DE102022205728A1

DE102022205728A1 - Rückkopplungssteuerschemata für drahtlose leistungsübertragungsschaltungen

Info

Publication number: DE102022205728A1
Application number: DE102022205728.7A
Authority: DE
Inventors: Zhiyuan Hu; Alin I. Gherghescu; Arash Mehrabi; Dmitry BERDNIKOV
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2022-06-07
Publication date: 2022-12-22
Also published as: JP2023001054A; CN115498778A; JP7477561B2; AU2022203934A1; KR20220169405A; US20220407369A1; AU2022203934B2

Abstract

Tragbare elektronische Vorrichtungen wie Mobiltelefone, Armbanduhr-Vorrichtungen, Tablet-Computer, drahtlose Ohrhörer und andere tragbare Vorrichtungen verwenden Batterien. Die Batterien in diesen Vorrichtungen können unter Verwendung eines drahtlosen Leistungssystems aufgeladen werden. Zum Beispiel kann ein Benutzer Vorrichtungen wie Tablet-Computer und Mobiltelefone auf einer drahtlosen Ladescheibe oder -matte platzieren, um diese Vorrichtungen drahtlos aufzuladen. Drahtlose Leistungssysteme schließen eine drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung und eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung ein. Spulen in den Leistungsübertragungs- und -empfangsvorrichtungen werden verwendet, um drahtlose Leistungssignale zu übertragen und zu empfangen. Die Kopplung zwischen den Übertragungs- und Empfangsspulen kann die drahtlose Ladeeffizienz und die in der Empfangsvorrichtung erzeugte Leistung beeinflussen. Hierin werden Rückkopplungssteuerschemata zum Optimieren der Effizienz von drahtlosen Leistungsübertragungssystemen offenbart.

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf das drahtlose Laden und insbesondere auf Rückkopplungssteuerschemata für drahtlose Leistungsübertragung in drahtlosen Leistungssystemen.
HINTERGRUND
Tragbare elektronische Vorrichtungen wie Mobiltelefone, Armbanduhr-Vorrichtungen, Tablet-Computer, drahtlose Ohrhörer und andere tragbare Vorrichtungen verwenden Batterien. Die Batterien in diesen Vorrichtungen können unter Verwendung eines Batterieladesystems geladen werden. Um den Komfort für Benutzer zu verbessern, wurden drahtlose Leistungssysteme bereitgestellt, die es ermöglichen, Batterien in tragbaren elektronischen Vorrichtungen drahtlos zu laden. Spulen in den Leistungsübertragungs- und -empfangsvorrichtungen können verwendet werden, um drahtlose Leistungssignale zu übertragen und zu empfangen. Die Kopplung zwischen den Übertragungs- und Empfangsspulen kann die drahtlose Ladeeffizienz und die in der Empfangsvorrichtung erzeugte Leistung beeinflussen.
Die vorstehende Hintergrunderörterung dient ausschließlich dazu, dem Leser behilflich zu sein. Sie soll die hierin beschriebenen Innovationen nicht einschränken. Dementsprechend sollte die vorstehende Erläuterung nicht so ausgelegt werden, dass ein bestimmtes Element eines vorherigen Systems für die Verwendung mit den hierin beschriebenen Innovationen ungeeignet ist, noch soll angegeben werden, dass jedes Element für die Implementierung der hierin beschriebenen Innovationen wesentlich ist. Die Implementierungen und Anwendung der hierin beschriebenen Innovationen werden durch die beigefügten Ansprüche definiert.
KURZDARS TELLUNG
Drahtlose Leistungssysteme schließen eine drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung und eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung ein. Spulen in den Leistungsübertragungs- und -empfangsvorrichtungen werden verwendet, um drahtlose Leistungssignale zu übertragen und zu empfangen. Die Kopplung zwischen den Übertragungs- und Empfangsspulen kann die drahtlose Ladeeffizienz und die in der Empfangsvorrichtung erzeugte Leistung beeinflussen.
Eine beispielhafte drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung kann konfiguriert sein, um drahtlose Leistungssignale von einer drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung zu empfangen. Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung kann eine drahtlose Leistungsübertragungsspule einschließen. Zusätzlich schließt die Empfangsvorrichtung eine Gleichrichter-Schaltlogik ein, die mit der drahtlosen Leistungsübertragungsspule gekoppelt und konfiguriert ist, um Signale von der drahtlosen Leistungsübertragungsspule in die Ausgangsspannung gleichzurichten. Die Empfangsvorrichtung schließt auch eine Steuerschaltlogik ein, die konfiguriert ist, um die Gleichrichter-Ausgangsspannung bei einem Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters zu regeln, von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung eine Statusnachricht zu empfangen, die eine Wechselrichter-Eingangsspannung angibt, und um die Zielausgangsspannung basierend auf dem Status der Wechselrichter-Eingangsspannung anzupassen.
Eine weitere beispielhafte drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung kann konfiguriert sein, um drahtlose Leistungssignale von einer drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung zu empfangen. Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung kann eine drahtlose Leistungsübertragungsspule einschließen. Zusätzlich schließt die Empfangsvorrichtung eine Gleichrichter-Schaltlogik ein, die mit der drahtlosen Leistungsübertragungsspule gekoppelt und konfiguriert ist, um Signale von der drahtlosen Leistungsübertragungsspule in die Ausgangsspannung gleichzurichten. Die Empfangsvorrichtung schließt auch eine Steuerschaltlogik ein, die konfiguriert ist, um eine Charakteristik der Gleichrichter-Schaltlogik zu messen, um einen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters basierend auf der gemessenen Charakteristik der Gleichrichter-Schaltlogik zu bestimmen und die Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters dynamisch zu regeln.
Eine weitere beispielhafte drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung kann konfiguriert sein, um drahtlose Leistungssignale von einer drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung zu empfangen. Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung kann eine drahtlose Leistungsübertragungsspule einschließen. Zusätzlich schließt die Empfangsvorrichtung eine Gleichrichter-Schaltlogik ein, die mit der drahtlosen Leistungsübertragungsspule gekoppelt und konfiguriert ist, um Signale von der drahtlosen Leistungsübertragungsspule in die Ausgangsspannung gleichzurichten. Die Empfangsvorrichtung schließt auch eine Steuerschaltlogik ein, die konfiguriert ist, um die Gleichrichter-Ausgangsspannung bei einem Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters zu regeln. Die Steuerschaltlogik kann auch bei der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung Informationen anfordern, die einen Betriebszustand eines Wechselrichters der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung angeben, wobei die drahtlose Leistungsübertragungsspule drahtlose Leistungssignale empfängt, die von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung unter Verwendung des Wechselrichters übertragen werden.
