БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА ИНДУКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
WIRELESS INDUCTIVE POWER TRANSFER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к передаче индуктивной мощности и, в частности, но не исключительно, к системе передачи индуктивной мощности, в соответствии со стандартом Qi беспроводной передачи мощности.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Множеству систем требуются проводные и/или электрические контакты для подачи электрической мощности на устройства. Исключение этих проводов и контактов предоставляет улучшенный опыт для пользователя. Традиционно, это достигается посредством использования батарей, расположенных в устройствах, но этот подход имеет ряд недостатков, включающих в себя дополнительный вес, большой размер и потребность часто заменять или перезаряжать батареи. В последнее время увеличился интерес к подходу использования беспроводной передачи индуктивной мощности.
Часть этого повышенного интереса происходит из-за множества и разнообразия портативных и мобильных устройств, развитых в прошлом десятилетии. Например, использование мобильных телефонов, планшетов, медиа плееров и т.д. стало повсеместным. Такие устройства обычно питаются от внутренних батарей и типичный сценарий использования часто требует перезарядки батарей или непосредственного проводного подключения устройства к внешнему источнику питания.
Как упомянуто, большинство современных устройств требует, чтобы проводные и/или конкретные электрические контакты были запитаны от внешнего источника питания. Однако, это, как правило, непрактично и требует, чтобы пользователь физически вставлял соединители или иначе устанавливал физический электрический контакт. Это также, как правило, неудобно для пользователя - вставлять длинные провода. Обычно, требования мощности также значительно отличаются, и, в настоящее время, большинству устройств выдается их собственная, специально определенная, мощность, приводящая к тому, что обычный пользователь, имеющий большое количество различных источников мощности, каждый питаемый своей мощностью, определенной для специфичного устройства. Хотя, внутренние батареи могут предотвращать необходимость в проводном соединении с внешним источником питания, этот подход только предоставляет частичное решение, поскольку батареям нужна перезарядка (или замена, которая является дорогой). Использование батарей может также существенно добавлять вес и потенциальную цену и размер устройств.
Для предоставления значительно лучшего опыта пользователю было предложено использовать беспроводную подачу мощности, где индуктивная мощность передается от катушки передатчика в устройстве передатчика мощности на катушку приемника в отдельных устройствах.
Передача мощности с помощью магнитной индукции является известным понятием, применяемым, главным образом, в трансформаторах, которые имеют жесткое соединение между главной катушкой передатчика и вторичной катушкой приемника. Посредством разделения основной катушки передатчика и вторичной катушки приемника между двумя устройствами, беспроводная передача мощности между устройствами становится возможной на основании принципа свободно подсоединенного трансформатора.
Такая компоновка обеспечивает беспроводную передачу мощности на устройство, не требуя никаких проводов или физических электрических соединений. Действительно, оно может просто позволять устройству помещаться смежно с или сверху катушки передатчика для зарядки или включения внешним способом. Например, устройства передатчиков мощности могут оборудоваться горизонтальной поверхностью, на которую просто может быть помещено устройство для включения.
Кроме того, такие компоновки беспроводной передачи мощности могут преимущественно быть разработаны таким образом, что устройство передатчика мощности может использоваться с диапазоном устройств приемников мощности. В частности, стандарт беспроводной передачи мощности, известный как стандарт Qi, был определен и в настоящее время разрабатывается дополнительно. Этот стандарт позволяет устройствам передатчикам мощности, которые соответствуют стандарту Qi, использоваться с устройствами - приемниками мощности, которые также соответствуют стандарту Qi без необходимости быть разработанными одинаковыми изготовителями или иметь необходимость быть предназначенными друг для друга. Стандарт Qi дополнительно включает в себя некоторую функциональность для обеспечения адаптации работы к специфичному устройству - приемнику мощности (например, зависящему от специфичной утечки мощности).
Стандарт Qi разрабатывается посредством Wireless Power Consortium и более подробную информацию можно найти, например, на их веб-сайте:
http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, где в частности могут быть найдены документы с описанными Стандартами.
Для поддержки взаимодействия и совместимости передатчиков мощности и приемников мощности, предпочтительно, чтобы эти устройства могли связываться друг с другом т.е. желательно, если связь между передатчиком мощности и приемником мощности поддерживается и предпочтительно, если связь поддерживается в обоих направлениях.
Стандарт Qi поддерживает связь от приемника мощности до передатчика мощности, таким образом позволяя приемнику мощности выдавать информацию, которая может позволять передатчику мощности приспосабливаться к специфичному приемнику мощности. В текущем стандарте была определена однонаправленная линия связи от приемника мощности на передатчик мощности, и этот подход основывается на философии приемника мощности, являющегося элементом управления. Для подготовки и управления передачей мощности между передатчиком мощности и приемником мощности, приемник мощности специфично передает информацию на передатчик мощности.
Однонаправленная связь достигается посредством выполнения приемником мощности модуляции нагрузки, где нагрузка, применяемая ко вторичной катушке приемника посредством приемника мощности, является различной для обеспечения модуляции сигнала передачи мощности. Получающиеся изменения в электрических характеристиках (например, изменение в потреблении тока) могут быть обнаружены и декодированы (демодулированы) посредством передатчика мощности.
Однако ограничение системы Qi является таким, что она не поддерживает связь от передатчика мощности до приемника мощности (по меньшей мере, в спецификации Qi низкой мощности). Кроме того, модуляция нагрузки, такая как разработанная для Qi, может быть условно оптимальной в некоторых применениях.
Действительно, связь между приемником и передатчиком в системе передачи мощности, такой как система Qi, сталкивается с множественными проблемами и трудностями. В частности, существует конфликт между требованиями и характеристиками сигнала передачи мощности и требований к связи. Обычно система требует тесного взаимодействия между функциями передачи мощности и связи. Например, система разрабатывается на основании концепции только одного сигнала, индуктивно подсоединенного между передатчиком и приемником мощности, а именно, самого сигнала передачи мощности. Однако использование самого сигнала передачи мощности не только для выполнения передачи мощности, но также и для переноса информации приводит к трудностям.
Например, во многих сценариях амплитуда сигнала передачи мощности может динамично и периодически варьироваться, приводя к тому, что сигнал передачи мощности является не всегда подходящим для модуляции. Действительно, если амплитуда сигнала передачи мощности временно уменьшается, по существу, до нуля, то нет никакого сигнала для модуляции, будь то для непосредственной, например, модуляции амплитуды или частоты сигнала передачи мощности для предоставления связи от передатчика мощности на приемник мощности, или для модуляции нагрузки сигнала передачи мощности для предоставления связи от приемника мощности на передатчик мощности.
В качестве другого примера, использование подхода модуляции нагрузки, в котором приемник мощности передает данные посредством модуляции нагрузки (так как в системе Qi) требует, чтобы нормальная нагрузка была относительно постоянной. Однако это не может быть гарантировано во множестве применений.
Например, если беспроводная передача мощности должна использоваться для включения прибора с электроприводом (такого как, например, блендер), амплитуда его тока сильно связана с нагрузкой на электродвигатель. Если нагрузка на электродвигатель изменяется, ток в электродвигателе также изменяется. Это приводит к тому, что амплитуда тока инвертора также изменяется с нагрузкой. Это изменение нагрузки вмешивается в модуляцию нагрузки, приводя к ухудшенной связи. Действительно, на практике обычно очень трудно обнаружить модуляцию нагрузки для нагрузок, которые включают в себя электродвигатель в качестве части нагрузки.
Для решения таких проблем предлагается использовать абсолютно отдельные технологии связи для предоставления связи между передатчиком мощности и приемником мощности. Однако, тогда как такой подход может решить некоторые проблемы, он, обычно, вводит другие недостатки.
Например, он, обычно, вводит риск, что может быть установлена связь, которая не является связью между двумя частями, вовлеченными в передачу мощности. Это будет обычно приводить к отказам и потенциально меньшей безопасности работы. Например, использование отдельных каналов связи может привести к помехам между операциями различных операций передачи мощности, которые могут привести к нежелательной ситуации с чрезмерными уровнями мощности. Например, операции управления могут вмешиваться друг в друга, например, посредством данных управления от приемника мощности одной операции передачи мощности, используемой для управления передачей мощности другого соседнего приемника мощности. Разделение между сигналами связи и сигналами передачи мощности может привести к менее надежной и менее отказоустойчивой работе.
Следовательно, улучшенная система передачи мощности была бы выгодна, и в частности система, обеспечивающая улучшенную поддержку связи, увеличенную надежность, увеличенную гибкость, облегченную реализацию, уменьшенную чувствительность к изменениям нагрузки, улучшенный уровень безопасности и/или улучшенную работу, будет преимущественна.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, изобретение стремится предпочтительно смягчить, облегчить или устранить один или более вышеупомянутых недостатков по отдельности или в любой комбинации.
В соответствии с аспектом изобретения, предоставляется аппаратура для системы беспроводной передачи мощности, включающая в себя передатчик мощности, скомпонованный для передачи мощности на приемник мощности с помощью беспроводного индуктивного сигнала передачи мощности, причем сигнал передачи мощности во время фазы передачи мощности выдается в интервале времени мощности периодически повторяющегося временного кадра сигнала передачи мощности, имеющего частоту повторения не менее 5 Гц и не более 20 Гц, при этом временной кадр сигнала передачи мощности, кроме того, содержит интервал времени уменьшенной мощности, мощность сигнала передачи мощности уменьшена в течение интервала времени уменьшенной мощности относительно упомянутого интервала времени мощности; причем аппаратура содержит: индуктор передачи мощности для передачи сигнала передачи мощности; антенну связи для связи малого радиуса действия; блок связи малого радиуса действия, скомпонованный для передачи сообщений данных на второй объект, являющийся, по меньшей мере одним из передатчика мощности и приемника мощности, использующего связь малого радиуса действия, при этом связь малого радиуса действия имеет диапазон, не превышающий 20 см, и использует сигнал несущей, отдельный от сигнала передачи мощности; и блок синхронизации, скомпонованный для синхронизации связи малого радиуса действия с периодом времени сигнала передачи мощности таким образом, что связь малого радиуса действия ограничивается для интервалов времени уменьшенной мощности.
Изобретение может предоставлять улучшенную связь и/или улучшенную, более надежную или даже, потенциально, более безопасную работу во многих системах передачи мощности.
Этот подход может специфично, во многих сценариях, предоставлять преимущества использования отдельного канала связи, отдельного от сигнала передачи мощности, без ввода потенциальных рисков и недостатков, обычно ассоциированных с ним.
Изобретение может обеспечивать улучшенное взаимодействие между отдельными системами на основании электромагнитных сигналов. Этот подход может обеспечивать отдельную подачу мощности и связи, таким образом обеспечивая индивидуальную оптимизацию для каждого. В дополнение, подход может уменьшать помехи между различными системами, которые обе основываются на электромагнитных сигналах, сосуществующих в небольшом пространстве. В частности, этот подход может позволять связи быть отделенной от подачи мощности, все еще выполняя связь во время фазы передачи мощности, в которой очень сильное магнитное поле генерируется посредством сигнала передачи мощности.
Действительно, изобретение может объединять использование индуктивной передачи мощности малого радиуса действия с системой связи малого радиуса действия, избегая или смягчая помехи между ними, таким образом позволяя операции быть надежной. Изобретатели распознали, что использование отдельной линии связи может вводить риски, что наличие больше чем одного приемника мощности или передатчика мощности может привести к нежеланным эффектам, и что эти эффекты могут быть смягчены посредством использования линий связи с диапазонами, сопоставимыми с диапазоном передачи индуктивной мощности. Изобретатели дополнительно распознали, что такая связь малого радиуса действия и операции передачи мощности могут быть сделаны для сосуществования и объединения, несмотря на очевидный конфликт между необходимостью в двух магнитных полях малого радиуса действия (и в частности с магнитным полем сигнала передачи мощности, являющимся очень сильным магнитным полем).
Этот подход может таким образом предоставлять преимущества наличия диапазонов очень малого радиуса действия как передачи мощности, так и связи, в то же время преодолевая недостатки передачи мощности и связи малого радиуса действия. Этот подход может специфично преодолевать предубеждение, что связь малого радиуса действия не практична в системах беспроводной передачи мощности из-за сильных помех, возникающих из-за выдачи мощности на приемник мощности. Изобретение может модифицировать операцию передачи мощности для соответствия требованиям связи. Таким образом, в отличие от обычного подхода адаптации подхода связи для согласования с требованием непрерывной передачи мощности, система принимает противоположный подход и приспосабливает характеристики передачи мощности для требований, ассоциированных с введением системы связи малого радиуса действия. Таким образом, операция передачи мощности с точки зрения подачи мощности может быть соотнесена с производительностью связи и преимуществами в работе использования системы связи малого радиуса действия.
Этот подход может в частности обеспечивать более надежную операцию и может уменьшать риск помех между операциями множественных объектов передачи мощности (приемников или передатчиков) и передатчиков мощности, которые могут быть ближайшими друг другу. Этот подход может также обеспечивать, по существу, улучшенную связь, включающую в себя двунаправленную связь, более высокую связь скорости передачи данных и/или более надежную связь.
Если аппаратурой является передатчик мощности, вторым объектом может быть приемник мощности. Если аппаратурой является приемник мощности, вторым объектом может быть передатчик мощности.
Диапазон связи в 20 см в некоторых вариантах осуществления быть измерен в заданном направлении и, в частности, в направлении плоскости, в которой плоская катушка передатчика мощности формируется для излучения сигнала передачи мощности.
Блок синхронизации может быть скомпонован для синхронизации обмена данными, чтобы иметь место в интервалах времени уменьшенной мощности. Блок синхронизации, в некоторых вариантах осуществления, синхронизирует функцию передачи аппаратуры для передачи данных только в интервалах времени уменьшенной мощности. В некоторых вариантах осуществления или сценариях функция передачи может передавать, например, несущую в других интервалах времени (в частности в интервалах времени мощности), но может ограничивать передачу данных, чтобы быть в интервалах времени уменьшенной мощности. Блок синхронизации может, в некоторых вариантах осуществления, синхронизировать функцию приема аппаратуры для приема данных только в интервалах времени уменьшенной мощности.
В некоторых вариантах осуществления связь малого радиуса действия скомпонована для передачи данных (сообщений) только в интервалах времени уменьшенной мощности.
В некоторых вариантах осуществления связь малого радиуса действия скомпонована для приема данных (сообщений) только в интервалах времени уменьшенной мощности.
В некоторых вариантах осуществления диапазон связи может не превышать 10 см.
