БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ
WIRELESS INDUCTIVE POWER TRANSMISSION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к индуктивной передаче мощности и, в частности, но не исключительно, к передатчику мощности, обеспечивающему индуктивную передачу мощности с использованием элементов, совместимых со спецификациями Qi для систем беспроводной передачи мощности.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Большинство современных систем требует специализированного электрического контакта для подачи мощности от внешнего источника питания. Однако это обычно непрактично и требует, чтобы пользователь физически вставлял соединители или иным образом устанавливал физический электрический контакт. Обычно требования к мощности также значительно различаются, и в настоящее время большинство устройств снабжено собственным специализированным источником питания, благодаря чему, типичный пользователь имеет большое количество разных источников питания, причем каждый источник питания предназначен для конкретного устройства. Хотя использование внутренних батареей позволяет избегать необходимости в проводном соединении с источников питания в ходе эксплуатации, это обеспечивает лишь частичное решение, поскольку батареи требуется подзаряжать (или заменять). Использование батарей также может существенно увеличивать вес и, возможно, стоимость и размер устройств.
Для обеспечения значительно улучшенных ощущений пользователя, предложено использовать беспроводной источник питания, причем мощность индуктивно передается от дросселя передатчика в устройстве передачи мощности на катушку приемника в отдельных устройствах.
Передача мощности посредством магнитной индукции является общеизвестным принципом, по большей части применяемым в трансформаторах, имеющих тесную связь между первичным дросселем передатчика и вторичной катушкой приемника. Благодаря разделению первичного дросселя передатчика и вторичной катушки приемника между двумя устройствами, беспроводная передача мощности между ними становится возможным на основании принципа слабо связанного трансформатора.
Такая конфигурация допускает беспроводную передачу мощности на устройство без необходимости в каких-либо проводах или физических электрических соединениях. Действительно, можно просто позволять устройству располагаться рядом с дросселем передатчика или поверх него, для подзарядки или обеспечения питания извне. Например, устройства передачи мощности могут быть снабжены горизонтальной поверхностью, на которой устройство может просто располагаться для обеспечения питания.
Кроме того, такие конфигурации беспроводной передачи мощности могут быть преимущественно сконструированы таким образом, что устройство передачи мощности можно использовать с разнообразными устройствами приема мощности. В частности, задан подход беспроводной передачи мощности, известный как спецификации Qi, и в настоящее время развивается далее. Этот подход позволяет использовать устройства передачи мощности, которые отвечают спецификациям Qi, с устройствами приема мощности, которые также отвечают спецификациям Qi, не обязательно от одного и того же производителя или не обязательно предназначенными друг для друга. Стандарт Qi дополнительно включает в себя некоторые функциональные возможности для обеспечения адаптации работы к конкретному устройству приема мощности (например, в зависимости от конкретного потребителя мощности).
Спецификация Qi разработана Wireless Power Consortium, и дополнительную информацию можно, например, найти на его веб-сайте: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, где, в частности, выложены документы спецификации.
Многие системы беспроводной передачи мощности, например Qi, поддерживают связь между приемником мощности и передатчиком мощности, что позволяет приемнику мощности сообщать информацию передатчику мощности, что позволяет ему адаптироваться к конкретному приемнику мощности или к конкретным условиям, в которых находится приемник мощности.
Во многих системах, такая связь осуществляется путем нагрузочной модуляции сигнала передачи мощности. В частности, связь достигается приемником мощности, осуществляющим нагрузочную модуляцию, в которой нагрузка, применяемая ко вторичной катушке приемника приемником мощности, изменяется для обеспечения модуляции сигнала мощности. Результирующие изменения электрических характеристик (например, изменения тока дросселя передатчика) могут обнаруживаться и декодироваться (демодулироваться) передатчиком мощности.
Таким образом, на физическом уровне, канал связи от приемника мощности к передатчику мощности использует сигнал мощности в качестве носителя данных. Приемник мощности модулирует нагрузку, которая может обнаруживаться по изменению амплитуды и/или фазы тока или напряжения дросселя передатчика.
Дополнительную информацию о применении нагрузочной модуляции в Qi можно найти, например, в главе 6 части 1 Qi wireless power specification (версия 1.0).
Беспроводные передатчики мощности сконструированные согласно спецификации Qi v1.1 работают в так называемом индуктивном режиме. В этом режиме, передача мощности происходит в тесной связи (коэффициент связи обычно выше 0,3) с относительно высокой эффективностью. Если желательна свобода размещения приемника на большем расстоянии (ʺZ-расстоянииʺ) или более, передача мощности обычно происходит в так называемом резонансном режиме со слабой связью (коэффициент связи обычно ниже 0,3). В резонансном режиме, резонансные частоты резонансных контуров передачи мощности на передатчике мощности и на приемнике мощности должны совпадать для достижения максимальной эффективности. Однако с увеличением расстояния между резонансными контурами, передача с нагрузочной модуляцией от приемника мощности на передатчик мощности становится все труднее. В резонансном режиме резонансный контур передатчика мощности обычно недодемпфируется, что делает его чувствительным к интермодуляционным искажениям (с интермодуляцией между резонансной частотой передатчика мощности и частотой возбуждения). Действительно, если резонансная частота и частота возбуждения передатчика мощности не совпадают, возникают интермодуляционные частоты, приводящие к ухудшению производительности связи, и часто делающие процесс демодуляции на передатчике мощности проблематичным или даже невозможным.
Для решения проблем интермодуляции предлагается применять настраиваемый резонансный контур на передатчике мощности, т.е. предлагается использовать резонансный контур, резонансная частота которого может динамически изменяться. В такой системе, частота возбуждения и резонансная частота передатчика мощности могут быть адаптированы быть равными резонансной частоте приемника мощности. Это позволяет гарантировать эффективную работу системы в резонансном режиме, одновременно препятствуя возникновению (или, по меньшей мере, подавляя) интермодуляционные эффекты между частотой возбуждения и резонансной частотой передатчика мощности. Во многих сценариях это может дополнительно позволять системе адаптироваться и компенсировать изменения и допуски значений компонентов и т.д. Пример системы, устанавливающей частоты сигнала возбуждения, резонансную частоту передатчика и резонансную частоту приемника равным одному и тому же значению, приведен в US20040130915A1.
Конкретный подход к адаптации резонансной частоты передатчика мощности описан в WO2013024396. В примере, передатчик мощности может динамически управлять переключателем для добавления индуктивного или емкостного значения к резонансному контуру в течение части резонансного цикла. Это может уменьшать эффективную резонансную частоту резонансного контура и может использоваться для согласования резонансной частоты, например, с сигналом возбуждения, подаваемого на резонансный контур.
Однако, хотя такие подходы могут улучшать связь путем нагрузочной модуляции, производительность связи зависит от ряда факторов. В частности, было установлено, что производительность связи в значительной степени зависит от хронирования выборок, используемых для демодуляции модуляции сигнала передачи мощности, и, в частности, что глубина модуляции зависит от хронирования дискретизации. Таким образом, субоптимальное хронирование дискретизации часто может приводить к снижению производительности модуляции. В некоторых системах, модуляция может базироваться на обнаружения пика, например, тока через силовую катушку передатчика мощности. Однако такой подход предполагает необходимость в дополнительной и часто относительно сложной, схеме. Дополнительно, такой схеме обнаружения пика свойственна относительная неточность, и, таким образом, обнаруженные значения часто неточно отражают базовый сигнал. Это также может приводить к снижению производительности связи.
Поэтому подход улучшенной передачи мощности будет обеспечивать преимущество. В частности, подход, который позволяет улучшать работу, улучшать передачу мощности, увеличивать гибкость, облегчать реализацию, облегчать работу, улучшать связь, уменьшать ошибки связи, улучшать передачу мощности и/или повышать производительность, будет обеспечивать преимущество.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, задачей изобретения является частичное или полное устранение одного или более из вышеупомянутых недостатков по отдельности или в любой комбинации.
Согласно аспекту изобретения предусмотрен передатчик мощности для индуктивной передачи мощности на приемник мощности, причем передатчик мощности содержит: резонансный контур, содержащий емкостной импеданс и индуктивный импеданс, причем индуктивный импеданс содержит катушку передатчика для генерирования сигнала передачи мощности для беспроводной передачи мощности на приемник мощности; дискретизатор для генерирования выборок путем дискретизации во времена выборки, по меньшей мере, одного из тока через катушку передатчика и напряжения на катушке передатчика; приемник сообщений для приема сообщений, модулированных нагрузкой на сигнал передачи мощности приемником мощности, причем приемник сообщений выполнен с возможностью обнаружения модуляции в ответ на выборки; возбудитель для генерирования сигнала возбуждения для резонансного контура; цепь регулировки резонанса для уменьшения резонансной частоты резонансного контура путем замедления изменения состояния для, по меньшей мере, одного из емкостного импеданса и индуктивного импеданса в дробном интервале времени каждого из, по меньшей мере, нескольких циклов сигнала возбуждения, причем изменение состояния является изменением, по меньшей мере, одного из напряжения емкостного импеданса и тока индуктивного импеданса, и цепь регулировки резонанса выполнена с возможностью начинать замедление изменения состояния во время начала дробного интервала времени и останавливать замедление изменения состояния во время окончания дробного интервала времени; и контроллер времени выборки для управления временами выборки в ответ на, по меньшей мере, одно из времен начала и времен окончания дробных интервалов времени.
Изобретение может обеспечивать повышение производительности во многих системах беспроводной передачи мощности и может, в частности, обеспечивать улучшение связи путем нагрузочной модуляции. Во многих вариантах осуществления может достигаться улучшенная передача мощности и, в частности, повышенная эффективность передачи мощности, при обеспечении надежной связи на основе нагрузочной модуляции сигнала мощности. Во многих приложениях может достигаться сниженная сложность. В частности, в некоторых вариантах осуществления можно избежать использование схемы обнаружения пика.
Изобретение может, в частности, обеспечивать улучшенную связь на основе нагрузочной модуляции во многих системах, где резонансная частота передатчика мощности изменяется для выравнивания с частотой возбуждения посредством замедления изменения состояния резонансного компонента.
Дробные интервалы времени обычно являются периодически повторяющимися интервалами времени, и времена начала и времена окончания обычно являются периодически повторяющимися временами начала и временами окончания.
Уменьшение резонансной частоты резонансного контура может осуществляться для приближения к частоте возбуждения сигнала возбуждения.
В некоторых вариантах осуществления, цепь регулировки резонанса может быть выполнена с возможностью выравнивания резонансной частоты резонансного контура с частотой возбуждения посредством замедления изменения состояния. Подход выравнивания резонансной частоты путем замедления изменения состояния может облегчать и/или улучшать выравнивание/связывание рабочей частоты (частоты возбуждения сигнала возбуждения) и (эффективной) резонансной частоты резонансного контура передатчика мощности. Подход может обеспечивать повышенную отдачу мощности.
Во многих вариантах осуществления, выравнивание может состоять в том, что частота возбуждения и резонансная частота, по существу, связываются друг с другом, и, в частности, могут связываться таким образом, что являются (например, непрерывно) одинаковыми. Выравнивание с сигналом возбуждения может, в частности, устранять или уменьшать необходимость в измерениях сигналов, например, токов или напряжений резонансного контура.
Выравнивание частоты возбуждения и резонансной частоты может, в частности, адаптировать резонансную частоту, чтобы она была равной частоте возбуждения.
Времена выборки (или моменты выборки) могут соответствовать хронированию, по существу, мгновенной дискретизации или могут, например, относиться к времени начала и/или окончания дискретизации, имеющему увеличенную длительность.
Замедление изменения состояния может быть замедлением относительно резонансного контура, включающего в себя только емкостной импеданс и индуктивный импеданс. Емкостной импеданс и индуктивный импеданс обычно могут быть соединены в конфигурации последовательного или параллельного резонанса. Резонансная частота резонансного контура, совершающего свободные колебания, образованного емкостным и индуктивным импедансом, именуется собственной частотой резонансного контура. Резонансная частота, обусловленная замедлением изменения состояния, будет именоваться эффективной резонансной частотой резонансного контура.
Состояние, в частности, может быть энергетическим состоянием и, в частности, может выражаться напряжением на емкостном импедансе и/или током через индуктивный импеданс.
Замедление изменения состояния может быть обусловлено затруднением или уменьшением перетока энергии между емкостным импедансом и индуктивным импедансом (в результате чего, только часть энергии, вытекающей из одного, достигает другого). Замедление может обеспечиваться за счет направления, по меньшей мере, некоторой энергии от принимающего импеданса.
Таким образом, цепь регулировки резонанса может начинать уменьшать (например, отводить или ограничивать/блокировать) энергию, текущую между емкостным импедансом и индуктивным импедансом во время начала дробного интервала времени в цикле и может останавливать уменьшение (например, отвод или ограничение/блокировку) энергии, текущей между емкостным импедансом и индуктивным импедансом во время окончания дробного интервала времени в цикле. Во многих вариантах осуществления, замедление, например, за счет отвода энергии, может осуществляться только в течение дробного интервала времени (и, например, не в любое другое время в течение цикла). Во многих вариантах осуществления, цикл может включать в себя один или более дробных интервалов времени, в которых изменение состояния замедляется, и один или более дробных интервалов времени, в которых изменение состояния не замедляется.
Цепь регулировки резонанса может быть выполнена с возможностью уменьшения резонансной частоты резонансного контура путем замедления изменения состояния для, по меньшей мере, одного из емкостного импеданса и индуктивного импеданса в дробном интервале времени каждого из, по меньшей мере, нескольких циклов сигнала возбуждения, но не в окружающих интервалах времени, причем окружающие интервалы времени представляют собой интервал времени, непосредственно предшествующий дробному интервалу времени, и интервал времени, непосредственно следующий за дробным интервалом времени.
Дробный интервал времени, в котором осуществляется замедление, может именоваться первым дробным интервалом времени.
Замедление может осуществляться цепью, которая выполнена с возможностью уменьшения перетока энергии в течение первого дробного интервала времени, но не в течение окружающих интервалов времени.
Цепь регулировки резонанса может направлять энергию, текущую из первого импеданса, от второго импеданса в течение первого дробного интервала времени, но не в течение окружающих интервалов времени, причем первый импеданс является первым из емкостного импеданса и индуктивного импеданса, и второй импеданс является вторым из емкостного импеданса и индуктивного импеданса. Таким образом, цепь регулировки резонанса может быть выполнена с возможностью уменьшения резонансной частоты резонансного контура путем замедления изменения состояния за счет того, что содержит цепь, выполненную с возможностью отводить или ограничивать/блокировать энергию, текущую из первого импеданса ко второму импедансу, в течение первого дробного интервала времени, но не в течение окружающих интервалов времени, причем первый импеданс является первым из емкостного импеданса и индуктивного импеданса, и второй импеданс является вторым из емкостного импеданса и индуктивного импеданса.
Во многих вариантах осуществления цепь регулировки резонанса может быть выполнена с возможностью отводить или ограничивать/блокировать ток, текущий из первого импеданса ко второму импедансу, в течение первого дробного интервала времени, но не в течение окружающих интервалов времени, причем первый импеданс является первым из емкостного импеданса и индуктивного импеданса, и второй импеданс является вторым из емкостного импеданса и индуктивного импеданса. Таким образом, цепь регулировки резонанса может быть выполнена с возможностью уменьшения резонансной частоты резонансного контура путем замедления изменения состояния за счет того, что содержит цепь, выполненную с возможностью отводить или ограничивать/блокировать ток, текущий из первого импеданса от второго импеданса в течение первого дробного интервала времени, но не в течение окружающих интервалов времени, причем первый импеданс является первым из емкостного импеданса и индуктивного импеданса, и второй импеданс является вторым из емкостного импеданса и индуктивного импеданса.
В некоторых вариантах осуществления, цикл может делиться на первый дробный интервал времени и, по меньшей мере, один из окружающих интервалов времени. Один из окружающих интервалов времени для первого дробного интервала времени можно рассматривать как часть предшествующего или следующего цикла.
Дробный интервал времени имеет длительность, которая меньше, чем период времени сигнала возбуждения, и обычно длительность, которая меньше, чем половина периода времени сигнала возбуждения. Таким образом, каждый цикл, содержащий дробный интервал времени, в котором применяется замедление изменения состояния содержит также, по меньшей мере, один интервал времени, в котором замедление изменения состояния не применяется.
Время начала и времена окончания обычно являются моментами времени относительно момента времени/события каждого цикла (в котором присутствует дробный интервал времени). Например, время начала и время окончания можно рассматривать относительно пересечения нуля сигнала возбуждения.
