БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ Российский патент 2024 года по МПК H02J50/12 H02J50/80 H04B5/00 G05B11/01 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к работе системы беспроводной передачи энергии и, в частности, но не исключительно, к подходам для поддержки различных уровней мощности в системе беспроводной передачи энергии, такой как Qi.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для питания от внешнего источника питания большинству современных электрических изделий требуется специальный электрический контакт. Однако это, как правило, непрактично и требует от пользователя физической вставки разъемов или установления иным образом физического электрического контакта. Кроме того, требования к питанию, как правило, значительно отличаются, и в настоящее время большинство устройств поставляются со своими собственными блоками питания, в результате чего типичный пользователь имеет большое количество разных блоков питания, при этом каждый блок питания специально предназначен для конкретного устройства. Хотя использование внутренних батарей позволяет избежать необходимости проводного соединения с источником питания во время использования, это обеспечивает лишь частичное решение, поскольку батареи нужно будет подзаряжать (или заменять). Использование батарей может также существенно увеличить вес и, возможно, стоимость и размер устройств.

Для обеспечения значительного улучшения восприятия пользователем было предложено использовать беспроводной источник питания, в котором энергия индуктивно передается от катушки передатчика в устройстве передачи энергии к катушке приемника в отдельных устройствах.

Концепция передачи энергии посредством магнитной индукции хорошо известна и в основном применяется в трансформаторах, имеющих сильную связь между первичным индуктором/катушкой передатчика и вторичной катушкой приемника. Вследствие разделения первичной катушки передатчика и вторичной катушки приемника между двумя устройствами становится возможной беспроводная передача энергии между ними на основе принципа слабосвязанного трансформатора.

Такая компоновка обеспечивает возможность осуществления беспроводной передачи энергии устройству без необходимости в каких-либо проводах или физических электрических соединениях. Действительно, это может просто обеспечить возможность размещения устройства рядом с катушкой передатчика или сверху нее для подзарядки или питания от внешнего источника. Например, устройства передачи энергии могут быть выполнены с горизонтальной поверхностью, на которую можно просто поместить устройство для его питания.

Кроме того, преимущество таких компоновок для беспроводной передачи энергии заключается в том, что они могут быть выполнены таким образом, чтобы устройство передачи энергии могло быть использовано с целым рядом энергопринимающих устройств. В частности, был определен и в настоящее время находится в стадии дальнейшей разработки подход к беспроводной передачи энергии, известный как «Спецификации Qi». Этот подход позволяет использовать удовлетворяющие «Спецификациям Qi» устройства передачи энергии вместе с также удовлетворяющими «Спецификациям Qi» устройствами приема энергии, которые необязательно должны быть от того же самого производителя или быть специально предназначенными друг для друга. Стандарт «Qi» также включает некоторые функциональные возможности, позволяющие адаптировать работу к конкретному устройству приема энергии (например, в зависимости от конкретного энергопотребления).

«Спецификация Qi» разработана Консорциумом Wireless Power Consortium, и дополнительную информацию можно найти, например, на его веб-сайте http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, где, в частности, можно найти определенные документы «Спецификации».

Первоначально Qi в версии 1.0 определяла беспроводную передачу малой энергии, которая на практике была ограничена более низкими уровнями мощности ниже 5 Вт. Это было расширено до более высоких уровней мощности в последующих версиях, и версия 1.2., например, обеспечивает проведение испытаний на соответствие при уровнях мощности до 15 Вт.

Для управления передачей энергии и ее адаптации системы беспроводной передачи энергии обычно реализуют контур управления мощностью, в котором приемник энергии во время передачи энергии непрерывно передает сообщения об ошибках управления мощностью на передатчик энергии, который реагирует соответствующим увеличением или уменьшением уровня мощности. Такой контур управления мощностью, как правило, обеспечивает эффективный способ для приемника энергии управлять уровнем мощности энергии, передаваемой от передатчика энергии. Однако точная конструкция такого контура управления мощностью является сложной задачей и включает в себя ряд компромиссов, которые в сущности приводят к субоптимальным характеристикам. Например, желательно, чтобы контур управления мощностью быстро реагировал на изменения требуемой мощности, и при этом желательно, чтобы контур был стабильным и устойчивым к шуму.

Следовательно, был бы предпочтителен усовершенствованный подход к беспроводной передаче энергии, в частности, подход, обеспечивающий повышенную гибкость, сниженную стоимость, пониженную сложность, улучшенную поддержку больших диапазонов мощности, улучшенные характеристики переходной энергии, улучшенную адаптируемость, обратную совместимость, усовершенствованное осуществление передачи энергии и/или улучшенную производительность.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, настоящее изобретение направлено на предпочтительное ослабление, смягчение или устранение одного или более из вышеупомянутых недостатков по отдельности или в любой комбинации.

Согласно аспекту изобретения предлагается передатчик энергии для беспроводной подачи энергии на приемник энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии; причем передатчик энергии содержит: приемник для приема сообщений от приемника энергии; выходную схему, содержащую катушку передатчика для генерирования сигнала передачи энергии в ответ на управляющий сигнал, подаванный на выходную схему; схему возбуждения для генерирования управляющего сигнала; контроллер контура мощности, реализующий контур управления мощностью для управления управляющим сигналом для регулировки уровня мощности сигнала передачи энергии, причем контур управления мощностью выполнен с возможностью внесения изменений в уровень мощности сигнала передачи энергии в ответ на сообщения об ошибках управления мощностью, принятые от приемника энергии; хранилище режимов, выполненное с возможностью хранения множества режимов уровня мощности для приемника энергии, причем каждый режим уровня мощности связан с опорным уровнем мощности для сигнала передачи энергии; схему режима, выполненную с возможностью адаптации управляющего сигнала для установки уровня мощности сигнала передачи энергии на первое опорное значение в ответ на прием сообщения о запросе режима, причем первое опорное значение соответствует опорному уровню мощности для первого режима уровня мощности из множества режимов уровня мощности, указанных в сообщении о запросе режима.

Изобретение может обеспечить улучшенную производительность и/или улучшенную передачу энергии во многих сценариях. Во многих вариантах осуществления это может обеспечить улучшенную и более эффективную передачу энергии в диапазоне уровней мощности. Подход может во многих вариантах осуществления поддерживать, обеспечивать, улучшать или облегчать беспроводную передачу энергии особенно высокой мощности.

Во многих вариантах осуществления может быть достигнуто улучшенное переключение между различными уровнями мощности, и, в частности, могут быть улучшены переходные характеристики. Такой подход может обеспечить возможность использования системой преимуществ, обеспечиваемых контурами точного управления мощностью, при одновременном смягчении некоторых недостатков таких контуров. В частности, стабильная и надежная работа по управлению мощностью может быть объединена с быстрыми переходными характеристиками.

Использование конкретных режимов уровня мощности и передачи сообщений от приемника энергии может, в частности, обеспечить возможность корректировки характеристик и ограничений контура управления мощностью в определенные моменты времени для обеспечения быстрых переходных характеристик.

Опорный уровень мощности для режима уровня мощности может быть представлен любым параметром, например, управляющего сигнала или сигнала катушки передатчика, который влияет на уровень мощности сигнала передачи энергии и, в частности, на количество энергии, передаваемой на приемник энергии. Опорный уровень мощности может, в частности, представлять собой силу тока, напряжение, частоту, мощность, коэффициент заполнения и/или активную длительность (пакетный режим) управляющего сигнала и/или силу тока, напряжение, частоту, мощность, коэффициент заполнения и/или активную длительность (пакетный режим) сигнала катушки передатчика. Во многих вариантах осуществления опорный уровень мощности может быть обозначен силой тока катушки передатчика.

Опорный уровень мощности для режима уровня мощности может быть параметром опорного уровня мощности, который влияет на уровень мощности сигнала передачи энергии и/или отражает его.

Аналогичным образом, первое опорное значение может быть представлено любым параметром, например, управляющего сигнала или сигнала катушки передатчика, который влияет на уровень мощности сигнала передачи энергии и, в частности, на величину энергии, передаваемой на приемник энергии. Первое опорное значение может, в частности, представлять собой силу тока, напряжение, частоту, мощность, коэффициент заполнения и/или активную длительность (пакетный режим) управляющего сигнала и/или силу тока, напряжение, частоту, мощность, коэффициент заполнения и/или активную длительность (пакетный режим) сигнала катушки передатчика. Во многих вариантах осуществления первое опорное значение может быть обозначено силой тока катушки передатчика. Первое опорное значение может быть для того же параметра, что и опорный уровень мощности для режима уровня мощности, указанного в сообщении о запросе режима, или может быть для другого параметра (в этом случае схема режима может выполнять преобразование параметров).

Контроллер контура мощности может быть выполнен с возможностью управления управляющим сигналом посредством адаптации его параметра, который влияет на уровень мощности сигнала передачи энергии, такого как сила тока, напряжение, частота, мощность, коэффициент заполнения и/или активная продолжительность (пакетный режим) управляющего сигнала.

Параметр, влияющий на уровень мощности сигнала передачи энергии, может, в частности, иметь монотонную взаимосвязь один к одному с уровнем мощности сигнала передачи энергии (по меньшей мере, в пределах рабочего диапазона).

Приемник для приема сообщений от приемника энергии также может называться приемником сообщений (для приема сообщений от приемника энергии).

В соответствии с дополнительным признаком изобретения продолжительность адаптации управляющего сигнала для установки уровня мощности сигнала передачи энергии на первое опорное значение меньше, чем постоянная времени контура управления мощностью.

Такой подход может обеспечить возможность более быстрой адаптации операции передачи энергии к изменениям в операции передачи энергии.

В соответствии с дополнительным признаком изобретения хранилище режимов выполнено с возможностью хранения множества параметров по меньшей мере для одного режима уровня мощности, причем множество параметров включает в себя по меньшей мере один опорный уровень мощности, представляющий уровень мощности сигнала передачи энергии, и по меньшей мере одно значение параметра по меньшей мере для одного из управляющего сигнала и сигнала катушки передатчика, при этом по меньшей мере одно значение параметра представляет собой значение по меньшей мере одного из управляющего сигнала и сигнала катушки передатчика для уровня мощности сигнала передачи энергии, обозначенного опорным уровнем мощности.

Это может обеспечить улучшенные рабочие характеристики во многих вариантах осуществления. Например, передатчик энергии может хранить опорный уровень мощности в виде энергии, отбираемой приемником энергии. Кроме того, передатчик энергии может хранить значение параметра сигнала для управляющего сигнала или сигнала катушки передатчика, что приведет к соответствующему уровню мощности сигнала передачи энергии. Например, может быть сохранена частота управляющего сигнала, которая обеспечивает требуемый уровень мощности. Следует понимать, что это можно считать эквивалентом хранилищу режимов, хранящему множество опорных уровней мощности для заданного режима уровня мощности, или что сохраненный опорный уровень мощности для заданного режима уровня мощности может содержать множество компонентов.

