БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ
WIRELESS INDUCTIVE POWER TRANSFER

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение относится к индуктивной передаче мощности и, в частности, но не исключительно, к системе индуктивной передачи мощности, совместимой со стандартом беспроводной передачи мощности Qi.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Многие системы требуют проводные и/или электрические контакты для того, чтобы подавать электрическую мощность на устройства. Для улучшенного пользовательского восприятия предусматривается устранение этих проводов и контактов. Обычно, это достигается с использованием батарей, размещенных в устройствах, но этот подход имеет некоторое число недостатков, включающих в себя дополнительный вес, объем и необходимость частой замены или перезарядки батарей. В последнее время повышенный интерес получил подход использования беспроводной индуктивной передачи мощности.
Часть этого повышенного интереса возникает из-за увеличившегося в последние десять лет числа и разнообразия портативных и мобильных устройств. Например, использование мобильных телефонов, планшетов, медиапроигрывателей и т.д. стало повсеместным. Такие устройства в основном обеспечиваются мощностью внутренними батареями, и типичный сценарий использования часто требует перезарядки батарей или прямого проводного обеспечения мощностью устройства от внешнего блока питания.
Как упомянуто, большинство современных устройств требуют проводов и/или явных электрических контактов для обеспечения мощностью от внешнего блока питания. Однако это является непрактичным и требует от пользователя физически вставлять соединители или иным образом устанавливать физический электрический контакт. Это также является неудобным для пользователя из-за внесения длин проводов. Обычно, требования к мощности также значительно различаются, и в настоящее время большинство устройств обеспечиваются своим собственным выделенным блоком питания, что приводит к тому, что обычный пользователь имеет большое число разных блоков питания, причем каждый блок питания является выделенным для конкретного устройства. Хотя, внутренние батареи могут избавить от необходимости проводного соединения с внешним блоком питания, этот подход обеспечивает только частичное решение, так как батареи потребуется перезаряжать (или заменять, что дорого). Использование батарей может также существенно добавить к весу и потенциальной стоимости и размеру устройств.
Для того, чтобы обеспечить значительно улучшенное восприятие пользователя, было предложено использовать беспроводной блок питания, в котором мощность индуктивным образом передается от катушки передатчика в устройстве передатчика мощности на катушку приемника в отдельных устройствах.
Передача мощности посредством магнитной индукции является хорошо известной концепцией, в большинстве случаев применяемой в трансформаторах, которые имеют сильную связь между первичной катушкой передатчика и вторичной катушкой приемника. Посредством разделения первичной катушки передатчика и вторичной катушки приемника между двумя устройствами, беспроводная передача мощности между устройствами становится возможной на основе принципа слабо связанного трансформатора.
Такая компоновка обеспечивает возможность беспроводной передачи мощности на устройство, не требуя каких-либо проводов или физических электрических соединений. Фактически, она может просто обеспечить возможность помещения устройства рядом, или сверху, с катушкой передатчика для перезарядки или обеспечения мощностью внешним образом. Например, устройства передатчика мощности могут быть скомпонованы с горизонтальной поверхностью, на которую устройство может быть просто помещено для того, чтобы обеспечиваться мощностью.
К тому же, такие компоновки беспроводной передачи мощности могут быть предпочтительным образом спроектированы так, чтобы устройство передатчика мощности могло быть использовано с некоторым диапазоном устройств приемника мощности. В частности, был задан стандарт беспроводной передачи мощности, известный как стандарт Qi, и в настоящее время разрабатывается дальше. Этот стандарт обеспечивает возможность использования устройств передатчика мощности, которые отвечают стандарту Qi, с устройствами приемника мощности, которые также отвечают стандарту Qi, без необходимости для них быть от одного изготовителя или необходимости быть выделенными друг для друга. Стандарт Qi дополнительно включает в себя некоторую функциональность для обеспечения возможности адаптации функционирования к конкретному устройству приемника мощности (например, в зависимости от конкретного расхода мощности).
Стандарт Qi разработан Консорциумом беспроводной передачи мощности, и больше информации может быть найдено, например, на их веб-сайте: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, где в частности могут быть найдены документы заданных стандартов.
Для того, чтобы поддерживать совместную работу и взаимодействие передатчиков мощности и приемников мощности, предпочтительно, чтобы эти устройства могли осуществлять связь друг с другом, т.е. желательно, чтобы поддерживалась связь между передатчиком мощности и приемником мощности, и предпочтительно, чтобы связь поддерживалась в обоих направлениях.
Стандарт Qi поддерживает связь от приемника мощности к передатчику мощности, тем самым обеспечивая приемнику мощности возможность предоставления информации, которая может обеспечить передатчику мощности возможность адаптации к конкретному приемнику мощности. В текущем стандарте, была задана однонаправленная линия связи от приемника мощности к передатчику мощности, и данный подход основывается на философии того, что приемник мощности является управляющим элементом. Для подготовки и управления передачей мощности между передатчиком мощности и приемником мощности, приемник мощности определенным образом передает информацию передатчику мощности.
Однонаправленная связь достигается посредством выполнения приемником мощности нагрузочной модуляции, при этом нагрузка, приложенная ко вторичной катушке приемника приемником мощности, варьируется для обеспечения модуляции сигнала мощности. Итоговые изменения в электрических характеристиках (например, вариации в потреблении тока) могут быть обнаружены и декодированы (демодулированы) передатчиком мощности. В этом подходе, сигнал передачи мощности по существу используется как несущая, которая модулируется приемником мощности, т.е. посредством модуляции нагрузки на катушке приемника мощности, например, посредством включения и выключения полного сопротивления, которое соединено с катушкой приемника мощности.
Однако ограничение Qi-системы состоит в том, что она не поддерживает связь от передатчика мощности к приемнику мощности. Для того, чтобы решить это, были предложены различные подходы связи. Например, было предложено передавать данные из передатчика мощности в приемник мощности посредством модулирования сигнала передачи мощности с подходящим сигналом, представляющим данные, которые должны быть переданы. Например, небольшие частотные вариации, представляющие данные, могут быть наложены на сигнал передачи мощности.
В общем, связь между приемником мощности и передатчиком мощности сталкивается с многочисленными проблемами и трудностями. В частности, обычно есть конфликт между требованиями и характеристиками для сигнала мощности при передаче мощности и требованиями и предпочтениями для связи. Обычно, система требует тесного взаимодействия между функциями передачи мощности и связи. Например, система спроектирована на основе концепции, что только один сигнал связан индуктивным образом между передатчиком и приемником мощности, а именно сам сигнал мощности. Однако использование самого сигнала мощности не только для выполнения передачи мощности, но также для переноса информации, приводит к трудностям из-за варьирующихся рабочих характеристик.
В качестве конкретного примера, использование подхода нагрузочной модуляции, в котором приемник мощности передает данные посредством модулирования нагрузки сигнала мощности (как, например, в Qi-системе), требует, чтобы обычная нагрузка была относительно постоянной. Однако во многих применениях это не может гарантироваться.
Например, если беспроводная передача мощности должна быть использована для обеспечения мощностью устройства с приводом от двигателя (такого как, например, блендер), ток двигателя имеет тенденцию быть довольно неустойчивым и непостоянным. Фактически, когда устройство с приводом от двигателя потребляет ток, амплитуда тока имеет строгую взаимосвязь с нагрузкой двигателя. Если нагрузка двигателя изменяется, ток двигателя также изменяется. Это приводит к тому, что амплитуда тока в передатчике также изменяется с нагрузкой. Эта вариация нагрузки будет создавать помехи нагрузочной модуляции, приводя к ухудшенной связи. Фактически, на практике обычно очень трудно обнаружить нагрузочную модуляцию для нагрузок, которые включают в себя двигатель как часть нагрузки. Вследствие этого, в таких сценариях, число ошибок связи является относительно высоким, или связь может использовать очень высокую энергию символов данных, тем самым очень существенно уменьшая возможную скорость передачи данных.
Для того, чтобы решить проблемы с нагрузочной модуляцией, было предложено использовать отдельную и независимую линию связи от приемника мощности к передатчику мощности. Такая независимая линия связи может обеспечить тракт данных от приемника мощности к передатчику мощности, который является по существу независимым от операции передачи мощности и динамических вариаций. Он может также обеспечить более широкую полосу пропускания и часто более устойчивую связь.
Однако также есть недостатки, ассоциированные с использованием независимой линии связи. Например, использование отдельных каналов связи может привести к помехам между операциями разных передач мощности, что может привести к потенциально опасной ситуации при высоких уровнях мощности. Например, операции управления могут создавать помехи друг другу, например, посредством использования данных управления от приемника мощности одной операции передачи мощности для управления передачей мощности на другой ближний приемник мощности. Разделение между сигналами связи и передачи мощности может привести к менее устойчивому и менее защищенному от сбоев функционированию.
Другая потенциальная проблема с беспроводной передачей мощности состоит в том, что мощность может быть непреднамеренно передана непредусмотренным, например, металлическим объектам. Например, если посторонний предмет, такой как, например, монета, ключ, кольцо и т.д., помещен на платформу передатчика мощности, выполненную с возможностью приема приемника мощности, магнитный поток, сгенерированный катушкой передатчика, внесет вихревые токи в металлические объекты, что вызовет нагревание объектов. Увеличение нагрева может быть очень значительным и может фактически привести к риску возникновения боли и повреждения для людей, впоследствии подбирающих данные объекты.
Эксперименты показали, что металлические объекты, расположенные на поверхности передатчика мощности, могут достигнуть нежелательной высокой температуры (выше, чем 60°C) при обычных температурах среды (20°C), даже для рассеивания мощности в предмете, составляющей всего 500 мВт. Для сравнения, ожог кожи, вызванный контактом с горячими объектами, начинается при температурах около 65°C. Эксперименты указали, что поглощение мощности в 500 мВт или более в обычном постороннем предмете поднимает его температуру до недопустимого уровня.
Для того, чтобы предотвратить такие сценарии, было предложено внести обнаружение постороннего предмета, где передатчик мощности может обнаружить присутствие постороннего предмета и уменьшить передаваемую мощность. Например, Qi-система включает в себя функциональность для обнаружения постороннего предмета и для уменьшения мощности, если обнаружен посторонний предмет.
Рассеяние мощности в постороннем предмете может быть оценено исходя из разницы между переданной и принятой мощностью. Для того, чтобы предотвратить то, что слишком много мощности рассеивается в постороннем предмете, передатчик может прекратить передачу мощности, если потеря мощности превышает пороговую величину.
В существующем стандарте Qi предпочтительный подход состоит в определении потери мощности на интерфейсе между передатчиком мощности и приемником мощности для того, чтобы определить какую-либо потерю в посторонних предметах. Для этой цели, приемник мощности оценивает величину мощности, которая поступает на его поверхность взаимодействия, т.е. принятой мощности. Для того, чтобы сгенерировать оценку, приемник мощности измеряет величину мощности, предоставленной для нагрузки, и добавляет оценку потерь в компонентах - катушке, резонансном конденсаторе, выпрямителе и т.д., также как и потерь в проводящих элементах устройства, как например, в металлических частях, которые не видны пользователю. Приемник мощности передает упомянутую определенную оценку принятой мощности на передатчик мощности с регулярными интервалами.
Передатчик мощности оценивает величину мощности, извлеченной из сигнала мощности, т.е. переданную мощность. Передатчик мощности может затем вычислить разность между переданной мощностью и принятой мощностью, и если разность превышает заданный уровень, передатчик мощности может определить, что произошла ситуация, когда недопустимая величина мощности может быть рассеяна в постороннем предмете. Например, посторонний предмет может быть расположен на или вблизи передатчика мощности, что приводит к его нагреванию из-за сигнала мощности. Если потеря мощности превышает заданную пороговую величину, передатчик мощности прекращает передачу мощности для того, чтобы предохранить предмет от становления слишком горячим. Дополнительные сведения могут быть найдены в Стандарте Qi, Описание системы, Переданная беспроводным образом мощность.
При выполнении этого обнаружения потери мощности, важно, чтобы потеря мощности определялась с достаточной точностью, чтобы гарантировать, что обнаружено присутствие постороннего предмета. Во-первых, должно быть гарантировано, что обнаружен посторонний предмет, который поглощает значительную мощность из магнитного поля. Для того, чтобы гарантировать это, любая ошибка при оценке потери мощности, вычисленной из переданной и принятой мощности, должна быть меньше, чем допустимый уровень для поглощения мощности в постороннем предмете. Аналогично, для того, чтобы избежать ложных обнаружений, точность вычисления потери мощности должна быть достаточно точной, чтобы не привести к значениям оцененных потерь мощности, которые слишком высоки, когда посторонний предмет не присутствует.
По существу гораздо сложнее достаточно точно определить оценки переданной и принятой мощности при более высоких уровнях мощности, чем для более низких уровней мощности. Например, предполагается, что неопределенность оценок переданной и принятой мощности составляет ±3%, это может привести к ошибке
- ±150 мВт при 5 Вт переданной и принятой мощности, и
- ±1,5 Вт при 50 Вт переданной и принятой мощности.
Таким образом, тогда как такая точность может быть допустимой для операции передачи низкой мощности, она не допустима для операции передачи высокой мощности.
Обычно, требуется, чтобы передатчик мощности должен был быть способен обнаруживать потребление мощности посторонних предметов только в 350 мВт или даже ниже. Это требует очень точной оценки принятой мощности и переданной мощности. Это особенно сложно при высоких уровнях мощности, и часто для приемников мощности сложно сгенерировать оценки, которые являются достаточно точными. Однако, если приемник мощности переоценивает принятую мощность, это может привести к необнаружению потребления мощности посторонними предметами. Напротив, если приемник мощности недооценивает принятую мощность, это может привести к ложным обнаружениям, когда передатчик мощности прекращает передачу мощности несмотря на отсутствие посторонних предметов.
Таким образом, существующие подходы для обнаружения постороннего предмета и связи могут быть неоптимальными и иметь некоторые связанные недостатки.
Соответственно, улучшенная система передачи мощности была бы предпочтительной, и в особенности была бы предпочтительной система, обеспечивающая возможность улучшенной поддержки связи, повышенной надежности, повышенной гибкости, упрощенной реализации, уменьшенной чувствительности к вариациям нагрузки, улучшенной безопасности, улучшенного обнаружения постороннего предмета и/или улучшенных эксплуатационных характеристик.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, данное изобретение стремиться к предпочтительному ослаблению, смягчению или устранению одного или более из вышеупомянутых недостатков по одиночке или в любой комбинации.
