專利名稱：用于便攜式設(shè)備的感應(yīng)充電的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及電源、功率源，并且具體地涉及用于便攜式設(shè)備的感應(yīng)充電 的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，存在對用于商業(yè)、商務(wù)、個(gè)人、消費(fèi)者以及其他應(yīng)用的便攜式或移動(dòng)設(shè)備供 電需要。這樣的設(shè)備的例子包括移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、筆記本計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電子郵 件設(shè)備、黑莓設(shè)備、藍(lán)牙頭戴式設(shè)備、助聽器、音樂播放器(例如，MP3播放器)、收音機(jī)、壓縮 磁盤播放器、視頻游戲控制臺、數(shù)碼相機(jī)、步話機(jī)或其他通信設(shè)備、GPS設(shè)備、膝上筆記本計(jì)算機(jī)、電動(dòng)剃須刀、以及電動(dòng)牙刷。這些設(shè)備中的大多數(shù)包括可充電內(nèi)部電池，在設(shè)備自身 可以被使用之前必須由外部電源或充電器首先對所述可充電內(nèi)部電池進(jìn)行充電。電源典型 地通過特殊連接器提供直流(DC)電壓給設(shè)備。然后電源可以斷開連接并且設(shè)備將在短時(shí) 間段內(nèi)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)直到電池耗盡。不同設(shè)備的電壓和功率要求不同，而且至今這些設(shè)備沒有 標(biāo)準(zhǔn)連接器。這導(dǎo)致每個(gè)移動(dòng)設(shè)備總是與其自己的充電器捆綁而被出售或分發(fā)。與這些多 個(gè)不同類型和數(shù)量的充電器相關(guān)的成本通過并入移動(dòng)設(shè)備所收取的價(jià)格而間接地由消費(fèi) 者付費(fèi)。移動(dòng)產(chǎn)品的總數(shù)和多樣性的快速增長已經(jīng)意味著大多數(shù)人擁有多個(gè)上述設(shè)備。在 典型的一天中，使用者將不得不分別地將多個(gè)設(shè)備連接到它們合適的充電器以對每個(gè)設(shè)備 充電。另外，很多人發(fā)現(xiàn)需要在如辦公室和車輛的不同地點(diǎn)對他們的設(shè)備進(jìn)行充電。因此， 很多用戶已經(jīng)購買了用于他們的辦公室和車輛的另外的充電器以用于在這些地方對他們 的移動(dòng)電話、筆記本計(jì)算機(jī)和音樂播放器進(jìn)行充電。很明顯上述情況導(dǎo)致了典型的使用者擁有大量的不兼容設(shè)備(即電源和充電 器)，上述設(shè)備實(shí)質(zhì)上提供同樣的對移動(dòng)設(shè)備充電的功能，但是由于使用者必須持有的上述 設(shè)備數(shù)量和多樣性，所以上述設(shè)備不便于使用。在很多情況中，使用者僅僅是忘記對他們的 設(shè)備充電或者在不能獲得合適的充電器的情況中發(fā)現(xiàn)他們需要對他們的設(shè)備再次充電。這 導(dǎo)致了在期望或需要時(shí)失去設(shè)備的可用性。另外，當(dāng)遠(yuǎn)離家旅行時(shí)，移動(dòng)的使用者有他們需要打包或者攜帶用于他們的設(shè)備 的多個(gè)充電器的特定的問題。在很多情況中，這些充電器比設(shè)備本身更龐大和沉重，并且在 國外使用這些設(shè)備需要笨重的適配器，并且有時(shí)需要電壓轉(zhuǎn)換器。這導(dǎo)致了對于經(jīng)常移動(dòng) 的消費(fèi)者極大的不便利。另外，通常低成本地制造用于移動(dòng)設(shè)備的電力連接器，并且這是機(jī)械或電氣故障 的源頭。在很多應(yīng)用中，如電動(dòng)牙刷或設(shè)備暴露在于水并且需要被密封的應(yīng)用中，不能使用 這樣的物理連接。因此必須使用替代的對這類設(shè)備供電的方式。多種產(chǎn)品已經(jīng)嘗試解決該情況。一些公司提出使用由電源基座單元以及可更換的 尖端(tip)構(gòu)成的通用充電器，所述尖端匹配進(jìn)所述基座并且繼而匹配不同的設(shè)備。所述 尖端包括定制的調(diào)節(jié)器，其設(shè)定特定設(shè)備所需要的電壓。但是，使用者必須攜帶他或她所需 要以用于其擁有的多種設(shè)備的多個(gè)附加物，然后通過將該設(shè)備連接至電源來對每一個(gè)設(shè)備 順序充電。雖然該產(chǎn)品減少了使用者必須攜帶的充電工具的整體重量，但使用者仍然需要 攜帶和更換尖端以連接至不同設(shè)備。另外，通常不可能以同時(shí)對多個(gè)設(shè)備充電。意識到電源典型地包含用于電壓轉(zhuǎn)換的變壓器，另外一個(gè)方法是將變壓器分割為 兩個(gè)部分第一部分可包含第一繞組和以恰當(dāng)?shù)牟僮黝l率驅(qū)動(dòng)該繞組的電子裝置，而第二 部分由接收電源并其后將其整流以獲得DC電壓的繞組構(gòu)成。如果將這兩個(gè)部分放置于彼 此物理上的鄰近，則感應(yīng)地，即通過感應(yīng)，將功率從第一部分傳遞至第二部分，而無任何物 理電連接。在期望在潮濕的環(huán)境下使用的許多電動(dòng)牙刷、剃須刀以及其他產(chǎn)品中使用該方 法。但是，這樣的感應(yīng)單元所具有的共同問題在于繞組龐大，其限制了它們在輕重量便攜式 設(shè)備中的應(yīng)用。更進(jìn)一步，為了實(shí)現(xiàn)足量的功率傳輸，所述部分必須被設(shè)計(jì)為恰當(dāng)?shù)钠ヅ湓?一起以使得他們的繞組接近地對準(zhǔn)。這典型地通過模制設(shè)備外殼(例如，電動(dòng)牙刷)以及 其充電器/容納器來實(shí)現(xiàn)，從而它們僅通過一個(gè)合適的方式匹配在一起。但是，模制基座和
5便攜式設(shè)備的形狀意味著不能以統(tǒng)一方式使用它們以對其他設(shè)備供電。基于感應(yīng)的概念，一些公司提出了墊形充電設(shè)備，但其也只是表面上允許用于需 要充電的不同類型的設(shè)備。這些墊典型地包括在X和y方向上的承載電流并且產(chǎn)生與墊表 面平行的均勻磁場的線網(wǎng)格。接收器線圈纏繞在位于墊表面的磁芯上并且拾取平行于該表 面的磁場，并且以這種方式可以傳輸能量。但是，這些方法中的每一種都遭受不良的功率傳 輸，這是由于初級的大部分功率并沒有在接收器中被拾取，并且因此充電器的整體功率效 率很低。另外，用于初級和接收器的磁芯通常很龐大，增加了系統(tǒng)的整體成本和體積，并且 限制了將其并入許多設(shè)備中。需要注意的另一點(diǎn)是，雖然上述所有設(shè)備允許使用者對設(shè)備充電，但是它們還需 要充電設(shè)備或者基座單元電連接至電源，如電源插座或DC電源。在很多情況中，如在旅行、 宿營或在不能獲得電源的地方工作時(shí)，使用者可能不能獲得這樣的電源。但是，至今，還沒 有提供這樣的設(shè)備，其便攜并且允許對于多個(gè)具有不同功率要求的設(shè)備感應(yīng)充電，并且它 本身可以通過外部電源或其他方式間歇的或偶爾的被充電，或者它是自供電的或者包括自 己的電源。

發(fā)明內(nèi)容
在此公開了一種用于對電氣、電子、電池操作的、移動(dòng)式及其他設(shè)備或可充電電池 供電或者充電的便攜式感應(yīng)電源、供電設(shè)備或單元。根據(jù)一實(shí)施例，該系統(tǒng)包括2個(gè)部分 第一部分為墊或類似的基座單元，其包含通過施加交變電流至繞組、線圈或任何類型的載 流線來產(chǎn)生交變磁場的初級。系統(tǒng)的第二部分是接收器，其包括用于從來自墊的交變磁場 接收能量并且將之傳輸至移動(dòng)或者其他設(shè)備或可充電電池的部件。接收器可包括能夠感應(yīng) (sense)變化磁場并且對其整流以產(chǎn)生隨后用于對設(shè)備充電和供電的直流(DC)電壓的線 圈、繞組或任何線。在一些實(shí)施例中，接收器還可包括電子元件或邏輯以將電壓和電流設(shè)定為移動(dòng)設(shè) 備或設(shè)備中的充電電路所需要的恰當(dāng)?shù)燃?，或以與墊交換信息。在另外的實(shí)施例中，充電或 供電系統(tǒng)可提供附加的功能，如存儲在電子設(shè)備中的或者要傳輸給設(shè)備的數(shù)據(jù)的通信。一 些實(shí)施例還可并入效率措施，所述效率措施改進(jìn)充電器與接收器之間、并且最終至移動(dòng)設(shè) 備或電池的功率傳輸?shù)男省８鶕?jù)一實(shí)施例，充電器或電源包括用于自供電操作的內(nèi)部電 池。根據(jù)其他實(shí)施例，充電器或電源可包括太陽能電池電源、手動(dòng)曲柄、或其他用于臨時(shí)自 供電操作的電源的裝置。其他實(shí)施例可被并入充電亭、汽車、火車、飛機(jī)或其他交通工具和 其他應(yīng)用。根據(jù)多種實(shí)施例，可向系統(tǒng)并入附加特征以提供更高的功率傳輸效率以及允許容 易地對系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)以用于具有不同功率要求的應(yīng)用。這些附加特征包括對用于制造初 級和/或接收線圈的材料的改變；用于初級和/或次級側(cè)上的修改的電路設(shè)計(jì)；以及執(zhí)行 特殊任務(wù)的附加的電路和元件，所述特殊任務(wù)如移動(dòng)設(shè)備識別，以及對于不同的設(shè)備自動(dòng) 進(jìn)行電壓或功率設(shè)定。


圖1示出了根據(jù)一實(shí)施例的使用多個(gè)發(fā)射器或充電器線圈的墊。
圖2示出了根據(jù)一實(shí)施例的電路圖。圖3示出了根據(jù)一實(shí)施例的使用多個(gè)線圈的充電墊。圖4示出了根據(jù)一實(shí)施例的使用多個(gè)重疊線圈層的充電墊。圖5示出了根據(jù)一實(shí)施例的在重疊墊層中的多個(gè)線圈類型和尺寸的使用。圖6示出了根據(jù)一實(shí)施例的具有集成電池的接收器。圖7示出了根據(jù)一實(shí)施例的具有將被充電或供電的設(shè)備的接收器的耦接。圖8示出了根據(jù)一實(shí)施例的允許模塊化的(modular)或多個(gè)的連接的墊。圖9示出了根據(jù)一實(shí)施例的電路圖。圖10示出了根據(jù)一實(shí)施例的電路圖。圖11示出了根據(jù)一實(shí)施例的電路12示出了根據(jù)一實(shí)施例的功率傳輸圖。圖13示出了根據(jù)一實(shí)施例的線圈布線圖。圖14示出了根據(jù)一實(shí)施例的線圈布線圖。圖15示出了根據(jù)一實(shí)施例的具有多個(gè)線圈的充電墊。圖16示出了根據(jù)一實(shí)施例的具有可移動(dòng)線圈的充電墊和兩個(gè)接收功率或充電的 設(shè)備。圖17示出了根據(jù)一實(shí)施例的電路圖。圖18示出了根據(jù)一實(shí)施例的堆疊線圈的裝置的圖示。圖19示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于識別驗(yàn)證的電路圖。圖20示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于雙向通信的電路圖。圖21示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于輸出控制器的電路圖。圖22示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于具有調(diào)節(jié)器的接收器的電路圖。圖23示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于MCU調(diào)節(jié)的電路圖。圖24示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于單向通信的電路圖。圖25示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于基于時(shí)間的調(diào)節(jié)的電路圖。圖26示出了根據(jù)一實(shí)施例的反激(flyback)電源結(jié)構(gòu)的高層視圖。圖27示出了一實(shí)施例，其中監(jiān)測向負(fù)載的輸出電壓并隨著負(fù)載情況的改變，芯片 或微控制器單元(MCU)改變FET驅(qū)動(dòng)器的頻率或占空比以獲得最優(yōu)操作。圖28示出了根據(jù)一實(shí)施例的充電器的實(shí)現(xiàn)，其中初級與接收器級無線地通信。圖29示出了包括零電壓設(shè)定(ZVS)的實(shí)施例。圖30示出了一實(shí)施例，其中取代數(shù)字反饋電路，可以使用基于在發(fā)光二極管 (LED)和光檢測器之間的耦合的模擬電路。圖31示出了一實(shí)施例，其中由壓控振蕩器(VCO)和FET取代光耦 (opto-coupler)，并且在初級中發(fā)送信號以調(diào)節(jié)頻率控制器從而提供最優(yōu)輸出電壓。圖32示出了一實(shí)施例，其中無線連接可以是模擬的或數(shù)字的或可以被集成在設(shè) 備中以利用設(shè)備中已有的無線連接。圖33示出了根據(jù)一實(shí)施例的感應(yīng)式單線圈充電系統(tǒng)的基本示意圖。圖34示出了根據(jù)一實(shí)施例的無線供電/充電系統(tǒng)的主要部件。圖35示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于所傳輸?shù)墓β屎凸β蕚鬏數(shù)牡湫蛯?shí)驗(yàn)曲線。
圖36示出了使用線圈鑲嵌(coil mosaic)來覆蓋墊的表面面積的實(shí)施例。圖37示出了一實(shí)施例，其中可以通過使用電氣或電子開關(guān)減少驅(qū)動(dòng)(和感應(yīng))電 路的數(shù)量。圖38示出了一實(shí)施例，其中布置三線圈層PCB以提供在任何給定時(shí)間僅使用一個(gè) 被供電的線圈來在一區(qū)域內(nèi)提供均勻功率的集簇圖39示出了一實(shí)施例，其中布置線圈以使得通過僅給集簇中的一個(gè)線圈供電，其 中心在有效區(qū)域中任何位置內(nèi)而被放置的任何接收器線圈在恰當(dāng)?shù)某潆娋€圈被激活的情 況下能夠接收到特定的功率。圖40示出了一實(shí)施例，其中減少了所需要的開關(guān)的數(shù)量。圖41示出了一多充電器墊的實(shí)施例，該多充電器墊并入多個(gè)充電集簇。圖42示出了一實(shí)施例，其使用兩層的三個(gè)線圈的集簇以及中心線圈以產(chǎn)生有效 區(qū)域。圖43示出了每個(gè)線圈的中心端口(center port)被示出為圓形的六邊形線圈的鑲嵌。 圖44示出了包括頂視圖的MEMS墊的一實(shí)施例。圖45示出了包括分割的MEMS充電墊的MEMS墊的一實(shí)施例圖46示出了一實(shí)施例，其中一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)的電源與充電墊連接。圖47示出了根據(jù)一實(shí)施例的在墊的表面的觸點(diǎn)陣列。圖48示出了根據(jù)一實(shí)施例的MEMS感應(yīng)充電墊的側(cè)視圖。圖49示出了一實(shí)施例，其中多個(gè)調(diào)節(jié)電源給墊供電以允許同時(shí)對多個(gè)設(shè)備充電。圖50示出了使用分割的表面的墊的替代的實(shí)施例。圖51示出了用于測量從產(chǎn)品的發(fā)射的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)裝置。圖52示出了闡釋通過銅層的吸收的實(shí)施例。圖53示出了用于多個(gè)厚度的銅和鋁層的衰減值。圖54示出了對于IMHz的入射場來說通過具有變化的厚度的銅和鋁層的所傳輸?shù)墓β?。圖55示出了一實(shí)施例，其允許用于在充電器和接收器中的線圈之間獲得局部對 準(zhǔn)獨(dú)立性。圖56示出了一實(shí)施例，其中線圈磁體能夠劃分為各部分。圖57示出了一實(shí)施例，其中在每個(gè)線圈后可使用一個(gè)或多個(gè)對準(zhǔn)磁體。圖58示出了根據(jù)一實(shí)施例的包括用于自供電操作的內(nèi)部電池的、用于感應(yīng)功率 充電的設(shè)備的圖示。圖59示出了根據(jù)一實(shí)施例的具有用于自供電操作的太陽能電池電源的感應(yīng)充電 器單元的圖示。圖60示出了根據(jù)一實(shí)施例的具有所并入的通信和/或存儲單元的感應(yīng)充電器的 圖示。圖61示出了根據(jù)一實(shí)施例的并入感應(yīng)充電單元的亭的圖示。圖62示出了根據(jù)一實(shí)施例的一些普通的規(guī)則(無充電器)的移動(dòng)電話支座類型。圖63示出了根據(jù)一實(shí)施例的包括外部可充電電池組的、用于音樂播放器的各種
8女口 廣 BFI ο圖64示出了根據(jù)一實(shí)施例的包括硬盤、可充電電池和無線連接的多功能設(shè)備。圖65示出了根據(jù)一實(shí)施例的與充電盒一起使用以向移動(dòng)設(shè)備感應(yīng)供電或充電的 系統(tǒng)。圖66示出了根據(jù)一實(shí)施例的使用多個(gè)接收器/增能器(energizer)線圈的墊。圖67示出了根據(jù)一實(shí)施例、在使用了多個(gè)線圈的多充電器或電源中，這樣的高熱 傳導(dǎo)層可以在每個(gè)線圈周圍被重復(fù)放置或覆蓋多個(gè)線圈之間的所有面積。圖68示出了一個(gè)可用于為其他形狀或類型的繞制線圈散熱的相似方法。圖69示出了一實(shí)施例，其中將層形成圖樣以提供熱傳導(dǎo)溝道，而不是連續(xù)的層。圖70示出了根據(jù)一實(shí)施例的在與線圈的相同的PCB上制造的電路的圖示，所述電 路用于PCB線圈感應(yīng)充電器和/或電源或感應(yīng)接收器。圖71示出了一實(shí)施例，其中被放置在靜止線圈或移動(dòng)、浮置充電器和/或電源線 圈和接收器線圈的中心的磁體可提供用于對準(zhǔn)線圈和實(shí)現(xiàn)該結(jié)果的方法。圖72示出了一實(shí)施例，其中使用不橫跨線圈中心的兩個(gè)或多個(gè)磁體。圖73為示出根據(jù)一實(shí)施例的磁體如何可以被放置在PCB線圈區(qū)域之外的圖示。圖74示出了一實(shí)施例，其中使用圍繞圓形(circular)線圈的磁性弧形部分。圖75圖示了根據(jù)一實(shí)施例的在線圈上或周圍的條形磁體的使用。
具體實(shí)施例方式在這里公開了用于給電氣、電子、電池操作的、移動(dòng)的、可充電電池和其他設(shè)備供 電或充電的便攜式感應(yīng)電源、供電設(shè)備或單元。根據(jù)一實(shí)施例，該系統(tǒng)包括兩個(gè)部分第一 部分為墊或類似的基座單元，其包含通過施加交變電流至繞組、線圈或任何類型的載流線 來產(chǎn)生交變磁場的初級。在一些實(shí)施例中，該墊還可包括多種信令、和切換或通信電路、或 者識別將被充電或供電的設(shè)備和電池的存在的裝置。在一些實(shí)施例中，該墊還可包含多個(gè) 線圈或部分以給各種設(shè)備充電或供電，或者允許給放置在墊上的任何位置的設(shè)備和電池充 電或供電。系統(tǒng)的第二部分是接收器，其包括用于從來自墊的交變磁場接收能量并且將其 傳輸至移動(dòng)電池或者其他設(shè)備的部件。接收器可包括能夠感應(yīng)變化磁場并且對其整流以產(chǎn) 生隨后用于對設(shè)備或電池充電或供電的直流(DC)電壓的線圈、繞組或任何線。在一些實(shí)施例中，接收器還可包括電子元件或邏輯以將電壓和電流設(shè)定為移動(dòng)設(shè) 備或電池所需要的恰當(dāng)?shù)燃?。在一些?shí)施例中，接收器還可包括用于檢測和確定將被充電 的電子設(shè)備或電池的狀態(tài)、設(shè)備內(nèi)部的電池或多種其他參數(shù)并且將該信息傳送至墊的電 路。在另外的實(shí)施例中，系統(tǒng)可提供附加的功能，如將儲存在電子設(shè)備中的數(shù)據(jù)(例如，儲 存在相機(jī)中的數(shù)字圖象，移動(dòng)電話中的電話號碼，MP3播放器中的歌曲)或數(shù)據(jù)傳送至設(shè) 備。一些實(shí)施例還可并入效率措施，所述效率措施改進(jìn)充電器或電源與接收器之間、 并且最終至移動(dòng)設(shè)備或電池的功率傳輸?shù)男?。根?jù)一實(shí)施例，充電器或電源包括一個(gè)開 關(guān)(例如，MOSFET器件或另一開關(guān)機(jī)構(gòu))，其以恰當(dāng)?shù)念l率開關(guān)，以產(chǎn)生橫跨初級線圈的交 流(AC)電壓并且產(chǎn)生AC磁場。該磁場然后在接收器中的線圈中產(chǎn)生電壓，所述電壓被整 流、然后被電容平滑化以給負(fù)載供電，結(jié)果是具有更高的效率。
9
根據(jù)其他實(shí)施例，安裝線圈以使得它們可以在墊中以及在它們的部分的區(qū)域中橫 向移動(dòng)，同時(shí)持續(xù)與放置在區(qū)域邊緣的它們的驅(qū)動(dòng)電子裝置連接。浮置線圈和驅(qū)動(dòng)電路被 夾置在作用為允許線圈橫向運(yùn)動(dòng)而限制其垂直移動(dòng)薄的上和下覆蓋層之間。當(dāng)接收器放置 在墊上時(shí)，墊檢測接收器線圈的位置并且將線圈移動(dòng)至正確的位置以最優(yōu)化功率傳輸。磁 體可被用于更好的對線圈定位并且更大地改進(jìn)功率傳輸效率。也在這里描述另外的實(shí)施例。例如，根據(jù)一實(shí)施例，充電/電源設(shè)備包括用于自供 電操作的內(nèi)部電池。根據(jù)其他實(shí)施例，充電/電源設(shè)備還可包括太陽能電池電源、手動(dòng)曲 柄、或其他用于臨時(shí)自供電操作的電源的裝置。其他實(shí)施例可被并入充電亭、汽車、計(jì)算機(jī) 包和其他電子設(shè)備和應(yīng)用。感應(yīng)充電系統(tǒng)雖然上述提及的工藝描述了感應(yīng)充電的各個(gè)方面，但它們沒有處理消費(fèi)者和制造 商在這樣的產(chǎn)品中所期望的基本需求。這些基本需求包括以下期望的特征·墊應(yīng)當(dāng)能夠?qū)哂卸喾N功率需求的多個(gè)設(shè)備或電池高效地充電或供電。典型的 數(shù)量可為一個(gè)至六個(gè)或者甚至于12個(gè)或更多設(shè)備或電池，所述數(shù)量中同時(shí)包括四個(gè)或更 多低功率(最高為5W)設(shè)備或電池。當(dāng)多個(gè)設(shè)備或電池被充電時(shí)，僅給與該設(shè)備或電池鄰 近的線圈施加電能的方法是優(yōu)選的。·同樣的墊應(yīng)當(dāng)能夠給具有5W或更小功率要求的低功率設(shè)備(移動(dòng)電話、PDA、相 機(jī)、游戲控制臺等)或電池，以及如筆記本計(jì)算機(jī)的更高功率的設(shè)備(其通常具有60W或更 高功率要求)或高功率電池供電?！?yīng)當(dāng)最大化初級線圈和接收器之間的功率傳輸效率。在功率傳輸中缺乏效率將 必定使得AC至DC電源更大且更重。這將增加成本并降低產(chǎn)品對用戶的吸引力。這樣給整 個(gè)墊供電的方法就不那么具有吸引力。 應(yīng)當(dāng)根據(jù)需要支持用于驗(yàn)證接收器制造商以及可能地驗(yàn)證關(guān)于功率需求的信息 的簡單方法，以確保產(chǎn)品的兼容性并且以提供產(chǎn)品注冊和授權(quán)的手段。 來自系統(tǒng)的EMI輻射應(yīng)當(dāng)最小化，并且理想地，當(dāng)沒有設(shè)備存在時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)輻 射極少的EMI或者不輻射EMI。充電器應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地不發(fā)射任何功率，直到合適的設(shè)備或電池 被放置在充電器或電源自身的附近。通過這種方式，電力功率不被浪費(fèi)，并且電磁能量不會 無必要的發(fā)射。另外，對于磁敏感的設(shè)備，例如信用卡、磁盤驅(qū)動(dòng)器等的設(shè)備，其意外效應(yīng)被 最小化。 墊和接收器應(yīng)當(dāng)能夠合理容易的被構(gòu)建并且在成本方面是高效的。由于兩個(gè)部 件都可以集成在移動(dòng)設(shè)備或電池中，所以其整體尺寸、重量和形成因數(shù)(form factor)應(yīng)當(dāng) 被最小化。如在這里使用的那樣，術(shù)語“充電器”可指用于給移動(dòng)或靜止設(shè)備提供電力以實(shí)現(xiàn) 對其電池充電或在該時(shí)刻及時(shí)操作該設(shè)備的目的、或?qū)崿F(xiàn)這兩個(gè)目的的目的的設(shè)備。例如， 如便攜式計(jì)算機(jī)中常見的，電源可以操作便攜式計(jì)算機(jī)，或者對其電池充電，或同時(shí)完成該 兩個(gè)任務(wù)。充電器可包括用于恰當(dāng)?shù)仳?qū)動(dòng)線圈以產(chǎn)生AC磁場的電路、功率或電流檢測或調(diào) 節(jié)電路、微控制器，以及與接收器、電池或設(shè)備通信的裝置。它還能與設(shè)備或電池通信數(shù)據(jù) 或執(zhí)行其他功能。如這里使用的那樣，術(shù)語“接收器”意為一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)線圈以及用于整 流和平滑所接收的電流的電路、任何可能的用于與充電器通信和調(diào)節(jié)功率的控制或通信電路、以及任何可能的用于管理充電或?qū)⒈怀潆娀蚬╇姷碾姵鼗蛟O(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行測量的電 路(如充電管理電路，燃料計(jì)(fuel gauge)，電流、電壓或溫度傳感器等)。該接收器還可 并入適合的電路以用于設(shè)備或電池與充電器之間的數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)一實(shí)施例，移動(dòng)設(shè)備充 電器和/或電源可具有任何合適的配置，如扁平墊的配置。由移動(dòng)設(shè)備接收到的來自移動(dòng) 設(shè)備充電器/電源(如移動(dòng)設(shè)備充電器的初級)的功率可在連接至可充電電池之前在接收 器中被整流并且通過電容平滑，該可充電電池在附圖中由負(fù)載來表示。為了確保電池的恰 當(dāng)?shù)某潆?，可在整?電容級的輸出和電池之間放置調(diào)節(jié)器或充電管理電路。該調(diào)節(jié)器或 充電管理電路可檢測電池的合適的參數(shù)(電壓、電流、電容)，并且恰當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)從接收器汲 取的電流。電池可包含具有關(guān)于其特性的信息的芯片，所述信息能夠由調(diào)節(jié)器或充電管理 電路讀取?？商娲?，這樣的信息可被儲存在調(diào)節(jié)器或充電管理電路中以用于將被充電的 移動(dòng)設(shè)備，并且可將合適的充電檔案(profile)編程入調(diào)節(jié)器或充電管理電路中。圖1示出了根據(jù)一實(shí)施例的使用多個(gè)接收器/增能器線圈的墊。在其最簡單的形 式中，優(yōu)選地，移動(dòng)設(shè)備或電池充電器或電源具有基本扁平的配置，如墊100的配置，并且 包括多個(gè)線圈或線組104。這些線圈或線可具有與移動(dòng)設(shè)備或電池中的線圈或線同樣的尺 寸或者更大，并且可具有相似或不同的形狀，包括例如螺旋形狀。例如，對于設(shè)計(jì)為對多達(dá) 四個(gè)具有相似功率(每個(gè)最大至10W)的移動(dòng)設(shè)備(如移動(dòng)電話、MP3播放器、電池等)充 電或提供功率的移動(dòng)設(shè)備充電器或電源，理想地，在移動(dòng)設(shè)備或電池充電器中將存在四個(gè) 或更多的線圈或線。該充電器或電源墊可通過插接入如墻壁插座的電源而被供電、或它本 身被感應(yīng)地供電或充電。墊還可由另一個(gè)電子設(shè)備供電，如墊通過膝上計(jì)算機(jī)的USB接口 或通過膝上計(jì)算機(jī)在底部具有的用于與塢站(docking station)連接或?qū)ζ渌O(shè)備供電的 連接器而被供電。墊還可被并入塢站，所述塢站如可由筆記本計(jì)算機(jī)使用或被內(nèi)建在桌中 或其他表面中。根據(jù)一實(shí)施例，移動(dòng)設(shè)備可包括接收器，該接收器可包括一個(gè)或多個(gè)線圈或線以 接收來自移動(dòng)設(shè)備充電器或電源的電力。如將在下面更詳細(xì)地描述的那樣，接收器可被制 造為移動(dòng)設(shè)備中的電池的一部分或移動(dòng)設(shè)備的外殼的一部分。當(dāng)它是移動(dòng)設(shè)備外殼中的 一部分時(shí)，接收器可是移動(dòng)設(shè)備外殼內(nèi)側(cè)表面的一部分或者移動(dòng)設(shè)備外殼外側(cè)表面的一部 分。接收器可與移動(dòng)設(shè)備的功率輸入插口連接或可以繞過輸入插口而直接與移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部 的電池或充電管理電路連接。在這些配置中的任一個(gè)中，接收器包括一個(gè)或多個(gè)合適的線 圈或線結(jié)構(gòu)，其能夠在其被放置于鄰近移動(dòng)設(shè)備充電器或電源的位置時(shí)接收來自移動(dòng)設(shè)備 充電器或電源的功率。根據(jù)一實(shí)施例，移動(dòng)設(shè)備充電器或電源中的線圈和/或移動(dòng)設(shè)備或 電池中的線圈可以是印刷電路板(PCB)線圈，并且PCB線圈可被放置在一層或多層PCB中。在一些實(shí)施例中，充電器或電源本身也可被內(nèi)建在移動(dòng)設(shè)備或電池中。例如，膝上 型計(jì)算機(jī)或其他便攜式或移動(dòng)設(shè)備可并入充電器或電源部分以使得其他移動(dòng)設(shè)備可以如 上所述被充電或供電?？商娲兀褂猛痪€圈或線的組，或獨(dú)立的線圈或線的組，任何移 動(dòng)設(shè)備或電池本身可被用作感應(yīng)充電器或電源以對其他移動(dòng)設(shè)備或電池供電或充電。根據(jù)一實(shí)施例，移動(dòng)設(shè)備充電器/電源或墊，以及多種移動(dòng)設(shè)備或電池，可以彼此 通信以傳輸數(shù)據(jù)。