Figurenliste
Die vorstehende Kurzdarstellung und folgende detaillierte Beschreibung sind besser verständlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. In den Zeichnungen wurden zum Zwecke der Erläuterung zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein Verständnis der Variationen bei der Implementierung der offenbarten Technologie bereitzustellen. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch viele unterschiedliche Formen annehmen und sollte nicht als auf die spezifischen Beispiele beschränkt ausgelegt werden, die in den Zeichnungen offenbart sind. Wo machbar bezeichnen gleiche Nummern durchweg gleiche Elemente. In den Zeichnungen zeigen:

1 ein schematisches Diagramm eines veranschaulichenden drahtlosen Leistungssystems gemäß einem Gesichtspunk der vorliegenden Offenbarung.
2 eine auseinandergezogene Ansicht einer veranschaulichenden drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung mit einer Spule zum Empfangen von drahtloser Leistung gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung.
3A eine perspektivische Ansicht einer veranschaulichenden drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung mit einer Spule zum Laden von drahtlosen Leistungsempfangsspulen gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung.
3B eine Draufsicht auf die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung von 3A.
4 ein veranschaulichende Auftragung eines Steuerverfahrens nach dem Stand der Technik für drahtlose Leistungsübertragung zwischen Leistungsübertragungs- und -empfangsvorrichtungen in dem in 1 gezeigten drahtlosen Leistungssystem.
5 eine veranschaulichende Auftragung eines Rückkopplungssteuerschemas für ein drahtloses Leistungsübertragungssystem gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung.
6 ein veranschaulichendes Diagramm eines weiteren Rückkopplungssteuerschemas für ein drahtloses Leistungsübertragungssystem gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung.
7 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Regelkreisalgorithmus, der in der Leistungsempfangsvorrichtung eines drahtlosen Leistungsübertragungssystems unter Verwendung von Rückkopplungssteuerschemata implementiert ist, die in 5 und 6 veranschaulicht sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Tragbare elektronische Vorrichtungen wie Mobiltelefone, Armbanduhr-Vorrichtungen, Tablet-Computer, drahtlose Ohrhörer und andere tragbare Vorrichtungen verwenden Batterien. Die Batterien in diesen Vorrichtungen können unter Verwendung eines drahtlosen Ladesystems geladen werden. Zum Beispiel kann ein Benutzer Vorrichtungen wie Armbanduhr-Vorrichtungen und Mobiltelefone auf einer drahtlosen Ladematte platzieren, um diese Vorrichtungen drahtlos zu laden.
Ein veranschaulichendes drahtloses Leistungssystem ist in 1 gezeigt. Das drahtlose Leistungssystem 8 schließt elektronischen Vorrichtungen 10 ein. Elektronische Vorrichtungen 10 schließen elektronische Vorrichtungen ein, die drahtlose Leistungs- und/oder elektronische Vorrichtungen übertragen, die drahtlose Leistung empfangen. Da die Batterieladung eine gemeinsame Verwendung von empfangener Leistung ist, werden drahtlose Leistungsübertragungsvorgänge in dem System 8 zuweilen als Batterieladevorgänge bezeichnet. Die Leistung kann jedoch auch einer Empfangsvorrichtung bereitgestellt werden, um eine Anzeige oder eine andere Schaltlogik in der Empfangsvorrichtung ohne Batterieladung zu betreiben, falls gewünscht. Dementsprechend kann die drahtlose Leistung zum Laden von Batterien in elektronischen Vorrichtungen und zur Stromversorgung anderer Vorrichtungskomponenten verwendet werden.
Das Laden kann durch drahtloses Übertragen von Leistung (z. B. unter Verwendung von induktivem Laden) von einer Leistungsübertragungsvorrichtung wie der Vorrichtung 12 zu einer Leistungsempfangsvorrichtung wie Vorrichtung 24 durchgeführt werden. Spulen in den Leistungsübertragungs- und -empfangsvorrichtungen können verwendet werden, um drahtlose Leistungssignale zu übertragen und zu empfangen. Im Beispiel von 1 wird Leistung drahtlos unter Verwendung von drahtlosen Leistungssignalen 44 übertragen. Die drahtlose Ladeeffizienz der Vorrichtung 24 wird zum Teil durch die Kopplung zwischen der Spule 42 auf der Vorrichtung 12 und der Spule 48 auf der Vorrichtung 24 (hierin auch als Kopplung zwischen der Übertragungsvorrichtung 12 und der Empfangsvorrichtung 24 bezeichnet) beeinflusst.
Die physische Ausrichtung der Spulen 42 und 48 auf den X-, Y- und Z-Achsen beeinflusst die elektromagnetische Kopplung. Ein Versatz von x = 0, y = 0 bedeutet, dass die Mitten der Spulen 42 und 48 in der X-Y-Ebene ausgerichtet sind. Ein Versatz von z = 0 kann bedeuten, dass der Abstand zwischen den Oberflächen der zwei Vorrichtungen, welche die Spulen 42 und 48 enthalten, ein minimaler Abstand ist. Zum Beispiel weist weder die Leistungsübertragungsvorrichtung 12 noch die Leistungsempfangsvorrichtung 24 einen Fall auf, der die zwei Vorrichtungen trennt. Ein Versatz von (x, y, z) = (0, 0, 0) kann als beste Kopplungsbedingung bezeichnet werden. Außerdem kann ein Versatz von (r, z) = (0, 0), wobei „r“ der Krümmungsradius zwischen den Mitten der Spule 42 und der Spule 48 ist, auch als beste Kopplungsbedingung bezeichnet werden.