Согласно аспекту данного изобретения предусматривается устройство для системы беспроводной передачи мощности, включающей в себя передатчик мощности и приемник мощности, причем передатчик мощности выполнен с возможностью генерирования сигнала беспроводной индуктивной передачи мощности для обеспечения мощностью приемника мощности во время фазы передачи мощности, причем устройство содержит: первый блок связи для осуществления связи со вторым блоком связи первого объекта с использованием электромагнитного сигнала связи, причем первым объектом является один из приемника мощности и передатчика мощности; опорный процессор для измерения и хранения опорного значения характеристики сигнала связи; блок измерения для циклического определения измеренного значения характеристики сигнала связи во время фазы передачи мощности; блок сравнения для сравнения измеренных значений с опорным значением; и блок инициирования для запуска процесса обнаружения объекта, если сравнение указывает, что измеренное значение и опорное значение не удовлетворяют критерию подобия, причем процесс обнаружения объекта выполнен с возможностью обнаружения присутствия объекта, отличного от первого объекта.
Данное изобретение может предусматривать улучшенную связь и/или улучшенное, более надежное или даже потенциально более безопасное функционирование во многих системах передачи мощности.
Данный подход может конкретно во многих сценариях использовать присутствие канала связи, отдельного от сигнала передачи мощности, для обнаружения возможности присутствия других объектов, которые могут оказать отрицательное влияние или на которые может быть оказано отрицательное влияние посредством передачи мощности.
В качестве конкретного примера, данный подход может предусматривать подход для обнаружения возможного присутствия других блоков связи, которые могут привести к конфликту или помехам между данными для разных операций передачи мощности. Например, для передатчика мощности, данный подход может обеспечить возможность возможного обнаружения присутствия другого приемника мощности, отличного от приемника, который обеспечивает мощностью передатчик мощности. Присутствие такого приемника мощности может привести к данным, которые принимаются передатчиком мощности, и которые предполагаются для передачи из обеспеченного мощностью приемника мощности, в действительности возникшие из приемника мощности, который не является частью передачи мощности. Это может привести к непредусмотренной операции передачи мощности.
В качестве другого примера, данный подход может обеспечить возможность способа потенциального обнаружения возможности присутствия постороннего предмета, такого как проводящий элемент. Сигнал передачи мощности может привести к наведению токов в таком элементе, приводя к чрезмерному рассеянию мощности и приводя к нагреванию постороннего предмета.
Данный подход может конкретно обнаружить неожидаемые вариации в сигнале связи, которые потенциально могут быть из-за внесения постороннего предмета или другого приемника мощности/передатчика мощности в среду передачи мощности. Система может соответственно использовать процесс обнаружения объекта, который пытается определить, присутствуют ли фактически другие непредусмотренные объекты или нет. Оценка изменений в характеристике сигнала связи во время передачи мощности может предоставить указание потенциального риска, который непредусмотренный объект внес в среду.
Однако, посредством использования этого обнаружения для запуска процесса обнаружения объекта, который может, например, обнаружить другие блоки связи или посторонние предметы, во многих вариантах осуществления может быть достигнуто существенно более надежное обнаружение, тем самым давая в результате улучшенные эксплуатационные характеристики. Процесс обнаружения объекта, например, может быть выполнен во время конкретных условий испытания или использования подходов и алгоритмов, которые непригодны для непрерывного использования во время фазы передачи мощности.
Электромагнитным сигналом связи может, например, быть любой сигнал, которым обмениваются между первым блоком связи и вторым блоком связи, и конкретно может быть радиочастотный сигнал, сгенерированный либо первым блоком связи, либо вторым блоком связи, и модулированный либо первым блоком связи, либо вторым блоком связи. Например, сигналом связи может быть несущий сигнал, сгенерированный первым блоком связи и модулированный первым блоком связи (например, посредством амплитудной, частотной или фазовой модуляции) или вторым блоком связи (например, посредством нагрузочной модуляции). В некоторых вариантах осуществления, сигнал связи может быть сгенерирован вторым блоком связи и, например, модулирован вторым блоком связи (например, посредством амплитудной, частотной или фазовой модуляции).
Во многих вариантах осуществления, сигналом связи может быть сигнал, переданный антенной первого или второго блока связи, и/или сигнал, переданный антенной первого или второго блока связи.
Опорное значение и измеренное значение могут представлять одно и то же свойство сигнала связи, такое как, например, указание его интенсивности сигнала. Характеристикой сигнала связи может быть любая характеристика, на которую может быть оказано влияние посредством присутствия другого объекта.
Если процесс обнаружения объекта указывает присутствие объекта, отличного от первого объекта, устройство может продолжать функционирование соответствующим образом в зависимости от конкретных предпочтений и требований отдельного варианта осуществления. Во многих вариантах осуществления, устройство может препятствовать передаче мощности в ответ на такое обнаружение, например, посредством прекращения фазы передачи мощности, невхождения (или продолжения) (в фазу) передачи мощности, или посредством ограничения мощности сигнала передачи мощности во время фазы передачи мощности.
Если устройством является передатчик мощности, первым объектом может быть приемник мощности. Если устройством является приемник мощности, первым объектом может быть передатчик мощности.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, устройство дополнительно содержит детектор, выполненный с возможностью выполнения процесса обнаружения объекта, и при этом процесс обнаружения объекта содержит обнаружение третьего блока связи.
Процессом обнаружения объекта может быть обнаружение блоков связи, доступных для связи с первым блоком связи. Конкретно, процесс обнаружения объекта может обнаружить, какие потенциальные кандидаты для связи доступны для первого блока связи. Процесс обнаружения объекта может в частности обнаружить, является ли второй блок связи единственным кандидатом для связи, доступным для первого блока связи. Если еще один (т.е. по меньшей мере третий) блок связи доступен для связи, обнаружение такого (третьего) блока связи посредством процесса обнаружения объекта может привести к препятствованию передаче мощности.
Данный подход может уменьшить риск осуществления связи первым блоком связи с непредусмотренными другими сторонами. Таким образом, может быть повышена достоверность, что связь первым блоком связи осуществляется фактически с соответствующим передатчиком мощности или приемником мощности, задействованным в передаче мощности.
Процесс обнаружения объекта может конкретно содержать разрешение связи или обнаружение коллизий.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, опорный процессор выполнен с возможностью измерения и сохранения опорного значения во время инициализации фазы передачи мощности.
Это может обеспечить улучшенные эксплуатационные характеристики во многих вариантах осуществления, и может в частности обеспечить возможность определения более точного или подходящего опорного значения. Во многих вариантах осуществления, инициализация может содержать процесс обнаружения объекта, и определение опорного значения может быть выполнено следом за процессом обнаружения объекта и перед фазой передачи мощности. Опорное значение может быть сохранено только, если процесс обнаружения объекта указывает, что не присутствует объект, отличный от объекта, содержащего второй блок связи.
В некоторых вариантах осуществления, в которых опорное значение определяется во время инициализации фазы передачи мощности, опорный процессор может быть выполнен с возможностью измерения опорного значения во время временного интервала, в котором передатчик мощности генерирует сигнал передачи мощности. Это может обеспечить возможность отражения опорным значением воздействия присутствия сигнала передачи мощности на сигнал, и таким образом может наиболее близко соответствовать условиям измерения во время фазы передачи мощности.
Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, устройство может быть выполнено с возможностью измерения и сохранения опорного значения до фазы передачи мощности.
В некоторых вариантах осуществления, опорный процессор может быть выполнен с возможностью измерения и сохранения опорного значения во время фазы передачи мощности.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, устройство дополнительно содержит детектор, являющийся детектором кандидата для связи, выполненным с возможностью обнаружения некоторого числа возможных блоков связи, с которыми может быть осуществлена связь первым блоком связи, и опорный процессор выполнен с возможностью сохранения опорного значения, только если число возможных блоков связи равняется одному.
Это может обеспечить повышенную надежность функционирования во многих вариантах осуществления, и может конкретно во многих сценариях увеличить вероятность, что опорное значение отражает сценарий, в котором присутствует только один передатчик мощности и один приемник мощности.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, первый блок связи выполнен с возможностью осуществления связи со вторым блоком связи с использованием связи ближнего действия, причем связь ближнего действия имеет дальность, непревышающую 30 см.
Это может обеспечить улучшенное функционирование во многих вариантах осуществления.
Система может объединять использование индуктивной передачи мощности ближнего действия с системой связи ближнего действия, в то же время предотвращая или устраняя помехи между ними, тем самым обеспечивая возможность достижения надежного функционирования. Изобретатели поняли, что использование отдельной линии связи может внести риски того, что присутствие более, чем одного приемника мощности или передатчика мощности, может привести к нежелательным эффектам, и что эти эффекты могут быть ослаблены посредством использования линий связи при дальности, сравнимой с дальностью индуктивной передачи мощности.
Данный подход может таким образом предоставить преимущества, обладая очень короткой дальностью как передачи мощности, так и связи, в то же время преодолевая недостатки как передачи мощности, так и связи ближнего действия.
Данный подход может конкретно обеспечить возможность более надежного функционирования и может уменьшить риск помех между операциями многочисленных объектов передачи мощности (приемников или передатчиков) и передачами мощности, которые могут быть близки друг к другу. Данный подход может также обеспечить возможность существенно улучшенной связи, включающей в себя двунаправленную связь, связь с более высокой скоростью передачи данных и/или более надежную связь.
Дальность связи может в некоторых вариантах осуществления быть измерена в заданном направлении, и конкретно в направлении плоскости, в которой планарная катушка передатчика мощности сформирована для излучения сигнала передачи мощности.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, связью ближнего действия является связь ближнего поля.
Это может обеспечить возможность крайне предпочтительной производительности и характеристик.
Данный подход может уменьшить стоимость и обеспечить связь, которая особенно подходит для передачи мощности, так как может быть достигнута довольно высокая скорость передачи данных, при этом ограничивая связь до очень небольшой дальности, обычно гарантируя, что только один другой объект связи может присутствовать в пределах заданной дальности.
NFC особенно подходит для обнаружения объекта, и, фактически, процесс обнаружения объекта может включать в себя подходы обнаружения или разрешения коллизий NFC.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, сигнал передачи мощности имеет периодически варьирующуюся мощность, и блок измерения выполнен с возможностью синхронизации определений измеренных значений с временными интервалами, в которые мощность сигнала передачи мощности ниже пороговой величины.
Это может обеспечить возможность улучшенного функционирования и в частности обеспечить возможность более надежного обнаружения потенциала присутствия непредусмотренных объектов. Конкретно, это может во многих вариантах осуществления уменьшить воздействие сигнала передачи мощности на измеренные значения, тем самым обеспечивая возможность более точного определения и, конкретно, определения, наиболее близко соответствующего определению опорного значения.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, первый блок связи выполнен с возможностью генерирования сигнала связи, и характеристика отражает нагрузку сигнала связи.
Это может обеспечить крайне надежные рабочие и подходящие параметры для обнаружения потенциального присутствия других объектов. Данный подход может особенно подходить для сценариев, в которых первый блок связи генерирует сигнал связи, таких как сценарии, в которых первым блоком связи является блок инициирования NFC, и вторым блоком связи является пассивная NFC-цель.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, сигнал связи не генерируется первым блоком связи, и опорное значение указывает интенсивность сигнала для сигнала связи.
Это может обеспечить крайне надежные рабочие и подходящие параметры для обнаружения потенциального присутствия других объектов.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, устройство дополнительно содержит ограничитель мощности для ограничения уровня мощности сигнала передачи мощности в ответ на по меньшей мере одно из обнаружения присутствия объекта, отличного от второго объекта, и обнаружения того, что сравнение указывает, что измеренное значение и опорное значение не удовлетворяют критерию подобия.
Это может обеспечить возможность улучшенного функционирования системы передачи мощности во многих вариантах осуществления.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, устройством является передатчик мощности, и вторым объектом является приемник мощности.
Это может обеспечить возможность улучшенного функционирования системы передачи мощности во многих вариантах осуществления.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, устройством является приемник мощности, и вторым объектом является передатчик мощности.
Это может обеспечить возможность улучшенного функционирования системы передачи мощности во многих вариантах осуществления.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, устройство содержит антенну связи для осуществления связи со вторым блоком связи, и измеренные значения указывают по меньшей мере одно из напряжения, тока и фазы сигнала антенны для антенны связи.
Это может во многих вариантах осуществления обеспечить крайне предпочтительные параметры для обнаружения потенциального присутствия непредусмотренного объекта.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, устройство содержит антенну связи для осуществления связи со вторым блоком связи, и измеренные значения указывают по меньшей мере одно из полного сопротивления и индуктивности антенны связи.
Это может во многих вариантах осуществления обеспечить крайне предпочтительные параметры для обнаружения потенциального присутствия непредусмотренного объекта.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, устройство содержит антенну связи для осуществления связи со вторым блоком связи, и связной компонент для связывания первого блока связи с антенной связи; и измеренные значения указывают свойство на интерфейсе между первым блоком связи и связным компонентом.
Это может обеспечить крайне предпочтительные параметры для обнаружения потенциального присутствия непредусмотренного объекта во многих вариантах осуществления. Интерфейс между первым блоком связи и связным компонентом может конкретно быть интерфейсом между интегральной схемой (такой как интегральная схема NFC) и схемой дискретных компонентов, связывающей интегральную схему с антенной связи.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, свойством является по меньшей мере одно из: полного сопротивления связного компонента; по меньшей мере одно из напряжения, тока и фазы сигнала на принимающем входе первого блока связи; и по меньшей мере одно из напряжения, тока и фазы сигнала на передающем выходе первого блока связи.
Это может обеспечить крайне предпочтительные параметры для обнаружения потенциального присутствия непредусмотренного объекта во многих вариантах осуществления.
В соответствии с опциональным признаком данного изобретения, сигнал передачи мощности предоставляется во временном интервале передачи мощности повторяющегося временного кадра сигнала передачи мощности, причем временной кадр сигнала передачи мощности, кроме того, содержит временной интервал передачи уменьшенной мощности; и при этом первый блок связи выполнен с возможностью синхронизации связи с временным кадром сигнала передачи мощности, так что связь ближнего действия ограничивается временными интервалами передачи уменьшенной мощности.
Это может обеспечить возможность улучшенной связи и в частности может обеспечить возможность существенно уменьшенного воздействия сигнала передачи мощности на сигнал связи, тем самым обеспечивая возможность уменьшенных помех и таким образом более надежной связи.
Данное изобретение может обеспечивать возможность такой улучшенной связи, в то же время обеспечивая устойчивость, защиту и/или предохранение, например, от непредусмотренного функционирования, вызванного присутствием других потенциальных кандидатов для связи.
