无线感应式功率传输的制作方法_5

文档序号:9621262阅读:来源:国知局
应于不存在由第二通信单元405建立的短距通信链路而减小到负载403的功率。在这样的实施例中,功率接收线圈107可被短路或附接到接收器线圈107的谐振电路可以被去谐,除非第二通信单元405已建立与功率传送器101的短距通信链路。
[0203]在一些实施例中,功率接收器105可包括用户接口并且可响应于功率传输信号的存在和不存在由通信单元建立的短距通信链路的检测而生成用户警告。
[0204]例如,如果功率接收器105包括感应加热元件(即智能平底锅)而非功率接收器线圈,则不可能从其它电路断开接收线圈107,并且如果功率接收器被定位为接收意图用于另一功率接收器的功率传输信号则感应加热元件的意外加热可能发生。在该情况下,器械可利用例如可听噪声和/或警告灯来警告用户该非期望情形。用户可然后手动解决该情形。
[0205]在一些实施例中,功率控制器303被布置为响应于在给定时间间隔内未接收到从第二实体预期的响应消息的检测而禁止功率传输。该消息可以例如是响应于从功率传送器101传送的消息而预期的专用响应消息,或可例如是作为正常操作的部分功率接收器105被预期传送的消息。例如,在功率传输操作期间,功率接收器105应当至少每250毫秒或更快地传送功率控制消息。如果这样的消息未被及时接收,则功率控制器303可着手禁止功率传输,并且具体地其可终止功率传输或减小功率传输信号的功率水平(特别是减小到零)。
[0206]该方案可例如检测功率接收器105是否在功率传输期间被移除。操作可取决于哪个实体是发起者。如果发起者被实施在功率传送器侧上,则如果功率接收器已被移除,发起者将在减小的功率时间间隔期间不从目标接收响应。第一通信单元305可相应地生成超时错误,并且作为响应,功率控制器303可终止功率传输。
[0207]在一些实施例中,功率控制器303可响应于不存在来自功率接收器105的无线电信号的检测而禁止功率传输。
[0208]例如,如果发起者被放置在功率接收器侧上,则在功率传送器侧上实施目标。如果通信是基于有源通信模式,则当目标在收听模式中时,它将不感测由发起者生成的RF场。如果通信是无源通信模式,则目标将不再被发起者供电。因此,无论处于有源还是无源通信模式,可检测到不存在来自发起者(功率接收器105)的RF信号,并且该信号的不存钱的检测可被馈送到功率控制器303,其相应地可通常通过终止功率传输来着手禁止功率传输。
[0209]在一些实施例中,第二通信单元405被布置为响应于功率传输信号存在的检测而防止与功率传送器101的通信链路的终止。具体地,只要功率传输信号存在(在功率时间间隔中),第二通信单元405将不终止通信链路。因此,只要在功率时间间隔期间存在来自功率传送器101的功率传输信号,则由第二通信单元405支持短距通信链路。这可降低功率传送器101偶然被非意图的功率接收器105控制的风险。
[0210]具体地,对于NFC通信,只要功率传送器传送功率传输信号,则不执行设备去激活活动。这可防止在功率传送器(图7的Tx#l)的通信范围内的第二器械(例如图7中的Αρρ#2)能够与功率传送器(图7的Τχ#1)通信,同时这是与第一器械(图7的Αρρ#1)传送功率并且交换数据。因为NFC通信仅支持两个实体之间的通信,一个通信链路的维护可防止另一个被建立(具体地如果在两个实体之间的通信在数据交换阶段中)。
[0211]在一些实施例中,功率传送器101和/或功率接收器105还可被布置为传送标识数据并且监测是否接收到预期标识。
[0212]具体地,发起者可以以规则间隔请求其与之通信的目标的标识号。作为响应,发起者将接收标识号并且检查其是否与预期值匹配。如果不是,则可禁止功率传输,并且通常可终止功率传输。
[0213]具体地,如果功率传送器101未接收来自功率接收器105的正确标识(例如作为从功率接收器105接收的其它数据消息的部分),则功率控制器303被通知并且其相应地着手终止功率传输。