Дробный интервал времени, в частности, может быть интервалом времени, имеющим место в нескольких (но не обязательно во всех или последовательных) циклах сигнала возбуждения и имеющим длительность, меньшую, чем цикл/период времени цикла сигнала возбуждения.
Во многих вариантах осуществления, цикл может включать в себя несколько дробных интервалов времени, в которых изменение состояния замедляется. Последовательные дробные интервалы времени (в одном и том же цикле или в разных циклах) могут перемежаться интервалами, в которых изменение состояния не замедляется.
Емкостной импеданс обычно представляет собой конденсатор, и индуктивный импеданс обычно представляет собой дроссель. Однако, в некоторых вариантах осуществления, емкостной импеданс и/или индуктивный импеданс может, например, также включать в себя резистивный компонент.
Резонансная частота обычно снижается с увеличением длительности дробного интервала времени. Цепь регулировки частоты может уменьшать собственную резонансную частоту емкостного импеданса и индуктивного импеданса (соответствующую их частоте колебаний в резонансном контуре, состоящем только из емкостного импеданса и индуктивного импеданса). Эффективная резонансная частота во многих вариантах осуществления может изменяться, когда передатчик мощности увеличивает длительность дробного интервала времени, например, изменяя время начала и/или время окончания дробного интервала времени.
В некоторых вариантах осуществления, передатчик мощности может быть выполнен с возможностью уменьшения резонансной частоты путем увеличения длительности дробного интервала времени.
Приемник мощности может подавать мощность на внешнюю нагрузку, например, для зарядки батареи или обеспечения питания устройства.
В некоторых вариантах осуществления, цепь регулировки частоты выполнена с возможностью замедления изменения состояния за счет противодействия перетоку энергии между индуктивным импедансом и емкостным импедансом в течение дробного интервала времени.
Это может обеспечивать повышение производительности во многих сценариях, и может, в частности, обеспечивать эффективную регулировку резонансной частоты. Данный подход может облегчать реализацию. Можно препятствовать перетоку энергии от емкостного импеданса к индуктивному импедансу, от индуктивного импеданса к емкостному импедансу, или в обоих направлениях.
Противодействие перетоку энергии может включать в себя как уменьшение перетока энергии, так и полное блокирование любого перетока энергии.
Во многих вариантах осуществления, цепь регулировки частоты выполнена с возможностью замедления изменения состояния путем противодействия протеканию тока между индуктивным импедансом и емкостным импедансом в течение дробного интервала времени.
Это может обеспечивать особенно эффективное управление и может обеспечивать практическую реализацию. Ток может течь в положительном или отрицательном направлении. Противодействие протеканию тока может включать в себя как ослабление тока, так и полное прекращение любого протекания тока.
В некоторых вариантах осуществления, цепь регулировки частоты выполнена с возможностью замедления изменения состояния для индуктивного импеданса путем противодействия протеканию тока от емкостного импеданса к индуктивному импедансу в течение дробного интервала времени.
Это может обеспечивать особенно эффективное осуществление, позволяя при этом облегчать и обычно упрощать реализацию.
В некоторых вариантах осуществления, цепь регулировки частоты выполнена с возможностью замедления изменения состояния для индуктивного импеданса путем блокировки протекания тока от емкостного импеданса к индуктивному импедансу в течение дробного интервала времени.
Это может обеспечивать особенно эффективное осуществление, позволяя при этом облегчать и обычно упрощать реализацию.
В каждом из, по меньшей мере, нескольких циклов сигнала возбуждения, хронирование времени окончания и/или начала может быть выровнен по времени и синхронизирован по времени с пересечением нуля или экстремумом сгенерированного сигнала возбуждения.
Во многих вариантах осуществления, по меньшей мере, одно из времени начала и окончания дробного интервала времени имеет фиксированное временное смещение относительно момента времени нескольких циклов сигнала возбуждения. Момент времени может быть временем события, например, пересечения нуля или перехода. Фиксированные смещения применяются в каждом из, по меньшей мере, нескольких циклов сигнала возбуждения.
Контроллер времени выборки может, например, определять времена начала и/или времена окончания для текущего дробного интервала времени на основании времен начала и/или времен окончания предыдущего дробного интервала времени. Время начала и/или время окончания могут быть оценочными временами. В частности, для данного дробного интервала времени время окончания может определяться из времени окончания предыдущего дробного интервала времени и измеренного, оцененного и/или вычисленного интервала повторения для, по существу, периодических дробных интервалов времени.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, контроллер времени выборки выполнен с возможностью управления временами выборки, чтобы они находились в дробных интервалах времени.
Это может обеспечивать особенно преимущественную реализацию, работу и/или производительность во многих вариантах осуществления и сценариях. Это может позволять дискретизировать ток/напряжение катушки во время, когда изменения уменьшаются, или даже когда сигналы постоянны. Например, в некоторых системах, где замедление изменения состояния соответствует, по существу, предотвращению любому изменению состояния, дискретизация может осуществляться при постоянном сигнале, и часто при постоянном пиковом значении. Это позволяет облегчать дискретизацию, снижать необходимость в дополнительной схеме и/или, например, снижать чувствительность к дрожанию, что приводит к улучшенной демодуляции.
В некоторых вариантах осуществления, контроллер времени выборки может быть выполнен с возможностью управления временами выборки, чтобы они находились в интервале от 2 микросекунд до времени начала дробного интервала времени до 2 микросекунд после времени окончания дробного интервала времени.
В некоторых вариантах осуществления, контроллер времени выборки может быть выполнен с возможностью управления временами выборки, чтобы они находились в интервале от 10% времени цикла сигнала возбуждения до времени начала дробного интервала времени до 10% времени цикла после времени окончания дробного интервала времени.
Такая дискретизация может обеспечивать особенно эффективную работу.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, контроллер времени выборки выполнен с возможностью управления временами выборки в ответ на времена окончания дробных интервалов времени.
Это может обеспечивать особенно преимущественную реализацию, работу и/или производительность во многих вариантах осуществления и сценариях. Это может, например, обеспечивать более согласованную работу для разных частот возбуждения/эффективных резонансных частот во многих приложениях.
В некоторых вариантах осуществления, контроллер времени выборки может быть выполнен с возможностью управления временами выборки в ответ на только времена окончания дробных интервалов времени.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, контроллер времени выборки выполнен с возможностью управления временами выборки в ответ на времена начала дробных интервалов времени.
Это может обеспечивать особенно преимущественную реализацию, работу и/или производительность во многих вариантах осуществления и сценариях. Это может, например, обеспечивать облегченное определение времен выборки в результате того, что время выборки для данного дробного интервала времени следует за началом этого дробного интервала времени, что позволяет использовать причинную зависимость в отдельном дробном интервале времени.
В некоторых вариантах осуществления, контроллер времени выборки может быть выполнен с возможностью управления временами выборки в ответ на только времена начала дробных интервалов времени.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, контроллер времени выборки выполнен с возможностью управления временами выборки, чтобы они наступали в интервале времени от одной половины время цикла сигнала возбуждения до времени окончания к временам окончания.
Это может обеспечивать особенно преимущественную реализацию, работу и/или производительность во многих вариантах осуществления и сценариях. Во многих вариантах осуществления, это может обеспечивать подходящий допуск, например, на дрожание и шум переключения.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, контроллер времени выборки выполнен с возможностью определения времен выборки, чтобы они предшествовали временам окончания, на величину временного смещения.
Это может обеспечивать эффективное и вместе с тем несложное определение преимущественных времен взятия выборки во многих вариантах осуществления. Временное смещение может быть фиксированным в течение нескольких циклов и, в частности, может иметь заранее определенное значение. Временное смещение может находиться, например, в интервале от, например, 2% времени цикла до 30% времени цикла для собственной резонансной частоты.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, временное смещение не меньше 20 наносекунд и не больше 5 микросекунд.
Это может обеспечивать особенно преимущественную реализацию, работу и/или производительность во многих вариантах осуществления и сценариях. Во многих вариантах осуществления, это может обеспечивать подходящий допуск, например, на дрожание и шум переключения.
В некоторых вариантах осуществления, временное смещение не меньше 20 наносекунд и не больше 1 микросекунды.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, контроллер времени выборки выполнен с возможностью определения времен выборки в ответ на времена начала и времена окончания.
Это может обеспечивать особенно эффективную работу во многих вариантах осуществления, и может во многих сценариях обеспечивать улучшенное определение времен выборки относительно времен начала и окончания. Например, времена выборки могут определяться посередине между временами начала и окончания. Этот подход может во многих сценариях обеспечивать улучшенную адаптацию к изменениям длительности дробных интервалов времени вследствие изменений желаемой эффективной резонансной частоты резонансного контура.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, времена начала дробных интервалов времени определяются пересечениями нуля, по меньшей мере, одного из напряжения на дросселе и тока через конденсатор емкостного импеданса, и контроллер времени выборки выполнен с возможностью обнаружения времен начала в ответ на обнаружение пересечений нуля, по меньшей мере, одного из напряжения на дросселе и тока через конденсатор.
Это может обеспечивать особенно эффективную работу и/или реализацию во многих вариантах осуществления. Это, в частности, может во многих вариантах осуществления обеспечивать более точное соответствие между эффективной резонансной частотой и частотой возбуждения сигнала возбуждения.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, времена окончания дробных интервалов времени выровнены с переходами переключателя, по меньшей мере, одного переключателя моста переключателей возбудителя, и контроллер времени выборки выполнен с возможностью определения времен окончания в ответ на сигнал переключения для моста переключателей.
Это может обеспечивать особенно эффективную работу и/или реализацию во многих вариантах осуществления. Это, в частности, может во многих вариантах осуществления обеспечивать более точное соответствие между эффективной резонансной частотой и частотой возбуждения сигнала возбуждения.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, цепь регулировки резонанса выполнена с возможностью, по существу, остановки изменения состояния в течение дробных интервалов времени.
Это может обеспечивать повышение производительности во многих вариантах осуществления и, в частности, может обеспечивать взятие выборки, по существу, постоянного значения, например, в частности, пикового значения, в течение дробного интервала времени.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, цепь регулировки резонанса выполнена с возможностью шунтирования конденсатора емкостного импеданса в течение дробных интервалов времени, и приемник сообщений выполнен с возможностью демодуляции модулированных нагрузкой сообщений в ответ на выборки тока через дроссель в течение дробных интервалов времени.
Это может обеспечивать особенно эффективную реализацию.
В соответствии с опциональным признаком изобретения, передатчик мощности дополнительно содержит: таймер для генерирования сигнала хронирования, имеющего переходы, соответствующие, по меньшей мере, одному из времен начала и времен окончания дробных интервалов времени; и
контроллер времени выборки выполнен с возможностью управления временами выборки в ответ на переходы сигнала хронирования.
Это может обеспечивать особенно эффективную и несложную реализацию во многих вариантах осуществления.
Сигнал хронирования может, помимо переходов, представляющий времена начала и/или времена окончания, также содержать другие переходы. Такие другие переходы могут во многих сценариях игнорироваться контроллером времени выборки (например, контроллер времени выборки может рассматривать только положительный переходы фронта и игнорировать отрицательные или наоборот). Переходы сигнала хронирования могут быть любым изменением значения или свойства сигнала хронирования, который может обнаруживаться, и хронирование которого может определяться. Во многих вариантах осуществления, сигнал хронирования имеет возможность перехода между двумя значениями, и переходы могут быть переходами между этими двумя значениями или, например, могут быть переходами только в одном направлении.
Переход может заключаться в изменении сигнала хронирования, и, в частности, переходе из одного состояния в другое (состояния могут быть мгновенными, т.е. могут быть снимками или мгновенными значениями (непрерывно) изменяющегося параметра). Во многих вариантах осуществления, переход может заключаться в изменении уровня сигнала хронирования и, в частности, изменении от одного уровня сигнала до другого уровня сигнала (уровни сигнала до и после изменения могут быть мгновенными, т.е. могут быть снимками или мгновенными значениями (непрерывно) изменяющегося уровня сигнала).
Согласно аспекту изобретения предусмотрено Система беспроводной передачи мощности, содержащая передатчик мощности для индуктивной передачи мощности на приемник мощности, причем передатчик мощности содержит: резонансный контур, содержащий емкостной импеданс и индуктивный импеданс, причем индуктивный импеданс содержит катушку передатчика для генерирования сигнала передачи мощности для беспроводной передачи мощности на приемник мощности; дискретизатор для генерирования выборок путем дискретизации во времена выборки, по меньшей мере, одного из тока через катушку передатчика и напряжения на катушке передатчика; приемник сообщений для приема сообщений, модулированных нагрузкой на сигнал передачи мощности приемником мощности, причем приемник сообщений выполнен с возможностью обнаружения модуляции в ответ на выборки; возбудитель для генерирования сигнала возбуждения для резонансного контура; цепь регулировки резонанса для уменьшения резонансной частоты резонансного контура путем замедления изменения состояния для, по меньшей мере, одного из емкостного импеданса и индуктивного импеданса в дробном интервале времени каждого из, по меньшей мере, нескольких циклов сигнала возбуждения, причем изменение состояния является изменением, по меньшей мере, одного из напряжения емкостного импеданса и тока индуктивного импеданса, причем цепь (505) регулировки резонанса выполнена с возможностью начинать замедление изменения состояния во время начала дробного интервала времени и останавливать замедление изменения состояния во время окончания дробного интервала времени; и контроллер времени выборки для управления временами выборки в ответ на, по меньшей мере, одно из времен начала и времен окончания дробных интервалов времени.
Согласно аспекту изобретения предусмотрен способ работы передатчика мощности, индуктивно передающего мощность на приемник мощности, причем передатчик мощности содержит резонансный контур, содержащий емкостной импеданс и индуктивный импеданс, причем индуктивный импеданс содержит катушку передатчика для генерирования сигнала передачи мощности для беспроводной передачи мощности на приемник мощности; причем способ содержит: генерирование выборок путем дискретизации во времена выборки, по меньшей мере, одного из тока через катушку передатчика и напряжения на катушке передатчика; прием сообщений, модулированных нагрузкой на сигнал передачи мощности, приемником мощности в ответ на выборки; генерирование сигнала возбуждения для резонансного контура; уменьшение резонансной частоты резонансного контура путем замедления изменения состояния для, по меньшей мере, одного из емкостного импеданса и индуктивного импеданса в дробном интервале времени каждого из, по меньшей мере, нескольких циклов сигнала возбуждения, причем изменение состояния является изменением, по меньшей мере, одного из напряжения емкостного импеданса и тока индуктивного импеданса и замедление изменения состояния начинается во время начала дробного интервала времени и останавливается во время окончания дробного интервала времени; и управление временами выборки в ответ на, по меньшей мере, одно из времен начала и времен окончания дробных интервалов времени.
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества изобретения явствуют из и будут раскрыты со ссылкой на варианты осуществления, описанные ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления изобретения будут описаны, исключительно в порядке примера, со ссылкой на чертежи, в которых
фиг. 1 демонстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 2 демонстрирует пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 3 демонстрирует пример элементов однополупериодного инвертора для передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 4 демонстрирует пример элементов двухполупериодного инвертора для передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 5 демонстрирует пример элементов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 6 демонстрирует пример элементов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 7 демонстрирует примеры сигналов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 8 демонстрирует примеры сигналов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг.9 демонстрирует пример элементов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 10 демонстрирует пример элементов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 11 демонстрирует пример элементов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 12 демонстрирует пример элементов передатчика мощности и приемника мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 13 демонстрирует примеры сигналов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 14 демонстрирует пример элементов передатчика мощности и приемника мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 15 демонстрирует примеры сигналов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 16 демонстрирует пример элементов передатчика мощности и приемника мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 17 демонстрирует пример элементов передатчика мощности и приемника мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 18 демонстрирует пример элементов и сигналов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения; и
фиг. 19 демонстрирует примеры сигналов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующее описание посвящено вариантам осуществления изобретения, применимым к системе беспроводной передачи мощности, где используется подход передачи мощности, например, известный из спецификации Qi. Однако очевидно, что изобретение не ограничивается этим применением, но может применяться ко многим другим систем беспроводной передачи мощности.
Фиг. 1 демонстрирует пример системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Система передачи мощности содержит передатчик 101 мощности, который включает в себя (или подключен к) катушке/дросселю 103 передатчика. Система дополнительно содержит приемник 105 мощности, который включает в себя (или подключен к) катушке/дросселю 107 приемника.
