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用于检测和表征用于无线充电的物体的系统和专利与流程

来源:未知 编辑:晚一步 时间:2018-05-11

本公开一般涉及无线供电。更具体地,本公开涉及检测和表征用于无线充电的物体。



背景技术:

越来越多的电子设备经由可再充电电池供电。这种设备包括移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机外围设备、通信设备(例如蓝牙设备)、数字相机、助听器等。虽然电池技术已经得到改进,但电池供电的电子设备日益需要并消耗更多的电量,因此通常需要充电。可再充电设备通常经由有线连接充电,这些有线连接需要物理连接到电源的电缆或其他类似的连接器。电缆和类似的连接器有时可能不方便或麻烦,并具有其他缺点。能够在自由空间中传输功率以用于对可再充电电子设备进行充电的无线充电系统可以克服有线充电解决方案的一些缺陷。因而,期望有效且安全地传输功率用于对可再充电电子设备进行充电的无线充电系统和方法。为了有效且安全地传输功率用于对可再充电电子设备进行充电,期望能够检测和表征放置在无线充电器上或附近的物体。



技术实现要素:

在随附权利要求的范围内的系统、方法和设备的各种实现方式各自具有若干方面,其中没有单独的一个方面单独负责在此描述的期望属性。在不限制随附权利要求的范围的情况下,在此描述了一些突出的特征。

在本说明书中描述的技术方案的一个或多个实现方式的细节在附图和以下描述中阐述。根据描述、附图和权利要求,其他特征、方面和优点将变得显而易见。注意,下图的相对尺寸可能不是按比例绘制的。

本公开的一个方面提供了一种用于检测和表征无线功率发送单元附近的物体的系统,包括:具有发送天线的发送电路,所述发送电路被配置为发送具有与基本功率发送频率相关的频率的至少一个信号,所述发送电路被配置为测量所述发送天线的响应;以及控制器电路,其被配置为基于发送天线的响应来表征物体。

本公开的另一方面提供了一种用于检测和表征无线功率发送单元附近的物体的方法,包括:生成具有与基本功率发送频率相关的频率的至少一个信号;使用发送电路中的发送天线,发送具有与基本功率发送频率相关的频率的所述至少一个信号;在发送电路处测量发送天线的响应;以及使用所述发送天线的测量出的响应来表征物体。

本公开的另一方面提供了一种用于检测和表征无线功率发送单元附近的物体的设备,包括:用于生成具有与基本功率发送频率相关的频率的至少一个信号的单元;用于生成具有与基本功率发送频率相关的频率的至少一个信号的单元;用于发送具有与基本功率发送频率相关的频率的所述至少一个信号的单元;用于测量发送单元的响应的单元;以及用于基于所述发送单元的测量出的响应来表征物体的单元。

本公开的另一方面提供了一种用于检测位于由无线功率发送单元生成的磁场中的物体的装置,所述装置包括:功率发送电路,其包括发送天线,所述发送天线被配置为响应于被基本功率发送频率处的信号驱动而生成所述磁场,所述信号具有处于与所述基本功率发送频率相关的频率处的一个或多个信号分量;测量电路,其被配置为响应于所述物体位于所述磁场中而测量一个或多个特性,所述特性指示所述发送天线在与所述基本功率发送频率相关的频率处的阻抗;以及控制器电路,其被配置为基于指示所述发送天线在与所述基本功率发送频率相关的频率处的阻抗一个或多个特性,以及基于不同类型的物体的在与所述基本功率发送频率相关的频率处的一个或多个预期特性阻抗响应,来确定指示物体类型的一个或多个特性。

本公开的另一方面提供了一种存储计算机可执行代码的计算机可读介质,所述计算机可执行代码包括用于生成具有与基本功率发送频率相关的频率的至少一个信号的指令;用于使用发送电路中的发送天线来发送具有与基本功率发送频率相关的频率的至少一个信号的指令;用于在发送电路处测量发送天线的响应的指令;以及用于使用所述发送天线的测量出的响应来表征物体的指令。

附图说明

在附图中,除非另外指出,否则相似的附图标记贯穿各个视图指代相似的部分。对于具有字母字符标记的附图标记,例如“102a”或“102b”,所述字母字符标记可以区分出现在同一图中的两个相似的部分或元件。当意图附图标记包含所有附图中具有相同附图标记的所有部分时,可以省略附图标记的字母字符标记。

图1是根据本发明的示例性实施例的示例性无线功率传送系统的功能框图。

图2是根据本发明的各种示例性实施例可以在图1的无线功率传送系统中使用的示例性部件的功能框图。

图3是根据本发明的示例性实施例的、图2的发送电路或接收电路的一部分的示意图,该发送电路或接收电路包括发送天线或接收天线。

图4是根据本发明的示例性实施例可以在图1的无线功率传送系统中使用的发送器的功能框图。

图5是根据本发明的示例性实施例可以在图1的无线功率传送系统中使用的接收器的功能框图。

图6是可用于图4的发送电路中的发送电路的一部分的示意图。

图7是根据本发明的示例性实施例可以在图1的无线功率传送系统中使用的发送电路的一部分的功能框图。

图8是示出图7的发送天线的示例性实施例的示意图。

图9是示出在图4的发送器中实现的示例性电压、电流、功率和阻抗测量电路的示意图。

图10是用于测量无线功率系统中的高频AC功率和负载阻抗的方法的流程图。

图11是示出用于检测和表征用于无线充电的物体的方法的示例性实施例的流程图。

图12是示出用于检测和表征用于无线充电的物体的方法的示例性实施例的流程图。

图13是示出用于检测和表征用于无线充电的物体的方法的示例性实施例的流程图。

图14是示出用于检测和表征用于无线充电的物体的方法的示例性实施例的流程图。

图15是示出用于检测和表征用于无线充电的物体的方法的示例性实施例的流程图,其中在发送器处测量由接收器生成的谐波。

图16是示出用于检测和表征用于无线充电的物体的方法的示例性实施例的流程图,其中在发送器处测量由接收器生成的谐波。

图17是示出用于检测和表征用于无线充电的物体的方法的示例性实施例的流程图,其中在接收器和发送器之间建立通信。

图18是示出用于检测和表征用于无线充电的物体的方法的示例性实施例的流程图,其中在接收器和发送器之间建立通信。

图19是用于检测和表征用于无线充电的物体的装置的功能框图。

图20是用于检测和表征用于无线充电的物体的装置的功能框图,其中在接收器和发送器之间建立通信。

图21是示出由位于发送天线附近的物体引起的、发送天线处的阻抗变化的示例的图示。

图22是示出与由位于发送天线附近的物体引起的、发送天线处的共振频率变化相关的谐波变化的示例的图示。

图23是示出由位于发送天线附近的功率接收器生成的谐波引起的在发送天线处测量的谐波变化的示例的图示。

图24是示出功率接收器天线处的电流谐波的图示。

图25是示出由位于发送天线附近的功率接收器生成的谐波引起的在发送天线处测量的谐波变化的示例的图示。

附图中所示的各种特征可能不按比例绘制。因此,为了清楚起见,各种特征的尺寸可以被任意地扩大或缩小。另外,一些附图可能没有描述给定系统、方法或设备的所有部件。最后,在整个说明书和附图中,类似的附图标记可以用来表示类似的特征。

具体实施方式

以下结合附图阐述的详细描述旨在作为对本发明的示例性实施例的描述,而不是旨在表示可以实践本发明的唯一实施例。贯穿本说明书使用的术语“示例性”表示“用作示例、实例或说明”,并且不一定被解释为比其他示例性实施例优选或有利。为了提供对本发明的示例性实施例的全面理解,详细描述包括具体细节。在一些情况下,一些设备以框图形式示出。

在此描述中,术语“应用”还可以包括具有可执行内容的文件,例如:目标代码、脚本、字节代码、标记语言文件和补丁。另外,这里提到的“应用”还可以包括本质上不可执行的文件,例如可能需要打开的文档或需要访问的其它数据文件。

如在本说明书中所使用的,术语“部件”、“数据库”、“模块”、“系统”等旨在指代计算机相关实体,其可以是硬件、固件、硬件和软件的组合、软件、或执行中的软件。例如,部件可以是但不限于在处理器上运行的过程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序和/或计算机。作为说明,运行在计算设备上的应用和计算设备都可以是部件。一个或多个部件可以驻留在进程和/或执行线程内,并且部件可以位于一台计算机上和/或分布在两台或更多台计算机之间。另外,这些部件可以从其上存储有各种数据结构的各种计算机可读介质执行。这些部件可以通过本地和/或远程进程,例如根据具有一个或多个数据分组的信号(例如,来自一个部件与本地系统、分布式系统中的另一部件和/或跨网络(例如互联网)通过信号与其他系统进行交互的数据)进行通信。

无线传输功率可以指在不使用物理电导体的情况下将与电场、磁场、电磁场或者其他方面相关联的任何形式的能量从发送器传输到接收器(例如,功率可以通过自由空间传输)。输出到无线场(例如,磁场)的功率可以被“接收天线”接收、捕获或耦合以实现功率传送。

期望能够确定放置在无线功率发送单元(PTU)附近的物体的身份并对其进行表征,从而PTU能够采取适当的行动。如本文所使用的,术语“表征”不仅指确定物体的身份,还可以指确定物体的类型(电荷接收设备(以及如果是电荷接收设备,则是什么类型的电荷接收设备),非电荷接收设备,金属物体,其他物体等)。术语“表征”还可以指代比仅检测放置在无线功率发送单元附近的物体的存在、距离或取向更多。“表征”物体的非限制性示例可以是例如物体是否是金属物体、非金属物体、压缩盘(CD)、与无线功率发送单元兼容的电荷接收设备、与无线功率发送单元不兼容的电荷接收设备、或者物体的其他属性。例如,在电荷接收物体的情况下,可以基于物体的性质确定是否尝试将充电功率传送到物体。该物体可以是兼容的或不兼容的无线功率接收单元(PRU),或者可以是外部物体,仅例如金属物体、压缩盘(CD)、另一电子设备等。确定放置在功率发送单元附近的物体的身份和特性可以包括测量查看PTU发送共振器中的无线功率发送频率(即,在示例性系统中为6.78MHz)的AC功率和阻抗。放置在无线充电表面上的物体引起物体的电子响应的变化。物体电子响应的变化可以是阻抗转变、功率变化、电流谐波变化或电压谐波变化。在其他示例中,不受控的功耗也可以用于识别特定类型的外物。测量无线功率发送频率处的AC功率和阻抗可能在检测特定兼容物体时具有某些缺陷,并且这样也可能更难以检测到外物。本文描述的用于检测和表征用于无线充电的物体的系统和方法的示例性实施例允许改进对不同类型的物体的检测和表征,以能够向用户提供保护或者防止由无线功率传输场引起的对电子设备的损害,或者向位于无线功率传输场内的兼容物体提供更有效的功率传输。

图1是根据本发明的示例性实施例的示例性无线功率传送系统100的功能框图。输入功率102可以从电源(未示出)被提供给发送器104,用于生成用于提供能量传输的场105(例如,磁或电磁物种)。接收器108可以耦合到场105,并且生成输出功率110以用于由耦合到输出功率110的设备(未示出)进行存储或消耗。发送器104和接收器108都被分开距离112。在一个示例性实施例中,根据相互共振关系来配置发送器104和接收器108。当接收器108的共振频率和发送器104的共振频率基本相同或非常接近时,在发送器104和接收器108之间的传输损耗减小。这样,与可能要求大线圈非常接近(例如,毫米)的纯感应解决方案相比,可以在更大的距离上提供无线功率传输。共振感应耦合技术因此允许在各种距离和各种感应线圈配置下提高效率和功率传输。

当接收器108位于由发送器104产生的能量场105中时,接收器108可以接收功率。场105对应于由发送器104输出的能量可以由接收器108捕获的区域。发送器104可以包括用于输出能量传输的发送天线114(其在这里也可以被称为线圈)。接收器108还包括用于从能量传输接收或捕获能量的接收天线118(在本文中也可以被称为线圈)。在一些情况下,场105可以对应于发送器104的“近场”。近场可以对应于存在由发送天线114中的电流和电荷产生的强反应场的区域,所述强反应场最小辐射功率远离发送天线114。在一些情况下,近场可对应于发送天线114的大约一个波长(或其一部分)内的区域。当定位在场105内时,“耦合模式”可以在发送天线114和接收天线118之间发展。在发送和接收天线114和118周围可能发生这种耦合的区域可以被称为耦合模式区域。

因此根据上述,根据更具体的实施例,发送器104可以被配置为输出具有与发送天线114的共振频率对应的频率的时变磁场105。当接收器在场105内时,时变磁场105可以在接收天线118中感应出导致电流流过接收天线118的电压。如上所述,如果接收天线118被配置为在发送天线114的频率处共振,则可以有效地传输能量。在接收天线118中感应的AC信号可以被整流以产生DC信号,该DC信号可以被提供用于对负载进行充电或供电。

