ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к индуктивной передаче мощности и, в частности, но не исключительно, к системе индуктивной передачи мощности в соответствии со стандартом Qi беспроводной передачи мощности.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Число и разнообразие используемых портативных и мобильных устройств в использовании чрезвычайно расширилось в последнее десятилетие. Например, использование мобильных телефонов, планшетов компьютеров, медиа-плееров и т.д. стало повсеместным. Такие устройства, как правило, получают питание от внутренних батарей, и типичный сценарий использования часто требует подзарядки батарей или прямого проводного питания устройства от внешнего источника питания.
Большинство современных систем требуют проводки и/или явных электрических контактов для питания от внешнего источника питания. Однако это, как правило, непрактично и требует от пользователя необходимости физически вставлять разъемы или иным образом устанавливать физический электрический контакт. Это также имеет тенденцию быть неудобным для пользователя ввиду использования длинного провода. Как правило, требования к питанию также существенно различаются, и в настоящее время большинство устройств снабжены собственным специализированным источником питания, в результате чего обычному пользователю требуется большое количество различных источников питания, каждый из которых предназначен для конкретного устройства. Хотя использование внутренних батарей может исключить потребность в проводном соединении с источником питания во время использования, это обеспечивает только частичное решение, так как батареям требуется подзарядка (или замена, которая является дорогостоящей). Использование батарей также может существенно увеличить вес и потенциально стоимость и габариты устройств.
Для того чтобы обеспечить значительное улучшение пользовательского опыта, было предложено использовать беспроводной источник питания, в котором энергия (питающая мощность) индуктивно передается от катушки передатчика в устройстве передатчика мощности к катушке приемника в отдельных устройствах.
Передача энергии через магнитную индукцию является хорошо известной концепцией, в основном применяемой в трансформаторах, имеющих жесткую связь между первичной катушкой передатчика и вторичной катушкой приемника. Путем разделения первичной катушки передатчика и вторичной катушки приемника между двумя устройствами, беспроводная передача мощности между ними становится возможной на основании принципа слабосвязанного трансформатора.
Такая конфигурация позволяет осуществлять беспроводную передачу мощности к устройству, не требуя создания каких-либо проводов или физических электрических соединений. В самом деле, можно просто поместить устройство рядом или поверх катушки передатчика, чтобы подзарядить или получить внешнее питание. Например, устройства передатчика мощности могут быть выполнены с горизонтальной поверхностью, на которую устройство может быть просто помещено, чтобы получать питание.
Кроме того, такие механизмы беспроводной передачи мощности предпочтительно могут быть сконструированы таким образом, что устройство передатчика мощности может быть использовано с некоторым классом устройств приемника мощности. В частности, был определен стандарт беспроводной передачи мощности, известный как стандарт Qi, который продолжает развиваться в настоящее время. Этот стандарт позволяет использовать устройства передатчиков мощности, которые соответствуют стандарту Qi, с устройствами приемников мощности, которые также соответствуют стандарту Qi, не требуя того, чтобы они поставлялись одним производителем, или того, чтобы они были специализированными друг для друга. Стандарт Qi дополнительно включает в себя некоторые функциональные возможности для обеспечения адаптации операции к конкретному устройству приемника мощности (например, в зависимости от конкретной потребляемой мощности).
Стандарт Qi разработан Консорциумом беспроводного питания, и дополнительная информация может быть найдена, например, на сайте: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, где, в частности, можно найти определенные документы стандарта.
Стандарт Qi беспроводного питания описывает, что передатчик мощности должен быть в состоянии обеспечивать гарантированную мощность к приемнику мощности. Конкретный необходимый уровень мощности зависит от конструкции приемника мощности. Для того чтобы специфицировать гарантированную мощность, определен набор тестовых приемников мощности и состояний нагрузки, которые описывают гарантированный уровень мощности для каждого из состояний.
Стандарт Qi определяет множество технических требований, параметров и эксплуатационных процедур, которым должно удовлетворять совместимое устройство.
Коммуникация
Стандарт Qi поддерживает коммуникацию от приемника мощности к передатчику мощности, тем самым позволяя приемнику мощности предоставлять информацию, которая может позволить передатчику мощности адаптироваться к конкретному приемнику мощности. В современном стандарте был определен однонаправленный канал связи от приемника мощности к передатчику мощности, и подход основан на философии приемника мощности, являющегося управляющим элементом. Для подготовки и управления передачей мощности между передатчиком мощности и приемником мощности, приемник мощности специально передает информацию к передатчику мощности.
Однонаправленная связь реализуется приемником мощности, выполняющим модуляцию нагрузки, причем нагрузка, приложенная к вторичной катушке приемника приемником мощности, изменяется для обеспечения модуляции сигнала мощности. Получаемые в результате изменения в электрических характеристиках (например, изменения в потреблении тока) могут обнаруживаться и декодироваться (демодулироваться) передатчиком мощности.
Таким образом, на физическом уровне, канал связи от приемника мощности к передатчику мощности использует сигнал мощности в качестве носителя данных. Приемник мощности модулирует нагрузку, которая обнаруживается по изменению в амплитуде и/или фазе тока или напряжения катушки передатчика. Данные форматируются в байтах и пакетах.
Более подробную информацию можно найти в главе 6 части 1 спецификации Qi беспроводного питания (версия 1.0).
Хотя Qi использует однонаправленный канал связи, было предложено ввести коммуникацию от передатчика мощности к приемнику мощности.
Управление системой
Для того чтобы управлять системой беспроводной передачи мощности, стандарт Qi определяет ряд фаз или режимов, в которых система может находиться в разное время работы. Более подробную информацию можно найти в главе 5 части 1 спецификации Qi беспроводного питания (версия 1.0).
Система может находиться в следующих фазах:
Фаза выбора:
Эта фаза является типичной фазой, когда система не используется, то есть, когда нет связи между передатчиком мощности и приемником мощности (т.е. никакой приемник мощности не располагается вблизи передатчика мощности).
В фазе выбора, передатчик мощности может находиться в выключенном режиме, но будет контролировать свою поверхность интерфейса с целью обнаружения возможного присутствия объекта. Аналогичным образом, приемник будет ожидать присутствия сигнала мощности.
Пинг-фаза:
Если передатчик обнаруживает возможное присутствие объекта, например, вследствие присутствия объекта, который влияет на магнитное поле на его поверхности интерфейса, система переходит к пинг-фазе, в которой передатчик мощности (по меньшей мере прерывисто) выдает сигнал мощности. Этот сигнал мощности обнаруживается приемником мощности, который начинает посылать начальный пакет к передатчику мощности. В частности, если приемник мощности присутствует на интерфейсе передатчика мощности, приемник мощности передает начальный пакет уровня сигнала к передатчику мощности. Пакет уровня сигнала обеспечивает индикацию степени связи между катушкой передатчика мощности и катушкой приемника мощности. Пакет уровня сигнала обнаруживается передатчиком мощности.
Фаза идентификации и конфигурации:
Передатчик мощности и приемник мощности затем переходят к фазе идентификации и конфигурации, в которой приемник мощности передает по меньшей мере идентификатор и требуемую питающую мощность. Информация передается в нескольких пакетах данных путем модуляции нагрузки. Передатчик мощности поддерживает постоянный сигнал мощности в течение фазы идентификации и конфигурации для того, чтобы позволить обнаруживать модуляцию нагрузки. В частности, передатчик мощности обеспечивает сигнал мощности с постоянной амплитудой, частотой и фазой для этой цели (за исключением изменения, вызванного модуляцией нагрузки).
При подготовке фактической передачи мощности, приемник мощности может применить принятый сигнал для питания своей электроники, но поддерживает свою выходную нагрузку отсоединенной. Приемник мощности передает пакеты к передатчику мощности. Эти пакеты включают в себя обязательные сообщения, такие как пакет идентификации и конфигурации, а также могут включать в себя некоторые определенные опциональные сообщения, такие как расширенный пакет идентификации или пакет отключения подачи питания.
Передатчик мощности переходит к конфигурированию сигнала мощности в соответствии с информацией, полученной от приемника мощности.
Фаза передачи мощности:
Затем система переходит к фазе передачи мощности, в которой передатчик мощности обеспечивает необходимый сигнал мощности, и приемник мощности соединяет выходную нагрузку, чтобы подавать на нее принятую мощность.
В течение этой фазы, приемник мощности контролирует состояния выходной нагрузки, в частности, он измеряет погрешность управления между фактическим значением и требуемым значением определенной рабочей точки. Он передает эти погрешности управления в сообщениях погрешности управления к передатчику мощности с минимальной частотой, например, каждые 250 мс. Это обеспечивает индикацию постоянного присутствия приемника мощности для передатчика мощности. Кроме того, сообщения погрешностей управления используются для реализации управления питанием в замкнутом контуре, когда передатчик мощности адаптирует сигнал мощности, чтобы минимизировать сообщаемую погрешность. В частности, если фактическое значение рабочей точки равно требуемому значению, то приемник мощности передает погрешность управления с нулевым значением, в результате чего в сигнале мощности не происходит изменения. В случае, если приемник мощности сообщает о погрешности управления, отличной от нуля, передатчик мощности будет настраивать сигнал мощности соответствующим образом.
Взаимодействия между различными фазами проиллюстрированы на фиг. 1.
Стандарт Qi первоначально определил беспроводную передачу мощности для устройств низкой мощности, в качестве которых рассматриваются устройства, которые имеют потребляемую мощность менее 5 Вт. Системы, которые подпадают под действие этого стандарта, используют индуктивную связь между двумя плоскими катушками для передачи мощности от передатчика мощности к приемнику мощности. Расстояние между двумя катушками, как правило, 5 мм. Можно расширить этот диапазон по меньшей мере до 40 мм.
Однако продолжается работа по увеличению доступной мощности, и, в частности, стандарт распространяется на устройства средней мощности, которыми являются устройства, имеющие потребляемую мощность более 5 Вт.
В частности, Консорциумом беспроводного питания недавно была создана рабочая группа по разработке спецификаций для беспроводных кухонных приборов. Новые спецификации будут определять интерфейс между кухонными приборами и индуктивными источниками питания. Требования к питающей мощности могут варьироваться от диапазона 100 Вт (например, простые соковыжималки) до 1,5-2,4 кВт (обычно для нагревательных приборов, таких как чайники).
Развитие стандарта Qi, чтобы охватить все большее разнообразие устройств и приложений, также приводит к ряду новых сценариев использования, которые не могут оптимальным образом поддерживаться существующим подходом стандарта Qi.
Например, в современном стандарте Qi, когда устройство с беспроводным питанием помещается поверх передатчика мощности, приемник мощности (почти) мгновенно (после быстрого перехода через фазу идентификации и конфигурации) запитывается от передатчика мощности. Это подходит, например, для функции зарядки, когда подзаряжаемая батарея обычно требует немедленной зарядки. Однако во многих потенциальных новых приложениях, таких как, например, для кухонных приборов, могут возникать различные ситуации.
Например, когда устройство, такое как кухонный прибор, помещается поверх передатчика мощности, он не обязательно должен быть включен мгновенно. Прибор может быть не предназначен для непосредственного использования, и может быть желательно, чтобы он оставался в выключенном состоянии в течение длительного периода времени перед использованием. Например, блендер с беспроводной передачей мощности может размещаться на участке передатчика мощности поверхности кухонного стола. Однако это может диктоваться просто удобством, и работа блендера может не требоваться до некоторого более позднего времени.
Желательно, чтобы, когда прибор находится в выключенном состоянии, никакой беспроводной сигнал мощности не предоставлялся передатчиком мощности. Наличие потенциально сильного беспроводного сигнала мощности может привести к возможным потерям мощности и возможному нагреву непредусмотренных объектов вблизи (вихревые токи могут индуцироваться в проводящих частях других ближних объектов (например, металлических ключей) или реально, например, в металлических частях самого прибора. Это может, например, привести к значительному нагреву этих объектов и элементов.
В то же время, желательно, чтобы, когда питающая мощность требуется вследствие включения питания прибора, питающая мощность обеспечивалась очень быстро и предпочтительно воспринималась пользователем как обеспечиваемая по существу мгновенно. Такая функциональность не поддерживается текущим подходом в стандарте Qi.
Кроме того, увеличенное разнообразие поддерживаемых приложений и устройств, как правило, приводит к тому, что функции и подходы для обнаружения и адаптации передатчика мощности к конкретным текущим сценариям становятся более сложными и более критичными. Соответственно, было бы полезным улучшенное определение текущей рабочей среды и сценария.
Соответственно, была бы полезной усовершенствованная система передачи мощности. В частности, был бы полезен подход, который позволяет улучшить работу, улучшить передачу мощности, повысить гибкость, облегчить реализацию, облегчить работу, облегчить обнаружение и/или адаптацию к текущим условиям, улучшить поддержку для увеличенного многообразия сценариев использования, и/или улучшить производительность.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, изобретение направлено на то, чтобы предпочтительно смягчить, уменьшить или устранить один или более из указанных выше недостатков, по отдельности или в любой комбинации.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предлагается система беспроводной передачи мощности, включающая в себя передатчик мощности, выполненный с возможностью обеспечения передачи мощности к приемнику мощности посредством беспроводного сигнала индуктивной передачи мощности, генерируемого передатчиком мощности, причем: приемник мощности содержит первый контроллер режима для передачи запроса выхода из режима ожидания к передатчику мощности путем изменения нагрузки индуктора (катушки индуктивности) связи передатчика мощности; и передатчик мощности содержит: индуктор связи для связи с приемником мощности; второй контроллер режима для управления передатчиком мощности для работы в режиме ожидания, в котором обнаруживается присутствие приемника мощности, но не генерируется сигнал передачи мощности; детектор для обнаружения изменения импеданса индуктора связи; и второй контроллер режима выполнен с возможностью инициировать переход из режима ожидания в режим передачи мощности в ответ на обнаружение изменения импеданса детектором, причем индуктор связи является частью резонансного контура, и детектор выполнен с возможностью приложения к резонансному контуру сигнала возбуждения, содержащего по меньшей мере одно возбуждение, вызывающее колебания, превышающие длительность возбуждения сигнала возбуждения, и обнаружения изменения импеданса из измерения по меньшей мере одного из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи в момент времени, в который возбуждение не приложено к резонансному контуру.
