Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к индуктивной передаче мощности и, в частности, но не только, к системе индуктивной передачи мощности в соответствии с Qi-стандартом беспроводной передачи мощности.
Уровень техники
Многие системы требуют проводных соединений и/или электрических контактов для того, чтобы подавать электроэнергию в устройства. Исключение этих проводов и контактов обеспечивает улучшенные возможности работы пользователей. Традиционно, это достигается с использованием аккумуляторов, расположенных в устройствах, но этот подход имеет ряд недостатков, включающих в себя дополнительный вес, громоздкость и потребность часто заменять или перезаряжать аккумуляторы. В последнее время, все больший интерес привлекает подход с использованием беспроводной индуктивной передачи мощности.
Частично этот повышенный интерес обусловлен числом и разнообразием портативных и мобильных устройств, резко возросшим в последнее десятилетие. Например, стало повсеместным использование мобильных телефонов, планшетных компьютеров, мультимедийных проигрывателей и т.д. Такие устройства, в общем, питаются посредством внутренних аккумуляторов, и типичный сценарий использования зачастую требует перезаряда аккумуляторов или прямой проводной подачи питания устройства от внешнего источника питания.
Как упомянуто выше, большинство современных устройств требуют проводных соединений и/или явных электрических контактов для питания от внешнего источника питания. Тем не менее, зачастую это является непрактичным и требует от пользователя физически вставлять соединители или иным образом устанавливать физический электрический контакт. Также зачастую это является неудобным для пользователя в силу введения кусков проводов. Типично, потребности в электроэнергии также значительно отличаются, и в данный момент большинство устройств содержат собственный выделенный источник питания, что приводит к тому, что типичный пользователь имеет большое число различных источников питания, при этом каждый из источников питания выделяется конкретному устройству. Хотя внутренние аккумуляторы могут исключать потребность в проводном соединении с внешним источником питания, этот подход предоставляет только частичное решение, поскольку аккумуляторам требуется перезаряд (или замена, которая является дорогой). Использование аккумуляторов также может существенно увеличивать вес и потенциально стоимость и размер устройств.
Чтобы предоставлять значительно более широкие возможности работы пользователей, предложено использовать беспроводной источник питания, в котором мощность индуктивно передается из катушки передающего устройства в устройстве передачи мощности в катушку приемного устройства в отдельных устройствах.
Передача мощности через магнитную индукцию представляет собой известный принцип, применяемый главным образом в трансформаторах, которые имеют сильную связь между первичной катушкой передающего устройства и вторичной катушкой приемного устройства. Посредством разделения первичной катушки передающего устройства и вторичной катушки приемного устройства между двумя устройствами, беспроводная передача мощности между устройствами становится возможной на основе принципа слабосвязанного трансформатора.
Такая компоновка обеспечивает возможность беспроводной передачи мощности в устройство без необходимости проводов или физических электрических соединений. Фактически, она может обеспечивать возможность просто размещения устройства рядом или поверх катушки передающего устройства, с тем чтобы перезаряжаться или питаться внешне. Например, устройства передачи мощности могут компоноваться с горизонтальной поверхностью, на которую устройство может просто помещаться для подачи питания.
Кроме того, такие компоновки беспроводной передачи мощности преимущественно могут конструироваться таким образом, что устройство передачи мощности может быть использовано в пределах дальности устройств приема мощности. В частности, стандарт беспроводной передачи мощности, известный как Qi-стандарт, задан и в данный момент дополнительно прорабатывается. Этот стандарт обеспечивает возможность использования устройств передачи мощности, которые удовлетворяют Qi-стандарту, с устройствами приема мощности, которые также удовлетворяют Qi-стандарту, без необходимости их поставки от идентичного изготовителя или необходимости выделения друг другу. Qi-стандарт дополнительно включает в себя некоторую функциональность для обеспечения возможности адаптации работы к конкретному устройству приема мощности (например, в зависимости от конкретного потребления мощности).
Qi-стандарт разрабатывается посредством Консорциума по беспроводной передаче мощности, и дополнительная информация содержится, например, на их веб-узле: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, где, в частности, содержатся заданные документы по стандартам.
Чтобы поддерживать межсетевое и функциональное взаимодействие устройств передачи мощности и устройств приема мощности, предпочтительно, чтобы эти устройства могли обмениваться данными друг с другом, т.е. желательно, если поддерживается связь между устройством передачи мощности и устройством приема, мощности, и предпочтительно, если связь поддерживается в обоих направлениях. Пример системы беспроводной передачи мощности, обеспечивающей связь между устройством приема мощности и устройством передачи мощности, предоставляется в US2012/314745A1.
Qi-стандарт поддерживает передачу из устройства приема мощности в устройство передачи мощности, за счет этого позволяя устройству приема мощности предоставлять информацию, которая может обеспечивать возможность устройству передачи мощности адаптироваться к конкретному устройству приема мощности. В действующем стандарте, задана однонаправленная линия связи из устройства приема мощности в устройство передачи мощности, и подход основан на такой концепции, что устройство приема мощности представляет собой элемент управления. Чтобы подготавливать и управлять передачей мощности между устройством передачи мощности и устройством приема мощности, устройство приема мощности, в частности, передает информацию в устройство передачи мощности.
Однонаправленная связь осуществляется посредством выполнения посредством устройства приема мощности нагрузочной модуляции, при этом нагрузка, прикладываемая к вторичной катушке приемного устройства посредством устройства приема мощности, изменяется, с тем чтобы предоставлять модуляцию сигнала мощности. Результирующие изменения в электрических характеристиках (например, изменения в потребляемом токе) могут определяться и декодироваться (демодулироваться) посредством устройства передачи мощности.
Тем не менее, ограничение Qi-системы заключается в том, что она не поддерживает связь из устройства передачи мощности в устройство приема мощности. Кроме того, нагрузочная модуляция, к примеру, разработанная для Qi, может быть субоптимальной в некоторых вариантах применения.
В качестве примера, фиг. 1 иллюстрирует тракт подачи электропитания для типичного индукционного нагревательного прибора. Система электропитания содержит преобразователь 101 переменного тока в постоянный, который выпрямляет входное переменное напряжение (например, сети). Выпрямленный сигнал электросети подается в преобразователь 103 постоянного тока в переменный (инвертор), который генерирует высокочастотный возбуждающий сигнал, который подается в резонансный контур 105 (перестраиваемую L-C-схему) и через него в катушку 107 передающего устройства. Система включает в себя нагревательную ванночку, которая может быть представлена посредством катушки 109 приемного устройства и нагрузки R_Sole 111 (представляющей потери на вихревые токи в основании ванночки).
Фиг. 2 иллюстрирует формы сигнала напряжения тракта передачи мощности по фиг. 1. Напряжение Umains сети выпрямляется посредством преобразователя 101 переменного тока в постоянный в напряжение Udc_abs. Крупный накопительный конденсатор, который используется для того, чтобы буферизовать выпрямленное напряжение сети, обычно не применяется в этих видах вариантов применения, поскольку он способствует повышению полного искажения гармоник напряжения сети для такого варианта применения. Как результат, изменяющееся постоянное напряжение генерируется посредством преобразователя 101 переменного тока в постоянный.
Вследствие характеристик выпрямленного напряжения Udc_abs выходное напряжение Uac_HF преобразователя 103 постоянного тока в переменный имеет такую форму, как показано на фиг. 2. Нормальная рабочая частота инвертора составляет порядка 20-100 кГц.
Катушка 107 передающего устройства, вместе с катушкой 109 приемного устройства и сопротивлением R_sole, по существу представляет собой нагрузку преобразователя 103 постоянного тока в переменный. Тем не менее, вследствие характера этой нагрузки (и индуктивного, и резистивного) резонансная схема 105 типично используется между преобразователем 103 постоянного тока в переменный и этой нагрузкой для того, чтобы подавлять индуктивную часть нагрузки. Кроме того, резонансная сеть 105 типично приводит к уменьшению потерь на переключение инвертора, типично используемого в преобразователе 103 постоянного тока в переменный.
Связь между приемным устройством и передающим устройством в системе, к примеру, по фиг. 1 сталкивается с несколькими сложными задачами и трудностями. В частности, типично возникает конфликт между требованиями и характеристиками сигнала питания и потребностями связи. Типично, система требует тесного взаимодействия между функциями передачи мощности и связи. Например, система спроектирована на основе принципа индуктивного связывания только одного сигнала между передающим устройством и устройством приема мощности, а именно, непосредственно сигнала питания. Тем не менее, использование непосредственно сигнала питания не только для выполнения передачи мощности, но также и для переноса информации приводит к трудностям вследствие изменяющегося характера амплитуды сигнала питания. Например, чтобы модулировать сигнал для сигнала питания или использовать нагрузочную модуляцию, сигнал питания должен иметь достаточную амплитуду. Тем не менее, это не может быть гарантировано для сигнала питания, такого как сигнал питания по фиг. 2.
В качестве конкретного примера, использование подхода нагрузочной модуляции, при котором устройство приема мощности обменивается данными посредством нагрузочной модуляции (к примеру, в Qi-системе), требует, чтобы нормальная нагрузка была относительно постоянной. Тем не менее, это не может быть гарантировано во многих вариантах применения.
Например, если беспроводная передача мощности должна использоваться для того, чтобы питать прибор с приводом от электромотора (такой как, например, блендер), может использоваться тракт передачи мощности, аналогичный тракту передачи мощности по фиг. 1, но при этом нагрузка (соответствующая нагревательной ванночке) заменена посредством отдельного приемного индуктора (Rx-катушки), преобразователя переменного тока в постоянный и непосредственно электромотора постоянного тока. Такой тракт передачи мощности проиллюстрирован на фиг. 3.
Типичные формы сигнала напряжения и тока такого беспроводного прибора с приводом от электромотора показаны на фиг. 4. Как проиллюстрировано, ток Idc_motor электромотора имеет тенденцию быть довольно нерегулярным и прерывистым. Около переходов через нуль напряжения сети появляются интервалы отсутствия тока электромотора. Они вызываются посредством напряжения вращения электромотора. Преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор) имеет возможность подавать ток в электромотор только в том случае, если напряжение Uac_Rx выше напряжения Udc_mot вращения, индуцируемого в электромоторе.
Чтобы управлять частотой вращения (или крутящим моментом) электромотора, датчик частоты вращения (или датчик тока) может добавляться в систему, вместе с контуром обратной связи из датчика частоты вращения в устройство передачи мощности. Вследствие характера инвертора (который может представлять собой источник напряжения или тока), преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор) предпочтительно включен в этот контур обратной связи. Следовательно, требуется связь между частью прибора (устройством приема мощности) и частью устройства передачи мощности. Она может осуществляться посредством применения технологий нагрузочной модуляции на стороне прибора, так что изменения нагрузки могут определяться и демодулироваться на стороне передающего устройства. Эти демодулированные данные затем могут включать в себя информацию частоты вращения (или крутящего момента) электромотора или фактически любую другую информацию, которая, например, может использоваться для того, чтобы управлять передающим устройством.
Тем не менее, когда прибор с приводом от электромотора потребляет ток, амплитуда этого тока сильно связана с нагрузкой электромотора. Если изменяется электромоторная нагрузка, также изменяется ток электромотора. Это также приводит к изменению амплитуды тока инвертора вместе нагрузкой. Это изменение нагрузки создает помехи для нагрузочной модуляции, приводя к ухудшенной связи. Фактически, на практике типично очень трудно определять нагрузочную модуляцию для нагрузок, которые включают в себя электромотор в качестве части нагрузки. Следовательно, в таких сценариях, число ошибок связи является относительно высоким, или связь может использовать очень высокую энергию символов данных, за счет этого очень существенно уменьшая возможную скорость передачи данных.
Следовательно, должна быть преимущественной улучшенная система передачи мощности, и, в частности, должна быть преимущественной система, обеспечивающая улучшенную поддержку связи, повышенную надежность, повышенную гибкость, упрощенную реализацию, пониженную чувствительность к изменениям нагрузки и/или повышенную производительность.
Раскрытие изобретения
Следовательно, изобретение предпочтительно нацелено на уменьшение, облегчение или устранение одного или более вышеуказанных недостатков по отдельности или в любой комбинации.
Согласно аспекту изобретения, предусмотрено устройство передачи мощности для передачи мощности в устройство приема мощности с использованием сигнала беспроводной индуктивной передачи мощности, причем устройство передачи мощности содержит: индуктор для предоставления сигнала беспроводной индуктивной передачи мощности в ответ на возбуждающий сигнал, подаваемый в индуктор; источник питания для предоставления сигнала источника питания; генератор сигналов питания для генерирования возбуждающего сигнала из сигнала источника питания, причем генератор сигналов питания содержит: преобразователь частоты, выполненный с возможностью генерировать частоту возбуждающего сигнала таким образом, что она выше частоты сигнала источника питания, и ограничитель для ограничения мощности возбуждающего сигнала, подаваемого в индуктор, таким образом, что она ниже порогового значения, с повторяющимися временными интервалами; синхронизатор для синхронизации повторяющихся временных интервалов с сигналом источника питания; и модуль связи для обмена данными с устройством приема мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
Изобретение позволяет предоставлять улучшенную систему передачи мощности. Оно позволяет во многих вариантах осуществления обеспечивать, поддерживать или способствовать улучшенной связи между устройством передачи мощности и устройством приема мощности. Подход позволяет, в частности, предоставлять, упрощать или поддерживать связь на основе индуктивных сигналов, сгенерированных посредством устройства приема мощности. Подход может использоваться для связи из устройства передачи мощности в устройство приема мощности и/или из устройства приема мощности в устройство передачи мощности.
Подход позволяет обеспечивать дополнительное разделение между требованиями и настройками для передачи мощности и для операций связи. Он, в частности, позволяет уменьшать влияние функциональных характеристик передачи мощности на операции связи, и наоборот. В частности, может уменьшаться или исключаться влияние изменений нагрузки при передаче мощности на производительность связи. Подход позволяет обеспечивать то, что устройство приема мощности может генерировать беспроводной сигнал, который оно может предоставлять в катушку устройства приема мощности, что приводит к индуцированию сигнала в индукторе устройства передачи мощности. Этот сгенерированный устройством приема мощности сигнал может использоваться для того, чтобы индуктивно передавать данные между устройством передачи мощности и устройством приема мощности. Подход может приводить к уменьшенной чувствительности связи к изменениям уровня сигнала источника питания.
Синхронизация с сигналом источника питания во многих вариантах осуществления позволяет упрощать работу и/или обеспечивать более надежную работу. В частности, она позволяет уменьшать влияние связи на передаче мощности и, в частности, уменьшать или даже минимизировать уменьшение мощности, передаваемой вследствие связи. Подход во многих вариантах осуществления позволяет обеспечивать улучшенную связь и позволяет упрощать синхронизацию между устройством передачи мощности и устройством приема мощности.
Синхронизатор может быть выполнен с возможностью непосредственно синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с сигналом источника питания посредством анализа, оценки или измерения свойства сигнала источника питания. Например, изменения амплитуды сигнала источника питания могут использоваться для того, чтобы синхронизировать повторяющиеся временные интервалы. Тем не менее, в других вариантах осуществления, косвенная синхронизация повторяющихся временных интервалов с сигналом источника питания может осуществляться, например, посредством синхронизации повторяющихся временных интервалов с другим сигналом, который является синхронным с сигналом источника питания. Например, сигнал источника питания может извлекаться из другого сигнала, и синхронизация повторяющихся временных интервалов может осуществляться посредством синхронизации со свойством этого другого сигнала.
Повторяющиеся временные интервалы могут во многих вариантах осуществления синхронизироваться с амплитудой или изменениями уровня сигнала для сигнала источника питания.
Во многих вариантах осуществления, ограничитель может быть выполнен с возможностью отключать или развязывать возбуждающий сигнал от индуктора в течение повторяющихся временных интервалов. Таким образом, ограничитель может ограничивать мощность возбуждающего сигнала, подаваемого в индуктор, посредством неподачи возбуждающего сигнала в индуктор в течение повторяющихся временных интервалов.