В большинстве вариантов осуществления продолжительность интервалов времени уменьшенной мощности ниже, и как правило, существенно, ниже, чем продолжительность интервалов времени мощности. Во многих вариантах осуществления коэффициент заполнения может не превышать 20%, 10% или даже 5%. Точный коэффициент заполнения может предоставлять выгодный компромисс между пропускной способностью и эффективностью передачи мощности. Для многих систем передачи мощности выгодный компромисс находится для коэффициента заполнения не более, чем 10%.
Продолжительность интервалов времени уменьшенной мощности может, преимущественно, во многих вариантах осуществления быть в диапазоне от 1 мс до 5 мс и/или продолжительность интервалов времени мощности во многих вариантах осуществления, преимущественно, быть в диапазоне от 5 мс до 10 мс.
Продолжительность временного кадра составляет не менее чем 5 мс, и не более, чем 200 мс.
В соответствии с дополнительным признаком изобретения, частота несущей не является не меньшей, чем двойная частота сигнала передачи мощности.
Это может предоставлять улучшенную производительность во многих вариантах осуществления и может, в частности, обычно, обеспечивать уменьшенные помехи для связи малого радиуса действия от сигнала передачи мощности.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, уровень мощности сигнала передачи мощности во время интервала времени уменьшенной мощности в первый период времени является не более, чем 20% от уровня мощности сигнала передачи мощности во время интервала времени мощности в течение первого периода времени.
Это может обеспечивать улучшенную работу.
Мощность сигнала передачи мощности в интервалах времени уменьшенной мощности может, как правило, ограничиваться, чтобы быть не более чем 20%, 10% или 5% максимальной мощности, возможной в интервале времени мощности. Во многих сценариях сигнал передачи мощности в интервалах времени уменьшенной мощности может быть не более, чем 20%, 10% или 5% мощности в смежных интервалах времени мощности. Во многих вариантах осуществления интервалы времени уменьшенной мощности могут, по существу, соответствовать интервалам времени отсутствия мощности. Во многих вариантах осуществления передатчик мощности может быть скомпонован для выключения сигнала передачи мощности во время интервалов времени уменьшенной мощности. В таких интервалах времени отсутствия мощности не может генерироваться никакой сигнал передачи мощности. Связь малого радиуса действия может быть беспроводной связью ближнего поля, NFC.
Изобретатели осознали, что системы передачи мощности, такие как система Qi, могут быть модифицированы для обеспечения использования стандарта связи NFC для (двунаправленной) связи между приемником мощности и передатчиком мощности и что это может обеспечивать улучшенную и более надежную работу.
В частности, NFC может, по сравнению с другими подходами связи, такими как Bluetooth™ или WiFi™ обеспечивать более надежную работу с уменьшенным риском связи от различных создающих помехи устройств. Этот подход обеспечивает, чтобы NFC использовалась с системой передачи мощности, несмотря на связь, использующую связь малого радиуса действия, и таким образом работу, где передача мощности также включает в себя очень сильное магнитное поле.
Этот подход может уменьшать потери и обеспечивать связь, которая, в частности, подходит для передач мощности, поскольку достаточно высокая скорость передачи данных может быть достигнута посредством ограничения связи очень маленькими диапазонами, как правило, гарантируя, что только еще один объект связи может присутствовать в данном диапазоне.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, блок связи малого радиуса действия работает в качестве блока инициации, инициирующего связь малого радиуса действия со вторым объектом.
В некоторых вариантах осуществления и сценариях аппаратура может работать в качестве блока инициации, и второй объект может работать в качестве целевого. В некоторых вариантах осуществления и сценариях второй объект может работать в качестве блока инициации и аппаратура может работать в качестве целевой.
Например, аппаратура может быть передатчиком мощности и может работать в качестве блока инициации, который инициирует связь NFC с приемником мощности. В качестве другого примера, аппаратурой может быть приемник мощности и может работать в качестве блока инициации, который инициирует связь NFC с передатчиком мощности.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, блок связи малого радиуса действия скомпонован для ответа на сообщение данных, принятое от второго объекта в интервале времени уменьшенной мощности, в котором сообщение данных принимается от второго объекта.
В некоторых вариантах осуществления двунаправленная связь может быть выполнена в единственном слоте/интервале времени. Например, второй объект может быть блоком инициации и может передавать первое сообщение на аппаратуру в заданном интервале времени уменьшенной мощности. Аппаратура может быть целевым (устройством) и может отвечать на первое сообщение посредством передачи второго сообщения на второй объект со вторым сообщением, передаваемым в том же самом интервале времени уменьшенной мощности, в котором было принято первое сообщение.
В некоторых вариантах осуществления блок связи малого радиуса действия скомпонован для приема сообщения данных от второго объекта в интервале времени уменьшенной мощности, в котором сообщение данных передается на второй объект. Например, аппаратурой может быть блок инициации и может передавать первое сообщение на второй объект в заданном интервале времени уменьшенной мощности. Второй объект может быть целевым и может отвечать на первое сообщение посредством передачи второго сообщения на аппаратуру со вторым сообщением, передаваемым в том же самом интервале времени уменьшенной мощности, в котором было принято первое сообщение. Аппаратура может быть скомпонована для приема этого второго сообщения в том же самом интервале времени уменьшенной мощности, в котором оно (устройство) передало первое сообщение.
В соответствии с опциональным признаком изобретения блок связи малого радиуса действия скомпонован для ответа на сообщение данных, принятое от второго объекта в последующем интервале времени уменьшенной мощности в интервал времени уменьшенной мощности, в котором сообщение данных принимается от второго объекта.
В некоторых вариантах осуществления двунаправленная связь может выполняться в двух последовательных слотах/интервалах времени. Например, второй объект может быть блоком инициации и может передавать первое сообщение на аппаратуру в заданном интервале времени уменьшенной мощности. Аппаратура может быть целевым устройством и может отвечать на первое сообщение посредством передачи второго сообщения на второй объект, причем второе сообщение передается в следующем интервале времени уменьшенной мощности т.е. в интервале времени уменьшенной мощности, который следует за интервалом, в котором было принято первое сообщение.
В некоторых вариантах осуществления блок связи малого радиуса действия скомпонован для приема ответа на сообщение данных от второго объекта в последующем интервале времени уменьшенной мощности в интервале времени уменьшенной мощности, в котором сообщение данных передано на второй объект.
Например, аппаратурой может быть блок инициации и может передавать первое сообщение на второй объект в заданном интервале времени уменьшенной мощности. Второй объект может быть целевым и может отвечать на первое сообщение посредством передачи второго сообщения на аппаратуру, причем второе сообщение передается в следующем интервале времени уменьшенной мощности т.е. в интервале времени уменьшенной мощности, который следует за интервалом, в котором было принято первое сообщение. Аппаратура может быть скомпонована для приема этого второго сообщения в этом интервале времени уменьшенной мощности т.е. в интервале времени уменьшенной мощности, следующим за тем, в котором передается первое сообщение.
В соответствии с опциональной функцией изобретения блок связи малого радиуса действия скомпонован для выполнения, по меньшей мере, первой операции перед входом в фазу передачи мощности, эта по меньшей мере первая операция содержит операцию, выбранную из: обнаружения пропускной способности второго объекта; обнаружения конфликтов связи; инициализации сеанса связи между аппаратурой и вторым объектом; активации устройства второго объекта.
Это может обеспечивать улучшенную работу во многих сценариях и может в частности гарантировать облегченную и/или более надежную работу. В частности, может обеспечиваться, что временной кадр, оптимизированный для непрерывной связи и управления во время передачи мощности, не должен повреждаться посредством, например, требований тактирования процедур, не выполняемых регулярно во время такой связи.
Обнаружением конфликтов связи может в частности быть обнаружение других блоков связи малого радиуса действия, работающих и в частности осуществляющих передачу в диапазоне связи блока связи малого радиуса действия.
В соответствии с опциональным признаком изобретения блок связи малого радиуса действия скомпонован для повторяющейся передачи идентификации аппаратуры на второй объект.
Этот подход может дополнительно улучшать надежность и гарантировать связь между действительным передатчиком мощности и приемником мощности, несмотря на использование линии связи, отдельной от сигнала передачи мощности. Этот подход может в частности обеспечивать второму объекту проверять, что он принимает сообщения данных от действительного источника.
В соответствии с опциональным признаком изобретения аппаратура дополнительно содержит контроллер передачи мощности, скомпонованный для запрещения передачи мощности в ответ на не прием признака идентичности второго объекта, соответствующего ожидаемому значению идентификации.
Этот подход может дополнительно улучшать надежность и гарантировать связь между действительным передатчиком мощности и приемником мощности, несмотря на использование линии связи, отдельной от сигнала передачи мощности. Этот подход может, в частности, уменьшать риск нежелательного уровня передачи высокой мощности, получающегося из связи со вторым объектом, не вовлеченным в передачу мощности.
В соответствии с опциональным признаком изобретения аппаратурой является передатчик мощности.
Изобретение может обеспечивать усовершенствованный передатчик мощности, который может поддерживать улучшенную работу в системе передачи мощности. В частности, улучшенная и более надежная связь может быть предоставлена, таким образом обеспечивая улучшенную передачу мощности.
В соответствии с дополнительным признаком изобретения, аппаратура дополнительно содержит источник мощности для предоставления периодически меняющегося сигнала источника мощности, частота периодических изменений в сигнале источника мощности является меньше чем 1 кГц; блок генерирования сигнала передачи мощности для генерирования сигнала возбуждения для индуктора передачи мощности от сигнала источника мощности, причем блок генерирования сигнала передачи мощности, содержит: преобразователь частоты, скомпонованный для генерирования частоты сигнала возбуждения выше, чем частота периодических изменений в сигнале источника мощности, и блок ограничения для такого ограничения мощности сигнала возбуждения, подающегося на индуктор мощности, чтобы быть ниже порога в интервалах времени уменьшенной мощности; и блок синхронизации источника мощности для синхронизации интервалов времени уменьшенной мощности с периодическими изменениям в сигнале источника мощности.
Это может обеспечивать улучшенную работу и может в частности обеспечивать воздействие на уменьшение передачи мощности.
Во многих вариантах осуществления сигналом источника мощности является переменный сигнал передачи мощности DC.
В некоторых вариантах осуществления источник мощности скомпонован для генерирования сигнала источника мощности в ответ на выпрямление сигнала AC, и интервалы времени уменьшенной мощности могут быть синхронизированы с сигналом AC в момент перехода через нуль.
В некоторых вариантах осуществления блок ограничения может быть скомпонован для отключения индуктора передачи мощности от преобразователя частоты во время интервалов времени уменьшенной мощности.
Во многих вариантах осуществления интервалы времени уменьшенной мощности соответствуют интервалам времени, для которых уровень сигнала источника мощности ниже порога.
Это может обеспечивать улучшенную передачу мощности во многих вариантах осуществления.
Во многих вариантах осуществления интервалы времени уменьшенной мощности соответствуют интервалам времени, для которых уровень сигнала источника мощности ниже порога. Блок синхронизации источника мощности может выбирать интервалы времени уменьшенной мощности, чтобы быть интервалами времени, в которых уровень сигнала источника мощности ниже порога.
Во многих вариантах осуществления блок генерирования сигнала передачи мощности может быть скомпонован для генерирования, чтобы сигнал передачи мощности имел частоту не больше, чем в пять раз больше частоты периодических изменений, и, как правило, имел частоту, по существу, идентичную или в два раза больше частоты периодических изменений.
В соответствии с опциональным признаком изобретения блок синхронизации источника мощности скомпонован для синхронизации интервалов времени уменьшенной мощности для соответствия периодическим минимумам абсолютного значения сигнала источника мощности.
Это может обеспечивать улучшенную работу. Блок синхронизации источника мощности может в частности быть скомпонован для синхронизации интервалов времени уменьшенной мощности для соответствия сигналу в момент перехода через нуль источника мощности. Абсолютное значение сигнала источника мощности может соответствовать выпрямленному сигналу источника мощности. Блок синхронизации источника мощности скомпонован для синхронизации интервалов времени уменьшенной мощности для соответствия периодическим минимумам абсолютного значения сигнала источника мощности. Значение может быть значением мощности, напряжения или тока.
В соответствии с дополнительным признаком изобретения блок связи малого радиуса действия скомпонован для выполнения обнаружения возможных объектов связи, которые могут быть связаны посредством связи малого радиуса действия, и аппаратура дополнительно содержит контроллер передачи мощности, скомпонованный для блокировки передачи мощности, если больше чем один возможный объект связи обнаруживается.
Этот подход может обеспечивать улучшенную надежность и может понижать риск для передатчика мощности неумышленно связываться с приемником мощности, который не является целевым для передачи мощности.
Например, передатчик мощности может выполнять обнаружение конфликтов (например, разрешение конфликтов NFC) для обнаружения других объектов связи в диапазоне. Передатчик мощности может блокировать передачу мощности, если больше, чем еще один объект связи обнаруживаются. Передача мощности может быть блокирована посредством ограничения мощности сигнала передачи мощности до заданного уровня (соответствующего безопасной работе) или, например, посредством выключения сигнала передачи мощности или завершения (или не продолжения или запуска) операции передачи мощности.
В соответствии с опциональным признаком изобретения аппаратура дополнительно содержит контроллер передачи мощности, скомпонованный для блокировки передачи мощности в ответ на обнаружение, что сообщение ответа, ожидаемое от второго объекта, не принимается в интервале времени.
Этот подход может дополнительно улучшать надежность и гарантировать, что мощность обеспечивается, только если связь существует с приемником мощности, вовлеченным в передачу мощности. Передача мощности может быть заблокирована посредством ограничения мощности сигнала передачи мощности до заданного уровня (соответствующего безопасной работе), или например, посредством выключения сигнала передачи мощности, или посредством прерывания (или не продолжения или запуска) работы передачи мощности.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, аппаратура дополнительно содержит контроллер передачи мощности, скомпонованный для блокировки передачи мощности в ответ на обнаружение отсутствия радио-сигнала во втором объекте.
Этот подход может дополнительно улучшать надежность и гарантировать, что мощность обеспечивается, если связь существует с приемником мощности, вовлеченным в передачу мощности. Передача мощности может быть заблокирована посредством ограничения мощности сигнала передачи мощности до заданного уровня (соответствующего безопасной работе) или например, посредством выключения сигнала передачи мощности, или посредством прерывания (или не продолжения или запуска) работы передачи мощности. Этот подход может, например, быть применен к связи NFC, где вторым объектом является блок инициализации, который, как предполагается, генерирует сигнал несущей и где блок связи (первого объекта) является целевым.
В соответствии с опциональным признаком изобретения аппаратурой является приемник мощности.