Die elektromagnetische Kopplung zwischen der Spule 42 auf der Vorrichtung 12 und der Spule 48 auf der Vorrichtung 24 kann derart ausgelegt sein, dass sie über einen Positionstoleranzbereich arbeitet. In einem Beispiel kann das drahtlose Leistungsübertragungssystem für die Mitten der Spulen 42 und 48 optimiert werden, die innerhalb von 5 mm in der X-Y-Ebene ausgerichtet sind, und der Abstand zwischen Oberflächen der Vorrichtungen 12 und 24 liegt in der Z-Richtung innerhalb von 5 mm. Solche Konstruktionskriterien können als „5 mm mal 5 mm“ Versatz bezeichnet werden. In diesem Beispiel würde eine „gute“ Kopplung auftreten, wenn die Mitte der Spule 48 der Leistungsempfangsvorrichtung 24 innerhalb von 5 mm um 5 mm der Mitte der Spule 42 der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 ausgerichtet ist. In einer solchen Ausrichtung kann ein gutes Laden resultieren, da das System dazu ausgelegt ist, um die volle Leistung von der Vorrichtung 12 an die Vorrichtung 24 zu übertragen, wenn die Spulen um +/- 5 mm versetzt sind. Weiter kann in dem 5 mm x 5 mm-Konstruktionsbeispiel eine Kopplung, bei der die Leistungsübertragungs- und Empfangsspulen um mehr als +/- 5 mm versetzt sind, das Konstruktionskriterium als eine „schlechte“ Kopplung klassifiziert werden. Ein Fachmann wird erkennen, dass das drahtlose Leistungsübertragungssystem nicht durch diesen beispielhaften Positionstoleranzbereich begrenzt ist und für alternative Bereiche (z. B. +/- 1 mm, +/-2 mm, +/- 3 mm, +/- 4 mm, +/- 6 oder mehr usw.) ausgelegt sein kann, ohne vom Schutzumfang und Geist der Erfindung, wie hierin beschrieben, abzuweichen.
Eine gute Kopplung zwischen den Übertragungs- und Empfangsspulen kann eine effiziente drahtlose Leistungsübertragung fördern. Eine schlechte Kopplung zwischen den Übertragungs- und Empfangsspulen kann die drahtlose Ladeeffizienz und die in der Empfangsvorrichtung 24 erzeugte Leistung beeinträchtigen. Hierin werden Rückkopplungssteuerschemata zum Optimieren der Effizienz von drahtlosen Leistungsübertragungssystemen offenbart.
Während des Betriebs des Systems 8 überträgt die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung 12 drahtlos Leistung an eine oder mehrere drahtlose Leistungsempfangsvorrichtungen wie die Vorrichtung 24. Die drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtungen können elektronische Vorrichtungen wie Armbanduhren, Mobiltelefone, Tablet-Computer, Laptop-Computer, Ohrhörer, Batteriegehäuse für Ohrhörer und andere Vorrichtungen, Tablet-Computer-Eingabestifte (z. B. Stylus) und andere Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen (z. B. Zubehörvorrichtungen), tragbare Vorrichtungen oder andere elektronische Ausrüstung einschließen. Die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung kann eine elektronische Vorrichtung wie eine drahtloses Ladescheibe oder -matte, die eine Ladeoberfläche (z. B. eine planare Ladeoberfläche) aufweist, die tragbare Vorrichtungen aufnimmt, die geladen werden sollen, einen Tablet-Computer oder eine andere tragbare elektronische Vorrichtung mit drahtloser Leistungsübertragungsschaltlogik (z. B. eine der Vorrichtungen 24, die eine drahtlose Leistungsübertragungsschaltlogik aufweist) oder eine andere drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung sein. Die drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtungen verwenden Leistung von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung, um interne Komponenten mit Strom zu versorgen und um interne Batterien zu laden.
Wie in 1 gezeigt, schließt die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung 12 eine Steuerschaltlogik 16 ein. Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung 24 schließt eine Steuerschaltlogik 30 ein. Die Steuerschaltlogik in dem System 8, wie Steuerschaltlogik 16 und Steuerschaltlogik 30 (und/oder Steuerschaltlogik in anderen Vorrichtungen 10), wird bei der Steuerung des Betriebs des Systems 8 verwendet. Diese Steuerschaltlogik kann eine Verarbeitungsschaltlogik einschließen, die Mikroprozessoren, Leistungsverwaltungseinheiten, Basisbandprozessoren, Digitalsignalprozessoren, Mikrocontrollern und/oder anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen mit Verarbeitungsschaltungen zugeordnet ist. Die Verarbeitungsschaltlogik implementiert gewünschte Steuer- und Kommunikationsmerkmale in den Vorrichtungen 12 und 24. Zum Beispiel kann die Verarbeitungsschaltlogik beim Betreiben der hierin erörterten Regelkreise, Auswählen von Spulen, Anpassen der Phasen und Größen von Spulenantriebssignalen, Bestimmen von Leistungsübertragungspegeln, Verarbeiten von Sensordaten und anderen Daten, Verarbeiten von Benutzereingaben, Handhaben von Verhandlungen zwischen den Vorrichtungen 12 und 24, Senden und Empfangen von In-Band- und Out-of-Band-Daten, Vornehmen von Messungen, Starten und Stoppen von Ladevorgängen, Ein- und Ausschalten von Vorrichtungen 10, Platzieren von Vorrichtungen 10 in Energiesparmodi mit geringem Stromverbrauch und anderweitiges Steuern des Betriebs des Systems 8 verwendet werden.
Steuerschaltlogik in dem System 8 kann konfiguriert sein, um Vorgänge in dem System 8 unter Verwendung von Hardware (z. B. einer dedizierten Hardware oder Schaltlogik), Firmware und/oder Software durchzuführen. Ein Softwarecode zum Durchführen von Vorgängen in System 8 wird auf nichttransitorischen computerlesbaren Speicherungsmedien (z. B. materiellen computerlesbaren Speicherungsmedien) in der Steuerschaltlogik 8 gespeichert. Der Softwarecode kann manchmal als Software, Daten, Programmanweisungen, Anweisungen oder Code bezeichnet werden. Die nichttransitorischen computerlesbaren Speicherungsmedien können nichtflüchtigen Speicher, wie nichtflüchtigen Arbeitsspeicher (NVRAM), eine oder mehrere Festplatten (z. B. magnetische Laufwerke oder Solid-State-Laufwerke), eine oder mehrere austauschbare Flash-Laufwerke oder andere austauschbare Medien oder dergleichen, einschließen. Auf den nicht-transitorischen computerlesbaren Speicherungsmedien gespeicherte Software kann auf der Verarbeitungsschaltlogik der Vorrichtungen 10 (z. B. Steuerschaltlogik 16 und/oder 30) ausgeführt werden. Die Verarbeitungsschaltlogik kann anwendungsspezifische integrierte Schaltungen mit Verarbeitungsschaltlogik, einen oder mehrere Mikroprozessoren, eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) oder eine andere Verarbeitungsschaltlogik einschließen.
