應用而變化輔助及主接收器線圈之數目。此外，儘管所說明實施例示出繞中心軸線808稀疏分佈之輔助接收器線圈122，但在一個實施例中，輔助接收器線圈122可繞中心軸線808密集地分佈。
根據本文所論述之實施例，主接收器線圈及複數個輔助接收器線圈之配置有助於增強與傳輸器線圈之通信，且甚至在主接收器線圈 與傳輸器線圈未對準的情況下仍允許傳輸器線圈與接收器線圈之間的高效電力傳送。此外，輔助轉換器之配置有助於在無需使用控制器之情況下啟動及撤銷啟動輔助轉換器之二極體。此外，無線電力傳送系統在無需採用感測器或諸如相機之任何其他偵測技術的情況下調整傳輸器單元與接收器單元之間的未對準。
根據本文所論述之實施例，主接收器線圈、複數個輔助接收器線圈及對應轉換器之配置甚至在主接收器線圈相對於傳輸器線圈未對準之情況下仍便於傳輸器線圈與接收器線圈之間的高效電力傳送。此外，接收器單元之主轉換器、輔助轉換器及其他相關電子件形成於基板上以形成整合式電子組件。因此，大大減少了接收器單元之對應電子件的佔用面積。
圖1至圖10B及本文中所描述之操作為意欲有助於理解實例實施之實例，且不應用於限制潛在實施或限制申請專利範圍之範疇。一些實施可執行額外操作、較少操作、並行執行操作或以不同次序執行操作，及不同地執行一些操作。
除非另外定義，否則本文中所使用之技術及科學術語具有與本說明書所屬領域的一般技術者通常所理解相同之含義。如本文中所使用，術語「第一」、「第二」等並不表示任何次序、數量或重要性，而實際上用來區分一個元件與另一元件。又，術語「一(a/an)」並不表示數量之限制，而實際上表示存在至少一個所提項目。本文中使用「包括」、「包含」或「具有」及其變化形式意欲涵蓋其後列出之項目及其等效物以及額外項目。術語「連接」及「耦合」並不限於實體或機械連接或耦合，且可包括電氣連接或耦合，不論直接或間接。此外，術語「電路」及「電路系 統」以及「控制單元」可包括單個組件或複數個組件，該等組件係主動及/或被動的且連接或以其他方式耦合在一起以提供所描述功能。另外，如本文中所使用，術語以可操作方式耦合包括有線耦合、無線耦合、電氣耦合、磁耦合、無線電通信、基於軟體之通信或其組合。
如本文中所使用，參考項目清單「中之至少一者」的片語指彼等項目之任何組合，包括單一成員。作為實例，「a、b或c中之至少一者」意欲涵蓋：a、b、c、a-b、a-c、b-c及a-b-c。
結合本文中所揭示之實施所描述的各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組、電路及演算法程序可實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。硬體與軟體之互換性已大體按功能性加以描述，且於通篇所描述之各種說明性組件、區塊、模組、電路及程序中加以說明。將此功能性實施於硬體還是軟體中取決於特定應用及強加於整個系統上之設計約束。
用於實施結合本文中所揭示之態樣而描述的各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組及電路之硬體及資料處理設備可藉由通用單晶片或多晶片處理器、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行本文中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，或任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器亦可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核心之一或多個微處理器或任何其他此類組態。在一些實施中，特定程序及方法可由特定於給定功能之電路系統來執行。
在一或多個態樣中，所描述功能可以硬體、數位電子電路 系統、電腦軟體、韌體(包括在此說明書中揭示之結構及其結構等效物)或其任何組合來實施。此說明書中所描述之標的物的實施亦可實施為編碼於電腦儲存媒體上的一或多個電腦程式(亦即，電腦程式指令之一或多個模組)，以供資料處理設備執行或控制資料處理設備之操作。