Согласно аспекту данного изобретения предусматривается способ функционирования для системы беспроводной передачи мощности, включающей в себя передатчик мощности и приемник мощности, причем передатчик мощности выполнен с возможностью генерирования сигнала беспроводной индуктивной передачи мощности для обеспечения мощностью приемника мощности во время фазы передачи мощности, причем способ содержит этапы, на которых: первый блок связи осуществляет связь со вторым блоком связи первого объекта с использованием электромагнитного сигнала связи, причем первым объектом является один из приемника мощности и передатчика мощности; измеряют и сохраняют опорное значение характеристики сигнала связи; неоднократно во время фазы передачи мощности определяют измеренное значение характеристики сигнала связи; сравнивают измеренные значения с опорным значением; и запускают процесс обнаружения объекта, если сравнение указывает, что измеренное значение и опорное значение не удовлетворяют критерию подобия, причем процесс обнаружения объекта выполнен с возможностью обнаружения присутствия объекта, отличного от первого объекта.
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества данного изобретения будут понятны исходя из варианта(ов) осуществления, описанных в дальнейшем в этом документе, и объяснены со ссылкой на них.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления данного изобретения будут описаны, только в качестве примера, со ссылкой на чертежи, в которых
Фиг. 1 иллюстрирует пример системы передачи мощности, содержащей передатчик мощности и приемник мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения;
Фиг. 2 иллюстрирует пример элементов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения;
Фиг. 3 иллюстрирует пример элементов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения;
Фиг. 4 иллюстрирует пример элементов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения;
Фиг. 5 иллюстрирует пример элементов приемника мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения;
Фиг. 6 иллюстрирует пример элементов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения;
Фиг. 7 иллюстрирует пример возможной временной диаграммы для операций системы передачи мощности по Фиг. 1;
Фиг. 8 иллюстрирует пример элементов блока возбуждения (драйвера) для передатчика мощности по Фиг. 3;
Фиг. 9 иллюстрирует пример сигналов в передатчике мощности;
Фиг. 10 и 11 иллюстрируют примеры схемы возбуждения для передающей катушки передатчика мощности; и
Фиг. 12 и 13 иллюстрируют примеры временных кадров сигнала передачи мощности системы передачи мощности.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующее описание фокусируется на вариантах осуществления данного изобретения, применимых как Qi-системе передачи мощности, но будет понятно, что данное изобретение не ограничено этим применением, но может быть применено ко многим другим системам передачи мощности.
Фиг. 1 иллюстрирует пример системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения. Система передачи мощности содержит передатчик 101 мощности, который включает в себя (или связан с) передающую катушку/индуктор передачи мощности, который в последующем будет называться катушкой 103 передатчика. Система дополнительно содержит приемник 105 мощности, который включает в себя (или связан с) принимающую катушку/индуктор передачи мощности, который в последующем будет называться катушкой 107 приемника.
Система обеспечивает беспроводную индуктивную передачу мощности от передатчика 101 мощности к приемнику 105 мощности. Конкретно, передатчик 101 мощности генерирует сигнал передачи мощности, который распространяется как магнитный поток посредством катушки 103 передатчика. Сигнал передачи мощности может обычно иметь частоту между около 20 кГц до 200 кГц. Катушка 103 передатчика и катушка 107 приемника слабо связаны, и таким образом катушка приемника подхватывает (по меньшей мере его часть) сигнал передачи мощности от передатчика 101 мощности. Таким образом, мощность передается от передатчика 101 мощности на приемник 105 мощности посредством беспроводного индуктивного связывания от катушки 103 передатчика на катушку 107 приемника. Термин "сигнал передачи мощности" в основном используется для ссылки на индуктивный сигнал между катушкой передатчика 103 и катушкой 107 приемника (сигнал магнитного потока), но будет понятно, что посредством эквивалентности он может также рассматриваться и использоваться как ссылка на электрический сигнал, предоставленный катушке 103 передатчика, или фактически на электрический сигнал катушки 107 приемника.
В некоторых вариантах осуществления, принимающей катушкой передачи мощности может даже быть принимающий объект передачи мощности, который при воздействии сигнала индуктивной передачи мощности нагревается из-за наведенных вихревых токов или дополнительно посредством гистерезисных потерь из-за ферромагнитного поведения. Например, принимающая 107 катушка может быть железной пластиной для устройства, которое нагревается индуктивным образом. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, принимающая 107 катушка может быть электрически проводящим элементом, который нагревается наведенными вихревыми токами или дополнительно посредством гистерезисных потерь из-за ферромагнитного поведения. В таком примере, принимающая 107 катушка таким образом также по сути образует нагрузку.
В дальнейшем, функционирование передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности будет описано с конкретной ссылкой на вариант осуществления в соответствии со стандартом Qi (кроме описанных в настоящем документе (или последующих) модификаций и расширений). В частности, передатчик 101 мощности и приемник 105 мощности могут по существу быть совместимы со спецификациями Qi версии 1.0 или 1.1 (кроме описанных в настоящем документе (или последующих) модификаций и расширений).
Для управления передачей мощности, система может продолжить функционирование посредством разных фаз, в частности фазы выбора, фазы эхо-тестирования, фазы идентификации и конфигурации, и фазы передачи мощности. Дополнительная информация может быть найдена в главе 5 части 1 спецификации беспроводной передачи мощности Qi.
Изначально, передатчик 101 мощности находится в фазе выбора, в которой он лишь осуществляет контроль присутствия приемника мощности. Передатчик 101 мощности может использовать разнообразные способы для этой цели, например, как описано в спецификации беспроводной передачи мощности Qi. Если обнаружено такое потенциальное присутствие, передатчик 101 мощности входит в фазу эхо-тестирования, в которой временно генерируется сигнал передачи мощности. Сигнал известен как ping-сигнал. Приемник 105 мощности может применить принятый сигнал для повышения обеспечения мощностью своей электроники. После приема сигнала передачи мощности, приемник 105 мощности передает начальный пакет передатчику 101 мощности. Конкретно, передается пакет интенсивности сигнала, указывающий степень связывания между передатчиком мощности и приемником мощности. Дополнительная информация может быть найдена в главе 6.3.1 части 1 спецификации беспроводной передачи мощности Qi. Таким образом, в фазе эхо-тестирования определяется, присутствует ли приемник 105 мощности на интерфейсе передатчика 101 мощности.
После приема сообщения об интенсивности сигнала, передатчик 101 мощности переходит в фазу идентификации и конфигурации. В этой фазе, приемник 105 мощности удерживает свою выходную нагрузку отсоединенной и в обыкновенных Qi-системах приемник 105 мощности в этой фазе осуществляет связь с передатчиком 101 мощности с использованием нагрузочной модуляции. В таких системах, передатчик мощности предоставляет для этой цели (за исключением изменения, вызванного модуляцией нагрузки) сигнал передачи мощности с постоянной амплитудой, частотой и фазой. Сообщения используются передатчиком 101 мощности для собственного конфигурирования по-требованию приемника 105 мощности. Сообщения от приемника 105 мощности не передаются непрерывно, а передаются с интервалами.
Следуя за фазой идентификации и конфигурации, система переходит к фазе передачи мощности, где имеет место фактическая передача мощности. Конкретно, после передачи своего требования по мощности, приемник 105 мощности соединяется с выходной нагрузкой и снабжает ее принятой мощностью. Приемник 105 мощности контролирует выходную нагрузку и измеряет ошибку управления между фактическим значением и желаемым значением определенной рабочей точки. Он передает такие ошибки управления на передатчик 101 мощности с минимальной скоростью, например, каждые 250 мс, чтобы указать эти ошибки передатчику 101 мощности, также как и желание для изменения, или неизменения, сигнала передачи мощности. Поэтому, в фазе передачи мощности, приемник 105 мощности также осуществляет связь с передатчиком мощности.
Система передачи мощности по Фиг. 1 таким образом использует связь между передатчиком 101 мощности и приемником 105 мощности.
В соответствии со спецификацией Qi версии 1.0 и 1.1, канал связи от приемника мощности к передатчику мощности может, как упоминалось ранее, быть реализован с использованием сигнала передачи мощности в качестве несущего. Приемник мощности модулирует нагрузку катушки приемника. Это приводит к соответствующим вариациям в сигнале передачи мощности на стороне передатчика мощности. Нагрузочная модуляция может быть обнаружена посредством изменения амплитуды и/или фазы тока катушки передатчика, или, в качестве альтернативы или дополнительно, посредством изменения напряжения катушки передатчика. На основе этого принципа, приемник мощности может модулировать данные, которые демодулирует передатчик мощности. Эти данные форматируются на байты и пакеты. Дополнительная информация может быть найдена в документе "Описание системы, беспроводная передача мощности, Том I: Низкая мощность, Часть 1: Определение интерфейса, Версия 1.0 июль 2010, опубликовано Консорциумом беспроводной передачи мощности", доступном по http://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-1.html, также называемый спецификацией беспроводной передачи мощности Qi, в частности, глава 6: Интерфейс связи.
Следует отметить, что спецификации беспроводной передачи мощности Qi версий 1.0 и 1.1 определяют только связь от приемника мощности к передатчику мощности, т.е. она определяет только однонаправленную связь.
Система по Фиг. 1 использует другой подход к связи, чем подход, раскрытый в спецификациях беспроводной передачи мощности Qi версий 1.0 и 1.1. Однако, будет понятно, что этот другой подход к связи может быть использован вместе с другими подходами связи, включающими в себя подход связи спецификации беспроводной передачи мощности Qi версий 1.0 и 1.1. Например, для системы типа Qi, подход связи из спецификаций беспроводной передачи мощности Qi версий 1.0 и 1.1 может быть использован для всей связи, которая точно определена для осуществления спецификацией беспроводной передачи мощности Qi версий 1.0 и 1.1, но с дополнительной связью, поддерживаемой другим подходом, описанным в дальнейшем. Также, будет понятно, что система может осуществлять связь в соответствии со спецификацией беспроводной передачи мощности Qi версий 1.0 и 1.1 в некоторых временных интервалах, но не в других. Например, она может использовать стандартную нагрузочную модуляцию во время фазы идентификации и конфигурации, когда сигнал передачи мощности и внешние нагрузки являются постоянными, но не во время фазы передачи мощности, когда это не так.
В системе по Фиг. 1, связь между приемником 105 мощности и передатчиком 101 мощности усовершенствована относительно стандартной связи по спецификации беспроводной передачи мощности Qi версий 1.0 и 1.1.
Во-первых, система поддерживает передачу сообщений от передатчика 101 мощности к приемнику 105 мощности, и в частности обеспечивает передатчику 101 мощности возможность передачи данных приемнику 105 мощности.
Конкретно, линия связи от передатчика 101 мощности к приемнику 105 мощности может быть создана с использованием выделенной линии связи (в последующем называется прямой линией связи). Прямая линия связи не зависит от сигнала передачи мощности и конкретно не использует сигнал передачи мощности в качестве несущего, который должен быть модулирован передатчиком 101 мощности. Прямая линия связи не передается посредством катушки 103 передатчика или катушки 107 приемника, но использует отдельные антенны связи (например, реализованные как катушки). В некоторых вариантах осуществления, прямая линия связи может быть реализована посредством связывания (антенны) катушек как слабо связанного трансформатора или может в других вариантах осуществления использовать антенны, которые которые несильно связаны.
Другим отличием системы по Фиг. 1 от обыкновенной Qi-системы является то, что вместо исключительного использования нагрузочной модуляции для связи от приемника 105 мощности к передатчику 101 мощности, системы используют отдельную линию связи (в последующем называемую обратной линией связи), которая не использует сигнал передачи мощности, и конкретно не использует либо катушку 103 передатчика, либо катушку 107 приемника для связи, но вместо этого использует отдельные антенны связи (например, реализованные как катушки). В некоторых вариантах осуществления, обратная линия связи может быть реализована посредством связывания (антенны) катушек как слабо связанного трансформатора или может в других вариантах осуществления использовать антенны, которые которые несильно связаны.
В частности, передатчик 101 мощности включает в себя первую антенну 109 связи, и приемник 105 мощности содержит вторую антенну 111 связи, которые используются для создания линий радиочастотной связи, которые не используют сигнал передачи мощности, катушку 103 передатчика мощности или катушку 107 приемника мощности.
Прямая линия связи таким образом обеспечивает линию от передатчика 101 мощности к приемнику 105 мощности, обратная линия связи таким образом обеспечивает линию от приемника 105 мощности к передатчику 101 мощности. Линии используют подход связи, который не полагается или не использует передающую катушку 103, принимающую 107 катушку, или фактически сигнал передачи мощности. Наоборот, в большинстве вариантов осуществления, прямая и обратная линии связи полностью не зависят от сигнала передачи мощности и могут не подвергаться каким-либо динамическим изменениям в его характеристиках. В частности, прямая линия связи и обратная линия связи по существу отвязаны от вариаций нагрузки приемника 105 мощности. Соответственно, прямая и обратная линии связи могут обеспечить улучшенную связь между передатчиком 101 мощности и приемником 105 мощности, и могут в частности обеспечить более надежную связь в ситуациях, когда нагрузка приемника 105 мощности является переменной нагрузкой.
Фактически, для того, чтобы предотвратить помехи на связь из-за изменений в сигнале передачи мощности, может быть использована линия связи, которая физически отвязана насколько возможно от канала мощности. Например, радиочастотный сигнал с частотой, которая гораздо больше, чем частота сигнала мощности вместе с антеннами, спроектированными конкретно для этой высокой частоты, будет обеспечивать достаточное отсутствие связывания между сигналом мощности и прямой и обратной линиями связи. Дополнительные преимущества отдельной линии связи (и особенно использования более высокой несущей частоты) включают в себя, что канал связи может поддерживать более высокие скорости передачи данных и может переносить больше избыточной информации, которая может быть использована для увеличения надежности (например, посредством использования кодирования с коррекцией ошибок).
Однако использование линии связи, которая не зависит от сигнала передачи мощности, может также иметь некоторые недостатки. В частности, связь посредством нагрузочной модуляции сигнала мощности по своей природе имеет тенденцию к гарантии того, что передаваемые данные находятся между корректным приемником 105 мощности и передатчиком 101 мощности, т.е. передатчик 101 мощности может надежно предположить, что принятые данные могут быть использованы для управления операцией передачи мощности. Однако изобретатели поняли, что когда используется отдельная обратная линия связи, независимая от сигнала передачи мощности, есть риск, что данные, переданные из приемника 105 мощности, могут быть не приняты передатчиком 101 мощности, который доставляет мощность в приемник 105 мощности. Также, есть риск, что данные могут быть приняты другим передатчиком мощности, тем, который не доставляет мощность в приемник 105 мощности. Аналогично, есть риск, что данные, принятые передатчиком 101 мощности, могут не исходить из ожидаемого приемника 105 мощности, но могут, например, исходить из другого приемника мощности.
Таким же образом есть риск, что данные, переданные по прямой линии связи, могут быть приняты другими приемниками мощности, или что данные, которые приняты приемником 105 мощности, являются данными от другого передатчика 101 мощности.
