ПЕРЕДАТЧИК ЭНЕРГИИ И ПРИЕМНИК ЭНЕРГИИ ДЛЯ ИНДУКТИВНОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ
POWER TRANSMITTER AND ENERGY RECEIVER FOR INDUCTIVE ENERGY TRANSFER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к передатчику энергии для индуктивной передачи энергии приемнику энергии через передающую катушку и к приемнику энергии для индуктивного приема энергии от передатчика энергии через приемную катушку.
Изобретение дополнительно относится к способу связи в индуктивной системе передачи энергии, причем упомянутая система содержит приемник энергии и передатчик энергии, и приемник энергии содержит приемную катушку, а передатчик энергии содержит передающую катушку.
Изобретение относится к области технологии передачи энергии с использованием индуктивной беспроводной системы передачи энергии. Такие системы могут иметь один или более передатчиков энергии, передающих энергию индуктивно через одну или более передающих катушек одному или более приемникам энергии, которые питаются энергией, принятой через приемную катушку. Передающая(ие) катушка(и) и приемная катушка находятся в непосредственной близости друг от друга.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для заряда аккумуляторов устройств с аккумуляторным электропитанием, таких как сотовые телефоны, КПК, устройства дистанционного управления, ноутбуки и т.д., или непосредственно потребляющих электроэнергию устройств, таких как лампы или кухонная бытовая техника, может быть применена индуктивная система передачи энергии, позволяющая осуществлять беспроводную передачу энергии. Индуктивные системы передачи энергии для передачи энергии или заряда мобильных устройств являются общеизвестными. Такая система содержит устройство передачи энергии, здесь и далее называемое передатчиком энергии, содержащее передающую катушку, которая может запитываться, формируя, таким образом, переменное магнитное поле. Индуктивная система передачи энергии дополнительно содержит устройство приема энергии, здесь и далее называемое приемником энергии, который может подключаться к устройству, которое должно заряжаться или обеспечиваться энергией, или к его части. Для приема энергии устройство приема энергии снабжается приемной катушкой, в которой переменное магнитное поле, обеспечиваемое передающими катушками, на которые подана энергия, наводит ток. Этот ток может питать нагрузку или, например, заряжать аккумулятор, приводить в действие дисплей или зажигать лампу.
Документ США № 2009/0108805 описывает индуктивную систему заряда аккумулятора, предназначенную для заряда электронных устройств. Система содержит плоскую энергетическую поверхность, на которую помещается устройство, предназначенное для заряда. В пределах энергетической поверхности существует по меньшей мере одна передающая катушка и, как вариант, матрица передающих катушек, индуктивно энергетически связанных с приемной катушкой, сформированной в устройстве, которое должно заряжаться. Областью применения такой матрицы может быть обычная энергетическая поверхность для питания беспроводных устройств, например для заряда аккумуляторов, интегрированная в мебель, или выполненная в виде покрытия пола или обшивки стен. Документ описывает связь приемника энергии с передатчиком энергии и наоборот. Передача данных от вторичной стороны (от приемника энергии) к первичной стороне (к передатчику энергии) может быть достигнута, модулируя параметр (такой как, например, состояние нагрузки) на вторичной стороне. Передача данных от первичной стороны к вторичной стороне может быть достигнута, модулируя возбуждение первичной обмотки, то есть, передающей катушки. Передача данных может содержать подтверждение связи и проверку совместимости между первичной стороной и нагрузкой, которая будет заряжаться, и/или определение состояния заряда аккумулятора.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Известная система индуктивной беспроводной передачи энергии обладает тем недостатком, что передача данных требует конкретного расположения приемника энергии, позволяющего приемнику энергии осуществлять связь и, в частности, принимать данные от передатчика энергии.
Задача изобретения состоит в обеспечении системы, позволяющей использование в системе менее сложного приемника энергии.
С этой целью, согласно первому варианту изобретения, передатчик энергии, как описано во вводной части, содержит:
первый блок для получения первых данных и вторых данных от приемника энергии, причем упомянутые первые данные указывают требование к модуляции, а упомянутые вторые данные указывают сообщение запроса;
второй блок для передачи ответного сообщения приемнику энергии через передающую катушку, причем ответное сообщение предназначено для ответа на упомянутое сообщение запроса; причем упомянутый второй блок содержит:
модулятор для модуляции энергетического сигнала в соответствии с упомянутым требованием к модуляции, чтобы передать ответное сообщение.
С этой целью, в соответствии с дополнительным вариантом изобретения, приемник энергии, как описано во вводной части, содержит:
первый блок для передачи первых данных и вторых данных передатчику энергии, причем первые данные указывают требование к модуляции, а вторые данные указывают сообщение запроса;
второй блок для приема ответного сообщения от передатчика энергии через приемную катушку, причем ответное сообщение предназначено для ответа на сообщение запроса; и упомянутый второй блок содержит:
демодулятор для демодуляции энергетического сигнала, принятого приемной катушкой, в соответствии с требованием к модуляции для приема ответного сообщения.