在一實(shí)施例中，移動(dòng)設(shè)備充電器/電源中用以對移動(dòng)設(shè)備供電或充電的 線圈，或在同一 PCB層中或獨(dú)立的層中的另一組線圈，可被用于在移動(dòng)設(shè)備充電器/電源和 將被充電或供電的移動(dòng)設(shè)備或電池之間直接傳輸數(shù)據(jù)?？墒褂迷跓o線電和網(wǎng)絡(luò)通信中采用的技術(shù)，如射頻識別(RFID)，藍(lán)牙，WiFi，無線USB等。在一實(shí)施例中，可使用連接至天線 (例如，接收器線圈或獨(dú)立的數(shù)據(jù)天線)的芯片或其他傳輸信息的裝置以提供如關(guān)于移動(dòng) 設(shè)備或電池的存在、它的真實(shí)性(例如它的制造商代碼)以及設(shè)備的充電/供電需求(例 如需要的電壓、電池容量以及充電算法檔案)的信息。根據(jù)一實(shí)施例，用于充電器/電源操作的典型順序?yàn)橐韵隆ねǔＲ苿?dòng)設(shè)備充電器或電源可處于低功率狀態(tài)，從而最小化使用的功率。 周期性的，每個(gè)線圈(或在另一個(gè)PCB層中的獨(dú)立的數(shù)據(jù)線圈)循環(huán)地被一如短 射頻(RF)信號的短信號加電，所述短信號可以激活接收器中的如RF ID標(biāo)簽的信號接收器 或連接至接收器線圈的電路?！と缓笠苿?dòng)設(shè)備充電器或電源試著識別來自任何附近的移動(dòng)設(shè)備、電池(或任何 接收器)的返回信號?！?一旦檢測到移動(dòng)設(shè)備或電池(或接收器)，移動(dòng)設(shè)備充電器或電源和移動(dòng)設(shè)備或 電池進(jìn)行交換信息。·該信息可包括能夠驗(yàn)證充電器或電源和移動(dòng)設(shè)備或電池的真實(shí)性和制造商、電 池或移動(dòng)設(shè)備的電壓需求、以及電池的容量的唯一的ID代碼。為了安全目的或?yàn)榱吮苊鈧?造的設(shè)備或墊制造商，如在一些RFID標(biāo)簽或其他驗(yàn)證系統(tǒng)中常用的那樣，這樣的信息可被 加密。根據(jù)各種實(shí)施例，可使用其他協(xié)議，如近距離無線通信(NFC)或Felica，其中包含 ID以及必要的信息的電路由移動(dòng)設(shè)備或電池供電，或由移動(dòng)設(shè)備充電器或電源遠(yuǎn)程供電。 取決于特定的實(shí)施需求，可使用藍(lán)牙，WiFi，無線USB和其他信息傳送過程。也可交換關(guān)于 用于電池的充電檔案的附加信息，該附加信息可包括在存儲于移動(dòng)設(shè)備或電池充電器中的 預(yù)編程充電檔案中使用的參數(shù)。但是，所交換的信息也向應(yīng)答信號那樣簡單，所述應(yīng)答信號 對移動(dòng)設(shè)備充電器指示移動(dòng)設(shè)備或可充電電池存在。充電器或電源也可包括用于檢測和比 較充電器或電源上不同位置的信號的強(qiáng)度的裝置。通過這種方式，可以確定移動(dòng)設(shè)備或電 池在充電器或電源上的位置，并且開始激活用于充電或供電的恰當(dāng)?shù)膮^(qū)域。在一些需要更大的簡潔性的實(shí)施例中，在移動(dòng)設(shè)備充電器或電源與移動(dòng)設(shè)備或電 池之間不需要發(fā)生通信。在一些實(shí)施例中，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備或電池被置于鄰近位置時(shí)，移動(dòng)設(shè)備 充電器或電源可通過檢測在移動(dòng)設(shè)備充電器或電源中的諧振電路的情況的變化，來檢測移 動(dòng)設(shè)備或電池。在其他實(shí)施例中，移動(dòng)設(shè)備或電池可通過多個(gè)確定移動(dòng)設(shè)備或電池出現(xiàn)在 移動(dòng)設(shè)備或電池充電器或電源中的線圈附近的接近傳感器(proximity sensor)(如電容、 重量、磁性、光學(xué)或其他傳感器)而被檢測。一旦檢測到移動(dòng)設(shè)備或電池鄰近移動(dòng)設(shè)備或電 池充電器或電源的初級線圈或部分，移動(dòng)設(shè)備充電器或電源可接著激活初級線圈或部分以 給移動(dòng)設(shè)備的電池、外殼、接收器模塊、電池或設(shè)備本身中的接收線圈提供功率。感應(yīng)充電電路每個(gè)移動(dòng)設(shè)備或它的電池具有特定的特性(電壓、容量等)。為了利用單個(gè)通用的 移動(dòng)設(shè)備充電器或電源以服務(wù)這些不同的設(shè)備或電池，多種電路架構(gòu)是可能的，在下面更 詳細(xì)地描述其中的一些。圖2示出了典型的感應(yīng)式功率傳輸系統(tǒng)110的主要元件。所圖示的電路被用于闡 釋感應(yīng)功率傳輸?shù)脑矶⒎且鈭D為對實(shí)施例的限制。根據(jù)一實(shí)施例，充電器112包括電
12源118，以及以恰當(dāng)?shù)念l率被切換從而橫跨初級線圈Lplie產(chǎn)生AC電壓以及產(chǎn)生AC磁場的 開關(guān)T126 (其可為MOSFET或其他開關(guān)機(jī)構(gòu))。該磁場隨后在接收器114中的線圈120中產(chǎn) 生電壓，該電壓被整流并且接著通過電容被平滑，以給負(fù)載RI124提供功率122。為了使用 的簡便，接收器可與移動(dòng)設(shè)備集成，例如在制造期間被集成在移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部或者被附著在 移動(dòng)設(shè)備的表面，以使設(shè)備能夠從移動(dòng)設(shè)備充電器感應(yīng)地接收功率，或被集成在它的電池 內(nèi)部或上面。根據(jù)一實(shí)施例，圖2中示出的電路可接收從電源向它饋送的能量，在電感和計(jì)時(shí) 電容(timing capacitor)中交替地儲存能量(就像罐儲存液體)，并且接著產(chǎn)生作為連續(xù) 交流(AC)波形的輸出。當(dāng)電壓被施加在初級側(cè)，儲能電路(tank circuit)給接收器提供 能量，這樣設(shè)計(jì)的一個(gè)好處在于電路中的計(jì)時(shí)電容可被 容易地替換。例如，如果使用相對 更高的電容(在一些情況中被稱作計(jì)時(shí)電容)的值，那么操作的頻率被降低。這增加電路 的導(dǎo)通時(shí)間(on-time)，并且提供更長的功率傳輸和通過變壓器的電流，從而提供更大的功 率。因此對于高功率應(yīng)用可以使用較高的電容值。反之，如果使用相對低的電容值，那么操 作的頻率升高。這減少了導(dǎo)通時(shí)間并且提供較小的功率傳輸和通過變壓器的電流，從而提 供較少的功率。因此，對于低功率應(yīng)用可以使用較低的電容值。在制造期間可以容易地處 理計(jì)時(shí)電容的替換，以在宏觀等級上調(diào)節(jié)功率需求，即對于所選擇的應(yīng)用使輸出位于恰當(dāng) 的范圍中。其后可使用附加的技術(shù)來在更精確的基準(zhǔn)上設(shè)置電壓輸出。移動(dòng)設(shè)備或它的電池典型的可包括附加的(多個(gè))整流器和(多個(gè))電容以將AC 感應(yīng)電壓改變?yōu)镈C電壓。其隨后被饋送至包括用于電池和/或移動(dòng)設(shè)備的恰當(dāng)?shù)男畔⒌恼{(diào) 節(jié)器/充電管理芯片。移動(dòng)設(shè)備充電器提供功率并且由移動(dòng)設(shè)備提供調(diào)節(jié)。在與移動(dòng)設(shè)備 或電池交換信息之后，移動(dòng)設(shè)備或電池充電器或電源確定對于移動(dòng)設(shè)備合適的充電/供電 條件。接著其進(jìn)行給具有合適的所需求的參數(shù)的移動(dòng)設(shè)備供電。例如，為了將移動(dòng)設(shè)備電 壓設(shè)定為所需求的正確的值，可設(shè)定對移動(dòng)設(shè)備充電器的電壓值?？商娲?，可改變充電器 開關(guān)電路的占空比或其頻率以改變移動(dòng)設(shè)備或電池中的電壓?？商娲?，可遵循上述兩種 方法的組合，其中該調(diào)節(jié)由充電器或電源部分地提供，并且由接收器中的電路部分地提供。感應(yīng)充電墊為了允許移動(dòng)設(shè)備或電池充電器或電源的操作而不必考慮移動(dòng)設(shè)備或電池的位 置，移動(dòng)設(shè)備或電池充電器或電源的整個(gè)面積可由線圈或另一產(chǎn)生磁場的線結(jié)構(gòu)來覆蓋。圖3示出了根據(jù)一實(shí)施例的使用多個(gè)線圈的充電墊。如圖3中所示，根據(jù)一實(shí)施 例，墊140由各個(gè)接收線圈144大部分地覆蓋。圖4示出了根據(jù)一實(shí)施例的使用多個(gè)重疊的線圈層的充電墊。該實(shí)施例處理在多 個(gè)線圈之間的空隙的問題。如圖4中所示，具有第一組線圈152之間的最小磁場的墊150 的任何區(qū)域可被第二組線圈154填充，從而該第二組線圈平鋪以使得該線圈陣列的中心填 充第一組中的空隙。該第二組可位于同一 PCB的不同層中，或者位于不同PCB中。在這些 結(jié)構(gòu)的每一個(gè)中，檢測電路可采用掃描的(raster)、預(yù)定的或隨機(jī)的方式來探測線圈的每 個(gè)位置。一旦檢測到位于線圈之上或者鄰近該線圈的移動(dòng)設(shè)備或電池，該線圈被激活以給 適合的設(shè)備的接收單元接收器供電。從上述示例中可以看出，通過提供更多層的具有線圈的PCB，或者通過提供具有不 同結(jié)構(gòu)或尺寸的線圈，可以獲得如期望那樣高的分辨率(resolution)或覆蓋率。
根據(jù)一實(shí)施例，為了給功率需求超過表面上的典型線圈可獲得的最大功率的移動(dòng) 設(shè)備或電池供電，移動(dòng)設(shè)備或電池在其握手(hand shake)和驗(yàn)證過程期間向移動(dòng)設(shè)備或電 池充電器或電源指示它的功率/電壓需求。用于實(shí)現(xiàn)來自移動(dòng)設(shè)備或電池充電器或電源的 單一初級線圈所不能獲得的功率/電壓等級的多個(gè)結(jié)構(gòu)是可能的。根據(jù)系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一實(shí)施例，移動(dòng)設(shè)備或電池的功率接收單元具有多個(gè)線圈或接收 單元，其被連接為使得來自移動(dòng)設(shè)備或電池充電器或電源的多個(gè)初級線圈或線組的功率可 以相加以產(chǎn)生更高的總功率。例如，如果每個(gè)初級線圈最大可輸出10瓦特，則通過使用六 個(gè)初級線圈和六個(gè)接收器線圈，可實(shí)現(xiàn)60瓦特的總輸出功率。初級線圈和接收器線圈的數(shù) 量不必相同，并且能夠捕獲由6個(gè)或其他數(shù)量的初級線圈產(chǎn)生的磁通量的大部分的一個(gè)大 的接收器線圈(接收單元)，或者給6個(gè)或其他數(shù)量的接收器線圈供電的一個(gè)大的初級線圈 也可得到相同效果。多個(gè)初級線圈和接收器線圈的尺寸和形狀也可不必相同。而且，初級 線圈組和接收器線圈組都可不在同一平面或PCB層中。例如，上述示出的示例中的初級線 圈可分散以使得一些位于一個(gè)PCB平面而另一些位于另一平面。根據(jù)另一結(jié)構(gòu)，移動(dòng)設(shè)備或電池充電器或電源的PCB具有多層，其中具有特定尺 寸和功率范圍的線圈或線圖樣可以被印制在一個(gè)或多個(gè)層上，而其他層可包括具有更大的 或更小的尺寸或功率能力的線圈或線圖樣。通過這種方式，例如，對于低功率設(shè)備，來自一 個(gè)層的初級將向移動(dòng)設(shè)備或電池提供功率。如果具有更高的功率需求的設(shè)備或電池被放置 在墊上，則移動(dòng)設(shè)備或電池充電器或電源可檢測到其功率需求并且激活具有更高功率能量 的更大的線圈或線圖樣、或與更高功率電路連接的線圈或線圖樣。也可通過使用上述的不 同處理和結(jié)構(gòu)的組合來實(shí)現(xiàn)相似的結(jié)果。圖5示出了根據(jù)一實(shí)施例的在重疊的墊層中多個(gè)線圈類型和尺寸的使用。如圖5 所示，移動(dòng)設(shè)備或電池充電器或電源或墊160可包括兩個(gè)重疊的層，其中第一層162包括低 功率線圈，而第二層164包括高功率線圈。感應(yīng)充電接收器如上所述，感應(yīng)充電或供電墊用于給接收器供電，該接收器進(jìn)而用于給便攜式或 移動(dòng)設(shè)備或電池供電或充電。根據(jù)接收器的一個(gè)實(shí)施例，來自移動(dòng)設(shè)備或電池充電器或電 源的功率在足以給任何可預(yù)見的移動(dòng)設(shè)備或電池供電的量級(例如用于小型移動(dòng)設(shè)備或 電池的5W或10W)發(fā)射。適于每個(gè)移動(dòng)設(shè)備或電池的接收器具有功率接收部分，當(dāng)其與移 動(dòng)設(shè)備或電池充電器或電源匹配時(shí)，能夠接收足夠的功率以用于移動(dòng)設(shè)備或電池。例如，用 于需求2. 5W的移動(dòng)電話的接收器可為具有特定直徑、圈數(shù)、線寬等的線圈，以允許接收恰 當(dāng)?shù)墓β省Ｔ摴β时徽?、濾波然后供給至該設(shè)備的電池或功率插口中。如上所述的，可在 功率被提供給電池或移動(dòng)設(shè)備之前使用調(diào)節(jié)器或充電管理電路。為了節(jié)省能量，由移動(dòng)設(shè)備或電池充電器或電源發(fā)射的功率可被調(diào)節(jié)。期望對充 電器或電源發(fā)射的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，這是因?yàn)槿绻潆娖骰螂娫窗l(fā)射IOW的功率而接收器被 設(shè)計(jì)為用于接收5W，則剩下的所發(fā)射的功率被浪費(fèi)了。在一個(gè)實(shí)施例中，接收器或移動(dòng)設(shè)備 可通過電氣的(例如RF)、機(jī)械的或光學(xué)的方法，將設(shè)備或電池的電壓/電流特性通知給充 電器或電源。上面示出的電路圖中的充電器或電源的初級則可隨后被驅(qū)動(dòng)以在接收器中產(chǎn) 生合適的電壓/電流。例如，電路中的開關(guān)的占空比可利用微處理器編程以被改變，從而在 接收器中提供恰當(dāng)?shù)碾娖健?br> 根據(jù)一實(shí)施例，可通過連接至微處理器的存儲器位置中的查找表、或通過使用預(yù) 編程入微處理器中的算法執(zhí)行該編程?？商娲?，開關(guān)的頻率可被改變以將該電路移入和 移出諧振，從而在接收器中產(chǎn)生合適的電壓。在可替代的結(jié)構(gòu)中，進(jìn)入初級中的電路的電壓 可被改變，從而改變從接收器輸出的電壓。進(jìn)一步地，移動(dòng)設(shè)備中的感應(yīng)的電壓/電流可被 檢測并且傳送至充電器從而形成閉環(huán)，并且開關(guān)的占空比，頻率，和/或電壓能夠被調(diào)節(jié)以 實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備中的期望的電壓/電流。 根據(jù)一實(shí)施例，接收器被制造在用于移動(dòng)設(shè)備的電池上或用于移動(dòng)設(shè)備的電池 中。接收器可包括被成形為接收來自充電器或電源的功率的一個(gè)或多個(gè)線圈或線。所述一 個(gè)或多個(gè)線圈或線可被印制在一個(gè)或多個(gè)PCB上，或由普通的線(regular wire)形成。如 上所述，接收器還可包括(多個(gè))整流器和(多個(gè))電容以產(chǎn)生更純凈的DC電壓。該輸出 可直接或通過限流電阻連接至電池的觸點(diǎn)之一。為了避免電池過充電，還可使用電池調(diào)節(jié) 器或充電管理芯片。該電路接著測量電池的各種參數(shù)(電壓，充電的程度，溫度等)并且使 用內(nèi)部程序來調(diào)節(jié)從電路汲取的功率從而保證不會發(fā)生過充電。該電路還可包括示出接收 器位于來自充電器的磁場中的LED、充電完成LED和/或可聽信號。在典型的商業(yè)或終端用戶應(yīng)用中，如在移動(dòng)電話、PDA以及MP3播放器中，可由原 始設(shè)備制造商(OEM)將該電池并入電池組或設(shè)備中，或者將該電池作為能夠替換原始電池 組的具有銷售后市場尺寸和形狀的可兼容電池組。這些應(yīng)用中的電池倉典型的位于設(shè)備的 底部。使用者可以打開電池倉、取出傳統(tǒng)的電池、用根據(jù)一實(shí)施例修改的電池替換它、然后 替換電池蓋。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備被放置在移動(dòng)設(shè)備充電器鄰近時(shí)，該電池隨后可被感應(yīng)地充電。為了提高接收器接受功率的能力，可能期望最小化充電器的初級線圈和接收器線 圈或線之間的距離。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，根據(jù)一實(shí)施例，接收器線圈或線可被置于電池組的外 側(cè)。圖6示出了根據(jù)一實(shí)施例的具有集成接收器的電池。如圖6中所示，接收器170 包括電池182，以及接收器線圈172、和任何整流器174，電容176，對于充電接收器的恰當(dāng)操 作來說必須的調(diào)節(jié)器或充電管理芯片180。如果該設(shè)備的電池倉蓋阻擋了功率接收發(fā)光二 極管(LED)可見，則該蓋自身可被替換為可透視的蓋或具有光導(dǎo)管的蓋，其允許使用者在 移動(dòng)設(shè)備被放置在充電器鄰近時(shí)看見充電指示器LED。在可替代的實(shí)施例中，接收器電池可包括使充電器和移動(dòng)設(shè)備的線圈或線對準(zhǔn)以 實(shí)現(xiàn)最優(yōu)功率傳輸?shù)臋C(jī)械的、磁的或光學(xué)的方法。根據(jù)一實(shí)施例，充電器中的初級的中心 包括具有平行于充電器表面的磁極以及垂直于充電器表的磁場的、如圓柱形或盤形或環(huán)形 的磁體。接收器也可包括具有相似或不同形狀的、位于線圈或線接收器之后或之前的磁體 或磁性金屬部件。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備或電池被置于充電器或電源之上或者鄰近充電器或電源，磁 體吸引并且將兩個(gè)部件拉為對準(zhǔn)，其中兩個(gè)線圈或線的中心對準(zhǔn)。磁體并不需要特別地強(qiáng) 以主動(dòng)進(jìn)行這些。較弱的磁體可以向使用者的手提供導(dǎo)向并且在很大程度上實(shí)現(xiàn)意圖的結(jié) 果。可替代地，可聽的或可視的信號(例如當(dāng)部件接近對準(zhǔn)時(shí)LED變得更亮)或機(jī)械裝置 (微凹，突出等)也可用于對準(zhǔn)。根據(jù)另一實(shí)施例，充電器或電源中線圈或線以及磁體機(jī)械地附著至充電器或電源 的主體，以使得當(dāng)移動(dòng)設(shè)備或電池被鄰近充電器或電源放置時(shí)，線圈可移動(dòng)以將其自身與 移動(dòng)設(shè)備或電池恰當(dāng)?shù)貙?zhǔn)。通過這種方式，可實(shí)現(xiàn)線圈或線圖樣的自動(dòng)對準(zhǔn)。
在另一實(shí)施例中，上述的接收器電子裝置優(yōu)選地由可被形成為彎曲形狀的柔性PCB制造。這樣的PCB可被置于電池組的表面上，該表面包含一個(gè)非扁平的表面或者為彎曲 形狀的表面。電池上的或者移動(dòng)設(shè)備電池蓋的背面上的曲線可與移動(dòng)設(shè)備或電池充電器或 電源的彎曲的初級匹配，并且被用于對準(zhǔn)。該實(shí)施例的使用的一個(gè)示例可以是例如具有圓 形手柄的手電筒電池可由圓形電池側(cè)的或環(huán)繞圓柱形電池的線圈充電。類似的，移動(dòng)設(shè)備 或電池充電器或電源可具有彎曲形狀。例如，充電器或電源表面可為碗或一些類似物體的 形狀?？删哂斜馄交驈澢谋巢康囊苿?dòng)設(shè)備或電池可被放置在碗中?？墒雇氲男螤畲_保移 動(dòng)設(shè)備或電池的線圈與初級線圈對準(zhǔn)以接收功率。在另一實(shí)施例中，初級可被并入至如杯形的形狀。移動(dòng)設(shè)備可以端部直立而被放 置在杯中，并且接收器可內(nèi)建在移動(dòng)設(shè)備(如移動(dòng)電話)或電池的端部、或該設(shè)備或電池的 背部或外圍。接收器可從杯的底部或壁接收功率。在另一實(shí)施例中，充電器的初級可具有扁平的形狀，并且移動(dòng)設(shè)備或電池可直立 以接收功率。在這種情況中，接收器可內(nèi)建在設(shè)備或電池的端部，并且在設(shè)備或電池被充電 時(shí)，可并入支座或某些機(jī)械裝置以支撐該設(shè)備或電池。在另一實(shí)施例中，充電器或電源可被制造為豎直地或具有角度地被安裝在壁上或 類似的表面上(如在車中的表面上)，從而節(jié)省空間。充電器或電源可并入物理特征、磁體、 固定器(fastener)等以使將被充電的移動(dòng)設(shè)備能夠被附著或支持。將被充電或供電的設(shè) 備或電池也可并入保持器(retainer)，磁體或物理形狀以使得它們能夠以豎直、傾斜或其 他一些位置保持在充電器或電源上。通過這種方式，設(shè)備或電池在它鄰近或位于初級上時(shí) 由初級充電或供電。在電池倉的蓋或者移動(dòng)設(shè)備的底部由金屬制成的那些應(yīng)用中，可使用替代的非金 屬的蓋或背部。可替代地，線圈可附著在金屬表面的外側(cè)。這允許電磁(EM)場抵達(dá)功率接 收線圈或線。接收器的剩下部分(即電路)可放置在金屬之后以使接收器工作。在電池具 有金屬部分的另一些應(yīng)用中，這些部分可干擾EM場以及接收器中線圈的操作。在這些情況 下，期望在電池中的金屬和線圈之間提供一距離。這可由較厚的PCB或電池頂面實(shí)現(xiàn)?？?替代地，為了提供附加的抗擾性(immunity)，可在接收器和電池之間使用鐵氧體材料(如 由Ferrishield公司提供的那些)以使電池或設(shè)備與EM場屏蔽?？蓪⑦@些材料制造得很 薄，并且然后在集成電池/接收器的構(gòu)造期間使用所述材料。根據(jù)另一實(shí)施例，電池或移動(dòng)設(shè)備中的接收器還包括用于向充電器提供關(guān)于電池 制造商、所需電壓、容量、電流、充電狀態(tài)、序列號、溫度等的信息的裝置。在簡化的實(shí)施例 中，僅傳送制造商，所需電壓，和/或序列號。充電器或電源使用該信息以調(diào)節(jié)初級從而提 供恰當(dāng)?shù)某潆娀蚬╇姉l件。接收器中的調(diào)節(jié)器或充電管理芯片隨后可調(diào)節(jié)電流以及負(fù)載從 而恰當(dāng)?shù)貙﹄姵爻潆姴⑶以诮Y(jié)束時(shí)停止充電。在另一實(shí)施例中，接收器可完全取決于向其 提供的關(guān)于電池狀態(tài)的時(shí)間相關(guān)(time dependent)信息而控制充電過程。可替代地，可由 充電器以類似的方式控制該充電過程。如上所述，在充電器和接收器之間的信息交換可通 過RF鏈路或光傳輸器/檢測器、RFID技術(shù)、近距離無線通信(NFC)、Felica、藍(lán)牙、WiFi或 其他一些信息傳輸方法實(shí)現(xiàn)。類似地，接收器可發(fā)送可被充電器使用以確定接收器位置的 信號，以確定激活充電器或電源的哪一個(gè)線圈或部分。通信鏈路也可使用同一線圈或線來 作為用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶炀€或使用獨(dú)立的天線。在一些實(shí)施例中，接收器可使用移動(dòng)設(shè)備的實(shí)際的能力(例如，移動(dòng)電話內(nèi)建的藍(lán)牙或NFC能力)以與充電或電源墊通信。如上所述，根據(jù)一些實(shí)施例，可將接收器集成入設(shè)備或電池自身的主體中的合適 并且能夠暴露在來自外部的EM輻射中的位置。接收器的輸出可被內(nèi)部地導(dǎo)引至在設(shè)備內(nèi) 部的電池的電極，并且設(shè)備內(nèi)部合適的電路可以檢測和調(diào)節(jié)功率。該設(shè)備可包括向使用者 指示充電正在進(jìn)行或完成、或者指示接受到的功率的強(qiáng)度(即，與充電器的初級的對準(zhǔn)度) 或電池充電的程度的LED、消息等或可聽信號。在其他實(shí)施例中，接收器被內(nèi)建在最靠近充 電器的、作為移動(dòng)設(shè)備或電池的外表面的一部分的組件的內(nèi)表面或外表面中。這可作為原 始設(shè)備或作為銷售后市場商品來實(shí)現(xiàn)。該部件可為電池組的蓋或者移動(dòng)設(shè)備的底部蓋。在 另一些實(shí)施例中，接收器可被集成入電池倉的背部或前部或移動(dòng)設(shè)備的可更換外殼以用于 銷售后市場應(yīng)用。例如，在移動(dòng)電話應(yīng)用中，后部電池蓋或外殼可被移除并且由新的內(nèi)建有 接收器的外殼或電池蓋取代。圖7示出了根據(jù)一實(shí)施例的接收器與將被充電或供電的設(shè)備的耦接。如圖7所示， 原始的移動(dòng)電話設(shè)置190包括具有外殼194的設(shè)備192和電源插口 196。銷售后市場修改 方案200用包括必要的接收器線圈和電池耦合的組合外殼210來取代原始的外殼。來自該 電路的觸點(diǎn)然后可直接與移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部的電池電極接觸、或與移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部的一些觸點(diǎn)接 觸，如果這些觸點(diǎn)存在或者由設(shè)備制造商在制造中提供。可替代地，接收器可以是具有插入 移動(dòng)電話的輸入功率插口或電池的電極的連接器的組件(如外殼)。接收器可固定至移動(dòng) 設(shè)備或電池，或者可從移動(dòng)設(shè)備或電池拆除。這可通過具有剛性地或通過線附著至接收器 (外殼)的插頭實(shí)現(xiàn)?？商娲?，替換的接收器(外殼)可比原始的外殼大并且比原始的外 殼更向后延伸，并且包括該插頭，從而當(dāng)接收器(外殼)被附著時(shí)，同時(shí)建立與輸入功率插 口的接觸?？商娲兀邮掌?外殼)可具有貫穿性插頭(pass-through plug)，從而當(dāng)與 該輸入功率連接器建立接觸時(shí)，連接器允許也將外部普通電源插頭用作替代物?？商娲?， 取代貫穿性插頭，這部分可在背部中的另一個(gè)位置包括功率插口以使得可使用普通電源對 電池充電。在至設(shè)備的連接器執(zhí)行如至設(shè)備的通信的其他功能的情況下，貫穿性連接器可 允許建立至設(shè)備的通信/連接性。根據(jù)另一實(shí)施例，替代的接收器(即替代的外殼)或單元中的插頭，除了功率接收 器組件和電路，還可包括能夠向移動(dòng)設(shè)備提供進(jìn)一步的功能的附加電路。這些可包括，例 如，通過藍(lán)牙，WiFi，NFC, Felica, WiMax, RFID或其他無線或光學(xué)機(jī)制交換數(shù)據(jù)的能力。它 還可提供延伸的功能，如全球定位系統(tǒng)(GPS)位置信息，閃光，手電筒或其他裝飾性或電子 功能。如上所述，用于改進(jìn)線圈對準(zhǔn)的各種方法，或位置、電池制造商或電池狀態(tài)信息的傳 送也可被集成至接收器或替代的外殼中。在另一實(shí)施例中，以附著至移動(dòng)設(shè)備或電池的輸入插口的獨(dú)立單元、或被集成至 用于移動(dòng)設(shè)備的接收器保護(hù)性皮膚(skin)的形式提供接收器。已存在用于移動(dòng)電話，照相 機(jī)以及MP3播放器的許多皮或塑料外套。這些外套的首要目的是保護(hù)設(shè)備以避免在日常使 用中受到機(jī)械劃傷、震蕩和沖擊。但是，典型的，它們僅僅具有裝飾性或廣告性功能。根據(jù) 一實(shí)施例，接收器由具有形成在其上的電子裝置的薄的PCB、和與上述外殼類似的附著在設(shè) 備的背部并且插入輸入插口的接收器線圈或線形成?？商娲?，它可通過導(dǎo)向至用于輸入 功率插口的插頭的柔性導(dǎo)線或柔性電路板連接。根據(jù)另一實(shí)施例，接收器可以是獨(dú)立的部件，其在充電期間插入輸入接口并且被置于充電器之上，并且然后在充電完成后被拔出。在另一實(shí)施例中，接收器內(nèi)建在用于移動(dòng)設(shè)備的塑料、皮革、硅脂或布外套的內(nèi)側(cè) 或外側(cè)表面或兩層之間，并且插入設(shè)備上的觸點(diǎn)或者與設(shè)備上的觸點(diǎn)建立接觸。 應(yīng)當(dāng)注意，如筆記本計(jì)算機(jī)和一些音樂播放器的特定的設(shè)備具有金屬底面。對于 這些應(yīng)用，用于改變背面或使用移動(dòng)設(shè)備或具有集成接收器的第二外層的中的插頭上述方 法尤其有用。如先前所述，如果需要，也可通過增加接收器的線與金屬表面之間的距離、或 者通過在接收器和金屬底部之間放置鐵氧體層而最小化金屬表面的影響。還注意到，如上所述的，如使接收器彎曲或集成磁體、LED、音頻信號或消息等用于 對準(zhǔn)的方法，或用于位置、制造商或充電狀態(tài)識別的方法，在上述的一實(shí)施例的所有體現(xiàn)中 是可能的。在上述的任何一種情況下，充電器或電源可包括燈、LED、顯示屏或音頻信號或消 息，以幫助引導(dǎo)使用者在初級線圈上放置移動(dòng)設(shè)備或電池以實(shí)現(xiàn)最大接收、以示出充電正 在發(fā)生、以及示出設(shè)備被完全充滿電。還可并入示出電池有多滿或其他信息的顯示屏。柔性/模塊化充電墊根據(jù)一實(shí)施例，以可折疊或卷起以供攜帶的墊的形狀來提供柔性移動(dòng)設(shè)備充電器 或電源。在一實(shí)施例的實(shí)施中，充電器或電源的電子裝置置于薄的柔性PCB上、或線圈由可 被卷起或改變形狀的線制成。由硅芯片、電容、電阻等制成的電子元件部件可不為柔性的但 是占用很小的空間。這些剛性部件可安裝在柔性或剛性電路板上，而包含用于能量傳輸?shù)?線圈或線的墊的主要部分可制成為柔性的，以允許與一表面相一致或者被卷起。由此該墊 類似于薄鼠標(biāo)墊等。在一些情況中，在功能方面可延伸的移動(dòng)設(shè)備充電器或電源，對于使用者可能是 有利的。這些情況包括但不限于·使用者可能購買用于給單一低功率設(shè)備或電池充電或供電的移動(dòng)設(shè)備或電池充 電器或電源，但是，在后面的階段，可能希望延伸功能以同時(shí)對更多的設(shè)備或電池充電或者