Данная проблема может быть особенно существенной для ситуаций, когда множество передатчиков мощности располагаются в пределах ограниченной области и может иметь место одновременная передача мощности на множество приемников мощности.
Данная проблема может также быть особенно существенной для передатчиков мощности, которые включают в себя множество передающих катушек и которые способны одновременно поддерживать множество передач мощности.
Например, использование отдельной линии радиочастотной связи для обратной линии связи обычно не требует, чтобы приемник 105 мощности располагался корректно для связи, которая должна быть осуществлена, как было бы в случае для нагрузочной модуляции сигнала передачи мощности. Конкретно, тот факт, что успешная связь возможна с использованием отдельной обратной линии связи, обычно не будет гарантировать, что принимающая 107 катушка располагается достаточно близко к передающей катушке 103. Если приемник мощности управляет передатчиком мощности по такому каналу связи, система может вследствие этого быть не уверена, что принимающая катушка располагается достаточно близко к передающей катушке (и таким образом связывание между принимающей катушкой и передающей катушкой может быть очень слабым). Возможно, что приемник мощности продолжает запрашивать повышение обеспечения мощностью у передатчика мощности, пока предоставляемая мощность не станет достаточно высокой для приемника мощности для приема достаточной мощности, даже при неэффективной связи по току. Однако это может требовать наведения очень сильного магнитного поля, и это может привести к неожиданному и нежелательному подверганию пользователя или металлических предметов воздействию магнитного поля, сгенерированного передатчиком мощности.
Передатчик мощности и приемник мощности могут включать в себя дополнительную функциональность для верификации и проверки положения приемника мощности, но такая дополнительная функциональность обычно будет добавлять сложность и стоимость.
В качестве другого примера, одновременное использование многочисленных устройств с отдельными приемниками мощности может привести к ситуации, когда первый приемник мощности, связанный с первым передатчиком мощности, создает помехи второму приемнику мощности, связанному со вторым передатчиком мощности. Данные управления из первого приемника мощности могут быть подхвачены вторым передатчиком мощности, и наоборот. В результате, вторым передатчиком мощности можно управлять посредством данных управления, принятых от первого приемника мощности, в то же время предоставляя мощность во второй приемник мощности (и аналогично для первого передатчика мощности). Это может привести к управлению вторым передатчиком мощности для генерирования сильного магнитного поля, которое не подходит для второго приемника мощности. Например, если первый приемник мощности обнаруживает, что уровень сигнала мощности должен быть увеличен, он может запросить повышение обеспечения мощностью. Однако этот запрос может быть принят вторым передатчиком мощности вместо первого передатчика мощности, и это тогда приведет к увеличению мощности передатчика мощности вторым передатчиком мощности, несмотря на то, что второму приемнику мощности не требуется более высокая мощность. Фактически, первый приемник мощности будет все еще обнаруживать, что уровень сигнала мощности слишком низкий (так как он не изменился), и он будет продолжать запрашивать повышения обеспечения мощностью. Таким образом, второй передатчик мощности продолжит увеличивать уровень мощности. Это постоянное повышение обеспечения мощностью приведет к повреждению, чрезмерному генерированию тепла, и в общем к нежелательной и даже потенциально небезопасной ситуации для второго приемника мощности и ассоциированного устройства.
В качестве конкретного примерного сценария, чтобы проиллюстрировать данную проблему, пользователь может поставить обеспечиваемый мощностью беспроводным образом чайник сверху первого передатчика мощности. Первый передатчик мощности может обнаружить, что предмет помещен на его интерфейс передачи мощности, и он может подать сигнал передачи мощности с низкой мощностью в чайник, для того, чтобы запустить его электронику. Чайник затем отправляет информацию по радиочастотной обратной линии связи на передатчик мощности, для того, чтобы инициировать и управлять передатчиком мощности для обеспечения мощностью. Спустя некоторое время, пользователь может решить поставить обеспечиваемую мощностью беспроводным образом сковороду на первый передатчик мощности, и соответственно он может переместить чайник на второй передатчик мощности вблизи первого передатчика мощности. Второй передатчик мощности обнаруживает чайник и будет под управлением чайника передавать мощность на чайник. Первый передатчик мощности может обнаружить сковороду, но все равно будет принимать данные управления от чайника. Первый передатчик мощности будет вследствие этого подавать мощность на сковороду, но сигнал мощности будет управляться чайником. Это может привести к неожидаемому нагреванию сковороды и потере способности сковороды управлять передачей мощности. Пользователь обычно не будет осведомлен о данной ситуации и может, например, дотронуться до сковороды, которая может быть некстати горячей.
Данная проблема может быть особенно свойственна сценариям, когда множество передатчиков мощности располагаются в пределах небольшой области с возможностью одновременной передачи мощности на множество приемников мощности. К тому же, она может быть особенно свойственна сценариям, когда передатчик мощности содержит множество передающих катушек. Например, как проиллюстрировано на Фиг. 2, передатчик мощности может содержать контроллер мощности PCU, который управляет множеством передающих элементов ТЕ, причем каждый содержит передающую катушку. В тоже время, отдельный блок связи CU может принимать данные из отдельной радиочастотной обратной линии связи. В таком сценарии, первый приемник мощности может быть расположен на первом из передающих элементов/катушек ТЕ. Например, первое устройство может быть расположено на решетке передающих катушек, и может начаться передача мощности на первое устройство. Первое устройство может передавать данные управления обратно на передатчик мощности с использованием радиочастотной обратной линии связи, и сигнал мощности первой передающей катушки ТЕ может быть скомпонован соответственно. Пользователь может теперь пожелать зарядить второе устройство. Он может переместить первое устройство немного к одной стороне для того, чтобы освободить место для второго устройства, что может привести к тому, что теперь первое устройство располагается над другой передающей катушкой, такой как, например, над соседней передающей катушкой. Однако это может быть не обнаружено системой, и фактически обратная линия связи от первого устройства будет все еще работать. Первое устройство будет запрашивать увеличение мощности для компенсации слабого связывания, приводя к потенциальному генерированию очень сильного магнитного поля первой передающей катушкой. Фактически, во многих сценариях, второе устройство может потенциально быть расположено сверху первой передающей катушки, и оно будет впоследствии испытывать сильное магнитное поле без каких-либо шансов его ослабить. Таким образом, управление передачей мощности может быть эффективно потеряно, и фактически в некоторых сценариях передача мощности для одного мобильного устройства может управляться другим и наоборот.
Система по Фиг. 1 может содержать функциональность, которая может разрешить и уменьшить риск возникновения таких сценариев. Конкретно, система может обнаружить, доступен ли для каждого передатчика 101 мощности (или возможно приемника 105 мощности) более, чем один потенциальный кандидат для связи. Если так, есть потенциальный риск установления линии связи другим объектом, чем ожидается, и конкретно есть потенциальный риск, что передатчик 101 мощности может осуществлять связь с приемником мощности, который не является приемником мощности, который обеспечивается мощностью передатчиком 101 мощности. Система использует конкретный подход для обнаружения таких потенциально рискованных ситуаций с помощью подхода, особенно подходящего для передачи мощности.
Данный подход будет сначала описан для сценария, в котором функциональность реализована в передатчике 101 мощности. Фиг. 3 более подробно иллюстрирует элементы передатчика 101 мощности по Фиг. 1 для такого сценария.
Передатчик 101 мощности содержит передающую катушку 103, которая связана с блоком 301 возбуждения, который выполнен с возможностью генерирования сигнала возбуждения передающей катушки 103, и таким образом выполнен с возможностью генерирования сигнала возбуждения, который преобразовывается в сигнал индуктивной передачи мощности. Блок 301 возбуждения выполнен с возможностью генерирования сигнала переменного тока с ожидаемым уровнем мощности, который подается в передающую катушку 103 для генерирования сигнала передачи мощности. Будет понятно, что блок 301 возбуждения может содержать подходящую функциональность для генерирования сигнала возбуждения как будет известно специалисту в данной области техники. Например, блок 301 возбуждения может содержать инвертор для преобразования сигнала блока питания постоянного тока в сигнал переменного тока подходящей частоты (обычно около 20-200 кГц) для передачи мощности. Также будет понятно, что блок 301 возбуждения может содержать подходящую функциональность управления для оперирования разными фазами системы передачи мощности. Во многих случаях, блок 301 возбуждения будет содержать один или более конденсаторов, для того, чтобы реализовать резонансный контур с катушкой 103 передачи мощности для выбранной частоты.
Блок 301 возбуждения связан с контроллером 303 передатчика мощности, который выполнен с возможностью управления различными эксплуатационными аспектами передатчика мощности. Конкретно, контроллер 303 передатчика мощности может инициировать различные эксплуатационные процедуры и управлять тем, в каком режиме функционирования функционирует передатчик 101 мощности. Например, контроллер 303 передатчика мощности может управлять передатчиком 101 мощности для прекращения фазы передачи мощности, для функционирования с уменьшенной мощностью во время фазы передачи мощности, для инициирования обнаружения коллизий или обнаружения постороннего предмета и т.д.
Передатчик 101 мощности, кроме того, содержит первый блок 305 связи, который выполнен с возможностью осуществления связи с приемником 105 мощности. Конкретно, первый блок 305 связи может передавать данные на приемник 105 мощности по прямой линии связи и принимать данные от приемника 105 мощности по обратной линии связи. Линии связи являются линиями радиочастотной связи ближнего действия, и соответственно передатчик 101 мощности содержит антенну 109 связи, связанную с первым блоком 305 связи.
Система может поддерживать передачу сообщений от передатчика 101 мощности к приемнику 105 мощности, и в частности обеспечивает передатчику 101 мощности возможность передачи данных приемнику 105 мощности. Также, связь от приемника 105 мощности к передатчику 101 мощности может использовать радиочастотную линию связи для обеспечения расширенной связи, которая не ограничена низкой скоростью передачи данных для связи посредством нагрузочной модуляции.
В частности, система по Фиг. 1 использует вторую линию связи, которая не зависит от сигнала передачи мощности в том смысле, что она не затрагивает какую-либо модуляцию сигнала передачи мощности или не использует сигнал передачи мощности в качестве несущего.
Линия связи линией связи ближнего действия с дальностью не более чем 30 см. Таким образом, связь гарантируется только до расстояния 30 см. В некоторых вариантах осуществления, дальность составляет не больше чем 20 или даже 10 см. Фактически, во многих вариантах осуществления, обычные дальности связи могут находиться в окрестностях нескольких сантиметров.
Хотя линия связи предназначена быть полностью независимой от линии мощности, сигнал мощности будет на практике иметь тенденцию к созданию помех для линии/сигнала связи из-за близости и большой интенсивности сигнала. Особенно, если для линии связи используются планарные катушки, напряжения будут иметь тенденцию к наводке в катушках связи из-за связывания катушек связи с катушками мощности. Чтобы ослабить эти помехи, связь может иметь место во временных интервалах, в которых уровень сигнала мощности уменьшен, или сигнал мощности отключен, как будет подробно описано позднее.
-3
Дальностью связи может быть максимальное расстояние между антеннами, которые обеспечивают возможность надежной связи. Может считаться, что надежная связь требует, чтобы частота появления ошибок была ниже пороговой величины, такой как, например, частота битовых ошибок (канала или информации) меньше чем 10.
В конкретном примере, первый блок 305 связи является блоком NFC-связи, и таким образом линии связи являются линиями NFC-связи. Антенной 109 может конкретно быть планарная катушка NFC.
Первый блок 305 связи может таким образом обмениваться сообщениями данных с приемником 105 мощности с использованием связи ближнего действия, и конкретно, с использованием NFC-связи. Дальность связь ограничена не более чем до 30 см и во многих вариантах осуществления до не более чем до 20 или 10 см. Обычные линии связи могут превышать расстояния только на несколько сантиметров.
Использование линии связи ближнего действия, такой как NFC, гарантирует, что хотя используется отдельная линия связи, независимая от сигнала передачи мощности, есть гарантированная геометрическая взаимосвязь между передатчиком 101 мощности и приемником 105 мощности, и конкретно может гарантироваться, что передатчик 101 мощности и приемник 105 мощности находятся относительно близко друг к другу.
Первый блок 305 связи может передавать сообщения данных на приемник 105 мощности по линии NFC-связи или может принимать сообщения данных от приемника 105 мощности по линии NFC-связи. Конкретно, первый блок 305 связи может передавать прямое сообщение на приемник 105 мощности по линии NFC-связи, при этом ожидается, что приемник 105 мощности отвечает посредством передачи сообщения ответа обратно на передатчик 101 мощности по линии NFC-связи. Сообщение ответа может, например, быть использовано для подтверждения, что обратная линия связи является фактически линией с приемником 105 мощности, который принимает участие в передаче мощности.
В некоторых вариантах осуществления, только одна из прямой и обратной линий связи может быть создана посредством связи ближнего действия (NFC). Например, в некоторых вариантах осуществления, линия связи к приемнику 105 мощности может быть создана с использованием модуляции сигнала передачи мощности, тогда как обратная линия связи создается с использованием NFC-связи. В качестве другого примера, в некоторых вариантах осуществления, линия связи к передатчику 101 мощности может быть создана с использованием нагрузочной модуляции сигнала передачи мощности, тогда как прямая линия связи создается с использованием NFC-связи. В таких вариантах осуществления, может быть все еще создана двунаправленная NFC-связь (чтобы соответствовать NFC-требованиям), но данные, относящиеся к передаче мощности, могут быть переданы только в одном направлении.
Первый блок 305 связи соответственно выполнен с возможностью осуществления связи со вторым блоком связи в приемнике 105 мощности, т.е. в конкретном примере второй блок связи является блоком связи ближнего действия, и конкретно блоком NFC-связи, который может осуществлять связь с первым блоком 305 связи.
Связь выполняется с использованием сигнала связи, которым конкретно может быть радиочастотный электромагнитный сигнал. Сигнал связи является во многих вариантах осуществления модулированным несущим сигналом, который передается от передающей антенны к приемной антенне. В данном примере, сигнал связи является несущим сигналом, передаваемым или принимаемым антенной 109. Сигнал связи может конкретно быть модулированным несущим сигналом, где модуляция может, например, быть амплитудной, фазовой, частотной или нагрузочной.
Передатчик 101 мощности дополнительно содержит опорный процессор 307, который выполнен с возможностью измерения и сохранения опорного значения для характеристики сигнала связи. Для сигнала связи, переданного антенной 109, характеристикой может конкретно быть нагрузка сигнала связи, и таким образом опорным значением может быть значение, указывающее (зависящее от) нагрузку сигнала связи. Для сигнала связи, принятого антенной 109, характеристикой может конкретно быть интенсивность сигнала для сигнала связи, и таким образом опорным значением может быть значение, указывающее (зависящее от) интенсивность сигнала для сигнала связи.