Bei der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 kann es sich um einen eigenständigen Leistungsadapter handeln (z. B. eine drahtlose Ladescheibe oder -matte, die eine Leistungsadapterschaltlogik einschließt), kann es sich um eine drahtlose Ladescheibe oder -matte handeln, die mit einem Leistungsadapter oder einer anderen Ausrüstung durch ein Kabel gekoppelt ist, kann es sich um eine tragbare elektronische Vorrichtung handeln (Mobiltelefon, Tablet-Computer, Laptop-Computer usw.), kann es sich um eine Ausrüstung handeln, die in Möbel, ein Fahrzeug oder ein anderes System eingebaut wurde, oder kann es sich um eine andere drahtlose Leistungsübertragungsausrüstung handeln. Veranschaulichende Konfigurationen, in denen die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung 12 eine drahtlose Ladescheibe, -matte oder eine tragbare elektronische Vorrichtung ist, werden hierin manchmal als ein Beispiel beschrieben.
Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung 24 kann eine tragbare elektronische Vorrichtung, wie eine Armbanduhr, ein Mobiltelefon, ein Laptop-Computer, ein Tablet-Computer, ein Zubehör, wie ein Ohrhörer, eine Tablet-Computer-Eingabevorrichtung, wie ein drahtloser Tablet-Computer-Eingabestift, ein Batteriegehäuse oder eine andere elektronische Ausrüstung, sein. Die Leistungsübertragungsvorrichtung 12 kann mit einer Steckdose (z. B. einer Wechselstromquelle) gekoppelt werden, kann einen Akku zum Bereitstellen von Leistung aufweisen und/oder kann eine andere Leistungsquelle aufweisen. Die Leistungsübertragungsvorrichtung 12 kann einen Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungswandler (AC-DC-Leistungswandler), wie einen AC-DC-Leistungswandler 14, zum Umwandeln von Wechselstromleistung von einer Steckdose oder einer anderen Leistungsquelle in Gleichstromleistung aufweisen. In einigen Konfigurationen kann der AC-DC-Leistungswandler 14 in einem Gehäuse (z. B. einem Gehäuse eines externen Netzteils) bereitgestellt sein, das von dem Gehäuse der Vorrichtung 12 (z. B. einem Gehäuse einer drahtlosen Ladematte oder einem Gehäuse einer tragbaren elektronischen Vorrichtung) getrennt ist, und ein Kabel kann verwendet werden, um Gleichstromleistung vom Leistungswandler an die Vorrichtung 12 zu koppeln. Gleichstromleistung kann verwendet werden, um die Steuerschaltlogik 16 mit Strom zu versorgen.
Während des Betriebs kann eine Steuerung in der Steuerschaltlogik 16 eine Leistungsübertragungsschaltlogik 52 verwenden, um drahtlos Leistung an eine Leistungsempfangsschaltlogik 54 der Vorrichtung 24 zu übertragen. Die Leistungsübertragungsschaltlogik 52 kann eine Schaltschaltlogik (z. B. eine aus Transistoren gebildeten Wechselrichterschaltlogik 60) aufweisen, die basierend auf Steuersignalen, die durch die Steuerschaltlogik 16 bereitgestellt werden, ein- und ausgeschaltet wird, um Wechselstromsignale durch eine oder mehrere Übertragungsspulen 42 zu erzeugen. Die Spulen 42 können in einer planaren Spulenanordnung angeordnet sein, wie in Konfigurationen, in denen die Vorrichtung 12 eine drahtlose Ladematte ist, oder können in anderen Konfigurationen angeordnet werden. In einigen Anordnungen kann die Vorrichtung 12 eine einzige Spule aufweisen. In Anordnungen, in denen die Vorrichtung 12 mehrere Spulen aufweist, können die Spulen in einer oder mehreren Schichten angeordnet sein. Spulen in unterschiedlichen Schichten können einander überlappen oder nicht.
Wenn die Wechselströme durch eine oder mehrere Spulen 42 hindurchgehen, wird ein zeitvariables elektromagnetisches Feld (z. B. Magnetfeld) (Signale 44) erzeugt, das von einer oder mehreren entsprechenden Empfängerspulen, wie der Spule 48 in der Leistungsempfangsvorrichtung 24, empfangen wird. Wenn das zeitvariable elektromagnetische Feld von der Spule 48 empfangen wird, werden entsprechende Wechselströme in die Spule 48 induziert. Eine Gleichrichter-Schaltlogik, wie der Gleichrichter 50, der Gleichrichterkomponenten, wie in einem Brückennetz angeordnete synchrone Gleichrichter-Metalloxid-Halbleitertransistoren enthält, wandelt empfangene Wechselstromsignale von der Spule 48 in Gleichstromspannungssignale für die Stromversorgung der Vorrichtung 24 um.
Die von dem Gleichrichter 50 erzeugten Gleichspannungen können zum Versorgen (Laden) einer Energiespeicherungsvorrichtung, wie einer Batterie 58, verwendet werden und können zum Versorgen anderer Komponenten in der Vorrichtung 24 verwendet werden. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 24 Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 56, wie eine Anzeige, einen Berührungssensor, Kommunikationsschaltungen, Audiokomponenten, Sensoren, Komponenten, die elektromagnetische Signale erzeugen, die von einem Berührungssensor in einem Tablet-Computer oder einer anderen Vorrichtung mit einem Berührungssensor (z. B. zum Bereitstellen einer Eingabe von einem Eingabestift usw.) erfasst werden, und andere Komponenten einschließen, und diese Komponenten können durch die Gleichstromspannungen, die von dem Gleichrichter 50 (und/oder Gleichstromspannungen, die von Batterie 58 oder einer anderen Energiespeicherungsvorrichtung in Vorrichtung 24 erzeugt werden) versorgt werden.
