器與接收器之間啟用用于通信的裝置。在圖6中,功率放大器210驅(qū)動發(fā)射天線204以產(chǎn)生輻射場。功率放大器由載波信號220驅(qū)動,載波信號220在發(fā)射天線204的所要頻率下振蕩。發(fā)射調(diào)制信號224用以控制功率放大器210的輸出。
[0055]發(fā)射電路可通過使用功率放大器210上的開/關(guān)鍵控過程來向接收器發(fā)送信號。換句話說,當(dāng)斷言發(fā)射調(diào)制信號224時,功率放大器210將在發(fā)射天線204上向外驅(qū)動載波信號220的頻率。當(dāng)取消發(fā)射調(diào)制信號224時,功率放大器將不在發(fā)射天線204上向外驅(qū)動任何頻率。應(yīng)注意,其它類型的調(diào)制可在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0056]圖6的發(fā)射電路還包括負(fù)載感測電路216,其將功率供應(yīng)到功率放大器210且產(chǎn)生接收信號235輸出。在負(fù)載感測電路216中,電阻器艮上的電壓降形成于功率入信號226與到功率放大器210的功率供應(yīng)228之間。由功率放大器210消耗的電流的任何改變將導(dǎo)致電壓降的改變,電壓降的改變將由差動放大器230放大。當(dāng)發(fā)射天線處于與接收器(圖6中未展示)中的接收天線的耦合模式中時,由功率放大器210汲取的電流的量將改變。換句話說,如果發(fā)射天線204不存在耦合模式諧振,則驅(qū)動輻射場所需的功率將為第一量。如果存在耦合模式諧振,則由功率放大器210消耗的功率的量將上升(因為大量功率正耦合到接收天線中)。因此,接收信號235可指示耦合到發(fā)射天線235的接收天線的存在且還可檢測從接收天線發(fā)送的信號。另外,將可在發(fā)射器的功率放大器電流汲取中觀察到接收器電流汲取的改變,且此改變可用以檢測來自接收天線的信號。應(yīng)注意,可實施其它電路以檢測由接收天線和相關(guān)聯(lián)的電路的行為呈現(xiàn)的負(fù)載變化。
[0057]本文中所揭示的各種示范性實施例識別基于不同功率轉(zhuǎn)換方法的不同耦合變體,和包括裝置定位靈活性(例如,在實際上零距離下針對充電墊解決方案的緊密“接近”耦合,或針對短程無線功率解決方案的“鄰近”親合)的發(fā)射范圍。視天線的大小而定,緊密接近耦合應(yīng)用(即,強力耦合狀態(tài),耦合因子通常為k > 0.1)在通常為大約數(shù)毫米或數(shù)厘米的短距離或極短距離內(nèi)提供能量傳遞。視天線的大小而定,鄰近耦合應(yīng)用(即,寬松耦合狀態(tài),耦合因子通常為k< 0.1)在通常在10cm到2m的范圍內(nèi)的距離內(nèi)以相對較低的效率提供能量傳遞。雖然發(fā)射器與接收器之間的“鄰近”耦合可提供較低效率的能量傳遞,但“鄰近”耦合在接收器(裝置附接到接收器)相對于發(fā)射器天線的定位方面提供靈活性。
[0058]如本文中所描述,“接近”耦合和“鄰近”耦合可能需要不同匹配方法以使電源/接收器適應(yīng)于天線/耦合網(wǎng)絡(luò)。此外,各種示范性實施例提供針對LF應(yīng)用和HF應(yīng)用兩者以及針對發(fā)射器和接收器的系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)計目標(biāo)、實施變體和規(guī)格。這些參數(shù)和規(guī)格中的一些可(例如)視需要而變化,以與特定功率轉(zhuǎn)換方法更好地匹配。