Система обеспечивает беспроводную индуктивную передачу мощности от передатчика 101 мощности на приемник 105. В частности, передатчик 101 мощности генерирует сигнал беспроводной индуктивной передачи мощности (также именуемый сигналом передачи мощности, сигналом передачи мощности или сигналом индуктивной передачи мощности), который распространяется в качестве магнитного потока дросселем 103 передатчика. Сигнал передачи мощности обычно имеет частоту от около 70 кГц до около 150 кГц, и часто, для Qi-совместимых систем обычно в пределах от 95 кГц до 115 кГц. Дроссель 103 передатчика и катушка 107 приемника слабо связаны, в связи с чем, катушка 107 приемника снимает (по меньшей мере, частично) сигнал передачи мощности от передатчика 101 мощности. Таким образом, мощность переносится от передатчика 101 мощности на приемник 105 мощности посредством беспроводной индуктивной связи от дросселя 103 передатчика на катушку 107 приемника. Термин "сигнал передачи мощности" в основном, используется в отношении индуктивного сигнала/ магнитного поля между дросселем 103 передатчика и катушкой 107 приемника (сигнала магнитного потока), но очевидно, что, по принципу эквивалентности, его также можно рассматривать и использовать в отношении электрического сигнала, подаваемого на дроссель 103 передатчика или снимаемого катушкой 107 приемника.
Система выполнена с возможностью переноса существенных уровней мощности, и, в частности, передатчик мощности может поддерживать уровни мощности свыше 500 мВт, 1 Вт, 5 Вт или 50 Вт во многих вариантах осуществления. Например, для вариантов применения, соответствующих Qi, передаваемая мощность обычно находится в диапазоне мощности 1-5 Вт для маломощных вариантов применения, и свыше 100 Вт и даже более 1000 Вт для вариантов применения высокой мощности, например, кухонных вариантов применения.
Фиг. 2 более подробно демонстрирует архитектуру системы для конкретного примера системы, показанной на фиг. 1. В этом примере, выходная цепь передатчика 101 мощности включает в себя резонатор или резонансный контур 201, который включает в себя дроссель 103 передатчика (на фиг. 2 дроссель 103 передатчика для наглядности показан вне резонансного контура 201, но считается его частью). Резонансный контур 201 передатчика 101 мощности также будет именоваться резонансным контуром 201 передатчика. Резонансный контур 201 обычно бывает последовательным или параллельным резонансным контуром и, в частности, может состоять из резонансного конденсатора, соединенного параллельно (или последовательно) к дросселю 103 передатчика. Сигнал передачи мощности генерируется путем возбуждения выходного резонансного контура возбудителем 203, генерирующим сигнал возбуждения подходящей частотой возбуждения (обычно в диапазоне частот 20-200 кГц).
Аналогично, входная цепь приемника 105 мощности включает в себя резонансный контур или резонатор 205, который включает в себя дроссель 107 приемника (на фиг. 2 дроссель 107 приемника для наглядности показан вне резонансного контура 205 но считается его частью). Резонансный контур 205 приемника 105 мощности также будет именоваться резонансным контуром 205 приемника. Резонансный контур 205 приемника обычно бывает последовательным или параллельным резонансным контуром и, в частности, может состоять из резонансного конденсатора, соединенного параллельно (или последовательно) к дросселю 107 приемника. Резонансный контур 205 приемника подключен к преобразователю 207 мощности, который преобразует принятый сигнал передачи мощности, т.е. индуцированный сигнал, обеспеченный резонансным контуром 205 приемника, в мощность, которая поступает на внешнюю нагрузку 209 (обычно путем осуществления преобразования AC/DC, известного специалисту в данной области техники).
Нагрузкой может быть, например, батарея, и мощность может подаваться для зарядки батареи. В порядке другого примера, нагрузкой может быть отдельное устройство, и мощность может подаваться для питания этого устройства.
В системе, резонансный контур 201 резонансного контура 201 передатчика не является фиксированным резонансным контуром, но является переменным резонансным контуром, которым можно управлять для выравнивания с частотой возбуждения. В частности, резонансный контур 201 передатчика можно адаптировать таким образом, чтобы его резонансная частота совпадала с частотой возбуждения, т.е. резонансной частотой можно управлять для приведения к частоте возбуждения или, по существу, приравнивания к частоте возбуждения. Такой сценарий имеет большое преимущество при работе в резонансном режиме, где действительно резонансные частоты передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности могут быть установлены равными частоте возбуждения. Это может не только повышать эффективность передачи мощности, но и улучшать связь на основе нагрузочной модуляции. В частности, это позволяет устранять или ослаблять так называемые интермодуляционные эффекты, обусловленные различиями в резонансной частоте и частоте возбуждения.
В конкретном подходе, динамические изменения состояния для, по меньшей мере, одного из (резонансных) компонентов резонансного контура 201 временно замедляются (возможно, и полностью останавливаются) в течение доли цикла. Подход будет более подробно описан позже.
Возбудитель 203, показанный на фиг. 2, генерирует изменяющийся (и обычно AC) сигнал напряжения возбуждения, который применяется к резонансному контуру (и, таким образом, к резонансному конденсатору (не показанному на фиг. 2) и дросселю 103 передатчика). В некоторых вариантах осуществления, резонансный контур 201 передатчика может быть последовательным резонансным контуром, и сигнал напряжения возбуждения может применяться к конденсатору и дросселю. В некоторых вариантах осуществления, возбудитель 203 может быть подключен прямо (или косвенно) к передающей катушке 103, и сигнал напряжения возбуждения может поступать на передающую катушку 103.
Таким образом, в системе, возбудитель 203 генерирует сигнал возбуждения, который поступает на резонансный контур 201 передатчика/передающую катушку 103, в результате чего, передающая катушка 103 генерирует сигнал передачи мощности, передавая мощность на приемник 105 мощности. Сигнал возбуждения генерируется с заданной частотой, именуемой частотой возбуждения, т.е. частота возбуждения является частотой сигнала возбуждения.
Возбудитель 203 генерирует ток и напряжение, которые поступают на дроссель 103 передатчика. Возбудителем 203 обычно является цепь возбуждения в форме инвертора, который генерирует знакопеременный сигнал из напряжения постоянного тока. На выходе возбудителя 203 обычно располагается мост переключателей, генерирующий сигнал возбуждения путем надлежащего переключения переключателей моста переключателей. На фиг. 3 показан однополупериодный мост переключателей/инвертор. Переключатели S1 и S2 управляются таким образом, чтобы они никогда не закрывались одновременно. Попеременно, S1 закрывается, в то время как S2 открывается, и S2 закрывается, в то время как S1 открывается. Переключатели открываются и закрываются с желаемой частотой, таким образом, генерируя на выходе знакопеременный сигнал. Обычно выход инвертора подключен к дросселю передатчика через резонансный конденсатор. На фиг. 4 показан двухполупериодный мост переключателей/инвертор. Переключатели S1 и S2 управляются таким образом, чтобы они никогда не закрывались одновременно. Переключатели S3 и S4 управляются таким образом, чтобы они никогда не закрывались одновременно. Попеременно, переключатели S1 и S4 закрываются, в то время как S2 и S3 открываются, и затем S2 и S3 закрываются, в то время как S1 и S4 открываются, таким образом, создавая на выходе сигнал прямоугольной волны. Переключатели открываются и закрываются с желаемой частотой.
Вышеприведенное описание соответствует случаю, когда левый и правый мост сдвинуты по фазе на 180° и обеспечивают максимальную выходную мощность или максимальный коэффициент заполнения. Однако, в других сценариях, половины моста могут быть частично расфазированы, в результате чего, оба S2 и S4 или S1 и S3 закрываются одновременно. В этом состоянии, напряжение моста будет нулевым, и, таким образом, подход может использоваться для уменьшения выходной мощности или коэффициента заполнения от максимальных значений.
Возбудитель 203 соответственно генерирует сигнал возбуждения с заданной частотой возбуждения и применяет этот сигнал к резонансному контуру 201 передатчика. Резонансный контур 201 передатчика образован индуктивным импедансом и емкостным импедансом.
В системе, показанной на фиг. 1 и 2, обеспечен особенно преимущественный способ управления резонансной частотой. Согласно подходу, передатчик мощности содержит функциональные возможности для выравнивания резонансной частоты резонансного контура 201 передатчика с частотой возбуждения путем замедления изменения состояния для, по меньшей мере, одного из емкостного импеданса и индуктивного импеданса резонансного контура 201 передатчика в течение дробного интервала времени каждого из, по меньшей мере, нескольких циклов сигнала возбуждения (но не целого цикла). Таким образом, подход предусматривает управление резонансной частотой для приближения к частоте возбуждения путем замедления изменения состояния, по меньшей мере, одного из реактивных импедансов. Замедление изменения состояния приводит к снижению эффективной резонансной частоты, благодаря чему, она оказывается ближе к частоте возбуждения, чем в случае, если бы замедление изменения состояния не применялось.
В частности, резонансный контур может иметь резонансную частоту, соответствующую индуктивному и реактивному импедансу при собственном резонансе. Эта частота именуется собственной резонансной частотой резонансного контура. Таким образом, собственная резонансная частота соответствует резонансной частоте резонансного контура, содержащего только индуктивный и реактивный импеданс. Замедление изменения состояния удлиняет соответствующий цикл и, соответственно, уменьшает рабочую частоту резонансного контура. Эта уменьшенная частота именуется эффективной резонансной частотой резонансного контура.
Таким образом, в системе, резонансный контур передатчика имеет собственную резонансную частоту, соответствующую резонансной частоте емкостного и индуктивного импеданса, когда они могут совершать свободные колебания. Однако замедление изменения состояния уменьшает скорость изменения состояния, по меньшей мере, одного из импедансов относительно скорости изменения состояния, когда импедансы могут совершать свободные колебания. Таким образом, замедление изменения состояния удлиняет время цикла относительно свободных колебаний емкостного и индуктивного импедансов. Увеличение времени цикла соответствует уменьшению резонансной частоты, и, таким образом, благодаря замедлению изменения состояния, резонансный контур передатчика будет колебаться на эффективной резонансной частоте которая ниже собственной резонансной частоты.
Таким образом, согласно подходу, резонансный контур 201 передатчика не может совершать свободных колебаний на собственной частоте заданной емкостным импедансом и индуктивным импедансом, но управление резонансом осуществляется за счет замедления (в частности, остановки) изменения состояния (по меньшей мере, одного из) импедансов в течение части цикла. Это приводит к снижению эффективной резонансной частоты резонансного контура 201 передатчика. Таким образом, резонансный контур 201 передатчика управляется так, чтобы его эффективная резонансная частота была ниже собственной резонансной частоты, заданной импедансами, т.е. ниже
где L и C представляют объединенные индуктивность и емкость резонансного контура 201 передатчика.
Фиг. 5 демонстрирует элементы передатчика мощности, в котором эффективная резонансная частота снижается путем замедления изменения состояния в течение дробного интервала времени некоторых, обычно всех, циклов.
В примере, передатчик мощности содержит индуктивный импеданс 501 и емкостной импеданс 503, образующие резонансный контур.
В конкретном примере, индуктивный импеданс 501 соответствует непосредственно дросселю, но очевидно, что в других вариантах осуществления индуктивный импеданс 501 может быть любым элементом, например, с одним портом и двумя выводами, который имеет, по меньшей мере, частичный индуктивный импеданс, т.е. имеющий индуктивный компонент реактивного сопротивления или, другими словами, комплексный импеданс с положительной мнимой частью. Таким образом, индуктивный импеданс 501 может представлять собой линейную цепь с двумя выводами или (эквивалентный) компонент, для которого напряжение на выводах, по меньшей мере, частично зависит от производной тока через компонент/цепь.
Аналогично, в конкретном примере, емкостной импеданс 503 соответствует непосредственно конденсатору, но очевидно, что в других вариантах осуществления емкостной импеданс 503 может быть любым элементом, например, с одним портом и двумя выводами, который имеет, по меньшей мере, частичный емкостной импеданс, т.е. емкостной компонент реактивного сопротивления, или, другими словами, комплексный импеданс с отрицательной мнимой частью. Таким образом, емкостной импеданс 503 может представлять собой линейную цепь с двумя выводами или (эквивалентный) компонент, для которого ток через цепь/компонент на выводах, по меньшей мере, частично зависит от производной напряжения на выводах.
Очевидно, что в большинстве вариантов осуществления, резистивная часть индуктивного и емкостного импедансов 501, 503 обычно бывают много меньше, и часто пренебрежимо малой, по сравнению с компонентом реактивного сопротивления. Это позволяет гарантировать, что колебания практически не затухают, т.е. резонансный контур имеет относительно высокую Q.
Для наглядности и краткости, в нижеследующем описании мы сосредоточимся на индуктивном импедансе, который является (идеальным) дросселем 501 и, в частности, дросселе 103 передатчика на фиг. 1 и 2, и емкостном импедансе, который является идеальным конденсатором 503. Однако очевидно, что любую ссылку на дроссель 501 можно, при необходимости, заменить ссылкой на индуктивный импеданс или реактивное сопротивление (включающую в себя катушку 103 передатчика), и что любую ссылку на конденсатор 503 можно, при необходимости, заменить ссылкой на емкостной импеданс или реактивное сопротивление. Для краткости, пара дросселя 501 и конденсатора 503 также будет именоваться резонансными компонентами.
Дроссель 501 и конденсатор 503 соединены друг с другом в резонансной конфигурации. В примере, дроссель 501 и конденсатор 503 соединены в конфигурации последовательного резонанса, но очевидно, что в других вариантах осуществления они могут быть соединены в конфигурации параллельного резонанса.
Дроссель 501 и конденсатор 503 обладают собственной резонансной частотой, соответствующей резонансной частоте резонансного контура, содержащего только дроссель 501 и конденсатор 503. Как известно, резонансная частота такой цепи равна , где L - индуктивность дросселя 501, и C - емкость конденсатора 503.
Однако, в системе, показанной на фиг. 5, передатчик мощности дополнительно содержит цепь 505 регулировки резонанса, которая выполнена с возможностью управления резонансной частотой для резонансного контура передатчика путем замедления изменения состояния для конденсатора 503 и/или дросселя 501. Цепь 505 регулировки резонанса можно считать частью резонансного контура передатчика (или можно считать полностью или частично внешней по отношению к нему). Очевидно также, что, хотя цепь 505 регулировки резонанса показана на фиг. 5 в виде элемента с одним портом и двумя выводами, соединенного последовательно между дросселем 501 и конденсатором 503, это всего лишь пример, и в других вариантах осуществления будут использоваться другие конфигурации. Например, цепь 505 регулировки резонанса в примере, приведенном на фиг. 5, имеет только два вывода, но очевидно, что в других вариантах осуществления, цепь 505 регулировки резонанса может иметь больше выводов и может подключаться к другим частям цепи, в том числе, например, к шинам питания для возбудителя 203.
Цепь 505 регулировки резонанса выполнена с возможностью изменения резонансной частоты путем замедления изменения состояния одного или обоих дросселя 501 и конденсатора 503. Состояние дросселя 501 и конденсатора 503 можно рассматривать как представляемое значениями энергии тока для компонента, и, в частности, можно рассматривать соответствующим току дросселя 501 () и напряжению конденсатора 503 ().
В традиционном резонансном контуре, образованном конденсатором и дросселем, резонанс достигается за счет непрерывного и периодического изменения фазы, обусловленного перетоком энергии в обоих направлениях между конденсатором (где энергия запасается в виде электрической потенциальной энергии) и дросселем (где энергия запасается в виде магнитной потенциальной энергии). Скорость изменения состояния и переток энергии в такой системе задаются значениями конденсатора и дросселя, и это приводит к колебаниям на собственной резонансной частоте .
Однако, в системе, показанной на фиг. 5, резонансный контур не может просто осуществлять свободные колебания, но зато цепь 505 регулировки резонанса замедляет изменение состояния для, по меньшей мере, одного из дросселя 501 и конденсатора 503 в течение дробного интервала времени некоторых и обычно всех циклов.
Таким образом, изменение состояния замедляется в течение дробного интервала времени относительно изменения состояния свободно колеблющегося резонансного контура, содержащего только конденсатор 503 и дроссель 501. В течение, по меньшей мере, еще одного интервала времени в цикле, изменение состояния не замедляется (или, по меньшей мере, замедление осуществляется с более низкой скоростью).