Изобретение может обеспечить улучшенную производительность и/или функционирование системы беспроводной передачи мощности. Во многих вариантах осуществления этот подход может обеспечить улучшенную поддержку расширенного диапазона сценариев, функций и/или приложений.
Например, такой подход может обеспечить улучшенную поддержку для приложений, таких как кухонные приложения, где приемники мощности могут быть индуктивно связаны с передатчиками мощности, не требуя (немедленной) передачи мощности. В частности, он обеспечивает поддержку за счет введения фазы ожидания, которая отличается от обычных фаз, где не присутствует приемник мощности. Таким образом, фаза ожидания может поддерживать устройства, которые расположены на передатчике мощности или близко к нему, но на которые не подано питание. Кроме того, этот подход позволяет обеспечивать низкую сложность и, как правило, надежный подход к управлению приемником мощности, когда подается мощность. Увеличение сложности как для передатчика мощности, так и приемника мощности из-за поддержки такой фазы ожидания может поддерживаться весьма небольшим во многих вариантах осуществления. Такой подход может также обеспечить очень быстрый отклик, когда приемник мощности требует мощности.
Данный подход во многих вариантах осуществления позволяет располагать устройства с беспроводным питанием, такие как кухонные приборы, на передатчике мощности, не приводя вследствие этого к потере мощности или потенциально нежелательной индукции в металлические части в результате присутствия сигнала передачи мощности.
Кроме того, этот подход может позволить очень быстрый отклик при включении питания устройства, и на самом деле при управлении подачей питания приемником мощности. Действительно, работа и инициирование перехода в фазу передачи мощности не (только) основывается на обнаружении того, присутствует ли приемник мощности или нет, а особенно инициирование осуществляется в ответ на прямой запрос, принятый от приемника мощности. Таким образом, приемник мощности может активно управлять тем, когда вводится фаза передачи мощности.
Система может работать в режиме ожидания, когда приемник мощности располагается таким образом, что передача мощности возможна, но передача мощности не выполняется. В режиме ожидания, передатчик мощности обнаруживает наличие приемника мощности, но передача мощности не происходит, то есть передатчик мощности не находится в фазе передачи мощности (например, когда выполняется управление питанием). В режиме ожидания, передатчик мощности может контролировать передачу запроса выхода из режима ожидания от приемника мощности. Передатчик мощности может во многих вариантах осуществления только контролировать запрос выхода из режима ожидания при нахождении в режиме ожидания.
В режиме передачи мощности, передатчик мощности может, в отличие от фазы ожидания, генерировать сигнал передачи мощности. В режиме передачи мощности, сигнал передачи мощности может предоставлять мощность приемнику мощности, то есть приемник мощности может активно запитываться от передатчика мощности. Контур обратной связи управления питанием может поддерживаться в режиме передачи мощности (но, например, не в режиме ожидания).
Приемник мощности выполнен с возможностью изменения нагрузки индуктора связи передатчика мощности. Изменение нагрузки приводит к изменению импеданса в (эффективном) импедансе индуктора связи. Приемник мощности может, в частности, обеспечивать нагрузку, индуктивно связанную с индуктором связи, и изменение этой нагрузки может вызвать изменение импеданса индуктора связи. Например, приемник мощности может содержать индуктор, который индуктивно связан с индуктором связи передатчика мощности. Нагрузка индуктора связи передатчика мощности может быть реализована путем изменения характеристики индуктора приемника мощности или изменения электрической нагрузки, связанной с ним. Электрическая нагрузка может быть, например, емкостью, связанной с индуктором, и при изменении этой емкости нагрузка индуктора связи передатчика мощности будет изменяться. Изменение нагрузки приводит к изменению импеданса индуктора связи передатчика мощности.
Приемник мощности может включать в себя схему приемника, связанную с индуктором связи передатчика мощности, и может быть выполнен с возможностью передачи запроса выхода из режима ожидания путем изменения электрической характеристики схемы приема.
Например, приемник мощности может содержать индуктор связи приемника, который связан с индуктором связи передатчика мощности. Приемник мощности может быть выполнен с возможностью изменения нагрузки индуктора связи передатчика мощности путем изменения импеданса, связанного с индуктором связи приемника. Например, индуктор связи приемника может быть частью резонансного контура (подобно резонансному контуру, содержащему индуктор связи передатчика), и емкость резонансного контура может быть изменена для изменения нагрузки приемного индуктора связи и, следовательно, индуктора связи передатчика.
Изменение импеданса индуктора связи передатчика мощности может быть обнаружено опосредованно или непосредственно. В частности, изменение импеданса может быть обнаружено, например, путем обнаружения изменения в напряжении, токе, фазе и/или резонансной частоте. Во многих вариантах осуществления, изменение импеданса может быть обнаружено путем обнаружения изменения в напряжении и/или токе индуктора связи передатчика мощности.
Во многих вариантах осуществления, индуктор связи передатчика мощности может быть частью резонансного контура. Изменение импеданса индуктора связи может быть обнаружено путем обнаружения изменения в характеристике резонансного контура. В частности, изменение импеданса индуктора связи может вызвать изменение резонансной частоты резонансного контура, и детектор может обнаружить изменение импеданса путем обнаружения изменения резонансной частоты. Изменение импеданса может быть, например, обнаружено по изменению в напряжении, уровне тока и/или фазе для резонансного контура и/или индуктора связи.
Приемник мощности, таким образом, выполнен с возможностью передачи запроса выхода из режима ожидания путем активного изменения электрической характеристики приемника мощности и, в частности, приемной схемы, индуктивно связанной с индуктором связи передатчика мощности. Приемник мощности соответственно активно управляет тем, когда инициируется передача мощности, и это не происходит просто как автоматическое следствие присутствия приемника мощности. Кроме того, передатчик мощности переходит в специальный режим ожидания, в котором он может явным образом контролировать запрос выхода из режима ожидания, тем самым позволяя быстро и надежно инициировать передачу мощности и часто таким образом, что включение питания устройства воспринимается практически мгновенно.
Приемник мощности может содержать контроллер режима для управления приемником мощности в режиме ожидания, в котором не принимается никакого сигнала передачи мощности, и детектор включения питания для обнаружения состояния включения питания для приемника мощности. Контроллер перехода приемника мощности может быть выполнен с возможностью передачи запроса выхода из режима ожидания к передатчику мощности путем изменения нагрузки индуктора связи передатчика мощности в ответ на обнаружение состояния включения питания детектором.
Переход из режима ожидания в режим передачи мощности не обязательно должен быть прямым переходом, но, например, может включать в себя промежуточные режимы или фазы, такие как, например, фаза идентификации и конфигурации. Кроме того, переход может быть условным переходом, и, в частности, система может быть выполнена с возможностью потенциально прекратить переход в фазу передачи мощности в некоторых сценариях. Например, один или более тестов могут быть выполнены во время перехода, и переход может быть прекращен, если они не удовлетворительны.
В некоторых вариантах осуществления индуктор связи может быть катушкой связи и, в частности, может быть катушкой связи малой мощности. В некоторых вариантах осуществления индуктор связи может быть индуктором передачи мощности, который используется для генерации сигнала передачи мощности.
Индуктор связи передатчика может быть специальным индуктором связи или может быть индуктором, также используемым для других целей, например, в частности, для генерирования сигнала передачи мощности. Индуктор связи передатчика может быть также, в частности, индуктором передачи мощности передатчика.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, приемник мощности выполнен с возможностью передачи запроса выхода из режима ожидания в ответ на прием пользовательского ввода включения питания.
Изобретение может обеспечить улучшенный пользовательский опыт во многих сценариях и может, например, позволить пользователю управлять работой устройства с беспроводным питанием, позволяя позиционировать устройство на передатчике мощности.
Пользовательский ввод включения питания может быть, в частности, активацией включателя. Приемник мощности может быть выполнен с возможностью передачи запроса выхода из режима ожидания путем изменения нагрузки индуктора связи в ответ на прием активации пользователем, в частности, ввод из активации включателя.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, индуктор связи является отдельным от катушки питания передатчика, генерирующей сигнал передачи мощности.
Индуктором питания может быть, в частности, катушка малой мощности, которая используется для связи. Например, в течение фазы передачи мощности, передатчик мощности может генерировать несущую связи, которая может быть модулирована передатчиком мощности (например, посредством амплитудной, частотной и/или фазовой модуляции), или может быть нагрузкой, модулированной приемником мощности.
Использование отдельного индуктора связи позволяет осуществлять эффективное разделение требований и свойств для передачи и требований и свойств для связи. Кроме того, использование индуктора связи также для обнаружения и передачи запроса выхода из режима ожидания обеспечивает более эффективную и надежную систему. Например, требуемое изменение нагрузки, как правило, может быть существенно уменьшено по сравнению с тем, что требуется, если используется индуктор питания.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, приемник мощности выполнен с возможностью формирования запроса выхода из режима ожидания, содержащего данные управления, а передатчик мощности содержит приемник для извлечения данных управления, и второй контроллер режима выполнен с возможностью адаптировать переход из режима ожидания в режим передачи мощности на основании данных управления.
Это, например, может обеспечить улучшенную функциональность и/или улучшенный пользовательский опыт во многих сценариях. Данные управления могут включать в себя, например, указание начального уровня мощности для сигнала передачи мощности.
В соответствии с одним аспектом изобретения предложен передатчик мощности для системы беспроводной передачи мощности, включающей в себя приемник мощности, предназначенный для приема мощности от передатчика мощности посредством беспроводного сигнала индуктивной передачи мощности, генерируемого передатчиком мощности, и передачи запроса выхода из режима ожидания путем изменения нагрузки индуктора связи; причем передатчик мощности содержит: индуктор связи для связи с приемником мощности; контроллер режима для управления передатчиком мощности для работы в режиме ожидания, в котором обнаружено присутствие приемника мощности, но не генерируется сигнал передачи мощности; детектор для обнаружения изменения импеданса индуктора связи; и причем контроллер режима выполнен с возможностью инициировать переход из режима ожидания в режим передачи мощности в ответ на обнаружение детектором изменения импеданса, причем индуктор связи является частью резонансного контура, и детектор выполнен с возможностью приложения к резонансному контуру сигнала возбуждения, содержащего по меньшей мере одно возбуждение, вызывающее колебания, превышающие длительность возбуждения сигнала возбуждения, и обнаружения изменения импеданса из измерения по меньшей мере одного из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи в момент времени, в который возбуждение не приложено к резонансному контуру.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, индуктор связи является частью резонансного контура, имеющего резонансную частоту; и детектор выполнен с возможностью обнаружения изменения импеданса на основе оценки резонансной частоты, детектор дополнительно выполнен с возможностью определения оценки резонансной частоты в фазе ожидания.
Изменение импеданса может быть обнаружено в ответ на изменение резонансной частоты резонансного контура. Резонансный контур может иметь первую резонансную частоту во время фазы выключения (или выбора), когда приемник мощности не присутствует, вторую резонансную частоту во время фазы ожидания, когда приемник мощности присутствует, но никакой запрос выхода из режима ожидания не передан, и третью резонансную частоту во время фазы ожидания, когда передается запрос выхода из режима ожидания. Резонансные частоты, как правило, достаточно различны, чтобы обнаруживать изменение нагрузки индуктора связи по обнаружению изменения в резонансной частоте.
Детектор может быть, в частности, выполнен с возможностью оценки второй резонансной частоты, т.е. резонансной частоты в фазе ожидания. Эта частота может зависеть от ряда параметров, в том числе свойств устройства, содержащего приемник мощности, точного положения устройства и т.д. Детектор может быть выполнен с возможностью динамически оценивать резонансную частоту в режиме ожидания и адаптировать работу соответствующим образом.
Резонансный контур может быть, в частности, образован рядом конденсаторов и рядом индукторов, одним из которых является индуктор связи. В некоторых сценариях, резонансный контур, например, может также содержать один или более резистивных элементов. В некоторых вариантах осуществления, резонансный контур может быть образован с помощью индуктора связи и конденсатора. В некоторых вариантах осуществления, резонансный контур может быть параллельным резонансным контуром. В других вариантах осуществления, резонансный контур может быть последовательным резонансным контуром.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, индуктор связи является частью резонансного контура, и детектор выполнен с возможностью прикладывать сигнал возбуждения к резонансному контуру и обнаруживать изменение импеданса из измерения по меньшей мере одного из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи.
Это может обеспечить особенно предпочтительную работу во многих вариантах осуществления. В частности, это может, как правило, позволить более точное обнаружение. Этот подход во многих вариантах осуществления может позволить приемнику мощности передавать запрос выхода из режима ожидания, не требуя никакого питания, обеспечиваемого передатчиком мощности. В самом деле, во многих вариантах осуществления, может быть осуществлено чисто ручное изменение нагрузки.
