ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к функционированию системы для беспроводной передачи мощности и, в частности, к обнаружению постороннего объекта в системе для беспроводной передачи мощности.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для питания большинства современных электротехнических изделий от внешнего источника питания необходимо обеспечить специально разработанный электрический контакт. Однако это, как правило, непрактично и предполагает физическое присоединение пользователем соединителей или обеспечение физического электрического контакта иным образом. Как правило, требования по питанию также значительно различаются, и в настоящее время большинство устройств имеют собственный специально разработанный источник питания, в результате чего обычный пользователь имеет большое количество различных источников питания, каждый из которых предназначен для определенного устройства. Хотя использование внутренних батарей может позволить избежать необходимости в проводном подключении к источнику питания в ходе использования, это является лишь частичным решением, поскольку батареи необходимо подзаряжать (или заменять). Использование батарей также может привести к существенному увеличению массы и потенциальному увеличению стоимости и размера устройств.
Чтобы обеспечить пользователю значительно лучшее удобство использования, было предложено использовать беспроводной источник питания, в котором мощность индуктивно передается от индуктивности передатчика в устройстве передатчика мощности к катушке приемника в отдельных устройствах.
Передача мощности посредством магнитной индукции - это хорошо известная концепция, в основном применяемая в трансформаторах, имеющих полную индуктивную связь по магнитному потоку между первичной индуктивностью/катушкой передатчика и вторичной катушкой приемника. При разделении первичной катушки передатчика и вторичной катушки приемника между двумя устройствами становится возможной беспроводная передача мощности между ними на основе принципа слабосвязанного трансформатора.
Такая конструкция позволяет осуществлять беспроводную передачу мощности на устройство без необходимости выполнения каких-либо проводных или физических электрических соединений. Фактически, это может позволить разместить устройство рядом с катушкой передатчика или поверх нее для внешней подзарядки или обеспечения питания. Например, устройства передатчика мощности могут быть размещены вблизи горизонтальной поверхности, на которую устройство может быть просто помещено для обеспечения его питания.
Кроме того, такие конструкции для беспроводной передачи мощности предпочтительно могут быть спроектированы таким образом, чтобы устройство передатчика мощности можно было использовать с множеством устройств приемника мощности. В частности, был предложен подход к беспроводной передаче мощности, известный как спецификации Qi (Qi Specifications), который в настоящее время продолжает развиваться. Такой подход позволяет использовать устройства передатчика мощности, отвечающие спецификациям Qi, с устройствами приемников мощности, которые также соответствуют спецификациям Qi, причем они не обязательно должны быть изготовлены одним производителем или специально изготовлены друг для друга. Стандарт Qi дополнительно включает некоторые функциональные возможности, позволяющие адаптировать функционирование для конкретного устройства приемника мощности (например, в зависимости от конкретной потребляемой мощности).
Спецификация Qi разработана Консорциумом беспроводной передачи мощности (Wireless Power Consortium) и дополнительная информация имеется, например, на его веб-сайте: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, где, в частности, можно найти определяющие документы указанной спецификации.
В системах передачи мощности, таких как Qi, электромагнитное поле, созданное для передачи требуемых уровней мощности на приемник мощности, часто бывает очень значительным. Присутствие такого сильного поля во многих ситуациях может влиять на окружающую среду.
Например, потенциальная проблема беспроводной передачи мощности заключается в том, что может происходить непреднамеренная передача мощности, например, на металлические объекты, оказавшиеся поблизости от передатчика мощности. Например, если посторонний объект, такой как, например монета, ключ, кольцо и т.д., поместить на платформу передатчика мощности, выполненную с возможностью приема мощности с помощью приемника, магнитный поток, генерируемый катушкой передатчика, будет создавать в металлических объектах вихревые токи, приводящие к нагреву этих объектов. Повышение температуры может быть очень значительным и крайне нежелательным.
Чтобы снизить риск возникновения подобных ситуаций, было предложено ввести обнаружение постороннего объекта, при котором передатчик мощности способен обнаруживать присутствие постороннего объекта и снижать мощность передачи и/или генерировать предупреждение для пользователя, когда происходит положительное обнаружение. Например, система Qi включает функциональные возможности по обнаружению постороннего объекта и снижению мощности при обнаружении постороннего объекта. В частности, в разделе 11 спецификации Qi версии 1.2.1 описаны различные способы обнаружения постороннего объекта.
Один способ обнаружения таких посторонних объектов раскрыт в WO2015018868A1. В другом примере, представленном в WO 2012127335, раскрыт подход, основанный на определении неизвестных потерь мощности. Согласно этому подходу и приемник мощности, и передатчик мощности измеряют свою мощность, причем приемник передает данные об измеренной принятой мощности на передатчик мощности. Когда передатчик мощности обнаруживает значительную разницу между мощностью, переданной передатчиком, и мощностью, принятой приемником, потенциально может присутствовать нежелательный посторонний объект и из соображений безопасности передача мощности может быть уменьшена или прекращена. Для этого способа определения потери мощности требуются синхронизированные точные измерения мощности, выполняемые передатчиком и приемником мощности.
Например, согласно стандарту передачи мощности Qi приемник мощности оценивает принятую им мощность, например путем измерения выпрямленного напряжения и тока, их умножения и добавления оценки внутренних потерь мощности в приемнике мощности (например, потерь выпрямителя, катушки приемника, металлических деталей, являющихся частью приемника, и т.д.). Приемник мощности передает данные об определенной принятой мощности на передатчик мощности с некоторой минимальной частотой, например, каждые четыре секунды.
Передатчик мощности оценивает переданную им мощность, например путем измерения входного напряжения постоянного тока и тока инвертора, их умножения и корректировки результата путем вычитания оценки внутренних потерь мощности в передатчике, таких как, например расчетные потери мощности в инверторе, первичной катушке и металлических деталях, являющихся частью передатчика мощности.
Передатчик мощности может оценить потерю мощности путем вычитания сообщенной принятой мощности из переданной мощности. Если разница превышает пороговое значение, передатчик предположит, что большое количество мощности рассеивается посторонним объектом, после чего он может прекратить передачу мощности.
В качестве альтернативы было предложено измерять качество или коэффициент добротности резонансной схемы, образованной первичной и вторичной катушками вместе с соответствующими емкостями и сопротивлениями. Уменьшение измеренного коэффициента добротности может указывать на присутствие постороннего объекта.
На практике, как правило, трудно достичь достаточной точности определения с помощью способов, описанных в спецификации Qi. Эта сложность усугубляется множеством неопределенностей, касающихся конкретных текущих рабочих условий.
Например, особой проблемой является потенциальное присутствие собственных металлов (т.е. металлических деталей устройства, которые вмещают приемник мощности или передатчик мощности), поскольку их магнитные и электрические свойства могут быть неизвестными (и отличаться для разных устройств) и, таким образом, их может быть трудно компенсировать.
Кроме того, нежелательный нагрев может быть результатом рассеивания даже относительно небольшой мощности металлическим посторонним объектом. Таким образом, необходимо обнаруживать даже небольшое расхождение в мощности между переданной и принятой мощностью, и это может быть особенно сложным, когда уровни мощности при передаче мощности увеличиваются.
Подход с ухудшением коэффициента добротности во многих случаях может характеризоваться лучшей чувствительностью для обнаружения присутствия металлических объектов. Однако он все же может не обеспечить достаточную точность и, например, также может быть подвержен влиянию собственного металла.
Эффективность обнаружения посторонних объектов зависит от конкретных рабочих условий при фактическом выполнении проверки. Например, если, как описано в спецификации Qi, измерение для обнаружения постороннего объекта выполняют на этапе выбора процесса инициализации передачи мощности, сигнал, который передатчик мощности предоставляет для измерения, должен быть достаточно слабым, чтобы не допустить активацию приемника мощности. Однако для такого слабого сигнала отношение сигнал/шум обычно низкое, что приводит к снижению точности измерения.
Требование слабого измерительного сигнала может привести к другим нежелательным эффектам. В приемнике мощности, подверженному воздействию слабого измерительного сигнала, может возникать ток утечки, который зависит от уровня измерительного сигнала, связи между первичной и вторичной катушками, а также состояния заряда конденсатора на выходе выпрямителя. Таким образом, этот ток утечки может быть различным в зависимости от реальных условий. Поскольку ток утечки влияет на вносимое полное сопротивление в катушке передатчика мощности, измерение коэффициента добротности также будет зависеть от конкретных текущих условий.
Другая проблема заключается в том, что обнаружение посторонних объектов обычно является очень чувствительной проверкой, при которой желательно, чтобы относительно небольшие изменения, вызванные присутствием постороннего объекта, обнаруживались в среде с по возможности большим разбросом рабочих условий и случаев, для которых выполняют проверку.
Соответственно, существующие последовательности операций, как правило, неоптимальны и могут в некоторых случаях и примерах обеспечивать характеристики хуже оптимальных. В частности, это может привести к тому, что присутствие посторонних объектов не будет обнаружено, или может привести к ложному обнаружению посторонних объектов, когда они отсутствуют.
Точное обнаружение посторонних объектов особенно затруднено в случаях, когда уровень мощности сигнала передачи мощности является высоким и/или когда он изменяется. Таким образом, обнаружение посторонних объектов особенно сложно на этапе передачи мощности, в частности, для приемников мощности, которые представляют собой большую и изменяющуюся нагрузку.
Кроме того, другие операции системы передачи мощности могут быть чувствительными к таким эффектам. Например, во многих случаях на связь между передатчиком мощности и приемником мощности могут отрицательно влиять большие нагрузки и, в частности, большие изменения нагрузки.
Во многих системах при осуществлении связи от приемника мощности к передатчику мощности может быть использована модуляция нагрузкой, при которой нагрузка для сигнала передачи мощности изменяется в зависимости от данных, подлежащих передаче. Однако такую модуляцию нагрузкой может быть сложно определить при одновременном изменении нагрузки передачи мощности для сигнала передачи мощности. Аналогичным образом, связь от передатчика мощности к приемнику мощности может быть обеспечена путем модуляции сигнала передачи мощности (например, амплитудной или частотной модуляции), но помеха для такой модуляции может быть вызвана изменениями параметров сигнала передачи мощности из-за изменяющейся нагрузки.
Фактически, даже если для связи используют полностью отдельную несущую, такую как канал ближней бесконтактной связи (NFC), очень большое и изменяющееся электромагнитное поле, создаваемое сигналом передачи мощности, может вызвать значительные помехи, несмотря на то, что оно находится в совершенно другом частотном диапазоне.
Таким образом, присутствие сигнала передачи мощности и его нагрузка могут оказывать негативное влияние на другие операции, такие как операции обнаружения посторонних объектов и осуществления связи.
Следовательно, было бы предпочтительным улучшение функционирования системы передачи мощности, в частности, было бы предпочтительным применение подхода, позволяющего повысить гибкость, снизить стоимость, уменьшить сложность, улучшить обнаружение постороннего объекта, улучшить связь, улучшить поддержку различных нагрузок, улучшить адаптируемость, обратную совместимость и/или улучшить характеристики.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, настоящее изобретение предпочтительно направлено на уменьшение, смягчение или устранение одного или более из вышеупомянутых недостатков по отдельности или в любой комбинации.
Согласно аспекту настоящего изобретения предложен передатчик мощности для беспроводной подачи мощности на приемник мощности посредством электромагнитного сигнала передачи мощности; содержащий: катушку передатчика для генерации сигнала передачи мощности, причем для сигнала передачи мощности на этапе передачи мощности используют повторяющийся временной кадр, содержащий по меньшей мере временной интервал передачи мощности и временной интервал пониженной мощности, в течение которого уровень мощности сигнала передачи мощности понижен; возбудитель для генерации сигнала возбуждения для катушки передатчика с целью генерации сигнала передачи мощности; первое устройство связи для приема сообщений от приемника мощности; адаптер для адаптации характеристики синхронизации временного интервала пониженной мощности в ответ по меньшей мере на первое сообщение, принятое от приемника мощности; и синхронизатор для синхронизации работы передатчика мощности, которая должна происходить в течение временного интервала пониженной мощности; проверочную катушку для генерации электромагнитного проверочного сигнала; проверочный генератор, выполненный с возможностью генерации проверочного сигнала возбуждения для проверочной катушки; и детектор постороннего объекта, выполненный с возможностью проведения проверки по обнаружению постороннего объекта в ответ на получение измеренного параметра для проверочного сигнала возбуждения в течение временного интервала пониженной мощности; причем синхронизатор выполнен с возможностью синхронизации проверочного генератора для обеспечения электромагнитного проверочного сигнала в течение временного интервала пониженной мощности.
Настоящее изобретение может обеспечить улучшенные характеристики во многих вариантах осуществления и может обеспечить в целом улучшенное выполнение операции передачи мощности во многих системах и вариантах осуществления. Например, во многих вариантах осуществления улучшенное обнаружение постороннего объекта и, возможно, осуществление связи могут быть достигнуты путем выполнения этих операций в течение интервалов времени с особенно предпочтительными условиями для выполнения таких операций.
Этот подход может позволить во многих вариантах осуществления снизить сложность и может позволить во многих системах обеспечить высокую степень обратной совместимости. В частности, этот подход может быть особенно пригодным для улучшения обнаружения посторонних объектов и, возможно, осуществления связи в системах беспроводной передачи мощности Qi, например функционирования в соответствии со спецификациями Qi версии 1.2 или более ранней.
Во многих вариантах осуществления продолжительность временного интервала пониженной мощности составляет не более 5%, 10% или 20% продолжительности временного кадра. Во многих вариантах осуществления продолжительность временного интервала (-ов) пониженной мощности составляет не менее 70%, 80% или 90% временного кадра.
В некоторых вариантах осуществления передатчик мощности может быть выполнен с возможностью выполнения обнаружения постороннего объекта и, возможно, операции осуществления связи в течение временного интервала передачи пониженной мощности. В некоторых вариантах осуществления передатчик мощности может быть выполнен с возможностью настройки синхронизации либо обнаружения постороннего объекта, либо, возможно, операции осуществления связи, которая должна происходить в течение временного интервала передачи пониженной мощности.
В течение временного интервала пониженной мощности уровень мощности сигнала передачи мощности снижается в соответствии с уменьшающимся уровнем мощности, передаваемой от передатчика мощности к приемнику мощности. В течение временного интервала пониженной мощности уровень мощности, передаваемой от передатчика мощности к приемнику мощности, снижается относительно уровня мощности, передаваемой от передатчика мощности к приемнику мощности в течение временного интервала передачи мощности (того же временного интервала пониженной мощности). Уровень мощности и ссылки на мощность и уровень мощности можно, в частности, рассматривать как относящиеся к реальной мощности (I⋅U⋅Cos ϕ).
