Беспроводная передача энергии
Изобретение относится к области электротехники, в частности к беспроводной передаче энергии. Передатчик (101) энергии передает энергию приемнику (105) энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии. Передатчик (101) энергии содержит выходную цепь (302, 103) с передающей катушкой (103), генерирующей сигнал передачи энергии в ответ на сигнал возбуждения, генерируемый возбудителем (301). Конфигурационный контроллер (303) переключает между конфигурациями передачи энергии, имеющими различные максимальные предельные значения мощности и амплитуды напряжения для сигнала возбуждения. Передатчик (307) передает приемнику (105) энергии сообщение о конфигурации мощности, содержащее данные, указывающие амплитуду напряжения для первой конфигурации передачи энергии, при этом приемник (305) принимает сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии от приемника (105) энергии. Указанный конфигурационный контроллер (303) переключает передатчик (101) энергии в первую конфигурацию передачи энергии в ответ на указанное сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии. Технический результат заключается в обеспечении различных максимальных предельных значений мощности за счет совместного изменения конфигурации передатчика и приемника. 5 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к функционированию системы для беспроводной передачи энергии и, в частности, но без исключения, к подходам для поддержки более высоких уровней мощности в системе для беспроводной передачи энергии, такой как система Qi.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для питания от внешнего источника питания для большинства современных электрических изделий необходимо обеспечить специальный электрический контакт. Однако это, как правило, непрактично и требует от пользователя физической вставки соединителей или обеспечения физического электрического контакта иным образом. Кроме того, как правило, требования к питанию, значительно отличаются, и в настоящее время большинство устройств поставляются со своими собственными специальными 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 может позволить избежать необходимости обеспечения проводного соединения с источником питания во время использования, применение батарей является лишь частичным решением, поскольку батареи нужно будет подзаряжать (или заменять). Использование батарей также может привести к существенному увеличению массы и потенциальному увеличению стоимости и размера устройств.
С целью значительного повышения удобства использования было предложено применять беспроводной источник питания, в котором энергия передается посредством индукции от катушки передатчика в устройстве-передатчике энергии к катушке приемника в отдельных устройствах.
Передача энергии посредством магнитной индукции - это хорошо известная концепция, в основном применяемая в трансформаторах, имеющих сильную связь между первичной индуктивностью/катушкой передатчика и вторичной катушкой приемника. Благодаря разделению первичной катушки передатчика и вторичной катушки приемника, между двумя устройствами становится возможной беспроводная передача энергии между ними, основанная на принципе слабосвязанного трансформатора.
Такое расположение позволяет осуществлять беспроводную передачу энергии на устройство без необходимости использования каких-либо проводов или выполнения физических электрических соединений. В действительности это может позволить просто помещать устройство рядом или сверху катушки передатчика для подзарядки или получения питания от внешнего источника. Например, устройства-передатчики энергии могут быть выполнены с горизонтальной поверхностью, на которую можно просто поместить устройство, чтобы оно получало питание.
Кроме того, такие устройства для беспроводной передачи энергии предпочтительно могут быть выполнены таким образом, чтобы устройство-передатчик энергии можно было использовать с различными устройствами-приемниками энергии. В частности, был определен и в настоящее время находится в стадии дальнейшей разработки подход на основе беспроводной передачи энергии, известный как спецификации Qi. Этот подход позволяет использовать удовлетворяющие спецификациям Qi устройства-передатчики энергии вместе с устройствами-приемниками энергии, также удовлетворяющими спецификациям Qi, которые не обязательно должны быть произведены одним и тем же изготовителем или специально предназначены друг для друга. Стандарт Qi также включает некоторые функциональные средства, позволяющие адаптировать функционирование для конкретного устройства-приемника энергии (например, в зависимости от конкретного потребления энергии).
Спецификация Qi разработана Консорциумом беспроводной передачи энергии, на веб-сайте: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.htm l которого имеется дополнительная информация, в частности, некоторые документы спецификации.
Спецификация Qi в первоначальной версии 1.0 определяля маломощную беспроводную передачу энергии, которая на практике была ограничена низкими уровнями мощности ниже 5 Вт. В последующих версиях это было распространено на более высокие уровни мощности, а в версии 1.2, например, предусматривается проверка на соответствие требованиям на уровнях мощности до 15 Вт.
Однако желательно поддерживать еще более высокие уровни мощности, и для достижения этого в некоторых случаях были внедрены специализированные разработки. Тем не менее, большая часть предлагаемых подходов для поддержки беспроводной передачи энергии высокого уровня мощности, как правило, неоптимальны, и может возникнуть ряд проблем или нежелательных эффектов. Например, поддержка большого диапазона мощности является сложной задачей. Например, изменения в подаваемой мощности в большом диапазоне могут быть трудно управляемы только путем регулировки или ограничения тока, подаваемого в катушку передатчика энергии. Другая проблема заключается в обеспечении того, чтобы последствия изменения рабочих параметров и условий, например, при изменении уровней мощности, были приемлемыми и, например, могли быть обработаны приемником энергии. Например, существенное и быстрое изменение напряжения возбуждения может привести к возникновению переходного напряжения, наведенного в приемнике энергии, тем самым потенциально вызывая ситуацию перенапряжения (или пониженного напряжения).
Следовательно, является предпочтительным усовершенствованный подход к беспроводной передаче энергии, в частности, является предпочтительным применение подхода, позволяющего повысить гибкость, снизить стоимость, снизить сложность, улучшить поддержку больших диапазонов мощности, улучшить переходные характеристики мощности, улучшить адаптируемость и обратную совместимость, усовершенствовать операцию передачи энергии и/или улучшить характеристики.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, предпочтительной задачей настоящего изобретения является уменьшение, смягчение или устранение одного или более из вышеупомянутых недостатков по отдельности или в любой их комбинации.
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения предложен передатчик энергии для беспроводной подачи энергии в приемник энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии; передатчик энергии содержит: катушку передатчика для генерации сигнала передачи энергии в ответ на сигнал возбуждения, подаваемый в катушку передатчика; возбудитель для генерации сигнала возбуждения; конфигурационный контроллер для переключения между набором конфигураций передачи энергии, причем конфигурации передачи энергии из набора конфигураций передачи энергии имеют различные сочетания максимального предельного значения мощности и амплитуды напряжения для сигнала возбуждения; передатчик для передачи сообщения о конфигурации мощности приемнику энергии, при этом сообщение о конфигурации мощности содержит данные, указывающие на амплитуду напряжения для первой конфигурации передачи энергии из набора конфигураций передачи энергии; приемник для приема от приемника энергии сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии; при этом конфигурационный контроллер выполнен с возможностью переключения передатчика энергии в первую конфигурацию передачи энергии в ответ на сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии.
Настоящее изобретение может обеспечить улучшенные рабочие характеристики и/или улучшенную передачу энергии в различных сценариях. Оно может в различных вариантах реализации обеспечить улучшенную и более эффективную передачу энергии в большом диапазоне уровней мощности. Этот подход может в различных вариантах реализации поддерживать, включать, улучшать или облегчать беспроводную передачу энергии высокой мощности.
В различных вариантах реализации может быть достигнуто улучшенное переключение между различными конфигурациями передачи энергии, и, в частности, влияние переходных условий и изменений параметров передачи энергии часто может быть смягчено. В частности, в различных вариантах реализации и сценариях может быть достигнута улучшенная работа при переходном пониженном/повышенном напряжении.
Указанный набор конфигураций передачи энергии может иметь различные сочетания максимального предельного значения мощности и амплитуды напряжения для сигнала возбуждения в том смысле, что по меньшей мере одно из максимального предельного значения мощности и амплитуды напряжения отличается для различных конфигураций передачи энергии из набора конфигураций передачи энергии.
Первая конфигурация передачи энергии является потенциальной конфигурацией передачи энергии. Первая конфигурация передачи энергии отличается от текущей конфигурации передачи энергии (являющейся конфигурацией передачи энергии, в которой в данный момент времени работает передатчик энергии).
Указанный конфигурационный контроллер может быть выполнен с возможностью переключения передатчика энергии из текущей конфигурации передачи энергии в первую конфигурацию передачи энергии в ответ на сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии. Указанный конфигурационный контроллер может быть выполнен с возможностью переключения передатчика энергии в первую конфигурацию передачи энергии в ответ на получение сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии. Указанное сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии может запрашивать изменение текущего режима передачи энергии на первый режим передачи энергии.
Выходная цепь может содержать колебательный (или накопительный) контур, содержащую катушку передатчика, или состоять из этой цепи. Катушка передатчика может быть резонирующим компонентом колебательного контура. Колебательный контур может быть последовательным колебательным контуром или параллельным колебательным контуром. Колебательный контур может содержать один или более конденсаторов.
Амплитуда напряжения может быть, например, амплитудой размаха напряжения, пиковой амплитудой и/или полуамплитудой. В некоторых вариантах реализации и для некоторых сигналов амплитуда напряжения может быть, например, эффективной или среднеквадратичной амплитудой.
Амплитуда напряжения для конфигурации передачи энергии может быть постоянной амплитудой напряжения для сигнала возбуждения. Передатчик энергии может быть выполнен с возможностью управления уровнем мощности сигнала передачи энергии путем изменения по меньшей мере одного из: частоты, рабочего цикла и амплитуды тока сигнала возбуждения. Амплитуда напряжения может быть постоянной/фиксированной для данной конфигурации передачи энергии.
В некоторых вариантах реализации амплитуда напряжения для конфигурации передачи энергии может быть диапазоном амплитуд напряжения для сигнала возбуждения. Например, амплитуда напряжения для каждой конфигурации передачи энергии может представлять собой максимальное предельное значение амплитуды напряжения и/или минимальное предельное значение амплитуды напряжения. В некоторых вариантах реализации амплитуда напряжения для первой конфигурации передачи энергии, представленная в сообщении о конфигурации мощности, может быть указанием диапазона амплитуд напряжения и/или максимального/минимального предельного значения амплитуды напряжения для первой конфигурации передачи энергии. В некоторых вариантах реализации амплитуда напряжения для первой конфигурации передачи энергии, представленная в сообщении о конфигурации мощности, может быть указанием номинальной или начальной амплитуды напряжения для сигнала возбуждения после переключения к первой конфигурации передачи энергии.
В соответствии с дополнительным признаком настоящего изобретения данные указывают на относительную разность между амплитудой напряжения для первой конфигурации передачи энергии и амплитудой напряжения для текущей конфигурации передачи энергии.
Это может обеспечить более высокую эффективность в различных вариантах реализации. Это может обеспечить более эффективный компромисс между точностью и полосой пропускания канала связи в различных вариантах реализации и может обеспечить особенно важную информацию для переходных характеристик при изменении конфигураций передачи мощности.
В соответствии с дополнительным признаком настоящего изобретения данные указывают на соотношение между амплитудой напряжения для первой конфигурации передачи энергии и амплитудой напряжения для текущей конфигурации передачи энергии.
Это может обеспечить более высокую эффективность в различных вариантах реализации. Это может позволить более эффективный компромисс между точностью и полосой пропускания канала связи в различных вариантах реализации и может обеспечить особенно важную информацию для переходных характеристик при изменении конфигураций передачи энергии.