Изобретение может обеспечивать улучшенный приемник мощности, который может поддерживать улучшенную работу в системе передачи мощности. В частности, улучшенная и более надежная связь может быть предоставлена, таким образом, обеспечивая улучшенную передачу мощности.
Блок связи может в некоторых вариантах осуществления содержать тэг пассивной NFC.
В соответствии с опциональным признаком изобретения аппаратура дополнительно содержит контроллер, скомпонованный для уменьшения мощности нагрузи приемника мощности в ответ на обнаружение отсутствия сигнала связи от второго объекта.
Этот подход может обеспечивать улучшенную и/или более надежную работу и может потенциально избегать выдачу чрезмерной мощности нагрузки в сценариях, где сигнал передачи мощности может быть выдан посредством передатчика мощности, не управляемым, посредством приемника мощности.
Уменьшение мощности нагрузки может возникать посредством отсоединения катушки приема мощности (для приема сигнала передачи мощности) от нагрузки или посредством короткого замыкания нагрузки.
В соответствии с опциональной функцией изобретения аппаратура дополнительно содержит интерфейс пользователя, скомпонованный для генерирования сигнала предупреждения пользователя в ответ на обнаружение отсутствия сигнала связи от второго объекта.
Этот подход может обеспечивать улучшенную и/или более надежную работу и может предупреждать пользователя о потенциальном сценарии, где мощность может быть выдана на приемник мощности посредством передатчика мощности, не управляемого посредством приемника мощности.
В соответствии с опциональным признаком изобретения блок связи малого радиуса действия скомпонован для блокировки прерывания линии связи со вторым объектом в ответ на обнаружение наличия сигнала передачи мощности.
Этот подход может обеспечивать улучшенную и/или более надежную работу и может снижать риск передачи мощности на приемник мощности, управляемый посредством другого приемника мощности.
В соответствии с опциональным признаком изобретения блок синхронизации скомпонован для определения тактирования временного кадра сигнала передачи мощности в ответ на изменения мощности сигнала передачи мощности.
Это может обеспечивать надежную работу и может, в частности, обеспечивать эффективный, надежный и более низкий по сложности подход для синхронизации функциональности связи приемника мощности.
В соответствии с аспектом изобретения обеспечивается способ работы для системы беспроводной передачи мощности, включающей в себя передатчик мощности, скомпонованный для предоставления передачи мощности на приемник мощности с помощью сигнала передачи беспроводной индуктивной мощности, причем сигнал передачи мощности обеспечивают в интервале времени мощности периодически повторяющегося временного кадра сигнала передачи мощности, имеющего частоту повторения не менее 5 Гц и не более 20 Гц, временной кадр сигнала передачи мощности, помимо этого, содержит интервал времени уменьшенной мощности, мощность сигнала передачи мощности уменьшается в течение интервала времени уменьшенной относительно временного интервала мощности; причем способ содержит, во время фазы передачи мощности, выполнение этапов: передачу сообщений данных на второй объект, являющийся по меньшей мере одним из передатчика мощности и приемника мощности, используя связь малого радиуса действия, на основании отдельного сигнала несущей от сигнала передачи мощности, и используя антенну связи, отличную от индуктора передачи мощности, для передачи сигнала передачи мощности, при этом связь малого радиуса действия имеет диапазон, не превышающий 20 см; и синхронизацию связи малого радиуса действия с временным кадром сигнала передачи мощности таким образом, что связь малого радиуса действия ограничивается уменьшенными интервалами времени мощности.
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества изобретения станут очевидны из и объяснены с ссылкой на вариант(варианты) осуществления, описанный ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления изобретения описываются посредством только примера, со ссылкой на чертежи, на которых:
ФИГ. 1 иллюстрирует пример системы передачи мощности, содержащей передатчик мощности и приемник мощности, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
ФИГ. 2 иллюстрирует пример элементов передатчика мощности, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
ФИГ. 3 иллюстрирует пример элементов передатчика мощности, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
ФИГ. 4 иллюстрирует пример элементов приемника мощности, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
ФИГ. 5 иллюстрирует пример возможной диаграммы тактирования для сигналов системы передачи мощности на ФИГ. 1;
ФИГ. 6 иллюстрирует пример возможной диаграммы тактирования для сигналов системы передачи мощности на ФИГ. 1;
ФИГ. 7 иллюстрирует пример возможного сценария в системе передачи мощности;
ФИГ8 иллюстрирует пример элементов блока возбуждения для передатчика мощности на ФИГ. 3;
ФИГ. 9 иллюстрирует пример сигналов в передатчике мощности;
ФИГ. 10 и 11 иллюстрируют примеры схемы возбуждения для катушки передачи передатчика мощности;
ФИГ. 12 иллюстрирует пример сигналов в передатчике мощности на ФИГ. 3;
ФИГ. 13 иллюстрирует пример возможной диаграммы тактирования для сигналов системы передачи мощности на ФИГ. 1; и
ФИГ. 14 и 15 иллюстрируют примеры компоновок катушек мощности в системе передачи на ФИГ. 1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следующее описание фокусируется на вариантах осуществления изобретения, применимого к системе передачи мощности типа Qi, но должно быть оценено, что изобретение не ограничивается 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 изобретения. Система передачи мощности содержит передатчик 101 мощности, который включает в себя (или подсоединяется к), катушку/индуктор передачи мощности, которая ниже будет называться катушкой 103 передатчика. Система дополнительно содержит приемник 105 мощности, который включает в себя (или подсоединяется к) катушку/индуктор приема мощности, которая ниже будет называется катушка 107 приемника.
Система обеспечивает беспроводную передачу индуктивной мощности от передатчика 101 мощности на приемник 105 мощности. В частности, передатчик 101 мощности генерирует сигнал передачи мощности, который распространяется, в качестве потока магнитной индукции посредством катушки 103 передатчика. Сигнал передачи мощности может, как правило, имеет частоту приблизительно между 20 кГц и 200 кГц. Катушка 102 передатчика и катушка 107 приемника являются свободно связанными, и таким образом, катушка приемника улавливает (по меньшей мере, часть) сигнал передачи мощности от передатчика 101 мощности. Таким образом, мощность передается от передатчика 101 мощности на приемник 105 мощности с помощью беспроводного индуктивного подсоединения от катушки 103 передатчика к катушке 107 приемника. Катушка 103 передатчика и катушка 107 приемника, таким образом, компонуются для передачи сигнала передачи мощности через передатчик 101 мощности на приемник 105 мощности. Термин «сигнал передачи мощности» главным образом, используется для ссылки на индуктивный сигнал между катушкой 103 передатчика и катушкой 107 приемника (сигнал потока магнитной индукции), но должно быть оценено, что посредством эквивалентности он может также рассматриваться и использоваться в качестве ссылки на электрический сигнал, выданный на катушку 103 передатчика, или, действительно, на электрический сигнал катушки 107 приемника.
В некоторых вариантах осуществления принимающая катушка 107 передачи мощности может даже быть принимающим объектом передачи мощности, который, при подвергании сигналу передачи индуктивной мощности нагревается из-за вызванного вихревого тока или, дополнительно посредством потерь гистерезиса из-за ферромагнитного поведения. Например, катушка 107 приемника может быть железной пластиной для прибора, который индуктивно нагревается. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, катушка 107 приема может быть проводящим электричество элементом, который нагревается посредством вызванных вихревых токов или дополнительно посредством потерь гистерезиса из-за ферромагнитного поведения. В таком примере катушка 107 приема, таким образом, также неотъемлемо формирует нагрузку.
В дальнейшем, работа передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности будет описываться с конкретной ссылкой на вариант осуществления, в соответствии со стандартом Qi (за исключением описанных в настоящем описании (или последовательных) модификаций и улучшений). В частности, передатчик 101 мощности и приемник 105 мощности могут, по существу, быть совместимы с версией 1,0 или 1,1 спецификации Qi (за исключением описанных в настоящем описании (или последовательных) модификаций и улучшений).
Для управления передачей мощности система может проходить через различные фазы, в частности, фазу выбора, фазу преобразования, фазу идентификации и конфигурации, и фазу передачи мощности. Больше информации может быть найдено в главе 5 части 1 спецификации Qi беспроводной мощности.
Первоначально передатчик 101 мощности находится в фазе выбора, в которой он просто проверяет потенциальное наличие приемника мощности. Передатчик 101 мощности может использовать множество способов для этой цели, например, как описано в спецификации Qi беспроводной мощности. Если такое потенциальное наличие обнаруживается, передатчик 101 мощности входит в фазу преобразования, где сигнал передачи мощности временно генерируется. Этот сигнал известен как сигнал преобразования. Приемник 105 мощности может применять принятый сигнал для включения его электроники. После приема сигнала передачи мощности приемник 105 мощности передает начальный пакет на передатчик 101 мощности. В частности, пакет уровня сигнала, указывающий уровень подсоединения между передатчиком мощности и приемником мощности, передается. Больше информации может быть найдено в главе 6.3.1 части 1 спецификации Qi беспроводной мощности. Таким образом, в фазе преобразования определяется, присутствует ли приемник 105 мощности в интерфейсе передатчика 101 мощности.
После приема сообщения мощности сигнала передатчик 101 мощности переходит в фазу Идентификации и Конфигурации. В этой фазе приемник 105 мощности сохраняет свою выходную нагрузку отсоединенной, и в обычных системах Qi приемник 105 мощности в этой фазе связывается с передатчиком 101 мощности, используя модуляцию нагрузки. В таких системах передатчик мощности выдает сигнал передачи мощности постоянной амплитуды, частоты и фазы с этой целью (за исключением изменения, вызванного модуляцией нагрузки). Сообщения используются посредством передатчика 101 мощности для конфигурирования самого себя, согласно запросу приемника 105 мощности. Сообщения от приемника мощности не передаются непрерывно, но передаются в интервалах.
После фазы Идентификации и Конфигурации система переходит дальше на фазу передачи мощности, где происходит передача фактической мощности. В частности, после передачи своих требований мощности, приемник 105 мощности подсоединяет выходную нагрузку и питает ее с принятой мощностью. Приемник 105 мощности проверяет выходную нагрузку и измеряет ошибки управления между фактическим значением и требуемым значением рабочей точки. Он передает такие ошибки управления на передатчик 101 мощности с минимальной скоростью, например, каждые 250 мс, для индикации этих ошибок передатчику 101 мощности, также как желание изменять или не изменять сигнал передачи мощности. Таким образом, в фазе передачи мощности приемник 105 мощности также связывается с передатчиком мощности.
Система передачи мощности на ФИГ. 1 использует связь между передатчиком 101 мощности и приемником 105 мощности.
Этот подход для связи от приемника мощности к передатчику мощности был стандартизирован в Спецификации Qi версии 1,0 и 1,1.
В соответствии с этим стандартом канал связи от приемника мощности на передатчик мощности реализуется, используя сигнал передачи мощности в качестве несущей. Приемник мощности модулирует нагрузку катушки приемника. Это приводит к соответствующим изменениям в сигнале передачи мощности на стороне передатчика мощности. Модуляция нагрузки может быть обнаружена посредством изменения в амплитуде и/или фазе тока катушки передатчика, или альтернативно, или дополнительно посредством изменения в напряжении катушки передатчика. На основании этого принципа приемник мощности может модулировать данные, которые демодулирует передатчик мощности. Эти данные форматируются в байтах и пакетах. Больше информации может быть найдено в "Описании системы, Передача Беспроводной Мощности, издание 1: Низкая Мощность, Часть 1: Определение интерфейса, Версия 1,0 июль 2010, изданной Ассоциацией Беспроводной Мощности", доступном по ссылке http://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-1.HTML, также называемой спецификацией Qi беспроводной мощности, в частности глава 6: Интерфейс связи.
Следует отметить, что версии 1,0 и 1,1 спецификации беспроводной мощности Qi определяют только передачу от приемника мощности до передатчика мощности, т.е. он определяет только однонаправленную связь.
Система на ФИГ. 1 использует отличный подход для связи, чем описанный в спецификации Qi беспроводной мощности версий 1,0 и 1,1. Однако, должно быть оценено, что этот отличный подход для связи может использоваться совместно с другими подходами связи, включающими в себя подход связи спецификации Qi беспроводной мощности версий 1,0 и 1,1. Например, для системы типа Qi, подход связи спецификации Qi беспроводной мощности версий 1,0 и 1,1 может использоваться для всей связи, которая задается, чтобы выполняться посредством спецификации Qi беспроводной мощности версий 1,0 и 1,1, но с дополнительной связью, поддерживаемой посредством другого подхода, описанного ниже. Кроме того, должно быть оценено, что система может осуществлять связь в соответствии со спецификацией Qi беспроводной мощности версий 1,0 и 1,1 в некоторых фазах или режимах, но не в других. Например, она может использовать стандартную модуляцию нагрузки во время фазы Идентификации и Конфигурации, где сигнал передачи мощности и внешние нагрузки могут быть постоянными, но не во время фазы передачи мощности, где дело обстоит не так.
В системе на ФИГ. 1, связь между приемником 105 мощности и передатчиком 101 мощности расширяется относительно стандартизированной связи спецификации Qi беспроводной мощности версий 1,0 и 1,1.
Во-первых, система поддерживает передачу сообщений от передатчика 101 мощности до приемника 105 мощности, и в частности позволяет передатчику 101 мощности передавать данные на приемник 105 мощности. Во-вторых, связь от приемника 105 мощности на передатчик 101 мощности может использовать расширенную связь и может не быть ограничена для связи посредством модуляции нагрузки.
В частности, система на ФИГ. 1 использует вторую линию связи, которая является независимой от сигнала передачи мощности в смысле, что она не вовлекает модуляцию сигнала передачи мощности или использует сигнал передачи мощности в качестве несущей. Линией связи является линия связи малого радиуса действия с диапазоном не более, чем 20 см. Таким образом, связь только гарантируется на расстоянии 20 см. В некоторых вариантах осуществления диапазон равен не более, чем 10 см. В действительности, во многих вариантах осуществления обычные диапазоны связи могут быть в районе нескольких сантиметров.
Линия связи малого радиуса действия может в частности быть линией связи NFC.
Во многих вариантах осуществления вторая линия связи формируется посредством связи малого радиуса действия, которая является независимой от передачи мощности и сигнала передачи мощности. Система связи малого радиуса действия в частности не использует сигнал передачи мощности, но является независимой от его наличия. Связь малого радиуса действия может быть выполнена, даже когда сигнал передачи мощности не присутствует, в действительности связь малого радиуса действия может часто быть более надежной и иметь уменьшенную вероятность возникновения ошибок, когда сигнал передачи мощности не присутствует. Таким образом, вместо обычного подхода, где одинаковый сигнал используется как для передачи мощности, так и для связи, система на ФИГ. 1 обеспечивает дифференцированную связь и передачу мощности посредством связи, основанную на модуляции отдельной несущей в отличие от того, чтобы модулировать сигнал передачи мощности (хотя некоторая связь между передатчиком 101 мощности и приемником 105 мощности может, возможно, дополнительно выполняться, используя сигнал передачи мощности, такой как, например, наследственная связь во время идентификации и фазы конфигурации).