{共 O·使用者可能購買用于給一個(gè)或多個(gè)低功率設(shè)備或電池充電或供電的移動(dòng)設(shè)備或 電池充電器或電源，但是，可能希望對更多的低功率或高功率設(shè)備或電池充電或者供電?！な褂谜呖赡苜徺I可以給一個(gè)或多個(gè)低功率或高功率設(shè)備或電池充電或供電的移 動(dòng)設(shè)備或電池充電器或電源，而隨后希望向充電器或電源增加通信或本地存儲或可充電電 池或如太陽能板的功率產(chǎn)生裝置或其他一些能力。在上述的所有情況和其他情況中，采用模塊化方法以擴(kuò)展移動(dòng)設(shè)備或電池充電器 或電源的能力是有利的。圖8示出了根據(jù)允許模塊化或多個(gè)連接的實(shí)施例的墊220。在這種情況下，使用者 可購買由電氣插座224供電的第一單元222。但是，提供了用于功率和數(shù)據(jù)的連線226以使 得附加單元228、230能夠簡單地直接或間接匹配或者插入該第一單元并且隨著消費(fèi)者的 需求的增長而擴(kuò)展能力。數(shù)據(jù)通信和存儲單元234也可以模塊化的方式附著。這種方法將 使得消費(fèi)者能夠以低成本起點(diǎn)來使用這種技術(shù)，并且隨時(shí)間增長他/她的能力。能從這些方法受益的電子設(shè)備中的一些包括移動(dòng)電話、無繩電話、個(gè)人數(shù)字助理 (PDA)、尋呼機(jī)、步話機(jī)、其他移動(dòng)通信設(shè)備、移動(dòng)電子郵件設(shè)備、黑莓、MP3播放器、CD播放 器、DVD播放器、游戲控制臺、頭戴式設(shè)備、藍(lán)牙頭戴式設(shè)備、助聽器、頭戴式顯示器、GPS單元、手電筒、手表、磁帶播放器、膝上型計(jì)算機(jī)、電子地址簿、手持式掃描儀、玩具、電子書、照 相機(jī)、攝像機(jī)、膠片攝像機(jī)、便攜式打印機(jī)、便攜式投影系統(tǒng)、IR觀測儀、水下照相機(jī)或任何 防水設(shè)備、牙刷、剃須刀、醫(yī)療設(shè)施、科學(xué)設(shè)施、牙醫(yī)設(shè)施、軍事設(shè)施、咖啡杯、廚房應(yīng)用、烹飪 鍋或平底鍋、燈或任何電池、DC或AC操作設(shè)備。另外，感應(yīng)功率傳輸可給目前為止不是以電池操作的設(shè)備供電。例如，放置在桌上 或廚房臺上的形狀為墊形的移動(dòng)設(shè)備充電器或電源可被用于給燈或廚房用具供電 。對于在 廚房中使用的一個(gè)實(shí)施例，放置在桌上或內(nèi)建在桌中的如墊的扁平充電器或電源可允許廚 師在充電器或電源上放置設(shè)備從而在使用期間對其感應(yīng)充電或供電，并且在使用后將它們 簡單的移開。這些設(shè)備可為，例如，攪拌機(jī)、混合器、開罐器或者甚至為鍋、平底鍋或加熱器。 這可消除對分離的烹飪和工作區(qū)域的需求。應(yīng)該注意，靠近感應(yīng)墊的金屬平底鍋的放置能 夠直接加熱平底鍋和容納的物品，同時(shí)保持充電器或電源的表面冷。由于該原因，感應(yīng)廚 房爐具系列已經(jīng)商業(yè)化，并且比通過線圈的電阻加熱而工作的電爐具系列顯示出的效率更 尚ο在另一實(shí)施例中，不通過鄰近的感應(yīng)場直接加熱金屬平底鍋，而烹飪平底鍋可包 括接收器和加熱或甚至冷卻元件。一旦被放置在充電器上，平底鍋將通過平底鍋上的控制 盤等按照期望被加熱或者冷卻，這允許對平底鍋以及容納的物品進(jìn)行精確的溫度控制。類似地，在辦公室或工作區(qū)域環(huán)境，如果易于獲得用于給移動(dòng)設(shè)備或電池充電或 供電的充電器或電源，則它也可用來給用來照亮桌的燈供電，或者用于給辦公用品，如傳真 機(jī)，訂書機(jī)，復(fù)印機(jī)，掃描儀，電話以及計(jì)算機(jī)供電或充電。在一個(gè)實(shí)施例中，接收器可內(nèi)建 在臺燈的底部并且接收到的功率被用于給白熾燈或LED燈供電。在另一實(shí)施例中，缸，杯，玻璃杯或如盤的其他飲食器具，可在其底部裝配接收器。 所接收的功率可用于加熱具有加熱線圈的缸等，由此對飲料或食物保溫至任何期望的溫 度。更進(jìn)一步，根據(jù)一實(shí)施例，通過使用如熱電冷卻器的設(shè)備能夠?qū)⑷菁{的物品如期望的那 樣加熱或冷卻。類似地，由于長時(shí)間的使用或者僅僅是忘了將之關(guān)閉，很多孩子的玩具經(jīng)常耗盡 電池電量。通常這些電池被包括在電池倉內(nèi)，所述電池倉由于安全原因僅能由螺絲刀開啟。 將接收器包含入玩具或電池中能夠減少更換設(shè)備電池的需要并且允許采用簡單得多的方 法進(jìn)行再充電。在另一實(shí)施方案中，接收器可內(nèi)建到植入或插入體內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備或其電池中。由 于這些設(shè)備中(如脈沖產(chǎn)生器(pace maker)、耳蝸植入物(cochlearimplant)、助聽器或其 他檢測設(shè)備)的電池可能需要周期性的充電，所以感應(yīng)功率傳輸可提供理想的非接觸方法 以用于對設(shè)備進(jìn)行充電或者檢測其性能(即，檢查)或下載設(shè)備已經(jīng)記錄的數(shù)據(jù)。在另一實(shí)施方案中，一些有源RFID標(biāo)簽包括能夠發(fā)送關(guān)于包裝或運(yùn)輸?shù)臓顟B(tài)或 位置的信息的電池。用于對這些標(biāo)簽進(jìn)行充電的廉價(jià)的方法為每個(gè)標(biāo)簽包括接收器。從而， 充電器能夠用于給這些RFID標(biāo)簽供電或充電。將注意到，感應(yīng)充電器的有效的工作距離取決于源的功率和頻率以及線圈的尺寸 和結(jié)構(gòu)。取決于技術(shù)的應(yīng)用，通過增加頻率至若干MHz或幾十MHz，可獲得若干英寸或英尺 的工作距離。還將注意到，上述的消除了輸入功率插口的任何實(shí)施例尤其重要，因?yàn)樗鼈兺?過去除機(jī)械或環(huán)境故障的源頭從而提高了產(chǎn)品可靠性。另外，對于防水的應(yīng)用和額外的安全性，接口的消除是必要的。通過線圈電路而進(jìn)行的效率提高 根據(jù)一實(shí)施例，為了最大化功率效率以及最小化線圈中的損耗，線圈應(yīng)當(dāng)被制造 為具有盡可能低的電阻。這可通過使用如金，銀等更好的導(dǎo)電材料實(shí)現(xiàn)。但是，這些材料的 成本有時(shí)是不能允許的。實(shí)際上，通過使用更厚的包銅(clad-coppeiOPCB或者更寬的線軌 (track)可以獲得減少的電阻。最普遍的PCB使用1_2οζ銅PCB。根據(jù)一些實(shí)施例，用于無 線充電器的線圈PCB由具有2至4或者甚至是6οζ的包銅PCB制成。PCB的制造工藝也可 被最優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)更高的導(dǎo)電性。例如，濺射(sputter)的銅比軋制(roll)的銅具有更高的 導(dǎo)電性并且典型的對本應(yīng)用來說更優(yōu)。在操作中，線圈和電路在由線圈的設(shè)計(jì)參數(shù)(例如， 繞線的數(shù)量，線圈厚度，寬度等)確定的頻率處呈現(xiàn)諧振。先前的工作集中在利用MOSFET 由方波驅(qū)動(dòng)的電路上。該方法具有以下缺陷由于方波不為純正弦，所以它產(chǎn)生諧波。這些 諧波是不期望的，因?yàn)椤?PCB線圈在特定的頻率產(chǎn)生最優(yōu)的功率傳輸效率。初級信號中的諧波不能被如 此有效地傳輸并且降低了整體系統(tǒng)效率。 在方波的上升和下降沿中快速的電壓變化導(dǎo)致振蕩，所述振蕩產(chǎn)生導(dǎo)致更多EMI 的更多諧波。 由初級輻射的諧波產(chǎn)生更高頻的分量，其對更具有輻射性的EMI有貢獻(xiàn)(由于較 高頻率)。在保持系統(tǒng)的其他需求(例如足夠的工作距離等)的同時(shí)，期望將整個(gè)系統(tǒng)的操 作的頻率范圍限制為盡可能低的頻率，因此必須避免這些諧波。 在開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷的瞬間，線圈的涌入電流(in-rush current)的變化導(dǎo)致在 短的一段時(shí)間內(nèi)橫跨線圈的巨大的電壓擺動(dòng)。在這些很短的時(shí)間期間向接收器傳送所有功率。先前利用PCB線圈初級和接收器實(shí)現(xiàn)90%傳輸效率的嘗試使用了實(shí)驗(yàn)室電源來 驅(qū)動(dòng)其電路。雖然該方法展示了利用在線圈上施加正弦電壓能夠?qū)崿F(xiàn)更高的效率，但這 樣的電源復(fù)雜、成本高并且太大而不能用于任何實(shí)際充電器應(yīng)用。根據(jù)一實(shí)施例，加入與 MOSFET的漏/源極觸點(diǎn)并聯(lián)的電容。圖9示出了根據(jù)一實(shí)施例的電路圖240。當(dāng)接收器存在時(shí)，通過以電路的諧振 頻率切換FET來驅(qū)動(dòng)無線充電器系統(tǒng)中的線圈。在沒有接收器鄰近時(shí)，電路從諧振失諧 (detune)并且輻射最小的EMI。電容244用作能量的儲存器，其在開關(guān)關(guān)斷時(shí)間放電并且 增強(qiáng)能量傳輸。對于上述的示例來說，改變電容值允許基于低功率/高功率來調(diào)諧功率和 效率等級，并且附加的特征和技術(shù)可用于對特定的設(shè)備的功率輸出進(jìn)行精確調(diào)諧。圖2和圖9中所圖示的電路設(shè)計(jì)使用過零(zero-crossing)電源。簡單來說，在 過零電源中，當(dāng)初級線圈中的晶體管首先被導(dǎo)通時(shí)，電流經(jīng)過初級線圈和晶體管流至地。當(dāng) 晶體管隨后被關(guān)斷時(shí)，晶體管處的電壓電平擺高(例如，如果輸入電壓為5V，那么電壓電平 可能擺動(dòng)至IOV或者甚至100V)。非過零電路在周期重新開始之前允許電流降低至零。正 向模式(forwardmode)電路接著可使用與負(fù)載串聯(lián)的電感來再次提高(revive)該電流并 且對該電感充電，而二極管允許向兩個(gè)方向充電(當(dāng)使用全相AC時(shí))。在傳統(tǒng)的變壓器設(shè)計(jì)中，不使用過零，這是由于至少在具有高功率或者鐵氧體芯 時(shí)，相對于非零設(shè)計(jì)它總是導(dǎo)致低效率。這主要是由于傳統(tǒng)的鐵氧體鐵芯作用為電容并且儲存能量，這繼而減少了電路效率。如上所述，根據(jù)一實(shí)施例，當(dāng)為非鐵氧體線圈時(shí)，不存在 磁通，因此效率不會被影響至同樣的程度。進(jìn)一步，由于系統(tǒng)不使用鐵氧體或鐵磁體芯，因此可以減少設(shè)備的整體尺寸和重 量。根據(jù)一些實(shí)施例，線圈可形成在印刷電路板(PCB)上，而不具有沉重的鐵氧體線圈、在 線圈上沒有焊接以及沒有繞線。根據(jù)一些實(shí)施例，在接收器的次級中不需要磁芯。由于磁 芯通常大和重，這將產(chǎn)生可觀的尺寸節(jié)省。通過示例，根據(jù)使用IRFR0220芯片作為FET并且使用具有9匝和1. 25〃直徑的 4oz銅線圈的實(shí)施例，上面的圖2中的電路，可具有IOOhm的負(fù)載RL并且被調(diào)諧以工作在 1. 3MHz。在初級和次級中的線圈匹配、且不具有電容C時(shí)，包括時(shí)鐘和FET驅(qū)動(dòng)電路的電路 的總電路效率接近48%。向FET添加并聯(lián)的1600pF電容將整體電路效率增加至75% (比 效率增加50%更好)，同時(shí)減少了橫跨FET的電壓以及電路中的諧波。具有與FET并聯(lián)放 置的電容的線圈至線圈傳輸效率估計(jì)大約為90%。該方法的優(yōu)勢包括 高效率( 90%線圈至線圈) 低阻尼振蕩以及EMI·簡潔性以及低成本 ·較低的FET源漏極電壓擺動(dòng)，其允許使用更多FET的選擇在很多應(yīng)用中，還期望墊和接收器被布置以使得除非接收器鄰近，墊不發(fā)射功率。圖10和圖11示出了根據(jù)一實(shí)施例的電路圖。除了高效率，用于最小化EMI以及 保持高的整體效率所需要的一種方法為識別鄰近的接收器的存在并且隨后僅當(dāng)合適時(shí)導(dǎo) 通墊的能力。下面將描述用于此的兩種方法。如圖10中所示，根據(jù)一實(shí)施例，墊電路260并入能夠激活或者禁用FET驅(qū)動(dòng)器268 的微控制單元(MCU1)266。MCUl接收來自將提供信息的另一傳感器機(jī)構(gòu)的輸入，隨后使用 該信息確定設(shè)備是否在附近，設(shè)備需要什么電壓，和/或鑒別該將被充電或供電的設(shè)備。用于該信息的傳感器機(jī)構(gòu)中的一個(gè)是通過使用能夠檢測電路的RFID標(biāo)簽的RFID 讀取器280以及接收器(即將被充電或供電的設(shè)備或電池)中的天線。標(biāo)簽上的信息能夠 被檢測以識別所需的接收器中的電壓并且鑒別該電路是真實(shí)的或者是授權(quán)的。標(biāo)簽上的信 息可以被加密以提供進(jìn)一步的安全性。一旦包含標(biāo)簽的設(shè)備或電池鄰近墊，RFID讀取器即 可被激活、可讀取標(biāo)簽存儲器上的信息、并且與表格比較從而確定所需的真實(shí)性/電壓或 其他信息。該信息表也可位于MCUl存儲器上。一旦信息被讀取并且被驗(yàn)證，MCUl即能夠 激活FET驅(qū)動(dòng)器以開始驅(qū)動(dòng)墊上的線圈并且給接收器提供能量。在另一實(shí)施例中，MCUl取決于時(shí)鐘270以周期性地啟動(dòng)FET驅(qū)動(dòng)器。通過電流傳 感器264來監(jiān)測流經(jīng)FET驅(qū)動(dòng)器的電流。對于該實(shí)施方案來說，可實(shí)施多種方法，例如包 括·可將小電阻放置為與FET至地的接觸串聯(lián)。橫跨電阻的電壓可通過電流傳感器 芯片(如線性技術(shù)電流檢測放大器，零件編號LT1787)測量?！せ魻杺鞲衅鳎鏢entron CSA-1A，其測量來自走線于其下的線的電流，其能夠被 放置在從FET至地的PCB線的頂部以測量電流，而不需要與電路的任何電連接。該方法的 優(yōu)點(diǎn)在于沒有額外的與電路的該部分串聯(lián)的電阻對于減小阻抗是必要的?！て渌捎糜跍y量電流的技術(shù)。
·霍爾傳感器或Reed開關(guān)可檢測磁場。如果在系統(tǒng)的接收器單元內(nèi)放置小的磁 體，則霍爾傳感器或Reed開關(guān)可用于檢測該磁體的存在并且可用作啟動(dòng)FET的信號。 可并入其他電容，光學(xué)，磁性或重量等傳感器以用于檢測次級或接收器的存在并 且開始能量傳輸過程。圖11示出了根據(jù)一實(shí)施例的電路圖290。根據(jù)一實(shí)施例，MCUl可周期性的啟動(dòng) FET驅(qū)動(dòng)器。如果附近存在接收器，則它可給電路供電。調(diào)節(jié)器296或者電路中的另一存儲 器芯片可被編程以使得在通電時(shí)，它以預(yù)編程的方式汲取電流。一個(gè)示例是RFID轉(zhuǎn)發(fā)器芯 片在通路中的集成，所述RFID轉(zhuǎn)發(fā)器芯片例如為ATMEL e5530或另一廉價(jià)的微控制器(此 處示出為MCU2294)，其在通電時(shí)調(diào)制接收器中的電流，然后所述電流可被檢測為初級中的 電流調(diào)制。對于先前的示例來說，其他傳感器(如RFID天線292)也可用于提供位置和其 他信息。圖12示出了根據(jù)一實(shí)施例的功率傳輸圖表300，其圖示了作為線圈之間的偏移的 函數(shù)的傳輸功率。線圈布局的效率提高功率傳輸效率的一個(gè)重要的 方面與線圈相對于彼此的對準(zhǔn)相關(guān)。圖13和圖14示出了根據(jù)一實(shí)施例的線圈布局的圖。如果需要與位置無關(guān)，則可以 具有覆蓋整個(gè)面積的線圈圖樣來構(gòu)造墊PCB。圖13示出了包括具有線圈之間最小空隙314 的線圈312的層的墊類型的充電器或電源310。每個(gè)線圈具有與其相關(guān)的中心316。根據(jù) 一實(shí)施例，用于1.25"直徑線圈的功率傳輸，其接收器的中心與初級的中心偏移，當(dāng)兩個(gè)線 圈偏移一個(gè)線圈半徑時(shí)功率降低至最大值的25 %。如上所述，為了更好地保持線圈對準(zhǔn)，使 用布置在初級和接收器線圈的中心的磁體能夠提供將兩個(gè)部件對準(zhǔn)的自動(dòng)方法。為了產(chǎn)生 均勻的場，典型地需要導(dǎo)通接收器線圈周圍的數(shù)個(gè)線圈以產(chǎn)生場。但是，利用這樣的圖樣， 如果接收器線圈放置在兩個(gè)初級線圈之間，電壓仍不是最優(yōu)的。研究顯示為了獲得均勻的 場，需要相對于彼此偏移的三層線圈圖樣。圖14示出了需要具有三層中的兩層322，324的墊類型的充電器320以實(shí)現(xiàn)位置 無關(guān)磁場圖樣。對于放置在圓形中心的接收器，所有鄰近的線圈(在圓328之中或周圍) 將需要被導(dǎo)通以實(shí)現(xiàn)在期望位置326中的均勻場。雖然該方法解決了偏移的問題并且可用 于提供位置無關(guān)性，但它不能產(chǎn)生高的傳輸效率。其原因在于接收器中心附近的十個(gè)或更 多線圈必須被導(dǎo)通以在該區(qū)域中產(chǎn)生均勻的磁場，這導(dǎo)致了低效的功率傳輸。通過獨(dú)立線圈運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的效率提高根據(jù)一些實(shí)施例，包括在維持位置無關(guān)性的同時(shí)提供高的傳輸效率的技術(shù)。圖15示出了根據(jù)一實(shí)施例的具有多個(gè)線圈的充電墊。墊330的面積被劃分為數(shù) 個(gè)或多個(gè)區(qū)塊332，其被壁或物理障礙、或簡單的不具有物理壁但是用其他方式將移動(dòng)限制 在區(qū)塊內(nèi)的限位(tether)裝置而限定336。線圈334被安裝為使得它們可在其區(qū)塊的區(qū)域 內(nèi)橫向移動(dòng)或浮置，但繼續(xù)與放置于區(qū)域邊緣的驅(qū)動(dòng)電子部分連接。根據(jù)一實(shí)施例，浮置線 圈和驅(qū)動(dòng)電路被夾置在作用為允許線圈橫向移動(dòng)同時(shí)限制垂直移動(dòng)的上和下覆蓋層之間。 當(dāng)接收器線圈置于墊上時(shí)，墊檢測到接收器線圈的位置并且將線圈移動(dòng)至恰當(dāng)位置以使功 率傳輸最優(yōu)化。圖16示出了根據(jù)一實(shí)施例的具有可移動(dòng)線圈的充電墊。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備，例如移動(dòng)電話340，或電池被放置在墊330上時(shí)，最近的線圈在其區(qū)塊內(nèi)移動(dòng)342以更好的將其自身與移動(dòng)設(shè)備或電池對齊。根據(jù)一實(shí)施例，用于實(shí)現(xiàn)該目的的方法是通過在墊中的每個(gè)線圈的 底部中心附著磁體。位于接收器線圈中心的匹配磁體吸引鄰近的初級磁體并且自動(dòng)使其相 對接收器線圈而居于中心。根據(jù)一實(shí)施例，在該配置中的每個(gè)線圈可以通過將功率傳輸至線圈的線或通過獨(dú) 立的線/彈簧或通過另一機(jī)構(gòu)懸置，從而每個(gè)線圈在可以從單獨(dú)的或者共享的驅(qū)動(dòng)電路接 收功率的同時(shí)，在墊的平面中可以自由的移動(dòng)。為了使移動(dòng)便利，通過使用低摩擦材料，附 著低摩擦材料或者潤滑來使線圈的表面或基座單元(線圈緊靠著移動(dòng)的區(qū)域)的頂層的下 表面或上述兩層光滑。上述的線/彈簧或載流機(jī)構(gòu)也可用于使區(qū)域內(nèi)的每個(gè)線圈居中于每 個(gè)線圈所期望的移動(dòng)區(qū)域的中心。通過這種方式，當(dāng)附近沒有接收器線圈時(shí)，基座單元中的 每個(gè)線圈保持在它的區(qū)塊的中心位置，而當(dāng)設(shè)備或電池被放置在鄰近時(shí)，基座單元中的每 個(gè)線圈響應(yīng)并且移動(dòng)以匹配接收器線圈?？梢酝ㄟ^限制載流線至線圈的長度、布置懸置或 彈簧、或放置分隔區(qū)塊、柱、或通過任何其他機(jī)構(gòu)來限制移動(dòng)以控制鄰近的充電器或電源線 圈之間的移動(dòng)的重疊。在另一實(shí)施例中，墊將包括用于檢測移動(dòng)設(shè)備、電池/接收器的存在以及執(zhí)行合 適的動(dòng)作以導(dǎo)通線圈和/或驅(qū)動(dòng)具有恰當(dāng)?shù)膱D樣的線圈從而產(chǎn)生接收器中所需的電壓的 方法。這可通過并入RFID、接近傳感器、電流傳感器等來實(shí)現(xiàn)。使得能夠?qū)崿F(xiàn)位置無關(guān)性以 及自動(dòng)墊導(dǎo)通的事件的序列可以是·使用多個(gè)可移動(dòng)線圈來覆蓋墊的表面面積?！|中的線圈通常為關(guān)斷狀態(tài)并且周期性地順序地的通電以通過測量流經(jīng)初級線 圈的電流來檢測接收器是否位于鄰近?？商娲兀總€(gè)區(qū)塊下的接近傳感器可檢測磁體的 存在或電容或其他參數(shù)的改變以知曉是否放置了設(shè)備。也可使用具有每個(gè)區(qū)塊下的局部天 線的RFID技術(shù)等?！?一旦識別到設(shè)備被放置在該區(qū)塊中，墊可通過先前所述的過程中的一個(gè)來詢問 該設(shè)備以進(jìn)行鑒別以及理解其電壓/功率等需求。-MCU1單元使用上述接收到的信息來設(shè)置它將用來驅(qū)動(dòng)FET驅(qū)動(dòng)器以在接收器中 產(chǎn)生合適的電壓的PWM模式。 板通過掃描線圈或者使用RFID系統(tǒng)等來繼續(xù)“搜索”墊上的其他設(shè)備，并且然后 在恰當(dāng)時(shí)導(dǎo)通其他線圈?！|還使用監(jiān)測以找出第一移動(dòng)設(shè)備何時(shí)以及是否從墊上移走，或何時(shí)達(dá)到充電 的結(jié)束。線圈注冊(registration)和切換的效率提高根據(jù)一實(shí)施例，可使用可識別移動(dòng)設(shè)備向墊的接近的全局RFID系統(tǒng)以“喚醒”板。 隨后可進(jìn)行單獨(dú)線圈的順序的輪詢(polling)來以類似上述的方式辨別設(shè)備被放置在何 處。可使用其他實(shí)施例以提供防止對被放置在基座單元上的物體錯(cuò)誤充電的安全措施。已 知置于線圈上的金屬物體，如在充電器或電源系統(tǒng)的基座中的那些，將導(dǎo)致電流在初級中 流動(dòng)并且傳輸功率作為熱耗散至金屬物體。在實(shí)際情況中，這將導(dǎo)致鑰匙以及其他金屬物 體放置在基座單元上觸發(fā)啟動(dòng)，并且從基座單元線圈不必要地汲取電流，并可能引起由于 過熱的故障。為了避免該情況，在如上所述的實(shí)施例中，除非具有可驗(yàn)證的RFID標(biāo)簽的電子設(shè)備鄰近從而觸發(fā)事件的序列以辨別要導(dǎo)通和操作的合適的線圈，供至線圈的電壓的切 換將不會啟動(dòng)。在可替代的結(jié)構(gòu)中，監(jiān)測整個(gè)系統(tǒng)電流或單獨(dú)的線圈電流，并且，如果發(fā)現(xiàn) 突然的不期望的所汲取的電流，則采取措施來進(jìn)一步調(diào)查、或者無限期的或在一段時(shí)間內(nèi) 關(guān)閉合適的線圈、或指示警告。 在另一實(shí)施例中，移動(dòng)設(shè)備或電池中的調(diào)節(jié)器或電池充電電路、或接收器電子裝 置中的調(diào)節(jié)器典型地具有啟動(dòng)充電過程所需的啟動(dòng)電壓(如5V)。一旦電池充電器電路檢 測到該電壓的存在，它導(dǎo)通并且然后進(jìn)行以預(yù)設(shè)速率從輸入端汲取電流以供給電池用于充 電。電池充電器電路操作以使得低于或者超過啟動(dòng)電壓都將阻止啟動(dòng)。一旦啟動(dòng)發(fā)生，在電 池充電器輸出端處的電壓典型地為電池的電壓并且取決于充電的狀態(tài)，但例如為4. 4V至 3. 7V，或更低以用于鋰離子電池。對于如在此所述那樣的無線充電系統(tǒng)來說，接收器上的電 壓高度取決于如圖5所示的初級和接收器線圈的相對位置。由于典型地電池充電器的啟動(dòng) 電壓位于具有特定電壓的窄 的范圍內(nèi)，所以由于沒有對準(zhǔn)或其他變動(dòng)導(dǎo)致的接收器線圈的 欠電壓以及過電壓將導(dǎo)致電池充電電路的關(guān)閉。
通過線圈電壓箝位而進(jìn)行的效率提高圖17示出了根據(jù)一實(shí)施例的電路圖350。如圖17中所示，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，并入 齊納二極管352以于在調(diào)節(jié)器或電池充電電路之前在接收器的輸出端處箝制最大電壓。使 用齊納二極管允許對初級和接收器線圈之間的放置的更高的不敏感性，同時(shí)保持對設(shè)備充 電或供電的功能。例如，可設(shè)置初級上的驅(qū)動(dòng)模式以使得當(dāng)初級和接收器線圈對準(zhǔn)時(shí)，接收 器上的電壓高于用于電池充電器啟動(dòng)的標(biāo)稱電壓。例如，對于5V啟動(dòng)來說，中心處的電壓 可被設(shè)置為6或7V。通過這種方式，在線圈中心居中或者沒有對準(zhǔn)時(shí)，可將齊納管選擇為具 有合適值(5V)的并且在電池充電器單元的輸入端處將電壓箝制于該值。一旦在輸入端處 檢測到合適的電壓之后電池充電器開始操作，電池充電器電路將在此點(diǎn)的電壓拉至預(yù)編程 的電壓或電池的電壓。通過這種方式，齊納二極管的使用使得能夠?qū)崿F(xiàn)對無線充電器或電 源中的位置以及其他操作參數(shù)的更高的不敏感性，并且極為有用。通過線圈堆疊而進(jìn)行的效率提高圖18示出了根據(jù)一實(shí)施例的堆疊線圈的裝置的圖示。根據(jù)一實(shí)施例，為了實(shí)現(xiàn)更 高的磁通密度，用兩層或更多層來構(gòu)造線圈，例如通過使用兩層或更多層的印刷電路板?？?使用多層板以允許高磁通密度線圈的緊湊的制造。通過在每層中改變線圈的尺寸(包括厚 度、寬度以及匝數(shù))以及通過堆疊多個(gè)層，可調(diào)整線圈的電阻、電感、磁通密度以及耦合效 率以對于特定應(yīng)用最優(yōu)化。根據(jù)一實(shí)施例，包括以一距離分離的兩個(gè)PCB線圈的變壓器具有由線圈的設(shè)計(jì)定 義的多個(gè)參數(shù)，包括Rl為初級繞組電阻，R’ 2為折合到初級的次級(接收器中)繞組電阻，PL為阻性負(fù)載，LIkl為初級漏感，L’ Ik2為折合到初級的次級漏感，LMl為初級互感，Cl為初級繞組電容，
C’ 2為折合到初級的次級繞組中的電容，C12為在初級和次級繞組之間的電容，以及η為匝數(shù)比。根據(jù)圖18中所示的實(shí)施例，在獨(dú)立的PCB層357中生成多層PCB線圈356，所述獨(dú) 立的PCB層357接著連接358，并且經(jīng)由PCB制造中所使用的普通技術(shù)(例如通過使用通孔 (via)或觸點(diǎn))制造在一起。獲得的整個(gè)堆疊物是包含線圈的許多匝的薄的多層PCB。通 過這種方式，可使用寬線圈(低電阻)，而線圈的整體寬度并不增加。對于在期望小的x_y 線圈尺寸的情況來說該技術(shù)尤其有用，并且該技術(shù)能夠用于產(chǎn)成更高的磁通密度以及更高 效的功率傳輸。通過線圈形狀和材料而進(jìn)行的效率提高根據(jù)一實(shí)施例，系統(tǒng)可對于初級和次級(接收器)線圈均使用非鐵氧體材料。例 如，如上所述，線圈可由被濺射、沉積或形成在印刷電路板(PCB)上的銅材料制造。同樣如 上所述，線圈可被形成為多個(gè)不同形狀，所述多個(gè)形狀例如包括扁平或平面六邊形、或螺旋 型。線圈也可分布在具有線圈、螺旋型或其他多種形狀的層中。對于初級和次級(接收器)使用非鐵氧體或非鐵磁體材料的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于相比 于鐵氧體線圈，線圈可被制造得扁平得多和薄得多。另外，非鐵氧體線圈可被制造為比由鐵 氧體材料制成的可比較的線圈具有更低的電感(電感為1微亨的數(shù)量級，雖然實(shí)際值將取 決于施加至線圈的電壓頻率而改變)。非鐵氧體性質(zhì)有效的消除了線圈中的磁滯，并且允許 系統(tǒng)更快地導(dǎo)通以及關(guān)斷，并且具有更少的能量儲存缺陷。線圈電路的變體根據(jù)一些實(shí)施例，可使用一個(gè)電感_電容(通常稱為LC或“儲能電容”)電路以提 供近似的適合預(yù)期的應(yīng)用的功率輸出范圍。例如，可以最優(yōu)化電路以適合低功率應(yīng)用或高 功率應(yīng)用中的一個(gè)。取決于特定的預(yù)期的應(yīng)用，可移除電路設(shè)計(jì)中的原始電容(在此處稱為“計(jì)時(shí)電 容”)，和/或?qū)⑺鎿Q為具有不同值的電容，以獲得不同的總功率輸出等級。從制造觀點(diǎn)來 看，這是相對簡單并且廉價(jià)的步驟。也可使用該技術(shù)，以對于不同的終端用戶應(yīng)用簡單地制 造不同的充電器或墊實(shí)施例，因?yàn)閷γ總€(gè)墊設(shè)計(jì)，墊組件中的大部分可被設(shè)計(jì)為相同的，其 中主要的不同在于單個(gè)電容的值。該單個(gè)電容然后可在制造過程中被指定或改變。雖然計(jì) 時(shí)電容可用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)以用于，例如，高功率應(yīng)用或低功率應(yīng)用，但可使用另外的如在下面 將更詳細(xì)地描述的那些的附加技術(shù)和特征來精確調(diào)節(jié)在移動(dòng)設(shè)備處接收到的最終的功率 輸出。線圈波形的發(fā)生根據(jù)一實(shí)施例，使用半相(half-phase)電波形以對儲能電路充電，并且隨后提供 感應(yīng)功率至移動(dòng)設(shè)備中的接收器線圈。不同于全相波形，半相波形可與過零電源一起使用。 根據(jù)該實(shí)施例，當(dāng)初級線圈中的晶體管首先導(dǎo)通時(shí)，電流經(jīng)過初級線圈與晶體管而流至地。 當(dāng)晶體管關(guān)斷時(shí)，在晶體管處的電壓電平擺高(從輸入電壓值的兩倍到輸入電壓的多倍的 任何值)。這是電感的標(biāo)準(zhǔn)振蕩行為。當(dāng)電流降低至零時(shí)，晶體管再次導(dǎo)通，并且重復(fù)該過 程。很多傳統(tǒng)的變壓器設(shè)計(jì)不使用半相波形，而替代地使用非過零設(shè)計(jì)，這是因?yàn)樗?br> 25們的鐵氧體芯像電容那樣作用并且在關(guān)斷相中儲存能量，如果使用過零這將導(dǎo)致功率效率 的極大損失。但是，根據(jù)一實(shí)施例，使用與低功率(2瓦特的級別)耦合的非鐵氧體線圈，允 許與半相以及過零電路一起的合適的效率。進(jìn)一步地，根據(jù)一些實(shí)施例，半相波形可被設(shè)計(jì)為具有指數(shù)或曲線的波形，而不是 陡峭的波形，從而減少較高頻率發(fā)射。否則這些較高頻率發(fā)射可能導(dǎo)致便攜式和其他設(shè)備 的問題，或與禁止消費(fèi)者電子設(shè)備中的高頻發(fā)射的聯(lián)邦通信法規(guī)沖突。