С этой целью, в соответствии с дополнительным вариантом изобретения, способ, как описано во вводной части, содержит этапы, на которых:
принимают посредством упомянутого передатчика энергии первые данные и вторые данные от приемника энергии, причем упомянутые первые данные указывают требование к модуляции, а упомянутые вторые данные указывают сообщение запроса;
передают ответное сообщение приемнику энергии через передающую катушку, модулируя энергетический сигнал в соответствии с требованием к модуляции, причем ответное сообщение предназначено для ответа на сообщение запроса.
С этой целью, в соответствии с дополнительным вариантом изобретения, способ, как описано во вводной части, содержит этапы, на которых:
передают посредством приемника энергии первые данные и вторые данные передатчику энергии, причем первые данные указывают требование к модуляции, а вторые данные указывают сообщение запроса;
принимают ответное сообщение от передатчика посредством приемной катушки, демодулируя энергетический сигнал, принятый приемной катушкой, в соответствии с требованием к модуляции, причем ответное сообщение предназначено для ответа на сообщение запроса.
Эффект этих действий состоит в том, что первые данные указывают требование к модуляции, которая должна использоваться передатчиком энергии при ответе приемнику энергии. Дополнительно, вторые данные указывают сообщение запроса, на который должен отвечать передатчик энергии. В передатчике энергии второй блок предназначен для обеспечения ответного сообщения, модулированного на энергетическом сигнале в соответствии с упомянутым требованием к модуляции. Дополнительно, упомянутое ответное сообщение предназначено для ответа на упомянутое сообщение запроса. Предпочтительно, модуляция энергетического сигнала регулируется в соответствии с требованиями, определяемыми приемником энергии в первых данных, которые позволяют приемнику энергии указать его возможности по обнаружению упомянутой модуляции. Следовательно, в системе различные типы приемников энергии могут указывать различные требования к модуляции. Приемник энергии может также указывать различные требования к модуляции, например, в зависимости от его фактических условий эксплуатации. Дополнительно, указывая сообщение запроса посредством вторых данных, приемнику энергии дается разрешение запросить конкретный ответ от передатчика энергии.
Изобретение также основано на признании следующего. В индуктивных системах передачи энергии, соответствующих предшествующему уровню техники, были предложены различные типы связи. Однако тип модуляции в конкретной системе будет определяться во время проектирования системы. Изобретатели выяснили, что хотя конкретный режим связи может быть достаточным для некоторых приемников энергии и передатчиков энергии, позже или при различных обстоятельствах могут возникать другие требования, из-за которых может быть предпочтительной более сложная связь или пониженный тип связи. Кроме того, для менее востребованных применений затраты приемника энергии могут быть оптимизированы, устанавливая конкретный тип модуляции, который легко обнаруживается доступными ресурсами приемника энергии. Следовательно, отправка данных о требованиях к модуляции и типах ответа с помощью первых и вторых данных, переданных от приемника энергии передатчику энергии, позволяет установить режим связи, который должен использоваться передатчиком энергии для передачи ответа.
В варианте осуществления передатчика энергии упомянутое требование к модуляции является показателем способности приемника энергии к демодуляции. В варианте осуществления приемника энергии упомянутое требование к модуляции является показателем способности приемника энергии к демодуляции. Это имеет то преимущество, что обмен данными о требованиях к модуляции через первые данные, переданные от приемника энергии к передатчику энергии, позволяет установить связь в соответствии с возможностями приемника энергии.
В варианте осуществления передатчика энергии упомянутые вторые данные дополнительно указывают по меньшей мере одно из следующего:
формат упомянутого ответного сообщения,
требование по времени для передачи упомянутого ответного сообщения,
или передатчик энергии выполняется с возможностью передачи упомянутого ответного сообщения в соответствии по меньшей мере с требованием к формату или требованием по времени.
В варианте осуществления приемника энергии упомянутые вторые данные дополнительно указывают по меньшей мере одно из следующего:
формат упомянутого ответного сообщения,
требование по времени для передачи упомянутого ответного сообщения; и
передатчик энергии выполняется с возможностью передачи упомянутого ответного сообщения в соответствии с требованием по времени и/или форматом.
Формат ответного сообщения и требование по времени определяются посредством вторых данных. Это имеет то преимущество, что различные параметры ответа устанавливаются в соответствии с возможностями приемника энергии.
В варианте осуществления передатчика энергии требование к модуляции соответствует по меньшей мере одному из следующего:
типу модуляции энергетического сигнала,
диапазону модуляции для определенного типа модуляции.
Тип модуляции энергетического сигнала выбирается из следующего:
амплитудной модуляции;
частотной модуляции;
фазовой модуляции.
Диапазон модуляции выбирается из следующего:
глубины модуляции для амплитудной модуляции энергетического сигнала,
сдвига частоты для частотной модуляции энергетического сигнала,
сдвига фазы для фазовой модуляции энергетического сигнала.
В варианте осуществления приемника энергии требование к модуляции соответствует по меньшей мере одному из следующего:
типу модуляции энергетического сигнала,
диапазону модуляции для определенного типа модуляции.
Тип модуляции энергетического сигнала выбирается из следующего:
амплитудной модуляции;
частотной модуляции;
фазовой модуляции.
Диапазон модуляции выбирается из следующего:
глубины модуляции для амплитудной модуляции энергетического сигнала,
сдвига частоты для частотной модуляции энергетического сигнала,
сдвига фазы для фазовой модуляции энергетического сигнала.