Ограничитель типично может ограничивать мощность как составляющую не более чем самое большее 20%, 10% или 5% от максимальной мощности возбуждающего сигнала. Во многих вариантах осуществления, возбуждающий сигнал может отсоединяться из индуктора в течение повторяющихся временных интервалов, за счет этого ограничивая мощность возбуждающего сигнала, подаваемого в индуктор, до нуля.
Генератор сигналов питания, например, может быть выполнен с возможностью работать в режиме передачи мощности и режиме связи. Генератор сигналов питания может работать в режиме связи в течение повторяющихся временных интервалов. В режиме передачи мощности, возбуждающий сигнал возбуждает индуктор, чтобы предоставлять беспроводной указывающий сигнал питания. В режиме связи, возбуждающий сигнал не возбуждает индуктор, и, в частности, возбуждающий сигнал не может быть подан в индуктор. В режиме связи, устройство передачи мощности может обмениваться данными с устройством приема мощности. Режим связи может включать в себя генерирование сигнала связи и его подачу в индуктор посредством устройства передачи мощности. Альтернативно или дополнительно, режим связи может включать в себя определение или демодуляцию сигнала связи, принимаемого посредством индуктора, например, соответствующего сигналу, индуцируемому посредством сигнала индуктивной связи, предоставленного из устройства приема мощности. Связь может ограничиваться повторяющимися интервалами.
В некоторых вариантах осуществления, вся связь между устройством передачи мощности и устройством приема мощности может выполняться с повторяющимися временными интервалами. Таким образом, во многих вариантах осуществления, связь между устройством передачи мощности и устройством приема мощности не осуществляется за рамками повторяющихся временных интервалов.
Преобразователь частоты во многих вариантах осуществления может представлять собой преобразователь постоянного тока в переменный. Сигнал источника питания может представлять собой сигнал постоянного тока с изменяющимся уровнем, который преобразуется в сигнал возбуждения переменного тока. Преобразователь частоты может включать в себя инвертор.
Преобразователь частоты во многих вариантах осуществления может генерировать возбуждающий сигнал посредством включения операции, которая соответствует умножению сигнала источника питания и дополнительного сигнала, имеющего более высокую частоту. Дополнительный сигнал может соответствовать прямоугольному сигналу с двумя уровнями, и операция умножения может реализовываться с использованием переключающей схемы, такой как инвертор, возбужденный посредством сигнала переключения с более высокой частотой, чем сигнал источника питания.
Возбуждающий сигнал во многих вариантах осуществления может генерироваться в ответ на амплитудную модуляцию сигнала источника питания с помощью модулирующего сигнала, имеющего более высокую частоту, чем сигнал источника питания. Ограничитель в таком варианте осуществления может быть выполнен с возможностью ограничивать мощность возбуждающего сигнала питания посредством операций для возбуждающего сигнала или, например, может ограничивать мощность посредством ограничения мощности амплитудно модулируемого сигнала источника питания (или в случае, например, умножения посредством ограничения амплитуды модулирующего сигнала).
Сигнал источника питания во многих вариантах осуществления может генерироваться из низкочастотного сигнала переменного тока с частотой ниже 100 Гц. В частности, сигнал источника питания может генерироваться из сигнала электросети с типичной частотой 50 Гц или 60 Гц. Во многих вариантах осуществления, сигнал источника питания может быть двухполупериодной выпрямленной версией сигнала переменного тока от электросети. Таким образом, частота сигнала источника питания типично может составлять 100 Гц или 120 Гц. В большинстве вариантов осуществления, частота сигнала источника питания составляет не выше 400 Гц.
Частота возбуждающего сигнала типично составляет, по меньшей мере, 10 кГц, 20 кГц или даже 50 кГц. Возбуждающий сигнал может представлять собой сигнал, соответствующий несущей с изменяющейся амплитудой с несущей частотой, по меньшей мере, в 10 кГц, 20 кГц или даже 50 кГц и максимальной частотой изменений амплитуды не более 400 кГц (частоты вплоть до 400 кГц, например, зачастую могут использоваться в самолетах). Возбуждающий сигнал во многих сценариях может соответствовать амплитудно-модулированной несущей, при этом несущий сигнал предоставляется посредством преобразователя частоты, а сигнал амплитудной модуляции представляет собой сигнал источника питания.
Повторяющиеся временные интервалы могут представлять собой периодически повторяющиеся временные интервалы. Во многих вариантах осуществления, повторяющиеся временные интервалы могут иметь рабочий цикл не более 10%, 5% или даже в некоторых вариантах осуществления 1%.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, сигнал источника питания представляет собой изменяющийся сигнал мощности постоянного тока.
Это позволяет предоставлять повышенную производительность и может уменьшать сложность во многих вариантах осуществления. Подход может быть, в частности, подходящим для введения связи в системы, в которых сигнал источника питания, такой как напряжение питания в возбуждающую схему для возбуждения индуктора, является непостоянным. Сигнал источника питания, например, может генерироваться посредством одно- или двухполупериодного выпрямления входного сигнала переменного тока. Сглаживание может отсутствовать и/или может быть недостаточным для того, чтобы уменьшать пульсацию до низких значений. Например, пульсация напряжения питания может составлять не менее чем 25% или даже 50% от максимального значения.
Сигнал источника питания, в частности, может иметь переменное напряжение, при этом напряжение сигнала изменяется во времени.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, повторяющиеся временные интервалы соответствуют временным интервалам, в течение которых уровень сигнала источника питания ниже порогового значения.
Это позволяет предоставлять улучшенную связь и/или улучшенную передачу мощности. В частности, это позволяет синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с временами, когда передача мощности, предоставленная посредством устройства передачи мощности, является менее значительной.
Пороговое значение может выбираться в зависимости от отдельного варианта осуществления или сценария. В некоторых вариантах осуществления, повторяющиеся временные интервалы могут синхронизироваться с повторяющимися и, возможно, периодическими минимумами сигнала источника питания. В частности, повторяющиеся временные интервалы могут выбираться таким образом, что они включают в себя и зачастую центрируются на моментах времени, соответствующих локальным минимумам уровня сигнала источника питания.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, синхронизатор выполнен с возможностью синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с периодическими изменениями амплитуды в сигнале источника питания.
Это позволяет обеспечивать сверхпреимущественную работу и во многих сценариях обеспечивает уменьшенные помехи связи, уменьшенное влияние на передачу мощности и упрощенную синхронизацию между устройством передачи мощности и устройством приема мощности.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, сигнал источника питания содержит пульсирующий компонент, наложенный на постоянный компонент тока, и синхронизатор выполнен с возможностью синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с пульсирующим компонентом.
Сигнал источника питания, в частности, может представлять собой комбинацию пульсирующего компонента сигнала, постоянного компонента сигнала и возможно других компонентов сигнала, таких как компонент шумового сигнала. Синхронизатор может измерять временные характеристики пульсирующего компонента сигнала и синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с этими временными характеристиками. Например, может выполняться синхронизация с минимумами пульсирующего компонента сигнала. Подход позволяет обеспечивать улучшенную работу.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, источник питания выполнен с возможностью генерировать сигнал источника питания в ответ на выпрямление сигнала переменного тока, при этом повторяющиеся временные интервалы синхронизируются с переходами через нуль сигнала переменного тока.
Это позволяет предоставлять улучшенную связь и/или улучшенную передачу мощности. В частности, это позволяет синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с временами, когда передача мощности, предоставленная посредством устройства передачи мощности, является менее значительной.
В частности, повторяющиеся временные интервалы могут выбираться таким образом, что они включают в себя и зачастую центрируются на моментах времени, соответствующих переходам через нуль сигнала переменного тока.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, ограничитель выполнен с возможностью развязывать индуктор от преобразователя частоты в течение повторяющихся временных интервалов.
Это позволяет обеспечивать низкую сложность и/или предоставлять улучшенное разделение между операциями передачи мощности и связи, за счет этого приводя к улучшенной связи.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, модуль связи содержит генератор несущей для генерирования несущего сигнала и предоставления его в индуктор в течение повторяющихся временных интервалов.
Это позволяет предоставлять сверхпреимущественный подход для многих вариантов осуществления и во многих сценариях. В частности, это позволяет уменьшать сложность устройства приема мощности. Несущий сигнал может использоваться для того, чтобы переносить информацию посредством модуляции несущего сигнала посредством устройства передачи мощности или посредством устройства приема мощности.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, модуль связи содержит модулятор для модуляции данных на несущий сигнал в течение повторяющихся временных интервалов.
Это позволяет предоставлять сверхпреимущественный подход во многих вариантах осуществления и во многих сценариях. В частности, это позволяет уменьшать сложность устройства приема мощности. Модуляция, например, может представлять собой амплитудную модуляцию, частотную модуляцию и/или фазовую модуляцию несущей.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, модуль связи содержит демодулятор для демодуляции нагрузочной модуляции несущего сигнала в течение повторяющихся временных интервалов.
Это позволяет предоставлять сверхпреимущественный подход во многих вариантах осуществления и во многих сценариях. В частности, это позволяет уменьшать сложность устройства передачи мощности.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, частота несущего сигнала отличается от частоты возбуждающего сигнала.
Изобретение позволяет обеспечивать отдельную оптимизацию сигналов, соответственно, для операций передачи мощности и связи. Подход, например, позволяет обеспечивать упрощенную модуляцию и/или демодуляцию и во многих случаях позволяет обеспечивать повышенную скорость передачи данных при связи.
Частота несущего сигнала, в частности, может быть выше возбуждающего сигнала.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, модуль связи содержит модулятор для нагрузочной модуляции нагрузки индуктора в течение повторяющихся временных интервалов.
В некоторых вариантах осуществления, устройство приема мощности может генерировать несущий сигнал, который может использоваться посредством устройства передачи мощности для того, чтобы обмениваться данными с устройством приема мощности посредством нагрузочной модуляции несущей. Подход, например, позволяет уменьшать сложность передающего устройства и, в частности, позволяет уменьшать или исключать требования по электропитанию для устройства передачи мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, модуль связи содержит демодулятор для демодуляции модулированного несущего сигнала, индуцируемого в индукторе посредством устройства приема мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
В некоторых вариантах осуществления, устройство приема мощности может генерировать модулированный несущий сигнал, который может использоваться посредством устройства приема мощности для того, чтобы обмениваться данными с устройством передачи мощности в течение повторяющихся временных интервалов. Подход, например, позволяет уменьшать сложность передающего устройства и, в частности, позволяет уменьшать или исключать требования по электропитанию для устройства передачи мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, модуль связи содержит индуктор связи для обмена данными с устройством приема мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
В некоторых вариантах осуществления, устройство передачи мощности может содержать два индуктора, при этом один из них используется для связи, а другой используется для передачи мощности. Эти два индуктора могут связываться. Тем не менее, вследствие временного разделения между связью и передачей мощности, такое связывание не приводит к недопустимым помехам между операциями.
Подход позволяет обеспечивать отдельную оптимизацию индукторов для отдельных функций.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, генератор сигналов питания выполнен с возможностью определять длительность повторяющихся временных интервалов в ответ на данные, принятые из устройства приема мощности.
Это позволяет предоставлять повышенную производительность и/или улучшенную работы во многих сценариях. Это позволяет обеспечивать возможность устройству приема мощности управлять, по меньшей мере, частью связи и, например, позволяет обеспечивать возможность устройству приема мощности управлять полосой пропускания линий связи, предоставленной посредством повторяющихся временных интервалов. Это позволяет обеспечивать возможность устройству передачи мощности и системе адаптироваться к различным требованиям различных устройств приема мощности и за счет этого позволяет обеспечивать улучшенный и настраиваемый компромисс, например, между характеристиками передачи мощности и характеристиками связи. В соответствии с необязательным признаком изобретения, ограничитель выполнен с возможностью связывать элемент рассеяния мощности с индуктором при инициировании повторяющегося временного интервала.
Это позволяет предоставлять повышенную производительность и, в частности, пониженное потребление мощности и уменьшенные помехи в ходе связи.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, связывание элемента рассеяния мощности с индуктором представляет собой индуктивное связывание.
Это позволяет обеспечивать упрощенную реализацию и/или повышенную производительность.
В некоторых вариантах осуществления, элемент рассеяния мощности может связываться с катушкой связи, которая индуктивно связывается с индуктором устройства передачи мощности.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, преобразователь частоты содержит переключающий мост для генерирования возбуждающего сигнала, и ограничитель может быть выполнен с возможностью ограничивать сигнал питания посредством постепенного изменения относительной фазы элементов переключателя переключающего моста. В начале повторяющегося временного интервала, фаза может постепенно сдвигаться (например, с длительностью перехода не менее чем 200 мкс или не менее чем 5% от длительности повторяющегося временного интервала). Это позволяет обеспечивать упрощенную реализацию и/или повышенную производительность.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, преобразователь частоты содержит переключающий мост для генерирования возбуждающего сигнала, и ограничитель выполнен с возможностью ограничивать сигнал питания посредством мгновенного изменения возбуждающих сигналов для всех элементов переключателя переключающего моста, чтобы выключать все элементы переключателя. Это позволяет обеспечивать упрощенную реализацию и/или повышенную производительность. Элементы переключателя, в частности, могут представлять собой, например, FET или IBGT, имеющие внутренние диоды, и элементы переключателя могут компоноваться таким образом, что, по меньшей мере, некоторые внутренние диоды могут проводить ток из катушки в источник питания, когда все элементы переключателя отключаются. Это позволяет уменьшать полное потребление мощности, поскольку энергия, накопленная в резонансных схемах/магнитном поле, может быть возвращена в источник питания.
В соответствии с аспектом изобретения, предусмотрено устройство приема мощности для приема мощности из приема мощности из устройства передачи мощности с использованием сигнала беспроводной индуктивной передачи мощности, причем устройство приема мощности содержит: индуктор для приема сигнала питания; соединитель нагрузки для подачи сигнала питания на нагрузку, причем соединитель нагрузки выполнен с возможностью развязывать нагрузку от индуктора в течение повторяющихся временных интервалов; синхронизатор для синхронизации повторяющихся временных интервалов с изменениями амплитуды сигнала питания; и модуль связи для обмена данными с устройством передачи мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
Изобретение позволяет предоставлять улучшенную систему передачи мощности. Оно позволяет во многих вариантах осуществления обеспечивать, поддерживать или способствовать улучшенной связи между устройством передачи мощности и устройством приема мощности. Подход позволяет, в частности, предоставлять, упрощать или поддерживать связь на основе индуктивных сигналов, сгенерированных посредством устройства приема мощности. Подход может использоваться для связи из устройства передачи мощности в устройство приема мощности и/или из устройства приема мощности в устройство передачи мощности.
Подход позволяет обеспечивать дополнительное разделение между требованиями и настройками для передачи мощности и требованиями и настройками для операций связи. Он, в частности, позволяет уменьшать влияние функциональных характеристик передачи мощности на операции связи, и наоборот. В частности, может уменьшаться или исключаться влияние изменений нагрузки при передаче мощности на производительность связи. Подход позволяет обеспечивать то, что устройство приема мощности может генерировать беспроводной сигнал, который оно может предоставлять в катушку устройства приема мощности, что приводит к индуцированию сигнала в индукторе устройства передачи мощности. Этот сгенерированный устройством приема мощности сигнал может использоваться для того, чтобы индуктивно передавать данные между устройством передачи мощности и устройством приема мощности. Подход может приводить к уменьшенной чувствительности связи к изменениям уровня сигнала источника питания.
Синхронизатор может быть выполнен с возможностью синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с повторяющимися и возможно периодическими минимумами сигнала питания. В частности, повторяющиеся временные интервалы могут выбираться таким образом, что они включают в себя и зачастую центрируются на моментах времени, соответствующих локальным минимумам уровня/амплитуды сигнала питания.