自動(dòng)電壓設(shè)定根據(jù)一些實(shí)施例，系統(tǒng)可包括執(zhí)行如移動(dòng)設(shè)備識別、和對于不同設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)電 壓或功率設(shè)定的特殊的任務(wù)的額外的電路、組件、特征和技術(shù)。如上所述，雖然可更換計(jì)時(shí) 電容以修改電路的頻率以及生成的系統(tǒng)輸出電壓，但這不是允許消費(fèi)者修改電壓、或者修 改電壓以適合單獨(dú)的移動(dòng)設(shè)備的特定需求的符合實(shí)際的解決方法。實(shí)際上，計(jì)時(shí)電容可用 于提供輸出功率的特定范圍(即，高功率應(yīng)用，或低功率應(yīng)用)。然后可以使用附加的技術(shù) 以為特定的設(shè)備調(diào)節(jié)功率。當(dāng)充電器或墊被設(shè)計(jì)用于給多個(gè)不同設(shè)備同時(shí)供電或充電時(shí)， 這點(diǎn)尤其重要，這是由于這些不同設(shè)備中的每個(gè)可具有不同的功率和電壓需求。根據(jù)各種 實(shí)施例，可使用不同特征以支持該目的，所述不同特征包括·硬連接(hardwire)接收器線圈以考慮到其設(shè)備的電壓需求，以及對于該設(shè)備使 用合適的尺寸以接收恰當(dāng)?shù)碾妷骸５?，雖然該方法對用于該設(shè)備的電壓的調(diào)節(jié)是成功的， 它本質(zhì)上是硬連接的，不能為了不同的設(shè)備和不同的充電器或電源之間的互用性而提供調(diào) 節(jié)電壓的很多靈活性。·使用動(dòng)態(tài)編程以獲得不同的電壓。根據(jù)該實(shí)施例，如果已知計(jì)時(shí)電容，那么可調(diào) 節(jié)電路的頻率以產(chǎn)生所需的輸出電壓。 在零切換電路中，可使用限幅(clipping)來調(diào)諧電壓。這可包括導(dǎo)通電路，接著 在允許其在提前對波形限幅的情況下關(guān)斷，然后再次導(dǎo)通。然后重復(fù)該過程。限幅可能比 不限幅切換低效，但是可以用于調(diào)諧電壓。當(dāng)與上述的基于電容的技術(shù)一同使用時(shí)，計(jì)時(shí)電容的選擇可被用于確定充電器、 電源或墊的整體范圍(例如，它最適合低功率還是最適合高功率應(yīng)用)。該附加的特征隨后 可被用于精確調(diào)制頻率和輸出電壓。根據(jù)一些實(shí)施例，附加的特征可被用于改進(jìn)效率以及 增加功能。如上所述，根據(jù)一實(shí)施例，墊電路260并入能夠激活或禁用FET驅(qū)動(dòng)器268的微控 制單元(MCU) 266。MCU接收來自另一將提供信息的傳感器機(jī)構(gòu)的輸入，該信息隨后可被用 于確定設(shè)備是否在附近、設(shè)備需要什么電壓、和/或鑒別將被充電設(shè)備。使用上述的頻率/ 輸出特性，初級可使用從接收器至初級的所傳輸?shù)姆答佉杂糜冢?，調(diào)節(jié)頻率，或者否則 改變輸出至接收器的輸出電壓。一些傳統(tǒng)的變壓器設(shè)計(jì)使用第三線圈以用于提供反饋的測 量。但是如此處所述的MCU的使用消除了對這樣的額外的線圈反饋設(shè)備的需要。也如上所述，根據(jù)一實(shí)施例，并入齊納二極管352以在調(diào)節(jié)器或電池充電器電路 之前箝制接收器輸出端處的最大電壓。在上述的每個(gè)反饋設(shè)計(jì)中，在接收器和初級之間的 關(guān)于電壓需求的實(shí)際通信可為具有開環(huán)設(shè)計(jì)或閉環(huán)設(shè)計(jì)。在開環(huán)設(shè)計(jì)中，充電設(shè)備、墊或電 源給初級提供功率，所述功率隨后被感應(yīng)地傳輸至接收器以及將被充電的移動(dòng)設(shè)備或電池 或其他設(shè)備。初級自身確定在接收器處應(yīng)當(dāng)接收多少功率。在閉環(huán)設(shè)計(jì)中，如在開關(guān)模式電源中，設(shè)備/接收器將信息傳輸回至初級，隨后初級確定應(yīng)當(dāng)給接收器發(fā)送多少功率。設(shè)備識別和驗(yàn)證圖19示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于識別驗(yàn)證的電路圖400。根據(jù)一實(shí)施例，可使用 電路設(shè)計(jì)以確保設(shè)備是有效的，即被授權(quán)與充電器、電源或墊一起使用。該信息也可被用作 開環(huán)或閉環(huán)設(shè)計(jì)的一部分以設(shè)定設(shè)備的電壓。在操作中，初級電路首先被導(dǎo)通。當(dāng)電路在 接收器中產(chǎn)生電力時(shí)，生成初始信號。該信息迅速地被與儲存在MCU中的數(shù)或值相比較，并 且被用于確定移動(dòng)設(shè)備(或與該移動(dòng)設(shè)備或電池相關(guān)聯(lián)的接收器)對于與基座單元、充電 器、電源或充電墊一同的操作是否是有效的。除驗(yàn)證之外，該信息可類似地被用于設(shè)定用于 接收器、電池或移動(dòng)設(shè)備的充電電壓。圖20示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于雙向通信的電路圖420。如圖20中所示，根據(jù)一 實(shí)施例，充電器或電源或初級可包括用于與接收器、電池或移動(dòng)設(shè)備通信的裝置，包括例如 射頻(RF)或其他通信裝置。圖21示出了根據(jù)一實(shí)施例用于輸出控制器的電路圖440。如圖21中所示，根據(jù)一 實(shí)施例，接收器中的輸出控制器等待，直到功率足夠，并且隨后給移動(dòng)設(shè)備或電池通電。圖22示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于具有調(diào)節(jié)器或充電管理電路的電路圖480。如圖 22所示，根據(jù)一實(shí)施例，接收器包括用于調(diào)節(jié)電壓的調(diào)節(jié)器。圖23示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于MCU調(diào)節(jié)的電路圖500。如圖23中所示，根據(jù)一 實(shí)施例，MCU可提供電壓調(diào)節(jié)。圖24示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于單向通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娐穲D540。如圖24所 示。根據(jù)一實(shí)施例，接收器可包括向其所耦合的移動(dòng)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的裝置。圖25示出了根據(jù)一實(shí)施例的用于基于時(shí)間的調(diào)節(jié)的電路圖560。零電壓設(shè)定根據(jù)一些實(shí)施例，系統(tǒng)可使用如零電壓切換(ZVS)的技術(shù)以提供更高效的功率傳 輸和電源控制。這些技術(shù)也可用于提供具有小感應(yīng)值的線圈之間的功率傳輸?shù)母咝У恼{(diào) 節(jié)，這些小感應(yīng)值線圈例如通過PCB中的螺旋型圖樣生成的那些、沖壓(stamp)的金屬線 圈以及低匝數(shù)繞制線圈。在今天所使用的開關(guān)模式電源中，所使用的通常的結(jié)構(gòu)為升降壓 (boost buck)、反激、升壓(boost)或這些類型的變形。在這些結(jié)構(gòu)的大部分中，由如FET 的晶體管快速切換輸入電壓，并且能量經(jīng)過變壓器被傳輸至負(fù)載。根據(jù)一實(shí)施例，通過調(diào)節(jié) 開關(guān)電路的占空比，實(shí)現(xiàn)所傳輸?shù)墓β实恼{(diào)節(jié)。圖26示出了根據(jù)一實(shí)施例的反激式電源結(jié)構(gòu)580的高層視圖。在FET閉合的期 間，流經(jīng)初級線圈的電流在該線圈中存儲能量，并且在FET被斷開的期間，將該能量傳輸給 次級(接收器)線圈并傳輸入負(fù)載。儲存在線圈中的能量與線圈的電感直接成正比，并且 對于幾十或幾百瓦特的電源功率，幾百亨的值是典型的。相反，印刷電路板線圈(PCBC)典型地為印制在剛性或柔性PCB材料上的、或從銅 板上沖壓出的、或通過其他方法形成的螺旋圓形、矩形或其他形狀的線圈，其中電源中的線 圈或變壓器基本上扁平并且占用很小的空間?？墒褂迷谒鼈冎g具有一定距離(如在PCB 材料的兩側(cè))或具有空氣或材料空隙(如在充電器將功率傳輸給可從該充電器分離或移走 的電子或電設(shè)備中的接收器的無線功率應(yīng)用中)而放置的兩個(gè)這樣的線圈來形成變壓器， 例如如圖26中所示。在高頻( 1MHz，取決于線圈的結(jié)構(gòu)和尺寸)切換這些線圈，可橫
27跨空氣或材料空隙來傳輸功率，由此可開發(fā)具有很小的變壓器的高效的電源。已經(jīng)描述了 在如移動(dòng)電話和MP3播放器的移動(dòng)設(shè)備的無線供電中使用這樣的緊湊的線圈。但是，許多 現(xiàn)有技術(shù)使用實(shí)驗(yàn)室電源以向初級線圈用于提供正弦或類似的電壓，并且研究所傳輸?shù)墓?率，而非用于電源的緊湊高效的電路。根據(jù)ZVS結(jié)構(gòu)實(shí)施例，在電路中加入電容，以使得在開關(guān)OFF位置中，電容和線圈 電感構(gòu)成諧振電路。在開關(guān)ON時(shí)間中，電流流經(jīng)電感，同時(shí)橫跨電容的電壓為零。在開關(guān)被 關(guān)斷的時(shí)段期間，橫跨電容的電壓升高至兩倍于輸入電壓的最大值，并且隨后諧振回到零。 該結(jié)構(gòu)的特性為精確地在該電壓回到零時(shí)閉合開關(guān)(因此稱為零電壓切換)，從而最小化 功率使用并且實(shí)現(xiàn)高的效率。該結(jié)構(gòu)的一些益處包括高效率以及“無損”轉(zhuǎn)換；由于軟切 換以及使用正弦而非方波從而減少了 EMI/EMC ；峰值電流不高于方波切換；以及相對簡單 的控制和調(diào)節(jié)。另外，該結(jié)構(gòu)對于小電感值來說非常高效地工作，因此更適合用于PCBC的 應(yīng)用。根據(jù)各種實(shí)施例，該結(jié)構(gòu)可被配置以在各種拓?fù)渲胁僮?，所述各種拓?fù)淅鐬榻祲骸?升壓、降-升壓以及反激。一些實(shí)施例提供了更高效的功率傳輸和電源控制和在小電感值線圈之間的功率 傳輸?shù)恼{(diào)節(jié)，所述小感應(yīng)值線圈例如由PCB中的螺旋型圖樣、沖壓的金屬線圈以及低匝數(shù) 繞制線圈等生成。另外，典型的，如果線圈在高頻被驅(qū)動(dòng)，則不使用磁芯。對于螺旋型線圈， 線圈的電感由以下方程給出
Γ π rr2N2L=-r
(2r + 2.8i/)xl05其中L=電感(H)r =線圈的平均半徑(m)N=匝數(shù)d =線圈的深度(外側(cè)半徑減去內(nèi)側(cè)半徑)(m)例如，對于10匝的線圈，外側(cè)半徑為15mm，內(nèi)側(cè)半徑為零，那么L = IH0通過增加 線圈的匝數(shù)或者垂直的堆疊多個(gè)線圈并且將之串聯(lián)連接，可以獲得更大的值，該更大的電 感值的代價(jià)是增加的電阻值，并因此是電感中的增加的損耗。如果工作在高頻，印制在PCB上的不使用任何磁芯的螺旋型線圈可提供高的功率 傳輸效率。與上述技術(shù)類似的方法是被稱為零電流切換(ZCS)的方法。ZCS通過類似的原 理操作；但是在零電流流經(jīng)開關(guān)時(shí)完成切換從而實(shí)現(xiàn)低的切換損耗。在下面的討論中，一般 地對ZVS切換進(jìn)行討論；但是，同樣可在下面應(yīng)用ZCS結(jié)構(gòu)。根據(jù)一些實(shí)施例，描述了用于 在這樣的小和/或薄的具有低電感值的線圈中實(shí)現(xiàn)以及最優(yōu)化高功率傳輸?shù)姆椒?，并且?述了用于對在實(shí)際功率應(yīng)用中的對該功率進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的多個(gè)技術(shù)。雖然對于使用這樣 的電感的任何類型的電源而一般地描述該技術(shù)，但根據(jù)特定實(shí)施例，變壓器中的兩個(gè)線圈 是分離的，其中初級位于感應(yīng)充電器中而接收器嵌入在設(shè)備、電池、外殼、皮膚或電子或電 設(shè)備的其他部分中。在這種情況下，可制成對于給移動(dòng)電子或電設(shè)備或電池進(jìn)行充電或供 電尤其有用的無線充電器或電源。在上面已描述了 ZVS結(jié)構(gòu)的使用的一般性的優(yōu)點(diǎn)，以及具體對于具有小的電感值 以及無磁芯的線圈來說的優(yōu)點(diǎn)。但是，電源設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要的方面為所實(shí)施的控制和調(diào)節(jié)電路?？赏ㄟ^在輸出級處的線性或開關(guān)調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)對供給負(fù)載的功率的調(diào)節(jié)。但是， 如果功率的調(diào)節(jié)通過這種方式實(shí)現(xiàn)，并且從初級線圈提供恒定的功率，則在輕載情況(如 當(dāng)電池被完全充電或設(shè)備處于待機(jī))下，由初級產(chǎn)生和傳輸?shù)墓β蚀蟛糠直焕速M(fèi)，這導(dǎo)致 低效率的電源。更好的解決方法通過以下實(shí)現(xiàn)在不同的負(fù)載情況下調(diào)節(jié)流入初級線圈的 功率，以在不同的負(fù)載情況或電池充電階段期間維持高的效率。根據(jù)一實(shí)施例，可通過改變操作的頻率來實(shí)現(xiàn)ZVS電源中的輸出功率的這樣的控 制。在該實(shí)施例中，輸出功率與操作頻率成反比，并可通過恰當(dāng)?shù)目刂齐娐穼?shí)現(xiàn)控制。圖27示出了如何監(jiān)測輸出至負(fù)載的電壓，以及在負(fù)載條件改變時(shí)，芯片或微控制 器單元(MCU)如何而改變FET驅(qū)動(dòng)器的頻率或占空比從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的操作和隨著改變的負(fù) 載的受控的輸出電壓。如圖27中所示，示出了用于操作的數(shù)字控制600。但是，也可實(shí)現(xiàn)模 擬操作，其可能更簡單以及在對于負(fù)載改變的響應(yīng)時(shí)間方面更快速并且在一些應(yīng)用中更為 優(yōu)選。在示出的實(shí)施方案中，初級(控制電路、時(shí)鐘、FET驅(qū)動(dòng)器、FET、初級線圈等)以及接 收器(次級線圈、整流器、電容、其他電路等)能夠通過有線連接進(jìn)行通信。具有無線通信的開關(guān)模式電源根據(jù)包括與接收器彼此可分離(無線或感應(yīng)地對設(shè)備充電或供電)的充電器或電 源的實(shí)施例，充電器或電源可包括基本的控制和開關(guān)功能，而接收器包括整流二極管和用 于平滑輸出電壓的電容以及附加電路。在該實(shí)施例中，這兩個(gè)部分需要相互無線地通信。圖28示出了更復(fù)雜的充電器或電源的實(shí)施。根據(jù)該實(shí)施例，其中初級和次級(接 收器)無線通信。在圖28中示出的結(jié)構(gòu)中，實(shí)施了數(shù)字控制方案。初級(充電器或電源)620 由微控制單元(MCUl)控制，該微控制單元接收來自與線圈串聯(lián)的電流傳感器的信號。充電 器和接收器630之間的通信通過與用于功率傳輸?shù)木€圈同一的線圈實(shí)現(xiàn)。但是，這些功能 也可分開。在示出的結(jié)構(gòu)中，次級(接收器)包括使得該部分能夠調(diào)制從初級看來的負(fù)載的 電路。根據(jù)一實(shí)施例，這通過由接收器中的MCU2進(jìn)行的開關(guān)Q2的調(diào)制來實(shí)現(xiàn)。這可以是 很小的可編程IC(PIC)，并且可以容易地的配合很小的形成因數(shù)。在初級充電器或電源給次 級接收器發(fā)送功率時(shí)，接收器中的電路導(dǎo)通。接收到的功率被整流器Dl和電容C2分別整 流和濾波。由于MCU2在所有時(shí)間內(nèi)要求恒定的電壓輸入，因此并入了僅用于對MCU2供電 的小型低電流調(diào)節(jié)器(電壓調(diào)節(jié)器)。這可以是線性或開關(guān)調(diào)節(jié)器。由于MCU2的功率使用 很小，并且該單元在任務(wù)之間可被置于休眠狀態(tài)，所以該調(diào)節(jié)器的使用不會過多地影響整 體效率。整流級的輸出被輸入至設(shè)備或用于電池充電器配置的情況的充電管理IC。該充電 管理IC被集成至大多數(shù)通過可充電電池操作的原始設(shè)備制造商(OEM)移動(dòng)設(shè)備中，或可被 集成至或可充電電池中或可充電電池上，以在電池接近充電器時(shí)對電池直接充電。對于完 全耗盡的電池，充電管理IC典型地將向電池傳輸最大輸入電流以在電池處于低電壓時(shí)使 得能夠進(jìn)行快速充電。這對于電源電路呈現(xiàn)低阻抗負(fù)載，并且要求電源在供應(yīng)電流時(shí)將電 壓維持在要求的值。充電管理IC與MCU2通信，所述MCU2也監(jiān)測輸出電壓(Vout)并且試 圖將該Vout保持在預(yù)編程范圍內(nèi)。這通過MCU2給Q2發(fā)送數(shù)字信號以調(diào)制該開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。 這種調(diào)制先于整流級并且處于高頻以使得整流和平滑后的Vout不被影響。但是，次級阻抗 的該調(diào)制影響流過初級線圈級的電流，并且能夠被初級中的電流檢測電路容易地檢測到。根據(jù)一實(shí)施例，電流檢測電路可包括與電壓放大器并聯(lián)的小電阻、霍爾傳感器等。電流傳感器的輸出端連接至MCUl并且由A/D轉(zhuǎn)換器檢測數(shù)字序列。MCUl中的固件確定輸 出電壓是否過高或過低，并隨后執(zhí)行合適的步驟以通過發(fā)送信號至?xí)r鐘以調(diào)節(jié)FET驅(qū)動(dòng)器 的頻率來相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)從而將電源的輸出置于可接受范圍內(nèi)。通過減少在諧振ZVS周期 中對功率的積分的時(shí)間，較高的驅(qū)動(dòng)頻率對應(yīng)于較低的輸出功率，而較低的頻率對應(yīng)于較 高的輸出功率。根據(jù)一實(shí)施例，用于實(shí)施可變頻率的一個(gè)方法為使用其輸出頻率隨著輸入的電壓 的改變而改變的變頻源。使用可編程電阻以及通過改變來自MCUl的電壓信號來改變該電 阻的值，可以改變用于驅(qū)動(dòng)FET 1的頻率。實(shí)現(xiàn)該改變的其他方法也是可能的。作為用于控制的方法的示例，在典型的應(yīng)用中，電路的操作頻率可為1-2MHZ，并且 用于控制的數(shù)據(jù)傳輸處于14. 4kbits/sec0如果通過在1. 2-1. 4MHz內(nèi)移動(dòng)頻率來實(shí)現(xiàn)全輸 出功率范圍，則該范圍被劃分為256個(gè)等級。在一個(gè)實(shí)施方案中，接收器發(fā)送對應(yīng)于輸出電 壓的數(shù)字代碼，并且MCUl將它與先前的輸出電壓值比較，并且作出關(guān)于移動(dòng)頻率的方向以 及等級數(shù)的決定。頻率然后相應(yīng)地改變。在另一實(shí)施方案中，MCU2發(fā)送對應(yīng)于電壓高或低 的情況的2個(gè)值的其中一個(gè)。如果電壓在范圍之內(nèi)，則MCU2不與初級通信。當(dāng)接收到電壓 高的信號時(shí)，MCUl執(zhí)行預(yù)定的將頻率調(diào)節(jié)為更高的步驟以降低輸出功率，并且重復(fù)該過程 直到輸出電壓位于需求的范圍內(nèi)。電壓低信號具有相反的效果。這些基本方法的許多變形 可能允許快速、有效地鎖定輸出電壓。也可使用比例-積分-微分(PID)技術(shù)等。取決于 結(jié)構(gòu)，該電路也可使用與負(fù)載串聯(lián)的開關(guān)Q3。該可選的開關(guān)可在通信時(shí)斷開以產(chǎn)生更好的 信噪比。由于通信發(fā)生在幾毫秒內(nèi)，所以快速地?cái)嚅_和閉合Q3對可能為許多小時(shí)的負(fù)載電 池的充電時(shí)間不具有大的影響。根據(jù)一實(shí)施例，隨著電池充電以及它的端電壓升高，充電管理IC將到來的電流抑 制(throttle)回去，并且切換至將橫跨電池端的電壓維持在最終值或接近最終值的模式。 電源將檢測到更高的輸出阻抗，并且MCU2和MCUl將共同地工作以在整個(gè)充電周期內(nèi)將輸 出保持在范圍內(nèi)。在充電周期結(jié)束時(shí)，充電管理IC可發(fā)送充電周期結(jié)束信號至MCU2，MCU2 發(fā)送預(yù)定的代碼至MCUl以將充電器關(guān)閉、轉(zhuǎn)換至休眠模式或執(zhí)行一些其他預(yù)定步驟。應(yīng)重點(diǎn)注意，在實(shí)施例中，接收器中的電壓調(diào)節(jié)器不對輸出至負(fù)載自身的電壓進(jìn) 行調(diào)節(jié)。如果調(diào)節(jié)器執(zhí)行該功能，那么這里所描述的控制和調(diào)節(jié)將不再必要。但是，整體系 統(tǒng)的效率低得多，并且隨著恒定的功率進(jìn)入接收器，該功率的一些部分將在電池達(dá)到完全 充滿、或負(fù)載變得更輕并且只需要更少的功率時(shí)被浪費(fèi)。取決于結(jié)構(gòu)，所浪費(fèi)的能量可以加 熱接收器、負(fù)載或設(shè)備電池。所有的這些情況是不期望的。在這里所描述的結(jié)構(gòu)中，在這些 情況中，初級可調(diào)節(jié)以發(fā)送更少的功率至接收器，因此維持了高的效率而無論負(fù)載情況如 何。驗(yàn)證與數(shù)據(jù)傳輸根據(jù)一實(shí)施例，在此描述的數(shù)字傳輸過程是雙向的，并且能夠用于在充電或功率 傳輸啟動(dòng)時(shí)的驗(yàn)證過程，以確保恰當(dāng)類型的設(shè)備存在并且將被充電，或者告知充電器或電 源將被充電或供電的設(shè)備或電池的電壓/功率需求。根據(jù)一實(shí)施例，該雙向數(shù)據(jù)傳輸也可 被用于在設(shè)備和充電器或電源之間的實(shí)際數(shù)據(jù)通信。例如，充電器或電源可由膝上型計(jì)算 機(jī)的USB接口供電，并且同時(shí)從膝上型計(jì)算機(jī)接收將被傳輸給移動(dòng)設(shè)備的數(shù)據(jù)。當(dāng)移動(dòng)設(shè) 備或電池位于充電器或電源上，它可被充電或供電，并且也可通過該信道同時(shí)同步它的數(shù)據(jù)。向其他結(jié)構(gòu)的拓展雖然上述討論集中于使用零電壓切換電源的控制的一個(gè)實(shí)施方案，但用于控制、 驗(yàn)證以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕驹砜蓱?yīng)用于其他結(jié)構(gòu)和拓?fù)?，并且可以相似的方式?shí)施。根據(jù) 一些實(shí)施例，充電管理電路是可選的并且僅在負(fù)載處存在電池時(shí)使用，例如，如圖28中所 示，如果Vout用于直接操作負(fù)載，則不使用充電管理電路，并且Vout直接連接至負(fù)載。具有無線通信的全調(diào)節(jié)(full regulated)開關(guān)模式電源上述的圖28示出了用于零電壓切換(ZVS)電路的數(shù)字控制的無線控制電路的基 本構(gòu)成塊。圖28中所示的結(jié)構(gòu)可在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出功率。但是，當(dāng)電池充電或者負(fù)載情 況改變從而要求很低的輸出功率時(shí)，對Vout的控制所要求的精確度可能要求許多更精細(xì) 的步驟、或者不可能單獨(dú)利用圖28的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。圖29示出了包括可用于處理ZVS問題的改進(jìn)的實(shí)施例。在圖29中所示的全調(diào)節(jié)電源中，使用可將輸入電壓在2個(gè)值或者更多值之間切換 的電壓調(diào)節(jié)器(電壓調(diào)節(jié)器1)。在正常的操作中，Q2被閉合，并且電壓調(diào)節(jié)器1通過其激 活管腳(enable pin)被關(guān)閉。因此，對于線圈Ll來說輸入電壓直接可用，并且輸入電壓被 如前所述調(diào)節(jié)。但是，如果輸出需要極低的功率(如電池充電階段結(jié)束)，并且充電器確定 需要切換至不同的范圍時(shí)，Q2被斷開，并且電壓調(diào)節(jié)器1被打開以將線圈1的輸入改變至 較低的電壓值。通過移動(dòng)至合適的頻率來將調(diào)節(jié)維持在該范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)需要的輸出電壓。 例如，如果Vin是5V，則該較低的電壓電平可能為3V。多個(gè)電壓電平也是可能的。因?yàn)閷τ诖蠖鄶?shù)情況，以及在高功率條件下，Q2被斷開并且電壓調(diào)節(jié)器1被關(guān)閉， 所以可實(shí)現(xiàn)高的整體系統(tǒng)效率。僅在最低電流條件期間，通過導(dǎo)通該電壓調(diào)節(jié)器1并且在 該電平進(jìn)行調(diào)節(jié)來改變輸入電壓。取決于所使用的調(diào)節(jié)器的類型，在該時(shí)段(regime)中可 期望一些效率損失。但是，這僅在非常低的輸出功率等級處發(fā)生。取決于效率/成本權(quán)衡， 電壓調(diào)節(jié)器1可為高效率開關(guān)DC-DC電源或低頻、較不復(fù)雜以及成本較低的線性調(diào)節(jié)器。具有光耦反饋的調(diào)節(jié)的開關(guān)模式電源上述的結(jié)構(gòu)使用數(shù)字方法以用于在初級和接收器電路之間傳輸信息。但是，在一 些情況中，負(fù)載瞬時(shí)地改變。例子為在膝上型計(jì)算機(jī)中屏幕或硬盤驅(qū)動(dòng)器開啟或關(guān)閉時(shí) 等。為了處理這些情況，反饋環(huán)必須極快以避免劇烈以及快速的電壓過沖(overshoot)或 下沖(undershoot)。對于高功率應(yīng)用這變得尤為重要。圖30示出了取代數(shù)字反饋電路而使用基于LED和光檢測器之間的耦合的模擬電 路的實(shí)施例。在這種情況下，輸出電壓，Vout連續(xù)地與參考電壓比較，并且來自二極管的光的強(qiáng) 度與電壓值成正比地快速地變化。充電器級中的檢測器向控制FET驅(qū)動(dòng)器的頻率控制器提 供電壓值。充電器中的MCU，MCUl還監(jiān)測該過程并且在必要時(shí)可導(dǎo)通可選的輸入至初級線 圈(通過Q2以及電壓調(diào)節(jié)器)的低電壓。它還能檢測充電的結(jié)束或者執(zhí)行驗(yàn)證或者其他 任務(wù)。在一些實(shí)施例中，可利用該方案來實(shí)施用于連續(xù)地需要高達(dá)90W的膝上型計(jì)算機(jī) 的高功率完全無線感應(yīng)充電器。根據(jù)一實(shí)施例，變壓器線圈為具有4"或更大直徑并且包 括具有1微亨的總電感的7匝的PCB螺旋線圈。模擬電路的快速響應(yīng)時(shí)間允許在負(fù)載中維