Опорный процессор 307 может конкретно быть выполнен с возможностью измерения опорного значения в заданное время, когда с наибольшей вероятностью считается, что нет других объектов помимо приемника 105 мощности, который воздействует на характеристику сигнала связи. Например, интенсивность сигнала может быть измерена во время, когда известно (или наиболее вероятно), что только второй блок связи генерирует радиочастотный сигнал, или нагрузка может быть измерена, когда известно (или наиболее вероятно), что единственной нагрузкой радиочастотного сигнала является второй блок связи. Измерения могут, например, быть сделаны сразу после или как часть процесса обнаружения, который пытается обнаружить присутствие других объектов помимо приемника 105 мощности. Например, измерение может быть сделано сразу после разрешения/обнаружения коллизии NFC.
Опорный процессор 307 таким образом измеряет и хранит опорное значение для сигнала связи, которое считается/предполагается для отражения ситуации, когда другие объекты не присутствуют в окрестностях антенны 109. Антенна 109 может обычно быть по существу совместно размещена с передающей катушкой 103 (допустим, в пределах 5 см), и таким образом опорное значение отражает сценарий, в котором вблизи передающей катушки 103 не присутствуют другие объекты, как например, обычно в пределах расстояния, соответствующего дальности связи для сигнала связи (например, в пределах, допустим, 10 см или более). Конкретно, опорное значение может таким образом отражать характеристику сигнала связи во время, когда не присутствуют другие добавочные блоки связи (в пределах дальность связи) помимо второго блока связи и/или не присутствуют посторонние предметы.
Передатчик 101 мощности дополнительно содержит блок 309 контроля, скомпонованный для циклического определения измеренного значения для характеристики сигнала связи, когда передатчик мощности находится в фазе передачи мощности.
Та же характеристика, для которой хранится опорное значение, может таким образом оцениваться циклически во время фазы передачи мощности. Частота генерирования нового измеренного значения может зависеть от предпочтений и требований отдельного варианта осуществления. Значения могут, например, генерироваться регулярно и периодически или могут, например, генерироваться в ответ на конкретные действия или события. Во многих вариантах осуществления, продолжительность между генерированием последовательных значений не превышает 1 секунды, или во многих сценариях наиболее предпочтительно не превышает 500 мс или 250 мс.
Будет понятно, что измеренные значения и опорное значение могут быть определены посредством прямого или косвенного измерений. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, значения могут представлять свойство, которое измеряется прямо, и конкретно, значениями могут просто быть результаты измерений. В других вариантах осуществления, результаты измерений могут быть обработаны для генерирования опорного значения или измеренных значений. Например, измерения мощности могут быть сгенерированы исходя из измерений напряжений и токов, значения интенсивности сигнала могут быть вычислены исходя из измеренных низкочастотных напряжений (например, от пикового или амплитудного детекторов), значения компенсации или другие измерения могут быть включены в генерирование опорных значений или значений измерений и т.д. Также будет понятно, что значения могут быть не напрямую значениями характеристики, а могут быть значениями, которые зависят от характеристики. Таким образом, значения могут указывать значение характеристики. Например, нагрузка сигнала связи может быть отражена посредством измерения расхода тока антенной 109, полного сопротивления связного компонента для антенны 109 или сдвига фазы тока/напряжения антенны 109. В качестве другого примера, интенсивность сигнала принятого сигнала связи может быть отражена посредством напряжения на конденсаторе пикового детектора и т.д. Таким образом, опорными значениями и измеренными значениями могут быть значения любого свойства, которое указывает значение характеристики сигнала связи.
Передатчик 101 мощности дополнительно содержит блок 311 сравнения, который связан с опорным процессором 307 и блоком 309 контроля. Во время фазы передачи мощности, блок 311 сравнения принимает опорное значение и измеренные значения. Для каждого из измеренных значений, блок 311 сравнения приступает к сравнению опорного значения с измеренным значением и оценке, удовлетворяют ли они критерию подобия.
Критерий подобия удовлетворяется, если опорное значение и измеренное значение достаточно похожи в соответствии с данным сравнением измерения. Критерий может отличаться в разных вариантах осуществления. Во многих вариантах осуществления, критерий подобия удовлетворяется, если (абсолютная) разность между измеренным значением и опорным значением находится ниже заданной пороговой величины. Пороговой величиной может быть предварительно определенная пороговая величина, или может быть динамически варьирующаяся пороговая величина, например, зависящая от других свойств или характеристик.
Результаты сравнения измеренных значений с опорным значением подаются в блок 313 инициирования, который связан с блоком 311 сравнения. Конкретно, блоку 313 инициирования может быть подан сигнал, указывающий, удовлетворяет ли отдельное сравнение между измеренным значением и опорным значением критерию подобия или нет.
Блок 313 инициирования связан с контроллером 303 передатчика мощности и может инициировать/запустить контроллер 303 передатчика мощности для выполнения конкретных операций. В частности, блок 313 инициирования может, в зависимости от результата сравнения, посредством блока 311 сравнения, решить, инициировать ли процесс обнаружения объекта или нет. Процесс обнаружения объекта выполнен с возможностью обнаружения, присутствуют ли в пределах заданной дальности процесса обнаружения другие объекты, такие как посторонние предметы или другие приемники мощности (содержащие блоки связи ближнего действия), помимо приемника 105 мощности/устройства, содержащего приемник 105 мощности.
Блок 313 инициирования конкретно выполнен с возможностью запуска процесса обнаружения объекта в ответ на обнаружение, что сравнение показывает, что измеренное значение и опорное значение не удовлетворяют критерию подобия. Например, если измеренное в настоящий момент значение превышает опорное значение более, чем на заданную величину, это может быть обнаружено блоком 311 сравнения, и в ответ блок 313 инициирования может запустить контроллер 303 передатчика мощности для выполнения обнаружения объекта.
Измеренное значение, не удовлетворяющее критерию подобия по отношению к хранящемуся опорному значению, может быть указанием, что в электромагнитной среде произошло изменение. Это изменение может быть в результате присутствия другого объекта, который не присутствовал во время измерения опорного значения. Таким образом, сравнение может указывать, что новый объект вошел в локальную среду.
Например, если сигнал связи генерируется передатчиком 101 мощности, и опорное и измеренные значения указывают нагрузку сигнала связи, изменение нагрузки может быть вызвано присутствием постороннего предмета (такого как металл, в котором наведены вихревые токи) или присутствием другого блока связи (такого как пассивный NFC-приемник, обеспечиваемый мощностью посредством сигнала связи). Это может привести к нежелательным сценариям (например, перегреву постороннего предмета посредством тепла, возникшего в результате наведенных токов, вызванных сигналом передачи мощности, или посредством обмена данными управления передачей мощности, происходящего с приемником мощности, отличным от приемника мощности, задействованного в передаче мощности). Передатчик 101 мощности по Фиг. 3 может соответственно приступить к выполнению обнаружения объекта для определения, присутствует ли такой потенциальный объект. Если так, он может, например, прекратить передачу мощности, чтобы избежать возникновения этих нежелательных сценариев передачи мощности. Таким образом, может быть достигнуто более безопасное и более надежное функционирование.
Аналогично, в случаях, когда сигнал связи не генерируется первым блоком 305 связи, но приемником 105 мощности, может быть осуществлен контроль уровня принятого сигнала. Опорное значение указывает уровень сигнала во время, когда предполагается, что не присутствуют другие блоки связи помимо блока связи предназначенного приемника 105 мощности. Таким образом, опорное значение соответствует уровню принятого сигнала для сигнала, сгенерированного приемником 105 мощности. Однако, если во время передачи мощности, обнаружено, что измеренный уровень принятого сигнала существенно увеличивается, это может быть из-за внесения нового блока связи, передающего сигнал. Например, блок NFC-связи другого приемника мощности может также генерировать сигнал NFC-связи. Это может привести к конфликту между двумя приемниками мощности и может привести к осуществлению передатчиком 101 мощности связи с неверным приемником мощности. Вследствие этого, блок 313 инициирования может прекратить передачу мощности и инициировать процесс обнаружения, определяющий, сколько присутствуют совместимых блоков связи. Таким образом, опять можно избежать нежелательных и потенциально опасных сценариев.
Конкретное преимущество данного подхода в том, что проверка может выполняться непрерывно во время передачи мощности, и таким образом особенно подходит для обнаружения изменений в текущей ситуации, такой как, например, когда пользователь перемещает устройства, содержащие приемники мощности.
Будет понятно, что критерий подобия в дополнение к текущему измеренному значению и опорному значению может также зависеть от других факторов и свойств, включая зависимость от других измеренных значений и как они, например, относятся к опорному значению. Например, критерий подобия может требовать, чтобы два последовательно измеренных значения не отличались от опорного значения более, чем на заданную величину. Если текущее измеренное значение отличается на более, чем эту величину, критерий подобия может все еще считаться удовлетворенным, если ранее измеренное значение, отличающееся менее, чем на данную величину, но нет, если ранее измеренное значение, отличающееся более, чем на данную величину.
Как упомянуто ранее, процессом обнаружения объекта может конкретно быть процесс обнаружения, который пытается идентифицировать, сколько потенциальных кандидатов для связи есть для первого блока 305 связи. Таким образом, как проиллюстрировано на Фиг. 4, передатчик 101 мощности может содержать детектор 401, который выполнен с возможностью выполнения процесса обнаружения объекта посредством обнаружения, присутствует ли (по меньшей мере) третий блок связи. Процесс обнаружения может таким образом обнаружить, присутствуют ли какие-либо другие кандидаты для связи. Если так, возможно, что первый блок 305 связи может принять данные от неверного приемника мощности или передать их на него, и соответственно передатчик 101 мощности может учитываться, чтобы избежать этого во время передачи мощности, например, посредством прекращения передачи мощности.
Процесс обнаружения объекта может конкретно для реализации NFC содержать обнаружение или разрешение коллизий NFC.
Фактически, NFC содержит функциональность для обнаружения числа других NFC-устройств, с которыми заданный блок NFC-связи может быть способен осуществлять связь, т.е. для определения числа потенциальных других блоков NFC-связи в пределах дальности связи.
Используемый точный подход может зависеть от конкретного варианта используемой NFC и того, действует ли первый блок 305 связи в качестве блока инициирования или цели. В терминологии NFC, блоком инициирования является блок связи, который инициирует установление новой линии NFC-связи, и целью является блок связи, который отвечает на эту инициацию. Роли блока инициирования и цели сохраняются в течение продолжительности связи, но могут варьироваться для разных линий связи. Конкретно, многие блоки NFC-связи способны функционировать и как блок инициирования, и как цель.
Конкретное обнаружение коллизий может также зависеть от того, функционирует ли связь в активном режиме, в котором блок NFC-связи, который в настоящий момент передает данные, также генерирует несущий сигнал (в этом режиме оба блока NFC-связи используют амплитудную модуляцию локально сгенерированного несущего сигнала), или в пассивном режиме, в котором только блок инициирования генерирует несущий сигнал, который может быть подвергнут амплитудной модуляции, когда блок инициирования передает данные, и нагрузочной модуляции, когда цель передает данные.
Активность по разрешению коллизий и предотвращение радиочастотных коллизий могут быть выполнены в соответствии со стандартом NFC (ссылка, например, ISO/IEC 18092: Информационная технология - Телекоммуникационный и информационный обмен между системами - Связь ближнего поля - Интерфейс и протокол (NFCIP-1), Второе издание, 15 марта 2013).
Конкретно, в пассивном режиме, процесс обнаружения объекта может быть выполнен как активность по разрешению коллизий. После выполнения этой активности согласно стандарту NFC, блок инициирования получил знание о числе целей, с которыми может быть осуществлена связь. Однако, после выполнения активности по разрешению коллизий, блок инициирования имеет только возможность обнаружения целей, которые осуществляют связь с использованием такой же технологии NFC (т.е. NFC-A, NFC-B или NFC-F) как блок инициирования. Таким образом, быстрый процесс обнаружения для обнаружения, присутствуют ли какие-либо новые предметы/NFC-цели, улучшит безопасность системы.
Конкретно, в активном режиме, блок инициирования имеет возможность осуществления связи только с одной целью. В этом случае, блок инициирования и/или цель могут выполнить предотвращение радиочастотных коллизий согласно стандарту NFC в качестве процесса обнаружения объекта. Предотвращение радиочастотных коллизий является процессом, где блок инициирования (или цель) проверяет, генерируется ли другое радиочастотное поле. Он не будет генерировать свое собственное радиочастотное поле до тех пор пока обнаруживается другое радиочастотное поле. Таким образом, может быть обнаружено радиочастотное поле второго приемника мощности (или второго передатчика мощности), содержащего активное NFC-устройство, и которое не является частью передачи мощности между первым передатчиком мощности и первым приемником мощности. Этот процесс, однако, не обнаруживает пассивные NFC-устройства. Таким образом, быстрый процесс обнаружения для обнаружения, присутствуют ли какие-либо новые предметы/пассивные NFC-устройства, улучшит безопасность системы. Способ предотвращения радиочастотных коллизий также применяется к NFC-устройствам в пассивном режиме.
Таким образом, детектор 401 может таким образом обнаружить, присутствуют ли другие блоки связи, которые являются потенциальными кандидатами для связи для первого блока 305 связи, или нет. Конкретно, может быть обнаружено, присутствуют ли другие блоки NFC-связи, с которыми первый блок 305 связи может потенциально осуществлять связь. Если так, есть риск, что передатчик 101 мощности может передать данные, которые будут приняты этим другим блоком связи, и это может привести к потенциально ошибочной операции. Аналогично, есть риск, что данные, переданные из этого другого блока связи могут быть приняты первым блоком 305 связи и могут считаться возникшими из второго блока связи, т.е. из приемника 105 мощности. Таким образом, операция передачи мощности может быть искажена присутствием другого блока связи. Например, сообщения об ошибке управления мощностью от другого приемника мощности могут считаться возникшими из приемника 105 мощности, который обеспечивается мощностью, и таким образом могут привести к заданию неверных уровней мощности для сигнала передачи мощности.
Соответственно, если детектор 401 обнаруживает присутствие другого блока связи, вместо второго блока связи (т.е. блока связи приемника 105 мощности), то он может указать это контроллеру 303 передатчика мощности. В ответ, контроллер 303 передатчика мощности может приступить к препятствованию операции передачи мощности. Конкретно, контроллер 303 передатчика мощности может уменьшить уровень мощности до уровня, который по сути считается безопасным. Например, сигнал передачи мощности может быть задан в фиксированное значение мощности, которое считается достаточным для многих операций передачи мощности, еще достаточно низким, чтобы считалось невозможным привести к перегреву и т.д. В качестве другого примера, контроллер 303 передатчика мощности может в ответ на обнаружение другого блока связи приступить к полному прекращению передачи мощности.