Следует принимать во внимание, что комментарии, предоставляемые относительно устройства передачи мощности, применяются с необходимыми изменениями надлежащим образом к устройству приема мощности.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, модуль связи содержит генератор несущей для генерирования несущего сигнала и предоставления его в индуктор в течение повторяющихся временных интервалов.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, модуль связи содержит модулятор для модуляции данных на несущий сигнал в течение повторяющихся временных интервалов.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, модуль связи содержит демодулятор для демодуляции нагрузочной модуляции несущего сигнала в течение повторяющихся временных интервалов.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, модуль связи содержит модулятор для нагрузочной модуляции нагрузки индуктора в течение повторяющихся временных интервалов.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, модуль связи содержит демодулятор для демодуляции модулированного несущего сигнала, индуцируемого в индукторе посредством устройства передачи мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, модуль связи содержит индуктор связи для обмена данными с устройством передачи мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, устройство приема мощности выполнено с возможностью связывать элемент рассеяния мощности с индуктором при инициировании повторяющегося временного интервала.
Это позволяет предоставлять повышенную производительность и, в частности, пониженное потребление мощности и уменьшенные помехи в ходе связи.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, связывание элемента рассеяния мощности с индуктором представляет собой индуктивное связывание.
Это позволяет обеспечивать упрощенную реализацию и/или повышенную производительность.
В некоторых вариантах осуществления, элемент рассеяния мощности может связываться с катушкой связи, которая индуктивно связывается с индуктором устройства приема мощности.
Согласно аспекту изобретения, предусмотрен способ работы для устройства передачи мощности, передающего мощность в устройство приема мощности с использованием сигнала беспроводной индуктивной передачи мощности, причем устройство передачи мощности содержит индуктор для предоставления сигнала беспроводной индуктивной передачи мощности в ответ на возбуждающий сигнал, подаваемый в индуктор, причем способ содержит: предоставление сигнала источника питания; генерирование возбуждающего сигнала из сигнала источника питания, причем генерирование содержит: генерирование частоты возбуждающего сигнала таким образом, что она выше частоты сигнала источника питания, и ограничение мощности возбуждающего сигнала, подаваемого в индуктор, таким образом, что она ниже порогового значения, с повторяющимися временными интервалами; синхронизацию повторяющихся временных интервалов с сигналом источника питания; и обмен данными с устройством приема мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
Согласно аспекту изобретения, предусмотрен способ работы для устройства приема мощности, принимающего мощность из устройства передачи мощности с использованием сигнала беспроводной индуктивной передачи мощности, причем устройство приема мощности содержит индуктор для приема сигнала питания и соединитель нагрузки для подачи сигнала питания на нагрузку, причем способ содержит: развязывание нагрузки от индуктора посредством соединителя нагрузки в течение повторяющихся временных интервалов; синхронизацию повторяющихся временных интервалов с изменениями амплитуды сигнала питания; и обмен данными с устройством передачи мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества изобретения должны становиться очевидными и должны истолковываться со ссылкой на описанные далее варианты осуществления.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения описаны далее только в качестве примера со ссылкой на чертежи, из которых:
Фиг. 1 иллюстрирует пример системы передачи мощности в соответствии с предшествующим уровнем техники;
Фиг. 2 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности;
Фиг. 3 иллюстрирует пример системы передачи мощности в соответствии с предшествующим уровнем техники;
Фиг. 4 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности;
Фиг. 5 иллюстрирует пример системы передачи мощности, содержащей устройство передачи мощности и устройство приема мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 6 иллюстрирует пример элементов устройства передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 7 иллюстрирует пример инвертора, подходящего для устройства передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 8 иллюстрирует пример инвертора, подходящего для устройства передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 9 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 10 иллюстрирует пример элементов устройства приема мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 11 иллюстрирует пример кадра временного кванта, подходящего для системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 12 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 13 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 14 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 15 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 16 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 17 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 18 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 19 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 20 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 21 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 22 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 23 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 24 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 25 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 26 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 27 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 28 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 29 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 30 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 31 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 32 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 33 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 34 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 35 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 36 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 37 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 38 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 39 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 40 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения; и
Фиг. 41 иллюстрирует пример некоторых сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
ФИГ. 5 иллюстрирует пример системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Система передачи мощности содержит устройство 501 передачи мощности, которое включает в себя (или связывается) катушку 503 передающего устройства/индуктор. Система дополнительно содержит устройство 505 приема мощности, которое включает в себя (или связывается) катушку 507 приемного устройства/индуктор.
Система предоставляет беспроводную индуктивную передачу мощности из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности. В частности, устройство 501 передачи мощности генерирует сигнал мощности, который распространяется в качестве магнитного потока посредством катушки 503 передающего устройства. Сигнал мощности типично может иметь частоту приблизительно между 20-200 кГц. Катушка 503 передающего устройства и катушка 507 приемного устройства слабо связываются, и за счет этого катушка приемного устройства снимает (по меньшей мере, часть) сигнал питания из устройства 501 передачи мощности. Таким образом, мощность передается из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности через беспроводную индуктивную связь из катушки 503 передающего устройства в катушку 507 приемного устройства. Термин "сигнал мощности" главным образом используется для того, чтобы означать индуктивный сигнал между катушкой 503 передающего устройства и катушкой 507 приемного устройства (сигнал магнитного потока), но следует принимать во внимание, что в силу эквивалентности он также может рассматриваться и использоваться в качестве ссылки на электрический сигнал, предоставляемый в катушку 503 передающего устройства, или фактически на электрический сигнал катушки 507 приемного устройства.
Далее описывается работа устройства 501 передачи мощности и устройства 505 приема мощности с конкретной ссылкой на вариант осуществления в соответствии с Qi-стандартом (за исключением описанных в данном документе (или сопутствующих) модификаций и улучшений). В частности, устройство 501 передачи мощности и устройство 505 приема мощности могут практически быть совместимыми с версией 1.0 или 1.1 технических Qi-требований (за исключением описанных в данном документе (или сопутствующих) модификаций и улучшений).
Чтобы управлять передачей мощности, система может проходить через различные фазы, в частности, фазу выбора, фазу проверки досягаемости, фазу идентификации и конфигурирования и фазу передачи мощности. Дополнительная информация приведена в главе 5 части 1 технических Qi-требований по беспроводной мощности.
Первоначально, устройство 501 передачи мощности находится в фазе выбора, на которой оно просто отслеживает на предмет потенциального присутствия устройства приема мощности. Устройство 501 передачи мощности может использовать множество способов для этой цели, например, как описано в технических Qi-требованиях по беспроводной мощности. Если определяется такое потенциальное присутствие, устройство 501 передачи мощности переходит к фазе проверки досягаемости, на которой временно генерируется сигнал мощности. Устройство 505 приема мощности может применять принимаемый сигнал для того, чтобы подавать питание в свои электронные схемы. После приема сигнала мощности устройство 505 приема мощности передает начальный пакет в устройство 501 передачи мощности. В частности, передается пакет параметров интенсивности сигнала, указывающий коэффициент связи между устройством передачи мощности и устройством приема мощности. Дополнительная информация приведена в главе 6.3.1 части 1 технических Qi-требований по беспроводной мощности. Таким образом, в фазе проверки досягаемости определяется то, присутствует или нет устройство 505 приема мощности в интерфейсе устройства 501 передачи мощности.
При приеме сообщения с параметрами интенсивности сигнала, устройство 501 передачи мощности переключается на фазу идентификации и конфигурирования. В этой фазе, устройство 505 приема мощности поддерживает разъединенной выходную нагрузку и передает в устройство 501 передачи мощности с использованием нагрузочной модуляции. Устройство передачи мощности предоставляет сигнал мощности с постоянной амплитудой, частотой и фазой для этой цели (за исключением изменения, вызываемого посредством нагрузочной модуляции). Сообщения используются посредством устройства 501 передачи мощности для того, чтобы конфигурировать себя по запросу посредством устройства 505 приема мощности. Сообщения из устройства 505 приема мощности передаются не непрерывно, а с интервалами.
После фазы идентификации и конфигурирования, система переходит к фазе передачи мощности, в которой осуществляется фактическая передача мощности. В частности, после передачи потребности в электроэнергии, устройство 505 приема мощности подключает выходную нагрузку и подает в нее принимаемую мощность. Устройство 505 приема мощности отслеживает выходную нагрузку и измеряет ошибку управления между фактическим значением и требуемым значением определенной рабочей точки. Оно передает такие ошибки управления в устройство 501 передачи мощности на минимальной скорости, например, каждые 250 мс, чтобы указывать эти ошибки устройству 501 передачи мощности, как и потребность в изменении или в отсутствии изменения сигнала мощности. Таким образом, в фазе передачи мощности, устройство 505 приема мощности также выполняет нагрузочную модуляцию сигнала питания в интервалах нагрузочной модуляции, чтобы передавать информацию в устройство 501 передачи мощности.
Система передачи мощности по фиг. 5 использует связь между устройством 501 передачи мощности и устройством 505 приема мощности.
Подход для связи из устройства передачи мощности в устройство передачи мощности стандартизирован в версии 1.0 и 1.1 технических Qi-требований.
В соответствии с этим стандартом, канал связи из устройства приема мощности в устройство передачи мощности реализуется посредством использования сигнала мощности в качестве несущей. Устройство приема мощности модулирует нагрузку катушки приемного устройства. Это приводит к соответствующим изменениям сигнала питания на стороне устройства передачи мощности. Нагрузочная модуляция может определяться посредством изменения амплитуды и/или фазы тока катушки передающего устройства, либо альтернативно или дополнительно, посредством изменения напряжения катушки передающего устройства. На основе этого принципа, устройство приема мощности может модулировать данные, которые демодулирует устройство передачи мощности. Эти данные форматируются в байтах и пакетах. Дополнительная информация приведена в документе "System description, Wireless Power Transfer, Volume I: Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.0", июль 2010 года, опубликованном Консорциумом по беспроводной передаче мощности, доступном по адресу http://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-1.html, также называемом техническими Qi-требованиями по беспроводной мощности, в частности, в главе 6: Communications Interface.
Следует отметить, что версии 1.0 и 1.1 технических Qi-требований по беспроводной мощности задают только передачу из устройства приема мощности в устройство передачи мощности, т.е. они задают только однонаправленную связь.
Система по фиг. 5 использует подход к связи, отличающийся от подхода к связи, раскрытого в версиях 1.0 и 1.1 технических Qi-требований по беспроводной мощности. Тем не менее, следует принимать во внимание, что этот отличающийся подход к связи может использоваться вместе с другими подходами к связи, включающими в себя подход к связи согласно версиям 1.0 и 1.1 технических Qi-требований по беспроводной мощности. Например, для системы Qi-типа, подход к связи согласно версиям 1.0 и 1.1 технических Qi-требований по беспроводной мощности может использоваться для всей связи, которая указывается как выполняемая посредством версий 1.0 и 1.1 технических Qi-требований по беспроводной мощности, но при этом дополнительная связь поддерживается посредством другого подхода, описанного ниже. Например, подход версий 1.0 и 1.1 технических Qi-требований по беспроводной мощности может использоваться для того, чтобы передавать данные из устройства 505 приема мощности в устройство 501 передачи мощности, при этом новый подход используется для того, чтобы передавать данные из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности.
В системе по фиг. 5, связь, в частности, выполняется в выделенных повторяющихся временных интервалах. Повторяющиеся временные интервалы далее упоминаются в качестве интервалов времени на осуществление связи. В течение интервалов времени на осуществление связи, передача мощности завершается или уменьшается до более низкого уровня, за счет этого уменьшая влияние операции передачи мощности на операцию связи. Кроме того, в течение интервалов связи устройство 505 приема мощности типично развязывает свою силовую нагрузку от приемного индуктора 507, так что сигнал передачи мощности не нагружается посредством этого, за счет этого уменьшая влияние изменений нагрузки на производительность связи.
В течение интервалов связи, может генерироваться несущий сигнал связи, и этот несущий сигнал связи затем может модулироваться для того, чтобы переносить информацию. Несущая может генерироваться посредством устройства 501 передачи мощности и/или устройства 505 приема мощности. Модуляция может выполняться посредством устройства, генерирующего несущую, например, несущая может амплитудно модулироваться, частотно модулироваться и/или модулироваться по фазе. Таким образом, данные могут передаваться из устройства, генерирующего несущую, в другое устройство. Альтернативно или дополнительно, модуляция может выполняться посредством устройства, не генерирующего несущую, например, посредством нагрузочной модуляции несущего сигнала. Таким образом, данные могут передаваться из устройства, не генерирующего несущую, в устройство, генерирующее несущую.
Фиг. 6 иллюстрирует пример некоторых элементов устройства 501 передачи мощности по фиг. 5.
Устройство 501 передачи мощности содержит источник 601 питания, который генерирует сигнал источника питания. Источник 601 питания, в частности, в примере представляет собой преобразователь переменного тока в постоянный, который принимает сигнал переменного тока и генерирует сигнал постоянного тока с изменяющимся уровнем.
В конкретном примере, источник 601 питания принимает синусоидальный сигнал от электросети с частотой 50 Гц или 60 Гц. Источник 601 питания выполняет двухполупериодное выпрямление синусоидального сигнала. Таким образом, генерируется сигнал источника питания, соответствующий сигналу Udc_abs по фиг. 2.
В конкретном примере, источник 601 питания не включает в себя сглаживающий конденсатор, и в силу этого сигнал источника питания соответствует двухполупериодному выпрямленному синусоидальному сигналу. Тем не менее, в других вариантах осуществления, источник 601 питания может содержать конденсатор, который сглаживает выпрямленный сигнал, за счет этого генерируя сигнал источника питания с меньшим изменением уровня. Тем не менее, в большинстве вариантов осуществления, конденсатор может быть относительно небольшим, что приводит к сигналу источника питания с уровнем, который изменяется существенно, по меньшей мере, для некоторых нагрузок. Например, во многих сценариях, пульсация может составлять, по меньшей мере, 25% или 50% от полной нагрузки.
Таким образом, генерируется сигнал источника питания постоянного тока, который имеет переменное напряжение. Переменное напряжение обусловлено изменениями уровня переменного тока, и в силу этого сигнал источника питания постоянного тока представляет собой периодический сигнал с периодом, в два раза превышающим частоту электросети, т.е. с периодом в 10 мс для входного сигнала на 50 Гц.
Источник 601 питания связывается с генератором 603 сигналов питания, который принимает сигнал источника питания, и который из него генерирует возбуждающий сигнал для индуктора 503, который связывается с генератором 603 сигналов питания.
Генератор 603 сигналов питания, в частности, содержит преобразователь 605 частоты, который выполнен с возможностью генерировать частоту возбуждающего сигнала таким образом, что она выше частоты сигнала питания. Преобразователь частоты может увеличивать частоту возбуждающего сигнала относительно сигнала питания. Индуктор 503 возбуждается посредством возбуждающего сигнала, который имеет значительно более высокую частоту, чем частота сигнала источника питания. Период сигнала источника питания типично составляет не менее чем 2,5 мс или даже 5 мс (согласно частоте 400 Гц или 200 Гц, соответственно). Тем не менее, возбуждающий сигнал типично имеет частоту, по меньшей мере, в 20-200 кГц. В течение интервалов передачи мощности, т.е. интервалов между интервалами связи, возбуждающий сигнал может, в частности, задаваться следующим образом:
(t)=p(t)*x(t),
где p(t) является сигналом источника питания, а x(t) представляет собой сигнал с более высокой частотой, чем p(t), и типично с более высокой частотой (например, типично в 100 раз или более выше). Чтобы уменьшать потери, x(t) типично является сигналом переменного тока, т.е. он имеет среднее значение в нуль.
x(t), например, может быть синусоидальной волной. Тем не менее, в примере по фиг. 6, x(t) соответствует прямоугольному сигналу. Преобразование частоты в примере выполняется посредством операции переключения, а не посредством умножения. В частности, преобразователь 605 частоты содержит схему переключателя, в которую сигнал источника питания предоставляется в качестве напряжения питания и которая связывается с индуктором 503 через элементы переключателя, который предоставляет эффект, соответствующий умножению сигнала источника питания и сигнала x(t) преобразования частоты.
