БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ
WIRELESS INDUCTIVE POWER TRANSMISSION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к индуктивной передаче мощности и в частности, но не исключительно, к системе индуктивной передачи мощности в соответствии со стандартом Qi беспроводной передачи мощности.
Уровень техники изобретения
В последнем десятилетии резко возросло количество и разнообразие используемых портативных и мобильных устройств. Например, использование мобильных телефонов, планшетов, медиапроигрывателей и т.д. стало повсеместным. Обычно, питание таких устройств осуществляется от внутренних батарей, и при типичном сценарии подобного использования часто требуется подзарядка батарей либо непосредственное проводное питание устройства от внешнего источника питания.
Большинству современных систем для питания от внешнего источника питания требуется проводное соединение и/или непосредственные электрические контакты. Однако это зачастую проблематично на практике и требует от пользователя физического подключения соединителей или иного установления физического электрического контакта. Кроме того, длина провода вводит дополнительные неудобства для пользователя. Как правило, к тому же значительно отличаются требования по электропитанию, и в настоящее время большинство устройств снабжено своим собственным специальным источником питания, приводя в результате к тому, что у обычного пользователя имеется большое количество различных источников питания, каждый из которых предназначен для конкретного устройства. Несмотря на то, что использование внутренних батарей может избежать необходимости в проводном соединении с источником питания в течение использования, это лишь представляет собой частичное решение, поскольку батареи необходимо будет подзаряжать (или производить дорогостоящую замену). Кроме того, использование батарей может существенно увеличить вес, а также возможно стоимость и размер устройств.
Чтобы сделать эксплуатацию значительно удобнее, было предложено использовать беспроводной источник питания, в котором мощность индуктивным образом передается из катушки передатчика в передающем мощность устройстве в катушку приемника в отдельных устройствах.
Передача мощности посредством магнитной индукции является хорошо известным принципом, в основном применяемым в трансформаторах, с сильной связью между первичной передающей катушкой и вторичной приемной катушкой. Посредством разнесения первичной передающей катушки и вторичной приемной катушки по двум устройствам между ними становится возможной беспроводная передача мощности на основе принципа действия трансформатора со слабой связью.
Такая установка позволяет осуществлять беспроводную передачу мощности в устройство без необходимости в каких-либо проводах или физических электрических соединениях. Действительно, оказывается для подзарядки или обеспечения внешнего питания можно просто помещать устройство рядом с передающей катушкой или сверху на нее. Например, передающие мощность устройства могут быть выполнены с горизонтальной поверхностью, на которую можно просто помещать устройство для получения питания.
Кроме того, такие установки беспроводной передачи мощности могут преимущественно разрабатываться таким образом, чтобы передающее мощность устройство могло использоваться с рядом принимающих мощность устройств. В частности создан и в настоящее время дополнительно совершенствуется стандарт беспроводной передачи мощности, известный как стандарт Qi. Данный стандарт позволяет использовать передающие мощность устройства, которые удовлетворяют стандарту Qi, с принимающими мощность устройствами, которые также удовлетворяют стандарту Qi, причем этим устройствам не обязательно быть от одного и того же производителя или предназначаться друг для друга. Стандарт Qi дополнительно включает в себя некоторые функциональные возможности, которые предусматривают адаптацию функционирования к специальному принимающему мощность устройству (например, зависящему от особого потребления мощности).
Стандарт Qi разработан Консорциумом по Беспроводной Мощности, и больше информации о нем можно найти, например, на их странице в Интернете: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, где в частности можно найти определяемые Стандартом документы.
В стандарте Qi беспроводной мощности описано, что передатчик мощности должен быть в состоянии обеспечивать гарантируемую мощность приемнику мощности. Необходимый специальный уровень мощности зависит от конструкции приемника мощности. Для задания гарантируемой мощности определен набор проверочных приемников мощности и условий нагрузки, которые описывают гарантируемый уровень мощности для каждого из состояний.
Изначально в Qi задавалась беспроводная передача мощности для маломощных устройств, считающихся устройствами с потреблением мощности менее 5 Вт. Системы, которые охватываются объемом данного стандарта, используют для передачи мощности от передатчика мощности в приемник мощности индуктивную связь между двумя плоскими катушками. Расстояние между данными двумя катушками обычно составляет 5 мм. Можно увеличить эту дальность по меньшей мере до 40 мм.
Однако продолжается работа по увеличению доступной мощности, и в частности стандарт расширен до среднемощных устройств, являющихся устройствами с потреблением мощности более 5 Вт.
В стандарте Qi задано множество технических требований, параметров и функциональных процедур, которым должно удовлетворять совместимое устройство.
Осуществление информационной связи
Стандарт Qi поддерживает осуществление связи от приемника мощности в передатчик мощности, тем самым позволяя приемнику мощности предоставлять информацию, которая может позволить передатчику мощности адаптироваться к особому приемнику мощности. В настоящем стандарте задана однонаправленная линия связи от приемника мощности к передатчику мощности, и данный подход основан на философии того, что приемник мощности является элементом управления. Чтобы подготовить и управлять передачей мощности между передатчиком мощности и приемником мощности, приемник мощности специально сообщает информацию передатчику мощности.
Однонаправленная связь достигается выполнением приемником мощности модуляции нагрузки, при которой подаваемая приемником мощности нагрузка на вторичную приемную катушку изменяется для обеспечения модуляции сигнала мощности. Результирующие изменения в электрических характеристиках (например, изменения в потреблении тока) могут быть обнаружены и декодированы (демодулированы) 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 обнаруживается по изменению амплитуды и/или фазы тока или напряжения катушки передатчика. Формат данных представлен байтами и пакетами.
Больше информации можно найти в главе 6 части 1 спецификации (версия 1.0) Qi по беспроводной мощности.
Несмотря на то, что в Qi используется однонаправленная линия связи, было предложено внедрить осуществление связи от передатчика мощности в приемник мощности. Однако оказывается, не так просто ввести подобную двунаправленную линию связи, поскольку появляется большое количество трудностей и сложностей. Например, конечной системе по-прежнему придется быть обратно совместимой, и, например, по-прежнему придется поддерживать передатчики и приемники мощности, которые не обладают возможностью двунаправленной связи. Кроме того, технические ограничения с точки зрения, например, модуляционных возможностей, изменений мощности, возможностей передачи и т.д. очень ограничены, поскольку им приходится согласоваться с существующими параметрами. Также важным является то, чтобы стоимость и сложность оставались низкими, и, например, желательно, чтобы требование к дополнительному аппаратному обеспечению было минимизировано, чтобы обнаружение было легким и надежным, и т.д. Также важно, чтобы связь от передатчика мощности к приемнику мощности не влияла, не ухудшала или не создавала помехи связи от приемника мощности к передатчику мощности. Кроме того, самое важное требование заключается в том, чтобы линия связи не ухудшала возможность передачи мощности системы до недопустимого уровня.
Соответственно, включение двунаправленной связи при усовершенствовании системы передачи мощности, такой как Qi, сопровождается множеством сложностей и трудностей.
Управление системой
Для управления системой беспроводной передачи мощности в стандарте Qi определено некоторое количество фаз или режимов, в которых система может пребывать в разное время функционирования. Больше подробностей можно найти в главе 5 части 1 спецификации Qi (версия 1.0) по беспроводной мощности.
Система может находиться в следующих фазах:
Фаза выбора
Данная фаза является нормальной фазой, когда система не используется, то есть, когда нет никакой связанности между передатчиком мощности и приемником мощности (то есть, никакой приемник мощности не расположен вблизи передатчика мощности).
В фазе выбора передатчик мощности может находиться в режиме ожидания, однако будет осуществлять зондирование для обнаружения возможного присутствия некоторого предмета. Схожим образом приемник будет ожидать присутствие сигнала мощности.
Фаза проверки доступности:
Если передатчик обнаруживает возможное присутствие некоторого предмета, например, вследствие изменения емкости, то система переходит в фазу проверки доступности, при которой передатчик мощности (по меньшей мере периодически) предоставляет сигнал мощности. Данный сигнал мощности обнаруживается приемником мощности, который переходит к отправке начального пакета передатчику мощности. В частности, если приемник мощности присутствует в области взаимодействия передатчика мощности, то приемник мощности сообщает начальный пакет об уровне сигнала передатчику мощности. Пакет об уровне сигнала предоставляет указание степени связанности между катушкой передатчика мощности и катушкой приемника мощности. Пакет об уровне сигнала обнаруживается передатчиком мощности.
Фаза идентификации и конфигурации:
Затем передатчик мощности и приемник мощности переходят к фазе идентификации и конфигурации, при которой приемник мощности сообщает по меньшей мере идентификатор и требуемую мощность. Информация сообщается через множество пакетов данных посредством модуляции нагрузки. Передатчик мощности поддерживает постоянный сигнал мощности в течение фазы идентификации и конфигурации, чтобы позволить обнаруживать модуляцию нагрузки. В частности, с этой целью передатчик мощности предоставляет сигнал мощности с постоянной амплитудой, частотой и фазой (за исключением изменений, вызванных модуляцией нагрузки).
При подготовке фактической передачи мощности приемник мощности может применять принятый сигнал для подачи питания в свои электронные компоненты, но держит свою выходную нагрузку отсоединенной. Приемник мощности передает пакеты передатчику мощности. Эти пакеты включают в себя обязательные сообщения, такой как пакет идентификации и конфигурации, или могут включать в себя некоторые заданные необязательные сообщения, такие как пакет расширенной идентификации или пакет приостановки передачи мощности.
Передатчик мощности переходит к конфигурированию сигнала мощности в соответствии с информацией, принятой от приемника мощности.
Фаза передачи мощности:
Далее система переходит в фазу передачи мощности, при которой передатчик мощности предоставляет сигнал требуемой мощности и приемник мощности соединяет выходную нагрузку для снабжения ее принимаемой мощностью.
В течение данной фазы приемник мощности наблюдает за условиями выходной нагрузки, и в частности он измеряет ошибку управления между фактическим значением и необходимым значением некоторой рабочей точки. Он сообщает эти ошибки управления в сообщениях с ошибками управления передатчику мощности с минимальной скоростью, например, каждые 250 мс. За счет этого в передатчик мощности предоставляется указание продолжительного присутствия приемника мощности. Кроме того, сообщения с ошибками управления используются для реализации управления мощностью с обратной связью, при котором передатчик мощности адаптирует сигнал мощности для минимизации сообщенной ошибки. В частности, если фактическое значение рабочей точки равно необходимому значению, то приемник мощности сообщает ошибку управления с нулевым значением, приводящую в результате к отсутствию какого-либо изменения сигнала мощности. Когда приемник мощности сообщает ошибку управления, отличающуюся от нуля, то передатчик мощности соответственно регулирует сигнал мощности.
Возможная проблема при беспроводной передаче мощности состоит в том, что мощность может непреднамеренно быть передана, например, в металлические предметы. Например, если некоторый посторонний предмет, такой как, например, монета, ключ, кольцо и т.д., помещен на платформу передатчика мощности, выполненную с возможностью приема приемника мощности, то магнитный поток, генерируемый катушкой передатчика, вызовет вихревые токи в металлических предметах, которые приведут к нагреванию предметов. Увеличение тепла может быть очень значительным и может действительно привести к риску причинения боли и травм людям, впоследствии забирающим данные предметы.
Эксперименты показали, что металлические предметы, помещенные на поверхность передатчика мощности, могут достигать нежелательно высокой температуры (выше 60°C) при нормальной температуре (20°C) окружающей среды, даже при настолько малом рассеянии мощности в предмете, как в 500 мВт. Для сравнения, ожог кожи, вызванный контактом с горячими предметами, начинается при температуре приблизительно в 65°C.
С целью предотвращения таких сценариев было предложено ввести обнаружение постороннего предмета, при котором передатчик мощности может обнаруживать присутствие постороннего предмета и уменьшать мощность передачи и/или генерировать оповещение для пользователя, когда происходит положительное обнаружение. Например, система Qi включает в себя функциональные средства для обнаружения постороннего предмета и для уменьшения мощности, если обнаружен посторонний предмет.
Рассеяние мощности в постороннем предмете может быть оценено из разности между переданной и принятой мощностью. С целью предотвращения слишком большого рассеивания мощности в постороннем предмете передатчик может прекратить передачу мощности, если потери мощности превышают пороговую величину.
В стандарте Qi по передаче мощности приемник мощности оценивает свою принятую мощность, например, посредством измерения выпрямленных напряжения и тока, перемножения их и добавления оценки внутренних потерь мощности в приемнике мощности (например, потери в выпрямителе, приемной катушке, металлических частях, являющихся частью приемника и т.д.). Приемник мощности сообщает определенную принятую мощность передатчику мощности с минимальной скоростью, например, каждые четыре секунды.
Передатчик мощности оценивает свою переданную мощность, например, посредством измерения постоянного (DC) входного напряжения и тока инвертора, перемножения их и корректировки результата посредством вычитания оценки внутренних потерь мощности в передатчике, таких как, например, оцененная потеря мощности в инверторе, первичной катушке и металлических частях, которые являются частью передатчика мощности.
Передатчик мощности может оценивать потери мощности посредством вычитания принятой сообщенной мощности из переданной мощности. Если разность превысит пороговую величину, то передатчик предположит, что в постороннем предмете рассеивается слишком большая мощность, и может затем перейти к прекращению передачи мощности.
В частности, передача мощности прекращается, когда оцененная потеря PT-PR мощности больше пороговой величины, где PT является оцененной переданной мощностью, а PR является оцененной принятой мощностью.