В соответствии с дополнительным признаком изобретения передатчик энергии дополнительно содержит схему обнаружения для обнаружения аномалии передачи энергии в ответ на сравнение текущего уровня мощности сигнала передачи энергии и опорного уровня мощности для текущего режима уровня мощности из множества режимов уровня мощности.

Такой подход может обеспечить возможность улучшения работы и, в частности, обеспечить возможность обнаружения аномалий, таких как ситуации отказов, и тем самым обеспечить возможность реагирования системы на такие ситуации.

В некоторых вариантах осуществления схема обнаружения выполнена с возможностью изменения параметра передачи энергии в ответ на обнаружение аномалии передачи энергии.

Это может обеспечить улучшенные рабочие характеристики во многих вариантах осуществления и позволить системе, например, компенсировать аномалии, такие как потенциальные неисправности. Схема обнаружения может, в частности, уменьшить предел максимальной мощности для сигнала передачи энергии и/или завершить текущую передачу энергии.

В соответствии с дополнительным признаком изобретения схема режима выполнена с возможностью определения опорного уровня мощности по меньшей мере для некоторых режимов уровня мощности из множества режимов уровня мощности по отношению по меньшей мере к одному из значения параметра управляющего сигнала и значения параметра свойств сигнала передачи энергии во время этапа инициализации, на котором приемник энергии поэтапно проходит через указанные по меньшей мере некоторые режимы уровня мощности, и хранилище режимов выполнено с возможностью сохранения опорного уровня мощности по меньшей мере для указанных некоторых режимов уровня мощности.

Это может обеспечить особенно эффективную работу во многих вариантах осуществления и сценариях и обеспечить возможность, например, адаптации передатчика энергии к различным приемникам энергии без необходимости в предварительно сохраненной информации.

Значение параметра управляющего сигнала и/или сигнала катушки передатчика может быть измеренным параметром или может быть параметром, установленным передатчиком энергии во время работы на этапе инициализации. Например, значение параметра может представлять собой частоту, силу тока, напряжение, коэффициент заполнения, мощность управляющего сигнала и/или сигнала катушки передатчика во время работы в режиме уровня мощности во время этапа инициализации.

Измерения свойств управляющего сигнала и измерения свойств сигнала передачи энергии могут, например, представлять собой измерения, обеспечивающие возможность определения подходящего параметра, используемого для указания опорного уровня мощности, такого как, например, сила тока катушки передатчика.

В соответствии с дополнительным признаком изобретения этап инициализации предшествует этапу передачи энергии.

Это может обеспечить улучшенную работу во многих вариантах осуществления.

В соответствии с дополнительным признаком изобретения приемник выполнен с возможностью приема сообщения о конфигурации приемника энергии от приемника энергии, причем сообщение о конфигурации приемника энергии содержит параметр конфигурации приемника энергии; и схема режима выполнена с возможностью определения опорного уровня мощности по меньшей мере для одного режима уровня мощности из множества режимов уровня мощности в ответ на свойство конфигурации приемника энергии. Это может обеспечить улучшенную работу во многих вариантах осуществления. Во многих вариантах осуществления и сценариях это может обеспечить возможность достаточно точной оценки передатчиком энергии подходящих опорных уровней мощности для конкретного приемника энергии. Такой подход может обеспечить возможность адаптации передатчика энергии к конкретному приемнику энергии.

В соответствии с дополнительным признаком изобретения параметр конфигурации приемника энергии содержит по меньшей мере одно из следующего: идентификатор приемника энергии; идентификатор типа приемника энергии; свойство катушки приемника энергии; свойство размера катушки приемника энергии; свойство индуктивности катушки приемника энергии.

Эти параметры могут обеспечить особенно предпочтительную адаптацию во многих вариантах осуществления.

В соответствии с дополнительным признаком изобретения схема режима выполнена с возможностью определения коэффициента связи между катушкой передатчика энергии и катушкой приемника энергии на основании параметра конфигурации приемника энергии и возможностью определения опорного уровня мощности по меньшей мере для одного режима уровня мощности на основании коэффициента связи.

Это может обеспечить особенно предпочтительную работу и/или производительность во многих вариантах осуществления и сценариях.

В соответствии с дополнительным признаком изобретения схема режима выполнена с возможностью определения функции передачи энергии между по меньшей мере одним из параметра управляющего сигнала и параметра сигнала катушки передатчика и выходной мощностью приемника энергии на основании параметра конфигурации приемника энергии и возможностью определения опорного уровня мощности по меньшей мере для одного режима уровня мощности на основании функции передачи энергии.

Это может обеспечить особенно предпочтительную работу и/или производительность во многих вариантах осуществления и сценариях.

В соответствии с дополнительным признаком изобретения хранилище режимов выполнено с возможностью хранения наборов режимов уровня мощности для различных приемников энергии, а схема режимов выполнена с возможностью выбора между наборами режимов уровня мощности в ответ на индикацию идентификатора, принятую от приемника энергии. Это может обеспечить улучшенную работу во многих вариантах осуществления.

В соответствии с дополнительным признаком изобретения сообщение о запросе режима содержит индикацию временного соотношения, и схема режима выполнена с возможностью адаптации временного соотношения установки уровня мощности сигнала передачи энергии в ответ на индикацию временного соотношения.

Это может обеспечить особенно предпочтительную работу и/или производительность во многих вариантах осуществления и сценариях. Индикация временного соотношения может указывать на одно или более изменений режима уровня мощности приемником энергии.

В соответствии с дополнительным признаком изобретения сообщение о запросе режима принимают во время этапа передачи энергии.

Это может обеспечить особенно предпочтительную работу и/или производительность во многих вариантах осуществления и сценариях.

Согласно еще одному аспекту изобретения предлагается способ управления работой передатчика энергии для беспроводной подачи энергии на приемник энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии, причем передатчик энергии содержит выходную схему, содержащую катушку передатчика для генерирования сигнала передачи энергии в ответ на управляющий сигнал, поданный на выходную схему; причем способ включает: прием сообщений от приемника энергии; генерирование управляющего сигнала; управление работой контура управления мощностью, управляющего управляющим сигналом для регулировки уровня мощности сигнала передачи энергии, причем контур управления мощностью выполнен с возможностью внесения изменений в уровень мощности сигнала передачи энергии в ответ на сообщения об ошибках управления мощностью, принятые от приемника энергии; хранение в хранилище режимов множества режимов уровня мощности для приемника энергии, причем каждый режим уровня мощности связан с опорным уровнем мощности для сигнала передачи энергии; адаптацию управляющего сигнала для установки уровня мощности сигнала передачи энергии на первое опорное значение в ответ на прием сообщения о запросе режима, причем первое опорное значение соответствует опорному уровню мощности для первого режима уровня мощности из множества режимов уровня мощности, указанных в сообщении о запросе режима.

Согласно другому аспекту изобретения предлагается система беспроводной передачи энергии, содержащая передатчик энергии для беспроводной подачи энергии на приемник энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии; причем передатчик энергии содержит: приемник для приема сообщений от приемника энергии; выходную схему, содержащую катушку передатчика для генерирования сигнала передачи энергии в ответ на управляющий сигнал, поданный на выходную схему; схему возбуждения для генерирования управляющего сигнала; контроллер контура мощности для управления управляющим сигналом для регулировки уровня мощности сигнала передачи энергии, причем контур управления мощностью выполнен с возможностью внесения изменений в уровень мощности сигнала передачи энергии в ответ на сообщения об ошибках управления мощностью, принятые от приемника энергии; хранилище режимов, выполненное с возможностью хранения множества режимов уровня мощности для приемника энергии, причем каждый режим уровня мощности связан с опорным уровнем мощности для сигнала передачи энергии; схему режима, выполненную с возможностью адаптации управляющего сигнала для установки уровня мощности сигнала передачи энергии на первое опорное значение в ответ на прием сообщения о запросе режима, причем первое опорное значение соответствует опорному уровню мощности для первого режима уровня мощности из множества режимов уровня мощности, указанных в сообщении о запросе режима.

Эти и другие аспекты, признаки и преимущества изобретения будут очевидны из варианта(-ов) осуществления изобретения, описанного в настоящем документе, и будут объяснены со ссылками на этот вариант(-ы).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления изобретения будут далее описаны исключительно в качестве примера со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг. 1 изображает пример элементов системы передачи энергии в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

Фиг. 2 изображает пример элементов передатчика энергии в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

Фиг. 3 изображает пример элементов выходного каскада передатчика энергии;

Фиг. 4 изображает пример элементов выходного каскада передатчика энергии;

Фиг. 5 изображает пример элементов приемника энергии в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

Фиг. 6 изображает пример контура управления мощностью системы передачи энергии по Фиг. 1;

Фиг. 7 изображает пример колебаний силовой нагрузки системы передачи энергии по Фиг. 1; и

Фиг. 8 изображает пример тракта передачи энергии для системы передачи энергии по Фиг. 1.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В последующем описании основное внимание уделено вариантам осуществления изобретения, применимым для системы беспроводной передачи энергии, использующей подход к передаче энергии, известный из «спецификации Qi». Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено этим вариантом применения и может быть применено к многим другим системам беспроводной передачи энергии.

На Фиг. 1 изображен пример системы передачи энергии в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Система передачи энергии содержит передатчик 101 энергии, который содержит катушку / катушку индуктивности 103 передатчика (или соединен с ней). Система дополнительно содержит приемник 105 энергии, который содержит катушку / катушку индуктивности 107 приемника (или соединен с ней).

Система обеспечивает электромагнитный сигнал передачи энергии, который может индуктивно передавать энергию от передатчика 101 энергии на приемник 105 энергии. В частности, передатчик 101 энергии генерирует электромагнитный сигнал, который распространяется в виде магнитного потока катушкой или катушкой индуктивности 103 передатчика (которая обычно является частью выходной схемы в виде резонансного или колебательного контура). Сигнал передачи энергии может соответствовать электромагнитной составляющей передачи энергии, представляющей передачу энергии от передатчика энергии на приемник энергии, и может считаться соответствующей составляющей генерируемого электромагнитного поля, которое передает энергию от передатчика энергии на приемник энергии. Например, если нет нагрузки на катушку 107 приемника, не будет происходить отбор энергии приемником энергии из генерируемого электромагнитного поля (не считая потерь). В таком случае при возбуждении катушки 103 передатчика может быть создано электромагнитное поле с потенциально высокой напряженностью поля, но уровень мощности сигнала передачи энергии будет нулевым (не считая потерь). В некоторых ситуациях, если присутствует посторонний объект, сигнал передачи энергии можно рассматривать как включающий составляющую, соответствующую передаче энергии постороннему объекту, и, таким образом, сигнал передачи энергии можно рассматривать как соответствующий энергии, отбираемой из электромагнитного поля, создаваемого передатчиком энергии.