В соответствии с дополнительным признаком настоящего изобретения первая конфигурация передачи энергии представляет собой конфигурацию передачи энергии из набора конфигураций передачи энергии, имеющую максимальное предельное значение мощности, являющееся по меньшей мере одним из следующего более высокого максимального предельного значения мощности и следующего более низкого максимального предельного значения мощности для максимального предельного значения мощности текущей конфигурации передачи энергии.
Это может обеспечить особенно эффективную работу в различных вариантах реализации. Это может, в частности, обеспечить эффективный подход для управления динамическим изменением уровня мощности, который может поддерживать большой диапазон уровней мощности, но при этом поддерживать низкие требования к связи. Это может ограничивать изменения уровня мощности для уменьшения переходных свойств и/или снижения требования к связи, например, путем обеспечения того, что для потенциальных конфигураций передачи мощности не требуется никакой дополнительной информации, кроме амплитуды напряжения.
В соответствии с дополнительным признаком настоящего изобретения сообщение о конфигурации мощности содержит данные, указывающие амплитуду напряжения для второй конфигурации передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии, при этом первая конфигурация передачи энергии представляет собой конфигурацию передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии, имеющую максимальное предельное значение мощности, представляющее собой следующее более высокое максимальное предельное значение мощности для максимального предельного значения мощности в текущей конфигурации передачи энергии, а вторая конфигурация передачи энергии представляет собой конфигурацию передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии, имеющую максимальное предельное значение мощности, представляющее собой следующее более низкое максимальное предельное значение мощности для максимального предельного значения мощности в текущей конфигурации передачи энергии.
Это может обеспечить особенно эффективную работу в различных вариантах реализации. Сообщение о режиме мощности может, в частности, предоставлять информацию для ближайших (с точки зрения максимального предельного значения мощности) конфигураций передачи энергии, доступных для передатчика энергии, для соответственного увеличения и уменьшения уровня мощности.
В соответствии с дополнительным признаком настоящего изобретения заданное значение данных, указывающих амплитуду напряжения, указывает на то, что набор конфигураций передачи энергии не содержит конфигурацию передачи энергии, которая имеет более высокое максимальное предельное значение мощности, чем максимальное предельное значение мощности текущей конфигурации передачи энергии.
Это может обеспечить особенно эффективную передачу данных о наличии конфигураций передачи энергии.
В некоторых вариантах реализации заданное значение данных, указывающих амплитуду напряжения, указывает на то, что набор конфигураций передачи энергии не содержит конфигурацию передачи энергии, которая имеет более низкое максимальное предельное значение мощности, чем максимальное предельное значение мощности текущей конфигурации передачи энергии.
Это может обеспечить особенно эффективную передачу данных о наличии конфигураций передачи энергии.
В некоторых вариантах реализации заданное значение данных, указывающее амплитуду напряжения, указывает на отсутствие изменения амплитуды напряжения в первой конфигурации передачи энергии относительно амплитуды напряжения в текущей конфигурации передачи энергии.
В соответствии с дополнительным признаком настоящего изобретения конфигурационный контроллер выполнен с возможностью передачи сообщения о конфигурации мощности в ответ на обнаружение того, что рабочая характеристика передачи энергии соответствует критерию.
Это может обеспечить особенно предпочтительные характеристики и функционирование во многих вариантах осуществления. Данный подход может поддерживать инициированное передатчиком энергии изменение конфигурации передачи энергии, обеспечивая при этом, чтобы это выполнялось совместно с приемником энергии, тем самым снижая риск нежелательных эффектов в приемнике энергии.
Рабочие характеристики передачи энергии могут быть, в частности, параметром, указывающим текущий уровень мощности сигнала передачи энергии (для текущей конфигурации передачи энергии), таким как, например, параметр, указывающий частоту или ток сигнала возбуждения.
В соответствии с дополнительным признаком настоящего изобретения конфигурационный контроллер выполнен с возможностью передачи сообщения о конфигурации мощности в ответ на обнаружение того, что текущий уровень мощности передатчика энергии превышает пороговое значение, причем указанное пороговое значение зависит от максимального предельного значения мощности текущей конфигурации передачи энергии.
Это может обеспечить особенно предпочтительные характеристики и функционирование во многих вариантах осуществления. Данный подход может поддерживать инициированное передатчиком энергии изменение конфигурации передачи энергии, обеспечивая при этом, чтобы это выполнялось совместно с приемником энергии, тем самым снижая риск нежелательных эффектов в приемнике энергии.
В соответствии с дополнительным признаком настоящего изобретения конфигурационный контроллер выполнен с возможностью передачи сообщения о конфигурации мощности в ответ на получение сообщения с запросом информации о конфигурации мощности от приемника энергии.
Это может обеспечить особенно предпочтительные характеристики и функционирование во многих вариантах осуществления. Данный подход может поддерживать инициированное приемником энергии изменение конфигурации передачи энергии, обеспечивая при этом, чтобы это выполнялось совместно с передатчиком энергии.
В соответствии с дополнительным признаком настоящего изобретения конфигурационный контроллер выполнен с возможностью переключения передатчика энергии в первую конфигурацию передачи энергии после передачи сообщения с подтверждением приемнику энергии, причем указанное сообщение с подтверждением подтверждает получение сообщения с запросом, принятого от приемника энергии.
Это может обеспечить особенно предпочтительные характеристики и функционирование во многих вариантах осуществления.
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения предложен приемник энергии для беспроводного приема энергии от передатчика энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии, содержащий: входную цепь, содержащую катушку приемника энергии, выполненную с возможностью извлечения энергии из сигнала передачи энергии; приемник для приема сообщения о конфигурации мощности от передатчика энергии, причем указанное сообщение о конфигурации мощности содержит данные, указывающие амплитуду напряжения сигнала возбуждения для по меньшей мере первой конфигурации передачи энергии из набора конфигураций передачи энергии, при этом указанные конфигурации передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии имеют различные сочетания максимального предельного значения мощности и амплитуды напряжения, и причем указанный сигнал возбуждения предназначен для выходной цепи передатчика энергии, содержащей катушку передатчика, для генерирования сигнала передачи энергии в ответ на сигнал возбуждения, подаваемый в выходную цепь; конфигурационный контроллер, выполненный с возможностью обнаружения предпочтения изменения конфигурации передачи энергии для переключения передатчика энергии в первую конфигурацию передачи энергии; и передатчик для передачи сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии передатчику энергии в ответ на обнаружение предпочтения изменения конфигурации передачи энергии, при этом указанное сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии содержит запрос на переключение передатчика энергии в первую конфигурацию передачи энергии.
В соответствии с дополнительным признаком настоящего изобретения конфигурационный контроллер выполнен с возможностью управления передачей энергии для изменения напряжения, наведенного в катушке приемника энергии, перед изменением конфигурации передачи энергии на первую конфигурацию передачи энергии.
Это может обеспечить особенно предпочтительные характеристики и функционирование в различных вариантах реализации. Это может в различных сценариях компенсировать или смягчать переходные колебания напряжения и, например, предотвращать условия для пониженного или повышенного напряжения.
В соответствии с дополнительным признаком настоящего изобретения конфигурационный контроллер выполнен с возможностью изменения импеданса нагрузки для катушки приемника энергии перед изменением конфигурации передачи энергии на первую конфигурацию передачи энергии.
Это может обеспечить особенно предпочтительные характеристики и функционирование в различных вариантах реализации.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложен способ работы передатчика энергии, беспроводным образом передающего энергию приемнику энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии, включающий: генерирование сигнала передачи энергии посредством катушки передатчика в ответ на сигнал возбуждения, подаваемый в катушку передатчика; генерирование сигнала возбуждения; переключение между набором конфигураций передачи энергии, причем указанные конфигурации передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии имеют различные сочетания максимального предельного значения мощности и амплитуды напряжения для сигнала возбуждения; передачу приемнику энергии сообщения о конфигурации мощности, содержащего данные, указывающие на амплитуду напряжения для первой конфигурации передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии; прием сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии от приемника энергии; и при этом переключение между указанным набором конфигураций передачи энергии переключает передатчик энергии в первую конфигурацию передачи энергии в ответ на сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложен способ работы приемника энергии, принимающего энергию по каналу беспроводной связи от передатчика энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии, включающий: извлечение энергии посредством катушки приемника энергии из сигнала передачи энергии; прием от передатчика энергии сообщения о конфигурации мощности, содержащего данные, указывающие амплитуду напряжения сигнала возбуждения для по меньшей мере первой конфигурации передачи энергии из набора конфигураций передачи энергии, причем указанные конфигурации передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии имеют различные сочетания максимального предельного значения мощности и амплитуды напряжения, при этом указанный сигнал возбуждения предназначен для выходной цепи передатчика энергии, содержащей катушку передатчика, для генерирования сигнала передачи энергии в ответ на сигнал возбуждения, подаваемый в выходную цепь; обнаружение предпочтения изменения конфигурации передачи энергии для переключения передатчика энергии в первую конфигурацию передачи энергии; и передачу передатчику энергии сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии в ответ на обнаружение предпочтения изменения конфигурации передачи энергии, причем указанное сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии содержит запрос на переключение передатчика энергии в первую конфигурацию передачи энергии.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предложена система беспроводной передачи энергии для беспроводной подачи энергии приемнику энергии от передатчика энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии; при этом передатчик энергии содержит: выходную цепь, содержащую катушку передатчика, для генерирования сигнала передачи энергии в ответ на сигнал возбуждения, подаваемый в выходную цепь; возбудитель для генерирования сигнала возбуждения; конфигурационный контроллер для переключения между набором конфигураций передачи энергии, причем указанные конфигурации передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии содержат различные сочетания максимального предельного значения мощности и амплитуды напряжения для сигнала возбуждения; передатчик для передачи приемнику энергии сообщения о конфигурации мощности, причем указанное сообщение о конфигурации мощности содержит данные, указывающие амплитуду напряжения для первой конфигурации передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии; приемник для приема от приемника мощности сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии; и при этом конфигурационный контроллер выполнен с возможностью переключения передатчика энергии в первую конфигурацию передачи энергии в ответ на указанное сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии; и приемник энергии, содержащий: входную цепь, содержащую катушку приемника энергии, выполненную с возможностью извлечения энергии из сигнала передачи энергии; приемник для приема сообщения о конфигурации мощности от передатчика энергии, конфигурационный контроллер, выполненный с возможностью обнаружения предпочтения изменения конфигурации передачи энергии для переключения передатчика энергии в первую конфигурацию передачи энергии; и передатчик для передачи передатчику энергии сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии в ответ на обнаружение предпочтения изменения конфигурации передачи энергии, при этом указанное сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии содержит запрос на переключение передатчика энергии в первую конфигурацию передачи энергии.
