ИНДУКТИВНАЯ БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЯЗИ С ВРЕМЕННЫМИ ИНТЕРВАЛАМИ Российский патент 2018 года по МПК H02J50/80 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу выделения временных интервалов связи, содержащихся в повторяющихся кадрах, для связи между индуктивным беспроводным передатчиком мощности и по меньшей мере двумя индуктивными беспроводными приемниками мощности. Изобретение дополнительно относится к индуктивному беспроводному передатчику мощности и к индуктивному беспроводному приемнику мощности.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Индуктивная беспроводная передача мощности становится все более популярной. В этой технологии устройство передатчика мощности генерирует магнитное поле, используя первичную обмотку. Устройство приемника мощности забирает энергию из этого магнитного поля, используя вторичную обмотку, индуктивно связанную с первичной обмоткой посредством близости. Таким образом, мощность передается без электрического контакта. Одна из таких технологий стандартизирована в консорциуме Wireless Power Consortium и известна под названием Qi.

На примере применения этой технологии мобильный телефон действует в качестве приемника мощности и имеет встроенную вторичную обмотку. Для зарядки аккумуляторных батарей телефона он помещается на поверхность беспроводной зарядной площадки, которая имеет встроенную первичную обмотку. Эти две обмотки соединены посредством надлежащего размещения и выравнивания, и мощность передается от зарядного устройства к телефону беспроводным образом посредством индукции. Таким образом, телефон можно заряжать, просто поместив его на предназначенную поверхность зарядного устройства, без необходимости подключения разъемов и проводов к телефону. Зарядка мобильного телефона или другого портативного устройства представляет собой маломощное приложение, обычно мощность которого, передаваемая от передатчика к приемнику от 1 до 5 Вт. Высокомощные приложения индуктивной беспроводной передачи мощности могут использоваться для приготовления пищи или даже для зарядки электрической машины беспроводным образом.

Стандарт Qi для индуктивной беспроводной передачи мощности определяет интерфейс связи для связи между беспроводным передатчиком мощности и беспроводным приемником мощности. Такая связь необходима для надлежащего согласования передачи мощности с характеристиками принимающего устройства. До сих пор эта связь определялась только для одного передатчика, работающего с одним приемником. Поддерживается связь только приемника с передатчиком, которая достигается посредством модуляции нагрузки на стороне приемника. Модуляция нагрузки приводит к модуляции передаваемой мощности, которая может быть обнаружена на стороне передатчика как модуляция напряжения или тока в первичной обмотке. Единичный приемник передает свои потребности в мощности и передатчик обязывается. Это описано, например, в WO 2014020464.

Решение необходимо для ситуации, когда одна первичная обмотка (или множественные первичные обмотки, работают последовательно или параллельно) в передатчике мощности соединена с множественными вторичными обмотками в множественных устройствах приемников мощности. Это может возникнуть, например, в случае большей зарядной площадки, которая может вмещать несколько переносных устройств одновременно.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Объектом изобретения является обеспечение беспроводной технологии питания, дающей возможность связи между одним индуктивным беспроводным передатчиком мощности и множеством индуктивных беспроводных приемников мощности. Изобретателям понятно, что множественные приемники могут каждый осуществлять связь с одним передатчиком с использованием модуляции нагрузки, но приемник не сможет обнаружить связь с другим приемником, поскольку подсоединение между вторичными обмотками двух приемников слишком слабое. Это означает, что приемник не может отключиться, когда другой приемник одновременно осуществляет связь, потому что приемник просто не может сообщить об этом случае. Следовательно, необходим подход, при котором связь от множественных приемников разделяется, чтобы избежать конфликта множественных приемников, осуществляющих связь одновременно, и организуется без необходимости связывания или даже обнаружения связи между приемниками.

Это достигается в соответствии с первым аспектом изобретения посредством способа выделения временных интервалов связи, содержащихся в повторяющихся кадрах, для связи между индуктивным беспроводным передатчиком мощности и по меньшей мере двумя индуктивными беспроводными приемниками мощности, в котором передатчик мощности и приемники мощности выполнены с возможностью осуществлять связь посредством модуляции и демодуляции индуктивного сигнала мощности, причем способ содержит этапы, на которых:

- отправляют посредством передатчика сообщения синхронизации, маркирующие начало временных интервалов связи и кадров,

- отправляют посредством передатчика, до начала невыделенного временного интервала связи, сообщение, указывающее, что невыделенный временной интервал связи не выделен,

- отправляют посредством первого приемника, во время невыделенного временного интервала связи, сообщение запроса выделения передатчику для запрашивания выделения невыделенного временного интервала связи для первого приемника,

- отправляют посредством передатчика, после окончания невыделенного временного интервала связи, сообщение статуса приема, указывающее успешность приема сообщения в течение невыделенного временного интервала связи,

- дополнительно отправляют посредством передатчика, в случае успешного приема сообщения запроса выделения, сообщение предоставления, указывающее, что запрашиваемое выделение предоставляется.

Это имеет то преимущество, что временные интервалы могут быть выделены отдельным индуктивным беспроводным приемникам мощности, даже если приемники не могут обнаружить связь друг с другом. Выделение предоставляется одним передатчиком мощности, который способен осуществлять связь с каждым из приемников мощности, и, следовательно, также способен обнаруживать конфликты, вызванные одновременной связью двух приемников.