В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения характеристика синхронизации представляет собой продолжительность временного интервала пониженной мощности.
Система может быть выполнена с возможностью адаптации продолжительности временного интервала пониженной мощности в ответ на осуществление связи от приемника мощности к передатчику мощности. Это может позволить улучшить функционирование во многих вариантах осуществления и может позволить выполнять такие операции, как осуществление связи или обнаружение посторонних объектов, в моменты времени, когда условия особенно подходят для этого. Адаптация продолжительности временного интервала пониженной мощности позволяет обеспечить лучший компромисс между различными конфликтующими требованиями, например между требованиями и предпочтениями для передачи мощности от передатчика мощности к приемнику мощности, а также требованиями и предпочтениями для обнаружения посторонних объектов и осуществления связи.
Передатчик мощности может быть выполнен с возможностью адаптации продолжительности временного интервала пониженной мощности с учетом минимальной продолжительности.
В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения характеристика синхронизации представляет собой продолжительность между временными интервалами пониженной мощности последовательных повторяющихся временных кадров.
В некоторых вариантах осуществления характеристика синхронизации представляет собой продолжительность между последовательными повторяющимися временными кадрами. В некоторых вариантах осуществления характеристика синхронизации представляет собой продолжительность повторяющихся временных кадров.
Система может быть выполнена с возможностью адаптации продолжительности между временными интервалами пониженной мощности последовательных повторяющихся временных кадров в ответ на осуществление связи от приемника мощности к передатчику мощности. Это может позволить улучшить функционирование во многих вариантах осуществления и может позволить выполнять такие операции, как осуществление связи или обнаружение посторонних объектов, в моменты времени, когда условия особенно подходят для этого. Адаптация продолжительности между временными интервалами пониженной мощности последовательных повторяющихся временных кадров позволяет обеспечить лучший компромисс между различными конфликтующими требованиями, например между требованиями и предпочтениями для передачи мощности от передатчика мощности к приемнику мощности, а также требованиями и предпочтениями для обнаружения посторонних объектов и осуществления связи.
Передатчик мощности может быть выполнен с возможностью адаптации продолжительности между моментами передачи пониженной мощности последовательных повторяющихся временных кадров с учетом максимальной продолжительности.
В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения первое устройство связи выполнено с возможностью передачи сообщений на приемник мощности; а передатчик мощности выполнен с возможностью передачи сообщения, указывающего по меньшей мере одно из продолжительности временного интервала пониженной мощности и продолжительности между временными интервалами пониженной мощности последовательных повторяющихся временных кадров, на приемник мощности до приема первого сообщения.
Это, в частности, может позволить обеспечить предпочтительное функционирование во многих вариантах осуществления. В сообщении могут быть, в частности, указаны приемлемые, допустимые, ограниченные и/или предпочтительные значения.
Сообщение может быть, в частности, передано в ответ на запрос такой информации, переданной от приемника мощности на передатчик мощности.
В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения первое сообщение представляет собой сообщение запроса, указывающее запрошенное значение для характеристики синхронизации; а передатчик мощности выполнен с возможностью одобрения или отклонения запрошенного значения.
Это, в частности, может позволить обеспечить предпочтительное функционирование во многих вариантах осуществления. Это может, в частности, позволить приемнику мощности сохранять инициативу и обеспечивать управление функционированием, что может быть очень предпочтительным во многих ситуациях.
В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения адаптер выполнен с возможностью определения характеристики синхронизации на этапе инициализации, предшествующем этапу передачи мощности.
Это, в частности, может позволить обеспечить предпочтительное функционирование во многих вариантах осуществления и может, в частности, позволить снизить сложность функционирования во многих вариантах осуществления.
В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения адаптер выполнен с возможностью динамической адаптации характеристики синхронизации на этапе передачи мощности в ответ на получение множества сообщений, принятых от приемника мощности на этапе передачи мощности.
Это, в частности, может позволить обеспечить предпочтительное функционирование во многих вариантах осуществления и может, в частности, позволить обеспечить оптимизацию для текущих условий.
В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения первое устройство связи выполнено с возможностью синхронизации связи с приемником мощности, которая происходит в течение временных интервалов пониженной мощности.
Настоящее изобретение может позволить улучшить связь во многих вариантах осуществления. Указанный подход может позволить повысить точность и/или надежность связи между приемником мощности и передатчиком мощности на этапе передачи мощности.
Синхронизация связи может быть применена только в отношении определенной связи, например, только в отношении связи для управления мощностью, только для связи от передатчика мощности к приемнику мощности или только от приемника мощности к передатчику мощности и т.д.
Передатчик мощности также содержит: проверочную катушку для генерации электромагнитного проверочного сигнала; проверочный генератор, выполненный с возможностью генерации проверочного сигнала возбуждения для проверочной катушки; и детектор постороннего объекта, выполненный с возможностью проведения проверки по обнаружению постороннего объекта в ответ на получение измеренного параметра для проверочного сигнала возбуждения в течение временного интервала пониженной мощности; причем синхронизатор выполнен с возможностью синхронизации проверочного генератора для обеспечения электромагнитного проверочного сигнала в течение временного интервала пониженной мощности.
Настоящее изобретение может позволить улучшить обнаружение постороннего объекта во многих вариантах осуществления. Указанный подход может позволить повысить точность и/или надежность проверок по обнаружению постороннего объекта на этапе передачи мощности. Во многих вариантах осуществления этот подход может позволить снизить неопределенность и вариативность проверок по обнаружению постороннего объекта и, таким образом, повысить производительность. Такой подход может, в частности, позволить снизить влияние изменений при передаче мощности и рабочих условий при обнаружении посторонних объектов. Такой подход может, например, обеспечивать тенденцию к работе системы в соответствии с конкретным, например заданным, эталонным сценарием и рабочим режимом при обнаружении посторонних объектов. Это может позволить улучшить согласованность и предсказуемость проверки по обнаружению посторонних объектов. В частности, это может позволить более точно и более надежно оценивать влияние приемника мощности на электромагнитный проверочный сигнал и, таким образом, может позволить улучшить его компенсацию детектором посторонних объектов.
Указанный подход может, например, предполагать введение временного интервала обнаружения посторонних объектов, в течение которого приемник мощности может работать с высоким наведенным напряжением и все так же с небольшой нагрузкой, соответствующим высокой напряженности магнитного поля и все так же с небольшой нагрузкой для электромагнитного сигнала. В таких случаях влияние постороннего объекта может быть более заметным, поскольку мощность, наведенная в таком объекте, будет иметь более высокую долю в общей полученной мощности. Фактически, большая величина магнитного поля может привести к созданию более мощного наведенного сигнала в любом присутствующем постороннем объекте, а уменьшенная нагрузка может позволить уменьшить влияние присутствия приемника мощности при обнаружении присутствия постороннего объекта.
Детектор посторонних объектов может быть выполнен с возможностью определения того, что посторонний предмет обнаружен, если разность между уровнем мощности электромагнитного проверочного сигнала и мощностью, указанной с помощью индикации нагрузки, принятой от приемника мощности и указывающей ожидаемую нагрузку электромагнитного проверочного сигнала, выше порогового значения. Если эта разность ниже порогового значения, детектор посторонних объектов может определить, что посторонний объект не обнаружен.
Детектор посторонних объектов может быть выполнен с возможностью определения того, что посторонний объект обнаружен, если показатель качества (определенный на основании измерений сигнала возбуждения) для резонансной схемы, содержащей проверочную катушку, ниже порогового значения. Пороговое значение, как правило, может зависеть от сообщения, принятого от приемника мощности.
Во многих вариантах осуществления проверочная катушка и катушка передатчика могут представлять собой одну и ту же катушку. Во многих вариантах осуществления возбудитель и проверочный генератор могут представлять собой один и тот же компонент, таким образом, одна и та же схема может генерировать как сигнал возбуждения, так и проверочный сигнал возбуждения. Во многих вариантах осуществления сигнал передачи мощности и проверочный сигнал возбуждения могут иметь общие значения многих параметров, например, они могут иметь одинаковую частоту.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения предложена система беспроводной передачи мощности, содержащая передатчик мощности, как описано выше, а также содержащая приемник мощности, содержащий: второе устройство связи для осуществления связи с передатчиком мощности; контроллер запроса для передачи первого сообщения на передатчик мощности, причем первое сообщение содержит запрос запрошенного значения характеристики синхронизации; контроллер ответа для приема ответа на запрос от передатчика мощности и для определения характеристики синхронизации в ответ на получение ответа на запрос, причем ответ на запрос указывает на то, было ли одобрено запрошенное значение передатчиком мощности; и контроллер нагрузки для адаптации нагрузки для сигнала передачи мощности таким образом, что нагрузка уменьшена в течение временных интервалов пониженной мощности.
Настоящее изобретение позволяет обеспечить улучшенное функционирование системы беспроводной передачи мощности.
В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения контроллер запроса выполнен с возможностью запроса ограничения характеристики синхронизации от передатчика мощности; контроллер ответа выполнен с возможностью приема указания ограничения характеристики синхронизации от передатчика мощности, а контроллер запроса выполнен с возможностью определения запрошенного значения характеристики синхронизации в ответ на ограничение характеристики синхронизации.
Это может позволить улучшить и/или облегчить функционирование во многих вариантах осуществления.
В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения характеристика синхронизации представляет собой продолжительность временного интервала пониженной мощности и контроллер запроса выполнен с возможностью определения запрошенного значения характеристики синхронизации с учетом максимальной продолжительности, а адаптер выполнен с возможностью определения значения характеристики синхронизации в ответ на получение минимальной продолжительности.
Это может позволить улучшить и/или облегчить функционирование во многих вариантах осуществления.
В некоторых вариантах осуществления приемник мощности выполнен с возможностью задания максимального значения, а передатчик мощности выполнен с возможностью задания минимального значения продолжительности временного интервала пониженной мощности.
В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения характеристика синхронизации представляет собой продолжительность между моментами передачи пониженной мощности последовательных повторяющихся временных кадров и контроллер запроса выполнен с возможностью определения запрошенного значения характеристики синхронизации с учетом минимальной продолжительности, а адаптер выполнен с возможностью определения значения характеристики синхронизации в ответ на получение максимальной продолжительности.
Это может позволить улучшить и/или облегчить функционирование во многих вариантах осуществления.
В некоторых вариантах осуществления приемник мощности может задавать минимальное значение, а передатчик мощности может задавать максимальное значение продолжительности между моментами передачи пониженной мощности последовательных повторяющихся временных кадров.
Согласно аспекту настоящего изобретения предложен способ функционирования передатчика мощности для беспроводной подачи мощности на приемник мощности посредством электромагнитного сигнала передачи мощности; причем способ включает выполнение передатчиком мощности следующих этапов: генерации сигнала передачи мощности, причем для сигнала передачи мощности на этапе передачи мощности используют повторяющийся временной кадр, содержащий по меньшей мере временной интервал передачи мощности и временной интервал пониженной мощности, в течение которого уровень мощности сигнала передачи мощности понижен; генерации сигнала возбуждения для катушки передатчика с целью генерации сигнала передачи мощности; приема сообщений от приемника мощности; адаптации характеристики синхронизации временного интервала пониженной мощности в ответ по меньшей мере на первое сообщение, принятое от приемника мощности; и синхронизации функционирования передатчика мощности, которая должна происходить в течение временного интервала пониженной мощности; генерации проверочного сигнала возбуждения для проверочной катушки с целью генерации электромагнитного проверочного сигнала; и проведения проверки по обнаружению постороннего объекта в ответ на получение измеренного параметра для проверочного сигнала возбуждения в течение временного интервала пониженной мощности; причем синхронизация включает синхронизацию проверочного сигнала возбуждения для обеспечения электромагнитного проверочного сигнала в течение временного интервала пониженной мощности.
Согласно аспекту настоящего изобретения предложен способ функционирования системы беспроводной передачи мощности, содержащей передатчик мощности для беспроводной подачи мощности на приемник мощности посредством электромагнитного сигнала передачи мощности; причем способ включает выполнение передатчиком мощности следующих этапов: генерации сигнала передачи мощности, причем для сигнала передачи мощности на этапе передачи мощности используют повторяющийся временной кадр, содержащий по меньшей мере временной интервал передачи мощности и временной интервал пониженной мощности, в течение которого уровень мощности сигнала передачи мощности понижен; генерации сигнала возбуждения для катушки передатчика с целью генерации сигнала передачи мощности; приема сообщений от приемника мощности; адаптации характеристики синхронизации временного интервала пониженной мощности в ответ по меньшей мере на первое сообщение, принятое от приемника мощности; и синхронизации функционирования передатчика мощности, которая должна происходить в течение временного интервала пониженной мощности; генерации проверочного сигнала возбуждения для проверочной катушки с целью генерации электромагнитного проверочного сигнала; проведения проверки по обнаружению постороннего объекта в ответ на получение измеренного параметра для проверочного сигнала возбуждения в течение временного интервала пониженной мощности; причем синхронизация включает синхронизацию проверочного сигнала возбуждения для обеспечения электромагнитного проверочного сигнала в течение временного интервала пониженной мощности; кроме того, способ включает выполнение приемником мощности следующих этапов: осуществление связи с передатчиком мощности; передачу первого сообщения на передатчик мощности, причем первое сообщение содержит запрос запрошенного значения характеристики синхронизации; прием ответа на запрос от передатчика мощности; определение характеристики синхронизации в ответ на получение ответа на запрос, причем ответ на запрос указывает на то, было ли одобрено запрошенное значение передатчиком мощности; и адаптацию нагрузки для сигнала передачи мощности так, что нагрузка уменьшена в течение временных интервалов пониженной мощности.
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными и будут разъяснены со ссылкой на вариант (варианты) осуществления, описанный ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны исключительно в качестве примера со ссылкой на чертежи, на которых
На ФИГ. 1 представлен пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
на ФИГ. 2 представлен пример элементов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;
на ФИГ. 3 представлен пример элементов приемника мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;
на ФИГ. 4 представлен пример элементов приемника мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;
на ФИГ. 5 представлен пример временного кадра для системы беспроводной передачи мощности по ФИГ. 1; и
на ФИГ. 6 представлен пример временного кадра для системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В нижеследующем описании основное внимание уделяется вариантам осуществления настоящего изобретения, которые могут быть применены в системе беспроводной передачи мощности и которые предполагают использование подхода к передаче мощности, например известного из спецификации Qi. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается этим вариантом применения, а может быть применено во многих других системах беспроводной передачи мощности.