В частности, изменение состояния замедляется путем противодействия перетоку энергии между конденсатором 503 и дросселем 501 (путем замедления перетока энергии от дросселя 501 к конденсатору 503, от конденсатора 503 к дросселю 501 или в обоих направлениях от дросселя 501 к конденсатору 503 и от конденсатора 503 к дросселю 501). В резонансном контуре положительный ток течет от дросселя 501 к конденсатору 503 на протяжении половины резонансного цикла, и от конденсатора 503 к дросселю 501 на протяжении другой половины резонансного цикла. Во многих вариантах осуществления, замедление перетока энергии может достигаться путем противодействия протеканию тока между резонансными компонентами. Во многих вариантах осуществления, цепь 505 регулировки резонанса может быть выполнена с возможностью препятствования протеканию тока из дросселя 501 к конденсатору 503, например, путем отвода (полного или частичного) тока дросселя 501 от конденсатора 503 (включая, возможно, отвод обоих отрицательного и положительного токов от конденсатора 503). В других вариантах осуществления, цепь 505 регулировки резонанса может быть выполнена с возможностью препятствования протеканию тока от конденсатора 503 к дросселю 501, например, путем отсоединения конденсатора 503 от дросселя 501 в течение дробного интервала времени (таким образом, также установления напряжения на дросселе равным нулю, т.е. оба ток и напряжение устанавливаются равным нулю для дросселя).
В этих примерах, протекание тока между резонансными компонентами, таким образом, уменьшается или даже полностью прекращается в течение (только) дробного интервала времени. В течение этого дробного интервала времени, изменение состояния, по меньшей мере, одного из компонентов будет замедляться или полностью останавливаться. Если это осуществляется на протяжении нескольких циклов и, в частности в каждом цикле, резонансный контур будет вести себя, как будто резонанс происходит на более низкой частоте, чем собственная резонансная частота для конфигурации резонансного контура, совершающего свободные колебания.
Таким образом цепь 505 регулировки резонанса может управлять и регулировать эффективную резонансную частоту, чтобы она была ниже собственной резонансной частоты. В системе, показанной на фиг. 5, управление фактической эффективной резонансной частотой осуществляется цепью 505 регулировки резонанса, способной изменять хронирование/длительность дробного интервала времени. Таким образом, чем продолжительнее дробный интервал времени, тем больше будет эффект замедления изменения состояния, и, таким образом, тем ниже будет эффективная резонансная частота.
Время цикла делится на, по меньшей мере, первый дробный интервал времени, в котором изменение энергетического состояния, по меньшей мере, одного из емкостного импеданса и индуктивного импеданса замедляется, и, по меньшей мере, второй дробный интервал времени, где изменение энергетического состояния не замедляется. В конкретном примере, цикл содержит два первых дробных интервала времени, в которых изменение энергетического состояния, по меньшей мере, одного из емкостного импеданса и индуктивного импеданса замедляется, и два вторых дробных интервала времени, где изменение энергетического состояния не замедляется, поскольку операция осуществляется дважды за цикл (по одной за пересечение нуля/ полупериод).
В качестве описательного примера, в течение второго дробного интервала времени, вся энергия, вытекающая из одного из импедансов направляется к другому импедансу (за исключением любых возможных потерь, например, в (возможно, паразитных) резистивных компонентах. Однако, в течение первого дробного интервала времени, по меньшей мере, часть энергии, вытекающей из одного из импедансов, отводится от другого импеданса. В частности, в течение второго дробного интервала времени, весь ток одного из импедансов направляется к другому импедансу (за исключением любых возможных потерь). Однако, в течение первого дробного интервала времени, по меньшей мере, часть тока от одного из импедансов отводится от другого импеданса. Таким образом, в течение первого дробного интервала времени, токи в двух импедансах не равны, и, по меньшей мере, часть тока отводится.
В порядке другого примера, в течение второго дробного интервала времени переток энергии между компонентами может быть разрешен, при этом вся энергия, вытекающая из одного из импедансов, направляется на другой импеданс (за исключением любых возможных потерь, например, в (возможно, паразитных) резистивных компонентах. Однако, в течение первого дробного интервала времени, переток энергии может быть ограничен и уменьшен. Например, можно задать максимальный переток энергии и, в частности, можно установить максимальный разрешенный ток. В порядке конкретного примера, можно препятствовать любому перетоку энергии между импедансами в течение первого дробного интервала времени, например, емкостной и индуктивный импеданс можно отключать друг от друга (например, во время, когда ток через индуктивный импеданс равен нулю).
Таким образом, в системе, изменение энергетического состояния, по меньшей мере, одного из проводящего и индуктивного импедансов ограничивается в течение дробного интервала времени, но не в течение, по меньшей мере, одного другого интервала времени цикла.
В частности, переток энергии может не ограничиваться непосредственно до начала дробного интервала времени и непосредственно после дробного интервала времени, тогда как он ограничивается в дробном интервале времени. Таким образом, замедление изменения состояния происходит в дробном интервале времени, но не непосредственно до или после дробного интервала времени. Таким образом, замедление изменения состояния начинается во время начала дробного интервала времени, происходит в течение дробного интервала времени (т.е. в течение времени меньшего, чем время цикла) и останавливается в конце дробного интервала времени.
Очевидно, что управление хронированием дробных интервалов времени, в отношении как длительности, так и точных времен начала и окончания, может зависеть от конкретных предпочтений и требований отдельного варианта осуществления.
Однако, в конкретном подходе, резонансный контур 201 передатчика управляется в зависимости от сигнала возбуждения, возбуждающего резонансный контур 201 передатчика, таким образом внутренне позволяя автоматически связывать/блокировать друг с другом рабочую частоту и резонансную частоту передатчика. Действительно, подход позволяет автоматически и внутренне делать рабочую частоту и резонансную частоту передатчика, по существу, одинаковыми, благодаря чему, система может без труда адаптироваться к рабочей частоте/частоте возбуждения сигнала возбуждения, причем эффективная резонансная частота передатчика автоматически и внутренне адаптируются для непосредственного следования. В частности, подход может гарантировать, что каждый цикл эффективного резонанса резонансного контура 201 передатчика имеет такую же длительность, как соответствующий цикл сигнала возбуждения. Кроме того, подход позволяет достигать этого очень низкой дополнительной сложностью и с очень низкими издержками управления.
В конкретной иллюстративной системе, показанной на фиг. 5, цепь 505 регулировки резонанса, таким образом, не просто независимо управляется для обеспечения желаемой резонансной частоты. Напротив, работа цепи 505 регулировки резонанса тесно связана с возбуждением резонансного контура 201 и, таким образом, с передачей мощности и работой системы передачи мощности в целом.
В частности, в системе, показанной на фиг. 5, возбудитель 203 генерирует сигнал хронирования и подает его в цепь 505 регулировки резонанса. Сигнал хронирования включает в себя переходы, которые указывают, когда дробный интервал времени должен начинаться, заканчиваться или часто оба (могут существовать другие переходы, которые игнорируются). Цепь 505 регулировки резонанса выполнена с возможностью выравнивания дробных интервалов времени с этими переходами. Переход обычно является изменением параметра сигнала, например, обычно изменением уровня сигнала. Однако, в некоторых сценариях, переход может заключаться в изменении другого параметра сигнала, например, изменении фазы или частоты сигнала или (частичного) компонента сигнала.
Таким образом, переходы сигнала хронирования управляют хронированием дробного интервала времени и, в частности управляют временем начала, временем окончания или обоими временем начала и окончания. Цепь 505 регулировки резонанса соответственно устанавливает время начала и/или окончания дробного интервала времени из сигнала хронирования. Обычно сигнал хронирования является сигналом переключения, который используется для управления переключателем цепи 505 регулировки резонанса, который может активировать/деактивировать противодействие перетоку энергии, т.е. он может активировать/деактивировать замедление изменения состояния. Сигнал хронирования может включать в себя переходы, которые могут обнаруживаться цепью 505 регулировки резонанса и использоваться ею для прямого или косвенного управления переключателем для включения и отключения противодействия протеканию тока. Цепь 505 регулировки резонанса обычно выравнивает время начала или окончания с переходами, включая или отключая замедление, по существу, одновременно с соответствующим переходом (например, с точностью 1/50-ой периода времени цикла).
Таким образом, в системе, возбудитель 203 управляет, по меньшей мере, частью хронирования дробного интервала времени. Кроме того, возбудитель 203 выполнен с возможностью управления сигналом хронирования с целью синхронизации его и, соответственно, дробного интервала времени, с сигналом возбуждения. В частности, возбудитель содержит синхронизатор 507, который генерирует сигнал хронирования и синхронизирует его по времени с сигналом возбуждения.
В частности, как будет описано позже на конкретных примерах, время начала и/или окончания может генерироваться с фиксированным временным смещением относительно времени события в отдельных циклах сигнала возбуждения. Событием, в частности, может быть пересечение сигналом возбуждения порогового уровня сигнала (например, при пересечении нуля), когда достигается экстремум (локальный или глобальный (в цикле) максимум или минимум), когда происходит переход (например, фронт прямоугольного сигнала возбуждения), или при переключении переключателя переключающей цепи (например, моста переключателей, соответствующего примеру, приведенному на фиг. 3 или 4). Таким образом, время начала и/или остановки управляется для установления фиксированного временного смещения относительно момента времени такого события. Соответственно, если хронирование события в цикле изменяется (например, вследствие изменения частоты/ периода времени цикла сигнала возбуждения), управляемое время начала и/или остановки будет соответственно изменяться.
Во многих вариантах осуществления, одним из времен начала и остановки можно управлять для обеспечения фиксированного временного смещения относительно времени переключения переключающей цепи, генерирующей сигнал возбуждения, управляя при этом другим временем для установления фиксированного временного смещения относительно момента времени, когда сигнал, по меньшей мере, одного из емкостного импеданса 503 и индуктивного импеданса 501 пересекает порог.
Например, диод и переключатель могут быть соединены последовательно и использоваться для направления тока от емкостного импеданса 503 (например, путем шунтирования емкостного импеданса 503 или путем шунтирования соединения между емкостным импедансом 503 и индуктивным импедансом 501 на шину напряжения (например, нулевую)). В этой конфигурации, переключатель может открываться таким образом, что, когда напряжение на конденсаторе (или соединительной точке) пересекает порог, соответствующий диоду, он начнет проводить ток. Таким образом, время начала задается пересечением сигналом порога. Однако время окончания определяется так, чтобы оно имело фиксированное временное смещение относительно времени переключения для переключателей полного моста, генерирующего сигнал возбуждения. Таким образом, это время является непосредственно временем, связанным с генерацией сигнала возбуждения. Соответственно, если период времени сигнала возбуждения возрастает от цикла к циклу, цепь 505 регулировки резонанса может автоматически адаптироваться к этому изменению - даже в одном и том же цикле.
Таким образом, во многих вариантах осуществления, хронирование дробного интервала времени тесно связано с сигналом возбуждения. Эта связь обеспечивает точное соответствие между возбуждением резонансного контура 201 и эффективным резонансом резонансного контура 201. В частности, благодаря связыванию сигнала возбуждения и сигнала хронирования, автоматически подстраиваемая резонансная частота оказывается равной рабочей частоте сигнала возбуждения. Действительно, синхронизатор 507 может синхронизировать сигнал хронирования и, таким образом, дробный интервал времени таким образом, чтобы каждое время цикла резонансного контура 201 было равно времени цикла для соответствующего цикла сигнала возбуждения. Таким образом, подход управления дробным интервалом времени возбудителем и, таким образом, на основании сигнала возбуждения, может обеспечивать систему, в которой резонансная частота всегда равна частоте сигнала возбуждения. Действительно, даже отдельные периоды времени каждого отдельного времени цикла можно делать одинаковыми.
Подход не только допускает низкую сложность и, например, не требует никаких измерений или обнаружений каких-либо сигналов резонансного контура 201 (например, тока или напряжения дросселя или конденсатора), но также может автоматически гарантировать равенство частот.
Подход выравнивания резонансной частоты передатчика и частоты возбуждения может обеспечивать ряд преимуществ. В частности, он может уменьшать и, во многих вариантах осуществления, предотвращать, интермодуляцию. Он также может, во многих вариантах осуществления, обеспечивать улучшенную передачу мощности и, в частности, может повышать эффективность передачи мощности. Обычно эффективность передачи мощности возрастает по мере сближения резонансной частоты передатчика (резонансной частоты резонансного контура передатчика), резонансной частоты приемника (резонансной частоты резонансного контура передатчика) и рабочей частоты сигнала возбуждения друг с другом. Описанный подход позволяет связывать друг с другом рабочую частоту и резонансную частоту передатчика, в то же время позволяя изменять их относительно резонансной частоты приемника.
Фиг. 6 демонстрирует пример передатчика мощности, показанного на фиг. 5, в котором цепь 505 регулировки резонанса выполнена с возможностью замедления изменения состояния конденсатора 503. В примере, цепь 505 регулировки резонанса выполнена с возможностью отведения тока из дросселя 501 от конденсатора 503 в течение дробного интервала времени. Отвод обеспечивается переключателем 601, который соединен параллельно с конденсатором 503 и выполнен с возможностью его шунтирования. Таким образом, цепь 505 регулировки резонанса может быть реализована управляемым переключателем.
В примере, переключатель 601 закрывается в течение дробного интервала времени. Открывание и закрывание переключателя 601 осуществляется в конкретном примере под управлением переходов сигнала хронирования, генерируемого возбудителем 203, и, соответственно, синхронизировано с сигналом переключения. Когда переключатель закрыт, ток, который течет через дроссель 501 и который мог бы заряжать или разряжать конденсатор 503, вместо этого отводится через переключатель 601. Таким образом, благодаря шунтированию конденсатора 503, ток обходит конденсатор 503 и, соответственно, не заряжает конденсатор. В примере, переключатель 601 выполнен с возможностью закрываться в момент времени, когда напряжение на конденсаторе 503 равно нулю. В это время, через дроссель 501 течет существенный ток (в действительности, ток находится на максимальном уровне). Однако, благодаря шунтированию переключателя, этот ток уже не течет через конденсатор 503, но, вместо этого, течет через переключатель 601. Соответственно, шунтирование конденсатора 503 гарантирует, что напряжение поддерживается равным нулю, т.е. состояние конденсатора 503 остается неизменным.
Следует отметить, что переключатель 601, соответственно, образует путь отвода тока, который может отводить положительный и отрицательный ток от конденсатора 503.
По прошествии некоторого времени, т.е. в конце дробного интервала времени, переключатель снова открывается, в результате чего, ток, текущий через дроссель, может втекать в конденсатор 503 (или вытекать из него). В результате, конденсатор 503 начинает заряжаться, и напряжение на конденсаторе соответственно изменяется. Это приводят к тому, что эффективная емкость конденсатора 503, ʺвоспринимаемаяʺ со стороны дросселя, увеличивается, и, таким образом, резонансная частота уменьшается. Результирующая эффективная резонансная частота будет зависеть от хронирования дробного интервала времени, то есть увеличение его длительности будет приводить к уменьшению эффективной резонансной частоты.
В частности, благодаря шунтированию конденсатора на протяжении части периода сигнала возбуждения, эффективная емкость будет увеличиваться.
Для иллюстрации этого эффекта можно рассмотреть конденсатор C1, который заряжается средним током  в течение времени t2 до напряжения  Напряжение  можно выразить в виде:
Рассматривая альтернативно другой конденсатор C2 с меньшим значением, чем C1, но шунтируемый от 0 до t1 и заряжаемый в интервале времени от t1 до t2, можно видеть, что этот конденсатор заряжается тем же средним током  до напряжения  Для C2 напряжение может определяться как:
Если  и  равны в t2, то C1 можно выразить в виде:
.
Другими словами, хотя конденсатор C2 меньше по значению, в момент времени t2 оба конденсатора заряжаются до одного и того же напряжения. В момент времени t2 конденсатор C2 подает на дроссель то же напряжение, что и конденсатор C1. Таким образом, шунтирование приводит к увеличению эффективной (или кажущейся) емкости конденсатора, ʺвоспринимаемойʺ дросселем.
Пример сигналов в цепи, показанной на фиг. 6, приведен на фиг. 7. В примере, индуктивность дросселя 501 равна Lp=200 мкГн, и емкость конденсатора 503 равна Cp=8,2 нФ, в результате чего, собственная резонансная частота равна:
= .
В примере, верхняя кривая демонстрирует сигнал возбуждения.
Как можно видеть, для каждого цикла, переключатель 601 выполнен с возможностью шунтировать конденсатор 503 в течение первого дробного интервала времени (для положительного пересечения нуля напряжения на конденсаторе) и в течение второго дробного интервала времени (для отрицательного пересечения нуля напряжения на конденсаторе). В течение каждого дробного интервала времени напряжение, таким образом, остается постоянным приблизительно 1 мкс. В течение этого времени, напряжение на конденсаторе 503 не изменяется. Аналогично, ток через дроссель 501 также вряд ли изменяется (почти постоянно на максимальном значении), поскольку на дроссель 501 не подается напряжение.
Как можно видеть, эффективная резонансная частота снижается, и действительно, в примере, достигается эффективная резонансная частота около 102 кГц.