В варианте осуществления сообщение, указывающее, что невыделенный временной интервал связи не выделен, является частью сообщения синхронизации, непосредственно предшествующего невыделенному временному интервалу связи. В другом варианте осуществления сообщение статуса приема и сообщение предоставления являются частью сообщения синхронизации сразу следующего после невыделенного временного интервала связи. Это имеет то преимущество, что связь остается компактной и эффективной, что необходимо, учитывая низкие скорости передачи, которые могут быть достигнуты на практике посредством модуляции сигнала мощности.

В дополнительном варианте осуществления продолжительность сообщений синхронизации, маркирующих начало временных интервалов связи и кадров, находится в диапазоне от 30 до 60 миллисекунд. В еще одном варианте осуществления продолжительность временных интервалов связи находится в диапазоне от 30 до 60 миллисекунд. Их преимущество в том, чтобы сделать связной подход совместимым с существующей спецификацией беспроводной мощности Qi, в которой указана продолжительность «цифрового окна пинга» 65 мс. Пребывание в течение этой продолжительности гарантирует, что передатчик мощности, работающий по вышеуказанному протоколу, может также обнаруживать и правильно работать с приемником мощности, который совместим только с уже существующей спецификацией.

Согласно второму аспекту изобретения цель достигается посредством индуктивного беспроводного передатчика мощности, содержащего

- первичную обмотку для передачи индуктивного сигнала мощности по меньшей мере двум индуктивным беспроводным приемникам мощности,

- преобразователь мощности для подачи мощности на первичную обмотку,

- блок модуляции и демодуляции мощности для модуляции и демодуляции индуктивного беспроводного сигнала мощности и

- блок связи и управления,

причем блок связи и управления выполнен с возможностью управления блоком модуляции и демодуляции мощности для связи с индуктивными беспроводными приемниками мощности во временных интервалах связи, содержащихся в повторяющихся кадрах, и при этом блок связи и управления дополнительно выполнен с возможностью выполнять следующий протокол связи:

- отправлять приемникам сообщения синхронизации, маркирующие начало временных интервалов связи и кадров;

- отправлять приемникам, до начала невыделенного временного интервала связи, сообщение, указывающее, что невыделенный временной интервал связи не выделен;

- если первый индуктивный беспроводной приемник мощности в течение невыделенного временного интервала связи отправляет сообщение запроса выделения, запрашивающее выделение невыделенного временного интервала связи первому приемнику, то принимать сообщение запроса выделения;

- отправлять приемникам, после окончания невыделенного временного интервала связи, сообщение статуса приема, указывающее успешность приема сообщения в течение невыделенного временного интервала связи;

- если сообщение запроса выделения было успешно принято в течение невыделенного временного интервала связи, то дополнительно отправлять приемникам, после окончания невыделенного временного интервала связи, сообщение предоставления, указывающее, что запрашиваемое выделение предоставляется.

Этот индуктивный беспроводной передатчик мощности имеет преимущество в том, что он может выделять временные интервалы для отдельных индуктивных беспроводных приемников мощности, даже несмотря на то, что приемники не могут обнаружить связь друг с другом. Выделение предоставляется передатчиком мощности, который способен связываться с каждым из приемников мощности и, следовательно, также способен обнаруживать конфликты, вызванные одновременной связью двух приемников.

Согласно третьему аспекту изобретения цель достигается с помощью индуктивного беспроводного приемника мощности, содержащего

- вторичную обмотку для приема индуктивного беспроводного сигнала мощности от индуктивного беспроводного передатчика мощности,

- преобразователь мощности для преобразования сигнала мощности в выходную мощность,

- блок модуляции и демодуляции мощности для модуляции и демодуляции индуктивного беспроводного сигнала мощности,

- и блок связи и управления, при этом блок связи и управления выполнен с возможностью управлять блоком модуляции и демодуляции мощности для связи с индуктивным беспроводным передатчиком мощности во временных интервалах связи, содержащихся в повторяющихся кадрах, и дополнительно выполнен с возможностью выполнения следующего протокола связи:

- принимать от передатчика сообщения синхронизации, маркирующие начало временных интервалов связи и кадров,

- принимать от передатчика, до начала невыделенного временного интервала связи, сообщение, указывающее, что невыделенный временной интервал связи не выделен,

- если приемнику необходимо осуществлять связь с передатчиком, отправлять передатчику, во время невыделенного временного интервала связи, сообщение запроса выделения, чтобы запросить выделение невыделенного временного интервала связи приемнику,

- принимать от передатчика после окончания невыделенного временного интервала связи сообщение статуса приема, указывающее успешность приема сообщения в течение невыделенного временного интервала связи,

- принимать от передатчика, в случае успешного приема сообщения запроса выделения, сообщение предоставления, указывающее, что запрашиваемое выделение предоставляется.

