БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ Российский патент 2019 года по МПК H02J50/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к индуктивной передаче мощности и, в частности, но не исключительно, к передатчику мощности, обеспечивающему индуктивную передачу мощности с использованием элементов, совместимых со спецификациями стандарта Qi для систем беспроводной передачи мощности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Большинство современных систем требуют специализированного электрического контакта для получения мощности от внешнего источника мощности. Однако это, как правило, бывает непрактичным и требует от пользователя физическим образом вставлять коннекторы, или иным образом устанавливать физический электрический контакт. Обычно, требования к мощности также существенно различаются, и в настоящее время большинство устройств обеспечиваются своими собственными специализированными источниками мощности, в результате чего обычный пользователь имеет большое количество разных источников мощности, причем каждый источник мощности предназначается для конкретного устройства. Хотя использование внутренних батарей помогает избежать необходимости проводного подсоединения к источнику мощности во время использования, это обеспечивает лишь частичное решение, так как батареи будут нуждаться в подзарядке (или замене). Использование батарей также может существенно увеличить вес и даже стоимость и размеры устройств.

Для обеспечения значительно улучшенного взаимодействия с пользователем было предложено использовать беспроводной источник мощности, в котором мощность передается индуктивным образом от катушки передатчика в устройстве передатчика мощности к катушке приемника в отдельных устройствах.

Передача мощности с помощью магнитной индукции является хорошо известной концепцией, в основном применяемой в трансформаторах, имеющих жесткую связь между первичной катушкой передатчика и вторичной катушкой приемника. Разделяя первичную катушку передатчика и вторичную катушку приемника между двумя устройствами, беспроводная передача мощности между ними становится возможной на основе принципа слабосвязанного трансформатора.

Такое устройство делает возможным беспроводную передачу мощности на устройство, не требуя изготовления каких-либо проводов или физических электрических соединений. Действительно, это может просто позволить устройству быть размещенным рядом с катушкой передатчика или поверх нее для того, чтобы заряжаться или получать мощность извне. Например, устройства передатчика мощности могут быть выполнены с горизонтальной поверхностью, на которой устройство может быть просто размещено для того, чтобы оно получало мощность.

Кроме того, такие устройства беспроводной передачи мощности могут быть предпочтительно спроектированы таким образом, что устройство передатчика мощности может быть использовано с рядом устройств приемников мощности. В частности, был определен способ беспроводной передачи мощности, известный как спецификации стандарта Qi, который в настоящее время разрабатывается далее. Этот способ дает возможность устройствам передатчика мощности, которые удовлетворяют спецификациям стандарта Qi, быть использованными с устройствами приемника мощности, которые также удовлетворяют спецификациям стандарта Qi, без необходимости того, чтобы они были от одного и того же производителя, или были специализированы друг для друга. Спецификации стандарта Qi дополнительно включают в себя некоторые функциональные возможности, позволяющие процессу быть подстроенному для конкретного устройства приемника мощности (например, в зависимости от конкретного потребления мощности).

Спецификация стандарта Qi разрабатывается Консорциумом беспроводной передачи мощности, и дополнительная информация может быть, например, найдена на их веб-сайте: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, где, в частности, можно найти определенные документы спецификации.

Важным аспектом беспроводной передачи мощности является управление рабочей точкой для передачи мощности, и особенно важно управлять сигналом индуктивной передачи мощности для предоставления соответствующей мощности приемнику мощности. Для того, чтобы управлять передачей мощности, системы, такие как стандарт Qi, реализуют контур управления мощностью, в котором приемник мощности в течении фазы передачи мощности непрерывно передает сообщения управления мощностью обратно на передатчик мощности, запрашивая (или не запрашивая) изменения в мощности сигнала передачи мощности. Затем передатчик мощности реагирует, увеличивая или уменьшая мощность сигнала передачи мощности в ответ на запросы от приемника мощности. Такой способ может обеспечить эффективное управление мощностью во многих вариантах работы.

Обычно, процесс управления мощностью выполняется таким образом, что рабочий диапазон ограничивается диапазоном, который считается безопасным. Например, для систем таких, как стандарт Qi, мощность сигнала передачи мощности может быть ограничена до заданного максимального значения.

Однако, хотя такой способ может обеспечить подстраиваемую систему, которая способна подстраиваться под изменения в рабочих условиях, она не может выполнять идеальную подстройку при всех обстоятельствах. Например, она может, в некоторых вариантах работы, не реагировать достаточно быстро, чтобы подстроиться под внезапные изменения в рабочих условиях.

Следовательно, улучшенный способ передачи мощности был бы выгоден. В частности, был бы выгоден способ, который обеспечивает улучшенную работу, улучшенную передачу мощности, повышенную гибкость, более легкую реализацию, более легкую работу, улучшенное управление мощностью, более быстрый отклик на изменения в рабочих характеристиках передачи мощности и/или улучшенные рабочие характеристики.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, изобретение стремится предпочтительно смягчить, облегчить или устранить один или более из вышеупомянутых недостатков отдельно или в любом сочетании.

Согласно аспекту изобретения, предложен передатчик мощности для передачи мощности в приемник мощности, причем передатчик мощности содержит: резонансную схему, содержащую емкостный импеданс и индуктивный импеданс, причем индуктивный импеданс представляет собой катушку передатчика для формирования сигнала передачи мощности для передачи мощности беспроводным образом в приемник мощности; устройство возбуждения для формирования сигнала возбуждения для резонансной схемы; приемник сообщений для приема сообщений от приемника мощности; контроллер контура мощности для подстройки мощности сигнала возбуждения в ответ на сообщения управления мощностью, принимаемые от приемника мощности приемником сообщений, при этом подстройка применяется с учетом ограничения по меньшей мере одного из параметров - тока резонансной схемы, напряжения резонансной схемы, а также мощности сигнала возбуждения, чтобы они были ниже максимального предела; и устройство подстройки, выполненное с возможностью подстройки максимального предела в ответ на показание нагрузки, показывающее нагружение сигнала передачи мощности приемником мощности.

Изобретение может обеспечить улучшенную передачу мощности во многих вариантах работы. В частности, может быть достигнуто улучшенное управление мощностью. Во многих вариантах осуществления способ может обеспечить повышенную надежность и может, в частности, обеспечить улучшенную защиту от условий перенапряжения, возникающих в приемнике мощности, в результате быстрых изменений в коэффициенте связи из-за, например, перемещения приемника мощности относительно передатчика мощности.

В частности, авторы изобретения поняли, что многие современные системы передачи мощности (такие как те, которые следуют спецификациям стандарта Qi) включают в себя контур управления мощностью, который может в некоторых вариантах работы приводить к условиям перенапряжения, возникающим в приемниках мощности из-за резких изменений в связи между передатчиком мощности и приемником мощности. В частности, было обнаружено, что многие существующие способы управления мощностью, при увеличении до более высоких уровней мощности, могут, когда происходит быстрое изменение в связи, вызывать индуцированные напряжения, которые превышают уровни, считающиеся неприемлемыми для электронных схем приемника мощности.

Такие варианты работы, в частности, могут быть смягчены или предотвращены способом, при котором пределы работы по управлению мощностью ограничиваются значениями, которые динамически изменяются в ответ на показания нагружения на сигнал передачи мощности, предоставляемые приемником мощности. В частности, динамически изменяющиеся пределы для тока, напряжения и/или мощности могут гарантировать, что индуцированное напряжение не превысит неприемлемые уровни даже для резких изменений в связи, в то же время, все еще обеспечивая более высокие значения мощности, подлежащей передаче.

Устройство подстройки может динамически подстраивать максимальный предел и, в частности, может динамически подстраивать максимальный предел в течении фазы передачи мощности. Таким образом, устройство подстройки может сделать возможным ограничение тока резонансной схемы и/или мощности сигнала возбуждения, которые должны быть изменены во время передачи мощности в соответствии с изменениями в нагружении сигнала передачи мощности приемником мощности.

Ток резонансной схемы может быть конкретно током индуктивного импеданса, и во многих вариантах осуществления может быть током через катушку передатчика. В некоторых вариантах осуществления ток может быть током сигнала возбуждения. В некоторых вариантах осуществления резонансная схема может быть последовательной резонансной схемой с индуктивным импедансом, заключенным в катушке передатчика. В таком варианте осуществления ток индуктивного импеданса/через индуктивный импеданс, ток катушки передатчика/через катушку передатчика и ток сигнала возбуждения могут быть одним и тем же током.

Ток резонансной схемы обычно может быть током катушки передатчика, и, таким образом, передатчик мощности может быть выполнен с возможностью прямого или опосредованного установления предела для тока катушки передатчика.

Напряжение резонансной схемы может быть конкретно напряжением индуктивного импеданса и/или емкостного импеданса, и во многих вариантах осуществления может быть напряжением на катушке передатчика и/или конденсаторе, который соединен последовательно или параллельно с катушкой передатчика. В некоторых вариантах осуществления напряжение может быть напряжением сигнала возбуждения. В некоторых вариантах осуществления резонансная схема может быть параллельной резонансной схемой с индуктивным импедансом, заключенным в катушке передатчика. В таком варианте осуществления напряжение на индуктивном импедансе, катушке передатчика и напряжение сигнала возбуждения могут быть одним и тем же напряжением.

В некоторых вариантах осуществления контроллер контура мощности может подстраивать мощность сигнала возбуждения с учетом ограничения как тока, так и напряжения резонансной схемы.

Напряжение резонансной схемы обычно может быть напряжением на катушке передатчика, и, таким образом, передатчик мощности может быть выполнен с возможностью прямого или опосредованного установления предела для напряжения катушки передатчика.

Ток, напряжение и/или мощность может быть усредненным значением для одного (или более) циклов сигнала возбуждения/колебаний. Ток может быть, например, среднеквадратичным или средним (абсолютным) током.

Сигнал возбуждения может быть сигналом выходной мощности, поставляющим мощность в резонансную схему. Сигнал возбуждения может содержать компонент тока и компонент напряжения, т.е. сигнал возбуждения может содержать напряжение сигнала возбуждения и ток сигнала возбуждения.

Согласно дополнительному признаку изобретения, устройство подстройки выполняется с возможностью динамической подстройки максимального предела для отражения изменений в нагружении, обеспечиваемом приемником мощности.

Такой способ может обеспечивать эффективное управление мощностью в большом динамическом диапазоне, в то же время предотвращая или смягчая, например, условия перенапряжения, вызванные из-за внезапных изменений в условиях работы, таких как быстрое увеличение в связи между передатчиком мощности и приемником мощности.

Устройство подстройки может быть выполнено с возможностью определения максимального предела в зависимости от (тока) нагружения сигнала передачи мощности. Устройство подстройки может быть выполнено с возможностью определения максимального предела в зависимости от (показания нагрузки). Функция может быть монотонной функцией. Во многих вариантах осуществления функция может быть монотонно возрастающей функцией.

Скорость обновления максимального предела может во многих вариантах осуществления быть выше, чем 0,1 Гц; 1,0 Гц или даже 10 Гц.

В некоторых вариантах осуществления максимальный предел может быть определен как значение, превышающее нагружение сигнала передачи мощности посредством границ. Во многих вариантах осуществления граница может быть определена в зависимости от показания нагружения/нагрузки.

В некоторых вариантах осуществления максимальный предел может быть определен, чтобы превышать нагружение сигнала передачи мощности, посредством заданного абсолютного или относительного смещения (например, максимальный предел может превышать нагружение по току на заданный процент от нагружения по току).

Согласно дополнительному признаку изобретения, устройство подстройки выполнено с возможностью подстройки максимального предела в течение фазы передачи мощности.

Способ может обеспечивать эффективное управление мощностью в течении активной передачи мощности, в то же время предотвращая или смягчая, например, условия перенапряжения, вызванные из-за внезапных изменений в условиях работы, таких как быстрое увеличение связи между передатчиком мощности и приемником мощности.

В фазе передачи мощности, управление мощностью может быть выполнено на основании сообщений управления мощностью, то есть работа по динамическому управлению мощностью на основании сообщений управления мощностью от приемника может быть активной. Таким образом, способ может давать возможность происходить изменениям в максимальном пределе в течение времени, в котором сообщение управления мощностью, основанное на управлении мощностью является активным.

Устройство подстройки может быть специально выполнено так, чтобы подстраивать и изменять максимальный предел, в то время как мощность управляется посредством сообщений управления мощностью (и, следовательно, не ограничивается максимальным пределом). В некоторых вариантах осуществления/вариантах работы, принятые сообщения управления мощностью могут приводить к изменению в мощности сигнала передачи мощности (и в мощности, извлекаемой приемником мощности). Показание нагрузки может изменяться в результате изменения мощности, и, таким образом, принятые сообщения управления мощностью могут приводить к изменению в показании нагрузки и, следовательно, изменению в максимальном пределе (и в мощности сигнала передачи мощности). В частности, контроллер контура питания может быть выполнен с возможностью подстройки мощности сигнала возбуждения в ответ на сообщения управления мощностью, и устройство подстройки может быть выполнено с возможностью подстройки максимального предела в ответ на сообщения управления мощностью (либо напрямую, либо путем изменения мощности сигнала возбуждения).

Согласно дополнительному признаку изобретения, устройство возбуждения выполнено с возможностью определения показания мощности, которое показывает мощность сигнала возбуждения, а устройство подстройки выполнено с возможностью определения показания нагрузки в зависимости от показания мощности.

Это может обеспечить выгодное динамическое, подстраиваемое ограничение тока, напряжения и/или мощности и может, особым образом, во многих применениях, смягчать условия перенапряжения.

Устройство подстройки может быть выполнено с возможностью определения максимального предела в зависимости от показания мощности.

Согласно дополнительному признаку изобретения, контроллер контура мощности выполнено с возможностью установления предела для тока или напряжения (или для их обоих) по меньшей мере либо сигнала возбуждения, либо катушки передатчика.