图2是根据本发明的各种示例性实施例可以在图1的无线功率传输系统100中使用的示例性部件的功能框图。发送器204可以包括发送电路206,该发送电路206可以包括振荡器222、驱动器电路224、以及滤波器和匹配电路226。振荡器222可以被配置为生成期望的频率处的信号,例如468.75KHz、6.78MHz或13.56MHz,其可以响应于频率控制信号223而被调整。振荡器信号可以被提供给驱动器电路224,该驱动器电路224被配置为以例如发送天线214的共振频率来驱动发送天线214。驱动器电路224可以是被配置为从振荡器222接收方波并输出正弦波的开关放大器。例如,驱动器电路224可以是E类放大器。还可以包括滤波器和匹配电路226以过滤谐波或其它不希望的频率,并将发送器204的阻抗匹配到发送天线214。作为驱动发送天线214的结果,发送器204可以无线地输出足够用于对电子设备充电或供电的水平的功率。作为一个例子,所提供的功率可以例如在300毫瓦到5瓦或5瓦到40瓦的量级上,以便对具有不同功率要求的不同设备供电或充电。也可以提供更高或更低的功率水平。

接收器208可以包括接收电路210,该接收电路210可以包括匹配电路232以及整流器和开关电路234,以根据AC功率输入生成DC功率输出来对电池236进行充电,如图2所示,或者为耦合到接收器108的设备(未示出)供电。可以包括匹配电路232以将接收电路210的阻抗与接收天线218相匹配。接收器208和发送器204可以额外在单独通信信道219(例如,蓝牙、紫蜂、蜂窝等)上进行通信。接收器208和发送器204可以替代地使用无线场205的特性经由带内信令进行通信。

接收器208初始可以具有相关联的可选择性禁用的负载(例如,电池236),并且可以被配置为确定由发送器204发送并由接收器208接收的功率量是否适合于对电池236进行充电。此外,接收器208可以被配置成在确定功率量适当时启用负载(例如,电池236)。

图3是根据本发明示例性实施例的图2的包括发送或接收天线352的发送电路206或接收电路210的一部分的示意图。如图3所示,在包括下面描述的那些部件的在示例性实施例中使用的发送或接收电路350可以包括天线352。天线352也可以被称为或者被配置为“环形”天线352。天线352也可以在本文中被称为被配置为“磁性”天线或感应线圈。术语“天线”通常是指可以无线地输出或接收用于耦合到另一“天线”的能量的部件。天线还可以被称为被配置为无线地输出或接收功率的类型的线圈。如本文所使用的,天线352是被配置为无线地输出和/或接收功率的类型的“功率传输部件”的示例。天线352可以被配置为包括空芯或诸如铁氧体芯(未示出)的物理芯。

天线352可以形成被配置成以共振频率共振的共振电路的一部分。当被配置为共振电路时,在特定实施例的一些方面中的天线352可以被配置为或被称为共振器。环路或磁性天线352的共振频率基于电感和电容。电感可以简单地是由天线352产生的电感,而电容可以以期望的共振频率被添加以产生共振结构(例如,电容器可以串联或并联地电连接到天线352)。作为非限制性示例,电容器354和电容器356可以被添加到发送或接收电路350以创建共振电路,其以期望的操作频率共振。对于较大直径的天线,维持共振所需的电容大小可能随着环路的直径或电感的增加而减小。随着天线直径的增加,近场的有效能量传输面积可能增加。使用其他部件形成的其他共振电路也是可行的。作为另一非限制性示例,可以在天线352的两个端子之间并联放置电容器(未示出)。对于发送天线,具有基本上对应于天线352的共振频率的频率的信号358可以是到天线352的输入。对于接收天线,信号358可以是可以被整流并用于对负载供电或充电的输出。

图4是根据本发明的示例性实施例可以在图1的无线功率传输系统中使用的发送器404的功能框图。发送器404可以包括发送电路406和发送天线414。发送天线414可以是如图3所示的天线352。发送天线414可以被配置为如上参考图2所述的发送天线214。在一些实现方式中,发送天线414可以是线圈(例如,感应线圈)。在一些实现方式中,发送天线414可以与更大的结构相关联,例如垫、桌子、垫子、灯或其他固定配置。发送电路406可通过提供导致围绕发送天线414生成能量(例如,磁通量)的振荡信号来向发送天线414提供功率。发送器404可以以任何合适的频率操作。举例来说,发送器404可以在6.78MHz的ISM频带上操作。

发送电路406可以包括用于将发送电路406的阻抗(例如,50欧姆)匹配到发送天线414的固定阻抗匹配电路409,和被配置为将谐波发射降低到防止对设备的干扰和耦合到接收器108(图1)的设备的自干扰的水平的低通滤波器(LPF)408。其他示例性实施例可以包括不同的滤波器拓扑,包括但不限于在传递其他频率时衰减特定频率的陷波滤波器,并且可以包括自适应阻抗匹配,其可以基于可测量的传输度量(例如,到发送天线414的输出功率或由发送器驱动器电路424牵引的DC电流)而变化。发送电路406还包括驱动器电路424,其被配置为驱动由振荡器423确定的信号。发送电路406可以包括分立设备或电路,或者替代地可以包括集成组件。

发送电路406还可以包括控制器415,用于在发送阶段(或工作周期)期间为特定接收器选择性地启用振荡器423,用于调整振荡器423的频率或相位,并且用于调整用于实现通过附接接收器与相邻设备交互的通信协议的输出功率水平。注意,控制器415在这里也可以被称为处理器。调整发送路径中的振荡器相位和相关电路可以允许减少带外发射,特别是当从一个频率转换到另一频率时更是如此。

发送电路406还可以包括负载感测电路416,用于检测由发送天线414生成的近场附近有源接收器的存在或不存在。作为示例,负载感测电路416监视流向发送器驱动器电路424的电流,所述电流可能受由发送天线414生成的场附近存在或不存在有源接收器的影响,将在下面进一步描述。控制器415监视发送器驱动器电路424上负载变化的检测,用于确定是否启用振荡器423来发送能量并与有源接收器通信。如以下更全面描述的,在发送器驱动器电路424处测量的电流可以用于确定无效设备是否位于发送器404的无线功率传输区域内。

发送天线414可以利用Litz线或作为天线带来实现,其厚度、宽度和金属类型被选择为保持低电阻损耗。

发送器404可以收集和追踪关于可以与发送器404相关联的接收器设备的行踪和状态的信息。因此,发送电路406可以包括连接到控制器415(在此也被称为处理器)的存在检测器480、封闭式检测器460或其组合。控制器415可响应于来自存在检测器480和封闭式检测器460的存在信号而调整由发送器驱动器电路424递送的功率量。发送器404可通过多个电源接收功率,例如,用于转换建筑物中存在的AC功率的AC-DC转换器(未示出),用于将DC电源转换成适合于发送器404的电压的DC-DC转换器(未示出),或者直接来自DC电源(未示出)。

作为非限制性示例,存在检测器480可以是用于感测被插入到发送器404的覆盖区域中的待充电设备的初始存在的运动检测器。在检测之后,发送器404可以被启动,并且由设备接收到的RF功率可以用于以预定方式切换Rx设备上的开关,这又导致发送器404的驱动点阻抗的变化。

作为另一非限制性示例,存在检测器480可以是能够例如通过红外检测、运动检测或其他合适手段来检测人类的检测器。在一些示例性实施例中,可能存在限制发送天线414可以以特定频率发送的功率量的规定。在一些情况下,这些规定是为了保护人类免受电磁辐射。然而,可能存在这样的环境:其中发送天线414被放置在未被人类占用或人类很少占用的区域中,例如车库、工厂车间、商店等。如果这些环境中不存在人类,则可以允许将发送天线414的功率输出增加到正常功率限制规定以上。换句话说,控制器415可以响应于人类的存在而将发送天线414的功率输出调节到受控水平或更低,并且当人类处于距发送天线414的无线充电场的受控距离之外时将发送天线414的功率输出调节到高于受控水平。

作为非限制性示例,封闭式检测器460(在本文中也可以被称为封闭式隔室检测器或封闭空间检测器)可以是诸如感测开关之类的设备,用于确定封闭物何时处于关闭或打开状态。当发送器处于封闭状态的封闭物中时,发送器的功率水平可以被增加。

在示例性实施例中,可以使用发送器404不会无限期保持的方法。在这种情况下,发送器404可以被编程为在用户确定的时间量之后关闭。这个特征防止发送器404(特别是发送器驱动电路424)在其周边中的无线设备完全充电之后运行很长时间。该事件可能是由于电路的故障引起的,所述电路用于检测从中继器或接收天线218发送的、设备被完全充电的信号。为了防止发送器404在另一设备放置在其周边时自动关闭,发送器404的自动关闭特征可以仅在其周边检测到缺少运动的设定时段之后被激活。用户能够确定不活动时间间隔,并根据需要改变不活动时间间隔。作为非限制性示例,时间间隔可以比假定特定类型的无线设备初始完全放电时对该设备完全充电所需的时间间隔更长。

发送器404还可以包括电压传感器432和电流传感器434,其可操作地耦合到电压、电流、功率和阻抗测量电路430。电压传感器432被示为可操作地耦合到匹配电路409,而电流传感器434被示为在传感器不可知点433处在匹配电路409和发送天线414之间可操作地耦合到发送器404。电压、电流、功率和阻抗测量电路430被描绘为可操作地耦合到控制器415。电压传感器432可以可操作地耦合在匹配电路409或发送电路406的各个点处,并且不需要专门地耦合到匹配电路409。类似地,电流传感器434可以不耦合到图4中指示的点433。电压传感器432和电流传感器434可以可操作地连接在例如匹配电路409或发送天线414之前的任何位置处,在所述位置处感测到的电压和电流可以提供呈现给发送天线414的感测到的功率或阻抗。电流传感器不可知点433表示可由电流传感器434感测电流的任何点。在示例性实施例中,电压传感器432和电流传感器434可分别被配置为感测时变电压信号和时变电流信号。

电压传感器432可以被配置为执行电压感测,并且可以被配置为将感测到的电压输出到电压、电流、功率和阻抗测量电路430的输入端。电压传感器432可以被配置为感测电压传感器432所连接的两点的电压差。例如,匹配电路409的输出可以包括分压器网络。在一些实施例中,电压感测的替代方法和系统可以用于AC功率和负载阻抗测量。

类似地,电流传感器434可以被配置为执行电流感测,并且可以被配置为将感测到的电流输出到电压、电流、功率和阻抗测量电路430的另一输入端。电流传感器434可以被配置为感测在电流传感器434所连接的点之间流动的电流。例如,匹配电路409的输出可以馈送电流传感器434的输入。在一些实施例中,电流传感器434可以包括在印刷电路板(PCB)(该图中未示出)上制造的电流感测线圈(该图中未示出),其中电流可以被路由到内部PCB,并且使用PCB的顶部和/或底部平面在内部PCB周围构建线圈。在一些实施例中,电流感测的替代方法和系统可以用于AC功率和负载阻抗测量。

电压、电流、功率和阻抗测量电路430可以是被配置为执行可用于外物检测、负载功率测量控制、负载检测、动态调谐或其它用途的电压、电流、AC功率和负载阻抗测量的电路。在示例性实施例中,电压、电流、功率和阻抗测量电路430可以被配置为与控制器415、振荡器423和/或发送器驱动器424中的至少一个耦合。在示例性实施例中,电压、电流、功率和阻抗测量电路430可以向上面列出的部件中的至少一个提供信号,以调整由发送器404输出的输出功率(例如,电流或电压)。在示例性实施例中,电压、电流、功率和阻抗测量电路430可以被配置为测量指示发送功率的一个或多个特性。例如,电压、电流、功率和阻抗测量电路430可以被配置为经由电容分压器来测量差分电压。在实施例中,电压、电流、功率和阻抗测量电路430可以实现电阻分压器。电压、电流、功率和阻抗测量电路430还可以测量匹配电路409和发送天线414之间的电压和/或电流。电压、电流、功率和阻抗测量电路430可以向量地和/或差分地测量电压和/或电流。控制器415可以从电压、电流、功率和阻抗测量电路430接收所测量的发送功率,并且可以将所测量的发送功率与由诸如接收器208(图2)之类的接收器报告的接收到的发送功率进行比较。

图5是根据本发明的示例性实施例可以在图1的无线功率传输系统中使用的接收器508的功能框图。接收器508包括可以包括接收天线518的接收电路510。接收器508还耦合到设备550,用于向设备550提供接收到的功率。应该注意,接收器508被示为在设备550外部,但是接收器508可以集成到设备550中。能量可以无线地传播到接收天线518,然后通过接收电路510的其余部分耦合到设备550。通过示例,充电设备可以包括诸如以下的设备:移动电话,便携式音乐播放器,膝上型计算机,平板计算机,计算机外围设备,通信设备(例如,蓝牙设备),数字照相机,助听器(和其他医疗设备),可穿戴设备,等等。

接收天线518可以被调谐为以与发送天线414(图4)相同的频率或者在指定的频率范围内共振。接收天线518可以与发送天线414类似地设计尺寸,或者可以基于关联设备550的尺寸而不同地确定尺寸。举例来说,设备550可以是直径或长度尺寸小于发送天线414的直径或长度的便携式电子设备。在这样的示例中,接收天线518可以被实现为多匝线圈,以便减小调谐电容器(未示出)的电容值并且增加接收线圈的阻抗。举例来说,可以将接收天线518放置在设备550的基本圆周周围,以便使天线直径最大化并且减少接收天线518的环匝数(即,绕组)和绕组间电容。