Этот индуктивный беспроводной приемник мощности имеет то преимущество, что он может запрашивать и принимать выделение временных интервалов от индуктивного беспроводного передатчика мощности и, таким образом, связываться без конфликта с другими приемниками, осуществляющими связь одновременно, даже несмотря на то, что приемники не могут обнаружить связь друг с другом. Выделение предоставляется передатчиком мощности, который способен осуществлять связь с каждым из приемников мощности и, следовательно, также способен обнаруживать конфликты, вызванные одновременной связью двух приемников.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и разъяснены со ссылкой на вариант (варианты) осуществления, описанные ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты способа и устройства в соответствии с изобретением будут очевидны и разъяснены со ссылкой на реализации и варианты осуществления, описанные ниже, и со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые служат просто как неограничивающие конкретные иллюстрации, иллюстрирующие более общую концепцию.

Фиг.1 иллюстрирует зарядную площадку с двумя заряжаемыми мобильными устройствами;

Фиг.2 иллюстрирует беспроводной передатчик мощности и два приемника;

Фиг.3 иллюстрирует беспроводной передатчик мощности;

Фиг.4 иллюстрирует беспроводной приемник мощности;

Фиг.5 иллюстрирует кадр, содержащий временные интервалы;

Фиг.6 иллюстрирует кадр связи, содержащий интервалы синхронизации;

Фиг.7 иллюстрирует способ выделения временных интервалов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Нижеследующее описание фокусируется главным образом на вариантах осуществления изобретения, применяемых, например, при беспроводной зарядке аккумуляторных батарей мобильных телефонов. Однако, следует иметь в виду, что изобретение не ограничивается только этим применением, и может применяться во многих других устройствах, таких как интеллектуальные часы, планшеты, ноутбуки, бритвы, электрические зубные щетки, кухонные приборы или приборы для приготовления, в зависимости от потребности в передаче мощности от 1-5 Вт для меньших устройств до гораздо более высоких значений.

Во всем документе индуктивные беспроводные передатчики мощности и индуктивные беспроводные приемники мощности также просто называются передатчиком мощности и приемником мощности, или даже просто передатчиком и приемником.

Фиг. 1 иллюстрирует пример применения беспроводной мощности. Два мобильных устройства 12 и 12а размещены на беспроводной зарядной площадке 10. Эта зарядная площадка является просто примером и может иметь множество форм, это может быть отдельное устройство или, например, быть частью приборной панели автомобиля или встроена в рабочую верхнюю поверхность или встроена в предмет мебели. Зарядная площадка снабжена одной первичной обмоткой 11 и действует как индуктивный беспроводной передатчик мощности. Каждое мобильное устройство снабжено вторичной обмоткой 13 и 13а и действуют как индуктивные беспроводные приемники мощности. Зарядная площадка отправляет переменный ток через первичную обмотку, которая вызывает переменное магнитное поле. Это магнитное поле, в свою очередь, индуцирует переменное напряжение и ток в двух вторичных обмотках, которые могут быть выпрямлены и использованы для зарядки аккумуляторных батарей мобильных устройств. Таким образом, мощность передается от зарядного устройства к мобильному устройству беспроводным способом в качестве индуктивного беспроводного сигнала мощности. Принцип аналогичен традиционному трансформатору, но с гораздо более слабым соединением, и две обмотки теперь находятся в отдельных устройствах.

Обычно количество мощности, которая должна быть передана, составляет от 1 до 5 Вт или более, в зависимости от применения и требований приемника. Вторичная обмотка в беспроводном приемнике мощности в этих применениях обычно находится в диапазоне размеров, подходящем для портативного устройства, скажем, от 1 до 15 см в диаметре для устройств, начиная от интеллектуальных часов и заканчивая кухонными приборами. Первичная обмотка может быть примерно того же размера или может быть больше для размещения множественных приемников, как показано на Фиг. 1. Вместо единственной большой первичной обмотки также может использоваться последовательно или параллельно некоторое число первичных обмоток и эксплуатироваться почти так же, как единственная обмотка.

В примере Фиг. 1 одновременно заряжаются два мобильных устройства. Вполне возможно, что у одного устройства есть другие требования к мощности, чем у другого, например, из-за того, что одно устройство уже полностью заряжено, а другое нет, или из-за того, что одно из устройств не может обрабатывать уровень мощности настолько высокий, насколько это может сделать другое устройство. Оба устройства должны иметь возможность сообщать свои требования к мощности зарядной площадке. Это может быть достигнуто посредством модуляции мощности, передаваемой модуляцией нагрузки на стороне приемника: если приемник изменяет ток через вторичную обмотку, например, переключая дополнительную нагрузку, такую как резистор, подсоединенный последовательно или параллельно, это также приведет к модуляции тока через первичную обмотку, благодаря взаимной индукции между первичной и вторичной обмоткой. Таким образом, приемник может модулировать индуктивный беспроводной сигнал мощности. Эти модуляции могут быть легко обнаружены в передатчике мощности, и таким образом битовые или байтовые кодированные сообщения могут передаваться от приемника мощности к передатчику мощности. Взаимная индукция между двумя вторичными обмотками 13 и 13а двух мобильных устройств, однако, очень низка из-за их неточного выравнивания, и поэтому два мобильных устройства не смогут связываться друг с другом таким же образом, поскольку на самом деле они не могут обнаружить, осуществляет ли связь другое устройство приемника. Следовательно, может случиться так, что эти два устройства пытаются связаться с зарядной площадкой одновременно, что приводит к ошибкам при приеме связи и к потере обоих сообщений. Просто повторить попытку позже не является приемлемым решением, так как некоторые данные могут быть критическими по времени. Например, сообщение о том, что питание необходимо немедленно отключить, не должно задерживаться слишком сильно, поскольку это может привести к повреждению.