Измерения могут быть синхронизированы между приемником мощности и передатчиком мощности. Для достижения этого приемник мощности может сообщать параметры временного окна передатчику мощности в течение конфигурации. Данное временное окно указывает период, в котором приемник мощности определяет среднее значение принятой мощности. Данное временное окно задается относительно опорного времени, которое является временем, когда первый бит пакета принятой мощности сообщается из приемника мощности в передатчик мощности. Конфигурационные параметры для данного временного окна состоят из продолжительности окна и начального времени относительно опорного времени.
При выполнении данного обнаружения потерь мощности важно, чтобы потери мощности определялись с достаточной точностью с целью гарантирования обнаружения присутствия постороннего предмета. Во-первых, нужно гарантировать, что обнаружен посторонний предмет, который поглощает значительную мощность из магнитного поля. Для обеспечения этого любая ошибка при оценке потерь мощности, вычисленных из переданной и принятой мощности, должна быть меньше допустимого уровня поглощения мощности в постороннем предмете. Схожим образом с целью избегания ложных обнаружений точность вычисления потерь мощности должна быть достаточно точной, чтобы не приводить в результате к слишком высоким значениям оцененной мощности потерь, когда не присутствует никакого постороннего предмета.
По существу более трудно определять оценки переданной и принятой мощности достаточно точно при более высоких уровнях мощности, чем при более малых уровнях мощности. Например, предположим, что неточность в оценках переданной и принятой мощности составляет ±3 %, то это может привести к ошибке в
- ±150 мВт при 5 Вт переданной и принятой мощности, и
- ±1,5 Вт при 50 Вт переданной и принятой мощности.
Таким образом, в то время как такая точность может быть приемлемой при процессе передачи малой мощности, она может быть не приемлемой при процессе передачи большой мощности.
Как правило, требуется, чтобы передатчик мощности мог обнаруживать потребление мощности посторонними предметами только при 350 мВт или еще ниже. Это требует очень точной оценки принятой мощности и переданной мощности. Это, в частности, трудноосуществимо при высоких уровнях мощности, и зачастую приемникам мощности трудно генерировать достаточно точные оценки. Однако если приемник мощности переоценивает принятую мощность, то это может привести к необнаруживаемому потреблению мощности посторонними предметами. Наоборот, если приемник мощности недооценивает принятую мощность, то это может привести к ложным обнаружениям, при которых передатчик мощности прекращает передачу мощности несмотря на отсутствие каких-либо посторонних предметов.
В US 2011/0196544 раскрыто то, что обнаружение посторонних предметов может основываться на оценке того, отличается ли измеренный ток в первичной обмотке катушки индуктивности передатчика мощности от ожидаемого тока в первичной обмотке. Ожидаемый ток в первичной обмотке определяется на основе напряжения и токов приемника мощности, измеренных после выпрямления. Точные коэффициенты определяются посредством аппроксимации кривой с использованием данных, собранных с использованием считывания внешнего тока и напряжения. Однако, несмотря на то, что данный подход может позволить осуществлять обнаружение посторонних предметов, ему зачастую необходимы громоздкие процессы для определения ожидаемых соотношений. Несмотря на то, что данное определение может быть выполнено, например, при изготовлении, такой подход позволит определять ожидаемое соотношение только для общих приемников. Поскольку обычно присутствует огромное разнообразие между различными приемниками мощности, то, как правило, при более высоких уровнях мощности данный подход будет демонстрировать свою несостоятельность или неосуществимость.
В WO 2005/109597 раскрыта система передачи мощности, в которой передатчик мощности может функционировать в различных режимах и в частности может автоматически переключать передатчик мощности в режим выключения, если суммарная паразитная нагрузка превышает заданную пороговую величину. Однако, для обнаружения суммарной паразитной нагрузки система входит в специальные режимы измерения, при которых передача мощности эффективно прекращается при отсоединении нагрузки приемника мощности. Таким образом, передача мощности прерывается и не может быть выполнена в течение фазы измерения. С целью различения разных нагрузок передатчика мощности в WO 2005/109597 раскрыто то, что должны быть введены специальные режимы измерения, при которых некоторые из нагрузок могут быть отсоединены. Однако такой подход является не только сложным и громоздким, но также приводит к прерывистой передаче мощности. Кроме того, система в своей основе относительно неточна и поэтому не пригодна для передачи более высоких мощностей. Система включает в себя калибровку только для передатчика мощности, и один и тот же подход применяется независимо, например, от потребления мощности и от того, возможна ли точная калибровка мощности.
В EP 2490342 A2 раскрыта система беспроводной передачи мощности, в которой устройство для передачи мощности и устройство для приема мощности обмениваются информацией об энергетических возможностях до передачи мощности.
Необходима улучшенная система передачи мощности. В частности полезным был бы подход, который позволит осуществлять улучшенное функционирование при поддержании удобного для пользователя подхода. В частности был бы полезен подход, который позволит пользователю осуществлять более легкое функционирование при обеспечении безопасной работы, особенно при более высоких уровнях мощности. Также полезной была бы улучшенная система передачи мощности, предоставляющая повышенную гибкость, облегченную реализацию, облегченное функционирование, более безопасное функционирование, сниженный риск нагревания постороннего предмета, повышенную точность и/или улучшенное функционирование.
Раскрытие изобретения
Соответственно, настоящее изобретение ориентировано на предпочтительное смягчение, облегчение или устранение одного или более из вышеупомянутых недостатков по отдельности или в любом сочетании.
Согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения предложен передатчик мощности для передачи мощности в приемник мощности с использованием беспроводного индуктивного сигнала мощности, причем передатчик мощности содержит: катушку индуктивности для предоставления сигнала мощности; генератор сигнала мощности для возбуждения катушки индуктивности с целью предоставления сигнала мощности; калибровочный контроллер для определения, была ли выполнена калибровка потерь мощности для пары передатчика мощности и приемника мощности, при этом калибровка потерь мощности определяет ожидаемое соотношение между указанием принятой мощности, предоставленным приемником мощности, и указанием переданной мощности для передатчика мощности; ограничитель мощности, выполненный с возможностью ограничения мощности, предоставляемой в катушку индуктивности, с целью не превышения пороговой величины пока не будет выполнена калибровка потерь мощности для пары передатчика мощности и приемника мощности; приемник для приема указания принятой мощности от приемника мощности; и датчик для обнаружения паразитного потребления мощности в ответ на превышение пороговой величины отклонением между соотношением между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности и ожидаемым соотношением между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности.
Настоящее изобретение может позволить осуществлять более безопасное функционирование системы передачи мощности. Данный подход может позволить осуществлять улучшенную безопасность при более высоких уровнях мощности, позволяя в то же время осуществлять низкую сложность и облегченное функционирование на более низких уровнях мощности. В частности более высокие уровни мощности могут быть ограничены парами передатчиков мощности и приемников мощности, которые уже откалиброваны так, чтобы могла быть достигнута повышенная точность при оценивании, например, любых паразитных потерь мощности, например, относящихся к посторонним предметам. Более безопасное функционирование при более высоких уровнях мощности может быть объединено с низкой сложностью, и в частности функционирование без калибровки, на более низких уровнях. Таким образом, может быть достигнуто улучшенное сочетание простоты и безопасности функционирования.
Настоящее изобретение может позволить осуществлять улучшенное обнаружение неучтенной мощности. Оно, как правило, может позволять осуществлять улучшенное обнаружение постороннего предмета и может в частности во многих вариантах осуществления гарантировать, что рассеиваемая в посторонних предметах мощность поддерживается на безопасных уровнях. Это может быть достигнуто даже для более высоких уровней мощности.
Ожидаемое соотношение связывает указание принятой мощности с указанием переданной мощности. Например, ожидаемое соотношение может предоставлять ожидаемое указание принятой мощности для заданного указания переданной мощности или может, например, предоставлять ожидаемое указание переданной мощности для заданного указания принятой мощности. В первом случае отклонение может быть определено в качестве разности между фактическим указанием принятой мощности и ожидаемым указанием принятой мощности. В последнем случае отклонение может быть определено в качестве разности между фактическим указанием переданной мощности и ожидаемым указанием переданной мощности.
Ожидаемое соотношение может быть функциональной зависимостью, которая на входе имеет указание переданной мощности, а на выходе имеет указание принятой мощности. Данная функциональная зависимость может таким образом отражать указание принятой мощности, которое ожидается для заданного указания переданной мощности. Таким образом, эта функциональная зависимость может использоваться для оценки указания принятой мощности, которое должно быть принято в течение нормального функционирования. Если фактическое указание принятой мощности совпадает с ожидаемым указанием принятой мощности (в соответствии с подходящим критерием совпадения), то оно может использоваться в качестве указания того, что в настоящее время не возникает каких-либо необычных условий функционирования, и в частности может быть оценено, что отсутствуют какие-либо (значительные) паразитные потери мощности. Однако, если фактическое указание принятой мощности не совпадает с ожидаемым указанием принятой мощности, то оно может использоваться в качестве указания того, что присутствуют необычные условия функционирования и, в особенности, что могут присутствовать значительные паразитные потери мощности.
Схожим образом ожидаемое соотношение может быть функциональной зависимостью, которая на входе имеет указание принятой мощности, а на выходе имеет указание переданной мощности. Данная функциональная зависимость может таким образом отражать указание переданной мощности, которое ожидается для заданного указания принятой мощности. Таким образом, эта функциональная зависимость может использоваться для оценивания указания переданной мощности, которое должно быть измерено, когда в течение нормального функционирования принимается заданное указание принятой мощности. Если фактическое измеренное указание переданной мощности совпадает с ожидаемым указанием переданной мощности (в соответствии с подходящим критерием совпадения), то оно может использоваться в качестве указания того, что в настоящее время не возникает каких-либо необычных условий функционирования, и в частности может быть оценено, что отсутствуют какие-либо (значительные) паразитные потери мощности. Однако, если фактическое указание переданной мощности не совпадает с ожидаемым указанием переданной мощности, то оно может использоваться в качестве указания того, что присутствуют необычные условия функционирования и, в особенности, что могут присутствовать значительные паразитные потери мощности.
Определение ожидаемого соотношения может в частности соответствовать, или включать в себя, адаптации ожидаемого соотношения. Например, может быть предоставлено стандартное и общее ожидаемое соотношение, и оно может быть отрегулировано под особые текущие условия, измеренные для особого передатчика мощности и особого приемника мощности. Кроме того, адаптация может быть непрерывной и, например, включать в себя непрерывную адаптацию и регулировку под текущие условия. Таким образом, адаптация может, например, вызвать регулировку ожидаемого соотношения для отражения изменений вследствие, например, изменений температуры, допусков и разбросов для компонентов, характеристик передатчика мощности и/или приемника мощности и т.д.
Отклонение может быть вычислено для одного значения одного из указания принятой мощности или указания переданной мощности, например, текущего значения одного из указаний.
Калибровка потерь мощности может сравнивать сообщенные указания принятой мощности, предоставленные приемником мощности, с указаниями переданной мощности, вычисленными для передатчика мощности.
В некоторых вариантах осуществления указание переданной мощности может принимать одно или более значений, которые могут использоваться для вычисления мощности передачи, такие как, например, ток катушки индуктивности, напряжение катушки индуктивности, разность фаз между напряжением и током катушки индуктивности, входной ток возбудителя (например, инвертора) катушки или входное напряжение возбудителя (например, инвертора) катушки.
Компенсационное значение может быть определено для отражения разности между указанием(ями) принятой мощности и указанием(ями) переданной мощности. Компенсационное значение может быть составным значением, содержащим множество значений. Например, компенсационное значение может быть набором значений для различных уровней мощности. В некоторых вариантах осуществления каждый элемент компенсационного значения может быть скалярным значением (или набором скалярных значений). В некоторых вариантах осуществления каждый элемент компенсационного значения может быть функциональной зависимостью, такой как, например, функциональная зависимость, связывающая указания принятой мощности с ожидаемыми указаниями переданной мощности или связывающая ожидаемые указания переданной мощности с указаниями принятой мощности. Ожидаемое соотношение может таким образом указываться компенсационным значением или набором компенсационных значений.
Ограничиваемая ограничителем мощности мощность может, например, быть комплексной мощностью в катушке индуктивности, включающей в себя как активную (рассеянную) мощность, так и реактивную мощность, например, она может быть кажущейся мощностью. В некоторых вариантах осуществления ограничиваемая мощность может быть только активной (переданной) мощностью.
Ограничитель мощности может быть выполнен с возможностью уменьшения кажущейся мощности катушки индуктивности. В частности, ограничитель мощности может ограничивать кажущуюся мощность, получаемую в качестве произведения действующего (RMS) значения напряжения и действующего (RMS) значения тока в катушке индуктивности.
Ограничитель мощности может в частности быть выполнен с возможностью уменьшения тока катушки индуктивности с целью не превышения пороговой величины, пока не будет выполнена калибровка потерь мощности для пары передатчика мощности и приемника мощности. Это может быть в частности желательным в случаях, при которых напряжение катушки индуктивности поддерживается по существу постоянным.
Ограничение мощности посредством ограничения кажущейся мощности, например, посредством ограничения тока катушки индуктивности, может быть преимущественным во многих вариантах осуществления. В частности, через ограничение тока можно непосредственно ограничивать магнитный потенциал и индуцированное напряжение. Низкое напряжение по своим свойствам безопасней высокого напряжения.
Ограничитель мощности может также ограничивать мощность, предоставляемую инвертором и, как следствие, ограничивать мощность в катушку индуктивности.
Пороговая величина может быть статической, фиксированной пороговой величиной. Например, пороговая величина (для ограничения мощности в катушку индуктивности) может соответствовать току катушки индуктивности в 1 A, 2 A и т.д., кажущейся мощности в 10 ВА, 20 ВА, и т.д., или уровню переданной мощности в 1 Вт, 2 Вт, 5 Вт, 10 Вт или 20 Вт. В некоторых вариантах осуществления передатчик мощности может быть выполнен с возможностью установки пороговой величины в ответ на характеристику приемника мощности.