[0059]圖7說明根據(jù)一示范性實施例的發(fā)射天線與接收天線之間的第一耦合變體的功能方框圖。圖7的耦合變體350說明“鄰近”耦合變體,且可用以耦合到用于“鄰近”耦合的高Q振蕩回路電路。耦合變體350變換阻抗以與功率轉(zhuǎn)換電路匹配,從而導(dǎo)致改進的或高的傳遞效率。具體來說,耦合變體350包括:發(fā)射天線352,其經(jīng)配置以在諧振頻率下諧振;以及接收天線354,其經(jīng)配置以在相同諧振頻率下或在所述諧振頻率的指定范圍內(nèi)的頻率下諧振。
[0060]發(fā)射天線352包括高Q振蕩回路諧振器356,高Q振蕩回路諧振器356包括電容器CjP電感器L 10接收天線354包括高Q振蕩回路諧振器358,高Q振蕩回路諧振器358包括電容器(:2和電感器L2。視天線的大小而定,鄰近耦合應(yīng)用(即,寬松耦合狀態(tài),其中耦合因子通常為k < 0.1)在通常在10cm到2m的范圍內(nèi)的距離d內(nèi)以相對低的效率提供能量傳遞。
[0061]圖8說明根據(jù)一示范性實施例的發(fā)射天線與接收天線之間的第二耦合變體的功能方框圖。根據(jù)一示范性實施例,圖8的耦合變體380說明“接近”親合變體。耦合變體380包括圖7的發(fā)射天線352和接收天線354。發(fā)射天線352包括高Q振蕩回路諧振器356,高Q振蕩回路諧振器356包括電容器(^和電感器L 1;且接收天線354包括高Q振蕩回路諧振器358,高Q振蕩回路諧振器358包括電容器(:2和電感器L 2。視天線的大小而定,緊密接近耦合應(yīng)用(即,強力耦合狀態(tài),其中耦合因子通常為k>0.1)在通常為大約數(shù)毫米或數(shù)厘米的短距離或極短距離d內(nèi)提供能量傳遞。
[0062]通常,通過確定最佳負(fù)載電阻來改進根據(jù)諧振感應(yīng)的無線功率傳遞,從而針對給定天線參數(shù)(例如,無載Q因子、L-C比率和發(fā)射器電源阻抗)產(chǎn)生最大化的傳遞效率。最佳負(fù)載視耦合因子k而定。相反,存在最佳接收L-C比率或負(fù)載變換,從而針對給定負(fù)載電阻最大化效率。
[0063]本發(fā)明的示范性實施例涉及一種無線充電裝置,其經(jīng)配置以在多個充電模式中的一者中操作,同時維持與FCC/SAR規(guī)章的兼容性。無線充電裝置可經(jīng)配置以向緊密耦合系統(tǒng)中的大負(fù)載(例如,膝上型計算機)提供功率,或向?qū)捤神詈舷到y(tǒng)中的一個或一個以上較小負(fù)載(例如,移動電話或媒體播放器)提供功率。
[0064]無線充電裝置可包括至少一個無線功率發(fā)射器,其經(jīng)配置以在相關(guān)聯(lián)的近場區(qū)內(nèi)發(fā)射無線功率。根據(jù)一個示范性實施例,至少一個無線功率發(fā)射器可經(jīng)配置以視定位于相關(guān)聯(lián)的充電區(qū)內(nèi)的一個或一個以上可充電裝置的類型而變化以無線方式從其發(fā)射的功率量。更具體來說,無線功率發(fā)射器可經(jīng)配置以用于高容量電池(例如,膝上型計算機(例如,上網(wǎng)本或智能本)的電池)的專用(即,1對1)高功率充電。以另一方式陳述,無線功率發(fā)射器可經(jīng)配置以向單一裝置發(fā)射相對高電平的功率,所述單一裝置與無線充電裝置形成緊密耦合系統(tǒng)(即,接近耦合)。此外,無線功率發(fā)射器可經(jīng)配置以用于一個或一個以上(例如,1到許多)低容量電池(例如,移動電話或媒體播放器的電池)的低功率充電。以另一方式陳述,無線充電裝置可經(jīng)配置以向一個或一個以上裝置發(fā)射相對低電平的功率,所述一個或一個以上裝置與無線充電裝置形成寬松耦合系統(tǒng)(即,鄰近耦合)。