На ФИГ. 1 представлен пример системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Система передачи мощности содержит передатчик 101 мощности, который содержит катушку / индуктивность 103 передатчика (или соединен с ней). Система также содержит приемник 105 мощности, который содержит катушку / индуктивность 107 приемника (или соединен с ней).
Система обеспечивает электромагнитный сигнал передачи мощности, который позволяет индуктивно передавать мощность от передатчика 101 мощности к приемнику 105 мощности. В частности, передатчик 101 мощности генерирует электромагнитный сигнал, который распространяется в виде магнитного потока катушкой или индуктивностью 103 передатчика. Сигнал передачи мощности может соответствовать компоненту для передачи электромагнитной мощности, осуществляющему передачу энергии от передатчика мощности к приемнику мощности, и может рассматриваться как соответствующий компоненту генерируемого электромагнитного поля, которое передает мощность от передатчика мощности к приемнику мощности. Например, при отсутствии нагрузки приемной катушки 107 приемник мощности не будет получать мощность из сгенерированного электромагнитного поля (не считая потерь). В таком случае при возбуждении катушки 103 передатчика может быть сгенерировано электромагнитное поле с потенциально высокой напряженностью поля, но уровень мощности сигнала передачи мощности будет нулевым (не считая потерь). В некоторых ситуациях, если присутствует посторонний объект, сигнал передачи мощности можно рассматривать как включающий компонент, соответствующий передаче мощности постороннему объекту, и, таким образом, сигнал передачи мощности можно рассматривать как соответствующий мощности, получаемой из электромагнитного поля, создаваемого передатчиком мощности.
Сигнал передачи мощности, как правило, может иметь частоту от приблизительно 20 кГц до приблизительно 500 кГц и часто для Qi-совместимых систем, как правило, в диапазоне от 95 кГц до 205 кГц (или, например, для вариантов применения на кухне с высокой мощностью частота может, например, как правило, находиться в диапазоне от 20 кГц до 80 кГц). Катушка 103 передатчика и катушка 107 приема мощности слабо связаны, и, таким образом, катушка 107 приема мощности принимает сигнал (по меньшей мере часть сигнала) передачи мощности от передатчика 101 мощности. Таким образом, мощность передается от передатчика 101 мощности к приемнику 105 мощности с помощью беспроводной индуктивной связи от катушки 103 передатчика к катушке 107 приема мощности. Термин «сигнал передачи мощности» в основном используется для обозначения индуктивного сигнала/магнитного поля между катушкой 103 передатчика и катушкой 107 приема мощности (сигнала магнитного потока), но следует понимать, что эквивалентно он также может рассматриваться и использоваться, как обозначающий электрический сигнал, обеспечиваемый на катушке 103 передатчика или принимаемый катушкой 107 приема мощности.
В этом примере приемник 105 мощности, в частности, является приемником мощности, который принимает мощность с помощью катушки 107 приемника. Однако в других вариантах осуществления приемник 105 мощности может содержать металлический элемент, такой как металлический нагревательный элемент, и в этом случае сигнал передачи мощности непосредственно индуцирует вихревые токи, приводящие к непосредственному нагреву элемента.
Система выполнена с возможностью передачи значительных уровней мощности и, в частности, передатчик мощности может обеспечивать уровни мощности, превышающие 500 мВт, 1 Вт, 5 Вт, 50 Вт, 100 Вт или 500 Вт, во многих вариантах осуществления. Например, для вариантов применения, соответствующих Qi, передача мощности, как правило, может происходить в диапазоне мощности 1-5 Вт для вариантов применения с малой мощностью (базовым профилем мощности), до 15 Вт для спецификации Qi версии 1.2, в диапазоне до 100 Вт для вариантов применения с более высокой мощностью, таких как электроинструменты, ноутбуки, дроны, роботы и т.д., и от 100 до 1000 Вт для вариантов применения с очень большой мощностью, таких как, например, варианты применения на кухне.
Далее работа передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности будет описана с прямой ссылкой на вариант осуществления, в целом соответствующий спецификации Qi (за исключением описанных в данном документе (или последующих) изменений и улучшений) или подходящий для спецификации для кухни с повышенной мощностью, разрабатываемой Консорциумом беспроводной передачи мощности. В частности, передатчик 101 мощности и приемник 105 мощности могут поддерживать или по существу быть совместимыми с элементами спецификации Qi версии 1.0, 1.1 или 1.2 (за исключением описанных в данном документе (или последующих) изменений и улучшений).
Далее работа системы по ФИГ. 1 будет описана с особым упором на обнаружение посторонних объектов.
В системах беспроводной передачи мощности присутствие объекта (как правило, проводящего элемента, получающего мощность из сигнала передачи мощности и не являющегося частью передатчика 101 мощности или приемника 105 мощности, т.е. являющегося непреднамеренным, нежелательным и/или создающим помехи элементом в отношении передачи мощности) может быть очень нежелательным при передаче мощности. Такой нежелательный объект также известен как посторонний объект.
Посторонний объект может не только снижать эффективность вследствие добавления в операцию потерь мощности, но также может ухудшать саму операцию передачи мощности (например, за счет влияния на эффективность передачи мощности или получения мощности, не управляемой непосредственно, например, с помощью контура передачи мощности). Кроме того, индукция токов в постороннем объекте (в частности, вихревых токов в металлической части постороннего объекта) может зачастую приводить к крайне нежелательному нагреву постороннего объекта.
Для решения подобной проблемы системы беспроводной передачи мощности, такие как Qi, включают функцию обнаружения посторонних объектов. В частности, передатчик мощности имеет функциональные возможности по обнаружению присутствия постороннего объекта. В случае его обнаружения передатчик мощности может, например, прекратить передачу мощности или уменьшить максимальную величину мощности, которая может быть передана.
Существующие подходы, предложенные в спецификациях Qi, основаны на обнаружении потери мощности (путем сравнения переданной и сообщенной принятой мощности) или обнаружении ухудшения коэффициента добротности выходной резонансной схемы. Однако при использовании в настоящее время было обнаружено, что эти подходы обеспечивают неоптимальные характеристики во многих случаях и их применение может, в частности, привести к неточному обнаружению, что приводит к пропущенным обнаружениям и/или ложным срабатываниям, когда происходит обнаружение постороннего объекта, несмотря на отсутствие такого объекта.
Обнаружение посторонних объектов может выполняться до того, как на приемнике мощности будет начат этап передачи мощности (например, в ходе инициализации передачи мощности) или в ходе осуществления этапа передачи мощности. Обнаружение в ходе осуществления этапа передачи мощности часто основывается на сравнении измеренной переданной мощности и принятой мощности, тогда как обнаружение, которое происходит до этапа передачи мощности, часто основывается на измерениях вносимого полного сопротивления, например путем измерения коэффициента добротности катушки передатчика с помощью слабого измерительного сигнала.
Авторы выяснили, что обычное обнаружение посторонних объектов осуществляется неоптимально и что это частично связано с изменениями и неопределенностями конкретных рабочих условий и ситуаций, при которых выполняется обнаружение посторонних объектов, включая изменения и неопределенности свойств передатчика мощности, свойств приемника мощности, применяемых условий проверок и т.д.
Примером сложностей при проверках по обнаружению посторонних объектов является требование выполнения достаточно точных измерений для достижения достаточно надежного обнаружения посторонних объектов. Например, если измерение для обнаружения постороннего объекта происходит на этапе выбора этапа инициализации передачи мощности Qi, сигнал, который передатчик мощности обеспечивает для этого измерения, должен быть достаточно слабым, чтобы не активировать приемник мощности. Однако это, как правило, приводит к плохому отношению сигнал/шум, что снижает точность обнаружения. Таким образом, эффективность обнаружения может зависеть от конкретного применяемого уровня сигнала и, как правило, возникают противоречивые требования.
В приемнике мощности, на который воздействует слабый электромагнитный сигнал, может возникать ток утечки, который зависит от уровня электромагнитного сигнала, связи между первичной и вторичной катушками и состояния заряда конденсатора на выходе выпрямителя. Таким образом, этот ток утечки может варьироваться в зависимости от реальных текущих условий и в зависимости от конкретных параметров (например, свойств конденсатора) отдельного приемника мощности. Поскольку ток утечки влияет на вносимое полное сопротивление в первичной катушке, измерение коэффициента добротности также зависит от реальных условий и это, как правило, препятствует оптимальному обнаружению.
Еще одна проблема обнаружения постороннего объекта основана, например, на том, что сообщенные данные о принятой мощности при различных нагрузках или уровнях сигнала могут быть менее надежными, чем требуется, вследствие того, что соотношения между переданной и принятой мощностью различны для разных нагрузок и уровней сигналов.
В системе по ФИГ. 1 использован подход к обнаружению посторонних объектов, предполагающий уменьшение неопределенности и чувствительности к изменениям, и, соответственно, предполагающий обеспечение лучшего обнаружения посторонних объектов. Указанный подход во многих вариантах осуществления позволяет обеспечить лучшее обнаружение посторонних объектов и, в частности, во многих вариантах осуществления позволяет обеспечить более точное и/или надежное обнаружение посторонних объектов. Этот подход также может позволить обеспечить низкую сложность и низкие требования к ресурсам. Преимущество данного подхода состоит в том, что он может быть пригодным для применения во многих существующих системах, например, в частности, в системе беспроводной передачи мощности Qi, и фактически это часто может быть достигнуто путем выполнения незначительных изменений.
Другая операция, на которую могут влиять свойства (и, в частности, изменения свойств) сигнала передачи мощности, представляет собой осуществление связи между приемником мощности и передатчиком мощности (в любом направлении). Как будет описано далее, для осуществления связи от приемника мощности к передатчику мощности часто используют модуляцию нагрузкой, при которой нагрузка для сигнала передачи мощности изменяется приемником мощности в соответствии с данными, подлежащими передаче. Затем передатчик мощности может обнаруживать результирующие изменения в сигнале возбуждения, обеспечивающем генерацию сигнала передачи мощности, и на основании них декодировать переданные данные. Однако влияние модуляции нагрузкой сложно определить, когда эффективная нагрузка для сигнала передачи мощности на приемнике мощности очень высока, и это определение еще больше усложняется, когда эта нагрузка изменяется.
В системе по ФИГ. 1 использован подход к осуществлению связи, который направлен на уменьшение неопределенности и чувствительности, и, соответственно, предполагающий обеспечение улучшения характеристик связи, в частности, для связи с модуляцией нагрузкой от приемника мощности к передатчику мощности. Указанный подход во многих вариантах осуществления позволяет обеспечить улучшенную связь и, в частности, во многих вариантах осуществления позволяет обеспечить более точную и/или надежную связь от приемника мощности к передатчику мощности. Этот подход также может позволить обеспечить низкую сложность и низкие требования к ресурсам. Преимущество данного подхода состоит в том, что он может быть пригодным для применения во многих существующих системах, например, в частности, в системе беспроводной передачи мощности Qi, и фактически это часто может быть достигнуто путем выполнения незначительных изменений.
Как будет описано более подробно ниже, этот подход представляет собой подход с временным разделением на этапе передачи мощности, причем такие операции, как обнаружение посторонних объектов и осуществление связи, а также передача мощности могут, например, выполняться в разных временных интервалах, что позволяет существенно снизить взаимные помехи между ними (в частности, влияние передачи мощности на обнаружение посторонних объектов/осуществление связи).
В частности, для беспроводной системы передачи мощности сигнал передачи мощности должен соответствовать повторяющемуся временному кадру, который содержит по меньшей мере один временной интервал передачи мощности и один временной интервал пониженной мощности.
Уровень мощности сигнала передачи мощности снижен в течение временного интервала пониженной мощности по сравнению с временным интервалом передачи мощности, и, как правило, максимально допустимая мощность в течение временного интервала пониженной мощности не менее, чем в 5, 10 или 50 раз ниже, чем уровень мощности в течение временного интервала передачи мощности. Снижение уровня мощности может быть результатом воздействий на передатчик мощности и/или на приемник мощности. Например, в некоторых вариантах осуществления передатчик мощности может быть выполнен с возможностью выключения сигнала передачи мощности в течение временного интервала пониженной мощности и/или приемник мощности может быть выполнен с возможностью отключения нагрузки в течение временного интервала пониженной мощности.
Затем передатчик мощности (и, как правило, приемник мощности) может обеспечить выполнение одной или более операций (функций, процессов, процедур) в течение временного интервала пониженной мощности, т.е. он может синхронизировать выполнение одной или более операций передатчика мощности в течение временного интервала пониженной мощности. Например, он, как правило, может синхронизировать выполнение обнаружения посторонних объектов и, возможно, осуществление связи, в течение временного интервала пониженной мощности. Таким образом, благодаря этому влияние передачи мощности и сигнала передачи мощности на заданную операцию, в частности, обнаружение посторонних объектов и осуществление связи, может быть уменьшено и часто минимизировано.
На ФИГ. 2 более подробно представлены элементы передатчика 101 мощности, а ФИГ. 3 более подробно представлены элементы приемника 105 мощности по ФИГ. 1.
Передатчик 101 мощности содержит возбудитель 201, который выполнен с возможностью генерации сигнала возбуждения, подаваемого на катушку 103 передатчика, которая, в свою очередь, генерирует электромагнитный сигнал передачи мощности, который может обеспечивать передачу мощности на приемник 105 мощности. Сигнал передачи мощности обеспечивают (по меньшей мере) в течение временных интервалов передачи мощности этапа передачи мощности.
Возбудитель 201, как правило, может содержать выходную схему в виде инвертора, обычно образуемую путем возбуждения полного моста или полумоста, что хорошо известно специалистам в данной области техники.
Передатчик 101 мощности также содержит контроллер 203 передатчика мощности, который выполнен с возможностью управления работой передатчика 101 мощности в соответствии с требуемыми принципами функционирования. В частности, передатчик 101 мощности может иметь многие функциональные возможности, необходимые для выполнения управления мощностью в соответствии со спецификациями Qi.