Это имеет то преимущество, что на практике может быть указан по меньшей мере один из параметров модуляции энергетического сигнала.
Дополнительные предпочтительные варианты осуществления устройств и способов, соответствующих изобретению, приводятся в прилагаемой формуле изобретения, раскрытие которой содержится здесь посредством ссылки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие варианты изобретения станут очевидны и будут подробно объяснены дополнительно со ссылкой на варианты осуществления, описанные посредством примера в последующем описании и со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг. 1 - передатчик энергии.
Фиг. 2 - приемник энергии.
Фиг. 3 - блок-схема последовательности выполнения операций в индуктивной системе передачи энергии.
Фиг. 4 - сообщение данных.
Чертежи являются исключительно эскизными и вычерчены не в масштабе. На чертежах элементы, соответствующие элементам, которые уже были описаны, имеют те же ссылочные позиции.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Чтобы получатель в беспроводной системе передачи энергии подготовил и управлял передачей энергии между передатчиком энергии и приемником энергии, приемник энергии передает информацию передатчику энергии.
На физическом уровне канал связи от приемника энергии к передатчику энергии применяет в качестве переносчика энергетический сигнал. Приемник энергии модулирует нагрузку, что обнаруживается по изменению амплитуды и/или фазы тока в первичной катушке или по изменению напряжения передатчика энергии. На основе этого принципа приемник энергии может модулировать данные, которые демодулируются передатчиком энергии. Эти данные форматируются в байтах и пакетах. Дополнительную информацию можно найти в документе "System description, Wireless Power Transfer, Volume I: Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.0 July 2010, опубликовано Wireless Power Consortium", доступном через http://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-1.html, также именуемом как Технические требования Qi для беспроводной передачи энергии, в частности, в главе 6: Communications Interface (интерфейс связи).
Для управления передачей энергии система может проходить различные этапы, в частности этап тестового опроса, этап конфигурации и этап передачи энергии, описанные ниже. Дополнительную информацию можно получить в главе 5 части 1 Технических требований Qi для беспроводной передачи энергии. Первоначально, передатчик энергии обеспечивает энергетический сигнал и начинает этап выбора. Приемник энергии может применить принятый сигнал для электропитания своих электронных устройств. На этом этапе передатчик энергии обычно контролирует контактную поверхность на присутствие и удаление объектов. Передатчик энергии может использовать для этой цели множество способов, таких, которые, например, описаны в Технических требованиях Qi для беспроводной передачи энергии.
На этапе тестового опроса определяется, присутствует ли приемник энергии на границе передатчика энергии. После приема энергетического сигнала приемник энергии передает начальный пакет передатчику энергии. Такой пакет является пакетом индикации уровня сигнала, указывающим степень связи между передатчиком энергии и приемником энергии. Дополнительная информация может быть получена в главе 6.3.1 части 1 Технических требований Qi для беспроводной передачи энергии.
На этапе конфигурации при подготовке фактической передачи энергии, например, для заряда аккумулятора, приемник энергии будет поддерживать свою выходную нагрузку в отключенном состоянии. Приемник энергии передает свои параметры передатчику энергии, после чего производится конфигурация передатчика энергии. Передатчик энергии подает для этой цели энергетический сигнал с постоянной амплитудой, частотой и фазой (за исключением изменения, вызванного модуляцией нагрузки).
На этапе передачи энергии производится фактическая передача энергии. После передачи своего требования энергии приемник энергии подключает выходную нагрузку, чтобы обеспечить ее принятой энергией. Приемник энергии контролирует выходную нагрузку и измеряет ошибку управления между действительным значением и требуемым значением для определенной рабочей точки. Он передает такие ошибки управления передатчику энергии с минимальной скоростью, например, каждые 250 мс, чтобы указывать эти ошибки передатчику энергии, а также потребность в изменении или отсутствии изменения энергетического сигнала. В случае, когда действительное значение рабочей точки равно требуемому значению, приемник энергии передает ошибку управления с нулевым значением, что означает, что энергетический сигнал не должен изменяться. В случае, когда приемник энергии передает ошибку управления, не равную нулю, он ожидает, что передатчик энергии соответственно изменит энергетический сигнал.
Следует заметить, что Технические требования Qi для беспроводной передачи энергии определяют передачу от приемника энергии к передатчику энергии. Ниже описывается система, позволяющая передачу в обоих направлениях, в частности также от передатчика энергии к приемнику энергии. При такой передаче могут получить выгоду различные применения, например: настройка приемника энергии в испытательном режиме, настройка приемника энергии в режиме калибровки или разрешение передачи от передатчика энергии к приемнику энергии под управлением приемника энергии, например, чтобы передать команду или информацию о состоянии от передатчика энергии к приемнику энергии.
На Фиг. 1 представлен передатчик энергии. Передающая катушка 11, также называемая первичной катушкой (PCL), показана соединенной с блоком 12 связи передатчика энергии (TRM-COM), который соединяется с контроллером 10 (CTR). Блок 12 связи передатчика энергии имеет модулятор 15 (MOD), связанный с приводным устройством 16 (DRV) для приведения в действия передающей катушки для передачи модулированного энергетического сигнала (PS) через передающую катушку к приемной катушке. Приемник энергии может воздействовать на энергетический сигнал или послать сигнал приемника в отношении энергии передатчику энергии через вторичную и первичную катушки, и такой сигнал называется отраженным сигналом (RS). Отраженный сигнал обнаруживается измерительным блоком 14 (SNS), например, считывая ток или напряжение на передающей катушке. Демодулятор 13 (DEM) соединяется с контроллером 10 для демодуляции обнаруженного сигнала, например, преобразуя изменения амплитуды или фазы обнаруженного сигнала в биты.