Указание принятой мощности может, например, быть оценкой принятой мощности, сгенерированной приемником мощности, или может, например, быть предоставлено в качестве значения напряжения и/или тока. Указание принятой мощности может включать в себя потребление мощности нагрузкой, а также возможно и потребление мощности вследствие потерь в приемнике мощности. Указание переданной мощности может указывать входную мощность для передатчика мощности и/или в генератор сигнала мощности. В частности, генератор сигнала мощности может содержать инвертор, возбуждающий катушку индуктивности, и переданный сигнал мощности может указывать входную мощность в инвертор. В некоторых вариантах осуществления указание переданной мощности может отражать мощность, подаваемую в катушку индуктивности. В некоторых вариантах осуществления указание переданной мощности может быть указанием тока и/или напряжения.
В некоторых вариантах осуществления датчик может быть выполнен с возможностью определения отклонения между соотношением между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности и ожидаемым соотношением посредством сравнения ожидаемого указания мощности передачи с текущим указанием мощности передачи. Текущее указание мощности передачи может, например, быть измеренной мощностью передачи, например, вычисленной из измерений тока катушки индуктивности, напряжения катушки индуктивности и т.д. Ожидаемое указание мощности передачи может быть сгенерировано посредством применения ожидаемого соотношения (или функциональной зависимости) к указанию принятой мощности. Может считаться, что отклонение превышает пороговую величину, если разность между ожидаемой мощностью передачи и текущей мощностью передачи превышает пороговую величину.
В некоторых вариантах осуществления датчик может быть выполнен с возможностью определения отклонения между соотношением между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности и ожидаемым соотношением посредством сравнения ожидаемого указание принятой мощности с текущим указанием принятой мощности. Текущее указание мощности передачи может быть сгенерировано в качестве измеренной мощности передачи, например, вычисленной из измерений тока катушки индуктивности, напряжения катушки индуктивности и т.д. Ожидаемое указание принятой мощности может быть сгенерировано посредством применения ожидаемого соотношения (или функциональной зависимости) к текущему указанию мощности передачи. Можно считать, что отклонение превышает пороговую величину, если разность между ожидаемым указанием принятой мощности и указанием принятой мощности превышает пороговую величину.
Посторонний предмет может быть предметом, который не является приемником мощности, выполненным с возможностью приема мощности через беспроводную передачу мощности от передатчика мощности.
В соответствии с одним необязательным признаком настоящего изобретения передатчик мощности дополнительно содержит: калибратор для выполнения калибровки потерь мощности с целью определения ожидаемого соотношения в течение фазы калибровки, причем ожидаемое соотношение определяется через сравнение по меньшей мере одного указания переданной мощности и по меньшей мере одного указания принятой мощности в течение фазы калибровки.
Настоящее изобретение может позволить осуществлять улучшенное обнаружения неучтенной мощности. Оно может, как правило, позволить осуществлять улучшенное обнаружение постороннего предмета и может, в частности, во многих вариантах осуществления гарантировать, что рассеиваемая в посторонних предметах мощность поддерживается на безопасных уровнях. Это может достигаться даже для более высоких уровней мощности.
Посредством процесса калибровки может быть предоставлено улучшенное функционирование. Калибровка на основе указания принятой мощности и указания переданной мощности предоставляет калибровку особой пары между передатчиком мощности и приемником мощности. Таким образом, вместо использования общей калибровки для общего приемника, данная калибровка предназначена непосредственно для отдельного приемника мощности, являющегося частью передачи мощности. По существу, может быть достигнута повышенная точность, тем самым позволяя осуществлять, например, более безопасное функционирование при более высоких уровнях мощности.
В соответствии с одним необязательным признаком настоящего изобретения, калибратор выполнен с возможностью запрашивания пользовательского ввода, и выполнять калибровку потерь мощности только, когда принят пользовательский ввод.
За счет этого может быть предоставлена повышенная точность калибровки. В частности за счет этого можно гарантировать, что калибровка может быть выполнена при предположении того, что не присутствуют никаких посторонних предметов, тем самым позволяя осуществлять улучшенное обнаружение разностей, происходящих из-за посторонних предметов.
В соответствии с одним необязательным признаком настоящего изобретения калибратор выполнен с возможностью выполнения калибровки малых потерь посредством первоначального определения первого ожидаемого соотношения на первом уровне мощности и затем определения второго ожидаемого соотношения на втором уровне мощности с использованием первого ожидаемого соотношения, причем второй уровень мощности выше первого уровня мощности.
Такой подход может гарантировать безопасное функционирование даже в течение процесса калибровки. В частности он может позволить осуществлять улучшенное обнаружение постороннего предмета в течение всего процесса калибровки и в частности при более высоких уровнях мощности.
В соответствии с одним необязательным признаком настоящего изобретения калибратор выполнен с возможностью, при определении второго уровня мощности, ограничения мощности, предоставляемой в катушку индуктивности, в ответ на обнаружение того, что соотношение между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности отличается от ожидаемого соотношения между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности.
Такой подход может гарантировать безопасное функционирование даже в течение процесса калибровки и может в частности защитить от недопустимого нагревания посторонних предметов в течение всего процесса калибровки. Во многих вариантах осуществления предоставляемая в катушку индуктивности мощность ограничивается одним и тем же уровнем, что и в течение фазы передачи мощности.
В соответствии с одним необязательным признаком настоящего изобретения передатчик мощности дополнительно содержит адаптер ожидаемого соотношения, выполненный с возможностью адаптации ожидаемого соотношения в течение фазы передачи мощности, причем ожидаемое соотношение адаптируется в ответ на сравнение по меньшей мере одного указания переданной мощности и по меньшей мере одного указания принятой мощности в течение фазы передачи мощности.
За счет этого можно обеспечить повышенную точность. В частности фаза передачи мощности обычно намного дольше любой фазы калибровки, и соответственно для обеспечения более точного ожидаемого соотношения может быть доступно больше измерений/отсчетных точек.
В соответствии с одним необязательным признаком настоящего изобретения скорость адаптации для адаптации ожидаемого соотношения в течение фазы передачи мощности ниже скорости адаптации для определения ожидаемого соотношения в течение фазы калибровки.
За счет этого можно обеспечить повышенную точность, позволяя осуществлять относительно короткие процедуры калибровки. Постоянная времени для фазы передачи мощности обычно может быть по меньшей мере в 2, 5 или 10 раз больше постоянной времени для фазы калибровки.
В соответствии с одним необязательным признаком настоящего изобретения адаптер ожидаемого соотношения выполнен с возможностью не адаптировать ожидаемого соотношения в ответ на указания переданной мощности и указания принятой мощности в ответ на обнаружение того, что отклонение между соотношением между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности и ожидаемым соотношением между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности превышает пороговую величину.
За счет этого можно гарантировать более надежное функционирование и можно в частности снизить риск присутствия постороннего предмета, приводя в результате к адаптации ожидаемого соотношения.
В соответствии с одним необязательным признаком настоящего изобретения передатчик мощности дополнительно содержит: запоминающее устройство для хранения идентификаторов и данных ожидаемого соотношения для приемников мощности; приемник для приема первого идентификатора от приемника мощности; и в котором калибровочный контроллер выполнен с возможностью определения, была ли выполнена калибровка потерь мощности для пары передатчика мощности и приемника мощности, в ответ на первый идентификатор и идентификаторы, хранящиеся в запоминающем устройстве.
За счет этого может быть обеспечено облегченное и/или улучшенное функционирование. Во многих сценариях за счет этого можно уменьшить количество калибровок, которые должны быть выполнены. Например, во многих вариантах осуществления за счет этого может быть предусмотрено много сеансов передачи мощности без необходимости в специальном пользовательском вводе. Во многих вариантах осуществления это позволяет осуществлять более быструю передачу мощности для приемников мощности, которые ранее уже использовались с передатчиком мощности.
Калибровочный контроллер может определять, что была выполнена калибровка потерь мощности, если компенсационное значение сохранено в запоминающем устройстве для идентификатора приемника мощности.
В соответствии с одним необязательным признаком настоящего изобретения калибровочный контроллер выполнен с возможностью запуска калибровки потерь мощности в ответ на обнаружение того, что никаких подходящих данных ожидаемого соотношения не сохранено для первого идентификатора.
За счет этого эксплуатация для пользователя может стать более удобной и может быть позволено выполнять по необходимости калибровку, и, как правило, когда приемники мощности используются с передатчиком мощности в первый раз.
Компенсационные значения, определенные при процессе калибровки, могут быть сохранены в запоминающем устройстве совместно с идентификатором приемника мощности.
В соответствии с одним необязательным признаком настоящего изобретения калибровочный контроллер выполнен с возможностью пропускания калибровки потерь мощности и извлечения данных ожидаемого соотношения для идентификатора приемника мощности из запоминающего устройства, если идентификатор приемника мощности совпадает с одним из идентификаторов, хранимых в запоминающем устройстве.
За счет этого эксплуатация для пользователя может стать более удобной и может быть уменьшено количество необходимых калибровок.
Согласно одному варианту выполнения изобретения предложена система передачи мощности, содержащая передатчик мощности и приемник мощности, причем передатчик мощности выполнен с возможностью передачи мощности в приемник мощности с использованием беспроводного индуктивного сигнала мощности, при этом передатчик мощности содержит: катушку индуктивности для предоставления сигнала мощности; генератор сигнала мощности для возбуждения катушки индуктивности с целью предоставления сигнала мощности; при этом система передачи мощности дополнительно содержит: калибровочный контроллер для определения, была ли выполнена калибровка потерь мощности для пары передатчика мощности и приемника мощности, при этом калибровка потерь мощности определяет ожидаемое соотношение между указанием принятой мощности, предоставленным приемником мощности, и указанием переданной мощности для передатчика мощности; ограничитель мощности, выполненный с возможностью ограничения мощности, предоставляемой в катушку индуктивности, с целью не превышения пороговой величины пока не будет выполнена калибровка потерь мощности для пары передатчика мощности и приемника мощности, приемник для приема указания принятой мощности от приемника мощности; и датчик для обнаружения паразитного потребления мощности в ответ на превышение пороговой величины отклонением между соотношением между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности и ожидаемым соотношением между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности.
Согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения предложен способ функционирования для передатчика мощности, выполненного с возможностью передачи мощности в приемник мощности с использованием беспроводного индуктивного сигнала мощности, при этом способ содержит этапы, на которых: возбуждают катушку индуктивности с целью предоставления сигнала мощности; определяют, была ли выполнена калибровка потерь мощности для пары передатчика мощности и приемника мощности, причем калибровка потерь мощности определяет ожидаемое соотношение между указанием принятой мощности, предоставленным приемником мощности, и указанием переданной мощности для передатчика мощности; ограничивают мощность, предоставляемую в катушку индуктивности, с целью не превышения пороговой величины, пока не будет выполнена калибровка потерь мощности для пары передатчика мощности и приемника мощности; принимают указания принятой мощности от приемника мощности; и обнаруживают паразитное потребление мощности в ответ на превышение пороговой величины отклонением между соотношением между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности и ожидаемым соотношением между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности.
Согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения предложен приемник мощности для приема мощности от передатчика мощности через беспроводной индуктивный сигнал мощности, при этом приемник мощности содержит: катушку индуктивности для приема сигнала мощности; калибровочный контроллер для определения, была ли выполнена калибровка потерь мощности для пары передатчика мощности и приемника мощности, при этом калибровка потерь мощности определяет ожидаемое соотношение между указанием принятой мощности, предоставленным приемником мощности, и указанием переданной мощности для передатчика мощности; ограничитель мощности, выполненный с возможностью ограничения мощности, запрашиваемой у передатчика мощности, с целью не превышения пороговой величины пока не будет выполнена калибровка потерь мощности для пары передатчика мощности и приемника мощности; и датчик для обнаружения паразитного потребления мощности в ответ на превышение пороговой величины отклонением между соотношением между указанием переданной мощности, принятым от передатчика мощности, и указанием принятой мощности приемника мощности и ожидаемым соотношением между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности.
Эти и другие варианты выполнения, признаки и преимущества изобретения будут очевидны из описываемого(ых) далее варианта(ов) осуществления и объяснены со ссылкой на них.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны, только в качестве примера, со ссылкой на чертежи, на которых
На Фиг. 1 изображен пример системы передачи мощности, содержащей передатчик мощности и приемник мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;
На Фиг. 2 изображен пример элементов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;
На Фиг. 3 изображен пример элементов полумостового инвертора для передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;
На Фиг. 4 изображен пример элементов полного мостового инвертора для передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения; и
На Фиг. 5 изображен пример элементов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание некоторых вариантов осуществления изобретения
На Фиг. 1 изображен пример системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Система передачи мощности содержит передатчик 101 мощности, который включает в себя (или соединен с) катушкой передатчика/катушкой индуктивности 103. Система дополнительно содержит приемник 105 мощности, который включает в себя (или соединен с) катушкой приемника/катушкой индуктивности 107.
Система обеспечивает беспроводную индуктивную передачу мощности от передатчика 101 мощности в приемник 105 мощности. В частности, передатчик 101 мощности генерирует сигнал мощности, который распространяется в качестве магнитного потока катушкой 103 передатчика. Сигнал мощности может, как правило, иметь частоту приблизительно между 100 кГц и 200 кГц. Катушка 103 передатчика и катушка 105 приемника слабо связаны и поэтому катушка приемника улавливает (по меньшей мере часть) сигнал мощности от передатчика 101 мощности. Таким образом мощность передается от передатчика 101 мощности в приемник 105 мощности через беспроводную индуктивную связь от катушки 103 передатчика к катушке 107 приемника. Термин сигнал мощности главным образом используется для обозначения индуктивного сигнала между катушкой 103 передатчика и катушкой 107 приемника (сигнал магнитного потока), однако следует понимать, что эквивалентно его можно также рассматривать и использовать в качестве обозначения электрического сигнала, предоставляемого в катушку 103 передатчика, или даже электрического сигнала катушки 107 приемника.