Точную эффективную резонансную частоту можно устанавливать, просто регулируя длительность дробных интервалов времени. Чем больше длительность, тем ниже частота.
Дополнительно, можно видеть, что если промежуток между импульсами сигнала возбуждения остается неизменным, рабочая частота сигнала возбуждения может изменяться за счет изменения длительности импульсов сигнала возбуждения. Однако это напрямую приводит к тому, что правый фронт сигнала хронирования изменяется таким же образом, и благодаря тому, что левый фронт сигнала хронирования остается привязанным к пересечению нуля конденсатора, это приводит к соответствующему изменению дробных интервалов времени. Соответственно, резонансная частота будет напрямую следовать за рабочей частотой сигнала возбуждения и будет внутренне такой же.
Таким образом, подход может эффективно связывать частоту возбуждения и резонансную частоту передатчика друг с другом таким образом, чтобы они были эффективно, по существу, одинаковы.
Подход может, в частности, улучшать передачу нагрузки во многих системах беспроводной передачи мощности. Действительно, система, показанная на фиг. 5 и 6, содержат приемник 509 сообщений нагрузочной модуляции, который выполнен с возможностью принимать сообщения от приемника 105 мощности, где сообщения нагрузочно модулируются на систему передачи мощности. В примере, нагрузочная модуляция осуществляется, по меньшей мере, частично путем изменения нагрузки. Во многих вариантах осуществления, нагрузочная модуляция может осуществляться приемником мощности, подключающим конденсатор параллельно катушке приема мощности и отключающим его.
На физическом уровне, канал связи от приемника 105 мощности к передатчику 101 мощности реализован с использованием сигнала передачи мощности в качестве носителя передачи. Приемник 105 мощности передает информационные сообщения, модулируя нагрузку катушки 107 приемника. Приемник 105 мощности может делать это, например, присоединяя и отсоединяя конденсатор, подключенный параллельно к приемной катушке 107, таким образом, изменяя резонанс и, таким образом, характеристики нагрузки приемника 105 мощности. Эти изменения приводят к соответствующим изменениям сигнала передачи мощности на стороне передатчика мощности и, в частности, к изменению тока и напряжения дросселя 103 передатчика. Эти изменения прямо или косвенно обнаруживаются передатчиком 101 мощности и используются для демодуляции данных нагрузочной модуляции от приемника 105 мощности.
В частности, нагрузочную модуляцию можно, например, обнаруживать по изменению амплитуды и/или фазы тока/напряжения сигнала возбуждения, по изменению тока/напряжения дросселя 103 передатчика и/или по изменению тока/напряжения резонансного контура. В порядке другого примера, нагрузочную модуляцию можно обнаруживать по изменению тока от источника питания на возбудитель 203 (в частности, на инвертор/ мост переключателей).
Приемник 105 мощности может, соответственно, нагрузочно модулировать данные на сигнал передачи мощности, которые передатчик 101 мощности может затем демодулировать. Подход может, например, соответствовать описанному для Qi в ʺSystem description, Wireless power Transfer, Volume I: Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.0 July 2010, опубликованной ireless power Consortiumʺ, доступной по адресу http://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-1.html, также именуемой Qi wireless power specification, в частности, глава 6: Communications Interface (или в последующих версиях спецификации).
Нагрузочная модуляция, в частности, используется для адаптации передачи мощности и, в частности, для реализации контура управление мощностью, который непрерывно адаптирует уровень передаваемой мощности на основании сообщений управления мощностью, принятых от приемника 105 мощности. Сообщения управления мощностью передаются путем нагрузочной модуляции.
Таким образом, нагрузочная модуляция приводит к изменениям, например, тока дросселя передатчика, и это можно измерять и демодулировать, как будет известно специалисту в данной области техники. Соответственно, в примере, передатчик мощности содержит приемник 509 сообщений для детектирования сообщений, модулированных нагрузкой на сигнал передачи мощности по изменению реактивной нагрузки.
Однако интермодуляционные искажения (обусловленные различием частот возбуждения и резонансных частот передатчика) могут ухудшать передачу с нагрузочной модуляцией. Рассматривая резонансный контур с высокой Q, если возбудитель 203 применяет сигнал на частоте, равной резонансной частоте передатчика, колебания могут поддерживаться очень долгое время, даже при наличии затухания. В этом случае, в цепи могут течь очень сильные токи. Однако, если возбудитель 203 применяет сигнал на частоте, которая отличается от резонансной частоты, система не будет хорошо резонировать, в результате чего, ток будет значительно слабее. Фактически, в последнем случае, сигналы тока и напряжения в цепи будут содержать две частоты, а именно, частоту возбуждения и резонансную частоту, где резонансная частота будет более выраженной при более высоком коэффициенте Q резонансного контура. Наличие двух частот в сигналах тока и напряжения приводит к возникновению биений, которые именуются интермодуляцией. В системе беспроводной передачи мощности, которая опирается на амплитудную модуляцию, обусловленную нагрузочной модуляцией, это может делать связь ненадежной, а то и вообще невозможной.
Однако этому можно эффективно противостоять, управляя резонансным контуром передатчика для согласования частоты возбуждения сигнала возбуждения. Конкретный подход может, например, обеспечивать снижение интермодуляционных искажений путем связывания сигнала возбуждения и резонансной частоты посредством синхронизации/выравнивания дробных интервалов времени с сигналом возбуждения, что позволяет рабочей частоте и резонансной частоте блокироваться друг с другом.
Как упомянуто, приемник 509 сообщений выполнен с возможностью обнаружения нагрузочной модуляции сигнала передачи мощности. Демодуляция, осуществляемая приемником 509 сообщений, базируется на выборках тока через или напряжения на катушке 103 передатчика. Соответственно, приемник 509 сообщений подключен к дискретизатору 511, который выполнен с возможностью дискретизации, по меньшей мере, одного из тока через катушку 103 передатчика и напряжения на катушке 103 передатчика.
Дискретизатор 511 выполнен с возможностью дискретизации соответствующего сигнала (тока через катушку или напряжения на катушке) во времена выборки, которые обычно являются периодически повторяющимися временами. Времена выборки могут эквивалентно именоваться моментами времени, т.е. термины относятся к временам взятия выборок сигнала. Очевидно, что термин "время выборки" и "момент выборки" относятся к хронированию выборок, и что хотя длительности выборок обычно бывают достаточно короткими, чтобы считать их мгновенными (соответствующими дискретизации на основе функции Дирака), термины не подлежат ограничению этим конкретным сценарием. Действительно, на практике, невозможно осуществлять мгновенную дискретизацию, и все выборки будут отражать сигнал в интервале времени. Однако обычно такие длительности достаточно коротки, чтобы ими можно было пренебречь, например, они могут составлять порядка нескольких наносекунд, и выборки можно считать мгновенными.
Тем не менее, очевидно, что описанный подход также может использоваться с отдельными длительностями дискретизации, которые нельзя считать мгновенными. Например, выборка может генерироваться как усредненное или интегрированное значение сигнала по чуть более длинному интервалу времени, например, 1-10 микросекунд. В подобных случаях, термин "время выборки" (или, эквивалентно, "моменты выборки") могут относиться к фиксированному времени для таких интервалов, например, начальному, конечному или центральному времени. Дополнительно, специалист в данной области техники осведомлен о теории дискретизации и влиянии, компенсации и обработке увеличенных времен выборки (например, что увеличенные длительности выборок применяют частотное формирование sinc(f), которое, например, может компенсироваться соответствующим фильтром 1/sinc(f)). Соответственно это не будет дополнительно описано в нижеследующем описании, где дискретизация считается мгновенной во времена/моменты выборки.
Дополнительно, в нижеследующем описании мы сосредоточимся на демодуляции, основанной на выборках тока через катушку. Однако специалисту в данной области техники очевидно, что описанные принципы применимы также к демодуляции на основании выборок напряжения на катушке.
Таким образом, в конкретном примере, дискретизатор 511 генерирует выборки тока через катушку в соответствующие времена выборки. Эти выборки поступают на приемник 509 сообщений который переходит к демодуляции модулированных нагрузкой данных. Нагрузочная модуляция приводит к изменению тока через катушку и, таким образом, значения выборок будут зависеть от состояния нагрузки модуляции на приемнике мощности. Например, если приемник мощности использует резистивную нагрузку, которая включается или отключается для обеспечения нагрузочной модуляции, значения выборок будут (в идеале) разными в зависимости от того, включена ли нагрузка модуляции или отключена. Разные символы данных, соответственно, связаны с разными шаблонами нагрузочной модуляции, и, таким образом приводят к разным изменениям тока через катушку и к разным значениям выборок. Приемник 509 сообщений может, соответственно, сравнивать принятые значения выборок с шаблонами, соответствующими разным символам данных и декодировать символ как тот, который связан с шаблоном, наиболее близко напоминающий шаблон значений выборок.
Конкретный подход демодуляции будет зависеть от конкретных требований и предпочтений отдельного варианта осуществления. Например, приемник 509 сообщений может использовать фильтры низких частот, согласованные фильтры и т.д., известные специалисту в данной области техники.
Дискретизация обычно осуществляется с относительно высокой скоростью или частотой дискретизации относительно длительности отдельных символов и битов данных. Во многих вариантах осуществления, для каждого цикла сигнала передачи мощности генерируется одна выборка, т.е. скорость дискретизации регулируется в соответствии с частотой возбуждения. Дополнительно, частота возбуждения связана с резонансной частотой передатчика, поэтому скорость дискретизации дополнительно устанавливается в соответствии с резонансной частотой передатчика.
Однако важным и критическим параметром для достижения хорошей производительности связи является хронирование выборок, и, в частности, хронирование выборок относительно работы и сигналов резонансного контура. В частности, для оптимизации производительности связи и, в частности, снижения коэффициентов ошибок, важно, чтобы выборки отражали максимальное различие между дискретизированными значениями тока (или напряжения) для разных состояний нагрузки модуляции, т.е. важно, чтобы различие между значениями выборок для разных состояний нагрузки модуляции было как можно больше. Различие также именуется глубиной модуляции (или, в более общем случае, термин "глубина модуляции" относится к различиям в (выборках) тока через дроссель для разных битов/символов).
Однако тот факт, что глубина модуляции изменяется для разных времен взятия выборки в течение цикла усложняет работу. Например, если все выборки генерируются в моменты времени, соответствующие пересечению нуля для тока через дроссель, не существует различия для разных состояний нагрузки модуляции. Таким образом, важно брать выборки в оптимальные или, по меньшей мере, подходящие времена. В частности, важно выбирать надлежащее время выборки в цикле.
Однако, управление дискретизатором 511 для дискретизации сигналы в надлежащее время не является насущной проблемой. Например, один подход будет использовать цепь обнаружения пика для обнаружения пика тока через катушку и затем использовать это значение. Однако такой подход требует дополнительной (и обычно, по меньшей мере, частично, аналоговой) схемы, которая увеличивает сложность и, возможно, стоимость. Кроме того, например, попытки запуска контура обнаружения пика с целью управления временами выборки для установления равными временам обнаруженных пиков имеют тенденцию приводить к субоптимальной производительности. В частности, это может приводить к неточной и/или медленной адаптации времен выборки, которые обычно вносят существенное дрожание, приводящее к зашумленным выборкам.
В системе, показанной на фиг. 5 и 6, управление временами выборки осуществляется в ответ на хронирование дробных интервалов времени. В частности, передатчик 101 мощности содержит контроллер 513 времени выборки, который подключен к дискретизатору 511, и выполнен с возможностью управления временами выборки в ответ на, по меньшей мере, одно из времен начала и времен окончания дробных интервалов времени. Таким образом, согласно подходу, времена взятия выборки определяются в ответ на времена, когда замедление изменения состояния начинается или заканчивается. Таким образом, подход основан на взаимодействии между конкретным подходом для управления резонансной частотой резонансного контура и демодуляцией нагрузочной модуляции.
В конкретном примере, контроллер 513 времени выборки дополнительно подключен к возбудителем 203, от которого он принимает сигнал хронирования, который также подается в цепь 505 регулировки резонанса. Этот сигнал хронирования в конкретном примере может быть сигналом переключения, управляющим переключателем 601, показанным на фиг. 6, т.е. он может быть сигналом хронирования, который управляет шунтированием конденсатора 503. Сигнал хронирования, в частности, может иметь два возможных состояния, одно из которых соответствует открытому переключателю 601, и другое соответствует закрытому переключателю. Таким образом, сигнал хронирования напрямую управляет переключателем и, таким образом, управляет началом и концом дробных интервалов времени. В частности, сигнал хронирования имеет переходы, соответственно, во времена начала и времена окончания дробных интервалов времени.
В примере, контроллер 513 времени выборки управляет временами/моментами взятия выборки на основании хронирования дробных интервалов времени и, в частности, на основании переходов сигнала хронирования. Таким образом, времена выборки определяются относительно времен начала и/или окончания дробных интервалов времени. Согласно подходу, представленному на фиг. 5 и 6, дробные интервалы времени управляют работой, и, в частности, резонирование резонансного контура управляется дробными интервалами времени. Таким образом, хронирование цикла резонирования управляется хронированием дробных интервалов времени и, таким образом, хронированием времен взятия выборки относительно временных режимов дробных интервалов времени, времена дискретизации могут точно располагаться в цикле. Другими словами, определяя времена выборки относительно времен начала и/или окончания дробного интервала времени, можно управлять временем выборки таким образом, чтобы оно находилось в желаемой точке измененного цикла. Например, во многих вариантах осуществления, дискретизация пикового тока катушки 103 передатчика может достигаться путем установления времени выборки с конкретным временным смещением относительно времени начала или окончания дробного интервала времени.
Подход может быть представлен сигналами, проиллюстрированными на фиг. 8. В примере, собственная резонансная частота резонансного контура передатчика равна 140 кГц, и частота возбуждения равна 110 кГц. Вследствие дробных интервалов времени, собственная резонансная частота снижается до эффективной резонансной частоты, совпадающей с частотой возбуждения, т.е. до 110 кГц. Резонансная частота резонансного контура приемника в примере равна 105 кГц.
coil
В этом примере, сигнал 801 соответствует напряжению на катушке 103 передатчика. Сигнал 803 соответствует сигналу хронирования для правой ветви двухполупериодного инвертора возбудителя 203. Сигнал 805 соответствует току через катушку i через катушку 103 передатчика. Сигнал 805 проиллюстрирован как напряжение (генерируемое путем измерения), напрямую соответствующее току через катушку (где 1В = 1А в конкретном примере).
Как показано, напряжение на катушке и ток через катушку демонстрирует цикл, соответствующий собственной резонансной частоте резонансного контура, сопровождаемый дробным интервалом времени, в котором напряжение на катушке и ток через катушку остается неизменным (или, по существу, постоянным - в течение дробного интервала времени инвертор может отключаться (например оба S1 и S3, или S2 и S4, одновременно отключаются), что приводит к нулевому напряжению на катушке 103 передатчика и постоянному току через катушку; или может включаться, обеспечивая низкое напряжение на катушке 103 передатчика (в примере 10 В) и малое изменение тока через катушку. В конкретном примере, в сигнале 801 может наблюдаться малое изменение в течение дробного интервала времени, представляющего переключение инвертора от полного отключения до обеспечения напряжения возбуждения 10 В).
В примере, дробный интервал времени синхронизируется с переключением двухполупериодного инвертора и, в частности, время окончания дробного интервала времени наступает одновременно с переходом от низкого уровня к высокому уровню сигнала 803.
В примере, дробный интервал времени может начинаться во время пересечения нуля напряжения 801 на катушке 103 передатчика. Таким образом, дробные интервалы времени формируются как интервалы времени, имеющие время начала при пересечении нуля (от положительного напряжения к отрицательному) напряжения на катушке 103 передатчика и времена окончания во время, когда правая ветвь двухполупериодного инвертора возбудителя 201 отключена. Пример дробного интервала времени в одном цикле указан на фиг. 8 вертикальными линиями 807.
В системе, времена выборки определяются контроллером 513 времени выборки относительно времен начала и/или времен окончания дробных интервалов времени. В конкретном примере, на переключатель 601 может поступать сигнал хронирования переключателя, который управляет открыванием и закрыванием переключателя 601, и, таким образом, хронированием дробных интервалов времени. Этот сигнал также подается на контроллер 513 времени выборки, который переходит к определению времен выборки на основании переходов сигнала хронирования.