Сигнал передачи энергии, 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, обычно находиться в диапазоне от 20 кГц до 80 кГц). Катушка 103 передатчика и катушка 107 приема энергии слабо связаны, и, таким образом, катушка 107 приема энергии принимает сигнал (по меньшей мере часть сигнала) передачи энергии от передатчика 101 энергии. Таким образом, энергию передают от передатчика 101 энергии на приемник 105 энергии при помощи беспроводной индуктивной связи от катушки 103 передатчика на катушку 107 приема энергии. Термин "сигнал передачи энергии" главным образом используют для обозначения индуктивного сигнала / магнитного поля между катушкой 103 передатчика и катушкой 107 приема энергии (сигнал магнитного потока).

В этом примере приемник 105 энергии, в частности, является приемником энергии, который принимает энергию при помощи катушки 107 приемника. Однако в других вариантах осуществления приемник 105 энергии может содержать металлический элемент, такой как металлический нагревательный элемент, и в этом случае сигнал передачи энергии непосредственно индуцирует вихревые токи, приводящие к непосредственному нагреванию элемента.

Система выполнена с возможностью передачи существенных уровней мощности, и, в частности, передатчик мощности может поддерживать 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 энергии, как правило, может находиться в диапазоне мощности 1-5 Вт для вариантов применения малой мощности (базовый профиль мощности), до 15 Вт для спецификации Qi версии 1.2, в диапазоне до 100 Вт для вариантов применения большей мощности, таких как электроинструменты, ноутбуки, дроны, роботы и т.п., и свыше 100 Вт и до более 1000 Вт для вариантов применения очень большой мощности, таких как, например, варианты применения большой мощности, поддерживаемые стандартом беспроводной кухни Cordless Kitchen, разрабатываемым консорциумом Wireless Power Consortium.

Далее описана работа передатчика 101 энергии и приемника 105 энергии с конкретной ссылкой на вариант осуществления, как правило, соответствующий «Спецификации Qi» (за исключением описанных в настоящем документе (или последующих) модификаций и усовершенствований) или пригодный для спецификации более мощных кухонных электроприборов, разрабатываемой Консорциумом Wireless Power Consortium. В частности, передатчик 101 энергии и приемник 105 энергии могут следовать элементам «спецификации Qi» версии 1.0, 1.1 или 1.2 или по существу быть совместимыми с ними, или подходить для спецификации беспроводной кухни Cordless Kitchen более высокой мощности (за исключением описанных в настоящем документе (или последующих) модификаций и усовершенствований).

На Фиг. 2 более подробно изображены элементы передатчика 101 энергии по Фиг. 1.

Передатчик 101 энергии включает в себя возбудитель 201, который может генерировать управляющий сигнал, подаваемый на выходную схему, которая в примере представляет собой резонансную схему, образованную катушкой 103 передатчика и конденсатором 203 передатчика. Катушку 103 передатчика приводят в действие посредством управляющего сигнала, что приводит к генерации электромагнитного поля. Таким образом, генерируют электромагнитный сигнал передачи энергии, который обеспечивает передачу энергии на приемник 105 энергии. Сигнал передачи энергии обеспечивают (по меньшей мере) во время этапа передачи энергии.

Возбудитель 201 обычно представляет собой схему возбуждения в виде инвертора, который генерирует переменный сигнал от напряжения постоянного тока. Выходной сигнал возбудителя 201 обычно является коммутационным мостом, генерирующим управляющий сигнал посредством соответствующего переключения переключателей коммутационного моста. На Фиг. 3 показан полумостовой коммутационный мост/инвертор. Переключатели S1 и S2 управляются таким образом, что они никогда не замыкаются одновременно. Попеременно S1 замыкают, когда S2 размыкают, и S2 замыкают, когда S1 размыкают. Переключатели размыкают и замыкают с заданной частотой и, таким образом, формируют на выходе переменный сигнал. Обычно выход инвертора подключен к катушке индуктивности передатчика через резонансный конденсатор. На Фиг. 4 показан полномостовой коммутационный мост/инвертор. Переключатели S1 и S2 управляются таким образом, что они никогда не замыкаются одновременно. Переключатели S3 и S4 управляются таким образом, что они никогда не замыкаются одновременно. Попеременно переключатели S1 и S4 замыкают, когда переключатели S2 и S3 разомкнуты, а затем S2 и S3 замыкают, когда S1 и S4 разомкнуты, и, таким образом, создают прямоугольный сигнал на выходе. Переключатели размыкают и замыкают с требуемой частотой.

В некоторых вариантах осуществления S1 и S3 могут быть разомкнуты, а S2 и S4 могут быть замкнуты в течение части периода, и наоборот в течение другой части периода. Это известно как фазовый контроль. Такой подход создаст прямоугольный сигнал с нулевым уровнем в промежутке.

Схема возбуждения может быть реализована с использованием дискретной электроники, а выходная схема образована твердотельными переключателями, такими как транзисторы. Однако следует понимать, что возможны и другие варианты осуществления, включающие, например, образование выходной схемы с использованием встроенных переключателей или даже механических переключателей.

Схема возбуждения может быть реализована, например, как интегральная схема, такая как специализированная интегральная схема (Application Specific Integrated Circuit, ASIC). В некоторых вариантах осуществления схема может быть реализована как запрограммированный блок обработки, такой как, например, программно-аппаратные средства или программное обеспечение, работающее на подходящем процессоре, таком как центральный процессор, блок обработки цифровых сигналов или микроконтроллер и т.п. Следует понимать, что в таких вариантах осуществления блок обработки может включать в себя встроенную или внешнюю память, схему управления тактовым генератором, схему интерфейса, схему интерфейса пользователя и т.п. Такая схема может быть дополнительно реализована как часть блока обработки, как интегральные схемы и/или как дискретная электронная схема.

Таким образом, возбудитель 201 генерирует управляющий сигнал для выходной резонансной схемы и, таким образом, для катушки 103 передатчика. Управляющий сигнал вызывает прохождение тока в катушке передатчика, что приводит к генерации электромагнитного сигнала передачи энергии. Управляющий сигнал обычно имеет (по существу) постоянную амплитуду напряжения для заданной конфигурации передачи энергии. В примере постоянная амплитуда напряжения достигается за счет установки постоянного напряжения питания для выходной схемы возбудителя, т.е. напряжение V питания для мостов по Фиг. 3 и 4 является постоянным для данной конфигурации передачи энергии. Переключение мостовых транзисторов соответственно переключает выходное напряжение между 0 и V для полумоста и между V и -V для полного моста. Таким образом, в данном примере передатчик энергии может установить напряжение питания постоянным для любой заданной конфигурации передачи энергии, но (возможно) переменным между конфигурациями передачи энергии.

Передатчик 101 энергии дополнительно содержит контроллер 205 передатчика энергии, который выполнен с возможностью управления работой передатчика 101 энергии в соответствии с требуемыми принципами работы. В частности, передатчик 101 энергии может включать в себя множество функциональных возможностей, необходимых для осуществления управления мощностью в соответствии со «Спецификациями Qi», включая взаимодействие с приемником энергии, обеспечение интерфейса пользователя и т.д. в соответствии с конкретным приложением и спецификацией.

Передатчик 101 энергии дополнительно содержит первый коммуникатор 207, который выполнен с возможностью приема данных и сообщений от приемника 105 энергии (как должно быть понятно специалисту в данной области техники, передаваемый блок данных может предоставлять один или более битов информации). В этом примере приемник 105 энергии выполнен с возможностью модуляции нагрузкой сигнала передачи энергии, сгенерированного катушкой 103 передатчика, а первый коммуникатор 207 выполнен с возможностью определения изменений напряжения и/или силы тока катушки 103 передатчика и демодулирования модуляции нагрузкой на их основе. Специалисту в данной области техники известны принципы модуляции нагрузкой, которые, например, используют в Qi-системах беспроводной передачи энергии, поэтому они не будут описаны более подробно.

Кроме того, первый коммуникатор 207 может быть выполнен с возможностью передачи данных на приемник энергии, например, посредством специальной модуляции управляющего сигнала и, таким образом, сигнала передачи энергии с использованием частотной, амплитудной и/или фазовой модуляции.

Следует понимать, что в других вариантах осуществления могут быть использованы другие подходы для передачи данных между передатчиком 101 энергии и приемником 105 энергии. Например, в некоторых вариантах осуществления связь может осуществляться с использованием отдельного канала связи, что может быть достигнуто с использованием отдельной катушки связи или даже с использованием катушки 103 передатчика. Например, в некоторых вариантах осуществления может быть реализована беспроводная связь ближнего радиуса действия, или высокочастотная несущая (например, с частотой несущей 13,56 МГц) может быть наложена на сигнал передачи энергии.

На Фиг. 5 изображены некоторые приведенные для примера элементы приемника 105 энергии.

Катушка 107 приемника подключена к контроллеру 501 приемника энергии, который соединяет катушку 107 приемника с нагрузкой 503. Во многих вариантах осуществления катушка 107 приемника является частью входной схемы приемника энергии, которая также включает в себя конденсатор для образования резонансной схемы с катушкой 107 приемника. Контроллер 501 приемника энергии включает в себя тракт управления энергии, который преобразует энергию, полученную катушкой 107 приемника, в сигнал, пригодный для подачи на нагрузку. Кроме того, контроллер 501 приемника энергии может включать в себя различные функциональные возможности контроллера приемника энергии, требуемые для выполнения передачи энергии, и, в частности, функции, необходимые для выполнения передачи энергии в соответствии со «спецификациями Qi».

Приемник 105 энергии дополнительно содержит второй коммуникатор 505, который выполнен с возможностью приема данных, передаваемых от передатчика 101 энергии. В примере второй коммуникатор 505 выполнен с возможностью демодуляции амплитудной, частотной и/или фазовой модуляции сигнала передачи энергии в соответствии с необходимостью для извлечения данных, переданных от передатчика энергии.

Второй коммуникатор 505 дополнительно выполнен с возможностью передачи данных на передатчик энергии посредством изменения нагрузки катушки 107 приемника в ответ на данные, передаваемые на передатчик 101 энергии. Затем изменения нагрузки обнаруживают и демодулируют при помощи передатчика 101 энергии способом, известным специалистам в данной области техники.

Как указано выше, в других вариантах осуществления могут быть использованы другие способы связи, например, подход с отдельной выделенной связью ближнего действия, такой как NFC.

Передатчик энергии и приемник энергии дополнительно содержат функциональные возможности для реализации контура управления мощностью для динамической адаптации уровня мощности сигнала передачи энергии во время этапа передачи энергии. Приемник энергии может непрерывно отслеживать принимаемый уровень мощности и сравнивать его с требуемым уровнем мощности. Затем он может передавать сообщения об ошибках управления мощностью, и передатчик энергии может увеличивать или уменьшать уровень мощности посредством изменения свойства управляющего сигнала.

В частности, передатчик энергии содержит контроллер 209 контура мощности, который выполнен с возможностью управления уровнем мощности сигнала передачи энергии посредством регулировки параметра/свойства управляющего сигнала. Контроллер 209 контура мощности может регулировать параметр, такой как сила тока, напряжение, частота, коэффициент заполнения, активная длительность (пакетный режим) управляющего сигнала, что приводит к изменению уровня мощности сигнала передачи энергии.