Далее будет описано функционирование передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности с конкретной ссылкой на один вариант осуществления в соответствии со стандартом Qi (за исключением описанных (или логически следующих) в данном документе изменений и усовершенствований). В частности передатчик 101 мощности и приемник мощности 103 могут по существу быть совместимыми с версией 1.0 или 1.1 Спецификации Qi (за исключением описанных (или логически следующих) в данном документе изменений и усовершенствований).
С целью подготовки и управления передачей мощности между передатчиком 101 мощности и приемником 105 мощности в системе беспроводной передачи мощности приемник 105 мощности сообщает информацию передатчику 101 мощности. Такое осуществление связи стандартизировано в версии 1.0 и 1.1 Спецификации Qi.
На физическом уровне канал связи от приемника 105 мощности к передатчику 101 мощности реализуется посредством использования сигнала мощности, выступающего в качестве несущей. Приемник 105 мощности модулирует нагрузку катушки 105 приемника. Это в результате приводит к соответствующим изменениям сигнала мощности на стороне передатчика мощности. Модуляция нагрузки может быть обнаружена через изменение амплитуды и/или фазы тока катушки 105 передатчика, или альтернативно или дополнительно через изменение напряжения катушки 105 передатчика. На основе данного принципа действия приемник 105 мощности может модулировать данные, которые демодулирует передатчик 101 мощности. Формат этих данных представлен байтами и пакетами. Больше информации можно найти в «Описание системы, Беспроводная передача мощности, Том I: Малая мощность, Часть 1: Определение интерфейса, Версия 1.0 июль 2010, опубликовано Консорциумом по беспроводной мощности» («System description, Wireless Power Transfer, Volume I: Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.0 July 2010, published by the Wireless Power Consortium»), доступном по адресу в Интернете http://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-1.html, также называемым спецификацией Qi по беспроводной мощности, в частности в главе 6:
Интерфейс связи.
Для управления передачей мощности система может проходить через различные фазы, в частности фазу выбора, фазу проверки доступности, фазу идентификации и конфигурации и фазу передачи мощности. Больше информации можно найти в главе 5 части 1 спецификации Qi по беспроводной мощности.
Первоначально, передатчик 101 мощности находится в фазе выбора, в которой он просто наблюдает за возможным присутствием приемника мощности. С этой целью передатчик 101 мощности может использовать множество способов, например, как описано в спецификации Qi по беспроводной мощности. Если такое возможное присутствие обнаружено, то передатчик 101 мощности входит в фазу проверки доступности, в которой временно генерируется сигнал мощности. Приемник 105 мощности может применить принятый сигнал для подачи питания в свои электронные компоненты. После приема сигнала мощности приемник 105 мощности сообщает начальный пакет передатчику 101 мощности. В частности, передается пакет об уровне сигнала, указывающий степень связанности между передатчиком мощности и приемником мощности. Больше информации может найти в главе 6.3.1 части 1 спецификации Qi по беспроводной мощности. Таким образом, в фазе Проверки доступности определяется, присутствует ли приемник 105 мощности в области взаимодействия передатчика 101 мощности.
После приема сообщения об уровне сигнала передатчик 101 мощности переходит в фазу Идентификации и Конфигурации. В данной фазе приемник 105 мощности держит свою выходную нагрузку отсоединенной и осуществляет связь (сообщение) с передатчиком 101 мощности с использованием модуляции нагрузки. С этой целью передатчик мощности предоставляет сигнал мощности постоянной амплитуды, частоты и фазы (за исключением изменения, вызываемого модуляцией нагрузки). Сообщения используются передатчиком 101 мощности для конфигурирования самого себя, как это запрашивается приемником 105 мощности.
Вслед за фазой Идентификации и Конфигурации система переходит к фазе передачи мощности, при которой имеет место фактическая передача мощности. В частности, сообщив свои требования по мощности, приемник 105 мощности подсоединяет выходную нагрузку и подает в нее принимаемую мощность. Приемник 105 мощности наблюдает за выходной нагрузкой и измеряет ошибку управления между фактическим значением и необходимым значением некоторой рабочей точки. Он сообщает такие ошибки управления передатчику 101 мощности на минимальной скорости, например, каждые 250 мс, для указания этих ошибок передатчику 101 мощности, а также требование к изменению, или не изменению, сигнала мощности.
На Фиг. 2 более подробно изображен передатчик 101 мощности.
Катушка 103 передатчика соединена с генератором 201 сигнала мощности, который возбуждает катушку индуктивности для предоставления сигнала мощности. Генератор 201 сигнала мощности таким образом генерирует ток и напряжение, которые подаются в катушку 103 передатчика. Генератор 201 сигнала мощности, как правило, является схемой возбуждения в виде инвертора, который генерирует переменный сигнал из постоянного (DC) напряжения. На Фиг. 3 изображен полумостовой инвертор. Управление ключами S1 и S2 осуществляется таким образом, что они никогда не замкнуты в одно и то же время. Попеременно: S1 замкнут, в то время как S2 разомкнут; и S2 замкнут, в то время как S1 разомкнут. Ключи размыкаются и замыкаются с необходимой частотой, тем самым генерируя переменный сигнал на выходе. Обычно выход инвертора соединен с катушкой передатчика через резонансный конденсатор. На Фиг. 4 изображен полный мостовой инвертор. Управление ключами S1 и S2 осуществляется таким образом, что они никогда не замкнуты в одно и то же время. Управление ключами S3 и S4 осуществляется таким образом, что они никогда не замкнуты в одно и то же время. Попеременно: ключи S1 и S4 замкнуты, в то время как S2 и S3 разомкнуты; а затем S2 и S3 замкнуты, в то время как S1 и S4 разомкнуты, тем самым создавая сигнал прямоугольной формы на выходе. Ключи размыкаются и замыкаются с необходимой частотой.
Генератор 201 сигнала мощности также содержит функциональные возможности управления функционированием функции передачи мощности и может в частности содержать контроллер, выполненный с возможностью задействования передатчика 101 мощности в соответствии со стандартом Qi. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения Идентификации и Конфигурации, а также фазы передачи мощности согласно стандарту Qi.
Кроме того, передатчик 101 мощности содержит калибровочный контроллер 203, который выполнен с возможностью определения, была ли выполнена калибровка потерь мощности для пары передатчика мощности и приемника мощности.
Калибровка потерь мощности может предоставлять одно или более компенсационных значений или функциональных зависимостей для ожидаемого соотношения между указаниями принятой мощности, которые предоставляются приемником, и указаниями мощности, которая передается передатчиком 101 мощности.
В частности, в системах передачи мощности, таких как соответствующих стандарту Qi, приемник 105 мощности должен сообщать значения принятой мощности передатчику 101 мощности. Значения принятой мощности указывают мощность, которая принята приемником 105 мощности.
В некоторых вариантах осуществления приемник 105 мощности может сообщить значение принятой мощности, которое непосредственно соответствует мощности, которая предоставляется в нагрузку приемника 105 мощности. Однако, во многих вариантах осуществления, приемник 105 мощности генерирует значение принятой мощности, которое также включает в себя потери/рассеивание мощности в самом приемнике 105 мощности. Таким образом, сообщенное указание принятой мощности может включать в себя как мощность, предоставляемую в нагрузку, так и потери мощности в самом приемнике 105 мощности. Например, оно может включать в себя измеренную или оцененную потерю мощности в схемах выпрямления и/или катушке приемника.
Во многих вариантах осуществления указание принятой мощности может быть предоставлено непосредственно в качестве значения мощности. Однако, следует понимать, что в других вариантах осуществления могут предоставляться другие указания, такие как ток и/или напряжение. Например, в некоторых вариантах осуществления, указание принятой мощности может быть предоставлено в качестве тока или напряжения, индуцированных в приемной катушке 107.
Передатчик 101 мощности может дополнительно вычислять оценку переданной мощности. В качестве простого примера, указание переданной мощности может быть определено в качестве мощности, которая подается в катушку 103 передатчика, или может, например, быть определено в качестве входной мощности у каскада с инвертером генератора 201 сигнала мощности. Например, передатчик 101 мощности может измерять ток через катушку передатчика, напряжение на катушке 103 передатчика и разность фаз между напряжением и током. Затем он может определить соответствующую (усредненную по времени) мощность на основе этих значений. В качестве другого примера, напряжение питания инвертора, как правило, является постоянным, и передатчик 101 мощности может измерять потребляемый инвертором ток и умножать его на постоянное напряжение для определения входной мощности у инвертора. Данная мощность может использоваться в качестве указания мощности передатчика. В некоторых вариантах осуществления одно или более значений, которые могут использоваться для вычисления переданной мощности, могут непосредственно использоваться в качестве указания мощности передатчика. Например, измеренный входной ток инвертора может быть сравнен с ожидаемым входным током инвертора для заданного указания принятой мощности (и возможно также зависеть от других параметров). Если отклонение превышает пороговую величину, то можно считать, что паразитное потребление мощности слишком велико.
Во многих вариантах осуществления генерируется немного более сложное указание переданной мощности. В частности данный подход может компенсировать вычисленную мощность относительно потерь в самом передатчике 101 мощности. В частности могут быть вычислены потери в самой катушке 103 передатчика, и входная мощность может быть скомпенсирована на данное значение для предоставления улучшенного указания мощности, которая передается из катушки 103 передатчика.
Потери мощности в катушке 103 передатчика могут быть вычислены следующим образом:
losscoil
coil
2
P=R*I,
coil
где I представляет собой среднеквадратическое (rms) значение тока через катушку 103 передатчика, а R является эквивалентным сопротивлением катушки 103 передатчика. Предполагая, что сопротивление известно, переданная мощность может быть оценена следующим образом:
tx
coil
coil
coil
2
P=V*I*cos(ϕ)-R*I,
coil
coil
coil
где V представляет собой напряжение на катушке 103 передатчика, а ϕ является фазой между V и I.
b
f
b
f
R может зависеть от частоты тока катушки передатчика, например, согласно некоторой функции такой как: R=R+R*f, где R является частотно-независимой частью эквивалентного сопротивления, R является частотно-зависимой частью эквивалентного сопротивления, а f является частотой.
Обычно усредненные по времени значения используются, например, с определяемыми в качестве средних значений в подходящих временных интервалах значениями мощности, причем временные интервалы предпочтительно синхронизированы между передатчиком 101 мощности и приемником 105 мощности.
Может осуществляться сравнение указаний принятой и переданной мощности. Если указания предоставляются непосредственно в качестве уровней мощности, то такие уровни мощности могут сравниваться друг с другом. В идеальной системе вообще отсутствуют какие-либо потери, и переданная мощность идентична принятой мощности. Однако в реальных системах возникают различные потери, включающие в себя потери в передатчике 101 мощности, в приемнике 105 мощности, и вызываемые поглощением некоторой мощности за пределами приемника 105 мощности (и передатчика 101 мощности). Как правило, некоторые из этих потерь могут быть оценены, такие как потери в катушке 103 передатчика или в выпрямителе приемника 105 мощности. Однако не все потери мощности могут быть эффективно оценены, и все еще остается много неизвестных потерь мощности, даже если не присутствует никаких посторонних предметов. Эти паразитные потери мощности вводят разность между скомпенсированными уровнями мощности. Также, неточность оценки оцениваемых потерь вводит разность между фактическими уровнями принятой и переданной мощности. Наконец, погрешность измерения при определении уровней переданной и принятой мощности может вводить погрешность, которая вводит разность между переданной и принятой мощностью.
Таким образом существует соотношение между переданной мощностью и принятой мощностью, и следовательно между указанием переданной мощности и соответствующим указанием принятой мощности. Однако, в практических вариантах реализации точное соотношение между переданной мощностью и принятой мощностью неизвестно, поскольку оно зависит от некоторого количества неизвестных факторов. Однако, как правило, может быть оценено приблизительное ожидаемое соотношение. Например, может быть применена оценка того, что уровень переданной мощности равен уровню принятой мощности плюс потери в катушке 103 передатчика плюс некоторое дополнительное значение. Дополнительное значение может быть основано на оценке полных потерь мощности.
Передатчик 101 мощности выполнен с возможностью генерирования ожидаемого соотношения, которое указывает указание мощности приема, которое должно приниматься в течение нормального функционирования, когда измерено заданное указание мощности передачи, и/или которое указывает указание мощности передачи, которое должно быть измерено, когда заданное указание мощности приема принимается от приемника 105 мощности. Таким образом, генерируется ожидаемое соотношение (функциональная зависимость), которое в качестве ввода принятого указание мощности приема предоставляет ожидаемое указание мощности передачи (то есть то, которое ожидается в течение нормального функционирования), и/или которое в качестве ввода измеренного указания мощности передачи предоставляет ожидаемое указание мощности приема (то есть то, которое, как ожидается, будет принято от приемника 105 мощности в течение нормального функционирования).
Такая ожидаемая функциональная зависимость может позволить определять отклонения. Например, можно считать, что данная функциональная зависимость отражает ситуацию, при которой отсутствуют какие-либо посторонние предметы, то есть ожидаемое соотношение предоставляет указание мощности приема, которое должно быть принято для заданного указания мощности передачи, или указание мощности передачи, которое должно быть измерено для заданного указания мощности приема, когда отсутствуют какие-либо необычные потери. Когда от приемника 105 мощности принимается новое указание мощности приема, указывающее особый уровень мощности приема, то передатчик 101 мощности может оценить данную функциональную зависимость для определения, соответствует ли данный уровень мощности вычисленному уровню мощности передачи в соответствии с ожидаемой функциональной зависимостью.