Как показано на фиг. 8, дробный интервал времени в конкретном примере стабилизирует состояние дросселя и конденсатора в течение дробного интервала времени. Таким образом, в течение дробного интервала времени не происходит, по существу, никакого изменения. Однако, за пределами дробных интервалов времени, резонансный контур может совершать свободные колебания. Кроме того, когда дробный интервал времени инициируется в ответ на обнаружение нуля, и состояния резонансных компонентов остаются постоянными в течение дробных интервалов времени, каждый цикл резонанса образован стандартным резонансным циклом (когда время цикла является величиной, обратной собственной резонансной частоте) и дробным интервалом времени. Таким образом, чем дольше дробный интервал времени, тем больше эффективное время цикла и ниже эффективная резонансная частота.
Дополнительно, поскольку операции за пределами дробных интервалов времени фиксируются резонансными компонентами, изменение эффективной резонансной частоты обусловлено изменением длительности дробных интервалов времени. Соответственно, в системе, где хронирование дробного интервала времени используется для управления времен взятия выборки, можно устанавливать времена взятия выборки в соответствии с желаемой точкой сигнала в каждом цикле, например, пиковым значением.
В порядке конкретного примера, моменты времени могут быть установлены равными временам окончания дробных интервалов времени или временам начала дробных интервалов времени. Действительно, в примере, состояние резонансного контура стабилизируется во время, соответствующее пересечению нуля напряжения на катушке 103 передатчика. Однако это также соответствует моменту времени максимального тока через катушку. Таким образом, во время начала дробного интервала времени, ток через катушку находится на максимальном уровне, и, таким образом, дискретизация синхронизируется с хронированием дробных интервалов времени, благодаря чему, дискретизация осуществляется во время начала дробного интервала времени, что приводит к дискретизации пикового тока через катушку. Это может достигаться без необходимости в каких-либо дополнительных функциональных возможностях, например, схемы обнаружения пика.
Кроме того, когда состояние резонансного контура стабилизируется в течение дробного интервала времени, значение тока в начале дробного интервала времени будет поддерживаться на протяжении дробного интервала времени, и действительно, ток через катушку в конце дробного интервала времени все еще является максимальным током. Таким образом, контроллер 513 времени выборки может альтернативно определять, что моменты взятия выборки совпадают с временами окончания дробных интервалов времени, и это все же будет приводить к измерению пикового тока.
Во многих вариантах осуществления, контроллер 513 времени выборки может быть, соответственно, выполнен с возможностью определения времен взятия выборки, попадающих в дробные интервалы времени. Это будет, во многих вариантах осуществления (например, представленных на фиг. 8), приводить к дискретизации тока через катушку на максимальном значении. Действительно, в примере, приведенном на фиг. 8, любая дискретизация тока через катушку в дробные интервалы времени будет приводить к дискретизации максимального тока, что указано сигналом 809.
Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, дискретизация может синхронизироваться с, по меньшей мере, одним из времен начала и времен окончания дробных интервалов времени, и, в частности может синхронизироваться для согласования с, по меньшей мере, одним из времен начала и времен окончания. Например, контроллер 513 времени выборки может управлять дискретизатором 511 для дискретизации сигнала тока, когда сигнал переключения 803 переходят от низкого до высокого значения.
Во многих вариантах осуществления, контроллер 513 времени выборки может быть выполнен с возможностью определения времен выборки, чтобы они находились в дробных интервалах времени. Это может обеспечивать особенно преимущественный производительность во многих сценариях. В частности, поскольку изменение состояния замедляется в течение этого интервала, чувствительность к изменениям времени выборки, например, дрожанию, будет существенно снижаться. Действительно, для вариантов осуществления, где изменение состояния полностью стабилизировано, система может быть нечувствительна к дрожанию, возникающему в дробный интервал времени.
В порядке конкретного примера, контроллер 513 времени выборки может быть выполнен с возможностью определения времен выборки посередине между временами начала и временами окончания дробных интервалов времени, т.е. в центральное время дробных интервалов времени (очевидно, что в силу периодического характера дробных интервалов времени, время окончания текущего дробного интервала времени может определяться с высокой точностью из времен окончания предыдущих дробных интервалов времени). В таком варианте осуществления, высокая степень дрожания и/или увеличенная длительность дискретизации, обычно будет приемлемой при условии, что она не выходит за пределы дробного интервала времени.
Таким образом, в описанных примерах, демодуляция сообщений нагрузочной модуляции основана на выборках тока через катушку (или, в некоторых вариантах осуществления, например, напряжения на катушке) в дробные интервалы времени, в которых состояние резонансного контура блокируется/стабилизируется, например, путем шунтирования резонансного конденсатора, как показано в примере, приведенном на фиг. 6.
В примере, дискретизация тока через катушку может, таким образом, автоматически приводить к дискретизации пикового значения тока через катушку. Кроме того, когда ток через катушку не только максимален, но и, по существу, постоянен в течение дробных интервалов времени, подход будет приводить к высокой нечувствительности к дрожанию.
Очевидно, что точное хронирование времен взятия выборки может зависеть от предпочтений и требований отдельного варианта осуществления.
Однако, во многих вариантах осуществления, контроллер 513 времени выборки может, преимущественно, быть выполнен с возможностью управления временами выборки в ответ на времена окончания дробных интервалов времени. Действительно, во многих вариантах осуществления, можно рассматривать только времена окончания. Это может обеспечивать практическую работу и реализацию во многих вариантах осуществления.
Например, в некоторых реализациях, начало дробного интервала времени может инициироваться пересечением нуля напряжения на катушке 103 передатчика, и, в частности, это может достигаться с помощью диода от точки соединения конденсатора и дросселя, начинающего проводить ток напрямую на землю (в обход конденсатора). Однако это может быть непрактично для обнаружения в некоторых вариантах осуществления, и, таким образом, может затруднять снабжение контроллера 513 времени выборки информацией о временах начала. Однако время окончания может определяться переключением одного или более переключателей выходного моста возбудителя и, таким образом, информация о временах окончания может обеспечиваться просто с использованием сигнала переключения в качестве сигнала хронирования, представляющего времена окончания дробных интервалов времени.
Действительно, во многих вариантах осуществления, такой сигнал хронирования может использоваться напрямую как сигнал управления дискретизацией для дискретизатора 511 таким образом, что выборки тока генерируются для времен окончания дробных интервалов времени. Это может обеспечивать эффективную и, в то же время, несложную реализацию.
Однако, во многих вариантах осуществления, контроллер 513 времени выборки может быть выполнен с возможностью устанавливать времена выборки, чтобы они предшествовали временам окончания. В частности, контроллер 513 времени выборки может определять времена взятия выборки, чтобы они предшествовали временам окончания, на величину временного смещения. В некоторых вариантах осуществления, временное смещение может быть фиксированным и, например, заранее определенным временным смещением, которое применяется во всех циклах.
Например, контроллер 513 времени выборки может быть выполнен с возможностью определения наступающего времени выборки, например, 1 мкс (или, например, еще меньшего, например, 50 нс) до времен окончания дробных интервалов времени. Это позволяет гарантировать, что время взятия выборки наступает в дробные интервалы времени и, таким образом, позволяет снижать чувствительность к дрожанию (которая обычно бывает гораздо меньше, чем смещение). Кроме того, во многих практических реализациях, переключение переключателя возбудителя 203 может приводить к дополнительному шуму и/или переходным эффектам, которые могут ухудшать результаты дискретизации. Таким образом, более ранняя дискретизация может повышать производительность дискретизации и снижать влияние такого шума переключения на выборки.
Точное временное смещение может зависеть от предпочтений и требований отдельного применения. Однако, во многих сценариях, смещение преимущественно может составлять от нуля (соответствующего дискретизации, по существу, во времена окончания) до половины времени цикла сигнала возбуждения. Однако, во многих вариантах осуществления, временное смещение можно выбирать ближе ко времени окончания, например, от одной пятой или одной десятой времени цикла до времени окончания.
Во многих вариантах осуществления, временное смещение можно устанавливать, например, в зависимости от длительности дробных интервалов времени и, таким образом, может отражать различие между собственной и эффективной резонансной частотой резонансного контура передатчика.
Например, в некоторых вариантах осуществления, временное смещение, с которым дискретизация предшествует временам окончания, может определяться как половина длительности дробных интервалов времени, когда эффективная резонансная частота принимает максимальное значение. Другими словами, временное смещение можно выбирать как половину длительности дробных интервалов времени, когда они имеют минимальное значение, на которое рассчитана система. В таком варианте осуществления, дискретизация может, соответственно, осуществляться посередине дробных интервалов времени, когда они имеют минимальное значение. Для более длинных дробных интервалов времени (т.е. для более низких эффективных резонансных частот), дискретизация будет осуществляться не посередине дробных интервалов времени, а ближе к временам окончания. Однако, обычно, дрожание и т.д. будет значительно меньше определенного временного смещения и, таким образом, ряд ли будет влиять на производительность. Соответственно, можно использовать простой подход к определению времен выборки без снижения производительности.
Во многих вариантах осуществления, например для вариантов осуществления в соответствии со спецификациями Qi для параметров передачи мощности, подходящее временное смещение, преимущественно, должно быть не меньше 200 наносекунд и не больше 5 мкс, и во многих вариантах осуществления не более 2 мкс или 1 мкс. В большинстве вариантов осуществления это может приводить к смещению, которого, для диапазона эффективных резонансных частот, которые могут возникать, достаточно, чтобы гарантировать, что дрожание будет содержаться в дробном интервале времени, и оно может уменьшать влияние переключения возбудителя на дискретизацию для обоих времен начала и окончания.
В некоторых вариантах осуществления, контроллер 513 времени выборки может быть выполнен с возможностью управления временами выборки в ответ на времена начала и, возможно, только на времена начала, дробных интервалов времени.
Например, в некоторых вариантах осуществления, сигнал хронирования, подаваемый на контроллер 513 времени выборки, может содержать переходы, соответствующие временам начала дробных интервалов времени, и контроллер 513 времени выборки может быть выполнен с возможностью определения времен выборки как времен, заданных временным смещением относительно времен начала (и, в частности, соответствующих переходов в сигнале хронирования).
Временное смещение обычно бывает фиксированным, и, в частности, заранее определенным временным смещением. Например, контроллер 513 времени выборки может быть выполнен с возможностью управления осуществлением дискретизации, например, через 1 мс после перехода, указывающего начало нового дробного интервала времени.
Этот подход может приводить к очень низкой сложности во многих вариантах осуществления. Например, в вариантах осуществления, где начало дробного интервала времени совпадает с переключением переключателя инвертора возбудителя 203, контроллер 513 времени выборки может просто задерживать соответствующий сигнал переключения на подходящее значение и использовать этот задержанный сигнал как сигнал инициирования дискретизации. Таким образом, такие варианты осуществления могут пользоваться тем преимуществом, что сигнал, с которым синхронизируется время взятия выборки дробного интервала времени, возникает до момента взятия выборки (и, таким образом, не требуется рассматривать предыдущие дробные интервалы времени или оценивать хронирование дробных интервалов времени).
Действительно, подход в ряде случаев также может использоваться, когда времена начала непосредственно не выровнены с сигналом хронирования для переключателя. Например, сигнал хронирования может генерироваться в ответ на обнаружение пересечения нуля напряжения на катушке. В некоторых вариантах осуществления, где шунтирование конденсатора (соответствующее примеру, приведенному на фиг. 6) производится с помощью диода начинающего проводить ток, ток через диод может регистрироваться и использоваться для генерации сигнала хронирования, указывающего времена начала дробных интервалов времени.
Временное смещение может, в частности, иметь значения, аналогичные описанным относительно временного смещения для времен окончания (т.е. многие соображения будут симметрично применяться также к временному смещению относительно времен начала).
В некоторых вариантах осуществления, контроллер 513 времени выборки может быть выполнен с возможностью определения времен выборки в ответ на времена начала и времена окончания. Таким образом, в таких вариантах осуществления, времена выборки также могут зависеть от длительности дробного интервала времени.
Например, времена выборки могут определяться как конкретный внутренний момент времени относительно времен начала и времен окончания. Например, времена выборки могут определяться находящимися посередине между временами начала и временами окончания. Это может соответствовать расположению времен выборки в центре дробных интервалов времени, и, таким образом, может обеспечивать симметричное удаление от двух концов дробных интервалов времени. Очевидно, что в других вариантах осуществления могут использоваться другие доли между временными смещениями относительно времен начала и окончания, соответственно.
В некоторых вариантах осуществления, контроллер 513 времени выборки может определять, что времена выборки принадлежат внутреннему интервалу дробного интервала времени, где внутренний интервал определяется в ответ на времена начала и времена окончания. Например, внутренний интервал может определяться в пределах от, например, 1 мкс после времени начала до, например, 1 мкс до времени окончания. В этом случае контроллер 513 времени выборки может быть выполнен с возможностью свободно выбирать времена выборки в этом интервале (или, например, в ответ на другие коэффициенты или параметры).
Предыдущее описание было посвящено сценариям, в которых изменение состояния, по существу, останавливается в течение дробных интервалов времени (например, изменение состояния составляет менее 2% изменения состояния, которое происходило бы при свободных колебаниях, например, изменение тока через катушку составляет менее 2% изменения состояния, которое происходило бы при свободных колебаниях). Это может иметь преимущество во многих вариантах осуществления и, в частности, может приводить к малости или отсутствию различий между выборками, взятыми в разные моменты времени в течение дробных интервалов времени.
Однако очевидно, что в других вариантах осуществления, изменение состояния может замедляться, а не полностью останавливаться. Например, вместо шунтирования конденсатора 503 согласно фиг. 6, к конденсатору 503 можно параллельно подключать второй конденсатор. Это будет замедлять, но не останавливать/стабилизировать изменение состояния резонансного контура, поскольку конденсатор 503 все же будет заряжаться, но более слабым током, ввиду того, что часть тока будет отводиться на второй конденсатор.
Такое замедление изменения состояния будет приводить к тому, что ток через катушку не будет стабилизироваться на максимальном значении, но будет уменьшаться со временем в течение дробного интервала времени. Однако, во многих вариантах осуществления, такое изменение тока через катушку может быть приемлемым, и подход все же может обеспечивать преимущества над традиционным подходом.
Например, в некоторых вариантах осуществления, второй конденсатор, в пять раз больший конденсатора 503, может подключаться в течение дробных интервалов времени. Это будет снижать эффективную резонансную частоту относительно собственной резонансной частоты. Кроме того, в течение дробных интервалов времени, изменение тока через катушку будет замедляться в шесть раз, таким образом, приводя к значительному замедлению снижения значения тока. Контроллер 513 времени выборки может синхронизировать времена выборки с подключением параллельного конденсатора, например, инициируя дискретизацию, например, через 500 наносекунд после подключения. Хотя ток через катушку может немного уменьшаться, он все еще близок к пиковому значению и обеспечивает подходящее значение для нагрузочной модуляции. Дополнительно, чувствительность шуму переключения или шуму, обусловленному дрожанием, существенно снижается. Дополнительно, не требуется никакой схемы обнаружения пика (или другой, зависящей от тока через катушку).
Очевидно также, что, хотя предыдущее описание было посвящено зачастую преимущественному подходу к дискретизации в пределах дробных интервалов времени, это несущественно для подхода. Во многих вариантах осуществления, фактически преимущественной может быть дискретизация в другие времена цикла.
Действительно, во многих вариантах осуществления, преимущественной может быть дискретизация в течение короткого интервала времени (например, до 50-500 нс) после времени окончания дробного интервала времени. Такой подход может упрощать операцию, где дискретизацией можно управлять, например, просто задерживая, например, сигнал переключения для переключателя инвертора. Дополнительно, подход может гарантировать, что дискретизация осуществляется не одновременно с переключением в инверторе и, таким образом, в некоторых вариантах применения и вариантах осуществления, может снижать шум переключения в выборках. Хотя подход может приводить к тому, что дискретизация осуществляется немного позже достижения пикового значения, это часто может быть преимуществом. Действительно, задержка вносится во время, когда изменение тока через катушку близко к минимальному значению (производная равна нулю во время пика), и, таким образом, уменьшение значения тока (и, что важнее, различие в токе для разных нагрузок модуляции) будет мало.
В порядке другого примера, в некоторых вариантах осуществления, преимущественной может быть дискретизация в течение короткого интервала времени (например, до 50-500 нс) до времени начала дробного интервала времени. Такой подход может, например, достигаться путем оценивания времени начала из времен начала предыдущих дробных интервалов времени. Подход может гарантировать, что дискретизация осуществляется не одновременно с переключением в инверторе и, таким образом, в некоторых вариантах применения и вариантах осуществления, может снижать шум переключения в выборках. Дополнительно, он может приводить к дискретизации в непосредственной близости к пиковому значению и будет делать дискретизацию менее чувствительной к изменениям в течение дробных интервалов времени. Подход может, в частности, быть пригодным для вариантов осуществления, где изменение состояния замедляется, но не останавливается в течение дробных интервалов времени.