Измерение напряжения индуктора связи и тока индуктора связи может быть измерением амплитуды. Измерение напряжения индуктора связи и тока индуктора связи может быть измерением в один момент или может быть, например, средним значением, средним RMS значением и т.д. в интервале времени.
Сигнал возбуждения может содержать одно или несколько возбуждений. Каждое возбуждение может быть, например, импульсом напряжения или тока, импульсом, переходом или, например, ступенчатым изменением. Возбуждение вызывает возникновение колебаний в резонансном контуре.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, сигнал возбуждения содержит повторяющиеся возбуждения, имеющие временное смещение, приводящее к интерференции между колебаниями резонансного контура для двух последовательных возбуждений.
Это может обеспечить значительно более точное и/или упрощенное обнаружение изменения импеданса.
Каждое возбуждение вызывает колебания в резонансном контуре. Сигнал возбуждения генерируется так, чтобы иметь возбуждения, которые разнесены друг от друга (во времени) так, что интерференция будет происходить между колебаниями последовательных возбуждений. Длительность между (по меньшей мере) двумя последовательными возбуждениями меньше, чем время, необходимое для замирания колебаний. Во многих вариантах осуществления, возбуждение произойдет не позднее, чем когда амплитуда колебаний, вызванных предыдущим возбуждением, составит не менее 10%, 20% или даже 50% от максимальной амплитуды вынужденных колебаний. Амплитуда может, в частности, быть амплитудой по меньшей мере одного из напряжения и тока катушки связи.
Во многих вариантах осуществления возбуждения синхронизированы так, что результирующие колебания из (по меньшей мере некоторых) последовательных возбуждений накладываются друг на друга.
Во многих вариантах осуществления сигнал возбуждения может быть сгенерирован так, чтобы иметь временное смещение между возбуждениями не более, чем Q⋅Tres, где Q является добротностью резонансного контура и Тres является периодом времени резонанса резонансного контура.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, детектор выполнен с возможностью адаптировать интервал повторения для повторных возбуждений на основе амплитуды по меньшей мере одного из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи.
Момент времени возбуждений может изменяться в зависимости от амплитуды. Данный подход может позволить регулировать выбор времени между возбуждениями таким образом, что интерференция между колебаниями различных возбуждений взаимодействует, чтобы обеспечить увеличенное различие как функцию изменения нагрузки.
Амплитуда может быть определена с временным смещением по отношению к времени возбуждений.
Такой подход может позволить существенно более точное обнаружение запроса выхода из режима ожидания.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, детектор выполнен с возможностью адаптировать интервал повторения, чтобы максимизировать по меньшей мере одно из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи.
Это может позволить значительно более точное обнаружение запроса выхода из режима ожидания
Максимизация, в частности, может быть выполнена, если не передается никакого запроса выхода из режима ожидания.
Передатчик мощности может быть выполнен с возможностью измерения по меньшей мере одного из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи с временным смещением по отношению к времени ближайшего предыдущего возбуждения.
Это может позволить осуществить улучшенное обнаружение запроса выхода из режима ожидания.
В частности, если обнаружение изменения нагрузки основано на возбуждениях, которые происходят таким образом, что колебания различных возбуждений не интерферируют, данный подход позволяет измерениям обеспечивать значительно увеличенную разницу для изменений нагрузки.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, временное смещение составляет не менее 10 и не более 60 периодов времени для резонанса резонансного контура.
Это может позволить осуществить улучшенное обнаружение запроса выхода из режима ожидания.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, индуктор связи является частью резонансного контура, а детектор выполнен с возможностью прикладывать сигнал возбуждения к резонансному контуру и корректировать частоту повторения для возбуждений сигнала возбуждения в ответ на оценку резонансной частоты для резонансной частоты резонансного контура в режиме ожидания.
Это может обеспечить улучшенную производительность и, в частности, может привести к улучшению обнаружения запроса выхода из режима ожидания во многих вариантах осуществления. Оценка резонансной частоты может, например, генерироваться на основании качания частоты сигнала, приложенного к резонансному контуру.
В соответствии с одним аспектом изобретения, предложен способ работы беспроводной системы передачи мощности, включающей в себя передатчик мощности, выполненный с возможностью обеспечения передачи мощности к приемнику мощности через беспроводной сигнал индуктивной передачи мощности, генерируемый передатчиком мощности, причем способ содержит этапы, на которых: передатчик мощности работает в режиме ожидания, в котором обнаруживается присутствие приемника мощности, но не генерируется сигнал передачи мощности; приемник мощности передает запрос выхода из режима ожидания на передатчик мощности путем изменения нагрузки индуктора связи передатчика мощности; передатчик мощности обнаруживает изменение импеданса индуктора связи; и передатчик мощности инициирует переход из режима ожидания в режим передачи мощности в ответ на обнаружение изменения импеданса, причем индуктор связи является частью резонансного контура, способ дополнительно содержит приложение передатчиком мощности сигнала возбуждения к резонансному контуру, содержащего по меньшей мере одно возбуждение, вызывающее колебания, превышающие длительность возбуждения сигнала возбуждения, и обнаружение изменения импеданса выполняется из измерения по меньшей мере одного из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи с временным смещением относительно времени возбуждения.
В соответствии с одним аспектом изобретения, предложен способ работы передатчика мощности для системы беспроводной передачи мощности, включающей в себя приемник мощности, выполненный с возможностью приема мощности от передатчика мощности посредством беспроводного сигнала индуктивной передачи мощности, генерируемого передатчиком мощности, и передачи запроса выхода из режима ожидания путем изменения нагрузки индуктора связи; причем способ содержит: управление передатчиком мощности для работы в режиме ожидания, в котором обнаруживается присутствие приемника мощности, но не генерируется сигнал передачи мощности; обнаружение изменения импеданса индуктора связи и инициирование перехода из режима ожидания в режим передачи мощности в ответ на обнаружение изменения импеданса; причем индуктор связи является частью резонансного контура, способ дополнительно содержит приложение передатчиком мощности к резонансному контуру сигнала возбуждения, содержащего по меньшей мере одно возбуждение, вызывающее колебания, превышающие длительность возбуждения сигнала возбуждения, и обнаружение изменения импеданса выполняется из измерения по меньшей мере одного из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи с временным смещением относительно времени возбуждения.
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны и пояснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления изобретения будут описаны, только в качестве примера, со ссылкой на чертежи, на которых
Фиг. 1 иллюстрирует пример операционных фаз системы передачи мощности в соответствии с предшествующим уровнем техники;
Фиг. 2 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 3 иллюстрирует пример операционных фаз системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 4 иллюстрирует пример элементов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 5 иллюстрирует пример элементов полумостового инвертора для передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 6 иллюстрирует пример элементов полномостового инвертора для передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения; и
Фиг. 7 иллюстрирует пример элементов приемника мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 8 иллюстрирует пример откликов резонансных контуров с различными резонансными частотами;
Фиг. 9 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 10 иллюстрирует примеры сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 11 иллюстрирует примеры сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 12 иллюстрирует примеры сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 13 иллюстрирует примеры сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 14 иллюстрирует примеры сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 15 иллюстрирует примеры сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 16 иллюстрирует примеры сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 17 иллюстрирует примеры элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 18 иллюстрирует примеры сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 19 иллюстрирует примеры сигналов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 20 иллюстрирует примеры элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 21 иллюстрирует примеры элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
Фиг. 22 иллюстрируют примеры элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения; и
Фиг. 23 иллюстрирует примеры элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следующее описание фокусируется на вариантах осуществления изобретения, применимых к системе беспроводной передачи мощности, использующей метод передачи мощности, такой как известно из спецификации Qi. Тем не менее, следует понимать, что данное изобретение не ограничивается этим применением, но может быть применено ко многим другим системам беспроводной передачи мощности.
Фиг. 2 иллюстрирует пример системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Система передачи мощности содержит передатчик 201 мощности, который включает в себя или связан с катушкой/индуктором 203 передатчика мощности. Система дополнительно содержит приемник 205 мощности, который включает в себя или связан с катушкой/индуктором 207 приемника мощности.
Система обеспечивает беспроводную индуктивную передачу мощности от передатчика 201 мощности к приемнику 205 мощности. В частности, передатчик 201 мощности формирует сигнал беспроводной передачи мощности (также для краткости упоминается как сигнал мощности или индуктивный сигнал мощности), который распространяется как магнитный поток катушки 203 передатчика мощности. Сигнал передачи мощности может, как правило, иметь частоту примерно от 20 кГц до 200 кГц, и часто примерно около 100 кГц. Катушка 203 передатчика мощности и катушки 207 приемника мощности слабо связаны, и, таким образом, катушка 207 приемника мощности перехватывает по меньшей мере часть сигнала мощности от передатчика 201 мощности. Таким образом, мощность передается от передатчика 201 мощности к приемнику 205 мощности через беспроводную индуктивную связь от катушки 203 передатчика к катушке 207 приемника. Термин ʺсигнал передачи мощностиʺ в основном используется для обозначения индуктивного сигнала/магнитного поля между катушкой 203 передатчика и катушкой 207 приемника (сигнала магнитного потока), но следует принимать во внимание, что по эквивалентности это также можно рассматривать и использовать в качестве ссылки на электрический сигнал, подаваемый на катушку 203 передатчика или перехватываемый катушкой 207 приемника.
В дальнейшем работа передатчика 201 мощности и приемника 205 мощности будет описана с конкретной ссылкой на вариант осуществления, в соответствии со стандартом Qi (за исключением описанных здесь (или последующих) модификаций и усовершенствований). В частности, передатчик 201 мощности и приемник 205 мощности могут, по существу, быть совместимыми со спецификацией Qi версии 1.0 или 1.1 (за исключением описанных здесь (или последующих) модификаций и усовершенствований).
Как было описано выше, для того, чтобы управлять передачей мощности, система может проходить через разные фазы, в частности, фазу выбора, пинг-фазу, фазу идентификации и конфигурации и фазу передачи мощности. Более подробная информация может быть найдена в главе 5 части 1 спецификации Qi беспроводного питания.
Например, при установке связи с приемником 205 мощности, передатчик 201 мощности первоначально может находиться в фазе выбора, в которой он просто контролирует потенциальное присутствие приемника мощности. Передатчик 201 мощности может использовать различные методы для этой цели, например, как описано в спецификации Qi беспроводного питания. Одним из вариантов является выполнение того, что называется аналоговым пингом (начальным тестированием, опросом).
Приложение В-1 документа ʺQi system description, wireless power transfer, volume I: low power, part 1: interface definitionʺ, версия 1.1.2, июнь 2013, описывает метод аналогового пинга, основанный на сдвиге резонансной частоты последовательного резонансного контура (включая индуктор питания) выходной схемы питания передатчика мощности вследствие присутствия объекта, который влияет на магнитное поле, наверху передатчика мощности. В этом способе, передатчик мощности подает сигнал к своему индуктору питания. Результатом является ток индуктора питания. Измеренное значение зависит от того, находится ли объект или нет наверху передатчика мощности.
Измеренное значение имеет максимальное значение, когда частота резонанса не изменилась, как следствие присутствия объекта. Объект может быть приемником мощности или посторонним объектом. Таким образом, если измеренный ток не превышает определенного порога, то передатчик мощности может сделать вывод о том, что объект присутствует. Передатчик мощности прикладывает импульсы с регулярными интервалами. Этот интервал значительно больше, чем длительность импульса (в частности, в Приложении В-1 описаны интервал 500 мс и длительность импульса не более 70 мкс). Ток индуктора питания должен измеряться спустя не более нескольких мкс после импульса (то есть, спустя 19,5 мкс).
Если такое потенциальное присутствие обнаружено, передатчик 201 мощности входит в пинг-фазу, в которой временно генерируется сигнал мощности. Первый приемник 205 мощности может применить принятый сигнал для питания своей электроники. После приема сигнала мощности приемник 205 мощности передает начальный пакет к передатчику 201 мощности. В частности, передается пакет уровня сигнала, указывающий степень связи между передатчиком 20 мощности и первым приемником 205 мощности. Более подробную информацию можно найти в разделе 6.3.1 части 1 спецификации Qi беспроводного питания. Эта операция также определяется как цифровой пинг. Таким образом, в пинг-фазе, передатчик мощности выполняет цифровой пинг и прослушивает ответ. Если передатчик мощности обнаруживает приемник мощности, передатчик мощности может продлить цифровой пинрг. Это приводит систему к переходу к фазе идентификации и конфигурации.
В этой фазе, приемник 205 мощности поддерживает выходную нагрузку отсоединенной и осуществляет связь с передатчиком 201 мощности с использованием модуляции нагрузки. Передатчик мощности обеспечивает сигнал мощности постоянной амплитуды, частоты и фазы для этой цели (за исключением изменений, вызванных модуляцией нагрузки). Сообщения используются передатчиком 201 мощности, чтобы конфигурироваться, как запрашивается приемником 205 мощности. Таким образом, в фазе идентификации и конфигурации передатчик мощности идентифицирует приемник мощности и получает информацию о конфигурации из приемника мощности.
После фазы идентификации и конфигурации система переходит к фазе передачи мощности, когда происходит фактическая передача мощности. В частности, после передачи своих требований к питанию, приемник 205 мощности подсоединяет выходную нагрузку и подает на нее принятую мощность. Приемник 205 мощности контролирует выходную нагрузку и измеряет погрешность управления (рассогласование) между фактическим значением и требуемым значением определенной рабочей точки. Он передает такие погрешности управления к передатчику 201 мощности с минимальной частотой, например, каждые 250 мс, чтобы указывать эти погрешности передатчику 201 мощности, а также желательность изменения или отсутствия изменения сигнала мощности.