Контроллер 209 контура мощности может быть реализован, например, как интегральная схема, такая как специализированная интегральная схема (Application Specific Integrated Circuit, ASIC). В некоторых вариантах осуществления контроллер 209 контура мощности может быть реализован как запрограммированный блок обработки, такой как, например, программно-аппаратные средства или программное обеспечение, работающее на подходящем процессоре, таком как центральный процессор, блок обработки цифровых сигналов или микроконтроллер и т.п. Следует понимать, что в таких вариантах осуществления блок обработки может включать в себя встроенную или внешнюю память, схему управления тактовым генератором, схему интерфейса, схему интерфейса пользователя и т.п. Такая схема может быть дополнительно реализована как часть блока обработки, как интегральные схемы и/или как дискретная электронная схема.

В некоторых вариантах осуществления контроллер 209 контура мощности может быть реализован частично или полностью в виде дискретной электронной схемы. В различных вариантах осуществления контроллер контура мощности может быть реализован как аналоговая электронная схема, как цифровая электронная схема или как смешанная аналоговая схема.

Следует понимать, что в разных вариантах осуществления могут быть использованы разные параметры для представления уровней мощности сигнала передачи энергии. Например, во многих вариантах осуществления уровень мощности сигнала передачи энергии может быть представлен свойством или параметром сигнала катушки передатчика, таким как, в частности, сила тока, напряжение, частота, коэффициент заполнения и/или мощность сигнала катушки 103 передатчика. Во многих вариантах осуществления уровень мощности сигнала передачи энергии может быть задан и представлен током катушки для катушки 103 передатчика. Во многих вариантах осуществления контур управления мощностью может, в частности, управлять уровнем мощности сигнала передачи энергии посредством управления уровнем тока катушки через катушку 103 передатчика.

В некоторых вариантах осуществления уровень мощности сигнала передачи энергии может быть представлен свойством или параметром управляющего сигнала, таким как, в частности, сила тока, напряжение, частота, коэффициент заполнения, активная длительность и/или мощность управляющего сигнала.

Например, увеличение силы тока или рабочего цикла для управляющего сигнала напрямую повлияет на сигнал катушки 103 передатчика и, таким образом, на генерируемый сигнал передачи энергии и, тем самым, увеличит уровень мощности сигнала передачи энергии.

На самом деле, уровень мощности сигнала передачи энергии может зависеть от ряда параметров, и любой такой параметр может в различных вариантах осуществления быть использован для представления уровня мощности сигнала передачи энергии и/или управления им. Следует также понимать, что для представления уровня мощности сигнала передачи энергии могут быть использованы разные параметры. Например, приемник энергии и передатчик энергии могут использовать разные параметры для представления уровня мощности сигнала передачи энергии (например, передатчик энергии может использовать ток катушки 103 передатчика, а приемник энергии может использовать отобранный уровень мощности). В таких вариантах осуществления могут, например, быть использованы преобразования между различными параметрами и представлениями, или данные, относящиеся к одному параметру, могут быть адаптированы посредством внесения относительных изменений в другой параметр.

Также следует понимать, что параметр, контролируемый и адаптируемый контуром управления мощностью, может быть изменен напрямую или может быть изменен косвенно посредством изменения другого параметра. Например, контур управления мощностью может управлять током катушки для катушки 103 передатчика, но может делать это, посредством изменения, например, частоты управляющего сигнала, чтобы изменить силу тока катушки до требуемого значения.

На Фиг. 6 изображен пример функциональных аспектов приведенного для примера контура управления мощностью, который может быть использован в системе по Фиг. 1.

Контур, в частности, управляет током I_txc катушки, т.е. ток катушки можно рассматривать как выходной сигнал контура или переменную контура. Ток I_txc катушки соответствует уровню мощности сигнала передачи энергии. В частности, поток и напряженность магнитного поля, создаваемые катушкой 103 передатчика, напрямую определяются током катушки, и, таким образом, сигнал, индуцируемый в катушке 107 приемника, напрямую определяется током катушки передатчика.

Таким образом, контур включает в себя тракт передачи энергии от тока катушки передатчика до уровня мощности, отбираемого приемником 105 энергии. Этот тракт включает в себя генерацию электромагнитного потока сигнала передачи энергии, индукцию сигнала в катушке приемника энергии, поток энергии приемника энергии и т.д. Приемник 105 энергии сравнивает отбираемую мощность (например, подаваемую на нагрузку 503) с требуемым (текущим) опорным уровнем мощности, PWR REF. На основании сравнения генерируют индикации ERR ошибок управления мощностью и передают их на передатчик 101 энергии в сообщениях об ошибках управления мощностью.

Передатчик 101 энергии имеет функциональные возможности для адаптации силы тока I_txc катушки в ответ на индикацию ошибок управления мощностью. Изменения уровня мощности сигнала передачи энергии и, в конкретном примере, силы тока I_txc катушки являются относительными, и, соответственно, контур управления может увеличивать или уменьшать уровень мощности по сравнению с текущим уровнем в ответ на индикацию/сообщения об ошибке управления мощностью. Относительное изменение уровня мощности / силы тока катушки соответствует включению функции 603 интегрирования в контур управления мощностью.

Кроме того, контроллер 209 контура мощности и передатчик энергии реализуют определенную схему 605 изменения мощности для изменения уровня мощности в ответ на индикацию ошибки управления мощностью. Например, сообщение об ошибке управления мощностью может потребовать увеличения уровня мощности на заданную относительную величину, скажем, на 2%. В ответ схема 605 изменения мощности может определить, что сила тока I_txc катушки должна быть увеличена на 2%, и она может приступить к реализации этого изменения.

Во многих вариантах осуществления уровень мощности может быть адаптирован посредством изменения свойства/параметра управляющего сигнала. Таким образом, схема 605 изменения мощности может включать в себя схему для изменения параметра управляющего сигнала таким образом, что это приводит к требуемому изменению уровня мощности и, в частности, силы тока I_txc катушки.

В частности, во многих вариантах осуществления выходная схема передатчика энергии и входная схема приемника энергии содержат резонансные схемы, а уровнем мощности сигнала передачи энергии и силой тока I_txc катушки управляют посредством изменения частоты возбуждения управляющего сигнала таким образом, чтобы она была ближе к резонансной частоте или дальше от нее. В таком примере увеличение силы тока I_txc катушки может быть достигнуто посредством изменения частоты таким образом, чтобы она была ближе к резонансной частоте.

Другие параметры управляющего сигнала, которые в альтернативном или дополнительном варианте могут быть изменены, включают в себя силу тока, напряжение, мощность, коэффициент заполнения или длительность управляющего сигнала. Увеличение любого из них приведет к увеличению уровня мощности сигнала передачи энергии, а их уменьшение приведет к уменьшению уровня мощности.

В некоторых вариантах осуществления схема 605 изменения мощности может включать в себя прямое соответствие между параметром управляющего сигнала и уровнем сигнала передачи энергии (включая силу тока I_txc катушки), например, если принят запрос на увеличение уровня мощности на 2%, схема 605 изменения мощности может напрямую изменять частоту или силу тока управляющего сигнала на определенную величину. Такое прямое соответствие может быть основано, например, на справочных таблицах, созданных в процессе изготовления или калибровки.

Во многих вариантах осуществления схема 605 изменения мощности может включать в себя внутренний контур, который управляет параметром управляющего сигнала для обеспечения требуемого изменения уровня мощности сигнала передачи энергии. Например, может быть реализован внутренний контур, который изменяет опорное значение, например, для силы тока I_txc катушки в ответ на принятые сообщения об ошибках управления мощностью. Затем внутренний контур может регулировать, например, частоту управляющего сигнала до тех пор, пока эффективное значение силы тока I_txc не будет равно требуемому новому значению.

Также следует понимать, что во многих вариантах осуществления уровни мощности могут быть реальными или активными уровнями мощности. Однако в других вариантах осуществления рассматриваемые уровни мощности могут быть уровнями комплексной, реактивной или полной мощности.

Контур управления мощностью обеспечивает очень эффективный и надежный способ управления операцией передачи энергии для приемника энергии. Например, это позволяет приемнику энергии непрерывно адаптировать уровень передаваемой энергии, например, для поддержания требуемой скорости для нагрузки в виде двигателя.

Кроме того, система по Фиг. 1 содержит дополнительные функциональные возможности для управления работой контура управления мощностью в конкретных ситуациях и, тем самым, обеспечивает улучшенную работу во многих сценариях.

В частности, в системе приемник энергии может иметь множество режимов уровня мощности, связанных с передачей энергии. В частности, приемник энергии может быть связан с набором/множеством режимов уровня мощности, где каждый режим уровня мощности связан с опорным уровнем мощности для сигнала передачи энергии. Приемник энергии может быть выполнен с возможностью работы в разных дискретных режимах, причем каждый из этих режимов имеет требование к заданному уровню мощности от сигнала передачи энергии. Например, приемник энергии в виде блендера может иметь, скажем, пять различных настроек частоты вращения двигателя и, следовательно, может быть связан с пятью различными режимами работы, каждый из которых отбирает разное количество мощности от сигнала передачи энергии.

Передатчик 101 энергии содержит схему 211 режима, которая соединена с контроллером 209 контура мощности и с хранилищем 213 режимов. Хранилище 213 режимов может быть выполнено с возможностью хранения данных для различных режимов уровня мощности. В частности, хранилище 213 режимов выполнено с возможностью хранения набора режимов уровня мощности для приемника энергии, где каждый режим уровня мощности связан с опорным уровнем мощности для сигнала передачи энергии.

Схема 211 режима может быть реализована, например, как интегральная схема, такая как специализированная интегральная схема (Application Specific Integrated Circuit, ASIC). В некоторых вариантах осуществления схема 211 режима может быть реализована как запрограммированный блок обработки, такой как, например, программно-аппаратные средства или программное обеспечение, работающее на подходящем процессоре, таком как центральный процессор, блок обработки цифровых сигналов или микроконтроллер и т.п. Следует понимать, что в таких вариантах осуществления блок обработки может включать в себя встроенную или внешнюю память, схему управления тактовым генератором, схему интерфейса, схему интерфейса пользователя и т.п. Такая схема может быть дополнительно реализована как часть блока обработки, как интегральные схемы и/или как дискретная электронная схема.

В некоторых вариантах осуществления схема 211 режима может быть реализована частично или полностью в виде дискретной электронной схемы. В различных вариантах осуществления контроллер контура мощности может быть реализован как аналоговая электронная схема, как цифровая электронная схема или как смешанная аналоговая схема.