[0214]在这样的示例中,功率接收器105可因此反复传送其自身的标识到第二功率传送器101。传送可以基于来自功率传送器101的请求或可以独立生成,诸如例如通过在所有数据中包括标识,或通过以规则间隔传送文档。
[0215]因此,系统可包括附加预防措施,其可例如帮助降低功率传送器与多于一个功率接收器通信、功率传送器提供功率到其未与之通信的功率接收器、功率传送器与未初始化与其的通信链路的功率接收器通信、和/或功率接收器与多于一个功率传送器通信的风险。
[0216]如之前提到的,前向和/或反向通信链路是不利用传送线圈103、接收线圈107或实际上功率传输信号的通信链路。相反,它们在图1的系统中是独立通信链路,其不被功率传输的特性中的变化影响,并且具体地不被功率传输信号的负载的变化影响。相应地,该方案允许显著改进的通信,其具有对例如动态负载变化的本质上降低的敏感度。
[0217]而且,具体地NFC通信的应用允许包括已经在市场上可用的传送器和接收器芯片、天线、通信协议等的已有通信系统被使用。不需要开发专用通信方法。因此,可以获得在开发时间方面的显著收获以及由于规模经济导致的降低的成本。
[0218]此外,可以利用具体地支持高达424kbit/s的最大数据速率的NFC来实现本质上增加的数据速率。该通信速度比通过用于低功率的QI无线功率规范实现的2kbit/s大得多,即使将非连续通信考虑在内。
[0219]此外,使用具有高达4-10m的最大通信范围的NFC,可确保功率传送器101从非常靠近的功率接收器105接收控制数据,由此降低或潜在地消除功率传输被与功率传输中涉及的那个功率接收器不同的功率接收器控制的风险。NFC芯片和天线可被以这样的方式放置在功率传送器中,使得其可仅与被定位于本质上在传送线圈上或附近的功率接收器通信,而不与被定位在另一传送线圈或功率传送器上的功率接收器通信。因此,通信链路将仅在功率传送器和它正在向其提供功率的功率接收器之间建立。与放置在不同功率传送器顶上的功率接收器通信将被防止,因为该功率接收器将在功率传送器的通信范围之外。
[0220]在一些实施例中,功率传送器可被布置为从变化的DC功率传输信号生成功率传输信号。
[0221]这样的驱动器的示例在图8中图示。图9图示驱动器201的信号的信号波形的示例。
[0222]驱动器201包括生成功率源信号的功率源801。功率源801是具有不多于1kHz,并且通常不多于500Hz或200Hz的周期性变化的频率的周期性变化信号。在很多实施例中,周期性变化对应于输入AC信号的变化,并且具体地对应于从具有在40Hz和70Hz之间的频率(通常50Hz或60Hz)的输入干线信号得到的周期性变化。周期性变化可具体地源自于输入AC信号的整流,并且可相应地通常具有对应于输入AC信号的频率(单个整流)或输入AC信号的频率的两倍(双整流)的频率。
[0223]功率源信号相应地是可具有周期性变化的功率/电压/电流的周期性变化信号。该变化具有不多于1kHz的低频率并且通常功率源信号是具有对应于输入AC信号的频率的频率(或是其两倍)的低频率信号。
[0224]具体地,在该示例中,AC到DC转换器接收AC信号并且生成具有变化水平的DC信号。在该特定示例中,功率源801接收具有50Hz或60Hz的频率的干线得到的正弦波信号(图9的Umains)。功率源801执行正弦波信号的全波整流。因此,生成对应于图9的Udc_abs信号的功率源信号。
[0225]在该特定示例中,功率源801不包括任何平滑电容器,并且因此功率源信号对应于全波整流的正弦波信号。然而,在其它实施例中,功率源801可包括对整流的信号进行平滑的电容器,由此生成具有较少水平变化的功率源信号。然而,在大多数实施例中,电容器可相对小,导致具有(至少对于一些负载)本质上变化的水平的功率源信号。例如,在很多情形中,纹波可以是全负载的至少20%或50%。