Например, данная функциональная зависимость может предоставить ожидаемую мощность передачи для заданного уровня мощности приема, и уровень принятой мощности может использоваться в качестве ввода. Ожидаемая мощность передачи может, например, соответствовать непосредственно мощности передачи, которая была измерена/вычислена в течение фазы калибровки для данного уровня принятой мощности. Результирующая ожидаемая мощность передачи затем сравнивается с вычисленной мощностью передачи. Или, что равнозначно, данная функциональная зависимость может предоставить ожидаемую мощность приема для заданного уровня мощности передачи, и вычисленный уровень мощности передачи может использоваться в качестве ввода. Результирующий ожидаемый уровень принятой мощности затем сравнивается с фактическим уровнем принятой мощности, предоставленным от приемника 105 мощности.
Если сравнение выявляет отклонение, которое слишком велико, то это указывает на присутствие неожиданных потерь мощности. Они могут в частности быть вызваны посторонним предметом, помещенным слишком близко к или на передатчик 101 мощности. Такие потери мощности могут привести в результате к значительному нагреванию постороннего предмета, что может привести к повреждению или травме. Поэтому передатчик 101 мощности может перейти к прекращению передачи мощности при таком сценарии.
Таким образом ожидаемое соотношение предоставляет ожидаемое указание мощности передачи или ожидаемое указание мощности приема. Если фактические значения соответствуют ожидаемым значениям, то это происходит потому, что ожидаемое соотношение предоставляет точную модель передачи мощности. Поскольку ожидаемое соотношение определяется в течение калибровки, где можно гарантировать, что отсутствуют какие-либо паразитные потери мощности, то ожидаемое соотношение моделирует сценарий, когда нет никаких паразитных потерь мощности. Поэтому, если фактические значения соответствуют ожидаемым значениям, то текущая ситуация будет соответствовать ситуации, смоделированной ожидаемым соотношением, то есть, она будет соответствовать ситуации без каких-либо паразитных потерь мощности. Другими словами, если фактическое соотношение между фактическим указанием переданной мощности и соответствующим фактическим указанием принятой мощности одно и то же (или отклоняется меньше, чем на заданную пороговую величину), тогда в настоящее время нет каких-либо паразитных потерь.
В качестве примера, ожидаемое соотношение может быть соотношением, которое предоставляет ожидаемое указание принятой мощности в зависимости от указания переданной мощности. Ожидаемое соотношение может, например, быть определено с использованием функциональной зависимости, которая была, например, определена в течение фазы калибровки, при которой гарантировалось, что поблизости не было никаких посторонних предметов. В течение калибровки приемник мощности может устанавливать выходную мощность на разных уровнях, и для каждого из этих уровней может быть вычислено указание переданной мощности. Для каждого уровня может быть записано указание принятой мощности от приемника 105 мощности и определено среднее значение. Для каждого уровня мощности указание переданной мощности и указание (средней) принятой мощности затем могут быть сохранены в качестве ожидаемого соотношения. Таким образом, происходит определение ожидаемого соотношения, которое в качестве ввода указания переданной мощности предоставляет указание принятой мощности, которое ожидается, когда отсутствуют какие-либо паразитные потери мощности. Ожидаемое соотношение может быть определено для всех возможных значений указания переданной мощности и указания принятой мощности или только для некоторого поднабора. В некоторых вариантах осуществления ожидаемое(ые) соотношение(я) может, например, быть представлено функциональной зависимостью, которая в качестве значений указания переданной мощности предоставляет значение указания принятой мощности, или функциональной зависимостью, которая в качестве значения указания принятой мощности предоставляет значение указания переданной мощности.
В течение нормальной передачи мощности передатчик 101 мощности может, например, вычислять указание переданной мощности на основе измеренных значений. По меньшей мере для некоторых из этих вычисленных указаний переданной мощности датчик 209 определяет, что из себя представляет ожидаемое указание принятой мощности, например, он может осуществить доступ к поисковой таблице, которая предоставляет среднее указание принятой мощности, которое было найдено для этого указания переданной мощности в течение фазы калибровки. Ожидаемое указание принятой мощности таким образом представляет собой ожидаемое соотношение между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности для данного значения указания переданной мощности.
Затем датчик 209 анализирует фактическое указание принятой мощности, которое было принято от приемника 105 мощности. Если соотношение между фактическим указанием переданной мощности и фактическим указанием принятой мощности является тем же самым, что и соотношение между фактическим указанием переданной мощности и ожидаемым указанием принятой мощности (то есть ожидаемое соотношение), то это отражает то, что ожидаемое соотношение предоставляет хорошую модель для применяемого в настоящее время фактического сценария. Поскольку ожидаемое соотношение определяется для некоторого сценария без паразитных потерь, то фактическое соотношение, которое совпадает с ожидаемым соотношением, указывает, что в настоящее время отсутствуют какие-либо паразитные потери. Наоборот, если эти два соотношения не совпадают, то это указывает, что в настоящее время присутствуют паразитные потери.
Совпадение между ожидаемым и фактическим соотношениями может просто быть определено посредством сравнения определенного ожидаемого указания принятой мощности с фактическим указанием принятой мощности. Если они отличаются меньше чем на заданную пороговую величину, то это указывает, что фактическое и ожидаемое соотношения достаточно близки, и считается, что какие-либо паразитные потери отсутствуют. Иначе, датчик 209 определяет, что в настоящее время присутствуют паразитные потери.
В других вариантах осуществления сравнение ожидаемого соотношения с фактическим соотношением может быть оценено посредством рассмотрения фактического указания принятой мощности и затем определения ожидаемого указания переданной мощности, соответствующее данному значению. Затем может быть выполнено сравнение посредством сравнения данного ожидаемого указания переданной мощности с фактическим вычисленным указанием переданной мощности. Если они достаточно близки (разность меньше пороговой величины), то разность между ожидаемым соотношением и фактическим функциональным соотношением достаточно близка, чтобы датчик 209 определил, что отсутствуют какие-либо паразитные потери мощности. Иначе, датчик 209 определяет, что в настоящее время присутствуют паразитные потери.
Таким образом, в некоторых вариантах осуществления датчик 209 может определить, что присутствуют паразитные потери, если ожидаемое указание переданной мощности отклоняется от фактического указания переданной мощности больше чем на пороговую величину. В некоторых вариантах осуществления датчик 209 может определить, что присутствуют паразитные потери, если ожидаемое указание принятой мощности отклоняется от фактического указания принятой мощности больше чем на пороговую величину.
Следует понимать, что как подход сравнения ожидаемого и фактического указаний принятой мощности для заданного указания переданной мощности, так и подход сравнения ожидаемого и фактического указаний переданной мощности для заданного указания принятой мощности (или оба) по сути соответствуют сравнению ожидаемого соотношения между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности и фактическим соотношением между ними.
Однако для того, чтобы можно было обнаруживать достаточно малые отклонения, ожидаемая функциональная зависимость должна быть достаточно точной. Так как максимальная мощность, которая приемлема в качестве неучтенной (и таким образом возможно рассеиваемой в посторонних предметах) является постоянной величиной (обычно около, скажем, 250 мВт - 500 мВт), то точность ожидаемой функциональной зависимости становится значительно критичней при более высоких уровнях мощности, чем при более низких. Например, для переданной мощности в 1 Вт, погрешность может составлять, возможно, до 25%, тогда как для передаваемой мощности в 50 Вт, требуемая точность составляет 0,5% для того же самого выполнения обнаружения.
Неизвестные факторы соотношения между переданной и принятой мощностью попадают под различные категории. Некоторые факторы будут постоянными и будут зависеть от характеристик передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности. Такие факторы включают в себя рассеивание мощности в корпусах устройств, любую систематическую ошибку при измерительных процессах и т.д. Другие факторы могут быть случайными и изменяющимися, таким как помехи при измерении.
В системе на Фиг. 1 для пары передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности может быть выполнена калибровка потерь мощности. Данная калибровка потерь мощности может определять ожидаемое соотношение, и может в частности ввести компенсацию или адаптацию к существующей или предварительно определенной ожидаемой функциональной зависимости так, чтобы она более точно отражала соотношение между переданной и принятой мощностью. В частности такая калибровка может компенсировать первую категорию неизвестных факторов. Например, калибровка может отражать отклонение в измерениях, потери мощности в различных схемах передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности и т.д. Таким образом, если была выполнена калибровка потерь мощности и ожидаемое соотношение было соответственно адаптировано, то может быть достигнут значительно более точный результат. Действительно, как правило, калибровка потерь мощности может уменьшить погрешность с, скажем, ±5% до приблизительно ±0,5%. Такое улучшение может позволить использовать эти системы по существу на более высоких уровнях мощности, предоставляя одну и ту же точность обнаружения любых неучтенных потерь мощности.
Поэтому, зачастую преимущественно выполнять калибровку потерь мощности и адаптировать ожидаемое соотношение, чтобы оно было более точным. Однако калибровка потерь мощности является дополнительным процессом, который может считаться многими пользователями неудобным и громоздким. Поэтому, очень желательно уменьшить количество необходимых калибровок потерь мощности.
Соответственно, система на Фиг. 1 и 2 выполнена с возможностью адаптации функционирования системы так, чтобы количество калибровок потерь мощности могло быть минимизировано, по-прежнему позволяя осуществлять функционирование при большой мощности.
В такой системе калибровочный контроллер 203 определяет, была ли выполнена калибровка потерь мощности для конкретной пары передатчика мощности и приемника мощности. Следует отметить, что калибровка не является просто калибровкой для передатчика мощности 103 или калибровкой для приемника 105 мощности. Скорее, она является калибровкой, которая предназначена для конкретной пары передатчика мощности и приемника мощности, и в частности предоставляет ожидаемое соотношение для данной конкретной пары/сочетания передатчика мощности и приемника мощности.
Калибровочный контроллер 203 соединен с ограничителем 205, в который подается указание того, была ли выполнена калибровка потерь мощности. Ограничитель 205 дополнительно соединен с генератором 201 сигнала мощности и может предоставлять входной сигнал управления, который ограничивает мощность, которая может быть предоставлена, и который в частности может ограничить максимальный ток катушки.
Ограничитель 205 выполнен с возможностью ограничения мощности в катушку 103 передатчика, пока не будет выполнена калибровка потерь мощности для пары передатчика мощности и приемника мощности. Таким образом, если калибровка потерь мощности не была выполнена, то мощность (и во многих вариантах осуществления в частности кажущаяся мощность или ток катушки/катушки индуктивности) ограничивается, чтобы быть ниже (возможно адаптируемой) пороговой величины. Пороговая величина, как правило, выбирается для гарантирования того, чтобы неучтенные потери мощности, которые могут быть обнаружены с использованием неадаптированного ожидаемого соотношения по умолчанию, были достаточно низкими с целью обеспечения безопасного функционирования. Однако, если калибровка потерь мощности была выполнена для пары, то ожидаемое соотношение адаптировано, чтобы быть значительно более точным. Соответственно, осуществление обнаружения неучтенных потерь мощности становится значительно лучше, и поэтому ограничитель 205 обеспечивает мощность выше пороговой величины.
Система может таким образом позволить осуществлять безопасное функционирование на высоких уровнях мощности (например, до 50 Вт или 100 Вт), одновременно позволяя осуществлять функционирование без калибровки для низких уровней мощности (например, до 5 Вт). Таким образом, эксплуатация для пользователя может стать более удобной с одновременной возможностью осуществления безопасных передач мощности при высоких уровнях мощности.
Ограничитель 205 может, например, ограничивать ток посредством предоставления сигнала управления в генератор 201 сигнала мощности, указывающего максимальный ток катушки. В качестве другого примера ограничитель 205 может включать в себя ограничитель тока в соединении от генератора 201 сигнала мощности к катушке 103 передатчика. В качестве другого примера ограничитель 205 может включать в себя ограничитель тока для входного тока генератора сигнала мощности.
Ограничение мощности может в частности осуществляться посредством ограничения тока катушки/катушки индуктивности. Такой подход может в частности подходить для вариантов осуществления или сценариев, в которых напряжение катушки индуктивности поддерживается по существу постоянным. Это может иметь место во многих вариантах осуществления через поддержание напряжения линии питания (напряжения источника питания) в схему возбуждения (и в частности в инвертор) постоянным в течение функционирования. Однако ток катушки индуктивности может также быть полезным параметром безопасности, которым следует управлять, даже когда напряжение катушки индуктивности изменяется, так как ток катушки индуктивности также зависит от напряжения катушки индуктивности.
Другим примером мощности, которая может быть ограничена, является кажущаяся мощность, которая может быть получена в качестве произведения действующего (RMS) значения напряжения и действующего (RMS) значения тока для катушки индуктивности или эквивалентно в качестве квадратных корней суммы квадратов активной мощности и реактивной мощности.
Передатчик 101 мощности на Фиг. 2 дополнительно содержит функциональные средства для обнаружения паразитного потребления мощности, такого как обычное паразитное потребление мощности посторонним предметом. Паразитное потребление мощности является потреблением мощности, которое не относится к приемнику 105 мощности, и которое может, как правило, быть связано с посторонними предметами, которые могут быть помещены близко к катушке 103 передатчика, такие как, например, ключи, кольца или монеты, помещенные на передатчик 101 мощности.
Передатчик 101 мощности содержит приемник 207, который выполнен с возможностью приема сообщений от приемника 105 мощности. Сообщения предоставляются через модуляцию нагрузки, которая известна специалисту в данной области техники.