[0065]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解,例如(僅舉例來說)蜂窩式電話或便攜式媒體播放器的相對低功率裝置的可充電電池可能需要大約2瓦到3瓦的功率以用于適當(dāng)充電。另一方面,例如膝上型計算機的相對高功率裝置的可充電電池可能需要大約60瓦的功率以用于適當(dāng)充電。因此,與向?qū)捤神詈舷到y(tǒng)中的一個或一個以上小裝置發(fā)射適當(dāng)量的功率相比,以無線方式向?qū)捤神詈舷到y(tǒng)中的相對高功率裝置發(fā)射適當(dāng)量的功率可導(dǎo)致較大功率損耗。此外,雖然寬松耦合系統(tǒng)與緊密耦合系統(tǒng)相比可展現(xiàn)出較高百分比的損耗,但如果在寬松耦合系統(tǒng)中所發(fā)射的功率的量相對低(例如,2瓦到3瓦),則所損耗的功率的量還可相對低。相反,如果在寬松耦合系統(tǒng)中所發(fā)射的功率的量相對高(例如,60瓦),則所損耗的功率的量也可相對高。
[0066]圖9為包括發(fā)射器(例如,圖4的發(fā)射器200)和至少一個相關(guān)聯(lián)的發(fā)射天線702的無線充電裝置700的方框圖。僅舉例來說,無線充電裝置700可包含充電盤、充電墊、對接臺或其任何組合。應(yīng)注意,如本文中所使用的術(shù)語“高功率裝置”包含如下裝置:與可能需要(僅舉例來說)2瓦到3瓦的功率以進行充電的低功率裝置(例如(僅舉例來說),蜂窩式電話、藍(lán)牙耳機或便攜式媒體播放器)相比,所述裝置需要相對高的功率量(例如,60瓦)以進行充電。此外,高功率裝置可包含接收天線,其具有實質(zhì)上類似于無線充電裝置700的發(fā)射天線702的尺寸的尺寸。此外,如本文中所使用,術(shù)語“低功率裝置”(例如,相對于高功率裝置需要低功率(例如,2瓦到3瓦)以進行充電的裝置)可包含具有接收天線的裝置,接收天線具有實質(zhì)上比無線充電裝置700的發(fā)射天線702的尺寸小的尺寸。
[0067]如下文更充分地所描述,視定位于無線充電裝置700的相關(guān)聯(lián)的充電區(qū)內(nèi)的一個或一個以上可充電裝置的類型而定,無線充電裝置700可經(jīng)配置以調(diào)整從其發(fā)射的功率的量。更具體來說,無線充電裝置700可經(jīng)配置以在緊密耦合系統(tǒng)(即,接近耦合)中以一功率電平發(fā)射功率,且在寬松耦合系統(tǒng)(即,鄰近耦合)中以另一較小功率電平發(fā)射功率。以另一方式陳述,如果一個或一個以上相對低功率裝置(例如,一個或一個以上移動電話)定位于無線充電裝置700的充電區(qū)內(nèi)(例如,定位于無線充電裝置700的表面上),則無線充電裝置700可經(jīng)配置以發(fā)射相對小量的功率(例如,每主動地接收功率的裝置為2瓦到3瓦)。相反,如果大裝置(例如,膝上型計算機)定位于無線充電裝置700的充電區(qū)內(nèi),則無線充電裝置700可經(jīng)配置以發(fā)射某一量的功率(例如,60瓦),所述量與在一個或一個以上小裝置定位于充電區(qū)內(nèi)時所發(fā)射的功率的量相比相對高。功率的量的此改變可由700主動地控制,或可由一個或一個以上可充電裝置向無線充電裝置700所呈現(xiàn)的特性阻抗自動地獲得。
[0068]圖10為無線充電裝置700的另一說明。如圖10所說明,無線充電裝置700包括表面704以用于放置大型可充電裝置(例如,膝上型計算機)或一個或一個以上小型可充電裝置(例如,蜂窩式電話、媒體播放器或相機)。
[0069]如下文更充分地所描述,根據(jù)本發(fā)明的一示范性實施例,無線充電裝置700可經(jīng)配置以執(zhí)行負(fù)載分析來確定哪一類型或哪些類型的可充電裝置定位于相關(guān)聯(lián)的近場區(qū)內(nèi)。以另一方式陳述,無線充電裝置700可經(jīng)配置以分析定位于相關(guān)聯(lián)的近場區(qū)內(nèi)