В частности, во многих вариантах осуществления подстройка с помощью контроллера контура мощности может применяться с учетом того, чтобы ток сигнала возбуждения (и/или напряжение), ток катушки передатчика (и/или напряжения) находились ниже максимального предела, при этом предел подстраивается в ответ на показание мощности. Таким образом, ток/напряжение, полученные в результате управления мощностью, могут быть объектом для установления предела, который динамически подстраивается в ответ на мощность сигнала возбуждения. В частности, во многих вариантах осуществления управление мощностью может быть объектом для ограничения так, чтобы ток/напряжение сигнала возбуждения находились ниже предела, определенного в зависимости от мощности сигнала возбуждения.

Это может обеспечить особенно эффективное управление мощностью, что во многих вариантах работы может предотвращать или уменьшать условия перенапряжения, возникающие в приемнике мощности, вызванные из-за внезапных изменений в связи между передатчиком мощности и приемником мощности.

Мощность сигнала возбуждения может быть определена в ответ, например, на измерения тока и напряжения сигнала возбуждения, который подается в резонансную схему из устройства возбуждения. Мощность сигнала возбуждения указывает на мощность, извлеченную из сигнала передачи мощности, и, таким образом, обычно указывает на мощность, извлекаемую приемником мощности, то есть она показывает нагружение сигнала передачи мощности приемником мощности. Мощность сигнала возбуждения может, например, быть оценена или определена в ответ, например, на измерения тока и напряжения, подаваемых в устройство возбуждения. В частности, показание мощности для мощности сигнала возбуждения может быть определено как входная мощность для устройства возбуждения (или для выходной схемы этого устройства).

Ток катушки передатчика отражает напряженность магнитного поля, формируемого катушкой передатчика, и, таким образом, способ может позволить подстраивать максимальную напряженность магнитного поля на основании мощности, извлекаемой из сигнала передачи мощности.

Согласно дополнительному признаку изобретения, максимальный предел представляет собой монотонно возрастающую функцию нагружения по мощности, показанного показанием нагрузки.

Это может обеспечить улучшенную работу по управлению мощностью и может во многих вариантах осуществления уменьшать условия перенапряжения, вызванные из-за внезапных изменений в связи между передатчиком мощности и приемником мощности.

В частности, максимальный предел может быть определен в зависимости от нагружения по мощности сигнала передачи мощности, так и указан с помощью показания нагрузки. Функция может быть монотонно возрастающей функцией. Таким образом, во многих вариантах осуществления, когда мощность, извлекаемая приемником мощности из сигнала передачи мощности, возрастает, то и максимальный предел возрастает.

Согласно дополнительному признаку изобретения, устройство (1309) подстройки выполнено с возможностью увеличения максимального предела выше первого порогового значения, только если показание нагрузки показывает на мощность сигнала возбуждения, превышающую второе пороговое значение.

Это может обеспечить эффективную, с низкой степенью сложности работу во многих вариантах осуществления и вариантах работы.

В некоторых вариантах осуществления контроллер контура мощности выполнено с возможностью установления предела для мощности сигнала возбуждения до уровней ниже максимального предела.

Это может обеспечить выгодные рабочие характеристики и может, в частности снизить риск условий перенапряжений в приемнике мощности из-за внезапных изменений в связи между приемником мощности и передатчиком мощности.

Согласно дополнительному признаку изобретения, устройство подстройки выполнено с возможностью определения максимального предела, включающего в себя как максимальный предел тока для тока резонансной схемы (и/или максимальный предел напряжения для напряжения резонансной схемы), так и максимальный предел мощности для мощности сигнала возбуждения, а подстройка применяется с учетом того, чтобы и ток резонансной схемы был ниже максимального предела тока (и/или напряжение резонансной схемы было ниже максимального предела напряжения), и мощность сигнала возбуждения была ниже максимального предела мощности.

Это может обеспечить улучшенную работу во многих вариантах осуществления. В частности, это может обеспечить улучшенные защиты от условий перенапряжения во многих вариантах работы. Действительно, было понято, что во многих практических системах можно поддерживать приемлемо низкое перенапряжение для увеличенного рабочего диапазона и, в частности, для более высоких мощностей, когда и мощность, и ток ограничиваются (и даже с разными пределами).

Согласно дополнительному признаку изобретения, устройство подстройки выполнено с возможностью определения показания нагрузки в ответ на данные о нагрузке, принятые по меньшей мере в одном сообщении от приемника мощности, причем данные о нагрузке указывают нагружение сигнала передачи мощности приемником мощности.

Это может обеспечить улучшенную работу и/или подстройку во многих вариантах осуществления. Это может позволить управлению работой по передаче мощности находиться в большей степени в приемнике мощности. Во многих вариантах осуществления это может дать возможность для более низкой степени сложности и/или более точной подстройки. Это может обеспечить более надежную подстройку с меньшей потребностью в оценке нагружения.

В некоторых вариантах осуществления данные о нагрузке содержат показание по меньшей мере одного из параметров - тока нагрузки и напряжения нагрузки для нагрузки приемника мощности, и устройство подстройки выполнено с возможностью определения показания нагрузки в ответ на показание по меньшей мере одного из параметров - тока нагрузки и напряжения нагрузки.

Это может обеспечить улучшенную работу во многих вариантах работы. В частности, это может во многих вариантах осуществления и применениях обеспечить улучшенное управление и подстройку формируемого магнитного поля, потенциально приводя к снижению перенапряжения в приемнике мощности, в то же время позволяя снизить степень сложности в приемнике мощности.

Согласно дополнительному признаку изобретения, устройство подстройки, кроме того, выполнено с возможностью изменения максимального предела в ответ на определение изменения в нагружении сигнала передачи мощности.

Это может обеспечить улучшенные рабочие характеристики во многих вариантах осуществления и может, в частности, обеспечить более быструю реакцию на некоторые возможные изменения. В частности, способ может во многих применениях дать возможность для точной, но более медленной подстройки предела на основании информации, предоставляемой приемником мощности, одновременно также позволяя передатчику мощности независимо определять и быстро реагировать на возможные, внезапные изменения условий работы.

Определение изменения в нагружении сигнала передачи мощности может осуществляться посредством определения изменения в токе, напряжении и/или мощности сигнала возбуждения.

Согласно аспекту изобретения, предлагается система беспроводной передачи мощности, содержащая приемник мощности и передатчик мощности для передачи мощности в приемник мощности, причем передатчик мощности содержит: резонансную схему, содержащую емкостный импеданс и индуктивный импеданс, при этом индуктивный импеданс, представляет собой катушку передатчика для формирования сигнала передачи мощности для передачи мощности беспроводным образом в приемник мощности, устройство возбуждения для формирования сигнала возбуждения для резонансной схемы, приемник для приема сообщений из приемника мощности, контроллер контура мощности для подстройки мощности сигнала возбуждения в ответ на сообщения управления мощностью, принятые от приемника мощности, причем подстройка применяется с учетом ограничения по меньшей мере одного из параметров - тока резонансной схемы, напряжения резонансной схемы и мощности сигнала возбуждения, чтобы они были ниже максимального предела, и устройство подстройки, выполненное с возможностью определения максимального предела в ответ на показание нагрузки, определенное на основании данных о нагрузке, принятых в сообщении от приемника мощности, причем данные о нагрузке указывают нагружение сигнала передачи мощности приемником мощности; и при этом приемник мощности содержит: генератор данных для формирования данных о нагрузке, отражающих нагружение приемника мощности, а также передатчик для передачи в передатчик мощности по меньшей мере одного сообщения, содержащего данные о нагрузке.

Согласно дополнительному признаку изобретения, генератор данных выполнен с возможностью определения нагружения приемника мощности в ответ на по меньшей мере одно из измерений - измерения тока нагрузки и измерения напряжения нагрузки для нагрузки приемника мощности.

Это может обеспечивать эффективную работу и обеспечивать более низкую степень сложности передатчика мощности. Это может обеспечивать точную информацию об условиях нагрузки в приемнике мощности, которая может дать возможность для более точной подстройки максимального предела для отражения вероятных условий перенапряжения в случае внезапного изменения в связи между передатчиком мощности и приемником мощности.

Согласно дополнительному признаку изобретения, передатчик выполнен с возможностью передачи по меньшей мере одного сообщения в передатчик мощности в ответ на определение того, что изменение в нагрузке приемника мощности удовлетворяет условию оценки нагрузки по изменению мощности; при этом данные о нагрузке по меньшей мере одного сообщения указывают изменение, удовлетворяющее условию оценки нагрузки по изменению мощности; и при этом устройство подстройки выполнено с возможностью изменения максимального предела в ответ на определение того, что по меньшей мере одно сообщение содержит данные о нагрузке, указывающие изменение, удовлетворяющее условию оценки нагрузки по изменению мощности.

Это может обеспечить особенно эффективную работу во многих вариантах осуществления. Например, это может во многих вариантах осуществления уменьшить количество сообщений, которые необходимо передавать (и, следовательно, ресурс обработки, необходимый для обработки сообщений и реагирования на них).

Согласно дополнительному признаку изобретения, устройство подстройки дополнительно выполнено с возможностью изменения максимального предела в ответ на определение изменения в показании мощности для сигнала возбуждения.

Это может обеспечить выгодную работу во многих вариантах осуществления и вариантах работы. Определение изменения в показании мощности для сигнала возбуждения может быть (по меньшей мере, частично) посредством определения изменения в токе или напряжении для сигнала возбуждения.

Согласно аспекту изобретения, предлагается способ работы передатчика мощности, передающего мощность в приемник мощности, причем передатчик мощности содержит резонансную схему, содержащую емкостный импеданс и индуктивный импеданс, причем индуктивный импеданс представляет собой катушку передатчика для формирования сигнала передачи мощности для передачи беспроводным образом мощности в приемник мощности; при этом способ содержит: формирование сигнала возбуждения для резонансной схемы; прием сообщений от приемника мощности; подстройку мощности сигнала возбуждения в ответ на сообщения управления мощностью, принимаемые от приемника мощности, причем подстройка применяется с учетом ограничения по меньшей мере одного из параметров - тока резонансной схемы, напряжения резонансной схемы и мощности сигнала возбуждения, чтобы они были ниже максимального предела; и подстройку максимального предела в ответ на показание нагрузки, показывающего нагружение сигнала передачи мощности приемником мощности.

Эти и другие аспекты, признаки и преимущества изобретения будут очевидны и разъяснены со ссылкой на вариант (варианты) осуществления, описанный ниже в данном документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления изобретения будут описаны только в качестве примера со ссылкой на чертежи, в которых

Фиг. 1 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности согласно некоторым вариантам осуществления изобретения;

Фиг. 2 иллюстрирует пример элементов системы передачи мощности согласно некоторым вариантам осуществления изобретения;

Фиг. 3 иллюстрирует пример элементов полумостового инвертора для передатчика мощности согласно некоторым вариантам осуществления изобретения;

Фиг. 4 иллюстрирует пример элементов полномостового инвертора для передатчика мощности согласно некоторым вариантам осуществления изобретения;

Фиг. 5 иллюстрирует пример эквивалентной схемы моделирования для системы беспроводной передачи мощности;

Фиг. 6 иллюстрирует пример параметров эквивалентной схемы моделирования, изображенной на фиг. 5;

Фиг. 7-12 иллюстрируют примеры сигналов в системе беспроводной передачи мощности;

Фиг. 13 иллюстрирует пример некоторых элементов передатчика мощности согласно некоторым вариантам осуществления изобретения;

Фиг. 14-19 иллюстрируют примеры сигналов в системе беспроводной передачи мощности;

Фиг. 20 иллюстрирует пример некоторых элементов приемника мощности для системы беспроводной передачи мощности согласно некоторым вариантам осуществления изобретения; а также

Фиг. 21 и 22 иллюстрируют примеры сообщений с данными о нагрузке, которые могут быть использованы в системе беспроводной передачи мощности согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Нижеследующее описание фокусируется на вариантах осуществления изобретения, применимых к системе беспроводной передачи мощности, использующей способ передачи мощности, такой как известный из спецификации стандарта Qi. Однако понятно, что изобретение не ограничивается этим применением, но может применяться ко многим другим системам беспроводной передачи мощности.

Фиг. 1 иллюстрирует пример системы передачи мощности согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. Система передачи мощности содержит передатчик 101 мощности, который включает в себя (или соединяется с) катушку/индуктор 103 передатчика. Система, кроме того, содержит приемник 105 мощности, который включает в себя (или соединяется с) катушку/индуктор 107 приемника.

Система обеспечивает беспроводную индуктивную передачу мощности от передатчика 101 мощности к приемнику 105. В частности, передатчик 101 мощности формирует сигнал беспроводной индуктивной передачи мощности (также называемый сигналом передачи мощности, сигналом передачи мощности или сигналом индуктивной передачи мощности), который распространяется как магнитный поток с помощью катушки или индуктора 103 передатчика. Сигнал передачи мощности обычно может иметь частоту в диапазоне, примерно, от 70 кГц до, примерно, 150 кГц, а часто для систем, совместимых со стандартом Qi, обычно в диапазоне от 95 кГц до 115 кГц. Катушка 103 передатчика и катушка 107 приемника слабо связаны, и, таким образом, катушка 107 приемника подхватывает (по меньшей мере часть) сигнал передачи мощности от передатчика 101 мощности. Таким образом, мощность передается от передатчика 101 мощности к приемнику 105 мощности посредством беспроводной индуктивной связи из катушки 103 передатчика в катушку 107 приемника. Термин сигнал передачи мощности в основном используется для обозначения индуктивного сигнала/магнитного поля между катушкой 103 передатчика и катушкой 107 приемника (сигнал магнитного потока), однако понятно, что в силу эквивалентности его также можно рассматривать и использовать в качестве названия электрического сигнала, подаваемого на катушку 103 передатчика или подхваченного катушкой 107 приемника.

Система выполнена с возможностью передачи значительных уровней энергии, и, в частности, передатчик энергии может поддерживать уровни энергии свыше 500 мВт, 1 Вт, 5 Вт или 50 Вт во многих вариантах осуществления. Например, для соответствующих приборов стандарта Qi, передачи мощности обычно могут быть в диапазоне мощности 1-5 Вт для применений с малой потребляемой мощностью, и свыше 100 Вт и более чем до 1000 Вт для применений с высокой потребляемой мощностью, таких как, например, для кухонных приборов.