31持具有快速擺動(dòng)的輸出電壓。充電器或電源包括其中集成了充電器或電源電路以及扁平螺 旋PCB線圈的墊，并且接收器包括集成在膝上型計(jì)算機(jī)底部中的電路和類似線圈。安裝光 學(xué)部件以使得來自發(fā)射器的光被充電器或電源中的接收器檢測。通過光學(xué)部件進(jìn)行的數(shù)字通信也可能實(shí)現(xiàn)該結(jié)果，但是需要更高的帶寬以及高處 理速度。很明顯，這里描述的這些特征，或任何其他結(jié)構(gòu)，能夠被組合以實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果。 例如，雖然用于調(diào)節(jié)的控制過程可通過這里所述的光耦反饋進(jìn)行，但也可建立通過線圈的 獨(dú)立的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈路以用于充電器、電源的數(shù)據(jù)傳輸或驗(yàn)證，或反之亦然。具有隔離變壓器反饋的調(diào)節(jié)的開關(guān)模式電源根據(jù)一實(shí)施例，用于調(diào)節(jié)的另一結(jié)構(gòu)使用其中通過獨(dú)立的隔離變壓器傳送反饋信 息的類似的模擬反饋技術(shù)。圖31示出了一實(shí)施例，其中光耦被壓控振蕩器(VCO)和FET取代，并且在初級中， 發(fā)送信號以調(diào)節(jié)頻率控制器從而提供最優(yōu)的輸出電壓。也可使用可選的電壓調(diào)節(jié)器以及開 關(guān)Q2來在低輸出功率時(shí)提供精確的控制。類似地，該通信也可被數(shù)字地實(shí)施，并且還要求 高帶寬以允許快速響應(yīng)。由于圖31中的電路是完全無線的并且不需要光學(xué)部件，因此在充 電器或電源或接收器中光學(xué)透射窗口不可能的情況中，所述圖31中電路的可能是優(yōu)選的。具有RF反饋調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)開關(guān)模式電源根據(jù)另一實(shí)施例，可通過充電器和接收器中的無線鏈路在充電器和接收器之間交 換信息。與光學(xué)的情況相比較，該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于所述兩個(gè)部分不需要光學(xué)地可透射。另 外，與先前描述的版本(光學(xué)的以及通過變壓器的)相比，相對的對準(zhǔn)不那么重要。但是， 在大部分實(shí)際應(yīng)用中，充電器或電源以及接收器線圈將被對準(zhǔn)以用于功率傳輸，因此將進(jìn) 行一定程度的對準(zhǔn)，并且，利用恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，可使得能夠?qū)嵤┳儔浩骰蚬鈱W(xué)反饋對準(zhǔn)以及調(diào) 節(jié)。圖32示出了一實(shí)施例，其中無線鏈路可為模擬的或數(shù)字的(需要更高的帶寬以 及復(fù)雜性)或可被集成在設(shè)備中以利用設(shè)備中已存在的無線鏈路(藍(lán)牙，WiFi，無線USB， WiMax 等)。圖33示出了根據(jù)一實(shí)施例的感應(yīng)式單線圈充電系統(tǒng)的基本示意圖。如這里所示 的那樣，充電器墊中的線圈感應(yīng)器由典型的為FET晶體管的開關(guān)T切換。可使用與FET并 聯(lián)的電容以提高性能。在右側(cè)的接收器包括類似的線圈、整流二極管以及電容以用于給負(fù) 載&提供DC輸出。圖34示出了更高級的無線供電/充電系統(tǒng)的主要組件。接收器中的充電管理IC 也對電池的充電進(jìn)行控制以確保恰當(dāng)?shù)某潆姟３潆娖髦械腗CUl以及電流檢測芯片以及 MCU2能夠在充電器或電源與接收器之間提供雙向通信以用于最優(yōu)的充電或供電。接收器中 的可選的電壓調(diào)節(jié)器被用于提供恒定的低電流電壓至MCU2，并且不對進(jìn)入電池的功率進(jìn)行 調(diào)節(jié)。接收器被集成在移動(dòng)或電子設(shè)備或可充電電池之中或之上。隨后描述點(diǎn)A、B、C，并 且所述點(diǎn)A、B、C能用于開關(guān)電路的放置。Q3是可以在通信期間斷開電池以獲得更高的信 噪比的開關(guān)，并且是可選的。系統(tǒng)的實(shí)施例并入了可以激活或禁用FET驅(qū)動(dòng)器的微控制器(MCUl)。該系統(tǒng)還在 接收器中使用控制電池的充電以確保遵循恰當(dāng)?shù)某潆姍n案以及電池不被過充電的充電管理IC。今天的多數(shù)移動(dòng)設(shè)備在輸入功率插口與設(shè)備的可充電電池之間的它們的功率電路中 已經(jīng)包括充電管理IC，以控制它們的內(nèi)部電池的充電。該芯片可被并入接收器電路中以使 得電池能夠直接從如圖34中所示的感應(yīng)電源接收功率。圖34還示出了在接收器處并入的齊納二極管(Zl)。該齊納二極管用于確保來自 整流器的輸出電壓不超過預(yù)定值。在一些情況中，這可能是重要的，這是由于接收器的輸出 被饋送至可具有有限導(dǎo)通時(shí)間的充電管理IC。在充電的初始(當(dāng)設(shè)備被首先放置在墊上 時(shí))，充電管理IC可看起來像高阻抗負(fù)載。沒有齊納二極管，這樣的負(fù)載可能導(dǎo)致充電管理 電路的輸入的電壓增加到高值，有可能超過其安全操作電壓?？焖冽R納二極管可在這種或 其他不尋常條件下箝制電壓，并且可以被并入至接收器中。取決于架構(gòu)，也可并入避免這樣 的情況的其他方法。并入齊納二極管對于處理這些潛在的問題是有效的，廉價(jià)的方法。根據(jù)一實(shí)施例，接收器還可僅僅為向MCU2提供恒定電壓(或用于操作的可接受范 圍內(nèi)的電壓)而并入電壓調(diào)節(jié)器。該電壓調(diào)節(jié)器僅為該情況提供必要地低功率并且不位于 主功率輸入電池的路徑上。由該調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的任何功率損失很小，這是由于它是很低的功 率并且對整體系統(tǒng)效率并沒有很大的影響。它主要用于在啟動(dòng)或其他變化期間保持MCU活 動(dòng)以與保持充電器或電源的通信。MCUl從另一提供信息的傳感器機(jī)構(gòu)接收輸入，MCUl可使用該信息來確定設(shè)備或 電池是否在附近，該設(shè)備或電池需要什么電壓，和/或鑒別將被充電或供電的設(shè)備或電池。 用于提供該信息的機(jī)構(gòu)的多個(gè)示例為MCUl周期性地啟動(dòng)FET驅(qū)動(dòng)器。通過電流檢測方法監(jiān)測流經(jīng)FET的電流。Ll的 電感高度取決于影響其磁場的鄰近的物體的存在。這些物體包括金屬物體或另一個(gè)鄰近的 例如L2的線圈。通過例如為Ql的場效應(yīng)晶體管(FET)以高頻(IOOkHz至數(shù)MHz)切換Li， 被汲取的電流值高度取決于Ll的值。該屬性可被用于檢測臨近的能夠汲取功率的設(shè)備或 電池的存在，并且在期望的情況下使能能夠進(jìn)行雙向通信。用于該目的的多個(gè)方法是可能 的·小電阻可被放置為與FET至地的接觸串聯(lián)。橫跨該電阻的電壓可通過電流傳感 器芯片(如線性技術(shù)電流檢測放大器，零件編號LT1787)測量。·霍爾傳感器，如Sentron CSA-1A，其測量來自走線于其下的線的電流，其能夠被 放置在從FET至地的PCB線的頂部以測量電流，而不需要與電路的任何電連接。該方法的 優(yōu)點(diǎn)在于沒有額外的與電路的該部分串聯(lián)的電阻對于減小阻抗是必要的?！て渌捎糜跍y量電流的技術(shù)。 通過監(jiān)測電流并且將其與通電時(shí)執(zhí)行并且周期性地執(zhí)行的沒有設(shè)備鄰近的基線 測量相比較，MCUl可確定設(shè)備或電池是否鄰近線圈并且汲取功率。這提供了能夠汲取功率 的物體在鄰近的第一級別的驗(yàn)證。但是，可能存在汲取功率的任何電子設(shè)備或電池中的金 屬物體或線導(dǎo)致錯(cuò)誤啟動(dòng)的可能性?？赡芷谕诙墑e的驗(yàn)證。為了使得能夠進(jìn)行更安全的驗(yàn)證，根據(jù)一實(shí)施例，MCUl可周期性地啟動(dòng)FET驅(qū)動(dòng) 器。如果電流被汲取，則MCUl可激活Ql于一預(yù)定狀態(tài)(例如，這可為一低功率狀態(tài))。這 將提供接收器可能鄰近的第一級別的指示。如果存在一真實(shí)的接收器鄰近(而非例如金屬 物體、電子設(shè)備或未被允許的接收器)，則從Ll發(fā)射的功率將對接收器電路供電。圖中的充 電控制電路或接收器電路中的另一芯片可被預(yù)編程以使得在通電時(shí)，它以預(yù)編程的方式汲取電流。這樣的一個(gè)示例為MCU2與Microchip公司的芯片模塊編號10F220的可編程IC 或另一廉價(jià)的微控制器的集成，所述廉價(jià)的微控制器在通電時(shí)，以預(yù)定的代碼(可被加密) 執(zhí)行調(diào)制接收器中汲取的電流的預(yù)定的程序。該接收器調(diào)制能夠被圖34中的充電器或電 源電流傳感器檢測為流經(jīng)Ll的電流中的電流調(diào)制。在最初的握手以及驗(yàn)證之后，充電器或電源中的MCUl和電流檢測芯片，以及MCU2 能夠提供在充電器或電源和接收器之間的雙向通信以用于最優(yōu)的充電或供電。該系統(tǒng)也可 對在充電控制電路接收到的功率和電壓進(jìn)行調(diào)制以確保不會發(fā)生過電壓情況。如圖34中 所示，開關(guān)Q3是可以在通信期間斷開電池以獲得更高的信噪比的開關(guān)，并且是可選的.如果充電器或電源與接收器之間的握手以及驗(yàn)證不成功，則MCUl將假定汲取功 率的設(shè)備不是合適的接收器并且將終止對其供電。該過程使得由于偶然地放置在墊上的物 體而造成的誤啟動(dòng)無效，并且還提供保護(hù)以防止偽造或不被允許的接收器。RFID、近距離無 線通信(NFC)或其他無線數(shù)據(jù)傳輸方法的讀取器可檢測接收器電路和天線(即將被充電 的設(shè)備或電池)中所包括的RFID、NFC或其他標(biāo)簽?？蓹z測標(biāo)簽上的信息以識別接收器所 需的電壓以及鑒別電路是真實(shí)的或是授權(quán)的。標(biāo)簽上的信息可被加密以提供進(jìn)一步的安全性，一旦包含該標(biāo)簽的設(shè)備接近充電 器或電源墊，標(biāo)簽讀取器被激活，系統(tǒng)讀取標(biāo)簽存儲器上的信息，并且將其與表格比較以確 定真實(shí)性/所需電壓或其他信息。在一些實(shí)施例中，該信息表也可位于MCUl的存儲器上。 一旦信息被讀取并且得到驗(yàn)證，MCUl可使得FET驅(qū)動(dòng)器能夠開始驅(qū)動(dòng)墊上的線圈并且給接 收器供給能量?；魻杺鞲衅骰騌eed開關(guān)可檢測磁場。如果在系統(tǒng)的接收器單元內(nèi)放置小的磁體， 則霍爾傳感器或Reed開關(guān)可用于檢測該磁體的存在并且可用作啟動(dòng)FET的信號?？刹⑷肫渌娙?、光學(xué)、磁性或重量等傳感器以用于檢測接收器的存在并且開始 能量的傳輸過程。上面以示例的方式、并且根據(jù)各種實(shí)施例提供了提供了用于充電器或電源和接收 器之間的驗(yàn)證和通信的方法。在實(shí)際中，可使用上述方法的組合或變形。顯然，不同的實(shí)施 例可使用除上述的這些之外或替代上述的這些的不同的驗(yàn)證技術(shù)，以及上述的這些的多種組合。通過線圈之間的橫向偏移而進(jìn)行的效率提高圖35示出了作為線圈中心之間的橫向偏移的函數(shù)的、通過一對圓形螺旋線圈的 所傳輸?shù)墓β屎凸β蕚鬏斝实牡湫偷膶?shí)驗(yàn)曲線。示出了整流或者其他電子裝置之后在接 收器處的所傳輸?shù)墓β?，該所傳輸?shù)墓β适强色@得的對設(shè)備充電/供電的DC功率。功率傳 輸效率定義為從接收器輸出的DC功率除以輸入充電器或電源電路的DC功率；因此它包括 由FET驅(qū)動(dòng)器，F(xiàn)ET，整流二極管，以及其他電子裝置所消耗的任何功率。該效率包括所有損 耗(電子裝置，線圈至線圈損耗，整流器等)并且相比于通常使用的從接收器線圈的輸出的 AC功率與輸入充電器或電源線圈的AC功率的比率，是更實(shí)際的用于效率的數(shù)值?？梢钥?出，通過感應(yīng)方法可以獲得很高效的功率傳輸效率。根據(jù)所示的示例，線圈可為相同的并且 直徑為1.25〃并包括10匝。從圖35可以看出，對于這里使用的線圈結(jié)構(gòu)，在線圈中心之間的偏移為一半半徑 時(shí)，所傳輸?shù)墓β士蛇_(dá)到最大值的75%。通過改變線圈的設(shè)計(jì)以在線圈的外部區(qū)域疊加更
34多的場或者通過使用混合型線圈，實(shí)現(xiàn)曲線的平坦性的改進(jìn)是可能的。但是，重要的是應(yīng)注意，雖然由于減少了線圈區(qū)域的疊置，所傳輸?shù)墓β孰S著線圈 中心之間的偏移而減少，但功率傳輸效率(從接收器輸出的DC功率與輸入充電器或電源的 DC功率之間的比值)在偏移小于3r/4的范圍中保持相對恒定。這在高效系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是 更關(guān)鍵的因數(shù)。如果假定可以設(shè)計(jì)系統(tǒng)以使得線圈偏移永遠(yuǎn)不會大于r/2，那么在無線充電 或功率傳輸系統(tǒng)中，可以設(shè)計(jì)系統(tǒng)以使得在該最大可能的偏移時(shí)的所傳輸?shù)墓β实扔诨虼?于所需的最大的所傳輸?shù)墓β省＠?，如果圖35呈現(xiàn)了在給定特定的線圈類型、尺寸和結(jié)構(gòu)以及開關(guān)電路(FET) 和電路設(shè)計(jì)時(shí)的可能的最大功率傳輸，那么取決于線圈之間的偏移，假定線圈偏移總是小 于或等于r/2，3W或更多的功率可被傳輸。對于必須要供給設(shè)備調(diào)節(jié)后的恒定功率的電源 應(yīng)用中，使用輸出功率的調(diào)節(jié)或向充電器或電源的反饋來改變頻率或占空比等，以保持功 率恒定，這可以確保輸送至設(shè)備的所接收的功率與線圈之間的偏移無關(guān)。例如在這種情況 中，使用調(diào)壓，可以確保高達(dá)3W的最大功率可被提供至負(fù)載，而與線圈的偏移(高至最大可 允許偏移-這里假定為r/2)無關(guān)。在這種情況中，3W對大多數(shù)移動(dòng)設(shè)備(移動(dòng)電話，照相 機(jī)，藍(lán)牙頭戴式設(shè)備等)來說是足夠的。再一次，應(yīng)注意在所有情況中，由于偏移(在可能 偏移值的范圍內(nèi))和功率的調(diào)節(jié)(如果通過改變占空比等在充電器或電源中執(zhí)行)對于效 率沒有大的影響，所以系統(tǒng)整體效率保持高。使用層來實(shí)現(xiàn)位置無關(guān)性從上面的討論，如果找到總是將充電器或電源與接收器線圈之間的偏移保持在等 于或小于r/2的方法，則可以實(shí)現(xiàn)高效率以及位置無關(guān)性的目標(biāo)。在邊長=r的六邊形螺 旋的情況下，最大直徑為2r (與半徑為r的圓類似)。因此對于給定的邊長=r的六邊形， 保持了同樣的關(guān)系。如這里所描述的那樣，提出了多個(gè)實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的方法。圖36示出了使用線圈鑲嵌來覆蓋墊的表面區(qū)域的實(shí)施例。電路可包括檢測接收 器線圈的存在的裝置以啟動(dòng)恰當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)器從而提供功率。這里將驅(qū)動(dòng)和檢測電路以及其他 電子裝置示出為位于線圈區(qū)域的周圍的元件，但其也可以位于任何位置。也示出了近似的 有效區(qū)域。如果接收器線圈的中心放置在有效區(qū)域內(nèi)的任何位置，則接收器將在充電器或 電源中僅有一個(gè)恰當(dāng)?shù)木€圈被激活的情況下接收特定的功率。在這里所描述的結(jié)構(gòu)中，每個(gè)線圈由其自身的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)。檢測機(jī)構(gòu)檢測在充 電器或電源線圈頂部或與之鄰近的接收器線圈的存在，并且啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路以給合適的線圈 供電。該檢測機(jī)構(gòu)可為電流檢測機(jī)構(gòu)。每個(gè)線圈驅(qū)動(dòng)電路可以周期性地以恰當(dāng)?shù)念l率開始 驅(qū)動(dòng)線圈，并且電流檢測電路可以監(jiān)測汲取的電流檢測何時(shí)接收器鄰近并從而影響充電器 或電源線圈的電感。以由充電器或電源以及接收器線圈的電感和負(fù)載的電容所確定的合適 的頻率來驅(qū)動(dòng)充電器或電源線圈電路，可提供對于電感的該改變的極高敏感性。附加的驗(yàn)證可通過經(jīng)由線圈交換驗(yàn)證代碼或者通過經(jīng)由墊和將被充電的(多個(gè)) 設(shè)備之間的第二無線數(shù)據(jù)通信鏈路(例如RFID，NFC，WiFi等)的信息的交換來獲得。代碼 交換也可向充電器或電源提供關(guān)于必要的電壓、功率、溫度或其他診斷信息的信息以實(shí)現(xiàn) 可靠的充電。圖36中示出了近似的有效區(qū)域。所示的有效區(qū)域內(nèi)的任何點(diǎn)具有這樣的屬性其 中心在該區(qū)域內(nèi)而放置的接收器總是在至少一個(gè)充電器或電源線圈的中心的半個(gè)寬度或
35更小的距離內(nèi)。如果設(shè)計(jì)系統(tǒng)以使得在任何給定的激活的線圈的中心的半個(gè)寬度之內(nèi)移動(dòng) 接收器線圈最少提供所需要的最大輸出(即先前的示例中的3W)，則有效區(qū)域具有這樣的 特性僅一個(gè)合適的充電器或電源線圈被激活時(shí)，中心位于該區(qū)域內(nèi)的任何地方的接收器 線圈可接收到所需的最大輸出功率或更多。對于圖36中所示的包括位于三個(gè)層中的75個(gè)邊長=r的六邊形線圈的結(jié)構(gòu)來 說，有效區(qū)域大約為Ur寬以及6mr高，其中mr為六邊形的最小半徑=Jr。總面積大 約是62r。根據(jù)一實(shí)施例，覆蓋效率(CE)被定義為以線圈半徑(對于圓形線圈)或邊的長 度(對于六邊形線圈)為單位的有效面積除以所使用的線圈數(shù)量。在該示例中CE 0. 83?？紤]一示例，可將實(shí)現(xiàn)足夠的輸出功率的接收器和充電器或電源線圈之間最大偏 移取為線圈的半個(gè)寬度(假定為對稱線圈)。使用具有不同寬度或半徑(在圓形線圈的情 況下)或其他結(jié)構(gòu)的線圈將會改變該值。具有放置在彼此的頂部的PCB線圈和繞線式線圈 的混合式線圈顯示具有作為充電器或電源和接收器線圈之間的偏移的函數(shù)的、更平坦的功 率傳輸效率曲線。用于這里討論的實(shí)施例的一般的結(jié)果以及操作原理是有效的，而無論使 用何種線圈、結(jié)構(gòu)、或調(diào)節(jié)以允許對充電器或電源/接收器線圈偏移的更大(或更小)的不 敏感性。對于本文件的余下部分，一般地描述了以下實(shí)施例在所傳輸?shù)墓β首兊眯∮谄?望的最大傳輸?shù)墓β手抵?，使用充電器或電源線圈的半個(gè)寬度作為充電器或電源與接收 器之間的最大允許偏移。圖36中所示的配置中的檢測和控制機(jī)構(gòu)可在多個(gè)驅(qū)動(dòng)電路之間被共享，從而減 少部件數(shù)量或者該機(jī)構(gòu)可與每個(gè)驅(qū)動(dòng)部分集成。也可使用多個(gè)其他的如磁性、光學(xué)或電容 傳感器的檢測機(jī)構(gòu)。圖37示出了可替代的實(shí)施例，其中可通過使用IXN電氣或電子開關(guān)而減少驅(qū)動(dòng) (和檢測)電路的數(shù)量。在該實(shí)施例中，多個(gè)(N個(gè))線圈連接到IXN開關(guān)，該IXN開關(guān)的 另一側(cè)連接至線圈驅(qū)動(dòng)和檢測電路。開關(guān)周期性地輪流地將每個(gè)線圈切換至線圈驅(qū)動(dòng)和檢 測電路。一旦檢測到與一個(gè)充電器或電源線圈鄰近的恰當(dāng)?shù)慕邮掌骶€圈，該線圈可進(jìn)一步 詢問以驗(yàn)證可充電設(shè)備的鄰近，并且隨后開始對該設(shè)備充電或供電。該設(shè)計(jì)的一個(gè)缺點(diǎn)是由于每個(gè)驅(qū)動(dòng)電子模塊最多只可連接至每個(gè)區(qū)塊中的N個(gè) 線圈中的一個(gè)線圈，所以放置在該區(qū)塊中的2個(gè)不同線圈上的兩個(gè)設(shè)備不能同時(shí)被供電或 充電。實(shí)際上，由于將被充電的每個(gè)設(shè)備將覆蓋表面上的一定量的區(qū)域，所以通過恰當(dāng)?shù)膭?分墊并且選擇充電器或電源和接收器線圈的尺寸，可最小化該效應(yīng)的影響。對于N = NC(即墊中的線圈的數(shù)量)的極端的情況，可使用單個(gè)驅(qū)動(dòng)和檢測電子 模塊以對墊中的任何線圈進(jìn)行監(jiān)測和供電，由此極大地簡化充電器或電源的架構(gòu)和潛在成 本。但是，在任何給定的時(shí)間，僅一個(gè)接收器線圈，并且因而僅一個(gè)設(shè)備可被供電或充電。 IXN開關(guān)的期望的特性為·低導(dǎo)通電阻這將減少在開關(guān)處以熱量的形式浪費(fèi)的功率?！じ唠娏魅萘繉τ诠β食潆姂?yīng)用，取決于將被充電的應(yīng)用和設(shè)備，在導(dǎo)通狀態(tài)中 可承載0. 5A或更高，直到幾安培的電流?！じ呖煽啃蚤_關(guān)的失效將致使相關(guān)的區(qū)塊的故障。幸運(yùn)地，IXN開關(guān)的開關(guān)速度對于該應(yīng)用并不是關(guān)鍵的。例如，如果期望墊具有1
36秒的響應(yīng)時(shí)間(墊用以檢測設(shè)備并開始充電的時(shí)間)，則開關(guān)必須能夠在1/N秒(忽略用于 可以極為快速的檢測和控制電路工作的時(shí)間)以下的時(shí)間內(nèi)斷開并且建立新的連接。作為 一個(gè)示例，對于N = 10，該開關(guān)斷開和連接時(shí)間在100msec以下，這是非?？赡軐?shí)現(xiàn)的。對 于更長的響應(yīng)時(shí)間來說甚至更低的開關(guān)速度也是可接受的。根據(jù)一實(shí)施例，IXN開關(guān)可由電子電路或SPDT或DPDT IC開關(guān)、繼電器、M0SFET、 或微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。也可采用其他用于切換的方法。作為用于該應(yīng)用的IC開關(guān)的一個(gè)示例，該應(yīng)用中可使用具有80πιΩ的較低Rds的 一系列單刀雙擲(SPDT)開關(guān)。SPDT的一個(gè)示例可以Quad(四開關(guān))封裝獲得，并且能夠承 載500mA，其對于大多數(shù)的低功率應(yīng)用來說是足夠的。如果期望更大電流承能力，則可使用 并聯(lián)的兩個(gè)或更多的開關(guān)。該特定IC還并入提供系統(tǒng)的額外安全特性的過電流、短路以及 溫度傳感電路?？赏ㄟ^連接多個(gè)這樣的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)IXN開關(guān)。根據(jù)一實(shí)施例，充電墊的表面被劃分為區(qū)塊，其中在每個(gè)區(qū)塊內(nèi)，生成接收器線圈 的中心被放置在其中以接收功率的重要的(significant)有效區(qū)域。圖38示出了布置三線圈層PCB以提供在任何給定時(shí)間僅使用一個(gè)被供電的線圈 來在一區(qū)域內(nèi)提供均勻功率的集簇的情況。在該情況中，對于七個(gè)線圈的總數(shù)來說，層1包 括圍繞一個(gè)中心線圈布置的六個(gè)線圈。第二和第三層包括總共六個(gè)線圈。在三層PCB上總 計(jì)存在19個(gè)線圈。圖39示出了布置線圈以使得如果恰當(dāng)?shù)某潆娖骰螂娫淳€圈被激活，則通過僅對 集簇中的一個(gè)線圈供電，中心處于有效區(qū)域中的任何位置中而放置的任何接收器線圈(用 于接收器)接收指定的功率。當(dāng)三層堆疊在一起時(shí)，從上面看，結(jié)構(gòu)如圖39中所示。如上 所述，示出的有效區(qū)域內(nèi)的任何點(diǎn)具有以下屬性其中心在該區(qū)域內(nèi)而放置的接收器線圈 總是在至少一個(gè)充電器或電源線圈的中心的半個(gè)寬度內(nèi)。因此，在僅一個(gè)合適的充電器或 電源線圈被激活時(shí)，它可接收必要的最小功率或更多功率。對于圖38中所示的具有十九個(gè)不同的線圈的情況，五個(gè)上述的四SPDT芯片可提 供必要的開關(guān)能力以允許單個(gè)的驅(qū)動(dòng)和檢測電路檢測每個(gè)線圈鄰近存在或不存在接收器 線圈。根據(jù)一實(shí)施例，該順序可為·設(shè)置開關(guān)以使得被示出為圖38中的(1，1)的層1中的線圈1與類似于圖34的 左側(cè)(即圖34中的充電器或電源)的切換和檢測電路連接。-MCU1向FET驅(qū)動(dòng)器提供命令以開始切換線圈?？蓪⒄伎毡仍O(shè)置為很低以在任何 潛在鄰近的接收器線圈中產(chǎn)生低電壓。 如果接收器線圈鄰近，則其開始從充電器或電源線圈中汲取功率。這可通過充電 器或電源中的電流檢測電路中汲取的比通常更高的電流而被檢測到。·另外，充電器或電源和接收器線圈可交換代碼以確認(rèn)具有合適電路的有效設(shè)備 或電池鄰近和被驗(yàn)證?！ご藭r(shí)，流經(jīng)檢測電路的電流量被MCUl數(shù)字化并且被存儲在它的存儲器中。 可替代地，接收器電路可注意正在被接收的電壓或功率的量，并且將其報(bào)告回到 充電器或電源。該信息可通過由MCU2調(diào)制接收器電路的輸入阻抗而被編碼。該信息隨后 由充電器或電源檢測電路檢測到，并且由MCUl數(shù)字化并且儲存?！そ肍ET驅(qū)動(dòng)器并從而關(guān)斷FET。
·開關(guān)被配置為將驅(qū)動(dòng)和檢測電路連接至下一個(gè)線圈(在該示例中為線圈(1， 2)).·執(zhí)行命令2至8，直到所有的線圈都已經(jīng)被激活和測試過。-MCU1比較接收到的值以檢測電流并且確定哪個(gè)線圈在導(dǎo)通時(shí)具有最高的檢測電 流。這是與接收器線圈最接近的充電器或電源線圈。如果實(shí)施用于通過交換代碼來確認(rèn)有 效的接收器的附加電路，則最接近的線圈還必須通過該測試?！?dǎo)通合適的線圈并且開始充電。在開始充電之前可執(zhí)行附加的驗(yàn)證?！とQ于系統(tǒng)架構(gòu)，在開環(huán)或閉環(huán)中持續(xù)充電直到達(dá)到充電結(jié)束。可由MCU2向充 電器或電源指示該結(jié)束，或通過正在被汲取的電流的量的變化在充電器或電源檢測電路中 檢測該結(jié)束。取決于期望的特征以及成本/性能權(quán)衡，可決定對于每集簇使用2個(gè)或更多的驅(qū) 動(dòng)和檢測電路以及較少數(shù)量的開關(guān)。圖40示出了將所需開關(guān)的數(shù)量減少至3個(gè)以切換圖39中的20個(gè)線圈中的任何 線圈的配置。第一開關(guān)將Vc連接至三層中的一層中的每一個(gè)線圈上的端口中的一個(gè)(螺 旋線圈的外部或內(nèi)部觸點(diǎn))。如圖所示，來自不同層的三個(gè)線圈的組的其他端口連接在一起 并且被輸入至開關(guān)2和3中。開關(guān)2和3的輸出連接在一起，并且被連接至FET以進(jìn)行切 換。中心線圈(1，7)由其自身連接至開關(guān)的極。由于該線圈位于中心，所以它通常是接收 器線圈最可能鄰近的線圈。將圖40與圖34比較，示出了通過使用該方案，系統(tǒng)中的線圈的 任何一個(gè)可通過由FET驅(qū)動(dòng)的開關(guān)連接。取決于所涉及的成本/性能權(quán)衡，通過圖40所示的方案減少開關(guān)的數(shù)量可能是有 利的。這樣的方案還可以用于在更大陣列中減少開關(guān)的數(shù)量。例如，包括75個(gè)線圈的圖36 中的陣列將需要19個(gè)四SPDT IC來實(shí)現(xiàn)。但是，通過使用一個(gè)開關(guān)來選擇三層中的一層以 及使用7個(gè)開關(guān)來選擇每層中的25個(gè)線圈中的一個(gè)，可以利用總共8個(gè)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)同樣的結(jié)果。隨著切換層的進(jìn)一步級聯(lián)，可能進(jìn)一步減少該數(shù)量。但是，必須注意，切換層的級 聯(lián)增加了沿著充電器或電源線圈的電流路徑的串聯(lián)電阻，這是不期望的。在上述給出的示例中，示出了對于圖34中線圈之前的A點(diǎn)的切換。但是，為了該 目的，也可使用B點(diǎn)。相關(guān)的電子元件示出在線圈的周圍，但是也可位于其他位置。圖41示出了多充電器或電源墊，其并入了四個(gè)在圖39中示出的集簇。將被充電 或供電的設(shè)備將必須這樣放置以使得接收器線圈的中心位于集簇或區(qū)塊中的一個(gè)中的有 效區(qū)域中的一個(gè)內(nèi)。作為示例，如果集簇由邊長為r的六邊形構(gòu)成，則產(chǎn)生在集簇的中心的 最大直徑為5r的六邊形有效區(qū)域。利用19個(gè)線圈實(shí)現(xiàn)的有效區(qū)域 19r給出覆蓋效率= 有效區(qū)域(以線圈半徑或邊長為單位)/線圈的數(shù)量=1。對于典型的r = 0.625"邊長的線圈，這導(dǎo)致3. 125"的最大直徑?？稍诔潆娖骰?電源墊的表面上標(biāo)注這樣的幾乎圓形的、直徑超過3"的有效區(qū)域，并且允許使用者容易地 將位于例如照相機(jī)、移動(dòng)電話、電池、游戲機(jī)等的移動(dòng)設(shè)備內(nèi)(或者之上)的接收器線圈放 置在恰當(dāng)?shù)奈恢靡赃M(jìn)行充電，而無需很多的對準(zhǔn)和努力。圖41中示出的配置中的每個(gè)集簇 可具有它們自己的線圈驅(qū)動(dòng)和檢測電路，或通過多路復(fù)用開關(guān)共享該電路。
通過這種方式，開發(fā)出了用于在每個(gè)充電區(qū)域(S卩，區(qū)塊)中提供大的有效區(qū)域并 同時(shí)保持高的功率傳輸效率的實(shí)際系統(tǒng)。顯著的優(yōu)點(diǎn)也是可實(shí)現(xiàn)對多個(gè)設(shè)備同時(shí)充電。應(yīng)當(dāng)注意，充電器或電源線圈可被設(shè)計(jì)為比接收器線圈大。通過這樣做，可以獲得 甚至更大的有效區(qū)域以及對接收器線圈的放置的不敏感性。有效區(qū)域具有3r的最大直徑。 可構(gòu)建線圈圖樣的其他組合以利用多個(gè)線圈實(shí)現(xiàn)局部位置無關(guān)性。圖42示出了具有2個(gè)3線圈層以及一個(gè)中心線圈(總共7個(gè)線圈)的集簇，其能 夠產(chǎn)生3r的有效區(qū)域。實(shí)際上，這樣的區(qū)域?qū)τ诤芏鄳?yīng)用是足夠的。注意雖然在這些附圖 中的許多中示出六邊形線圈，但是可以組合六邊形和/或圓形的組合、或其他形狀以提供 最佳的效率/位置無關(guān)性能。相似地，接收器的尺寸和形狀可為非六邊形的。例如，在圖42中，中心和接收器線圈可替代地為圓形(螺旋線圈)，并且中心充電 器或電源線圈是接收器線圈最有可能位于其上的充電器或電源線圈。如果接收器線圈放置 于任何其他位置，則一六邊形線圈是最靠近的線圈并且被供電。根據(jù)其他實(shí)施例，圖16中 的中心線圈可比接收器線圈大，并且覆蓋大部分的近中心的(likely central)區(qū)域。余下 的線圈僅當(dāng)接收器被放置在極為外部的位置時(shí)才將被使用。必須注意，前述描述了當(dāng)線圈中心偏移半個(gè)半徑時(shí)所傳輸?shù)墓β式档椭量山邮艿?等級的情況。實(shí)際上，該值可能不同，并且通過使用線圈圖樣以及尺寸的組合以及所傳輸?shù)?功率的調(diào)節(jié)，可維持橫跨一區(qū)域的均勻的功率傳輸。雖然上面已經(jīng)討論了 IC切換元件的使用，但其他例如MEMS、繼電器等的切換機(jī)構(gòu) 也可被使用來實(shí)現(xiàn)該結(jié)果。根據(jù)其他實(shí)施例，可通過在線圈層之下產(chǎn)生可變形的層以作用 為開關(guān)來實(shí)施切換。這里討論的每個(gè)螺旋形線圈具有2個(gè)端口，其中一個(gè)位于線圈起始的 外側(cè)直徑處，另一個(gè)位于線圈終止的中心處。圖43示出了六邊形線圈的鑲嵌，其中每個(gè)線圈的中心端口被示出為圓形。根據(jù)一 實(shí)施例，3層中的所有線圈的端口中的一個(gè)(在該情況下為外側(cè)端口)連接到一個(gè)公共點(diǎn)， 這里稱為P1。圖42的鑲嵌圖樣中的每個(gè)線圈的其他端口(這里示出為位于中心的一個(gè)) 通過通孔下連于多層PCB的底部處的公共層上，并且與具有一定表面面積的銅墊連接。圖 44中示出了從上向下看的圖樣(與圖43相同的一側(cè))。圖44示出了從同一側(cè)看的頂視圖。墊的側(cè)視圖集成了 MEMS開關(guān)以用于與單獨(dú)的 線圈接觸墊接觸。在早前的美國專利申請11/669，113中，描述了使用放置在感應(yīng)充電器或電源的 PCB線圈的中心以及接收器線圈的中心的吸引磁體來便利地將該兩部分對準(zhǔn)和居中。這樣 的技術(shù)用在充電器或電源中以用于移動(dòng)設(shè)備或電池的對準(zhǔn)。根據(jù)本實(shí)施例，在柔性材料薄膜上生成利用與圖44的上部示出的線圈端口圖樣 類似的、并且都連接至共同點(diǎn)(這里稱為P2)的導(dǎo)電墊來形成圖樣的平面導(dǎo)電層或?qū)щ姴?線(trace)。用于該柔性薄膜的材料的示例是聚脂薄膜、聚酰亞胺、例如Kapton等的柔性 PCB材料、或塑料。在每個(gè)墊的中心，小的磁體或鐵磁材料附著在薄膜的另一側(cè)。可替代地， 沉積鐵磁材料的層并且將其形成為具有與圖45上部類似的圖樣，以使得僅保留具有類似 于PCB端口墊的圖樣的材料。該柔性薄膜附著在PCB的底部，以使得通過一分隔物(spacer) 產(chǎn)生位于薄膜頂層與PCB底部之間的小空隙。MEMS充電器或電源墊的側(cè)視圖在圖44中示 出ο