Контроллер 203 передатчика мощности, в частности, выполнен с возможностью управления генерацией сигнала возбуждения возбудителем 201 и он выполнен с возможностью, в частности, управления уровнем мощности сигнала возбуждения, и, соответственно, уровнем генерируемого сигнала передачи мощности. Контроллер 203 передатчика мощности содержит контроллер контура мощности, управляющий уровнем мощности сигнала передачи мощности в ответ на сообщения для управления мощностью, принятые от приемника 105 мощности в течение этапа управления мощностью.
Для приема данных и сообщений от приемника 105 мощности передатчик 101 мощности содержит первое устройство 205 связи, которое выполнено с возможностью приема данных и сообщений от приемника 105 мощности (как будет очевидно для специалиста в данной области техники, сообщение с данными может содержать один или более битов информации). В этом примере приемник 105 мощности выполнен с возможностью модуляции нагрузкой сигнала передачи мощности, сгенерированного катушкой 103 передатчика, а первое устройство 205 связи выполнено с возможностью определения изменения напряжения и/или тока на катушке 103 передатчика и демодулирования модуляции нагрузкой на их основе. Специалистам в данной области техники известны принципы модуляции нагрузкой, например используемые в системах беспроводной передачи мощности Qi, поэтому они не будут описаны более подробно.
Во многих вариантах осуществления первое устройство 205 связи также выполнено с возможностью передачи данных на приемник 105 мощности и может, в частности, быть выполнено с возможностью модуляции сигнала передачи мощности с использованием частотной, амплитудной или фазовой модуляции.
В некоторых вариантах осуществления связь могут осуществлять с использованием отдельного канала связи, что может быть достигнуто с использованием отдельной катушки связи или фактически с использованием катушки 103 передатчика. Например, в некоторых вариантах осуществления может быть реализована ближняя бесконтактная связь или высокочастотная несущая (например, с частотой несущей 13,56 МГц) может быть наложена на сигнал передачи мощности.
В системе по ФИГ. 1-3 связь в течение этапа передачи мощности осуществляется во временных интервалах пониженной мощности. В частности, некоторые или по существу все временные интервалы пониженной мощности могут представлять собой временные интервалы осуществления связи, в течение которых происходит осуществление связи между передатчиком 101 мощности и приемником 105 мощности. В частности, контроллер 203 передатчика может содержать/обеспечивать синхронизатор 206, выполненный с возможностью синхронизации первого устройства 205 связи таким образом, что операция осуществления связи (обычно как прием, так и передача данных) выполняется во (и, как правило, только в) временных интервалах осуществления связи этапа передачи мощности, т.е. во временных интервалах пониженной мощности, которые предназначены для осуществления связи.
Это может позволить существенно повысить качество связи.
Передатчик 101 мощности также содержит детектор 207 посторонних объектов, который выполнен с возможностью выполнения проверок по обнаружению посторонних объектов, т.е. конкретного определения того, насколько вероятно присутствие каких-либо нежелательных проводящих элементов в пределах сгенерированного электромагнитного поля.
В данной системе проверки по обнаружению посторонних объектов основаны на измерениях, выполняемых в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов, т.е. в течение временных интервалов пониженной мощности, которые предназначены для обнаружения посторонних объектов.
В этом примере электромагнитный сигнал передачи мощности и электромагнитный проверочный сигнал, используемый для обнаружения посторонних объектов, генерируются двумя разными катушками (возбуждаемыми разными возбудителями). Кроме того, указанные сигналы будут названы разными терминами, а именно электромагнитный сигнал, генерируемый в течение временных интервалов передачи мощности, будет называться сигналом передачи мощности, а электромагнитный сигнал, генерируемый в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов, будет называться электромагнитным проверочным сигналом, или просто проверочным сигналом. Однако следует понимать, что во многих вариантах осуществления электромагнитный сигнал может быть сгенерирован одной и той же катушкой как во временном интервале передачи мощности, так и во временном интервале обнаружения посторонних объектов, и, фактически один и тот же возбудитель и т.д. может быть использован как во временном интервале передачи мощности, так и во временном интервале обнаружения посторонних объектов. Фактически, ссылки на проверочные сигналы во многих вариантах осуществления можно рассматривать как эквивалентные сигналу передачи мощности в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов.
В течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов уровень мощности сигнала передачи мощности снижается, например, за счет отключения нагрузки приемником мощности и уменьшения общей нагрузки для сигнала передачи мощности. Во многих вариантах осуществления приемник 105 мощности может быть выполнен с возможностью минимизации нагрузки для сигнала передачи мощности, чтобы она соответствовала только нагрузке от собственного металла (металлических деталей самого приемника мощности), и, возможно, небольшому количеству мощности, используемому функциональным блоком управления приемника мощности. Приемник мощности часто может полностью отключать целевую нагрузку для сигнала передачи мощности в течение временных интервалов пониженной мощности. Это часто может, например, приводить к уменьшению нагрузки для сигнала передачи мощности, например, от 5-50 Вт в течение временных интервалов передачи мощности до менее 500 мВт в течение временных интервалов пониженной мощности.
Следует отметить, что уровень мощности сигнала передачи мощности может быть снижен без того, чтобы это приводило к снижению напряженности сгенерированного электромагнитного поля (или было вызвано им). Например, отключение нагрузки приемником мощности приведет к уменьшению мощности, получаемой из электромагнитного поля и сигнала передачи мощности и, таким образом, из сигнала возбуждения на катушку 103 передатчика. Однако это не обязательно должно приводить к уменьшению напряженности сгенерированного поля и фактически может обеспечить наличие большой напряженности поля, поскольку противоположное электромагнитное поле, созданное током в катушке 107 приемника, уменьшается.
Таким образом, во многих вариантах осуществления временные интервалы пониженной мощности характеризуются передачей уменьшенной мощности от передатчика мощности к приемнику мощности по сравнению с такой передачей мощности в течение временных интервалов передачи мощности (или по меньшей мере передачей сниженной максимально возможной/доступной мощности от передатчика мощности на приемник мощности по сравнению с передачей максимально возможной/доступной мощности в течение временных интервалов передачи мощности). Однако напряженность электромагнитного поля, создаваемого катушкой 103 передатчика, может оставаться такой же или даже увеличиваться.
Фактически, во многих вариантах осуществления, в которых обнаружение посторонних объектов основано на измерении нагрузки электромагнитного поля, создаваемого катушкой 103 передатчика, может быть желательным адаптировать сигнал возбуждения таким образом, чтобы создаваемое электромагнитное поле имело напряженность поля, подходящую для выполнения предполагаемой операции в течение интервала пониженной мощности. Это может быть даже более высокая напряженность поля, чем в течение временного интервала передачи мощности, но величина передаваемой мощности уменьшается вследствие того, что приемник мощности, как правило, отключает нагрузку.
Хотя в некоторых вариантах осуществления можно просто не изменять параметры сигнала возбуждения, причем сигнал возбуждения, как правило, адаптируют в течение временного интервала пониженной мощности, когда нагрузка приемника мощности снижается. Отключение нагрузки приведет к меньшему демпфированию колебаний в катушке 103 передатчика и, соответственно, поскольку параметры возбуждения остаются неизменными, произойдет повышение тока в катушке 103 передатчика/выходной резонансной схеме. Это приведет к достижению более высокого наведенного напряжения в приемной катушке 107, а в некоторых ситуациях может привести к состоянию перенапряжения. Такая проблема может, например, быть решена путем изменения параметров сигнала возбуждения для уменьшения амплитуды сигнала возбуждения в течение временного интервала пониженной мощности.
Уменьшение нагрузки позволяет намного точнее обнаруживать посторонние объекты во многих ситуациях. Это приведет к тому, что мощность, рассеиваемая в постороннем объекте, будет составлять гораздо большую долю в общей рассеиваемой мощности, и фактически, как правило, мощность, рассеиваемая в постороннем объекте, превышает мощность, рассеиваемую в приемнике мощности, что, таким образом, облегчает обнаружение рассеивания мощности этим посторонним объектом.
Во многих вариантах осуществления контроллер 203 передатчика выполнен с возможностью уменьшения уровня мощности сигнала передачи мощности в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов и, в частности, он может полностью выключать сигнал передачи мощности (в частности, в примере использования различных катушек для генерации сигнала передачи мощности и электромагнитного проверочного сигнала для обнаружения посторонних объектов).
В течение интервала, в котором выполняется обнаружение посторонних объектов, т.е. в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов, детектор 207 посторонних объектов может оценивать условия, чтобы определить, можно ли считать, что посторонний предмет присутствует, или нет. В течение временного интервала обнаружения посторонних объектов передатчик 101 мощности генерирует электромагнитный проверочный сигнал, а обнаружение посторонних объектов основано на оценке характеристик и свойств этого сигнала.
Например, уровень мощности (мощности, полученной из) сгенерированного проверочного сигнала, может быть использован как показатель мощности, полученной потенциальными посторонними объектами (как правило, путем ее сравнения с данными об ожидаемой мощности, полученными от приемника 105 мощности). Уровень мощности электромагнитного проверочного сигнала соответствует мощности, полученной из электромагнитного проверочного сигнала проводящими элементами (включая катушку 107 приемника) в электромагнитном поле. Таким образом, он указывает мощность, полученную комбинацией из приемника 105 мощности, а также любых посторонних объектов, которые могут присутствовать. Разность между уровнем мощности электромагнитного сигнала и мощностью, полученной приемником 105 мощности, соответственно, отражает мощность, полученную любыми присутствующими посторонними объектами. Обнаружение постороннего объекта может, например, представлять собой обнаружение низкой сложности, при котором обнаружение постороннего объекта считается произошедшим, если разность между уровнем мощности электромагнитного сигнала (далее именуемым уровнем мощности передачи) превышает сообщенную мощность, полученную приемником 105 мощности (далее именуемую уровнем принятой мощности).
Согласно этому подходу обнаружение посторонних объектов, соответственно, основано на сравнении уровней мощности между уровнем переданной мощности и сообщенным уровнем принятой мощности. Реакция на обнаружение постороннего объекта может быть разной в разных вариантах осуществления. Однако во многих вариантах осуществления передатчик 101 мощности может быть выполнен с возможностью прекращения передачи мощности (по меньшей мере временно) в ответ на обнаружение постороннего объекта.
Для генерации проверочного сигнала передатчик 101 мощности содержит проверочную катушку 209, которая соединена с проверочным генератором 211. Проверочный генератор 211 выполнен с возможностью генерации проверочного сигнала возбуждения для проверочной катушки 209, чтобы обеспечить электромагнитный проверочный сигнал в течение временного интервала обнаружения постороннего объекта. Проверочный сигнал возбуждения представляет собой электрический сигнал, подаваемый на проверочную катушку 209, в результате чего происходит генерация электромагнитного проверочного сигнала, т.е. проверочная катушка 209 генерирует соответствующее электромагнитное поле с напряженностью поля, зависящей от проверочного сигнала возбуждения.
Проверочный генератор 211 может иметь по существу те же функциональные возможности, что и возбудитель 201, например выход проверочного генератора 211 может представлять собой полумостовой или полномостовой инвертор. Фактически, как упоминалось ранее, во многих вариантах осуществления проверочный генератор 211 может быть реализован с помощью возбудителя 201, а проверочная катушка 209 может быть реализована с помощью катушки 103 передатчика. Соответственно, далее все ссылки на проверочный генератор 211 и проверочную катушку 209 могут, соответственно, рассматриваться как ссылки на возбудитель 201 и катушку 103 передатчика для вариантов осуществления, в которых одну и ту же катушку используют для генерации как сигнала передачи мощности, так и электромагнитного проверочного сигнала. В такой ситуации, мощность сгенерированного электромагнитного сигнала может быть адаптирована, как правило, к фиксированному опорному уровню в течение временного интервала обнаружения постороннего объекта.
Передатчик мощности также содержит адаптер 213, который, как будет более подробно описано ниже, выполнен с возможностью адаптации характеристики синхронизации временных интервалов пониженной мощности в ответ на одно или более сообщений, принятых от приемника мощности.
На ФИГ. 3 представлены некоторые приведенные в качестве примера элементы приемника 105 мощности.
Катушка 107 приемника соединена с контроллером 301 приемника мощности, который соединяет катушку 107 приемника с нагрузкой 303 через выключатель 305 (т.е. с коммутируемой нагрузкой 305). Контроллер 301 приемника мощности включает тракт управления мощностью, который преобразует мощность, полученную катушкой 107 приемника, в сигнал, пригодный для подачи на нагрузку. Кроме того, контроллер 301 приемника мощности может включать различные функциональные блоки контроллера приемника мощности, необходимые для выполнения передачи мощности, и, в частности, функциональные блоки, необходимые для выполнения передачи мощности в соответствии со спецификациями Qi.
Для осуществления связи приемника 105 мощности с передатчиком 101 мощности приемник 105 мощности имеет второе устройство 307 связи.
Второе устройство 307 связи выполнено с возможностью передачи данных на передатчик мощности при изменении нагрузки катушки 107 приемника в ответ на поступление данных, подлежащих передаче на передатчик 101 мощности. Затем изменения нагрузки обнаруживаются и демодулируются передатчиком 101 мощности способом, известным специалистам в данной области техники.
В этом примере второе устройство 307 связи также выполнено с возможностью демодуляции амплитудной, частотной и/или фазовой модуляции сигнала передачи мощности для получения данных, переданных с передатчика мощности.
Контроллер 301 приемника мощности также выполнен с возможностью управления вторым устройством 307 связи таким образом, чтобы связь на этапе передачи мощности осуществлялась в интервалах связи, т.е. в течение временных интервалов, в которых уровень мощности сигнала передачи мощности снижается.
Таким образом, аналогично тому, как первое устройство связи синхронизирует связь с приемником мощности, чтобы она была осуществлена в течение временных интервалов пониженной мощности, второе устройство связи также синхронизирует связь с передатчиком мощности, чтобы она была осуществлена в течение временных интервалов пониженной мощности.
На ФИГ. 4 представлена принципиальная схема элементов приведенного в качестве примера тракта мощности приемника 105 мощности. В этом примере приемник 105 мощности содержит катушку 107 приемника, обозначенную как LRX. В этом примере катушка 107 приемника представляет собой часть резонансной схемы, а приемник 105 мощности, соответственно, также содержит резонансный конденсатор CRX. Катушка 107 приемника подвержена воздействию электромагнитного сигнала и, соответственно, в катушке индуцируется переменное напряжение/ток. Резонансная схема подключена к выпрямительному мосту со сглаживающим конденсатором C1, подключенным к выходу моста. Таким образом, на конденсаторе C1 генерируется постоянное напряжение. Величина пульсаций постоянного напряжения будет зависеть от размера сглаживающего конденсатора, а также от нагрузки.