Фиг. 2 иллюстрирует архитектуру системы конкретного примера системы, изображенной на фиг. 1, немного подробнее. В этом примере выходная схема передатчика 101 мощности включает в себя резонансный контур или резонансную схему 201, которая включает в себя катушку 103 передатчика (на фиг. 2 катушка 103 передатчика показывается для ясности, внешней по отношению к резонансной схеме 201, но считается частью этой схемы). Резонансная схема 201 передатчика 101 мощности также будет называться резонансной схемой 201 передатчика (или иногда для краткости просто резонансной схемой 201). Резонансная схема 201 обычно может быть последовательной или параллельной резонансной схемой и может состоять, в частности, из резонансного конденсатора, связаного параллельно или последовательно с катушкой 103 передатчика. Сигнал передачи мощности формируется путем возбуждения выходной резонансной схемы от устройства 203 возбуждения, формирующего сигнал возбуждения с соответствующей частотой возбуждения (обычно, в диапазоне частот 20-200 кГц).

Аналогично, входная схема приемника 110 мощности включает в себя резонансную схему или резонансный контур 205, который включает в себя индуктор 107 приемника (на фиг. 2, индуктор 107 приемника для ясности показывается внешним по отношению к резонансной схеме 205, но считается частью этой схемы). Резонансная схема 205 приемника 105 мощности также будет называться резонансной схемой 205 приемника или резонансной схемой приемника. Резонансная схема 205 приемника может обычно представлять собой последовательную или параллельную резонансную схему и может состоять, в частности, из резонансного конденсатора, связанного параллельно (или последовательно) с индуктором 107 приемника. Резонансная схема 205 приемника соединена с преобразователем 207 мощности, который преобразует принятый сигнал передачи мощности, то есть индуцированный сигнал, подаваемый резонансной схемой 205 приемника, в мощность, которая подается на внешнюю нагрузку 209 (как правило, путем выполнения преобразования AC/DC, что хорошо известно специалисту в данной области техники).

Нагрузка может быть, например, батареей, и снабжение мощностью может быть для того, чтобы зарядить батарею. В качестве другого примера, нагрузка может быть отдельным устройством, и снабжение мощностью может быть предусмотрено для того, чтобы питать это устройство.

Устройство 203 возбуждения, изображенное на фиг. 2, формирует переменный (и обычно переменного тока - AC) сигнал возбуждения в виде напряжения, который подается в резонансную схему 201 (и, следовательно, на резонансный конденсатор (не показан на фиг. 2) и катушку 103 передатчика). В некоторых вариантах осуществления резонансная схема 201 передатчика может быть последовательной резонансной схемой, и сигнал возбуждения в виде напряжения может быть подан через конденсатор и индуктор. В некоторых вариантах осуществления устройство 203 возбуждения может быть связано непосредственно (или косвенно) с передающей катушкой 103, и сигнал возбуждения в виде напряжения может быть подан в передающую катушку 103.

Таким образом, в системе устройство 203 возбуждения формирует сигнал возбуждения, который подается в резонансную схему 201/передающую катушку 103 передатчика, побуждая передающую катушку 103 формировать сигнал передачи мощности, поставляющий мощность в приемник 105 мощности. Сигнал возбуждения формируется так, чтобы иметь заданную частоту, называемую частотой возбуждения, т.е. частота возбуждения является частотой сигнала возбуждения.

Устройство 203 возбуждения формирует ток и напряжение, которое подается на катушку 103 передатчика. Устройство 203 возбуждения обычно представляет собой схему возбуждения в виде инвертора, который формирует переменный сигнал из напряжения постоянного тока (DC). Выход устройства 203 возбуждения обычно представляет собой мост переключателей, формирующий сигнал возбуждения посредством соответствующего переключения переключателей моста переключателей. Фиг. 3 показывает полумостовой переключающий мост/инвертор. Переключатели S1 и S2 управляются так, что они никогда не закрываются одновременно. Чередующимся образом S1 закрывается, тогда как S2 открывается, и S2 закрывается, тогда как S1 открывается. Переключатели открываются и закрываются с требуемой частотой, тем самым формируя переменный сигнал на выходе. Обычно, выход инвертора соединяется с катушкой передатчика через резонансный конденсатор. Фиг. 4 показывает полномостовой переключающий мост/инвертор. Переключатели S1 и S2 управляются так, что они никогда не закрываются одновременно. Перключатели S3 и S4 управляются так, что они никогда не закрываются одновременно. Чередующимся образом переключатели S1 и S4 закрываются, тогда как S2 и S3 открываются, а затем S2 и S3 закрываются, тогда как S1 и S4 открываются, тем самым создавая сигнал в форме меандра на выходе. Переключатели открываются и закрываются с требуемой частотой.

Вышеприведенное описание соответствует случаю, когда левый и правый мост смещены по фазе на 180° и обеспечивают максимальную выходную мощность или максимальный рабочий цикл. Однако в других вариантах работы, половинки моста могут быть смещены по фазе частично, что приводит к одновременному закрытию S2 и S4 или S1 и S3. В этом состоянии напряжение моста будет равным нулю, и, таким образом, данный способ может быть использован для уменьшения выходной мощности или рабочего цикла от максимальных значений.

Устройство 203 возбуждения соответствующим образом формирует сигнал возбуждения и подает этот сигнал в резонансную схему 201 передатчика. Резонансная схема 201 передатчика образуется с помощью индуктивного импеданса и емкостного импеданса.

В дальнейшем, работа передатчика 101 мощности и приемников 105, 107 мощности будет описана с конкретной ссылкой на вариант осуществления в соответствии со спецификацией стандарта Qi (за исключением описанных в данном документе (или последующих) модификаций и улучшений). В частности, передатчик 101 мощности и приемники 105, 107 мощности могут быть по существу совместимы со спецификацией версии 1.0, 1.1 или 1.2 стандарта Qi (за исключением описанных в данном документе (или последующих) модификаций и улучшений).

Для управления передачей мощности, система может проходить через разные фазы, в частности, в системе стандарта Qi используются фаза выбора, ping-фаза, фаза идентификации и конфигурации, а также фаза передачи мощности. Дополнительная информация может, например, быть найдена в главе 5 части 1 спецификации беспроводной передачи мощности стандарта Qi.

Например, когда устанавливается связь с первым приемником 105 мощности, передатчик 101 мощности может первоначально находиться в фазе выбора, где он просто наблюдает за возможным присутствием приемника мощности. Передатчик 101 мощности может использовать различные способы для этой цели, например, как описано в спецификации беспроводной передачи мощности стандарта Qi. Если обнаруживается такое возможное присутствие, передатчик 101 мощности входит в ping-фазу, в которой сигнал мощности формируется временно. Первый приемник 105 мощности может использовать принятый сигнал для включения своей электроники. После приема сигнала мощности, приемник 105 мощности передает начальный пакет в передатчик 101 мощности. В частности, передается пакет об уровне сигнала, показывающий степень связи между передатчиком 101 мощности и первым приемником 105 мощности. Более подробную информацию можно найти в главе 6.3.1 части 1 спецификации беспроводной передачи мощности стандарта Qi (или Раздел Раздела 5.2.3.1 версии 1.2). Таким образом, в ping-фазе определяется, присутствует ли приемник 105 мощности в интерфейсе передатчика 101 мощности.

После приема сообщения об уровне сигнала, передатчик 101 мощности переходит в фазу идентификации и конфигурации. В этой фазе приемник 105 мощности удерживает свою выходную нагрузку отключенной и сообщается с передатчиком 101 мощности, используя модуляцию нагрузки. Передатчик мощности обеспечивает для этой цели сигнал мощности постоянной амплитуды, частоты и фазы (за исключением изменения, вызванного модуляцией нагрузки). Сообщения используются передатчиком 101 мощности для конфигурирования себя по запросу приемника 105 мощности.

После фазы идентификации и конфигурации, система переходит в фазу передачи мощности, где происходит фактическая передача мощности. В частности, после того, как он передал свои запросы к мощности, приемник 105 мощности подключает выходную нагрузку и обеспечивает ее питанием посредством принятой мощности. Приемник 105 мощности наблюдает за выходной нагрузкой и измеряет погрешность управления между фактическим значением и требуемым значением определенной рабочей точки. Он передает такие погрешности управления в передатчик 101 мощности с минимальной скоростью, например, каждые 250 мс, чтобы показывать эти погрешности передатчику 101 мощности, а также требование изменить или не изменять сигнал мощности.

Таким образом, чтобы подготовить и управлять передачей мощности между передатчиком 101 мощности и приемниками 105, 107 мощности в системе беспроводной передачи мощности, приемники 105, 107 мощности сообщают информацию в передатчик 101 мощности. Такая связь была стандартизирована в спецификации версии 1.0, 1.1 и 1.2 стандарта Qi.

На физическом уровне канал связи от приемника 105 мощности к передатчику 101 мощности реализуется с помощью беспроводного индуктивного сигнала мощности в качестве несущей. Приемники 105 мощности передают сообщения о данных путем модуляции нагрузки катушки 107 приемника. Это приводит к соответствующим изменениям в сигнале мощности на стороне передатчика мощности. Модуляция нагрузки может быть определена путем изменения в амплитуде и/или фазе тока катушки передатчика или, альтернативно или дополнительно, путем изменения в напряжении катушки 103 передатчика. Основываясь на этом принципе, приемник 105 мощности может модулировать данные, которые передатчик 101 мощности может затем демодулировать. Эти данные форматируются в байтах и пакетах. Более подробную информацию можно найти в источнике “System description, Wireless power Transfer, Том I: Low Power, Часть 1: Interface Definition”, версия 1.0, июль 2010 г., опубликовано Wireless power Consortium, доступном через http://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-1.html, также называемом спецификацией беспроводной передачи мощности стандарта Qi, в частности, глава 6: Communications Interface (или в последующих версиях Спецификации).

Для обеспечения эффективной, надежной и безопасной передачи мощности, система выполнена с возможностью управления мощностью формируемого сигнала передачи мощности путем управления характеристикой формируемого сигнала возбуждения.

Передача мощности в приемник 105 мощности, таким образом, происходит главным образом в фазе передачи мощности. В течении этой фазы, приемник мощности наблюдает за условиями выходной нагрузки и, в частности, измеряет погрешность управления между фактическим значением и требуемым значением определенной рабочей точки. Он сообщает эти погрешности управления в сообщениях о погрешностях управления передатчику мощности с минимальной скоростью, например, каждые 250 мс. Это обеспечивает показание постоянного присутствия приемника мощности в передатчике мощности. Кроме того, сообщения о погрешностях управления используются для выполнения управления мощностью с замкнутым контуром, где передатчик мощности подстраивает сигнал мощности, чтобы минимизировать сообщенную погрешность. В частности, если фактическое значение рабочей точки равно требуемому значению, приемник мощности сообщает погрешность управления со значением нуля, что не приводит к изменению в сигнале мощности. В случае, если приемник мощности сообщает погрешность управления, отличную от нуля, передатчик мощности будет регулировать соответствующим образом сигнал мощности, то есть он будет увеличивать или уменьшать мощность сигнала передачи мощности в ответ на обратную связь от приемника 106 мощности.

Фактическое регулирование мощности может быть различным в различных вариантах осуществления. В некоторых системах мощность может быть отрегулирована путем изменения напряжения или тока сигнала возбуждения. Однако в большинстве практических применений мощность может быть отрегулирована путем изменения рабочего цикла или частоты сигнала возбуждения. Например, формируемый сигнал возбуждения может представлять собой сигнал в форме меандра, который имеет заданное значение (часто поочередно положительное и отрицательное) в течение активных интервалов времени с неактивными интервалами времени между ними, где напряжение равно нулю. Таким образом, мощность подается на резонансную схему только в течение активных интервалов времени. Уровень мощности может быть увеличен и уменьшен за счет соответственно увеличения и уменьшения продолжительности активного интервала времени. Таким образом, рабочий цикл может быть изменен для изменения мощности, подаваемой на индуктор 209 связи передатчика, и, следовательно, мощности сигнала передачи мощности. В других вариантах осуществления частота возбуждения может быть изменена для увеличения мощности - путем сдвига частоты возбуждения в направлении резонансной частоты резонансной схемы, и для уменьшения - путем сдвига частоты возбуждения от резонансной частоты.

Таким образом, в течении фазы передачи мощности система управляет контуром управления мощностью на основании сообщений о погрешности управления мощностью, передаваемых на передатчик мощности от приемника мощности. Этот контур управления мощностью настраивает рабочую точку на требуемое значение. В частности, во многих вариантах осуществления, приемник мощности может передавать сообщения управления мощностью для управления мощностью сигнала передачи мощности, чтобы приводить к заданному напряжению, индуцируемому в приемнике мощности для заданной нагрузки.

В дополнение к работе контура управления мощностью, передатчик мощности может также принимать пределы для рабочего диапазона для передачи мощности и, следовательно, ограничения, в которых должен работать контур управления мощностью. В частности, для передатчиков мощности, мощность, подаваемая в резонансную схему, может быть ограничена, чтобы быть ниже заданного предела.

Первоначально стандарт Qi определял беспроводную передачу мощности для устройств с низкой потребляемой мощностью, которые считаются устройствами, имеющими потребление мощности менее 5 Вт. Однако система расширяется до более высоких уровней мощности, чтобы поддерживать расширенный диапазон устройств и приборов передачи мощности. Однако увеличение уровней мощности приводит к возникновению дополнительных проблем, и было обнаружено, что в некоторых вариантах работы способы, используемые для приборов с меньшей мощностью, не подходят для более высоких уровней мощности.

В частности, было установлено, что повышенные уровни мощности (такие как те, которые вводятся профилем увеличенной мощности спецификации v1.2.1 стандарта Qi) могут потенциально привести к повреждению некоторых устройств приемника мощности в некоторых ситуациях. В частности, было установлено, что если устройство приемника мощности внезапно перемещается для увеличения связи между приемником мощности и передатчиком мощности, в приемнике мощности может возникнуть условие перенапряжения из-за того, что контур управления мощностью по своей природе относительно медленный. Кроме того, повышенные уровни мощности требуют более высоких пределов, которые, как было обнаружено, не достаточны для предотвращения возникновения таких условий перенапряжения, достигающих потенциально нежелательных уровней.