Связь малого радиуса действия, соответственно, основывается на использовании несущей, которая не является (частью) сигналом передачи мощности. В частности, данные, передаваемые по воздушному интерфейсу связи малого радиуса действия, передаются посредством модуляции несущей связи. Несущая связи является независимой от сигнала передачи мощности и обычно, имеет, по существу, отличный уровень частоты и мощности. Обычно, частота несущей связи не меньше, чем двойная частота сигнала передачи мощности, и уровень мощности, как правило, меньше чем половина, и часто намного ниже (такой, например, как одна десятая, одна пятидесятая или одна сотая) уровня максимальной мощности сигнала передачи мощности в сигнале передачи мощности.
Связь малого радиуса действия, кроме того, использует отличные индукторы для передачи несущей/сигнала связи от тех, которые служат для передачи сигнала передачи мощности от передатчика 101 мощности на приемник 105 мощности. В частности, несущая связи передается, используя антенны связи малого радиуса действия, и не использует катушку 103 передатчика или катушку 107 приема.
Таким образом, связь малого радиуса действия и передача мощности являются в системе на ФИГ. 1, по существу, независимыми и отдельными функциями и системами. Однако, тогда как использование таких различных и независимых систем может обеспечивать набор преимуществ, могут также быть трудности, связанные с этим. В частности, в системе, где две независимые системы являются обе основанными на электромагнитных сигналах, которые сосуществуют в одинаковом пространстве, эти системы вызывают помехи друг для друга. В частности, очень сильное электромагнитное поле, генерируемое посредством сигнала передачи мощности, вызывает высокую степень помех, которые могут существенно повлиять на связь малого радиуса действия.
Система на ФИГ. 1 позволяет такой линии связи малого радиуса действия сосуществовать с сильным магнитным сигналом, генерированным посредством передатчика 101 мощности для передачи мощности, посредством приспособления сигнала передачи мощности использовать временной кадр с разделением времени и посредством синхронизации связи малого радиуса действия с этим временным кадром.
В частности, вместо использования непрерывной передачи мощности как в существующих системах, текущие системы применяют временной кадр к сигналу передачи мощности. Временной кадр содержит по меньшей мере два типа интервалов времени/слотов времени, а именно, интервалы времени мощности, в которых генерируется сигнал передачи мощности, имеющий требуемую мощность для передачи мощности, и интервал времени уменьшенной мощности, в котором обеспечивается только сигнал передачи уменьшенной мощности уровня мощности. Действительно, во многих вариантах осуществления сигнал передачи мощности может быть полностью выключен во время интервалов времени уменьшенной мощности. Этот подход приспособления работы по передаче мощности и эффективно делающего его прерывистым позволяет связи малого радиуса действия сосуществовать с передачей мощности. Этот подход позволяет связи малого радиуса действия быть выполненной во время фазы передачи мощности. Таким образом, во время фазы передачи мощности, где мощность передается на приемник 105 мощности, передатчик 101 мощности генерирует очень сильный сигнал передачи мощности для генерирования требуемой мощности на приемник 105 мощности. Такой мощный сигнал может часто вызывать очень существенные помехи для связи малого радиуса действия, которая в действительности работает в местоположении, где сигнал передачи мощности является самым сильным.
Этот подход может разрешать набор недостатков, ассоциированных с обычными подходами.
Например, он может преодолевать недостатки использования сигнала передачи мощности в качестве сигнала несущей для связи. Например, для многих нагрузок, таких как электромоторы, динамические изменения очень значительны, и это может во многих сценариях делать модуляцию нагрузки относительно ненадежной или даже невыполнимой. Кроме того, модуляция сигнала передачи мощности обычно имеет тенденция быть относительно медленной и приводить к очень низким скоростям передачи данных.
Однако, использование отдельной линии связи, такой как линия связи NFC, совместно с подходом синхронизированного разделения времени, позволяет характеристикам мощности передачи быть разъединенными с линией связи, таким образом обеспечивая более надежную и более быструю связь. Дополнительно, связь малого радиуса действия обеспечивает увеличенную защиту против рабочих помех от других операций по передаче мощности, выполняемых близко к передаче мощности.
Действительно, если отдельные каналы связи используются, это может привести к помехам между операциями различных передач мощности, что может привести к потенциально опасной ситуации с уровнями высокой мощности. Например, операции управления могут давать помехи друг другу, например посредством данных управления от приемника мощности одной операции передачи мощности, используемой для управления передачей мощности на другой соседний приемник мощности. Разделение между связью и сигналами передачи мощности может привести к менее надежной и менее отказоустойчивой работе.
В частности, связь посредством модуляции нагрузки неотъемлемо способствует гарантии того, что данные передаются между приемником 105 мощности тока и передатчиком 101 мощности, т.е. передатчик 101 мощности может достоверно предположить, что принятые данные могут использоваться для управления работой по передаче мощности. Однако изобретатели распознали, что, когда отдельная линия связи, которая является независимой от сигнала передачи мощности, используется, имеется риск, что данные, переданные от приемника 105 мощности, не могут быть приняты посредством передатчика 101 мощности, который доставляет мощность на приемник 105 мощности или может быть принят посредством передатчика 101 мощности, который не доставляет мощность на приемник 105 мощности. Точно так же, имеется риск, что данные, принятые посредством передатчика 101 мощности, не исходили от ожидаемого приемника 105 мощности.
Проблема может быть особенно значительной для ситуаций, когда множество передатчиков мощности, которые помещаются в ограниченную область, могут одновременно передавать мощность на множество приемников мощности.
Проблема может также быть особенно значительной для передатчиков мощности, которые включают в себя множество катушек передачи и которые способны одновременно поддерживать множество передач мощности.
В качестве примера, использование отдельной линии связи RF (РЧ) может не требовать, чтобы приемник 105 мощности был помещен правильно для связи, которая должна выполняться. В частности, факт того, что возможно выполнить успешную связь, не будет, как правило, гарантировать, что катушка 107 приема помещается достаточно близко к катушке 103 передачи. Если приемник мощности управляет передатчиком мощности с помощью такого канала связи, система не может поэтому быть уверена, что катушка приема помещена достаточно близко к катушке передатчика (и таким образом связь между катушкой приема и катушкой передачи может быть очень низкой). Возможно, что приемник мощности продолжает запрашивать, чтобы передатчик мощности включился до тех пор, пока выданная мощность не будет большой для приемника мощности для приема достаточной мощности даже с текущей неэффективной связью. Однако он может запрашивать, чтобы очень сильное магнитное поле было вызвано и оно может привести к неожиданным и нежелательным воздействия на пользователя или металлические предметы от магнитного поля, сгенерированного посредством передатчика мощности.
Передатчик мощности и приемник мощности могут включать в себя дополнительную функциональность для подтверждения и проверки позиции приемника мощности, но такая дополнительная функциональность, обычно, добавляет сложность и стоимость.
Кроме того, одновременное использование множественных приборов с индивидуальными приемниками мощности может привести к ситуации, когда первый приемник мощности, подсоединенный к первому передатчику мощности, вносит помехи во второй приемник мощности, подсоединенный ко второму передатчику мощности. Сигналы управления первого приемника мощности могут быть перехвачены вторым передатчиком мощности или наоборот. Это может, например, привести к тому, что второй передатчик мощности управляется для генерирования высокого магнитного поля, которое не подходит для второго приемника мощности. Например, если первый приемник мощности обнаруживает, что уровень сигнала передачи мощности должен быть увеличен, он может запрашивать увеличение мощности. Однако этот запрос может быть принят посредством второго передатчика мощности вместо первого передатчика мощности, и тогда это приведет к тому, что сигнал передачи мощности, выданный посредством второго передатчика мощности на второй приемник мощности, увеличивается. Первый приемник мощности все еще обнаруживает, что уровень сигнала передачи мощности слишком низкий (поскольку сигнал передачи мощности от первого передатчика мощности не изменился), и поэтому он продолжает запрашивать увеличение мощности. Таким образом, второй передатчик мощности продолжает увеличивать уровень мощности. Это непрерывное увеличение мощности может привести к повреждению, чрезмерному выделению тепла, и, в общем, к нежелательной и даже потенциально небезопасной ситуации для второго приемника мощности и ассоциированного прибора.
В качестве конкретного примерного сценария для иллюстрации проблемы, пользователь может помещать чайник сверху первого передатчика мощности на кухне. Первый передатчик мощности может обнаруживать, что объект помещен на его интерфейс передачи мощности, и может выдавать сигнал передачи мощности с низкой мощностью на чайник для запуска его электроники. Чайник посылает информацию с помощью линии связи RF на передатчик мощности для инициации и управления передатчиком мощности для выдачи мощности. Через какое-то время пользователь может решить поместить кастрюлю на первый передатчик мощности, и соответственно он может переместить чайник на второй передатчик мощности около первого передатчика мощности. Второй передатчик мощности обнаруживает чайник и управляет мощностью передачи для чайника. Первый передатчик мощности может обнаруживать кастрюлю, но все еще принимает данные управления от чайника. Первый передатчик мощности поэтому выдает мощность на кастрюлю, но сигналом передачи мощности управляет чайник, приводя к, возможно, неожиданному нагреванию кастрюли. Пользователь обычно не предупрежден об этой ситуации и может, например, касаться кастрюли, которая может быть неприемлемо горячей.
В качестве другого примера, с аналогичным сценарием можно столкнуться, но с добавлением невысокой температуры рабочей поверхности, имеющей сопротивление. Чайник может быть сконструирован таким образом, что он не нагревает поверхность, на которую он помещается, даже когда вода в чайнике достигает точки кипения. Кастрюля может быть обычной кастрюлей, подходящей для индукционной готовки, но предназначенной только для использования на керамической стеклянной пластине. В этой ситуации кастрюля может повреждать не нагреваемую рабочую поверхность имеющую сопротивление, потому что она не содержит средства ограничения распределения мощности, когда первый передатчик мощности все еще находится под управлением чайника, в то время как кастрюля помещается на первый передатчик мощности.
Проблемы могут также возникать, например, в сценариях, когда передатчик мощности может содержать множество катушек передачи. Например, как иллюстрировано на ФИГ. 2, передатчик мощности может содержать контроллер мощности PCU, который управляет множеством элементов передачи TE, каждый содержащий катушку передатчика. В то же время отдельный блок связи CU может принимать данные от отдельной линии связи RF. В таком сценарии первый приемник мощности может быть помещен на первый элемент передачи/катушку TE. Например, мобильный телефон может быть помещен на несколько катушек передачи и передача мощности на мобильный телефон может начинаться. Мобильный телефон может передавать данные управления назад на передатчик мощности, используя линию связи RF, и сигнал передачи мощности первой катушки передачи TE может быть скомпонован соответственно. Пользователь может теперь желать зарядить второй мобильный телефон. Он может переместить первый мобильный телефон немного в сторону, чтобы создать место для нового телефона, что может приводить к тому, что первый мобильный телефон помещается на другой катушке передачи, такой, как, например, на соседней катушке передачи. Однако это не может быть обнаружено системой и действительно обратная линия связи от первого мобильного телефона будет все еще работать. Первый мобильный телефон будет запрашивать увеличения мощности для компенсации за низкую связь, приводя к очень большому магнитному полю, потенциально генерируемому посредством первой катушки передачи. Действительно, во многих сценариях второй мобильный телефон может потенциально быть помещен сверху первой катушки передачи, и следовательно испытывать высокое магнитное поле без какого-либо шанса его уменьшения. Таким образом, контроль передачи мощности может быть по существу потерян, и действительно, в некоторых сценариях передачей мощности для одного мобильного телефона можно управлять посредством другого и наоборот.
Использование линии связи малого радиуса действия, такой как NFC, гарантирует, что, хотя отдельная линия связи, независимая от сигнала передачи мощности, используется, имеется гарантируемое геометрическое отношение между передатчиком 101 мощности и приемником 105 мощности. Во многих вариантах осуществления этого может быть достаточно для облегчения или преодоления описанных проблем. Например, посредством гарантии, что только приемник 105 мощности в диапазоне 20 см катушки 103 передачи является действительно приемником 105 мощности, вовлеченным в передачу мощности, можно гарантировать, что связь является действительной между приемником 105 мощности и передатчиком 101 мощности, выполняющим передачу мощности. Действительно, даже в сценариях, где это происходит, не может гарантироваться, что вероятность возникновения проблемы может быть существенно уменьшена.
Следующее описание сосредотачивается на вариантах осуществления, в которых линия связи, которая является независимой от сигнала передачи мощности, является линией связи NFC.
ФИГ. 3 иллюстрирует элементы передатчика 101 мощности на ФИГ. 1 более подробно, и ФИГ. 4 иллюстрируют элементы приемника 105 мощности на ФИГ. 1 более подробно.
Передатчик 101 мощности содержит катушку 103 передачи, которая подсоединяется к блоку 301 возбуждения, который скомпонован для генерирования сигнала возбуждения катушки 103 передачи, и таким образом скомпонован для генерирования сигнала возбуждения, который транслируется в индуктивный сигнал передачи мощности. Блок 301 возбуждения скомпонован для генерирования сигнала AC с желаемым уровнем мощности, который поступает в катушку 103 передачи для генерирования сигнала передачи мощности. Должно быть оценено, что блок 301 возбуждения может содержать подходящую функциональность для генерирования сигнала возбуждения, как известно специалистам в данной области техники. Например, блок 301 возбуждения может содержать инвертор для преобразования сигнала подачи мощности DC в сигнал AC подходящей частоты (как правило, приблизительно 50-200 кГц) для передачи мощности. Должно быть также оценено, что блок 301 возбуждения может содержать подходящую функциональность управления для работы с различными фазами системы передачи мощности. Во многих случаях блок 301 возбуждения содержит один или более конденсаторов для реализации схемы резонанса с катушкой 103 мощности для выбранной частоты.
Блок 301 возбуждения подсоединяется к контроллеру 303 мощности, который скомпонован для управления мощностью сигнала передачи мощности. В частности, контроллер 303 мощности может генерировать сигнал управления, который поступает в блок 301 возбуждения и который указывает на уровень мощности для сигнала блока возбуждения. Блок 301 возбуждения может затем масштабировать сигнал возбуждения, чтобы он имел соответствующую амплитуду.