Контроллер 303 передатчика мощности может кроме того сгенерировать предупреждение пользователя, которое может предупредить пользователя, тем самым обеспечивая пользователю возможность исправления ситуации, например, посредством удаления близкого устройства, содержащего приемник мощности.
Будет понятно, что в некоторых вариантах осуществления, передатчик 101 мощности может приступить к ограничению уровня мощности сигнала передачи мощности (например, посредством ограничения максимальной мощности или посредством прекращения передачи мощности/выхода из фазы передачи мощности), когда обнаружен другой объект (например, другой блок связи), т.е. вслед за обнаружением объекта. Однако, в некоторых вариантах осуществления, ограничение мощности может быть выполнено до процесса обнаружения объекта, и может конкретно быть уже выполнено, когда блок 311 сравнения обнаруживает, что критерий подобия не удовлетворен. В зависимости от конечного результата процесса обнаружения объекта, передатчик 101 мощности может затем решить, входить снова или нет в фазу передачи мощности.
В некоторых вариантах осуществления, обнаружение объекта может в качестве альтернативы или дополнительно включать в себя обнаружение постороннего предмета. Фактически, во многих сценариях, присутствие предмета, который может не быть (или не содержать) блоком связи, может все равно оказывать воздействие на сигнал связи. Например, если проводящий элемент, такой как металлическое кольцо или ключ, помещен близко к антенне связи (и особенно к катушке связи, которая обычно используется для, например, NFC-связи), сигнал связи может навести токи в элементе. Это может привести к изменению нагрузки сгенерированного сигнала связи по отношению к сценарию, где такой предмет не присутствует. Опорное значение представляет сценарий, где другие объекты не присутствуют, и обнаружение изменения в измеренных значениях относительно опорного сигнала, может быть вызвано расположением постороннего предмета близко к передатчику мощности.
Соответственно, в некоторых вариантах осуществления, определение, что опорное значение и измеренное значение не удовлетворяют критерию подобия, может предписывать блоку 315 инициирования инициировать обнаружение объекта, которое является (или включает в себя) обнаружением постороннего предмета. Обнаружением постороннего предмета может конкретно быть обнаружение паразитной потери мощности (например, обнаружение, превышает ли мощность, извлеченная и сигнала передачи мощности, оцененное потребление мощности приемника мощности на более, чем заданный уровень).
Конкретно, передатчик 101 мощности может оценить паразитную потерю мощности (т.е. разность между мощностью, предоставляемой сигналу мощности передатчиком 101 мощности, и мощностью, потребляемой приемником 105 мощности). Если она превышает заданный уровень, считается, что это скорее всего из-за присутствия постороннего предмета, и соответственно передатчик 101 мощности может приступить к прекращению передачи мощности.
В стандарте Qi передачи мощности, приемник мощности оценивает свою принятую мощность, например, посредством измерения выпрямленного напряжения и тока, их умножения и прибавления оценки внешних потерь мощности в приемнике мощности (например, потерь выпрямителя, принимающей катушки, металлических частей, являющихся частью приемника и т.д.). Приемник мощности сообщает о принятой мощности передатчику мощности с минимальной частотой, например, каждые четыре секунды.
Передатчик мощности оценивает свою переданную мощность, например посредством измерения входного напряжения постоянного тока и тока инвертора, их умножения, и корректировки результата посредством вычитания оценки внешних потерь мощности в передатчике, таких как, например, оцененная потеря мощности в инверторе, первичной катушке и металлических частях, которые являются частью передатчика мощности.
Передатчик 101 мощности может оценить потерю мощности посредством вычитания сообщенной принятой мощности из переданной мощности. Если итоговая оценка паразитных потерь мощности превышает пороговую величину обнаружения, передатчик 101 мощности предположит, что слишком много мощности рассеивается в постороннем предмете, и он может затем приступить к прекращению передачи мощности.
Конкретно, передача мощности прекращается, когда оценка паразитных потерь мощности PT - PR больше, чем пороговая величина, где PT является оценкой передаваемой мощности, и PR является оценкой принимаемой мощности.
Измерения могут быть синхронизированы между приемником мощности и передатчиком мощности. Для того, чтобы достигнуть этого, приемник мощности может передать параметры временного окна передатчику мощности во время конфигурации. Это временное окно указывает период, в котором приемник мощности определяет среднюю величину принятой мощности. Временное окно задается относительно опорного времени, которое является временем, когда первый бит принятого пакета мощности передается из приемника мощности на передатчик мощности. Параметры конфигурации для этого временного окна состоят из продолжительности окна и начального времени относительно опорного времени.
При выполнении обнаружения постороннего предмета с использованием этого обнаружения потери мощности, важно, чтобы потеря мощности определялась с достаточной точностью, чтобы гарантировать, что присутствие постороннего предмета обнаружено.
Во-первых, должно быть гарантировано, что обнаружен посторонний предмет, который поглощает значительную мощность из магнитного поля. Для того, чтобы гарантировать это, любая ошибка при оценке потери мощности, вычисленной из переданной и принятой мощности, должна быть меньше, чем допустимый уровень для поглощения мощности в постороннем предмете. Аналогично, для того, чтобы избежать ложных обнаружений, точность вычисления потери мощности должна быть достаточно точной, чтобы не привести к значениям оцененных потерь мощности, которые слишком высоки, когда посторонний предмет не присутствует.
По существу гораздо сложнее достаточно точно определить оценки переданной и принятой мощность при более высоких уровнях мощности, чем для более низких уровней мощности. Например, предполагается, что неопределенность оценок переданной и принятой мощности составляет ±3%, это может привести к ошибке
- ±150 мВт при 5 Вт переданной и принятой мощности, и
- ±1,5 Вт при 50 Вт переданной и принятой мощности.
Таким образом, тогда как такая точность может быть допустимой для операции передачи низкой мощности, она не допустима для операции передачи высокой мощности.
Обычно, требуется, чтобы передатчик мощности должен был быть способен обнаруживать потребление мощности посторонних предметов только в 350 мВт или даже ниже. Это требует очень точной оценки принятой мощности и переданной мощности. Это особенно сложно при высоких уровнях мощности, и часто для приемников мощности сложно сгенерировать оценки, которые являются достаточно точными. Однако, если приемник мощности переоценивает принятую мощность, это может привести к необнаружению потребления мощности посторонними предметами. Напротив, если приемник мощности недооценивает принятую мощность, это может привести к ложным обнаружениям, когда передатчик мощности прекращает передачу мощности несмотря на присутствие посторонних предметов.
В системе по Фиг. 1, точность может быть улучшена посредством обнаружения постороннего предмета, выполняемого передатчиком 101 мощности, выполненного с использованием конкретных условий испытания. Например, в ответ на обнаружение того, что текущее измеренное значение отличается от опорного значения на более, чем заданную пороговую величину, передатчик 101 мощности перед началом обнаружения объекта приступает к прекращению передачи мощности. Он может затем дать команду приемнику 105 мощности отсоединить нагрузку (если возможно) и задать заданный (безопасный) уровень сигнала мощности. В некоторых вариантах осуществления, это может уменьшить мощность, потребляемую приемником 105 мощности, до незначительных уровней, и передатчик 101 мощности может просто измерить потребляемую мощность и сравнить ее с пороговой величиной. Если потребляемая мощность превышает пороговую величину, это вероятно из-за присутствия постороннего предмета, и передатчик 101 мощности может продолжить функционирование соответствующим образом, например, посредством генерирования предупреждения пользователя. Так как обнаружение может быть выполнено с низкой мощностью (и таким образом для больших продолжительностей) и с отсоединенной нагрузкой, может быть выполнено более точное обнаружение паразитных потерь мощности/постороннего предмета.
В некоторых вариантах осуществления, потребляемая энергия из-за присутствия приемника 105 мощности может быть незначительной. Однако, во многих таких вариантах осуществления, может быть возможно оценить потребляемую энергию во время условий испытания с достаточной точностью, например, на основе первоначального знания или калибровки, выполненной когда посторонние предметы не присутствуют (например, как подтверждено посредством пользовательского ввода). Анализ потребляемой мощности может затем быть компенсирован для мощности, которая потребляется приемником 105 мощности, например, посредством уменьшения измеренного расхода мощности или посредством увеличения пороговой величины обнаружения.
В некоторых вариантах осуществления, некоторая или вся из описанной функциональности может в качестве альтернативы или дополнительно содержаться в приемнике 105 мощности. Пример этого проиллюстрирован на Фиг. 5, где на соответствующие функциональные блоки ссылаются посредством таких же ссылочных обозначений как на Фиг. 3 и 1 соответственно.
В данном примере, приемник 105 мощности содержит контроллер 501 передачи мощности, который связан с принимающей катушкой 107 и который принимает сигнал передачи мощности. Контроллер 501 передачи мощности дополнительно связан с нагрузкой 503 и способен принимать сигнал передачи мощности и генерировать подходящий сигнал блока питания для нагрузки 503. Контроллер 501 передачи мощности может, например, содержать (полный мостовой) выпрямитель, сглаживающую схему, и схему управления напряжением или мощностью, как будет хорошо известно специалистам. Во многих случаях, приемник мощности содержит один или более конденсаторов для реализации резонансного контура с катушкой 107 приемника для выбранной частоты.
Контроллер 501 передачи мощности, кроме того, способен управлять приемником 105 мощности и конкретно поддерживать функционирование функции передачи, включающее в себя поддержку разных фаз Qi-передачи мощности.
В данном примере, приемник 105 мощности дополнительно содержит второй блок 505 связи, который соответствует первому блоку 305 связи передатчика 101 мощности. Конкретно, второй блок 505 связи может быть вторым блоком связи, с которым первый блок 305 связи осуществляет связь (однако, будет понятно, что термины "первый" и "второй" являются взаимозаменяемыми, т.е. блок связи приемника 105 мощности может быть обозначен как первый блок связи, и блок связи передатчика мощности может быть обозначен как второй блок связи).
Таким образом, в данном примере, второй блок 505 связи является блоком связи ближнего действия. Конкретно, второй блок 505 связи может передавать данные передатчику 101 мощности по обратной линии связи и принимать данные от передатчика 101 мощности по прямой линии связи. Линии связи являются линиями радиочастотной связи ближнего действия и соответственно приемник 105 мощности также содержит антенну 111, связанную со вторым блоком 505 связи.
В конкретном примере, второй блок 505 связи является блоком NFC-связи, и таким образом линии связи являются линиями NFC-связи. Антенной 111 может конкретно быть планарная катушка NFC.
Второй блок 505 связи может таким образом обмениваться сообщениями данных с передатчиком 101 мощности с использованием связи ближнего действия, и конкретно, с использованием NFC-связи. Второй блок 505 связи может передавать сообщения данных на передатчик 101 мощности по линии NFC-связи или может принимать сообщения данных от передатчика 101 мощности по линии NFC-связи. Конкретно, второй блок 505 связи может передавать сообщение на передатчик 101 мощности по обратной линии NFC-связи. Передатчик 101 мощности может затем ответить на это сообщение посредством передачи сообщения ответа обратно на передатчик 101 мощности по прямой линии NFC-связи.
В качестве другого примера, передатчик 101 мощности может реализовать блок инициирования NFC, и приемник 105 мощности может реализовать NFC-цель. Блок инициирования NFC (т.е. передатчик 101 мощности) может отправить запрос по прямой линии NFC-связи, и NFC-цель (т.е. приемник 105 мощности) может отправить ответ по обратной линии NFC-связи. Этот ответ может быть, или может включать в себя, подтверждением, что прямая линия NFC-связи является фактически линией к корректному приемнику 105 мощности.
Приемник 105 мощности, кроме того, содержит опорный процессор 307, блок 309 контроля, блок сравнения 311 и блок 313 инициирования, которые эквиваленты ранее описанным компонентам для передатчика 101 мощности.
Таким образом, в данном примере, приемник 105 мощности может измерить и сохранить опорное значение для сигнала связи, обычно такое как указание интенсивности сигнала для радиочастотного сигнала связи, не сгенерированного приемником 105 мощности. Измеренные значения во время передачи мощности могут сравниваться с этим опорным значением, и если, например, обнаружено, что измеренный уровень сигнала отличается от опорного уровня более, чем на заданную величину, возможно, что это из-за того, что другой передатчик мощности, осуществляющий связь с использованием NFC, находится близко.
В ответ на такое обнаружение, блок 313 инициирования может указать контроллеру 501 приемника мощности, что возможным вторым передатчиком мощности может быть ближайший. Контроллер 501 приемника мощности может соответственно уменьшить уровень мощности сигнала передачи мощности посредством отправки последовательности запросов понижения мощности или посредством прекращения передачи мощности. Блок 313 инициирования может дополнительно (например, посредством контроллера 501 приемника мощности) инициировать обнаружение объекта, которым оперирует детектор 401.
Во многих вариантах осуществления, обнаружение объекта может быть разрешением коллизии или обнаружением, которое идентифицирует, сколько блоков NFC-связи являются возможными кандидатами для NFC-связи, посредством второго блока 505 связи. Если (и только если) итоговое число равняется одному, приемник 105 мощности может продолжить или повторно начать передачу мощности.
Будет понятно, что в некоторых вариантах осуществления, описанный подход может быть выполнен в передатчике 101 мощности, в других он может быть выполнен в приемнике мощности, и еще других он может быть выполнен (возможно независимо) как в приемнике мощности, так и передатчике мощности.
Нижеследующее описание будет для ясности и краткости сфокусировано на примере функциональности, реализованной (только) в передатчике 101 мощности. Однако будет понятно, что комментарии с необходимыми изменениями применяются в равной степени к другим вариантам осуществления.
Как упоминалось ранее, характеристика, которая используется для сравнения, может быть разной в разных вариантах осуществления.
Во многих вариантах осуществления, передатчик 101 мощности может генерировать передаваемый сигнал. В таких вариантах осуществления, характеристикой может быть нагрузка сигнала связи. Например, когда металлический предмет или другой блок связи располагается очень близко к антенне 109, нагрузка сигнала связи может увеличиться.
Например, для NFC обычно используются антенны планарной катушки. Блок NFC-связи (например, функционирующий в пассивном режиме) может извлекать мощность из сгенерированного сигнала в сценарии, где две катушки эффективно соответствуют слабо связанному трансформатору. Это дополнительное потребление мощности может быть обнаружено. Аналогично, металлический предмет в пределах ближнего поля антенны 109 приведет к наведению вихревых токов, и таким образом увеличенной нагрузке сигнала связи. Такие измененные нагрузки могут быть обнаружены.