В частности, обычно можно считать, что максимальное входное напряжение для приемника мощности из катушки приемника мощности/резонансной схемы приемника не должно превышать амплитуду 20 В. В большинстве практических реализаций, напряжения, примерно, до 25 В как правило не вызывают повреждения электронных схем (например, подходящих интегральных схем). Однако более высокие напряжения могут быть в некоторых вариантах работы и приборах потенциально повредить электронику, приводя к неисправности и повреждению самого приемника мощности.

Обычно, для приборов с низкой потребляемой мощностью, управление мощности и применяемые пределы таковы, что индуцированное напряжение не будет превышать 20 В даже при очень резких изменениях, например, в связи между устройствами. Однако для более высоких уровней мощности было установлено, что это невозможно гарантировать во всех ситуациях.

В качестве примера можно рассмотреть следующий вариант работы:

- пользователь может поместить свой телефон с беспроводным приемником мощности на зарядное устройство, содержащее беспроводной передатчик мощности. Он может поместить его в положение, где связь между ними плохая, но достаточно высокая, чтобы запустить передачу мощности.

- после первых этапов в протоколе связи, телефон указывает зарядному устройству обеспечить более высокую мощность, отправив соответствующие пакеты погрешности управления.

- зарядное устройство реагирует путем увеличения тока катушки передатчика до тех пор, пока телефон не покажет, что он удовлетворен (отправив пакеты погрешности управления с нулевыми значениями), или до тех пор, пока зарядное устройство не достигнет своего предела мощности и/или тока. Обычно это не занимает больше одной-двух секунд после того, как зарядное устройство и телефон установят связь, и это приведет к появлению большого магнитного поля.

- как только пользователь обнаружит, что телефон заряжается только при низкой скорости из-за плохой связи, он быстро переместит его в положение, где связь (намного) лучше.

- в этот момент большое магнитное поле зарядного устройства сформирует высокое напряжение (возможно, свыше 20 В) в телефоне, что может повредить его электронику.

Одним из вариантов устранения условия потенциального перенапряжения является добавление защитных схем или схем регулирования напряжения, которые могут работать с напряжениями выше 20 В в приемнике мощности. Однако это обычно нежелательно или даже невозможно из-за его конструктивных ограничений. В частности, это, как правило, вводит недопустимое увеличение стоимости и сложности.

Для того чтобы рассмотреть вариант работы более подробно, может быть рассмотрена схема эквивалентного заменителя/моделирования, изображенная на фиг. 5. В данном примере, генератор 501 сигналов представляет собой устройство возбуждения, C_p соответствует конденсатору резонансной схемы передатчика, L_p представляет собой индуктор резонансной схемы передатчика, R_p представляет собой потери передатчика мощности, C_s представляет собой конденсатор резонансной схемы приемника, L_s - индуктор резонансной схемы приемника, R_s представляет собой потери приемника мощности, а k_op представляет собой связь между индукторами передатчика и приемника. Z_L представляет собой нагрузку комплексного значения, питаемую сигналом передачи мощности (и может включать в себя как некоторые внутренние схемы приемника мощности, так и внешнюю нагрузку).

Фиг. 6 иллюстрирует значения параметров, соответствующие профилю (15 Вт) увеличенной мощности стандарта Qi. Ограничения на рабочую точку передатчика мощности показываются ниже таблицы.

В частности, передатчик мощности:

- допускается работать только на частотах выше резонансных пиковых значений в функции передающей системы;

- имеет предел тока 3 А (среднеквадратичное значение);

- не допускается потреблять более 24 Вт (среднеарифметическое значение) от источника мощности; а также

- должен установить предел напряжения на своем резонансном конденсаторе до 120 В (среднеквадратичное значение).

Фиг. 7 и 8 иллюстрируют полное рабочее пространство системы, изображенной на фиг. 5 и 6 при коэффициенте связи k_op=0,560, 0,448, 0,336, 0,224 и 0,122.

Фиг. 7 иллюстрирует входную мощность, которая соответствует мощности, подаваемой в резонансную схему (и, т.о., мощности сигнала возбуждения) устройством возбуждения, в зависимости от тока через катушку 103 передатчика. Фиг. 7 показывает зависимость для различных коэффициентов связи между мощностью сигнала возбуждения и током катушки, когда нагружение сигнала передачи мощности меняется. Как можно видеть, чем ниже коэффициент связи, тем выше ток катушки, который требуется для обеспечения заданной мощности. Это отражает то, что для более низких коэффициентов связи, требуется повышенная напряженность магнитного поля для того, чтобы приемник мощности извлекал требуемую мощность. Напряженность магнитного поля задается током катушки и, следовательно, для более сильного магнитного поля требуется более высокий ток катушки. Диаграммы конкретно иллюстрируют отношение между мощностью сигнала возбуждения и током катушки передатчика после того, как управление мощностью подстроено к конкретной нагрузке, предоставленной приемником мощности.

В данном примере мощность сигнала возбуждения ограничивается максимальным значением 24 Вт, а ток катушки (и, следовательно, ток сигнала возбуждения) ограничивается максимальным значением 3 А (как показано на фиг. 7).

Фиг. 8 иллюстрирует соответствующее напряжение нагрузки приемника мощности в зависимости от тока нагрузки для различных связей. Различные кривые иллюстрируют максимальные значения, которые могут быть достигнуты для различных связей в пределах ограничений, указанных на фиг. 7, т.е. кривые показывают максимальные значения, которые могут быть достигнуты, прежде чем достигаются пределы либо мощности, либо тока. Соответственно, кривые устанавливают границы возможных рабочих точек, которые могут быть достигнуты для различных значений связи.

Таким образом, все точки внутри контура конкретной кривой достижимы для системы при соответствующей связи. Точка 801 указывает предполагаемую для использования рабочую точку приемника мощности в конкретном примере. Система может достигать предполагаемой для использования рабочей точки при коэффициентах связи, примерно, до k_op=0,336 (предполагается, что коэффициент связи k_op=0,56 максимально возможный, учитывая конкретную физическую реализацию). Этот диапазон может быть рассмотрен для предоставления пользователю с достаточным допуском позиционирования. Можно также видеть, что система может потенциально работать с напряжением нагрузки значительно выше u_L=30 В, если импеданс нагрузки выше Z_L=50 Ом. Это возможное высокое напряжение может быть проблематичным, поскольку большинство схем проектируются на максимальное напряжение, которое предпочтительно не превышает обычно 20 В во всех возможных обстоятельствах.

Следует отметить, что надписи рисунков показываются связанными с верхними границами кривых. Однако следует отметить, что они являются частью полностью замкнутых контуров, представляющих собой доступные состояния/рабочие точки для конкретных коэффициентов связи. Таким образом, контуры, определяющие возможные рабочие точки для данной связи, также включают в себя пределы мощности и тока, изображенные на фиг. 7, а также иллюстрируемые нижние границы (соответствующие, например, кривым в нижнем правом углу фиг.7 и близко к (0,0) для фиг. 8. Однако, поскольку они очень тесно друг к другу и не отличаются существенно для различных связей, отдельные подписи для ясности, не включаются в диаграммы. Кроме того, последующие комментарии, описание и основные принципы применяются к влиянию более высоких границ и пределов для рабочей точки, и поэтому рассмотрение нижних границ не является существенным.

Фиг. 9 и 10 иллюстрируют примеры того, как сигналы могут изменяться, когда системы управляют рабочими параметрами в направлении целевой рабочей точки 801 для различных значений связи.

После фаз инициализации протокола передачи мощности, приемник мощности сначала управляет своим напряжением до уровня (u_s=12,6 В) чуть выше его предполагаемого для использования рабочего напряжения (u_s=12,0 В). Это делается при относительно высоком импедансе нагрузки (800 Ом), и, соответственно, ток нагрузки очень низкий. Однако в течении этой первой фазы ток катушки передатчика мощности все еще относительно значительный и увеличивается при уменьшении связи. Например, как можно видеть на фиг. 9, ток катушки для связи 0,56 составляет около 0,6 А, а для k_op=0,224 он почти 2,4 А. Действительно, для k_op=0,112 ток должен быть больше 3A для того, чтобы напряжение приемника мощности достигало 12,6 В, и, таким образом, даже эта рабочая точка не может быть достигнута для этого значения связи.

Далее, приемник мощности подключает свою нагрузку, что приводит к скачку нагрузки от Z_L=800 Ω до Z_L=8 Ω. Этот значительный скачок нагрузки вызывает падение напряжения в приемнике мощности. Полученная мгновенная (промежуточная) рабочая точка зависит от связи. Действительно, как проиллюстрировано на фиг. 10, для k_op=0,56, напряжение падает примерно до 6 В, а ток нагрузки увеличивается примерно до 0,75 А. Для k_op=0,224, напряжение падает примерно до 10 В, а ток нагрузки увеличивается примерно до 1,2 А. На стороне передатчика мощности ток катушки и мощность сигнала возбуждения соответственно возрастают. Например. для k_op=0,56 входная мощность увеличивается, примерно, до 5 Вт, а ток катушки увеличивается, примерно, до 1,2 А. Для k_op=0,224 входная мощность увеличивается, примерно, до 13 Вт, а ток катушки увеличивается до 3А, где он ограничивается.

Затем система приступает к выполнению управления мощностью. В частности, приемник мощности непрерывно запрашивает, чтобы мощность была увеличена для достижения требуемой рабочей точки 801. На фиг. 10 это соответствует рабочей точке, движущейся вверх по линейному пути, соответствующему резистору 8 Ом, до тех пор, пока не будет достигнута рабочая точка 801 при 12 В, 1,5 А. На стороне передатчика мощности это приводит к увеличению входной мощности и тока катушки до тех пор, пока не будет достигнута рабочая точка. Это возможно только для трех самых высоких коэффициентов связи, поскольку для нижних коэффициентов связи применяются ограничения. Входная мощность - конечная/управляемая мощность, в передатчике мощности, практически одинакова для трех основных коэффициентов связи (около 20 Вт за вычетом имеющихся потерь мощности в резисторах, показывающих другие потери). Однако ток катушки отличается для разных связей. В частности, он составляет около 2,2 А для k_op=0,56 и 2,8 А для k_op=0,336.

На чертежах используются следующие надписи:

Звезда: начальная рабочая точка.

Квадрат: конечная рабочая точка после попытки достичь цели.

Ромб: рабочая точка после перехода к максимальной связи от значения, указанного в надписи.

Круг: рабочая точка после перехода к нулевой связи от значения, указанного в надписи.

Фиг. 11 показывает эффект в мгновенной рабочей точке, если место связи внезапно изменяется. В частности, фиг. 11 показывает изменение в рабочей точки, если связь внезапно изменяется с текущего уровня связи на максимальную связь k_op=0,56 прежде, чем нагрузка увеличилась (т.е. когда импеданс нагрузки все еще составляет 800 Ом и до того, как он упал до Z_L=8 Ом). Как и ожидалось, данное изменение наиболее значительно для наибольшего скачка в связи, т.е. для начальной связи k_op=0,112, где большой ток (на пределе 3 A) приводит к большому магнитному полю и, следовательно, к высокому индуцированному напряжению. Действительно, как можно видеть, получается перенапряжение более чем на 35 В, что приводит к потенциальному повреждению.

Соответственно, как можно видеть, система подвергается возможным перенапряжениям из-за увеличения тока катушки, требуемого при более низких коэффициентах связи. Эта проблема обычно не может быть просто преодолена путем уменьшения максимальных пределов, поскольку это, как правило, не будет в достаточной степени уменьшать перенапряжения без того, чтобы доступный рабочий диапазон не ограничивался более чем это приемлемо (и, таким образом, будет непосредственно уменьшаться количество мощности, по сравнению с тем, которое может быть передано). Действительно, фиг. 12 иллюстрирует эффект от уменьшения предела тока катушки от 3 А до 2,25 А. Как можно видеть, это может по-прежнему вызывать перенапряжение до 30 В. Кроме того, анализ и моделирование показывают, что требуемая рабочая точка 12 В, 1,5 А может быть удержана только для максимальной связи k_op=0,56, если ограничение тока уменьшается таким способом. Таким образом, ограничение предела тока до 2,25 А не предотвращает перенапряжения, но препятствует достижению требуемой рабочей точки с помощью чего-либо, кроме как с помощью оптимального положения приемника мощности. Уменьшение тока дальше, для снижения перенапряжения, сделает невозможным достижение требуемой рабочей точки.

Однако дополнительно было установлено, что перенапряжение меньше при полной нагрузке, то есть с импедансом нагрузки Z_L=8 Ом. Это проиллюстрировано точкой 1001 на фиг. 10, показывающем максимальное отклонение от требуемой рабочей точки 801, которая возникает из-за внезапного изменения в связи от самого низкого значения до самого высокого значения. Как можно видеть, временное увеличение напряжения является относительно низким, и действительно максимальное напряжение ниже 20 В, и, таким образом, условие перенапряжения можно избежать.

Фиг. 13 иллюстрирует элементы передатчика 101 мощности более подробно. Передатчик 101 мощности содержит функциональные возможности, которые могут обеспечивать улучшенное регулирование мощности, и которые могут особым образом, во многих вариантах работы и приборах уменьшать или даже предотвращать риск возникновения неприемлемых условий перенапряжения.

В данном примере, передатчик 101 мощности содержит индуктивный импеданс, который в конкретном примере непосредственно соответствует катушке 103 передатчика. Однако понятно, что в других вариантах осуществления индуктивный импеданс может быть любым, например, одним одинопортовым/двухконтактным элементом, который имеет по меньшей мере частичный индуктивный импеданс, то есть который имеет компоненту индуктивного реактивного сопротивления или, другими словами, который имеет комплексный импеданс с положительной мнимой частью. Таким образом, катушку 103 передатчика, изображенную на фиг. 13, можно, в общем, считать представляющей собой индуктивный импеданс, являющейся линейной двухконтактной схемой или (эквивалентным) компонентом, для которого напряжение на контактах по меньшей мере частично зависит от производной тока через компонент/схему. В дальнейшем индуктивный импеданс для краткости будет обозначаться, посредством ссылки на конкретный пример, где он является тем же, что и катушка 103 передатчика.