Мост B1 и сглаживающий конденсатор C1 подключены к нагрузке 303, которая обозначена ссылочной позицией RL, через выключатель 305, который показан как выключатель S1. Выключатель 305, соответственно, может быть использован для подключения или отключения нагрузки от тракта мощности и, таким образом, нагрузка представляет собой коммутируемую нагрузку 305. Следует понимать, что, хотя выключатель S1 показан как обычный выключатель, он, конечно, может быть реализован с помощью любого подходящего средства, включая, как правило, полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник (MOSFET). Кроме того, следует понимать, что нагрузка 303 изображена как простой пассивный двухполюсный элемент, но, конечно, она может представлять собой любую пригодную нагрузку. Например, нагрузка 303 может представлять собой заряжаемую батарею, мобильный телефон или другое коммуникационное или вычислительное устройство, может представлять собой простую пассивную нагрузку и т.д. По существу, нагрузка 303 не обязательно должна быть внешней или специальной внутренней нагрузкой, а может, например, включать элементы самого приемника 105 мощности. Таким образом, нагрузку 303, показанную на ФИГ. 3 и 4, можно рассматривать как представляющую собой любую нагрузку катушки 107 приемника/ электромагнитного сигнала, которая может быть отключена с помощью выключателя 305/S1, и, соответственно, она также упоминается как коммутируемая нагрузка 305.
На ФИГ. 4 также показан конденсатор C2 модуляции нагрузки, который может быть отключен или подключен параллельно резонансной схеме в зависимости от положения выключателя S2. Второе устройство 307 связи может быть выполнено с возможностью управления выключателем S2 таким образом, чтобы нагрузка модулирующего конденсатора C2 могла быть подключена и отключена в ответ на поступление данных, подлежащих передаче на передатчик 101 мощности, таким образом обеспечивая модуляцию нагрузки.
Приемник 105 мощности выполнен с возможностью перехода в режим пониженной мощности в течение временного интервала (-ов) пониженной мощности каждого временного кадра на этапе передачи мощности. В этом примере приемник 105 мощности содержит контроллер 309 нагрузки, который управляет выключателем 305 (эквивалентно выключатель 305 можно рассматривать как часть контроллера нагрузки). В течение временного интервала уменьшенной мощности контроллер 309 нагрузки может отключать нагрузку 303 от приемника мощности, т.е. отключать нагрузку контроллера 301 приемника мощности и, таким образом, нагрузку катушки 107 приемника. Таким образом, в этом случае контроллер 309 нагрузки может уменьшить нагрузку катушки 107 приемника в течение временного интервала пониженной мощности. Кроме того, не только уменьшается нагрузка приемника 105 мощности, что облегчает обнаружение других потерь мощности или модуляцию, но, что еще более важно, приемник 105 мощности входит в более хорошо выраженное или определенное состояние, в котором влияние изменений нагрузки на электромагнитный проверочный сигнал снижается.
Следует понимать, что нагрузка катушки 107 приемника не может быть полностью отключена в течение интервала обнаружения постороннего объекта. Например, приемник 105 мощности может по-прежнему получать мощность, например, для работы некоторых внутренних схем. Таким образом, контроллер 309 нагрузки может быть выполнен с возможностью отключения нагрузки от катушки 107 приемника, при этом катушка 107 приемника может быть нагружена одной или более другими нагрузками. Фактически, нагрузку катушки 107 приемника можно рассматривать как состоящую из нагрузки, отключаемой контроллером 309 нагрузки в течение интервала обнаружения посторонних объектов, и нагрузки, не отключаемой контроллером 309 нагрузки. Таким образом, нагрузку 303 можно рассматривать как представляющую собой нагрузку, отключаемую катушкой 107 приемника в течение интервала обнаружения посторонних объектов. Эта нагрузка может включать как внешнюю, так и внутреннюю нагрузку, для которой установлена передача мощности, но также может включать, например, внутренний функциональный блок управления, временно отключаемый в течение интервала обнаружения посторонних объектов.
В некоторых вариантах осуществления коммутируемая нагрузка может, например, быть отключена при уменьшении индуктированного напряжения на входе выпрямителя B1 при одновременном поддержании высокого уровня напряжения на выходе выпрямителя за счет накопленной мощности на коммутируемой нагрузке (которая может представлять собой батарею) и/или на конденсаторе С1. Это может привести к прекращению протекания тока через выпрямитель B1 и, таким образом, может позволить надежно отключить коммутируемую нагрузку.
Приемник 105 мощности содержит контроллер 311 мощности, выполненный с возможностью создания контура управления мощностью с передатчиком 101 мощности. В частности, контроллер 311 мощности может передавать сообщения для управления мощностью на передатчик 101 мощности, а в ответ передатчик 101 мощности может изменять уровень мощности сигнала передачи мощности в течение временных интервалов передачи мощности. Как правило, контроллер 311 мощности выполнен с возможностью генерации сообщений об ошибках управления мощностью, которые указывают на запрос для передатчика 101 мощности в отношении увеличения или уменьшения уровня мощности. Контроллер 311 мощности выполнен с возможностью определения соответствующих сообщений об ошибках, сравнивая измеренное значение с опорным значением. Во время передачи мощности контроллер 311 мощности может сравнивать предоставленный уровень мощности с требуемым уровнем мощности и на основании этого сравнения запрашивать повышение или понижение уровня мощности.
Как упоминалось ранее, в системе применяется повторяющийся временной кадр на этапе передачи мощности, причем временной кадр содержит по меньшей мере один временной интервал передачи мощности и один временной интервал пониженной мощности. Пример такого повторяющегося временного интервала показан на ФИГ. 5, на которой временные интервалы передачи мощности обозначены как PT, а временные интервалы пониженной мощности обозначены как D. В этом примере каждый временной кадр FRM содержит только один временной интервал пониженной мощности и один временной интервал передачи мощности. Однако следует понимать, что в других вариантах осуществления другие временные интервалы также могут быть включены во временной кадр, или множество временных интервалов пониженной мощности и/или временных интервалов передачи мощности могут быть включены в каждый временной кадр. В частности, повторяющийся временной кадр может содержать временные интервалы пониженной мощности различных типов, например один или более временных интервалов обнаружения посторонних объектов и один или более временных интервалов осуществления связи.
Согласно этому подходу такие операции, как обнаружение посторонних объектов и/или осуществление связи, могут выполняться во временных интервалах пониженной мощности и, таким образом, обнаружение посторонних объектов/осуществление связи и передача мощности могут быть разделены во временной области, что позволяет уменьшить перекрестные помехи от передачи мощности для обнаружения посторонних объектов/осуществления связи. Таким образом, изменчивость и неопределенность, возникающие в результате изменений рабочих условий для передачи мощности, могут отсутствовать при обнаружении посторонних объектов/осуществлении связи, что позволяет достичь более надежного и точного обнаружения посторонних объектов/осуществления связи.
Таким образом, на этапе передачи мощности передатчик мощности выполнен с возможностью выполнения передачи мощности в течение временного интервала передачи мощности временных кадров этапа передачи мощности. В частности, в течение этих временных интервалов передатчик мощности и приемник мощности могут управлять контуром управления мощностью (работа контура управления мощностью может быть основана на осуществлении связи в пределах временных интервалов осуществления связи, соответствующих повторяющимся временным интервалам). Таким образом, уровень передаваемой мощности может динамически изменяться.
Во временных интервалах пониженной мощности временных кадров этапа передачи мощности уровень мощности сигнала передачи мощности (в частности, уровень мощности, передаваемой на приемник мощности) снижается и часто минимизируется. Это может быть достигнуто с помощью передатчика мощности, например, путем ограничения сигнала возбуждения (например, его полного выключения), и/или приемника мощности, например путем отключения целевой нагрузки.
Во многих вариантах осуществления, в частности, когда одну и ту же катушку используют как для сигнала передачи мощности, так и для электромагнитного проверочного сигнала, используемого для обнаружения посторонних объектов, передатчик мощности может быть выполнен с возможностью снижения уровня сигнала передачи мощности в течение временного интервала пониженной мощности относительно его уровня в течение временного интервала передачи мощности. Во многих ситуациях уровень мощности сигнала передачи мощности может быть увеличен до высоких значений, например, до уровней 10-100 Вт или даже значительно выше во многих вариантах применения (например, для передачи мощности для кухонных приборов). Однако в течение временного интервала пониженной мощности уровень мощности генерируемого электромагнитного сигнала может быть снижен до заданного уровня, который намного ниже текущего или максимально допустимого уровня мощности в течение временного интервала передачи мощности. Например, уровень мощности может быть установлен на заданный уровень, не превышающий 1 Вт. Другими словами, мощность электромагнитного проверочного сигнала в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов может быть ограничена до уровня мощности, который значительно (например, не менее чем в 2, 5 или 10 раз) ниже максимально допустимого уровня мощности сигнала передачи мощности в течение временного интервала передачи мощности.
Как упоминалось ранее, снижение уровня мощности не обязательно соответствует снижению напряженности генерируемого электромагнитного поля. Например, уровень мощности при ее передаче может быть значительно снижен за счет уменьшения нагрузки поля приемником мощности, например при отключении нагрузки 303. Как показано на ФИГ. 4, это может быть достигнуто, например, за счет незначительного уменьшения напряженности поля, в результате чего наведенное напряжение (на LRX) останется ниже напряжения на конденсаторе (C1), в результате чего выпрямительный мост (B1) эффективно изолирует конденсатор (C1) от катушки (LRX) приемника, что позволяет обеспечить эффективное внутреннее отключение нагрузки (RL).
Может быть желательным поддерживать относительно высокую напряженность магнитного поля для возможности измерения достаточного рассеивания мощности на постороннем объекте и, таким образом, облегчить и улучшить обнаружение посторонних объектов.
Альтернативно или дополнительно, приемник 105 мощности может быть выполнен с возможностью уменьшения нагрузки для генерируемого электромагнитного сигнала/поля в течение временного интервала пониженной мощности относительно его уровня в течение временного интервала передачи мощности, т.е. приемник 105 мощности выполнен с возможностью уменьшения нагрузки на приемнике 105 мощности для электромагнитного проверочного сигнала в течение временного интервала пониженной мощности относительно нагрузки для сигнала передачи мощности в течение временного интервала передачи мощности. В частности, в примере, показанном на ФИГ. 3, контроллер 309 нагрузки и выключатель 305 могут быть выполнены с возможностью отключения коммутируемой нагрузки 303 в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов и ее подключения в течение временного интервала передачи мощности. Таким образом, в течение временного интервала пониженной мощности приемник 105 мощности может отключать (как правило) основную/целевую нагрузку и фактически во многих вариантах осуществления может обеспечивать только минимальную нагрузку, необходимую для непрерывной работы приемника 105 мощности.
В примере, показанном на ФИГ. 4, выключатель S1 может быть использован для отключения нагрузки в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов. Следует понимать, что в вариантах осуществления, в которых для коммутируемой нагрузки 303 требуется более постоянная подача мощности, выключатель S1 может быть расположен перед конденсатором C1 или другое устройство для накопления мощности может быть предусмотрено после выключателя S1 для подачи мощности на коммутируемую нагрузку 303 в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов (или, например, описанный ранее подход со снижением индуктированного напряжения на входе выпрямителя B1 с одновременным поддержанием высокого уровня напряжения на выходе выпрямителя B1 за счет накопленной мощности на коммутируемой нагрузке (например, батарее) и/или конденсаторе C1).
Приемник 105 мощности может соответствующим образом уменьшить нагрузку приемника мощности в течение временного интервала пониженной мощности. В частности, нагрузка для электромагнитного проверочного сигнала, обеспечиваемая приемником мощности в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов, будет меньшей, чем нагрузка для сигнала передачи мощности, обеспечиваемая приемником мощности в течение временного интервала передачи мощности (нагрузкой может, например, считаться эффективное полное активное сопротивление, соответственно, катушки 103 передатчика и проверочной катушки 209 в течение, соответственно, временного интервала передачи мощности и временного интервала обнаружения посторонних объектов). Как правило, сигнал передачи мощности и электромагнитный проверочный сигнал будут иметь соответствующие свойства и, таким образом, оба индуцируют сигнал в приемной катушке 107. Таким образом, отключение коммутируемой нагрузки 303 в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов приведет к уменьшению нагрузки электромагнитного проверочного сигнала по сравнению с нагрузкой для сигнала передачи мощности (и, таким образом, для электромагнитного проверочного сигнала), генерируемого в течение временного интервала передачи мощности при подключенной нагрузке.
Отключение коммутируемой нагрузки 303 не только уменьшает нагрузку для электромагнитного проверочного сигнала, но также позволяет обеспечить более предсказуемую нагрузку и уменьшение ее изменения. Как правило, нагрузка передатчика мощности приемником мощности может значительно изменяться не только в разных вариантах применения, но также в зависимости от времени для одного и того же варианта применения и сеанса передачи мощности. Контур управления мощностью приводят в действие на этапе передачи мощности для адаптации к таким изменениям. Однако, при вводе временного интервала пониженной мощности, в котором нагрузка может быть отключена (или задана иным образом, например, на заданный уровень), можно перевести приемник мощности в эталонный режим, в котором нагрузка электромагнитного поля более предсказуема. Таким образом, например проверки по обнаружению посторонних объектов могут быть выполнены на основании того предположения, что приемник мощности находится в указанном эталонном или проверочном режиме и, таким образом, например, можно предположить установку заданной нагрузки электромагнитного проверочного сигнала. Таким образом, данный подход может не только позволить уменьшить нагрузку приемника 105 мощности (таким образом, повысив точность при относительно более сильном влиянии любых посторонних объектов), но также позволяет сделать ее более предсказуемой, таким образом облегчая компенсацию присутствия приемника мощности в течение проверки по обнаружению посторонних объектов.
Таким образом, система, показанная ФИГ. 1-4, обеспечивает значительно улучшенный подход к проверке по обнаружению посторонних объектов, при котором проверки по обнаружению посторонних объектов выполняются в гораздо более управляемых условиях, что позволяет проводить более точные и надежные проверки по обнаружению посторонних объектов. Аналогичным образом, она обеспечивает среду, позволяющую улучшить связь с меньшими помехами, вызванными операцией передачи мощности.