接收电路510可以向接收天线518提供阻抗匹配。接收电路510包括功率转换电路506,用于将接收到的RF能量源转换为供设备550使用的充电功率的。功率转换电路506包括RF-DC转换器520,并且还可以包括DC-DC转换器522。RF-DC转换器520将在接收天线518处接收到的RF能量信号整流为具有输出电压的非交流功率。DC-DC转换器522(或其他功率调节器)将经整流的RF能量信号转换为与具有输出电压和输出电流的设备550兼容的能量电势(例如,电压)。设想出各种RF-DC转换器,包括部分和全部整流器、调节器、电桥、倍增器以及线性和开关转换器。

接收电路510还可以包括RX匹配和开关电路512,用于将接收天线518连接到功率转换电路506,或替代地用于断开功率转换电路506。将接收天线518从功率转换电路506断开不仅中止设备550的充电,而且还改变发送器404(图2)“看到”的“负载”。

当在发送器的近场中存在多个接收器508时,可能需要调整一个或多个接收器的加载和卸载以使其他接收器能够更有效地耦合到发送器。接收器508也可以隐身,以消除与其他附近接收器的耦合或减少附近发送器的负载。接收器的这种“卸载”在本文中也被称为“隐身”。此外,由接收器508控制并由发送器404检测的在卸载和加载之间的切换可以提供从接收器508到发送器404的通信机制。另外,协议可以与使得能够从接收器508向发送器404发送消息的切换相关联。通过示例,切换速度可以在100μsec的量级上。

在示例性实施例中,发送器404和接收器508之间的通信可以经由“带外”分离通信信道/天线或经由可以经由用于功率传输的场的调制而发生的“带内”通信发生。

接收电路510还可以包括信令检测器和信标电路514,用于识别接收到的能量波动,该能量波动可以对应于从发送器到接收器的信息信令。此外,信令和信标电路514还可以用于检测减少的RF信号能量(即,信标信号)的传输,并且将减小的RF信号能量整流为额定功率,用于唤醒接收电路510内的无电或功率耗尽的电路,以便配置接收电路510用于无线充电。

接收电路510还包括控制器516,用于协调这里描述的接收器508的过程,包括这里描述的RX匹配和开关电路512的控制。注意,控制器516在这里也可以被称为处理器。接收器508的隐身还可以在发生其他事件时发生,包括检测到向设备550提供充电功率的外部有线充电源(例如,墙壁/USB电源)。除了控制接收器的隐身之外,控制器516还可以监视信标电路514以确定信标状态,并提取从发送器404发送的消息。控制器516还可以调整DC-DC转换器522以提高性能。

在示例性实施例中,根据非线性设备和开关电路的操作,在接收电路510中生成谐波,非线性设备和开关电路可以是RF-DC转换器520、DC-DC转换器522或接收电路510中的其它元件的一部分。在示例性实施例中,由这些非线性设备生成的谐波可以在接收天线518处被检测为电压和电流谐波分量。这些谐波也可以在发送天线414(图4)处被接收和检测为电压和/或电流谐波分量或者功率和/或阻抗谐波分量。谐波的幅度取决于接收器508的操作条件(例如,负载、功率等)。这些谐波也是在接收器508中使用的电路拓扑的函数,并且可以用于唯一地向发送器404标识接收器实现的类型。在示例性实施例中,通过以低功率和高功率执行谐波测试,可以将兼容的无线功率接收单元与不兼容的无线功率接收单元区分开。兼容的无线功率接收单元是被设计为从发送器404接收功率的单元,而不兼容的无线功率接收单元不能从发送器404接收功率或者没有以能够按照预期在无线功率系统内运行的方式被设计。线性设备(金属物体)将经历相同的谐波比率,而非线性设备(即,具有整流器的设备)将在较高功率水平展现不成比例的较高谐波。

图6是可用于图4的发送电路406中的发送电路600的一部分的示意图。发送电路600可以包括如以上在图4中所描述的驱动器电路624。如上所述,驱动器电路624可以是开关放大器,其可以被配置为接收方波并且输出正弦波,以提供给发送电路650。在一些情况下,驱动器电路624可以被称为放大器电路。驱动器电路624被示出为E类放大器,然而,根据本发明的实施例可以使用任何合适的驱动器电路624。如图4所示,驱动器电路624可以由来自振荡器423的输入信号602驱动。驱动器电路624还可以设置有驱动电压VD,该驱动电压VD被配置为控制可以通过发送电路650输送的最大功率。为了消除或减少谐波,发送电路600可以包括滤波器电路626。滤波器电路626可以是三极(电容器634、电感器632和电容器636)低通滤波器电路626。

可以将由滤波器电路626输出的信号提供给包括天线614的发送电路650。发送电路650可以包括串联共振电路,其具有电容620和电感(例如,其可能由于天线的电感或电容或额外电容器部件而引起),其可以在由驱动器电路624提供的滤波信号的频率下共振。发送电路650的负载可以由可变电阻器622表示。负载可以是定位成从发送电路650接收功率的无线功率接收器508的功能。

在各种实施例中,上面关于图1-6描述的无线功率传输系统100可以基于附近物体的检测和表征来改变无线功率传输。附近物体可以包括预期的接收器、待充电的设备和/或外物。外物可以是除了预期传输目标外的事物(即,非充电设备),例如寄生接收器、无机物、金属物体(例如硬币、箔等)或者活物(例如人、动物等)。寄生接收器可以包括例如非电子金属物体、未经授权的可充电设备等。

例如,如上面关于图4所讨论的,发送器404可以包括存在检测器480,其可以检测附近物体的存在、距离、定向和/或位置。在各种其他实施例中,存在检测器480可以位于另一位置,例如位于接收器508上或其他地方。当在第一距离内检测到外物时,控制器415可以降低传输功率。在各种实施例中,无线功率传输系统100可以根据关于生物安全性、消防安全性等的规则或规定来调整无线功率传输的特性。例如,无线功率传输系统100可以调整发送功率,从而在给定与人体的距离时到达附近人体的电磁场低于阈值。

在各种实施例中,存在检测器480可以基于视线检测机制来检测附近物体的存在。视线检测机制可以包括例如红外检测、超声检测、激光检测等。在包括嵌入式发送器的实施例中,其中功率可以通过诸如台或桌子之类的不透明表面传输,可能优选使用非视线检测机制。非视线机制可以包括例如电容检测、辐射测量检测等。在本文将描述的各种实施例中,存在检测器480可使用谐波检测系统,基于基本系统频率的谐波处的接收信号强度的变化来检测附近物体的存在、类型、距离、定向和/或位置。

图7是根据示例性实施例可以在图1的无线功率传输系统100中使用的发送电路700的一部分的功能框图。在各种实施例中,图7中呈现的元件可以包括图4的发送器404的多个部分。在各种实施例中,可以以平衡或单端形式配置图7中呈现的元件;图7和进一步的讨论以平衡形式呈现这个例子。发送电路700可以包括时钟发生器710,发送放大器720,发送滤波器和/或匹配电路730,正和负测量电容器CMP和CMN,正和负串联电容器CSP和CSN,发送天线(发送线圈或发送共振器)LTX755,可编程增益元件735,差分混合器740a和740b,求和放大器750a和750b,低通滤波器(LPF)760a和760b,模数转换器(ADC)770a和770b,控制器780和可变频率主时钟745。注意,控制器780在本文中也可以被称为处理器。

发送电路700还包括低功率/可变频率信号发生器785和电容/电感耦合788。在示例性实施例中,低功率/可变频率信号发生器785可以被配置成生成信号,所述信号处于基本功率发送频率的谐波频率或基本功率发送频率的谐波倍数以外的频率。电容/电感耦合788在发送放大器720的输出端处将低功率/可变频率信号发生器785的输出耦合到发送天线755。

在各种实施例中,发送电路700可以被配置为确定发送天线755处的发送特性或响应,例如电压、电流、发送功率和共振器阻抗中的任何一个或多个。例如,发送电路700可以被配置为测量施加到发送天线755的电压(例如,RMS)和/或电流。发送电路700可以被配置为进行向量测量。例如,发送电路700可以测量施加到发送天线755的电流和/或电压的幅度和相位中的任一个或两个。在实施例中,发送电路700可以实现或包括功率和阻抗测量电路430(图4)。

时钟发生器710可以被配置为向发送放大器720和混合器740a和740b提供同相(I)和正交(Q)时钟信号(正或负)。然而,在其他示例性实施例中,时钟发生器710可以被配置为提供除了同相和正交时钟信号以外的时钟信号。在所示的实施例中,时钟发生器710被配置为基于振荡器输入和控制器780的控制来生成I/Q信号。在示例性实施例中,控制器780可以控制可变频率主时钟745以生成各种期望的频率。在示例性实施例中,发送电路700被配置为测量基本功率传输频率(例如,6.78MHz)处的电压、电流、阻抗和功率中的一个或多个,并且还被配置为测量基本功率传输频率的谐波频率处的电压、电流、阻抗和功率中的一个或多个。在另一示例性实施例中,发送电路700被配置为测量基本功率传输频率(例如6.78MHz)处的电压、电流、阻抗和功率中的一个或多个,并且还被配置为测量除了基本功率传输频率的谐波倍数外的频率处的电压、电流、阻抗和功率的一个或多个。提供给发送放大器720的I和Q频率和功率传输频率可以不同。可变频率主时钟745可以被配置为向时钟发生器710提供期望的时钟频率,在示例性实施例中,该时钟发生器710然后将发送信号提供给发送放大器720。在示例性实施例中,时钟发生器710被配置为根据可变频率主时钟745生成输入时钟信号的同相和正交分量。在实施例中,可变频率主时钟745可以被配置为提供可以是发送频率的四倍的输入。例如,在具有大约468.75KHz、6.78MHz和13.56MHz的发送频率的各种实施例中,振荡器输入可以分别是大约1.87MHZ、27.12MHZ和54.24MHZ。在实施例中,可以从振荡器423(图4)接收振荡器输入。

在示例性实施例中,时钟发生器710可以被配置为在振荡器输入频率(例如6.78MHz)的四分之一处生成四个时钟信号I、Q、I'和Q'(统称为“I/Q”)。时钟I、Q、I'和Q'中的每一个可以表示不同的相位(例如,0、90、180和270度)。因此,I可以比Q提前90°。I'和Q'可以是其各自输出I和Q的反相版本,并且可以提供主信号I和Q的180相移。本领域普通技术人员将理解,可以使用其他相位跃变(例如,45度、60度等)。

时钟发生器710可以选择性地向混合器740a和740b提供正弦和余弦信号。在各种实施例中,正弦和余弦信号可以包括正弦信号(例如,在包括模拟乘法器的实施例中)和方波(例如,在包括数字多路复用器的实施例中)。例如,时钟发生器710可以经由一个或多个多路复用器向混合器740a和740b选择性地提供时钟信号I、Q、I'和Q'中的一个或多个。例如,时钟发生器710可以针对每个混合器740a和740b包括一个多路复用器。在实施例中,所选的时钟信号I/Q可以例如经由D触发器重新计时。对信号I/Q重新计时可以减少相位之间的延迟变化。提供给混合器740a和740b的时钟信号I/Q的选择可以由例如控制器780来控制。时钟发生器710被配置为向混合器740a和740b提供期望的(I/Q)信号,其对应于期望的谐波频率。提供给发送放大器720的信号的频率在期望的功率发送频率(例如6.78MHz)处恒定。

发送放大器720被配置为向发送线圈LTX驱动时变信号。发送放大器720可以基于从时钟发生器710接收到的时钟信号来驱动时变信号。发送放大器720从时钟发生器710接收I时钟相位。在实施例中,发送放大器720可以例如从振荡器423(图4)接收单独的时钟信号。在实施例中,发送放大器720可以是发送器驱动器电路424(图4)。

发送滤波器730用于提供发送天线755处的阻抗匹配和/或谐波发射的减少。其他示例性实施例可以包括不同的滤波器拓扑,包括但不限于衰减特定频率而使其他频率通过的陷波滤波器,并且可以包括自适应阻抗匹配,其可以基于可测量的传输度量(例如,到线圈LTX的输出功率)而变化。在各种实施例中,发送滤波器730可以实现或包括滤波器408(图4)和/或匹配电路409(图4)。

差分混合器740a和740b用于在测量电容器CMP和CMN处测量电压。特别地,差分混合器740a和740b被配置为使用乘法相位检测器将从时钟发生器710接收到的I/Q时钟与待测量的信号同步混合。测量电容器CMP和CMN用作已知的阻抗,其中跨测量电容器CMP和CMN的电压与电流成比例。在混合器740a和740b的输入端处可以添加额外的设备以缩放电压电平。差分混合器740a和740b便于测量电容器CMP和CMN的两侧(即,节点ASP、BSP、ASN和BSN处)上的电压测量。因此,通过测量电容器CMP和CMN的电流可以被计算并用于确定在发送天线755处发送的功率。

求和放大器750a和750b用于向多路复用器提供虚拟AC接地,将DC电流转换成反映VA+VB或VA-VB的实部和/或虚部的电压,其中VA表示跨节点ASP和ASN的电压,VB表示跨节点BSP和BSN的电压。时钟发生器710可以通过选择适当的时钟相位并将其提供给混合器740a和740b来选择所执行的特定求和。在一些实现方式中,时钟发生器710可以选择适当的时钟相并将其提供给混合器740a和740b,以单独地测量VA和VB。