Катушка 103 передатчика дополнительно соединена с емкостным импедансом, который вместе с катушкой 103 передатчика (индуктивным импедансом) образует резонансную схему и, в частности, последовательную резонансную схему. В конкретном примере емкостный импеданс соответствует непосредственно единственному конденсатору резонансной схемы (обозначенному как конденсатор 1301 передатчика), однако понятно, что в других вариантах осуществления емкостной импеданс может быть любым, например, одним однопортовым/двухконтактным элементом, который имеет по меньшей мере частичный емкостный импеданс, то есть который имеет компоненту емкостного реактивного сопротивления, или, другими словами, который имеет комплексный импеданс с отрицательной мнимой частью. Таким образом, в общем, конденсатор 1301 передатчика может считаться представляющим емкостной импеданс, который может быть линейной двухконтактной схемой или (эквивалентным) компонентом, для которого ток через схему/компонент на контактах по меньшей мере частично зависит от производной напряжения на контактах.

Понятно, что в большинстве вариантов осуществления резистивная часть индуктивных и емкостных импендансов обычно намного меньше, и часто пренебрежимо мала, по сравнению с компонентом реактивного сопротивления. Это гарантирует, что колебания являются относительно незатухающими, то есть это будет обеспечивать относительно высокое Q для резонансной схемы.

Для ясности и краткости в последующем описании основное внимание уделяется индуктивному импедансу, являющемуся (идеальным) индуктором, и, в частности, являющемуся катушкой 103 передатчика, изображенной на фиг. 1 и 2, и емкостному импедансу, являющемуся идеальным конденсатором, а именно конденсатором 1301 передатчика. Однако понятно, что любая ссылка на катушку 103 передатчика может по мере необходимости заменяться ссылкой на индуктивный импеданс или реактивное сопротивление, и что любая ссылка на конденсатор 1301 передатчика может, по мере необходимости, заменяться ссылкой на емкостный импеданс или реактивное сопротивление. Для краткости пара элементов - катушка 103 передатчика и конденсатор 1301 передатчика также будут называться резонансными компонентами.

Катушка 103 передатчика и конденсатор 1301 передатчика связываются/соединяются вместе в резонансной конфигурации. В этом примере, катушка 103 передатчика и конденсатор 1301 передатчика связываются в последовательную резонансную цепь, однако понятно, что в других вариантах осуществления они могут быть связаны в конфигурации параллельной резонансной цепи.

Резонансная схема, образованная катушкой 103 передатчика и конденсатором 1301 передатчика, соединена с устройством 1303 возбуждения, которое может иметь выходной каскад тот, что описывается со ссылкой на фиг. 3 и 4 (и который соответствует устройству 201 возбуждения, изображенному на фиг. 2). Таким образом, устройство 1303 возбуждения формирует сигнал возбуждения, который возбуждает резонансную схему и который особым образом индуцирует колебания в резонансной схеме. Сигнал возбуждения представляет собой сигнал мощности, который снабжает мощностью резонансную схему. Таким образом, сигнал возбуждения обеспечивает напряжение и ток для резонансной схемы. Ток сигнала возбуждения (ток возбуждения) является в конкретном примере таким же, как ток резонансной схемы, и как ток через катушку 103 передатчика (и конденсатор 1301 передатчика). Напряжение сигнала возбуждения (напряжение возбуждение) прикладывается на конденсатор 1301 передатчика и катушку 103 передатчика. Хотя нижеследующее описание относится к последовательной резонансной схеме, понятно, что описанные принципы могут также применяться к параллельной резонансной схеме (имея в виду их эквивалентность и особенно взаимодополняющую природу напряжений и токов для последовательных и параллельных резонансных схем).

Мощность сигнала возбуждения является в примере, изображенном на фиг. 13, где резонансные компоненты считаются идеальными, такой же, как мощность сигнала передачи мощности, и равна мощности, извлекаемой из сигнала передачи мощности. В практических случаях некоторое количество мощности, обеспечиваемой сигналом возбуждения, будет рассеиваться как потери, представленные сопротивлением R_p потерь, изображенным на фиг. 5. Таким образом, на практике мощность сигнала возбуждения может быть немного выше, чем мощность, извлекаемая из сигнала передачи мощности.

Мощность, извлекаемая из сигнала передачи мощности, может состоять из различных паразитных потерь, таких как потери, возникающие в результате индукции вихревых токов в металлических деталях, присутствующих в магнитном поле, формируемом катушкой 103 передатчика. Такие потери, включая различные паразитные потери в приемнике 105 мощности, представляются сопротивлением R_s потерь, изображенным на фиг. 5. Эти потери, однако, как правило, малы, по сравнению с максимальным нагружением, создаваемым целевой нагрузкой приемника мощности, то есть нагружением предполагаемой для использования целевой нагрузки для передачи мощности.

Передатчик 101 мощности дополнительно содержит приемник 1305 сообщений, который выполнен с возможностью приёма сообщения от приемника 105 мощности. Эти сообщения могут быть особенным образом приняты посредством модуляции нагрузки, как это известно специалисту в данной области техники. Приемник 1305 сообщений может быть особенным образом выполнен так, чтобы принимать сообщения о погрешности управления мощностью, показывающие запрашивает ли приемник 110 мощности повышенный, пониженный или неизмененный уровень мощности сигнала передачи мощности.

Приемник 1303 сообщений соединён с контроллером 1307 контура мощности, который далее соединён с устройством 1303 возбуждения. Контроллер 1307 контура мощности выполнен с возможностью подстройки мощности сигнала возбуждения в ответ на сообщения (погрешности) управления мощностью, принятые от приемника 105 мощности. Таким образом, контроллер 1307 контура мощности выполняет работу контура управления мощностью, которая позволяет динамически управлять мощностью сигнала передачи мощности в течении, в частности, фазы передачи мощности.

Управление мощностью сигнала передачи мощности осуществляется путем управления мощностью сигнала возбуждения и, следовательно, мощностью, подаваемой в резонансную схему. Таким образом, контроллер 1307 контура мощности управляет устройством 1303 возбуждения для подстройки мощности сигнала возбуждения.

Как упоминалось ранее, это управление может, например, осуществляться непосредственно путем регулирования компонентом напряжения или тока сигнала возбуждения, но часто достигается путем регулирования рабочего цикла или частоты сигнала возбуждения (т.е. чем дальше частота сигнала возбуждения от резонансной частоты, тем ниже будет мощность).

Контроллер 1307 контура мощности дополнительно выполнен с возможностью установления предела рабочего диапазона передатчика 101 мощности для обеспечения надежной и безопасной работы, а более конкретно, контроллер 1307 контура мощности может пытаться предотвратить, например, чрезмерные значения сигналов, которые могли бы потенциально повредить компоненты.

В частности, контроллер 1307 контура мощности выполнен с возможностью управления сигналом возбуждения при условии ограничения так, чтобы ток и/или напряжение резонансной схемы, а также мощность сигнала возбуждения были ниже максимального предела. В вариантах работы, где и ток и/или напряжение, и мощность ограничиваются, максимальный предел может, конечно, содержать несколько разных пределов (например, один является максимальным пределом мощности, а другой является максимальным пределом тока). Таким образом, контроллер 1307 контура мощности выполнен с возможностью управления мощностью сигнала возбуждения с учетом по меньшей мере одного из ограничений, что ток и/или напряжение резонансной схемы находятся ниже максимального предела тока, и ограничения того, что мощность сигнала возбуждения находится ниже максимального предела мощности. В дальнейшем термин «максимальный предел» будет использоваться для обозначения как максимального предела (пределов) тока/напряжения (для ограничения тока), так и максимального предела мощности (для ограничения мощности), по мере необходимости. Таким образом, указание на то, что максимальный предел может быть подстроен, может считаться относящимся к максимальному пределу тока при ограничении тока, и относящимся к максимальному пределу мощности при ограничении мощности.

Последующее описание будет сфокусировано на вариантах осуществления, в которых ограничиваются как мощность, так и ток, однако понятно, что это не является существенным для описанных принципов. Кроме того, варианты осуществления будут сосредоточены в вариантах осуществления, в которых ток резонансной схемы ограничивается/устанавливается в пределах, тогда как никакой конкретный предел не определяется и не применяется к какому-либо напряжению резонансной схемы. Однако понятно, что описанный принцип также может быть применен к пределам напряжения (альтернативно, или дополнительно к пределу (пределам) тока/мощности).

Предел мощности и/или тока может быть достигнут разными способами в разных вариантах осуществления. В некоторых вариантах осуществления устройство 1303 возбуждения может, например, содержат ограничитель тока, который управляется контроллером 1307 контура мощности. В других вариантах осуществления передатчик 101 мощности может, например, реализовывать быстрый внутренний контур управления. Например, ток через катушку 103 передатчика может непрерывно наблюдаться, и если он будет превышать максимальный предел тока, контроллер 1307 контура мощности может сразу отрегулировать устройство 1303 возбуждения в целях изменения амплитуды/частоты/рабочего цикла сигнала возбуждения, для уменьшения тока, чтобы он был ниже максимального предела тока. В некоторых вариантах осуществления система может реализовать внешний контур управления мощностью, который управляет рабочей точкой передачи мощности с помощью более быстрого внутреннего контура управления, принудительно устанавливая максимальные пределы.

Передатчик 101 мощности дополнительно содержит устройство 1309 подстройки, которое выполнено с возможностью подстройки максимального предела в ответ на показание нагрузки, показывающее нагружение сигнала передачи мощности приемником мощности. Таким образом, в передатчике 101 мощности, изображенном на фиг. 13, пределы, налагаемые на управление мощностью, а более конкретно, максимальные значения или пределы не являются фиксированными, а динамически подстраиваются для отражения изменений в нагружении, обеспечиваемом приемником 105 мощности. Таким образом, в системе, изображенной на фиг. 13 реализовывается ограничитель, который применяет переменный предел либо к мощности сигнала возбуждения, либо к току резонансной схемы, либо, возможно, к обоим.

Такой способ во многих вариантах работы и приборах может решить проблему перенапряжений при более высоких уровнях мощности. Способ может отражать понимание того, что условие перенапряжения часто может возникать, если пользователь перемещает приемник мощности в более выгодное положение (более высокая связь), в то время как передатчик мощности работает с высоким током катушки (и, следовательно, формирует сильное магнитное поле) но при этом, несмотря на высокий ток, передатчик мощности поставляет лишь небольшое количество мощности.

Таким образом, система может особым образом определять и предотвращать варианты работы, в которых ток высок, в то время как мощность низкая. Хотя таких вариантов работ можно избежать, например, имея фиксированный предел максимального тока, такой фиксированный предел обычно ограничивает рабочий диапазон неприемлемо и более конкретно, не позволяет достичь более высоких уровней мощности. Например, это может препятствовать расширению спецификаций стандарта Qi до более высоких уровней мощности. Однако в некоторых вариантах осуществления передатчик 101 мощности, изображенный на фиг. 13, может применять максимальное значение тока, т.е. предел тока, который зависит от поставляемой мощности.

Например, максимальное значение/предел тока для тока через катушку 103 передатчика, который в примере, изображенном на фиг. 13 является таким же, что и ток, поставляемый устройством 1303 возбуждения (то есть ток возбуждения), может быть ограничен максимальным значением, которое зависит от мощности сигнала возбуждения. Предел тока (максимальный предел тока) может быть уменьшен до низкого уровня для низкой мощности потребления, соответствующей низкому нагружению приемником 105 мощности. Это гарантирует то, что магнитное поле поддерживается относительно небольшим (что не является проблемой, поскольку нагружение приемника мощности низкое). Соответственно, если пользователь перемещает приемник мощности, тем самым внезапно увеличивая связь, индуцированное напряжение будет по-прежнему удерживаться на более низких уровнях и условие перенапряжения может быть предотвращено. Однако, если мощность возрастает, предел тока также может быть увеличен, и, таким образом, допускается более высокая напряженность магнитного поля. Это позволяет поддерживать рабочие точки с более высоким уровнем мощности и отражать повышенное нагружение приемника мощности. Кроме того, если связь внезапно улучшается, например, когда пользователь перемещает приемник мощности из субоптимального положения, увеличенное нагружение приемника мощности приводит к значительному снижению скачка напряжения.

Таким образом, во многих вариантах осуществления передатчик мощности может устанавливать предел для тока катушки в зависимости от величины мощности, которую он поставляет, где предел ниже, если величина мощности потребления ниже. Таким образом, максимальный предел тока может быть определен как монотонно возрастающая функция мощности сигнала возбуждения (и, следовательно, мощности, подаваемой в резонансную схему).

Этот процесс может быть дополнительно проиллюстрирован на фиг. 14, 15 и 16, которые соответствуют фиг. 7-12, но с переменным пределом тока, который зависит от мощности сигнала возбуждения, а более конкретно с пределом тока, имеющим линейную зависимость от мощности сигнала возбуждения.

В этом примере контроллер 1307 контура мощности гарантирует, что сигнал возбуждения обеспечивает минимальное количество мощности для токов выше I_p=1,5 А, т.е. предел тока для поставляемой нулевой мощности устанавливается на I_p=1,5 А. При увеличении мощности предел тока также увеличивается линейно. Предел тока линейно масштабируется от 1,5 А при минимальной мощности, до 3 А при максимальной мощности 24 Вт, т.е. с наклоном около 62,5 мА/Вт. Это иллюстрируется на фиг. 14. Полученные рабочие диапазоны для различных связей показываются на фиг. 15. Фиг. 16 иллюстрирует перенапряжения, которые могут возникать, когда связь внезапно изменяется с нижнего уровня до максимальной связи k_op=0,56.

Как можно видеть, проблема возможного перенапряжения значительно уменьшается при импедансе Z_L=800 Ом. Анализ (и, в частности, моделирование) также показывает, что увеличение напряжения при более высоких токах и мощности все еще остается низким, и действительно, максимальное напряжение (для скачка от самой низкой до самой высокой связи) составляет всего около 13 В. Таким образом, в этом случае напряжение не поднимается выше 20 В, и не случается никакого условия перенапряжения. Точное превышение и максимальное напряжение могут, конечно, зависеть от различных характеристик, включая, в частности, скорость регулирования тока передатчика мощности.