Die Vorrichtung 12 und/oder die Vorrichtung 24 können drahtlos (z. B. unter Verwendung von In-Band- oder Out-of-Band-Kommunikationen) kommunizieren. Die Vorrichtung 12 kann zum Beispiel eine drahtlose Transceiver (TX/RX)-Schaltlogik 40 aufweisen, die unter Verwendung einer Antenne drahtlos Out-of-Band-Signale an die Vorrichtung 24 überträgt. Die drahtlose Transceiver-Schaltlogik 40 kann verwendet werden, um unter Verwendung der Antenne drahtlos Out-of-Band-Signale von der Vorrichtung 24 zu empfangen. Die Vorrichtung 24 kann eine drahtlose Transceiver-Schaltlogik 46 aufweisen, die Out-of-Band-Signale an die Vorrichtung 12 überträgt. Eine Empfängerschaltlogik in dem drahtlosen Transceiver 46 kann eine Antenne verwenden, um Out-of-Band-Signale von der Vorrichtung 12 zu empfangen. In einigen Konfigurationen können die Vorrichtungen 10 über lokale Netzwerke und/oder Weitverkehrsnetze (z. B. das Internet) kommunizieren.
Die drahtlose Transceiver-Schaltlogik 40 kann eine oder mehrere Spulen 42 verwenden, um In-Band-Signale an die drahtlose Transceiver-Schaltlogik 46 zu übertragen, die von der drahtlosen Transceiver-Schaltlogik 46 unter Verwendung der Spule 48 empfangen werden. Jedes geeignete Modulationsschema kann verwendet werden, um In-Band-Kommunikationen zwischen der Vorrichtung 12 und der Vorrichtung 24 zu unterstützen. In einer veranschaulichenden Konfiguration wird die Frequenzumtastung (FSK) verwendet, um In-Band-Daten von der Vorrichtung 12 an die Vorrichtung 24 zu übertragen, und wird die Amplitudenumtastung (ASK) verwendet, um In-Band-Daten von der Vorrichtung 24 an die Vorrichtung 12 zu übertragen. Leistung kann während dieser FSK- und ASK-Übertragungen drahtlos von der Vorrichtung 12 an die Vorrichtung 24 übermittelt werden. Andere Typen von In-Band-Kommunikationen können, falls gewünscht, verwendet werden.
Während Vorgängen der drahtlosen Leistungsübertragung liefert die Schaltlogik 52 Wechselstromansteuerungssignale an eine oder mehrere Spulen 42 mit einer bestimmten Leistungsübertragungsfrequenz. Die Leistungsübertragungsfrequenz kann beispielsweise eine vorgegebene Frequenz von etwa 125 Kilohertz (kHz), mindestens 80 kHz, mindestens 100 kHz, weniger als 500 kHz, weniger als 300 kHz, weniger als 150 kHz, zwischen 80 kHz und 150 kHz oder eine andere geeignete drahtlose Leistungsfrequenz sein. In einigen Konfigurationen kann die Leistungsübertragungsfrequenz in Kommunikationen zwischen den Vorrichtungen 12 und 24 verhandelt werden. In anderen Konfigurationen kann die Leistungsübertragungsfrequenz fest sein.
Während Vorgängen der drahtlosen Leistungsübertragung, während die Leistungsübertragungsschaltlogik 52 Wechselstromsignale in eine oder mehrere Spulen 42 steuert, um elektromagnetische Signale 44 mit der Leistungsübertragungsfrequenz zu erzeugen, kann die drahtlose Transceiver-Schaltlogik 40 eine FSK-Modulation verwenden, um die Daten und Informationen über die Wechselstrom-Ansteuerungssignale 44 zu übertragen. In der Vorrichtung 24 wird die Spule 48 verwendet, um die elektromagnetischen Signale 44 zu empfangen. Die Leistungsempfangsschaltlogik 54 verwendet die empfangenen Signale auf der Spule 48 und dem Gleichrichter 50, um Gleichstrom zu erzeugen. Gleichzeitig verwendet die drahtlose Transceiver-Schaltlogik 46 eine FSK-Demodulation, um die übertragenen In-Band-Daten aus den Signalen 44 zu extrahieren. Dieser Ansatz ermöglicht es, FSK-Daten (z. B. FSK-Datenpakete) in dem Band von der Vorrichtung 12 an die Vorrichtung 24 mit den Spulen 42 und 48 zu übertragen, während gleichzeitig Leistung drahtlos von der Vorrichtung 12 an die Vorrichtung 24 unter Verwendung der Spulen 42 und 48 übermittelt wird. Andere Typen von In-Band-Kommunikationen können, falls gewünscht, zwischen Vorrichtung 12 und Vorrichtung 24 verwendet werden.
In-Band-Kommunikationen zwischen der Vorrichtung 24 und der Vorrichtung 12 können ASK-Modulations- und -Demodulationstechniken oder andere geeignete In-Band-Kommunikationstechniken verwenden. Die drahtlose Transceiver-Steuerschaltlogik 46 überträgt In-Band-Daten an die Vorrichtung 12, indem sie einen Schalter (z. B. einen oder mehrere Transistoren in dem Transceiver 46, die Spule 48 gekoppelt sind) verwendet, um die Impedanz der Leistungsempfangsschaltlogik 54 (z. B. Spule 48) zu modulieren. Dies wiederum moduliert die Amplitude des Signals 44 und die Amplitude des Wechselstromsignals, das durch die Spule(n) 42 hindurchgeht. Die drahtlose Transceiver-Schaltlogik 40 überwacht die Amplitude des Wechselstromsignals, das durch die Spule(n) 42 hindurchgeht, und extrahiert, unter Verwendung einer ASK-Demodulation, die übertragenen In-Band-Daten aus diesen Signalen, die durch die drahtlose Transceiver-Schaltlogik 46 übertragen wurden. Die Verwendung von ASK-Kommunikationen ermöglicht die Übertragung eines Stroms von ASK-Datenbits (z. B. einer Reihe von ASK-Datenpaketen) in dem Band von der Vorrichtung 24 an die Vorrichtung 12 mit den Spulen 48 und 42, während gleichzeitig Leistung drahtlos von der Vorrichtung 12 an die Vorrichtung 24 unter Verwendung der Spulen 42 und 48 übermittelt wird.