В системе по фиг. 6, преобразователь 605 частоты включает в себя возбуждающую схему в форме инвертора, который генерирует переменный сигнал из изменяющегося постоянного напряжения сигнала источника питания, используемого в качестве напряжения питания. Фиг. 7 показывает пример полумостового инвертора. Переключатели S1 и S2 управляются таким образом, что они никогда не замыкаются одновременно. Альтернативно, S1 замыкается, в то время как S2 разомкнут, и S2 замыкается, в то время как S1 разомкнут. Переключатели размыкаются и замыкаются с требуемой частотой, за счет этого генерируя переменный сигнал на выходе. Фиг. 8 показывает полномостовой инвертор. Переключатели S1 и S2 управляются таким образом, что они никогда не замыкаются одновременно. Аналогично, переключатели S3 и S4 управляются таким образом, что они никогда не замыкаются одновременно. Альтернативно, переключатели S1 и S4 замыкаются, в то время как S2 и S3 разомкнуты, и затем S2 и S3 замыкаются, в то время как S1 и S4 разомкнуты, за счет этого создавая прямоугольный сигнал на выходе. Переключатели размыкаются и замыкаются с требуемой частотой.
В системе по фиг. 6, сигнал, сгенерированный посредством преобразователя 605 частоты, не подается непосредственно в катушку 503 передающего устройства. Наоборот, сигнал подается в ограничитель 607, который выполнен с возможностью ограничивать мощность возбуждающего сигнала, который подается в индуктор, таким образом, что эта мощность ниже данного порогового значения в течение повторяющихся временных интервалов, т.е. в течение интервалов связи. Вывод ограничителя 607 подается в катушку 503 передающего устройства. Типично, это связывание включает в себя резонансную схему (которая может считаться частью ограничителя 607).
В качестве конкретного примера, ограничитель 607 может ограничивать мощность сигнала, подаваемого в катушку 503 передающего устройства, просто посредством отключения катушки 503 передающего устройства от выхода преобразователя 605 частоты. Таким образом, в примере, сигнал из преобразователя 605 частоты связывается с катушкой 503 передающего устройства в течение интервалов передачи мощности, которые прерываются посредством интервалов связи, в которых сигнал из преобразователя 605 частоты не связывается с катушкой 503 передающего устройства.
Ограничитель 607 также может быть внутренней частью инвертора. В качестве конкретного примера, переключатели в полномостовом инверторе, которые обычно переключаются с разностью фаз, что означает то, что, по меньшей мере, часть времени переключатели S1 и S4 замыкаются, в то время как S2 и S3 разомкнуты, и наоборот, генерирование прямоугольной волны может прекращаться посредством переключения без разности фаз, что означает то, что переключатели S1 и S3 замыкаются, в то время как S2 и S4 разомкнуты, и наоборот. В общем, интенсивность сигнала питания может управляться посредством фазы в полном мосте. Чем более синфазными являются переключатели, тем ниже амплитуда сигнала питания, а чем более несинфазными являются переключатели, тем выше амплитуда сигнала питания.
Фиг. 9 иллюстрирует пример сигналов, которые могут возникать в устройстве 501 передачи мощности по фиг. 6. Данные сначала показывают сигнал Umains, который является сигналом электросети, подаваемым в источник питания. Этот сигнал подвергается двухполупериодному выпрямлению, чтобы генерировать сигнал источника питания с изменяющимся уровнем сигнала, соответствующий Udc_abs, как показано на фиг. 2. Преобразователь 605 частоты затем преобразует его в высокочастотный сигнал, соответствующий Uac_HF по фиг. 2 и 4. Тем не менее, вместо просто подачи этого сигнала в катушку 503 передающего устройства/резонансную схему, сигнал стробируется (т.е. соединяется и разъединяется) в соответствии со стробирующим сигналом On_Off_ZeroX по фиг. 9. Когда этот стробирующий сигнал имеет высокое значение, сигнал передачи мощности, сгенерированный посредством преобразователя 605 частоты, связывается с катушкой 503 передающего устройства/резонансной схемой, а когда этот стробирующий сигнал имеет низкое значение, сигнал передачи мощности, сгенерированный посредством преобразователя 605 частоты, не связывается с катушкой 503 передающего устройства/резонансной схемой. Таким образом, результирующий сигнал после стробирования показан как Uac_HF по фиг. 9, который после сглаживания посредством резонансной схемы становится сигналом Uac_Tx по фиг. 9. Таким образом, сигнал передачи мощности, подаваемый в катушку 503 передающего устройства, соответствует сигналу Uac_Tx по фиг. 9 в этом конкретном примере.
В качестве примера, в ограничитель 607 может быть включен полумостовой или полномостовой инвертор. Когда стробирующий сигнал On_Off_ZeroX имеет низкое значение, все переключатели полумостового или полномостового инвертора могут переключаться в непроводящее состояние, что приводит к тому, что сигнал питания не связывается с катушкой передающего устройства.
Таким образом, стробирующий сигнал задает интервалы передачи мощности, в которые возбуждающий сигнал передачи мощности подается в катушку 503 передающего устройства. Эти интервалы передачи мощности прерываются посредством повторяющихся временных интервалов, в которые сигнал передачи мощности не подается в катушку 503 передающего устройства. В системе по фиг. 6, эти повторяющиеся временные интервалы вместо этого используются для связи между устройством 501 передачи мощности и устройством 505 приема мощности, т.е. они используются в качестве интервалов связи.
В частности, устройство 501 передачи мощности содержит модуль 609 связи передающего устройства, который выполнен с возможностью обмениваться данными с устройством 505 приема мощности в течение интервалов связи.
Связь, в частности, может осуществляться посредством генерирования несущей в течение интервалов связи, например, может генерироваться несущая, соответствующая сигналу, обозначаемому как "несущий" на фиг. 9, и эта несущая затем может модулироваться для того, чтобы обмениваться данными. Несущая может генерироваться посредством устройства 501 передачи мощности или посредством устройства 505 приема мощности. Аналогично, модуляция несущей может выполняться посредством устройства, генерирующего несущую (например, посредством амплитудной модуляции несущей), или посредством ответного устройства (типично посредством нагрузочной модуляции).
Устройство 501 передачи мощности дополнительно содержит синхронизатор 611, который выполнен с возможностью синхронизации повторяющихся временных интервалов с сигналом источника питания. В частности, синхронизатор 611 выполнен с возможностью управлять распределением по времени повторяющихся временных интервалов в зависимости от изменений в сигнале источника питания. Например, синхронизатор 611 может быть выполнен с возможностью изолировать переменный компонент тока от сигнала источника питания и синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с периодическими изменениями в переменном компоненте тока.
Синхронизация повторяющихся временных интервалов с сигналом источника питания может обеспечивать возможность минимизации влияния на передачу мощности для представления выделенных временных интервалов для связи. Например, распределение по времени повторяющихся временных интервалов может выбираться таким образом, что оно совпадает с интервалами, в которых мощность сигнала питания является наименьшей. Во многих сценариях, оно также позволяет упрощать синхронизацию между устройством передачи мощности и устройством приема мощности, поскольку сигнал питания типично содержит компоненты сигнала, которые зависят от сигнала источника питания и которые, соответственно, отражают изменения сигнала источника питания. Следовательно, устройство приема мощности может иметь возможность синхронизироваться с изменениями сигнала питания, и эта синхронизация, по сути, также может синхронизировать устройство приема мощности с изменениями сигнала источника питания. Таким образом, общая синхронизация может осуществляться без необходимости обмена выделенной информацией синхронизации и в силу этого может осуществляться с меньшим объемом служебной информации.
Фиг. 10 подробнее иллюстрирует устройство 505 приема мощности по фиг. 1.
Катушка 507 приемного устройства связывается с контроллером 1001 устройства приема мощности, который содержит различную функциональность для управления функцией передачи мощности, и в конкретном примере, выполнен с возможностью управлять устройством 505 приема мощности в соответствии с Qi-стандартом. Например, устройство 505 приема мощности может быть выполнено с возможностью осуществлять фазы идентификации и конфигурирования, а также передачи мощности Qi-стандарта.
Контроллер 1001 устройства приема мощности выполнен с возможностью принимать сигнал питания и извлекать мощность в течение интервалов передачи мощности. Контроллер 1001 устройства приема мощности связывается с силовой нагрузкой 1003, которая представляет собой нагрузку, питаемую из устройства 1001 передачи мощности в ходе фазы передачи мощности. Силовая нагрузка 1003 может представлять собой внешнюю силовую нагрузку, но, по меньшей мере, часть ее зачастую представлять собой нагрузку посредством устройства приема мощности, к примеру, посредством аккумулятора, дисплея или другой функциональности устройства приема мощности (например, для смартфона, силовая нагрузка может соответствовать комбинированной функциональности смартфона).
Кроме того, контроллер 1001 устройства приема мощности содержит функциональность для связывания и развязывания сигнала питания, принимаемого из индуктора 507, с/от нагрузки. В частности, в течение интервалов передачи мощности, контроллер 1001 устройства приема мощности связывает сигнал питания с нагрузкой (возможно через промежуточную схему). Тем не менее, в течение интервалов связи контроллер 1001 устройства приема мощности развязывает индуктор от нагрузки 1003. Таким образом, в течение интервалов связи, нагрузка 1003 не оказывает влияния на нагрузку катушки 507 приемного устройства и в силу этого не оказывает влияния на беспроводной индуктивный сигнал.
В некоторых вариантах осуществления, сигнал питания может использоваться для того, чтобы непосредственно подавать нагрузку, например, сигнал, соответствующий Uac_Tx, по фиг. 9 может быть подан в нагрузку 1003. Это, например, может быть подходящим для вариантов применения, в которых нагрузка представляет собой нагревательный элемент. Тем не менее, во многих вариантах осуществления, нагрузка 1003 может требовать стабильного и практически неизменяющегося постоянного напряжения. В таком случае, контроллер 1001 устройства приема мощности может содержать выпрямитель, сглаживающий конденсатор для снижения пульсаций и стабилизатор напряжения. Сигнал питания может подаваться в качестве ввода в эту функциональность, и связывание и развязывание может быть выполнено с возможностью соединять/отсоединять индуктор 507 от этой схемы. Сглаживающий конденсатор для снижения пульсаций в таких вариантах осуществления может предоставлять в энергию в нагрузку в течение интервалов связи.
Во многих вариантах осуществления, нагрузка может связываться и развязываться от катушки 507 приемного устройства через переключающий элемент, такой как FET или реле.
В других вариантах осуществления, к примеру, для электромоторных приборов, нагрузка может связываться и развязываться через выпрямитель вследствие характерного поведения электромоторной нагрузки. Когда сигнал питания уменьшается вследствие ограничителя мощности устройства передачи мощности или вследствие переходов через нуль сигнала электросети устройства передачи мощности, напряжение вращения электромотора может превышать выпрямленное напряжение. Это должно вызывать, в качестве эффекта, отключение нагрузки в течение временного интервала, в котором ограничивается сигнал питания.
Это также происходит, если контроллер 1001 устройства приема мощности содержит выпрямитель и сглаживающий конденсатор для снижения пульсаций с определенной нагрузкой. Если напряжение через сглаживающий конденсатор для снижения пульсаций превышает выпрямленное напряжение, это вызывает эффект отключения нагрузки в течение временного интервала, в котором ограничивается сигнал питания.
Кроме того, устройство 505 приема мощности содержит синхронизатор 1005, который в примере по фиг. 10 связывается непосредственно с катушкой 507 приемного устройства. Синхронизатор 1005 выполнен с возможностью синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с изменением амплитуды сигнала питания. Синхронизатор 1005 выполнен с возможностью генерировать сигнал синхронизации, который указывает то, когда возникают интервалы связи. Таким образом, в идеале, синхронизатор 1005 может генерировать сигнал синхронизации, который соответствует стробирующему сигналу On_Off_ZeroX по фиг. 9.
Синхронизатор 1005 связывается с контроллером 1001 устройства приема мощности, в который подается сигнал синхронизации. Устройство 505 приема мощности затем может использовать сигнал синхронизации для того, чтобы управлять связыванием и развязыванием нагрузки 1003 с катушкой 507 приемного устройства, т.е. сигнал синхронизации может использоваться непосредственно в качестве стробирующего сигнала для элемента переключателя.
Устройство 505 приема мощности дополнительно содержит модуль 1007 связи приемного устройства, который выполнен с возможностью обмениваться данными с устройством 501 передачи мощности в течение интервалов связи.
Как упомянуто выше, связь, в частности, может осуществляться посредством генерирования несущей в течение интервалов связи, например, может генерироваться несущая, соответствующая сигналу, обозначаемому как "несущий" на фиг. 9, и эта несущая затем может модулироваться для того, чтобы обмениваться данными. Несущая может генерироваться посредством устройства 501 передачи мощности или посредством устройства 505 приема мощности. Аналогично, модуляция несущей может выполняться посредством устройства, генерирующего несущую (например, посредством амплитудной модуляции несущей), или посредством ответного устройства (типично посредством нагрузочной модуляции).
Таким образом, система по фиг. 5 разделяет операцию на интервалы передачи мощности и интервалы связи. В течение интервалов передачи мощности, сигнал передачи мощности индуктивно связывается из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности, за счет этого обеспечивая беспроводную передачу мощности. В некоторых вариантах осуществления, связь не осуществляется в течение интервалов передачи мощности. В других вариантах осуществления, некоторая связь может осуществляться в течение интервалов передачи мощности, например, сигнал передачи мощности может быть нагрузочно модулирован посредством устройства 505 приема мощности в соответствии с версией 1.0 и 1.1 Qi-стандарта.
В течение интервалов связи, данные могут передаваться между устройством 505 приема мощности и устройством 501 передачи мощности, но без выполнения передачи мощности. В частности, сигнал передачи мощности не подается в катушку 503 передающего устройства, и силовая нагрузка 1003 не связывается с катушкой 507 приемного устройства. Таким образом, электромагнитные поля не индуцируются или модифицируются вследствие операции передачи мощности, и, следовательно, гораздо более чистая электромагнитная среда создается для обмена данными посредством беспроводной индукции. В частности, сигналы передачи мощности не возникают в катушке 503 передающего устройства или катушке 507 приемного устройства, и в силу этого такие катушки, в частности, могут использоваться для передачи данных без операции передачи мощности, ухудшающей производительность связи.
Устройство 501 передачи мощности и устройство 505 приема мощности в силу этого могут применять циклически повторяющийся квантованный во времени кадр, в котором один временной квант (интервалы связи) зарезервирован для обмена данными, а второй временной квант (интервалы передачи мощности) зарезервирован для передачи мощности. Это, в частности, обеспечивает оптимизацию условий и параметров (например, частоты, амплитуды, формы сигналов) для передачи данных во временном кванте обмена данными, тогда как условия и параметры для передачи мощности могут быть оптимизированы во временном кванте передачи мощности. Кроме того, операция передачи мощности не ухудшает связь.
Интервалы связи типично должны иметь относительно небольшую длительность по сравнению с длительностью интервалов передачи мощности для того, чтобы резервировать больше времени для передачи мощности. Типично, длительность интервала связи составляет меньше 10% или даже 5% от полного кадра, заданного посредством длительности интервала передачи мощности и интервала связи. Во многих вариантах осуществления, повторяющиеся временные интервалы (интервалы связи) должны иметь длительность не менее чем 1 мс и не более чем 5 мс. Во многих вариантах осуществления, это позволяет предоставлять преимущественный компромисс между связью и требованиями передачи мощности и, в частности, позволяет предоставлять подходящую полосу пропускания линий связи, без ненадлежащего ухудшения характеристик передачи мощности системы.
В системе, распределение по времени интервалов связи не является случайным, а синхронизируется с изменениями уровня сигнала источника питания. В частности, интервалы связи синхронизируются с изменениями уровня таким образом, что они возникают, когда уровни ниже данного порогового значения, и, в частности, интервалы связи синхронизируются таким образом, что они возникают вокруг минимумов сигнала источника питания. Интервалы связи, в частности, могут выбираться таким образом, что они центрируются на моментах времени, соответствующих минимальным значениям сигнала источника питания.
В примерах, таких как примеры по фиг. 9, эти минимумы возникают во времена переходов через нуль сигнала переменного тока, который подается в источник 601 питания. Таким образом, в примере, устройство 501 передачи мощности может включать в себя детектор переходов через нуль, который определяет переходы через нуль входного сигнала (от) электросети. Эти переходы через нуль затем могут использоваться для того, чтобы регулировать распределение по времени интервалов связи таким образом, что они центрируются на переходах через нуль.