Во многих вариантах осуществления временной интервал пониженной мощности может включать как временной интервал осуществления связи, так и временной интервал обнаружения посторонних объектов.
В системе, показанной на ФИГ. 1, передатчик мощности и приемник мощности выполнены с возможностью изменения характеристик синхронизации временного интервала пониженной мощности повторяющегося временного кадра на основании связи между двумя объектами.
В частности, передатчик мощности содержит адаптер 213 для адаптации характеристики синхронизации временного интервала пониженной мощности в ответ по меньшей мере на прием первого сообщения от приемника мощности.
Во многих вариантах осуществления приемник мощности может передавать одно или более сообщений на передатчик мощности, запрашивая конкретную характеристику синхронизации временных интервалов пониженной мощности. Затем передатчик мощности и приемник мощности могут применить эти параметры синхронизации для последующей операции.
Во многих вариантах осуществления передатчик мощности и приемник мощности могут, в частности, быть выполнены с возможностью осуществления связи для установления продолжительности временных интервалов пониженной мощности и/или периода между временными интервалами пониженной мощности и, как правило, периода между последовательными временными интервалами пониженной мощности.
Такой подход может позволить достичь лучших компромиссов и может, в частности, позволить адаптировать работу к конкретным свойствам отдельных устройств, а во многих вариантах осуществления - к конкретным характеристикам отдельной операции передачи мощности. Например, синхронизация может быть адаптирована в соответствии с уровнем мощности при передаче мощности.
Данный подход позволяет обеспечить то, чтобы продолжительность временного интервала пониженной мощности влияла на поведение не только передатчика мощности и приемника мощности, но также потенциально и на конечную нагрузку, такую как, например устройство, которое питается от приемника мощности.
Часто, если временной интервал пониженной мощности слишком велик, на устройство может поступать пониженное эффективное напряжение питания. Это, в частности, актуально, когда накопление мощности устройством ограничено, например, когда конденсатор на входе устройства (на выходе приемника мощности) имеет емкость меньше требуемой. Устройство должно быть выполнено с возможностью перекрытия времени, в течение которого передача мощности прерывается, и для этого, как правило, требуется конденсатор относительно большой емкости (следует отметить, что во многих вариантах осуществления приемник мощности может сам содержать такой конденсатор, а также потенциально устройство для регулировки напряжения для обеспечения постоянного выходного напряжения. Однако это лишь означает, что описанная проблема будет актуальна для приемника мощности, а не для внешнего устройства-нагрузки).
Если временной слот слишком короткий, передатчик мощности может быть не в состоянии выполнить определенную операцию приемлемым образом. Например, передатчик мощности может быть не в состоянии выполнить измерение для обнаружения посторонних объектов с достаточной точностью, например вследствие того, что измерительный сигнал не был стабилизирован при выполнении измерений, или вследствие того, что могло быть взято недостаточное количество выборок. В качестве другого примера, слишком короткий временной интервал пониженной мощности может не обеспечивать достаточной полосы пропускания связи, например может оказаться невозможным передать достаточно данных для предоставления сообщений об управлении мощностью и предоставления других результатов измерений.
Оптимальная продолжительность временного интервала пониженной мощности соответственно может зависеть от ряда характеристик и свойств, таких как конкретные рабочие параметры и вариант реализации приемника мощности. В некоторых вариантах осуществления приемник мощности соответственно может передавать сообщение на передатчик мощности, а передатчик мощности может быть выполнен с возможностью адаптации синхронизации временного интервала пониженной мощности в ответ на прием этого сообщения.
Сообщение может, в частности, представлять собой явный запрос заданной продолжительности временного интервала пониженной мощности. Во многих вариантах осуществления приемник мощности может оценивать рабочие условия, такие как мощность, потребляемая внешней нагрузкой, и может вычислять максимальную продолжительность, в течение которой устройство для накопления мощности/конденсатор способен поддерживать достаточный заряд для предотвращения слишком сильного падения напряжения питания на нагрузке. Например, максимальная продолжительность может быть вдвое большей для нагрузки 1А по сравнению с нагрузкой 2А. Таким образом, приемник мощности может передавать запрос продолжительности, которая в два раза больше для нагрузки 2А, чем для нагрузки 1А.
В качестве другого примера подходящие значения продолжительности временного интервала пониженной мощности могут быть заданы для приемника мощности, например, на этапе изготовления. Например, приемник мощности может представлять собой зарядное устройство для батареи с максимальным зарядным током. Соответствующий период времени, в течение которого встроенный конденсатор может сохранять заряд, достаточный для обеспечения максимального зарядного тока, может быть определен на этапе проектирования и сохранен для постоянного хранения в приемнике мощности на этапе изготовления. При инициировании передачи мощности с помощью передатчика мощности приемник мощности может получить это значение и передать запрос продолжительности временного интервала пониженной мощности на передатчик мощности. Затем может быть осуществлен этап передачи мощности с использованием повторяющегося временного кадра, в котором временные интервалы пониженной мощности соответствуют сохраненному значению. Поскольку приемники мощности могут очень сильно различаться по требованиям и функциям, указанные возможности могут позволить адаптировать работу передатчика мощности и операции передачи мощности к конкретным характеристикам приемника мощности.
В некоторых вариантах осуществления система может быть выполнена с возможностью установки продолжительности между временными интервалами пониженной мощности на основании сообщения, передаваемого с приемника мощности на передатчик мощности. Система может, в частности, устанавливать продолжительность между временными интервалами пониженной мощности последовательных повторяющихся временных кадров и может эффективно адаптировать продолжительность временного интервала пониженной мощности в ответ на передачу сообщений с приемника мощности на передатчик мощности.
Чтобы обеспечить передачу достаточной средней мощности, обеспечивают тем больший уровень пиковой мощности при передаче мощности в течение временных интервалов передачи мощности, чем короче их продолжительность. Во многих вариантах осуществления уровень мощности при ее передаче может быть ограничен (передатчиком мощности или, возможно, приемником мощности, который может быть выполнен с возможностью только получения мощности заданной максимальной величины). В таких случаях приемник мощности может передать запрос продолжительности между временными интервалами пониженной мощности, достаточной для обеспечения того, чтобы конденсатор был полностью заряжен до начала следующего повторяющегося временного интервала (это, в частности, применимо для вариантов осуществления, в которых передатчик мощности выключает сигнал передачи мощности в течение временных интервалов пониженной мощности).
В некоторых вариантах осуществления один запрос может передаваться как для продолжительности временного интервала пониженной мощности, так и для продолжительности между такими интервалами. Например, в некоторых вариантах осуществления повторяющийся временной кадр может иметь постоянную продолжительность и приемник мощности может запрашивать применение определенного рабочего цикла.
Во многих вариантах осуществления передатчик мощности выполнен с возможностью введения требования минимальной продолжительности в отношении продолжительности временного интервала пониженной мощности. Эта минимальная продолжительность может быть использована для обеспечения того, чтобы для операции, подлежащей выполнению во временном интервале пониженной мощности, по существу было обеспечено достаточное количество времени для достижения требуемого результата. Например, это может позволить обеспечить выполнение обнаружения посторонних объектов с достаточной надежностью (включая достаточное время для настройки и стабилизации измерительного сигнала). В качестве другого примера передатчик мощности может быть выполнен с возможностью запроса минимальной продолжительности, чтобы при осуществлении связи была обеспечена достаточная ширина полосы.
Во многих вариантах осуществления передатчик мощности выполнен с возможностью введения требования максимальной продолжительности в отношении продолжительности между временными интервалами пониженной мощности. Эта максимальная продолжительность может быть использована для обеспечения того, чтобы операция, подлежащая выполнению во временном интервале пониженной мощности, выполнялась достаточно часто. Например, это позволяет обеспечить выполнение обнаружения постороннего объекта с достаточно высокой частотой, чтобы появление постороннего объекта было обнаружено до того, как он может быть разогрет до неприемлемого уровня. В качестве другого примера это позволяет обеспечить достаточно частое осуществление связи (например, включение достаточной частоты обновления для контура управления мощностью).
В качестве еще одного примера, в некоторых вариантах осуществления измерения для обнаружения посторонних объектов могут быть распределены по множеству интервалов пониженной мощности для повышения точности и/или добавления некоторой избыточности. Это обеспечивает большую точность обнаружения посторонних объектов. Если продолжительность временных интервалов пониженной мощности мала и, таким образом, возможно лишь небольшое количество выборок/измерений, продолжительность между временными интервалами пониженной мощности может быть небольшой для компенсации и обеспечения возможности получения достаточного количества выборок/измерений в течение заданного необходимого времени, что позволит обнаружить посторонний объект до того, как он слишком сильно нагреется.
Аналогичным образом, приемник мощности может быть выполнен с возможностью задания ограничений в отношении временных значений. Например, приемник мощности может определять требуемое значение продолжительности временного интервала пониженной мощности с учетом максимального значения, которое позволяет гарантировать, что на внешнюю нагрузку может быть подана достаточная мощность без разряда устройства для накопления мощности (как правило, конденсатора), что может привести к недопустимым падениям напряжения.
Аналогичным образом, приемник мощности может, как упомянуто выше, определять требуемое значение продолжительности между временными интервалами пониженной мощности с учетом минимального значения, которое позволяет обеспечить возможность полного заряда конденсатора приемника мощности.
Во многих вариантах осуществления характеристики синхронизации повторяющегося временного интервала будут зависеть от требований, установленных как приемником мощности, так и передатчиком мощности. Как правило, для одобрения значения синхронизации требования для передатчика мощности и приемника мощности должны выполняться одновременно. Например, установка продолжительности повторяющегося временного интервала и/или продолжительности между последовательными повторяющимися временными интервалами зависит от значений, удовлетворяющих требованиям как для передатчика мощности, так и для приемника мощности.
Кроме того, во многих вариантах осуществления, как правило, одно из устройств (т.е. приемник мощности или передатчик мощности) может задавать ограничение на максимальное значение, а другое устройство задавать ограничение на минимальное значение устанавливаемой характеристики синхронизации.
В частности, как объяснено ранее, во многих вариантах осуществления продолжительность временного интервала пониженной мощности может зависеть от минимальной продолжительности, заданной передатчиком мощности, и максимальной продолжительности, заданной приемником мощности.
Аналогичным образом, во многих вариантах осуществления продолжительность между временными интервалами пониженной мощности может зависеть от максимальной продолжительности, заданной передатчиком мощности, и минимальной продолжительности, заданной приемником мощности.
Такие варианты реализации могут обеспечивать эффективное управление подходящими временными характеристиками для временных интервалов пониженной мощности во многих вариантах осуществления и могут обеспечивать снижение сложности и упрощение независимого взаимодействия с обоими устройствами с обеспечением того, что временные интервалы пониженной мощности будут иметь характеристики синхронизации, позволяющие достичь приемлемой производительности для обоих устройств, и, таким образом, для всей передачи мощности.
Конкретный подход и обмен сообщениями, используемые для установки характеристик синхронизации временных интервалов пониженной мощности, зависят от предпочтений и требований конкретного варианта осуществления и в разных системах могут быть использованы разные подходы.
Однако во многих системах, например, как правило, применяемых для вариантов реализации типа Qi, подход основан на запросах передачи приемником мощности подходящих значений синхронизации и их одобрении передатчиком мощности или отклонении указанных значений.
Соответственно, приемник мощности, показанный на ФИГ. 3, содержит контроллер 311 запроса, который выполнен с возможностью передачи сообщения с запросом на передатчик мощности, причем сообщение с запросом содержит запрос запрошенного значения характеристики синхронизации.
Например, приемник мощности может определять подходящее значение продолжительности временного интервала пониженной мощности. Например, он может оценить внешнюю нагрузку и на ее основании вычислить общую потребляемую мощность (как целевой нагрузки, так и самого приемника мощности). Затем он может вычислить время падения напряжения на устройстве для накопления мощности на заданное приемлемое значение для этой общей потребляемой мощности. Результирующее время соответствует максимально возможной продолжительности временного интервала пониженной мощности. Как правило, затем приемник мощности может сначала запросить значительно меньшую продолжительность, чтобы обеспечить достаточный запас и более безопасный рабочий режим. Например, он может передать сообщение на передатчик мощности с запросом продолжительности временного интервала пониженной мощности, равной половине определенного максимального значения.
После приема сообщения передатчик мощности может оценить, приемлема ли запрошенная продолжительность. Например, он может сравнивать запрошенную продолжительность с предварительно сохраненным минимальным периодом времени, необходимым для выполнения достаточно точного обнаружения посторонних объектов. Если запрошенная продолжительность превышает этот минимальный период времени, передатчик мощности одобряет запрошенную продолжительность, в противном случае он ее отклоняет.
Затем передатчик мощности может передать обратно на приемник мощности ответное сообщение, которое содержит указание того, было ли одобрено запрошенное значение передатчиком мощности. Это ответное сообщение принимается контроллером ответа, который в ответ на него определяет характеристики синхронизации для временного интервала пониженной мощности.
Например, ответное сообщение может содержать один бит, указывающий, одобрена или отклонена запрошенная продолжительность. Если запрошенная продолжительность одобрена, оба устройства затем выполняют этап передачи мощности, используя согласованную продолжительность временного интервала пониженной мощности (после завершения процесса инициализации в случае, если перед началом передачи мощности необходимо выполнить дополнительные операции или согласования). Если запрошенная продолжительность отклонена, контроллер 313 ответа может выдать команду контроллеру 311 запроса на передачу нового запроса. Например, он может запросить продолжительность в 75% от максимально допустимого значения. Затем процесс может повторяться до тех пор, пока не будет согласовано подходящее значение характеристики синхронизации.
Если ни одно предоставляемое для одобрения общее значение не было согласовано, в частности, если передатчик мощности отклонил запрос продолжительности временного интервала пониженной мощности, соответствующий максимально допустимой продолжительности, вычисленной приемником мощности, приемник мощности и передатчик мощности могут прекратить процесс передачи мощности или, например, приемник мощности может изменить параметры своего функционирования, увеличив временной интервал пониженной мощности (например, максимальная мощность, которая может быть обеспечена на внешней нагрузке, может быть снижена).
Следует понимать, что аналогичный подход может быть использован для установки продолжительности между временными интервалами пониженной мощности.