Приемник 207 может в частности принимать указания принятой мощности от приемника 105 мощности. Указания принятой мощности предоставляют указание мощности, потребленной приемником 105 мощности. В некоторых вариантах осуществления указания принятой мощности могут включать в себя некоторый учет потерь мощности в приемнике 105 мощности.
Приемник 207 соединен с датчиком 209, который выполнен с возможностью обнаружения паразитного потребления мощности. В частности датчик 209 выполнен с возможностью обнаружения того, превышает ли паразитное потребление мощности заданную пороговую величину. Датчик 209 осуществляет это посредством определения отклонения между фактическим соотношением между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности и ожидаемым соотношением между этими значениями. Таким образом, если нет никакого паразитного потребления мощности, то фактическое соотношение между указанием принятой мощности и указанием переданной мощности, вероятно, будет почти тем же самым, что и ожидаемое соотношение, то есть когда ожидаемое соотношение отражает/моделирует ситуацию с передачей мощности, при которой нет никаких паразитных потерь мощности, фактическое соотношение будет совпадать с данным ожидаемым соотношением, когда действительно нет никаких паразитных потерь мощности. Однако, если присутствует существенное паразитное потребление мощности, то это не будет отражено в ожидаемом соотношении (поскольку оно определено в течение фазы калибровки, когда можно гарантировать, что нет никаких паразитных потерь мощности), но будет отражено в фактическом соотношении. Поэтому, отклонение между ними будет относительно большим, тем самым позволяя обнаруживать из данного отклонения паразитное потребление мощности. Другими словами, в сценарии, который не похож на сценарий калибровки, когда не существует каких-либо паразитных потерь мощности, ожидаемое соотношение будет непригодной моделью для фактического функционирования, и поэтому будет предоставлять ожидаемые значения, которые существенно отклоняются от фактических значений.
В некоторых вариантах осуществления отклонения могут быть обнаружены посредством сравнения значений указаний мощности приема (то есть между ожидаемыми и фактическими значениями). В некоторых вариантах осуществления отклонения могут быть обнаружены посредством сравнения значений указаний мощности передачи (то есть между ожидаемыми и фактическими значениями).
Например, отклонение может быть обнаружено посредством извлечения ожидаемого указания переданной мощности из указания принятой мощности, предоставленного приемником 105 мощности, и сравнения его с фактическим вычисленным указанием переданной мощности. Альтернативно или дополнительно, ожидаемое указание принятой мощности может быть извлечено из фактического вычисленного указания переданной мощности, и результат может быть сравнен с фактическим указанием принятой мощности, предоставленным приемником 105 мощности.
Таким образом, датчик 209 обнаруживает, настолько ли велико паразитное потребление мощности, которое не отражено в ожидаемом соотношении, что оно вызывает то, что отклонение относительно фактического соотношения превышает пороговую величину.
Когда пара передатчика 101 мощности и приемника мощности 105 откалибрована, то ожидаемое соотношение будет откалиброванным или адаптированным ожидаемым соотношением, то есть, оно будет отражать конкретные характеристики конкретной пары передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности. Таким образом, оно не будет просто предоставлять общие ожидаемые значения (указаний мощности приема или указаний мощности передачи), а будет предоставлять значения, которые ожидаются для этих конкретных передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности. Таким образом, ожидаемое соотношение может отражать конкретные характеристики отдельных устройств, такие как, например, характеристики, зависящие от изменений компонентов. Соответственно, обнаружение будет точным при более высоких уровнях мощности, тем самым позволяя осуществлять обнаружение даже относительно малого паразитного потребления мощности.
Обнаружение паразитного потребления мощности выше пороговой величины может быть вызвано присутствием постороннего предмета. Поэтому, датчик 209 выполнен с возможностью предоставления сигнала управления в генератор 201 сигнала мощности, который предписывает прекращение процесса передачи мощности. Данный подход может соответственно предотвратить недопустимое нагревание посторонних предметов и обеспечить безопасное функционирование.
Передатчик 101 мощности на Фиг. 2 содержит калибратор 211, который выполнен с возможностью выполнения калибровки потерь мощности для пары передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности. Калибратор 211 может таким образом выполнять калибровку потерь мощности для определения ожидаемого соотношения между указаниями принятой мощности и указаниями переданной мощности. Калибровка может генерировать улучшенное ожидаемое соотношение посредством изменения используемого по умолчанию или номинального ожидаемого соотношения или может непосредственно генерировать новое конкретное для данной пары ожидаемое соотношение. Калибровка, то есть определение (или адаптация) ожидаемого соотношения может выполняться таким образом, чтобы можно было предполагать с достаточно высокой уверенностью, что она отражает сценарий без паразитных потерь мощности. Это может, например, быть сделано посредством использования специального процесса калибровки, при котором у пользователя запрашивают убедиться, что поблизости нет никаких посторонних предметов. Альтернативно или дополнительно, это может быть достигнуто через выполнение калибровки в течение продолжительного временного интервала, в котором можно предполагать, что большую часть времени нет никаких паразитных потерь мощности. Это может, например, быть объединено с более сложными процедурами калибровки, которые, например, могут игнорировать значения, когда разности между вычисленной мощностью передачи и сообщенной мощностью приема превышают заданный уровень.
Таким образом, калибратор 211 может определять особые значения, которые затем используются для адаптации упомянутого соотношения или, что равнозначно, могут непосредственно определять ожидаемое соотношение. Например, в некоторых вариантах осуществления калибратор 211 может определять дополнительное значение, которое должно быть добавлено к используемому по умолчанию или номинальному ожидаемому соотношению. Такое дополнительное значение может, например, представлять собой потребление мощности, которое неучтено в номинальном ожидаемом соотношении.
В качестве другого примера калибратор может определять коэффициенты или другие параметры функциональной зависимости, которая представляет собой ожидаемое соотношение. Такие коэффициенты могут либо быть определены напрямую, либо к номинальным коэффициентам может быть применено модифицирующее значение. Например, может храниться номинальная функциональная зависимость, которая, как считается, представляет собой характерное ожидаемое соотношение между сообщенными указаниями принятой мощности и вычисленными указаниями переданной мощности. В течение процесса калибровки может быть выполнен ряд связанных измерений, и между ожидаемым соотношением и полученными наборами данных может быть выполнена аппроксимация кривой. Таким образом, номинальные параметры могут изменяться, пока не будет предоставлена такая функциональная зависимость, которая будет иметь достаточно близкую схожесть с измеренными значениями. Эти параметры могут затем использоваться для задания адаптированного ожидаемого соотношения.
Эквивалентно, калибратор 211 может предоставлять для использования конкретное ожидаемое соотношение. Например, может быть выполнен ряд измерений для предоставления отсчетных точек, связывающих указание принятой мощности с указанием переданной мощности для ряда различных значений указания принятой мощности/указания переданной мощности. На основе этих измерений может быть непосредственно сгенерирована поисковая таблица, так чтобы для заданного, скажем, указания принятой мощности в поисковой таблице хранилось соответствующее указание переданной мощности, полученное из измерений. В некоторых вариантах осуществления могут непосредственно использоваться измерительные точки, то есть полученные пары указания принятой мощности и указания переданной мощности могут непосредственно быть сохранены в поисковой таблице. Однако, как правило, будут применяться некоторое усреднение, фильтрация или сглаживание. Также следует понимать, что для указаний принятой мощности/указаний переданной мощности, которые непосредственно не соответствуют хранящимся значениям, может использоваться интерполяция.
Калибратор 211 в примере на Фиг. 2 выполнен с возможностью выполнения калибровки потерь мощности на основе сообщенных значений указаний принятой мощности, то есть, на основе измерений и данных, которые могут быть сгенерированы в течение нормального функционирования. В других вариантах осуществления калибратор 211 может альтернативно или дополнительно быть выполнен с возможностью выполнения выделенной калибровки, которая, например, основывается на измерениях, передаче сообщений или операций, которые не являются нормальными операциями процесса передачи мощности.
В примере на Фиг. 2 калибратор 211 принимает некоторое количество указаний принятой мощности от приемника 105 мощности. Он также определяет некоторое количество указаний переданной мощности для передатчика 101 мощности. Эти значения могут затем быть усреднены по временному окну для предоставления более достоверных оценок. Временные окна синхронизируются между передатчиком 101 мощности и приемником 105 мощности, так чтобы генерировались соответствующие значения. Результирующая пара усредненного указания принятой мощности и усредненного указания переданной мощности предоставляет точку данных для ожидаемого соотношения. Ожидаемое соотношение соответственно адаптируется так, чтобы оно предоставляло соотношение, которое предоставляет настолько близкую аппроксимацию к точке данных, насколько это может быть достигнуто.
Как правило, калибратор 211 генерирует множество точек данных, соответствующих различным уровням мощности. Таким образом, после генерирования точки данных, приемник 105 мощности может изменять нагрузку, и передатчик 101 мощности может соответственно изменять передаваемую мощность. Данное изменение уровня мощности может быть достигнуто с использованием передачи сообщений и действий управления, заданных для нормального процесса передачи мощности. Когда установлен новый уровень мощности, калибратор 211 переходит к повторению процесса измерений для генерирования новой точки данных с помощью измеренного указания переданной мощности и соответствующего указания принятой мощности.
Затем калибратор 211 может перейти к генерированию адаптированного или откалиброванного ожидаемого соотношения, например, посредством изменения параметров номинальной функции, связывающей указание принятой мощности с соответствующим указанием переданной мощности. В частности, могут использоваться алгоритмы аппроксимации кривой. В качестве другого примера точки данных могут быть сохранены в поисковой таблице со значениями для других уровней мощности, генерируемых посредством интерполяции.
Калибратор 211 может также ограничивать калибровку точками данных при более высоких уровнях мощности для генерирования ожидаемого соотношения. Так как можно ожидать, что отклонение между переданной и принятой мощностью будет самым большим на высоких уровнях мощности, то калибратор 211 может соответственно быть выполнен с возможностью установления точного соотношения для самых подходящих уровней мощности. Отклонение на низких уровнях мощности может уже быть достаточно малым, чтобы не требовать какой-либо особой (для пары) калибровки. Альтернативно калибратор 211 может экстраполировать соотношение более высоких уровней мощности с целью понижения уровней мощности, например, посредством пропорциональной адаптации функциональной зависимости, которая вычисляет переданную мощность из измеренных параметров.
Вслед за калибровкой ожидаемое соотношение соответственно близко отражает соотношение между указанием принятой мощности и указанием переданной мощности для данного конкретного передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности, то есть для конкретной пары данного передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности. Ожидаемое соотношение дополнительно отражает данное соотношение, когда нет никаких паразитных потерь мощности. Соответственно, может быть выполнена точная оценка паразитных потерь мощности, тем самым позволяя осуществлять безопасное функционирование на более высоких уровнях мощности.
Как упомянуто ранее, калибровка потерь мощности может быть выполнена из предположения того, что нет никаких паразитных потерь, относящихся к посторонним предметам. Для обеспечения этого калибратор 211 выполнен с возможностью запрашивания пользовательского ввода. Пользовательский ввод принимается в качестве подтверждения того, что установлен необходимый сценарий калибровки, и, в частности, что около передатчика 101 мощности нет никаких посторонних предметов. Калибратор 211 выполнен с возможностью перехода к выполнению калибровки потерь мощности только тогда, когда принят такой пользовательский ввод подтверждения. Таким образом, гарантируется, что никакая мощность не поглощается, в частности, металлическими предметами в течение фазы калибровки, и что соответственно разность между переданной мощностью и принятой мощностью возникает только из-за передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности и поэтому должна быть включена в калибровку.
В качестве более конкретного примера, перед запуском фазы калибровки, при которой выполняется калибровка потерь мощности, передатчик 101 мощности может оценить одно или более условий с целью гарантирования того, что значения принятой мощности подходят для калибровки. Например, могут быть применены следующие условия:
Условие 1:
Можно потребовать проинструктировать пользователя с целью исключения присутствия каких-либо посторонних (в частности металлических) предметов около поверхности области взаимодействия передатчика мощности. Инструкции могут, например, предоставляться через пользовательский интерфейс, такой как устройство отображения, передатчика 101 мощности. Инструкции могут также предоставляться в руководстве пользователя для передатчика 101 мощности. Передатчик мощности может, например, в таких примерах предоставлять указание, требующее от пользователя прочитать данные инструкции в руководстве.
Условие 2:
Ответ пользователя может потребоваться в ответ на указание от передатчика 101 мощности. Передатчик 101 мощности может указать пользователю, что должна быть выполнена калибровка, например, посредством переключения на визуальное указание или указываемого на устройстве отображения требования выполнить калибровку. В ответ можно потребовать, чтобы пользователь предоставил активный пользовательский ввод, например, через нажатие подходящей кнопки. Указание требования на выполнение калибровки может таким образом быть расцениваться в качестве запроса пользователю на гарантирование того, что около поверхности передатчика 101 мощности не помещено каких-либо посторонних/металлических предметов. Ввод подтверждения, предоставленный пользователем, может быть расценен в качестве подтверждения от пользователя, что около поверхности передатчика мощности отсутствуют какие-либо посторонние/металлические предметы.
Условие 3:
Можно требовать, чтобы пользователь установил передатчик 101 мощности в режим калибровки. В некоторых вариантах осуществления пользовательский интерфейс передатчика 101 мощности может предоставлять средство для ввода передатчика мощности в режим калибровки (или вывода передатчика 101 мощности из такого режима). Если пользователь устанавливает передатчик 101 мощности в режим калибровки, то предполагается, что пользователь выполнил необходимые процедуры техники безопасности и не поместил каких-либо посторонних/металлических предметов около поверхности передатчика мощности.