Die Steuerschaltlogik 16 kann eine Schaltlogik zur Messung externer Objekte 41 (manchmal als Fremdobjekt-Detektionsschaltlogik oder Schaltlogik zur Detektion externer Objekte bezeichnet) aufweisen, die externe Objekte auf einer der Vorrichtung 12 zugeordneten Ladeoberfläche detektiert. Die Schaltlogik 41 kann Fremdobjekte, wie Spulen, Papierklammern und andere metallische Objekte, detektieren und kann das Vorhandensein von drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtungen 24 detektieren. Während Objektdetektions- und Kennzeichnungsvorgängen kann die externe Objektmessschaltlogik 41 verwendet werden, um Messungen an Spulen 42 durchzuführen, um zu bestimmen, ob Vorrichtungen 24 an der Vorrichtung 12 vorhanden sind (z. B. ob Vorrichtungen 24 vermutlich an der Vorrichtung 12 vorhanden sind). Die Messschaltlogik 43 in der Steuerschaltlogik 30 kann bei der Herstellung von Strom- und Spannungsmessungen in der Spule 48 verwendet werden und/oder kann bei der Herstellung anderer Messungen an der drahtlosen Leistungsempfangsschaltlogik 54 verwendet werden. Die Messschaltlogik 41 in der Steuerschaltlogik 16 kann bei der Herstellung von Strom- und Spannungsmessungen in Spule(n) 42 verwendet werden und/oder kann bei der Herstellung anderer Messungen an der drahtlosen Leistungsübertragungsschaltlogik 52 verwendet werden. In Szenarien, in denen die Vorrichtung 12 mehrere Spulen 42 einschließt, kann die Steuerschaltlogik 16 Messungen unter Verwendung jeder Spule 42 in Folge und/oder parallel durchführen. Die Steuerschaltlogik 16 kann Messungen vergleichen, die unter Verwendung von Messschaltlogik 41 mit vorbestimmten Eigenschaften, die der Vorrichtung 24 zugeordnet sind (z. B. vorbestimmte Eigenschaften, die unterschiedlichen Arten von Vorrichtungen 24 zugeordnet sind, welche die Steuerschaltlogik 16 verwendet, um den Typ der Vorrichtung 24 zu identifizieren, der geladen wird), hergestellt werden.
2 veranschaulicht eine auseinandergezogene Ansicht einer beispielhaften drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung 24. Wie in 2 gezeigt, schließt die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung 24 ein Gehäuse wie ein oberes Gehäuse 62 und ein unteres Gehäuse 64 ein, die ineinander passen können, um einen inneren Hohlraum zu definieren. Das untere Gehäuse 64 weist eine Oberfläche 74 auf, die hierin auch als hintere Oberfläche 74 bezeichnet wird, die auf oder über einer Ladeoberfläche der Vorrichtung 12 zur drahtlosen Ladevorrichtung 24 platziert ist. Zum Beispiel können sowohl die hintere Oberfläche 74 als auch die Ladeoberfläche 82 der Vorrichtung 12 während des drahtlosen Ladens im Wesentlichen parallel zur X-Y-Ebene von 2 liegen. Ein Anzeigebildschirm (z. B. OLED-Anzeige) oder eine andere Eingabe-Ausgabevorrichtungen können an dem oberen Gehäuse 64 auf der Oberfläche 72 montiert sein, hierin auch als obere Oberfläche 74 bezeichnet.
Die Vorrichtung 24 schließt eine oder mehrere Spulen 48 am unteren Gehäuse 64 oder innerhalb des durch das obere Gehäuse 62 und das untere Gehäuse 64 gebildeten Innenhohlraums ein. Das Gehäuse 62, 64 kann Metallmaterialien, dielektrische Materialien oder Kombinationen dieser und/oder anderer Materialien einschließen. Die Vorrichtung 24 kann optional eine ferromagnetische Abschirmung 66 und eine Wärmeabschirmung 65 in der Nähe der Spule 48 einschließen. Die Wärmeabschirmung 65 kann eine Graphit- oder eine ähnliche Schicht einschließen, die eine thermische Isolierung zwischen der Spule 48 und der Batterie und anderen Komponenten der Vorrichtung 24 bereitstellt. Die ferromagnetische Abschirmung 66 kann zwischen der Leistungsspule 48 und der Wärmeabschirmung 65 positioniert sein. Die ferromagnetische Abschirmung 66 kann als Magnetfeldabschirmung dienen, um einen Magnetfluss umzuleiten, um eine höhere Kopplung mit der Spule 42 in der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 zu erhalten, was zu einer verbesserten Ladeeffizienz führen kann. Die Vorrichtung 24 kann optional eine Klebstoffkomponente 67 einschließen, welche die Spule 48 an dem unteren Gehäuse 64 anbringt. Die Klebstoffkomponente 67 kann eine einzelne Folie aus einem Klebstoffmaterial sein, wie ein druckempfindliches Haftmittel (PSA). Die Spule 48 kann optional an dem unteren Gehäuse 64 innerhalb eines Aussparungsbereichs 68 angebracht sein, der bemessen und geformt ist, um die Spule 48 aufzunehmen.
In einigen Situationen kann ein Benutzer die Vorrichtung 24 auf einer Ladeoberfläche der Vorrichtung 12 platzieren, sodass die hintere Oberfläche 74 des unteren Gehäuses 64 flach auf der Ladeoberfläche aufliegt. In dieser beispielhaften Konfiguration erstreckt sich eine Mittelachse der Spule 48 parallel zu einer Mittelachse der Spule 42 in der Vorrichtung 12 und ein Magnetfeld von der Spule 42 kann durch die Spule 48 hindurchgehen. Das Magnetfeld induziert Strom auf der Spule 48, der zur drahtlosen Ladung der Vorrichtung 24 verwendet wird.