В варианте осуществления изобретения первый блок 17 выполнен с возможностью приема первых данных и вторых данных от приемника энергии через передающую катушку 11. Первый блок 17 содержит измерительный блок 14 и демодулятор 13. Эти два блока реализуют функцию приема первых данных и вторых данных через передающую катушку. Первичная катушка 11 передает переменное магнитное поле (энергетический сигнал PS) для индуктивной передачи энергии к вторичной катушке и принимает отраженное магнитное поле (отраженный сигнал RS), вызванный вторичной катушкой. Измерительный блок 14 (датчик SNS тока/напряжения) считывает ток/напряжение на первичной катушке. Демодулятор 13 преобразует изменения амплитуды или фазы считанного сигнала в данные, например, в упомянутые первые и вторые данные. Полученные первые данные указывают требование к модуляции, а вторые данные указывают сообщение запроса.
Контроллер интерпретирует принятые данные, и затем второй блок 18 устанавливается для передачи ответного сообщения приемнику энергии через передающую катушку, причем ответное сообщение предназначено для ответа на упомянутое сообщение запроса. Контроллер обеспечивает ответное сообщение на модулятор, причем ответное сообщение предназначено для ответа на упомянутое сообщение запроса, и контроллер управляет модулятором в соответствии с интерпретированными данными, как подробно описано ниже. Модулятор 15, содержащий второй блок, выполнен с возможностью модуляции энергетического сигнала в соответствии с упомянутым требованием к модуляции, чтобы передать ответное сообщение. Модулятор 15 модулирует энергетический сигнал, изменяя амплитуду, частоту или фазу энергетического сигнала. Приводное устройство 16, также содержащее второй блок, выполнено с возможностью передачи модулированного энергетического сигнала через передающую катушку к приемнику энергии, подавая переменный электрический сигнал на передающую катушку.
На Фиг. 2 представлен приемник энергии. Приемник энергии содержит первый блок 27 для посылки первых данных и вторых данных на передатчик энергии через приемную катушку к передающей катушке, причем первые данные указывают требование к модуляции, а вторые данные указывают сообщение запроса. Приемная катушка 21, также называемая вторичной катушкой (SCL), показана соединенной с блоком 22 связи приемника энергии (REC-COM), который связывается с контроллером 20 (CTR). Блок связи приемника энергии имеет изменяемую нагрузку (LD) 26, связанную с модулятором 25 (MOD), для модуляции нагрузки на приемной катушке при формировании упомянутого отраженного сигнала (RS) для передачи первых данных и вторых данных передатчику энергии, причем первые данные указывают требование к модуляции, а вторые данные указывают сообщение запроса. Из приведенного выше описания может быть понятно, что первый блок 27 является функциональным блоком; он содержит модулятор 25 и изменяемую нагрузку 26. Посредством взаимодействия этих двух блоков может быть осуществлена функция посылки первых данных и вторых данных от приемника энергии к передатчику энергии через приемную катушку.
Приемник энергии содержит второй блок 28 для приема ответного сообщения от передатчика энергии через приемную катушку, причем ответное сообщение предназначено для ответа на сообщение запроса. С этой целью второй блок 28 содержит измерительный блок 24 (SNS), чтобы обнаруживать модулированный энергетический сигнал (PS), принятый через приемную катушку от передатчика энергии, например, считывая напряжение или ток. Второй блок дополнительно содержит демодулятор 23 (DEM), связанный с контроллером 20, чтобы демодулировать обнаруженный сигнал в соответствии с требованием к модуляции, для получения ответного сообщения, например, преобразуя изменения амплитуды или фазы обнаруженного сигнала в биты.
В варианте осуществления вторичная катушка 21 принимает энергетический сигнал для индуктивной передачи энергии от первичной катушки и передает отраженный сигнал к первичной катушке. Нагрузка 26 определяет отраженный сигнал. Модулятор 25 изменяет амплитуду или фазу отраженного сигнала посредством, например, подключения/отключения импедансной схемы. Измерительный блок 24 считывает ток/напряжение на вторичной катушке, как принятые от передатчика. Измерительный блок 24 может быть частью другого функционального модуля приемника энергии. Он может содержать выпрямитель. Он может также считывать напряжение/ток на выходе выпрямителя вместо считывания напрямую на вторичной катушке. Это может применяться для определения мощности принятого энергетического сигнала или для определения принятой энергии. Демодулятор 23 преобразует изменения считанного сигнала в данные. Контроллер 20 управляет модулятором 25 для передачи данных и интерпретирует данные, принятые демодулятором как подробно описано ниже.
На Фиг. 3 представлена блок-схема последовательности выполнения операций для связи в индуктивной системе передачи энергии. Система может содержать передатчик энергии, как описано выше со ссылкой на Фиг. 1, и приемник энергии, как описано выше со ссылкой на Фиг. 2. Связь на передатчике (TRM) энергии показана на левой стороне чертежа, и связь на приемнике (REC) энергии показана на правой стороне чертежа.