[0226]因此,生成具有变化电压的DC功率源信号。变化电压是由于AC电平的变化并且因此DC功率源信号是具有干线的频率的两倍的周期、即具有对于50Hz输入信号的10毫秒的周期的周期信号。
[0227]功率源801耦合到功率传输信号发生器803,其接收功率源信号并且从这生成用于親合到功率传输信号发生器803的电感器103的驱动信号。
[0228]功率传输信号发生器803具体地包括频率转换器805,其被布置为将驱动信号的频率生成为高于功率传输信号的频率。频率转换器可相对于功率传输信号增大驱动信号的频率。电感器103由具有比功率源信号的频率本质上更高的频率的驱动信号来驱动。功率源信号的周期通常不小于2.5毫秒或甚至5毫秒(分别对应于400Hz或200Hz的频率)。然而,驱动信号通常具有至少20kHz或200kHz的频率。在功率传输间隔期间,驱动信号可具体地被给出为:
d(t)=p(t).x(t)
其中P(t)是功率源信号并且x(t)是具有比p(t)更高的频率的信号,并且通常具有高得多的频率(例如通常100倍或更多)。为了降低损耗,x(t)通常是AC信号,即其具有零的平均值。
[0229]x(t)可例如是正弦波。然而,在图8的示例中,x(t)对应于方波信号。在该示例中通过开关操作而不是通过乘法来执行频率转换。具体地,频率转换器805包括开关电路,功率源信号提供给其作为供应电压,并且其经由开关元件耦合到电感器103,开关元件提供对应于功率源信号和频率转换信号x(t)的乘法的效果。
[0230]在图8的系统中,频率转换器805包括以逆变器的形式的驱动电路,其从被用作供应电压的功率源信号的变化的DC电压生成交变信号。图10示出半桥逆变器的示例。开关S1和S2被控制使得它们决不同时闭合。交替地,在S2打开的同时S1闭合,以及在S1打开的同时S2闭合。开关被以期望频率打开和闭合,由此在输出处生成交变信号。图11示出全桥逆变器。开关S1和S2被控制为使得它们决不同时闭合。类似地,开关S3和S4被控制为使得它们决不同时闭合。交替地,在S2和S3打开的同时S1和S4闭合,并且然后在S1和S4打开的同时S2和S3闭合,由此在输出处产生方波信号。开关被以期望频率打开和闭入口 ο
[0231]图9中图示得到的信号Uac_HF。该信号到通常包括谐振信号的传送线圈103的应用将导致图9的信号Uac_TX。
[0232]然而,在图8的驱动器201中,通过频率转换器805生成的信号未被直接馈送到传送器线圈103。相反,信号被馈送到限制器807,其被布置为限制被馈送至电感器的驱动信号的功率,使得该功率在减小的功率时间间隔期间,即在通信间隔期间低于给定阈值。限制器807的输出被馈送到传送器线圈103。通常,该耦合包括谐振电路(其可被认为是限制器807的部分)。
[0233]作为特定示例,限制器807可通过从频率转换器805的输出断开传送器线圈103来简单地限制被馈送到传送器线圈103的信号的功率。因此,在该示例中,来自频率转换器805的信号在各功率传输间隔期间耦合到传送器线圈103,所述功率传输间隔被通信间隔中断,在所述通信间隔中来自频率转换器805的信号未耦合到传送器线圈103。
[0234]限制器807还可以是逆变器的固有部分。作为特定示例,通常以相位差切换全桥逆变器中的开关,意味着至少部分时间,开关S1和S4被闭合的同时S2和S3被打开,并且反之亦然,可通过没有相位差地切换停止方波的生成,意味着开关S1和S3被闭合同时S2和S4被打开,并且反之亦然。一般地,可通过全桥中的相位来控制功率传输信号的强度。开关越同相,功率传输信号的幅值越低,开关越异相,功率传输信号的幅值越高。