若以軟體實施，則可將該等功能作為一或多個指令或程式碼而儲存於電腦可讀媒體上或經由電腦可讀媒體傳輸。本文中所揭示的方法或演算法之程序可實施於可駐存於電腦可讀媒體上之處理器可執行軟體模組中。電腦可讀媒體包括電腦儲存媒體及通信媒體(包括可經啟用以將電腦程式自一處傳送至另一處的任何媒體)兩者。儲存媒體可為可由電腦存取之任何可用媒體。藉助於實例而非限制，此等電腦可讀媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存器、磁碟儲存器或其他磁性儲存裝置，或可用以按指令或資料結構之形式儲存所要程式碼且可由電腦存取的任何其他媒體。又，可將任何連接適當地稱為電腦可讀媒體。如本文中所使用，磁碟及光碟包括緊密光碟(CD)、雷射光碟、光學光碟、數位多功能光碟(DVD)、軟性磁碟及Blu-rayTM光碟，其中磁碟通常以磁性方式再現資料，而光碟使用雷射以光學方式再現資料。組合亦可包括於電腦可讀媒體之範疇內。另外，方法或演算法之操作可作為程式碼及指令之一個或任何組合或集合駐存於機器可讀媒體及電腦可讀媒體上，該等媒體可併入至電腦程式產品中。
熟習此項技術者可容易地顯而易見對本發明中所描述之實施的各種修改，且在不脫離本發明之精神或範疇的情況下，本文中所定義之一般原理可應用於其他實施。因此，申請專利範圍並不意欲限於本文中示出之實施，而應符合與本文中所揭示之本發明、原理及新穎特徵相一致 之最廣泛範疇。
在單獨實施之上下文中描述於此說明書中之某些特徵亦可在單個實施中以組合形式實施。相反地，在單個實施之上下文中所描述之各種特徵亦可單獨地在多個實施中或以任何合適子組合而實施。此外，儘管可將特徵描述為以某些組合起作用且甚至最初按此來主張，但來自所主張組合之一或多個特徵在一些情況下可自該組合刪除，且所主張組合可係針對子組合或子組合之變化。
類似地，雖然在圖式中以特定次序來描繪操作，但不應將此理解為需要以所示之特定次序或以順序次序執行此等操作，或執行所有所說明操作以實現合乎需要之結果。另外，圖式可按流程圖之形式示意性地描繪一或多個實例程序。然而，未描繪之其他操作可併入於示意性說明之實例程序中。例如，可在所說明操作中之任一者之前、之後、同時或之間執行一或多個額外操作。在某些情形中，多任務及並行處理可為有利的。此外，不應將所描述之實施中之各種系統組件之分離理解為需要所有實施中之此分離，且應理解，所描述之程式組件及系統通常可一起整合在單個軟體產品中或封裝至多個軟體產品中。另外，其他實施屬於以下申請專利範圍之範疇內。在一些情況下，申請專利範圍中所敍述之動作可以不同次序執行且仍實現合乎需要的結果。
雖然已參考實例實施例描述本發明，但熟習此項技術者將理解，在不脫離本發明之範疇的情況下可做出各種改變且等效物可取代其元件。另外，在不脫離本發明之範疇的情況下可做出許多修改以使特定情況或材料適應本發明之教示。
100:無線電力傳送系統
102:無線電力傳送單元
104:電源
106:傳輸器單元
108:接收器單元
110:場聚焦線圈
112:傳輸器(Tx)驅動子單元
114:傳輸器(Tx)線圈
116:接收器(Rx)線圈
117:整合式電子組件
118:接收器(Rx)驅動子單元
120:主接收器線圈
122:輔助接收器線圈
124:主轉換器
126:輔助轉換器
128:控制器
130:通信子單元
132:基板
134:封裝單元
136:解調變器

Claims (34)

  1. 一種一無線電力傳送(power transfer)系統之接收器單元，該接收器單元包含：一主接收器線圈，其用於自一傳輸器單元接收具有一第一電壓之一無線電力信號；一或多個輔助(auxiliary)接收器線圈，其用於自該傳輸器單元接收具有該第一電壓之該無線電力信號；及一整合式(integrated)電子組件，其包含：一接收器驅動子單元，其包含：一主轉換器，其以可操作方式耦合至該主接收器線圈，其中該主轉換器包含一主輸出端子；一或多個輔助轉換器，其以可操作方式耦合至該一或多個輔助接收器線圈，其中該一或多個輔助轉換器以可操作方式彼此耦合以形成一輔助輸出端子，該輔助輸出端子串聯耦合至該主輸出端子以形成一共同(common)輸出端子；及一控制器，其經組態以判定該接收器驅動子單元之一或多個電路參數，該控制器以可操作方式耦合至該主輸出端子、該主轉換器之一交流電端子、該共同輸出端子、或該共同輸出端子之一交流電端子中之至少一者。