Изобретатели поняли, что требуется решение, обеспечивающее своевременную связь между множественными индуктивными беспроводными приемниками мощности и одним индуктивным беспроводным передатчиком. Поскольку приемники не могут обнаружить друг друга, приемник не может заметить, что другой приемник осуществляет связь одновременно с ним. Изобретатели это поняли и пришли к выводу, что связь должна координироваться передатчиком мощности, который способен связываться с каждым из подсоединенных приемников.

Фиг. 2 схематически иллюстрирует один индуктивный беспроводной передатчик 22 мощности (PTx), подсоединенный к двум индуктивными беспроводными приемниками 23 и 23а мощности (PRx). Передатчик мощности содержит первичную обмотку 25 и получает мощность от источника 21 питания, который может быть, например, электрической сетью. Каждый из двух приемников мощности содержат вторичную обмотку 26 и 26а и отправляют мощность, которую они принимают на нагрузку 24 и 24а. Эта нагрузка может представлять собой, например, аккумуляторную батарею, которая должна быть заряжена, но много других опций возможно, например, электродвигатель может быть запитан, или резистивный элемент может быть запитан с целью нагрева.

Фиг. 3 схематично иллюстрирует более подробную информацию о индуктивном беспроводном передатчике мощности. Передатчик содержит первичную обмотку 25 для передачи индуктивного беспроводного сигнала мощности к подсоединенным индуктивным беспроводным приемникам мощности и ввод для мощности, идущей от источника 21 питания. Кроме того, он содержит преобразователь 31 мощности, блок 32 модуляции и демодуляции мощности и блок 33 связи и управления.

Преобразователь 31 мощности преобразует входную мощность, принимаемую от источника 21 питания, в сигнал мощности, подходящий для возбуждения первичной обмотки. Например, он может преобразовывать входную мощность переменного или постоянного тока в мощность переменного тока с частотой, подходящей для индуктивной беспроводной передачи мощности.

Блок 32 модуляции/демодуляции мощности обеспечивает связь со подсоединенными приемниками посредством модуляции и демодуляции индуктивного беспроводного сигнала мощности. Когда приемник отправляет сообщение связи посредством модуляции тока через свою вторичную обмотку, как описано выше, ток через первичную обмотку в передатчике также будет модулироваться. Таким образом, индуктивный беспроводной сигнал мощности модулируется посредством приемника. Это можно быть обнаружено, контролируя ток через первичную обмотку или напряжение на первичной обмотке в блоке 32 модуляции/демодуляции. Изменения напряжения или тока демодулируются и переводятся в биты и байты и интерпретируются блоком 33 связи и управления.

Чтобы отправить сообщение связи в виде шаблона битов или байтов приемнику, блок 32 модуляции/демодуляции модулирует ток через первичную обмотку, тем самым модулируя передаваемый индуктивный беспроводной сигнал мощности, что приводит к модуляции в токе через вторичные обмотки также из-за взаимной индукции. Модуляция может быть амплитудной модуляцией, которая может быть достигнута, например, посредством переключения резистора последовательно или параллельно к первичной обмотке. В качестве альтернативы можно применять частотную или фазовую модуляцию, где модулируется частота или фаза переменного тока через первичную обмотку, что снова может быть обнаружено в приемнике.

Блок 33 связи и управления управляет преобразователем мощности и обрабатывает связь в сочетании с блоком 32 модуляции и демодуляции. Он отправляет и принимает сообщения посредством управления блока модуляции/демодуляции и управляет работой передатчика мощности. Например, он может отправить короткий индуктивный импульс мощности, «пинг», чтобы проверить, присутствуют ли какие-либо приемники. Если приемник присутствует, он может ответить сообщением, указывающим свои потребности в питании. Блок связи и управления после приема этого сообщения может непрерывно включать передачу мощности, управляя преобразователем 31 мощности для поддержания требуемого уровня мощности. Когда приемник больше не нуждается в мощности, например, потому что аккумуляторная батарея полностью заряжена, снова будет сообщено посредством отправки сообщения от приемника к передатчику, и блок 33 связи и управления, после приема этого сообщения, отключит передачу мощности посредством управления преобразователем 31 мощности, по меньшей мере, если другое устройство все еще не нуждается в питании.

Фиг. 4 схематично показывает более подробную информацию об индуктивном беспроводном приемнике мощности. Приемник содержит вторичную обмотку 26 и вывод для мощности на нагрузку 24. Кроме того, он содержит преобразователь 41 мощности, блок 42 модуляции и демодуляции мощности и блок 43 связи и управления.

Преобразователь 41 мощности преобразует индуктивный сигнал мощности переменного тока, принятый вторичной обмоткой, в выходную мощность, подходящую для возбуждения нагрузки. Например, он может преобразовывать принятый сигнал мощности в переменную или постоянную мощность, подходящую для нагрузки.