Передатчик 101 мощности, кроме того, содержит первый блок 305 связи, который скомпонован для связи с приемником 105 мощности. В частности, 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. Линией связи является линия связи малого радиуса действия RF, и соответственно передатчик 101 мощности также содержит антенну 307, подсоединенную к первому блоку 305 связи.
Антенна 307 может быть любым элементом, подходящим для преобразования электрического сигнала в электромагнитный сигнал связи, таким как, в частности, электромагнитный радиатор, антенна, индуктор или катушка индуктивности.
В конкретном примере первый блок 305 связи является блоком связи NFC, и таким образом линией связи является линия связи NFC. Антенна 307 может, в частности, быть плоской катушкой индуктивности NFC.
Первый блок 305 связи может таким образом обмениваться сообщениями данных с приемником 105 мощности, используя связь малого радиуса действия и, в частности, используя связь NFC. Диапазон связи ограничивается не более, чем 20 см и во многих вариантах осуществления до не более, чем 10 см. Обычные линии связи могут быть по расстояниям только нескольких сантиметров.
-3
Диапазон связи может быть максимальным расстоянием между антеннами, которые обеспечивают надежную связь. Надежная связь, как полагается, требует, чтобы коэффициент ошибок был ниже порога, такого как, например, коэффициент ошибок битов, меньше чем 10.
Первый блок 305 связи может передавать сообщения данных на приемник 105 мощности по линии связи NFC или может принимать сообщения данных от приемника 105 мощности по линии связи NFC. В частности, первый блок 305 связи может передавать прямое сообщение на приемник 105 мощности по линии связи NFC с приемником 105 мощности, ожидающим ответа посредством передачи сообщения ответа обратно на передатчик 101 мощности по линии связи NFC. Сообщение ответа может, например, требоваться для подтверждения того, что обратной линией связи является действительная линия связи с приемником 105 мощности, который принимает участие в передаче мощности.
В некоторых вариантах осуществления только одна из линий связи может быть установлена посредством связи малого радиуса действия (NFC). Например, в некоторых вариантах осуществления прямая линия связи может быть установлена посредством использования модуляции сигнала передачи мощности, тогда как обратная линия связи устанавливается, используя связь NFC. В качестве другого примера, в некоторых вариантах осуществления обратная линия связи может быть установлена, используя модуляцию нагрузки сигнала передачи мощности, тогда как прямая линия связи устанавливается, используя связь NFC.
Приемник 105 мощности содержит контроллер 401 передачи мощности, который подсоединяется к катушке 107 приема и который принимает сигнал передачи мощности. Контроллер 401 передачи мощности дополнительно подсоединяется к нагрузке 403 и способен принимать сигнал передачи мощности и генерировать подходящий сигнал подачи мощности для нагрузки 403. Контроллер 401 передачи мощности может, например, содержать (мостовой) выпрямитель, схему сглаживания и схему управления мощностью или напряжением, как известно специалисту в данной области техники. Во многих случаях приемник мощности содержит один или более конденсаторов для реализации схемы резонанса с катушкой 107 приемника для выбранной частоты.
Контроллер 401 передачи мощности, кроме того, способен управлять приемником 105 мощности и в частности, поддерживать работу функции передачи, включающей в себя поддержку различных фаз передачи мощности Qi.
Приемник 105 мощности дополнительно содержит второй блок 405 связи, который является блоком связи малого радиуса действия. В частности, второй блок 405 связи может передавать данные на передатчик 101 мощности по обратной линии связи и принимать данные от передатчика 101 мощности по прямой линии связи. Линиями связи являются линии связи малого радиуса действия RF, и, соответственно, приемник 105 мощности также содержит антенну 407, подсоединенную ко второму блоку 405 связи.
Антенна 407 может быть любым элементом, подходящим для преобразования электромагнитного сигнала связи в электрический сигнал, таким как, в частности, электромагнитный радиатор, антенна, индуктор или катушка индуктивности.
В конкретном примере второй блок 405 связи является блоком связи NFC, и таким образом линией связи является линия связи NFC. Антенной 407 может, в частности, быть плоская катушка индуктивности NFC.
Второй блок 405 связи может таким образом обмениваться сообщениями данных с передатчиком 101 мощности, используя связь малого радиуса действия и, в частности, используя связь NFC. Второй блок 405 связи может передавать сообщения данных на передатчик 101 мощности по линии связи NFC или может принимать сообщения данных от передатчика 101 мощности по линии связи NFC. В частности, второй блок 405 связи может передавать прямое сообщение на передатчик 101 мощности по обратной линии связи NFC. Передатчик 101 мощности может затем отвечать на это сообщение посредством передачи сообщения ответа назад на передатчик 101 мощности по прямой линии связи NFC.
В качестве другого примера передатчик 101 мощности 101 может реализовывать блок инициации NFC, и приемник 105 мощности может реализовывать целевую NFC. Блок инициации NFC (т.е. передатчик 101 мощности) может отправлять запрос по прямой линии связи NFC, и целевая NFC (т.е. приемник 105 мощности) может посылать ответ по обратной линии связи NFC. Этот ответ может быть или может включать в себя подтверждение, что прямая линия связи NFC является действительной линией связи с корректным приемником 105 мощности.
Система соответственно использует систему связи, которая является отдельной от передачи мощности и, в частности, которая не вовлекает любую модуляции сигнала передачи мощности. Однако, в системе на ФИГ. 1-4, связь NFC не просто реализуется независимо от передачи мощности, а вместо этого операции объединяются и координируются друг с другом. Интеграция такова, что передача мощности и связь NFC работают в синхронизированном и мультиплексированном распределении с разделением по времени.
В частности, передача мощности изменяется таким образом, что она не является непрерывной передачей мощности, а вместо этого используется прерывистый сигнал передачи мощности. Действительно, и передача мощности и связь NFC организуются для работы в соответствии с повторяющимся временным кадром. Повторяющийся временной кадр содержит по меньшей мере один интервал времени, в котором выполняется передача мощности. Этот интервал времени, таким образом, называется интервалом времени мощности (или интервалом времени передачи мощности). Каждый период времени, кроме того, содержит по меньшей мере один интервал времени, в котором мощность сигнала передачи мощности уменьшается, и как правило уменьшается, по существу, до нуля. Этот интервал времени, соответственно, называется интервал времени уменьшенной мощности.
ФИГ. 5 иллюстрирует пример диаграммы тактирования для системы на ФИГ. 1.
В этом примере каждый повторяющийся временной кадр содержит один интервал времени мощности и один интервал времени уменьшенной мощности. В примере мощность сигнала передачи мощности уменьшается до нуля в интервале времени уменьшенной мощности. На ФИГ. 5 интервал времени мощности называется "Window P" и интервалы времени уменьшенной мощности называются "Window Z".
Должно быть оценено, что в некоторых вариантах осуществления или сценариях мощность сигнала передачи мощности не может быть уменьшена до нуля в уменьшенных интервалах времени мощности, но может быть ограничена до более низкого уровня, являющегося уровнем, который ниже, чем максимальная возможная мощность сигнала передачи мощности интервалах времени мощности, так, например, посредством ограничения уровня мощности до уровня мощности, для которого помехи, вызванные связью NFC, являются известно приемлемыми.
В системе на ФИГ. 1 связь NFC не просто выполняется для соответствия стандарту связи NFC, но также выполняется для интеграции с операцией передачи мощности, и, в частности, связь NFC выполняется синхронно с временным кадром сигнала передачи мощности т.е. она синхронизируется с изменениями мощности сигнала передачи мощности. Таким образом, в системе на ФИГ. 1, функциональность для предоставления мощности с помощью сигнала передачи мощности и связи малого радиуса действия, использующей несущие связи, синхронизированные друг с другом, и действительная несущая связи синхронизируется с сигналом передачи мощности. Кроме того, эта синхронизация связи и передача мощности выполняется во время фазы передачи мощности, где передатчик 101 мощности выдает мощность на приемник 105 мощности, таким образом разрешая или улучшая связь малого радиуса действия одновременно с передачей мощности.
В частности, передатчик 101 мощности на ФИГ. 3 содержит первый блок 309 синхронизации, подсоединенный к блоку 301 возбуждения и первому блоку 305 связи. Первый блок 309 синхронизации скомпонован для синхронизации связи малого радиуса действия (NFC) с временным кадром сигнала передачи мощности таким образом, что связь малого радиуса действия (NFC) ограничивается до интервалов времени уменьшенной мощности.
Точно так же приемник 105 мощности содержит второй блок 409 синхронизации, подсоединенный к контроллеру 401 мощности и второй блок 405 связи. Второй блок 409 синхронизации скомпонован для синхронизации связи малого радиуса действия (NFC) с временным кадром сигнала передачи мощности, таким образом, что связь малого радиуса действия (NFC) ограничивается посредством интервалов времени уменьшенной мощности.
Таким образом, первый и второй блоки 305, 405 связи управляются таким образом, что связь по линии связи NFC ограничивается до интервалов времени уменьшенной мощности. В частности, передача сообщения данных выполняется только во время интервала времени уменьшенной мощности, и никакие передачи данных не происходят вне них (хотя в некоторых вариантах осуществления передатчик NFC одного из первого и второго сигналов блока 305, 405 связи может, например, непрерывно передавать немодулированную несущую, например, для включения пассивного блока связи NFC).
Например, связь NFC может выполняться в пассивном режиме, где целью является пассивный объект связи NFC, который не содержит функциональность для включения самого себя. В пассивном режиме блок инициации генерирует RF-поле, и цель получает мощность посредством этого поля. Цель отвечает посредством модулирования существующего RF-поля. Как было ранее упомянуто, блок инициации может быть реализован на стороне передатчика мощности или на стороне приемника мощности. Однако, если цель помещается на сторону приемника мощности, цель может быть непосредственно питаться от блока инициации. Это решение может предотвращать реализацию подачи внутренней мощности (например, батарея) и генерирование сигнала несущей (т.е. локального генератора) в приемнике мощности.
В некоторых вариантах осуществления первый блок 309 синхронизации и/или второй блок 409 синхронизации скомпонованы для синхронизации передачи сообщения данных с интервалом времени уменьшенной мощности. Таким образом, первый блок 309 синхронизации может выдавать сигнал тактирования на первый блок 305 связи, который используется посредством первого блока 305 связи, чтобы тактировать передачи сообщения данных на приемник 105 мощности. Точно так же второй блок 409 синхронизации может выдавать сигнал тактирования на второй блок 405 связи, который используется посредством первого блока 405 связи, чтобы тактировать передачи сообщения данных на передатчик 101 мощности.
Точно так же, в некоторых вариантах осуществления первый блок 309 синхронизации и/или второй блок 409 синхронизации компонуются для синхронизации приема сообщения данных с интервалом времени уменьшенной мощности. Таким образом, первый блок 309 синхронизации может выдавать сигнал тактирования на первый блок 305 связи, который используется посредством первого блока 305 связи для тактирования, когда приемник первого блока 305 связи может принимать сообщение данных от приемника 105 мощности. Первый блок 309 синхронизации может соответственно гарантировать, что только сообщения данных, переданные в правильных интервалах времени, могут быть приняты. Это может использоваться для уменьшения мощности и/или дополнительно снижать риск сообщений данных, принимаемых от других источников, от действительного приемника 105 мощности. Точно так же второй блок 409 синхронизации может выдавать сигнал тактирования на второй блок 405 связи, который используется посредством него, чтобы тактировать прием сообщения данных от передатчика 101 мощности.
В большинстве вариантов осуществления продолжительность интервала времени мощности (или объединенная продолжительность интервалов времени мощности в случае, если есть больше чем один) в каждом периоде времени, более длительна, чем интервал времени уменьшенной мощности (или объединенная продолжительность интервалов времени уменьшенной мощности в случае, если есть больше чем один) в течение каждого временного кадра. Во многих вариантах осуществления это по меньшей мере 2, 3, 5 или даже в 10 раз дольше. В вариантах осуществления, где каждый период времени содержит только один интервал времени мощности и один интервал времени уменьшенной мощности, коэффициент заполнения (для интервала времени уменьшенной мощности) является, обычно, не больше, чем 20%, 10% или даже 5%.
Это может, обычно, быть выгодно посредством предоставления достаточного количества времени для установки канала связи достаточной емкости, без недопустимого влияния на передачу мощности.
Временной кадр может, обычно, иметь продолжительность не менее чем 5 мс и не более, чем 200 мс. Кроме того, временным кадром является периодически повторяющийся временной кадр. Соответственно, частота повторения, обычно, является не менее чем 5 Гц и не более, чем 200 Гц. Это может обеспечивать улучшенную работу во многих сценариях и может в частности позволять системе связи малого радиуса действия выдавать достаточно быструю связь с максимальным ожиданием, пока не смогут быть переданы данные, уменьшенные до продолжительностей, которые не приведут к недопустимому воздействию на выполнение передачи мощности. Таким образом, это будет способствовать предоставлению достаточно быстрого времени отклика, чтобы передача мощности оставалось эффективной.
Тактирование временного кадра обычно доступно в передатчике 101 мощности в качестве той же временной развертки, которая используется для управления (например, стробирования) сигналом передачи мощности, может быть выдан на первый блок 309 синхронизации (или может генерироваться посредством первого блока 309 синхронизации и поступать на контроллер 303 мощности). В приемнике 105 мощности тактирование может быть получено из самого сигнала передачи мощности посредством обнаружения переходов между интервалами времени мощности и интервалом времени уменьшенной мощности, на основании изменения уровня мощности (например, используя триггер Шмидта). Например, замкнутый контур первой фазы может основываться на переходах задних фронтов (т.е. от интервала времени мощности до интервала времени уменьшенной мощности) для генерирования сигнала временной развертки, синхронизированного с переходами от интервалов времени мощности к интервалам времени уменьшенной мощности. Замкнутый контур второй фазы может основываться на переходах передних фронтов (т.е. от интервалов времени уменьшенной мощности до интервалов времени мощности) для генерирования сигнала временной развертки, синхронизированного с передачами от интервалов времени уменьшенной мощности до интервалов времени мощности. Затем два генерированных сигнала могут иметь коэффициент заполнения, например, 50% и сигнал временной развертки, синхронизированный с обоими переходами, может быть генерирован посредством объединения двух генерированных сигналов (используя, например, функции ИЛИ или И).
ФИГ. 5 дополнительно иллюстрирует пример синхронизированной связи NFC. На этом примере блок инициации (который в различных вариантах осуществления и сценариях может быть как передатчиком мощности, так и приемником мощности) передает сообщение данных в первом интервале времени уменьшенной мощности. Цель (которая в различных вариантах осуществления и сценариях может быть как приемником мощности, так и передатчиком мощности) принимает сообщение данных в первом интервале времени уменьшенной мощности. В последующем интервале времени уменьшенной мощности цель отвечает посредством передачи сообщения ответа на блок инициации.