例如,驱动每个混合器740a和740b的两个信号可以由正弦波表示:针对跨节点对ASP/ASN和BSP/BSN上测量的差分信号的AmsinM,以及针对从时钟发生器710接收到的参考信号的sinR或cosR(分别基于同相和正交相位信号)。如等式1和2所示,混合器740a和740b可以将sinM和sinR或cosR相乘,其中ω是发送频率的2π倍,“α”是相位偏移。

sinM sinR=1/2[cos(ωt+α-ωt)-cos(ωt+α+ωt)] (1)

sinM cosR=1/2[sin(2ωt+α)+sinα] (2)

LPF 760a和760b过滤诸如2ω项的非基带频谱内容。例如,sinMsinR和sinMcosR的乘积可以如等式3和4所示被过滤。

Filtered(sinMsinR)=1/2cosα (3)

Filtered(sinMcosR)=1/2sinα (4)

因此,角度α可以由两个测量信号的反正切来确定,如等式5所示。

α=arctan[1/2sinα/1/2cosα] (5)

混合器740a和740b的输出在求和放大器750a和750b处被组合,并且在LPF 760a和760b处被低通滤波,以去除信号谐波并且提供表示信号的相位偏移的DC值以及幅度的缩放部分。ADC 770a和770b将数字值提供给控制器780。由ADC 770a和770b提供的数字值包括关于被测信号的幅度和相位(即电压和电流)的信息。控制器780可以处理该数据以提取期望的幅度和相位信息。混合器740a和740b、求和放大器750a和750b、低通滤波器760a和760b以及ADC 770a和770b具有依赖于频率的响应。可编程增益元件735通过使这种依赖于频率的响应在频率上线性化来补偿该响应,从而控制器780可以准确地测量电压和电流的幅度和相位以检测其谐波分量。高次谐波的电压和电流的幅度可能低于基频处的电压和电流的幅度,从而允许控制器780检测谐波并使用检测到的谐波来表征物体。可编程增益元件735可以由控制器780控制,并且可以被配置为基于正被测量的谐波频率来调整增益。例如,三次谐波的增益为10倍,五次谐波的增益为20倍等。

控制器780被配置为调整时钟发生器710,以将正弦信号和余弦信号两者提供给混合器740a和740b,并由此获得测量电容器CMP和CMN之前和之后的电压向量。控制器780可以通过将电压差(即,VA-VB)除以测量电容器CMP和CMN的值来计算通过测量电容器CMP和CMN的电流。在各种实施例中,控制器780可以通过一个或多个缩放因子缩放测量值和/或将电压测量值转换为均方根(RMS)电压。控制器780还可以将得到的复向量相乘以确定有功功率和无功功率。另外,还可以使用电压和电流向量来计算阻抗。

在示例性实施例中,发送放大器720的非线性操作导致在发送天线755处的电流和电压中存在功率发送频率的谐波分量。该电流和电压可以在谐波频率处由这里描述的发送电路700进行测量,并且在替代示例性实施例中,由将在下面描述的图9中的电路进行测量。在测量谐波分量的示例性实施例中,可变频率主时钟745可以被配置为使时钟发生器710基于由控制器780提供的控制信号来选择期望的谐波频率。在示例性实施例中,控制器780确定谐波频率或可以测量电压和电流向量的其他频率,并且可以调整可变频率主时钟745以生成期望的频率。在下面在图9中描述的替代示例性实施例中,可编程带通滤波器可以被配置为选择期望的谐波频率。

在示例性实施例中,低功率/可变频率信号发生器785和电容/电感耦合788可以被配置为在基本功率发送频率的谐波频率处和在除了基本功率发送频率的倍数外的频率处(也就是说,除了基本功率发送频率的谐波频率之外的频率处)生成信号。在示例性实施例中,低功率/可变频率信号发生器785生成可定义信号,该信号通过电容/电感耦合788而耦合到发送放大器720的输出端并耦合到发送天线755。虽然仅示出了电感器LTX,但在一些实施例中,发送天线755可以包括用于共振操作的一个或多个电容元件。在示例性实施例中,发送电路700可以使用除了基本功率传输频率的谐波频率外的频率,从而可以在任何频率处进行电压和电流向量测量。

在图7的实施例中,发送电路700被配置为以各种频率进行测量,这些频率可以位于基本功率发送频率的谐波频率处,或者位于除了基本功率发送频率的谐波频率以外的频率处。在实施例中,图7中示出的配置可以允许平衡解调。然而,本领域的普通技术人员将会理解,本文描述的技术可以以单端配置来实现。例如,可以使用单个测量电容器CM。

在图7的实施例中,发送电路700被配置为使用测量电容器CMP和CMN作为串联阻抗。然而,本领域的普通技术人员将理解,本文描述的技术可以应用于任何阻抗元件,在本文中通常被称为串联元件ZM。例如,可以使用发送滤波器730中的一个或多个电感器来执行测量,可以用电感器或电阻器、有源或无源无功网络、电流变换器等来代替测量电容器CMP和CMN中的一个或多个。

类似地,本领域的普通技术人员将理解,可以通过重新定位ZM将本文描述的技术应用于电流路径内的任何串联阻抗元件。例如,可以使用发送滤波器730中的一个或多个电感器来执行测量,可以用电感器或电阻器、有源或无源无功网络等来代替测量电容器CSP和CSN中的一个或多个。在一些实施例中,发送电路700可以包括与发送天线LTX 755并联的并联电容器CP。

图8是示出图7的发送天线的示例性实施例的示意图。电路800包括耦合到天线806的导体802和804。天线806也可以被称为线圈,并且可以包括电容元件(未示出)以形成共振结构。天线806串联耦合到阻抗(Z0)809。在示例性实施例中,天线806包括串联耦合到电阻808的电感807。在示例性实施例中,天线806可以是图7的发送天线LTX 755或者图4的发送天线414的实施例。电流IM在天线806中流动,并且电压VM跨导体802和804而存在。在示例性实施例中,测量电压VM和电流IM,并且分析天线806的阻抗Z0(和/或功率)以确定由于放置在天线806附近的物体的电特性或电子特性而导致的天线806的响应。

在示例性实施例中,电压(VM)和电流(IM)的幅度和相位可以被测量,用以“查看”天线806。可以使用图7和以下图9所示的电路的实施例来测量电压(VM)和电流(IM)的幅度和相位。可以在为基本功率传输频率(即,在示例性无线功率传输系统中为6.78MHz、13.56MHz、20.34MHz等)的倍数的频率处进行这些测量,并且这些测量可以用来表征放置在天线806附近的物体。替代地,可以在除了基本功率传输频率的倍数(即,除了谐波频率)外的频率处进行这些测量,并且这些测量可以用于表征放置在天线806附近的物体。还可以测量天线806的功率和阻抗以表征放置在天线806附近的物体。

在示例性实施例中,由于将物体放置在天线806附近(例如,当物体放置在无线充电表面上或放置在由天线806生成的场中时)而产生的阻抗Z0 809的变化可以被建模为与天线806串联的反射阻抗。该反射阻抗与磁场频率的平方成比例,因此反射阻抗的幅度在较高频率处更大。另外,在调谐共振接收器的情况下,反射阻抗在较高频率处较低,原因在于在这些频率上它不是调谐电路。此外,物体的阻抗与频率特性可以用来唯一地标识各种类型的物体。

在示例性实施例中,由于将物体放置在天线806附近(即,当物体放置在无线充电表面上时)而导致的阻抗Z0的变化可以导致所谓的天线806的“解谐”。例如,大的金属物体可引起天线806的共振频率的偏移(例如,从40MHz-45MHz偏移)。这将导致在天线806处测量的谐波的相对强度(电压/电流)的变化,并且可以用于表征物体。

图9是示出在图4的发送器404中实现的示例性电压、电流、功率和阻抗测量电路的示意图。电压、电流、功率和阻抗测量电路430是图7中所示电路的替代实现方式,并且可以用于获得用以查看天线806(图8)的电压、电流、功率和阻抗测量值,其可以用于表征放置在无线充电表面上的物体。如上所述,可以使用电压、电流、功率和阻抗测量值来检测由于将物体放置在天线附近(即,当物体被放置在无线充电表面上时)而导致的天线806阻抗Z0809处的谐波的变化。例如,可以测量由于将物体放置在天线806附近(即,当物体放置在无线充电表面上)而造成的阻抗Z0 809的变化,并且该变化用于表征物体。

如上所述,图4的电压、电流、功率和阻抗测量电路430可以包括可用于确定AC设备的功率和阻抗的多个部件和模块。根据图9所示的实现方式,电压、电流、功率和阻抗测量电路430可以被分成三个部分,包括模拟前端(“AFE”)975、零交叉和相位检测电路976以及电压、电流、功率和阻抗测量系统977。这些电路和系统中的每一个可以被配置为与输入到AFE 975并通过AFE 975的模拟电压和电流信号交互并对所述电压和电流信号进行操纵。如图4所示,电压、电流、功率和阻抗测量电路430可以是包括天线414的发送电路406的一部分,发送电路406被配置为经由天线414生成用于将充电功率传输到接收器设备的无线场,发送电路406具有时变电压和时变电流。

AFE 975可以包括电压传感器432和电流传感器434(在该图中未示出)以及线性网络和有源元件978(包括一对滤波器/相位补偿电路,包括电压滤波器/相位补偿电路905和电流滤波器/相位补偿电路906)和一对幅度缩放电路(电压幅度缩放电路910和电流幅度缩放电路911)。在示例性实施例中,可以使用可编程带通滤波器来实现电压滤波器/相位补偿电路905和电流滤波器/相位补偿电路906,可编程带通滤波器的频率可以由控制器980选择。在示例性实施例中,控制器980可以被配置为控制电压滤波器/相位补偿电路905和电流滤波器/相位补偿电路906的带通特性,以选择用于电压和电流测量的期望频率。注意,控制器980在这里也可以被称为处理器。由控制器980选择的频率可以是基本功率传输频率的谐波频率,或者可以是除了基本功率传输频率的谐波外的频率。在示例性实施例中,控制器980的功能可以被并入到控制器415(图4)中。

零交叉和相位检测电路976可以包括电压零交叉检测器915和电流零交叉检测器916以及XOR门920。电压、电流、功率和阻抗测量系统977可以包括序列控制器950,多个开关925、926和927,动态缩放(即可变)电流源930,电容器935,电压峰值检测器955和电流峰值检测器956,模拟/数字(AID)转换器940,以及可以执行处理的电压、电流、功率和阻抗计算电路945(或其他结构)。

如参考图4所讨论的,电压、电流、功率和阻抗测量电路430可以耦合到电压传感器432和电流传感器434。如图9所示,电压传感器432和电流传感器434的输出是感测电压Vsense和感测电流Isense。如上所述,电压、电流、功率和阻抗测量电路(或模块)430可以利用用于感测电压和电流的替代方法和系统。感测电压和感测电流两者都可以耦合到相应的滤波器/相位补偿电路905和906以及幅度缩放电路910和911。滤波器/相位补偿电路905和906以及幅度缩放电路910和911可以包括功率和阻抗电路430的线性网络和有源部件。AFE 975可以不必限于线性网络或有源元件978,并且可以包括额外部件来执行下面描述的补偿和缩放。类似地,感测到的电流输入Isense可以耦合到电流滤波器/相位补偿电路905,其输出可以耦合到电流幅度缩放电路911。

由AFE 975和关联部件提供的调节和校正可以提高后续功率测量系统的准确性和精度。如下面将要讨论的,AFE 975的部件可以被校准,从而它们的功能和精度可以根据需要被验证和校正。

AFE 975是可以向零交叉和相位检测电路976提供补偿和缩放的感测电压和电流信号的系统。AFE 975的电压传感器432和电流传感器434(在图4中示出)可以被配置为在发送器400中的点处(参见上面的图4的讨论)分别感测电压和电流。线性网络和有源元件978可以被配置为确保感测电压和感测电流输入被适当地缩放和补偿,从而基于感测电压和感测电流执行的任何计算是准确的。如上所述,电压滤波器/相位补偿电路905、电流滤波器/相位补偿电路906、电压幅度缩放电路910以及电流幅度缩放电路911表示线性网络和有源元件978。

电压滤波器/相位补偿电路905可以接收Vsense输入信号,并且可以对信号进行滤波并提供任何所需的相位补偿,从而提供可以被馈送到电压幅度缩放电路910的输入端的输出。类似地,电流滤波器/相位补偿电路906可以接收Isense输入信号,并且可以对该信号进行滤波并且向电流输入Isense的相位提供相位补偿,从而提供可以被馈送到电流幅度缩放电路911的输入端的输出。可以利用由电压和电流滤波器/相位补偿电路905和906提供的相位补偿来确保电压信号Vsense和电流信号Isense的相位不受电压传感器432和电流传感器434的影响或作用,并且确保这两个信号之间的相对相移不受任何上游部件的影响或其他作用。

电压幅度缩放电路910可以接收从电压滤波器/相位补偿电路905输出的经滤波和补偿的电压信号,并且可以被配置为缩放电压信号的幅度。类似地,电流幅度缩放电路911可以接收从电流滤波器/相位补偿电路906输出的经滤波和补偿的电流信号,并且可以被配置为缩放电流信号的幅度。电压信号和电流信号中的一个或两个的缩放可以根据需要来执行,以确保电压信号和电流信号具有彼此近似相似的幅度,这可以用于确保下游零交叉检测器915和916正确运行,并且有助于避免可能与不匹配幅度相关联的错误(例如,不正确的零交叉检测)。来自电压幅度缩放电路910和电流幅度缩放电路911中的每一个的输出可以分别被馈送到电压零交叉检测器915的输入端和电流零交叉检测器916的输入端。在一些实施例中,电压和电流幅度缩放电路910和911可以被配置为将幅度限制在彼此的10%以内。在一些实施例中,电压和电流幅度缩放电路910和911可以被配置为将幅度限制在彼此的任何范围内,如由功率和阻抗测量电路430或用户等所建立的范围。