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными и будут разъяснены со ссылкой на вариант (варианты) реализации, описанный ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны исключительно в качестве примера со ссылкой на чертежи, на которых:
На ФИГ. 1 представлен пример элементов системы для передачи энергии в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения;
На ФИГ. 2 показан пример набора конфигураций передачи энергии для передатчика энергии в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения;
На ФИГ. 3 показан пример элементов передатчика энергии в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения;
На ФИГ. 4 представлен пример элементов выходного каскада передатчика энергии;
На ФИГ. 5 представлен пример элементов выходного каскада передатчика энергии;
На ФИГ. 6 представлен пример элементов приемника энергии в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения;
На ФИГ. 7 представлен пример сообщения о конфигурации мощности в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения;
На ФИГ. 8 представлен пример сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения;
На ФИГ. 9 представлен пример обмена сообщениями в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения; и
На ФИГ. 10 представлен пример обмена сообщениями в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В нижеследующем описании основное внимание уделяется вариантам реализации настоящего изобретения, которые могут быть применены в системе для беспроводной передачи энергии, и которые предполагают использование подхода к передаче энергии, например, известного из спецификации Qi. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается этим вариантом применения, а может быть применено во многих других системах беспроводной передачи энергии.
На ФИГ. 1 представлен пример системы для передачи энергии в соответствии с некоторыми вариантами реализации настоящего изобретения. Указанная система для передачи энергии содержит передатчик 101 энергии, который содержит катушку/индуктивность 103 передатчика (или соединен с ней). Система также содержит приемник 105 энергии, который содержит катушку/индуктивность 107 приемника (или соединен с ней).
Система обеспечивает электромагнитный сигнал передачи энергии, который может за счет индукции передавать энергию от передатчика 101 энергии приемнику 105 энергии. В частности, передатчик 101 энергии генерирует электромагнитный сигнал, который распространяется в виде магнитного потока катушкой или индуктивностью 103 передатчика (которая, как правило, является частью выходной цепи в виде колебательного или накопительного контура). Сигнал передачи энергии может соответствовать электромагнитной составляющей передачи энергии, представляющей передачу энергии от передатчика энергии приемнику энергии, и может считаться соответствующей составляющей формируемого электромагнитного поля, которое передает энергию от передатчика энергии приемнику энергии. Например, если нагрузка катушки 107 приемника отсутствует, энергия не будет извлекаться приемником энергии из генерируемого электромагнитного поля (за исключением потерь). В таком случае при возбуждении катушки 103 передатчика может быть сгенерировано 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 компонент, соответствующий передаче энергии постороннему объекту, и, таким образом, сигнал передачи энергии можно рассматривать как соответствующий энергии, получаемой из электромагнитного поля, создаваемого передатчиком энергии.
Сигнал передачи энергии, как правило, может иметь частоту от приблизительно 20 кГц до приблизительно 500 кГц и зачастую для Qi-совместимых систем, как правило, в диапазоне от 95 кГц до 205 кГц (или, например, для вариантов применения в кухне с высокой мощностью частота может, например, как правило, находиться в диапазоне от 20 кГц до 80 кГц). Катушка 103 передатчика и катушка 107 для приема энергии слабо связаны, и, таким образом, катушка 107 для приема энергии принимает сигнал (по меньшей мере часть сигнала) передачи энергии от передатчика 101 энергии. Таким образом, энергия передается от передатчика 101 энергии к приемнику 105 энергии посредством беспроводной индуктивной связи от катушки 103 передатчика к катушке 107 для приема энергии. Термин «сигнал передачи энергии» в основном используется для обозначения индуктивного сигнала/магнитного поля между катушкой 103 передатчика и катушкой 107 для приема энергии (сигнала магнитного потока).
В этом примере приемник 105 энергии, в частности, является приемником энергии, который принимает энергию с помощью катушки 107 приемника. Однако в других вариантах реализации 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 указанного элемента.
Система выполнена с возможностью передачи значительных уровней мощности, и, в частности, передатчик энергии способен обеспечивать уровни мощности, превышающие 500 мВт, 1 Вт, 5 Вт, 50 Вт, 100 Вт или 500 Вт, в различных вариантах реализации. Например, для вариантов применения, соответствующих технологии Qi, передачи энергии могут, как правило, находиться в диапазоне мощности от 1-5 Вт для электроприборов низкой мощности (базового профиля мощности) до 15 Вт для спецификации Qi версии 1.2, в диапазоне до 100 Вт для электроприборов более высокой мощности, таких как электроинструменты, переносные компьютеры, дроны, роботы и т.п., и свыше 100 Вт и до более чем 1000 Вт для электроприборов очень высокой мощности, таких как кухонные электроприборы.
Далее будут описаны работа передатчика 101 энергии и приемника 105 энергии с конкретной ссылкой на вариант реализации, в целом соответствующий спецификации Qi (за исключением описанных в настоящем документе или (логически вытекающих) модификаций и усовершенствований) или пригодный для спецификации более мощных кухонных электроприборов, разрабатываемой Консорциумом беспроводной энергии. В частности, передатчик 101 энергии и приемник 105 энергии могут соответствовать спецификации Qi версии 1.0, 1.1 или 1.2 (за исключением описанных в настоящем документе или (логически вытекающих) модификаций и усовершенствований) или могут быть совместимыми с ней.
Система по ФИГ. 1 выполнена для поддержки передачи энергии с большим диапазоном уровней мощности. Указанная система поддерживает это посредством того, что передатчик энергии выполнен с возможностью работать в множестве различных конфигураций передачи энергии с конфигурациями, соответствующими различным уровням мощности.
В частности, в некоторых конфигурациях передачи энергии используются различные амплитуды напряжения для возбуждения выходной цепи с катушкой 103 передатчика. Как правило, выходная цепь представляет собой последовательный колебательный контур, причем катушка передатчика образует индуктивный резонансный компонент, и указанный последовательный колебательный контур возбуждается сигналом возбуждения с постоянной амплитудой напряжения, а уровень мощности определяется и изменяется путем изменения тока, подаваемого в выходную схему, прямо или косвенно, например, путем изменения частоты возбуждения или рабочего цикла сигнала возбуждения. Тем не менее, большие изменения уровня мощности становится трудно поддерживать таким способом, поскольку достижение требуемых изменений тока и управление ими становится затруднительным. Соответственно, система по ФИГ. 1 позволяет передатчику 101 мощности переключаться между различными конфигурациями передачи энергии, которые могут соответствовать различным максимальным предельным значениям мощности, и использовать различные амплитуды напряжения для сигнала возбуждения, подаваемого в катушку 103 передатчика. В частности, для данной конфигурации передачи энергии амплитуда напряжения сигнала возбуждения может быть постоянной, но для различных конфигураций передачи энергии указанная амплитуда напряжения может различаться. Указанное максимальное предельное значение мощности может быть верхним предельным значением мощности сигнала передачи энергии, которое поддерживается в текущей конфигурации передачи энергии. Указанное предельное значение мощности может быть наложено путем ограничения тока сигнала возбуждения, подаваемого в катушку 103 передатчика. Таким образом, максимальное предельное значение мощности может соответствовать максимальному предельному значению тока.
Амплитуда напряжения может быть амплитудой от пика до пика, пиковой амплитудой или полуамплитудой для сигнала возбуждения, а сигнал возбуждения в различных вариантах реализации изобретения может быть квадратной волной или прямоугольной волной. В частности, сигнал возбуждения может представлять собой сигнал, который имеет значение либо +Va, либо -Va, либо 0, где Va представляет собой (пиковую) амплитуду напряжения. Сигнал возбуждения может иметь среднее значение, равное 0. В некоторых вариантах реализации сигнал возбуждения может быть сигналом другой формы, таким как, например, синусоидальная волна, треугольная волна и т. п.
Таким образом, передатчик 101 энергии может быть выполнен с возможностью работы в одной из множества конфигураций передачи энергии, в котором каждая конфигурация передачи энергии конкретно может соответствовать различному сочетанию амплитуды напряжения сигнала возбуждения и максимального предельного значения мощности (и, следовательно, максимального предельного значения тока). Например, как показано на ФИГ. 2, передатчик 101 энергии может быть выполнен с возможностью работы в одной из n различных конфигураций передачи энергии, причем каждая конфигурация имеет соответствующее максимальное предельное значение мощности и сигнал возбуждения с фиксированной амплитудой напряжения. Например, передатчик 101 энергии может быть выполнен с возможностью выбора текущей конфигурации передачи энергии из набора конфигураций передачи энергии, имеющих следующие максимальные предельные значения мощности/максимальные предельные значения тока и амплитуды напряжения управляющего сигнала (в примере приведены эффективные значения амплитуды напряжения и максимального предельного значения тока).
• 5 В, 1,5 А (7,5 Вт)
• 9 В, 1 А (9 Вт)
• 5 В, 2 А (10 Вт)
• 12 В, 1 А (12 Вт)
• 9 В, 2 А (18 Вт)
• 12 В, 1,5 А (18 Вт)
• 19 В, 1 А (19 Вт)
• 12 В, 2 А (24 Вт)
• 19 В, 2 А (38 Вт)
• 19 В, 3 А (57 Вт)
Таким образом, передатчик 101 энергии может быть выполнен с возможностью работы в одной из множества конфигураций передачи энергии с различными амплитудами напряжения, в которой для достижения более высоких уровней мощности необходимы более высокие амплитуды напряжения.
На ФИГ. 3 показаны элементы передатчика 101 энергии, изображенного на ФИГ. 1 более подробно.
Передатчик 101 энергии содержит возбудитель 301, который выполнен с возможностью генерации сигнала возбуждения, подаваемого в выходную цепь, которая в данном примере представляет собой колебательный контур, образованный катушкой 103 передатчика и конденсатором 302 передатчика. Катушка 103 передатчика в ответ на ее возбуждение сигналом возбуждения генерирует электромагнитное поле и, таким образом, электромагнитный сигнал передачи энергии, который обеспечивает передачу энергии приемнику 105 энергии. Сигнал передачи энергии обеспечен (по меньшей мере) в течение фазы передачи энергии.
Возбудитель 301 обычно представляет собой схему возбуждения в виде инвертора, который генерирует знакопеременный сигнал из напряжения постоянного тока. Выход возбудителя 301 обычно представляет собой переключающий мост, генерирующий сигнал возбуждения посредством соответствующего переключения ключей переключающего моста. На ФИГ. 4 показан полумостовой переключающий мост/инвертор. Ключами S1 и S2 управляют таким образом, что они никогда не замыкаются одновременно. Поочередно ключ S1 замыкается, когда ключ S2 разомкнут, и S2 замыкается, когда S1 разомкнут. Указанные ключи размыкаются и замыкаются с требуемой частотой, тем самым генерируя на выходе знакопеременный сигнал. Обычно выход инвертора подключен к индуктору передатчика через резонансный конденсатор. На ФИГ. 5 показан полномостовой переключающий мост/инвертор. Ключами S1 и S2 управляют таким образом, что они никогда не замыкаются одновременно. Ключами S3 и S4 управляют таким образом, что они никогда не замыкаются одновременно. Ключи S1 и S4 поочередно замыкаются, в то время как ключи S2 и S3 разомкнуты, а затем ключи S2 и S3 замыкаются, в то время как ключи S1 и S4 разомкнуты, тем самым создавая прямоугольный сигнал на выходе. Ключи разомыкаются и замыкаются с требуемой частотой.