Таким образом, на этом примере блоки 305, 405 связи компонуются для ответа на сообщение данных, где ответ передается в последующем интервале времени уменьшенной мощности к тому, в котором принимается сообщение данных.
Таким образом, на этом примере каждый интервал времени уменьшенной мощности обеспечивает однонаправленную связь. После сообщения данных, переданного в одном направлении, принимающая часть передает сообщение ответа в следующем интервале времени уменьшенной мощности.
Ввиду рабочего времени активности по обмену данными, мультиплексированного с передачей мощности, доступное время для передачи сообщений данных ограничивается. Это может уменьшать объем данных, который может быть передан, и в частности, объем данных, который может быть передан в одном интервале времени уменьшенной мощности. Передача только в одном направлении в каждом интервале времени может часто обеспечивать более эффективную связь с более низкими накладными расходами, таким образом обеспечивая более высокую полную скорость передачи.
Однако, в некоторых вариантах осуществления может быть желательно иметь более быстрый ответ на сообщения данных.
В некоторых вариантах осуществления блоки 305, 405 связи могут компоноваться для ответа на сообщение данных в том же самом интервале времени уменьшенной мощности, в котором принимается сообщение данных.
Пример такой связи иллюстрируется на ФИГ. 6. На этом примере блок инициации посылает свои данные во время одного интервала времени уменьшенной мощности, и цель посылает свой ответ во время того же самого интервала времени уменьшенной мощности.
Передача сообщения ответа в том же самом интервале времени уменьшенной мощности может обеспечивать дополнительные преимущества.
Перед генерированием рабочего поля блок инициации должен выполнять предотвращение RF конфликта, в соответствии со стандартом NFC (ссылаясь, например, ISO/IEC 18092:Информационные технологии - Телекоммуникации и информационный обмен между системами - Связь малого радиуса действия - Интерфейс и Протокол (NFCIP-1), Второй выпуск, 15 марта 2013). В частности, блок инициации не должен генерировать свое собственное RF-поле, пока другое RF-поле обнаруживается. Такой RF конфликт предназначается для предотвращения помех связи NFC друг с другом.
ADT
При выполнении RF конфликта в активном режиме связи (т.е. цель генерирует свое собственное RF поле), система вводит интервал времени со времени, когда RF поле, сгенерированное посредством блока инициации, выключается, до того времени, когда RF поле, сгенерированное посредством цели, выключается. В этом интервале времени блок инициации и цель не генерируют никакое RF поле. Продолжительность этого интервала времени известна как время активной задержки T и представляется в виде:
ADT
768/(≈56,6 μs)≤T≤2559/ (≈188,7 μs)
где  является несущей частотой (т.е. 13,56 МГц). После времени активной задержки имеется защитный интервал , который является временем между включением RF поля цели и запуском посылки сообщения ответа.  должен быть больше или равным 1024/ (≈75,5 μs). Однако эти требования тактирования для предотвращения конфликта RF могут часто не обеспечивать сообщению ответа быть в последующем интервале времени уменьшенной мощности, поскольку задержки повышают требования NFC. Поэтому, во многих вариантах осуществления может быть преимущественным иметь двунаправленные передачи в каждом интервале времени уменьшенной мощности.
В системе на ФИГ. 1 блоки 305, 405 связи дополнительно компонуются для выполнения набора операций для поддержки линий связи.
Такие операции могут включать в себя обнаружение возможности связи другого объекта связи. Например, блок инициации может определять возможность связи цели и может, в частности, определять, например, является ли цель активной или пассивной целью, какой режим NFC она поддерживает и т.д.
Другая операция, которая может быть выполнена для поддержки линии(й) связи, является обнаружение конфликтов, которая может, в частности, выполняться для обнаружения любой одновременно выполняемой связи малого радиуса действия, такой как, например, описана в стандарте NFC для разрешения конфликта.
Другая операция, которая может выполняться для поддержки линии(й) связи, является инициализация сеанса связи, которая может инициализировать связь между передатчиком 101 мощности и приемником 105 мощности (и между блоком инициации и целью). В частности, связь может быть установлена посредством следующей конкретной процедуры, вовлекающей в себя определение и приспособление возможностей связи, обмена идентификаторами и т.д.
Операция может в частности быть активацией устройства, где блок инициации может, например, активировать цель при подготовке к связи.
В частности, для NFC эти операции могут включать в себя обнаружение технологии, разрешение конфликтов и действия по активации устройства (описанные в, например, спецификации работы NFC, техническая спецификация, форум NFC версия 1,018 ноябрь 2010).
Во многих вариантах осуществления эти функции могут выполняться до фазы передачи мощности, т.е. они выполняются перед началом передачи мощности передатчиком мощности на (нагрузке) приемнике мощности.
Эти действия являются относительно время затратными действиями и во многих вариантах осуществления эти требования тактирования могут не быть совместимы с описанной схемой обмена данными. Таким образом, если эти действия выполняются во время передачи мощности, корректное выполнение может не быть гарантировано для некоторых сценариев некоторых вариантов осуществления.
Этот подход может дополнительно включать в себя различные подходы, нацеленные на уменьшение риска отсутствия связи между намеченным передатчиком 101 мощности и намеченным приемником 105 мощности.
Во многих вариантах осуществления блоки 305, 405 связи малого радиуса действия приемника 105 мощности и/или передатчика 101 мощности могут быть для выполнения обнаружения возможных кандидатов связи на связь малого радиуса действия. Это может, например, выполняться во время работы разрешения конфликтов связи NFC. Например, блок связи блока инициации может генерировать сигнал RF и затем просматривать, сколько потенциальных целей выдают ответ.
Если больше чем один потенциальный кандидат связи обнаруживается (т.е. больше чем одна цель, например NFC) блок связи указывает это для контроллера 303 мощности (как непосредственно, так например, с помощью модуляции нагрузки, если обнаружение получается в приемнике 105 мощности). Контроллер 303 мощности затем блокирует передачу мощности, например, любого из посредством прерывания передачи мощности, посредством не инициализации действительной передачи мощности, посредством ограничения предела максимальной мощности и т.д.
В качестве конкретного примера для NFC, если во время действия по разрешению конфликта больше чем одна цель обнаруживается посредством блока инициации, передатчик 101 мощности не генерирует сигнал передачи мощности. Таким образом, передатчик 101 мощности не передает мощность пока более чем одна цель не обнаружится. Это может уменьшать риск, чтобы передатчик мощности или приемник мощности могли связаться более чем с одним приемником мощности или передатчиком мощности, соответственно.
Это может, соответственно, предотвращать различные нежеланные сценарии.
Например, как иллюстрировано на ФИГ. 7, если второй приемник мощности (Арр # 2) помещается в непосредственную близость от действительного приемника мощности (Арр # 1), который принимает мощность от передатчика мощности (Tx # 1) таким способом, чтобы он находился в диапазоне связи устройства NFC, реализованного в Tx # 1, то Арр # 2 может также сообщать и принимать мощность от передатчика мощности. Арр # 2, который не предполагается для приема мощности, может поэтому неумышленно нагреваться, приводя к нежелательной ситуации.
В сценарии, когда два приемника мощности (например, два прибора) могут связываться с одинаковым передатчиком мощности, эти два прибора могут передавать противоречивые команды на передатчик мощности. Например, один может запрашивать большую мощность, в то время как второму прибору необходимо меньше мощности.
Если технология сигнала NFC-F используется в пассивном режиме связи, Команда SENSF_REQ, описанная в Цифровом Протоколе NFC, Техническая спецификация, Форум NFC Версия 1,0, 17 ноября 2010, может использоваться посредством блока инициации для исследования рабочего поля для целей. Для каждого достоверного ответа SENSF_RES, блок инициации увеличивает свой счетчик устройства (ссылаясь, например, на Спецификацию Работы NFC, Техническая спецификация, Форум NFC Версия 1,0, 18 ноября 2010.) Эта задача выполняется посредством работы по разрешению конфликта. Количество целей, которое было посчитано, является количеством целевых устройств, сконфигурированных с технологией сигнала NFC-F в диапазоне связи блока инициации. Таким образом, если это количество больше, чем один, передатчик мощности может блокировать сигнал передачи мощности.
В некоторых вариантах осуществления приемник 105 мощности может быть скомпонован для отсоединения сигнала катушки 107 приема мощности от нагрузки 403 в ответ на то, чтобы не было линии связи малого радиуса действия, установленной посредством второго блока 405 связи. В таких вариантах осуществления катушка 107 приема мощности может быть отсоединена, если второй блок 405 связи установил линию связи малого радиуса действия с передатчиком 101 мощности. В частности, для NFC, катушка 107 приема отсоединяется, если приемник 105 мощности не является активированным устройством NFC. Во многих вариантах осуществления катушка 107 приема может также быть отсоединена от внутренней схемы приемника 105 мощности.
Этот подход может уменьшать воздействие приемника 105 мощности, неумышленно принимающего сигнал передачи мощности, который предназначается для выдачи мощности на другой ближайший приемник мощности.
В качестве конкретного примера, в сценарии, где технология сигнала NFC-A используется в пассивном режиме связи, команда SDD_REQ, описанная в Цифровом Протоколе NFC, Техническая спецификация, Версия 1,0, Форум NFC, 17 ноября 2010 может использоваться посредством блока инициации для обнаружения того, имеется ли больше чем одно устройство аналогичной технологии (в данном случае NFC) в рабочем поле блока инициации. Оно может быть обнаружено во время работы по разрешению конфликтов. Таким образом, если в примере, описанном на ФИГ. 7, Tx # 1 и Арр #1 связываются используя NFC-A и Арр #2 только собирается связываться, используя NFC-F, то блок инициации не обнаружит, что больше чем одно устройство находится в своем диапазоне связи. В этом случае Арр # 2 также принимает мощность от Tx #1.
Для предотвращения такой ситуации, катушки мощности приемника мощности в некоторых вариантах осуществления могут быть отсоединены от по меньшей мере нагрузки, и как правило от других частей приемника мощности, если активация устройства (для линии связи NFC) не была выполнена. Другими словами, катушка мощности приемника 105 мощности может в некоторых вариантах осуществления быть отсоединенной от нагрузки, если блок связи NFC не активируется.
Вышеупомянутые примеры описывают приемник 105 мощности, скомпонованный для отсоединения сигнала катушки 107 приема мощности от нагрузки. Однако, в некоторых вариантах осуществления приемник 105 мощности не может отсоединять сигнал катушки 107 приема мощности от нагрузки.
В таких сценариях приемник 105 мощности может быть скомпонован для уменьшения мощности для нагрузки 403 в ответ на то, что нет линии связи малого радиуса действия, установленной посредством второго блока 405 связи. В таких вариантах осуществления катушка 107 приема мощности может быть маленькой или схема резонанса, присоединенная к катушке 107 приемника, может быть расстроена, пока второй блок 405 связи не установил линию связи малого радиуса действия с передатчиком 101 мощности.
В некоторых вариантах осуществления приемник 105 мощности может содержать интерфейс пользователя и может генерировать сигнал предупреждения пользователя в ответ на обнаружение наличия сигнала передачи мощности и того, что нет установленной линии связи малой дальности посредством блока связи.
Например, если приемник 105 мощности включает в себя индуктивный нагревательный элемент (т.е. интеллектуальную кастрюлю) вместо катушки приемника мощности, невозможно отсоединить катушку 107 приема от другой схемы и неумышленный нагрев индуктивного нагревательного элемента может происходить, если приемник мощности скомпонован для приема сигнала передачи мощности, предназначенного для другого приемника мощности. В этом случае прибор может предупреждать пользователя относительно этой нежелательной ситуации, например, характерным сигналом и/или световым индикатором. Пользователь может затем вручную изучить ситуацию.
В некоторых вариантах осуществления контроллер 303 мощности скомпонован для блокировки передачи мощности в ответ на обнаружение, что сообщение ответа, ожидаемое от второго объекта, не принимается в заданном интервале времени. Сообщение может, например, быть сообщением ответа специального назначения, ожидаемого в ответ на сообщение, переданное от передатчика 101 мощности, или может, например, быть сообщением, что приемник 105 мощности ожидает передачи в качестве части нормальной работы. Например, во время работы передачи мощности приемник 105 мощности должен передавать сообщения управления мощностью, по меньшей мере, каждые 250 мс или быстрее. Если такие сообщения не принимаются вовремя, контроллер 303 мощности может продолжать блокировать передачу мощности, и в частности он может завершать передачу мощности или уменьшать уровень мощности сигнала передачи мощности (в частности до нуля).
Этот подход может, например, обнаруживать, если приемник 105 мощности был удален во время передачи мощности. Работа может зависеть от того, какой объект является блоком инициации. Если блок инициации реализуется на стороне передатчика мощности, то блок инициации не принимает ответ от цели во время интервала времени уменьшенной мощности, если приемник мощности был удален. Первый блок 305 связи может, соответственно, генерировать ошибку истечения времени, и в ответ контроллер 303 мощности может прерывать передачу мощности.
В некоторых вариантах осуществления контроллер 303 мощности может компоноваться для блокировки передачи мощности в ответ на обнаружение отсутствия радио-сигнала от приемника 105 мощности.
Например, если блок инициации помещается на сторону приемника мощности, цель реализуется на стороне передатчика мощности. Если связь основывается на активном режиме связи, то цель не воспринимает RF поле, сгенерированное посредством блока инициации, когда он находится в режиме прослушивания. Если связь находится в пассивном режиме связи, то цель больше не будет включаться посредством блока инициации. Таким образом, в любом из двух активном или пассивном режиме связи, отсутствие сигнала RF от блока инициации может быть обнаружено (приемник 105 мощности), и обнаружение отсутствия этого сигнала может посылаться на контроллер 303 мощности, который соответственно может продолжать блокировать передачу мощности, как правило посредством прерывания передачи мощности.
В некоторых вариантах осуществления второй блок 405 связи скомпонован для предотвращения прерывания линии связи с передатчиком 101 мощности в ответ на обнаружение наличия сигнала передачи мощности. В частности, второй блок 405 связи не прерывает линию связи, пока сигнал передачи мощности присутствует (в интервалах времени мощности). Таким образом, линия связи малого радиуса действия поддерживается посредством второго блока 405 связи, пока имеется сигнал передачи мощности от передатчика 101 мощности во время интервалов времени мощности. Это может снижать риск передатчика 101 мощности случайно управляться непреднамеренным приемником 105 мощности.