  2. 如請求項1之接收器單元，其中該一或多個輔助轉換器中之一個輔助轉換器以可操作方式並聯耦合至該一或多個輔助轉換器中之另一輔助轉換 器。
  3. 如請求項1之接收器單元，其中該一或多個輔助轉換器中之一個輔助轉換器以可操作方式串聯耦合至該一或多個輔助轉換器中之另一輔助轉換器。
  4. 如請求項1之接收器單元，其中該一或多個輔助接收器線圈中之每一者以可操作方式耦合至該一或多個輔助轉換器中之一對應輔助轉換器。
  5. 如請求項1之接收器單元，其中該一或多個輔助轉換器中之至少一者為選自由以下組成之一群組的至少一個構件：一被動整流器、一混合式整流器、及一主動整流器。
  6. 如請求項1之接收器單元，其中該一或多個輔助接收器線圈安置於該主接收器線圈上。
  7. 如請求項6之接收器單元，其中該一或多個輔助接收器線圈安置於選自由以下組成之一群組的至少一個構件上：該主接收器線圈之一第一表面、一第二表面、及一周邊側。
  8. 如請求項1之接收器單元，其中該一或多個輔助接收器線圈為選自由以下組成之一群組的至少一個構件：一圓形、一橢圓形、一方形、一三角形、矩形、不對稱形、對稱形、及一橢圓形。
  9. 如請求項1之接收器單元，其中該一或多個輔助接收器線圈繞該主接收器線圈之該中心軸線對稱地安置。
  10. 如請求項1之接收器單元，其中該主接收器線圈及該一或多個輔助接收器線圈中之至少一者安置於一鐵氧體層上。
  11. 如請求項1之接收器單元，其中該接收器單元安置於一印刷電路板上。
  12. 如請求項1之接收器單元，其中該主接收器線圈及該一或多個輔助接收器線圈為諧振線圈。
  13. 如請求項1之接收器單元，其中該整合式電子組件進一步包含：一通信子單元，其以可操作方式耦合至主接收器、該一或多個輔助接收器、及該控制器；其中該控制器經組態以：判定對應於該共同輸出端子、該主轉換器之該交流電端子、或該複數個輔助轉換器之該等交流電端子中之至少一者的一或多個電路參數；及基於該一或多個電路參數來至少控制該通信子單元。
  14. 如請求項13之接收器單元，其中該通信子單元耦合至選自由以下組成之一群組的至少一個構件：該主轉換器之交流電感測器、該一或多個輔助轉換器之交流電感測器、及該共同輸出端子。
  15. 如請求項13之接收器單元，其中該基板包含一矽晶圓。
  16. 如請求項13之接收器單元，其中該整合式電子組件包含複數個第一開關，該等第一開關包含選自由以下組成之一群組的至少一個構件：一二極體、一絕緣閘極雙極電晶體、一金屬氧化物半導體場效電晶體、一場效電晶體、一噴射增強型閘極電晶體、一整合閘極換向閘流體、一基於氮化鎵之開關、一基於碳化矽之開關、及一基於砷化鎵之開關。
  17. 如請求項16之接收器單元，其中該通信子單元包含至少一個第二開關及一解調變器中之至少一者。
  18. 如請求項17之接收器單元，其中該整合式電子組件進一步包含跨越該共同輸出端子而耦合之一第三開關。
  19. 如請求項13之接收器單元，其中該整合式電子組件為一特殊應用積體電路(ASIC)、一極大型積體(VLSI)晶片、一微機電系統(MEMS)或一系統單晶片(SoC)。
  20. 一種無線電力傳送系統，其包含： 一傳輸器單元；及一接收器單元，其以可操作方式耦合至該傳輸器單元，其中該接收器單元包含：一主接收器線圈；複數個輔助接收器線圈；一整合式電子組件，其包含：一接收器驅動子單元，其包含：一主轉換器，其以可操作方式耦合至該主接收器線圈，其中該主轉換器包含一主輸出端子；及複數個輔助轉換器，其以可操作方式耦合至該複數個輔助接收器線圈，其中該複數個輔助轉換器以可操作方式彼此耦合以形成一輔助輸出端子，該輔助輸出端子串聯耦合至該主輸出端子以形成一共同輸出端子；一通信子單元，其以可操作方式耦合至該接收器驅動子單元；及一控制器，其以可操作方式耦合至該共同輸出端子、該主轉換器之一交流電端子、該複數個輔助轉換器之交流電端子、或該通信子單元，其中該控制器經組態以：判定對應於該共同輸出端子、該主轉換器之該交流電端子、或該複數個輔助轉換器之該等交流電端子中之至少一者之一或多個電路參數；及基於該一或多個電路參數來至少控制該通信子單元。