另外,电压滤波器/相位补偿电路905的输出可以耦合到电压峰值检测器955,其输出Vpeak可以作为输入而耦合到模拟/数字(A/D)转换器940。电压幅度缩放电路910的输出可以作为输入耦合到电压零交叉检测器915。另外,电流滤波器/相位补偿电路906的输出可以耦合到电流峰值检测器956,其输出Ipeak可以作为输入耦合到A/D转换器940。电流幅度缩放电路911的输出可作为输入耦合到电流零交叉检测器916。

零交叉检测器915和916的输出可以耦合到XOR门920,电压零交叉检测器915的输出包括XOR门920的一个输入,并且电流零交叉检测器916的输出包括到XOR门920的另一输入。零交叉检测器915和916也可以耦合到序列控制器950。XOR门920的输出可以作为输入耦合到采样/保持开关925。

相位检测电路976包括可操作地连接到电压幅度缩放电路910的电压零交叉检测器915,可操作地连接到电流幅度缩放电路911的电流零交叉检测器916,以及可操作地连接到零交叉检测器915和916的XOR门920,XOR门920可以用于检测电压和电流信号Vsense和Isense之间的相位偏移。

电压零交叉检测器915可以被配置为检测分别由电压滤波器/相位补偿和幅度缩放电路905和910输出的电压信号的正弦波的零交叉。电压零交叉检测器915可以被配置为生成输出信号,其指示电压信号何时与零交叉。电流零交叉检测器916可以被配置为检测分别由电流滤波器/相位补偿和幅度缩放电路906和911输出的电流信号的正弦波的零交叉。电流零交叉检测器916可以被配置为生成输出信号,其指示电流信号何时与零交叉。零交叉检测器915和916的使用可以减少偏移误差。在一些实施例中,高速比较器可以实现零交叉检测器915和916。如以下将进一步详细讨论的,电压信号和电流信号的零交叉之间的时间量可以表示或指示电压信号和电流信号之间的相位偏移。如下所述,可以基于电流、电压以及电流和电压之间的相位偏移来测量发送天线414处的功率和阻抗。

XOR门920可以被配置为接收分别由电压零交叉检测器915和电流零交叉检测器916生成的输出信号。XOR门920可以接收两个输入,并且可以被配置为当指示电压和电流零交叉的输入中的任何一个而不是两个都是高(即“1”)时生成输出。例如,当电压零交叉信号具有值“1”并且电流零交叉信号具有值“0”时,XOR门920将生成输出“1”。然而,如果电压零交叉信号和电流零交叉信号都具有值“0”或“1”,则XOR门920将生成输出“0”。因此,对于每个周期,XOR门920可以生成两个输出(即,当AC信号为正时,在电压/电流信号中的一个与零交叉时,以及当AC信号为负而电压/电流信号再次与零交叉时,XOR门920可以生成输出)。可以用逻辑门、其他逻辑电路或其他相位检测器实现的其他组合来代替XOR门920。当零交叉信号之一是值“1”时,XOR门920通过其输出可以提供电压信号和电流信号之间的相位检测。因此,XOR门920可以检测电压和电流信号之间的相位偏移,并输出指示或表示该相位偏移的信号。

这里描述的一些实施例可以检测电压信号和电流信号之间的相位偏移的幅度。例如,如果负载阻抗范围包括电容性负载和电感性负载,则可以根据需要实施本文未描述的额外电路来区分电感和电容相移。

采样/保持开关925可以耦合到序列控制器950,从而从序列控制器950接收控制信号(即,由序列控制器950提供的信号可以控制采样/保持开关925是处于打开状态还是闭合状态)。采样/保持开关925的输出可以耦合到开关926,作为用于开关926的控制信号(即,采样/保持开关925的生成的输出可以控制开关926是处于打开还是闭合状态)。采样/保持开关925可以由序列控制器950控制,序列控制器950还可以控制零交叉检测器915和916,并且控制放电开关927和校准开关928。当开关926被激活时(即,在闭合状态下),动态可变电流源930可以耦合到电容器935,并且可以被配置为生成电流。电容器935可以具有等于Cph的电容。在一些实施例中,电容器935可具有工作电压(即,电压容量或额定值),其可以定义在没有使电容器935退化的风险的情况下可跨电容器935施加的最高电压。放电开关927可以被配置为对电容器935进行重置或放电,例如在放电开关927处于闭合状态时,电容器935的两侧短路并且电容器935因此放电。如上所述,放电开关927可以耦合到序列控制器950,从而从序列控制器950接收控制信号(即,由序列控制器950提供的信号可以控制放电开关927是处于打开状态还是闭合状态)。

A/D转换器940可以耦合到电容器935,从而电容器935的相位感测电压(Vph)被馈送到A/D转换器940。另外,如上所述,A/D转换器940可以耦合到电压峰值检测器955,并且电流峰值检测器956接收它们各自的输出作为到A/D转换器940的输入。A/D转换器940的输出可以耦合到处理器(在该图中未示出),其被配置为实现电压、电流、功率和阻抗计算(PIC)电路945。在一些实施例中,A/D转换器940可以集成到发送器400的控制器415中。在一些实施例中,A/D转换器940可以是独立的处理器/转换电路(未示出)。在一些实施例中,A/D转换器940可以集成到PIC电路945中。在一些实施例中,PIC电路945可以包括用于电压、电流、功率和阻抗测量电路430的专用处理器。在一些实施例中,PIC电路945可以包括发送器400的控制器415,如图4所示。在一些实施例中,PIC电路945可以包括其他电路和处理设备。PIC电路945可以耦合到动态可变电流源930,从而来自PIC电路945的信号可以控制动态可变电流源930。例如,PIC电路945可以控制动态可变电流源930以基于来自PIC电路945的信号输出更高或更低的参考电流。另外,如关于图4所简述的,PIC电路945可以耦合到控制器415或者如图4中所提及的任何其他部件,并且将所确定的信息中的任一个传送给控制器415,所以控制器415可以改变由发送器400生成的信号。PIC电路945可以耦合(在该图中未示出)到图4中提及的控制器415、振荡器423、驱动器电路424和滤波器408中的至少一个。

上面讨论的序列控制器950还可以作为控制信号耦合到校准开关928(即,来自序列控制器950的信号可以控制校准开关928处于打开状态还是闭合状态)。校准开关928可以将参考波形发生器960耦合到Vsense和Isense输入信号中的每一个,所述Vsense和Isense输入信号耦合到电压滤波器/相位补偿电路905和电流滤波器/相位补偿电路906的输入。相位延迟电路965也可以耦合到参考波形发生器960和Vsense或Isense输入信号中的至少一个,从而由参考波形发生器960生成的参考波形可以以已知的相位延迟被馈送到Vsense或者Isense输入。

另外(如上所述),经滤波和相位补偿的电压和电流输出可以被输入到相应的峰值检测器955和956中。电压峰值检测器955可以被配置为确定耦合的电压信号的峰值。类似地,电流峰值检测器956可以被配置为确定耦合的电流信号的峰值。峰值检测器955和956的输出可以表示与相应AC电压和电流输入信号的峰值大小成比例的模拟信号。这些输出可以被提供给A/D转换器940。电压和电流峰值检测器955和956可以分别被配置为分别连续地监视电压和电流输入信号,并且连续地将输出提供给A/D转换器940。

电压、电流、功率和阻抗测量系统977可以包括XOR门920的输出,其耦合到采样/保持开关925的输入。采样/保持开关925可以被配置为响应于来自序列控制器950的信号而激活(即,进入闭合状态)。当被激活时,采样/保持开关925可以被配置为将XOR门920的输出耦合到开关926的控制输入,从而XOR门920的输出充当开关926的控制信号。因此,开关926可以被配置为响应于XOR门920的输出而激活(即,进入闭合状态),所述输出表示电压和电流信号之间的相位偏移。因此,开关926可以被配置为在电压和电流信号之间的相位偏移的持续时间内将动态可变电流源930耦合到电容器935。电容器935可以被配置为在与电压和电流信号之间的相位偏移(即,XOR门920的输出)成比例的时间段内,通过开关926来积分从动态可变电流源930接收到的电流Iref。在一些实施例中,电压、电流、功率和阻抗测量系统977的应用可以确定电容器935的尺寸。电容器935的尺寸可以至少部分地与测量出的电流和电压信号的频率和/或相位相关。A/D转换器940可以测量或采样相位感测电压。相位感测电压(Vph)可以表示跨电容器935的电压(或等于由电容器935执行的积分结果的电压)。然后,A/D转换器940可以测量(采样)峰值电压Vpeak和峰值电流Ipeak。三个感测或测量值Vph、Vpeak和Ipeak可以用于使用等式6来计算电压和电流信号之间的相位差:

相位差=(2*π*频率)*Vph*Cph/Iref (6)

等式6包括经测量的电压和电流信号的频率(例如,无线功率系统的6.78MHz),在接收输入电流Iref之后在对应于感测电压Vsense与感测电流Isense之间的相位偏移的持续时间内,相位感测电压Vph对应于跨电容器935的电压。动态缩放(可变)电流Iref可以表示被馈送到电容器935中的电流,而Cph可以表示电容器935的电容。PIC电路945可以使用相同的测量信息来计算传输的功率。PIC电路945可以使用下面的等式2来计算由发送器400发送的功率量。另外,等式6描绘了可以用于确定单个脉冲上的相位差的计算。然而,等式6可以被修改用于可以包括每周期两个脉冲的电压和电流信号的整个周期。可以通过将相位差计算除以2来修改等式6,以考虑对于电压和电流信号的整个周期可能存在的两个脉冲。因此,等式6可以被修改为如下:相位差=(2*π*频率)*Vph*Cph/2*Iref。等式6还可以被修改以考虑确定多个周期上的相位差。等式6可以进一步被修改为如下:相位差=(2*π*频率)*Vph*Cph/2*(周期数)*Iref。

等式7可以用于基于确定出的相位差来确定功率。

功率=Vp/√2)*(Ip/√2)*Cos[Φ] (7)

在等式7中,变量Vp可以表示峰值电压并且由电压峰值检测器955确定,而变量Ip可以表示由电流峰值检测器956确定的峰值电流。变量Φ可以表示使用等式6确定的相位差。PIC电路945还可以被配置为用如上所述获取的信息来计算由发送器400观察到的阻抗。下面的等式8可由PIC电路945用于计算发送器400的发送天线414所见的阻抗。

阻抗=V/(Complex(I)) (8)

在等式8中,V是电压,I是电流。

如上所述,动态可变电流源930可以被配置为通过开关926将电流提供给电容器935。动态可变电流源930的动态可缩放特征可以提供微调或更准确且更精确地确定相位差的能力。当来自动态可变电流源930的电流在与电压和电流信号之间的相位偏移成比例的时间段内被积分时,在电容器935中生成相位感测电压Vph(即,跨电容器935的电压是基于相位偏移时间内来自动态可变电流源930的电流输入)。动态调整动态可变电流源930的输出的能力可以提供对允许在电容器935中积累的电压量的更好的控制,其中电容器935中的电压Vph与电容器935的最大电压的关系可能不利地影响基于Vph的相位差计算的准确性或可靠性。

例如,如果电容器935中的电压较低(即,小于电容器935的最大电压的5%)或较高(即,大于电容器935的最大电压的95%),则动态可变电流源930的输出电流可以被调整,从而电容器935中积累的电压更“居中”在电容器935的范围内,其中可以进行更可靠和精确地测量。因此,在上面的等式6中,考虑到电容器的最大电压的已知值,如果Vph低于阈值,则来自动态可变电流源930的电流Iref可以被增加以用于小的相位差。替代地,考虑到电容器935的最大电荷的已知值,如果Vph高于阈值,则来自动态可变电流源930的电流Iref可以被减小以用于大的相位差。在一些实施例中,动态参考电流的确定可以与先前的相位测量本身相关联。例如,可以使用默认的参考电流来获得粗略测量(包括饱和度条件最小/最大Vph),然后可以调整参考电流Iref以获得精确估计。例如,如果电压和电流信号之间的实际相位是45度,则使用默认值Iref的初始粗略估计可以计算40-50度的相位差,然后可以将Iref调整到适当的值,其将确定出的相位差窄化到接近45度。可以应用各种其他计算方法来使用动态可缩放电流源来确定相位差。来自动态可变电流源930的理想Iref的确定可以是迭代过程。可以多次调整来自动态可变电流源930的Iref,直到识别出最可靠且准确的相位感测电压Vph。

可以调整(或动态缩放)来自动态可变电流源930的参考电流Iref,以通过使用多步骤方法来提高相位感测电压测量和所得到的相位差计算的精度。可以使用预定的初始参考电流Iref来确定初始相位测量。该初始测量可以是“粗略测量”。基于相位感测电压,可以动态缩放参考电流Iref以提高相位测量的精度、准确度和可靠性,由此生成“精确测量”。