Таким образом, возбудитель 301 генерирует сигнал возбуждения для выходного колебательного контура и, таким образом, для катушки 103 передатчика. Сигнал возбуждения имеет (по существу) постоянную амплитуду напряжения для заданной конфигурации передачи энергии. В этом примере постоянная амплитуда напряжения достигается путем установки постоянного напряжения на шине питания выходной цепи возбудителя, т.е. напряжение V на шине питания мостов, показанных на ФИГ. 4 и 5, являются постоянными для данной конфигурации передачи энергии. Переключение посредством мостовых транзисторов соответственно переключает выходное напряжение между значениями 0 и V для полумоста и между значениями V и -V для полного моста. Таким образом, в указанном примере передатчик энергии может задавать постоянное напряжение на шине питания для любой заданной конфигурации передачи энергии, но с возможностью изменения в зависимости от конфигурации передачи энергии.
Передатчик 101 энергии также содержит контроллер 303 передатчика энергии, выполненный с возможностью управления работой передатчика 101 энергии в соответствии с требуемыми принципами функционирования. В частности, передатчик 101 энергии может содержать множество функциональных средств, требуемых для осуществления управления мощностью в соответствии со спецификациями Qi.
Контроллер 303 передатчика энергии, в частности, выполнен с возможностью управления генерацией сигнала возбуждения возбудителем 301. Контроллер 303 передатчика энергии, в частности, может задавать напряжение на шине питания возбудителя, соответствующее конкретной конфигурации передачи энергии, в которой в данный момент времени работает передатчик энергии.
Контроллер 303 передатчика энергии также может динамическим способом управлять уровнем мощности сигнала возбуждения и, таким образом, сигнала передачи энергии, генерируемого катушкой 103 передатчика. Контроллер 303 передатчика энергии, в частности, содержит контроллер контура мощности, управляющий уровнем мощности сигнала передачи энергии в ответ на сообщения об управлении мощностью, принимаемые от приемника 105 энергии в течение фазы управления мощностью. Управление уровнем мощности, в частности, может быть достигнуто путем управления током сигнала возбуждения или, более типично, путем управления рабочим циклом или частотой сигнала возбуждения. В последнем примере уровень мощности может быть увеличен путем смещения частоты ближе к резонансной частоте выходного колебательного контура, содержащего катушку 103 передатчика, (и/или резонансной частоте колебательного контура приемника 105 энергии, который содержит катушку 107 приемника) и уменьшен путем смещения частоты дальше от резонансной частоты.
Кроме того, контроллер 303 передатчика энергии для заданной конфигурации передачи энергии может ограничивать уровень мощности максимальным уровнем мощности. Обычно это делается путем ограничения тока сигнала возбуждения. Ток может быть ограничен активным способом, или в некоторых вариантах реализации максимальное предельное значение мощности может быть задано косвенным (потенциально даже непреднамеренным) способом и, например, путем практического ограничения тока, который может подваться возбудителю источником питания. В некоторых вариантах реализации максимальное предельное значение мощности может быть ограничено алгоритмом управления, например, для предотвращения превышения тепловых характеристик транзисторов переключающего моста. Например, для системы, в которой уровень мощности управляется путем управления частотой и/или рабочим циклом сигнала возбуждения/сигнала передачи энергии, контроллер может непрерывно отслеживать уровень мощности и регулировать частоту в соответствии с требованием, согласно которому уровень мощности не должен превышать максимальное предельное значение мощности для текущей конфигурации передачи энергии.
Для приема данных и сообщений от приемника 105 энергии передатчик 101 энергии содержит первый приемник 305, который выполнен с возможностью приема данных и сообщений от приемника 105 энергии (специалисту в данной области техники понятно, что сообщение с данными может содержать один или более битов информации). В этом примере приемник 105 энергии выполнен с возможностью модуляции нагрузкой сигнала передачи энергии, генерируемого катушкой 103 передатчика, а первое устройство 305 связи выполнено с возможностью обнаруживать изменения напряжения и/или тока в катушке 103 передатчика и на их основе демодулировать модуляцию, наложенную нагрузкой. Специалисту в данной области известны принципы модуляции нагрузкой, которые, например, используют в Qi-системах беспроводной передачи энергии, поэтому они не будут описаны более подробно.
Передатчик 101 энергии также выполнен с возможностью передачи данных приемнику 105 энергии и, соответственно, содержит первый передатчик 307, который выполнен с возможностью передачи данных приемнику энергии, например, посредством специального модулирования сигнала возбуждения и, таким образом, сигнала передачи энергии с использованием частотной, амплитудной и/или фазовой модуляции.
Следует понимать, что в других вариантах реализации могут быть использованы другие подходы для передачи данных между передатчиком 101 энергии и приемником 105 энергии. Например, в некоторых вариантах реализации связь может осуществляться с использованием отдельного канала связи, что может быть достигнуто с использованием отдельной катушки связи или фактически с использованием катушки 103 передатчика. Например, в некоторых вариантах реализации может быть реализована ближняя бесконтактная связь, или высокочастотная несущая (например, с частотой 13,56 МГц) может быть наложена на сигнал передачи энергии.
Передатчик 101 энергии также содержит первый конфигурационный контроллер 309, который выполнен с возможностью управления конфигурацией передачи энергии, в которой работает передатчик 101 энергии, и, таким образом, конкретно выполнен с возможностью переключения передатчика 101 энергии между различными конфигурациями передачи энергии из набора возможных конфигураций передачи энергии.
На ФИГ. 6 показаны некоторые приведенные в качестве примера элементы приемника 105 энергии.
Катушка 107 приемника соединена с контроллером 601 приемника энергии, который соединяет катушку 107 приемника с нагрузкой 603. Контроллер 601 приемника энергии включает в себя тракт управления мощностью, который преобразует энергию, полученную катушкой 107 приемника, в сигнал, пригодный для подачи в нагрузку. Кроме того, контроллер 601 приемника энергии может содержать различные функциональные средства контроллера приемника энергии, требующиеся для осуществления передачи энергии, и, в частности, функции, требующиеся для осуществления передачи энергии в соответствии со спецификациями Qi.
Приемник 105 энергии дополнительно содержит второй приемник 605, который выполнен с возможностью приема данных, передаваемых передатчиком 101 энергии. В этом примере второе приемное устройство 605 выполнено с возможностью демодуляции амплитудной, частотной и/или фазовой модуляции сигнала передачи энергии для извлечения данных, переданных передатчиком энергии.
Для поддержки связи приемника 105 энергии с передатчиком 101 энергии приемник 105 энергии содержит второй передатчик 607. Второй передатчик 607 выполнен с возможностью передачи данных передатчику энергии путем изменения нагрузки катушки 107 приемника в ответ на поступление данных, подлежащих передаче передатчику 101 энергии. Затем изменения нагрузки обнаруживаются и демодулируются передатчиком 101 энергии способом, известным специалистам в данной области техники.
Как указано выше, в других вариантах реализации могут быть использованы другие способы связи, например, может быть использован отдельный и выделенный канал связи ближнего радиуса действия, такой как NFC.
Приемник 105 энергии дополнительно содержит второй конфигурационный контроллер 609, выполненный с возможностью поддержки использования различных конфигураций передачи энергии, и, в частности, он может поддерживать переключение передатчика 101 энергии между различными конфигурациями передачи энергии и управлять ими.
Таким образом, в системе по ФИГ. 1 для передачи энергии может быть использован ряд различных конфигураций передачи энергии с различными максимальными уровнями мощности, тем самым обеспечивая потенциально большой диапазон поддерживаемых уровней мощности, включая довольно высокие уровни мощности. Кроме того, передатчик энергии и приемник энергии могут быть выполнены с возможностью динамического переключения между различными конфигурациями передачи энергии. Например, операция передачи энергии может первоначально начинаться на низком уровне мощности, а затем постепенно повышать уровень мощности до более высокого уровня. Например, зарядка батареи большой емкости в целях безопасности может начинаться с более низких уровней зарядки, а затем увеличиваться до потенциально высокого уровня с высоким зарядным током, когда обеспечена поддержка безопасности (например, обеспечение отсутствия рядом посторонних металлических объектов). Аналогичным образом, в различных вариантах реализации нагрузка 603 может представлять собой изменяющуюся нагрузку, которая имеет сильно изменяющееся энергопотребление. Например, нагрузка может представлять собой устройство, содержащее двигатель, работающий исключительно с перерывами. Таким образом, во множестве ситуаций может быть желательным изменение между различными конфигурациями передачи энергии, при этом указанные изменения являются потенциально непредсказуемыми как в направлении увеличения мощности, так и в направлении уменьшения мощности.
Однако, несмотря на то, что в различных вариантах реализации это может обеспечить повышение производительности в более широком диапазоне мощности, также понятно, что существуют потенциальные риски и трудности при переключении между различными конфигурациями передачи энергии с различными напряжениями возбуждения для сигнала возбуждения.
В частности, изменение напряжения сигнала возбуждения может привести к ступенчатому/переходному изменению индуцированного напряжения на катушке 107 приемника. Таким образом, переключение из одной конфигурации передачи энергии в другую может привести к возникновению пониженного или повышенного напряжения в приемнике энергии. Для некоторых приемников энергии и в некоторых ситуациях такое состояние пониженного или повышенного напряжения может быть полностью приемлемым и может не оказывать какого-либо существенного влияния на работу. Однако для других приемников энергии и/или в других сценариях пониженное напряжение и/или перенапряжение могут оказывать значительное влияние и могут привести к неоптимальной или даже неправильной работе. Действительно, в некоторых ситуациях можно даже предвидеть, что повреждение приемника энергии может возникнуть в результате перенапряжения, если не будут приняты соответствующие меры предосторожности.
В качестве конкретного примера, передатчик энергии может работать в конфигурации 10 Вт (5 В, 2 А), при этом приемник энергии управляет своим эксплуатационным режимом до 8 В, 1 А. Когда передатчик энергии переключается в следующую более высокую конфигурацию, такую как 12 Вт (12 В, 1 А), приемник энергии с самого начала обнаружит напряжение 12/5*8 = 19,5 В, 2,4 А, что значительно превышает возможности передатчика энергии в этой конфигурации. Соответственно, передача энергии может прерываться из-за генерируемого состояния перенапряжения или превышения мощности.
Аналогичная ситуация может возникнуть при переключении к конфигурации с пониженной мощностью. Например, если передатчик энергии работает в конфигурации 12 В, 1 А, а приемник энергии принимает только 4 Вт (например, 5 В, 0,8 А), может быть более предпочтительным переключить передатчик энергии в конфигурацию следующего уровня, например, 5 В, 1,5 A. Если это переключение выполнять без подготовки приемника энергии, он после переключения обнаружит напряжение 5/12*5 = 2,1 В, которое может быть слишком низким для поддержки его работы (т.е. при пониженном напряжении). Соответственно, это также приведет к прекращению передачи энергии.