Блок 42 модуляции/демодуляции мощности обеспечивает связь с подсоединенным передатчиком мощности. Он может модулировать индуктивный беспроводной сигнал мощности посредством модуляции нагрузки, как описано выше. Когда передатчик отправляет сообщение связи посредством модуляции амплитуды индуктивного беспроводного сигнала мощности, как описано выше, ток через вторичную обмотку 26 в приемнике также будет модулироваться по амплитуде. Это можно обнаружить, контролируя ток через вторичную обмотку или напряжение на вторичной обмотке в блоке 42 модуляции/демодуляции. Изменения напряжения или тока преобразуются в биты и байты и интерпретируются блоком 33 связи и управления. В случае если передатчик мощности использует частотную модуляцию сигнала мощности для связи, тогда ток через вторичную обмотку в приемнике также будет модулироваться по частоте. Это можно обнаружить, контролируя частоту, например, посредством обнаружения нулевых переходов тока во вторичной обмотке или напряжения на вторичной обмотке и измерения продолжительности одного или более циклов.

Блок 43 связи и управления управляет преобразователем мощности и обрабатывает связь в сочетании с блоком модуляции/демодуляции. Он отправляет и принимает сообщения посредством управления блоком модуляции/демодуляции и управляет работой приемника мощности. Например, он может обнаруживать короткий индуктивный импульс питания, «пинг», отправленный передатчиком мощности для проверки наличия каких-либо приемников. Затем он может ответить сообщением, указывающим его потребности к питанию. Когда впоследствии передатчик мощности непрерывно включает передачу мощности, блок 43 связи и управления входит в связь с преобразователем 41 мощности, чтобы правильно подавать принимаемую беспроводным образом мощность на нагрузку 24. Когда нагрузка больше не нуждается в мощности, например, поскольку аккумуляторная батарея полностью заряжена, блок связи и управления в приемнике мощности может отправить сообщение к передатчику, чтобы указать, что больше не требуется питание, и отключить преобразователь питания.

Блоки 33 и 43 связи и управления могут быть реализованы различными путями, включая в себя специализированные электронные схемы, программируемые пользователем вентильные матрицы или микропроцессоры общего назначения и память, сконфигурированные или запрограммированные для запуска необходимых способов и протоколов для связи и управления в соответствии с изобретением.

Изобретатели поняли, что связь между передатчиком мощности и одним или более приемниками мощности должна координироваться передатчиком, поскольку приемники не могут связываться друг с другом или даже обнаруживать любую связь другим приемником мощности. Следовательно, приемник мощности не может сам определять, свободен ли канал связи для использования или уже занят другим приемником. Изобретатели адаптировали решение, в котором связь обрабатывается во временных интервалах, и при этом множественные временные интервалы содержатся в кадрах связи, которые повторяются во времени. Общий принцип проиллюстрирован на Фиг.5. В этом примере кадр 51 начинается с заголовка 52 кадра и содержит N временных интервалов 53, обозначенных S₁ - S_N. Здесь N может быть фиксированным целым числом, выбранным как минимум равным максимальному количеству приемников мощности, которые предназначены для связи с передатчиком мощности. Например, если максимально 4 мобильных телефона вмещается на зарядной площадке, как показано на Фиг. 1, тогда N должно быть выбрано по меньшей мере равным 4. Значение N также может быть определено, например, стандартом.

По заголовку кадра передатчик мощности будет связываться, а интервалы S₁ - S_N резервироваться для связи приемниками мощности. Чтобы избежать одновременной связи посредством приемников, временные интервалы должны быть выделены отдельным приемникам. Для обеспечения быстрого выделения кадры связи согласно изобретению содержат дополнительные временные интервалы синхронизации, как показано на Фиг. 6. Кадр 61 связи начинается с заголовка 62 кадра и содержит n временных интервалов 64, обозначенных S₁ - S_N. Каждый временной интервал 64 предшествует временному интервалу синхронизации 63, обозначенному Sync₁ - Sync_N. В этом подходе заголовок 62 кадра и временные интервалы 63 синхронизации используются для связи передатчиком мощности, а временные интервалы 64 используются для связи приемниками мощности. Можно опустить отдельный заголовок кадра и вместо него иметь первый временной интервал синхронизации, обеспечивающий функциональность заголовка кадра.

Во время временных интервалов синхронизации передатчик мощности отправляет сообщение синхронизации, битовый шаблон или последовательность битов. Эти сообщения предназначены для множественных целей. Во-первых, они маркируют начало следующего временного интервала связи для приемников и, таким образом, поддерживают временную базу для связи. Во-вторых, сообщение синхронизации содержит информацию о статусе выделения следующего временного интервала связи. Если следующий временной интервал еще не выделен приемнику, это сообщение укажет, что он не выделен или свободен. Если, с другой стороны, следующий временной интервал выделяется конкретному приемнику, сообщение синхронизации укажет, что он выделен, и какому приемнику он выделен. В-третьих, сообщение синхронизации может указывать на успешность или неудачу приема передатчиком мощности сообщения связи в предыдущем временном интервале связи. В-четвертых, сообщение синхронизации может содержать ответ на сообщение, успешно принятое в предыдущем временном интервале связи.