在圖44的底部中示出的整個(gè)封裝具有兩個(gè)電連接點(diǎn)。一個(gè)來自于PCB、稱為Pl的 連接點(diǎn)與PCB的3層中的所有線圈的端口中的一個(gè)(在該情況中為邊緣端口)連接。另一 連接是連接至柔性薄膜上的公共墊。這稱為P2。從圖34可看出，整個(gè)封裝可被作為Ll處 理，并且連接Pl至該電路中的點(diǎn)A，并且連接P2至點(diǎn)C。通常地，沒有線圈中心端口連接至柔性薄膜上的接觸墊，因而該電路不完整。如果 具有附著至其PCB線圈背面的磁體并且該磁體具有正確的磁極方向的接收器線圈被放置 到墊鄰近，它朝其自身吸引位于最近的充電器或電源線圈中心的以及位于柔性薄膜底部的 磁體或者具有圖樣的鐵磁層。這導(dǎo)致了柔性薄膜上的頂部導(dǎo)電層與合適的線圈的中心端口 接觸，并且閉合電路。通過這種方式，電流可僅流經(jīng)該合適的線圈并且隨后將其激活。根據(jù)一實(shí)施例，為了避免PCB底部的接觸墊以及柔性薄膜觸點(diǎn)的氧化，這些表面 通過在銅的頂部沉積例如金或者其他材料的附加層而得到保護(hù)。在PCB制造中經(jīng)常使用這 樣的工藝來保護(hù)暴露的觸點(diǎn)。另外，PCB墊封裝可被密封以避免觸點(diǎn)上的灰塵污染。另外， 可用例如氮的惰性氣體來填充內(nèi)部的體積。通過優(yōu)化接觸墊的表面面積以及柔性薄膜觸點(diǎn)面積和材料組成，可獲得低接觸阻 抗。將優(yōu)化的其他參數(shù)是磁體或磁性材料的面積以及所使用的材料的類型。通過示例的方式提供上述配置。根據(jù)其他實(shí)施例，可能以不同的方式連接組件或 放置于具有不同的配置的外部驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)以實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果。也使用了 3層板來描述該方 法。也可實(shí)施具有1層或2層的更簡單的構(gòu)造、或在不同層中的線圈具有不同的功能或尺 寸并且提供不同的功率等級的配置。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于1-高效率對于高線圈重疊，僅激活合適的線圈。2-位置無關(guān)性接收器線圈可被置于其中心位于有效區(qū)域中的任何位置并且實(shí) 現(xiàn)所指定的功率傳輸。3-低成本墊不使用任何用于與合適的線圈連接的IC切換元件。如上所述，根據(jù)一實(shí)施例，圖44中的整個(gè)封裝在圖34的電路中的點(diǎn)A和C之間連 接。在此更詳細(xì)地描述系統(tǒng)的操作的一個(gè)示例-MCU1向FET驅(qū)動(dòng)器提供命令以周期性的開始切換線圈?？蓪⒄伎毡仍O(shè)置為很低 以在任何潛在的鄰近接收器線圈中產(chǎn)生低電壓。·通常地，沒有線圈連接到圖34中的C點(diǎn)。因此，電流檢測電路中沒有檢測到電流?！と绻邮掌骶€圈被置于墊之上，它將導(dǎo)致合適的充電器或電源線圈的中心端口 接觸柔性薄膜上的墊，從而合適的線圈與圖34中的點(diǎn)A和C接觸。 接收器線圈開始從充電器或電源線圈汲取功率。這可被檢測為充電器或電源中 的電流檢測電路中比正常汲取的電流更高的電流。·另外，充電器或電源和接收器線圈可交換代碼以確認(rèn)具有合適電路的有效設(shè)備 或電池位于附近并且被驗(yàn)證。· 一旦MCUl確定合適的接收器線圈位于墊之上并且準(zhǔn)備好汲取功率，F(xiàn)ET被導(dǎo)通 并且充電開始。可執(zhí)行附加的驗(yàn)證。·取決于系統(tǒng)架構(gòu)，在開環(huán)或閉環(huán)中持續(xù)充電直到達(dá)到充電結(jié)束?？捎蒑CU2向充 電器或電源指示該結(jié)束，或通過正在被汲取的電流的量的變化在充電器或電源檢測電路中檢測該結(jié)束。上面提供的說明描述了當(dāng)通過磁性吸引MEMS開關(guān)被激活時(shí)所發(fā)生的情況。根據(jù) 一些實(shí)施例，可設(shè)計(jì)開關(guān)以使得開關(guān)由于靜態(tài)吸引力、壓力、溫度變化或其他機(jī)制在合適的 位置閉合。在上述的MEMS系統(tǒng)中，接收器線圈中的盤狀(disk)或其他磁體吸引附著于或沉 積于柔性薄膜之下的磁體或具有圖樣的鐵磁層，從而將在合適的充電器或電源線圈下方的 觸點(diǎn)靠近FET。但是，在其他實(shí)施例中，也可在接收器線圈中間部分使用鐵磁層(在PCB的 前方、其背面上或與之分離的層)，和使用永磁體或在柔性層薄膜后面沉積或?yàn)R射等被永久 磁化的具有圖樣的鐵磁層。通過這種方式，充電器或電源墊將包括對應(yīng)于線圈中心的多個(gè) 磁性點(diǎn)。當(dāng)鐵磁材料鄰近墊放置時(shí)，恰當(dāng)?shù)木€圈被激活。為了避免放置于墊上的金屬物體 導(dǎo)致的誤啟動(dòng)，可使用如上所述的二級驗(yàn)證技術(shù)，所述二級驗(yàn)證技術(shù)在一些實(shí)施例中包括 在充電器或電源和接收器線圈之間交換代碼?？墒褂玫慕饘俚氖纠秊镹i、Fe、Co或多種通常使用的合金。這些可通過例如濺射、 蒸發(fā)、電子束、電鍍等的多種方式被沉積在柔性薄膜上。圖44中所示的系統(tǒng)主要地被設(shè)計(jì)為利用單個(gè)FET操作并且允許在墊的某位置上 對單個(gè)設(shè)備充電。如果兩個(gè)設(shè)備被放置在墊上并且2個(gè)線圈被連接至墊，則傳輸?shù)墓β士?能不能達(dá)到全額規(guī)定功率，并且在充電期間可能不清楚是哪個(gè)設(shè)備正在發(fā)送或接收控制信號。根據(jù)一實(shí)施例，為了克服這些問題，使用分塊的墊，其中充電器或電源線圈的集簇 被附著至單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)和檢測電路，并且這些集簇彼此獨(dú)立。X-Y區(qū)域被劃分為區(qū)塊(在該情況中示出了 4個(gè))，在每個(gè)區(qū)塊中的一個(gè)線圈可由 用于該區(qū)塊的恰當(dāng)?shù)腇ET和檢測電路驅(qū)動(dòng)。上部PCB的底層處的接觸墊的圖樣。每個(gè)墊 連接至上述3層中的一層中的線圈的中心端口。在這里示出其頂視圖。下部集成了用于 接觸單個(gè)的線圈接觸墊的MEMS開關(guān)的墊的側(cè)視圖。邊緣處的分隔物以及區(qū)塊區(qū)域的壁使 得柔性薄膜與PCB的底層保持預(yù)定距離。圖45示出了根據(jù)一實(shí)施例的分塊的MEMS充電器或電源墊的結(jié)構(gòu)。包括多個(gè)線圈 的每個(gè)區(qū)塊連接至不同的驅(qū)動(dòng)器和檢測電路的點(diǎn)A和C。由此，放置在每個(gè)區(qū)塊內(nèi)的設(shè)備可 由它們自身的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)并且是獨(dú)立的。通過這種方式，多個(gè)(在該示例為4個(gè))設(shè)備可 被同時(shí)充電或供電。圖45中，額外的分隔物被放置在區(qū)塊的分界處。這些分隔物可幫助保持柔性薄膜 /PCB空隙恒定以及柔性薄膜的操作沿著X和Y方向均勻?？墒褂弥性赑CB和柔性薄膜層之 間在X-Y平面上散布的這樣的分隔物，而不考慮墊是否被電氣地分塊。根據(jù)一些實(shí)施例，這里所描述的MEMS開關(guān)方法也可應(yīng)用于圖41中所示的集簇結(jié) 構(gòu)中或者任何其他結(jié)構(gòu)中。導(dǎo)電性多充電器或電源表面如上所討論的，根據(jù)一些實(shí)施例，用于對位于同一充電器或電源表面的多個(gè)設(shè)備 充電或供電的另一個(gè)方法為將多個(gè)連接器點(diǎn)或條(strip)并入在墊中。使用者可將具有合 適的連接器的設(shè)備置于墊上或類似的物體上，并且通過墊上的匹配觸點(diǎn)接收功率。圖46示 出了該方法的總圖。在該方法中，一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)的電源與充電器或電源墊連接。墊包括暴露的連接器中的觸點(diǎn)或條的陣列。圖47示出了墊表面上的觸點(diǎn)陣列。在圖47中，每個(gè)位置包括電壓和地觸點(diǎn)。在該圖中，連接器被示出為類似于墊圈(washer)的凹入的圓形，其中一個(gè)觸點(diǎn)在中間，而另 一觸點(diǎn)在圓形的體內(nèi)或外側(cè)?？墒褂闷渌B接器結(jié)構(gòu)。具有在其底部或在用于銷售后市場應(yīng)用的插接單元中的合適的匹配連接器的設(shè) 備可被放置在墊上，并且如果被放置在觸點(diǎn)中的一個(gè)上，設(shè)備上的連接器與墊觸點(diǎn)形成合 適的接觸。根據(jù)一實(shí)施例，充電器或電源墊的表面上的連接器連接至多個(gè)開關(guān)，該多個(gè)開關(guān) 通過如圖46中所示的開關(guān)陣列連接至所示的調(diào)節(jié)的電源和檢測電路。MCUl周期性的導(dǎo)通 調(diào)節(jié)的電源中的一個(gè)。設(shè)置開關(guān)以使得與墊中的觸點(diǎn)中的2個(gè)觸點(diǎn)連接。檢測電路檢測任 何可能的電流流動(dòng)。如果檢測到電流流動(dòng)，則系統(tǒng)可通過接觸接收器中的MCU2來進(jìn)行的信 息交換來驗(yàn)證有效的接收器的存在。如果沒有電流被汲取或驗(yàn)證過程失敗，則MCUl將電源 重連接至下一個(gè)觸點(diǎn)位置。通過周期性地掃描整個(gè)墊，可建立用于充電或供電的與墊上多 個(gè)設(shè)備的接觸。示出了可用于保護(hù)免受反向電壓的二極管D1，用于濾除調(diào)節(jié)后電源輸出端 上的任何潛在的噪聲的電容(Cl)，以及用于使得能夠進(jìn)行充電器或電源和接收器之間的通 信的MCU2。接收器還可并入電壓調(diào)節(jié)器以提供恒定的電壓(或可接受的操作范圍內(nèi)的電 壓)至MCU2。該電壓調(diào)節(jié)器僅提供對此必要的低功率并且不在主功率進(jìn)入電池的路徑中。 由該調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的功率損失很小，這是由于其功率很低并且不太影響整體系統(tǒng)效率。它主 要用于在啟動(dòng)或其他變動(dòng)期間保持MCU活動(dòng)，以維持充電器或電源的通信。但是，這些組件 是可選的，并且取決于使用的架構(gòu)也可以不存在這些組件。這里提供的描述并不依賴于這 些組件的使用而進(jìn)行操作。如果所有位置的地(通過檢測電路)觸點(diǎn)連接于一起，那么可取消開關(guān)陣列2。在 解釋電流檢測值時(shí)，必須小心地解釋所接收的信號，因?yàn)樗鲭娏鳈z測值是來自所有被充 電的設(shè)備的電流的總和。用于感應(yīng)情況下的上述討論的開關(guān)配置可被修改并且也被用于這種類型的導(dǎo)電 切換。另外，上述示出的基于MEMS的方法可應(yīng)用于該應(yīng)用。在圖48中示出了使用導(dǎo)電的通用充電墊的實(shí)施例。在該情況中，每個(gè)位置的觸點(diǎn) 中的一個(gè)(例如，地觸點(diǎn))通過墊連接到一起，并且被連接至合適的位置(在該情況中為通 過檢測電路連至地)。其他觸點(diǎn)通過充電或電源表面被連至表面的底部并且形成接觸墊。上部在連接器下的層處的接觸墊的圖樣。每個(gè)位置的觸點(diǎn)中的一個(gè)(例如，地觸 點(diǎn))通過墊連接到一起，并且被連接至合適的位置(在該情況中為通過檢測電路連至地)。 下部集成了用于使單獨(dú)的觸點(diǎn)與電源接觸的MEMS開關(guān)的墊的側(cè)視圖。邊緣處的分隔物使 柔性薄膜與PCB的底層之間保持預(yù)定距離。根據(jù)一實(shí)施例，在柔性材料薄膜上生成Iiyong與圖48的上部示出的充電器或電 源表面觸點(diǎn)圖樣類似的、并且都連接至共同點(diǎn)(這里稱為P2)的導(dǎo)電墊形成圖樣的平面 導(dǎo)電層或?qū)щ姴季€(trace)。用于該柔性薄膜的材料的示例是聚脂薄膜、聚酰亞胺、例如 Kapton等的柔性PCB材料、或塑料。在每個(gè)墊的中心，小的磁體或鐵磁材料附著在薄膜的另 一側(cè)?？商娲兀练e鐵磁材料的層并且將其形成為具有與圖47上部類似的圖樣，以使得 僅保留具有類似于充電器或電源表面墊圖樣的圖樣的材料。該柔性薄膜附著在充電器或電 源表面的底部，以使得通過一分隔物(spacer)產(chǎn)生位于薄膜頂層與充電器或電源表面的底部之間的小空隙。圖48示出了 MEMS導(dǎo)電性充電器或電源墊的側(cè)視圖。使用MEMS導(dǎo)電性充電器或 電源墊消除了對于開關(guān)陣列的需求。根據(jù)一實(shí)施例，在圖48的下部示出的整個(gè)封裝具有兩個(gè)電連接點(diǎn)。一個(gè)來自于上 表面、稱為Pl的連接點(diǎn)與充電器或電源表面上的全部連接器位置的連接器點(diǎn)中的一個(gè)(在 該情況中為地)連接。另一連接是連接至柔性薄膜上的公共墊。這稱為P2。，并且與電路中 的其他位置連接。例如，對于這里所討論的結(jié)構(gòu)，Pl可連接至圖49中的點(diǎn)B，并且P2連接 至點(diǎn)A。圖49是具有多個(gè)調(diào)節(jié)的電源的充電器或電源墊的總的框圖。這里所討論的情況和圖48中的墊使得能夠?qū)⒁粋€(gè)調(diào)節(jié)后電源連接至一個(gè)或多個(gè) 放置在墊上的設(shè)備。但是，在多個(gè)設(shè)備在墊上的情況中，設(shè)備的電壓特性將必須與第一個(gè)相 同，并且從電源中汲取的功率的總和不能超過電源的最大額定功率(rating)。在下面詳細(xì) 論述更一般化的方法，其中可給不同設(shè)備提供不同的電壓/功率。通常，沒有連接器連接至柔性薄膜上的接觸墊，從而該電路不完整。根據(jù)一實(shí)施 例，如果具有附著在連接器背部或周圍的磁體并且該磁體具有正確的磁極方向的接收器被 放置到充電表面鄰近，則它朝向它自身吸引位于最近的接觸墊中心處并且位于柔性薄膜底 部的磁體或者具有圖樣的鐵磁層。這導(dǎo)致柔性薄膜上的頂部導(dǎo)電層與位于充電器或電源表 面底部的合適的連接器的接觸墊接觸，并且閉合電路。通過這種方式，電流可僅通過合適的 連接器流至接收器電路以及將被充電的設(shè)備中。如上所述，為了避免充電器或電源表面底部的接觸墊以及柔性薄膜觸點(diǎn)的氧化， 這些表面通過在銅的頂部沉積例如金的附加層而得到保護(hù)。這樣的工藝通常用于保護(hù)暴露 的觸點(diǎn)。另外，墊封裝可被密封以避免觸點(diǎn)上的灰塵污染。另外，可用例如氮的惰性氣體來 填充內(nèi)部的體積。通過優(yōu)化接觸墊的表面面積以及柔性薄膜觸點(diǎn)面積以及材料組成，可獲得低接觸 電阻。將優(yōu)化的其他參數(shù)是磁體或磁性材料的面積以及所使用的材料的類型。上部在連接器下的層處的接觸墊的圖樣。每個(gè)位置的觸點(diǎn)中的一個(gè)(例如，地觸 點(diǎn))通過墊連接到一起以形成觸點(diǎn)P1。下部集成了用于使單獨(dú)的觸點(diǎn)與電源接觸的MEMS 開關(guān)的墊的側(cè)視圖。邊緣處的分隔物以及區(qū)塊區(qū)域的壁使柔性薄膜與PCB底層之間保持預(yù) 定距離。柔性薄膜的每個(gè)區(qū)塊中的接觸墊連接在一起以形成每個(gè)區(qū)塊的觸點(diǎn)P2。圖49示出了另一實(shí)施例，其中多個(gè)調(diào)節(jié)后電源給墊提供功率。這可允許同時(shí)對多 個(gè)設(shè)備充電。圖50示出了可替代的實(shí)施例，其使用分塊的表面。該實(shí)施例的操作類似于先前描 述的，除了每個(gè)區(qū)塊的頂部和底部觸點(diǎn)Pl和P2連接至圖49中的B和A中的恰當(dāng)位置以使 得電路閉合時(shí)每個(gè)調(diào)節(jié)后電源連接至充電或電源表面中的一個(gè)區(qū)塊。通過這種方式，置于 每個(gè)區(qū)塊上的設(shè)備可以其所需的電壓和功率等級由調(diào)節(jié)后電源供電。電磁屏蔽電磁干擾(EMI)是任何電子設(shè)備的性能的一個(gè)重要方面。商業(yè)銷售的任何設(shè)備在 從其輻射的功率方面需要遵守不同國家或地區(qū)中的法規(guī)。對于包括多個(gè)線圈和電子開關(guān)和控制電路的感應(yīng)充電器或電源，主要的噪聲源包 括
43
任何來自切換中的FET、驅(qū)動(dòng)器等或檢測和控制電路的潛在的輻射噪聲。該噪聲 可處于比線圈的基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)頻率高的頻率，并且由于該頻率而可從充電器或電源輻射出去。 該噪聲可通過優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路以避免驅(qū)動(dòng)波形中的陡峭邊緣以及相關(guān)聯(lián)的噪聲而被最小化。 來自具有ac信號的銅布線的噪聲。該噪聲也可處于較高的頻率并且從充電器或 電源輻射出去，這些路徑的長度必須被最小化。 來自被切換的線圈的EM輻射。對于這里所描述的在幾百kHz以至幾MHz驅(qū)動(dòng)的 線圈，產(chǎn)生的電磁(EM)場的波長可達(dá)幾百米。給定線圈繞組的長度很小(經(jīng)常為Im或更 小)，所使用的線圈不是EM場的高效遠(yuǎn)場發(fā)射器，并且產(chǎn)生的EM場通常高度被限制在鄰近 線圈表面的位置。來自PCB線圈的磁通圖樣高度被限制在線圈的區(qū)域內(nèi)并且不會從線圈高 效地輻射出去。在設(shè)計(jì)電流路徑時(shí)，以及在FET或其他IC或電子元件的屏蔽可能是必須的一些實(shí) 施例中，必須小心。另外，利用具有較高頻分量的波形來進(jìn)行的線圈的切換引起高頻噪聲。 在上述的任何結(jié)構(gòu)中，在系統(tǒng)中并入導(dǎo)電層和/或鐵磁層能夠?qū)⑼獠凯h(huán)境從任何潛在的輻 射場屏蔽。在PCB中可并入導(dǎo)電層以消除對附加的獨(dú)立的屏蔽層的需求。在上面提供的示例中，3個(gè)線圈層可被并入至PCB層中，而電子元件可放置在PCB 的最低表面以允許在頂部上的扁平的表面，以及允許接收器線圈盡可能地靠近充電器或電 源線圈。示出了在整個(gè)PCB堆疊的底部表面上處的電子元件的位置的一個(gè)可能的布置。在 這種情況中，在上面的一些或全部層中，PCB層可在該圖中示出為黑色的區(qū)域并入銅部分。 通過恰當(dāng)?shù)貙⑦@些部分接地并且在電子元件下面提供附加的導(dǎo)電和/或磁性層，可顯著地 減少EMI。根據(jù)一實(shí)施例，用于最小化PCB中的銅走線的影響的另一方法是將其夾置在PCB 中的導(dǎo)體層之間。在多層PCB中，銅走線以及與所有組件的連接以及線圈可例如位于中間 層，并且與IC或其他層的必要的連接可通過通孔實(shí)現(xiàn)。給定磁通被高度限制在線圈區(qū)域 內(nèi)，包含線圈的層或另一下面的或上面的層可包含覆蓋除由PCB產(chǎn)生磁通的區(qū)域(非常靠 近與線圈的外側(cè)環(huán))之外的實(shí)質(zhì)上連續(xù)的銅層。通過具有兩個(gè)或更多用于屏蔽夾置信號和 電流路徑的導(dǎo)電性PCB層，產(chǎn)生的大部分噪聲可被屏蔽于非常接近于源的地方。由于來自 PCB的噪聲是最小化的并且不輻射，余下的噪聲源、電子裝置、FET等可通過使用具有金屬 外層或外殼的這些設(shè)備來覆蓋該部分而被屏蔽。在上述的任何設(shè)計(jì)中類似類型的明智地在PCB層中并入接地銅層，可顯著地減少 任何潛在的EMI問題，而不需要附加的屏蔽層。圖51示出了歐盟中使用的測量來自產(chǎn)品的輻射的標(biāo)準(zhǔn)。在該情況中，從IOm的距 離處測量產(chǎn)品的輻射。該測試(EN55022)尋找30MHz至IGHz的輻射。在圖中示出了 A級 和B級證書的限制。圖51示出了來自感應(yīng)多充電器或電源墊的輻射的典型的掃描。如上面所討論的， 在基波操作頻率(幾百kHz至幾MHz)的輻射可被自限制在線圈的區(qū)域內(nèi)。但是，更高頻的 噪聲(如30MHz至IGHz的測試范圍)必須被減小以避免對鄰近的其他電子設(shè)備造成干擾。在電子設(shè)備內(nèi)經(jīng)常包括金屬和/或鐵磁層以減少EM輻射。這些層的一個(gè)示例在 美國專利號6，888，438和6，501，364中進(jìn)行了描述。在這些實(shí)例中，在PCB的兩側(cè)形成PCB 線圈，并且鐵磁和銅層置于PCB的每側(cè)以限制來自包括這樣的變壓器的封裝的輻射。
44
頻率選擇性電磁屏蔽根據(jù)在此描述的一些感應(yīng)式通用充電器或電源墊的實(shí)施例，在例如FET等的潛在 的輻射源的區(qū)域包括金屬和/或鐵磁層是可能是有益的。但是，整個(gè)覆蓋充電器或電源墊 封裝以消除逸出的EM場的可能性的方法可能提供益處。給定通過產(chǎn)生振蕩電磁場來操作感應(yīng)式充電器或電源墊，這樣的方法看起來是不 可行的，因?yàn)樗锌赡茏钃踹@樣的場被接收器線圈感應(yīng)。根據(jù)一實(shí)施例，這里描述允許感應(yīng)式墊高效地發(fā)射EM波以進(jìn)行操作、同時(shí)對高頻 EM場進(jìn)行屏蔽的方法。通過利用導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)這樣的操作。趨膚效應(yīng)是交變電流(AC)在導(dǎo)體內(nèi)分布以使得在靠近導(dǎo)體表面的電流密度大于 材料內(nèi)部的電流密度的傾向。即，電流傾向于在導(dǎo)體的“膚層”流動(dòng)。趨膚效應(yīng)導(dǎo)致了導(dǎo)體的有效電阻隨著電流頻率的增加而增加，并且在射頻和微波 電路設(shè)計(jì)中具有實(shí)際的后果。在無限厚的平面導(dǎo)體中的電流密度J隨著距離表面的深度δ而呈指數(shù)下降，如下 所示J = Jse_8"其中d是稱為“趨膚深度”的常數(shù)。它被定義為電流密度衰減至表面的電流密度 的Ι/e(大約0.37)處的導(dǎo)體表面之下的深度。它由以下方程給定其中ρ =導(dǎo)體的電阻率ω =電流的角頻率=2 π X頻率μ =導(dǎo)體的絕對導(dǎo)磁率=μ?！?μ ρ其中μ。是自由空間導(dǎo)磁率，μ ,是導(dǎo)體的相 重要的是應(yīng)注意，d隨著頻率快速地降低。磁和電場在經(jīng)過導(dǎo)體板時(shí)相似地受到 衰減。使用銅的電導(dǎo)率的值(5.8X107Siemens/m)，可計(jì)算通過具有不同厚度的單層銅的吸圖52示出了通過70 μ m至7 μ m的銅層的吸收率。雖然70 μ m的層在感興趣的區(qū) 域(30MHz至IGHz)內(nèi)提供非常高的衰減，但在大多情況下該衰減過多，并且僅在非常多噪 聲的環(huán)境下才需要。如這里所描述的，所傳輸?shù)墓β时徽J(rèn)為經(jīng)過非常薄的導(dǎo)電層。圖53對于多個(gè)厚度示出了銅和鋁(對于99. 99%的鋁，電導(dǎo)率為3. 76X IO7)層的對于這些計(jì)算，應(yīng)當(dāng)包括該層相對于EM場的源的放置位置。在這些計(jì)算中，假定 源在層下的0. 5mm處。這類似于將層基本上直接放置在場源之上。應(yīng)當(dāng)注意，對于非常薄的銅層和鋁層，低至1微米的厚度，可獲得在超過IMHz的頻 率處的非常高的衰減。ι μ m的銅層和鋁層在IO9Hz的處的衰減率分別為32dB和28dB，并 且是相當(dāng)?shù)摹５窃贗MHz或以下的頻率，對于這樣的薄層，在任一材料中的衰減是極小的。 根據(jù)一些實(shí)施例，可利用該行為或特性。
對導(dǎo)磁率收率。
衰減值。
圖54示出了對于在IMHz的入射EM場的通過具有變化的厚度的銅層和鋁層傳輸 的EM功率，所述IMHz為用于這里所述的感應(yīng)式通用充電器或電源的類型的典型操作頻率。 在小于5 μ m厚度的情況下，所傳輸?shù)墓β食^95%。鋁(由于較低的電導(dǎo)率)尤其具有允 許IMHz輻射穿過而沒有很多衰減的寬范圍的厚度。如上所述，在一些這里描述的感應(yīng)式充電器或電源設(shè)備的實(shí)施例中，在充電器或 電源的操作頻率(典型為 IMHz)處產(chǎn)生的EM場，由低效的PCB線圈天線產(chǎn)生并且大部分 被限制在緊鄰線圈的區(qū)域(將由接收器線圈拾取)。但是，通過在該基頻驅(qū)動(dòng)線圈所產(chǎn)生的 任何噪聲(由于元件的非線性、非正弦信號、或在FET或FET驅(qū)動(dòng)器處)或任何在充電器或 電源設(shè)備電流路徑或部件或接收器中的任何其他位置產(chǎn)生的噪聲(包括在接收器整流器 處產(chǎn)生的噪聲)，可具有高得多的頻率的分量。期望能盡可能地抑制這樣的噪聲。根據(jù)一實(shí)施例，可使用覆蓋全部或者部分充電器或電源和/或接收器電路的極薄 的導(dǎo)體(例如銅或鋁、有機(jī)導(dǎo)體、納米技術(shù)材料、納米管或其他材料)層，從而允許期望的低 頻分量(幾MHz或更低)不衰減地通過并同時(shí)嚴(yán)重地衰減更高頻噪聲。根據(jù)一些實(shí)施例， 充電器或電源和/或接收器封裝電路的整個(gè)內(nèi)側(cè)表面或外側(cè)表面或其一部分被覆蓋，從而 實(shí)現(xiàn)選擇性頻率屏蔽，而不劇烈地影響設(shè)備的基本操作。在一個(gè)實(shí)施例中，感應(yīng)式充電器或電源和/或用于這樣的充電器或電源的接收器 的整個(gè)內(nèi)側(cè)或外側(cè)被導(dǎo)體的薄層(15μπι厚或更薄或優(yōu)選地小于5μπι厚)覆蓋。導(dǎo)體可為 上述討論的金屬、金屬合金、有機(jī)、納米技術(shù)的材料、納米管等。在高頻處，這樣的層顯著地 減少了輻射的EM功率(大于20dB或甚至30dB)，同時(shí)允許大部分(> 90% )的基本操作 頻率功率透射過該層。該導(dǎo)電層可直接沉積在部件上。為了避免一些電子裝置或連接器、 觸點(diǎn)的短路，必須首先沉積介電層、漆(paint)或其他材料。可替代地，導(dǎo)電部分可被掩蓋 從而不與EM屏蔽導(dǎo)電層接觸?？赏ㄟ^多種用于不同材料的方式(濺射、蒸發(fā)、電鍍、通過浸泡(dipping)而鍍膜、 Langmuir Blodgett、涂漆等)來沉積該導(dǎo)電材料。近年來，開發(fā)了一種用于在室溫下均勻 地(conformally)用金屬或金屬合金層來鍍膜任何材料的廉價(jià)的方法(Ecoplate)。在該工 藝中，在控制的溫度和速度下的熔化金屬的噴霧在入射時(shí)利用襯底而被瞬時(shí)冷卻，并形成 覆蓋部件的整個(gè)或部分的均勻?qū)?。EM導(dǎo)電屏蔽層也可沉積在如聚合物(例如，聚脂薄膜、聚酰亞胺、聚亞安酯、塑料 等)、橡膠等的襯底上，并且被鍍膜了導(dǎo)電層的聚合體可被應(yīng)用在部件的內(nèi)側(cè)或外側(cè)。防靜 電袋(anti-static bag)是金屬化聚合物材料的一個(gè)示例。對該應(yīng)用通常使用鋁。在另一實(shí)施例中，充電器或電源和/或接收器中的PCB板、電子部件以及線圈被非 導(dǎo)電層(如電介質(zhì)、漆等)覆蓋，并且隨后完全或者局部地被具有合適厚度的導(dǎo)電層覆蓋， 所述導(dǎo)電層直接沉積到板和電子裝置上或間接地通過聚合物或類似的背襯(如上所述)而 沉積。導(dǎo)電材料最優(yōu)的厚度極大的取決于它的電導(dǎo)率。通過選擇材料的組成和厚度，可 獲得期望的EM噪聲抑制和基頻傳輸?shù)慕M合。還可能組合導(dǎo)電層材料和厚度以構(gòu)建更定制(tailored)的頻率響應(yīng)。在光學(xué)領(lǐng) 域通常采用這種技術(shù)來制造依賴于波長的濾光片。在導(dǎo)電層覆蓋充電器或電源和/或接收器線圈的那些實(shí)施例中，可能期望利用充
46電器或電源線圈產(chǎn)生EM場，并且隨后，在所發(fā)射的場通過這樣的導(dǎo)電層之后，通過接收器 線圈和整流將其轉(zhuǎn)換為DC功率。由于導(dǎo)電層是取決于頻率的濾波器，所以在該過程中，這 移除或者削弱任何較高頻信號并且使得接收器能夠接受到更純凈的并且取決于設(shè)計(jì)的更 正弦的信號。這樣的高頻噪聲通常不僅與EMI干擾相關(guān)，而且還與將被充電的電子設(shè)備中 的信噪比的缺乏相關(guān)。另外，較高頻的噪聲導(dǎo)致接收器的非最優(yōu)操作，并可能加熱接收器或 其他組件。通過去除所產(chǎn)生的噪聲，改進(jìn)了充電器或電源和接收器系統(tǒng)的電氣和熱/環(huán)境 性能。在到達(dá)接收器前，電氣系統(tǒng)中的這樣的物理濾波器與在波長域中被濾波的光學(xué)信 號(通過光學(xué)濾波器、光柵等)類似。通過這種方式改進(jìn)了系統(tǒng)的SNR以及效率。使用磁體以用于線圈的對準(zhǔn)圖55示出了用于獲得充電器或電源和接收器中的線圈之間的局部對準(zhǔn)獨(dú)立性的 方法。根據(jù)一實(shí)施例，通過在充電器或電源中的每個(gè)線圈的中心背部(與面對充電器或電 源表面的側(cè)相反的另一側(cè))以及接收器中的線圈的背部(與面對充電器或電源表面的側(cè)相 反的另一側(cè))使用小磁體，以使得這些磁體彼此吸引，可提供這樣的充電器或電源系統(tǒng)，其 中使用者能夠輕易的發(fā)現(xiàn)充電器或電源線圈的位置，而不用提供任何的物理特征和/或在 充電器或電源的表面進(jìn)行標(biāo)記。這在使得充電器或電源能夠不需要特殊的對準(zhǔn)或尺寸特征 就可用于任何將被充電的設(shè)備中是有利的。這允許對具有任何尺寸和形狀的設(shè)備和/或電 池進(jìn)行充電。在這種結(jié)構(gòu)中，如圖55所示，磁體可為放置于線圈的中心的薄的扁平的或其 他形狀的磁體，并且允許將被充電的設(shè)備或電池圍繞充電器或電源線圈轉(zhuǎn)動(dòng)而沒有影響。如上所述，通過使得充電器或電源中的線圈能夠在充電器或電源表面的平面中橫 向地(并且稍許豎直地)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)設(shè)備和/或電池橫向靠近充電器或電源線圈的中心時(shí)，可 實(shí)現(xiàn)充電器或電源和接收器和/或電池線圈的自動(dòng)對準(zhǔn)。如果用于該應(yīng)用的磁體可導(dǎo)電，那么由線圈產(chǎn)生的場的一些將在磁體中產(chǎn)生電流 并且加熱該磁體，這降低系統(tǒng)的效率并且產(chǎn)生不期望的熱。當(dāng)線圈的場強(qiáng)增加以用于較高 功率時(shí)，該影響變得尤為重要。根據(jù)一些實(shí)施例，處理該問題的方法可包括，例如·由于電流由磁體中所生成的渦流產(chǎn)生，所以使用非導(dǎo)電性和/或低導(dǎo)電性磁性 材料可改善該情況?！ご朋w可由具有層之間的疊層的薄的扁平磁體材料構(gòu)成，以減少電流的流動(dòng)和功 率的損失。圖56示出了磁體被分割或被劃分為多個(gè)部分以避免電流環(huán)形流動(dòng)的實(shí)施例，所 述多個(gè)部分例如具有之間的空隙或非導(dǎo)電材料的半圓。通過將線圈后的每組磁體形成為2 個(gè)或更多部分，電子可被擾亂而不能環(huán)形流動(dòng)和產(chǎn)生導(dǎo)致加熱和功率損失的強(qiáng)的渦流。在 該附圖中，線圈之后的每組磁體由半環(huán)形磁體組成。磁體的極對準(zhǔn)，其中南極或北極面對充 電器或電源的表面。設(shè)備或電池中的磁體具有相反的極性，從而充電器或電源和設(shè)備和/ 或電池的磁體彼此吸引。通過將線圈后的每組磁體形成為2個(gè)或更多部分，電子可被擾亂 而不能環(huán)形流動(dòng)和產(chǎn)生導(dǎo)致加熱和功率損失的強(qiáng)的渦流。在圖56中，線圈后的每組磁體由 兩個(gè)半圓形磁體組成。圖57示出了一個(gè)或更多的對準(zhǔn)磁體可用于每個(gè)線圈的后部的實(shí)施例。但是，根據(jù)