В частности, для связи NFC, работа по деактивации устройства не выполняется, пока передатчик мощности передает сигнал передачи мощности. Это может предотвращать, чтобы второй прибор (например, Арр # 2 на ФИГ. 7), который находится в диапазоне связи передатчика мощности (Tx # 1 на ФИГ. 7) от способности связываться с передатчиком (Tx # 1 на ФИГ. 7) мощности, в то время как он передает мощность и обменивается данными с первым прибором (App #1 на ФИГ. 7). Поскольку связь NFC только поддерживает связь между двумя объектами, обслуживание одной линии связи может предотвращать то, чтобы другая была установлена (в частности, если связь между этими двумя объектами находится в фазе обмена данными).
В некоторых вариантах осуществления передатчик 101 мощности и/или приемник 105 мощности может также быть скомпонован для передачи данных идентификации и для просмотра того, принята ли ожидаемая идентификация.
В частности, блок инициации может запрашивать с постоянными интервалами идентификационный номер цели, с которой он связывается. В ответ блок инициации принимает идентификационный номер и проверяет, соответствует ли он ожидаемому значению. В противном случае передача мощности может быть блокирована, и как правило может прерываться.
В частности, если передатчик 101 мощности не принимает правильную идентификацию от приемника 105 мощности (например, в качестве части других сообщений данных, принимаемых от приемника 105 мощности), контроллер 303 мощности информируется, и он соответственно продолжает завершать передачу мощности.
В таких примерах приемник 105 мощности может, таким образом, неоднократно передавать свою идентификационную информацию на второй передатчик 101 мощности. Передачи могут быть по запросу от передатчика 101 мощности или могут независимо генерироваться, таким образом, как, например посредством включения идентификации во все сообщения или посредством передачи документации в постоянных интервалах.
Таким образом система может включать в себя дополнительные предупредительные меры, которые могут, например, помогать уменьшать риск того, чтобы передатчик мощности связывался более чем с одним приемником мощности, чтобы передатчик мощности выдавал мощность на приемник мощности, с которым он не связан, чтобы передатчик мощности связывался с приемником мощности, с которым линия связи не была инициализирована и/или чтобы приемник мощности связывался более чем с одним передатчиком мощности.
Как упоминалось ранее, прямыми и/или обратными линиями связи являются линии связи, которые не используют катушку 103 передачи, катушку 107 приема или действительный сигнал передачи мощности. Вместо этого они находятся в системе независимых линий связи на Фиг. 1, которые не затрагиваются посредством изменений в характеристиках передачи мощности, и, в частности, не затрагиваются посредством изменений нагрузки сигнала передачи мощности. Соответственно, этот подход обеспечивает значительно улучшенную связь с существенно уменьшенной чувствительностью к, например, различным динамическим нагрузкам.
Кроме того, применение специфичной связи NFC предоставляет существующие системы связи, которые включают в себя наборы микросхем передатчика и приемника, антенны, протокол связи и т.д., которые уже доступны на рынке для использования. Никакие специальные способы связи не нуждаются в разработке. Таким образом, значительная выгода во время разработки может быть получена, а также уменьшена стоимость из-за экономии за счет масштабирования.
Кроме того, существенно увеличенная скорость передачи данных может быть достигнута со специфичной NFC, поддерживающей максимальную скорость передачи данных до 424 кбит/с. Эта скорость связи намного больше, чем 2 кбит/с, достигнутая посредством спецификации беспроводной мощности Qi для низкой мощности, даже если прерывистая связь принимается во внимание.
Кроме того, используя NFC, которая имеет максимальный диапазон связи приблизительно 4-10 см, может быть гарантировано, что передатчик 101 мощности принимает данные управления от приемника 105 мощности, который находится очень близко, таким образом уменьшая или потенциально устраняя риск передачи мощности, управляемой посредством отличного приемника мощности, от того, который вовлечен в передачу мощности. Набор микросхем NFC и антенна могут быть помещены в передатчик мощности таким способом, чтобы он мог только связываться с приемником мощности, который помещается, по существу, на или около катушки передачи, а не с приемником мощности, помещенным на другую катушку передачи или передатчик мощности. Таким образом, линия связи может быть установлена только между передатчиком мощности и приемником мощности, на который выдается мощность. Связь с приемником мощности, помещенным сверху другого передатчика мощности может быть предотвращена, в силу того, что приемник мощности находится вне диапазона связи передатчика мощности.
В некоторых вариантах осуществления передатчик мощности может быть скомпонован для генерирования сигнала передачи мощности из переменного сигнала передачи мощности DC.
Примером этого служит блок возбуждения, который иллюстрируется на ФИГ. 8. ФИГ. 9 иллюстрирует примеры форм сигналов для сигналов блока 201 возбуждения.
Блок 201 возбуждения содержит источник 801 мощности, который генерирует сигнал источника мощности. Источник 801 мощности является периодически изменяющимся сигналом, который имеет частоту периодических изменений не более 1 кГц, и, как правило, не более 500 Гц или 200 Гц. Во многих вариантах осуществления периодические изменения соответствуют изменениям входного сигнала AC, и, в частности, периодическим изменениям, получающимся из входного сигнала сети, имеющего частоту между 40 Гц и 70 Гц (как правило, 50 Гц или 60 Гц). Периодические изменения могут, в частности, следовать из выпрямления входного сигнала AC и могут соответственно иметь частоту, соответствующую частоте входного сигнала AC (единственное выпрямление) или двойную частоту входного сигнала AC (двойное выпрямление).
Сигналом источника мощности является, соответственно, периодически изменяющийся сигнал, который может иметь периодически переменную мощность/напряжение/ток. Изменения имеют низкую частоту не более 1 кГц и, как правило, сигналом источника мощности является низкочастотный сигнал с частотой, соответствующей входному сигналу AC (или двойному сигналу).
В частности, в этом примере преобразователя AC в DC, принимают сигнал AC и генерирует сигнал DC с переменным уровнем. В конкретном примере источник 801 мощности принимает синусоидальный сигнал по сети с частотой 50 Гц или 60 Гц (сеть U на ФИГ. 9). Источник 801 мощности выполняет полное выпрямление волны синусоидального сигнала. Таким образом, сигнал источника мощности, соответствующий сигналу Udc_abs на ФИГ. 9, генерируется.
В конкретном примере источник 801 мощности не включает в себя какой-либо сглаживающий конденсатор, и таким образом сигнал источника мощности соответствует выпрямленному синусоидальному сигналу полной волны. Однако в других вариантах осуществления источник 801 мощности может содержать конденсатор, который сглаживает выпрямленный сигнал, таким образом генерируя сигнал источника мощности с меньшим уровнем изменений. Однако в большинстве вариантов осуществления конденсатор может быть относительно маленьким, приводя к сигналу источника мощности с уровнем, который существенно изменяется, по меньшей мере, для некоторых нагрузок. Например, во многих сценариях колебания могут составлять, по меньшей мере, 25% или 50% предельной нагрузки.
Таким образом, генерируется сигнал источника мощности DC, который имеет переменное напряжение. Переменное напряжение происходит из-за переменного уровня AC, и, таким образом, сигналом источника мощности DC является периодический сигнал с периодом двойной частоты сети напряжения, т.е. с периодом 10 мс для входного сигнала 50 Гц.
Источник 801 мощности подсоединяется к генератору 803 сигнала передачи мощности, который принимает сигнал источника мощности и от которого генерируется сигнал возбуждения для индуктора 103, который подсоединяется к генератору 803 сигнала передачи мощности.
Генератор 803 сигнала передачи мощности в частности содержит преобразователь 805 частоты, который скомпонован для генерирования частоты сигнала возбуждения, которая должен быть выше, чем частота сигнала передачи мощности. Преобразователь частоты может увеличивать частоту сигнала возбуждения относительно сигнала передачи мощности. Индуктор 103 возбуждается посредством сигнала возбуждения, который имеет, по существу, более высокую частоту, чем частота сигнала источника мощности. Период сигнала источника мощности, обычно не менее чем 2,5 мс или даже 5 мс (соответствуя частоте 400 Гц или 200 Гц, соответственно). Однако сигнал возбуждения, как правило, имеет частоту, по меньшей мере, 20 кГц-200 кГц. Во время интервалов передачи мощности сигнал возбуждения может в частности быть представлен как:
d (t)=p (t) x (t)
где p(t) является сигналом источника мощности и x(t) является сигналом с более высокой частотой, чем p(t), и, как правило, с намного более высокой частотой (например, как правило, в 100 раз выше или больше). Для уменьшения потерь, x(t), как правило, является сигналом AC, т.е. он имеет среднее значение ноль.
x(t) может, например, быть синусоидальным сигналом. Однако в примере на ФИГ. 8, x(t) соответствует сигналу прямоугольной волны. Преобразование частоты в этом примере выполняется посредством операции коммутации, а не умножения. В частности, преобразователь 805 частоты содержит схему коммутации, на которую сигнал источника мощности выдается в качестве напряжения питания, и которая соединяется с индуктором 103 с помощью элементов коммутации, которые обеспечивают эффект, соответствующий умножению сигнала источника мощности и сигнала x(t) преобразования частоты.
В системе на ФИГ. 8 преобразователь 805 частоты включает в себя схему возбуждения в форме инвертора, который генерирует переменный сигнал из переменного напряжения DC сигнала источника мощности, используемого в качестве подачи напряжения. ФИГ. 10 показывает пример полумостового инвертора. Коммутаторы S1 и S2 управляются таким образом, что они никогда не закрываются одновременно. Альтернативно S1 закрывается пока S2 открыт и S2 закрывается, пока S1 открыт. Коммутаторы открываются и закрываются с желаемой частотой, таким образом генерируя переменный сигнал на выходе. ФИГ. 11 показывает полномостовой инвертор. Коммутаторы S1 и S2 управляются таким образом, что они никогда не закрываются одновременно. Аналогично, коммутаторы S3 и S4 управляются таким образом, что они никогда не закрываются одновременно. Альтернативно коммутаторы S1 и S4 закрываются, пока S2 и S3 открыты, и затем S2 и S3 закрываются, пока S1 и S4 открыты, таким образом создавая сигнал прямоугольной волны на выходе. Коммутаторы открываются и закрываются с желаемой частотой.
Получающийся сигнал Uac_HF иллюстрируется на ФИГ. 9. Подача этого сигнала к катушке 103 передачи, которая, как правило, включает в себя сигнал резонанса, приводит к сигналу Uac_TX на ФИГ. 9.
Однако в блоке 201 возбуждения на ФИГ. 8, сигнал, сгенерированный посредством преобразователя 805 частоты, не поступает непосредственно на катушку 103 передатчика. Вместо этого сигнал поступает на блок 807 ограничения, который скомпонован для ограничения мощности сигнала возбуждения, который поступает на катушку индуктивности таким образом, что эта мощность ниже заданного порога во время интервалов времени уменьшенной мощности, т.е. во время интервалов связи. Выходной сигнал блока 807 ограничения поступает на индуктор 103. Как правило, это подсоединение включает в себя резонирующую схему (которую можно считать частью блока 807 ограничения).
В качестве конкретного примера, блок 807 ограничения может просто ограничивать мощность сигнала, поступающего на катушку 103 передатчика посредством отсоединения катушки 103 передатчика от выхода преобразователя 805 частоты. Таким образом в этом примере сигнал от преобразователя 805 частоты подается к катушке 103 передатчика во время интервалов передачи мощности, которые прерываются посредством интервалов связи, в которых сигнал от преобразователя 805 частоты не подсоединяется к катушке 103 передатчика.
Блок 807 ограничения может также быть внутренней частью инвертора. В качестве конкретного примера, коммутаторы в полномостовом инверторе, которые обычно коммутируются с различными фазами, означают, что, по меньшей мере, часть времени коммутаторы S1 и S4 закрыты, пока S2 и S3 открыты, и наоборот, генерирование прямоугольной волны может быть остановлено посредством коммутации без разности фаз, означающей, что коммутаторы S1 и S3 закрыты, пока S2 и S4 открыты и наоборот. В общем, уровнем сигнала передачи мощности можно управлять посредством фазы полного моста. Чем больше коммутаторов находятся в фазе, тем ниже амплитуда сигнала передачи мощности, чем больше коммутаторов, несовпадающих по фазе, тем выше амплитуда сигнала передачи мощности.
ФИГ. 12 иллюстрирует получающиеся сигналы (используя аналогичное представление, что и на ФИГ. 9). Эта фигура сначала показывает сигнал Umains, который является сигналом сети, поступающим на источник мощности. Этим сигналом является полная волна, выпрямленная для генерирования уровня сигнала переменного сигнала источника мощности, соответствующего Udc_abc, как показано на ФИГ. 9. Преобразователь 805 частоты затем преобразует его в высокочастотный сигнал, соответствующий Uac_HF на ФИГ. 9 и 12. Однако вместо того, чтобы просто этот сигнал поступал на катушку 103 передатчика/резонансную схему, сигнал стробируется (т.е. соединяется и отсоединяется), в соответствии с сигналом On_OFF_ZeroX стробирования на ФИГ. 12. Когда этот сигнал стробирования имеет низкое значение, сигнал передачи мощности, сгенерированный посредством преобразователя 805 частоты, подсоединяется к катушке 103 передатчика/резонирующей схеме, и когда этот сигнал стробирования имеет низкое значение, сигнал передачи мощности, сгенерированный посредством преобразователя 805 частоты, не подсоединяется к катушке 103 передатчика/резонирующей схеме. Таким образом, получающийся сигнал после стробирования показывается как Uac_HF на ФИГ. 12, который после сглаживания посредством резонирующей схемы становится сигналом Uac_Tx на ФИГ. 12. Таким образом, сигнал передачи мощности поступает на катушку 103 передатчика, соответствует сигналу Uac_Tx на ФИГ. 12 в этом конкретном примере.
В качестве примера блок 807 ограничения может быть включен в полумостовой инвертор или полномостовой инвертор. Когда сигнал On_Off_ZeroX стробирования имеет низкое значение, все коммутаторы полумостового инвертора или полномостового инвертора могут быть коммутированы в состояние не проводимости, делая сигнал передачи мощности не подсоединенным к катушке передатчика.
Сигнал стробирования, таким образом, определяет интервалы передачи мощности, в которых сигнал возбуждения передачи мощности поступает на катушку 103 передатчика. Эти интервалы передачи мощности прерываются посредством интервалов времени уменьшенной мощности, в которых сигнал передачи мощности не поступает на катушку 103 передатчика. В блоке возбуждения на ФИГ. 8 эти повторяющиеся интервалы времени/интервалы времени уменьшенной мощности, вместо этого, используются для связи малого радиуса действия между передатчиком 101 мощности и приемником 105 мощности, т.е. они используются в качестве интервалов связи (указанных посредством сигнала Несущей NFC на ФИГ. 12).