В других вариантах осуществления, генератор 603 сигналов питания, например, распределять по времени интервалы связи таким образом, что они возникают в минимумах, которые не совпадают с переходами через нуль входного сигнала переменного тока. Например, если источник 601 питания содержит сглаживающий конденсатор, который приводит к сигналу источника питания, который сглажен, но по-прежнему имеет очень высокую пульсацию, то минимумы более не совпадают с переходами через нуль. В этом случае, эти минимумы могут определяться непосредственно в сигнале источника питания и использоваться для того, чтобы распределять по времени интервалы связи.
Во многих вариантах осуществления, синхронизатор 611 может быть выполнен с возможностью непосредственно синхронизироваться с сигналом источника питания посредством определения изменений сигнала источника питания и регулирования распределения по времени повторяющихся временных интервалов соответствующим образом.
Например, конденсатор может использоваться для того, чтобы исключать постоянный компонент тока сигнала источника питания. Результирующий сигнал переменного тока может фильтроваться, чтобы исключать или уменьшать шум, при предоставлении возможности оставаться периодическим низкочастотным изменением (типично на 50-60 Гц (либо на в два раза большей частоте для двухполупериодного выпрямления)). Результирующий сигнал переменного тока, например, может предоставляться в триггер Шмитта, чтобы генерировать прямоугольный сигнал с двоичными значениями. Этот сигнал может вводиться в контур фазовой синхронизации, который синхронизирует выходной сигнал со входным прямоугольным сигналом. Выходной сигнал может генерироваться таким образом, что он имеет требуемый рабочий цикл и возможно с требуемым сдвигом по времени относительно переходов во входном прямоугольном сигнале. Выходной сигнал из контура фазовой синхронизации затем может использоваться непосредственно для того, чтобы управлять ограничителем 607 и модулем 609 связи.
Синхронизатор 611, в частности, может быть выполнен с возможностью синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с пульсацией сигнала источника питания. Например, сигнал источника питания может генерироваться посредством (двухполупериодного) выпрямления сигнала переменного тока с последующим выполнением сглаживания с использованием конденсатора в качестве временного резервуара энергии. В зависимости от размера конденсатора и потребляемой мощности, результирующий сигнал источника питания может представлять собой сигнал постоянного тока с возможно приблизительно неизменяющимся постоянным напряжением. Тем не менее, даже в этом случае, типично присутствует некоторое изменение вследствие изменений входного сигнала переменного тока. Такое изменение известно как слабопульсирующее напряжение (или, если обобщать, периодическое изменение может считаться слабопульсирующим напряжением), и синхронизатор 611 может синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с изменениями пульсаций. Например, подход, описанный в предыдущем параграфе, может использоваться, например, комбинироваться с подходящим усилением пульсирующего сигнала переменного тока до триггера Шмитта.
В некоторых вариантах осуществления, синхронизатор 611 не может непосредственно синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с сигналом источника питания посредством оценки непосредственно сигнала источника питания, а вместо этого может базировать синхронизацию на сигнале, который непосредственно синхронизируется с сигналом источника питания, и, в частности, на сигнале, который извлекается из сигнала источника питания или из которого извлекается сигнал источника питания.
В частности, синхронизатор 611 может синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с сигналом мощности переменного тока, который посредством источника 601 питания преобразуется в изменяющийся сигнал постоянного тока (например, в качестве выпрямленного и возможно сглаженного сигнала). Например, входной сигнал переменного тока может быть подан непосредственно в синхронизатор 611, который может включать в себя детектор переходов через нуль. Распределение по времени повторяющихся временных интервалов затем может синхронизироваться с распределением по времени этих переходов через нуль.
Следует принимать во внимание, что синхронизатор 1005 устройства 505 приема мощности может использовать любой подходящий подход для синхронизации с интервалами связи, введенными посредством устройства 501 передачи мощности. Например, если устройство 501 передачи мощности не вводит несущую, сигнал, индуцируемый посредством устройства 501 передачи мощности, может иметь характеристику, соответствующую характеристике сигнала Uac_Tx по фиг. 9. Синхронизатор 1005 затем может переходить к определению временных интервалов, в которые индуцируемый сигнал питания является нулевым, и после этого может синхронизироваться с такими определениями. Если устройство 501 передачи мощности генерирует несущий сигнал в интервалах связи, синхронизатор 1005 может переходить к определению присутствия этого несущего сигнала и синхронизироваться с такими определениями. Несущая, например, может быть отделена от сигнала передачи мощности посредством разности в уровнях (или того, что изменение уровня не возникает для несущей) либо посредством разности в частоте, например, посредством введения частотно-избирательной обработки (например, посредством фильтрации сигнала с помощью полосового фильтра, соответствующего частоте несущей).
Синхронизатор 1005, в частности, может включать в себя детектор огибающей, который может определять изменения амплитуды сигнала принимаемой мощности. Например, огибающая сигнала принимаемой мощности может определяться как соответствующая огибающей сигнала Uac_Tx по фиг. 9. Детектор огибающей (или амплитуды) может быть ограничен подходящим частотным диапазоном, соответствующим частоте переключения преобразователя 605 частоты. Это, например, может достигаться посредством синхронизатора 611, включающего в себя фильтр, или может достигаться посредством приемной катушки 507, представляющей собой часть резонансной схемы, настроенной на частоту, близкую к частоте переключения. В таких вариантах осуществления, может уменьшаться влияние несущей в течение повторяющихся временных интервалов, что приводит к определенной огибающей, более близко соответствующей только сигналу передачи мощности.
Результирующая огибающая или амплитудный сигнал затем может использоваться посредством синхронизатора 1005 для того, чтобы определять локальное распределение по времени повторяющихся временных интервалов. Например, времена, в которые амплитуда опускается ниже данного порогового значения, могут рассматриваться как соответствующие началу нового повторяющегося временного интервала. Во многих вариантах осуществления, амплитудный сигнал, сгенерированный посредством определения амплитуды, может использоваться в качестве управляющего сигнала во временной контур, такой как, например, контур фазовой синхронизации. Такой подход позволяет предоставлять повышенную точность и надежность во многих сценариях.
Таким образом, синхронизатор 1005 может синхронизировать повторяющиеся временные интервалы устройства приема мощности таким образом, что они практически совпадают с повторяющимися временными интервалами устройства передачи мощности, посредством определения изменений амплитуды сигнала источника питания. Таким образом, дополнительная или выделенная информация или данные синхронизации не должны обмениваться или передаваться между объектами.
В предыдущих примерах, сигнал передачи мощности из преобразователя 605 частоты связывается только с катушкой 503 передающего устройства в течение интервалов передачи мощности. Тем не менее, следует принимать во внимание, что в других вариантах осуществления, сигнал может быть подан в катушку 503 передающего устройства также в течение интервалов связи, но при этом мощность сигнала, подаваемого в катушку 503 передающего устройства, ограничивается посредством ограничителя таким образом, что она ниже данного порогового значения. Пороговое значение может быть фиксированным и предварительно определенным значением либо, например, может быть переменным пороговым значением. Например, максимальная мощность сигнала передачи мощности, подаваемого в катушку 503 передающего устройства в течение интервалов связи, может регулироваться на основе частоты ошибок для связи, осуществляемой в интервалах связи. Например, если частота ошибок превышает данный уровень, пороговое значение мощности уменьшается, а если частота ошибок снижается ниже данного уровня, пороговое значение мощности увеличивается.
Также следует принимать во внимание, что ограничитель 607 может использовать любой подходящий подход для управления мощностью сигнала, подаваемого в катушку 503 передающего устройства в течение интервалов связи. Например, ограничитель 607 может предоставлять усиленный сигнал, который задает амплитуду сигнала, сгенерированного посредством преобразователя 605 частоты.
Также следует принимать во внимание, что хотя ограничитель 607 в примере по фиг. 6 идет после преобразователя 605 частоты и управляет непосредственно сигналом передачи мощности, сгенерированного посредством преобразователя 605 частоты, другие компоновки могут использоваться в других вариантах осуществления. Например, в некоторых вариантах осуществления, ограничитель 607 может быть расположен перед преобразователем 605 частоты и, например, может управлять непосредственно сигналом источника питания. В качестве примера, сигнал источника питания может предоставляться в инвертор преобразователя 605 частоты только в течение интервалов передачи мощности и может отсоединяться от него в течение интервалов связи.
В некоторых вариантах осуществления, связь в течение интервалов связи выполняется с использованием несущего сигнала, который генерируется посредством устройства 501 передачи мощности, и, в частности, посредством модуля 609 связи передающего устройства. Таким образом, в этих примерах, модуль 609 связи передающего устройства генерирует несущий сигнал и подает его в катушку 503 передающего устройства в течение интервалов связи.
В примере по фиг. 6, модуль 609 связи передающего устройства непосредственно подает сигнал в катушку 503 передающего устройства, но следует принимать во внимание, что в других примерах, это может выполняться через схему, которая также используется для сигнала передачи мощности в течение интервалов передачи мощности. Например, выходная возбуждающая схема, инвертор и/или резонансная схема могут быть многократно использованы для несущего сигнала связи.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, модуль 609 связи передающего устройства может содержать модулятор, который выполнен с возможностью модулировать несущий сигнал в течение интервалов связи. Таким образом, данные, которые должны передаваться из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности, могут модулироваться на несущий сигнал, подаваемый в катушку 503 передающего устройства.
Следует принимать во внимание, что может использоваться любая подходящая модуляция, включающая в себя, например, амплитудную модуляцию, модуляцию с расширением спектра, фазовую модуляцию и/или частотную модуляцию.
В таких примерах, модуль 1007 связи приемного устройства содержит демодулятор, который допускает демодуляцию несущего сигнала. Например, может быть включен AM-, FM или PM-демодулятор.
Подход позволяет предоставлять надежную связь из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности. Поскольку модулированная несущая применяется, когда сигнал передачи мощности не применяется (или когда мощность является достаточно низкой), помехи, вызываемые посредством передачи мощности, могут поддерживаться достаточно низкими или даже полностью исключаться в некоторых вариантах осуществления/сценариях. Соответственно, может осуществляться очень надежная связь.
В некоторых вариантах осуществления, несущая, сгенерированная посредством модуля 609 связи передающего устройства, может использоваться для передачи данных из устройства 505 приема мощности в устройство 501 передачи мощности.
В частности, модуль 609 связи передающего устройства может применять немодулированный несущий сигнал постоянного уровня к катушке 503 передающего устройства. Модуль 1007 связи приемного устройства в этом примере может содержать функциональность для нагрузочной модуляции несущего сигнала.
В частности, модуль 1007 связи приемного устройства может быть выполнен с возможностью модифицировать нагрузку, прикладываемую к катушке 507 приемного устройства, в соответствии с предварительно определенным шаблоном, который зависит от передаваемых данных.
Кроме того, модуль 609 связи передающего устройства в таком примере может содержать демодулятор, выполненный с возможностью демодулировать нагрузочную модуляцию несущего сигнала, введенного посредством модуля 1007 связи приемного устройства.
Поскольку нагрузочная модуляция выполняется в интервалах связи, в которых сигнал передачи мощности не может быть подан в катушку 503 передающего устройства, постоянный несущий сигнал применяется к катушке 503 передающего устройства. Кроме того, когда силовая нагрузка 1003 отсоединяется, нагрузка модуля 1007 связи приемного устройства может полностью управляться посредством модулятора нагрузки. Соответственно, изменения нагрузки являются относительно простыми и надежными для определения посредством схемы демодуляции нагрузки модуля 609 связи передающего устройства. Таким образом, может осуществляться надежная передача данных из устройства 505 приема мощности в устройство 501 передачи мощности.
Таким образом, на основе несущего сигнала, сгенерированного и применяемого к катушке 503 передающего устройства посредством модуля 609 связи передающего устройства, эффективная связь может осуществляться из устройства 505 приема мощности в устройство 501 передачи мощности и фактически из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности. Таким образом, связь может осуществляться из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности, что является невозможным в соответствии с текущей версией 1.0 и 1.1 технических Qi-требований.
Также следует принимать во внимание, что в некоторых вариантах осуществления, подход может использоваться для того, чтобы предоставлять двунаправленную связь, т.е. как связь из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности, так и связь из устройства 505 приема мощности в устройство 501 передачи мощности. Это, например, может достигаться посредством чередования между модуляцией несущей устройства 501 передачи мощности и нагрузочной модуляцией устройства 505 приема мощности в последующих временных интервалах. В качестве другого примера, каждый интервал связи может быть разделен на два подыинтервала, при этом один из них используется для связи из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности, а другой используется для связи из устройства 505 приема мощности в устройство 501 передачи мощности.
В некоторых вариантах осуществления, связь в течение интервалов связи выполняется с использованием несущего сигнала, который генерируется посредством устройства 505 приема мощности и, в частности, посредством модуля 1007 связи приемного устройства. Таким образом, в этих примерах, модуль 1007 связи приемного устройства генерирует несущий сигнал и подает его в катушку 507 приемного устройства в течение интервалов связи. Поскольку отсутствует сигнал передачи мощности, подаваемый в катушку 503 передающего устройства посредством устройства 501 передачи мощности, нет конфликта между этим несущим сигналом и передачей мощности.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, модуль 1007 связи приемного устройства может содержать модулятор, который выполнен с возможностью модулировать несущий сигнал в течение интервалов связи. Таким образом, данные, которые должны передаваться из устройства 505 приема мощности в устройство передачи мощности 501, могут модулироваться на несущий сигнал, подаваемый в катушку 507 приемного устройства.
Следует принимать во внимание, что может использоваться любая подходящая модуляция, включающая в себя, например, амплитудную модуляцию, модуляцию с расширением спектра, фазовую модуляцию и/или частотную модуляцию.
В таких примерах, модуль 609 связи передающего устройства содержит демодулятор, который допускает демодуляцию несущего сигнала. Например, может быть включен AM-, FM или PM-демодулятор.
Подход позволяет предоставлять надежную связь из устройства 505 приема мощности в устройство 501 передачи мощности. Поскольку модулированная несущая применяется, когда сигнал передачи мощности не применяется (или когда мощность является достаточно низкой), помехи, вызываемые посредством передачи мощности, являются достаточно низкими или даже отсутствуют во многих сценариях. Соответственно, может осуществляться очень надежная связь.
В некоторых вариантах осуществления, несущая, сгенерированная посредством модуля 1007 связи приемного устройства, может использоваться для передачи данных из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности.
В частности, модуль 1007 связи приемного устройства может применять немодулированный несущий сигнал постоянного уровня к катушке 507 приемного устройства. Модуль 609 связи передающего устройства в этом примере может содержать функциональность для нагрузочной модуляции несущего сигнала.
В частности, модуль 609 связи передающего устройства может быть выполнен с возможностью модифицировать нагрузку, прикладываемую к катушке 503 передающего устройства, в соответствии с предварительно определенным шаблоном, который зависит от передаваемых данных.
Кроме того, модуль 1007 связи приемного устройства содержит демодулятор, выполненный с возможностью демодулировать нагрузочную модуляцию несущего сигнала, введенного посредством модуля 609 связи передающего устройства.
В примере, постоянный несущий сигнал подается в катушку 503 передающего устройства. Кроме того, когда силовая нагрузка 1003 отсоединяется, нагрузка модуля 1007 связи приемного устройства не создает помехи для нагрузочной модуляции посредством модуля 609 связи передающего устройства. Соответственно, изменения нагрузки являются относительно простыми и надежными для определения посредством схемы демодуляции нагрузки модуля 1007 связи приемного устройства. Таким образом, может осуществляться надежная передача данных из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности.
Таким образом, на основе несущего сигнала, сгенерированного и применяемого к катушке 507 приемного устройства посредством модуля 1007 связи приемного устройства, эффективная связь может осуществляться из устройства 505 приема мощности в устройство 501 передачи мощности и фактически из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности. Таким образом, связь может осуществляться из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности, что является невозможным в соответствии с текущей версией 1.0 и 1.1 технических Qi-требований.