Согласно подходу, показанному на ФИГ. 1, реализован конкретный подход к переключению между конфигурациями передачи энергии, который может обеспечивать улучшенные рабочие характеристики в различных вариантах реализации. Данный подход позволяет передатчику энергии и приемнику энергии взаимодействовать для более точного управления переключением конфигурации передачи энергии и, в частности, для того, чтобы приемник энергии был готов к переключению из одной конфигурации передачи энергии в другую и обычно полностью управлял этим переключением, тем самым предотвращая возникновение непредвиденных условий пониженного или повышенного напряжения.
Указанный подход основан на обмене информацией между передатчиком энергии и приемником энергии для управления изменениями в конфигурации передачи энергии и координации этих изменений. Обмен сообщениями, в частности, может позволить приемнику энергии управлять изменением конфигурации передачи энергии для передатчика энергии, так что этот обмен может быть обеспечен без изменения, приводящего к неприемлемому воздействию на приемник энергии (например, он может позволить приемнику энергии компенсировать указанные эффекты).
Таким образом, в данном примере передатчик 101 энергии содержит первый конфигурационный контроллер 309, выполненный с возможностью управления передатчиком 101 энергии для работы в конфигурации передачи энергии, выбранной из множества конфигураций передачи энергии, каждая из которых может представлять собой различное сочетание (по существу) с постоянной амплитудой напряжения сигнала возбуждения для выходной цепи, содержащей катушку 103 передатчика, и максимальным предельным значением мощности сигнала передачи энергии/сигнала возбуждения. Кроме того, передатчик 101 энергии выполнен с возможностью передачи сообщения о конфигурации мощности приемнику 105 энергии, которое содержит данные, указывающие амплитуду напряжения для сигнала возбуждения для одной или более конфигураций передачи энергии из набора конфигураций передачи энергии.
Сообщение о конфигурации мощности, в частности, может содержать данные, описывающие амплитуду напряжения для конфигурации передачи энергии для одной или более возможных конфигураций передачи энергии, в которые потенциально может переключаться передатчик 101 энергии. В различных вариантах реализации сообщение о конфигурации мощности может, в частности, предоставлять информацию об амплитуде напряжения для следующей более высокой и/или следующей более низкой конфигурации передачи энергии в данной (например, заданной или ранее сообщенной) последовательности конфигураций передачи энергии, в которой может работать передатчик 101 энергии. Например, указанные конфигурации передачи энергии могут быть упорядочены в порядке максимального предельного значения мощности (и в порядке амплитуды напряжения в случае, если некоторые конфигурации передачи энергии имеют одинаковое максимальное предельное значение мощности), а сообщение о конфигурации мощности может указывать на значение следующей более высокой и более низкой конфигурации передачи энергии в соответствии с этой последовательностью. Сообщение о конфигурации мощности, соответственно, может обеспечивать амплитуду напряжения для непосредственно более высокого максимального предельного значения мощности и непосредственно более низкого максимального предельного значения мощности.
Индикация напряжения может быть задана в виде абсолютного значения или, например, в виде относительного значения относительно амплитуды напряжения текущей конфигурации передачи энергии.
В данном подходе приемник 105 энергии, соответственно, может быть снабжен информацией о конфигурациях передачи энергии, в которые может переключаться передатчик энергии.
Второй приемник 605 указанного приемника 105 энергии может принимать сообщение о конфигурации мощности, а приемник 105 энергии, соответственно, может быть информирован о потенциальных изменениях в конфигурации передачи энергии и результирующих изменениях амплитуды напряжения. Соответственно, указанный приемник энергии имеет информацию, которая позволяет ему оценивать результат последующего изменения в конфигурации передачи энергии.
Кроме того, приемник 105 энергии содержит второй конфигурационный контроллер 609, который выполнен с возможностью обнаружения предпочтения конфигурации передачи энергии для переключения передатчика энергии в конфигурацию (одну из конфигураций) передачи энергии, указанную в данном сообщении о конфигурации мощности.
Желание/запрос/предпочтение изменения конфигурации передачи энергии может быть обнаружено любым подходящим образом и с использованием любого подходящего алгоритма/критерия. Этот алгоритм/критерий не зависит от какого-либо конкретного подхода или требования, или даже от того, где определяется указанное предпочтение, с помощью какой функции или даже с помощью какого устройства или аппарата. Таким образом, указанный подход основан на обнаружении вторым конфигурационным контроллером 609 того, что существует предпочтение для изменения конфигурации передачи энергии, но не зависит от того, где, почему или каким образом происходит указанное предпочтение.
В различных вариантах реализации указанное предпочтение может быть определено в приемнике 105 энергии, в частности, вторым конфигурационным контроллером 609. Например, второй конфигурационный 609 может определять, что передача энергии осуществляется близко к максимальному предельному значению мощности для текущей конфигурации передачи энергии, и что существует потребность в увеличении мощности и, следовательно, предпочтение отдается переключению в конфигурацию передачи энергии с более высоким максимальным предельным значением мощности.
В некоторых вариантах реализации предпочтение переключения в другую конфигурацию передачи энергии может определяться, например, передатчиком энергии, а второй конфигурационный контроллер 609 может обнаруживать это предпочтение, например, в ответ на свойство сигнала передачи энергии или на передачу данных от передатчика энергии. Например, передатчик энергии может передавать запрос на изменение конфигурации передачи энергии приемнику энергии, когда передатчик энергии определяет, что такое переключение является желательным. Действительно, в различных вариантах реализации передатчик энергии может быть выполнен с возможностью передачи сообщения о конфигурации мощности в ответ на определение передатчиком энергии того, что имеется предпочтение для изменения конфигурации передачи энергии, и, следовательно, сообщение о конфигурации мощности само по себе может быть сообщением с запросом на изменение конфигурации передачи энергии.
Второй передатчик 607 может быть выполнен с возможностью передачи сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии передатчику энергии в ответ на обнаружение предпочтения изменения конфигурации передачи энергии. В различных вариантах реализации указанная передача может быть обусловленной, например, специально обусловленной амплитудой напряжения для соответствующей конфигурации передачи энергии, соответствующей определенному критерию.
Например, второй конфигурационный контроллер 609 в ответ на обнаружение пожелания изменить конфигурацию передачи энергии на заданную потенциальную конфигурацию передачи энергии может оценивать, не приведет ли изменение этой потенциальной конфигурации передачи энергии к неприемлемому состоянию пониженного или повышенного напряжения, которое может возникнуть в приемнике энергии в результате указанного переключения. В качестве простого примера, второй конфигурационный контроллер 609 может просто определить, превышает ли отношение между амплитудой напряжения текущей конфигурации передачи энергии и амплитудой напряжения потенциальной конфигурации передачи энергии некоторое пороговое значение, которое считается приемлемым для конкретного приемника энергии (в конкретных обстоятельствах). Если это так, второй передатчик 607 может перейти к передаче сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии указанному передатчику энергии, а в противном случае сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии не передается.
В еще одних вариантах реализации второй передатчик 607 может быть выполнен с возможностью всегда передавать сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии передатчику 101 энергии, если обнаружено предпочтение изменения конфигурации передачи энергии. В таких вариантах реализации приемник 105 энергии может быть выполнен с возможностью адаптации работы или конфигурации приемника 105 энергии в ответ на амплитуду напряжения запрошенной конфигурации передачи энергии и, как правило, в ответ на соотношение между амплитудой напряжения запрошенной конфигурации передачи энергии и амплитудой напряжения текущей конфигурации передачи энергии.
Например, если изменение амплитуды напряжения достаточно мало, не возникнет никаких проблемных условий пониженного или повышенного напряжения и, соответственно, не потребуется никаких изменений в работе или конфигурации. Однако если указанное изменение амплитуды напряжения достаточно велико, это может привести к неприемлемым переходным характеристикам и, например, к переходному перенапряжению до тех пор, пока контур управления мощностью не сможет адаптировать уровень мощности и т. п. В таком случае работа приемника 105 энергии может быть адаптирована вторым конфигурационным контроллером 609 в рамках подготовки к изменению конфигурации передачи энергии. Например, входная цепь может быть изолирована от чувствительной цепи, которая может быть восприимчива к состоянию перенапряжения. В частности, в различных вариантах реализации может быть отключена нагрузка 603.
Первый приемник 305 может принимать сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии от приемника 105 энергии, и в ответ на это первый конфигурационный контроллер 309 может перейти к переключению передатчика 101 энергии в новую конфигурацию передачи энергии. В некоторых вариантах реализации сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии может указывать конфигурацию передачи энергии, например, указывать, запрашивается ли переключение передатчика 101 энергии на более высокое или более низкое максимальное предельное значение мощности. В еще одних вариантах реализации это может быть неявным, например, за счет наличия только одной потенциальной конфигурации передачи энергии.
Таким образом, в указанной системе изменение конфигурации передачи энергии не выполняется исключительно передатчиком 101 энергии, а выполняется во взаимодействии между передатчиком энергии и приемником энергии. Приемник энергии не только информируется о возможном влиянии изменения конфигурации передачи энергии, но также контролирует, происходит ли изменение конфигурации передачи энергии. Таким образом, изменение конфигурации передачи энергии в принципе может быть инициировано передатчиком энергии или приемником энергии, но указанный подход позволяет приемнику энергии контролировать, происходит или не происходит изменение конфигурации передачи энергии.
Соответственно, данный подход может позволить гибкий подход, который может эффективно поддерживать широкий диапазон уровней мощности путем использования диапазона различных конфигураций передачи энергии с различными напряжениями и максимальными предельными значениями мощности. Этот подход может использоваться с широким диапазоном передатчиков и приемников энергии без риска, например, возникновения неприемлемых условий перенапряжения или пониженного напряжения. Даже можно гарантировать, что данное изменение конфигурации передачи энергии происходит только таким образом, и происходит только если указанное изменение приемлемо для конкретного приемника энергии. Таким образом, указанный подход может позволить адаптировать передачу энергии к конкретному передатчику энергии и соответствующему приемнику энергии.
Данный подход также может обеспечить улучшенную обратную совместимость и, например, позволить введение в системы, в которых некоторые приемники энергии не поддерживают различные конфигурации передачи энергии. Такой приемник энергии не будет содержать функциональных средств для генерирования и передачи сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии, и, соответственно, передатчик энергии не будет переключать конфигурацию передачи энергии, даже если это считается целесообразным для него.
В некоторых вариантах реализации сообщение о конфигурации мощности также может содержать указание максимального уровня мощности в указанной конфигурации (конфигурациях) передачи энергии, для которой (которых) предусмотрен (предусмотрены) индикатор (индикаторы) напряжения. Например, сообщение о конфигурации мощности может явным образом указывать максимальный уровень мощности с помощью выделенных данных, например, предоставляя значение в ваттах или предоставляя ссылку на один из заданного набора уровней.
Однако в различных вариантах реализации сообщение о конфигурации мощности может не содержать каких-либо данных, определяющих максимальное предельное значение мощности для указанной конфигурации (конфигураций) передачи энергии. В некоторых таких вариантах реализации сообщение о конфигурации мощности само по себе может (неявно) указывать некоторую информацию об уровнях максимальной мощности. Например, как указано выше, сообщение о конфигурации мощности может само по себе указывать, действительно ли существует более высокое и/или более низкое максимальное предельное значение мощности. В некоторых вариантах реализации максимальные предельные значения мощности для указанного набора конфигураций передачи энергии предварительно определены и известны приемнику энергии (или, например, сообщены приемнику энергии во время инициализации передачи энергии). В этом случае приемник энергии будет иметь сведения о максимальном предельном значении мощности для следующей более высокой и следующей более низкой конфигурациях передачи энергии, и, таким образом, сообщение о конфигурации мощности неявно, путем обеспечения указания напряжения, также обеспечивает указание максимальных предельных значений мощности.