Выше был рассмотрен пример, где цепь регулировки резонанса выполнена с возможностью замедления изменения состояния для емкостного импеданса 503 путем отвода тока из индуктивного импеданса 501 от емкостного импеданса 503 в течение дробных интервалов времени. Однако, в других вариантах осуществления, цепь 505 регулировки резонанса может быть выполнена с возможностью замедления изменения состояния для индуктивного импеданса 501 путем блокировки протекания тока от емкостного импеданса 503 к индуктивному импедансу 501 в течение дробного интервала времени.
Например, фиг. 9 демонстрирует другой вариант осуществления системы, показанной на фиг. 5. В этом примере, цепь регулировки резонанса выполнена с возможностью замедления изменения состояния для индуктивного импеданса путем противодействия протеканию тока (и, в частности, скорости изменения протекания тока) от емкостного импеданса к индуктивному импедансу в течение дробного интервала времени, или, эквивалентно, путем уменьшения напряжения, установленного конденсатором, на индуктивном импедансе. В частности, в примере, цепь регулировки резонанса выполнена с возможностью замедления изменения состояния для индуктивного импеданса путем блокировки протекания тока от емкостного импеданса к индуктивному импедансу в течение дробного интервала времени, или, эквивалентно, путем установления напряжения на дросселе равным нулю.
В примере, ток от конденсатора 503 к дросселю 501 блокируется переключателем 901, последовательно соединенным с дросселем 501. В примере, возбудитель 203 выполнен с возможностью эффективного разрыва связи между конденсатором 503 и дросселем 501 в течение части резонансного цикла. Возбудитель 203 синхронизирует переключатель 901 с сигналом возбуждения, и, в принципе, работает, как описано в примере, приведенном на фиг. 6. Действительно, в примере, приведенном на фиг. 6, переключатель 601 выполнен с возможностью стабилизировать напряжение на конденсаторе 503 на нуле, устанавливая ток через конденсатор 503 равным нулю. В примере, приведенном на фиг. 9, переключатель 901 выполнен с возможностью стабилизировать ток через дроссель 501 на нуле путем отсоединения дросселя 501 от конденсатора 503 и, таким образом, устраняя влияние напряжения конденсатора на дроссель. Таким образом, два подхода эквивалентны, исходя из того, что работа конденсатора и дросселя одинаковы, когда ток и напряжение меняются ролями. Действительно, сигналы, показанные на фиг. 7, также могут применять к примеру, приведенному на фиг. 9, если кривые тока через дроссель и напряжения на конденсаторе заменить, соответственно, напряжением на конденсаторе и током через дроссель.
Следует также заметить, что в приведенных примерах, изменение состояния обоих конденсатора 503 и дросселя 501 замедляется или, по существу, стабилизируется, в течение дробного интервала времени. Действительно, в примере, приведенном на фиг. 6, в течение дробного интервала времени, ток через конденсатор 503 не течет, и напряжение на нем постоянно равно нулю. Однако, таким образом, напряжение на дросселе 501 также устанавливается равным нулю, и, таким образом, ток через дроссель, по существу, постоянен, т.е. изменения состояния дросселя 501, по существу, не происходит. Аналогично, в примере, приведенном на фиг. 8, в течение дробного интервала времени, ток не может течь из конденсатора 503, и, соответственно, напряжение на конденсаторе 503 будет, по существу, постоянным, т.е. изменения состояния конденсатора 501, по существу, не происходит.
В предыдущих примерах, начало дробных интервалов времени синхронизировалось (и, в частности, выравнивалось) с пересечениями нуля, соответственно, напряжения на дросселе и тока через конденсатор. В частности, время начала дробных интервалов времени выровнены с пересечениями нуля, соответственно, напряжения на конденсаторе и тока через дроссель. Это обеспечивает конкретные преимущества, когда протекание тока между конденсатором 503 и дросселем 501 снижается полностью до нуля в течение дробных интервалов времени. Однако очевидно, что в некоторых вариантах осуществления, могут использоваться более плавные снижения протекания тока.
Очевидно, что замедление изменения состояния и переток энергии между конденсатором 503 и дросселем 501 может достигаться путем уменьшения, а не полного предотвращения протекания тока между резонансными компонентами. Сниженный ток может, например, достигаться посредством цепи регулировки тока, которая, например, может управляться в реальном времени микроконтроллером.
Однако, в порядке другого примера, уменьшение может, например, достигаться путем включения дополнительного конденсатора или дросселя в течение дробных интервалов времени. Например, в примере, приведенном на фиг. 10, дополнительный конденсатор 1001 уменьшения тока включен последовательно с переключателем, показанным на фиг. 6. В течение дробного интервала времени, переключатель 601 не шунтирует конденсатор 503, но обеспечивает параллельное подключение конденсатора 1001 уменьшения тока. Это приводит к снижению тока на конденсатор 503, поскольку часть тока втекает в конденсатор 1001 уменьшения тока в течение дробного интервала времени, что уменьшает изменение состояния конденсатора 503 и, таким образом, напряжение, которое конденсатор 503 создает на дросселе (конденсатор 1001 уменьшения тока заряжается и разряжается совместно с конденсатором 503).
Соответствующий пример для дросселя 501 показан на фиг. 11. В этом примере, дроссель 1101 уменьшения тока подключен последовательно с дросселем 501, и переключатель 1103 соединен параллельно с дросселем 1101 уменьшения тока. В этом примере, переключатель 1103 открывается в течение дробного интервала времени, что приводит к увеличению эффективной индуктивности. Соответственно, изменение тока через дроссель снижается (поскольку напряжение, создаваемое конденсатором 503, теперь распределяется между дросселями 501 и 1101, и поэтому результирующее напряжение, создаваемое конденсатором 503 на дросселе 501 снижается) в течение дробного интервала времени. В конце дробного интервала времени, переключатель 1103 закрывается, таким образом, шунтируя дроссель 1101 уменьшения тока.
В дальнейшем, работа системы будет дополнительно описана со ссылкой на систему, в которой возбудитель 203 содержит переключающий мост/инвертор для генерирования сигнала возбуждения. Переключающий мост может, в частности, быть однополупериодным или двухполупериодным в соответствии с примерами, приведенными на фиг. 3 и 4.
В примере, возбудитель 203, кроме того, генерирует сигнал хронирования, переходы которого напрямую управляют дробным интервалом времени. В частности, сигнал генерируется таким образом, что переходы происходят во времена, соответствующие (и обычно, по существу, одинаковые, например, с точностью 1/50-ой времени цикла) времени начала дробного интервала времени, во времена, соответствующие (и обычно, по существу, одинаковые, например, с точностью 1/50-ой времени цикла) времени окончания дробного интервала времени, или во времена, соответствующие (и обычно, по существу, одинаковые, например, с точностью 1/50-ой времени цикла) времени начала и времени окончания дробного интервала времени.
Кроме того, в примерах, возбудитель 203 выполнен с возможностью синхронизировать сигнал хронирования с одним (или более) из сигналов переключения, управляющих переключателями моста переключателей. Таким образом, когда сигнал возбуждения генерируется переключением переключателей в мосте переключателей, синхронизация сигнала хронирования, и, таким образом дробных интервалов времени, с сигналом переключения также обеспечивает синхронизацию с сигналом возбуждения.
Фиг. 12 демонстрирует пример электрической модели элементов иллюстративной системы индуктивной передачи мощности, показанной на фиг. 1 и 2.
Резонансный контур 201 передатчика представлен компонентами  и , (соответствующими конденсатору 503 и дросселю 501). Возбудитель представлен  и мостом переключателей, образованным переключателями M1-M4, которые в конкретном примере являются FET. Резонансный контур 205 приемника представлен компонентами , . Конденсатор  создает резонанс на 1 МГц, что позволяет передатчикам мощности, которые используют подвижную катушку, определять местоположение приемника мощности (например, в соответствии с принципами, описанными в Qi wireless power specification (версия 1.0)). Конденсатор  и переключатель  представляют нагрузочную модуляцию, осуществляемую приемником 105 мощности. Диоды  -  и  и  представляют нагрузку приемника 105 мощности (диоды обеспечивают выпрямление).
p
p
В примере, когда переключатель S1 открывается и закрывается с надлежащим коэффициентом заполнения эффективная емкость становится больше емкости самого конденсатора 503 (). Если желательно, чтобы эффективная резонансная частота передатчика мощности была ниже собственной резонансной частоты, переключатель S1 закрывается на короткий период времени сразу после того, как напряжение на  проходит нулевое напряжение от отрицательного знака к положительному и/или наоборот. Это проиллюстрировано на фиг. 13, где сначала показаны сигнал возбуждения и сигнал хронирования, управляющий переключателем S, затем ток через дроссель 501 и, наконец, напряжение на конденсаторе (соответствующее фиг. 7). Сигнал возбуждения применяется к резонансному контуру с частотой  и коэффициентом заполнения  93 кГц и 10% соответственно, т.е. сигнал возбуждения имеет рабочую частоту 93 кГц. В примере, собственная резонансная частота  резонатора равна 100 кГц. Соответственно, напряжение на резонансном контуре (обозначенное V(левое, правое)) должно, для резонансного контура, совершающего свободные колебания, отставать от тока , в том смысле, что он работает в емкостном режиме. Однако, в системе, показанной на фиг. 12, переключатель S1 шунтирует конденсатор C, благодаря чему, первая гармоника напряжения V(левое, правое) и ток  синфазны, в том смысле, что передатчик мощности работает в резонансе. Таким образом, этот резонанс достигается запрещением напряжению на конденсаторе  увеличиваться (или уменьшаться) сразу после события пересечения нуля напряжения V() путем закрывания переключателя S1 с надлежащим коэффициентом заполнения. Это позволяет эффективно отводить ток от дросселя от конденсатора C.
Пример подхода, который во многих вариантах осуществления будет более практичным, чем пример, приведенный на фиг. 12, обеспечен на фиг. 14. В примере, приведенном на фиг. 14, достигается упрощение хронирования, показанного на фиг. 12, что может обеспечивать дополнительную гибкость.
В примере, приведенном на фиг. 14, переключатель заменен двумя путями отвода тока, один из которых обеспечивает шунтирование тока, текущего в одном направлении, и другой - тока, текущего в другом направлении. В примере, каждый путь отвода тока включает в себя выпрямитель (в частности, диод), который гарантирует, что ток может течь только в одном направлении по этому пути.
В этом примере, положительный ток через резонатор теперь шунтируется D6/M6, и отрицательный ток шунтируется D5/M5. Диоды D5 и D6 не позволяют паразитным диодам M5 и M6 проводить ток. Переключатель/FET M6 управляется в точности таким же сигналом, как переключатель/FET M4, т.е. в примере сигнал переключения для управления хронированием дробного интервала времени в точности такой же, как сигнал переключения для одного из переключателей моста переключателей. Действительно, по меньшей мере, одно из времен начала и окончания дробного интервала времени не только синхронизирован, но и совпадает с переключением одного из переключателей переключающего моста, генерирующего сигнал возбуждения.
V
Действительно, когда переключатель M4 проводит ток, напряжение () совершает резонансные колебания от отрицательного знака к положительному. Когда это напряжение становится положительным, диод D6 сразу же начинает проводить, поскольку переключатель M6 уже находится во включенном состоянии. Таким образом, ток через , естественным образом течет от конденсатора  к D6/M6 без необходимости в сложном управлении хронированием. Это дополнительно представлено на фиг. 15.
Аналогичный ситуация возникает на втором пути M5/D5. Действительно, в этом примере, сигнал управления переключением для переключателя M5 напрямую генерируется для согласования с переключением M3.
В примере, каждый из путей отвода тока (D5/M5 и D6/M6), соответственно, содержит переключатель и выпрямитель. Это позволяет более гибко хронировать дробный интервал времени.
В частности, использование переключателя и выпрямителя позволяет передатчику мощности выравнивать одно из времени начала и времени окончания дробных интервалов времени с переходами в сигналах хронирования, тогда как другое автоматически генерируется выпрямителем, т.е. определяется переключением выпрямителя между проводящим и непроводящим состояниями.
В примере, приведенном на фиг. 14, переключатель может переключаться в проводящее состояние в течение времени, когда напряжение на конденсаторе отрицательно. Однако, благодаря диоду D6, путь отвода тока D6/M6 не проводит ток и, таким образом, не отводит (ни отрицательный, ни положительный) ток от конденсатора 503. Таким образом, точное хронирование включения переключателя M6 не имеет значения, поскольку не задает начало дробного интервала времени, в котором отводится ток.
Однако, вскоре после пересечения нуля напряжения на конденсаторе 503, диод D6 начинает проводить ток (как только напряжение становится достаточно высоким для обеспечения достаточного прямого смещения). Таким образом, когда диод D6 переключается из непроводящего состояния в проводящее, путь отвода тока начинает отводить ток из дросселя 501 от конденсатора 503. Таким образом, начало дробного интервала времени управляется переключением диода из непроводящего состояния в проводящее и не зависит от того, когда переключается переключатель M6. Таким образом, время начала дробного интервала времени может не выравниваться с сигналом хронирования.
Путь отвода тока будет продолжать для отводить ток, пока переключатель M6 не переключится в открытое состояние (при условии наличия тока, текущего от дросселя в прямом направлении диода D6). Таким образом, время окончания дробного интервала времени выравнивается с переходами сигнала хронирования и, таким образом, с переходами сигнала переключения для переключателя M4.
Соответственно, в примере, приведенном на фиг. 14, и, как показано на фиг. 15, передатчик мощности выполнен с возможностью выравнивания времени начала дробных интервалов времени с переключением выпрямителя (диод D6) из непроводящего состояния в проводящее, тогда как время окончания выравнивается с переходами в сигнале хронирования и, таким образом, с переходами в сигнале переключения. Действительно, один и тот же сигнал переключения может использоваться как для переключателя пути отвода тока, так и для переключателя моста переключателей.
Очевидно, что в других вариантах осуществления, те же принципы могут, например, применяться для управления концом дробного интервала времени в ответ на переключение выпрямителя в проводящее состояние, в том числе, возможно, окончанием дробного интервала времени при переключении выпрямителя из проводящего состояния в непроводящее. Такие реализации могут, например, быть полезными при использовании блокировки тока в дроссель, например, вместо отвода тока от конденсатора.
Подход имеет ряд конкретных преимуществ. Действительно, он позволяет автоматически синхронизировать начало дробных интервалов времени с пересечениями нуля напряжения на конденсаторе и/или тока через дроссель. Таким образом, он автоматически выравнивает начало дробного интервала времени с временами, когда компоненты можно легко шунтировать или отключать, что допускает вариант осуществления более низкой сложности.
Другое значительное преимущество состоит в обеспечении дополнительной гибкости при генерировании сигнала возбуждения и сигнала переключения для моста переключателей. В частности, поскольку дробные интервалы времени синхронизируются только с одним фронтом сигналов переключения, другой может (в пределах разумного) свободно изменяться. Это, в частности, позволяет изменять коэффициент заполнения и, таким образом, позволяет возбудителю динамически изменять уровень мощности сгенерированного сигнала передачи мощности без изменения, например, рабочей частоты или уровня амплитуды сигнала.
Действительно, подход позволяет значительно упрощать генерацию сигнала возбуждения. В частности, вместо включения соответствующих переключателей моста переключателей (M1/M4 и M2/M3 соответственно) только в течение относительно короткого интервала времени, в котором сигнал возбуждения активен (т.е. в соответствии с первой кривой на фиг. 15), все переключатели могут работать под управлением сигналов, по существу, прямоугольной волны с коэффициентом заполнения 50%. Коэффициент заполнения сигнала возбуждения может определяться относительной разностью фаз между этими сигналами возбуждения. Однако, поскольку только один из фронтов управляет хронированием дробных интервалов времени, это не влияет на дробный интервал времени.
Кроме того, подход по-прежнему гарантирует, что первый приемник 105 мощности и рабочая частота внутренне согласованы друг с другом с одними тем же значением. В частности, это обусловлено тем, что колебания резонансного контура 201 эффективно возобновляются для каждого цикл сигнала возбуждения.
Следует отметить, что в примере, приведенном на фиг. 14, уровни напряжения в системе обычно требуют, чтобы переключатели управляли дробным интервалом времени (т.е. переключатель M5 и M6) возбуждались схемой сдвига уровня высокого напряжения, которая обычно реализуется с использованием двух дополнительных импульсных трансформаторов.
Однако этого можно частично избежать в системе, показанной на фиг. 16 (в частности, можно избавиться от схема сдвига уровня высокого напряжения для переключателя M6). В этом примере, два пути отвода тока соединяют между собой точку соединения дросселя 501 и конденсатора 503 и шины питания для источника питания переключающего моста.