Во многих вариантах осуществления передатчик мощности может передавать сообщение, указывающее предпочтительные или допустимые значения характеристик синхронизации, на приемник мощности. Например, передатчик мощности может передавать на приемник мощности одно или более сообщений, указывающих минимально допустимую продолжительность временного интервала пониженной мощности и/или максимально допустимую продолжительность между временными интервалами пониженной мощности (или, конечно, в некоторых вариантах осуществления может быть передан только один из указанных параметров синхронизации). Затем приемник мощности может учитывать эти значения при определении подходящих запрашиваемых значений. Такой подход может позволить облегчить функционирование во многих вариантах осуществления и часто может позволить уменьшить количество запросов, которые должен передать приемник мощности. В частности, вместо того, чтобы предполагать значение, допустимое для передатчика мощности, приемник мощности может непосредственно определять запрошенное значение, которое указано как допустимое передатчиком мощности. Как правило, например, если условия на передатчике мощности не изменились, то первое запрошенное значение будет одобрено передатчиком мощности.
Во многих таких вариантах осуществления передатчик мощности может быть выполнен с возможностью передачи сообщения, указывающего рекомендуемые/ допустимые/ одобренные значения, на приемник мощности в ответ на запрос такой информации от приемника мощности. Таким образом, приемник мощности может оставаться инициатором, сохранять инициативу и обеспечивать управление обменом сообщениями и функционированием.
В частности, во многих вариантах осуществления контроллер 311 запроса выполнен с возможностью инициирования передачи вторым устройством связи запроса на передатчик мощности, чтобы обеспечить ограничение характеристик синхронизации. Указанное ограничение характеристик синхронизации предполагает ограничение значений заданных характеристик синхронизации, таких как продолжительность временного интервала пониженной мощности или продолжительность между последовательными временными интервалами пониженной мощности. Ограничение характеристик синхронизации может, например, предполагать указание максимального значения, минимального значения, допустимого диапазона, рекомендуемого и/или предпочтительного диапазона и т.д.
Затем приемник мощности может перейти к определению запрошенного значения характеристики синхронизации, соответствующего указанному ограничению, если это возможно. Например, он может изменить функционирование или интерфейс с внешней нагрузкой, если это необходимо для соблюдения заданного ограничения.
Во многих вариантах осуществления определение подходящей характеристики синхронизации может выполняться на этапе инициализации перед этапом передачи мощности. Таким образом, перед началом новой операции передачи мощности система передачи мощности может вводить этап инициализации, во время которого происходит определение подходящих характеристик синхронизации для временного интервала пониженной мощности, как описано выше. Затем передатчик мощности и приемник мощности могут перейти к применению определенных характеристик на этапе передачи мощности. В частности, определение подходящих характеристик синхронизации повторяющегося временного кадра может быть выполнено на этапе согласования, выполняемом в ходе инициализации новой операции передачи мощности.
Это может позволить определять подходящие параметры, обеспечив при этом низкую сложность и высокую надежность функционирования. Значения характеристик синхронизации, определенные на этапе инициализации, могут, в частности, быть использованы на всем протяжении этапа передачи мощности без изменений или модификаций.
Однако в некоторых вариантах осуществления характеристика (или характеристики) синхронизации может динамически изменяться на протяжении этапа передачи мощности. В некоторых вариантах осуществления приемник мощности может быть выполнен с возможностью динамической и многократной отправки сообщений на передатчик мощности, запрашивая значение заданной характеристики синхронизации, например продолжительность временного интервала пониженной мощности. Адаптер 213 в таких вариантах осуществления может быть выполнен с возможностью динамической адаптации характеристик синхронизации на этапе передачи мощности в ответ на получение этих сообщений.
Например, на этапе передачи мощности приемник мощности может непрерывно измерять мощность, подаваемую на целевую нагрузку. Если она становится меньшей, чем ожидаемая для нагрузки, согласованной на этапе инициализации, приемник мощности может перейти к запросу новой продолжительности временного интервала пониженной мощности, которая превышает текущее значение, для отражения того факта, что конденсатор для накопления мощности разряжается с меньшей скоростью. И наоборот, если он обнаруживает, что мощность повышается на целевой нагрузке, приемник мощности может перейти к запросу меньшей продолжительности временного интервала пониженной мощности, чем текущая продолжительность. Приемник мощности может непрерывно измерять эти значения и непрерывно передавать сообщения с запросом на передатчик мощности.
В ответ на прием этих сообщений передатчик мощности может одобрить или отклонить запрошенные значения. В случае их одобрения происходит передача сообщения с подтверждением на приемник мощности и новое значение считается одобренным. В случае отклонения происходит передача сообщения об отклонении на приемник мощности, при этом предыдущее значение сохраняется неизменным.
Приемник мощности и передатчик мощности в некоторых вариантах осуществления способны эффективно устанавливать контур управления, адаптирующий характеристику синхронизации временного интервала пониженной мощности.
Следует понимать, что динамическое изменение характеристики синхронизации на этапе передачи мощности может быть осуществлено в дополнение к установке начальных значений на этапе инициализации. В других вариантах осуществления этап передачи мощности вместо этого может начинаться с теми же заданными значениями характеристик синхронизации, которые были определены для наиболее неблагоприятного варианта и без какого-либо этапа инициализации. Затем, благодаря работе контура динамического управления происходит их адаптация к более подходящим значениям.
Далее будет описан конкретный пример подхода и аспектов для системы передачи мощности типа Qi. В этой системе временной интервал пониженной мощности будет включать временные интервалы пониженной мощности, соответствующие как временным интервалам обнаружения посторонних объектов, так и временным интервалам осуществления связи.
В конкретном описании будут встречаться следующие сокращения и аббревиатуры:
PTx - передатчик мощности.
PRx - приемник мощности.
Устройство - устройство, содержащее PRx, (частично) отключаемую нагрузку, собственный металл.
Собственный металл - металл устройства, который при воздействии на него магнитного поля PTx рассеивает мощность.
FO - посторонний объект.
FOD - обнаружение постороннего объекта.
Com - связь.
Катушка PTx - одиночная катушка или набор катушек в PTx, на которые PTx подает переменное напряжение и ток для создания магнитного поля (сигнала передачи мощности) для приемника мощности.
TS - временной слот, соответствующий временному интервалу.
FOD TS - временной слот обнаружения посторонних объектов, временной интервал пониженной мощности, используемый для обнаружения посторонних объектов.
Com TS - временной слот осуществления связи, временной интервал пониженной мощности, используемый для осуществления связи.
В конкретном примере использован подход с временным разделением и повторяющимся временным кадром, как показано на ФИГ. 6. На этой фигуре NP обозначает «отсутствие мощности», что соответствует временному интервалу пониженной мощности, который, как правило, соответствует отключению приемником мощности целевой нагрузки. PWR указывает временной интервал передачи мощности.
Временной слот FOD
PRx отключил свою нагрузку. Это означает, что на его нагрузку не подается мощность (или подается очень незначительная мощность). PTx применяет, например, сохраняет настройку измерительного сигнала и измеряет совокупное влияние собственного металла и FO. Он сравнивает это влияние с сохраненным ожидаемым влиянием собственного металла, чтобы определить влияние любых FO. Затем он может использовать определенное влияние FO для определения максимальной амплитуды сигнала возбуждения по отношению к частоте, при которой он рассматривает ситуацию как безопасную, т.е. при которой он ожидает, что повышение температуры FO будет находиться в безопасных пределах (или в некоторых вариантах осуществления он может просто прекратить передачу мощности, если указанное влияние было определено как слишком сильное). Затем PTx ограничит свой сигнал возбуждения этим максимальным значением и передаст предупреждение, если PRx попытается управлять сигналом возбуждения свыше этого максимального значения.
Если PTx обнаруживает изменение в совокупном влиянии собственного металла и FO, он может вернуться к временному слоту инициализации, чтобы повторно установить условия измерения для FOD. Чтобы предотвратить ранние срабатывания с возвратом к временному слоту инициализации, PTx может объединить результаты для множества временных слотов FOD (например, применить окно усреднения) и/или отрегулировать сигнал возбуждения в определенных пределах.
Временной слот COM
PRx отключил свою нагрузку. Это означает, что на его нагрузку не подается мощность (или подается очень незначительная мощность). Теперь PRX может осуществлять связь, например, с целью:
• Получения информации об управлении мощностью
• Идентификации
• Получения результатов измерений для PRX, например, приема мощности, состояния батареи, температуры корпуса
• Получения результатов измерений для PTX, например, тока катушки, подачи мощности, температуры компонентов
Временной слот инициализации
Как правило, осуществляют перед этапом передачи мощности, но может быть выполнен на этапе передачи мощности, например в виде части каждого повторяющегося временного кадра.
PRx отключил свою нагрузку. Это означает, что на его нагрузку не подается мощность (или подается очень незначительная мощность).
PTx управляет своим сигналом возбуждения, подаваемым на катушку PTx, чтобы создать ситуацию, при которой выполняются следующие условия:
• Влияние собственного металла устройства на магнитное поле
известно PRx или может быть точно определено PRx.
Например, рассеивание мощности в собственном металле при заданной амплитуде и частота магнитного поля известны PRx
• PTx может точно измерить совокупное влияние
собственного металла и FO. Например, передаваемая мощность может быть точно определена PTx.
В результате этого система может точно определять влияние FO на магнитное поле. Это влияние предпочтительно связано с ожидаемым повышением температуры, вызванным рассеянием мощности в FO, вызванным его воздействием на магнитное поле катушки PTx, когда PTx подает мощность на PRx.
Для создания вышеуказанной ситуации PRx может предоставить информацию о соответствующем магнитном поле, например сообщив его тип, допустимый частотный диапазон и, при необходимости, требуемую амплитуду сигнала возбуждения для катушки PTx. Последний параметр, конечно, зависит от конструкции катушки PTx. Кроме того, PRx может иметь измерительную катушку, индуцированное напряжение которой дает хорошее представление о поле, которое воздействует на собственный металл устройства. В этом случае PRx может предоставить информацию об управлении на PTx для обеспечения уровня поля, при котором влияние собственного металла может быть точно определено PRx.
Когда будет создана вышеописанная ситуация, PTx сохраняет настройку сигнала возбуждения и ожидаемое влияние собственного металла, которое определено PRx.
Измерения и осуществление связи можно разделить по времени, чтобы избежать возникновения помех между ними.
В этом примере перед передачей мощности выполняют этап согласования/инициализации, на котором PTx и PRx согласовывают временные ограничения для различных временных слотов. Эти временные характеристики включают два параметра: продолжительность каждого слота (SLOT_duration) и временной интервал между различными слотами (SLOT_interval).
Далее будут представлены некоторые примеры аспектов приемника мощности и передатчика мощности, касающиеся отдельных временных слотов:
Аспекты PTx, связанные с FOD:
• PTx поддерживает минимальную продолжительность FOD_duration (FOD_duration_min), при которой он может выполнить по меньшей мере одно измерение для FOD для своей функции FOD; он не поддерживает более короткие значения FOD_duration.
• Для достижения достаточной надежности FOD PTx выполняет минимальное количество измерений для FOD (FOD_count_min). Чтобы отреагировать на присутствие FO прежде, чем он слишком сильно нагреется, PTx должен быть способным выполнять необходимые измерения для FOD в течение некоторого максимального времени (FOD_detection_max).
• После согласования PTx значения FOD_duration он может вычислить, сколько измерений для FOD он может выполнить в слоте FOD (FOD_meas_nr), и может определить максимальное время интервала FOD (FOD_interval_max).
• FOD_interval_max = FOD_detection_max * FOD_meas_nr / FOD_count_min
Аспекты PTx, связанные с COM:
• PTx поддерживает минимальную продолжительность COM_duration (COM_duration_min), при которой он может отправить/принять по меньшей мере одно сообщение; он не поддерживает более короткие значения Com_duration. Чтобы обеспечить минимальное количество сообщений, PTx использует минимальное количество сообщений для осуществления связи (COM_count_min).
• После согласования PTx значения COM_duration он может вычислить, сколько сообщений для осуществления связи он может обработать в слоте COM (COM_mes_nr) или наоборот;
• После согласования PTx количества сообщений для осуществления связи (COM_mes_nr) он может вычислить максимальную продолжительность для слота осуществления связи (COM_duration_max).
Аспекты PRx
• PRx обеспечивает максимальную продолжительность слота FOD (FOD_duration_max) или максимальную продолжительность слота COM (COM_duration_max), чтобы не допустить слишком сильную разрядку устройства для накопления мощности, которое он использует, в течение одного из указанных временных интервалов.
• PRx требует установки минимальной продолжительности интервала временного слота (FOD_interval_min или COM_interval_min), чтобы обеспечить достаточный заряд устройства для накопления мощности в начале любого из временных слотов.
В некоторых следующих конкретных примерах описано взаимодействие с помощью сообщений между приемником мощности и передатчиком мощности для установления параметров синхронизации:
Продолжительность слота FOD
• (PTx сообщает PRx значение FOD_duration_min (по запросу PRx)
• PRx запрашивает значение FOD_duration
(Для оптимального FOD PRx предпочтительно запрашивает значение FOD_duration, близкое к FOD_duration_max)
• PTx отвечает, одобрил ли он/отклонил предложенное значение FOD_duration
Интервал слота FOD
• PTx вычисляет значение FOD_interval_max
• (PTx сообщает PRx значение FOD_interval_max (по запросу PRx)
PRx запрашивает значение FOD_interval (Для оптимального FOD PRx предпочтительно запрашивает значение FOD_interval, близкое к FOD_interval_min)
• PTx отвечает, одобрил ли он/отклонил предложенное значение FOD_interval
Продолжительность слота COM
• (PTx сообщает PRx значение COM_duration_min (по запросу PRx)
• PRx запрашивает:
- минимальное значение COM_duration
- или минимальное количество сообщений для осуществления связи (COM_count_min).
• PTx отвечает, одобрил ли он/отклонил предложенное значение COM_duration
Интервал слота COM
• PTx вычисляет значение COM_interval_max
• PTx сообщает PRx значение COM_interval_max (по запросу PRx)
• PRx запрашивает значение COM_interval
- Для оптимального осуществления связи PRx предпочтительно запрашивает значение времени COM_interval, близкое к FOD_interval_time
• PTx отвечает, одобрил ли он/отклонил предложенное значение COM_interval
Следует понимать, что в приведенном выше описании для ясности варианты осуществления настоящего изобретения представлены со ссылкой на различные функциональные схемы, блоки и процессоры. Однако очевидно, что может быть использовано любое подходящее распределение функциональных возможностей между различными функциональными схемами, блоками или процессорами без ущерба для настоящего изобретения. Например, функциональные возможности, показанные как выполняемые отдельными процессорами или контроллерами, могут быть выполнены одним и тем же процессором или контроллерами. Следовательно, ссылки на конкретные функциональные блоки или схемы следует рассматривать только как ссылки на пригодные средства для обеспечения описанных функциональных возможностей, а не как указание на строгую логическую или физическую структуру или организацию.