Обратите внимание, что на Фиг. 6 ни один интервал синхронизации не следует за последним временным интервалом S_N связи. Вместо этого, первый временной интервал синхронизации в следующем кадре может служить для указания успешного приема в этом интервале.

Как только приемник мощности имеет выделенный ему временной интервал, он может использовать этот временной интервал для отправки сообщений приемнику питания. Другие приемники не будут использовать тот же самый временной интервал, поскольку он помечен как выделенный.

Если конкретный приемник мощности, именуемый в дальнейшем первым приемником, должен осуществлять связь, но не имеет выделенного ему временного интервала, то ему необходимо запросить выделение свободного временного интервала. Это проиллюстрировано на Фиг. 7, фокусируясь на невыделенном временном интервале 72, обозначенном S_n. В предыдущем интервале 71 синхронизации, обозначенном Sync_n, передатчик мощности будет указывать статус выделения временного интервала S_n, который в этом примере не выделен. Во время невыделенного временного интервала S_n первый приемник мощности будет отправлять передатчику мощности сообщение запроса выделения, запрашивая, чтобы для него был выделен интервал S_n.

В следующем временном интервале 73 синхронизации, обозначенном S_n+1, передатчик мощности будет отправлять сообщение, указывающее, было ли сообщение успешно принято в течение временного интервала Sn. Если запрос выделения был успешно принят и интервал свободен, передатчик мощности может предоставить выделение и отправить сообщение, указывающее предоставление выделения интервала S_n первому приемнику.

Если, однако, второй приемник попытался установить связь также во временном интервале S_n, например, потому что он также запросил выделение того же временного интервала, то эти две попытки связи мешают в первичной обмотке передатчика мощности, и сообщение не будет получено правильно передатчиком мощности. Передатчик будет, следовательно, отправлять сообщение в течение следующего временного интервала синхронизации, что не было успешного приема сообщения в течение временного интервала S_n, и поэтому выделение не будет предоставлено. Это указывает первому и второму приемникам, что их запросы выделения потерпели неудачу, и им необходимо снова попытаться достичь выделения временного интервала. Чтобы избежать такого же конфликта между двумя приемниками мощности, конкурирующими за выделение следующего временного интервала, приемники не будут немедленно повторять попытку, но будут ждать несколько интервалов. Конечно, два приемника должны ждать периоды разной продолжительности, иначе конфликт будет повторяться. Например, может применяться (полу-)случайный период ожидания, что сильно снижает вероятность того, что конфликт будет повторяться несколько раз.

Если приемник не использует назначенный ему временной интервал, блок 31 связи и управления может принять решение об отмене временного интервала. Он может сделать это, например, после того, как выделенный временной интервал не был использован для связи приемником в нескольких последовательных кадрах. Затем временной интервал будет помечен как невыделенный снова и доступен для выделения приемникам, которые его запрашивают.

Изобретатели поняли, что продолжительность связи временных интервалов, описанных выше, должна быть выбрана разумно. Из-за характера способов модуляции и характера устройств, битовая скорость, достигнутая при связи, будет низкой, и временные интервалы не могут быть выбраны слишком короткими. В стандарте Qi для одного передатчика мощности, работающего с одним приемником мощности, требуется, чтобы приемник отвечал в течение 65 мс на «пинг» передатчика, как описано выше. Когда беспроводной приемник мощности обнаруживает передатчик мощности, в течение этих 65 мс должно быть возможным установить, поддерживает ли передатчик связь с временными интервалами или имеет более старый тип, который этого не делает. Следовательно, продолжительность временного интервала 71 сообщения синхронизации предпочтительно выбирается в диапазоне от 30 до 60 мс. Предпочтительно также, что временной интервал для связи 72 приемника выбирается в том же диапазоне. Изобретатели обнаружили, что период в 50 мс хорошо работает как для временного интервала синхронизации, так и для временного интервала связи. С этими ограничениями приемник может всегда обнаруживать, по меньшей мере, часть сообщения синхронизации в течение 65 мс и, таким образом, определять возможности связи передатчика.

В общем, битовые скорости , достигаемые посредством модуляции в индуктивной беспроводной передаче мощности, как описано, являются низкими, и только ограниченное количество бит может быть отправлено во временном интервале синхронизации. Это требует эффективного кодирования переносимой информации, которая включает в себя успешный прием сообщения в предыдущем временном интервале связи, предоставление или отказ от запроса выделения, принятого в предыдущем временном интервале связи, и статус выделения следующего временного интервала связи. Это может быть достигнуто, например, с помощью эффективного 3-битного кодирования, как показано в Таблице 1, где pp указывает двухбитовый ответ на предыдущий временной интервал связи, а n указывает статус выделения однобитного следующего временного интервала связи (и x используется для указания «любого» битового значения). Здесь сообщение эффективно формируется из короткой части, указывающей понимание статуса связи в сочетании с короткой частью, указывающей доступность последовательного временного интервала.