Также следует принимать во внимание, что в некоторых вариантах осуществления, подход может использоваться для того, чтобы предоставлять двунаправленную связь, т.е. как связь из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности, так и связь из устройства 505 приема мощности в устройство 501 передачи мощности. Это, например, может достигаться посредством чередования между модуляцией несущей устройства приема мощности и нагрузочной модуляцией устройства передачи мощности в последующих временных интервалах. В качестве другого примера, каждый интервал связи может быть разделен на два подыинтервала, при этом один из них используется для связи из устройства 501 передачи мощности в устройство 505 приема мощности, а другой из них используется для связи из устройства 505 приема мощности в устройство 501 передачи мощности.
В описанных конфигурациях, характеристики сигнала передачи мощности и несущего сигнала связи могут независимо оптимизироваться для отдельной цели, т.е. для передачи мощности и для связи, соответственно. Например, уровень мощности сигнала передачи мощности может быть адаптирован с возможностью предоставлять требуемую передачу мощности в устройство 505 приема мощности, т.е. он может адаптироваться в зависимости от силовой нагрузки 1003. Одновременно, амплитуда несущей связи может поддерживаться постоянной, например, на предварительно определенном уровне.
В частности, частота может выбираться по-разному для сигнала передачи мощности и несущей связи. В частности, несущий сигнал может задаваться с возможностью иметь значительно более высокую частоту, чтобы лучше поддерживать модуляцию, особенно для более высоких скоростей передачи данных. Кроме того, разделение сигнала передачи мощности и несущей связи по частоте, а также во времени позволяет предоставлять уменьшенное влияние одной операции на другой и позволяет упрощать реализацию. Например, схема связи модуля 1007 связи приемного устройства может изолироваться от сигнала передачи мощности в течение интервалов передачи мощности с использованием фильтра с полосой пропускания, центрированной на частоте несущей связи. Несущая частота, например, может не менее чем в два раза или даже в пять раз превышать частоту сигнала передачи мощности.
Таким образом, описанные подходы могут чередоваться между передачей мощности и связью в течение кадра. В качестве примера, фиг. 11 иллюстрирует квантованный кадр, который разделен на два основных временных кванта: временной квант связи и временной квант передачи мощности. В примере, временной квант обмена данными указывает начало кадра. Временной квант передачи мощности размещается после временного кванта связи со смещением (Tp-Offset) от начала кадра.
В примере, обмен данными (TD-Width) в кадре завершается до того, как начинается передача мощности (TD-Width<Tp-Offset).
Временной квант обмена данными является относительно небольшим и занимает небольшую часть (например, 5%) цикла, чтобы оставлять значительную часть цикла (TP-Max) для передачи мощности. Некоторое резервное время зарезервировано в кадре, чтобы допускать отклонения (TP-Max+Tp-Offset<TCycle).
Время (TCycle) цикла, время смещения, предшествующее временному кванту (Tp-Offset) передачи мощности, и максимальное время (TP-Max) передачи мощности могут быть фиксированными для всех рабочих режимов, например, по соображениям безопасности и надежности, устойчивости, равномерности и т.д.
Передающее устройство периодически (TCycle) предоставляет этот кадр в приемное устройство, чтобы обеспечивать возможность обмена данными и передачи мощности. Передающее устройство может модифицировать временные кванты в кадре согласно своему рабочему режиму.
Временной квант связи в некоторых вариантах осуществления может подразделяться на три временных субкванта:
1. Мощность (TxPower), которая содержит меньшую подсекцию, выделяемую для определения устройства приема мощности.
2. Передача (Txmt) данных
3. Прием (Trcv) данных
В качестве конкретного примера, в начале каждого цикла, передающее устройство предоставляет сигнал с низким уровнем мощности, в котором данные не модулируются. Если устройство приема мощности размещается достаточно близко к устройству передачи мощности, то оно реагирует на этот сигнал посредством предоставления определимой (и распознаваемой) нагрузки сигнала. Если передающее устройство определяет реакцию приемного устройства в течение определенного времени (Tdetect), то оно должно продолжать предоставлять этот сигнал в течение более длительного периода времени (в течение TxPower). Если требуется, (определенное) приемное устройство может использовать этот сигнал для того, чтобы подавать питание в свои электронные схемы. В зависимости от используемых уровней мощности определение может занимать несколько сотен микросекунд (например, 0,2 мс), и действие подачи питания может занимать несколько миллисекунд (скажем, 10 мс).
Сразу после этого, передающее устройство может отправлять сообщение (в форме маяковых радиосигналов) в приемное устройство с использованием, например, амплитудной модуляции передаваемого поля (Txmt). В реакции на сигнал, принимаемый из передающего устройства, приемное устройство может отправлять сообщение обратно в передающее устройство с использованием нагрузочной модуляции (в течение Trcv). Таким образом, может осуществляться двунаправленная связь.
Фактическая ширина (TP-Width) сигнала питания может быть меньше максимума (TP-Max). Передающее устройство может использовать широтно-импульсную модуляцию (PWM) для того, чтобы управлять величиной мощности, которую оно предоставляет в приемное устройство.
В предыдущих примерах, передача мощности и связь выполняются с использованием катушки 503 передающего устройства и катушки 507 приемного устройства, т.е. катушки передачи мощности также используются для связи. Тем не менее, в других вариантах осуществления, отдельные индукторы/катушки могут использоваться для связи в течение интервалов связи. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, устройство 501 передачи мощности может содержать индуктор связи в дополнение к катушке 503 передающего устройства, и устройство 505 приема мощности аналогично может содержать индуктор связи в дополнение к катушке 507 приемного устройства. Такой подход позволяет обеспечивать отдельную оптимизацию индукторов для конкретной цели. Например, несущий сигнал может иметь более высокую частоту, чем сигнал передачи мощности, и индукторы связи могут быть настроены на эту более высокую частоту, при этом обеспечивая возможность настройки сигналов передачи мощности на частоту сигнала передачи мощности.
Кроме того, подход в некоторых вариантах осуществления может добавлять некоторое пространственное разделение между катушками передачи мощности и катушками связи. Тем не менее, типично они размещаются так близко друг к другу, что они магнитно связываются друг с другом. Тем не менее, поскольку передача мощности и связь типично осуществляются в различных интервалах, это не вводит помех (или, по меньшей мере, помехи могут уменьшаться до допустимых уровней).
Пример системы передачи мощности, в которой различные индукторы/катушки используются, соответственно, для передачи мощности и связи, показан на фиг. 12.
В этой системе трансформатор, сформированный посредством первичной катушки Tx_coil (сторона передающего устройства) и вторичной катушки Rx_coil (приемное устройство), сконструирован таким образом, что резонансная частота системы является идентичной частоте сигнала передачи мощности. Тем не менее, несущий сигнал данных и сигнал питания могут иметь различные частоты. Таким образом, несущий сигнал данных не может быть оптимально передан между силовыми катушками. На фиг. 12, это разрешается посредством добавления вспомогательных катушек Tx_com и Rx_com связи, специально настроенных на частоту несущего сигнала данных. Катушки для передачи мощности и передачи данных за счет этого разделяются. Преимущества этой реализации включают в себя:
- На стороне приемного устройства, сигнал передачи мощности и несущий сигнал связи не используют совместно идентичную физическую линию связи. Таким образом, обе схемы связи и передачи мощности могут быть независимо сконструированы и оптимизированы.
- Поскольку схемы связи и передачи мощности гальванически изолированы и настроены на различные частоты, влияние сильного сигнала передачи мощности и изменений нагрузки в приборе ослабляется в канале связи.
Кроме того, поскольку уровень мощности для схемы связи предположительно должен быть гораздо меньше уровня мощности схемы передачи мощности, вспомогательные катушки связи могут быть физически гораздо меньшими, чем катушка передачи мощности. Таким образом, катушка связи может реализовываться в той же плоскости, что и катушка передачи мощности, для того чтобы ограничивать объемный размер прибора.
В некоторых случаях, катушка связи также может использоваться для того, чтобы питать некоторые внутренние электронные схемы прибора. В этом случае, эта катушка также может использоваться для нагрузочной модуляции. Таким образом, схема нагрузочной модуляции должна реализовываться со схемой, используемой для питания внутренних электронных схем.
В некоторых вариантах осуществления, система может быть выполнена с возможностью динамически изменять характеристику повторяющихся временных интервалов, такую как точное распределение по времени или длительность повторяющихся временных интервалов.
В некоторых таких вариантах осуществления, задание или изменение характеристики может инициироваться посредством устройства приема мощности, а не устройства передачи мощности.
В частности, устройство приема мощности может быть выполнено с возможностью передавать данные запроса в устройство передачи мощности, при этом данные могут включать в себя запросы на конкретные характеристики повторяющихся временных интервалов. Например, устройство приема мощности может передавать запрос на то, что длительность повторяющихся временных интервалов должна иметь данный минимум. При приеме сообщения, устройство передачи мощности может переходить к определению длительности повторяющихся временных интервалов. В частности, оно может задавать длительность повторяющихся временных интервалов равной запрашиваемой длительности, если, возможно, или равной ближайшему осуществимому значению, если запрашиваемое значение не может приспосабливаться (например, если оно не допускает предоставление посредством устройства передачи мощности требуемого уровня передачи мощности).
Подход, например, может обеспечивать повышенную гибкость и способность системы адаптироваться к различным сценариям. Фактически, некоторые устройства приема мощности могут быть сложными устройствами, которые требуют или извлекают выгоду из высокого уровня взаимодействия связи с устройством передачи мощности, тогда как другие устройства приема мощности могут быть относительно простыми устройствами, которые не поддерживают или требуют значительной связи. В таких системах, подход позволяет обеспечивать возможность адаптации длительности повторяющихся временных интервалов и в силу этого ресурса, выделяемого связи, а не передаче мощности, к конкретным требованиям и настройкам отдельного варианта осуществления.
Сложность с ограничением мощности в течение повторяющихся временных интервалов заключается в том, что во многих сценариях может требоваться выполнять переход мощности (например, выключать питание) относительно быстро, но достижение этого затруднительно без введения нежелательных эффектов. Фактически, в большинстве систем, слишком быстрое отключение (или, если обобщать, уменьшение уровня мощности) сигнала питания зачастую приводит к колебаниям, продолжающимся за рамками времени выключения. Фактически, некоторая энергия зачастую может накапливаться, например, в конденсаторах или индуктивных элементах и, в частности, в контурах или резонансных схемах, сформированных посредством передающих и/или приемных катушек и ассоциированных конденсаторов. Эта энергия может предоставлять сигнал, который продолжается после того, как сигнал питания отключен, и может упоминаться в качестве затухающих колебаний.
Подробнее, фиг. 13 может иллюстрировать типичный тракт передачи мощности для беспроводной передачи мощности, например, для системы передачи мощности по фиг. 5, 6 и 10.
В примере, преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор) (соответствующий преобразователю 605 частоты по фиг. 6) основан на полномостовом инверторе (к примеру, на полномостовом инверторе по фиг. 8). IGBT используется для четырех переключателей S1, S2, S3 и S4. В зависимости от номинальной мощности, инвертор также может быть реализован, например, с использованием IGBT. В системе, первая резонансная схема или резонансный контур генерируется посредством конденсатора Cres1 и катушки Tx передающего устройства (соответствующей передающей катушке 503), вторая резонансная схема или резонансный контур 2 генерируется посредством катушки Rx приемного устройства (соответствующей приемной катушке 507) и конденсаторов Cres2 и Cres3. Выпрямленное напряжение Udc_Rx извлекается из преобразователя переменного тока в постоянный (HF-выпрямителя), который состоит из диодов D1, D2, D3 и D4.
Пример сигналов, представленных на фиг. 13, предоставляется на фиг. 14. Сигналы непосредственно соответствуют сигналам, проиллюстрированным на фиг. 9.
В системе, инвертор выполнен с возможностью запрещать передачу своей мощности вокруг переходов через нуль входного переменного напряжения, чтобы предоставлять повторяющиеся временные интервалы для связи. Чтобы запрещать инвертор, фаза между сигналами возбуждения переключателя для левой стороны моста (S1 и S2) и сигналами возбуждения переключателя для правой стороны моста (S3 и S4) может сдвигаться к нулю, т.е. возбуждающие сигналы могут регулироваться во времени таким образом, что они являются синхронными/идентичными между левой стороной моста (S1 и S2) и правой стороной моста (S3 и S4). Соответствующие сигналы возбуждения затвора показаны на фиг. 15. Таким образом, переключатели инвертора изменяются с возбуждения в противоположных фазах, в силу этого создавая высокочастотный возбуждающий сигнал, на синфазное возбуждение, приводящее к отсутствию выходного сигнала (поскольку как S1, так и S3 одновременно включены, либо S2 и S4 одновременно включены).
В частности, когда уровень сигнала On_Off_ZeroX является высоким, сигналы возбуждения затвора переключателей S1 и S3 являются несинфазными друг с другом (что соответствует выполнению передачи мощности). То же применимо для сигналов возбуждения затвора для переключателей S2 и S4. Когда сигнал On_Off_ZeroX переходит к низкому уровню, сигналы возбуждения затвора переключателей S1 и S3, а также сигналы возбуждения затвора переключателей S2 и S4 точно совпадают друг с другом (что соответствует невыполнению передачи мощности).
Фиг. 15 иллюстрирует результирующие сигналы на стороне устройства передачи мощности, если инвертор запрещается таким образом. Напряжение Uac_HF сразу падает до нуля после того, как сигнал On_Off_ZeroX переключается на низкий уровень. Тем не менее, дело обстоит не так с током Iac_Tx катушки, который продолжает некоторые колебания после отключения. Таким образом, возникают некоторые затухающие колебания, и току Iac_Tx требуется время для того, чтобы уменьшаться до нуля. Причина этого явления состоит в том, что по-прежнему остается некоторая энергия в реактивных компонентах в резонансных контурах. Тем не менее, время "затухающих колебаний" оказывает влияние на эффективную ширину временного окна, поскольку связь между устройством приема мощности и устройством передачи мощности, или наоборот, страдает от помех оставшегося сигнала.
В некоторых вариантах осуществления, устройство передачи мощности или устройство приема мощности содержат ослабитель, который выполнен с возможностью подавлять или уменьшать колебания в тракте передачи мощности устройства передачи мощности и устройства приема мощности системы беспроводной передачи мощности. Эти колебания обычно возникают после события деактивации инвертора во время передачи мощности для того, чтобы реализовывать временное окно для связи между устройством передачи мощности и устройством приема мощности.
Далее описывается ряд подходов для уменьшения времени затухающих колебаний. Вследствие электромагнитного связывания между катушкой Tx передающего устройства и катушкой Rx приемного устройства, это средство может реализовываться на стороне устройства передачи мощности, на стороне устройства приема мощности или на обеих сторонах.
Подходы на стороне устройства передачи мощности, например, могут включать в себя:
- Постепенный сдвиг разности фаз между возбуждающими сигналами переключателей инвертора до нуля перед временным квантом связи
- Выключение всех переключателей инвертора
- Резистивное закорачивание контактных выводов катушки Tx передающего устройства
- Резистивное закорачивание катушки L_Tx передающего устройства, с использованием отдельной связанной катушки L_Taux
- Резистивное закорачивание катушки L_Tx передающего устройства, с использованием катушки L_Tcom связи
Средство уменьшения затухающих колебаний на стороне приемного устройства, например, может включать в себя:
- Резистивное закорачивание контактных выводов катушки L_Rx приемного устройства посредством переключателей
- Резистивное закорачивание контактных выводов HF-выпрямителя, посредством переключателей
- Резистивное закорачивание контактных выводов конденсатора Cres2 посредством переключателей
- Резистивное закорачивание катушки приемного устройства L_Tx, с использованием отдельной связанной катушки L_Raux
- Резистивное закорачивание катушки L_Rx приемного устройства, с использованием существующей катушки L_Rcom связи.
В некоторых вариантах осуществления, частотный контроллер 605 выполнен с возможностью постепенно ограничивать мощность возбуждающего сигнала, например, посредством постепенного уменьшения мощности сигнала источника питания или посредством постепенной модификации соотношения фаз с инвертором. Ограничение, например, может составлять не менее чем 200 мкс или не менее чем 5% от длительности повторяющегося временного интервала.