[0235]图12图示了得到的信号(使用与用于图9的相同注释)。该图首先示出信号Umains,其是馈送到功率源的干线信号。该信号被全波整流以生成对应于如图9中示出的Udc_abs的信号水平变化的功率源信号。频率转换器805然后将此转换为对应于图9和12的Uac_HF的高频率信号。然而,不是仅将该信号馈送到传送器线圈103/谐振电路,根据图12的选通信号0n_0ff_ZerOX信号来选通该信号(即连接和断开)。当该选通信号具有低值时,由频率转换器805生成的功率传输信号耦合到传送器线圈103/谐振电路并且当该选通信号具有低值时,由频率转换器805生成的功率传输信号未耦合到传送器线圈103/谐振电路。因此在选通之后得到的信号被示为图12的Uac_HF,其在被谐振电路平滑后变成图12的信号Uac_Tx。因此,馈送到传送器线圈103的功率传输信号在该特定示例中对应于图12的信号Uac_Tx。
[0236]作为示例,限制器807可与半桥或全桥逆变器合并。当选通信号0n_0ff_ZerOX具有低值时,半桥或全桥逆变器的所有开关可被切换到非导通状态,使得功率传输信号未耦合到传送器线圈。
[0237]选通信号因此定义功率传输间隔,在功率传输间隔中功率传输驱动信号被馈送到传送器线圈103。这些功率传输间隔被减小的功率时间间隔中断,在减小的功率时间间隔中,功率传输信号未被馈送到传送器线圈103。在图8的驱动器中,这些重复时间间隔/减小的功率时间间隔替代地被用于在功率传送器101和功率接收器105之间的短距通信,即它们被用作通信间隔(通过图12的NFC载波信号指示)。
[0238]因此,减小的功率时间间隔在该情况中不是随机或独立于功率传输信号生成的,而是与功率传输信号中的变化同步。具体地,减小的功率时间间隔对应于功率源信号的值/水平低于阈值时所在的时间间隔。
[0239]因此,功率源同步器可将减小的功率时间间隔与功率源信号中的周期性变化同步,并且具体地,这可通过选通信号在适当时间在高和低值之间切换来实现。
[0240]功率源同步器可具体地将减小的功率时间间隔同步以对应于功率源信号的绝对值的周期性最小值。对于变化的DC信号,这可对应于功率源信号的值的周期性最小值。对于AC信号,这可对应于随着其在被整流后变成的功率源信号的值的周期性最小值。实际上,对于AC信号,这可对应于功率源信号的值的过零点。功率源同步器可具体地测量功率源信号的电压并且与该电压同步。然而,等同地,功率源同步器可测量功率源信号的电流或功率并且与该电流或功率同步。实际上,基于这些值之一的测量的同步还将导致基于其他值的同步。因此,将认识到,可使用任何适当参数来执行同步。
[0241 ] 功率源同步器可在很多实施例中执行同步,使得减小的功率时间间隔的频率不多于周期性变化的频率的五倍或五分之一。在很多实施例中,功率源同步器可在很多实施例中执行同步,使得减小的功率时间间隔的频率与周期性变化的频率相同或是其两倍。实际上,在很多实施例中,针对功率源信号的绝对值的每个最小值生成减小的功率时间间隔。
[0242]实际上,在图12的示例中,针对AC输入信号的每个过零点生成一个减小的时间间隔,对应于整流的输入信号的每个最小值。
[0243]重要地,减小的功率时间间隔被选择为对应于功率源信号Umains的过零点并且因此对应于信号中功率传输是最不高效的部分。该方案可导致更高效的功率传输。
[0244]如在图12由信号(NFC)载波图示的,将NFC通信与减小的功率时间间隔同步并且因此与功率源信号的过零点同步。
[0245]在下文中,将提供涉及NFC实施方式的一些特定评论。
[0246]在一些实施例中,NFC通信可根据NFC-A/NFC-DEP协议。
[0247]在该情况下,在轮询模式中(即从发起者到目标),传送的信号是使用具有ASK100%调制的修改的米勒编码调制的13.56MHz载波信号。在收听模式中(即从目标到发起者),目标通过使用具有00K子载波调制的
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