序列控制器950可以被配置为控制可以执行相位差的周期的数目。例如,当要在单个周期内确定相位差时,序列控制器950可以被配置为控制零交叉检测器915和916以生成针对包括“单个相位周期”脉冲的相移信号的输出,其针对每个周期可以包括两个脉冲(即,对每次电压和电流信号与零交叉进行指示的脉冲或信号,如上所述,其针对每个单个相位周期发生两次)或分别来自电压零交叉检测器915和电流零交叉检测器916的电压和电流信号之间的单个相位周期,然后电压、电流、功率和阻抗测量系统977可以基于单个“相位周期”脉冲来计算相位差。替代地,当要在多个周期上确定相位差时,序列控制器950可以被配置为控制零交叉检测器915和916以生成对应于表示“多相位偏移脉冲”的相位偏移信号的输出(即,指示多个相位偏移的信号,其中多个相位周期的每个周期包括两个脉冲,从而脉冲的总数是周期数*2)或者分别来自电压零交叉检测器915和电流零交叉检测器916的电压和电流信号之间的多个相位周期。单个相位周期可以包括单个正弦波周期。当执行随后的相位差计算时,可以在多个周期上对得到的相位差进行平均。该平均方法可以提供电压和电流信号之间的实际相位差的更准确的表示,其将显示出电位峰值对电压或电流信号本身或呈现于电路中或来自环境或计算因素的干扰或者其他可能不利的临时影响的较小影响。在一些实施例中,相位测量可以在多个周期上执行,或者在所有相位偏移将被平均(即,在10ms时段内检测到的相位偏移的数目)的时间段上执行。

另外,序列控制器950可以负责重置/放电电容器935,这可以在每个相位测量之前执行。如上所述,序列控制器950可以作为控制信号耦合到放电开关927。因此,序列控制器950可以被配置为向放电开关927输出信号,并且放电开关927可以被配置为响应于来自序列控制器950的信号而进入闭合状态。当放电开关927处于闭合状态时,电容器935的两个导体可以耦合在一起,从而使电容器935短路并且对其放电(即,从电容器935去除所有电荷)。一旦电容器935被放电,序列控制器950就可以被配置为移除到放电开关927的输出信号,并且放电开关927可以进入打开状态,并且电容器935将保持其放电状态,直到再次向其施加电流。对电容器935放电可以用作电压、电流、功率和阻抗测量系统977的重置,因为相位感测电压Vph被清除,并且电容器935和相关联的功率和阻抗测量系统部件准备好测量并计算另一相位差。

在一些实施例中,PIC电路945和序列控制器950可以与电压、电流、功率和阻抗测量电路430分离。在一些实施例中,动态可变电流源930可以从PIC电路945接收信号,该信号指示基于电容器935的电压来增加或减小电流的请求。在一些实施例中,动态可变电流源930可以与电压、电流、功率和阻抗测量电路430分离,相反是电压、电流、功率和阻抗测量电路430接收到的电流输入,以馈送给电容器935。

PIC电路945和序列控制器950还可以提供对校准过程的控制,校准过程可以在任何时间执行。校准可以包括经由参考波形发生器960生成参考波形,并且将该波形以已知的相位延迟馈送到Vsense和Isense输入中。AFE 975、零交叉和相位检测电路976以及电压、电流、功率和阻抗测量系统977可以执行上述功能,以生成电压信号和电流信号之间的确定出的相位差。由于校准过程涉及将参考波形馈送到Vsense和Isense输入中,所以可以将经测量和确定的相位差与可以基于参考波形和已知相位延迟确定出的已知(或预期)相位差进行比较。基于经测量和确定的相位差与预期相位差的比较,校准例程可以通过将各种计算参数引入到PIC电路945中或者通过调整负责相位测量误差的个体分量,来表征和补偿电压信号和电流信号之间的任何确定出的相位测量误差。

PIC电路945还可以提供离线谐波校正。例如,发送器400的总输出功率可以是各种频率谐波的功率之和。电压滤波器/相位补偿电路905和电流滤波器/相位补偿电路906可以被配置为在测量电压和电流信号之间的相位差以及电压和电流信号的峰值幅度时滤除电压和电流的基本分量。相应地,由于“其他”谐波被滤除,所以这些其他谐波的功率成分丢失。例如,如果零交叉方法在基频处测量功率,则其余的其他谐波频率处的功率因为被滤除而被忽略,并且确定出的发送功率永远不会等于总功率,这是因为在其他谐波频率处丢失了功率。如果使用可调谐滤波器,则上述方法可以测量任何单个频率处的功率。虽然关于图7和图9描述了许多实现细节,但它们仅示出了图4的电压、电流、功率和阻抗测量电路430的测量的示例,并且许多其他的实现方式也是可能的,这些其他实现方式实现在此描述的信号的期望测量。

在无线功率系统中,谐波功率成分(谐波频率处的功率)可以是负载阻抗、负载电流、负载功率、功率放大器电源电压等中的至少一个的函数,其中其他相关因素可能依赖于系统。在系统设计期间,可以预先确定整个负载阻抗范围和输出功率水平。作为上述相关因素(例如负载阻抗、负载电流、负载功率、功率放大器电源电压等)的函数的功率谐波可以被测量并存储在PIC电路945中。因此,可以通过基于存储在PIC电路645中的值将谐波功率添加到测量出的基本功率,来针对其他谐波频率处“丢失”的功率校正上面执行的功率测量(即,等式7)。

图10是用于测量无线功率系统中的高频AC功率和负载阻抗的方法的流程图,被称为过程1000。在一些方面,过程1000可以由发送器400和/或电压、电流、功率和阻抗测量电路430执行。在一些实施例中,过程1000可以由接收器500执行。过程1000包括为了测量和计算AC功率和负载阻抗而执行的功能。

在框1002处,可以执行校准过程以确保电压、电流、功率和阻抗测量电路430的各种部件和元件正常运行。如果确定所有的相位补偿和幅度缩放部件都正常工作,则过程移动到框1004。如果校准过程确定任何部件不再被校准,则过程移动到框1006,其中校准数据可以被确定和收集,之后被传送到下面的计算单元和计算框1014。

在框1003处,控制器980配置带通滤波器905和906(图9)以选择用于电压和电流测量的感兴趣的频率。所选择的频率可以是基本功率传输频率的谐波频率,或者可以是除了基本功率传输频率的谐波之外的频率。

在框1004处,开始测量初始化过程,包括确定要运行的测量周期的数目,并确定要在多少个周期上测量和确定相位差。在一些实施例中,初始化框1004可以包括重置电容器935并准备相位测量过程。一旦初始化过程完成,过程1000继续进行到框1008。重置电容器935可以由序列控制器950控制,该序列控制器950可以控制放电开关927以根据命令重置电容器935。

在框1008处,调整电流参考。对于初始测量,来自动态可变电流源930的电流参考Iref可以被设置为处于预设值,其对于所有初始相位测量都恒定。对于随后的相位测量,可以如上所述调整Iref电流参考。PIC电路945可以确定调整Iref电流参考和对其调整的量。例如,如果确定相位差较小,则电流参考Iref增加。当确定相位差较大时,参考电流Iref减小。在识别出期望的参考电流Iref之后,过程1000进行到框1010。在一些实施例中,可以使用替代算法或确定性方法来识别产生最精确、准确和可靠的相位差测量和计算的参考电流Iref。

在框1010处,由电压峰值检测器955和电流峰值检测器956测量峰值电压和峰值电流,并且使用相位检测电路976测量相位。然后,过程1000进行到框1012。在框1012处,AC功率和负载阻抗计算电路945确定来自框1010的相位测量是否是最佳的。如果相位测量被确定为最佳的,则过程1000前进到框1014。如果相位测量不是最佳的,则过程1000返回到框1008以调整参考电流并重复测量并确定最佳测量。PIC电路945可以进行所述确定。

在框1014处,使用在框1010处确定并测量的信息来确定功率和阻抗。如果初始校准步骤识别出存在相位测量误差,则由校准过程确定和表征的补偿参数可以在框1014处被分解成功率和阻抗计算。这些计算可以由被配置成处理PIC电路945的处理器或其他电路(例如,图4的控制器415)来执行。在已经确定了电压、电流、功率和阻抗并且利用校准数据适当进行补偿之后,过程1000进行到框1016,其中经由谐波补偿来校正功率测量。

图11是示出用于检测和表征用于无线充电的物体的方法的示例性实施例的流程图。方法1100中的框可以以所示的次序或不按该次序执行。

在框1104中,在示例性实施例中,基本频率的谐波被生成,作为图4的发送器驱动器电路424的操作的副产品。

在框1108中,至少使用图4中所示的功率和阻抗测量电路430(例如,其更具体的示例在图7中示出,或者在图9中示出的电路),来测量电压和电流的幅度和相位、基本频率的谐波处的功率和阻抗中的任一个或全部。如本文所述,控制器780或控制器980可以被配置为在感兴趣的谐波频率处确定发送天线755处的电压和电流的幅度和相位、功率和阻抗中的任何一个或全部。

在框1112中,检测由物体的存在引起的功率发送天线806中的阻抗变化。例如,参考图8,由控制器780或控制器980在天线806处测量阻抗Z0的变化。

在框1114中,检测由物体存在引起的功率发送天线的任何解谐。例如,物体可以使天线806的共振频率发生偏移。这将导致所测量的谐波的相对幅度的变化,其可以是电压、电流、功率或阻抗谐波中的任何一个或多个。例如,参考图8,作为检测天线806的共振频率的偏移的例子,通过控制器780或控制器980在天线806处测量阻抗Z0的变化。然而,可以使用电压、电流、功率或阻抗谐波中的一个或多个来检测谐波的相对幅度的变化。

在框1116中,使用检测到的阻抗Z0变化来表征物体。例如,在示例性实施例中,可以将谐波或其他频率处的阻抗的幅度或其它参数与阈值进行比较,所述阈值指示物体的类型。

在另一示例性实施例中,谐波或其它频率处的阻抗的幅度或其它参数可以与已知的签名或值或者特性响应进行比较,所述已知的签名或值或者特性响应指示物体的类型(例如,对该物体基本上是唯一的)。

在另一示例性实施例中,可以将谐波或其他频率处的阻抗的幅度或其他参数与不同谐波或不同其他频率处或者多个谐波或多个其他频率处的阻抗的幅度或其他参数进行比较,并且基于比较这些值,可以识别物体的类型。例如,物体的特性响应、图案或签名可以通过几个谐波或其他频率上的预期阈值阻抗值来表示。

图12是示出用于检测和表征用于无线充电的物体的方法1200的示例性实施例的流程图。方法1200中的框可以以所示次序或不按该次序执行。

在框1204中,在示例性实施例中,基本频率的谐波被生成,作为图4的发送器驱动器电路424的操作的副产品。

在框1210中,至少使用图4中所示的功率和阻抗测量电路430(例如,其更具体的示例在图7中示出,或者在图9中示出的电路)或其他等价电路,来测量基本频率的谐波处的电压和电流的幅度和相位、功率和阻抗中的任一个或全部。如本文所述,控制器780或控制器980可以被配置为在感兴趣的谐波频率处确定发送天线755处的电压和电流的幅度和相位、功率和阻抗中的任何一个或全部。

在框1212中,检测由物体的存在引起的功率发送天线处的谐波的变化。例如,参考图8,可以在功率发送单元的天线806处测量电流谐波的相对幅度的变化。然而,还可以测量电压谐波。谐波的测量可以通过使用图7的电路或图9的电路来测量电压和电流而获得。

在框1214中,使用检测到的谐波变化来表征物体,如上所述。

图13是示出用于检测和表征用于无线充电的物体的方法的示例性实施例的流程图。方法1300中的框可以以所示次序或不按该次序执行。

在框1306中,在示例性实施例中,使用低功率/可变频率信号发生器785来生成可以是基本频率的谐波的信号,并且基于时钟发生器710(图7)提供的输入信号通过电容/电感耦合788将该信号耦合到发送天线755。在替代实施例中,由低功率/可变频率信号发生器785生成的信号可以处于除了基本功率发送频率的谐波外的频率处。

在框1308中,使用功率和阻抗测量电路430(例如,其更具体的例子在图7中示出或如图9所示的电路)测量在框1306中生成的信号的频率处的电压和电流的幅度和相位、功率和阻抗中的任一个或全部。如本文所述,控制器780或控制器980可以被配置为在感兴趣的频率处确定发送天线755处的电压和电流的幅度和相位、功率和阻抗中的任一个或全部。

在框1312中,检测由物体的存在引起的功率发送天线中的阻抗变化。例如,参考图8,由控制器780或由控制器980在天线806处测量阻抗Z0的变化。

在框1314中,检测由物体存在引起的功率发送共振器的任何解谐。例如,物体可以使天线806的共振频率发生偏移。这将导致测量出的谐波的相对幅度的变化,其可以是电压、电流、功率或阻抗谐波中的任何一个或多个。例如,参考图8,作为检测天线806的共振频率的偏移的例子,通过控制器780或控制器980在天线806处测量阻抗Z0的变化。然而,可以使用电压、电流、功率或阻抗谐波中的一个或多个来检测谐波的相对幅度的变化。

在框1316中,如上所述,使用检测到的阻抗Z0的变化来表征物体。

图14是示出用于检测和表征用于无线充电的物体的方法的示例性实施例的流程图。方法1400中的框可以以所示次序或不按该次序执行。

在框1406中,在示例性实施例中,可以使用低功率/可变频率信号发生器785来生成可以是基本频率的谐波的信号,并基于时钟发生器710(图7)提供的输入信号通过电容/电感耦合788将所述信号耦合到发送天线755。在替代实施例中,由低功率/可变频率信号发生器785生成的信号可以处于除了基本功率发送频率的谐波外的频率处。