В некоторых вариантах осуществления, может быть обнаружено по меньшей мере одно из напряжения, тока и фазы сигнала антенны для антенны связи. Присутствие другого предмета в поле антенны 109 приведет к изменению электромагнитного поля, что снова приведет к изменению тока, напряжения и/или фазы. В некоторых вариантах осуществления, такие изменения относительно опорных значений могут быть обнаружены и использованы, чтобы инициировать обнаружение объекта.
Например, блок 309 контроля и опорный процессор 307 могут измерять амплитуду напряжения на катушке связи и/или тока через катушку связи.
В некоторых вариантах осуществления, передатчик 101 мощности может быть выполнен с возможностью оценки значений полного сопротивления и/или (эквивалентной) индукции антенны связи 109, которая конкретно может быть катушкой. Полное сопротивление и индукция зависят от электромагнитной среды, и изменения в ней могут соответственно быть обнаружены исходя из измерений этих свойств.
В частности, в сценариях, в которых сигнал связи генерируется приемником 105 мощности, передатчик 101 мощности может приступить к измерению и оценке указания интенсивности сигнала для принятого сигнала.
Конкретно, принятое напряжение или ток антенны 109 можно измерить и сравнить с ранее измеренным и сохраненным опорным значением. Если измерения превышают сохраненное опорное значение более, чем на заданную величину, это может указывать, что более, чем один NFC-сигнал принят антенной, и таким образом может указывать, что другой приемник мощности может возможно находиться близко к передатчику 101 мощности.
Как проиллюстрировано на Фиг. 6, в некоторых вариантах осуществления, передатчик 101 мощности может содержать связной компонент 601 между первым блоком 305 связи и антенной 109. Связной компонент 601 может, например, включать в себя функциональность фильтрации, сопоставления полного сопротивления, и усиления. Например, первый блок 305 связи может считаться соответствующим интегральной схеме, реализующей блок NFC-связи, и этот блок может взаимодействовать с антенной 109 через связной компонент, содержащий дискретные компоненты.
В таких вариантах осуществления, измеренные значения и опорное значение могут быть определены на интерфейсе между первым блоком 305 связи и связным компонентом 601, а не на интерфейсе между связным компонентом 601 и антенной 109. Таким образом, измеренные значения могут указывать свойство на интерфейсе между первым блоком 305 связи и связным компонентом 601. Конкретно, свойство может быть свойством, указывающим нагрузку выхода передатчика первого блока 305 связи или интенсивность сигнала на принимающем входе первого блока 305 связи. В частности, может быть использовано свойство сигналов на выходе передатчика или выходе приемника.
В качестве конкретного примера, по меньшей мере может учитываться одно из напряжения, тока и фазы сигнала на принимающем входе первого блока 305 связи. Например, если измеренное напряжение или ток отличается от (и в большинстве вариантов осуществления превышает) опорного напряжения или тока более, чем на заданную величину, может быть инициировано обнаружение объекта.
В качестве альтернативы или дополнительно, может учитываться по меньшей мере одно из напряжения, тока и фазы сигнала на передающем выходе первого блока 305 связи. В качестве другого примера, может быть использовано полное сопротивление входа связного компонента. Как описано ранее, полное сопротивление антенны 109 может изменяться как функция изменений в электромагнитной среде. Изменение полного сопротивления антенны будет обычно также отражаться в изменении полного сопротивления на входе связного компонента 601, и соответственно это значение может быть оценено для того, чтобы обнаружить изменения.
Будет понятно, что в разных вариантах осуществления, опорное значение может быть сгенерировано в разные моменты времени.
Однако, во многих вариантах осуществления, опорный процессор 307 может быть предпочтительным образом выполнен с возможностью измерения и сохранения опорного значения во время инициализация фазы передачи мощности. Конкретно, опорное значение может быть сгенерировано для отражения характеристики во время до начала фазы передачи мощности.
В некоторых вариантах осуществления, инициализация может включать в себя процесс, оценивающий, сколько присутствуют других блоков связи, с которыми первый блок 305 связи может потенциально осуществлять связь. Если число равняется одному, опорный процессор 307 может приступить к генерированию опорного значения на основе текущих характеристик. Это может гарантировать, что опорное значение отражает сценарий, где присутствует только один приемник мощности.
Конкретно, для реализации NFC, инициализация фазы передачи мощности может включать в себя инициализацию NFC-связи. Эта инициализация может снова включать в себя активность в отношении NFC-связи, такую как обнаружение технологии, разрешение коллизий и активацию устройства. Определение опорного значения может в таком сценарии следовать за разрешением коллизий.
Конкретный пример возможной привязки по времени показан на Фиг. 7. Как проиллюстрировано, активность по разрешению коллизий NFC выполняется до начала передачи мощности передатчиком мощности в приемник мощности в фазе передачи мощности. В режиме пассивной связи, эта активность обеспечивает передатчику мощности возможность определения, осуществляет ли он связь и передает ли мощность только одному приемнику мощности или нет. Таким образом, после разрешения коллизии, передатчик мощности знает, присутствуют ли в пределах его дальности связи более, чем один приемник мощности. Если это действительно так, передатчик мощности не будет приступать к фазе передачи мощности и не будет определять опорное значение. Однако, если присутствует только один кандидат для связи, передатчик мощности приступает к определению и сохранению опорного значения, которое затем используется в качестве опорного во время фазы передачи мощности.
Как показано на Фиг. 7, эта задача может быть выполнена сразу после окончания активности по разрешению коллизий и может предпочтительным образом (во многих сценариях) быть завершена до начала передачи мощности передатчиком мощности в фазе передачи мощности.
Во время фазы передачи мощности, сигнал передачи мощности может иметь высокий уровень мощности, и это может потенциально иметь воздействие на измеренные значения. Вследствие этого, во многих вариантах осуществления, предпочтительно для данных условий во время определения измеренных значений совпадать с условиями, когда было определено опорное значение. Таким образом, желательно для условий измерения и среды быть схожими насколько возможно для определений опорного значения и значения измерения.
Это может, например, быть достигнуто посредством определения опорного значения до фазы передачи мощности, но во время временного интервала, в который сигнал передачи мощности предоставляется приемнику мощности. Конкретно, при выполнении измерения, используемого для генерирования опорного значение, передатчик мощности может переключиться на сигнал передачи мощности с уровнем мощности, соответствующим ожидаемому уровню мощности во время фазы передачи мощности.
Такой подход может особенно подходить для сценариев, в которых сигнал передачи мощности имеет относительно постоянный уровень во время фазы передачи мощности, причем вариации в сигнале передачи мощности возникают из-за управления мощностью от приемника мощности.
Однако, в других вариантах осуществления, определение измеренных значений может конкретно быть выполнено во время временных интервалов, где мощность фазы передачи мощности является относительно низкой.
Фактически, в некоторых вариантах осуществления, сигнал передачи мощности может иметь периодически варьирующуюся мощность, и блок 309 контроля может быть выполнен с возможностью синхронизации определений измеренных значений с временными интервалами, в которые мощность сигнала передачи мощности ниже пороговой величины.
В качестве примера, в некоторых вариантах осуществления, передатчик мощности может быть выполнен с возможностью генерирования сигнала передачи мощности исходя из варьирующегося сигнала передачи мощности постоянного тока.
Пример такого блока возбуждения проиллюстрирован на Фиг. 8. Фиг. 9 иллюстрирует примеры форм сигнала для сигналов блока 301 возбуждения.
Блок 301 возбуждения содержит источник 801 питания, который генерирует сигнал источника питания. Источник 801 питания находится конкретно в примере преобразователя переменного тока в постоянный ток, который принимает сигнал переменного тока и генерирует сигнал постоянного тока с варьирующимся уровнем.
В конкретном примере, источник 801 питания принимает синусоидальный сигнал, полученный из электрической сети, с частотой 50Гц или 60Гц (Umains по Фиг. 9). Источник 801 питания выполняет двухполупериодное выпрямление синусоидального сигнала. Таким образом, генерируется сигнал источника питания, соответствующий сигналу Udc_abs по Фиг. 9.
В конкретном примере, источник 801 питания не включают в себя какой-либо сглаживающий конденсатор, и таким образом сигнал источника питания соответствует синусоидальному сигналу с двухполупериодным выпрямлением. Однако, в других вариантах осуществления, источник 801 питания может содержать конденсатор, который сглаживает выпрямленный сигнал, тем самым генерируя сигнал источника питания с меньшим уровнем вариации. Однако, в большинстве вариантов осуществления, конденсатор может быть относительно небольшим, давая в результате сигнал источника питания с уровнем, который варьируется существенно, по меньшей мере для некоторых нагрузок. Например во многих сценариях, пульсация может составлять по меньшей мере 25% или 50% от полной нагрузки.
Таким образом, генерируется сигнал источника питания постоянного тока, который имеет варьирующееся напряжение/амплитуду. Варьирующееся напряжение/амплитуда возникает из-за вариаций уровня переменного тока, и таким образом сигнал источника питания постоянного тока является периодическим сигналом с периодом двойной частоты электрической сети, т.е. с периодом 10 мс для входного сигнала 50 Гц.
Источник 801 питания связан с генератором 803 сигнала передачи мощности, который принимает сигнал источника питания и который из него генерирует сигнал возбуждения для индуктора 103, который связан с генератором 803 сигнала передачи мощности.
Генератор 803 сигнала передачи мощности конкретно содержит частотный преобразователь 805, который выполнен с возможностью генерирования частоты сигнала возбуждения, чтобы она была выше, чем частота сигнала передачи мощности. Частотный преобразователь может увеличить частоту сигнала возбуждения относительно сигнала передачи мощности. Индуктор 103 возбуждается сигналом возбуждения, который имеет существенно более высокую частоту, чем частота сигнала источника питания. Период сигнала источника питания составляет обычно не менее, чем 2,5 мс или даже 5 мс (что соответствует частоте 400 Гц или 200 Гц соответственно). Однако сигнал возбуждения обычно имеет частоту по меньшей мере 20 кГц - 200 кГц. Во время интервалов передачи мощности, сигнал возбуждения может конкретно быть задан как:
d(t)=p(t)·x(t)
где p(t) является сигналом источника питания, и x(t) является сигналом с более высокой частотой, чем p(t), и обычно с гораздо более высокой частотой (например обычно в 100 раз выше или больше). Для того, чтобы уменьшить потери, x(t) является обычно сигналом переменного тока, т.е. имеет среднее значение ноль.
x(t) может, например, быть синусоидой. Однако, в примере по Фиг. 8, x(t) соответствует прямоугольному сигналу. Преобразование частоты в данном примере выполняется посредством переключения операции, а не посредством умножения. Конкретно, частотный преобразователь 805 содержит схему переключения, для которой сигнал источника питания предоставляется как питающее напряжение и которая связывается с индуктором 103 посредством переключающих элементов, что обеспечивает эффект, соответствующий умножению сигнала источника питания и сигнала преобразования частоты x(t).
В системе по Фиг. 8, частотный преобразователь 805 включает в себя схему возбуждения в форме инвертора, который генерирует переменный сигнал из варьирующегося напряжения постоянного тока сигнала источника питания, использующегося в качестве питающего напряжения. Фиг. 10 показывает пример полумостового инвертора. Переключатели S1 и S2 управляются так, чтобы они никогда не закрывались в одно время. Попеременно S1 закрывается, тогда как S2 открывается, и S2 закрывается, тогда как S1 открывается. Переключатели открываются и закрываются с желаемой частотой, тем самым генерируя переменный сигнал на выходе. Фиг. 11 показывает полномостовой инвертор. Переключатели S1 и S2 управляются так, чтобы они никогда не закрывались в одно время. Аналогично, переключатели S3 и S4 управляются так, чтобы они никогда не закрывались в одно время. Попеременно переключатели S1 и S4 закрываются, тогда как S2 и S3 открываются, и затем S2 и S3 закрываются, тогда как S1 и S4 открываются, тем самым создавая прямоугольный сигнал на выходе. Переключатели открываются и закрываются с желаемой частотой.
Итоговый сигнал Uac_HF проиллюстрирован на Фиг. 9. Приложение этого сигнала к передающей катушке 103, который обычно включает в себя резонансный сигнал, даст в результате сигнал Uac_TX по Фиг. 9.
В таком примере, измерения, используемые для генерирования измеренных значений, могут быть синхронизированы с периодическими вариациями амплитуды. Конкретно, измерения могут быть синхронизированы с минимумом периодической вариации мощности/амплитуды. Таким образом, измерения могут быть сделаны во время временных интервалов, в которых амплитуда сигнала передачи мощности ниже заданного уровня. Конкретно, измерения могут быть синхронизированы с переходами через нуль входного питающего напряжения Umains, предоставленного блоку возбуждения.
Более того, измерения могут быть синхронизированы с временными слотами, в которых связь имеет место между передатчиком мощности и приемником мощности.
Это особенно применимо, если временные слоты для связи имеют место во время временных интервалов, в которых амплитуда сигнала мощности является низкой, для того, чтобы уменьшить помехи сигнала мощности на линию связи.
Такой подход может уменьшить воздействие сигнала передачи мощности на генерируемые измеренные значения, и может дать в результате измерения, которые наиболее близко соответствуют измерениям для опорного значения, выполненным до фазы передачи мощности, при этом сигнал передачи мощности отсутствует (или имеет низкую амплитуду). Соответственно, достигается увеличенная точность процесса обнаружения.
Конкретная проблема, которая имеет дело с использованием отдельных сигналов связи, для связи, состоит в том, что они могут часто подвергаться влиянию сигнала передачи мощности. В частности, кроме случаев, когда сигнал связи использует несущую частоту, которая очень отличается от частоты сигнала мощности, близкое присутствие и большая интенсивность сигнала для сигнала передачи мощности с большей вероятностью вызывают значительные помехи на сигнал связи, приводя к увеличенным частотам возникновения ошибок или фактически приводя к нереализуемости надежной связи. В некоторых вариантах осуществления, такие проблемы могут быть решены посредством оперирования сигналом передачи мощности и сигналом связи с использованием мультиплексирования с разделением по времени для того, чтобы отделить два сигнала во временной области. Конкретно, связь может быть осуществлена во время выделенных временных слотов временного кадра, например, с отключением сигнала передачи мощности во время этих выделенных временных слотов.
Конкретно, в некоторых вариантах осуществления, сигнал мощности предоставляется во временном интервале передачи мощности повторяющегося временного кадра сигнала передачи мощности, причем временной кадр сигнала передачи мощности кроме того содержит временной интервал передачи уменьшенной мощности. В таких вариантах осуществления, (NFC) связь не может быть реализована лишь независимо от передачи мощности, но скорее операции могут быть интегрированы и скоординированы друг с другом. Интеграция может быть такой, что передача мощности и NFC-связь функционируют в компоновке синхронизированной и с мультиплексированием с разделением по времени.