Режим уровня мощности может быть представлен разными параметрами в разных вариантах осуществления, и может быть использован любой подходящий параметр, который может указывать на уровень мощности. Например, опорные уровни мощности могут быть представлены значениями, указывающими на фактическую нагрузку, обеспечиваемую нагрузке 503 приемником энергии. В других вариантах осуществления опорные уровни мощности могут быть обозначены номинальной мощностью, отбираемой от приемника энергии для номинальных условий работы, таких как, например, отсутствие объектов и номинальное положение передатчика энергии и приемника энергии по отношению друг к другу. Еще в других вариантах осуществления опорные уровни мощности могут, например, быть представлены значением регулируемой переменной контура, например, значением опорной силы тока катушки для данного режима. В других вариантах осуществления опорные уровни мощности могут быть представлены значениями параметров передатчика энергии, которые регулируются для обеспечения требуемого уровня мощности. Во многих вариантах осуществления опорные уровни мощности могут быть представлены значениями свойств управляющего сигнала, таких как сила тока, напряжение, частота, коэффициент заполнения, активная длительность (пакетный режим) управляющего сигнала и т.д. Все эти параметры могут отражать уровень мощности в различных вариантах осуществления, и изменение значения такого параметра может влиять на уровень мощности сигнала передачи энергии. Также следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления могут быть использованы комбинации параметров (например, использование разных параметров для разных режимов уровня мощности).

В системе приемник энергии может работать в дискретном наборе режимов уровня мощности, и хранилище режимов может хранить опорные уровни мощности для каждого режима.

В системе приемник энергии может переключаться на другой режим и может в связи с этим передавать сообщение передатчику энергии для информирования его об изменении режима. Приемник энергии может, в частности, передать сообщение о запросе режима, которое может указывать на режим уровня мощности, на который переключается приемник энергии (или на который он хочет переключиться). Следует отметить, что может быть использована любая форма индикации. Например, режимы уровня мощности могут быть связаны с индивидуальной идентификацией, и сообщение о запросе режима может включать в себя идентификатор режима уровня мощности, на который хочет переключиться приемник энергии.

Когда приемник 207 принимает сообщение о запросе режима, он пересылает идентификатор схеме 211 режима, которая переходит к доступу в хранилище 213 режимов для извлечения опорного уровня мощности для идентифицированного режима уровня мощности. Схема 211 режима выполнена с возможностью адаптации управляющего сигнала для установки уровня мощности сигнала передачи энергии на это опорное значение, т.е. она может адаптировать управляющий сигнал таким образом, чтобы в результате сигнал передачи энергии имел значение, соответствующее извлеченному опорному значению.

Следует отметить, что опорное значение может быть представлено любым подходящим значением и, в частности, может быть любым значением или параметром, влияющим на уровень мощности сигнала передачи энергии, например, в частности, силой тока I_txc катушки. Значение может быть установлено напрямую или, например, косвенно посредством адаптации силы тока, напряжения, частоты, рабочего цикла, активной длительности (пакетного режима) управляющего сигнала. Действительно, значения этих параметров могут в некоторых вариантах осуществления сами рассматриваться как опорное значение, которое устанавливается схемой 211 режима и которое влияет на уровень мощности сигнала передачи энергии.

Первое опорное значение зависит от опорного уровня мощности для указанного режима уровня мощности. Таким образом, при приеме сообщения о запросе режима схема 211 режима может извлекать опорный уровень мощности для режима уровня мощности, указанного в сообщении о запросе режима. Затем он может по этому опорному уровню мощности определить опорное значение для данного параметра, которое связано с уровнем мощности сигнала передачи энергии (уровень мощности сигнала передачи энергии зависит от значения параметра, для которого определено первое опорное значение). Первое опорное значение может быть, в частности, определено для параметра контура, являющегося параметром, представляющим значение сигнала в некоторой точке контура. Схема 211 режима может затем установить параметр управляющего сигнала таким образом, чтобы параметр достигал первого опорного значения.

Во многих вариантах осуществления это может быть сделано напрямую. Например, во многих вариантах осуществления опорное значение может быть непосредственно определено для параметра управляющего сигнала, такого как сила тока, напряжение, частота, коэффициент заполнения, активная длительность (пакетный режим) управляющего сигнала. Схема 211 режима может затем приступить к прямой установке управляющего сигнала на опорное значение. Например, приемник энергии может перейти в конкретный режим уровня мощности и передать сообщение о запросе режима, указывающее на этот режим. Схема 211 режима может непосредственно определить, что для этого режима сохранен опорный уровень мощности, который соответствует частоте управляющего сигнала заданного значения, и она может немедленно изменить частоту управляющего сигнала на это значение без какого-либо учета текущего значения частоты (или любое другое значение). Например, если предположить, что резонансные схемы передачи энергии настроены, скажем, на 100 кГц, сообщение о запросе режима, указывающее на режим 1, может, например, непосредственно привести к тому, что схема 211 режима установит частоту управляющего сигнала на 150 кГц, сообщение о запросе режима, указывающее на режим 2, может, например, непосредственно привести к тому, что схема 211 режима установит частоту управляющего сигнала на 160 кГц, а сообщение о запросе режима, указывающее на режим 3, может, например, непосредственно привести к тому, что схема 211 режима установит частоту управляющего сигнала на 170 кГц и т.д.

В некоторых вариантах осуществления опорное значение может быть определено для параметра, который не является непосредственно параметром управляющего сигнала. Например, это может быть параметр сигнала катушки передатчика, такой как сила тока I_txc катушки. В таком случае схема 211 режима может адаптировать параметр управляющего сигнала таким образом, чтобы обеспечить требуемое значение параметра для сигнала катушки передатчика. В некоторых вариантах осуществления это может быть достигнуто при помощи схемы 211 режима, использующей прямую связь или функцию между адаптированным свойством управляющего сигнала и параметром сигнала катушки передатчика, такую как, например, прямая зависимость между частотой управляющего сигнала и силой тока I_txc катушки. Связь может быть, например, сохранена в справочной таблице. Однако во многих вариантах осуществления такую связь может быть трудно определить, и передатчик энергии может, например, реализовать быстрый внутренний контур. Например, сила тока I_txc катушки может быть измерена и сравнена с требуемым первым опорным значением, и частота управляющего сигнала может быть быстро изменена/адаптирована для получения требуемого значения силы тока I_txc катушки.

Во многих вариантах осуществления сохраненный опорный уровень мощности может быть непосредственно представлен первым опорным значением, т.е. схема 211 режима может напрямую извлекать опорный уровень мощности для запрошенного режима уровня мощности и использовать его в качестве опорного значения, т. е. она может напрямую устанавливать опорный параметр на это значение. Например, во многих вариантах осуществления хранилище 213 режимов может непосредственно сохранять частоту для каждого из режимов уровня мощности, и при приеме сообщения о запросе режима оно может напрямую извлекать сохраненное значение частоты и устанавливать управляющий сигнал на эту частоту. В других вариантах осуществления может потребоваться некоторое преобразование, и это может, например, быть достигнуто с использованием справочных таблиц, которые могут, например, заполняться на этапе калибровки.

В некоторых вариантах осуществления хранилище режимов может хранить множество параметров для каждого режима уровня мощности, таких как параметр управляющего сигнала и значение отбираемой мощности. Таким образом, в таких случаях опорный уровень мощности может включать в себя множество составляющих или, что эквивалентно, хранилище режимов может хранить множество опорных уровней мощности для каждого режима уровня мощности. В таких вариантах осуществления схема 211 режима может использовать соответствующее значение параметра или даже использовать множество значений параметра. Например, если сообщение о запросе режима указывает на то, что приемник энергии переключается в режим уровня мощности, отбирающий, скажем, 500 Вт, схема 211 режима может идентифицировать режим уровня мощности, соответствующий отбираемой мощности 500 Вт, и извлекать частоту возбуждения, сохраненную для этого режима уровня мощности.

Подход может обеспечить систему, которая может очень быстро адаптироваться к различным режимам работы. Сообщения о запросе режима могут быть переданы во время этапа передачи энергии и, таким образом, могут обеспечивать средство для быстрого изменения рабочей точки передачи энергии. Как правило, адаптацию мощности осуществляют с использованием контура управления мощностью, и хотя он выполнен с возможностью обеспечения эффективной работы, он, как правило, является относительно медленным, чтобы обеспечить надежную работу. Описанная операция обеспечивает средство корректировки контура управления мощностью, и, в частности, контур управления мощностью может быть динамически изменен / повторно инициализирован во время этапа передачи энергии на новую рабочую точку, которая соответствует новому режиму уровня мощности.

Таким образом, схема 211 режима может быть выполнена с возможностью адаптации управляющего сигнала посредством изменения переменной контура управления мощностью в ответ на прием сообщения о запросе режима.

Схема 211 режима выполнена с возможностью установки уровня мощности сигнала передачи энергии на первое опорное значение в ответ на прием сообщения о запросе режиме. Уровень мощности сигнала передачи энергии является переменной состояния для контура управления мощностью, и, таким образом, схема 211 режима выполнена с возможностью установки переменной состояния контура управления мощностью на опорное значение в ответ на прием сообщения о запросе режима, и при этом опорное значение зависит от сообщения о запросе режима и, в частности, зависит от режима уровня мощности, который указан в сообщении о запросе режима.

Адаптация сигнала может быть независимой от работы контура управления мощностью, и, таким образом, в ответ на сообщение о запросе режима подход может корректировать работу контура управления мощностью для повторной инициализации работы для нового режима уровня мощности.

В некоторых вариантах осуществления схема 211 режима может быть выполнена с возможностью изменения переменной состояния контура управления мощностью для адаптации управляющего сигнала для установки уровня мощности сигнала передачи энергии на первое опорное значение в ответ на прием сообщения о запросе режима, причем первое опорное значение соответствует опорному уровню мощности для первого режима уровня мощности из множества режимов уровня мощности, указанных в сообщении о запросе режима.

В некоторых вариантах осуществления схема 211 режима может быть выполнена с возможностью адаптации управляющего сигнала для установки уровня мощности сигнала передачи энергии на первое опорное значение в ответ на прием сообщения о запросе режима, причем первое опорное значение соответствует опорному уровню мощности для первого режима уровня мощности из множества режимов уровня мощности, указанных в сообщении о запросе режима, и при этом адаптация включает в себя изменение переменной состояния контура управления мощностью.

В некоторых вариантах осуществления схема 211 режима может быть выполнена с возможностью адаптации управляющего сигнала посредством изменения переменной состояния контура управления мощностью для установки уровня мощности сигнала передачи энергии на первое опорное значение в ответ на прием сообщения о запросе режима, причем первое опорное значение соответствует опорному уровню мощности для первого режима уровня мощности из множества режимов уровня мощности, указанных в сообщении о запросе режима.

В некоторых вариантах осуществления схема 211 режима может быть выполнена с возможностью адаптации управляющего сигнала посредством изменения переменной состояния контура управления мощностью для установки уровня мощности сигнала передачи энергии на первое опорное значение в ответ на прием сообщения о запросе режима, причем первое опорное значение соответствует опорному уровню мощности для первого режима уровня мощности из множества режимов уровня мощности, указанных в сообщении о запросе режима.

Схема 211 режима может быть выполнена с возможностью корректировки или замены текущего значения переменной состояния контура опорным значением, которое зависит от режима уровня мощности, указанного в сообщении о запросе режима.