Таким образом, в фазе передачи мощности, передатчик мощности предоставляет мощность приемнику, регулируя мощность, которую он передает, в ответ на данные управления, которые он принимает от приемника мощности.
Для того чтобы подготовить и управлять передачей мощности между передатчиком 201 мощности и приемником 205, 207 мощности в системе беспроводной передачи мощности, приемник 205 мощности передает информацию к передатчику 201 мощности. Такая передача была стандартизована в спецификации Qi версии 1.0 и 1.1.
На физическом уровне, канал связи от приемника 205 мощности к передатчику 201 мощности в спецификации Qi версии 1.0 и 1.1 реализован с использованием беспроводного индуктивного сигнала мощности в качестве носителя. Приемник 205 мощности передает сообщения данных путем модуляции нагрузки катушки 207 мощности приемника. Это приводит к соответствующим изменениям в сигнале мощности на стороне передатчика мощности. Модуляция нагрузки может быть обнаружена по изменению в амплитуде и/или фазе тока индуктора питания передатчика или, альтернативно или дополнительно, по изменению в напряжении индуктора 203 питания передатчика. Основываясь на этом принципе, приемник 205 мощности может модулировать данные, которые передатчик 201 мощности может затем демодулировать. Эти данные отформатированы в байтах и пакетах. Более подробную информацию можно найти в ʺSystem description, Wireless power Transfer, Volume I: Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.0 July 2010, published by the Wireless Power Consortiumʺ; доступно через
http://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-1.html, также называется спецификацией Qi беспроводного питания, в частности, глава 6: Интерфейс связи (или в последующих версиях спецификации).
Система на фиг. 2 имеет некоторые различия по отношению к обычной системе Qi версии 1 или 1.1.
Во-первых, связь не является (полностью) выполняемой с использованием сигнала передачи мощности. Скорее всего, в системе согласно фиг. 2, отдельная линия связи формируется между приемником 205 мощности и передатчиком 201 мощности. Во многих вариантах осуществления, отдельная линия связи может быть выполнена с возможностью поддерживать двунаправленную связь, то есть, связь как в прямом направлении (от передатчика мощности к приемнику мощности), так и в обратном направлении (от приемника мощности к передатчику мощности).
В данном примере, отдельная линия связи поддерживается дополнительными индукторами связи в передатчике 201 мощности и приемнике 205 мощности. Таким образом, передатчик 201 мощности включает в себя индуктор 209 связи передатчика, и приемник 205 мощности содержит индуктор 211 связи приемника. Индуктор 209 связи передатчика и индуктор 211 связи приемника слабо связаны. Во время фазы передачи мощности, передатчик 201 мощности в примере выполнен с возможностью генерирования сигнала несущей связи и подачи его в индуктор 209 связи передатчика. Сформированный сигнал связи, соответственно, индуцирует ток в индукторе 211 связи приемника.
Связь от передатчика 201 мощности к приемнику 205 мощности может выполняться путем прямой модуляции сигнала несущей частоты, например, посредством амплитудной, частотной и/или фазовой модуляции. Приемник 205 мощности может демодулировать несущую для извлечения данных. Связь от приемника 205 мощности к передатчику 201 мощности может выполняться, например, с помощью нагрузки, модулирующей сигнал несущей.
Использование отдельной линии связи, использующей отдельные индукторы связи, обеспечивает возможность более точной и надежной связи во многих сценариях. В частности, это позволяет осуществлять индивидуальную оптимизацию характеристик связи независимо от предоставления питания. Например, частота несущего сигнала связи может быть выбрана значительно выше, чем частота сигнала передачи мощности. Такое разделение является особенно выгодным для применения при более высоких уровнях мощности и, таким образом, для дальнейшего развития системы Qi. По мере увеличения уровней мощности, требования к свойствам цепей возбуждения, индуктору 203 питания передатчика и т.д. делает их менее пригодными для связи (например, величина модуляции нагрузки, необходимая для надежного обнаружения, увеличивается по мере увеличения уровней мощности).
Во-вторых, в системе по фиг. 2, описанные фазы дополняются дополнительной фазой ожидания. В фазе ожидания, приемник 205 мощности был распознан передатчиком 201 мощности, но питание не предоставлялось приемнику 205 мощности. Таким образом, в фазе ожидания, передатчик 201 мощности знает, что приемник 205 мощности расположен таким образом, что передача мощности возможна. Тем не менее, передача мощности не запускается, а ожидает от приемника 205 мощности специального запроса передачи мощности.
Таким образом, в фазе ожидания, передатчик 201 мощности обнаружил, что приемник 205 мощности присутствует, и он, соответственно, непрерывно контролирует передачи от приемника 205 мощности для приема запроса инициирования передачи мощности.
В системе по фиг. 2, передатчик мощности, соответственно, не переходит автоматически к инициализации передачи мощности, когда приемник 205 мощности обнаружен. Вместо этого он переходит в фазу ожидания, в которой не генерируется сигнал передачи мощности, и, таким образом, не происходит передача мощности, а осуществляется мониторинг для приема запроса выхода из режима ожидания от приемника 205 мощности. Когда такой запрос выхода из режима ожидания получен из приемника 205 мощности, передатчик 201 мощности переходит к инициализации передачи мощности, например, путем входа в пинг-фазу и последующего Qi процесса инициализации передачи мощности.
Приемник 205 мощности и/или передатчик 201 мощности не обязательно переходят непосредственно из, например, фазы выбора в фазу ожидания, но, например, могут осуществить этот переход через промежуточную фазу. В качестве конкретного примера, когда приемник 205 мощности позиционируется на передатчике 201 мощности, передатчик 201 мощности может сначала обнаружить его, как объект. Как правило, он еще не будет знать, является ли этот объект действительно приемником мощности. После обнаружения размещения объекта на этапе выбора, передатчик 201 мощности во многих вариантах осуществления будет переходить к пинг-фазе, чтобы определить, является ли объект приемником мощности. После того, как приемник 205 мощности на этом этапе ответил на пинг-сигнал, передатчик 201 мощности знает, что объект является приемником 205 мощности. Если приемник 205 мощности не требует питания в данный момент времени, он может сообщить об этом передатчику 201 мощности путем передачи, например, пакета конца передачи мощности или любого другого подходящего пакета или путем исключения передачи последующих пакетов после того, как он передал первый пакет.
Передатчик 201 мощности будет затем переходить в фазу ожидания.
Приемник 205 мощности может генерировать запрос выхода из режима ожидания, когда он обнаруживает, что устройство, содержащее приемник 205 мощности, входит в активное состояние. В частности, пользователь может вручную нажимать кнопку включения питания на приемнике 205 мощности, и это может вызвать в приемнике 205 мощности передачу запроса выхода из режима ожидания.
Передача запроса выхода из режима ожидания выполняется приемником 205 мощности при изменении нагрузки индуктора 209 связи передатчика. Типичным образом, это может быть сделано с помощью приемника 205 мощности, изменяющего нагрузочный импеданс импеданса, связанного с индуктором 211 связи приемника. Изменение в нагрузке затем обнаруживается передатчиком 201 мощности, обнаруживающим изменение в (эффективном) импедансе индуктора 209 связи передатчика. При обнаружении этого изменения передатчик 201 мощности переходит к инициализации передачи мощности.
В особенно предпочтительном примере, приемник 205 мощности может быть частью кухонного прибора, такого как блендер или чайник. Такой прибор может располагаться на передатчике 201 мощности, но без какого-либо намерения пользователя немедленно использовать прибор. Таким образом, в ответ на обнаружение прибора, передатчик 201 мощности может перейти в режим ожидания.
Пользователь, или, например, контроллер в приборе затем может вызвать изменение импеданса в схеме связи прибора, которое может быть обнаружено передатчиком 201 мощности. Таким образом, это изменение импеданса действует как запрос выхода из режима ожидания, который можно трактовать как сигнал активации, который побуждает передатчик 201 мощности начать подачу мощности.
Таким образом, пользователь или контроллер прибора может вызвать изменение импеданса (например, сдвиг резонансной частоты) в схеме связи прибора, которое может быть обнаружено передатчиком 201 мощности. Передатчик мощности обнаруживает запрос выхода из режима ожидания, например, путем измерения изменения амплитуды тока, протекающего через индуктор 209 связи передатчика, или изменения амплитуды напряжения на нем.
Пример соответствующего функционирования системы показан на фиг. 3. На чертеже иллюстрируется пример, в котором метод фаз Qi модифицирован, чтобы включать в себя фазу ожидания. На чертеже иллюстрируется переход от фазы ожидания к фазе передачи мощности через пинг-фазу, соответствующую пинг-фазе согласно стандарту Qi.
Фиг. 4 иллюстрирует некоторые примерные элементы передатчика 201 мощности согласно фиг. 2.
На фиг. 4 показан контроллер 401 питания передатчика, который связан с передающей катушкой 203 и который генерирует электрический сигнал мощности и подает его в передающую катушку 203 питания. Таким образом, контроллер 401 питания передатчика обеспечивает беспроводной сигнал индуктивной передачи мощности к приемнику 205 мощности через передающую катушку 203 питания (и приемную катушку 207 питания).
Контроллер 401 питания передатчика генерирует ток и напряжение, которое подается в катушку 203 питания передатчика. Контроллер 401 питания передатчика обычно включает в себя схему возбуждения в форме инвертора, который генерирует переменный сигнал из напряжения постоянного тока (DC). На фиг. 5 показан полумостовой инвертор. Переключатели S1 и S2 управляются таким образом, что они никогда не замыкаются одновременно. Попеременно S1 замкнут, в то время как S2 разомкнут, и S2 замкнут, в то время как S1 разомкнут. Переключатели размыкаются и замыкаются с желательной частотой, создавая тем самым переменный сигнал на выходе. Как правило, выход инвертора подключен к катушке передатчика через резонансный конденсатор. На фиг. 6 показан полномостовой инвертор. Переключатели S1 и S2 управляются таким образом, что они никогда не замыкаются одновременно. Переключатели S3 и S4 управляются таким образом, что они никогда не замыкаются одновременно. Попеременно переключатели S1 и S4 замкнуты, в то время как S2 и S3 разомкнуты, а затем S2 и S3 замкнуты, в то время как S1 и S4 разомкнуты, тем самым создавая сигнал прямоугольного колебания на выходе. Коммутаторы размыкаются и замыкаются с желательной частотой.
Контроллер 401 питания передатчика также содержит функциональность управления для работы передатчика 201 мощности и, в частности, функции передачи мощности. В данном примере, контроллер 401 питания передатчика включает в себя функциональность для работы передатчика 201 мощности в соответствии со стандартом Qi. Например, контроллер 401 питания передатчика может быть выполнен с возможностью осуществлять фазу выбора, пинга, идентификации и конфигурации и передачи мощности согласно стандарту Qi.
В примере, передатчик 201 мощности содержит одну катушку 203 передатчика, которая возбуждается контроллером 401 питания передатчика. Таким образом, беспроводной индуктивный сигнал мощности генерируется одной катушкой 203 передатчика. Тем не менее, следует понимать, что в других вариантах осуществления, сигнал передачи мощности может генерироваться посредством множества катушек передатчика, возбуждаемых, например, параллельно возбудителем. В частности, множество катушек передатчика, возбуждаемых соответствующими (зависимыми) выходными сигналами контроллера 401 питания передатчика, может быть использовано для генерации беспроводного индуктивного сигнала мощности. Например, две катушки передатчика могут быть расположены в разных местах, чтобы обеспечить две точки зарядки двух приемников мощности. Две катушки могут запитываться одним и тем же выходным сигналом от контроллера 401 питания передатчика. Это может обеспечить улучшенное распределение беспроводного индуктивного сигнала мощности/магнитного поля с целью поддержки нескольких точек зарядки.
Передатчик 201 мощности дополнительно включает в себя детектор 403, который связан с индуктором 209 связи передатчика. Детектор 403 может, в частности, поддерживать двунаправленную связь между приемником 205 мощности и передатчиком 201 мощности, например, в фазах идентификации и конфигурации и передачи мощности.
Кроме того, детектор 403, когда передатчик 201 мощности работает в режиме ожидания, выполнен с возможностью обнаружения изменения импеданса для индуктора 209 связи передатчика. Изменение импеданса может конкретно обнаруживаться по изменению тока через индуктор 209 связи передатчика, напряжения на индукторе 209 связи передатчика или резонансной частоты резонансного контура, частью которого является индуктор 209 связи передатчика.
В частности, индуктор 209 связи передатчика может быть частью последовательного резонансного контура, который может, в частности, включать в себя индуктор 209 связи передатчика и последовательный резонансный конденсатор. Резонансная частота или импеданс последовательного резонансного контура будет зависеть от нагрузки индуктора 209 связи передатчика приемником 205 мощности и, в частности, зависит от нагрузки индуктора 211 связи приемника, который связан с индуктором 209 связи передатчика. Детектор 403 может обнаруживать эти изменения путем обнаружения изменения резонансной частоты и/или, например, путем обнаружения изменения амплитуды тока или напряжения индуктора 209 связи передатчика. Конкретные примеры работы детектора 403 будут описаны ниже.