В различных вариантах реализации сообщение о конфигурации мощности, как указано конкретно, может обеспечивать амплитуду напряжения для конфигурации передачи энергии, которая имеет максимальное предельное значение мощности, являющееся по меньшей мере одним из следующего более высокого максимального предельного значения мощности или следующего более низкого максимального предельного значения мощности по отношению к максимальному предельному значению мощности в текущей конфигурации передачи энергии, или в различных вариантах реализации предпочтительно, чтобы указанная конфигурация передачи энергии, которая имеет максимальное предельное значение мощности, являлась по меньшей мере одним из следующего более высокого максимального предельного значения мощности и следующего более низкого максимального предельного значения мощности по отношению к указанному максимальному предельному значению мощности в текущей конфигурации передачи энергии (таким образом, амплитуда напряжения может быть предусмотрена как для следующей более высокой, так и для следующей более низкой конфигураций передачи энергии).
Таким образом, в различных вариантах реализации указанное сообщение о конфигурации мощности может содержать информацию о двух конфигурациях передачи энергии, которые соответствуют следующему более низкому и более высокому доступному предельному значению мощности. Это может обеспечить эффективную систему, в которой уровни мощности могут гибко изменяться при сохранении небольшой сложности и узкой полосы пропускания связи. Например, новые данные должны передаваться только после изменения конфигурации передачи энергии, и данные требуются только для одной или двух конфигураций передачи энергии. В частности, связь ограничена очень небольшим количеством параметров, и нет необходимости передавать данные для всех конфигураций передачи энергии, которые поддерживаются передатчиком энергии. На практике это является существенным преимуществом, поскольку связь между передатчиком энергии и приемником энергии очень медленная в системах беспроводной передачи энергии, таких как Qi-системы.
Данный подход также может обеспечить возможность ограничения ступенчатых изменений напряжения небольшими перепадами. Например, большое изменение уровня мощности разбивается на множество меньших ступеней, приводя к сглаживанию переходных процессов.
В этом примере передатчик энергии соответственно передает приемнику энергии информацию о следующей конфигурации с более высоким напряжением или следующей конфигурации с более низким напряжением, доступной из набора конфигураций передачи энергии, поддерживаемых указанным передатчиком энергии. Затем приемник энергии может запросить переключение к более низкой или более высокой конфигурации. Поскольку приемнику энергии требуется более высокая или более низкая мощность, он может перебирать указанные конфигурации. Это позволяет избежать изменения конфигурации передатчика энергии без предупреждения, что может вызвать трудности или даже привести к повреждению приемника энергии.
В различных вариантах реализации указание амплитуды напряжения преимущественно может быть предоставлено в виде относительной разности между амплитудой напряжения для потенциальной конфигурации передачи энергии и амплитудой напряжения для текущей конфигурации передачи энергии и, в частности, в виде соотношения между ними. Это может быть особенно предпочтительным в вариантах реализации изобретения, в которых указаны только смежные конфигурации передачи энергии, поскольку это может способствовать нормализации значения, которое должно быть передано, тем самым обеспечивая более точное представление для заданного количества битов. Например, если максимальный шаг амплитуды напряжения между смежными конфигурациями передачи энергии является множителем, составляющим, например, 2, указание данного отношения должна охватывать только диапазон, например, от 1 до 2, несмотря, например, на указанный набор конфигураций передачи энергии, охватывающий диапазон амплитуд напряжения, например, до множителя 10.
Пример возможного сообщения о конфигурации мощности показан на ФИГ. 7. В этом примере сообщение о конфигурации мощности называется пакетом данных о конфигурации подачи энергии (Power Supply Configuration, PSC), который передается от передатчика энергии к приемнику энергии. В этом примере пакет данных PSC содержит два поля, каждое из которых составляет 8 бит. Первое поле содержит значение данных шагового понижения напряжения, а второе поле содержит значение данных шагового повышения напряжения, причем первое поле указывает относительное изменение амплитуды напряжения сигнала возбуждения, если передатчик энергии переключается в следующую конфигурацию с более низкой передачей энергии, а второе поле указывает относительное изменение амплитуды напряжения сигнала возбуждения, если передатчик энергии переключается в следующую конфигурацию с более высокой передачей энергии. В качестве конкретного примера указанные значения могут быть предоставлены в соответствии со следующим протоколом:
Шаговое понижение напряжения: Напряжение на нагрузке уменьшится на 1/64 этого множителя при активации следующей более низкой конфигурации передачи энергии (значение в диапазоне 64…255).
Шаговое повышение напряжения: Напряжение на нагрузке увеличится на 1/64 этого коэффициента при активации следующей более высокой конфигурации передачи энергии (значение в диапазоне 64…255).
В некоторых вариантах реализации заданное значение указанного поля данных, содержащего данные, указывающие амплитуду напряжения для потенциальной конфигурации передачи энергии, может быть использовано для указания того, что текущая конфигурация передачи энергии является экстремальной конфигурацией передачи энергии в том смысле, что она является конфигурацией передачи энергии на самом высоком или самом низком уровне мощности.
Таким образом, заданное значение для поля данных амплитуды напряжения в сообщении о конфигурации мощности может быть использовано для указания приемнику энергии о том, что данный набор конфигураций передачи энергии, поддерживаемых указанным передатчиком энергии, не включает в себя какую-либо конфигурацию передачи энергии, имеющую более высокое максимальное предельное значение мощности. Аналогичным образом, заданное для поля данных амплитуды напряжения в сообщении о конфигурации мощности может быть использовано для указания приемнику энергии о том, что данный набор конфигураций передачи энергии, поддерживаемых указанным передатчиком энергии, не включает в себя какую-либо конфигурацию передачи энергии, имеющую более высокое максимальное предельное значение мощности.
Например, для PSC по ФИГ. 7 значение 0 в указанных полях может указывать на то, что не существует следующей более высокой или более низкой конфигурации (т.е. 0 в поле «Шаговое понижение напряжения» указывает на отсутствие более низкой конфигурации передачи энергии, а 0 в поле «Шаговое повышение напряжения» указывает на отсутствие более высокой конфигурации передачи энергии).
В некоторых вариантах реализации заданное значение данных, указывающих амплитуду напряжения, указывает на отсутствие изменения амплитуды напряжения в потенциальной конфигурации передачи энергии относительно амплитуды напряжения в текущей конфигурации передачи энергии. Например, для сообщения с PSC по ФИГ. 7 значение 64 может указывать на то, что амплитуда напряжения не будет изменяться (но может измениться максимальное предельное значение мощности).
Также понятно, что сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии может быть передано в любом подходящем формате или с использованием любого подходящего протокола. Один пример представлен на ФИГ. 8. В этом примере сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии называется пакетом данных специального запроса/следующей конфигурации (Specific ReQuest/next configuration, SRQ/nc), который передается от приемника энергии к передатчику энергии. В этом примере сообщение SRQ/nc содержит восьмибитное поле данных, но используется только один бит b0 данных этого поля данных. Этот бит данных указывает направление запроса, т.е., является ли указанный запрос запросом на конфигурацию передачи энергии с увеличенным или уменьшенным максимальным предельным значением мощности.
В различных вариантах реализации указанный передатчик энергии также может отвечать на указанное сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии и, в частности, может в своем ответе подтверждать указанный запрос. Ответное сообщение, в частности, может указывать время изменения конфигурации передачи энергии. Ответное сообщение, в частности, может указывать время для указанного изменения, или указанное время ответного сообщения может само по себе указывать время для изменения конфигурации передачи энергии. Например, передатчик энергии может перейти к изменению конфигурации передачи энергии через заданное время после передачи ответного сообщения.
В качестве конкретного примера, ответное сообщение может быть одним из следующих примеров:
ACK: Запрошенная новая конфигурация передачи энергии становится активной в течение оговоренного (TBD) количества мс после подтверждения пакета данных SRQ/en;
NAK: Передатчик энергии отклонил запрос и продолжает использовать текущую конфигурацию передачи энергии (например, потому что переключение может привести к превышению допустимой мощности источника питания в текущем эксплуатационном режиме).
В некоторых вариантах реализации передатчик энергии может инициировать потенциальное изменение конфигурации передачи энергии.
Например, первый конфигурационный контроллер 309 может быть выполнен с возможностью передачи сообщения о конфигурации мощности в ответ на обнаружение того, что рабочая характеристика передачи энергии удовлетворяет критерию, и, в частности, в ответ на обнаружение того, что текущий уровень мощности передатчика энергии превышает пороговое значение, причем указанное пороговое значение зависит от максимального предельного значения мощности в текущей конфигурации передачи энергии.
Например, первый конфигурационный контроллер 309 может непрерывно отслеживать уровень мощности сигнала возбуждения и сравнивать его с максимальным предельным значением мощности для текущей конфигурации передачи энергии. Если (например, отфильтрованный по нижним частотам) уровень мощности сигнала возбуждения превышает, скажем, 90% от максимального предельного значения мощности, первый конфигурационный контроллер 309 может оценить вероятную целесообразность переключения в конфигурацию передачи энергии, имеющую более высокое максимальное предельное значение мощности, и, соответственно, приступить к передаче сообщения о конфигурации мощности.
В качестве другого примера, первый конфигурационный контроллер 309 может отслеживать частоту сигнала возбуждения, и если она слишком сильно отклоняется от заданной резонансной частоты колебательного контура, содержащего катушку 103 передатчика, (что указывает на то, что сигнал возбуждения по существу расстроен относительно номинального эксплуатационного режима с целью уменьшения мощности сигнала передачи энергии для текущей амплитуды напряжения) указанный передатчик энергии может приступить к передаче сообщения о конфигурации мощности.
В этом случае передача сообщения о конфигурации мощности, соответственно, не только предоставляет информацию об амплитудах напряжения для потенциальных конфигураций передачи энергии, но также обеспечивает указание того, что изменение конфигурации передачи энергии требуется/запрашивается передатчиком энергии. Например, в двух приведенных выше примерах сообщение о конфигурации мощности может указывать на решение переключиться в конфигурацию передачи энергии с более высоким максимальным предельным значением мощности и решение переключиться в конфигурацию передачи энергии с более низким максимальным предельным значением мощности соответственно. В некоторых таких вариантах реализации сообщение о конфигурации мощности может дополнительно содержать указание на то, требуется ли переключение на более высокое или более низкое максимальное предельное значение мощности.
В некоторых вариантах реализации приемник энергии может инициировать изменение конфигурации передачи энергии. Например, аналогично подходу, описанному для передатчика энергии, второй конфигурационный контроллер 609 может определять текущий уровень извлеченной мощности и сравнивать его с пороговым значением, отражающим максимальное предельное значение мощности для текущей конфигурации передачи энергии. В качестве альтернативы или дополнительно, он может измерять частоту сигнала передачи энергии и обнаруживать, если указанная частота слишком сильно отклоняется от номинального значения.