На начальном этапе 31 передатчик энергии подает энергетический сигнал (PS) на приемник энергии. Приемник энергии принимает энергетический сигнал на этапе 36 начала и энергетический сигнал активирует приемник энергии и может использоваться приемником энергии для электропитания его электронных устройств. Приемник энергии переключается, чтобы начать связь, и передает данные на передатчик энергии на этапе 37 передачи данных, как указывается стрелкой RT. Этот сигнал данных обеспечивается в соответствии с первым состоянием/режимом связи, например заданным режимом, определенным в стандарте. Передатчик энергии принимает первые данные и вторые данные от приемника энергии на этапе 32 приема данных. Этап 32 приема данных содержит прием отраженного сигнала передающей катушкой от приемника энергии, считывание амплитуды или фазы тока/напряжения на первичной катушке и демодуляцию считанного сигнала, например, посредством преобразования изменений амплитуды или фазы в данные, например первые данные и вторые данные. Первые данные указывают требование к модуляции, а упомянутые вторые данные указывают сообщение запроса.
Приемник энергии может указать во вторых данных, индицирующих сообщение запроса, конкретный ответ от передатчика энергии. На этапе 38 ответа на запрос данных, определяется, требуется ли такой ответ. Если "нет", приемник энергии переходит к окончанию цикла связи. В этом случае передатчик энергии не передает данные на приемник энергии. Если "да", то есть, если приемник энергии требует данные ответа от передатчика энергии, он указывает это во вторых данных в сигнале RT. В этом случае это обнаруживается на этапе 33 ответа на запрос данных и передатчик энергии отвечает на этапе 34 передачи данных, передавая данные, запрашиваемые приемником энергии, как указано на чертеже стрелкой TR. Ответ передается на этапе 34 передачи данных в соответствии со вторым состоянием/режимом связи; этап 34 передачи данных содержит формирование ответного сообщения, предназначенного для ответа на сообщение запроса, и модуляцию энергетического сигнала в соответствии с упомянутым требованием к модуляции, чтобы передать ответное сообщение, переносимое модулированным энергетическим сигналом через передающую катушку к приемнику энергии.
Если передатчик энергии не отвечает, как требуется, приемник энергии обнаруживает перерыв на этапе 39 и переходит к повторной отправке данных на этапе 37. Если передатчик энергии отвечает приемнику энергии должным образом, то есть, в пределах времени ответа, то приемник энергии принимает на этапе 35 приема данных ответное сообщение от передатчика, демодулируя энергетический сигнал, принятый приемной катушкой, в соответствии с требованием к демодуляции.
Затем приемник энергии переходит к окончанию цикла связи. В конце цикла связи приемник энергии может запустить новый цикл связи, начинающийся с этапа 37 передачи данных приемника энергии.
На Фиг. 4 представлено сообщение данных. Чертеж показывает формат пакета, который приемник энергии передает передатчику энергии. Формат может быть заранее задан в стандарте. Сообщение имеет преамбулу (PRE), заголовок (HDR), содержание сообщения (MES) и контрольную сумму (CHK) для обнаружения ошибок.
Подобный формат может использоваться для пакета, который передатчик энергии передает приемнику энергии, причем такой формат может быть указан в сообщении запроса, как ниже описано подробно.
Заметим, что требование к модуляции, как указано упомянутыми первыми данными, может соответствовать различным типам модуляции. Типы модуляции, по сути, известны, например, амплитудная модуляция, частотная модуляция, фазовая модуляция или любой другой тип модуляции энергетического сигнала. Дополнительно, требование к модуляции может указывать диапазон модуляции для определенного типа модуляции, например глубину модуляции для амплитудной модуляции энергетического сигнала, и/или сдвиг частоты для частотной модуляции энергетического сигнала, и/или сдвиг фазы для фазовой модуляции энергетического сигнала. Требуемый ответ, который переносится упомянутыми вторыми данными, может указывать формат упомянутого ответного сообщения. Кроме того, приемник может управлять циклом связи. Он запускает цикл с помощью запроса. Передатчик должен отреагировать на запрос в пределах определенного времени, в противном случае приемник должен предположить, что что-то произошло не так, как надо, и прекратить цикл связи, чтобы сделать повторную попытку. Таким образом, продолжительность времени от запроса до ответа должна быть ограничена.
Требование по времени, указанное вторыми данными, может быть требованием по времени ответа, таким как, например, длительность целого цикла, начинающегося с передачи сообщения запроса приемником энергии и до приема ответного сообщения приемником энергии, или длительность времени для передатчика энергии, чтобы отреагировать на сообщение запроса, начинающегося от приема передатчиком энергии последнего бита сообщения запроса, до передачи передатчиком энергии первого бита ответного сообщения, и т. п.
Требование по времени может также быть требованием в отношении скорости передачи данных или битов, то есть, скорости связи. Оно также упоминается как "битовая скорость" и определяет время, требующееся для передачи бита, или битовую длительность. Указание битовой скорости или битовой длительности приемником энергии помогает уменьшить затраты на реализацию приемника энергии. Чем больше битовая длительность, тем легче бит может быть обнаружен приемником энергии; чем короче битовая длительность, тем быстрее ответное сообщение может быть передано.