Однако, хотя линейная зависимость между пределом тока и мощностью может во многих случаях обеспечить выигрышные рабочие характеристики, она может, в некоторых вариантах работы, быть не оптимальной. Например, в конкретном примере максимальное напряжение все еще достигает около 22 В, что выше предпочтительного предела 20 В. Кроме того, при импедансе нагрузки чуть более Z_L=50 Ом, рабочее пространство на приемнике мощности все еще достигает пика на уровне напряжения u_L > 35 В. Одним из способов ослабить это, является проектирование системы таким образом, чтобы коэффициент связи никогда не мог превышать, например, k_op=0,336 (ссылка на фиг. 15). Однако, если выбирается такой способ, предполагаемая для использования рабочая точка приемника мощности должна быть также отрегулирована, поскольку доступный рабочий диапазон существенно ограничивается. Другая проблема, связанная с этим способом заключается в том, что это существенно снижает допуск на точность позиционирования: если коэффициент связи уменьшается с k_op=0,336 до k_op=0,224, система даже не сможет передавать мощность 5 Вт. Соответственно, линейная зависимость между входной мощностью и пределом тока катушки не может быть идеальной для всех вариантов работы.

В некоторых вариантах осуществления может быть предпочтительным использовать нелинейную зависимость. Например, фиг. 17-19 соответствуют фиг. 14-16, но с использованием полиномиального отношения второго порядка между входной мощностью и пределом тока катушки.

В передатчике 101 мощности, изображенном на фиг. 13, максимальное значение для тока резонансной схемы определяется, таким образом, в зависимости от показания нагрузки, отражающая нагружение сигнала передачи мощности приемником мощности.

Показание нагрузки может быть конкретно определено, посредством учета мощности, подаваемой в резонансную схему, то есть мощности сигнала возбуждения. Устройство 1303 возбуждения может конкретно определять показание мощности, которое показывает мощность сигнала возбуждения. Это может быть, например, определено путем прямого измерения, например, тока и напряжений сигнала возбуждения, с последующим вычислением мгновенной мощности. Затем это может быть пропущено через вильтр низких частот и, например, может быть определено среднеквадратичное значение мощности.

Однако во многих вариантах осуществления мощность может быть определена как входная мощность для устройства 1303 возбуждения. Это может во многих вариантах осуществления быть более простым и вызывать меньше сложности. Действительно, входное напряжение для устройства 1303 возбуждения часто является напряжением постоянного тока, и, следовательно, мощность может быть определена непосредственно из входного тока в устройство 1303 возбуждения. Поскольку потери в устройстве 1303 возбуждения обычно относительно низкие, по сравнению с мощностью сигнала возбуждения, входная мощность для устройства 1303 возбуждения имеет свойство быть точной мерой мощности сигнала возбуждения и, следовательно, мощности, извлеченной из сигнала передачи мощности. Это является, соответственно, также показанием мощности, извлекаемой из сигнала передачи мощности приемником 105 мощности и, таким образом, нагружения приемника 105 мощности.

Показание нагрузки может, соответственно, быть сформировано на основании показания мощности для сигнала возбуждения, то есть оно может быть сформировано из входной мощности для устройства 1303 возбуждения. Например, потери в устройстве 1303 возбуждения и резонансной схеме могут быть оценены и вычтены из измеренной входной мощности, чтобы формировать оценку мощности сигнала передачи мощности, которая может быть использована в качестве показания нагрузки для приемника мощности. В других вариантах осуществления определенная входная мощность может непосредственно использоваться в качестве показания нагрузки.

В этом примере устройство 1303 возбуждения выполнено с возможностью ограничения/установления предела тока сигнала возбуждения, и поскольку он такой же, как и ток катушки передатчика, оно также по своей сути ограничивает/устанавливает пределы тока катушки передатчика. В некоторых вариантах осуществления ток сигнала возбуждения и ток катушки передатчика могут быть не идентичными (например, если имеются компоненты параллельные катушке 103 передатчика). В таких вариантах работы передатчик 101 мощности может особым образом устанавливать предел для тока катушки передатчика, например, посредством ограничителя тока, последовательно соединенного с катушкой 103 передатчика. В некоторых вариантах осуществления ветвь катушки передатчика может содержать в себе устройство считывания тока для измерения тока катушки передатчика, а сигнал возбуждения может управляться таким образом, чтобы этот измеряемый ток не превышал максимального значения тока.

В конкретном примере устройство 1309 подстройки определяет максимальный предел как монотонно возрастающую функцию нагружения, показанного показанием нагрузки, и, в частности, показанием мощности (например, оно зависит от мощности сигнала возбуждения/тока/ напряжения). Точнее, максимальный предел тока может быть определен как монотонно возрастающая функция мощности сигнала возбуждения, например, как расчитанный по входной мощности устройства возбуждения. Это может уменьшить условия перенапряжения, одновременно все еще позволяя системе поддерживать рабочие точки при более высоких уровнях мощности.

В некоторых вариантах осуществления, функция может быть линейной функцией, но, как описано выше, выгодная работа может, во многих вариантах работы, быть достигнута с использованием нелинейной функции.

В некоторых вариантах осуществления устройство 1309 подстройки выполняется с возможностью увеличения максимального предела выше первого порогового значения, только если показание нагрузки показывает, что мощность сигнала возбуждения находится ниже второго порогового значения. Например, в примере, изображенном на фиг. 14, устройство 1309 подстройки выполнено только с возможностью увеличения предела тока выше порогового значения 1,5 А, если мощность сигнала возбуждения увеличивается выше порогового значения 0 Вт. Понятно, что в других вариантах осуществления могут быть включен другой или даже более пороговых значений. Например, предел тока может быть только увеличен выше, скажем, чем 2 A, если мощность сигнала возбуждения увеличивается выше, скажем, чем 7 Вт. Понятно, что точные значения могут зависеть от предпочтений и требований отдельного варианта осуществления. В частности, они могут зависеть от различных электрических особенностей передатчика мощности и приемника мощности, а также от предполагаемых для использования рабочих диапазонов.

Во многих вариантах осуществления устройство подстройки выполнено с возможностью определения максимального предела в зависимости от (тока) нагружения сигнала передачи мощности. Устройство подстройки может быть выполнено таким образом, чтобы определять максимальный предел в зависимости от (показания нагрузки).

В некоторых вариантах осуществления максимальный предел может быть определен как значение, превышающее нагружение сигнала передачи мощности, с помощью границы, которая, например, может быть определена в зависимости от показания нагружения/нагрузки. Например, максимальный предел может быть определен, чтобы превышать нагружение сигнала передачи мощности на заданное абсолютное или относительное смещение (например, максимальный предел может превышать нагружение по току на заданный процент от нагружения по току).

Вышеприведенные примеры были сфокусированы на варианте работы, в котором предел тока был подстроен на основании показания нагрузки. Однако, как описано, в некоторых вариантах осуществления, устройство 1309 подстройки может в качестве альтернативы или дополнения быть выполнено с возможностью подстройки максимального предела мощности на основании испытываемых в данный момент условий нагрузки. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления контур управления мощностью, который работает, например, в течении фазы передачи мощности, может быть выполнен с возможностью приведения системы в ее требуемую рабочую точку с учетом того, что максимальная мощность сигнала возбуждения, не превышает предела, который динамически подстраивается на основании показания нагрузки, которое отражает нагружение сигнала передачи мощности приемником мощности.

Подстройка и изменение предела могут обычно быть медленнее, чем скорость, с которой происходят изменения в нагрузке. Например, система может работать в требуемой рабочей точке 12 В и 1,5 А, т.е. при нагрузке 18 Вт. В ответ, устройство 1309 подстройки может ограничить мощность сигнала возбуждения, к примеру, 20 Вт. В случае, когда пользователь в данный момент перемещает приемник мощности, что приводит к внезапному увеличению связи между передатчиком мощности и приемником мощности, это может привести к увеличению напряжения, индуцированного на приемнике мощности. Однако это увеличенное напряжение может привести к увеличенному току в импедансе нагрузки (например, если она питается непосредственно от индуцированного напряжения) и, следовательно, к увеличенной мощности потребления приемником мощности. Таким образом, нагружение сигнала передачи мощности внезапно увеличивается, но поскольку подстройка предела обычно является относительно медленной, предел будет (по меньшей мере в данный момент) оставаться на уровне 20 Вт. Таким образом, мощность, доступная для приемника мощности, ограничивается максимальным пределом, и, соответственно, мощность может увеличиваться только на определенную величину. Таким образом, начальное перенапряжение будет ограничено низким уровнем. Кроме того, управление мощностью будет относительно быстро подстраиваться к более высокой связи и восстанавливать требуемую передачу мощности в рабочей точке 12 В и 1,5 А, и, таким образом, система будет подстраиваться к требуемой рабочей точке только с относительно низким выбросом в напряжении приемника мощности.

Однако, если вместо этого требуемая рабочая точка была при 12 В и 0,1 А, что соответствует передаче мощности 1,2 Вт, предел мощности 20 Вт привел бы к потенциально большому перенапряжению и току, формируемому в приемнике мощности. Действительно, мощность могла бы временно (до тех пор, пока не будет исправлена контуром управления мощностью) увеличиться более чем в 16 раз, тем самым вызывая кратковременный выброс напряжения более чем 50 В (для постоянной резистивной нагрузки, питаемой непосредственно от индуцированного напряжения).

Однако в данном случае предел мощности мог бы быть отрегулирован с учетом нижней рабочей точки. Например, устройство 1309 подстройки может подстроить требуемый предел мощности, например, 1,8 W. В этом случае выброс перенапряжения составляет менее, чем 15 В. Затем он будет отрегулирован обратно к рабочей точке 12 В, 0,1 А контуром управления мощностью.

Таким образом, предел мощности может быть динамически подстроен, что приводит к уменьшению выброса перенапряжения, потенциально возникающего из-за внезапного изменения коэффициента связи.

Понятно, что разное управление и регулирование могут работать с разными постоянными времени во многих вариантах осуществления. Например, во многих вариантах осуществления подстройка максимального предела может быть существенно медленнее, чем подстройка контура управления мощностью. Действительно, во многих вариантах осуществления постоянная времени подстройки контура управления мощностью может быть по меньшей мере в пять или десять раз медленнее (быстрее), чем постоянная времени регулирования/подстройки максимального предела в ответ на показание нагрузки. Более медленная реакция может, например, быть вызвана показанием нагрузки, определяемым с большим усреднением или пропусканием через фильтр нижних частот, чем это применяется в контуре управления мощностью.

Кроме того, принудительная установка максимального предела может осуществляться посредством быстрого внутреннего контура в передатчике мощности. Постоянная времени установления предела обычно может быть по меньшей мере в пять или десять раз медленнее (быстрее), чем постоянная времени регулирования контура управления мощностью.

Однако понятно, что это не всегда так. Например, в примере, где ток ограничивается значением, зависящим от мощности сигнала возбуждения, подстройка может, в некоторых вариантах осуществления, иметь соответствующую постоянную времени или даже более низкую постоянную времени, чем для работы контура управления мощностью.

Скорость обновления максимального предела может во многих вариантах осуществления быть выше 0,1 Гц; 1,0 Гц или даже 10 Гц.

Таким образом, подстройка максимального предела может происходить в течении фазы передачи мощности, а более конкретно, в течение времени, когда процесс управления мощностью, основанный на сообщениях управления мощностью, является активным (и конкретно в моменты, когда ограничения не активны).

В некоторых вариантах осуществления/вариантах работы принятые сообщения управления мощностью могут приводить к изменению в мощности сигнала передачи мощности (и в мощности, извлекаемой приемником мощности). Показание нагрузки может изменяться в результате изменения мощности, и, таким образом, принятые сообщения управления мощностью могут приводить к изменению в показании нагрузки и, следовательно, изменению в максимальном пределе. В частности, контроллер контура мощности может быть выполнен с возможностью подстройки мощности сигнала возбуждения в ответ на сообщения управления мощностью, и устройство подстройки может быть выполнено с возможностью подстройки максимального предела в ответ на сообщения управления мощностью (либо непосредственно, либо посредством изменения в мощности сигнала возбуждения).

В ранее описанных примерах, показание нагрузки определяется передатчиком мощности на основании характерных особенностей, определяемых передатчиком мощности. Однако в других вариантах осуществления, показание нагрузки может быть определено на основании данных о нагрузке, которые принимаются от приемника мощности, причем данные о нагрузке показывают нагружение сигнала передачи мощности приемником мощности.

В качестве примера меньшей степени сложности, приемник мощности может регулярно передавать сообщения о значениях нагрузки Z_L, и передатчик мощности может непосредственно использовать это значение в качестве показания нагрузки, т.е. он может непосредственно устанавливать максимальный предел, зависящий от значения нагрузки (например, на основании данных, хранящихся в справочной таблице).

Затем передатчик мощности может подстроить предел тока и/или мощности на основании данных о нагрузке, принятых от приемника мощности. Например, для параметров, показанных на фиг. 6, передатчик мощности может установить предел тока катушки - 1,2 А, при импедансе нагрузки Z_L=800 Ом, и 3 А, при импедансе нагрузки Z_L=10 Ом.

Пример элементов приемника 105 мощности, выполненного с возможностью передачи данных о нагрузке передатчику 101 мощности, проиллюстрирован на фиг. 20. Приемник 105 мощности содержит катушку 107 приемника мощности и конденсатор 2001 приемника, который последовательно соединён для обеспечения приемной резонансной схемы. Приемная резонансная схема соединена с контроллером 2003 приемника мощности, который содержит различные функциональные возможности для работы приемника 105 мощности, включая преобразование напряжения, управление и т.д. Контроллер 2003 приемника мощности дополнительно соединён с внешней нагрузкой 2005, соответствующей нагрузке Z_L. Работа этих элементов может по существу соответствовать работе в обычных приемниках мощности, как известно специалисту в данной области техники. Можно использовать способы, описанные выше со ссылкой на фиг. 1 и 2.

Приемник 105 мощности дополнительно содержит генератор 2007 данных, который выполнен с возможностью формирования данных о нагрузке, отражающих нагружение приемника мощности, и, в частности, во многих вариантах осуществления, непосредственно показывающих значение нагрузки Z_L.