Адаптация управляющего сигнала/ настройка уровня мощности сигнала передачи энергии/ изменение уровня мощности сигнала передачи энергии может быть осуществлена быстрее, чем это достижимо при помощи контура управления мощностью. Постоянная времени / длительность для адаптации/установки уровня мощности сигнала передачи энергии на опорное значение в ответ на сообщение о запросе режима может быть меньше, чем постоянная времени / длительность для контура управления мощностью. В некоторых вариантах осуществления установка уровня мощности может быть ступенчатым изменением.

Во многих вариантах осуществления постоянная времени контура управления мощностью может составлять не менее 250 мс, 500 мс или даже 1 секунду, тогда как установка уровня мощности в ответ на сообщение о запросе режима может иметь меньшую длительность и, в частности, может быть менее 100 мс, 250 мс или 500 мс соответственно.

Во многих вариантах осуществления продолжительность адаптации управляющего сигнала для установки уровня мощности меньше, чем постоянная времени контура управления мощностью, и во многих вариантах осуществления она может составлять менее 50% или 25% постоянной времени. Продолжительность может представлять собой задержку с момента получения сообщения о запросе режима до тех пор, пока уровень мощности сигнала передачи энергии не будет установлен на первое опорное значение (и, в частности, до тех пор, пока он не достигнет первого опорного значения). Постоянная времени для контура управления отражает скорость, с которой контур реагирует на случайности.

Постоянная времени может представлять собой длительность для переменной контура (такой как, в частности, уровень мощности сигнала передачи энергии) для достижения 63,2% конечного (устойчивого состояния) значения после ступенчатого изменения.

Следует отметить, что, как будет более подробно описано ниже, для передатчика энергии могут быть использованы разные подходы к определению и хранению режимов уровня мощности и соответствующих опорных уровней.

В некоторых вариантах осуществления режимы уровней мощности и опорные уровни мощности могут быть сохранены для множества приемников энергии. Таким образом, хранилище 213 режимов может быть выполнено с возможностью хранения наборов режимов уровня мощности для разных приемников энергии.

При инициализации операции передачи энергии (или на самом деле в любое подходящее время) приемник энергии может передать индикацию приемника энергии. Схема 211 режимов/ хранилище 213 режимов может затем приступить к извлечению набора режимов уровня мощности, который соответствует конкретному идентификатору.

В некоторых вариантах осуществления идентификатор может быть уникальным идентификатором устройства. Это может быть, например, очень полезным в вариантах осуществления, где сохраненные режимы уровней мощности и опорные уровни мощности определяют посредством индивидуальной инициализации с отдельными устройствами. Например, при обнаружении нового приемника энергии передатчик энергии может инициировать процедуру инициализации, которая определяет режимы уровня мощности и опорные уровни мощности. В следующий раз при обнаружении приемника энергии передатчик энергии может не выполнять процесс инициализации, а использовать уже сохраненные значения. Затем передатчик энергии может постепенно накапливать данные для подходящих приемников энергии и обеспечить возможность использования функции с меньшими непроизводительными издержками и для целого ряда приемников энергии.

В альтернативном или дополнительном варианте идентификатор может представлять собой тип идентификатора, например, указывающий на модель, изготовителя и т.д. приемника энергии. Передатчик энергии может, например, хранить данные режима уровня мощности для целого ряда различных типов приборов, и при приеме идентификатора типа он может выбирать данные режима уровня мощности, которые соответствуют принятому идентификатору.

В некоторых вариантах осуществления режим уровня мощности и данные опорного уровня мощности могут быть основаны на этапе инициализации, выполняемом передатчиком энергии и приемником энергии.

Например, в некоторых вариантах осуществления инициализация новой передачи энергии (например, только для приемников энергии, для которых не сохранены данные режима уровня мощности) может включать в себя сначала выполнение процесса определения опорных значений для использования во время работы. Во время этого этапа инициализации приемник энергии может пошагово проходить через различные режимы уровня мощности, и для каждого режима уровня мощности схема 211 режима может определить значение, представляющее уровень мощности, и сохранить его в качестве опорного уровня мощности для этого режима.

Например, для приемника энергии может быть применено заданное время для пошагового прохождения через режимы уровня мощности, например, работа в течение 10 секунд в каждом режиме перед переключением на следующий режим. В альтернативном варианте приемник энергии может отправлять сообщение при переключении на следующий режим, или передатчик энергии может отправлять сообщения, запрашивающие применение следующего режима.

Для каждого режима уровня мощности передатчик энергии может управлять работой контура управления мощностью для достижения стабильного состояния. Когда это произошло, передатчик энергии может измерить значение требуемого параметра, используемого для представления уровня мощности сигнала передачи энергии, такого как, например, сила тока I_txc катушки или частота управляющего сигнала и т.п. Затем это значение может быть сохранено в качестве опорного уровня мощности для этого режима.

Затем приемник энергии может переключиться на следующий режим уровня мощности, например, по запросу передатчика энергии, и процесс может быть повторен.

Подход обычно может быть осуществлен приемником энергии, пошагово проходящим через режимы уровня мощности по порядку, и, как правило, от более низких к более высоким уровням мощности. Это может, например, снизить риск возникновения нежелательных условий перенапряжения.

Процесс инициализации, как правило, может быть выполнен как часть инициализации передачи энергии и, таким образом, быть выполнен до этапа передачи энергии.

В качестве конкретного примера можно привести аэрофритюрницу, которая представляет собой кухонный прибор, который готовит посредством циркуляции горячего воздуха вокруг пищи с использованием механизма конвекции, нагревательный элемент которого можно включать и выключать. Как правило, это приводит к очень большому шагу нагрузки, например, от 50 до 1200 Вт, и это повторяется во время работы устройства для поддержания постоянной температуры. На Фиг. 7 можно увидеть схематическое представление, на котором показаны ступени мощности PWR и результирующее изменение температуры TEMP.

В этом примере, после того как устройства включены, и происходит передача энергии, причем мощность контролируется контуром управления мощностью, рабочая точка (SVE 1 и 2) может быть сохранена. Рабочая точка отражает уровень передачи мощности сигнала передачи энергии для текущего режима уровня мощности фритюрницы и может быть представлена любым подходящим значением параметра, как описано ранее.

Значения могут быть сохранены как для режима высокого, так и для режима низкого уровня мощности, и, таким образом, обеспечено хранилище 213 режимов с опорными уровнями мощности для двух различных режимов уровня мощности. Приемник энергии может затем передавать сообщения о запросе режима, MRQ, при изменении им режима уровня мощности и, таким образом, обеспечивать возможность использования передатчиком энергии сохраненных значений для прямого перехода к новой рабочей точке (близкой к ней) посредством корректировки контура управления мощностью.

Таким образом, когда должно произойти изменение режима уровня мощности, приемник энергии может объявить, что произойдет изменение нагрузки, и к какому режиму он перейдет. Тогда система и, в частности, передатчик энергии будут знать, к какой рабочей точке следует перейти. Это, например, снизит риск того, что вследствие задержки в контуре управления будет передано слишком много или слишком мало энергии. Это может даже в экстремальных ситуациях помочь предотвратить повреждение устройств или снизить риск отключения питания приемника энергии.

Кроме того, сохраненные данные могут быть использованы для будущих передач энергии между приемником энергии и передатчиком энергии, поскольку сохраненные значения могут быть сохранены и извлечены между различными операциями передачи энергии. Хранилище 213 режимов может, в частности, хранить значения для множества приемников энергии, и когда для передачи энергии обнаруживают приемник энергии, оно может переходить к использованию набора, сохраненного для этого приемника энергии. Если обнаружен новый приемник энергии, или сохраненные данные считаются недействительными, например, вследствие того, что являются слишком старыми, передатчик энергии и приемник энергии могут продолжать генерировать и сохранять новые/обновленные данные для приемника энергии.

Таким образом, когда в будущем будет использована комбинация устройства передатчика/приемника энергии и конкретный режим мощности, может быть повторно использована фактическая используемая рабочая точка.

Рабочие значения могут, как описано, быть определены во время запуска или инициализации посредством пошагового прохождения системой всех режимов уровня мощности, при этом результирующая рабочая точка и опорный уровень мощности представлены любым подходящим параметром, значение которого сохраняется как опорный уровень мощности.

Например, для фритюрницы нагревательный элемент можно включать или выключать, но вентилятор всегда остается включенным. Во время запуска устройства сначала включают только вентилятор, и эту рабочую точку SVE 1 измеряют и сохраняют. Затем включают нагревательный элемент и измеряют и сохраняют соответствующую рабочую точку SVE 2. Затем во время работы, когда нагревательный элемент должен быть включен/выключен, приемник энергии может объявить, что должно произойти изменение нагрузки, и может быть сгенерировано сообщение MRQ о запросе режима для другого режима мощности и передано на передатчик энергии. Затем передатчик энергии может немедленно перейти в надлежащую рабочую точку без задержки контура управления. Приемник энергии может быть проинформирован о том, что передатчик энергии переключился на правильный режим мощности, посредством приема квитирования установления связи в виде команды.

В некоторых вариантах осуществления передатчик энергии может дополнительно содержать схему 215 обнаружения, выполненную с возможностью обнаружения аномалии передачи энергии в ответ на сравнение текущего уровня мощности управляющего сигнала и опорного уровня мощности для текущего режима уровня мощности набора режимов уровня мощности.

При работе в конкретном режиме уровня мощности контур управления мощностью может изменять уровень мощности сигнала передачи энергии в ответ на сообщения об управлении ошибками от приемника энергии. Однако можно ожидать, что эти изменения будут относительно небольшими. Например, когда фритюрница работает в режиме нагрузки 1200 Вт, точная отбираемая мощность может варьироваться, и приемник энергии может управлять этим так, чтобы отбирать точную требуемую мощность для текущих условий. Однако, несмотря на то, что этот уровень мощности соответственно может изменяться, можно ожидать, что эти изменения будут ограничены при нормальных рабочих условиях, например, можно ожидать, что мощность будет находиться в диапазоне от 1100 Вт до 1300 Вт при нормальной работе.

Соответственно, схема 215 обнаружения может сравнивать текущий уровень мощности с опорным уровнем мощности, сохраненным для режима уровня мощности, в котором система работает в настоящий момент. Например, схема 215 обнаружения может сравнивать текущую измеренную силу тока I_txc катушки с силой тока катушки, сохраненной для режима, в котором работает система.

Если сравнение показывает, что текущий уровень мощности слишком сильно отличается от опорного уровня мощности, т.е. измеренная сила тока катушки отличается более чем на пороговое значение от сохраненного опорного значения силы тока катушки, тогда схема 215 обнаружения может определить, что текущая рабочая точка не является той точкой, которая должна наблюдаться во время нормальной работы, и, таким образом, обозначить, что обнаружена аномалия.