Обнаружение таких рабочих характеристик может быть обнаружением предпочтения изменения конфигурации передачи энергии, и в ответ указанный приемник энергии может передавать передатчику энергии сообщение с запросом на информацию о конфигурации мощности. В некоторых вариантах реализации это сообщение может быть запросом, обращенным к передатчику энергии, на передачу сообщения о конфигурации мощности, и, соответственно, передатчик энергии может передавать указанное сообщение о конфигурации мощности, тем самым предоставляя приемнику энергии информацию о возможности изменения конфигурации передачи энергии, а также о соответствующих последствиях для амплитуды напряжения.
Конкретный пример возможного обмена сообщениями относительно инициированного приемником энергии изменения конфигурации передачи энергии представлен на ФИГ. 9, а возможный обмен сообщениями относительно инициированного приемником энергии изменения конфигурации передачи энергии представлен на ФИГ. 10. Данные примеры включают в себя следующие сообщения:
CE Ошибка управления (мощностью), используемая приемником энергии для управления его уровнями мощности и напряжения до соответствующих целевых точек.
RP/0 Пакет принятой энергии, используемый приемником энергии для информирования передатчика энергии о количестве получаемой энергии.
ACK Подтверждение; используется передатчиком энергии для указания того, что он принимает запрос.
NEGO Запрос на согласования; используется приемником энергии для инициирования последовательности согласования.
GRQ/psc Общий запрос/конфигурация подачи энергии; используется приемником энергии для запроса передатчика энергии на отправку сообщения PSC.
PSC Конфигурация подачи энергии; используется передатчиком энергии для передачи параметров следующей более высокой и следующей более низкой конфигураций мощности.
SRQ/nc Специальный запрос/следующая конфигурации; используется приемником энергии для запроса о следующей более высокой или более низкой конфигурации.
SRQ/en Специальный запрос/завершение согласования; используется приемником энергии для прекращения последовательности согласования и указания на то, что согласованная конфигурация должна стать активной в течение оговоренного количества миллисекунд.
В некоторых вариантах реализации приемник энергии, как указано выше, может определять, приведет ли изменение амплитуды напряжения, связанное с переключением конфигурации передачи энергии, к неприемлемому условию перенапряжения или понижения напряжения, и если это не грозит, переходить к передаче сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии.
В некоторых вариантах реализации приемник энергии может быть выполнен с возможностью компенсации работы приемника энергии перед переключением в указанную конфигурацию передачи энергии таким образом, что результирующее изменение напряжения становится приемлемым, даже если оно произошло не без некоторых изменений в работе.
Например, второй конфигурационный контроллер 609 может быть выполнен с возможностью перед изменением конфигурации передачи энергии модифицировать операцию передачи энергии для изменения наведенного напряжения в направлении, противоположном изменению напряжения, которое произойдет в последующем изменении конфигурации передачи энергии.
Например, для изменения, которое увеличивает амплитуду напряжения сигнала возбуждения и, таким образом, приводит к увеличению переходного напряжения в катушке 107 приемника, когда происходит изменение конфигурации передачи энергии, второй конфигурационный контроллер 609 перед указанным изменением может приступить к снижению наведенного напряжения в катушке 107 приемника. Когда затем происходит указанное изменение, напряжение на катушке 107 приемника может увеличиваться, но из-за предыдущего снижения напряжения это увеличение может быть приемлемым и не приведет, например, к условиям повреждающего перенапряжения.
В некоторых вариантах реализации второй конфигурационный контроллер 609 может быть выполнен с возможностью изменения полного сопротивления нагрузки до переключения в указанную конфигурацию передачи энергии, и, в частности, это изменение полного сопротивления нагрузки может быть выполнено вместе с изменением наведенного напряжения.
Например, передача энергии может продолжаться при нагрузке сигнала передачи энергии, которая близка к максимальному предельному значению мощности для текущей конфигурации передачи энергии. Соответственно, может быть предпочтительным переключение к следующему более высокому максимальному предельному значению мощности, и это может быть обнаружено вторым конфигурационным контроллером 609 (например, на основании получения сообщения о конфигурации мощности или на основании его собственной оценки характеристик передачи энергии). Соответственно, он может передавать передатчику энергии сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии и в то же время продолжать уменьшать импеданс/сопротивление, что приводит к снижению напряжения и повышению тока, обеспечивающих такой же уровень мощности, но при более низком напряжении. После изменения конфигурации передачи энергии импеданс может быть снова изменен в соответствии с новыми условиями.
В качестве конкретного примера, описанная выше ситуация может быть рассмотрена, когда передатчик энергии может работать в конфигурации 10 Вт (5 В, 2 А), при этом приемник энергии задает свой эксплуатационный режим 8 В, 1 А. Когда передатчик энергии переключается в следующую более высокую конфигурацию, такую как 12 Вт (12 В, 1 А), приемник энергии первоначально получит напряжение 12/5*8 = 19,5 В и ток 2,4 А, что выходит далеко за пределы возможностей передатчика энергии в этой конфигурации. Соответственно, передача энергии может прерываться из-за генерируемого состояния перенапряжения или превышения мощности. Чтобы предотвратить возникновение этой ситуации, приемник энергии перед переключением должен установить уровень мощности, например, 4 В, 0,5 А. В последнем случае после переключения приемник энергии работает при 12*/5*4=9,6 В, 1,2 А (т.е. 11,5 Вт при условии отсутствия потерь).
Аналогичным примером при переключении в конфигурацию с меньшей мощностью может быть ситуация, когда передатчик энергии работает в конфигурации с напряжением 12 В, и током 1 А, а приемник энергии принимает только 4 Вт (например, 5 В, 0,8 А). Затем указанная система может переключиться в конфигурацию следующего более низкого уровня для передатчика энергии, например, 5 В, 1,5 А. Если это переключение выполнять без подготовки приемника энергии, он после переключения получит напряжение 5/12*5 = 2,1 В, которое может быть слишком низким для поддержки его работы (т.е. пониженное напряжение). Соответственно, это также приведет к прекращению передачи энергии. Однако эта проблема может быть решена путем увеличения индуцированного напряжения при подготовке переключения.
Предыдущие примеры сосредоточены на вариантах реализации, в которых амплитуда напряжения сигнала возбуждения, подаваемого в выходную цепь из возбудителя, является постоянной для любой заданной конфигурации передачи энергии. Однако данный подход также может быть подходящим для вариантов реализации, в которых амплитуда напряжения не является постоянной во время работы передатчика энергии в заданной конфигурации передачи энергии.
Например, в некоторых вариантах реализации передатчик энергии может быть выполнен с возможностью работы в заданном диапазоне амплитуд напряжения для каждой конфигурации передачи энергии. Например, для каждой конфигурации передачи энергии может быть задана максимальная амплитуда напряжения, и, таким образом, каждая конфигурация передачи энергии может быть связана с различным сочетанием максимального предельного значения мощности и максимальной амплитуды (предельного значения) напряжения для сигнала возбуждения.
В таком случае указание амплитуды напряжения, передаваемое в сообщении о конфигурации мощности, может указывать максимальную амплитуду (предельное значение) напряжения для соответствующей потенциальной конфигурации передачи энергии. Соответственно, приемник энергии может быть выполнен с возможностью определения максимального переходного напряжения или перепада напряжения, которые могут произойти при переключении из текущей конфигурации передачи энергии в потенциальную конфигурацию передачи энергии. Например, при переключении в новую конфигурацию передачи энергии передатчик энергии всегда может запускаться при максимальной амплитуде напряжения, а приемник энергии, отслеживающий текущую амплитуду напряжения (например, путем сравнения наведенного в данный момент времени напряжения с напряжением, возникшим сразу после переключения передатчика энергии в текущую конфигурацию передачи энергии), может определять наведенную амплитуду напряжения сразу после переключения в новую конфигурацию передачи энергии.
Аналогичным образом, указанная амплитуда напряжения для данной конфигурации передачи энергии может иметь минимальное предельное значение, а сообщение о конфигурации мощности может дополнительно или альтернативно указывать минимальное предельное значение амплитуды напряжения для потенциальной конфигурации передачи энергии. Соответственно, это может позволить приемнику мощности определять наименьшее индуцированное напряжение, которое будет испытываться сразу после изменения конфигурации передачи энергии.
В некоторых вариантах реализации амплитуда напряжения, указанная в сообщении о конфигурации мощности, может не быть максимальным и/или минимальным предельным значением амплитуды напряжения, но может быть, например, номинальной или начальной амплитудой напряжения. Например, передатчик энергии может быть выполнен с возможностью при переключении конфигурации передачи энергии инициировать новую конфигурацию передачи энергии с заданной амплитудой напряжения для сигнала возбуждения, и эта начальная амплитуда напряжения может быть передана приемнику энергии в сообщении о конфигурации мощности. Приемник энергии, соответственно, может определять индуцированное напряжение сразу после переключения конфигурации передачи энергии, например, путем анализа начальной амплитуды напряжения для потенциальной конфигурации передачи энергии в отношении текущей амплитуды напряжения или в отношении начальной амплитуды напряжения для текущей конфигурации передачи энергии. После переключения амплитуда напряжения может быть впоследствии изменена приемником энергии, но это, как правило, осуществляется настолько медленно, что приемник энергии не испытывает никаких переходных процессов или перепадов.
Амплитуда напряжения, например, может быть указана в сообщении о конфигурации мощности как относительное значение в отношении, например, начальной амплитуды напряжения для текущей конфигурации передачи энергии. В некоторых вариантах реализации амплитуда напряжения для потенциальной конфигурации передачи энергии может быть предоставлена в виде относительного указания в отношении текущей амплитуды напряжения. Например, соотношение между начальной амплитудой напряжения для потенциальной конфигурации передачи энергии и текущей амплитудой напряжения может быть включено в сообщение о конфигурации мощности. Это может способствовать определению приемником энергии шагового напряжения при переключении конфигурации передачи энергии (например, приемнику не нужно отслеживать изменения амплитуды напряжения) и, как правило, является осуществимым благодаря очень медленному изменению амплитуды напряжения.
Указанный подход, предусматривающий наличие изменяемой амплитуды напряжения, в частности, может допускать или поддерживать варианты реализации, в которых уровнем мощности сигнала передачи энергии управляют (по меньшей мере частично) путем изменения амплитуды напряжения сигнала возбуждения. Например, может быть обеспечен подход, в котором амплитуда напряжения сигнала возбуждения адаптируется на основе сообщений об ошибках управления мощностью от приемника энергии.
Следует понимать, что в приведенном выше описании варианты реализации настоящего изобретения для ясности представлены со ссылкой на различные функциональные схемы, блоки и процессоры. Однако очевидно, что может быть использовано любое подходящее распределение функциональных возможностей между различными функциональными схемами, блоками или процессорами без отступления от принципа настоящего изобретения. Например, функциональные средства, показанные как выполняемые отдельными процессорами или контроллерами, могут выполняться одними и теми же процессором или контроллерами. Следовательно, ссылки на конкретные функциональные блоки или схемы следует рассматривать только как ссылки на пригодные средства для обеспечения описанных функциональных возможностей, а не как указание на строгую логическую или физическую структуру или организацию.