47一實(shí)施例，磁體被放置為使得每個(gè)磁體不會覆蓋延伸至超出線圈中心的區(qū)域。換言之，磁體 的表面不覆蓋線圈的中心，并從而不允許有效地在磁體中建立環(huán)形電流。通過這種方式，建 立的渦流微弱得多并且在磁體內(nèi)產(chǎn)生小得多的功率耗散。用于對準(zhǔn)兩個(gè)線圈的在充電器或 電源和設(shè)備和/或電池線圈的中心處的對準(zhǔn)磁體通過這樣的方式附著在線圈的背面，以使 得磁體的面積不會延伸至超過線圈的中心。通過這種方式，產(chǎn)生的渦流微弱得多并且在磁 體中損失少得多的功率。在該圖中，每個(gè)線圈背面示出了兩個(gè)磁體(對于一對充電器或電 源和接收器磁體來說總共為4個(gè))。但是，可使用從一個(gè)到多個(gè)的任何數(shù)量的磁體。附加的應(yīng)用-具有自供電操作的充電器/電源圖58示出了對根據(jù)一實(shí)施例的包括用于自供電操作的內(nèi)部電池的感應(yīng)式充電的 設(shè)備的示意圖。如圖58中所示，例如感應(yīng)式墊360的感應(yīng)式充電單元，包括可充電電池364。 該單元通常使用來自電氣插座、或來自例如標(biāo)準(zhǔn)汽車12伏DC插座的DC源、或來自飛機(jī)中 的插座或外部DC源、或來自例如來自計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備的USB插座的另一電源的功率輸入 而進(jìn)行操作，或者偶爾地與其耦接。可替代地，功率也可來自例如風(fēng)車或人工手搖曲柄的機(jī) 械源。該單元可包括線圈362，所述線圈362被供給能量以傳輸功率至例如移動(dòng)電話、MP3 播放器、收音機(jī)、cd播放器、PDA以及筆記本計(jì)算機(jī)的移動(dòng)電子設(shè)備中的接收器線圈。同時(shí)， 輸入功率對位于該單元自身內(nèi)部的可充電電池充電。當(dāng)該單元與外部電源斷開連接時(shí)，或 當(dāng)沒有提供輸入功率時(shí)，該單元從它的已充電的內(nèi)部電池自動(dòng)切換其操作?？商娲兀瑔卧?的操作可由使用者切換操作。通過這種方式，使用者可以不用任何外部電源而通過將他們 的設(shè)備放在該單元上來繼續(xù)對他們的設(shè)備充電。可持續(xù)該使用直到外部功率恢復(fù)或者直到 內(nèi)部電池被完全耗盡。該單元的持續(xù)充電的能力取決于所包括的電池的容量。因此，例如，當(dāng)具有 1500mAH的內(nèi)部電池時(shí)，如果由于轉(zhuǎn)換效率、該單元中電路的操作的損耗以及其他損耗加起 來高至500mHA，則該單元可以對具有IOOOmAH電池的移動(dòng)電話完全充電。在一實(shí)施例的其他實(shí)施方案中，該單元可以由其他例如從甲醇產(chǎn)生電力的燃料電 池或其他源的電源供電。該單元還可通過插座與電網(wǎng)連接、或與例如來自汽車或飛機(jī)中的 插座的功率的外部DC電源連接、或由另一個(gè)單元感應(yīng)式的對自身充電或供電。但是，當(dāng)沒 有與外部電源連接時(shí)，該單元可由其來自燃料電池的內(nèi)部電力發(fā)生器供電，并且可感應(yīng)地 對放置其上的設(shè)備充電。圖59示出了根據(jù)一實(shí)施例的、具有用于自供電操作的太陽能電池電源的感應(yīng)式 充電器或電源單元或墊370的替代性實(shí)施例的圖示。如圖20中所示，單元的表面可由太陽 能板或太陽能電池376覆蓋。在正常操作中，單元可通過連接至電插座或外部DC源而被供 電或充電。但是當(dāng)沒有外部電源時(shí)，板產(chǎn)生用于給充電器或電源供電的電力，充電器或電源 繼而可通過該單元中的電感對放置其上的設(shè)備充電。在一些實(shí)施例中，該單元還可包括可 充電電池374，其可在單元與外部電源連接或由單元表面上的太陽能電池充電時(shí)被充電。隨 后，在單元沒有連接至外部電源或例如在晚上的操作期間太陽能電池不能產(chǎn)生足夠運(yùn)行該 單元的電力的時(shí)候，該電池可操作該單元。圖60示出了根據(jù)一實(shí)施例的具有并入的通信和/或存儲單元的感應(yīng)式充電器或 電源單元的圖示。如圖21中所示，根據(jù)一些實(shí)施例，包括如常規(guī)充電器或電源380以及太 陽能電池供電的充電器或電源382的充電器或電源可進(jìn)一步包括光學(xué)的通信和/或存儲器
48單元，以用于存儲數(shù)據(jù)以及向?qū)⒈怀潆姷囊苿?dòng)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)和從將被充電的移動(dòng)設(shè)備傳輸 數(shù)據(jù)?？刹⑷氲慕M件的示例包括藍(lán)牙、近距離無線通信(NFC)，WiFi，WiMax，無線USB以及 專用通信能力，包括連接至因特網(wǎng)的手段。附加的應(yīng)用_感應(yīng)式充電器應(yīng)用和亭這里所描述的技術(shù)也可用于其他應(yīng)用。在一些應(yīng)用中，可能希望將感應(yīng)式(如上 所述)或無線充電器或電源建造在用于電子設(shè)備的外殼、公文包或其他例如盒、支架或車 輛或其他中的容器的承載物之中。一個(gè)示例可以為公文包、手提袋或背包，其中底部或外表 面具有集成的充電器或電源。任何能夠接收來自這樣的充電器或電源的功率的設(shè)備(包 括線圈以及合適的電子裝置以接收功率或者具有用于無線充電的合適的觸點(diǎn)的設(shè)備)可 被放置在這樣的公文包之上或之中以被充電。充電電路可通過將公文包、手提袋或背包插 接到插座的電力，或具有可通過來自墻插座的功率充電、或者自身被感應(yīng)充電(當(dāng)公文包、 手提袋或背包被放置在另一感應(yīng)式或無線充電器或電源上時(shí))的內(nèi)部電池而被供電。該功 能可被應(yīng)用于可被實(shí)質(zhì)上用于給另一個(gè)設(shè)備充電或供電的任何袋、容器或物體。該第一物 體可直接通過線而通過插座充電或供電、或通過感應(yīng)式或無線的充電系統(tǒng)無線地充電或供 電。作為替代方案，該第一物體(充電器或電源)可通過太陽能電池、燃料電池、機(jī)械方法 (手搖曲柄、鐘擺等)供電。 在上述所有的情況中，可能分離感應(yīng)或無線充電器或電源和用于該充電器或電源 的功率源(電池、燃料電池、太陽能電池等)的功能。進(jìn)一步地，在一些情況中，充電器或電 源部分可從操作其的便攜式電源(例如可充電電池)分離出來，所述便攜式電源繼而被另 一電源(電力插座、燃料電池、太陽能電池、機(jī)械源等)供電或充電。這三個(gè)部分可以位于 同一容器或區(qū)域中或者彼此分離。附加的示例可為銷售后市場的用于車輛的感應(yīng)式或無線充電器或電源，在所述車 輛中，包括墊上或者另一區(qū)域中的通過導(dǎo)線連接至墊的太陽能電池的感應(yīng)式或無線充電器 或電源或墊被用于對移動(dòng)設(shè)備充電。被放置在儀表板或座位之間的托墊或特殊的隔倉之 上的這樣的設(shè)備可被用于對例如為移動(dòng)電話、MP3播放器、照相機(jī)等的多個(gè)設(shè)備充電。例如 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、雷達(dá)監(jiān)測器等的設(shè)備也可由這樣的設(shè)備供電。在另一應(yīng)用中，具有接收器電 路和加熱或冷卻其中物品的裝置的缸，杯，或其他容器可與感應(yīng)式充電器或電源組合使用 以保持其中的物品熱或涼。杯或容器上的撥盤或按鍵可設(shè)置溫度。充電設(shè)備或墊還可包括 可充電電池以允許設(shè)備或墊儲存能量以及在必要時(shí)在沒有外部電源的情況下操作。該技術(shù)的其他應(yīng)用包括衣物、夾克、背心等，其具有集成的感應(yīng)式充電器或電源以 使得使用者可以通過簡單地將設(shè)備放置在口袋中或鄰近口袋或可獲得無線感應(yīng)式電力的 區(qū)域以對所述設(shè)備供電或充電。該夾克或衣物繼而可由太陽能電池、燃料電池、電池或其他 形式的能量供電。它也可由被縫制在衣物上的太陽能電池充電的電池供電，或者通過將衣 物放在或掛在它被無線或感應(yīng)式充電的支架或位置而被充電。通過使用感應(yīng)充電，使用者 不需要將設(shè)備插接至合適的夾克口袋處的單獨(dú)的線和連接器中。在一些情況中，可能期望將充電器或電源或次級部分(用于充電器或電源的接收 器)建造在另一設(shè)備的保護(hù)型外殼內(nèi)。例如，當(dāng)今存在具有例如用于音樂播放器、移動(dòng)電 話、PDA或筆記本計(jì)算機(jī)的皮膚或外殼的銷售后市場或可選項(xiàng)目的很多產(chǎn)品。在一個(gè)實(shí)施方 案中，外殼或皮膚可以包含必要的電子設(shè)備和線圈以允許該設(shè)備被充電或者對其他設(shè)備充電或者其兩者。充電器或電源可由其附著的設(shè)備供電或者能夠從分離的電源中接收功率， 所述分離的電源例如為與充電器或電源集成或在另一位置、并且與充電器或電源電器電連 接的太陽能電池、燃料電池等。例如，在公文包中，充電器或電源位于公文包中并且可對里 面的設(shè)備充電，而公文包的表面可具有對內(nèi)部的充電器或電源供電的太陽能電池。公文包 也可包含儲存由太陽能電池產(chǎn)生的電力的可充電電池，并且在必須對內(nèi)部的設(shè)備充電的時(shí) 候使用所述可充電電池。類似地，充電器或電源可建造于外殼的外側(cè)表面或內(nèi)側(cè)表面上并 且對放置在該表面上或者鄰近該表面的設(shè)備充電。還可能提供具有模塊化組件的充電器或電源，所述模塊化組件允許在以后或者同 時(shí)增加作為選項(xiàng)的其他能力。在一個(gè)實(shí)施例中，包含可充電電池的感應(yīng)式充電墊可具有包 含太陽能電池陣列、并且同時(shí)與充電器或電源墊電連接的分離的頂部表面模塊或全部覆蓋 的外殼或皮膚，以使得能夠?qū)卧獌?nèi)的電池充電，而無需任何外部功率輸入。還可能具有外 殼或外側(cè)皮膚以提供例如通信的其他能力、或者僅僅提供不同樣式或材質(zhì)以使得墊適合使 用者的品味或風(fēng)格。圖61示出了根據(jù)一實(shí)施例的并入感應(yīng)充電器或電源單元的亭的圖示。如圖61中 所示，亭390包括控制屏392以及感應(yīng)充電墊394，以允許個(gè)人走近并且為他們的移動(dòng)設(shè)備 購買臨時(shí)充電?，F(xiàn)今，典型的移動(dòng)使用者的使用模式包括在夜間或在辦公室或汽車中對他 們的最重要的設(shè)備(電話、MP3播放器，藍(lán)牙頭戴式設(shè)備等充電)。在例如旅行的使用者從 它們的環(huán)境外出很長一段時(shí)間的情況中，這是不可能的。出現(xiàn)了允許使用者通過付費(fèi)在公 共場合對他們的設(shè)備進(jìn)行充電的多種公共移動(dòng)設(shè)備充電站。感應(yīng)或無線公共充電站或亭將 允許使用者將他們的“有能力的”(即，具有合適的接收器或組件以允許其從充電器或電源 接受電力)移動(dòng)設(shè)備放置在無線或感應(yīng)式充電器或電源站上或中，并且對該設(shè)備充電。取 決于服務(wù)提供商的方法，消費(fèi)者可為該服務(wù)付費(fèi)或者免費(fèi)接受該服務(wù)。可使用現(xiàn)金、信用 卡、借記卡或其他方法付費(fèi)。根據(jù)一實(shí)施例，具有多個(gè)站的單個(gè)墊可同時(shí)對多個(gè)設(shè)備充電，使用者可在對設(shè)備 充電之前被要求對該服務(wù)付費(fèi)或者該服務(wù)可以是免費(fèi)的。可替代地，每個(gè)充電站可位于隔 間中，并且通過僅可由在充電開始或發(fā)生付費(fèi)時(shí)向設(shè)備擁有者提供的代碼打開的門來保護(hù) 該設(shè)備。門也可由組合鎖或者物理鑰匙保護(hù)?？商娲?，充電站或亭可以為開放式的，并且不被物理地保護(hù)，但當(dāng)使用者對該服 務(wù)付費(fèi)時(shí)，發(fā)布代碼。使用者接著放置他們的要充電的設(shè)備，但當(dāng)充電結(jié)束或者使用者希望 取出該設(shè)備時(shí)，必須要首先輸入該代碼。當(dāng)沒有輸入代碼時(shí)，響起警報(bào)或者使設(shè)備失效或發(fā) 生其他一些警告。通過這種方式，小偷或者錯(cuò)誤的使用者不能不引人注意地移走設(shè)備，這可 作為威懾。可在公共充電亭的實(shí)施中使用上述技術(shù)的組合。由于典型的充電過程可達(dá)到30分鐘或以上，所以可能在該時(shí)間內(nèi)同步數(shù)據(jù)、下載 歌曲、電影等至設(shè)備。很多現(xiàn)今的移動(dòng)設(shè)備具有藍(lán)牙或WiFi能力。其他如WiMax的通信 協(xié)議可進(jìn)一步增加數(shù)據(jù)速率。通過組合充電和信息傳輸過程，服務(wù)提供商可對額外的服務(wù) 收費(fèi)。另外，如果照相機(jī)正被充電并且具有無線能力，它可以在充電時(shí)將照片或電影下載至 指定的網(wǎng)站或在線儲存區(qū)域或?qū)⑵渫ㄟ^電子郵件發(fā)送至指定的電子郵箱。通過這種方式， 旅行者可以在對照相機(jī)充電的同時(shí)，將它的儲存器中的內(nèi)容下載至具有更大的存儲器的位 置。這將使得旅行者能夠在他們的照相機(jī)或其他移動(dòng)設(shè)備中空出有限的存儲空間。這樣的服務(wù)將使得具有有限范圍或短程無線通信能力的設(shè)備(例如移動(dòng)電話、MP3播放器、照相機(jī) 等)能夠與因特網(wǎng)連接并且間接地發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。重要的是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，如果沒有充電 功能，設(shè)備在通過中間設(shè)備(例如藍(lán)牙至因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān))進(jìn)行這樣的下載或同步時(shí)，經(jīng)常由于 其需要的時(shí)間而耗盡電力。在這種方式下，亭的充電能力使能能夠進(jìn)行更有效的操作。附加的應(yīng)用_感應(yīng)充電器應(yīng)用和亭隨著移動(dòng)設(shè)備中增加的功能，存在不斷增加的對最大化電池壽命的關(guān)注。當(dāng)前，功 率使用的增加速度比新的改進(jìn)的電池技術(shù)更快。給定最小化移動(dòng)設(shè)備尺寸的期望，電池功 率的限制要求一些移動(dòng)設(shè)備制造商開始與移動(dòng)設(shè)備一同提供多個(gè)電池和桌面式充電器以 保持所有這些電池定期的充電。有時(shí)期望使用者在白天使用設(shè)備時(shí)對設(shè)備更換電池。這樣 的情況是不理想化的并且將攜帶多個(gè)電池并且保持這些電池被充電的負(fù)擔(dān)加在使用者上。在移動(dòng)設(shè)備中延長電池壽命，而不很大程度地增加移動(dòng)設(shè)備的尺寸和重量的方 法，對于新的功率消耗大的先進(jìn)的多媒體移動(dòng)設(shè)備來說是極為有用的。通過示例的方式，已 經(jīng)提出的一個(gè)解決方案在美國專利號6，184，654中描述。但是，這樣的技術(shù)和結(jié)構(gòu)與今天 使用的多種移動(dòng)設(shè)備和連接器不兼容，并且要求使用者在固定它以牢固地支持它的同時(shí)將 設(shè)備插接至套(holster)內(nèi)的連接器中。這里描述了用于通過將無線充電器集成至用于設(shè)備的外殼、承載器或套中來延伸 移動(dòng)設(shè)備的電池壽命的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法具有以下優(yōu)點(diǎn)保持移動(dòng)設(shè)備的尺寸和 重量小、同時(shí)當(dāng)放置在外殼中時(shí)使得使用者能夠自動(dòng)地對設(shè)備充電從而極大地增加設(shè)備運(yùn) 行時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，該外殼感應(yīng)地對移動(dòng)設(shè)備充電，并且自身可以通過感應(yīng)式基座 充電器而被充電。也在此描述包括外殼中的例如數(shù)據(jù)存儲和通信的附加集成功能的多種實(shí) 施例。圖62圖示了一些常規(guī)的(非充電器)移動(dòng)電話支座類型，包括皮帶支座1000和 外殼1002。對移動(dòng)設(shè)備供電和感應(yīng)式充電外殼移動(dòng)設(shè)備持續(xù)將多種功能和協(xié)議匯集和組合至越來越小的封裝中。當(dāng)移動(dòng)TV、收 音機(jī)、高分辨率照相機(jī)、GPS等成為許多移動(dòng)電話中的標(biāo)配時(shí)，設(shè)備的功率使用也持續(xù)上升。 一個(gè)已在多個(gè)設(shè)備中應(yīng)用的解決方法是使用外部電池組。圖63圖示了包括外部可充電電池組的用于音樂播放器(例如，iPod或MP3播放 器)的各種產(chǎn)品。如這里所圖示的，當(dāng)外部電池組被插接至音樂播放器中并且被夾在其背部，通過 電池組內(nèi)部的較高容量電池提供功率，從而外部電池組向設(shè)備提供額外的運(yùn)行功率。但是， 期望該電池組在所有時(shí)間與設(shè)備保持連接，并且很大程度地增加了設(shè)備的尺寸和重量。這 從消費(fèi)者觀點(diǎn)來看是非常不希望的，并且限制了移動(dòng)/使用和采用。根據(jù)一實(shí)施例的實(shí)施方案，通過提供用于移動(dòng)設(shè)備(例如移動(dòng)電話、藍(lán)牙頭戴式 設(shè)備、照相機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、PDA、MP3播放器、游戲機(jī)等)的套、外殼、袋、包、皮夾或等價(jià)的 支持、承載或儲存設(shè)備(為了方便起見在此稱之為“外殼”)來延長移動(dòng)設(shè)備的電池電力。 該外殼可并入一個(gè)或多個(gè)可充電電池和一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)充電器或電源。移動(dòng)設(shè)備可以是 “有能力的”以通過提供接收器(如線圈等)和由制造商集成的電路、或通過具有內(nèi)建接收器的電池來感應(yīng)式地接收功率，或者通過插接單元接收功率等。當(dāng)放置在外殼中，合適的使 能的設(shè)備可接收功率。根據(jù)一些實(shí)施例，外殼還可包括通過例如RFID、Felica、從外殼的線 圈的感應(yīng)的變化進(jìn)行的線圈檢測、或通過使用專有技術(shù)的驗(yàn)證等來自動(dòng)對設(shè)備進(jìn)行識別的 裝置。在一些實(shí)施例中，可使得系統(tǒng)或線圈能夠在必要時(shí)自動(dòng)地導(dǎo)通并且開始對設(shè)備充電。 可替代地，當(dāng)設(shè)備被放置在外殼中時(shí)，可通過磁性的、機(jī)械的或其他形式的開關(guān)檢測設(shè)備的 存在來導(dǎo)通外殼和/或線圈?？商娲?，外殼可包括機(jī)械的或傳感的開關(guān)，其必須由使用者 手動(dòng)激活以開始對設(shè)備充電。根據(jù)一些實(shí)施例，外殼可容納多于一個(gè)的設(shè)備。例如，外殼可包括用于藍(lán)牙頭戴式 設(shè)備和移動(dòng)電話的位置。當(dāng)被置于該外殼中時(shí)，這些設(shè)備中的其中一個(gè)或兩個(gè)可以通過該 外殼被而感應(yīng)式地充電。這使得使用者能夠有一起攜帶兩個(gè)部件或設(shè)備的簡單的方式，并 且延長兩者的電池容量而不使它們更大，從而對消費(fèi)者提供很大的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)一實(shí)施例，感應(yīng)式充電器外殼內(nèi)部的電池自身可由常規(guī)的充電器/電源或通 過另一個(gè)感應(yīng)式充電器或電源來充電。例如，桌面型感應(yīng)充電器可對感應(yīng)充電器外殼進(jìn)行 充電，并且同時(shí)對移動(dòng)設(shè)備(移動(dòng)電話、藍(lán)牙頭戴式設(shè)備、照相機(jī)等)或電池充電?？商娲?地，桌面型充電器或電源或基座可被設(shè)計(jì)為當(dāng)設(shè)備放置在其上時(shí)(不存在任何外殼)也可 直接對移動(dòng)設(shè)備充電。如上所述，感應(yīng)外殼也可被設(shè)計(jì)為當(dāng)其連接至常規(guī)電源/充電器時(shí) 它將對它的內(nèi)部電池和里面的設(shè)備充電。該外殼的一些實(shí)施例可包括數(shù)據(jù)存儲、通信或其他能力(例如，GPS、WiFi等)。圖64圖示了包括硬盤驅(qū)動(dòng)器、可充電電池、藍(lán)牙和WiFi連接能力的多功能設(shè)備。如圖64中所示的典型的多功能設(shè)備具有信用卡的尺寸，并且大約為IOmm厚。多 功能設(shè)備允許移動(dòng)電話使用者存儲其大部分的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(圖片，電影，音樂等)，并且在他 們的移動(dòng)設(shè)備上無線地獲得該數(shù)據(jù)。移動(dòng)電話和多功能設(shè)備也可無線連接至計(jì)算機(jī)或膝上 型計(jì)算機(jī)以用于下載或上傳信息。根據(jù)一實(shí)施例，如圖3中所示的多功能設(shè)備可被集成至外殼中，并且可具有建造 在其中的無線充電器或電源。一旦移動(dòng)設(shè)備被放置在外殼中或者放置在改動(dòng)的多功能設(shè)備 上，它可建立通信，和/或同時(shí)被充電。由于典型的多功能設(shè)備已具有內(nèi)部的可充電電池， 該同一電池可被用于給充電器供電以用于移動(dòng)設(shè)備。多功能設(shè)備外殼還可無線地(使用感 應(yīng)式充電器或電源墊或類似的設(shè)備)被充電，或者通過傳統(tǒng)的方式充電。在其他實(shí)施例中，無線充電器或電源外殼可被集成至公文包、手提袋、背包、承載 器、衣物、汽車、飛機(jī)或其他運(yùn)輸工具等中的隔倉中。在名稱為“INDUCTIVE POWER SOURCE AND CHARGING SYSTEM”的共同待審的美國專利申請11/669，113中更詳細(xì)地描述了一些這 樣的應(yīng)用，在此通過引用并入所述申請。圖65圖示了與充電器或電源外殼一起使用來為移動(dòng)設(shè)備感應(yīng)式供電或充電的系 統(tǒng)。如這里所示，感應(yīng)式充電器或電源基座或墊對外殼、套或其他小型便攜式充電器充電， 所述小型便攜式充電器繼而可對鄰近其放置的移動(dòng)設(shè)備或電池充電或供電。次級部分(充 電外殼)可為獨(dú)立設(shè)備或如上述的多功能設(shè)備示例的情況中那樣被集成至另一設(shè)備中。在 其他實(shí)施例中，充電器或電源外殼可通過傳統(tǒng)的有線的充電器或電源充電或供電。根據(jù)一 實(shí)施例，該系統(tǒng)包括感應(yīng)式充電器或電源基座根據(jù)一實(shí)施例，該部分可為獨(dú)立的充電器或電源或桌
52上型充電器或電源，其包括周期性地將流經(jīng)線圈的電流導(dǎo)通或關(guān)閉的場效應(yīng)晶體管(FET)。 在一個(gè)實(shí)施例中，對于典型的具有1 “直徑的9匝的PCB線圈，l-2MHz的驅(qū)動(dòng)頻率是理想 的，并且在具有合適值的電容與FET并聯(lián)放置時(shí)，功率傳輸效率提高。當(dāng)在諧振頻率驅(qū)動(dòng)電 路時(shí)，流經(jīng)FET的電流的量在另一線圈(L2)鄰近Ll時(shí)可發(fā)生很大變化。為了允許系統(tǒng)自 動(dòng)運(yùn)行，可使用電流檢測系統(tǒng)來檢測次級(L2)位于初級(Li)鄰近。在其他實(shí)施例中，可集 成用于對位于附近的將被充電的設(shè)備進(jìn)行肯定(positive)識別單獨(dú)的電路。這可包括例 如RFID、Felica、藍(lán)牙、WiFi、WiMax等的無線識別系統(tǒng)。在另一實(shí)施例中，充電器或電源外 殼的系統(tǒng)可被設(shè)計(jì)為充電器或電源外殼中的芯片(靠近L2)以預(yù)編程的方式檢測輸入電 壓并且調(diào)制流經(jīng)L2的電流。這導(dǎo)致Ll中的電流的調(diào)制可被電流傳感器檢測并且對充電器 或電源外殼進(jìn)行肯定識別，并且如果形式符合用于驗(yàn)證的預(yù)存儲的形式，則啟動(dòng)功率傳輸 以及操作。在一些實(shí)施例中，感應(yīng)式充電器或電源基座可具有感應(yīng)外殼可裝入的成型件的 形狀，或用于放置感應(yīng)外殼和/或移動(dòng)設(shè)備或兩者的墊的形狀。 感應(yīng)外殼根據(jù)一實(shí)施例，外殼具有用于感應(yīng)地接收功率(從充電器或電源基座) 并且感應(yīng)地對另一設(shè)備(或多個(gè)設(shè)備)充電的裝置?？商娲兀赡茉O(shè)計(jì)外殼以使得其通 過被有線的電源或充電器直接充電或供電而操作。該外殼具有連接至電池充電器電路的接 收器部分，其對一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部電池充電，并且同時(shí)可操作充電器或電源外殼中的電路以 對鄰近的移動(dòng)設(shè)備或電池充電。該外殼具有類似于可由其內(nèi)部電池或來自充電器或電源基 座的功率供電的充電器或電源基座的充電器或電源電路。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備放置于外殼/套中 或鄰近外殼/套放置，外殼可繼而自動(dòng)的或通過前述的機(jī)械或其他裝置識別鄰近的移動(dòng)設(shè) 備，并且開始充電。在另一實(shí)施例中，充電器或電源外殼可包括兩個(gè)或多個(gè)充電器或電源部 分以使得外殼中的多個(gè)設(shè)備(例如移動(dòng)電話和頭戴式設(shè)備)可同時(shí)被充電。如先前所述， 這里描述的電路/功能可被集成到還延伸存儲、WiFi或藍(lán)牙連接等的功能的設(shè)備中。在一 個(gè)實(shí)施例中，充電器或電源外殼中的電池與移動(dòng)設(shè)備中使用的電池相同，并且可移除。在這 種情況中，在緊急情況下，使用者可在充電器或電源外殼與移動(dòng)設(shè)備(例如移動(dòng)電話)之間 交換電池，以允許移動(dòng)設(shè)備的快速使用而無需等待對移動(dòng)設(shè)備的充電的發(fā)生。這可為使用 者提供附加的期望特征。 移動(dòng)設(shè)備接收器根據(jù)一實(shí)施例，移動(dòng)接收器部分包括線圈和電路，其或可由制造 商(即，OEM)集成入移動(dòng)設(shè)備、集成入可與原始電池交換的電池以使得移動(dòng)設(shè)備能夠感應(yīng) 地接收功率，或被提供為插入至設(shè)備已有的功率插口、并且具有使得設(shè)備能夠感應(yīng)地接收 功率的線圈和電路的插入式單元。可替代地，接收器可建造在設(shè)備的護(hù)套或皮膚中，所述護(hù) 套或皮膚插入設(shè)備并且允許設(shè)備變?yōu)椤坝心芰Φ摹?。在名稱為“INDUCTIVE POWER SOURCEAND CHARGING SYSTEM”的共同待審的美國專利申請11/669，113中更詳細(xì)地地描述了這些變形。 上面引用的專利申請還描述了在感應(yīng)充電器或電源PCB線圈的中心以及接收器線圈的中 心放置的吸引磁體，以便利的對準(zhǔn)和居中這兩個(gè)部分。這樣的技術(shù)也可在基座與外殼線圈 的對準(zhǔn)中、或外殼與移動(dòng)設(shè)備的對準(zhǔn)中、或其兩者中使用。另外，可通過視覺或機(jī)械標(biāo)記、凹 進(jìn)、或使得能夠進(jìn)行簡單對準(zhǔn)的部件的機(jī)械設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)。熱的減少和擴(kuò)散為了使產(chǎn)生用于感應(yīng)式充電器和/或電源的磁場，典型地使用由線制成或印制在 PCB上的線圈。這樣的線圈可以以簡單的方式，由串聯(lián)的感性和阻性元件來建模。可使用線或PCB走線的尺寸、其長度以及使用的材料(例如銅)的電阻率來估算線圈的電阻。在更 高的頻率，由于趨膚效應(yīng)而增加了電阻，其中電流在近鄰線或走線的表面處而非通過其橫 截面行進(jìn)，因此降低了線或走線的有效橫截面積。為了獲得合理的電感值，多匝線或PCB走 線是必須的。例如，對于1微亨的電感值，1. 25〃直徑、大約為10匝的PCB螺旋線圈是必須的。 為了設(shè)計(jì)高效的感應(yīng)功率傳輸線圈，必須要最小化線圈的電阻率，同時(shí)將產(chǎn)生的電感保持 在期望的等級。必須注意在線圈產(chǎn)生的任何熱量將增加線圈材料的電阻率，繼而導(dǎo)致產(chǎn)生 更高的熱產(chǎn)生和溫度增加。為了避免這種熱產(chǎn)生的正反饋，在感應(yīng)式線圈中降低溫度的主 要方法包括減少所產(chǎn)生的熱量以及從線圈中散熱另外，電子設(shè)備通常需要滿足法規(guī)和安全要求，其包括不干擾鄰近的設(shè)備的操作 的要求。對于產(chǎn)生隨時(shí)間變化的磁場以傳輸功率至接收器的感應(yīng)式充電器和/或電源，必 須要小心將干擾的等級保持在所允許限制之下。通常，當(dāng)由約IMHz的電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，具有多匝的小線圈( 1"直徑)所產(chǎn)生的磁性 不會輻射出超出線圈多于幾mm的地方并被局限于近場內(nèi)。