在框1410中,使用图4中所示的功率和阻抗测量电路430(其在一些实施例中可以通过图7或者图9所示的电路来实现)来测量基本频率的谐波处的电压和电流的幅度和相位、功率和阻抗中的任一个或全部。如本文所述,控制器780或控制器980可以被配置为在感兴趣的谐波频率处确定发送天线755处的电压和电流的幅度和相位、功率和阻抗中的任何一个或全部。例如,控制器980可以将电压滤波器/相位补偿电路905和电流滤波器/相位补偿电路906配置成选择感兴趣的频率,并且可以被配置为在所选的感兴趣频率处测量发送天线755处的功率和阻抗或者电压和电流的幅度和相位。

在框1412中,检测由物体的存在引起的功率发送天线处的谐波变化。例如,参考图8,可以在功率发送单元的天线806处测量电流谐波的相对幅度的变化。然而,也可以测量电压谐波。可以通过使用图7的电路或图9的电路来测量电压和电流而获得谐波的测量。

在框1414中,如上所述,使用检测到的谐波变化来表征物体。

图15是示出用于检测和表征用于无线充电的物体的方法1500的示例性实施例的流程图,其中在无线功率发送单元处测量由接收器生成的谐波。接收器508可以是功率接收单元(PRU)的示例,发送器404可以是功率发送单元(PTU)的示例。方法1500中的框可以以所示次序或不按该次序执行。

在框1502中,在发送器404处检测接收器508的谐波。作为测量由位于天线806附近的物体中的接收器508生成的谐波引起的、发送器404中的天线806处的谐波变化的示例,可以使用二极管或其他开关设备(例如,同步整流电路)来实现接收器508(图5)中的整流器。这种开关设备的非线性操作导致电压和电流谐波,其可以通过接收器508的天线被发射出去。这些辐射信号的一部分通过向量求和与发送器404中的天线806耦合,并且可以使用上面在图7、图9或图7和图9的组合或其等价中提到的方法来进行测量。例如,接收器508中的典型的桥式整流器实现可以产生奇数电流谐波,其可以在发送器中的天线806处测量。无源物体可能不会导致谐波的实质性相对变化。

在框1504中,使用功率和阻抗测量电路430(其示例性实现方式在图7中示出或是图9中示出的电路)来在基本频率的谐波处测量电压和电流的幅度和相位、功率和阻抗中的任一个或全部。如本文所述,控制器780或控制器980可以被配置为在感兴趣的谐波频率处确定发送天线755处的电压和电流的幅度和相位、功率和阻抗中的任何一个或全部。

在框1508中,检测由物体存在引起的天线806中的阻抗变化。例如,参考图8,由控制器780或控制器980在天线806处测量阻抗Z0的变化。

在框1510中,检测由物体存在引起的天线806的任何解谐。例如,外物可能会使天线806的共振频率发生偏移。这将导致经测量的谐波的相对幅度的变化,其可以是电压、电流、功率或阻抗谐波中的任何一个或多个。例如,参考图8,作为检测天线806的共振频率的偏移的例子,通过控制器780或控制器980在天线806处测量阻抗Z0的变化。然而,可以使用电压、电流、功率或阻抗谐波中的一个或多个来检测谐波的相对幅度的变化。

在框1512中,如上所述,使用检测到的阻抗Z0变化来表征物体。

图16是示出了用于检测和表征用于无线充电的物体的方法1600的示例性实施例的流程图,其中由接收器508生成谐波在发送器404处被测量。方法1600中的框可以按照所示次序执行或不按该次序执行。

在框1602中,在发送器404处检测接收器508的谐波。作为测量由位于天线806附近的物体中的接收器生成的谐波引起的发送器404中的天线806处的谐波变化的示例,可以使用二极管或其他开关设备(例如,同步整流电路)来实现接收器508(图5)中的整流器。这种开关设备的非线性操作导致电压和电流谐波,其可以通过接收器508的天线发射出去。这些辐射信号的一部分通过向量求和与发送器404中的天线806耦合,并且可以使用上面在图7、图9种提到的方法或图7和图9的组合或等价物来进行测量。例如,接收器508中的典型桥式整流器实现可以产生奇数电流谐波,其可以在发送器404中的天线806处被测量。无源物体可能不会导致谐波的实质相对变化。

在框1604中,使用功率阻抗测量电路430(其示例性实现方式在图7中示出或在图9中示出的电路)来在基本频率的谐波处测量电压和电流的幅度和相位、功率和阻抗中的任何一个或全部。如本文所述,控制器780或控制器980可以被配置为在感兴趣的谐波频率处确定发送天线755处的电压和电流的幅度和相位、功率和阻抗中的任何一个或全部。

在框1608中,检测由物体的存在引起的发送器404中的天线806处的谐波的变化。例如,参考图8,可以在发送器404的天线806处测量电流谐波的相对幅度的变化。然而,也可以测量电压谐波。可以通过使用图7的电路或图9的电路或其等价物测量电压和电流来获得谐波的测量。

在框1612中,如上所述,使用检测到的谐波变化来表征物体。

图17是示出用于检测和表征用于无线充电的物体的方法的示例性实施例的流程图,其中在接收器和发送器之间建立通信。方法1700中的框可以以所示次序或不按该次序执行。

在框1706中,可以通过使用接收器508中的开关阻抗网络来修改接收器508的谐波。例如,参考图5,阻抗开关可以被实现为滤波器网络的一部分,滤波器网络可以是RX匹配和开关电路512的一部分。替代地,可以实现外部匹配网络。匹配网络可以被配置成改变RX匹配和开关电路512中的开关部件,以修改接收电路510的谐波。

在框1710中,使用功率和阻抗测量电路430(其示例性实现方式在图7中示出或在图9所示的电路)来在基本频率的谐波处测量电压和电流的幅度和相位、功率和阻抗中的任一个或全部。如本文所述,控制器780或控制器980可以被配置为在感兴趣的谐波频率处确定发送天线755处的电压和电流的幅度和相位、功率和阻抗中的任何一个或全部。

在框1714中,在功率发送天线806处检测由接收器508(图5)中的有源设备生成的谐波。例如,参考图8,可以在发送器404的天线806处测量电流谐波的相对幅度的变化。然而,也可以测量电压谐波。可以通过使用图7的电路或图9的电路或其等价物测量电压和电流来获得谐波的测量。

在框1716中,如上所述,使用检测到的谐波来表征物体。

图18是示出用于检测和表征用于无线充电的物体的方法的示例性实施例的流程图,其中在接收器和发送器之间建立通信。方法1800中的框可以以所示次序或不按该次序执行。

在框1806中,可以通过使接收器中的整流器或开关转换器的开关角发生偏移来修改接收器508的谐波。例如,参考图5,RF-DC转换器520可以被实现为同步整流器,其可以被配置为使用相控开关。修改这些相控开关的导通角可以改变由接收电路510生成的谐波。替代地,改变DC-DC转换器522的占空比也可以用于改变接收器508的谐波。

在框1812中,使用功率和阻抗测量电路430(其示例性实现方式在图7中示出或为图9所示的电路)来在基本频率的谐波处测量电压和电流的幅度和相位、功率和阻抗中的任一个或全部。如本文所述,控制器780或控制器980可以被配置为在感兴趣的谐波频率处确定发送天线755处的电压和电流的幅度和相位、功率和阻抗中的任何一个或全部。

在框1814中,在功率发送天线处检测由接收器508(图5)中的有源设备生成的谐波。例如,参考图8,可以在发送器404的天线806处测量电流谐波的相对幅度的变化。然而,也可以测量电压谐波。可以通过使用图7的电路或图9的电路或其等价物测量电压和电流来获得谐波的测量。

在框1816中,如上所述,使用检测到的谐波来表征物体。

图19是用于检测和表征用于无线充电的物体的装置1900的功能框图。

装置1900包括用于生成具有与功率发送频率相关的频率的信号的单元1902。在特定实施例中,用于生成具有与功率发送频率相关的频率的信号的单元1902可以被配置为执行方法1100(图11)的操作框1104;方法1200(图12)的框1204;方法1300(图13)的框1306;方法1400(图14)的框1406;方法1500(图15)的框1502;以及方法1600(图16)的框1602中描述的一个或多个功能。在示例性实施例中,用于生成具有与功率发送频率相关的频率的信号的单元1902可以包括至少在图7中示出的结构。装置1900还包括用于测量具有与功率发送频率相关的频率的信号的电压(幅度和相位)和电流(幅度和相位)的单元1904。在特定实施例中,用于测量具有与功率发送频率相关的频率的信号的电压(幅度和相位)以及电流(幅度和相位)的单元1904可以被配置为执行在方法1100(图11)的操作框1108;方法1200(图12)的框1210;方法1300(图13)的框1308;方法1400(图14)的框1410;方法1500(图15)的框1504;以及方法1600(图16)的框1604中描述的一个或多个功能。在示例性实施例中,用于测量具有与功率发送频率相关的频率的信号的电压(幅度和相位)和电流(幅度和相位)的单元1904可以包括在图7和图9中的至少一个中示出的结构。装置1900还包括用于检测发送天线处的谐波变化的单元1906。在特定实施例中,用于检测发送天线处的谐波变化的单元1906可以被配置为执行方法1100(图11)的操作框1112或1114;方法1200(图12)的框1212;方法1300(图13)的框1312或1314;方法1400(图14)的框1412;方法1500(图15)的框1508和1510;以及方法1600(图16)的框1608中描述的一个或多个功能。在示例性实施例中,用于检测发送天线处的变化的单元1906可以包括通过控制器780在天线806处测量电压、电流、功率或阻抗谐波中的一个或多个的变化。

装置1900还包括用于使用发送天线处的检测到的谐波变化的单元1908。在特定实施例中,用于使用发送天线处的检测到的变化的单元1908可以被配置为执行方法1100(图11)的操作框1116;方法1200(图12)的框1214;方法1300(图13)的框1316;方法1400(图14)的框1414;方法1500(图15)的框1512;以及方法1600(图16)的框1612中描述的一个或多个功能。在示例性实施例中,用于使用发送天线处的检测到的变化的单元1908可以包括使用控制器780或控制器980来表征物体。

图20是用于检测和表征用于无线充电的物体的装置2000的功能框图,其中在接收器和发送器之间建立通信。

装置2000包括用于修改接收器的谐波的单元2002。在特定实施例中,用于修改接收器的谐波的单元2002可以被配置为执行方法1700(图17)的操作框1706;以及方法1800(图18)的框1806中描述的一个或多个功能。在示例性实施例中,用于修改接收器的谐波的单元2002可以使用由接收器中的开关阻抗网络修改的谐波或者通过使接收器中的整流器或开关转换器的开关角发生偏移而修改的谐波。装置2000还包括用于测量具有与功率发送频率相关的频率的信号的电压(幅度和相位)、电流(幅度和相位)、功率或阻抗的单元2004。在特定实施例中,用于测量具有与功率发送频率相关的频率的信号的电压(幅度和相位)、电流(幅度和相位)、功率或阻抗的单元2004可以被配置为执行在方法1700(图17)的操作框1710;以及方法1800(图18)的框1812中描述的一个或多个功能。在示例性实施例中,用于测量具有与功率发送频率相关的频率的信号的电压(幅度和相位)、电流(幅度和相位)、功率和阻抗的单元2004可以包括在图7和图9中的至少一个中示出的结构。装置2000还包括用于检测接收器的修改过的谐波的单元2006。在特定实施例中,用于检测接收器的修改过的谐波的单元2006可以被配置为执行在方法1700(图17)的操作框1714;以及方法1800(图18)的框1814中所述的一个或多个功能。在示例性实施例中,用于检测接收器的修改过的谐波的单元2006可以包括在图7和图9中的至少一个中所示的结构。装置2000还包括用于使用检测到的谐波来表征物体的单元2008。在特定实施例中,用于使用检测到的谐波来表征物体的单元2008可以被配置为执行在方法1700(图17)的操作框1716;以及方法1800(图18)的框1816中描述的一个或多个功能。在示例性实施例中,用于使用检测到的谐波来表征物体的单元2008可以包括图7和图9中的至少一个中所示的结构。

图21是示出由位于发送天线附近的物体引起的发送天线处的阻抗变化的示例的图示。图2100的垂直轴2102表示在发送器的天线806处测量到的阻抗的相对幅度。这个例子使用阻抗的相对幅度,因此是无量纲的。然而,可以使用其他度量(仅仅作为例子,例如,电压、电流、功率等)来表征物体。水平轴2104表示频率,特别示出了基本功率发送频率的谐波。在图21所示的例子中,基本功率发送频率的前三个谐波被相对地示出,但是可以使用其他数目的谐波或其他频率。

为了检测和表征放置在发送天线(例如图8的天线806)附近的物体,可以检测天线806处的阻抗变化。例如,当物体被放置在无线充电表面上时,将物体定位在天线806附近可导致可测量的阻抗变化被传递到天线806。在示例性实施例中,该阻抗变化的幅度与频率的平方成正比,并且与物体的阻抗成反比。因此,在示例性实施例中,与基本发送频率相比,在谐波频率处可以更容易地检测和测量阻抗变化。在示例性实施例中,可以通过在各种谐波频率处测量阻抗变化(或电压和/或电流变化)来检测和表征物体。