Таблица 1: пример синхронизации кодирования сообщения

pp n Значение 00x Нет связи, принятой в предыдущем интервале 01x Конфликт, обнаруженный в предыдущем интервале 10x Данные корректно приняты в предыдущем интервале,
выделение интервала отклонено 11x Данные корректно приняты в предыдущем интервале, выделение интервале принято xx0 Последующий интервал свободен xx1 Последующий интервал занят

Для достижения длительности временного интервала синхронизации, близкого к, но не превышающей максимальной длительности, например, 50 мс, может использоваться небольшое количество битов преамбулы. Количество битов преамбулы может быть скорректировано в соответствии с условиями работы беспроводной системы передачи мощности, чтобы достичь временного интервала синхронизации как можно ближе к выбранной длительности.

Типичный способ выделения временных интервалов связи для беспроводных приемников мощности по протоколу, описанному выше, показан на Фиг.8. На первом этапе 81 индуктивный беспроводной передатчик мощности отправляет сообщения синхронизации для маркирования начала временных интервалов связи. Это позволяет индуктивным беспроводным приемникам мощности обнаруживать синхронизацию кадров и интервалов связи и синхронизировать их с их формированием временных интервалов. На следующем этапе 82 беспроводной передатчик мощности отправляет сообщение, указывающее статус выделения последующего временного интервала. Для невыделенного временного интервала это сообщение укажет, что интервал не выделен. Это сообщение необходимо отправить до начала этого невыделенного временного интервала.

На следующем этапе 83 беспроводной приемник мощности, нуждающийся во временном интервале для связи, запрашивает выделение этого временного интервала, чтобы он мог использовать его для связи в последующих кадрах связи. Это происходит во время невыделенного временного интервала.

На следующем этапе 84 передатчик мощности отправляет сообщение, указывающее, было ли какое-либо сообщение успешно принято во время невыделенного временного интервала. Это происходит после окончания невыделенного временного интервала. Если сообщение запроса выделения было действительно успешно принято, на следующем этапе 85 передатчик мощности отправляет дополнительное сообщение, указывающее, что временной интервал теперь выделен приемнику, который его запросил.

Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и вышеприведенном описании, такая иллюстрация и описание должны рассматриваться как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Сам факт, что некоторые меры перечислены во взаимозависимых зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована с выгодой. На самом деле многие функции могут быть объединены, которые квалифицированный специалист распознает как взаимно совместимые, такие как длительность различных временных интервалов и сообщений, характер отправленных сообщений или переданные уровни индуктивной мощности.

Другие варианты раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения, из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а неопределенный артикль единственного числа не исключает множественность. Один процессор или другое устройство может выполнять функции нескольких элементов, указанных в формуле изобретения. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение возможности связи между одним индуктивным беспроводным передатчиком мощности и множеством индуктивных беспроводных приемников мощности. Обеспечивается способ выделения временных интервалов связи, содержащихся в повторяющихся кадрах, для связи между индуктивным беспроводным передатчиком мощности и по меньшей мере двумя индуктивными беспроводными приемниками мощности, в котором передатчик мощности и приемники мощности выполнены с возможностью осуществлять связь посредством модуляции и демодуляции индуктивного сигнала мощности. Передатчик отправляет сообщения синхронизации, обозначающие начало временных интервалов связи и кадров, и сообщения, указывающие, что временной интервал не выделен. Приемник может отправить в течение невыделенного временного интервала сообщение передатчику, запрашивающее выделение невыделенного временного интервала связи. Затем передатчик отправляет сообщения, чтобы указать, было ли сообщение успешно получено, и если запрос на выделение предоставлен. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

1. Способ выделения временных интервалов связи, содержащихся в повторяющихся кадрах, для связи между индуктивным беспроводным передатчиком (22) мощности и по меньшей мере двумя индуктивными беспроводными приемниками (23) мощности, в котором передатчик мощности и приемники мощности выполнены с возможностью осуществлять связь посредством модуляции и демодуляции индуктивного сигнала мощности, причем способ содержит этапы, на которых:

- отправляют, посредством передатчика, сообщения синхронизации, маркирующие начало временных интервалов связи и кадров,

- отправляют, посредством передатчика, до начала невыделенного временного интервала связи, сообщение, указывающее, что невыделенный временной интервал связи не выделен,

- отправляют, посредством первого приемника, во время невыделенного временного интервала связи, сообщение запроса выделения в передатчик для запрашивания выделения невыделенного временного интервала связи для первого приемника,

- отправляют посредством передатчика, после окончания невыделенного временного интервала связи, сообщение статуса приема, указывающее успешность приема сообщения запроса выделения в течение невыделенного временного интервала связи,

- дополнительно отправляют, посредством передатчика, в случае успешного приема сообщения запроса выделения, сообщение предоставления, указывающее, что запрашиваемое выделение предоставляется.

2. Способ по п.1, в котором сообщение, указывающее, что невыделенный временной интервал связи не выделен, является частью сообщения синхронизации, непосредственно предшествующего невыделенному временному интервалу связи.

3. Способ по п.1 или 2, в котором сообщение статуса приема и сообщение предоставления являются частью сообщения синхронизации, непосредственно следующего за невыделенным временным интервалом связи.

4. Способ по п.1, в котором первый приемник, в случае если сообщение предоставления не отправляется передатчиком в ответ на сообщение запроса выделения, ожидает в течение периода более одного кадра, прежде чем снова запросить выделение временного интервала связи для первого приемника.