為了減少對大多數(shù)設(shè)備造成更 大影響的、在更高頻的這樣的輻射的影響(例如，如在近距離無線功率 發(fā)射設(shè)備中所提供 的那樣)，必須使電路的驅(qū)動(dòng)電壓具有更弱的高次諧波。產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的另一擔(dān)憂是電路中所并入的電子電路和開關(guān)場效應(yīng)晶體 管(FET)。這樣的組件可以是附加的噪聲源。這里描述一些減小上述EMI源的影響的方法。在感應(yīng)式充電器/電源的高效操作中另一個(gè)重要的因素是充電器/電源線圈和將 被充電/供電的設(shè)備中的接收器線圈的對準(zhǔn)。在前述應(yīng)用中已經(jīng)描述了使用磁體的各種線 圈的對準(zhǔn)的方法。另外，還描述了移動(dòng)線圈的使用、以及可使用多個(gè)線圈或線圈集簇以在線 圈之間提供位置容忍度的其他方法，以用于高效的功率傳輸。根據(jù)一實(shí)施例，多種方法可用于減小感應(yīng)線圈中的溫度升高。根據(jù)一實(shí)施例，可通過使用必要的最少匝數(shù)從而減小線圈的長度和電阻來最優(yōu)化 線圈。線或PCB走線的直徑、厚度或?qū)挾瓤杀蛔顑?yōu)化以提供最優(yōu)的電阻。對于上述討論的例如為PCB線圈的線圈，產(chǎn)生的磁場在線圈內(nèi)部很強(qiáng)并且隨著距 離線圈中心的徑向距離超過線圈的半徑而非?？斓叵陆?。可使用電磁模型來驗(yàn)證該依賴性 (例如在Xun Liu ；Hui, S. Y. , Optimal Design of aHybrid Winding Structure for Planar Contactless Battery Charging Platform, IEEE Transactions on Power Electronics, Volume 23，Issue 1，Jan 2008Page (s) :455_463中所描述的那樣)，并且還可通過實(shí)驗(yàn)手 段來驗(yàn)證該依賴性。在線圈產(chǎn)生的熱可通過使用高熱導(dǎo)性的PCB襯底或用于線圈的材料而 從線圈擴(kuò)散。由于在線圈外部的區(qū)域中磁場極小，所以使用高傳導(dǎo)性金屬層不會對磁場造 成很大的影響，也不會產(chǎn)生不期望的渦流。因此，環(huán)繞線圈的區(qū)域的表面可設(shè)計(jì)為具有高熱 導(dǎo)性的金屬或其他材料以快速的去除產(chǎn)生的熱。圖66為示出布置1030的結(jié)構(gòu)的示意圖，其中環(huán)繞PCB線圈的區(qū)域被設(shè)計(jì)為在PCB 的頂部、底部或另一層中具有金屬。如圖66中所示，環(huán)繞PCB線圈的區(qū)域被設(shè)計(jì)為在其PCB 的頂部、底部或另一層中具有金屬?？稍谂c線圈相同的層或者獨(dú)立的PCB層并入該金屬圖 樣。該金屬層可以為連續(xù)的、或在一個(gè)區(qū)域中具有空隙以避免由于線圈產(chǎn)生的磁場造成的 環(huán)形流動(dòng)的電子而產(chǎn)生渦流。在典型的PCB中，線圈和金屬層由銅制成。以這種方式，在線圈產(chǎn)生的任何熱快速的橫向擴(kuò)散出去，并且因此不會導(dǎo)致溫度的大的升高。根據(jù)一實(shí)施 例，這樣的PCB自身可以是感應(yīng)式充電器的頂層，在該情況中，任何被金屬層傳遞走的熱可 附加地?fù)]發(fā)至周圍環(huán)境中?？商娲兀赏ㄟ^至另一區(qū)域或表面的去除或者使用如散熱片 (pin)或裂縫的元件進(jìn)一步散熱。類似地，集成至設(shè)備、電池、電子設(shè)備的外殼等的用于接收 功率的接收器線圈和電路可具有類似的結(jié)構(gòu)以使得能夠進(jìn)行產(chǎn)生的熱的擴(kuò)散。根據(jù)一實(shí)施例，對于具有PCB的典型應(yīng)用，金屬層可由類似于PCB線圈本身的銅材 料制成，并且期望其具有足夠的厚度以提供熱的低熱傳導(dǎo)路徑。例如，可使用幾微米或甚至 幾十微米的銅層。任何這樣的高熱導(dǎo)性或金屬層可在PCB線圈的邊緣開始或者與PCB線圈具有空 隙。由于該層不覆蓋PCB線圈，因此不會導(dǎo)致層中的渦流損失。在產(chǎn)生渦流的那些情況中， 圖66中所示的金屬層中的空隙可用于減小環(huán)形電流的影響，并且減少產(chǎn)生的熱和汲取的 功率。根據(jù)一實(shí)施例，如果金屬層的厚度小，則可在線圈的頂部使用金屬層(具有位于之間 的薄的非導(dǎo)電層或電介質(zhì))。例如，在如上面引用的先前的應(yīng)用中，描述了用作在感應(yīng)充電 器傳輸?shù)皖l(大約IMHz或更低)時(shí)對高頻EMI的屏蔽的、在PCB線圈頂部的金屬薄層(幾 微米)的使用。這樣的層也可用于補(bǔ)充圍繞線圈的金屬層，以使散熱便利。圖67為示出在使用多線圈的多充電器或電源中，這樣的高傳導(dǎo)性層1040可在每 個(gè)線圈周圍或者覆蓋多個(gè)線圈之間的所有的區(qū)域而重復(fù)的圖示。圖68為示出用于從其他形狀和類型的繞組線圈1050、1056中散熱的類似方法的 圖示。根據(jù)該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，為了使可以是圍繞芯而纏繞的線圈的線圈的散熱便利，線圈可 附著至高熱導(dǎo)性層或金屬層。在金屬層的情況中，這樣的層可被設(shè)計(jì)為在環(huán)繞線圈的外圍 的區(qū)域中以避免干擾線圈內(nèi)產(chǎn)生的場。相似地，為了避免渦流，金屬層或繞制線圈的芯或該 兩者可具有空隙或不連續(xù)部分以減少環(huán)形電流。在上述示例中，示出了金屬的或高熱導(dǎo)性層。圖69示出了如果需要該層可被形成 圖樣以提供熱傳導(dǎo)溝道而非連續(xù)的層的實(shí)施例1060的圖示。根據(jù)任何一個(gè)上述結(jié)構(gòu)，可并入例如散熱片、風(fēng)扇、額外的表面、導(dǎo)熱管、導(dǎo)熱脂、 導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂等的附加的散熱手段以使散熱便利。另外，可能在主PCB之下或之上并入熱 傳導(dǎo)層，例如可以并入陶瓷或聚合物，以幫助散熱。上述討論中，通常示出圓形線圈。很明顯這里所描述的技術(shù)可以應(yīng)用于其他形狀 的線圈或集簇中或單獨(dú)的多個(gè)線圈以對單獨(dú)的設(shè)備供電或充電。在很多情況中，在PCB線 圈的中心的溫度增加是最大的。為了散除這些熱，根據(jù)一實(shí)施例，線圈后面的充電器或?qū)拥?包括高熱導(dǎo)性材料的表面可用于橫向地?cái)U(kuò)散產(chǎn)生的熱。這樣的層的示例為陶瓷材料。高氧 化鋁陶瓷可以提供高的熱導(dǎo)性以及低電導(dǎo)性，該特性對于該應(yīng)用是很重要的。從感應(yīng)充電器和/或電源減小EMI上述討論的金屬層的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在感應(yīng)充電器或電源內(nèi)部產(chǎn)生的任何EMI都將 被從外部很大程度地屏蔽，并且將通過該金屬層在充電器或電源設(shè)備的外部被衰減。另外，上述結(jié)構(gòu)中，在頂層的金屬層還可與充電器和/或電源的側(cè)邊和/或底部上 的其他金屬層電接觸，由此形成盒或其他包圍的形狀，其中僅線圈不被金屬覆蓋。這樣的包 圍將很大程度地衰減來自充電器的開關(guān)電子裝置或其他部分的EMI。為了減小在金屬盒中 由于磁場而產(chǎn)生的潛在渦流的影響，在一些實(shí)施例中，避免在可能存在磁場的線圈區(qū)域之下直接使用金屬是有用的。另外，為了避免在金屬盒的壁或類似的外部表面中的渦流的產(chǎn) 生，壁可在一個(gè)或多個(gè)位置被分割，以使得不能形成連續(xù)的金屬電路或環(huán)路，并且不允許電 子不受阻礙地環(huán)形流動(dòng)。該空隙可用非導(dǎo)電材料填充以提供剛性。在上面所示的結(jié)構(gòu)中，可能使用在一個(gè)區(qū)域中形成線圈并且在同一 PCB上形成電 子部分的PCB。根據(jù)一實(shí)施例，為了提供上面討論的屏蔽和散熱，環(huán)繞線圈的金屬層可位于 PCB的頂部上(與外側(cè)表面更靠近)的層中。例如，線圈可與散熱和/或EMI屏蔽層形成在 PCB的頂層上，而PCB電子元件可形成在PCB的底層上?？商娲兀饘賹涌稍谥虚g層或甚 至是底層中的與PCB電子元件分離的層中。但是，如果金屬層環(huán)繞電子裝置區(qū)域而不在其 上直接提供電氣阻礙，則對于電子元件的EMI屏蔽效應(yīng)將被削弱。圖70示出了根據(jù)各種實(shí)施例1070、1076的制造在與線圈的同一 PCB上的用于PCB
線圈感應(yīng)式充電器和/或電源或感應(yīng)接收器的電子裝置示意圖。在這種情況下的電子裝置 可位于底層，而線圈和環(huán)繞線圈的金屬層可在頂層上并且從外部屏蔽由電子裝置產(chǎn)生的任 何電子噪聲。上面討論的任何形狀和結(jié)構(gòu)對于向充電器和/或電源線圈或接收器線圈中的并 入、以及對于散熱和減小來自將被感應(yīng)式充電/供電的設(shè)備以及充電器/電源本身中的線 圈的EMI，是同等地合適的。線圈的磁性對準(zhǔn)根據(jù)一實(shí)施例，為了使得能夠進(jìn)行感應(yīng)充電器和/或電源中的高效的功率傳輸， 充電器和/或電源和接收器中的線圈必須大致彼此對準(zhǔn)。圖71示出了在靜止線圈或者移動(dòng)、浮置充電器和/或電源線圈和接收器線圈的中 心放置的磁體可提供對準(zhǔn)線圈并且實(shí)現(xiàn)該結(jié)果的方法的實(shí)施例1080。該方法的一個(gè)問題是，由于磁性材料由導(dǎo)電性材料組成，所當(dāng)操作線圈以產(chǎn)生隨 時(shí)間變化的磁場時(shí)可產(chǎn)生渦流。這可導(dǎo)致?lián)p耗的功率，并且還可導(dǎo)致不利的磁體中的加熱。為了處理該問題，圖72圖示了使用不橫跨線圈中心的兩個(gè)或更多磁體的實(shí)施例 1090。該結(jié)構(gòu)很大程度地減小產(chǎn)生的渦流。根據(jù)一實(shí)施例，系統(tǒng)可使用可替代的磁體結(jié)構(gòu)， 其可為線圈的對準(zhǔn)提供簡單和廉價(jià)的方法。另外，當(dāng)將設(shè)備放置在充電器和/或電源上時(shí)， 該方法也提供了可觀的量的對準(zhǔn)容忍度。為了提供在當(dāng)磁場施加時(shí)不由于其中產(chǎn)生的渦流而汲取電流的對準(zhǔn)磁體，根據(jù)一 實(shí)施例，磁體被放置于PCB線圈區(qū)域的外部。圖73為兩個(gè)實(shí)施例1094，1098的圖示，其示出了可如何將磁體放置在PCB線圈區(qū) 域的外側(cè)。圖73中所示的磁體包括環(huán)繞線圈或者與每個(gè)線圈重疊的環(huán)形，從而產(chǎn)生極小的 渦流效應(yīng)以及損耗。如果觀察到任何渦流效應(yīng)，那么根據(jù)一實(shí)施例，在磁體環(huán)中可通過在制 造后切割或通過在制造過程中插入分隔來插入空隙。通過這種方式，可顯著地減小或消除 渦流。示出的這種情況中的磁體是垂直于環(huán)表面而被磁化的。通過將一個(gè)磁體附著至環(huán)繞 充電器和/或電源線圈以及將具有相反磁極的另一磁體附著至接收器線圈，使用者用最小 努力即可輕易地對準(zhǔn)這兩個(gè)線圈。另外，環(huán)的使用具有允許圓形對稱操作的優(yōu)點(diǎn)，使得兩個(gè)線圈可以相對彼此轉(zhuǎn)動(dòng) 而不影響充電器/電源操作或效率。充電器/電源的典型的結(jié)構(gòu)可包括圖8中所示的PCB，以使得線圈可在PCB的頂部
56表面上制造，而環(huán)形磁體附著在電子元件可以位于的PCB的底側(cè)。類似的接收器可具有附 著的具有相反磁極的磁體，以使得當(dāng)接收器靠近充電器/電源放置時(shí)，這兩個(gè)磁體可相互 吸引并且拉動(dòng)線圈至對準(zhǔn)位置。利用這種結(jié)構(gòu)，只要線圈具有任何重疊，線圈的磁場就可產(chǎn) 生吸引和對準(zhǔn)。例如對于1. 25"外徑的線圈和使用1. 25"內(nèi)徑的環(huán)形磁體，只要線圈的中心的 橫向間距小于1.25"，當(dāng)兩個(gè)磁體垂直方向被置為足夠靠近(垂直與線圈平面的軸方向的 距離)以允許磁場相互感應(yīng)時(shí)，線圈可被置于對準(zhǔn)位置。因此，在該情況中，如果使用者將 接收器線圈的中心置于充電器/電源線圈中心的1.25"半徑的圓內(nèi)，則線圈可相互吸引并 且提供這些部分的自動(dòng)對準(zhǔn)。對于大多數(shù)應(yīng)用，這種對準(zhǔn)容忍性的量是足夠的。通過使用標(biāo)記以在表面上描畫 線圈位置輪廓，這種程度的容忍性允許使用者輕易地將并入了接收器線圈的設(shè)備或電源放 置在正確位置?？墒褂玫拇朋w的示例包括由例如為釹鐵硼、釤鈷、AINiCo、陶瓷、粘合磁性材料等 的各種磁性材料制成的那些。磁性強(qiáng)度可設(shè)計(jì)為提供對準(zhǔn)和牢固的附著而不太強(qiáng)或很難分罔?？商娲?，線圈可被制造在靠近磁體和電子裝置的較低的表面上，或者可被制造 在之間的另一層上。各種結(jié)構(gòu)是可能的。在任何情況中，可使用磁體來對準(zhǔn)兩個(gè)線圈以用 于最優(yōu)的操作。上述描述中，描述了環(huán)形磁體。但是，在很多情況中，尺寸和空間要求可要求使用 不同的結(jié)構(gòu)。圖74示出了使用環(huán)繞圓形線圈的磁性弧形部件的實(shí)施例1100。這種情況可與另 一線圈上的具有同樣形狀或類似于圖73中的環(huán)形形狀的匹配磁體組合。例如，在其中集成 有感應(yīng)接收器的電池通過被放置在感應(yīng)充電墊上而被充電的移動(dòng)電池應(yīng)用中，線圈的尺寸 決定了接收到的功率，并且可能要求電池的寬度等于接收器線圈或與接收器線圈類似。為 了允許對準(zhǔn)磁體的附著，在圖9中示出的兩個(gè)弧形可附著至線圈。在這種情況中，磁體可被 置于電池和線圈PCB之間以允許線圈位于頂部表面并且因此最靠近充電器線圈。充電器中 的匹配磁體可為環(huán)形或類似的一組弧形或其他形狀或尺寸以使對準(zhǔn)便利。如果在充電器線 圈后部使用環(huán)形，則保持了兩個(gè)部分之間的中心對稱，并且兩個(gè)部分可以相對彼此轉(zhuǎn)動(dòng)同 時(shí)保持對準(zhǔn)以用于最優(yōu)的操作。其他結(jié)構(gòu)是可能的。例如，圖75圖示了實(shí)施例1120、1126，其中示出了使用線圈上 或環(huán)繞線圈的條形磁體。這樣的結(jié)構(gòu)不具有環(huán)形磁體提供的對稱。但是，如果僅期望一個(gè) 維度的對準(zhǔn)不敏感性，則這是有用的。在任何一個(gè)上述的結(jié)構(gòu)中，描述了使用兩個(gè)具有相反極性以吸引彼此的磁體。但 是，根據(jù)一些實(shí)施例，優(yōu)選地一個(gè)部分為非磁化的。在當(dāng)移動(dòng)設(shè)備沒有被感應(yīng)充電器/電 源充電或供電時(shí)不期望移動(dòng)設(shè)備吸引金屬部件的情況下，這是有利的。一個(gè)示例可為移動(dòng) 電話，其中不期望電話在通常使用中吸引金屬部件。在這種情況下，充電器和/或電源可包 含磁化的部件，而移動(dòng)設(shè)備/電池中的其他匹配部分可用合適的磁性材料制成但是不被磁 化。例如，充電器/電源可包括上述的磁化的環(huán)形，而移動(dòng)電話可具有由磁性材料制成但未 被磁化的匹配環(huán)形或弧形。
另外，充電器和/或電源磁體可能被電激活，而平常為非磁化的。例如，線繞組或 PCB走線環(huán)繞置于功率傳輸線圈的周圍并且被供電以產(chǎn)生用于對準(zhǔn)兩個(gè)線圈以進(jìn)行功率傳 輸/充電的DC磁場。通過這種方式，兩個(gè)對準(zhǔn)部分都不需要平常被磁化，并且因此消除對 金屬物體的不期望的吸引或?qū)缧庞每ǖ鹊拇艌雒舾胁考挠绊懙膿?dān)憂?？赏ㄟ^在對準(zhǔn) 走線區(qū)域之上或近處使用非磁化的磁性材料來進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)生的磁場。作為例子，環(huán)繞主充電器/電源PCB線圈的環(huán)形路徑可由DC電流周期性地供電或 當(dāng)使用者期望對移動(dòng)設(shè)備充電或供電時(shí)被供電。這可由使用者完成或也可由通過RF、光學(xué)、 磁性或其他方法檢測有將被充電或供電的合適設(shè)備的接近的傳感器自動(dòng)激活。一旦產(chǎn)生磁 場(例如上述描述的環(huán)形圖樣)，它將吸引并且將移動(dòng)設(shè)備或電池中的合適形狀的磁性金 屬部分或磁體對準(zhǔn)至正確的對準(zhǔn)位置并且?guī)椭褂谜邔⒁苿?dòng)設(shè)備放置在正確的位置上。一 旦該設(shè)備被放置在正確的位置上，DC磁場不再是必要的并可被關(guān)閉或者減小以節(jié)省功率。 因此可以僅在很短時(shí)間內(nèi)需要該對準(zhǔn)磁體。在其他時(shí)間，充電器和/或電源或移動(dòng)設(shè)備可 不被設(shè)計(jì)為在其周圍具有任何的磁場或包括弱的磁體。上述磁體的使用對于電源和/或充電器與要充電或供電的設(shè)備或電池之間可能 發(fā)生相對移動(dòng)的情況特別有用。作為例子，在汽車環(huán)境中，期望保持例如為移動(dòng)電話的移動(dòng) 設(shè)備在充電期間不移動(dòng)。因此，除了上述的優(yōu)點(diǎn)外，上述磁體的使用還使得能夠進(jìn)行移動(dòng)環(huán) 境中的使用。另外，在一些情況中，充電器和/或電源處于不水平的位置，可能是有利的。例 如，可豎直安裝充電器。在這種情況中，磁體可被設(shè)計(jì)為足夠強(qiáng)以保持移動(dòng)設(shè)備或電池在充 電或供電過程中處于豎直的位置。在任何上述的結(jié)構(gòu)中，如果作為磁體的存在的結(jié)果而產(chǎn)生額外的渦流，則可通過 從低電導(dǎo)率材料或陶瓷制造線圈、將磁體層制在薄板中以增加電阻率、使用環(huán)氧矩陣的粘 合材料、使表面粗糙、在材料中切割空隙來減小電子的環(huán)形運(yùn)動(dòng)、或其他用于增加電阻率的 通常技術(shù)來最小化該效應(yīng)。磁體也可由不電連接的塊制造，以阻止電子以環(huán)形路徑運(yùn)動(dòng)。例 如，環(huán)形磁體可由不彼此電接觸或附著的兩個(gè)或四個(gè)弧形制成、形成或附著至線圈，而使用 非導(dǎo)電性環(huán)氧材料以構(gòu)成整個(gè)的環(huán)形或環(huán)形的一部分。另外，上面示出的線圈一般為圓形。但是，上面的方法和討論也可應(yīng)用于任何形 狀和尺寸的線圈和以及線圈的陣列或集簇，并且能夠?yàn)槿魏纬叽缁蝾愋偷木€圈提供性能。 為了描述和說明的目的而提供了前面的實(shí)施例的描述。它不意圖是窮盡的或?qū)?shí)施例限制 為所公開的精確形式。選擇和描述實(shí)施例以最好地解釋實(shí)施例的原理和它的實(shí)際應(yīng)用，從 而使得本領(lǐng)域其他技術(shù)人員能夠理解適合于預(yù)期的具體用途的、用于各種實(shí)施方案并且具 有各種修改的實(shí)施例。意圖通過權(quán)利要求及其等價(jià)物來定義實(shí)施例的范圍。根據(jù)本公開的教導(dǎo)，實(shí)施例的一些方面可使用傳統(tǒng)的通用或特殊的數(shù)字計(jì)算機(jī)、 微處理器或編程的電子電路來便利地實(shí)施?；诒景l(fā)明的教導(dǎo)，合適的軟件代碼可由專業(yè) 編程人員以及電路設(shè)計(jì)人員容易地準(zhǔn)備，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是明顯的。在一些實(shí)施例中，一實(shí)施例包括計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其為具有存儲在其上/其中的 可用于對計(jì)算機(jī)編程以執(zhí)行一實(shí)施例的任何過程的指令的存儲介質(zhì)。該存儲介質(zhì)可包括， 但不限于，包括軟盤、光盤、DVD、CD-ROM、微驅(qū)動(dòng)器以及磁光盤的任何形式的盤、ROM、RAM、 EPR0M、EEPR0M、DRAM、VRAM、閃存設(shè)備、磁性或光學(xué)卡、納米系統(tǒng)(包括分子存儲器IC)、或適 合于存儲指令和/或數(shù)據(jù)的任何類型的媒體或設(shè)備。
58
前述的實(shí)施例是為了例示和描述的目的而提供的。它不意圖是窮盡的或?qū)?shí)施例 限制為所公開的精確形式。許多改動(dòng)和變形對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是明顯的。具體地， 雖然在充電墊的環(huán)境中描述了上述的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例，但很明顯該系統(tǒng)和方法可用于 其他類型的充電器或電源。類似地，雖然在對移動(dòng)設(shè)備充電的環(huán)境中描述了上述實(shí)施例，但 可使用其他類型的設(shè)備。選擇和描述實(shí)施例以最好地解釋實(shí)施例的原理和它的實(shí)際應(yīng)用， 從而使得本領(lǐng)域其他技術(shù)人員能夠理解適合于預(yù)期的具體用途的、用于各種實(shí)施方案并且 具有各種修改的實(shí)施例。意圖通過權(quán)利要求及其等價(jià)物來定義實(shí)施例的范圍。
權(quán)利要求
一種用于對便攜式設(shè)備或電池進(jìn)行感應(yīng)式供電和充電的系統(tǒng)，其包括基座單元，其包括一個(gè)或更多的由非鐵氧體材料構(gòu)成的、并且被制成平面螺旋形線圈的形狀的初級線圈，所述初級線圈能夠產(chǎn)生用于對多個(gè)設(shè)備或電池同時(shí)供電或充電的感應(yīng)能量；接收器單元，包括也由非鐵氧體材料構(gòu)成的、并且被制成平面螺旋形線圈的形狀的接收器線圈，所述接收器線圈耦接至便攜式設(shè)備或電池，或者被并入至便攜式設(shè)備或電池中，其中次級線圈感應(yīng)地接收來自所述初級線圈的能量并且使用所述能量來對便攜式設(shè)備或電池充電或供電；基座單元中的用于允許位于基座單元上的設(shè)備或電池的位置無關(guān)度并且選擇性地激活一個(gè)或多個(gè)初級線圈的裝置；以及其中基座單元可同時(shí)對具有附加的次級線圈的附加的便攜式設(shè)備或電池進(jìn)行充電或供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中充電器或電源包括多個(gè)線圈，并且其中所述用于 選擇性的充電和供電的裝置被用于控制在便攜式設(shè)備或電池鄰近的線圈的導(dǎo)通關(guān)斷操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中充電器和設(shè)備或電池中的接收器都包括微控制器 單元，其中充電器中的微控制器單元監(jiān)測電流，并且其中便攜式設(shè)備或電池中的微控制器 單元提供充電器和接收器之間的通信以用于控制充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中充電器或電源包括在激活充電之前的附加的驗(yàn)證 步驟以驗(yàn)證設(shè)備或電池的身份或許可。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中多個(gè)線圈被集成在墊狀充電器或電源中，并且其 中所述線圈被用于形成線圈鑲嵌、以及不覆蓋多于約90%的墊表面的充電和供電的有效區(qū) 域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中多個(gè)線圈中的每個(gè)由單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，以對 每個(gè)線圈提供功率并且選擇性地激活一個(gè)或更多的線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)線圈包括開關(guān)元件，并且其中微 控制器單元周期性地啟動(dòng)開關(guān)元件、監(jiān)測其中的電流、并且使用所述電流來檢測接收器和 設(shè)備或電池接近至所述線圈、并激活該線圈中的充電或?qū)υ搮^(qū)域中的線圈的選擇。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中多個(gè)線圈層被疊置在彼此之上以產(chǎn)生有效區(qū)域， 并且從而對所述線圈中的任何一個(gè)或所述線圈中的所選擇的一部分的供電允許其中心位 于所述有效區(qū)域內(nèi)的接收器被充電。
9.一種能夠被感應(yīng)式地供電或充電的移動(dòng)設(shè)備，其包括 電池；以及接收器，其用于以下中的一種對設(shè)備感應(yīng)式地供電、或?qū)σ苿?dòng)設(shè)備中的電池感應(yīng)式地 充電；并且其中所述接收器為以下中的一種附著于電池或移動(dòng)設(shè)備、或被并入至電池或 移動(dòng)設(shè)備中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的移動(dòng)設(shè)備充電器或電源，其中在印刷電路板PCB層內(nèi)形成具 有至少兩種不同的尺寸或形狀的線圈或線。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的移動(dòng)設(shè)備充電器或電源，其中充電器或電源和該移動(dòng)設(shè)備 相互通信以傳輸數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的移動(dòng)設(shè)備充電器或電源，其中數(shù)據(jù)傳輸包括關(guān)于鄰近充電 器或電源的移動(dòng)設(shè)備的存在、和/或其中充電器或電源儲存用于可由充電器或電源充電或 供電的移動(dòng)設(shè)備的充電或供電需求的信息。
13.一種與移動(dòng)設(shè)備或電池一起使用的用于對移動(dòng)設(shè)備或電池感應(yīng)式地充電或供電的 系統(tǒng)，其包括基座單元，其包括其中的一個(gè)或更多的初級線圈，所述初級線圈具有基本上平坦的形 狀以使得當(dāng)電流流經(jīng)初級線圈時(shí)，在實(shí)質(zhì)上與初級線圈的平面垂直的方向上產(chǎn)生磁場；以 及其中所述垂直的磁場感應(yīng)地在位于與所述基座單元鄰近并且對準(zhǔn)放置的移動(dòng)設(shè)備或 電池內(nèi)的匹配的一個(gè)或多個(gè)接收器線圈中產(chǎn)生電流，以對移動(dòng)設(shè)備或電池充電或供電。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多的線圈被制造在印刷電路板上 并且被制造為具有低電阻。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦接至所述基座單元并且對所述基座單 元供電的電池，并且其中所述電池能夠由外部電源臨時(shí)地充電以保持足夠?qū)Ω袘?yīng)式充電器 或電源設(shè)備供電一段時(shí)間的電量。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括以下中的一個(gè)耦接至基座單元中的 電池的太陽能電池，以用于對基座單元中的電池充電；用于數(shù)據(jù)的存儲的數(shù)據(jù)存儲組件，以 用于后繼的至移動(dòng)設(shè)備或來自移動(dòng)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸；或基座單元或墊的外套表面，其包括 裝飾性的或防滑的表面。
17.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中多個(gè)模塊化充電器或電源能夠被連線以形成單個(gè) 單元。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中將被充電或供電的移動(dòng)設(shè)備包括充電電路，所 述充電電路具有齊納二極管，其中所述齊納二極管將施加至移動(dòng)設(shè)備或電池的電壓箝制 至預(yù)定的最大電壓；以及包括MOSFET的開關(guān)裝置；并且所述電路包括與所述MOSFET的源 端至漏端并聯(lián)的電容；并且其中當(dāng)基座單元檢測到移動(dòng)設(shè)備或電池被與初級線圈鄰近或?qū)?準(zhǔn)地放置時(shí)，由MOSFET自動(dòng)啟動(dòng)初級線圈中的交替切換。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括基座單元中的用于提供控制調(diào)節(jié)、和/ 或充電和/或供電的驗(yàn)證的裝置，所述裝置包括用于在不同的負(fù)載條件下調(diào)節(jié)和/或控制 進(jìn)入線圈的功率從而在不同的負(fù)載條件或充電階段期間保持高效率的開關(guān)裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)裝置為過零電壓或過零電流切換結(jié) 構(gòu)，并且其中通過改變操作的頻率來實(shí)現(xiàn)輸出功率的控制。
全文摘要
用于感應(yīng)充電或供電系統(tǒng)中的各種功率傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該系統(tǒng)包括墊或類似的基座單元，所述墊或類似的基座單元包含產(chǎn)生交變磁場的初級。接收器包括從來自所述墊的交變磁場接收能量并且將其傳輸至移動(dòng)設(shè)備、電池或其他設(shè)備的裝置。根據(jù)各種實(shí)施例，附加特征可以被并入至系統(tǒng)中以提供更大的功率傳輸效率，并且允許為了具有不同功率需求的應(yīng)用而容易地對系統(tǒng)進(jìn)行修改。這些附加特征包括對用于制造初級和/或接收器線圈的材料的變化；用于初級側(cè)和/或接收器側(cè)上的修改的電路設(shè)計(jì)；以及執(zhí)行特殊任務(wù)的附加的電路和元件，如移動(dòng)設(shè)備或電池識別，以及對于不同的設(shè)備或電池的自動(dòng)電壓或功率設(shè)定。
文檔編號H02J7/00GK101971453SQ200880023854
公開日2011年2月9日 申請日期2008年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月8日
發(fā)明者邁克爾·西爾斯, 阿夫欽·帕托維 申請人:莫瓊移動(dòng)股份有限公司