В некоторых вариантах осуществления приемник 105 мощности может также быть выполнен с возможностью входа в режим калибровки потерь мощности, например, с целью позволения выполнения калибровки для различных нагрузок приемника мощности. В таких случаях передатчик 101 мощности может ожидать подтверждения того, что приемник 105 мощности находится в режиме калибровки прежде, чем запустить калибровку потерь мощности. Подтверждение может, например, быть предоставлено через пользовательский ввод или может, например, быть предоставлено приемником 105 мощности передающим сообщение посредством осуществляемой над сигналом мощности модуляции нагрузки, при этом сообщение указывает, что приемник 105 мощности вошел в режим калибровки.
В некоторых вариантах осуществления новый приемник 105 мощности может быть помещен близко к передатчику 101 мощности для начала передачи мощности. Если запрашиваемая приемником 105 мощности мощность достаточно низка, то есть, ниже чем пороговой величины, используемой ограничителем 205, то передатчик 101 мощности может перейти к непосредственному предоставлению мощности в приемник 105 мощности без требования какой-либо калибровки. Однако, так как никакой калибровки не было выполнено, ограничитель 205 ограничивает ток катушки в катушку 103 передатчика, и уровни мощности, выше уровня, соответствующего данному максимальному току, не поддерживаются передатчиком 101 мощности. Однако, если приемник 105 мощности запрашивает такую более высокую мощность, то передатчик 101 мощности переходит к запуску фазы калибровки, в которой выполняется калибровка потерь мощности. Данная фаза может быть запущена посредством запрашивания пользовательского ввода, подтверждающего то, что какие-либо посторонние предметы отсутствуют и что калибровка должна продолжаться. Когда подтверждение принято, калибратор 211 переходит к выполнению калибровки и генерирует некоторое количество точек данных соответствующих указаний мощности приема и указаний переданной мощности для данной конкретной пары передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности. Затем он переходит к адаптации ожидаемого соотношения для приведения в соответствие эти точки данных. Вслед за калибровкой передатчик 101 мощности переходит к поддержанию более высокого уровня мощности с одновременным непрерывным наблюдением за возникновением недопустимых паразитных потерь мощности. Если такие потери мощности обнаружены, то фаза передачи мощности прекращается.
Таким образом, данный подход может предоставлять безопасное и удобное для пользователя функционирование со снижением калибровок только до случаев, когда их необходимо выполнять для поддержания более высоких уровней мощности.
Во многих вариантах осуществления передатчик 101 мощности может дополнительно уменьшать количество выполняемых калибровок и может действительно ограничивать калибровки только случаями их выполнения, если необходима большая мощность и приемник 105 мощности ранее не использовался с передатчиком 101 мощности.
Пример такого передатчика 101 мощности изображен на Фиг. 3. Передатчик 101 мощности соответствует передатчику мощности на Фиг. 2 за исключением того, что он дополнительно включает в себя запоминающее устройство 501 для калибровки, соединенное с контроллером 203 калибратора.
В примере на Фиг. 3 контроллер 203 калибратора выполнен с возможностью сохранения данных калибровки в запоминающем устройстве 501 для калибровки после того, как была выполнена калибровка. Таким образом, как только калибровка потерь мощности была выполнена калибратором 211, результирующие значения калибровки подаются в контроллер 203 калибратора, который сохраняет их в запоминающем устройстве 501 для калибровки. Кроме того, сохраняется идентификатор приемника 105 мощности, для которого была выполнена калибровка.
Идентификатор приемника 105 мощности определяется в ответ на сообщение, которое передано от приемника 105 мощности посредством модуляции нагрузки. Системы передачи мощности, такие как Qi, содержат средства сообщения приемником 105 мощности идентификатора (например, уникального идентификационного номера) передатчику 101 мощности. В частности в Qi идентификатор приемника 105 мощности предоставляется в передатчик 101 мощности в качестве части фазы Идентификации и Конфигурации. Таким образом, контроллер 203 калибратора может извлекать данный идентификатор и сохранять его совместно с компенсационными значениями, которые определены в течение калибровки.
Следует понимать, что сохраненные значения калибровки могут, например, быть значениями смещения, коэффициентами или другими параметры функциональной зависимости, описывающей ожидаемое соотношение. Эквивалентно, компенсационные значения могут непосредственно быть адаптированным ожидаемым соотношением. Например, контроллер 203 калибратора может непосредственно сохранять соответствующие значения для указаний принятой мощности и указаний переданной мощности. В частности, контроллер 203 калибратора может сохранять компенсационные значения, которые задают поисковую таблицу.
В варианте осуществления на Фиг. 3, когда обнаружен новый приемник 105 мощности, то контроллер 203 калибратора переходит к определению того, была ли выполнена калибровка потерь мощности для данной пары передатчика мощности и приемника мощности на основе идентификатора приемника 105 мощности и идентификаторов, которые сохранены в запоминающем устройстве 501 для калибровки.
В частности, если присутствует совпадение между идентификатором, предоставленным приемником 105 мощности в течение фазы Идентификации и Конфигурации, и одним из идентификаторов, сохраненных в запоминающем устройстве 501 для калибровки, значит конкретная пара передатчика мощности и приемника мощности была ранее откалибрована. Соответственно, контроллер 203 калибратора может извлечь компенсационные значения и использовать эти данные для предоставления адаптированного ожидаемого соотношения, которое в частности адаптировано для данной пары передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности.
В результате предоставляется более точное ожидаемое соотношение без какой-либо потребности в выполнении (новой) калибровки потерь мощности. Затем передача мощности продолжается нормальным образом с ограничителем 205, задействующим уровни мощности, которые выше уровней, соответствующих ограничивающей ток катушки пороговой величине.
Если в запоминающем устройстве 501 для калибровки не найдено никакого совпадения, то контроллер 203 калибратора полагает, что никакой калибровки потерь мощности выполнено не было. Соответственно, он переходит к передаче мощности, одновременно ограничивая максимальный ток катушки, чтобы он был ниже ограничивающей пороговой величины.
Если приемник 105 мощности требует более высокую мощность в отличие от той, которая может быть предоставлена передатчиком 101 мощности согласно данному ограничению, то контроллер 203 калибратора переходит к запуску калибровки потерь мощности, как это было описано ранее. Результат такой калибровки затем используется для генерирования более точного ожидаемого соотношения, которое может использоваться при более высоких уровнях мощности. Кроме того, результаты калибровки хранятся в запоминающем устройстве 501 для калибровки совместно с идентификатором приемника 105 мощности. В следующий раз, когда приемник 105 мощности будет использоваться с передатчиком 101 мощности, то может напрямую поддерживаться более высокий уровень мощности без необходимости выполнения какой-либо новой калибровки.
Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления могут быть наложены критерии для того, чтобы считать хранящиеся компенсационные значения подходящими. В частности, можно потребовать, чтобы время с последней калибровки было меньше заданной пороговой величины. Таким образом, когда сохраняются результаты калибровки, контроллер 203 калибратора может также сохранить отметку времени или время истечения срока. Если хранимые компенсационные данные не подходят приемнику 105 мощности, то может потребоваться выполнение новой калибровки потерь мощности.
В некоторых вариантах осуществления калибратор 211 может быть выполнен с возможностью выполнения калибровки во множестве подфаз или подрежимов, при которых результаты предыдущей фазы(фаз)/режима(ов) используются в текущей фазе/режиме.
В частности, калибратор 211 может сначала выполнить калибровку потерь мощности, при которой компенсационные значения выполняются для первого набора или интервала уровней мощности. Например, калибровка может быть выполнена при поддержании уровня мощности ниже, например, 5 Вт. На данном низком уровне мощности используемое по умолчанию или номинальное ожидаемое соотношение может использоваться для обнаружения того, наблюдаются ли недопустимые неучтенные потери мощности. В частности даже относительно неточное ожидаемое соотношение может позволить системе обнаружить, превысили ли потери мощности в постороннем предмете, скажем, 250 мВт. На основе этого первого процесса калибровки калибратор 211 может перейти к адаптации ожидаемого соотношения для предоставления более точного указания соотношения между указаниями переданной мощности и указаниями принятой мощности.
Калибратор может затем перейти к выполнению второго процесса калибровки потерь мощности для второго набора или интервала уровней мощности, причем второй набор/интервал включает в себя уровни мощности, которые выше уровней для первого процесса калибровки. Например, калибровка может быть выполнена для уровней мощности, скажем, до 20 Вт. В течение данного второго процесса калибровки датчик 209 продолжает наблюдать за паразитными потерями мощности, которые неприемлемо высоки. Однако, он делает это с использованием ожидаемого соотношения, которое является результатом первого процесса калибровки. Соответственно, несмотря на то, что адаптация была основана на точках данных для уровней мощности ниже 5 Вт, она очень вероятно предоставляет более точную оценку соотношения между указаниями переданной мощности и указаниями принятой мощности также и для более высоких уровней мощности. Соответственно на более высоких уровнях мощности, таких как вплоть до 20 Вт, может быть выполнено достоверное обнаружение, например, посторонних предметов. Соответственно, может быть увеличен уровень мощности и могут быть определены компенсационные значения для более высоких уровней мощности. Ожидаемое соотношение может соответственно быть дополнительно уточнено с целью предоставления более точной оценки при более высоких уровнях мощности.
Калибратор может, например, перейти к выполнению третьего процесса калибровки, например, для уровней мощности до 50 Вт. Данный третий процесс калибровки может использовать ожидаемое соотношение, являющееся результатом второй калибровки.
В качестве конкретного примера функционирования передатчика мощности 101 с Фиг. 3, калибратор 203 может сначала проверить, была ли прежде откалибрована пара приемника мощности и передатчика мощности. Если нет, то передатчик 101 мощности входит в первый подрежим калибровки, в котором уровень выходной мощности ограничен. Если калибровка была выполнена прежде, то передатчик 101 мощности вместо этого входит во второй подрежим калибровки, в котором могут применяться более высокие уровни мощности. В других вариантах осуществления, в таких случаях можно полностью пропустить калибровку.
В первом подрежиме калибровки передатчик 101 мощности ограничивает уровень передачи мощности до консервативного максимального уровня, который позволяет осуществлять обнаружение посторонних предметов с использованием номинального ожидаемого соотношения, то есть он считается безопасным даже при том, что у передатчика 101 мощности нет какой-либо информации о калибровке для данного конкретного приемника мощности 103.
Ожидается, что точность сообщенной принятой мощности будет находиться внутри предварительно заданного поля допуска относительно активной принятой мощности.
Затем передатчик 101 мощности переходит к стандартной процедуре для входа в режим передачи мощности. Во время предоставления мощности приемнику мощности 103 передатчик 101 мощности измеряет необходимые параметры для определения переданной мощности и в то же время он собирает сообщенные значения принятой мощности. Передатчик 101 мощности также проверяет, чтобы разность между переданной и принятой мощностью не превышала безопасную пороговую величину, то есть датчик обнаруживает, чтобы отклонение от ожидаемого соотношения не превышало заданную пороговую величину.
После сбора достаточных значений принятой мощности передатчик 101 мощности переходит к генерированию откалиброванного ожидаемого соотношения. В частности, ожидаемое соотношение может быть соотношением, которое позволяет вычислять ожидаемое указание принятой мощности из различных параметров передатчика, относящихся к переданной мощности от передатчика 101 мощности.
В частности, передатчик 101 мощности может определить функциональную зависимость, которая позволяет вычислять принятую мощность в зависимости от измеренных параметров передатчика 101 мощности. Данная функциональная зависимость может расцениваться в качестве ожидаемой сообщенной принятой мощности или в качестве откалиброванной переданной мощности для данного конкретного приемника 101 мощности. Альтернативно, передатчик мощности может определять некоторую функциональную зависимость, которая позволяет определять разность между переданной и принятой мощностью в зависимости от измеренных параметров.
Измеренные параметры передатчика мощности могут, например, включать в себя:
ток катушки
напряжение катушки
частота сигнала мощности
ток инвертора
постоянное напряжение.
Когда первый подрежим калибровки завершен, калибратор 211 может перейти ко второму подрежиму калибровки.
Во втором подрежиме калибровки передатчик 101 мощности не ограничивает максимальный уровень передачи мощности или ток катушки, а задействует некоторый уровень мощности до максимального уровня мощности, указываемого приемником 101 мощности. Передатчик 101 мощности может использовать значения принятой мощности для более высоких уровней мощности с целью расширения калибровки до более высоких уровней мощности.
В некоторых вариантах осуществления передатчик 101 мощности может быть выполнен с возможностью адаптации ожидаемого соотношения в течение фазы передачи мощности.
Адаптация в фазе передачи мощности может основываться на сравнении указаний переданной мощности и указаний принятой мощности, которые определены и приняты в течение нормальной фазы передачи мощности. В частности, может использоваться тот же подход, который описан для калибровки потерь мощности калибратором 211.
Однако скорость адаптации в течение нормальной фазы передачи мощности является, как правило, существенно ниже, чем в течение калибровки. Таким образом, в частности, постоянная времени для адаптации компенсационного значения в течение фазы передачи мощности может быть больше постоянной времени для определения компенсационного значения в течение фазы калибровки. Как правило, разность в постоянной скорости/времени адаптации составляет по меньшей мере 2, 5 или даже 10 раз.
Более медленная скорость адаптации в течение фазы передачи мощности отражает то, что адаптация может, как правило, выполняться на протяжении намного более долгой продолжительности, с использованием больше измерительных точек, что ожидаемое соотношение уже довольно точное, и что сценарий измерения не такой четкий, как в течение фазы калибровки (например, никакого конкретного вовлечения пользователя не задействуется для гарантирования того, что нет никаких посторонних предметов). Таким образом, адаптация в течение фазы передачи мощности часто используется для подстройки или уточнения ожидаемого соотношения.