Конкретно, передача мощности может быть модифицирована так, чтобы она не была непрерывной передачей мощности, а скорее использовался прерывистый сигнал передачи мощности. Фактически, как передача мощности, так и NFC-связь могут быть скомпонованы для функционирования в соответствии с повторяющимся временным кадром. Повторяющийся временной кадр содержит по меньшей мере один временной интервал, в котором выполняется передача мощности. Этот временной интервал таким образом называется временным интервалом передачи мощности (или временным интервалом для передачи мощности). Каждый временной кадр кроме того содержит по меньшей мере один временной интервал, в котором мощность сигнала передачи мощности уменьшена, и обычно уменьшена по существу до нуля. Этот временной интервал соответственно называется временным интервалом передачи уменьшенной мощности.
Фиг. 12 иллюстрирует пример временной диаграммы для такой системы.
В данном примере, каждый повторяющийся временной кадр содержит один временной интервал передачи мощности и один временной интервал передачи уменьшенной мощности. В данном примере, мощность сигнала передачи мощности уменьшена до нуля во временном интервале передачи уменьшенной мощности. На Фиг. 12 временной интервал передачи мощности называется "окно P", и временные интервалы передачи уменьшенной мощности называются "окно Z".
Будет понятно, что в некоторых вариантах осуществления или сценариях, мощность сигнала передачи мощности не может быть уменьшена до нуля во временных интервалах передачи уменьшенной мощности, но может быть ограничена до более низкого уровня, являющегося уровнем, который ниже, чем максимально возможная мощность сигнала передачи мощности во время временных интервалов передачи мощности, как например, посредством ограничения уровня мощности до уровня мощности, для которого известно, что помехи, наложенные на NFC-связь, являются допустимыми.
В такой системе, NFC-связь осуществляется не только лишь, чтобы отвечать стандарту NFC-связи, но также выполняется для интеграции с операцией передачи мощности, и конкретно NFC-связь выполняется синхронно с временным кадром сигнала передачи мощности, т.е. она синхронизируется с вариациями мощности сигнала передачи мощности.
Конкретно, первый блок 305 связи может быть выполнен с возможностью синхронизации связи ближнего действия (NFC) с временным кадром сигнала передачи мощности, так чтобы связь ближнего действия (NFC) ограничивалась до временных интервалов передачи уменьшенной мощности.
Аналогично, блок связи приемника 105 мощности может быть выполнен с возможностью синхронизации связи ближнего действия (NFC) с временным кадром сигнала передачи мощности, так чтобы связь ближнего действия (NFC) ограничивалась до временных интервалов передачи уменьшенной мощности.
Таким образом, первый и второй блоки 305, 505 связи могут функционировать так, чтобы связь по линии NFC-связи ограничивалась до временных интервалов передачи уменьшенной мощности. Конкретно, передача сообщения данных выполняется только во время временного интервала передачи уменьшенной мощности, и передачи данных не происходят за их пределами (хотя в некоторых вариантах осуществления NFC-передатчик одного из первого и второго блока 305, 405 связи может, например, непрерывно передавать немодулированную несущую, например, для обеспечения мощностью пассивного блока NFC-связи).
Например, NFC-связь может быть осуществлена в пассивном режиме, в котором целью является пассивный объект NFC-связи, который не содержит функциональность для собственного обеспечения мощностью. В пассивном режиме, блок инициирования генерирует радиочастотное поле, и цель обеспечивается мощностью посредством этого поля. Цель отвечает посредством модулирования существующего радиочастотного поля. Как упоминалось ранее, блок инициирования может быть реализован на стороне передатчика мощности или на стороне приемника мощности. Однако, если цель помещена на стороне приемника мощности, цель может быть напрямую обеспечена мощностью от блока инициирования. Это решение может предотвратить реализацию внешнего блока питания (например, батареи) и генерирование несущего сигнала (т.е. локального гетеродина) в приемнике мощности.
В некоторых вариантах осуществления, первый блок 305 связи и второй блок 505 связи скомпонованы для синхронизации передачи сообщения данных с временным интервалом передачи уменьшенной мощности. Аналогично, в некоторых вариантах осуществления, первый блок 305 связи и второй блок 505 связи скомпонованы для синхронизации приема сообщения данных с временным интервалом передачи уменьшенной мощности. Это может гарантировать, что могут быть приняты только сообщения данных, переданные в корректные временные интервалы. Это может быть использовано для уменьшения мощности и/или для дополнительного уменьшения риска приема сообщений данных от других источников вместо предназначенного приемника 105 мощности.
В большинстве вариантов осуществления, продолжительность временного интервала передачи мощности (или объединенная продолжительность временных интервалов передачи мощности в случае, где есть более, чем один) в пределах каждого временного кадра больше, чем временной интервал передачи уменьшенной мощности (или объединенная продолжительность временных интервалов передачи уменьшенной мощности в случае, где есть более, чем один) в пределах каждого временного кадра. Во многих вариантах осуществления, она по меньшей мере в 2, 3, 5 или даже 10 раз больше. В вариантах осуществления, в которых каждый временной кадр содержит только один временной интервал передачи мощности и один временной интервал передачи уменьшенной мощности, рабочий цикл (для временного интервала передачи уменьшенной мощности) составляет обычно не более чем 20%, 10% или даже 5%.
Это обычно может быть предпочтительным посредством предоставления достаточного времени для создания канала связи с достаточной пропускной способностью без недопустимого воздействия на передачу мощности.
Привязка по времени временного кадра обычно будет легко доступна в передатчике 101 мощности, так как та же временная развертка, которая используется для управления (например, пропускания) сигналом передачи мощности, может быть предоставлена первому блоку 305 связи. В приемнике 105 мощности, привязка по времени может быть получена из самого сигнала передачи мощности посредством обнаружения переходов между временными интервалами передачи мощности и временными интервалами передачи уменьшенной мощности на основе вариаций уровня мощности (например, с использованием триггерной схемы Шмидта). Например, первый контур фазовой синхронизации может быть может основываться на переходах заднего фронта (т.е. от временного интервала передачи мощности к временному интервалу передачи уменьшенной мощности), чтобы сгенерировать сигнал временной развертки, синхронизированный с переходами от временных интервалов передачи мощности к временным интервалам передачи уменьшенной мощности. Второй контур фазовой синхронизации может основываться на переходах переднего фронта (т.е. от временных интервалов передачи уменьшенной мощности к временным интервалам передачи мощности), чтобы сгенерировать сигнал временной развертки, синхронизированный с переходами от временных интервалов передачи уменьшенной мощности к временным интервалам передачи мощности. Затем два сгенерированных сигнала могут иметь рабочий цикл, например, 50%, и сигнал временной развертки, сгенерированный с обоими переходами, может быть сгенерирован посредством двух сгенерированных сигналов (с использованием, например, функции "ИЛИ" или "И").
Фиг. 12 дополнительно иллюстрирует пример синхронизированной NFC-связи. В данном примере, блок инициирования (которым в разных вариантах осуществления и сценариях может быть либо передатчик мощности, либо приемник мощности) передает сообщение данных в первом временном интервале передачи уменьшенной мощности. Цель (которой в разных вариантах осуществления и сценариях может быть либо приемник мощности, либо передатчик мощности) принимает сообщение данных в первом временном интервале передачи уменьшенной мощности. В последовательном временном интервале передачи уменьшенной мощности, цель отвечает посредством передачи сообщения ответа блоку инициирования.
Таким образом, в данном примере, блоки 305, 505 связи скомпонованы для ответа сообщением данных, где ответ передается в последовательном временном интервале передачи уменьшенной мощности на тот, в котором принято сообщение данных.
Таким образом, в данном примере, каждый временной интервал передачи уменьшенной мощности обеспечивает связь в одном направлении. Вслед за передачей сообщения данных в одном направлении, принимающая часть передает сообщение ответа в следующем временном интервале передачи уменьшенной мощности.
В результате рабочего времени активности по обмену данными, мультиплексированного с передачей мощности, доступное время для передачи сообщений данных ограничивается. Это может уменьшить величину данных, которые могут быть переданы, и конкретно величину данных, которые могут быть переданы в пределах одного временного интервала передачи уменьшенной мощности. Передача только в одном направлении в каждом временном интервале может зачастую обеспечить более эффективную связь с меньшими издержками, тем самым обеспечивая возможность более высокой общей скорости передачи данных.
Однако в некоторых вариантах осуществления может быть желательно иметь более быстрый ответ на сообщения данных.
В некоторых вариантах осуществления, блоки 305, 505 связи могут быть скомпонованы для ответа на сообщение данных в том же временном интервале передачи уменьшенной мощности, в котором принято сообщение данных.
Используя такой подход разделения по времени, воздействие сигнала передачи мощности на сигнал связи может быть уменьшено и обычно может стать незначительным. Однако в некоторых вариантах осуществления, уменьшенная эффективность сигнала мощности из-за уменьшенной мощности может считаться недостатком. Однако в вариантах осуществления, в которых сигнал мощности имеет варьирующуюся амплитуду, временные интервалы связи могут быть синхронизированы с моментами времени, в которые амплитуда сигнала передачи мощности ниже пороговой величины, и конкретно могут быть синхронизированы с минимумом (абсолютным значением) амплитуды.
Пример подхода для примерного передатчика мощности, описанного со ссылкой на Фиг. 9-11, показан на Фиг. 13. В примерах, амплитуда сигнала передачи мощности уменьшается до нуля в повторяющихся временных интервалах, которые синхронизируются с абсолютным минимумом/переходами через нуль предоставленного питающего напряжения Umains. Во время этих временных интервалов (указанных сигналом On_Off_ZeroX), генерируется сигнал связи (обозначенный сигналом Несущий) (и конкретно сигнал Несущий может представлять собой NFC-сигнал).
Точные привязки по времени временного кадра могут зависеть от индивидуального варианта осуществления. Однако обычно интервалы связи будут относительно короткими, например часто меньше чем 5 мс, и обычно около 2 мс.
Эти короткие продолжительности делают непрактичным выполнение полного обнаружения других кандидатов для связи. Например, время, требуемое для выполнения полного обнаружения/разрешения коллизий NFC, существенно превышает продолжительность обычных временных интервалов связи.
Как описано ранее, присутствие более, чем одного кандидата для связи, может потенциально привести к нежелательному функционированию, и вследствие этого нехватка времени для выполнения полного обнаружения других кандидатов для связи может быть проблематичной в некоторых сценариях.
Однако настоящие примеры применяют ранее описанный подход сравнения измеренных значений с опорным значением. Например, вслед за разрешением коллизий NFC, выполняемым как часть инициализации передачи мощности, система может сохранить опорное значение для характеристики сигнала связи. Во время каждого временного интервала связи последовательной фазы передачи мощности, система может сгенерировать соответствующее измеренное значение и сравнить его с сохраненным опорным значением. Это измеренное значение не требует алгоритма полного обнаружения коллизий, но обычно может быть определено быстро и надежно, и обычно происходит в пределах продолжительности временного интервала связи. Таким образом, быстрое, но возможно менее точное обнаружение других блоков связи может быть выполнено в каждом временном интервале связи. Если сравнение указывает, что потенциально может присутствовать другой блок связи, система может приступить к прекращению фазы передачи мощности и инициировать полное обнаружение/разрешение коллизий NFC.
Таким образом, описанный подход может поддерживать и способствовать использованию временного кадра с выделенным (коротким) временными интервалами связи, тем самым обеспечения возможности более надежной связи, в то же время обеспечивая устойчивое функционирование.
Будет понятно, что вышеуказанное описание для ясности описывает варианты осуществления данного изобретения со ссылкой на разные функциональные схемы, блоки и процессоры. Однако, будет понятно, что любое подходящее распределение функциональности между разными функциональными схемами, блоками или процессорами может быть использовано без ущерба изобретению. Например, функциональность, проиллюстрированная для выполнения отдельными процессорами или контроллерами, может быть выполнена одним процессором или контроллерами. Поэтому, ссылки на конкретные функциональные блоки или схемы следует рассматривать как ссылки на подходящие средства для обеспечения описанной функциональности, а не указывающими строгую логическую или физическую структуру или организацию.
Данное изобретение может быть реализовано в любой подходящей форме, включающей в себя аппаратные средства, программное обеспечение, программно-аппаратные средства или любую их комбинацию. Данное изобретение может быть опционально реализовано по меньшей мере частично как компьютерное программное обеспечение, выполняющееся на одном или более процессорах обработки данных и/или процессорах цифровой обработки сигналов. Элементы и компоненты варианта осуществления данного изобретения могут быть физически, функционально и логически реализованы любым подходящим образом. Фактически, функциональность может быть реализована в одиночном блоке, во множестве блоков или как часть других функциональных блоков. В связи с этим, данное изобретение может быть реализовано в одиночном блоке или может быть физически и функционально распределено между разными блоками, схемами и процессорами.
Хотя настоящее изобретение было описано в связи с некоторыми вариантами осуществления, оно не предназначено для ограничения конкретными формами изложенными в настоящем документе. Скорее, объем настоящего изобретения ограничен только прилагающейся формулой изобретения. Дополнительно, хотя признак может оказаться описанным в связи с конкретными вариантами осуществления, специалисты в данной области техники поймут, что различные признаки описанных вариантов осуществления могут быть скомбинированы в соответствии с данным изобретением. В формуле изобретения, термин "содержащий" не исключает присутствия других элементов или этапов.
К тому же, хотя перечислены индивидуально, множество средств, элементов, схем или этапов способа могут быть реализованы, например, посредством одиночной схемы, блока или процессора. Дополнительно, хотя индивидуальные признаки могут быть включены в разные пункты формулы изобретения, они возможно могут быть предпочтительным образом скомбинированы, и включение в разные пункты формулы изобретения не предполагает, что комбинация этих признаков не выполнима и/или предпочтительна. Также данное включение признака в одну категорию формулы изобретения не предполагает ограничение этой категорией, а скорее указывает, что признак в равной степени применим к другим категориям формулы изобретения в соответствующих случаях. К тому же, порядок признаков в формуле изобретения не предполагает какого-либо конкретного порядка, в котором признаки должны работать, и в частности, порядок индивидуальных этапов в формуле изобретения на способ не предполагает, что этапы должны быть выполнены в этом порядке. Скорее, данные этапы могут быть выполнены в любом подходящем порядке. В добавление, ссылки на единственное число не исключают множественности. Таким образом, указание единственности, "первый", "второй" и т.д., не устраняют множественности. Ссылочные номера в формуле изобретения предоставлены лишь в качестве разъясняющего примера, и не должны толковаться в качестве ограничения объема формулы изобретения каким-либо образом.