Блок модуляции и приводное устройство в передатчике энергии выполнены с возможностью передачи упомянутого ответного сообщения в соответствии с требованием, указанным в первых данных, и, когда это применимо, в соответствии с упомянутым форматом и в пределах упомянутого требования(й) по времени.
В варианте осуществления упомянутые первые данные и вторые данные содержатся в едином пакете данных. Альтернативно, упомянутые первые данные и вторые данные содержатся в двух или более отдельных пакетах данных. Многочисленные пакеты данных могут быть переданы, чтобы передать множество вторых данных от приемника энергии к передатчику энергии.
Нижеследующая таблица показывает некоторые примеры пакетов запроса, которые приемник энергии может передавать передатчику энергии, указывая требуемый ответ передатчика энергии. "Код заголовка" определяет "тип пакета" и указывает ответ, который должен предоставить передатчик энергии; "сообщение" указывает требование к модуляции для передачи упомянутого ответа.
Код заголовка
Тип пакета
Сообщение
0х07
Перейти в тестовый режим?
Требуемое изменение амплитуды для "да"
0х08
Перейти в режим калибровки
Требуемое изменение амплитуды для "да"
0х20
Физический режим
Амплитуда/частота/фаза
0х21
Подать команду
Требуемая глубина модуляции
0х22
Подать состояние доступной энергии
Требуемая глубина модуляции
Первые два примера (код заголовка 0x07 и 0x08) требуют от передатчика энергии ответа "да" "нет". Область сообщения указывает требуемое изменение амплитуды в случае, когда передатчик энергии отвечает "да". Значение в поле сообщения может кодироваться как относительное требуемое изменение в отношении фактической амплитуды энергетического сигнала (а также, поле сообщения ошибки управления в текущих Технических требованиях Qi). Третий пример (код заголовка 0x20) указывает, какой физический режим приемник энергии требует, чтобы передатчик энергии модулировал энергетический сигнал. Режимом по умолчанию может быть режим амплитудной модуляции. С помощью этого пакета приемник энергии может изменять режим, например, на частотную или фазовую модуляцию. Этот пакет может передаваться на этапе конфигурации. Четвертый и пятый примеры (код заголовка 0x21 и 0x22) указывают, что приемник энергии ожидает, что передатчик энергии ответит передачей пакета. Поле сообщения в этих примерах указывает диапазон модуляции. Значение в поле сообщения может кодироваться как относительное требуемое значение в отношении фактической амплитуды/частоты/фазы энергетического сигнала. Формат пакета, который применяет передатчик энергии, может иметь формат, показанный на Фиг. 4.
В варианте осуществления связь, как определено выше, применяется следующим образом. Чтобы проверить работу приемник энергии в его рабочих условиях, приемник энергии должен быть помещен в такие разные условия. Некоторые из этих условий определяются внешними факторами, такими как температура окружающей среды или расположение приемника энергии относительно передатчика энергии. Эти условия могут быть организованы во время процедуры испытаний. Другие условия, такие как, например, выходная нагрузка приемника энергии, могут изменяться от высокого импеданса до низкого импеданса, и требуемая энергия может изменяться от низкой до высокой. Без двунаправленной связи такие условия может быть сложно реализовать при испытании на соответствие требованиям, и они могут также потребовать длительного времени измерений. Чтобы решить эту проблему, устройство приемника энергии может быть установлено для работы в испытательном режиме, в котором оно просто проходит через эти рабочие условия. Обеспечивая связь, как определено ниже, производителю не требуется обеспечивать для устройства дополнительные аппаратные средства, контакты, кнопки и т.д.
Подобные проблемы могут возникать для других применений, которым может потребоваться связь от передатчика энергии к приемнику энергии, например, для запроса приемника энергии перейти в режим калибровки. В более общем смысле, связь от передатчика энергии к приемнику энергии полезна, например, чтобы подать команду на приемник энергии, например, перейти в определенный режим или предоставить информацию о состоянии передатчика энергии. Канал с изменяемой конфигурацией для передачи от передатчика энергии к приемнику энергии предназначается для решения этой проблемы.
Способ связи в индуктивной системе передачи энергии является следующим. Система содержит приемник энергии и передатчик энергии, как описано выше. Способ содержит этап, на котором передают посредством приемника энергии первые данные и вторые данные на передатчик энергии, причем первые данные указывают требование к модуляции, а вторые данные указывают сообщение запроса. Передатчик энергии формирует ответное сообщение, модулирующее энергетический сигнал в соответствии с упомянутым требованием к модуляции, причем ответное сообщение предназначено для ответа на сообщение запроса. Следовательно, модуляция, которая применяется передатчиком энергии, устанавливается в соответствии с требованием к модуляции, посланным приемником энергии. В дальнейшем, приемник энергии будет принимать энергетический сигнал через приемную катушку от передающей катушки, и будет демодулировать энергетический сигнал в соответствии с требованием к модуляции для приема ответного сообщения, предназначенного для ответа на сообщение запроса.