Таким образом, в течение фазы передачи мощности передатчик 101 мощности может повысить точность ожидаемого соотношения, используя тот же подход, что и в течение калибровки потерь мощности. Кроме того, поскольку можно ожидать, что передатчик 101 мощности собирает намного больше сообщенных значений принятой мощности в данном режиме, чем в режиме калибровки (вследствие увеличенного времени, которое передатчик 101 мощности находится в данной фазе), и так как передатчик мощности не может настолько доверять сообщенным значениям принятой мощности насколько при фазе калибровки, то передатчик 101 мощности адаптирует ожидаемое соотношение более консервативно в отличие от режима калибровки. Например, передатчик 101 мощности адаптирует ожидаемое соотношение только при критических изменениях и только после приемных данных в течение более длинного промежутка времени.
Кроме того, с целью предотвращения того, что ожидаемое соотношение будет адаптировано для отражения, например, присутствия посторонних предметов, ожидаемое соотношение не адаптируется, когда обнаружено, что отклонение между фактическим соотношением между указанием переданной мощности и указанием принятой мощности и ожидаемым соотношением между ними превышает пороговую величину.
В частности, если точка данных оказывается за некоторыми пределами, то передатчик 101 мощности игнорирует данную точку данных при адаптации ожидаемого соотношения. Кроме того, если разность между фактическим и ожидаемыми соотношениями будет выше заданной пороговой величины, то передатчик 101 мощности прекратит передачу мощности. Другими словами, датчик 209 функционирует так, как описано ранее.
В некоторых вариантах осуществления передатчик 101 мощности, может не переходить непосредственно к прекращению фазы передачи мощности, а может перейти к вхождению в режим превышенных потерь мощности. В данном режиме передатчик 101 мощности не адаптирует ожидаемое соотношение. Однако он может уменьшить уровень мощности передачи мощности, поскольку предполагается, что посторонний предмет может поглощать мощность из магнитного поля.
Передатчик 101 мощности может вовлекать пользователя, например, посредством предоставления пользователю оповещения для указания предупреждения. Он может, например, запросить подтверждение того, что вблизи поверхности области взаимодействия передатчика 101 мощности отсутствуют какие-либо посторонние предметы, и использовать такое подтверждение для возвращения в нормальный режим.
Передатчик 101 мощности может также вернуться в нормальный режим, если дополнительные значения принятой мощности приводят к потерям мощности, которые больше не превышают пороговую величину.
Если потери мощности продолжают превышать пороговую величину, то передатчик 101 мощности переходит из режима превышения потерь мощности в режим ошибки и прекращает передачу мощности.
Передатчик 101 мощности на Фиг. 3 может в частности адаптировать ожидаемое соотношение, что позволит осуществлять оценку переданной мощности из значений принятой мощности, предоставленных приемником 105 мощности.
После сбора достаточных данных/значений принятой мощности передатчик 101 мощности может сохранить эти параметры, которые необходимы для вычисления переданной мощности для данного конкретного приемника 103 мощности. Данные параметры хранятся в некотором местоположении в запоминающем устройстве 501 для калибровки, к которому можно осуществлять доступ с использованием идентификатора приемника 105 мощности.
Данный подход может быть применен в режиме калибровки, однако, также и в нормальном режиме передачи мощности. Отличие между этими двумя режимами можно сделать посредством применения относительно большой коэффициента адаптации и использования ограниченного количества значений принятой мощности в режиме калибровки, тем самым уменьшающем время калибровки. Относительно малый коэффициент адаптации и большое количество значений принятой мощности могут использоваться в нормальном режиме передачи мощности при адаптации параметров для вычисления переданной мощности.
Следующий процесс адаптации может, например, быть выполнен для каждого значения принятой мощности.
Передатчик 101 мощности может сначала измерить ток катушки и входную мощность передающей катушки 103 и соответственно оценить потери мощности в передающей катушке 103 согласно используемой по умолчанию функциональной зависимости.
Данная функциональная зависимость потерь мощности может, например, быть следующей.
loss
coil
2
P=R*I,
coil
где I представляет собой ток катушки в передающей катушке 103,
loss
P представляет собой оцененные потери мощности в передатчике 101 мощности,
coil
R представляет собой эквивалентное сопротивление для вычисления потерь мощности в качестве функции от I,
R может зависеть от частоты тока катушки передатчика, например, согласно такой функциональной зависимости как:
b
f
R=R+R*f,
b
где R является частотно-независимой частью эквивалентного сопротивления,
f
R является частотно-зависимой частью эквивалентного сопротивления и
f является частотой.
Затем дискретные отсчеты этих (трех) параметров сохраняются в запоминающем устройстве, например, каждую миллисекунду.
При приеме сообщения о принятой мощности от приемника 105 мощности, передатчик 101 мощности может перейти к:
coilavg
усреднению дискретных отсчетов первичной катушки для генерирования I
inavg
усреднению дискретных отсчетов входной мощности в первичной катушке для генерирования P
lossavg
усреднению дискретных отсчетов потерь мощности в передающей катушке для генерирования P
Усреднение применяется на протяжении временного окна, которое указано приемником 105 мощности для использования, когда приемник 105 мощности определил сообщенную принятую мощность.
Предполагается, что передатчик мощности не изменяет частоту в данном временном окне.
Diff
PT
PR
Разность (P) между вычисленной усредненной переданной мощностью (P) и сообщенной принятой мощностью (P) затем определяется как:
Diff
PT
PR
P=P-P,
PT
inavg
lossavg
где P определяется как P-P,
inavg
где P является средней входной мощностью на первичной катушке,
lossavg
P является средними потерями мощности в катушке передатчика,
lossavg
coilavg
2
P определяется как R*I,
coilavg
где I является средним током катушки передатчика.
Diff
PT
PR
PT
PR
Значение P соответственно представляет собой разность между мощностью передачи и принятой мощностью, предоставленной от приемника 105 мощности. Она также представляет собой отклонение фактического соотношения между переданной мощностью и принятой мощностью от ожидаемого соотношения, так как в данном случае ожидаемое соотношение, которое представляет собой P - P, должно быть нулевым, то P, вычисляемая, как указано выше, должна быть равной сообщенной принятой мощности P.
Diff
Diff
Значение P может таким образом непосредственно использоваться в качестве указания паразитных потерь мощности, которые неучтены в ожидаемом соотношении. Таким образом, P может непосредственно использоваться датчиком 209 для оценки того, присутствует ли посторонний предмет.
Кроме того, передатчик 101 мощности может перейти к адаптации ожидаемого соотношения. В частности, ожидаемое соотношение представлено (среди других) параметром частотно-независимой части эквивалентного сопротивления.
bnew
Передатчик мощности может адаптировать данный параметр и вычислить новую частотно-независимую часть эквивалентного сопротивления (R) так, что после пересчета переданной мощности согласно вышеупомянутому объяснению, разность между сдвигами переданной и принятой мощности стремится к значению, которое близко к нулю.
DiffMin
DiffMax
Во многих случаях желательно иметь систематическую ошибку для данного отклонения, и тогда разность между сдвигами переданной и принятой мощности может быть сдвинута к значению, которое находится посредине между двумя значениями: P и P.
Эти пределы, например, следующие:
DiffMin
P=-300 мВт,
DiffMax
P=50 мВт.
bnew
Diff
Передатчик мощности соответственно адаптирует параметр R, чтобы прийти в результате к вычислению, ближе к P=-125 мВт.
bnew
Например, передатчик мощности может извлечь новую частотно-независимую часть эквивалентного сопротивления (R) следующим образом.
PTnew
PTold
PR
PTold
P=P+adapt-factor*(P-125 мВт-P),
PTnew
где P является новой оцененной переданной мощностью,
PTold
P является старой оцененной переданной мощностью и
adapt-factor является скалярным значением, которое управляет скоростью адаптации.
Кроме того,
PTnew
inavg
lossnew
P=P-P,
lossnew
new
coilavg
2
где P=R*I,
new
bnew
f
при R=R+R.
bnew
Это приводит к адаптации параметра R согласно следующему уравнению:
bnew
inavg
PTold
PR
PTold
coilavg
f
2
R=(P-(P+adaptfactor*(P-125мВт-P)))/I-R.
Предыдущее описание сосредоточено на варианте реализации функций в передатчике 101 мощности. Однако следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления, обнаружение паразитного потребления мощности может выполняться в приемнике 105 мощности. Например, приемник 105 мощности может содержать запоминающее устройство, в котором сохранены значения калибровки для различных передатчиков мощности. Если обнаружено, что выполняется конфигурация передачи мощности с передатчиком 101 мощности, для которого приемник 105 мощности имеет данные калибровки, то он может перейти к запрашиванию уровня мощности, который может быть относительно высоким. Однако если в запоминающем устройстве не содержится каких-либо данных калибровки, то приемник 105 мощности переходит к ограничению запросов мощности для уровней мощности, которые позволяют осуществлять безопасное функционирование по отношению, например, к возможным посторонним предметам.
Например, приемник 105 мощности может подавать питание в две различные нагрузки или может быть выполнен с возможность функционирования в двух различных режимах. Например, он может функционировать в режиме медленной зарядки, тем самым ограничивая ток заряда в батарею, например, в 1 A, или он может функционировать в режиме быстрой зарядки, тем самым задействуя ток заряда в батарею, например, в 2 A или более. В качестве другого примера, он может быть выполнен с возможностью функционирования в режиме заряда, при котором он заряжает батарею для устройства, или в режиме полного функционирования, при котором он предоставляет устройству достаточно мощности для функционирования без потребления тока от батареи. Если приемник 105 мощности обнаруживает, что передатчик 101 мощности соответствует калибровочной паре, сохраненной в запоминающем устройстве, то он может перейти к запрашиванию достаточной мощности для обеих нагрузок или к поддержанию обоих режимов функционирования. Однако если нет никаких данных калибровки для передатчика 101 мощности, то он может перейти к запрашиванию только достаточной мощности для одной нагрузки или для требующего меньше мощности режима. Например, он может позволить осуществлять только медленную зарядку батареи без быстрой зарядки или без полного функционирования устройства.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления обнаружение того, совпадает ли текущее соотношение между указаниями мощности передачи и указаниями мощности приема с ожидаемым соотношением, может быть выполнено в приемнике 105 мощности. В частности, передатчик 101 мощности может сообщать текущую вычисленную мощность передачи приемнику 105 мощности, который может на основе некоторого определенного указания мощности приема и данных калибровки перейти к определению, соответствует ли текущая вычисленная мощность передачи ожидаемой мощности передачи. Следует понимать, что большинство принципов действия и подходов предыдущего описания могут эквивалентно использоваться в приемнике 105 мощности.
Следует понимать, что в вышеупомянутом описании для ясности описаны варианты осуществления изобретения со ссылкой на различные функциональные схемы, блоки и процессоры. Однако очевидно, что, не выходя за объем настоящего изобретения, может использоваться любое подходящее распределение функциональности между различными функциональными схемами, блоками или процессорами. Например, функциональность, изображенная выполняемой отдельными процессорами или контроллерами, может быть выполнена одним и тем же процессором или контроллерами. Следовательно, ссылки на конкретные функциональные блоки или схемы должны рассматриваться только в качестве ссылки на подходящее средство для обеспечения описанной функциональности, а не указания строгой логической или физической структуры или организации.
Изобретение может быть реализовано в любом подходящем виде, включая аппаратное обеспечение, программное обеспечение, встроенное микропрограммное обеспечение или любое их сочетание. Изобретение может в качестве дополнительной возможности быть реализовано по меньшей мере частично в качестве программного обеспечения, запущенного на одном или более процессорах данных и/или цифровых сигнальных процессорах. Элементы и компоненты варианта осуществления настоящего изобретения могут быть физически, функционально и логически реализованы любым подходящим образом. Действительно функциональность может быть реализована в одном блоке, во множестве блоков или в качестве части других функциональных блоков. Также, изобретение может быть реализовано в одном блоке или может быть физически и функционально распределено между различными блоками, схемами и процессорами.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано совместно с некоторыми вариантами осуществления, оно не должно быть ограничено конкретной формой, изложенной в данном документе. Точнее, объем настоящего изобретения ограничен только сопроводительной формулой изобретения. Дополнительно, несмотря на то, что может оказаться, что какой-либо признак описывается совместно с конкретными вариантами осуществления, специалисту в уровне техники должно быть понятно, что различные признаки описанных вариантов осуществления могут быть объединены в соответствии с настоящим изобретением. В формуле изобретения термин «содержит» не исключает наличия других элементов или этапов.
Кроме того, несмотря на перечисление в единственном числе, множество средств, элементов или этапов способа могут быть реализованы, например, посредством одной схемы, блока или процессора. Дополнительно, несмотря на то, что отдельные признаки могут содержаться в различных пунктах формулы изобретения, они потенциально могут быть преимущественно объединены, и включение их в различные пункты формулы изобретения не означает, что объединение признаков невыполнимо и/или не преимущественно. Также включение признака в одну категорию пунктов формулы изобретения не означает ограничение до данной категории, а скорее указывает, что признак в равной степени применим к другим категориям пунктов формулы изобретения соответствующим образом. Кроме того, порядок признаков в пунктах формулы изобретения не означает конкретный порядок, в котором должны работать признаки, и в частности порядок отдельных этапов в пункте способа не означает, что этапы должны выполняться в данном порядке. Скорее, этапы могут быть выполнены в любом подходящем порядке. Кроме того, упоминания в единственном числе не исключают множества. Таким образом, упоминания признаков в единственном числе, «один», «первый», «второй» и т.д. не исключают множества. Ссылочные позиции в пунктах формулы изобретения предоставляются всего лишь в качестве разъясняющего примера и не должны расцениваться, как ограничивающие объем формулы изобретения каким-либо образом.