В качестве конкретного примера, устройство передачи мощности может быть выполнено с возможностью постепенно сдвигать фазу между возбуждающими сигналами для транзисторов переключателей инвертора. Это может эффективно вызывать постепенный переход выходного напряжения Uac_HF инвертора от начального значения до нуля перед тем, как начинается окно связи.
В частности, в некоторых вариантах осуществления, преобразователь 605 частоты может содержать переключающий мост для генерирования возбуждающего сигнала, и ограничитель может быть выполнен с возможностью ограничивать сигнал питания посредством изменения относительной фазы элементов переключателя переключающего моста. В начале повторяющегося временного интервала, фаза может постепенно сдвигаться (например, с длительностью перехода не менее чем 200 мкс или не менее чем 5% от длительности повторяющегося временного интервала). В зависимости от конфигурации элементов переключателя, фаза, например, может длиться от синфазности до несинфазности (или наоборот) сигналов переключения для двух наборов элементов переключателя.
На фиг. 16 предоставляется пример, который показывает пример модифицированного шаблона возбуждения затвора с использованием постепенно снижающегося сигнала On_Off_ZeroX. Сигнал On_Off_ZeroX в примере модифицироваться таким образом, что постепенно выполняется переход от высокого к низкому уровню. Фазы сигналов возбуждения затвора задаются зависимыми от значений сигнала On_Off_ZeroX, так что сигналы возбуждения затвора для переключателей S1 и S3 постепенно изменяются в течение фазы перехода с несинфазности на синфазность с сигналами возбуждения затвора для переключателей S2 и S4.
Фиг. 17 иллюстрирует результирующее выходное напряжение Uac_HF инвертора во время перехода модифицированного сигнала On_Off_ZeroX. Как можно видеть, амплитуда выходного напряжения Uac_HF инвертора постепенно уменьшается до нуля, в этом примере в пределах 50 мкс.
Фиг. 18 иллюстрирует результирующий ток через катушку Iac_Tx передающего устройства. На верхнем графике, инвертор деактивируется с помощью стандартного сигнала On_Off_ZeroX. Как можно видеть, току Iac_Tx требуется время для того, чтобы уменьшаться до нуля, в этом случае 0,4 мс. На нижнем графике, применяется модифицированный сигнал On_Off_ZeroX. Время перехода в примере составляет 0,5 мс. Как результат, ток Iac_Tx уменьшается почти до нуля, когда сигнал деактивации уменьшается до нуля.
Дополнительное преимущество подхода состоит в том, что требованиям EMC проще удовлетворять вследствие невозможности внезапного отключения сигнала питания, за счет этого вызывая более высокие гармоники напряжения сети.
В некоторых вариантах осуществления, частотный контроллер 605 содержит полномостовую схему переключателя для связывания с передающей катушкой 503 (к примеру, как показано на фиг. 13), и ограничитель 607 выполнен с возможностью отключать возбуждающий сигнал во все элементы переключателя полномостового переключателя в начале повторяющегося временного интервала. В частности, каждый элемент переключателя может представлять собой транзистор, к примеру, биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), и ограничитель может быть выполнен с возможностью переключать сигнал базы/затвора на нуль в начале повторяющихся временных интервалов.
В некоторых вариантах осуществления, частотный контроллер 605 может содержать переключающий мост, и, по меньшей мере, один переключатель переключающего моста выполнен с возможностью исключать энергию из резонансной схемы, содержащей передающую катушку, в начале повторяющегося временного интервала. Переключатель, в частности, может исключать энергию посредством обеспечения возможности току вытекать из резонансной схемы в генератор 603 сигналов питания в начале повторяющегося временного интервала.
В частности, в некоторых вариантах осуществления, преобразователь 605 частоты может содержать переключающий мост для генерирования возбуждающего сигнала, и ограничитель 607 может быть выполнен с возможностью ограничивать сигнал питания посредством мгновенного изменения возбуждающих сигналов для всех элементов переключателя переключающего моста, чтобы выключать все элементы переключателя. Таким образом, все элементы переключателя могут отключаться практически мгновенно (скажем, в течение 5 мкс), в начале повторяющегося временного интервала. Элементы переключателя, в частности, могут представлять собой, например, FET или IBGT, имеющие внутренние диоды, и элементы переключателя могут компоноваться таким образом, что, по меньшей мере, некоторые внутренние диоды допускают ток в проводящем состоянии из катушки в источник питания, когда все элементы переключателя отключаются.
Например, когда быстро изменяющийся сигнал On_Off_ZeroX переключается от высокого к низкому уровню, сигналы возбуждения затвора переключателей S1 и S3 могут изменяться мгновенно с несинфазности с сигналами возбуждения затвора переключателей S1 и S4 на синфазность. Дополнительно, все сигналы возбуждения затвора могут переключаться на уровень сигнала, соответствующий отключаемым элементам переключателя (когда сигнал активации переключается на низкий уровень, чтобы указывать начало нового повторяющегося временного интервала). Пример показан на фиг. 19.
Фиг. 20 иллюстрирует пример результирующего тока Iac_Tx через катушку передающего устройства. Ток через катушку передающего устройства демонстрирует один однополупериодный резонансный ход и затем становится нулевым. В примере, энергия резонансных контуров возвращена через параллельные диоды IGBT S1-S4 во входной фильтр инвертора (и в силу этого в генератор сигналов питания в течение одного однополупериодного резонансного хода). Поскольку энергия возвращена во входной фильтр, она не теряется, а перезаряжает входной конденсатор Cin, приводя к небольшому увеличению напряжения Udc_abs, как показано на фиг. 21.
В некоторых вариантах осуществления, ограничитель 607 может быть выполнен с возможностью связывать элемент рассеяния мощности с передающей катушкой при инициировании повторяющегося временного интервала. Элемент рассеяния мощности, в частности, может представлять собой резистор, и во многих вариантах осуществления элемент рассеяния мощности может связываться непосредственно через передающую катушку 503. Элемент рассеяния мощности может связываться с передающей катушкой 103 таким образом, что он рассеивает энергию из резонансной схемы, включающей в себя передающую катушку 503, при связывании с ней.
Фиг. 22 иллюстрирует пример такого варианта осуществления.
В примере, последовательное соединение переключателя SW1 и элемента рассеяния мощности, в форме резистора R1, подключается к контактным выводам катушки передающего устройства. Цель этой компоновки состоит в том, чтобы поглощать накопленную энергию в резонансных контурах в начале повторяющегося временного интервала. Это достигается посредством замыкания переключателя SW1, когда сигнал On_Off_ZeroX переходит, чтобы отражать начало нового повторяющегося временного интервала. Таким образом, остаточная энергия в резонансных контурах поглощена посредством резистора R1, и затухающие колебания ослабляются. Переключатель SW1 в примере управляется посредством сигнала V_snubb напряжения.
Дополнительное преимущество подхода состоит в том, что резистивное ослабление также уменьшает, например, затухающие колебания верхних частот в системе, вызываемые посредством паразитных емкостей.
Фиг. 23 иллюстрирует пример тока Iac_Tx через катушку передающего устройства. Во-первых, инвертор запрещается в соответствии с мгновенно изменяющимся сигналом On_Off_ZeroX, т.е. все элементы переключателя могут мгновенно отключаться. Время перехода пренебрежимо мало. При идентичном событии, переключатель SW1 переводится в проводящее состояние, за счет этого связывая элемент R1 рассеяния мощности с передающей катушкой. Как можно видеть, ток Iac_Tx затухает с определенной постоянной времени до нуля в зависимости от R1 и L_Tx при событии перехода сигнала V_snubb.
На практике, возбуждение поплавкового переключателя SW1 может не быть простым. Фиг. 24 иллюстрирует пример, в котором элемент рассеяния мощности связывается только с одной стороной передающей катушки 503 через отдельный элемент переключателя. Во многих сценариях, это позволяет предоставлять более практическую реализацию, поскольку она позволяет не допускать использования элемента поплавкового переключателя (который не переключается относительно фиксированного напряжения, в частности, земли). Пример использует дополнительный заземленный MOSFET-транзистор S5 для того, чтобы связывать и развязывать элемент рассеяния мощности. Таким образом, функция переключателя SW1 теперь принимается на себя посредством заземленных переключателей S2 и S5. Посредством замыкания переключателей S2 и S5, когда сигнал On_Off_ZeroX переключается на низкий уровень, остаточная энергия в резонансных контурах поглощается посредством резистора R1.
Аналогичные результаты могут получаться посредством подключения элемента рассеяния мощности и S5 к контактным выводам Cres1, и более практическая реализация, например, может получаться посредством замыкания переключателя S4 вместо S2 вместе с S5.
В некоторых вариантах осуществления, связывание элемента рассеяния мощности с передающей катушкой может представлять собой индуктивное связывание. Таким образом, энергия может быть рассеяна в элементе рассеяния мощности, который индуктивно связывается с передающей катушкой и который, соответственно, может извлекать мощность индуктивно, т.е. через электромагнитное связывание.
Пример этого проиллюстрирован на фиг. 25. В примере, энергия, накопленная в магнитном поле, поглощена посредством переключаемого резистивного магнитного контура L_Taux, который находится в непосредственной близости и индуктивно связывается с катушкой L_Tx передающего устройства. Переключатель SW1 управляется посредством сигнала V_snubb напряжения. Посредством замыкающего переключателя SW1, когда сигнал On_Off_ZeroX переключается на низкий уровень, остаточная энергия в резонансных контурах поглощается посредством резистора R1.
Фиг. 26 иллюстрирует результирующий ток Iac_Tx через катушку передающего устройства. В примере, инвертор запрещается с помощью стандартного сигнала On_Off_ZeroX, и переключатель SW1 переключается в проводящее состояние посредством напряжения V_snubb.
В некоторых вариантах осуществления, элемент рассеяния мощности может связываться с катушкой связи, которая индуктивно связывается с передающей катушкой. Пример такой компоновки показан на фиг. 27.
Фиг. 27 иллюстрирует пример, в котором система беспроводной передачи мощности дополнительно содержит катушки L_Tcom и L_Rcom связи. Катушка L_Tcom типично расположена в той же магнитной плоскости, что и передающая катушка, и, соответственно, также можно использовать эту уже существующую катушку для целей поглощения энергии. Посредством замыкания переключателя S5 низкого напряжения сразу после того, как сигнал On_Off_ZeroX переключается на низкий уровень, остаточная энергия в резонансных контурах поглощается посредством резистора R1.
Формы сигнала передающего устройства с резистивным закорачиванием катушки L_Tx передающего устройства посредством катушки L_Tcom связи соответствуют ситуации, в которой используется отдельная связанная катушка L_Taux.
В предыдущих примерах, колебания/затухающие колебания уменьшены на стороне устройства передачи мощности. Тем не менее, альтернативно или дополнительно колебания/затухающие колебания могут уменьшаться на стороне устройства приема мощности.
В частности, фиг. 28 и 29 иллюстрируют примеры тока Iac_Rx катушки приемного устройства в двух различных состояниях нагрузки. Фиг. 28 иллюстрирует пример тока Iac_Rx устройства приема мощности, если нагрузка представляет собой электромотор в установившемся режиме.
Ток приемного устройства является нулевым около переходов через нуль исходного сигнала переменного тока устройства передачи мощности. Это обусловлено этим фактом, что около переходов через нуль напряжение через катушку приемного устройства меньше напряжения вращения, и, следовательно, ток не протекает через HF-выпрямитель. Поскольку ток электромотора уже является нулевым около переходов через нуль напряжения сети, не требуется предпринимать специальных мер для того, чтобы уменьшать затухающие колебания или увеличивать окно zeroX.
Фиг. 29 иллюстрирует ток Iac_Rx катушки приемного устройства, когда электромотор запускается с нуля об/мин. Поскольку напряжение вращения электромотора является нулевым, интервал отсутствия тока около переходов через нуль напряжения сети гораздо меньше. Когда сигнал On_Off_ZeroX изменяется, ток Iac_Rx приемного устройства не является нулевым и, следовательно, он ограничивает эффективное временное окно переходов через нуль. Другими словами, некоторые затухающие колебания возникают после изменений сигнала On_Off_ZeroX.
В некоторых вариантах осуществления, ограничитель 607 может быть выполнен с возможностью связывать элемент рассеяния мощности с приемной катушкой при инициировании повторяющегося временного интервала. Элемент рассеяния мощности, в частности, может представлять собой резистор, и во многих вариантах осуществления элемент рассеяния мощности может связываться непосредственно через приемную катушку 503. Элемент рассеяния мощности может связываться с приемной катушкой 507 таким образом, что он рассеивает энергию из резонансной схемы, включающей в себя приемную катушку 507, при связывании с ней.
Фиг. 30 иллюстрирует пример такого варианта осуществления.
В примере, последовательное соединение переключателя SW2 и элемента рассеяния мощности в форме резистора R2 подключается к контактным выводам катушки приемного устройства. Цель этой компоновки состоит в том, чтобы поглощать накопленную энергию в резонансных контурах в начале повторяющегося временного интервала. Это достигается посредством замыкания переключателя SW2, когда сигнал On_Off_ZeroX переходит, чтобы отражать начало нового повторяющегося временного интервала. Таким образом, остаточная энергия в резонансных контурах поглощена посредством резистора R2, и затухающие колебания ослабляются. Переключатель SW2 в примере управляется посредством сигнала V_snubb напряжения.
Фиг. 31 иллюстрирует пример тока Iac_Rx через катушку устройства приема мощности. Во-первых, инвертор запрещается с помощью стандартного сигнала On_Off_ZeroX. Время перехода пренебрежимо мало. Одновременно, переключатель SW2 переключается в проводящее состояние, за счет этого связывая элемент R2 рассеяния мощности с катушкой приемного устройства. Как можно видеть, ток Iac_Rx затухает до нуля с определенной постоянной времени в зависимости от R2 и L_Rx, при событии перехода сигнала V_snubb.
На практике, возбуждение поплавкового переключателя SW2 может не быть простым. Фиг. 32 иллюстрирует пример, в котором элемент рассеяния мощности связывается с приемной катушкой с использованием дополнительного заземленного переключателя S5, который, в частности, представляет собой MOSFET-транзистор. Функция поплавкового переключателя SW2 теперь принимается на себя посредством переключателя S5. Посредством замыкания переключателя S5, когда сигнал On_Off_ZeroX переключается на низкий уровень, остаточная энергия в резонансных контурах поглощается посредством резистора R2.
Другой пример элемента рассеяния мощности, связанного с приемной катушкой, показан на фиг. 33. В этом примере, связывание выполняется не посредством прямого соединения переключателя и элемента рассеяния мощности с приемной катушкой, а вместо этого они связываются с приемной катушкой через конденсатор Cres2.
В этом примере, последовательное соединение SW2 и резистора R2, в частности, подключается к входным контактным выводам HF-выпрямителя. Тем не менее, операция является эквивалентной операции примера по фиг. 30.
Еще один другой пример проиллюстрирован на фиг. 34. Пример соответствует примеру по фиг. 33, но исключает использование элемента поплавкового переключателя. На фиг. 35 предоставляется другой пример, в котором элемент Sw2 переключателя и резистор R2 связываются через один из конденсаторов Cres2, представляющих собой часть резонансной схемы, включающей в себя приемную катушку. Фиг. 36 иллюстрирует соответствующий пример, который исключает использование поплавкового переключателя.
В некоторых вариантах осуществления, связывание элемента рассеяния мощности с катушкой устройства приема мощности может представлять собой индуктивное связывание. Таким образом, энергия может быть рассеяна в элементе рассеяния мощности, который индуктивно/электромагнитно связывается с катушкой приемного устройства и который, соответственно, может извлекать мощность индуктивно, т.е. через электромагнитное связывание.
Пример этого проиллюстрирован на фиг. 37. В примере, энергия, накопленная в магнитном поле, поглощена посредством переключаемого резистивного магнитного контура L_Raux, который находится в непосредственной близости и индуктивно связывается с катушкой L_Rx устройства приема мощности. Переключатель SW2 управляется посредством сигнала V_snubb напряжения. Посредством замыкания переключателя SW2, когда сигнал On_Off_ZeroX переключается на низкий уровень, остаточная энергия в резонансных контурах поглощается посредством резистора R2.