Работа системы, показанной на фиг. 16, аналогична примеру, приведенному на фиг. 14, и просто обеспечивает другой путь назад к источнику питания для отводимого тока. Однако важное отличие состоит в том, что переключатели M5 и M6 подключены, соответственно, к шине напряжения и земле для инвертора, т.е. к фиксированным напряжениям. Это может существенно облегчать возбуждение переключателей, например, когда они реализованы в виде MOSFET. В примере, переключатель M6 может быть реализован в виде MOSFET, возбуждаемого напрямую тем же сигналом переключения, что и M4. Однако MOSFET, реализующий M5, все же требуют импульсного трансформатора, поскольку напряжение на истоке этого MOSFET будет иметь отрицательные значения напряжения.
Фиг. 17 демонстрирует модификацию системы, показанной на фиг. 16. В этом примере, путь отвода тока на шину напряжения, т.е. путь отвода тока, содержащий D5/M5, полностью устранен. Хотя в этой системе дробные интервалы времени предусмотрены только для половины пересечений нуля (т.е. одно-единственное пересечение нуля за цикл), она, как выяснилось, обеспечивает эффективную регулировку эффективной резонансной частоты.
Таким образом, в системе, показанной на фиг. 17, путь отвода тока содержит переключатель и выпрямитель, соединенные в последовательной конфигурации, причем один конец пути отвода тока подключен к точке соединения между дросселем и конденсатором, и другой конец пути отвода тока подключен к шине заземления для переключающего моста. В системе, и выпрямитель выравнивает времена начала дробных интервалов времени с временем переключения выпрямителя из непроводящего состояния в проводящее, тогда как времена окончания дробного интервала времени выровнены с переключением переключателя M4 переключающего моста.
Подход позволяет сильно упростить подход к адаптации резонансной частоты передатчика мощности к сигналу возбуждения. Подход, в частности, может обеспечивать автоматическую систему, в которой частота сигнала возбуждения всегда равна резонансной частоте резонансного контура передатчика, и наоборот.
Для иллюстрации подстройки рабочей частоты к резонансной частоте передатчика можно рассмотреть систему, показанную на фиг. 18. Пример демонстрирует возбудитель 203, возбуждающий резонансный контур, содержащий дроссель 501 (L) и конденсатор 503 (C). Если возбудитель применяет ступенчатое напряжение к резонансному контуру, он начинает колебаться на общеизвестной резонансной частоте . Эти колебания наблюдаются в токе  (сплошная линия), текущем через систему, и напряжении  (пунктирная линия) в точке соединения между дросселем 501 и конденсатором 503. При наличии затухания, колебания затухают спустя некоторое время, приводя к стабильному состоянию, в котором конденсатор 503 заряжен до ступенчатого напряжения возбудителя 203. На практике, резонансный контур имеет высокий коэффициент Q, т.е. низкое затухание, и это означает, что колебания продолжаются в течение многих периодов резонансной частоты.
Если возбудитель 203 применяет сигнал на частоте, равной резонансной частоте, колебания могут поддерживаться сколь угодно долго, даже при наличии затухания. В этом случае через цепь могут течь очень сильные токи. Однако, если возбудитель 203 применяет сигнал на частоте, которая отличается от резонансной частоты, система не будет сильно ʺраскачиватьсяʺ, приводя к значительно более слабому току через цепь. Фактически, в последнем случае, сигналы тока и напряжения в цепи будут содержать две частоты, а именно, частоту возбуждения и резонансную частоту, где резонансная частота будет более выраженной при более высоком коэффициенте Q резонаторной цепи. Наличие двух частот в сигналах тока и напряжения приводит к возникновению биений в их амплитуде - это иногда также (неправильно) именуется интермодуляцией между двумя частотами. В системе беспроводной передачи мощности, которая опирается на амплитудную модуляцию - достигаемую посредством нагрузочной модуляции мощности принимающей стороны системы - это может делать связь ненадежной, а то и вообще невозможной. Таким образом, преимущество, и, в ряде случаев, существенное, состоит в том, что система работает на частоте, равной резонансной частоте.
Благодаря закрыванию любого из переключателей SW1 и SW2 по завершении цикла колебаний на резонансной частоте, дальнейшие колебания на этой частоте будут подавляться. Другими словами, в этом примере изменение состояния сигналов тока и напряжения в цепи будет замедляться до нуля. Повторное открывание переключателя в начале следующего цикла сигнала возбуждения возобновляет колебания на резонансной частоте, как если бы сигнал возбуждения применялся в первый раз. Это означает, что фазы сигнала тока или сигнал напряжения переустанавливаются для согласования с фазой сигнала возбуждения. Другими словами, частота циклов в цепи становится эффективно равной частоте возбуждения - но они уже не имеют синусоидальной формы. В левой стороне фиг. 19 показаны результирующие формы волны для закрывания SW1 при пересечении нуля тока от отрицательного знака к положительному, и в правой стороне фигуры показана результирующая форма волны для закрывания SW2 при пересечении нуля напряжения от отрицательного знака к положительному. Сплошные формы волны представляют ток; пунктирные формы волны представляют напряжение; и точечные линии представляют сигнал возбуждения - в этом случае, прямоугольную волну.
Следует отметить, что в зависимости от различия между частотой возбуждения и резонансной частотой, система также может работать, эффективно подавляя биения в сигналах тока и напряжения путем управления переключателем(ями) один раз за каждые несколько циклов, а не один раз за каждый цикл. Например, если частота возбуждения приближается к резонансной частоте, частота биений возрастает, и результирующие изменения амплитуды занимают несколько циклов. Переустанавливать фазы через каждые несколько циклов в этом случае достаточно для поддержания чувствительности передач на основе нагрузочной модуляции на достаточном уровне, одновременно с уменьшением возможных потерь в системе, которые могут возникать при управлении переключателем(ями).
Синхронизированная работа переключателей может достигаться многими способами, например, описанными ранее для различных вариантов осуществления. Открывание переключателя легче всего синхронизировать с фронтом - например, передним фронтом - прямоугольной волны или импульсной волны сигнала возбуждения. Для закрывания переключателя, в резонатор можно добавлять измерительную систему, которая запускается при пересечении нуля сигнала тока или напряжения от отрицательного знака к положительному. Специалистам в данной области техники не составит труда построить разнообразные цепи, обладающие этими функциональными возможностями.
В случае системы беспроводного питания, которая содержит единый возбудитель, возбуждающий одновременно несколько резонаторов, что является преимущественной реализацией для достижения увеличенного допуска (поперечного) размещения приемника мощности, трудно - если вообще возможно - заставить работать систему на резонансной частоте. Причина в том, что благодаря естественному распределению значений индуктивности и емкости компонентов, которые используются для реализации системы беспроводного питания, каждая резонаторная цепь обычно имеет отдельную резонансную частоту. Ограничивая коэффициент Q каждой резонаторной цепи, компонент сигнала тока и напряжения на резонансной частоте можно поддерживать малым относительно компонента сигнала на частоте возбуждения. Это позволяет держать биения амплитуды под контролем, что сохраняет возможность передач на основе амплитудной модуляции. Однако недостаток этого подхода состоит в том, что низкий коэффициент Q требует относительно сильной связи для поддержания эффективности передачи мощности на должном уровне. Другими словами, низкий коэффициент Q не допускает большого расстояния между частями системы, передающими и принимающими мощность.
Благодаря вышеописанному подавлению свободных колебаний, биения между различными частотами в системе - частоту возбуждения, а также разные резонансные частоты нескольких резонаторных цепей - можно держать под контролем, обеспечивая передачи посредством амплитудной модуляции. Другими словами, становится возможным реализовать многокатушечный или матричный передатчик мощности с высоким Q, способный демодулировать амплитудно-модулированные передачи от приемника мощности, который располагается на значительно большем расстоянии.
Вышеприведенные примеры иллюстрируют конкретные реализации или варианты осуществления, но очевидно, что подход не ограничивается этими конкретными примерами, что действительно указано ниже в более общих указаниях.
В некоторых вариантах осуществления, возбудитель содержит переключающий мост для генерирования сигнала возбуждения; и при этом возбудитель выполнен с возможностью синхронизировать, по меньшей мере, одно из времен начала и времен окончания дробных интервалов времени с переходами сигнала переключения для переключателя переключающего моста.
Это может обеспечивать повышение производительности во многих сценариях и, в частности может обеспечивать очень эффективную и практичную реализацию. Во многих вариантах осуществления может достигаться несложное, но точное управление.
В некоторых вариантах осуществления, передатчик мощности выполнен с возможностью определения, по меньшей мере, одного из времени начала и времени окончания, чтобы дробные интервалы времени имели фиксированное временное смещение относительно момента времени переключения для переключающей цепи, генерирующей сигнал возбуждения.
В частности, переходы могут генерироваться с первым фиксированным временным смещением относительно момента времени переключения для переключающей цепи (например, переключающего моста), генерирующей сигнал возбуждения, и цепь регулировки частоты может устанавливать время начала и/или окончания интервала времени, со вторым фиксированным временным смещением относительно переходов.
Фиксированные смещения применяются в каждом из, по меньшей мере, нескольких циклов сигнала возбуждения.
В некоторых вариантах осуществления, цепь регулировки частоты содержит переключатель и выпрямитель, и цепь регулировки частоты выполнена с возможностью выравнивания одного из времени начала и времени окончания с переходами и выравнивания другого из времени начала и времени окончания с переключением выпрямителя между непроводящим и проводящим состоянием.
Это может обеспечивать особенно низкую сложность и эффективное управление. В частности, во многих сценариях это позволяет автоматически адаптироваться к надлежащим временам для замедления изменений состояния, например, в частности, к надлежащим пересечениям нуля.
Выравнивание времен начала и окончания в ответ на разные параметры может обеспечивать дополнительная гибкость, и, в частности позволяет более гибко управлять параметрами сигнала возбуждения, например, в частности, коэффициентом заполнения.
В некоторых вариантах осуществления, цепь регулировки частоты может быть выполнена с возможностью замедления изменения состояния для емкостного импеданса путем отвода тока из индуктивного импеданса от емкостного импеданса в течение дробных интервалов времени.
Это может обеспечивать особенно эффективное осуществление, позволяя при этом облегчать и обычно упрощать реализацию.
В некоторых вариантах осуществления, цепь регулировки частоты содержит путь отвода тока, выполненный с возможностью отведения тока из индуктивного резонанса от емкостного импеданса, причем путь отвода тока содержит переключатель для присоединения и отсоединения пути отвода тока; и цепь регулировки частоты выполнена с возможностью выравнивания переключения переключателя с сигналом хронирования.
Это может обеспечивать особенно эффективное осуществление, позволяя при этом облегчать и обычно упрощать реализацию.
В некоторых вариантах осуществления, цепь регулировки частоты содержит переключатель и выпрямитель, соединенные в последовательной конфигурации и цепь регулировки частоты выполнена с возможностью выравнивания одного из времени начала и времени окончания с переходами и синхронизации другого из времени начала и времени окончания с переключением выпрямителя между непроводящим и проводящим состоянием.
Это может обеспечивать особенно низкую сложность и эффективное управление. В частности, во многих сценариях это позволяет автоматически адаптироваться к надлежащим временам для замедления изменений состояния, например, в частности, к надлежащим пересечениям нуля.
Выравнивание времен начала и окончания в ответ на разные параметры обеспечивать дополнительная гибкость и, в частности позволяет более гибко управлять параметрами сигнала возбуждения, например, в частности, коэффициентом заполнения.
Во многих вариантах осуществления, время начала дробных интервалов времени может выравниваться с переключением выпрямителя из непроводящего состояния в проводящее, и времена окончания управляются сигналом хронирования.
В некоторых вариантах осуществления, первый конец пути отвода тока подключен к точке соединения между индуктивным импедансом и емкостным импедансом.
Это может обеспечивать особенно преимущественную реализацию, которая позволяет повысить эффективность работы и, в то же время, облегчить ее. Во многих вариантах осуществления, подход может уменьшать сложность цепи регулировки частоты, например, в частности, количество необходимых специализированных компонентов.
В некоторых вариантах осуществления, второй конец пути отвода тока подключен к шине напряжения.
Это может обеспечивать особенно преимущественную реализацию, которая позволяет повысить эффективность работы и, в то же время, облегчить ее. Во многих вариантах осуществления, подход может уменьшать сложность цепи регулировки частоты, например, в частности, количество необходимых специализированных компонентов. Во многих вариантах осуществления, это может облегчать возбуждение переключателя для присоединения и отсоединения пути отвода тока.
В некоторых вариантах осуществления, возбудитель содержит переключающий мост, генерирующий сигнал возбуждения; и возбудитель выполнен с возможностью синхронизировать переходы сигнала хронирования для согласования с переходами сигнала переключения для переключателя переключающего моста.
Это может обеспечивать повышение производительности и/или упрощенный реализация. Синхронизация, в частности, может выравнивать по времени переходы сигнала хронирования с этими сигналами переключения, например, с точностью 1/50-ой периода время сигнала возбуждения.
В некоторых вариантах осуществления, путь отвода тока содержит переключатель и выпрямитель, соединенные в последовательной конфигурации, первый конец пути отвода тока подключен к точке соединения между индуктивным импедансом и емкостным импедансом, и второй конец пути отвода тока подключен к шине заземления для переключающего моста, и передатчик мощности выполнен с возможностью выравнивания времен начала дробного интервала времени с временем переключения выпрямителя из непроводящего состояния в проводящее и выравнивания времен окончания дробного интервала времени с переключением переключателя переключающего моста.
Это может обеспечивать особенно преимущественную производительность и/или реализацию.
Очевидно, что в вышеприведенном описании для наглядности представлены варианты осуществления изобретения со ссылкой на разные функциональные цепи, блоки и процессоры. Однако очевидно, что любое подходящее распределение функциональных возможностей между разными функциональными цепям, блоками или процессорами может использоваться без отхода от изобретения. Например, функциональные возможности, проиллюстрированные как осуществляемые отдельными процессорами или контроллерами, может осуществляться одним и тем же процессором или контроллером. Поэтому ссылки на конкретные функциональные блоки или цепи можно рассматривать только как ссылки на подходящее средство для обеспечения описанных функциональных возможностей, а не как указание конкретной логической или физической структуры или организации.
Изобретение может быть реализовано в любой подходящей форме, включая аппаратное обеспечение, программное обеспечение, программно-аппаратное обеспечение или любую их комбинацию. Изобретение, в необязательном порядке, может быть реализовано, по меньшей мере, частично как компьютерное программное обеспечение, выполняющееся на одном или более данных процессорах и/или цифровых сигнальных процессоров. Элементы и компоненты варианта осуществления изобретения могут быть физически, функционально и логически реализованы любым подходящим образом. Действительно, функциональные возможности могут быть реализованы в одном блоке, в нескольких блоках или как часть других функциональных блоков. Таким образом, изобретение может быть реализовано в одном блоке или может быть физически и функционально распределено между разными блоками, цепями и процессорами.
Хотя настоящее изобретение описано в связи с некоторыми вариантами осуществления, оно не подлежит ограничению конкретной изложенной здесь формой. Напротив, объем настоящего изобретения ограничен только нижеследующей формулой изобретения. Дополнительно, хотя признак может быть описан в связи с конкретными вариантами осуществления, специалисту в данной области техники понятно, что различные признаки описанных вариантов осуществления могут объединяться в соответствии с изобретением. В формуле изобретения, термин "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов.
Кроме того, хотя они перечислены по отдельности, множество средств, элементов, цепей или этапов способа может быть реализовано, например, как единая цепь, блок или процессор. Дополнительно, хотя отдельные признаки могут быть включены в разные пункты формулы изобретения, их можно преимущественно объединять, и включение в разные пункты формулы изобретения не означает, что комбинация признаков не является допустимой и/или преимущественной. Также включение признака в одну категорию пунктов формулы изобретения не означает ограничения этой категорией, но, напротив, указывает, что признак в равной степени применим, при необходимости, к другим категории пунктов формулы изобретения. Кроме того, порядок признаков в формуле изобретения не предусматривает какого-либо конкретного порядка, в котором с ними нужно работать и, в частности, порядок отдельных этапов в пункте способа формулы изобретения не означает, что этапы должны осуществляться в этом порядке. Напротив, этапы могут осуществляться в любом подходящем порядке. Кроме того, ссылки в единственном числе не исключают наличия множества. Таким образом ссылки на "первый", "второй" и т.д. не исключают наличия множества. Ссылочные позиции в формуле изобретения, обеспеченные лишь в качестве пояснительного примера, никоим образом не следует рассматривать как ограничение объема формулы изобретения.