В варианте осуществления обеспечивается простой протокол, позволяющий проверяемому передатчику энергии устанавливать приемник энергии в испытательный режим. Приемник энергии запрашивает передатчик энергии посредством сообщения запроса в назначенном пакете, хочет ли он, чтобы приемник энергии перешел в испытательный режим. Пакет содержит желаемый (измененный) энергетический сигнал, который может обнаружить приемник энергии. В ответ на этот пакет передатчик энергии обеспечивает энергетический сигнал, соответствующий или не соответствующий желанию приемника энергии, дающий указание приемнику энергии перейти в испытательный режим.
В более общем смысле, изобретение обеспечивает возможность осуществления связи от передатчика энергии к приемнику энергии, при которой приемник энергии управляет тем, как должен реагировать передатчик энергии. Поскольку требуемый ответ находится под управлением приемника энергии, существует свобода в отношении реализации на приемнике энергии и, кроме того, при низкой стоимости реализации аппаратного обеспечения. Приемник энергии определяет, например, требуемую глубину амплитудной модуляции. Разработчик может определить, какая глубина модуляции требуется при каких обстоятельствах, чтобы легко можно было осуществить демодуляцию. Приемник энергии может повторно использовать свои существующие аппаратные средства, например, для этой цели он может повторно использовать аппаратные средства для измерения уровня сигнала.
В варианте осуществления, прежде чем осуществить передачу энергии, приемник энергии передает передатчику энергии пакеты конфигурации, предназначенные для подготовки передатчика энергии к передаче энергии. На этом этапе приемник энергии обычно не обладает управлением передатчиком энергии в отношении энергетического сигнала. Передатчик энергии поддерживает сигнал постоянным. В дальнейшем, во время передачи энергии приемник энергии передает пакеты управления передатчику энергии, чтобы управлять передатчиком энергии для адаптации энергетического сигнала под требования приемника энергии. Если приемник энергии передает пакет управления на этапе конфигурации, указывая желаемое изменение в энергетическом сигнале, который может обнаруживаться приемником энергии, это приобретает особое значение, потому что во время этапа конфигурации энергетический сигнал поддерживается постоянным, например, особое значение может иметь обнаружение, желает ли передатчик энергии, чтобы приемник энергии перешел в испытательный режим.
На этапе конфигурации передатчик энергии изменяет или не изменяет энергетический сигнал, чтобы указать, должен ли приемник энергии перейти в испытательный режим. Это может рассматриваться как 1 бит сообщения от передатчика энергии к приемнику энергии. Это изменение может, в принципе, быть изменением амплитуды, частоты или фазы. Изменение может быть сделано однократно или многократно. Изменение может быть синхронизировано с передачей пакетов конфигурации, например, непосредственно после приема определенного пакета.
Чтобы минимизировать требования к приемнику энергии, чтобы он имел возможность обнаружить такое изменение сигнала, требующееся изменение сигнала для передачи такого бита управляется приемником энергии. Содержание пакета с ошибкой управления определяет требуемое изменение сигнала. Разработчик приемника энергии может выбрать, какой сигнал приемник энергии должен измерить, чтобы обнаружить изменение сигнала.
Как передатчик энергии, так и приемник энергии могут применять совершенно один и тот же механизм для управления энергетическим сигналом на этапе передачи энергии. Приемник энергии применяет сигнал, который он измеряет и который, в любом случае, имеет отношение к управлению. Это не требует какого-либо дополнительного аппаратного обеспечения для приемника энергии и почти никакого программного обеспечения. Единственным отличием для приемника энергии должна быть передача пакета управления, на который передатчик энергии может ответить изменением энергетического сигнала, и затем проверка ожидаемого изменения энергетического сигнала.
В варианте осуществления, если передатчик энергии желает, чтобы приемник энергии перешел в испытательный режим, передатчик энергии не изменяет энергетический сигнал; в противном случае, он изменяет сигнал в соответствии с пакетом управления. Приемник энергии переходит в испытательный режим, если сигнал не изменяется в соответствии с пакетом управления.
В альтернативном варианте осуществления, если передатчик энергии желает, чтобы приемник энергии перешел в испытательный режим, передатчик энергии изменяет энергетический сигнал в соответствии с сигналом управления; в противном случае он не изменяет энергетический сигнал. Приемник энергии переходит в испытательный режим, если сигнал изменяется в соответствии с пакетом управления. Предпочтительно, если пакет управления не поступает, передатчик энергии не изменяет энергетический сигнал. Это приводит в результате к тому, что приемник энергии не переходит в испытательный режим по умолчанию.
В дополнительном альтернативном варианте осуществления, если передатчик энергии желает, чтобы приемник энергии перешел в испытательный режим, передатчик энергии изменяет энергетический сигнал в соответствии с сигналом управления и затем возвращается к исходному сигналу; в противном случае, он не изменяет энергетический сигнал. Приемник энергии переходит в испытательный режим, если сигнал изменяется в соответствии с пакетом управления. Предпочтительно, энергетический сигнал лишь кратковременно изменяется на другое значение. В варианте осуществления приемник энергии передает на передатчик энергии специальный пакет, на который передатчик энергии должен ответить. Пакет содержит упомянутое сообщение запроса, которое указывает, как должен ответить передатчик энергии. Приемник энергии может применить этот пакет на любом этапе (например, на этапе конфигурации или передачи энергии в соответствии с Техническими требованиями Qi для беспроводной передачи энергии). Если передатчик энергии не отвечает, приемник энергии расценивает это как ошибку и может повторно послать специальный пакет для следующей попытки.