Фиг. 38 иллюстрирует результирующий ток Iac_Rx через катушку устройства приема мощности. В примере, инвертор запрещается с помощью стандартного сигнала On_Off_ZeroX, и переключатель SW2 переключается в проводящее состояние посредством напряжения V_snubb.
В некоторых вариантах осуществления, элемент рассеяния мощности может связываться с катушкой связи, которая индуктивно связывается с катушкой устройства приема мощности. Пример такой компоновки показан на фиг. 39.
Фиг. 39 иллюстрирует пример, в котором система беспроводной передачи мощности дополнительно содержит катушки L_Tcom и L_Rcom связи. Катушка L_Rcom типично расположена в той же магнитной плоскости, что и катушка устройства приема мощности, и, соответственно, также можно многократно использовать эту катушку для целей поглощения энергии. Посредством замыкания переключателя S7 низкого напряжения, когда сигнал On_Off_ZeroX переключается на низкий уровень, остаточная энергия в резонансных контурах поглощается посредством резистора R2.
Формы сигнала передающего устройства с резистивным закорачиванием катушки L_Rx приемного устройства посредством катушки L_Rcom связи соответствуют непосредственно ситуации, в которой используется отдельная связанная катушка L_Raux.
Следует принимать во внимание, что хотя предыдущее описание предоставляет ряд различных подходов для уменьшения затухающих колебаний, подходы не являются взаимоисключающими. Таким образом, во многих вариантах осуществления может применяться комбинация описанных примеров.
Примерная комбинация может заключаться в том, чтобы вводить следующие функции:
- Постепенное изменение сигнала включения/выключения обнуления до нуля, чтобы уменьшать EMC-проблемы;
- Полное отключение инвертора, чтобы накапливать оставшуюся энергию во входном конденсаторе Cin на входе инвертора;
- Уменьшение оставшихся затухающих колебаний в приемном устройстве посредством резистивного замыкания катушки L_Rx приемного устройства, входных контактных выводов HF-выпрямителя и контактных выводов Cres2 (D5, D6, D7, R5, R6, S6); и
- Уменьшение оставшихся затухающих колебаний в приемном устройстве посредством резистивного замыкания двойной катушки L_Rcom связи передающего устройства (R5, S5).
Пример такого варианта осуществления предоставляется на фиг. 40. В примере, инвертор деактивируется с помощью модифицированного сигнала On_Off_ZeroX, за счет этого обеспечивая постепенный переход. Когда модифицированный сигнал On_Off_ZeroX имеет низкий уровень, четыре переключателя S1-S4 полностью отключаются посредством задания стробирующих сигналов при нуле Вольт. Переключатели S5 и S6 управляются посредством сигнала V_snubb напряжения. Фиг. 41 иллюстрирует результаты моделирования для этой примерной системы. Как можно видеть, и Iac_Tx и Iac_Rx не показывают затухающих колебаний вскоре после того, как сигнал активации переключается на низкий уровень.
Следует принимать во внимание, что вышеприведенное описание для понятности описывает варианты осуществления со ссылкой на различные функциональные схемы, модули и процессоры. Тем не менее, должно быть очевидным, что любое надлежащее распределение функциональности между различными функциональными схемами, модулями или процессорами может быть использовано без отступления от изобретения. Например, функциональность, проиллюстрированная как выполняемая посредством отдельных процессоров или контроллеров, может быть выполнена посредством одного процессора или контроллера. Следовательно, ссылки на конкретные функциональные модули или схемы должны рассматриваться только как ссылки на надлежащее средство предоставления описанной функциональности, а не обозначать точную логическую или физическую структуру либо организацию.
Изобретение может быть реализовано в любой надлежащей форме, включающей в себя аппаратные средства, программное обеспечение, микропрограммное обеспечение или любую комбинацию вышеозначенного. Необязательно, изобретение может быть реализовано, по меньшей мере, частично как вычислительное программное обеспечение, выполняемое на одном или более процессоров данных и/или процессоров цифровых сигналов. Элементы и компоненты варианта осуществления изобретения могут быть физически, функционально и логически реализованы любым надлежащим образом. Фактически, функциональность может быть реализована в одном модуле, во множестве моделей или как часть других функциональных модулей. По существу, изобретение может быть реализовано в одном модуле или может быть физически и функционально распределено между различными модулями, схемами и процессорами.
Хотя настоящее изобретение описано в связи с некоторыми вариантами осуществления, оно не имеет намерение быть ограниченным конкретной изложенной в данном документе формой. Вместо этого, объем настоящего изобретения ограничен только посредством прилагаемой формулы изобретения. Дополнительно, хотя предположительно признак описывается в данном документе в связи с конкретными вариантами осуществления, специалисты в данной области техники должны признавать, что различные признаки описанных вариантов осуществления могут быть комбинированы в соответствии с изобретением. В формуле изобретения, термин "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов.
Более того, хотя перечислены по отдельности, множество средств, элементов, схем или этапов способа может быть реализовано посредством, к примеру, одной схемы, модуля или процессора. Дополнительно, хотя отдельные признаки могут быть включены в различные пункты формулы изобретения, они могут быть преимущественно комбинированы, и их включение в различные пункты формулы изобретения не подразумевает, что комбинация признаков не является выполнимой и/или преимущественной. Так же, включение признака в одну категорию пунктов формулы изобретения не налагает ограничение на эту категорию, а вместо этого указывает то, что признак в равной степени применим к другим категориям пунктов формулы изобретения по мере необходимости. Более того, порядок признаков в пунктах формулы изобретения не налагает какой-либо конкретный порядок, в котором должны осуществляться признаки, и, в частности, порядок отдельных этапов в пункте формулы изобретения на способ не подразумевает, что этапы должны выполняться в этом порядке. Вместо этого, этапы могут выполняться в любом надлежащем порядке. Кроме того, ссылки в единственном числе не исключают множественность. Таким образом, ссылки на "a", "an", "первый", "второй" и т.д. не исключают множественность. Ссылки с номерами в формуле изобретения предоставлены просто в качестве поясняющего примера, и они не должны истолковываться как каким-либо образом ограничивающие объем формулы изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2014 |
|
RU2649907C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКЦИОННАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ | 2013 |
|
RU2658331C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2015 |
|
RU2667506C1 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА ИНДУКТИВНОЙ МОЩНОСТИ | 2014 |
|
RU2658864C2 |
| БЕСПРОВОДНОЙ ИНДУКТИВНЫЙ ПЕРЕНОС ПИТАНИЯ | 2017 |
|
RU2706348C1 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2016 |
|
RU2696491C1 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2015 |
|
RU2692482C2 |
| ТЕПЛОВОЙ БАРЬЕР ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ | 2014 |
|
RU2666793C2 |
| ОБНАРУЖЕНИЕ ПОСТОРОННИХ ОБЪЕКТОВ В СИСТЕМЕ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ | 2018 |
|
RU2737192C1 |
| УСТРОЙСТВО, ПЕРЕДАТЧИК МОЩНОСТИ И СПОСОБЫ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ | 2017 |
|
RU2721682C2 |
Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение надежности передачи мощности и понижение чувствительности к изменению нагрузки. Устройство (501) передачи мощности передает мощность в устройство (505) приема мощности с использованием сигнала беспроводной индуктивной передачи мощности между индукторами устройств. В устройстве (501) передачи мощности источник (601) питания предоставляет сигнал источника питания, который может иметь изменения уровня. Генератор (603) сигналов питания генерирует возбуждающий сигнал из сигнала источника питания посредством преобразователя (605) частоты, который увеличивает частоту возбуждающего сигнала относительно сигнала источника питания. Ограничитель (607) ограничивает мощность возбуждающего сигнала, подаваемого в индуктор (503), так что она ниже порогового значения, с повторяющимися временными интервалами. Синхронизатор (611) синхронизирует повторяющиеся временные интервалы с сигналом источника питания. В устройстве (505) приема мощности соединитель (1001) нагрузки развязывает силовую нагрузку (1003) от индуктора (507) в течение повторяющихся временных интервалов, и синхронизатор (1005) синхронизирует повторяющиеся временные интервалы приемного устройства с сигналом питания. Модули (609, 1007) связи обмениваются данными в течение повторяющихся временных интервалов. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 41 ил.
1. Устройство передачи мощности для передачи мощности в устройство приема мощности с использованием сигнала беспроводной индуктивной передачи мощности, при этом устройство передачи мощности содержит:
- индуктор для предоставления сигнала беспроводной индуктивной передачи мощности в ответ на возбуждающий сигнал, подаваемый в индуктор;
- источник питания для предоставления сигнала источника питания;
- генератор сигналов питания для генерирования возбуждающего сигнала из сигнала источника питания, причем генератор сигналов питания содержит:
- преобразователь частоты, выполненный с возможностью генерировать частоту возбуждающего сигнала таким образом, что она выше частоты сигнала источника питания,
- ограничитель для ограничения мощности возбуждающего сигнала, подаваемого в индуктор, так что она ниже порогового значения, с повторяющимися временными интервалами;
- синхронизатор для синхронизации повторяющихся временных интервалов с сигналом источника питания; и
- модуль связи для обмена данными с устройством приема мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
2. Устройство передачи мощности по п. 1, в котором сигнал источника питания представляет собой изменяющийся сигнал мощности постоянного тока.
3. Устройство передачи мощности по п. 2, в котором повторяющиеся временные интервалы соответствуют временным интервалам, в течение которых уровень сигнала источника питания ниже порогового значения.
4. Устройство передачи мощности по п. 2, в котором синхронизатор выполнен с возможностью синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с периодическими изменениями амплитуды в сигнале источника питания.
5. Устройство передачи мощности по п. 2, в котором сигнал
источника питания содержит пульсирующий компонент, наложенный на постоянный компонент тока, и синхронизатор выполнен с возможностью синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с пульсирующим компонентом.
6. Устройство передачи мощности по п. 1, в котором источник питания выполнен с возможностью генерировать сигнал источника питания в ответ на выпрямление сигнала переменного тока, при этом синхронизатор выполнен с возможностью синхронизировать повторяющиеся временные интервалы с переходами через нуль сигнала переменного тока.
7. Устройство передачи мощности по п. 1, в котором ограничитель выполнен с возможностью развязывать индуктор от преобразователя частоты в течение повторяющихся временных интервалов.
8. Устройство передачи мощности по п. 1, в котором модуль связи содержит генератор несущей для генерирования несущего сигнала и предоставления его в индуктор в течение повторяющихся временных интервалов.
9. Устройство передачи мощности по п. 8, в котором модуль связи содержит модулятор для модуляции данных на несущий сигнал в течение повторяющихся временных интервалов.
10. Устройство передачи мощности по п. 8, в котором модуль связи содержит демодулятор для демодуляции нагрузочной модуляции несущего сигнала в течение повторяющихся временных интервалов.
11. Устройство передачи мощности по п. 8, в котором частота несущего сигнала отличается от частоты возбуждающего сигнала.
12. Устройство передачи мощности по п. 1, в котором модуль связи содержит модулятор для нагрузочной модуляции нагрузки индуктора в течение повторяющихся временных интервалов.
13. Устройство передачи мощности по п. 1, в котором модуль связи содержит демодулятор для демодуляции модулированного несущего сигнала, индуцируемого в индукторе посредством устройства приема мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
14. Устройство передачи мощности по п. 1, в котором модуль связи содержит индуктор связи для осуществления связи с
устройством приема мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
15. Устройство передачи мощности по п. 1, в котором генератор сигналов питания выполнен с возможностью определять длительность повторяющихся временных интервалов в ответ на данные, принятые из устройства приема мощности.
16. Устройство передачи мощности по п. 1, в котором ограничитель выполнен с возможностью связывать элемент рассеяния мощности с индуктором при инициировании повторяющегося временного интервала.
17. Устройство передачи мощности по п. 1, в котором связывание элемента рассеяния мощности с индуктором представляет собой индуктивное связывание.
18. Устройство передачи мощности по п. 1, в котором преобразователь частоты содержит переключающий мост для генерирования возбуждающего сигнала, при этом ограничитель может быть выполнен с возможностью ограничивать сигнал питания посредством постепенного изменения относительной фазы элементов переключателя переключающего моста.
19. Устройство передачи мощности по п. 1, в котором преобразователь частоты содержит переключающий мост для генерирования возбуждающего сигнала, и ограничитель выполнен с возможностью ограничивать сигнал питания посредством мгновенного изменения возбуждающих сигналов для всех элементов переключателя переключающего моста, чтобы выключать все элементы переключателя.
20. Устройство приема мощности для приема мощности из устройства передачи мощности с использованием сигнала беспроводной индуктивной передачи мощности, причем устройство приема мощности содержит:
- индуктор для приема сигнала питания;
- соединитель нагрузки для подачи сигнала питания на нагрузку, причем соединитель нагрузки выполнен возможностью развязывать нагрузку от индуктора в течение повторяющихся временных интервалов;
- синхронизатор для синхронизации повторяющихся временных
интервалов с изменениями амплитуды сигнала питания; и
- модуль связи для обмена данными с устройством передачи мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
21. Устройство приема мощности по п. 20, в котором модуль связи содержит генератор несущей для генерирования несущего сигнала и предоставления его в индуктор в течение повторяющихся временных интервалов.
22. Устройство приема мощности по п. 21, в котором модуль связи содержит модулятор для модуляции данных на несущий сигнал в течение повторяющихся временных интервалов.
23. Устройство приема мощности по п. 21, в котором модуль связи содержит демодулятор для демодуляции нагрузочной модуляции несущего сигнала в течение повторяющихся временных интервалов.
24. Устройство приема мощности по п. 20, в котором модуль связи содержит модулятор для нагрузочной модуляции нагрузки индуктора в течение повторяющихся временных интервалов.
25. Устройство приема мощности по п. 20, в котором модуль связи содержит демодулятор для демодуляции модулированного несущего сигнала, индуцируемого в индукторе посредством устройства передачи мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
26. Устройство приема мощности по п. 20, в котором модуль связи содержит индуктор связи для осуществления связи с устройством передачи мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
27. Устройство приема мощности по п. 20, при этом устройство приема мощности выполнено с возможностью связывать элемент рассеяния мощности с индуктором при инициировании повторяющегося временного интервала.
28. Устройство приема мощности по п. 20, в котором связывание элемента рассеяния мощности с индуктором представляет собой индуктивное связывание.
29. Способ работы устройства передачи мощности, передающего мощность в устройство приема мощности с использованием сигнала беспроводной индуктивной передачи мощности, при этом устройство передачи мощности содержит индуктор для предоставления сигнала
беспроводной индуктивной передачи мощности в ответ на возбуждающий сигнал, подаваемый в индуктор, причем способ содержит этапы, на которых:
- предоставляют сигнал источника питания;
- генерируют возбуждающий сигнал из сигнала источника питания, причем генерирование содержит этапы, на которых:
- генерируют частоту возбуждающего сигнала таким образом, что она выше частоты сигнала источника питания, и
- ограничивают мощность возбуждающего сигнала, подаваемого в индуктор, так что она ниже порогового значения, с повторяющимися временными интервалами;
- синхронизируют повторяющиеся временные интервалы с сигналом источника питания; и
- обмениваются данными с устройством приема мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
30. Способ работы устройства приема мощности, принимающего мощность из устройства передачи мощности с использованием сигнала беспроводной индуктивной передачи мощности, причем устройство приема мощности содержит индуктор для приема сигнала питания и соединитель нагрузки для подачи сигнала питания на нагрузку, причем способ содержит этапы, на которых:
- развязывают нагрузку от индуктора посредством соединителя нагрузки в течение повторяющихся временных интервалов;
- синхронизируют повторяющиеся временные интервалы с изменениями амплитуды сигнала питания; и
- обмениваются данными с устройством передачи мощности в течение повторяющихся временных интервалов.
| US 2012314745 A1, 13.12.2012 | |||
| US 2011223859 A1, 15.09.2011 | |||
| WO 2011121877 A1, 06.10.2011 | |||
| ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО | 2007 |
|
RU2400904C1 |
