CN1170467A - 无接触能量和数据传输系统 - Google Patents

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Abstract

一个无接触能量和数据传输系统,其中传输或接收站至少有一个由可集成的控制电路驱动的振荡的发射或接收电路,其中集成的控制电路有数个并联连接到振荡电路(1、2)的电容器(5、6、7)和用于驱动开关装置(8、9、10)的装置(11)。

Description

无接触能量和数据传输系统
本发明涉及一种按照权利要求1前序部分的无接触能量和数据传输系统。
这种类型的系统一般包括一个固定站和一个移动部分，例如智能卡、芯片钥匙等的形式。这里固定站向移动部分提供能量。因此预先提供一个松耦合的线圈对，其中每个线圈分别分配给移动部分和固定站中的谐振电路。这里通过一个移动部分中的提供给整流单元和下行到调节单元的无线电频率信号实现能量传输。
在这种类型的具有无接触能量传输的系统中，当主电路中的传输频率与次电路中的谐振频率一致时，效率最高。既然这样，主电路例如构成固定站的谐振电路和次电路构成移动部分的谐振电路。由于器件的不稳定，只能在器件允许误差总和的范围内满足这个要求。功率损耗的技术要求、器件的质量、主和次电路的耦合系数等成为调谐次电路的必要条件。
德国专利说明书DE3810702C2说明了无接触能量和数据传输的设备，其中固定站中包括一可调节的谐振电路。为调谐移动部分中的谐振电路，通过一控制电路驱动上述固定站中的谐振电路，因而实现可能的最佳接收。为这个调谐目标，变容二极管以并联方式连接到静止部分的谐振电路，并通过源自一个调节电路的数值上连续的控制电压对其控制。通过改变控制电压重新调整变容二极管，因而抵消电路的失调。
本发明的目的在于给出一无接触能量和数据传输的设备，其以一种简单的方式满足了上述要求并且在这个系统中可调谐的谐振电路位于移动站。
此目的通过权利要求1的特征部分解决。进一步扩展是从属权利要求的特征。
本发明的优点是预先提供可接入的附加的除主或次电路中谐振电路中电容以外的电容，可以以一种简单的方式调谐谐振频率。调谐可以手动或自动实现。
在本发明另外有益的实施结构中，通过从一个谐振频率中间值开始，接通或断开附加电容实现最佳调谐，以达到自动调谐。
在本发明另外有益的实施结构中，可以在移动部分中非易失的存储器中存储这种方式确定的值，并且因而对于每个新耦合都是立即可用的。
如果可待接入的电容均可具体表现为两个电容串联的电路形式，通过一个各自的开关装置，它们被连接到由谐振电路信号产生的供给电位上，那么可能使用一个较低的供给电压控制集成的控制电路。
下面将根据附图详细说明本发明。
图1按照本发明的系统的接收部分的第一种实施形式和
图2第二种实施形式
在图1的实施例中，1表示传输线圈，2表示一个电容，这个电容和线圈并联连接并且和传输线圈共同构成谐振电路。谐振线圈的接头接到集成电路的接头3、4。集成的电路包括一没有详细介绍一各自所要求的能量传输和数据传输电路以及其后连接的分析单元。在图1所介绍的例子中，只显示了谐振电路的调谐谐振频率的匹配电路。这样，5、6和7代表例如并联连接的n个电容中的三个。这些电容一方面均与输出接点3相连，另一方面通过一各自所属的开关晶体管8、9和10的负载通路连接到开关接点4，开关晶体管8、9和10的控制接点均与驱动单元11的控制输出端相连。驱动电路11与非易失的存储器12相连。
附加的可接入的电容5、6和7用于例如调谐移动部分的次调谐电路。在上述电容数值内选择电容以便可以补偿外部器件1、2的允许误差。电容可以和外部谐振电路1、2并联接通或断开，通过这种方式实现调谐。为此目的，电容5、6和7中的一部分在调谐操作前已经接通，也就是说在上述所谓集成电路的电源闭合阶级。随着调谐过程，或者断开上述电容器或者补充附加电容。调谐谐振电路所需要的电容值例如存储在一个EEPROM中并且在集成电路启动运行中，在调谐特定外部电路时被调用。
通过在调谐前接通电容的方法，使可调节的允许误差范围和谐振频率处于中心。因此启动过程得以完善并且由于预调谐，允许较大的允许误差范围和在正的允许误差范围和负的允许误差范围内得到扩展。
这时，可以通过下列方式配置控制单元11：例如在电源闭合过程中，通过一般已位于集成电路中的微处理器的方法驱动控制电路，为此，当设置最佳谐振频率时，仅仅需要提供与处理器通信的模拟数字接口。一个这种类型的可以提供给模拟数字转换器的信号一般可以简单地从移动部分电压提供中导出。
同样的，也可以在固定部分中实现调谐，然后应必须在启动同移动部分的数据传输前，针对每一移动部分分别实现。这种形式的设备的优点应该是移动部分的集成电路将占用较少的芯片面积。
在图2所示的移动部分的实施例中，同谐振电路1、2并联连接的用于调谐的电容均包括一个第一和一个第二电容，它们可以通过一个开关元件互相连接并且因此可以和谐振电路1、2并联连接。个别的讲，电容105在第一个接点和谐振电路1、2的接头4相连，电容205被连接到谐振电路的接点3上。电容105、205的接头分别通过一个开关晶体管108和208连接到供给电位VSS的一个接点22。晶体管108、208的控制接点互相连接并且为了以上述方式来调谐谐振电路1、2到谐振频率这一目标，驱动驱动单元11。以一种相应的方式提供附加电容，例如具有各自所属开关晶体管110和210的电容107、207。
供给电位VSS是在接点3、4取自并联谐振电路的经过整流和滤波过的供给电压的负极。通过这种方法，向集成控制电路提供电压。因此，一个桥式整流器20在输入的一侧被连接到接点3、4。一个滤波电容23被连接到它的输出端。在上述滤波电容的一个接点22上存在着负的供给电位VSS并且在上述滤波电容器的另一接点21上存在着正的供给电位VDD。
在图1中的实施例中，作为开关装置而提供的开关晶体管8、9和10作为传输晶体管。为激活晶体管需要一个正的栅-源电压。既然在接点4上的电位在参考点上不是固定的，也许出现各自开关晶体管不能可靠的闭合或可靠的断开。为了可能保证晶体管正确的开或关，电路要求一个相当高的供给电压。这意味着在另一方面需要提高供给电压的允许误差范围的要求。因而，供给电压必须尽可能高并且尽可能稳定。
与此相反，在图2中的实施例的各个开关晶体管不象图1中的情况，即以一种浮动的方式连接到并联谐振电路的接点3、4间的连接通路，而是连接到参考电位VSS。例如如果晶体管108、208闭合，在接点4和参考电位VSS间的电容变为起作用，在接点3和参考电位VSS间电容205变为起作用。在这种情况中，作为谐振电路1、2的接点3、4间的串联电路，电容105、205变为起作用。出于这些原因，电路甚至在一个相当低的供给电压上工作。相应地允许供给电压较大的波动范围。