Детектор 403 связан с органом управления 405 режимом передатчика, который также соединен с контроллером 401 питания передатчика. Орган управления 405 режимом передатчика выполнен с возможностью управления передатчиком 201 мощности, чтобы работать в режиме ожидания, когда обнаружено присутствие приемника мощности, но сигнал передачи мощности не генерируется.
В частности, когда передатчик 201 мощности работает в фазе выбора и выполняет аналоговый пинг, который указывает, что приемник мощности в настоящее время присутствует (или был размещен на передатчике 201 мощности), орган управления 405 режимом передатчика может быть уведомлен. В ответ на это, он может управлять контроллером 401 питания передатчика, чтобы не переходить к пинг-фазе, а вместо того перейти в режим ожидания. В этом режиме ожидания, никакой сигнал передачи мощности не генерируется. В качестве конкретного примера, орган управления 405 режимом передатчика может просто установить коммуникатор 501 передатчика мощности в режим остановки или сонный режим, в котором переход от фазы выбора к пинг-фазе приостанавливается до тех пор, пока орган управления 405 режимом передатчика не укажет, что передатчик мощности может продолжать работать.
Во многих вариантах осуществления, если передатчик 201 мощности обнаружил наличие или появление объекта в фазе выбора, но не способен распознать, является ли обнаруженный объект приемником мощности или нет, он переходит в пинг-фазу с фазы выбора. Приемник мощности будет отвечать на этот цифровой пинг указанием своего присутствия. Однако если приемнику мощности не требуется питание, он будет указывать это, например, путем передачи пакета окончания передачи мощности или опуская передачу последующих пакетов после первого пакета; орган управления 405 режимом передатчика может быть уведомлен. В ответ на это, он может управлять контроллером 401 питания передатчика, чтобы не продолжать пинг-фазу или переходить к фазе передачи мощности, а вместо этого перейти в режим ожидания. В этом режиме ожидания никакой сигнал передачи мощности не генерируется. В качестве конкретного примера, орган управления 405 режимом передатчика может просто установить передатчик 201 мощности в режим остановки или сонный режим, в котором переход к пинг-фазе приостановлен или остановлен до тех пор, пока орган управления 405 режимом передатчика не укажет, что передатчик мощности может продолжить или перезапустить пинг-фазу. Таким образом, передатчик мощности не может войти в фазу ожидания непосредственно из фазы выбора, но потенциально может перейти в нее через другие фазы, такие, как пинг-фаза.
Во время фазы ожидания, орган управления 405 режимом передатчика дополнительно ожидает каких-либо указаний от детектора 403, что было обнаружено изменение импеданса, соответствующее запросу выхода из режима ожидания. Если такое указание получено, орган управления 405 режимом передатчика переходит к инициированию перехода из режима ожидания в режим передачи мощности. Это, например, может быть достигнуто просто с помощью органа управления 405 режимом передатчика, устанавливающего сигнал управления для контроллера 401 питания передатчика, что он может выйти из сонного состояния или состояния остановки, то есть он может просто установить сигнал управления, указывающий, что контроллер 401 питания передатчика может перейти в пинг-фазу и, например, следовать настройке стандарта Qi передачи мощности.
Фиг. 7 иллюстрирует некоторые примерные элементы приемника 105 мощности.
Катушка 207 приемника связана с контроллером 701 приемника мощности, который содержит различную функциональность для работы приемника 105 мощности и в конкретном примере выполнен с возможностью по меньшей мере частично управлять приемником 105 мощности в соответствии со спецификацией Qi. Например, первый приемник 105 мощности может быть выполнен с возможностью осуществлять фазы выбора, пинга, идентификации и конфигурации и передачи мощности согласно спецификации Qi.
Контроллер 701 приемника мощности выполнен с возможностью приема беспроводного индуктивного сигнала мощности и извлечения мощности во время фазы передачи мощности. Контроллер 701 приемника мощности связан с силовой нагрузкой 703, которая представляет собой нагрузку, получающую питание от передатчика 101 мощности во время фазы передачи мощности. Силовая нагрузка 703 может быть внешней силовой нагрузкой, но часто является частью устройства приемника мощности, такой, как мотор блендера, нагревательный элемент чайника и т.д.
Контроллер 701 приемника мощности, кроме того, выполнен с возможностью задействования приемника 205 мощности в режиме ожидания. В частности, во время фазы ожидания, никакой сигнал передачи мощности не принимается индуктором 211 связи приемника. В этой фазе контроллер 701 приемника мощности может, например, переключать в спящее состояние, в котором никакое питание не подается в нагрузку 703, и никакая функция не выполняется контроллером 701 приемника мощности за исключением мониторинга сигнала активации. Мониторинг может быть пассивным мониторингом, и в самом деле, по некоторым сигналам контроллер 701 приемника мощности может выключаться во время фазы ожидания, и контроллер 701 приемника мощности может быть выполнен с возможностью выхода из сонного состояния в ответ на подачу мощности на контроллер 701 приемника мощности, например, от внутренней батареи.
Контроллер 701 приемника мощности, кроме того, содержит детектор 705 включения питания, который выполнен с возможностью обнаружения состояния включения питания. Состояние включения питания может считаться существующим, когда некоторое условие или событие удовлетворяет критерию включения питания. Критерий может быть конкретно заданным критерием, который отражает ситуацию, в которой устройство, содержащее приемник мощности, включается или должно быть включено.
В примере, показанном на фиг. 7, детектор 705 включения питания выполнен с возможностью обнаружения состояния включения питания в ответ на прием пользовательского ввода, запрашивающего включение питания устройства. Таким образом, в данном примере, приемник мощности выполнен с возможностью передачи запроса выхода из режима ожидания в ответ на прием пользовательского ввода включения питания.
В частности, приемник 205 мощности содержит пользовательский интерфейс 707, который, в частности, может быть простой ручной кнопкой или переключателем. Активация пользователем такого переключателя может генерировать сигнал, который рассматривается детектором 705 включения питания как состояние включения питания.
Детектор 705 включения питания соединен с контроллером 709 перехода, который дополнительно связан с индуктором 211 связи приемника. Контроллер 709 перехода выполнен с возможностью передачи запроса выхода из режима ожидания к передатчику 201 мощности в ответ на обнаружение детектором 705 включения питания состояния включения питания. В частности, контроллер 709 перехода может в ответ на прием индикации детектора 705 включения питания, обнаруживающего состояние включения питания, выполнять изменение нагрузки индуктора 211 связи приемника и, следовательно, нагрузки индуктора 209 связи передатчика. Соответственно, это может быть обнаружено передатчиком 201 мощности, который может переходить или повторно входить в пинг-фазу.
Контроллер 709 перехода может дополнительно управлять контроллером 701 приемника мощности, чтобы активировать его из спящего состояния. Контроллер 709 перехода может, например, подключить внутреннюю батарею к контроллеру 701 приемника мощности или может запустить контроллер 701 приемника мощности сигналом активации. Контроллер 701 приемника мощности может временно использовать локальный накопитель энергии, такой как батарея или конденсатор для включения питания.
В других вариантах осуществления, контроллер 701 приемника мощности может не быть активно включаемым контроллером 709 перехода, а может, например, включаться в ответ на прием пинг-сигнала. В самом деле, в некоторых вариантах осуществления, приемник 205 мощности может не содержать никакого внутреннего источника питания и не потреблять никакой мощности во время фазы ожидания. Например, запрос выхода из режима ожидания может быть передан пользователем, вручную подключающим или отключающим конденсатор, являющийся частью резонансного контура, включающего в себя индуктор 211 связи приемника. Это приводит к изменению нагрузки индуктора 209 связи передатчика, в результате чего передатчик мощности переходит к пинг-фазе, в которой выполняется цифровой пинг. В ответ приемник 205 мощности может принимать пинг-сигнал питания, который может запитывать части приемника 205 мощности, достаточно для перехода к фазе передачи мощности, и в этой фазе приемник 205 мощности может полностью включать питание и обеспечивать питание нагрузки 703.
Следует принимать во внимание, что индуктор 211 связи приемника также используется для связи с передатчиком 201 мощности, и что приемник 205 мощности и, в частности, контроллер 701 приемника мощности может содержать подходящую схему связи, включающую в себя, например, демодулятор и модулятор.
Во многих вариантах осуществления, индуктор 209 связи передатчика является частью резонансного контура. В самом деле, во многих вариантах осуществления, индуктор 209 связи передатчика может формировать последовательный или параллельный резонансный контур, будучи связанным последовательно или параллельно с резонансным конденсатором (который может быть эквивалентным конденсатором, реализуемым посредством множества конденсаторов).
В таких вариантах осуществления, детектор 403, как правило, может быть выполнен с возможностью обнаружения изменения импеданса, основываясь на рассмотрении резонансной частоты резонансного контура. Например, если никакой запрос выхода из режима ожидания не передается, резонансный контур может иметь первую резонансную частоту, но когда нагрузка индуктора 209 связи передатчика изменяется в связи с передачей запроса выхода из режима ожидания, резонансная частота резонансного контура может измениться на вторую резонансную частоту.
В некоторых вариантах осуществления, изменение резонансной частоты может быть обнаружено непосредственно, например, путем выполнения качания частоты и обнаружения минимального или максимального тока или напряжения (в зависимости от того, является ли резонансный контур последовательным резонансным контуром или параллельным резонансным контуром).
В других вариантах осуществления, обнаружение может быть более опосредованным. Например, резонансная частота резонансного контура, когда передатчик 201 мощности находится в фазе ожидания, может быть известна. В частности, резонансная частота резонансного контура, когда приемник 205 мощности присутствует, но не передает запрос выхода из режима ожидания, может быть известна. Детектор 403 может соответствующим образом генерировать и прикладывать тестовый сигнал, имеющий эту частоту, к резонансному контуру. Соответствующий импеданс может быть измерен (например, как амплитуда тока для фиксированной амплитуды напряжения тестового сигнала или как амплитуда напряжения для фиксированной амплитуды тока тестового сигнала).
Когда приемник 205 мощности передает запрос выхода из режима ожидания, резонансная частота резонансного контура будет изменяться в связи с изменением нагрузки. Это приведет к изменению импеданса резонансного контура и, следовательно, к изменению измеряемой амплитуды напряжения и/или тока. Это изменение может быть обнаружено детектором 403, который, соответственно, может указывать органу управления 405 режимом передатчика, что был принят запрос выхода из режима ожидания.
Вопрос, который должен решаться при таком подходе, заключается в том, что резонансная частота во время фазы ожидания отличается от резонансной частоты во время фазы выбора, когда приемник мощности отсутствует.
Фиг. 8 иллюстрирует пример тока через индуктор 209 связи передатчика в различных фазах для сценария, в котором приемник 205 мощности является частью прибора, который может быть позиционирован на передатчике 201 мощности.
Фиг. 8 иллюстрирует ток индуктора связи передатчика для ситуации, когда, соответственно, нет прибора (сплошная линия), и когда кухонный прибор (пунктирная линия) помещен поверх передатчика 201 мощности. Как показано, когда прибор находится сверху передатчика мощности, резонансная частота передатчика мощности сдвинута от 770 кГц до приблизительно 790 кГц. Таким образом, если ток контролируется при 770 кГц, то обнаруживается большой спад тока, приблизительно на 160 мА. Эта информация является индикацией того, что объект помещен поверх передатчика мощности.
В самом деле, в конкретном примере, это изменение резонансной частоты может использоваться передатчиком 201 мощности, чтобы обнаружить, что объект присутствует, и он может приступать к установлению канала связи, чтобы выяснить, является ли объект прибором, и если да, то нуждается ли прибор в немедленной подаче питания или нет. Прибор может идентифицировать себя в качестве прибора, но может не требовать никакого питания в течение длительного периода времени. Он может сообщить об этом передатчику 201 мощности, после чего как передатчик 201 мощности, так и приемник 205 мощности переходят к фазе ожидания в ожидании конкретной активации включения питания.
Для того чтобы обнаружить какое-либо изменение ситуации, например, смещение положения прибора, помещение постороннего объекта в диапазоне действия катушки питания или нажатие пользователем кнопки на приборе, что изменит отраженный импеданс, передатчик 201 мощности должен адаптироваться к новой ситуации, когда прибор установлен на нем. Как показано на фиг. 8, после того, как прибор помещен сверху передатчика 201 мощности, резонансная частота резонансного контура изменилась.
Однако фактическая резонансная частота в фазе ожидания может зависеть от целого ряда особенностей, включая допуски компонентов, точное положение приемника 205 мощности (и, таким образом, связь между индуктором 209 связи передатчика и индуктором 211 связи приемника) и т.д. Поэтому во многих вариантах осуществления, резонансная частота в фазе ожидания может быть не известна, но может быть оценена детектором 403.
Эта оценка может, например, выполняться посредством выполнения качания частоты и определения максимального или минимального импеданса, тока или напряжения (в зависимости от измеряемого параметра и от того, является ли резонансный контур параллельным или последовательным контуром). В примере, показанном на фиг. 8, качание частоты может, в частности, обнаружить максимальный ток и, следовательно, минимальный импеданс.
После того как резонансная частота была оценена, детектор 403 может использовать эту оценку, чтобы определить, передается ли запрос выхода из режима ожидания. Например, детектор 403 может с регулярными интервалами прикладывать тестовый сигнал, настроенный на оцененную резонансную частоту, и обнаруживать, изменяется ли результирующий ток индуктора.