5. Способ по любому из пп.1-4, в котором продолжительность сообщений синхронизации, маркирующих начало временных интервалов связи и кадров, находится в диапазоне от 30 до 60 миллисекунд.

6. Способ по любому из пп.1-5, в котором продолжительность временных интервалов связи находится в диапазоне от 30 до 60 миллисекунд.

7. Индуктивный беспроводной передатчик (22) мощности, содержащий:

- первичную обмотку (25) для передачи индуктивного сигнала мощности по меньшей мере двум индуктивным беспроводным приемникам (23) мощности,

- преобразователь (31) мощности для подачи мощности на первичную обмотку,

- блок (32) модуляции и демодуляции мощности для модуляции и демодуляции индуктивного беспроводного сигнала мощности и

- блок (33) связи и управления,

причем блок связи и управления выполнен с возможностью управления блоком модуляции и демодуляции мощности для связи с индуктивными беспроводными приемниками мощности во временных интервалах связи, содержащихся в повторяющихся кадрах, и при этом блок связи и управления дополнительно выполнен с возможностью выполнять следующий протокол связи:

- отправлять приемникам сообщения синхронизации, маркирующие начало временных интервалов связи и кадров;

- отправлять приемникам, до начала невыделенного временного интервала связи, сообщение, указывающее, что невыделенный временной интервал связи не выделен;

- если первый индуктивный беспроводной приемник мощности в течение невыделенного временного интервала связи отправляет сообщение запроса выделения, запрашивающее выделение невыделенного временного интервала связи первому приемнику, то принимать сообщение запроса выделения;

- отправлять приемникам, после окончания невыделенного временного интервала связи, сообщение статуса приема, указывающее успешность приема сообщения запроса выделения в течение невыделенного временного интервала связи;

- если сообщение запроса выделения было успешно принято во время невыделенного временного интервала связи, то дополнительно отправлять приемникам, после окончания невыделенного временного интервала связи, сообщение предоставления, указывающее, что запрашиваемое выделение предоставляется.

8. Индуктивный беспроводной передатчик мощности по п.7, в котором блок связи и управления дополнительно выполнен с возможностью отправлять сообщение, указывающее, что невыделенный временной интервал связи не выделен, как часть сообщения синхронизации, непосредственно предшествующего невыделенному временному интервалу связи.

9. Индуктивный беспроводной передатчик мощности по п.7, в котором блок связи и управления дополнительно выполнен с возможностью отправлять сообщение, указывающее, что невыделенный временной интервал связи не выделен, как часть сообщения синхронизации, маркирующего начало кадра, содержащего невыделенный временной интервал связи.

10. Индуктивный беспроводной передатчик мощности по п.7 или 8, в котором блок связи и управления дополнительно выполнен с возможностью отправлять сообщение статуса приема и сообщение предоставления как часть сообщения синхронизации, непосредственно следующего за невыделенным временным интервалом.

11. Индуктивный беспроводной передатчик мощности по любому из пп.7-10, в котором продолжительность сообщений синхронизации, маркирующих начало временных интервалов связи и кадров, находится в диапазоне от 30 до 60 миллисекунд.

12. Индуктивный беспроводной передатчик мощности по любому из пп.7-11, в котором продолжительность временных интервалов связи находится в диапазоне от 30 до 60 миллисекунд.

13. Индуктивный беспроводной приемник (23) мощности, содержащий:

- вторичную обмотку (26) для приема индуктивного беспроводного сигнала мощности от индуктивного беспроводного передатчика мощности,

- преобразователь (41) мощности для преобразования сигнала мощности в выходную мощность,

- блок (42) модуляции и демодуляции мощности для модуляции и демодуляции индуктивного беспроводного сигнала мощности,

- и блок (43) связи и управления,

при этом блок связи и управления выполнен с возможностью управления блоком модуляции и демодуляции мощности для связи с индуктивным беспроводным передатчиком (22) мощности во временных интервалах связи, содержащихся в повторяющихся кадрах, и дополнительно блок связи и управления выполнен с возможностью выполнения следующего протокола связи:

- принимать от передатчика сообщения синхронизации, маркирующие начало временных интервалов связи и кадров,

- принимать от передатчика, до начала невыделенного временного интервала связи, сообщение, указывающее, что невыделенный временной интервал связи не выделен,

- если приемнику необходимо осуществлять связь с передатчиком, отправлять передатчику, во время невыделенного временного интервала связи, сообщение запроса выделения, чтобы запросить выделение невыделенного временного интервала связи приемнику,

- принимать от передатчика после окончания невыделенного временного интервала связи сообщение статуса приема, указывающее успешность приема сообщения запроса выделения в течение невыделенного временного интервала связи,

- принимать от передатчика, в случае успешного приема сообщения запроса выделения, сообщение предоставления, указывающее, что запрашиваемое выделение предоставляется.

14. Индуктивный беспроводной приемник мощности по п.13, дополнительно выполненный с возможностью ожидания в течение периода более одного кадра, прежде чем снова запросить выделение временного интервала связи для первого приемника, в случае если сообщение предоставления не отправляется передатчиком в ответ на сообщение запроса выделения.