Claims (7)

1.在移动站和固定站之间无接触的能量和数据传输系统，其中的一个站具有可调谐的谐振电路(1、2)，它由一个集成的控制电路(12)控制，其特征在于，在移动站中，集成的控制电路(12)具有整个与谐振电路(1、2)并联的通过开关装置(8、9、10)可接入的电容(5、6、7)以及控制开关装置(8、9、10)的装置(11)。
2.按照权利要求1的系统，其特征在于，在系统启动期间，装置(11)从一个中间值开始，通过接入或断开附加电容(5、6、7)的方法调谐谐振电路(1、2)。
3.按照权利要求2的系统，其特征在于，含有一个存储用于调谐谐振电路(1、2)的已确定值的非易失的存储装置(12)。
4.按照权利要求1至3中任一个的系统，其特征在于，至少一个可接入的电容(105，205；107，207)包括一个第一部分电容和一个第二部分电容(105，205…107，207)并且部分电容(105，205；107，207)可以各自至少通过一个开关装置(108，208；110，210)相互连接。
5.按照权利要求4的系统，其特征在于，在第一部分和第二部分电容(105，205；107，207)间的连接节点可以和一个参考电位(VSS)的接点(22)相连。
6.按照权利要求4或5的系统，其特征在于，谐振电路(1、2具有一个与第一个电容(105；107)连接的第一个接头，和与第二个电容(205；207)连接的第二个接头；通过一个开关装置(108，208；110，210)，第一个和第二个电容均与供给电压(VSS)的接点相连，并且使用同一个偏压可以驱动开关装置。
7.按照权利要求6的系统，其特征在于，从一个可以在谐振电路(1、2)的接头(3，4)上拾取的电压经过整流装置(20)和滤波装置(23)获得供给电压(VSS)。
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