Таким образом, интервалы времени уменьшенной мощности в этом случае не генерируются беспорядочно или независимо от сигнала передачи мощности, но синхронизируются с изменениями в сигнале передачи мощности. В частности, интервалы времени уменьшенной мощности соответствуют интервалам времени, для которых значение/уровень сигнала источника мощности ниже порога.
Таким образом, блок синхронизации источника мощности может синхронизировать интервалы времени уменьшенной мощности с периодическими изменениями в сигнале источника мощности, и, в частности, это может быть достигнуто посредством сигнала стробирования, коммутируемого между высоким и низким значениями в подходящее время.
Блок синхронизации источника мощности может, в частности, синхронизировать интервалы времени уменьшенной мощности для соответствия периодическим минимумам абсолютной величины сигнала источника мощности. Для переменного сигнала DC это может соответствовать периодическим минимумам значения сигнала источника мощности. Для сигнала AC это может соответствовать периодическим минимумам значения сигнала источника мощности, поскольку он после этого выпрямляется. Действительно, для сигнала AC это может соответствовать переходам через нуль значения сигнала источника мощности. Блок синхронизации источника мощности может, в частности, измерять напряжение сигнала источника мощности и синхронизировать с его напряжением. Однако, эквивалентно, блок синхронизации источника мощности может измерять ток или мощность сигнала источника мощности и синхронизировать его с током или мощностью. Действительно, синхронизация, основанная на измерении одного из этих значений, также приводит к синхронизации на основании других значений. Таким образом, должно быть оценено, что любой подходящий параметр может использоваться для выполнения синхронизации.
Блок синхронизации источника мощности во многих вариантах осуществления выполняет синхронизацию, такую, что частота интервалов времени уменьшенной мощности не больше, чем в пять раз выше или ниже, чем частота периодических изменений. Во многих вариантах осуществления блок синхронизации источника мощности может во многих вариантах осуществления выполнять синхронизацию, таким образом, что частота интервалов времени уменьшенной мощности совпадала или была двойной частоты периодических изменений. Действительно, во многих вариантах осуществления интервал времени уменьшенной мощности генерируется для каждого минимума абсолютного значения сигнала источника мощности.
Действительно, на примере на ФИГ. 12 один интервал времени уменьшенной мощности генерируется для каждого пересечения нулевого значения входного сигнала AC, соответствующего каждому минимуму исправленного входного сигнала.
По существу, интервалы времени уменьшенной мощности выбираются для соответствия переходам через ноль сигнала сети U источника мощности и, таким образом, с частями сигнала, где передача мощности наименее эффективна. Этот подход может привести к более эффективной передаче мощности.
Как иллюстрируется посредством несущей сигнала (NFC) на ФИГ. 12, связь NFC синхронизируется с интервалом времени уменьшенной мощности и, таким образом, с переходом через ноль сигнала источника мощности.
Далее предоставляются некоторые конкретные комментарии, относящиеся к реализациям NFC.
В некоторых вариантах осуществления связь NFC может быть в соответствии с Протоколом NFC-A/NFC-DEP.
В этом случае в Режиме Опроса (т.е. от блока инициации до цели), переданный сигнал является сигналом несущей 13,56 МГц, модулированным, используя модифицированное кодирование Миллера с модуляцией ASK 100%. В Режиме Прослушивания (т.е. от цели до блока инициации), цель отвечает посредством модуляции сигнала несущей, используя манчестерское кодирование с модуляцией поднесущей OOK. Последовательность битов для NFC-A равна приблизительно 9,44 μs. Таким образом достигается скорость передачи данных в 106 кбит/с.
В этом примере обычная продолжительность для интервала времени уменьшенной мощности может составлять приблизительно 2 мс. Во время интервала времени уменьшенной мощности блок инициации передает пакеты данных в соответствии с кодированием по уровню битов, форматом кадра, форматом данных и форматом полезной нагрузки, определенной, как определено в Цифровом Протоколе NFC, Техническая спецификация, Версии 1,0, Форума NFC, 17 ноября 2010.
- Диаграмма тактирования работы иллюстрируется на ФИГ. 13. В этом примере: первый бит переданного кадра выбирается, чтобы быть в начале интервала времени уменьшенной мощности/окне времени. Маленькая задержка времени (-) вводится между началом окна времени и переходом первого бита.
- Последняя часть переданного кадра (т.е. последний бит Конца Кадра) выбирается, чтобы быть перед концом интервала времени уменьшенной мощности/окна времени.
Таким образом, блоки связи переключается посредством блока синхронизации в начале интервала времени уменьшенной мощности/окна времени.
poll→listen
poll→listen
Как изображено на ФИГ. 13, Опрос Времени Задержки Кадра → Прослушивание (FDT) равно -. На этой фигуре блок инициации посылает данные во время одного окна интервала времени уменьшенной мощности, и цель отвечает во время следующего интервала времени уменьшенной мощности. FDT может быть разработано для соответствия следующим требованиям тактирования:
poll→listen
- FDT должно быть больше, чем минимальное Время Задержки Кадра, определенное в стандарте NFC. Минимальное Время Задержки Кадра во всех случаях меньше, чем период времени -. Таким образом, требование удовлетворяется.
poll→listen
- FDT должно быть меньше, чем время ожидания ответа (RWT), определенное в стандарте NFC. Время ожидания ответа определяет время, в течение которого цель должна послать Запуск Данных (SoD) своего ответа после конца кадра опроса. Это вычисляется посредством формулы:
RWT=(256×16/)×
где  является несущей частотой (т.е. 13,56 МГц) и WT является значением в диапазоне от 0 до 14. Значение WT передаются на блок инициации во время работы по активации цели. Для безопасной работы RWT выбирается, чтобы быть больше, чем интервал времени мощности (-). Этим значением, как правило, является приблизительно 8 мс. Таким образом, значение WT должно быть равным или больше, чем 5, которое соответствует RWT, приблизительно равным 9,67 мс. Для безопасной работы может использоваться значение, равное или больше, чем 6.
poll→listen
- Как иллюстрировано на ФИГ. 13, если блок инициации посылает данные во время одного интервала времени уменьшенной мощности и цель отвечает во время следующего интервала времени уменьшенной мощности, FDT должен быть больше, чем окно времени, во время которого мощность передается (-) и меньше, чем окно времени -.
poll→listen
- Если цель отвечает во время того же самого интервала времени уменьшенной мощности, как используется посредством блока инициации для передачи его данных, FDT должен быть достаточно маленьким (обычно, порядка 100 μs), чтобы иметь -<-.
A,POLL,MAX
Прослушивание Времени Задержки Кадра → Опрос () является временем между прослушиванием и кадром опроса. Максимальное значение FDT не определяется. Таким образом, после того, как цель ответила, блок инициации свободен выбирать, какой интервал времени уменьшенной мощности использовать для посылки следующих пакеты данных.
В некоторых вариантах осуществления связь NFC может соответствовать протоколу NFC-F/NFC_DEP.
В этом примере в обоих направлениях передачи (т.е. Режим Опроса и Режим Прослушивания), переданным сигналом является сигнал несущей 13,56 МГц, модулированный, используя Манчестерское кодирование с модуляцией ASK. Одним преимуществом NFC-F над NFC-A является то, что достигается большая скорость передачи данных. Скорость передачи данных достигает 212 кбит/с или 424 кбит/с.
Те же самые требования тактирования, как иллюстрировано для Протокола NFC-A/NFC_DEP, могут также быть применимы в таких вариантах осуществления.
В некоторых вариантах осуществления связь NFC может соответствовать Протоколу NFC-А/Type 4а Tag/ISO-DEP.
Аналогичные требования тактирования, как иллюстрировано для Протокола NFC-A/NFC-DEP, могут также быть применимыми в таких вариантах осуществления.
В некоторых вариантах осуществления связь NFC может соответствовать Протоколу NFC-F/Type 3 Tag / Half-duplex.
Платформа Type 3 Tag использует Времена Задержки Кадра NFC-F. Она использует Максимальное время ответа (MRT), как определено посредством стандарта NFC для требований тактирования. Для проведения безопасной операции MRT выбирается, чтобы быть больше, чем интервал времени мощности (-). MRT вычисляется по формуле:
MRT=T×((A+1)+n (B+1)) x, где:
- Параметр n обозначает размер для поля Блок (т.е. количество блоков) в командах CHECK(проверка) или UPDATE (дополнение).
Значение T равно 302,1 (256×16/).
Параметр A, B, и E передаются на блок инициации, когда он исследует Рабочее Поле. Как показано на ФИГ. 13, эти параметры должны быть выбраны, чтобы быть больше, чем Опрос Времени Задержки Кадра, → прослушивание (-).
Ниже представлены некоторые комментарии, относящиеся к возможному физическому позиционированию с конкретной ссылкой на варианты осуществления NFC.
Физическая компоновка может стремиться предотвратить то, чтобы блок связи NFC (блок инициации или цель), реализованный в передатчике мощности, был в состоянии связываться с блоком связи NFC, реализованным в другом передатчике мощности. Таким образом, чтобы получить самое маленькое расстояние между двумя передатчиками мощности, катушка блоков связи NFC (т.е. ее антенны) могут быть:
- помещены в ту же плоскость, что и катушки индуктивности мощности.
- выровнены с центром катушек индуктивности мощности.
Эта конфигурация изображается на ФИГ. 14. Как показано, расстояние между двумя катушками индуктивности NFC может быть выбрано, чтобы быть больше, чем 10 см, что является приблизительно максимальным достижимым диапазоном связи. Таким образом, расстояние D от центра до центра между двумя передатчиками мощности может быть выбрано, чтобы быть больше, чем +10 см, где  является диаметром катушки индуктивности NFC. В приложении к NFC Analog Specification обеспечивается эталонная компоновка. Катушки индуктивности NFC имеют внешний диаметр 7 см. Таким образом, D может быть выбран, чтобы быть больше, чем 17 см. Если используются катушки индуктивности NFC, которые больше, чем катушки, предоставленные в эталонной компоновке, расстояние может быть увеличено.
Подобная топология катушки индуктивности (т.е. катушек индуктивности NFC, выровненных с центром катушек индуктивности мощности), может также использоваться для катушек индуктивности NFC, реализованных в приемнике мощности. В этом случае линия связи между передатчиком мощности и приемником мощности может иметь место, если только эти два объекта выравниваются для передачи мощности, хотя маленькая расцентровка (в зависимости от толщины рабочей поверхности и от диапазона связи) все еще разрешается. Если прибор, питаемый беспроводным способом включает в себя индуктивный нагрев (т.е. интеллектуальная кастрюля) вместо катушки приемника мощности, NFC может выбираться, чтобы быть выровненной с центром системы индуктивного нагрева.
Поскольку приемник мощности может иметь собственную катушку индуктивности NFC на расстоянии 10 см от катушки индуктивности NFC передатчика мощности и все еще в состоянии связываться, второй передатчик мощности должен быть помещен на расстояние D, большее чем 2*+10 см, чтобы предотвратить линию связи между приемником мощности и вторым передатчиком мощности;  является диаметром катушки индуктивности NFC. Эту конфигурация показывается на ФИГ. 15. В наихудшем случае рассматривается толщина рабочей поверхности равная нулю. С диаметрами эталонной разработки предоставленной в NFC Analog Specification , D должен быть больше, чем 24 см.
Если второй прибор, питаемый беспроводным способом, помещается на поверхность рабочей поверхности, его катушка индуктивности NFC должна быть помещена на расстоянии больше чем на 10 см от центра катушки индуктивности NFC передатчика, чтобы не иметь линии связи между передатчиком мощности и этим вторым прибором.
Должно быть оценено, что вышеупомянутое описание для ясности описывает варианты осуществления изобретения с ссылками на различные функциональные схемы, блоки и процессоры. Однако должно быть очевидно, что любое подходящее распределение функциональности между различными функциональными схемами, блоками или процессорами может использоваться, не отступая от изобретения. Например, функциональность, иллюстрированная, чтобы выполняться посредством отдельных процессоров или контроллеров, может выполняться посредством одного и того же процессора или контроллеров. Следовательно, ссылки на конкретные функциональные блоки или схемы приведены, только чтобы быть замеченными как ссылки на подходящее средство для предоставления описанной функциональности, в отличие от указывающих на жесткую логическую или физическую структуру или организацию.
Изобретение может быть реализовано в любой подходящей форме, включающей в себя аппаратное обеспечение, программное обеспечение, программно-аппаратное обеспечение или любую их комбинацию. Изобретение может опционально реализовываться по меньшей мере частично в качестве программного обеспечения, запущенного на одном или более процессорах обработки данных и/или процессорах цифрового сигнала. Элементы и компоненты варианта осуществления изобретения могут быть физически, функционально и логически реализовываться любым подходящим способом. Действительно функциональность может быть реализована в единственном блоке во множестве блоков или в качестве части других функциональных блоков. Также изобретение может быть реализовано в единственном блоке или может быть физически и функционально распределено между различными блоками, схемами и процессорами.
Хотя данное изобретение описывается совместно с некоторыми вариантами осуществления, оно не предназначается, чтобы ограничиваться специфичной формой, установленной в настоящем описании. Вместо этого объем настоящего изобретения ограничивается только приложенной формулой изобретения. Кроме того, хотя признак может казаться описывается совместно с конкретными вариантами, специалист в данной области техники распознает, что различные признаки описанных вариантов осуществления могут сочетаться в соответствии с изобретением. В пунктах формулы изобретения термин «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов.
Кроме того, хотя индивидуально перечислено, множество средств, элементов, схем или этапов способа могут быть реализованы, например, единственной схемой, блоком или процессором. Кроме того, хотя отдельные признаки могут включаться в различные пункты формулы изобретения, они возможно могут быть преимущественно объединены, и включение в различные пункты формулы изобретения не подразумевает, что комбинация признаков не является целесообразной и/или преимущественной. Также включение признаков одной категории формулы изобретения, не подразумевает ограничение этой категории, а вместо этого указывает, что признак одинаково применим к другим категориям формулы изобретения, как является подходящим. Кроме того, порядок признаков в формуле изобретения не подразумевают конкретного порядка, в котором должны признаки должны работать и конкретный порядок отдельных этапов в формуле изобретения способа не подразумевает, что этапы должны выполняться в этом порядке. Вместо этого этапы могут выполняться в любом подходящем порядке. В дополнение, исключительные ссылки не исключают множество. Таким образом ссылки на единственное число, "первый", "второй" и т.д. не устраняют множество. Ссылочные символы в формуле изобретения обеспечиваются просто в качестве осветительного примера, не должны истолковываться как ограничивающие объем формулы изобретения в любом случае.