3A ist eine perspektivische Ansicht und 3B ist eine Draufsicht der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 12 in einer veranschaulichenden Konfiguration. Wie gezeigt, kann die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung 12 eine Spule 42 an der Ladeoberfläche 82 zum Übertragen von drahtloser Leistung an die Spule 48 in der Leistungsempfangsvorrichtung 24 aufweisen. Bei einer veranschaulichenden Konfiguration ist die Vorrichtung 12 eine drahtlose Ladescheibe mit einer flachen Oberfläche 84, die der Ladeoberfläche 82 gegenüberliegt und auf einer darunterliegenden Oberfläche wie einer Tischplatte oder einer anderen Oberfläche aufliegt. Ein Benutzer kann die Vorrichtung 24 auf die Ladeoberfläche 82 zum Laden der Vorrichtung 24 platzieren. Die hintere Oberfläche 74 der Vorrichtung 24 (2) und die Ladeoberfläche 82 liegen innerhalb von Ebenen, die während des drahtlosen Ladens im Wesentlichen parallel zur X-Y-Ebene von 3 sind.
Die Vorrichtung 12 kann die Spule 42 unter Verwendung eines entsprechenden Wechselrichters 60 von 1 ansteuern, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Das Magnetfeld wird durch die Spule 48 geleitet, während die Vorrichtung 24 auf der Ladeoberfläche 82 platziert ist und Strom auf die Spule 48 induziert, welche die drahtlose Ladevorrichtung 24 bedient. Eine elektromagnetische Kopplung zwischen Spule 42 und Spule 48 wird optimiert, wenn die Spule 48 um die Spule 42 zentriert ist. Die Größe der Spule 42 ermöglicht jedoch eine gewisse Positionstoleranz entlang der X- und Y-Achsen von 3 für die Platzierung der Vorrichtung 24 auf der Ladeoberfläche 82. Wie vorstehend angegeben, wird die drahtlose Ladeeffizienz der Vorrichtung 24 zum Teil durch die Kopplung zwischen der Spule 42 auf der Vorrichtung 12 und der Spule 48 auf der Vorrichtung 24 bestimmt.
4 ist eine veranschaulichende Auftragung von Konstruktionsbeschränkungen des Steuerverfahrens 400 aus dem Stand der Technik. 4 stellt die Spannung auf der Y-Achse und die Leistung auf der X-Achse dar. 4 schließt eine beispielhafte Lastleitung 410A der Gleichrichter-Ausgangsspannung („Vrect“) ein, die mit einer guten Kopplung zwischen der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 und der Leistungsempfangsvorrichtung 24 auftritt, und eine beispielhafte Vrect-Lastleitung 410B, die mit einer schlechten Kopplung zwischen der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 und der Leistungsempfangsvorrichtung 24 auftritt, beide, wenn die Wechselrichter-Eingangsspannung der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 auf dem maximalen Pegel ist. In dem Steuerverfahren versucht die Leistungsempfangsvorrichtung, die Gleichrichter-Ausgangsspannung bei einem konstanten Zielpegel 430 zu regeln. Die Regelung ist in dem Bereich erreichbar, in dem die Lastleitung 410A und 410B über dem Regelungsziel 430 liegt, da der Regelkreis die Wechselrichter-Eingangsspannung reduzieren kann, um Vrect auf den Zielpegel zu bringen. Die Regelung ist in dem Bereich, in dem die Lastleitung 410B unterhalb des Zielpegels 430 liegt, nicht erreichbar, da die Wechselrichter-Eingangsspannung nicht weiter erhöht werden kann. Mit einer guten Kopplung kann das System bei 440A volle Leistung erreichen. Mit einer schlechten Kopplung kann das System jedoch nur eine reduzierte Leistung bei 440B erreichen, da das System durch die maximale verfügbare Wechselrichter-Eingangsspannung 420 und schwache magnetische Kopplung zwischen den drahtlosen Leistungsübertragungs- und -empfangsvorrichtungen beschränkt ist.
5 ist eine veranschaulichende Auftragung eines Rückkopplungssteuerschemas für ein drahtloses Leistungsübertragungssystem gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung. Ein in der Leistungsempfangsvorrichtung 24 implementierter Regelkreis regelt die Gleichrichter-Ausgangsspannung bei einem Zielpegel und ermöglicht, dass die Zielausgangsspannung des Gleichrichters zurückläuft (d. h. der Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters darf abfallen), wenn die Wechselrichter-Eingangsspannung der Leistungsübertragungsvorrichtung an einem maximalen Wechselrichter-Eingangsspannungspegel liegt und die Last zunimmt.
5 stellt die Spannung auf der Y-Achse und Leistung auf der X-Achse dar. 5 schließt eine beispielhafte Lastleitung 510 der Gleichrichter-Ausgangsspannung („Vrect“) ein, die mit einer schlechten Kopplung zwischen der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 und der Leistungsempfangsvorrichtung 24 auftritt, wenn sich die Wechselrichter-Eingangsspannung der Leistungsübertragungsvorrichtung bei ihrem maximalen Pegel befindet. Die Last, die in der Lastleitung 510 veranschaulicht ist, geht von einer leichten Last in eine schwere Last über, da sie sich entlang der X-Achse von links nach rechts bewegt.
Die Kurve 520 stellt die Wechselrichter-Eingangsspannung der Leistungsübertragungsvorrichtung dar. Die Kurve 520 schließt einen ersten Abschnitt 520A ein, wobei, wenn die Last, die in der Lastleitung 510 dargestellt ist, zunimmt, die Wechselrichter-Eingangsspannung bis zu einer maximalen Wechselrichter-Eingangsspannung bei 522 ansteigt. Wie nachstehend erörtert, kann der Regelkreis der Wechselrichter-Eingangsspannungskurve 520 in diesem Bereich die Gleichrichter-Ausgangsspannung bei einem Zielpegel regeln (d. h. Vrect-Regelung ist durch die Leistungsempfangsvorrichtung erreichbar). Die Kurve 520 schließt einen zweiten Abschnitt 520B ein, wobei die Vrect-Regelung nicht erreichbar ist, da die Wechselrichter-Eingangsspannung bei dem maximalen Pegel liegt und nicht weiter erhöht werden kann. Eine weiter zunehmende Lastleistung führt dazu, dass Vrect unter den Zielpegel 530 fällt.