  21. 如請求項20之無線電力傳送系統，其包含安置於該傳輸器單元與該 接收器單元之間的一場聚焦線圈。
  22. 如請求項20之無線電力傳送系統，其包含複數個相位補償線圈，該複數個相位補償線圈經組態以補償該主接收器線圈之一阻抗及流過該主接收器線圈之電流的一相角中之至少一者的一改變。
  23. 如請求項20之無線電力傳送系統，其中該傳輸器單元包含：一傳輸器線圈；及一傳輸器驅動子單元，其以可操作方式耦合至該傳輸器線圈。
  24. 如請求項23之無線電力傳送系統，其中該複數個輔助接收器線圈經組態以補償該傳輸器線圈與該主接收器線圈之間的一未對準。
  25. 如請求項20之無線電力傳送系統，其中該通信子單元包含複數個開關或一解調變器中之至少一者。
  26. 如請求項25之無線電力傳送系統，其進一步包含複數個阻抗組件，其中該複數個開關中之一開關耦合至該複數個阻抗組件中之一對應阻抗組件。
  27. 如請求項26之無線電力傳送系統，其中該複數個開關中之該開關經由該對應阻抗組件以可操作方式耦合至該主轉換器之該交流電端子或該複數個輔助轉換器之該等交流電端子中之至少一者的至少一個分支。
  28. 如請求項26之無線電力傳送系統，其中該複數個開關中之該開關經由該對應阻抗組件耦合至該共同輸出端子。
  29. 如請求項25之無線電力傳送系統，其中該複數個開關中之一個開關耦合至該複數個開關中之另一開關。
  30. 一種一無線電力傳送系統之一接收器單元的方法，其包含：基於一主接收器線圈及複數個輔助接收器線圈與一傳輸器線圈之一對準，在該主接收器線圈及至少一輔助接收器線圈處自一傳輸器單元接收具有一第一電壓之一無線電力信號；基於該第一電壓，在一主轉換器之一主輸出端子處產生一第二電壓；基於該第一電壓，在複數個輔助轉換器之一輔助輸出端子處產生一第三電壓；及將該第二電壓與該第三電壓之一組合傳輸至一負載。
  31. 一種操作一無線電力傳送系統之方法，該方法包含：由一控制器判定對應於一共同輸出端子、一主轉換器之一交流電端子、或複數個輔助轉換器之交流電端子中之至少一者的一或多個電路參數，其中該共同輸出端子藉由將一輔助輸出端子串聯連接至該主轉換器之一主輸出端子而形成，其中該輔助輸出端子藉由將一接收器驅動子單元之該複數個輔助轉換器以可操作方式彼此耦合而形成； 基於該一或多個電路參數來控制一通信子單元之操作，其中該通信子單元以可操作方式耦合至該接收器驅動子單元；基於一主接收器線圈及複數個輔助接收器線圈與一傳輸器線圈之一對準，自一傳輸器單元之該傳輸器線圈在該主接收器線圈及該複數個輔助接收器線圈處接收具有一第一電壓之一無線電力信號，其中該複數個輔助轉換器以可操作方式耦合至該複數個輔助接收器線圈且該主轉換器以可操作方式耦合至該主接收器線圈；及在該共同輸出端子處產生一第二電壓。
  32. 如請求項31之方法，其中控制該通信子單元之操作包含：由該控制器基於該一或多個電路參數將一閘極控制信號提供至該通信子單元之複數個開關。
  33. 如請求項31之方法，其進一步包含由該通信子單元之一解調變器解調變自該傳輸器單元接收到的資訊。
  34. 一種用於一無線電力傳送系統之一接收器單元的整合式電子組件，該整合式電子組件包含：一接收器驅動子單元，其中該接收器驅動子單元包含：一主轉換器，其經組態以可操作方式耦合至一主接收器線圈，其中該主轉換器包含一主輸出端子；及複數個輔助轉換器，其經組態以可操作方式耦合至複數個輔助接收器線圈，其中該複數個輔助轉換器以可操作方式彼此耦合以形成 一輔助輸出端子，該輔助輸出端子串聯耦合至該主輸出端子以形成一共同輸出端子；一通信子單元，其以可操作方式耦合至該接收器驅動子單元；及一控制器，其以可操作方式耦合至該接收器驅動子單元及該通信子單元中之至少一者，其中該控制器經組態以：判定對應於該接收器驅動子單元之一或多個電路參數；及基於該一或多個電路參數來至少控制該通信子單元。
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