В таком случае схема 215 обнаружения может, например, информировать контроллер 205 передатчика о обнаружении аномалии. В ответ контроллер 205 передатчика может приступить к изменению параметра передачи энергии. Например, он может быть выполнен с возможностью ограничения уровня мощности ниже заданного значения, т.е. максимальная сила тока I_txc катушки может быть установлена на уровне достаточно низком для обеспечения отсутствия повреждений. В некоторых вариантах осуществления максимальный уровень мощности может быть установлен на ноль, и, в частности, передача энергии может быть прекращена при обнаружении аномалии.

Следует отметить, что точный критерий, используемый для обнаружения аномалии на основе сравнения, зависит от предпочтений и требований отдельного варианта осуществления, и что возможно множество различных подходов и критериев. Также следует отметить, что оценка может включать в себя другие соображения и может, например, включать преобразование между различными параметрами. Например, если опорный уровень мощности хранится как значение силы тока катушки, но текущий уровень мощности устанавливают/измеряют на основании частоты управляющего сигнала, сравнение может включать в себя преобразование между силой тока катушки и частотой управляющего сигнала.

Кроме того, следует понимать, что действие, выполняемое в ответ на обнаружение аномалии, будет зависеть от предпочтений и требований отдельного варианта осуществления. Например, в некоторых вариантах осуществления передача энергии может быть ограничена или прекращена. В других вариантах осуществления обнаружение аномалии может просто приводить к генерации предупреждения пользователю, такого как, например, включение сигнальной лампочки. В еще других вариантах осуществления может быть передано сообщение приемнику, который затем может выполнять действие в ответ на это, например может изменить подачу питания на нагрузку.

В некоторых вариантах осуществления сообщение о запросе режима содержит индикацию временного соотношения, и схема режима выполнена с возможностью адаптации временного соотношения установки уровня управляющего сигнала в ответ на индикацию временного соотношения.

В частности, сообщение о запросе режима может включать в себя указание того, когда приемник энергии намеревается переключиться на новый режим уровня мощности. Например, сообщение о запросе режима может указывать на то, что приемник энергии мгновенно переключается на новый режим уровня мощности, и в этом случае передатчик энергии может немедленно переключиться на новый режим посредством установки уровня мощности сигнала передачи энергии на соответствующее опорное значение, например сила тока катушки может быть установлена на сохраненное опорное значение силы тока катушки для нового режима уровня мощности.

В других ситуациях приемник энергии может передавать сообщение о запросе режима, которое указывает на то, что изменение режима уровня мощности произойдет в какой-то момент в будущем, например через 5 секунд. В этом случае передатчик энергии может задержать установку уровня мощности на указанное время, т.е. он может задержать установку уровня мощности для корректировки контура на 5 секунд.

В некоторых вариантах осуществления индикация временного соотношения может указывать на множество изменений режима уровня мощности. Например, сообщение о запросе режима может указывать на то, что приемник энергии будет переключаться между двумя разными режимами (например, между двумя режимами уровня мощности фритюрницы) с заданным интервалом (скажем, каждые 20 секунд), и передатчик энергии может переходить к обеспечению соответствия времени непосредственных настроек уровня мощности этим переключениям.

Следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления передатчик энергии может передавать на приемник энергии сообщение подтверждения о том, что установка уровня мощности произошла или произойдет, и приемник энергии может ожидать такого сообщения подтверждения перед переключением между режимами уровня мощности.

В некоторых вариантах осуществления передатчик энергии может быть выполнен с возможностью определения опорных уровней мощности на основании данных, принятых от приемника энергии.

Таким образом, в примере схема 211 режима может принимать информацию от приемника энергии, которая обеспечивает возможность вычисления опорных уровней мощности. В частности, приемник энергии может обеспечивать сообщение о конфигурации приемника, содержащее параметр конфигурации приемника энергии. Схема 211 режима может определять опорный уровень мощности по меньшей мере для одного режима уровня мощности из набора режимов уровня мощности на основании свойства конфигурации приемника энергии.

Параметр конфигурации приемника энергии может, в частности, содержать по меньшей мере одно из следующего:

идентификатор приемника энергии;

идентификатор типа приемника энергии;

свойство катушки приемника энергии;

свойство размера катушки приемника энергии и

свойство индуктивности катушки приемника энергии.

Идентификатор приемника энергии или идентификатор типа приемника энергии может обеспечить передатчику энергии возможность извлечения данных, которые описывают свойства этого приемника энергии. Данные могут, например, как описано ранее, непосредственно обеспечивать режимы уровня мощности и опорные уровни мощности для конкретного приемника. Однако, как правило, он будет включать в себя свойства приемника энергии, которые указывают на регулирование мощности приемником энергии. Например, идентификатор или идентификатор типа могут обеспечить передатчику энергии возможность извлечения данных конфигурации, описывающих свойства катушки приемника энергии, такие как, например, размер или индуктивность. Таким образом, свойства катушки приемника энергии могут быть переданы непосредственно приемником энергии или могут быть предоставлены косвенно посредством идентификации приемника энергии и обеспечения возможности извлечения соответствующих данных передатчиком энергии. В некоторых вариантах осуществления данные могут быть извлечены из внутреннего хранилища или во многих вариантах осуществления могут быть извлечены с внешнего сервера. Например, каждый производитель может предоставить базу данных, доступ к которой может быть получен с соответствующим образом оборудованного передатчика энергии (например, через Интернет).

В некоторых вариантах осуществления данные конфигурации, принятые от приемника энергии, могут быть использованы для вычисления подходящих значений для установки параметра управляющего сигнала или сигнала катушки передатчика при изменении режима уровня мощности. Например, они могут быть использованы для расчета частоты управляющего сигнала или коэффициента заполнения, или силы тока катушки для различных режимов уровня мощности. Режимы уровня мощности могут, например, быть выражены в терминах значений мощности нагрузки, указывающих на мощность, подаваемую на нагрузку 503 приемником энергии, и данные, принятые от приемника энергии, могут быть использованы для вычисления соответствующего значения параметра уровня мощности, который адаптируется схемой 211 режима. Например, данные могут быть использованы для расчета силы тока катушки, необходимой для подачи указанной мощности на нагрузку 503.

Данные могут быть использованы, например, для определения тракта передачи энергии от параметра, устанавливаемого в передатчике энергии, до нагрузки приемника энергии. На Фиг. 8 изображен пример модели тракта передачи энергии от напряжения возбудителя 201 до нагрузки 503.

В примере использованы следующие обозначения:

Vin: Напряжение управляющего сигнала от возбудителя 201.

Rp: Внутреннее сопротивление возбудителя и потери в выходной схеме.

Cp: Конденсатор 203 выходной резонансной схемы передатчика энергии.

Lp: Катушка 103 передатчика.

Ls: Катушка 107 приемника.

Cs: Конденсатор входной резонансной схемы приемника энергии.

Rl: Нагрузка 503.

Одним из ключевых параметров передачи энергии в беспроводной системе передачи энергии является коэффициент связи между катушкой передатчика энергии и катушкой приемника энергии. Это может зависеть от целого ряда факторов, включая свойства катушки приемника. Соответственно, данные конфигурации приемника энергии могут быть использованы для определения коэффициента связи между катушкой передатчика энергии и катушкой приемника энергии. Схема 211 режимов может определять один или более опорных уровней мощности по меньшей мере для одного режима уровня мощности на основании коэффициента связи.

Например, передатчик энергии может хранить ряд опорных уровней мощности, которые соответствуют опорному приемнику энергии и номинальному режиму уровня мощности. Однако для каждого из режимов уровня мощности могут сохраняться разные опорные уровни мощности для разных коэффициентов связи, поскольку это важное значение при определении того, как параметры передатчика энергии относятся к отбираемому уровню мощности. Затем полученная информация может быть использована для вычисления коэффициента связи для текущего приемника энергии, и передатчик энергии может, соответственно, извлечь опорный уровень мощности, соответствующий текущему коэффициенту связи.

В некоторых вариантах осуществления схема 211 режима может быть выполнена с возможностью определения функции передачи энергии между соответствующим параметром управляющего сигнала или сигнала катушки передатчика и выходной мощностью от приемника энергии к нагрузке. Таким образом, функция передачи энергии может отражать взаимосвязь между параметром, устанавливаемым схемой 211 режима, и результирующей выходной мощностью приемника энергии. Затем эта функция передачи энергии может быть использована для непосредственного вычисления опорных значений требуемого параметра на основании мощности нагрузки от приемника энергии.

Таким образом, функция передачи энергии вычисляется на основании данных конфигурации приемника энергии, переданных от приемника энергии, и определение функции передачи энергии может, в частности, включать в себя определение коэффициента связи между катушкой передатчика энергии и катушкой приемника энергии.

Более подробно, данные конфигурации приемника энергии могут быть использованы для заполнения неизвестных значений Cs, Ls, Rs и Rl по Фиг. 8. Данные конфигурации передатчика энергии могут быть использованы для заполнения Rp, Cp и Lp. Коэффициент связи определяет общий путь потока между Ls и Lp. Это может быть оценено/рассчитано с использованием размеров установки катушек. С диаметрами катушек и расстоянием между ними можно выполнить моделирование/измерения, чтобы увидеть влияние на коэффициент связи. Затем можно составить таблицу функций/поиска для вывода коэффициента связи при определенных размерах и положениях катушки. Коэффициент связи также может быть измерен посредством отключения нагрузки с одной стороны и подачи напряжения/тока с другой стороны. Поскольку нагрузка отключена, энергия передаваться не будет, но будет присутствовать напряжение, которое указывает на величину взаимной индуктивности по отношению к собственной индуктивности. Со всеми значениями моделей могут быть использованы законы Кирхгофа для получения функции передачи от входного напряжения к выходному току/напряжению. На основании этих значений может быть определена мощность, подаваемая на нагрузку (или, наоборот, могут быть определены параметры управляющего сигнала для данной нагрузки).

Следует отметить, что для ясности в вышеприведенном описании представлены варианты осуществления изобретения со ссылкой на различные функциональные схемы, блоки и процессоры. Однако очевидно, что любое подходящее распределение функциональных возможностей между различными функциональными схемами, блоками или процессорами может быть использовано в пределах изобретения. Например, функциональные возможности, изображенные 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 подходящие средства для обеспечения описанных функциональных возможностей, а не как указание на строгую логическую или физическую структуру или организацию.

Изобретение может быть реализовано в любой подходящей форме, включая аппаратные средства, программное обеспечение, программно-аппаратные средства или любую их комбинацию. Настоящее изобретение необязательно может быть реализовано, по меньшей мере частично, в виде компьютерного программного обеспечения, выполняемого на одном или более процессорах и/или цифровых процессорах сигналов. Элементы и компоненты варианта осуществления настоящего изобретения могут быть физически, функционально и логически реализованы любым подходящим образом. В действительности функциональные возможности могут быть реализованы в одном блоке, в множестве блоков или как часть других функциональных блоков. В силу этого настоящее изобретение может быть реализовано в одном блоке или может быть физически или функционально распределено между разными блоками, схемами и процессорами.