Генератор 2007 данных соединён с передатчиком 2009, который выполнен с возможностью передачи сообщений о нагрузке, содержащих данные о нагрузке, в передатчик мощности. Сообщения, содержащие данные о нагрузке, могут быть переданы таким же способом, как и сообщения о погрешностях управления мощностью, т.е. они могут быть сообщены с использованием модуляции нагрузки, и они могут, например, быть сообщены периодическим образом. Действительно, в некоторых вариантах осуществления данные о нагрузке могут быть добавлены к сообщениям о погрешностях управления мощностью.

В некоторых вариантах осуществления генератор 2007 данных может быть выполнен с возможностью определения нагружения приемника мощности в ответ на измерение тока нагрузки, напряжения нагрузки или, действительно, как тока нагрузки, так и напряжения нагрузки для нагрузки приемника мощности.

Например, контроллер 2003 приемника мощности может содержать функциональные возможности для измерения напряжения на нагрузке 2005 и тока через нагрузку 2005. Эти значения могут быть поданы в генератор 2007 данных, который приступает к вычислению либо мощности (путем умножения значений), либо импеданса (путем деления напряжения на ток), и к передаче этого вычисления в передатчик 2009 для передачи в передатчик 101 мощности.

В других вариантах осуществления генератор 2007 данных может быть выполнен с возможностью передачи напряжения нагрузки и/или тока в передатчик 101 мощности, который затем может приступить к формированию, например, значения мощности или импеданса. Затем эти значения могут быть использованы в качестве показания нагрузки.

Таким образом, в некоторых вариантах осуществления функциональная возможность для вычисления показания нагрузки может находиться в передатчике 101 мощности, тогда как в других вариантах осуществления может находится в приемнике 105 мощности.

Приемник 105 мощности может, например, передавать информацию об импедансе нагрузки Z_L в передатчик 101 мощности, используя пакет данных, структурированный, как показано на фиг. 21 (где значение импеданса представляется в Омах). Альтернативно (или дополнительно) пакет данных, каковой проиллюстрирован на фиг. 22, может быть использован для показания напряжения и тока нагрузки. Значения данных могут быть преобразованы в значения тока и напряжения, используя соотношения:

u_L=Напряжение нагрузки * 2^{Показатель напряжения} в милливольтах.

i_L=Ток нагрузки * 2^{Показатель тока} в миллиамперах.

Бит Ack в этих пакетах данных указывает, запрашивает ли приемник мощности отклик подтверждения от передатчика мощности - 1 (ONE) или нет - 0 (ZERO). Формат пакета данных, показанный на фиг. 21 более короткий, но от приемника мощности требуется вычислить импеданс нагрузки. Пакет данных, изображенный на фиг. 22 перекладывает работу по вычислению импеданса нагрузки с приемника мощности на передатчик мощности.

В некоторых вариантах осуществления передатчик 2009 может быть выполнен с возможностью передачи сообщений о нагрузке в передатчик мощности в ответ на определение того, что изменение в нагрузке приемника мощности удовлетворяет условию оценки нагрузки по изменению мощности. Условие оценки нагрузки по изменению мощности может, например, состоять в том, что нагрузка изменилась более чем на заданную величину от последней нагрузки, которая была зарегистрирована, или может, например, указывать, что нагрузка пересекает пороговое значение. Понятно, что точное условие для того, когда нужно передать сообщения о нагрузке может зависеть от конкретного варианта осуществления.

Сообщение может указывать, что условие соответствует, но может, в некоторых вариантах осуществления, не включать в себя конкретное значение нагрузки. Затем устройство 1309 подстройки может приступить к подстройке максимального предела на основании принятого сообщения. Например, сообщение может просто указывать, что нагрузка изменилась так, что подпадает в другую категорию, и устройство 1309 подстройки может подстроить, например, предел тока, чтобы отразить типовые рабочие характеристики для этой конкретной категории.

Например, приемник мощности может посылать пакет в передатчик мощности, чтобы указать, находится ли нагрузка выше или ниже порогового значения, отражающего то, безопасно ли использовать более высокий предел тока или нет. Например, если приемник мощности не подсоединился к внешней нагрузке, импеданс, рассматривая его катушку, обычно высок, и может легко произойти ситуация с перенапряжением. Однако, если приемник мощности подсоединился к внешней нагрузке, то импеданс, рассматривая его катушку, может быть существенно низким для того, чтобы ситуация с перенапряжением не возникала легко. Данные о нагрузке могут просто указывать, подключается ли внешняя нагрузка или нет, а передатчик 2009 может быть выполнен с возможностью передачи сообщений о нагрузке, когда нагрузка соединяется или разъединяется. Более конкретно, приемник мощности может, например, передавать пакет в передатчик мощности, в обоих случаях - когда импенданс, рассматривая его катушку, падает ниже, например, 15 Ом, и когда этот импеданс увеличивается до уровня выше 15 Ом. Затем передатчик мощности может, например, переключать максимальный предел между двумя заданными значениями в зависимости от того, принимается ли информация, указывающая на то, что нагрузка отсоединяется, или указывает ли она, что нагрузка подсоединяется.

В качестве конкретного примера передатчик мощности может первоначально установить свои пределы тока и мощности на уровни, которые отвечают требованиям для устройства с основным профилем мощности стандарта Qi, соответствующего передатчику, который может передавать до 5 Вт мощности. Для этих пределов система может быть такой, чтобы перенапряжение гарантированно не превышало требуемого значения u_L=20 В. Поскольку передатчик мощности не может обеспечить мощность более, чем около 5 Вт, то приемник мощности может сначала использовать контур управления мощностью для установки промежуточной рабочей точки на уровне мощности, ограниченном основным профилем мощности (т.е. мощностью менее 5 Вт). После того, как он достиг этой промежуточной рабочей точки, приемник мощности может сообщить передатчику мощности, что импеданс нагрузки достиг значения ниже критического порога (например, Z_L < 15 Ом). Передатчик мощности может в ответ на прием данных о нагрузке, указывающих, что импеданс нагрузки ниже порогового значения, подстроить пределы тока и мощности до уровней, которые отвечают требованиям для расширенного профиля мощности стандарта Qi, предоставляющего более высокие уровни мощности. Он может дополнительно, опционально, подтверждать новые приделы для приемника мощности, отправляя отклик Ack. Приемник мощности может следом за этим увеличивать свою потребляемую мощность до предполагаемой для использования рабочей точки.

Если импеданс нагрузки Z_L приемника мощности следом за этим увеличивается, чтобы превысить критический уровень (Z_L > 15 Ом), приемник мощности формирует новое сообщение о нагрузке, указывающее на это, и передает его передатчику мощности. В ответ на прием этого сообщения, передатчик мощности уменьшает пределы обратно до пределов основного профиля мощности.

В некоторых вариантах осуществления вместо того, чтобы просто информировать передатчик мощности, когда порог нагрузки пересекается, приемник мощности может передавать информацию в передатчик мощности, показывающую значение приемлемого порога, а затем приступать к регулярной передаче простых сообщений о нагрузки, указывающих текущую нагрузку. Затем передатчик мощности может сравнивать полученные значения с принятым пороговым значением и устанавливать пределы соответствующим образом. Таким образом, при таком способе, работа по сравниванию передается от приемника мощности к передатчику мощности.

Один раз в каждую секунду или в каждые несколько секунд, зачастую, может быть приемлемой скоростью обновления для информации о нагрузке, передаваемой в передатчик мощности для использования в регулировании пределов. Таким образом, скорость обновления обычно ниже, чем для контура управления мощностью.

В некоторых вариантах осуществления, в которых пределы определяются в ответ на сообщения от приемника мощности, передатчик мощности также может быть выполнен с возможностью автономной подстройки максимального предела (пределов) в ответ на определение изменения в нагружении сигнала передачи мощности/изменении в мощности сигнала возбуждения.

Например, если система работает в требуемой рабочей точке 12 В и 1,5 А, предел мощности может быть установлен, к примеру, 20 Вт а предел тока, к примеру, 3А. Кроме того, устройство 1303 возбуждения может выдавать около 19 Вт (т.е. 1 Вт теряется в паразитных потерях). Приемник мощности может передавать сообщение о нагрузке каждые 2 секунды. Однако устройство 1309 подстройки мощности может непрерывно наблюдать за мощностью сигнала возбуждения, и если эта мощность внезапно падает до, например, 2 Вт, то вполне вероятно, что могло произойти внезапное и существенное изменение в нагружении приемника мощности. Например, пользователь может просто удалить или отключить внешнюю нагрузку приемника мощности.

Однако передатчик мощности не будет проинформирован об этом до тех пор, пока не будет получено следующее сообщение о нагрузке, которого в худшем случае может не быть в течении еще одних 2 секунд. Если пользователь, кроме того, перемещает приемник мощности для увеличения связи, может возникнуть условие перенапряжения, и оно может не быть эффективно ослаблено имеющимися на данный момент высокими пределами. Это может потенциально привести к повреждению, например, электроники приемника мощности.

Однако в этом примере, устройство 1309 подстройки может быстро определить пониженный уровень мощности и немедленно приступить к уменьшению уровней. Например, в момент когда определяется существенное изменение мощности, устройство 1309 подстройки может соответствующим образом отрегулировать уровни. В конкретном примере, устройство 1309 подстройки может, в ответ на определение изменения в мощности сигнала возбуждения, немедленно приступить к уменьшению пределов, например, 3 Вт и 1,5 A. Устройство 1309 подстройки может затем ожидать следующего сообщения о нагрузке (или сообщений о нагрузке), а затем подстроить пределы в ответ на них. Таким образом, в некоторых примерах передатчик мощности может выполнять независимую и очень быструю подстройку пределов.

В качестве еще одного примера, основанного на информации, принятой от приемника мощности, относящейся к напряжению нагрузки и току, могут быть определены соответствующие рабочие параметры для передатчика. Таким образом, зависимость между принятым показанием нагрузки и параметрами передатчика мощности (в частности, характеристиками сигнала возбуждения) может быть установлена в течении нормальной работы. Например, характеристики сигнала возбуждения для нагружения 5 Вт, 10 Вт и 15 Вт могут быть установлены и сохранены в справочной таблице. Кроме того, приемлемые пределы могут быть идентифицированы для разных рабочих точек и сохранены в справочной таблице.

В случае, когда приемник мощности внезапно изменяет свою нагрузку, это изменение может быть определено в передатчике мощности до того, как приемник мощности предоставит какую-либо информацию об данном изменении. В ответ, передатчик мощности может идентифицировать одну из сохраненных рабочих точек, которая считается наиболее близко отражающей обнаруженные, имеющиеся на данный момент условия. Затем он может извлекать сохраненные рабочие значения для этой рабочей точки и применять их, включая сохраненные пределы.

Таким образом, такие способы могут обеспечить точную работу, основанную на информации от приемника мощности, при этом все еще позволяя передатчику мощности очень быстро реагировать на внезапные изменения нагрузки, тем самым уменьшая риск любых условий перенапряжения.

В описанных примерах напряженность магнитного поля и, следовательно, сила сигнала передачи мощности была ограничена пределом. Напряженность магнитного поля напрямую зависит от тока через катушку 103 передатчика, и описание сосредоточено на примерах, в которых ток катушки передатчика был ограничен с использованием подстраиваемого предела.

Установление предела для тока может осуществляться прямо или косвенно. Например, ограничитель тока может быть введен непосредственно последовательно с катушкой передатчика. Более косвенным способом может быть установка предела для тока сигнала возбуждения путем управления рабочими параметрами устройства возбуждения, например, путем управления рабочим циклом, частотой сигнала возбуждения, напряжением выходной схемы устройства возбуждения или входным током устройства возбуждения. В примере, где катушка передатчика находится в последовательном соединениии с конденсатором и устройством возбуждения (то есть резонансная схема представляет собой последовательную резонансную схему, связанную непосредственно с выходом устройства возбуждения и без каких-дибо других параллельных токовых ветвей), ток возбуждения (выходной ток из устройства возбуждения) является таким же как и ток катушки передатчика, и, таким образом, регулирование и установление предела для тока устройства возбуждения также является непосредственным управлением и установлением предела для тока катушки передатчика.

Аналогичным образом, определение тока катушки передатчика для определения того, превышает ли этот ток предел, может быть выполнено прямо или косвенно. Например, это может быть достигнуто с помощью устройства считывания тока, непосредственно считывающим ток через катушку передатчика (например, с помощью устройства считывания тока, подаваемого на выход, который является функцией напряженности магнитного поля (например, с помощью измерительной катушки, расположенной вблизи катушки передатчика)). Такой способ может быть особенно эффективным для вариантов работы, где ток катушки передатчика не является таким же как ток возбуждения, таким как, например, если резонансная схема является параллельной резонансной схемой или если существуют параллельные токовые ветви на выходе устройства возбуждения.

В других вариантах осуществления может быть применено косвенное измерение тока катушки передатчика, такое как, например, измерение входного тока выходной схемы устройства возбуждения.

Также понятно, что во многих вариантах осуществления установление предела и измерение могут быть интегрированы. Например, ток катушки передатчика может быть измерен и ограничен системой, устанавливающей регулируемый предел тока для входного питания, приложенного к выходной схеме устройства возбуждения. В других вариантах осуществления другие характеристики могут быть оценены и управляемы. Например, для параллельной резонансной схемы, ток через катушку передатчика может быть непосредственно считан с помощью отдельной катушки устройства считывания тока и на основании этого значения может быть наложен предел входного тока для выходной схемы устройства возбуждения.

Таким образом, для того, чтобы установить предел силы сигнала передачи мощности, ток катушки является тем параметром, на который устанавливается предел. Для осуществления этого, другие связанные с этим параметры могут быть измерены и/или лимитированы, такие как, например, напряжение катушки или напряжение резонансного конденсатора. Хотя ток возбуждения в резонансной схеме будет влиять на ток катушки, связь между этим током и током катушки может сильно зависеть от других параметров в некоторых вариантах осуществления (таких, как, например, рабочая частота). В частности, если резонансный конденсатор находится в параллельном соединении с катушкой передатчика, для достижения высокого тока катушки требуется очень малый ток возбуждения, когда коэффициент добротности резонансной схемы является высоким, а частота возбуждения соответствует резонансной частоте. В частности, для таких вариантов осуществления может быть, например, выгодно непосредственно измерять ток катушки передатчика и, например, устанавливать предел для него путем уменьшения, например, напряжения сигнала возбуждения, если измеренный ток превышает предел.