Во многих вариантах осуществления, индуктор связи, таким образом, является частью резонансного контура, который может иметь заданные резонансные свойства, такие как резонансная частота и добротность (Q) и т.д. В таких вариантах осуществления, детектор 403 может прикладывать сигнал возбуждения к резонансному контуру, и сигнал возбуждения может приводить к колебаниям резонансного контура. Детектор 403 может затем обнаруживать отклик резонансного контура и может обнаруживать любые изменения импеданса на основе этого отклика. В частности, детектор 403 может измерять напряжение и/или ток для индуктора 209 связи передатчика и обнаруживать изменение импеданса, вызванное изменением нагрузки в ответ на изменение напряжения и/или тока.
Во многих вариантах осуществления, детектор 403 может быть выполнен с возможностью приложения сигнала возбуждения к резонансному контуру, включающего в себя одно или несколько возбуждений. Каждое возбуждение может быть сигналом, который побуждает резонансный контур генерировать колебания, то есть, резонировать. Возбуждение может быть, например, коротким импульсом, импульсом, ступенькой или переходом, который вызывает колебание резонансного контура. Таким образом, каждое возбуждение может индуцировать энергию в резонансный контур, что приводит его в колебание. Кроме того, во многих вариантах осуществления, колебания, возникающие в результате возбуждения, могут иметь большую длительность, чем возбуждение, вызывающее колебания.
В последующем описании будет рассматриваться сигнал возбуждения, причем возбуждение представляет собой импульс напряжения или тока, подаваемый на резонансный контур. Кроме того, сигнал возбуждения будет содержать множество возбуждений в форме импульсов. Для удобства нижеследующее описание будет сосредоточено на сценариях, в которых резонансный контур представляет собой последовательный резонансный контур, сигнал возбуждения является сигналом напряжения, прикладываемым к последовательному резонансному контуру, и детектор 403 измеряет ток последовательного резонансного контура (и, таким образом, индуктора 209 связи передатчика).
Для каждого из импульсов, детектор 403 измеряет амплитуду тока и на основе значения амплитуды может перейти к определению, передается ли запрос выхода из режима ожидания или нет, то есть, изменил ли приемник 205 мощности нагрузку индуктора 209 связи передатчика.
Фиг. 9 иллюстрирует пример элементов системы согласно фиг. 2, который будет использоваться для описания подхода более детально. В данном примере, детектор 403 содержит DC/AC-преобразователь (например, подобный инверторам согласно фиг. 5 и 6), который связан с последовательным резонансным контуром, образованным индуктором 209 связи передатчика (Lcom_Tx) и последовательным конденсатором (Ccom_Tx). Индуктор 211 связи приемника (Lcom_Rx) является частью параллельного резонансного контура, который включает в себя постоянный параллельный конденсатор (Ccom_Rx) и конденсатор связи или модуляции (Cmod), который может быть связан с постоянным параллельным конденсатором с помощью переключателя (mod).
В этом примере, индуктор 211 связи приемника дополнительно связан с AC/AD-преобразователем, который соединен с нагрузкой, образованной нагрузочным конденсатором (Cload) и нагрузочным резистором (Rload).
Пример согласно фиг. 9 был проанализирован с помощью моделирования для сценария, в котором детектор 403 генерирует импульсы с короткой длительностью, но с большим интервалом между ними.
Например, аналоговый пинг, используемый в фазе выбора, может с регулярными интервалами обнаруживать, присутствует ли приемник 205 мощности, путем генерации тестового сигнала. Однако интервалы между событиями намного больше, чем длительность события, и в спецификации Qi действительно конкретно упоминается интервал 500 мс. Так как время между двумя сигналами весьма продолжительно, измеренные свойства резонансного контура независимы для каждого события, то есть любые колебания, вызванные предыдущим событием тестового сигнала, замирают до следующего события.
При моделировании, собственная резонансная частота резонансного контура передатчика мощности выбрана равной 650 кГц, а собственная резонансная частота резонансного контура приемника мощности выбрана равной 750 кГц. В приемнике мощности, импеданс может изменяться/модулироваться конденсатором модуляции (Cmod) величиной 15 нФ.
Фиг. 10 иллюстрирует результат моделирования тока, протекающего через индуктор 209 связи передатчика, когда прибор помещен сверху передатчика мощности. Модулирующий сигнал V(mod) управляет переключателем связи (mod) и, таким образом, указывает на то, отсоединен ли или связан этот конденсатор с индуктором 211 связи приемника. В примере, детектор 403 прикладывает короткий импульс с длительностью 10% от периода резонанса к резонансному контуру передатчика каждые 154 мкс, то есть с частотой повторения, которая значительно короче, чем частота повторения 500 мс, упомянутая в Приложении B-1 спецификации Qi. Однако, как показано на чертеже, колебания, возникающие в результате каждого импульса, завершаются, прежде чем следующий импульс вызывает следующий набор колебаний. Таким образом, в данном примере, любая интерференция между откликами различных возбуждений пренебрежимо мала.
Как правило, оценка отклика резонансного контура реализуется путем измерения максимального уровня сигнала или амплитудного уровня сигнала, то есть в данном случае путем измерения максимального тока индуктора.
Однако, в описанном примере, детектор 403 выполнен с возможностью обнаружения изменения импеданса в ответ на измерение, которое выполняется с временным смещением относительно времени возбуждения, и, таким образом, в данном примере с временным смещением относительно импульсов, генерируемых детектором 403. Детектор 403 может конкретно измерить амплитуду тока в течение временного интервала, смещенного относительно времени импульсов.
Во многих вариантах осуществления, временное смещение составляет не менее 10 и не более 60 периодов времени для резонанса резонансного контура. Таким образом, во многих вариантах осуществления измерение выполняется между 10 и 60 периодами времени от генерации возбуждения резонансного контура, то есть от времени импульса. Период времени резонанса может соответствовать величине, обратной резонансной частоте резонансного контура в режиме ожидания.
Использование временного смещения может обеспечить существенно более точное измерение и в самом деле может позволить детектору 403 обнаруживать изменение импеданса с повышенной точностью и надежностью.
В самом деле, как видно из фиг. 10, колебания, возникающие в результате возбуждений, весьма сходны, независимо от того, подключен или отключен конденсатор модуляции. В самом деле, фиг. 10 указывает, что колебания по существу одинаковы в обоих случаях.
Однако авторами настоящего изобретения было установлено, что вместо измерения амплитуды тока (или напряжения) индуктора, когда она максимальна, то есть когда подается импульс возбуждения или при первом пике колебаний после импульса, значительно более точные результаты могут быть достигнуты путем измерения этого с временным смещением, например, путем измерения при х-ом пике колебаний, где х может быть выбрано, чтобы быть достаточно большим, чтобы обеспечить подходящие различия, но еще достаточно малым, чтобы колебания все еще имели достаточную амплитуду. Во многих сценариях, временное смещение между 10 и 60 периодами времени обеспечивает такой эффект.
Фиг. 11 и 12 иллюстрируют колебания тока, генерируемые в результате одного импульса. Как показано, если ток измеряется на одном из первых пиков колебаний (то есть х меньше, чем 10), то почти никакая разница амплитуды не обнаруживается при подаче сигнала активации. С другой стороны, если ток измеряется после того, как произошло очень большое число колебаний, ток имеет очень малую амплитуду, которую можно считать равной 0 (как правило, более чем 100 колебаний). Таким образом, запрос выхода из режима ожидания не может быть точно обнаружен сразу после того, как импульс был приложен, или после достаточно длительного временного интервала. Однако, если ток измеряется при х-ом пике колебаний, где х не слишком велико и не слишком мало, амплитудная разница обнаруживается. Было замечено, что х может предпочтительно находиться в диапазоне 10-60.
Более конкретно, фиг. 11 иллюстрирует пример, в котором колебания для, соответственно, возбуждения, в котором конденсатор модуляции отсоединен, и возбуждения, где он подсоединен, перекрываются друг с другом. На фиг. 12 показан крупный план для временного интервала, который смещен относительно времени возбуждения. Первоначально колебания следуют тесно друг за другом, и существует малое различие. Однако, как показано на фиг. 12, различие становится значительно большим в дальнейшем, и для участка, показанного на фиг. 12, различение между этими двумя сценариями возможно путем измерения амплитудного значения тока в подходящее время. В самом деле, в некоторых вариантах осуществления, различение может быть достигнуто в ответ на фазу тока индуктора. Таким образом, в примере на фиг. 11 и 12, существенно улучшенное обнаружение может быть достигнуто путем измерения, выполняемого с временным смещением относительно времени возбуждения.
В некоторых вариантах осуществления, детектор 403 выполнен с возможностью генерирования сигнала возбуждения, включающего в себя повторяющиеся возбуждения, где временное смещение между возбуждениями таково, что колебания резонансного контура для двух последовательных возбуждений интерферируют друг с другом. Таким образом, частота повторения достаточно высока для того, чтобы колебания, вызванные возбуждениями, интерферировали друг с другом.
Возбуждения, таким образом, могут происходить достаточно часто, чтобы колебания, являющиеся результатом одного возбуждения, не замирали, прежде чем будет сгенерировано следующее возбуждение, и, таким образом, прежде чем начинаются колебания, вызванные этим возбуждением. Колебания, таким образом, накладываются друг на друга и образуют суперпозицию, дающую в результате объединенный сигнал.
Во многих вариантах осуществления частота повторения достаточно высока для того, чтобы амплитуда колебаний от предыдущего возбуждения была ослаблена не более, чем на 90% (или даже 70% или 50%, в некоторых вариантах осуществления), когда происходит следующее возбуждение. Амплитуда колебаний для одного возбуждения может быть по меньшей мере 10% (или 20% или 50% в некоторых вариантах осуществления) от начальной амплитуды, когда происходит следующее возбуждение.
Приложение повторяющихся возбуждений, которые являются очень близкими друг к другу и приводят к перекрытию колебаний, может обеспечить более надежное и часто упрощенное обнаружение изменения импеданса для индуктора связи передатчика и, таким образом, изменения в электромагнитной среде.
В вариантах осуществления, передатчик 201 мощности прикладывает очень короткий импульс к индуктору 209 связи передатчика с регулярными интервалами, так что новый импульс прикладывается, прежде чем колебания тока через индуктор 209 связи передатчика замирают. Ток (или напряжение), например, может измеряться, когда импульс прикладывается на пике колебаний после импульса, или, возможно, измеряется с временным смещением относительно приложения импульса.
Изобретателями было, в частности, обнаружено, что, когда интервал повторения уменьшается, так что новый импульс генерируется, прежде чем колебания предыдущего импульса замирают, значительное изменение амплитуды тока через индуктор 209 связи передатчика является результатом изменения отраженного импеданса вследствие модуляции путем изменения, например, емкости нагрузки в приемнике 205 мощности. Интервал повторения выбирается таким образом, что амплитуда колебаний предыдущего импульса все еще существенна.
Фиг. 13 иллюстрирует результаты моделирования для системы согласно фиг. 9. Амплитуда и фаза тока, протекающего через индуктор (209) связи передатчика, показаны для случая, когда переключатель модуляции разомкнут (кривые 1301) и замкнут (кривые 1303). Как можно видеть, хотя резонансная частота резонансного контура установлена на 650 кГц, если объект не расположен на его поверхности, резонансная частота резонансного контура составляет приблизительно 600 кГц, когда переключатель модуляции разомкнут, и приблизительно 725 кГц, когда переключатель модуляции замкнут.
Когда прибор, содержащий приемник 205 мощности, размещен на поверхности передатчика 201 мощности, передатчик 201 мощности должен адаптироваться к новой ситуации. Поэтому резонансная частота приблизительно 600 кГц должна учитываться при мониторинге для запроса выхода из режима ожидания от приемника 205 мощности.
Фиг. 14 иллюстрирует результаты моделирования для системы согласно фиг. 9 для примера, в котором новый импульс возбуждения прикладывается каждые 10 циклов (1 цикл=Tres). Как показано на фиг. 13, резонансная частота резонансного контура приблизительно равна 600 кГц, когда приемник 205 мощности размещен на поверхности передатчика 201 мощности. Однако, для того, чтобы точно определить резонансную частоту, приложенная резонансная частота может изменяться около 600 кГц (например, между 580 кГц и 620 кГц или между 550 кГц и 650 кГц), а амплитуда тока, протекающего через индуктор 209 связи передатчика, измеряется без применения приемником 205 мощности какой-либо модуляции. Частота, при которой амплитуда имеет максимальное значение, соответствует резонансной частоте резонансного контура. Эта частота затем используется, чтобы контролировать запрос выхода из режима ожидания от приемника 205 мощности.
На фиг.14, амплитуда тока, протекающего через индуктор 209 связи передатчика, максимальна при 596 кГц. Таким образом, обнаружена резонансная частота 596 кГц. Поэтому новый импульс прикладывается на каждые 10 циклов, где 1 цикл=1/596 кГц. Как можно видеть, имеет место очень существенное изменение амплитуды тока индуктора в зависимости от конденсатора модуляции. В самом деле, в конкретном примере, изменение амплитуды приблизительно 225 мА индуцируется отраженным изменением импеданса. В частности, когда нагрузка изменяется вследствие переданного запроса выхода из режима ожидания, резонансная частота изменяется (в данном случае приблизительно до 725 Гц, как показано на фиг. 13). Это приводит к уменьшению амплитуды.
Фиг. 15 иллюстрирует короткий временной интервал согласно фиг. 14 и дополнительно иллюстрирует отдельные импульсы возбуждения. Как видно, максимальная амплитуда тока может быть измерена при первом колебании после импульса. В некоторых случаях, максимальная амплитуда может возникать при приложении импульса. Таким образом, ток может также, в этих случаях, измеряться в этот момент времени (то есть при приложении импульса).