Настоящее изобретение может быть реализовано в любой подходящей форме, включая аппаратное обеспечение, программное обеспечение, аппаратно реализованное программное обеспечение или любое их сочетание. Настоящее изобретение также может быть реализовано по меньшей мере частично в виде компьютерного программного обеспечения, работающего на одном или более процессорах для обработки данных и/или процессорах для обработки цифровых сигналов. Элементы и компоненты одного варианта реализации 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 было описано на примере некоторых вариантов реализации, оно не ограничивается конкретной формой, изложенной в данном документе. Объем охраны настоящего изобретения ограничивается только приложенной формулой изобретения. Кроме того, хотя может показаться, что признак описан на примере конкретных вариантов реализации, для специалиста в данной области техники будет очевидно, что различные признаки описанных вариантов реализации могут быть объединены в соответствии с настоящим изобретением. В формуле изобретения термин «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов.
Понятно, что ссылка на предпочтительное значение не означает какого-либо ограничения помимо того, что оно является значением, определенным в конфигурации инициализации обнаружения постороннего предмета, т. е. оно является предпочтительным в силу того, что его определяют в процессе адаптации. Ссылки на предпочтительное значение могут быть заменены, например, ссылками на первое значение.
Кроме того, хотя множество средств, элементов, схем или этапов способа перечислены по отдельности, они могут быть реализованы, например, с помощью одной схемы, блока или процессора. Кроме того, хотя отдельные признаки могут быть включены в разные пункты формулы изобретения, предпочтительно они могут быть объединены и их включение в разные пункты формулы изобретения не означает, что сочетание признаков невозможно и/или не предпочтительно. Кроме того, включение признака в одну категорию пунктов формулы изобретения не подразумевает ограничения этой категорией, а наоборот указывает на то, что этот признак в равной степени применим к другим категориям пунктов формулы изобретения, когда это уместно. Кроме того, порядок признаков в формуле изобретения не подразумевает какой-либо конкретный порядок, в котором эти признаки должны работать, и, в частности, порядок отдельных этапов в формуле изобретения не подразумевает, что эти этапы должны выполняться в указанном порядке. Наоборот, этапы могут выполняться в любом подходящем порядке. Кроме того, упоминания в единственном числе не исключают множественного числа. Таким образом, ссылки на грамматические средства выражения формы единственного числа, а также термины «первый», «второй» и т.п. не исключают множества. Ссылочные позиции в формуле изобретения представлены исключительно в качестве поясняющего примера и их никоим образом не следует рассматривать как ограничивающие объем охраны формулы изобретения.
1. Передатчик (101) энергии для беспроводной подачи энергии приемнику (105) энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии, содержащий:
выходную схему (302, 103), содержащую катушку (103) передатчика для генерации сигнала передачи энергии в ответ на сигнал возбуждения, подаваемый в выходную схему (302, 103);
возбудитель (301) для генерации сигнала возбуждения;
конфигурационный контроллер (309) для переключения между набором конфигураций передачи энергии, причем указанные конфигурации передачи энергии из набора конфигураций передачи энергии имеют различные сочетания максимального предельного значения мощности и амплитуды напряжения для сигнала возбуждения;
приемник (305) для приема от приемника (105) энергии сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии;
и отличающийся тем, что также содержит
передатчик (307) для передачи сообщения о конфигурации мощности приемнику (105) энергии, причем сообщение о конфигурации мощности содержит данные, указывающие амплитуду напряжения для первой конфигурации передачи энергии из набора конфигураций передачи энергии;
причем конфигурационный контроллер (309) выполнен с возможностью переключения передатчика (101) энергии в первую конфигурацию передачи энергии в ответ на указанное сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии.
2. Передатчик энергии по п. 1, в котором данные указывают на относительную разность между амплитудой напряжения в первой конфигурации передачи энергии и амплитудой напряжения в текущей конфигурации передачи энергии.
3. Передатчик энергии по п. 2, в котором данные указывают на соотношение между амплитудой напряжения в первой конфигурации передачи энергии и амплитудой напряжения в текущей конфигурации передачи энергии.
4. Передатчик энергии по любому предыдущему пункту, в котором первая конфигурация передачи энергии представляет собой конфигурацию передачи энергии из набора конфигураций передачи энергии, имеющую максимальное предельное значение мощности, являющееся по меньшей мере одним из следующего более высокого максимального предельного значения мощности и следующего более низкого максимального предельного значения мощности для максимального предельного значения мощности в текущей конфигурации передачи энергии.
5. Передатчик мощности по любому предыдущему пункту, в котором сообщение о конфигурации мощности содержит данные, указывающие амплитуду напряжения для второй конфигурации передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии, при этом первая конфигурация передачи энергии представляет собой конфигурацию передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии, имеющую максимальное предельное значение мощности, представляющее собой следующее более высокое максимальное предельное значение мощности для максимального предельного значения мощности в текущей конфигурации передачи энергии, а вторая конфигурация передачи энергии представляет собой конфигурацию передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии, имеющую максимальное предельное значение мощности, представляющее собой следующее более низкое максимальное предельное значение мощности для максимального предельного значения мощности в текущей конфигурации передачи энергии.
6. Передатчик энергии по любому предыдущему пункту, в котором заданное значение данных, указывающее амплитуду напряжения, указывает на то, что данный набор конфигураций передачи энергии не содержит конфигурацию передачи энергии, которая имеет более высокое максимальное предельное значение мощности, чем максимальное предельное значение мощности в текущей конфигурации передачи энергии.
7. Передатчик энергии по любому предыдущему пункту, в котором конфигурационный контроллер (309) выполнен с возможностью передачи сообщения о конфигурации мощности в ответ на обнаружение того, что рабочая характеристика передачи энергии соответствует критерию.
8. Передатчик энергии по любому предыдущему пункту, в котором конфигурационный контроллер (309) выполнен с возможностью передачи сообщения о конфигурации мощности в ответ на обнаружение того, что текущий уровень мощности передатчика энергии превышает пороговое значение, причем указанное пороговое значение зависит от максимального предельного значения мощности в текущей конфигурации передачи энергии.
9. Передатчик энергии по любому предыдущему пункту, в котором конфигурационный контроллер (309) выполнен с возможностью передачи сообщения о конфигурации мощности в ответ на получение сообщения о запросе информации о конфигурации мощности от приемника энергии.
10. Передатчик энергии по любому предыдущему пункту, в котором конфигурационный контроллер (309) выполнен с возможностью переключения передатчика энергии в первую конфигурацию передачи энергии после передачи сообщения с подтверждением приемнику энергии, причем указанное сообщение с подтверждением подтверждает сообщение с запросом, принятое от приемника энергии.
11. Приемник энергии для беспроводного приема энергии от передатчика (101) энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии, содержащий:
входную схему (601, 107), содержащую катушку (107) приемника энергии, выполненную с возможностью извлечения энергии из сигнала передачи энергии;
конфигурационный контроллер (609), выполненный с возможностью обнаружения предпочтения изменения конфигурации передачи энергии для переключения передатчика энергии в первую конфигурацию передачи энергии из набора конфигураций передачи энергии; и отличающийся тем, что также содержит
приемник (605) для приема сообщения о конфигурации мощности от передатчика (101) энергии, причем указанное сообщение о конфигурации мощности содержит данные, указывающие амплитуду напряжения сигнала возбуждения по меньшей мере для первой конфигурации передачи энергии из набора конфигураций передачи энергии, причем указанные конфигурации передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии имеют различные сочетания максимального предельного значения мощности и амплитуды напряжения, а сигнал возбуждения предназначен для выходной цепи (302, 103) передатчика (101) энергии, содержащей катушку (103) передатчика для генерирования сигнала передачи энергии в ответ на сигнал возбуждения, подаваемый в выходную цепь;
передатчик (607) для передачи передатчику энергии сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии в ответ на обнаружение предпочтения изменения конфигурации передачи энергии, причем указанное сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии содержит запрос на переключение передатчика энергии в первую конфигурацию передачи энергии.
12. Приемник энергии по п. 11, в котором конфигурационный контроллер (609) выполнен с возможностью управления передачей энергии для изменения напряжения, наведенного в катушке приемника энергии, перед изменением конфигурации передачи энергии на первую конфигурацию передачи энергии.
13. Приемник мощности по п. 11 или 12, в котором конфигурационный контроллер (609) выполнен с возможностью изменения полного сопротивления нагрузки для катушки приемника энергии перед изменением конфигурации передачи энергии на первую конфигурацию передачи энергии.
14. Способ работы передатчика (101) энергии для беспроводной подачи энергии приемнику (105) энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии, включающий:
генерирование сигнала передачи энергии посредством передающей катушки (103) в выходной цепи (302, 103) в ответ на сигнал возбуждения, подаваемый в выходную цепь (302, 103);
генерирование сигнала возбуждения;
переключение между набором конфигураций передачи энергии, причем указанные конфигурации передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии имеют различные сочетания максимального предельного значения мощности и амплитуды напряжения для сигнала возбуждения;
передачу сообщения о конфигурации мощности приемнику (105) энергии, причем указанное сообщение о конфигурации мощности содержит данные, указывающие амплитуду напряжения для первой конфигурации передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии;
прием от приемника (105) энергии сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии; и
при этом указанное переключение между указанным набором конфигураций передачи энергии переключает передатчик (101) энергии в первую конфигурацию передачи энергии в ответ на сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии.
15. Способ работы приемника энергии для беспроводного приема энергии от передатчика (101) энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии, включающий:
извлечение энергии посредством катушки (107) приемника энергии из сигнала передачи энергии;
прием сообщения о конфигурации мощности от передатчика (101) энергии, причем указанное сообщение о конфигурации мощности содержит данные, указывающие амплитуду напряжения сигнала возбуждения по меньшей мере для первой конфигурации передачи энергии из набора конфигураций передачи энергии, причем указанные конфигурации передачи энергии из указанного набора конфигураций передачи энергии имеют различные сочетания максимального предельного значения мощности и амплитуды напряжения, а сигнал возбуждения предназначен для выходной цепи (302, 103) передатчика (101) энергии, содержащей катушку (103) передатчика для генерации сигнала передачи энергии в ответ на сигнал возбуждения, подаваемый в выходную цепь;
обнаружение предпочтения изменения конфигурации передачи энергии для переключения передатчика энергии в первую конфигурацию передачи энергии; и
передачу передатчику энергии сообщения с запросом на изменение конфигурации передачи энергии в ответ на обнаружение предпочтения изменения конфигурации передачи энергии, причем указанное сообщение с запросом на изменение конфигурации передачи энергии содержит запрос на переключение указанного передатчика энергии в первую конфигурацию передачи энергии.
16. Система беспроводной передачи энергии, содержащая передатчик (101) энергии по любому из пп. 1-10 и приемник (105) энергии по любому из пп. 11-13, причем система выполнена с возможностью беспроводной подачи энергии приемнику (105) энергии от передатчика (101) энергии посредством электромагнитного сигнала передачи энергии.