На логическом уровне специальный пакет может указать, какой тип содержания ожидается от передатчика энергии. Приемник энергии может запросить ответ "да/нет" на вопрос, например, должен ли приемник энергии перейти в испытательный режим. Альтернативно, приемник энергии может запросить команду, например, он может запросить команду, указывающую, в какой режим должен перейти приемник энергии. Приемник энергии может также запросить у передатчика энергии информацию о состоянии, например, какой объем энергии способен доставить передатчик энергии.
На уровне кодирования специальный пакет указывает, какое кодирование ожидается от передатчика энергии. Это может быть одиночный бит в случае, если ожидается ответ "да/нет", или полный пакет в случае, если ожидается команда или индикация состояния. Существующий способ кодирования может быть применен для битового, байтного и пакетного кодирования. Например, для битов может быть применено двухфазное кодирование; байты могут быть кодироваться как 8-мибитные данные, начальный бит, стоповый бит и бит четности; пакеты могут кодироваться с преамбулой, содержанием и проверкой ошибок, как показано на Фиг. 4. Дополнительную информацию о возможных способах кодирования можно найти в главах 6.2.2, 6.2.3 и 6.2.4 части 1 Технических требований Qi для беспроводной передачи энергии, где описывается заданный способ кодирования, используемый для передачи данных от приемника энергии к передатчику энергии.
На физическом уровне специализированный пакет может указывать, какая ожидается модуляция. Приемник энергии указывает требуемую амплитудную, частотную или фазовую модуляцию, которую передатчик энергии должен осуществить на своем энергетическом сигнале. Например, требуемая амплитудная модуляция указывается подобно тому, как указывается пакет ошибки управления. Передатчик энергии должен изменять свой энергетический сигнал между двумя уровнями. Изменение между двумя уровнями указывается содержанием специализированного пакета. Первый уровень может быть равен уровню фактической энергии, который является уровнем энергии непосредственно перед тем, как приемник энергии передает свой специализированный пакет. Таким образом, первое изменение соответствует случаю, когда приемник энергии запросил изменение уровня энергии от фактического уровня до нового уровня, как в случае пакета ошибки управления на этапе передачи энергии. Передатчик энергии изменяет сигнал между фактическим уровнем и новым уровнем и обратно, чтобы передать биты. Оба уровня могут отличаться от уровня фактической энергии. Например, первый уровень может быть выше, а второй уровень может быть ниже, чем уровень фактической энергии. Среднее значение двух уровней может быть равно уровню фактической энергии.
Следует заметить, что изобретение может быть реализовано как аппаратное обеспечение и/или программное обеспечение, используя программируемые компоненты. Следует понимать, для ясности, что приведенное выше описание относится к вариантам осуществления изобретения в отношении различных компонент, функциональных блоков и процессоров. Однако должно быть очевидно, что любое соответствующее распределение функциональных возможностей между различными функциональными блоками или процессорами может использоваться, не отступая от сущности изобретения. Например, функциональные возможности, показанные как выполняемые отдельными блоками, процессорами или контроллерами, могут осуществляться одним и тем же процессором или контроллером. Следовательно, ссылки на конкретные функциональные блоки должны рассматриваться только как ссылки на соответствующие средства обеспечения описанных функциональных возможностей, а не как показатель строгой логической или физической структуры или организации.
Хотя настоящее изобретение было описано в связи с некоторыми вариантами осуществления, оно не предназначено ограничиваться изложенной здесь конкретной формой.
Дополнительно, хотя признак может появиться как описываемый в связи с конкретными вариантами осуществления, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что различные признаки описанных вариантов осуществления могут объединяться в соответствии с изобретением. В формуле изобретения термин "содержащий" не исключает наличие других элементов или этапов.
Дополнительно, хотя существует индивидуальное перечисление, множество средств, элементов, блоков или этапов способа могут быть осуществлены, например, единым блоком или процессором. Дополнительно, хотя индивидуальные функции могут быть включены в различные пункты формулы изобретения, они, возможно, могут с пользой объединяться, и введение их в различные пункты формулы изобретения не подразумевает, что объединение признаков неосуществимо и/или невыгодно. Кроме того, введение признаков в одну категорию пунктов формулы изобретения не подразумевает ограничение этой категорией, а скорее указывает, что признак одинаково применим к другим категориям пунктов формулы изобретения по мере необходимости. Дополнительно, порядок признаков в пунктах формулы изобретения не подразумевает конкретного порядка, в котором должны использоваться функции, и, в частности, порядок отдельных этапов в пункте формулы изобретения, касающийся способа, не подразумевает, что этапы должны выполняться в таком порядке. Напротив, этапы могут выполняться в любом соответствующем порядке. Кроме того, ссылки в единственном числе не исключают множественное число. Таким образом, ссылки на "любой", "первый", "второй" и т.д. не исключают множественности. Ссылочные позиции в пунктах формулы изобретения приводятся просто в качестве пояснительного примера и не должны рассматриваться как ограничение объема формулы изобретения каким-либо образом.