Фиг. 16 иллюстрирует результаты моделирования для системы согласно фиг. 9 для примера, в котором новый импульс прикладывается на каждые 10 циклов частоты, которая не является точно такой же, как резонансная частота. Таким образом, в данном примере, возбуждение резонансного контура не настроено корректно на фактическую резонансную частоту резонансного контура. В конкретном примере, предполагаемая резонансная частота (на которую настроены импульсы возбуждения) не является фактической резонансной частотой, и это может привести к снижению разницы амплитуды, когда передается запрос выхода из режима ожидания. В самом деле, для конкретного примера, предполагаемая резонансная частота равна 599,75 кГц, и это приводит к сценарию, в котором запрос выхода не обнаруживается (или является трудно обнаруживаемым).
Во многих вариантах осуществления, детектор 403 может быть выполнен с возможностью оценки резонансной частоты резонансного контура и синхронизации импульсов возбуждения с оцененной резонансной частотой. Оценка резонансной частоты может быть, например, основана на сигнале качания частоты и определении отклика резонансного контура.
В некоторых вариантах осуществления, детектор 403 может быть выполнен с возможностью адаптировать интервал повторения для повторных возбуждений на основе амплитуды по меньшей мере одного из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи. Таким образом, детектор 403 может измерять напряжение или ток индуктора 209 связи передатчика и адаптировать частоту повторения соответственно. В частности, детектор 403 может быть выполнен с возможностью адаптировать интервал повторения, чтобы максимизировать по меньшей мере одно из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи.
Например, детектор 403 может измерить амплитуду тока через индуктор 209 связи передатчика в течение временного интервала фазы ожидания. Амплитуда может в некоторых вариантах осуществления быть усреднена на подходящем временном интервале (как правило, коротком по сравнению со скоростью адаптации). Детектор 403 может затем изменять частоту повторения в подходящем интервале частот и обнаруживать максимальное значение амплитуды. Частота повторения может затем быть установлена на соответствующую частоту. В качестве другого примера, детектор 403 может реализовать контур управления с обратной связью, который регулирует частоту повторения в направлении максимума для амплитуды.
Такой подход может позволить улучшить производительность и может, в частности, позволить системе адаптироваться к текущим условиям, включая изменения компонентов, изменения в конкретном положении приемника 205 мощности по отношению к передатчику 201 мощности и т.д.
В данном подходе, передатчик 201 мощности может, таким образом, настраивать интервал в определенном диапазоне, чтобы измерять максимальную амплитуду или возможное изменение амплитуды. Таким образом, этот подход может оптимизировать метод обнаружения.
Может быть желательным иметь частоту повторения, синхронизированную с периодом времени резонанса. Точное соотношение между частотой повторения и периодом времени резонанса может зависеть от ряда факторов, в том числе гармоник сигнала возбуждения и т.д. Соответственно, соотношение между частотой повторения импульсов возбуждения и резонансной частотой не обязательно должно быть целым числом, но может, в принципе, быть любым вещественным числом.
Как правило, передатчик 201 мощности не будет знать точную резонансную частоту, и в этом случае он может предполагать некоторую частоту f. Передатчик 201 мощности может затем выполнять качание в определенном диапазоне вокруг этой частоты (при приложении импульсов) и контролировать измеренную амплитуду или изменение амплитуды. Частота, на которой измерена наибольшая амплитуда или изменение амплитуды, соответствует резонансной частоте передатчика мощности:
T=n*Tres=n/fres=n/f
В дальнейшем некоторые конкретные реализации будут описаны более подробно.
Фиг. 17 иллюстрирует пример реализации функциональности обнаружения системы беспроводной передачи мощности. В данном примере, трансформатор (Lp и Ls) преобразует ток, протекающий через индуктор Lcom_Tx связи передатчика в напряжение Vsense. Это напряжение затем дискретизируется при пике 40-го колебания. Сигнал выборки (Vsample_ctr) генерируется контроллером передатчика мощности. Напряжение выборки Vsample затем сравнивается с DC напряжением (как правило, равно Vdd/2).
Фиг. 18 иллюстрирует результаты моделирования системы согласно фиг. 17 с использованием тех же самых параметров, что и ранее. В данном примере, ток через индуктор связи передатчика сначала преобразуется в напряжение Vsense. Это напряжение затем дискретизируется при пике 40-го колебания. Напряжение выборки Vsample затем демодулируется простым компаратором. Наблюдалось корректное обнаружение запроса выхода из режима ожидания. Фиг. 18 конкретно иллюстрирует (сверху вниз): сигнал модуляции, значение декодированного сигнала (независимо от того, присутствует или нет запрос выхода из режима ожидания), демодулированный сигнал и DC опорное напряжение и измеренное напряжение и сигнал выборки.
Предыдущие примеры фокусировались на измерении тока через индуктор 209 связи передатчика и резонансный контур (в определенный момент времени), чтобы обнаружить запрос выхода из режима ожидания. В качестве альтернативы, напряжение на индукторе 209 связи передатчика также может быть измерено.
Фиг. 19 иллюстрирует пример напряжения на индукторе связи передатчика с использованием тех же параметров, что и на фиг. 14. В конкретном примере, изменение напряжения приблизительно 2,5 В может быть получено, когда передается запрос выхода из режима ожидания. Таким образом, запрос выхода из режима ожидания можно обнаружить путем измерения напряжения на первичной катушке схемы связи.
Фиг. 20 иллюстрирует реализацию, альтернативную показанной на фиг. 20. Что касается подхода на фиг. 20, ток через индуктор связи передатчика сначала преобразуется в напряжение Vsense. Это напряжение затем преобразуется в цифровой сигнал Vsample. Этот дискретный сигнал затем подается на внутренний микроконтроллер/микропроцессор передатчика мощности. Этот микроконтроллер знает точные временные характеристики прикладываемого импульса. Таким образом, аналого-цифровой преобразователь (ADC) может выполнять дискретизацию в это точное время. В этом случае может измеряться ток в момент времени, когда прикладывается импульс.
Подобно системе согласно фиг. 20, система согласно фиг. 20 также может измерять сигнал на пике х-го (например, 40-го) колебания. Передатчик 201 мощности может настраивать время выборки ADC до тех пор, пока он не измерит значение локального максимума на пике х-го колебания. Например, если измеряется ток в пике первого колебания, разница во времени между приложенным импульсом и пиком первого колебания соответствует приблизительно одному периоду резонансной частоты передатчика мощности. Передатчик мощности может настраивать время выборки до тех пор, пока он не найдет максимальное значение за один период колебаний после приложенного импульса.
В фазе ожидания, на приемник 205 мощности не подается мощность, и часто это состояние может быть охарактеризовано тем, что на любой внутренний микроконтроллер прибора не подается мощность.
Как упоминалось ранее, этот подход может быть основан на запуске пользователем изменения импеданса в схеме связи прибора, которое может быть обнаружено передатчиком мощности. Таким образом, это изменение импеданса формирует запрос выхода из режима ожидания. На фиг. 21 показан возможный вариант осуществления этого подхода. Кнопочный переключатель S2 реализован параллельно переключателю S1 связи/модуляции. Таким образом, когда пользователь нажимает на кнопочный переключатель, изменение импеданса, которое генерируется (Cmod подключен), может контролироваться передатчиком мощности. Эта реализация обеспечивает способ посылки запроса выхода из режима ожидания, который не предусматривает использования микроконтроллера приемника мощности. Кроме того, единственным дополнительным компонентом, который требуется, является кнопка. Таким образом, увеличение спецификации материалов весьма мало.
Следует заметить, что переключатель может быть использован другим способом, так, например, чтобы замыкать накоротко индуктор связи приемника.
Альтернативная реализация схемы показана на фиг. 23, где сдвоенный кнопочный переключатель (S2 и S3) реализуется вместо простого кнопочного выключателя. Это может дополнительно предоставлять информацию микроконтроллеру, например, когда прибор должен быть выключен.
Нажатие сдвоенной кнопки S2/S3 может, например:
1. Физически прерывать любую текущую передачу данных между передатчиком мощности к приемнику мощности с помощью S2, закорачивающего/нагружающего сигнал данных. Это прерывание данных может быть обнаружено передатчиком мощности и интерпретируется как состояние отключения питания/неисправности, в свою очередь, отключая передатчик мощности.
2. Замыкать S3, вызывая прерывание на микроконтроллере приемника мощности. Это может инициировать контролируемое отключение питания и далее может передавать информацию о состоянии передатчику мощности.
3. Если по какой-либо причине передатчик мощности не может распознать прерывание данных/модуляцию нагрузки, микроконтроллер может дополнительно:
а. Отправить сообщение отключения к передатчику мощности.
b. Отсоединить индуктор питания через реле безопасности.
Если приемник мощности поддерживается по меньшей мере частично с подачей питания, то есть, если, например, накоплено достаточное количество энергии, и поддерживается достаточный уровень напряжения на емкости нагрузки (Cload) для поддержания микроконтроллера в состоянии ожидания (STANDBY) или включенном (ON) состоянии, микроконтроллер может напрямую генерировать запрос выхода из режима ожидания.
Фиг. 23 иллюстрирует возможный пример такого подхода. Пользователь запускает микроконтроллер через переключатель S2 (который, например, может быть реализован в виде сенсорной кнопки или, например, сенсорного экрана). Как только микроконтроллер обнаружил запуск, сгенерированный пользователем, он может активироваться из режима ожидания и после активирования послать запрос выхода из режима ожидания к передатчику мощности. Это может быть сделано пассивно, как это показано на фиг. 23. В этом случае микроконтроллер может просто переключать переключатель S1 связи/модуляции.
В предыдущем описании, запрос выхода из режима ожидания передается просто как отдельный битовый флаг, который указывает, что приемник 205 мощности запрашивает, чтобы передатчик 201 мощности вышел из фазы ожидания и инициировал переход в фазу питания. Однако, в некоторых вариантах осуществления, запрос выхода из режима ожидания может включать в себя данные управления, которые могут быть использованы для адаптации перехода из режима ожидания в режим передачи мощности.
Например, запрос выхода из режима ожидания может включать в себя данные, указывающие требуемый начальный уровень мощности, и передатчик 201 мощности может быть выполнен с возможностью инициализации фазы передачи мощности с этим уровнем мощности. Запрос выхода из режима ожидания может, например, передаваться с последовательностью изменений импеданса с шаблоном изменений, указывающих данные управления.
Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, приемник 205 мощности может послать запрос выхода из режима ожидания, который состоит из целого сообщения, содержащего несколько битов. Схема демодуляции модуляции нагрузки, используемая для стандартной связи между прибором и передатчиком мощности, может в этом случае быть использована для декодирования этой информации. Для экономии энергии, передатчик 201 мощности может поддерживать схему демодуляции активной в режиме ожидания, но как только изменение импеданса обнаруживается, например, по преамбуле запроса выхода из режима ожидания, блок обнаружения импеданса может активировать схему демодулятора для демодуляции оставшейся части преамбулы и запроса выхода из режима ожидания.
В предыдущем описании, обнаружение изменения импеданса, основанного на резонансной частоте резонансного контура, используется для обнаружения запроса выхода из режима ожидания от приемника мощности к передатчику мощности. Это обеспечивает особенно предпочтительный подход и функциональные возможности, которые могут обеспечить повышенную производительность, гибкость и дополнительный или улучшенный пользовательский опыт.
Тем не менее, следует принимать во внимание, что описанные подходы обнаружения не обязательно ограничены таким обнаружением, но в принципе могут быть использованы для обнаружения других изменений вариаций импеданса индуктора передатчика мощности. Например, подход генерирования сигнала возбуждения с возбуждениями, которые приводят к перекрытию импульсов, может улучшить обнаружение импеданса для других применений, таких как, например, обнаружение постороннего объекта или обнаружение того, что приемник мощности расположен на передатчике мощности. Таким образом, использование сигнала возбуждения, вызывающего перекрывающиеся импульсы, потенциально может применяться, например, в фазе выбора, чтобы обнаруживать присутствие приемника мощности.
Таким образом, независимо от особенностей и аспектов фазы ожидания и передачи/приема запроса выхода из режима ожидания, подход генерирования сигнала возбуждения с возбуждениями, генерирующими перекрывающиеся колебания, может быть использован в других системах беспроводной передачи мощности.
Например, может быть предусмотрена система беспроводной передачи мощности, включающая в себя передатчик мощности, выполненный с возможностью обеспечения передачи мощности к приемнику мощности через беспроводной сигнал индуктивной передачи мощности, генерируемый передатчиком мощности, причем передатчик мощности содержит: индуктор; детектор для обнаружения изменения импеданса индуктора; причем индуктор является частью резонансного контура, а детектор выполнен с возможностью приложения сигнала возбуждения к резонансному контуру и обнаружения изменения импеданса путем измерения по меньшей мере одного из напряжения индуктора и тока индуктора, причем сигнал возбуждения содержит повторные возбуждения и возбуждения, имеющие временное смещение, приводящее к интерференции между колебаниями резонансного контура для двух последовательных возбуждений.
Индуктор может быть индуктором передачи мощности и/или может быть, например, индуктором связи передатчика.
Изменение импеданса может, например, быть использовано для обнаружения присутствия или близости объекта. В частности, детектор объекта может быть выполнен с возможностью обнаружения объекта в ответ на изменение импеданса, удовлетворяющее критерию обнаружения.