Настоящее изобретение может быть реализовано в любой подходящей форме, включая аппаратное обеспечение, программное обеспечение, аппаратно реализованное программное обеспечение или любую их комбинацию. Настоящее изобретение также может быть реализовано, по меньшей мере частично, в виде компьютерного программного обеспечения, работающего на одном или более процессорах для обработки данных и/или процессорах для обработки цифровых сигналов. Элементы и компоненты варианта осуществления настоящего изобретения могут быть физически, функционально и логически реализованы любым подходящим способом. Фактически, функциональные возможности могут быть реализованы в одном блоке, в множестве блоков или в виде части других функциональных блоков. Таким образом, настоящее изобретение может быть реализовано в виде единого блока или может быть физически и функционально распределено между различными блоками, схемами и процессорами.
Хотя настоящее изобретение было описано в отношении некоторых вариантов осуществления, оно не ограничивается конкретной формой, изложенной в данном документе. Напротив, объем настоящего изобретения ограничивается только прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, хотя можно подумать, что признак описан в отношении конкретных вариантов осуществления, для специалиста в данной области техники будет очевидно, что различные признаки описанных вариантов осуществления могут быть объединены в соответствии с настоящим изобретением. В формуле изобретения термин «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов.
Следует понимать, что ссылка на предпочтительное значение не подразумевает каких-либо ограничений, если только оно не является значением, определенным в режиме инициализации обнаружения постороннего объекта, т.е. оно является предпочтительным в силу того, что его определяют в процессе адаптации. Ссылки на предпочтительное значение могут быть заменены ссылками, например, на первое значение.
Кроме того, хотя они перечислены по отдельности, множество средств, элементов, схем или этапов способа могут быть реализованы, например, с помощью одной схемы, одного блока или одного процессора. Кроме того, хотя отдельные признаки могут быть включены в разные пункты формулы изобретения, предпочтительно они могут быть объединены и их включение в разные пункты формулы изобретения не означает, что комбинация признаков невозможна и/или не предпочтительна. Кроме того, включение признака в одну категорию пунктов формулы изобретения не подразумевает ограничения этой категории, а скорее указывает на то, что этот признак в равной степени применим к другим категориям пунктов формулы изобретения в зависимости от обстоятельств. Кроме того, порядок признаков в формуле изобретения не подразумевает какой-либо конкретный порядок, в котором эти признаки должны работать, и, в частности, порядок отдельных этапов в формуле изобретения не подразумевает, что эти этапы должны выполняться в указанном порядке. Напротив, этапы могут быть выполнены в любом подходящем порядке. Кроме того, ссылки в единственном числе не исключают множественности. Таким образом, ссылки на грамматические средства выражения формы единственного числа, а также термины «первый», «второй» и т.д. не исключают наличия множества. Ссылочные позиции в формуле изобретения представлены исключительно в качестве поясняющего примера, и их никоим образом не следует рассматривать как ограничивающие объем формулы изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2019 |
|
RU2786083C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2014 |
|
RU2649907C2 |
| Устройство и способ беспроводной передачи энергии | 2019 |
|
RU2777966C1 |
| ИНДУКТИВНАЯ БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЯЗИ С ВРЕМЕННЫМИ ИНТЕРВАЛАМИ | 2016 |
|
RU2673457C1 |
| ОБНАРУЖЕНИЕ СТАНЦИЙ ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ | 2007 |
|
RU2414080C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА ИНДУКТИВНОЙ МОЩНОСТИ | 2014 |
|
RU2658864C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2014 |
|
RU2660479C2 |
| ИНДУКТИВНАЯ БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ С СИНХРОНИЗИРОВАННЫМ ИЗМЕРЕНИЕМ МОЩНОСТИ | 2016 |
|
RU2713466C2 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УКАЗАНИЯ ЖЕЛАТЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ПЕРЕДАЧИ И ПЛАВНОГО УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ В БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ | 2009 |
|
RU2463739C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2015 |
|
RU2684403C2 |
Изобретение относится к области электротехники. Предложен передатчик (101) мощности для системы беспроводной передачи мощности, содержащий катушку (103) передатчика и возбудитель (201), генерирующий сигнал возбуждения для катушки (103) с использованием повторяющегося временного кадра с временным интервалом передачи мощности и временным интервалом пониженной мощности, в течение которого уровень мощности сигнала передачи мощности снижается. Возбудитель (201) генерирует сигнал возбуждения для катушки (103) передатчика с целью генерации сигнала передачи мощности. Устройство (205) связи принимает сообщения от приемника (105) мощности, а адаптер (213) адаптирует характеристики синхронизации временного интервала пониженной мощности в ответ по меньшей мере на прием первого сообщения от приемника (105) мощности. Синхронизатор (206) выполнен с возможностью синхронизации обнаружения постороннего объекта и генерации проверочного сигнала, которые должны происходить в течение временного интервала пониженной мощности. Технический результат заключается в повышении характеристик синхронизации, например продолжительности временного интервала пониженной мощности, а также снижении помех для дополнительных операций, например обнаружения постороннего объекта или осуществления связи. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.
1. Передатчик (101) мощности для беспроводной подачи мощности на приемник (105) мощности посредством электромагнитного сигнала передачи мощности, содержащий:
катушку (103) передатчика для генерации сигнала передачи мощности, причем для сигнала передачи мощности на этапе передачи мощности используют повторяющийся временной кадр, содержащий по меньшей мере временной интервал передачи мощности и временной интервал пониженной мощности, в течение которого уровень мощности сигнала передачи мощности понижен;
возбудитель (201) для генерации сигнала возбуждения для катушки (103) передатчика с целью генерации сигнала передачи мощности;
первое устройство (205) связи для приема сообщений от приемника (105) мощности;
адаптер (213) для адаптации характеристики синхронизации временного интервала пониженной мощности в ответ по меньшей мере на первое сообщение, принятое от приемника (105) мощности;
синхронизатор (206) для синхронизации функционирования передатчика (101) мощности, которая должна происходить в течение временного интервала пониженной мощности,
и отличающийся тем, что также содержит:
проверочную катушку (209) для генерации электромагнитного проверочного сигнала;
проверочный генератор (211), выполненный с возможностью генерации проверочного сигнала возбуждения для проверочной катушки (209);
детектор (207) посторонних объектов, выполненный с возможностью проведения проверки по обнаружению постороннего объекта в ответ на получение измеренного параметра для проверочного сигнала возбуждения в течение временного интервала пониженной мощности;
причем синхронизатор (206) выполнен с возможностью синхронизации проверочного генератора (211) для обеспечения электромагнитного проверочного сигнала в течение временного интервала пониженной мощности.
2. Передатчик (101) мощности по п. 1, в котором характеристика синхронизации представляет собой продолжительность временного интервала пониженной мощности.
3. Передатчик (101) мощности по п. 1, в котором характеристика синхронизации представляет собой продолжительность между временными интервалами пониженной мощности последовательных повторяющихся временных кадров.
4. Передатчик (101) мощности по любому из предшествующих пунктов, в котором первое устройство (205) связи выполнено с возможностью передачи сообщений на приемник (105) мощности, а передатчик (101) мощности выполнен с возможностью передачи сообщения, указывающего по меньшей мере одно из продолжительности временного интервала пониженной мощности и продолжительности между временными интервалами пониженной мощности последовательных повторяющихся временных кадров, на приемник мощности до приема первого сообщения.
5. Передатчик (101) мощности по любому из предшествующих пунктов, в котором первое сообщение представляет собой сообщение запроса, указывающее запрошенное значение для характеристики синхронизации, а передатчик (101) мощности выполнен с возможностью одобрения или отклонения запрошенного значения.
6. Передатчик (101) мощности по любому из предшествующих пунктов, в котором адаптер (213) выполнен с возможностью определения характеристики синхронизации на этапе инициализации, предшествующем этапу передачи мощности.
7. Передатчик (101) мощности по любому из предшествующих пунктов, в котором адаптер (213) выполнен с возможностью динамической адаптации характеристики синхронизации на этапе передачи мощности в ответ на получение множества сообщений, принятых от приемника (105) мощности на этапе передачи мощности.
8. Передатчик (101) мощности по любому из предшествующих пунктов, в котором первое устройство (205) связи выполнено с возможностью синхронизации связи с приемником (105) мощности, которая происходит в течение временных интервалов пониженной мощности.
9. Система беспроводной передачи мощности, содержащая передатчик мощности по п. 1, а также содержащая приемник (105) мощности, содержащий:
второе устройство (307) связи для осуществления связи с передатчиком (101) мощности;
контроллер (311) запроса для передачи первого сообщения на передатчик (101) мощности, причем первое сообщение содержит запрос запрошенного значения характеристики синхронизации;
контроллер (313) ответа для приема ответа на запрос от передатчика (101) мощности и для определения характеристики синхронизации в ответ на получение ответа на запрос, причем ответ на запрос указывает, было ли одобрено запрошенное значение передатчиком (101) мощности; и
контроллер (309) нагрузки для адаптации нагрузки для сигнала передачи мощности таким образом, что нагрузка уменьшена в течение временных интервалов пониженной мощности.
10. Система беспроводной передачи мощности по п. 9, в которой контроллер (311) запроса выполнен с возможностью запроса ограничения характеристики синхронизации от передатчика (101) мощности, контроллер (313) ответа выполнен с возможностью приема указания ограничения характеристики синхронизации от передатчика (101) мощности, а контроллер (311) запроса выполнен с возможностью определения запрошенного значения характеристики синхронизации в ответ на ограничение характеристики синхронизации.
11. Система беспроводной передачи мощности по п. 9 или 10, в которой характеристика синхронизации представляет собой продолжительность временного интервала пониженной мощности и контроллер (311) запроса выполнен с возможностью определения запрошенного значения характеристики синхронизации с учетом максимальной продолжительности, а адаптер (213) выполнен с возможностью определения значения характеристики синхронизации в ответ на получение минимальной продолжительности.
12. Система беспроводной передачи мощности по п. 9 или 10, в которой характеристика синхронизации представляет собой продолжительность между моментами передачи пониженной мощности последовательных повторяющихся временных кадров и контроллер (311) запроса выполнен с возможностью определения запрошенного значения характеристики синхронизации с учетом минимальной продолжительности, а адаптер (213) выполнен с возможностью определения значения характеристики синхронизации в ответ на получение максимальной продолжительности.
13. Способ функционирования передатчика (101) мощности для беспроводной подачи мощности на приемник (105) мощности посредством электромагнитного сигнала передачи мощности, причем способ включает выполнение передатчиком (101) мощности следующих этапов:
генерация сигнала передачи мощности, причем для сигнала передачи мощности на этапе передачи мощности используют повторяющийся временной кадр, содержащий по меньшей мере временной интервал передачи мощности и временной интервал пониженной мощности, в течение которого уровень мощности сигнала передачи мощности понижен;
генерация сигнала возбуждения для катушки (103) передатчика с целью генерации сигнала передачи мощности;
прием сообщений от приемника (105) мощности;
адаптация характеристики синхронизации временного интервала пониженной мощности в ответ по меньшей мере на первое сообщение, принятое от приемника (105) мощности;
синхронизация функционирования передатчика (101) мощности, которая должна происходить в течение временного интервала пониженной мощности,
и отличающийся тем, что также включает:
генерацию проверочного сигнала возбуждения для проверочной катушки (209) с целью генерации электромагнитного проверочного сигнала и
проведение проверки по обнаружению постороннего объекта в ответ на получение измеренного параметра для проверочного сигнала возбуждения в течение временного интервала пониженной мощности;
причем синхронизация включает синхронизацию проверочного сигнала возбуждения для обеспечения электромагнитного проверочного сигнала в течение временного интервала пониженной мощности.
14. Способ функционирования системы беспроводной передачи мощности, содержащей передатчик (101) мощности для беспроводной подачи мощности на приемник (105) мощности посредством электромагнитного сигнала передачи мощности, причем способ включает выполнение передатчиком (101) мощности следующих этапов:
генерация сигнала передачи мощности, причем для сигнала передачи мощности на этапе передачи мощности используют повторяющийся временной кадр, содержащий по меньшей мере временной интервал передачи мощности и временной интервал пониженной мощности, в течение которого уровень мощности сигнала передачи мощности понижен;
генерация сигнала возбуждения для катушки (103) передатчика с целью генерации сигнала передачи мощности;
прием сообщений от приемника (105) мощности;
адаптация характеристики синхронизации временного интервала пониженной мощности в ответ по меньшей мере на первое сообщение, принятое от приемника (105) мощности; и
синхронизация функционирования передатчика (101) мощности, которая должна происходить в течение временного интервала пониженной мощности;
генерация проверочного сигнала возбуждения для проверочной катушки (209) с целью генерации электромагнитного проверочного сигнала;
проведение проверки по обнаружению постороннего объекта в ответ на получение измеренного параметра для проверочного сигнала возбуждения в течение временного интервала пониженной мощности;
причем синхронизация включает синхронизацию проверочного сигнала возбуждения для обеспечения электромагнитного проверочного сигнала в течение временного интервала пониженной мощности; и
способ также включает выполнение приемником (105) мощности следующих этапов:
осуществление связи с передатчиком (101) мощности;
передача первого сообщения на передатчик (101) мощности, причем первое сообщение содержит запрос запрошенного значения характеристики синхронизации;
прием ответа на запрос от передатчика (101) мощности;
определение характеристики синхронизации в ответ на получение ответа на запрос, причем ответ на запрос указывает на то, было ли одобрено запрошенное значение передатчиком (101) мощности; и
адаптация нагрузки для сигнала передачи мощности таким образом, что нагрузка уменьшена в течение временных интервалов пониженной мощности.
| EP 29444029 A1, 18.11.2015 | |||
| УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ | 2013 |
|
RU2594006C1 |
| US 2016126747 A1, 05.05.2016 | |||
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2013 |
|
RU2639726C2 |
| СИСТЕМА БЕСКОНТАКТНОЙ ПОДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ | 2014 |
|
RU2586315C1 |