Хотя настоящее изобретение описано в связи с некоторыми вариантами осуществления, это не следует рассматривать как ограничение конкретной формой, изложенной в настоящем документе. Вместо этого, объем настоящего изобретения ограничен только прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, хотя может показаться, что признак описан в связи с конкретными вариантами осуществления, специалисту в данной области техники понятно, 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.

Кроме того, хотя множество средств, элементов, схем или этапов способа перечислены по отдельности, они могут быть реализованы, например, при помощи одной схемы, блока или процессора. Кроме того, хотя отдельные признаки могут быть включены в разные пункты формулы изобретения, они могут быть предпочтительно объединены, а включение в разные пункты формулы изобретения не подразумевает, что объединение признаков не является целесообразным и/или предпочтительным. Кроме того, включение признака в одну категорию пунктов формулы изобретения не означает ограничения этой категорией, а, скорее, указывает на то, что данный признак в равной степени может быть применен к другим категориям пунктов формулы изобретения, когда это уместно. Более того, порядок признаков в формуле изобретения не означает конкретного порядка, в котором эти признаки должны прорабатываться, и, в частности, порядок отдельных этапов способа в формуле изобретения, не означает, что этапы должны выполняться в данном порядке. Скорее, этапы могут выполняться в любом подходящем порядке. К тому же, ссылки на единственное число не исключают наличие множества. Таким образом, ссылки на формы единственного числа, прилагательные в единственном числе и т.п. не исключают наличие множества. Параметр или значение, соответствующее другому параметру или значению, может указывать на то, что считается/ожидается/предполагается, что один параметр/значение приводит к другому параметру/значению. В частности, параметр/значение, соответствующее уровню мощности, может означать, что параметр/значение является тем, который, как считается/ожидается/предполагается, приводит к уровню мощности. Ссылочные позиции в формуле изобретения представлены лишь в качестве пояснительного примера и не должны толковаться как ограничивающие каким-либо образом объем формулы изобретения.

Изобретение относится к области беспроводной передачи энергии. Техническим результатом является повышение гибкости контура управления мощностью к изменениям требуемой мощности. Передатчик (101) энергии для беспроводной подачи энергии на приемник (105) энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии, который содержит выходную схему (203, 103), содержащую катушку (103) передатчика для генерирования сигнала передачи энергии в ответ на управляющий сигнал, генерируемый схемой (201) возбуждения. Контроллер (209) контура мощности реализует контур управления мощностью для управления управляющим сигналом для регулировки уровня мощности сигнала передачи энергии в ответ на сообщения об ошибках управления мощностью, принятые от приемника (105) энергии. Хранилище (213) режимов хранит множество режимов уровня мощности для приемника энергии, причем каждый режим уровня мощности связан с опорным уровнем мощности для сигнала передачи энергии. Схема (211) режима адаптирует управляющий сигнал для установки уровня мощности сигнала передачи энергии на первое опорное значение в ответ на прием сообщения о запросе режима, причем первое опорное значение соответствует опорному уровню мощности для первого режима уровня мощности, указанного в сообщении о запросе режима. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Передатчик (101) энергии для беспроводной подачи энергии на приемник (105) энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии; причем передатчик (101) энергии содержит:

приемник (207), выполненный с возможностью приема сообщений от приемника (105) энергии;

выходную схему (203, 103), содержащую катушку (103) передатчика, выполненную с возможностью генерирования сигнала передачи энергии в ответ на управляющий сигнал, поданный на выходную схему (203, 103);

схему (201) возбуждения, выполненную с возможностью генерирования управляющего сигнала;

контроллер (209) контура мощности, реализующий контур управления мощностью для управления управляющим сигналом для регулировки уровня мощности сигнала передачи энергии, причем контур управления мощностью выполнен с возможностью внесения изменений в уровень мощности сигнала передачи энергии в ответ на сообщения об ошибках управления мощностью, принятые от приемника (105) энергии;

хранилище (213) режимов, выполненное с возможностью хранения множества режимов уровня мощности для приемника энергии, причем каждый режим уровня мощности связан с опорным уровнем мощности для сигнала передачи энергии;

схему (211) режима, выполненную с возможностью адаптации управляющего сигнала для установки уровня мощности сигнала передачи энергии на первое опорное значение в ответ на прием сообщения о запросе режима, причем первое опорное значение соответствует опорному уровню мощности для первого режима уровня мощности из множества режимов уровня мощности, указанных в сообщении о запросе режима.

2. Передатчик энергии по п. 1, дополнительно содержащий схему (215) обнаружения, выполненную с возможностью обнаружения аномалии передачи энергии в ответ на сравнение текущего уровня мощности сигнала передачи энергии и опорного уровня мощности для текущего режима уровня мощности из множества режимов уровня мощности.

3. Передатчик энергии по п. 1 или 2, в котором продолжительность адаптации управляющего сигнала для установки уровня мощности сигнала передачи энергии до первого опорного значения меньше, чем постоянная времени контура управления мощностью.

4. Передатчик энергии по любому из предшествующих пунктов, в котором схема (211) режима выполнена с возможностью определения опорного уровня мощности по меньшей мере для некоторых режимов уровня мощности из множества режимов уровня мощности по отношению по меньшей мере к одному из значения параметра управляющего сигнала и значения параметра свойств сигнала передачи энергии во время этапа инициализации, на котором приемник (105) энергии поэтапно проходит через указанные по меньшей мере некоторые режимы уровня мощности, и хранилище (213) режимов выполнено с возможностью сохранения опорного уровня мощности по меньшей мере для указанных некоторых режимов уровня мощности.

5. Передатчик энергии по п. 4, в котором хранилище режимов выполнено с возможностью хранения множества параметров по меньшей мере для одного режима уровня мощности, причем множество параметров включает в себя по меньшей мере один опорный уровень мощности, представляющий уровень мощности сигнала передачи энергии, и по меньшей мере одно значение параметра по меньшей мере для одного из управляющего сигнала и сигнала катушки передатчика, при этом по меньшей мере одно значение параметра представляет собой значение по меньшей мере одного из управляющего сигнала и сигнала катушки передатчика для уровня мощности сигнала передачи энергии, обозначенного опорным уровнем мощности.

6. Передатчик энергии по п. 4, в котором этап инициализации предшествует этапу передачи энергии.

7. Передатчик энергии по любому из предшествующих пунктов, в котором приемник (207) выполнен с возможностью приема сообщения о конфигурации приемника энергии от приемника (105) энергии, причем сообщение о конфигурации приемника энергии содержит параметр конфигурации приемника энергии; а схема (211) режима выполнена с возможностью определения опорного уровня мощности по меньшей мере для одного режима уровня мощности из множества режимов уровня мощности в ответ на свойство конфигурации приемника энергии.

8. Передатчик энергии по п. 7, в котором параметр конфигурации приемника энергии содержит по меньшей мере одно из следующего:

идентификатор приемника энергии;

идентификатор типа приемника энергии;

свойство катушки приемника энергии;

свойство размера катушки приемника энергии;

свойство индуктивности катушки приемника энергии.

9. Передатчик энергии по п. 7 или 8, в котором схема (211) режима выполнена с возможностью определения коэффициента связи между катушкой (103) передатчика энергии и катушкой (107) приемника энергии на основании параметра конфигурации приемника энергии и возможностью определения опорного уровня мощности по меньшей мере для одного режима уровня мощности на основании коэффициента связи.

10. Передатчик энергии по любому из пп. 7-9, в котором схема (211) режима выполнена с возможностью определения функции передачи энергии между по меньшей мере одним из параметра управляющего сигнала и параметра сигнала катушки передатчика и выходной мощностью приемника (105) энергии на основании параметра конфигурации приемника энергии и возможностью определения опорного уровня мощности по меньшей мере для одного режима уровня мощности на основании функции передачи мощности.

11. Передатчик энергии по любому из предшествующих пунктов, в котором хранилище (215) режимов выполнено с возможностью хранения наборов режимов уровня мощности для различных приемников энергии, а схема (211) режимов выполнена с возможностью выбора между наборами режимов уровня мощности в ответ на индикацию идентификатора, принятую от приемника (105) энергии.

12. Передатчик энергии по любому из предшествующих пунктов, в котором сообщение о запросе режима содержит индикацию временного соотношения, а схема (211) режима выполнена с возможностью адаптации временного соотношения установки уровня мощности сигнала передачи энергии в ответ на индикацию временного соотношения.

13. Передатчик энергии по любому из предшествующих пунктов, в котором обеспечен прием сообщения о запросе режима во время этапа передачи энергии.

14. Способ управления работой передатчика (101) энергии для беспроводной подачи энергии на приемник (105) энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии, причем передатчик (101) энергии содержит выходную схему (203, 103), содержащую катушку (103) передатчика, выполненную с возможностью генерирования сигнала передачи энергии в ответ на управляющий сигнал, поданный на выходную схему (203, 103); причем способ включает:

прием сообщений от приемника (105) энергии;

генерирование управляющего сигнала;

управление работой контура управления мощностью, управляющего управляющим сигналом для регулировки уровня мощности сигнала передачи энергии, причем контур управления мощностью выполнен с возможностью внесения изменений в уровень мощности сигнала передачи энергии в ответ на сообщения об ошибках управления мощностью, принятые от приемника (105) энергии;

хранение в хранилище (215) режимов множества режимов уровня мощности для приемника энергии, причем каждый режим уровня мощности связан с опорным уровнем мощности для сигнала передачи энергии;

адаптацию управляющего сигнала для установки уровня мощности сигнала передачи энергии на первое опорное значение в ответ на прием сообщения о запросе режима, причем первое опорное значение соответствует опорному уровню мощности для первого режима уровня мощности из множества режимов уровня мощности, указанных в сообщении о запросе режима.

15. Система беспроводной передачи энергии, содержащая передатчик (101) энергии для беспроводной подачи энергии на приемник (105) энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии; причем передатчик (101) энергии содержит:

приемник (207), выполненный с возможностью приема сообщений от приемника (105) энергии;

выходную схему (203, 103), содержащую катушку (103) передатчика, выполненную с возможностью генерирования сигнала передачи энергии в ответ на управляющий сигнал, поданный на выходную схему (203, 103);

схему (201) возбуждения, выполненную с возможностью генерирования управляющего сигнала;

контроллер (209) контура мощности, выполненный с возможностью управления управляющим сигналом для регулировки уровня мощности сигнала передачи энергии, причем контур управления мощностью выполнен с возможностью внесения изменений в уровень мощности сигнала передачи энергии в ответ на сообщения об ошибках управления мощностью, принятые от приемника (105) энергии;

хранилище (213) режимов, выполненное с возможностью хранения множества режимов уровня мощности для приемника энергии, причем каждый режим уровня мощности связан с опорным уровнем мощности для сигнала передачи энергии;

схему (211) режима, выполненную с возможностью адаптации управляющего сигнала для установки уровня мощности сигнала передачи энергии на первое опорное значение в ответ на прием сообщения о запросе режима, причем первое опорное значение соответствует опорному уровню мощности для первого режима уровня мощности из множества режимов уровня мощности, указанных в сообщении о запросе режима.