В такой системе, детектор может быть выполнен с возможностью адаптировать интервал повторения для повторных возбуждений на основе амплитуды по меньшей мере одного из напряжения индуктора и тока индуктора.
В такой системе, детектор может быть выполнен с возможностью адаптировать интервал повторения, чтобы максимизировать по меньшей мере одно из напряжения индуктора и тока индуктора.
В такой системе, передатчик мощности может быть выполнен с возможностью определения по меньшей мере одного из напряжения индуктора и тока индуктора с временным смещением по отношению к времени непосредственно предшествующего возбуждения.
В такой системе, временное смещение может быть не менее 10 и не более 60 периодов времени для резонанса резонансного контура.
В такой системе, детектор может быть выполнен с возможностью синхронизации повторных возбуждений с кратными значениями периодов времени для резонанса резонансного контура.
Следует понимать, что приведенное выше описание для ясности описывает варианты осуществления изобретения со ссылкой на различные функциональные схемы, блоки и процессоры. Однако будет очевидно, что любое подходящее распределение функциональных возможностей между различными функциональными схемами, блоками или процессорами может быть использовано без отступления от изобретения. Например, функциональные возможности, проиллюстрированные для выполнения отдельными процессорами или контроллерами, могут выполняться одним и тем же процессором или контроллерами. Следовательно, ссылки на конкретные функциональные блоки или схемы следует рассматривать только как ссылки на подходящие средства для предоставления описанных функциональных возможностей, а не как указывающие на строгую логическую или физическую структуру или организацию.
Изобретение может быть реализовано в любой подходящей форме, включая аппаратные средства, программное обеспечение, микропрограммное обеспечение или любую их комбинацию. Изобретение может быть опционально реализовано, по меньшей мере частично, в качестве компьютерного программного обеспечения, исполняющегося на одном или нескольких процессорах данных и/или цифровых сигнальных процессорах. Элементы и компоненты варианта осуществления изобретения могут быть физически, функционально и логически реализованы любым подходящим способом. Действительно, функциональные возможности могут быть реализованы в одном блоке, во множестве блоков или как часть других функциональных блоков. Таким образом, данное изобретение может быть реализовано в одном блоке или может быть физически и функционально распределено между различными блоками, схемами и процессорами.
Хотя настоящее изобретение было описано в связи с некоторыми вариантами осуществления, оно не должно быть ограничено конкретной формой, изложенной в данном документе. Скорее, объем настоящего изобретения ограничивается только прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, хотя функция может представляться описанной в связи с конкретными вариантами осуществления, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что различные признаки описанных вариантов осуществления могут быть объединены в соответствии с изобретением. В формуле изобретения термин ʺсодержащийʺ не исключает присутствия других элементов или этапов.
Кроме того, хотя перечислены индивидуально, множество средств, элементов, схем или этапов способа могут быть реализованы с помощью, например, одной схемы, блока или процессора. Кроме того, хотя отдельные признаки могут быть включены в различные пункты формулы изобретения, они могут, возможно, быть выгодным образом объединены, и включение в различные пункты формулы изобретения не подразумевает, что комбинация признаков не представляется возможной и/или выгодной. Кроме того, включение признака в одну категорию пунктов формулы изобретения не предполагает ограничение этой категорией, а скорее указывает на то, что этот признак в равной степени применим и к другим категориям пунктов формулы изобретения, в зависимости от обстоятельств. Кроме того, порядок признаков в формуле изобретения не подразумевает какого-либо определенного порядка, в котором признаки должны осуществляться, и, в частности, порядок отдельных этапов в пункте формулы изобретения на способ не означает, что этапы должны выполняться в указанном порядке. Скорее, этапы могут выполняться в любом подходящем порядке. Кроме того, единичные ссылки не исключают множества. Таким образом, указание единственного числа и ссылки на ʺпервыйʺ, ʺвторойʺ и т.д. не исключают множества. Ссылочные позиции в формуле изобретения приведены только в качестве поясняющего примера и не должны быть истолкованы как ограничивающие объем формулы изобретения каким-либо образом.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| УСТРОЙСТВО, ПЕРЕДАТЧИК МОЩНОСТИ И СПОСОБЫ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ | 2017 |
|
RU2721682C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2015 |
|
RU2692482C2 |
| БЕСПРОВОДНОЙ ИНДУКТИВНЫЙ ПЕРЕНОС ПИТАНИЯ | 2017 |
|
RU2706348C1 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2017 |
|
RU2697808C1 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКЦИОННАЯ ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ | 2015 |
|
RU2681311C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2016 |
|
RU2696491C1 |
| ТЕПЛОВОЙ БАРЬЕР ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ | 2014 |
|
RU2666793C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ | 2020 |
|
RU2813601C1 |
| СИСТЕМА БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ | 2019 |
|
RU2777986C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКЦИОННАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ | 2013 |
|
RU2658331C2 |
Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в улучшении производительности и/или функционирования системы беспроводной передачи мощности. Система беспроводной передачи мощности включает в себя передатчик (201) мощности, выполненный с возможностью обеспечения передачи мощности к приемнику (205) мощности посредством сигнала передачи мощности. Приемник (205) мощности содержит первый контроллер (709) режима для передачи запроса выхода из режима ожидания к передатчику (201) мощности путем изменения нагрузки индуктора (209) связи передатчика (201) мощности. Передатчик (201) мощности содержит контроллер (405) режима, который управляет передатчиком (201) мощности, чтобы работать в режиме ожидания, в котором обнаруживается присутствие приемника (205) мощности, но сигнал передачи мощности не генерируется. Кроме того, он содержит детектор (403) для обнаружения изменения импеданса индуктора (209) связи. Контроллер (405) режима выполнен с возможностью инициировать переход из режима ожидания в режим передачи мощности в ответ на обнаружение детектором (403) изменения импеданса. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 23 ил.
1. Система беспроводной передачи мощности, включающая в себя передатчик (201) мощности, выполненный с возможностью обеспечения передачи мощности к приемнику (205) мощности через беспроводной сигнал индуктивной передачи мощности, генерируемый передатчиком (201) мощности,
причем:
приемник (205) мощности содержит первый контроллер (709) режима для передачи запроса выхода из режима ожидания на передатчик (201) мощности путем изменения нагрузки индуктора (209) связи передатчика (201) мощности; и
передатчик (201) мощности содержит:
индуктор (209) связи для осуществления связи с приемником (205) мощности;
второй контроллер (405) режима для управления передатчиком (201) мощности, чтобы работать в режиме ожидания, в котором обнаруживается присутствие приемника (205) мощности, но не генерируется сигнал передачи мощности;
детектор (403) для обнаружения изменения импеданса индуктора (209) связи;
и второй контроллер (405) режима выполнен с возможностью инициировать переход из режима ожидания в режим передачи мощности в ответ на обнаружение детектором (403) изменения импеданса;
при этом индуктор (209) связи является частью резонансного контура и детектор (403) выполнен с возможностью приложения к резонансному контуру сигнала возбуждения, содержащего по меньшей мере одно возбуждение, вызывающее колебания, превышающие длительность возбуждения сигнала возбуждения, и обнаружения изменения импеданса из измерения по меньшей мере одного из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи с временным смещением относительно времени возбуждения.
2. Система беспроводной передачи мощности по п. 1, в которой приемник (205) мощности выполнен с возможностью передачи запроса выхода из режима ожидания в ответ на прием пользовательского ввода включения питания.
3. Система беспроводной передачи мощности по п. 1, в которой индуктор (209) связи является отдельным от катушки питания передатчика, генерирующей сигнал передачи мощности.
4. Система беспроводной передачи мощности по п. 1, в которой приемник (205) мощности выполнен с возможностью генерации запроса выхода из режима ожидания так, чтобы содержать данные управления, и передатчик (201) мощности содержит приемник (403) для извлечения данных управления, и второй контроллер (405) режима выполнен с возможностью адаптации перехода из режима ожидания в режим передачи мощности на основании данных управления.
5. Передатчик мощности для системы беспроводной передачи мощности, включающей в себя приемник (205) мощности, выполненный с возможностью приема мощности от передатчика (201) мощности через беспроводной сигнал индуктивной передачи мощности, генерируемый передатчиком (201) мощности, и передачи запроса выхода из режима ожидания путем изменения нагрузки индуктора (209) связи; причем передатчик (201) мощности содержит:
индуктор (209) связи для осуществления связи с приемником (205) мощности;
контроллер (405) режима для управления передатчиком (201) мощности, чтобы работать в режиме ожидания, в котором обнаруживается присутствие приемника (205) мощности, но не генерируется сигнал передачи мощности;
детектор (403) для обнаружения изменения импеданса индуктора (209) связи;
и причем контроллер (405) режима выполнен с возможностью инициирования перехода из режима ожидания в режим передачи мощности в ответ на обнаружение детектором (403) изменения импеданса;
причем индуктор (209) связи является частью резонансного контура и детектор (403) выполнен с возможностью приложения к резонансному контуру сигнала возбуждения, содержащего по меньшей мере одно возбуждение, вызывающее колебания, превышающие длительность возбуждения сигнала возбуждения, и обнаружения изменения импеданса из измерения по меньшей мере одного из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи с временным смещением относительно времени возбуждения.
6. Передатчик мощности по п. 5, в котором индуктор (209) связи является частью резонансного контура, имеющего резонансную частоту; и детектор (403) выполнен с возможностью обнаружения изменения импеданса на основе оценки резонансной частоты, детектор (403) дополнительно выполнен с возможностью определения оценки резонансной частоты в фазе ожидания.
7. Передатчик мощности по п. 5, в котором сигнал возбуждения содержит повторяющиеся возбуждения, имеющие временное смещение, приводящее к интерференции между колебаниями резонансного контура для двух последовательных возбуждений.
8. Передатчик мощности по п. 7, причем детектор (403) выполнен с возможностью адаптации интервала повторения для повторяющихся возбуждений на основе амплитуды по меньшей мере одного из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи.
9. Передатчик мощности по п. 8, в котором детектор (403) выполнен с возможностью адаптации интервала повторения, чтобы максимизировать по меньшей мере одно из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи.
10. Передатчик мощности по п. 5, в котором временное смещение составляет не менее 10 и не более 60 периодов времени для резонанса резонансного контура.
11. Передатчик мощности по п. 7, в котором экспоненциальная постоянная времени для резонансного контура составляет не менее двукратной длительности возбуждения.
12. Передатчик мощности по п. 5, в котором индуктор (209) связи является частью резонансного контура и детектор (403) выполнен с возможностью приложения сигнала возбуждения к резонансному контуру и коррекции частоты повторения для возбуждений сигнала возбуждения в ответ на оценку резонансной частоты для резонансной частоты резонансного контура в режиме ожидания.
13. Способ работы системы беспроводной передачи мощности, включающей в себя передатчик (201) мощности, выполненный с возможностью обеспечения передачи мощности к приемнику (205) мощности через беспроводной сигнал индуктивной передачи мощности, генерируемый передатчиком (201) мощности, причем способ содержит:
передатчик мощности (201) работает в режиме ожидания, в котором обнаруживается присутствие приемника (205) мощности, но не генерируется сигнал передачи мощности;
приемник (205) мощности передает запрос выхода из режима ожидания к передатчику (201) мощности путем изменения нагрузки индуктора (209) связи передатчика (201) мощности;
передатчик (201) мощности обнаруживает изменение импеданса индуктора (209) связи; и
передатчик (201) мощности инициирует переход из режима ожидания в режим передачи мощности в ответ на обнаружение изменения импеданса; причем индуктор (209) связи является частью резонансного контура, при этом способ дополнительно содержит приложение передатчиком (201) мощности к резонансному контуру сигнала возбуждения, содержащего по меньшей мере одно возбуждение, вызывающее колебания, превышающие длительность возбуждения сигнала возбуждения, и обнаружение изменения импеданса из измерения по меньшей мере одного из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи с временным смещением относительно времени возбуждения.
14. Способ работы передатчика (201) мощности для системы беспроводной передачи мощности, включающей в себя приемник (205) мощности, выполненный с возможностью приема мощности от передатчика (201) мощности через беспроводной сигнал индуктивной передачи мощности, генерируемый передатчиком (201) мощности, и передачи запроса выхода из режима ожидания путем изменения нагрузки индуктора (209) связи; причем способ содержит:
управление передатчиком (201) мощности, чтобы работать в режиме ожидания, в котором обнаруживается присутствие приемника (205) мощности, но не генерируется сигнал передачи мощности;
обнаружение изменения импеданса индуктора (209) связи и
инициирование перехода из режима ожидания в режим передачи мощности в ответ на обнаружение изменения импеданса; причем индуктор (209) связи является частью резонансного контура, при этом способ дополнительно содержит приложение передатчиком (201) мощности к резонансному контуру сигнала возбуждения, содержащего по меньшей мере одно возбуждение, вызывающее колебания, превышающие длительность возбуждения сигнала возбуждения, и обнаружение изменения импеданса из измерения по меньшей мере одного из напряжения индуктора связи и тока индуктора связи с временным смещением относительно времени возбуждения.
| WO 2014020464 A2, 06.02.2014 | |||
| WO 2010136927 A2, 02.12.2010 | |||
| МАЛОГАБАРИТНЫЙ РЕЗОНАТОР ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ И ЕГО ИНТЕГРАЦИИ С АНТЕННОЙ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ | 2012 |
|
RU2519389C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПОДВОДНЫЙ ОБЪЕКТ (ВАРИАНТЫ) | 2012 |
|
RU2502170C1 |