诸如金属、CD等之类的外物的阻抗是测量频率和物体特性的函数。例如,CD具有可以被检测到的独特结构—铝薄片。阻抗相对于频率(在各谐波处测量到的)可以用作检测和表征物体的度量。

调谐电路的阻抗在基本功率传输频率处具有相对较低的阻抗,并且在较高谐波处具有相对较高的阻抗(也是前端滤波器实现方式的函数,例如图7的匹配电路730)。因此,在示例性实施例中,调谐电路具有唯一的阻抗相对于频率曲线。较高谐波频率处的相对较高阻抗导致发送天线806处的较低的测量出的阻抗。

例如,如图21所示,在一次谐波频率处,空无线充电表面显示约0.7的相对测量阻抗,放置在无线充电表面上的CD显示约4.0的相对测量阻抗,并且放置在无线充电表面上的金属物体显示约1.7的相对测量阻抗。可以使用基本发送频率的一次谐波处的测量阻抗的不同相对幅度来区分空的无线充电表面、其上放置有CD的无线充电表面以及其上放置金属物体的无线充电表面。

另外,如图21所示,在二次谐波频率下,空的无线充电表面显示约0.7的相对测量阻抗,放置在无线充电表面上的CD显示约1.1的相对测量阻抗,并且放置在无线充电表面上的金属物体显示约1.1的相对测量阻抗。基本发送频率的二次谐波处的测量阻抗的不同相对幅度可以用于区分空的无线充电表面、其上放置有CD的无线充电表面、或其上放置有金属物体的无线充电表面。然而,在示例性二次谐波频率处,难以区分其上放置有CD的无线充电表面和其上放置有金属物体的无线充电表面。

此外,如图21所示,在三次谐波频率处,空的无线充电表面显示约0.7的相对测量阻抗,放置在无线充电表面上的CD显示约1.2的相对测量阻抗,并且放置在无线充电表面上的金属物体显示约1.1的相对测量阻抗。基本发送频率的三次谐波处的测量阻抗的不同的相对幅度可以用于区分空的无线充电表面、其上放置有CD的无线充电表面以及其上放置有金属物体的无线充电表面。

在图21中所示的功率发送单元的天线806处测量到的阻抗(或电压和电流)的相对幅度的值被重新缩放以显示趋势。以这种方式,通过将诸如阻抗、电压谐波、电流谐波等的特定参数的幅度与不同类型的物体的期望值进行比较,可以基于不同频率处的预期幅度确定物体的性质,例如,与无线功率接收器相比,该物体是CD还是其他类似物体。预期的幅度可以形成特定频率处的签名值,该签名值对该物体是“唯一的”。

图22是示出与由位于发送天线附近的物体引起的发送天线处的共振频率的变化相关的谐波变化的示例的图示。图2200的垂直轴2202表示在发送器404的天线806处测量的电流谐波的相对幅度。然而,也可以测量电压谐波。可以通过使用功率和阻抗测量电路430(其示例性实现方式在图7中示出或者图9的电路)测量电压、电流、功率和阻抗中的一个或多个来获得谐波的测量。水平轴2204表示频率,特别示出基本功率发送频率的谐波。在图22所示的例子中,基本功率发送频率的前三个谐波被相对示出,但是可以使用其他数目的谐波或其他频率。

为了检测和表征放置在无线充电天线(例如图8的天线806)附近的物体,可以检测由天线806处的共振频率变化引起的谐波变化。放置在天线806附近的外物使得天线806的共振频率发生偏移。天线806的共振频率的这种偏移导致所测量的谐波的相对幅度的变化。

例如,当物体被放置在无线充电表面上时,将物体放置在无线充电天线附近可以导致在无线充电天线处测量的谐波成分的可测量的变化。不同的物体在不同程度上影响被测量的谐波,这种差异可以用来表征物体。

例如,如图22所示,在一次谐波频率下,在天线806的共振频率改变之前所测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为20,并且在天线806的共振频率改变之后所测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为16。

另外,如图22所示,在二次谐波频率下,在天线806的共振频率改变之前所测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为12,并且在天线806的共振频率改变之后所测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为9。

此外,如图22所示,在三次谐波频率下,在天线806的共振频率改变之前所测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为6,并且在天线806的共振频率改变之后所测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约3。以这种方式,通过比较不同谐波频率或其他频率处的某些参数(例如阻抗、电压谐波、电流谐波等)的幅度,可以基于不同频率处的预期幅度确定物体的性质,例如,与无线功率接收器相比,物体是CD还是其他类似的物体。预期的幅度可以形成特定频率处的签名值,该签名值对该物体是“唯一的”。

图23是示出由位于发送天线附近的功率接收器生成的谐波引起的、在发送天线处测量的谐波变化的示例的图示。图2300的垂直轴2302表示在发送器404的天线806处测量的电流谐波的相对幅度。然而,也可以测量电压谐波。可以通过使用功率和阻抗测量电路430(其示例性实现方式在图7中示出或者为图9的电路)测量电压、电流、功率和阻抗中的一个或多个来获得谐波的测量。水平轴2304表示频率,尤其示出基本功率发送频率的谐波。在图23所示的例子中,基本功率发送频率的前五个谐波被相对地示出,但是可以使用除了基本功率发送频率的谐波之外的其他数目的谐波或频率。

作为测量由位于功率发送单元天线附近的物体中的接收器生成的谐波引起的、发送天线处的谐波变化的示例,可以使用二极管或其他开关设备(例如,同步整流电路)来实现功率接收单元(图5)中的整流器。这种开关设备的非线性操作导致可以通过接收器508的天线发射出的电压和电流谐波。这些发射出的信号的一部分通过向量求和与发送器404中的天线806耦合,并且可以使用上面在图7或图9或其等价电路中提到的方法来测量。

例如,典型的桥式整流器实现方式可以产生高的奇数阶谐波分量,其可以在发送器404中的天线806处被测量。例如,如图23所示,在一次谐波频率处,在由位于天线806附近的物体中的功率接收器引起的谐波变化之前在天线806处测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为20,并且在由位于天线806附近的物体中的功率接收器引起的、天线806处的谐波变化之后在天线806处测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为18。

此外,如图23所示,在二次谐波频率处,在由位于天线806附近的物体中的功率接收器引起的谐波变化之前在天线806处测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为2,并且在由位于天线806附近的物体中的功率接收器引起的、天线806处的谐波变化之后在天线806处测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为3。

此外,如图23所示,在三次谐波频率处,在由位于天线806附近的物体中的功率接收器引起的谐波变化之前在天线806处测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为4,并且在由位于天线806附近的物体中的功率接收器引起的、天线806处的谐波变化之后在天线806处测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为8。

此外,如图23所示,在四次谐波频率处,在由位于天线806附近的物体中的功率接收器引起的谐波变化之前在天线806处测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为2,并且在由位于天线806附近的物体中的功率接收器引起的、天线806处的谐波变化之后在天线806处测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为3。

此外,如图23所示,在五次谐波频率处,在由位于天线806附近的物体中的功率接收器引起的谐波变化之前在天线806处测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为4,并且在由位于天线806附近的物体中的功率接收器引起的、天线806处的谐波变化之后在天线806处测量的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为10。

由于接收器天线所辐射的并且被耦合到发送器404中的天线806的谐波的向量和组合,所以测量出的谐波可以较低。例如,系统可能展现与示例中描述的趋势不同的趋势,因为它向量地添加到其他地方(例如在接收器508中)生成的谐波。此外,无源物体不会引起谐波的实质相对变化。电压谐波还可以提供与测量出的电流谐波相关的可测量数据。

谐波的相对幅度是整流器拓扑的函数。例如,单端倍压整流器将具有与桥式整流器不同的谐波分布。此外,同步整流器可以具有不同的谐波签名。以这种方式,通过在不同谐波频率或其他频率处比较特定参数(例如阻抗、电压谐波、电流谐波等)的幅度,可以基于不同频率处的预期幅度确定物体的性质,例如,物体是功率接收器还是另一物体。预期幅度可以形成特定频率处的签名值,该签名值对该物体是“唯一的”。

图24是示出功率接收器天线处的电流谐波的图示。图2400的垂直轴2402表示辐射谐波的相对幅度,水平轴2404表示频率。

在示例性实施例中,由功率接收器生成的谐波的幅度是功率接收器中的开关元件(其构成整流器)的导通角的函数,并且因此依赖于负载。例如,接收器可能会创建可以在发送器上检测到的特定加载模式。图2400示出了电流谐波(在接收天线线圈处测量的)如何随着功率水平(100mW与1W)变化的示例。迹线2410示出1W处的辐射谐波,迹线2412示出100mW处的辐射谐波。

整流器(图5的RF-DC转换器520)之后的DC/DC转换器522(图5)的实现可能影响整流器开关的导通角,并且可以生成可以在发送器404的天线806处检测到的谐波。替代的无线功率接收器实现方式可以并入多模式DC/DC转换器,其可以在切换模式时引起电流/电压谐波和反射阻抗(Z0)的变化。电流/电压谐波和反射阻抗(Z0)的这些变化生成了可以被检测并用于表征物体的唯一签名。

图25是示出由位于发送天线附近的功率接收器生成的谐波引起的在发送天线处测量的谐波变化的示例的图示。在这个示例中,谐波变化由位于功率接收器(例如接收器508)中的滤波器(例如EMI(电磁干扰)滤波器)引起。典型的滤波器可以是带通滤波器,例如以6.78MHz(在示例性实施例中为基本功率发送频率)为中心,以滤除由接收电路510生成的谐波,并防止它们耦合到接收器508中的天线中。滤波器实现方式的性质将影响在天线806处测量到的电流(或电压)谐波的相对幅度。

图2500的垂直轴2502表示在发送器404的天线806处测量到的电流谐波的相对幅度。然而,也可以测量电压谐波。可以通过测量电压和电流(图7)或通过测量功率或阻抗(图9)来获得谐波的测量。水平轴2504表示频率,尤其示出基本功率发送频率的谐波。在图25所示的例子中,基本功率发送频率的前五个谐波被相对地示出,但是可以使用其他数目的谐波或频率。

例如,如图25所示,在一次谐波频率处,作为接收器508中的第一滤波器实现的结果,在天线806处测量出的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为20;并且作为接收器508中的第二滤波器实现的结果,在天线806处测量出的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为20。

此外,如图25所示,在二次谐波频率处,作为接收器508中的第一滤波器实现的结果,在天线806处测量出的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为2;并且作为接收器508中的第二滤波器实现的结果,在天线806处测量出的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为3。

此外,如图25所示,在三次谐波频率处,作为接收器508中的第一滤波器实现的结果,在天线806处测量出的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为4;并且作为接收器508中的第二滤波器实现的结果,在天线806处测量出的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为8。

此外,如图25所示,在四次谐波频率处,作为接收器508中的第一滤波器实现的结果,在天线806处测量出的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为2;并且作为接收器508中的第二滤波器实现的结果,在天线806处测量出的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为3。

此外,如图25所示,在五次谐波频率处,作为接收器508中的第一滤波器实现的结果,在天线806处测量出的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为4;并且作为接收器508中的第二滤波器实现的结果,在天线806处测量出的谐波的相对幅度被说明性地显示为大约为10。以这种方式,通过比较不同谐波频率或其他频率处的某些参数(例如,阻抗、电压谐波、电流谐波等)的幅度,可以基于不同频率处的预期幅度确定物体的性质,例如确定物体是功率接收器还是另一物体。预期幅度可以形成特定频率处的签名值,该签名值对该物体是“唯一的”。

上述方法的各种操作可以通过能够执行操作的任何合适的单元来执行,例如各种硬件和/或软件部件、电路和/或模块。通常,附图中所示的任何操作都可以通过能够执行操作的对应功能单元来执行。

鉴于以上公开内容,例如基于本说明书中的流程图和相关联的描述,编程领域的普通技术人员能够毫无困难地编写计算机代码或识别适当的硬件和/或电路来实现所公开的发明。因此,公开一组特定的程序代码指令或详细的硬件设备并不被认为是为了充分理解如何制作和使用本发明所必须的。在以上描述中并结合可以示出各种过程流程的附图对所要求保护的计算机实现过程的创造性功能做出了更详细的解释。

在一个或多个示例性方面中,所描述的功能可以以硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果以软件实现,则功能可以存储在计算机可读介质上或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码被传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者,所述通信介质包括便于将计算机程序从一个地方转移到另一地方的任何介质。存储介质可以是任何可以被计算机访问的可用介质。通过示例而非限制,这样的计算机可读介质可以包括RAM,ROM,EEPROM,CD-ROM或其它光盘存储设备,磁盘存储设备或其他磁存储设备,或者可以用于携带或存储指令或数据结构形式的并且可以由计算机访问的期望程序代码的任何其他介质。

而且,任何连接都被适当地称为计算机可读介质。例如,如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(“DSL”)或诸如红外、无线电和微波的无线技术从网站、服务器或其他远程源传输软件,那么同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或诸如红外、无线电和微波的无线技术被包括在介质的定义中。

如本文所使用的,盘和碟包括压缩光碟(CD)、激光影碟、光碟、数字通用光碟(DVD)、软盘和蓝光光碟,其中盘通常磁性地复制数据,而碟则用激光来光学地复制数据。上面的组合也应当包括在计算机可读介质的范围之内。

虽然已经详细说明和描述了所选的方面,但将理解的是,在不背离由后续权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下,可以在此进行各种替换和更改。

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