Также понятно, что могут быть использованы различные измерения, например, для тока. Например, предел тока может быть пределом для среднеарифметического, амплитудного или среднеквадратического значения тока. Значения тока и/или мощности, таким образом, обычно являются значениями, которые отражают весь цикл и которые не изменяются из-за изменений в пределах одного цикла. Значения представляют собой характеристики всего цикла и обычно являются значениями, усредненными по меньшей мере в течение одного цикла (сигнала возбуждения/резонансной схемы).

В заключение, основные описанные способы направляются на управление мощностью в системе беспроводной передачи мощности. Сообщения управления мощностью принимаются от приемника мощности, и мощность сигнала передачи мощности подстраивается в соответствии с этими сообщениями. Однако, в отличие от обычного контура мощности, данный способ дополнительно вводит ограничение на эту подстройку, в ответ на сообщения о мощности контроллером мощности, выполняющим подстройку с учетом того, что мощность находится ниже максимального предела. Таким образом, контроллер мощности может подстраивать и изменять мощность сигнала передачи мощности, но ограничивается максимальным пределом. Таким образом, подстройка управления мощностью находится одновременно под действием двух факторов, а именно принятых сообщений управления мощностью и максимального предела.

Кроме того, максимальный предел не является константой или фиксированным пределом, а вместо этого подстраивается в ответ на нагружение сигнала передачи мощности приемником мощности. Таким образом, максимальный предел, налагаемый на мощность сигнала передачи мощности, с учетом управления контуром управления мощностью, регулируется на основании нагружения сигнала передачи мощности (и, т.о. относится к мощности сигнала передачи мощности).

Этот способ обеспечивает очень гибкое управление мощностью в сигнале беспроводной передачи мощности, причем управление мощностью может обеспечивать как очень гибкое, так и точное управление мощностью, которое охватывает очень большой динамический диапазон, но и в то же время предотвращает условия перенапряжения, которые испытываются в традиционных системах когда, например, коэффициент связи быстро изменяется, например, из-за перемещения приемника мощности.

Такой способ может, в частности, обеспечивать способ управления мощностью, где управление мощностью свободно доступно в большом динамическом диапазоне, и в то же время гарантируя, что надежно налагается предел для предотвращения возникновения вредных состояний перенапряжения. Существенно то, что данный способ позволяет надежно устанавливать пределы внутри динамического диапазона, охватываемого управлением мощности, и, таким образом, позволяет ему быть очень близким к имеющейся в данный момент рабочей точке, что на практике необходимо для предотвращения потенциально вредных условий перенапряжения. Данный способ обеспечивает решение для противоречивых проблем, связанных с тем, как предотвратить условия перенапряжения в случае внезапных изменений в коэффициенте связи и как обеспечить эффективное управление мощностью в очень большом динамическом диапазоне.

Понятно, что в приведенном выше описании для ясности описаны варианты осуществления изобретения со ссылкой на различные функциональные схемы, блоки и процессоры. Однако очевидно, что любое приемлемое распределение функциональных возможностей между различными функциональными схемами, блоками или процессорами может быть использовано без преуменьшения достоинства изобретения. Например, функциональная возможность, иллюстрируемая для исполнения отдельными процессорами или контроллерами, может быть исполнена таким же процессором или контроллерами. Следовательно, ссылки на конкретные функциональные блоки или схемы должны рассматриваться только как ссылки на подходящие средства для обеспечения описанных функциональных возможностей, а не указание на строгую логическую или физическую конструкцию или устройство.

Изобретение может быть реализовано в любой приемлемом виде, включая аппаратное обеспечение, программное обеспечение, прошивку или любую их комбинацию. Изобретение может опционально быть реализовано по меньшей мере частично, как компьютерное программное обеспечение, работающее на одном или более процессорах данных и/или процессорах цифровых сигналов. Элементы и компоненты варианта осуществления изобретения могут быть физически, функционально и логически реализованы любым приемлемым способом. Действительно, функциональная возможность может быть реализована в одном блоке, во множестве блоков или в виде части других функциональных блоков. Таким образом, 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 ограничивается конкретной формой, изложенной в данном документе. Скорее, объем настоящего изобретения ограничивается только прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, не смотря на то, что может показаться, что признак должен быть описан в связи с конкретными вариантами осуществления, специалист в данной области должен признать, что в соответствии с изобретением могут быть комбинированы различные признаки описанных вариантов осуществления. В формуле изобретения охват термина не исключает наличия других элементов или этапов.

Кроме того, хотя они и перечислены по отдельности, множество средств, элементов, схем или этапов способа могут быть реализованы, например, одной схемой, блоком или процессором. Кроме того, хотя отдельные признаки и могут быть включены в различные пункты формулы изобретения, они могут с некоторой вероятностью быть с достижением преимущества объединены, и включение в различные пункты формулы изобретения не указывает на то, что сочетание признаков не представляется возможным и/или выгодным. Также включение признака в одну категорию пунктов формулы изобретения не указывает на ограничение этой категорией, а указывает на то, что этот признак в равной степени применим к другим категориям пунктов формулы изобретения, если это необходимо. Кроме того, порядок признаков в формуле изобретения не указывает на какой-либо конкретный порядок, в котором признаки должны быть реализованы, и, в частности, порядок отдельных этапов в формуле изобретения на способ не означает, что этапы должны выполняться в этом порядке. Скорее, этапы могут быть выполнены в любом приемлемом порядке. Кроме того, упоминание единственного числа не исключают множества. Кроме того, упоминание форм единственного числа, понятий «первый», «второй» и т.д. не исключают множества. Ссылочные позиции в формуле изобретения приведены лишь в качестве поясняющего примера, и не должны истолковываться как ограничивающие объем формулы изобретения каким-либо образом.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности беспроводной передачи мощности. Согласно изобретению передатчик (101) мощности системы беспроводной передачи мощности содержит резонансную схему, включающую в себя катушку (103) передатчика для формирования сигнала передачи мощности для передачи мощности беспроводным образом в приемник (105) мощности. Кроме того, устройство (1303) возбуждения формирует сигнал возбуждения для резонансной схемы (201), а приемник (1305) сообщений выполнен с возможностью приёма сообщения от приемника (105) мощности. Контроллер (1307) контура мощности реализует контур управления мощностью путем подстройки мощности сигнала возбуждения в ответ на сообщения управления мощностью, принятые от приемника (105) мощности. Однако регулирование применяется с учетом ограничения по меньшей мере одного из тока или напряжения резонансной схемы, а также мощности сигнала возбуждения, чтобы они были ниже максимального предела. Кроме того, передатчик (101) мощности содержит устройство (1309) подстройки, которое подстраивает максимальный предел в ответ на показание нагрузки, показывающее нагружение сигнала передачи мощности приемником (105) мощности. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Передатчик (101) мощности для передачи мощности в приемник (105) мощности, причем передатчик (101) мощности, содержит:

- резонансную схему (201), содержащую емкостной импеданс (1301) и индуктивный импеданс (103), причем индуктивный импеданс (103) содержит катушку (103) передатчика для формирования сигнала передачи мощности для беспроводной передачи мощности в приемник (105) мощности;

- устройство (1303) возбуждения для формирования сигнала возбуждения для резонансной схемы (201);

- приемник (1305) сообщений для приема сообщений от приемника (105) мощности;

- контроллер (1307) контура мощности для подстройки мощности сигнала возбуждения в ответ на сообщения управления мощностью, принятые от приемника (105) мощности приемником (1305) сообщений, отличающийся тем, что подстройка применяется с учетом ограничения по меньшей мере одного из тока резонансной схемы, напряжения резонансной схемы (201) и мощности сигнала возбуждения, чтобы они были ниже максимального предела; и

- устройство (1309) подстройки, выполненное с возможностью подстройки максимального предела в ответ на показание нагрузки, показывающее нагружение сигнала передачи мощности приемником (105) мощности.

2. Передатчик (101) мощности по п. 1, в котором устройство (1309) подстройки выполнено с возможностью динамической подстройки максимального предела для отражения изменений в нагружении, обеспечиваемом приемником мощности.

3. Передатчик (101) мощности по п. 1 или 2, в котором устройство (1309) подстройки выполнено с возможностью подстройки максимального предела в течение фазы передачи мощности.

4. Передатчик (101) мощности по п. 1, в котором устройство (1303) возбуждения выполнено с возможностью определения показания мощности, которое показывает мощность сигнала возбуждения, и устройство (1309) подстройки выполнено с возможностью определения показания нагрузки в зависимости от показания мощности.

5. Передатчик (101) мощности по п. 1, в котором контроллер (1307) контура мощности выполнен с возможностью установления предела по меньшей мере одного из тока и напряжения по меньшей мере одного из сигнала возбуждения и катушки (1303) передатчика.

6. Передатчик (101) мощности по п. 1, в котором максимальный предел является монотонно возрастающей функцией нагружения на мощность, показанного показанием нагрузки.

7. Передатчик (101) мощности по п. 1, в котором устройство (1309) подстройки выполнено с возможностью увеличения максимального предела выше первого порогового значения, только если показание нагрузки показывает мощность сигнала возбуждения, которая выше второго порогового значения.

8. Передатчик (101) мощности по п. 1, в котором устройство (1309) подстройки выполнено с возможностью определения максимального предела, включающего в себя как максимальный предел тока для тока резонансной схемы (201), так и максимальный предел мощности для мощности сигнала возбуждения, а подстройка применяется с учетом того, что и ток резонансной схемы находится ниже максимального предела тока, и мощность сигнала возбуждения находится ниже максимального предела мощности.

9. Передатчик (101) мощности по п. 1, в котором устройство (1309) подстройки выполнено с возможностью определения показания нагрузки в ответ на данные о нагрузке, принятые по меньшей мере в одном сообщении от приемника (105) мощности, причем данные о нагрузке показывают нагружение сигнала передачи мощности приемником (105) мощности.

10. Передатчик (101) мощности по п. 9, в котором устройство (1309) подстройки дополнительно выполнено с возможностью изменения максимального предела в ответ на обнаружение изменения в нагружении сигнала передачи мощности.

11. Система беспроводной передачи мощности, содержащая приемник (105) мощности и передатчик (101) мощности для передачи мощности в приемник (105) мощности, причем передатчик (101) мощности содержит:

- резонансную схему (201), содержащую емкостной импеданс (1301) и индуктивный импеданс (103), причем индуктивный импеданс (103) содержит катушку (103) передатчика для формирования сигнала передачи мощности для беспроводной передачи мощности в приемник (105) мощности,

- устройство (203) возбуждения для формирования сигнала возбуждения для резонансной схемы (201),

- приемник (1305) для приема сообщений от приемника (105) мощности,

- контроллер (1307) контура мощности для подстройки мощности сигнала возбуждения в ответ на сообщения управления мощностью, принятые от приемника (105) мощности, отличающийся тем, что подстройка применяется с учетом ограничения по меньшей мере одного из тока резонансной схемы (201), напряжения резонансной схемы (201) и мощности сигнала возбуждения, чтобы они были ниже максимального предела и

- устройство (1309) подстройки, выполненное с возможностью определения максимального предела в ответ на показание нагрузки, определенное на основании данных о нагрузке, принятых в сообщении от приемника (105) мощности, причем данные о нагрузке показывают нагружение сигнала передачи мощности приемником (105) мощности; и

причём приемник (105) мощности содержит:

- генератор (2007) данных для формирования данных о нагрузке, отражающих нагружение приемника (105) мощности, и

- передатчик (2009) для передачи по меньшей мере одного сообщения, содержащего данные о нагрузке, в передатчик (101) мощности.

12. Система беспроводной передачи мощности по п. 11, в которой генератор (2007) данных выполнен с возможностью определения нагружения приемника (105) мощности в ответ на по меньшей мере одно из измерения тока нагрузки и измерения напряжения нагрузки для нагрузки приемника (105) мощности.

13. Система беспроводной передачи мощности по п. 11, в которой передатчик (2009) выполнен с возможностью передачи по меньшей мере одного сообщения в передатчик (101) мощности в ответ на обнаружение того, что изменение в нагрузке приемника (105) мощности удовлетворяет условию оценки нагрузки по изменению мощности; при этом данные о нагрузке по меньшей мере одного сообщения показывают изменение, удовлетворяющее условию оценки нагрузки по изменению мощности; и при этом устройство (1309) подстройки выполнено с возможностью изменения максимального предела в ответ на обнаружение того, что по меньшей мере одно сообщение содержит данные о нагрузке, показывающие изменение, удовлетворяющее условию оценки нагрузки по изменению мощности.

14. Система беспроводной передачи мощности по п. 11, в которой устройство (1309) подстройки дополнительно выполнено с возможностью изменения максимального предела в ответ на обнаружение изменения в показании мощности для сигнала возбуждения.

15. Способ работы для передатчика (101) мощности, передающего мощность в приемник (105) мощности, причем передатчик (101) мощности содержит резонансную схему (201), содержащую емкостный импеданс (1301) и индуктивный импеданс (103), причем индуктивный импеданс (103) содержит катушку (103) передатчика для формирования сигнала передачи мощности для беспроводной передачи мощности в приемник (105) мощности;

при этом способ содержит этапы, на которых:

- формируют сигнал возбуждения для резонансной схемы (201);

- принимают сообщения от приемника (105) мощности;

- подстраивают мощность сигнала возбуждения в ответ на сообщения управления мощностью, принимаемые от приемника (105) мощности, отличающийся тем, что подстройка применяется с учетом ограничения по меньшей мере одного из тока резонансной схемы, напряжения резонансной схемы (201) и мощности сигнала возбуждения, чтобы они были ниже максимального предела; и

- подстраивают максимальный предел в ответ на показание нагрузки, показывающее нагружение сигнала передачи мощности приемником (105) мощности.