Die Kurve 530 stellt die Leistungsempfangsvorrichtung-Gleichrichter-Zielausgangsspannung dar. Wie gezeigt, schließt die Kurve 530 einen ersten Abschnitt 530A ein, wobei die Leistungsempfangsvorrichtung die Gleichrichter-Ausgangsspannung bei einem Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters regelt, wenn die Last entlang der Lastleitung 510 zunimmt. Kurve 530 schließt einen zweiten Abschnitt 530B ein, wobei die Leistungsempfangsvorrichtung in einem Foldback-Modus der Zielausgangsspannung des Gleichrichters arbeitet, der bei 532 ausgelöst wird, wenn die Wechselrichter-Eingangsspannung der Leistungsübertragungsvorrichtung auf einem maximalen Pegel liegt und die Last weiterhin zunimmt. Der Foldback-Modus der Zielausgangsspannung des Gleichrichters ermöglicht, dass der Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters abfällt, und ein Regelkreis adaptiv die Zielausgangsspannung des Gleichrichters an einen neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters anpasst, da die Last entlang der Leitung 510 weiter zunimmt. Im Foldback-Modus der Zielausgangsspannung des Gleichrichters kann die Steuerschaltlogik 30 der Leistungsempfangsvorrichtung erfordern, dass die Zielausgangsspannung des Gleichrichters nicht unter einen vorbestimmten minimalen Foldback-Pegel der Gleichrichter-Ausgangsspannung fällt, wodurch sichergestellt wird, dass der Gleichrichter 50 mindestens eine minimale Gleichrichter-Ausgangsleistung erzeugt.
Der Regelkreisalgorithmus des Foldback-Modus der Zielausgangsspannung des Gleichrichters ist in der Leistungsempfangsvorrichtung 24 implementiert. Während der drahtlosen Leistungsübertragung kann die Leistungsübertragungsvorrichtung 12 Informationen kommunizieren, die der Leistungsempfangsvorrichtung 24 den Wechselrichter-Eingangsspannungszustand angibt. Zum Beispiel können die Informationen eine Nachricht sein, die angibt, dass sich die Wechselrichter-Eingangsspannung auf einem maximalen Wechselrichter-Eingangsspannungspegel befindet. Alternativ können die Informationen den Wechselrichter-Eingangsspannungswert identifizieren. Die Kommunikation kann sich in einem Paket befinden, das die Wechselrichter-Eingangsspannungsinformationen trägt. In einem anderen Beispiel können die Informationen ein Ein-Bit-Flag in einem vorhandenen Datenpaket sein, um anzugeben, ob die Wechselrichter-Eingangsspannung einen maximalen Pegel erreicht hat. Die Kommunikation vom Leistungssender 12 zum Leistungsempfänger 24 kann unter Verwendung von Frequenzumtastungstechnik (FSK) erfolgen, wie vorstehend erörtert. Alternativ können andere Typen von In-Band- oder Out-of-Band-Kommunikationen, falls gewünscht, verwendet werden.
In einem anderen Beispiel kann die Leistungsempfangsvorrichtung 24 von der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 Informationen anfordern, die einen Betriebszustand eines Wechselrichters der Leistungsübertragungsvorrichtung angeben, wobei die drahtlose Leistungsübertragungsspule 48 drahtlose Leistungssignale empfängt, die von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 12 unter Verwendung des Wechselrichters übertragen werden. Zusätzlich können die Informationen einen Status umfassen, der angibt, ob der Wechselrichter der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 12 bei maximaler Eingangsspannung arbeitet. Wenn die Leistungsübertragungsvorrichtung 12 auf die Leistungsempfangsvorrichtung 24 reagiert, die angibt, dass die Wechselrichter-Eingangsspannung auf einem maximalen Pegel liegt, kann die Leistungsempfangsvorrichtung 24 den Foldback-Modus der Zielausgangsspannung des Gleichrichters auslösen, wie vorstehend erörtert, um die Zielausgangsspannung des Gleichrichters adaptiv anzupassen, während die Wechselrichter-Eingangsspannung bei dem maximalen Pegel liegt.
6 ist ein veranschaulichendes Diagramm eines weiteren Rückkopplungssteuerschemas 600 für ein drahtloses Leistungsübertragungssystem gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung. Das Steuerschema 600 kann die Ladeeffizienz bei einer leichten Last verbessern und schließt den oben erörterten Foldback-Modus der Zielausgangsspannung des Gleichrichters ein. Die Lastladeeffizienz kann verbessert werden, indem die Wechselrichter-Eingangsspannung der Leistungsübertragungsvorrichtung für eine leichte Last reduziert wird. Ein in der Leistungsempfangsvorrichtung 24 implementierter Regelkreis steuert dynamisch die Zielausgangsspannung des Gleichrichters in Abhängigkeit von entweder der Gleichrichter-Ausgangsleistung der Leistungsempfangsvorrichtung oder dem Ausgangsstrom. Wie nachstehend erörtert, ist der Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters bei einer leichten Last niedrig und steigt auf einen hohen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters, wenn die Last auf eine starke Last ansteigt. Die Last und die Zielausgangsspannung des Gleichrichters können von der Leistungsempfangsvorrichtung 24 abhängen. Beispielhafte Betriebsbedingungen schließen den Ladezustand der Batterie ein, ob die Vorrichtung ein Video abspielt oder eine energiefressende Anwendung wie ein Videospiel ausführt. Die Funktion der Zielausgangsspannung des Gleichrichters (Kurve 630) kann für die beste Kopplungsbedingung ausgelegt sein und ermöglicht es, dass die Zielausgangsspannung des Gleichrichters unter schlechteren Kopplungsbedingungen zurückläuft, wie in dem Funktionskurvenabschnitt 630C der Zielausgangsspannung des Gleichrichters gezeigt.
6 stellt die Spannung auf der Y-Achse und Leistung auf der X-Achse dar. 6 schließt eine beispielhafte Lastleitung 610 der Gleichrichter-Ausgangsspannung („Vrect“) ein, die mit einer schlechten Kopplung zwischen der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 und der Leistungsempfangsvorrichtung 24 auftritt, wenn sich die Wechselrichter-Eingangsspannung der Leistungsübertragungsvorrichtung an ihrem maximalen Pegel befindet. Die Last, die in der Lastleitung 610 veranschaulicht ist, geht von einer leichten Last in eine schwere Last über, da sie sich entlang der X-Achse von links nach rechts bewegt.
Kurve 620 stellt die Wechselrichter-Eingangsspannung der Leistungsübertragungsvorrichtung dar. Kurve 620 schließt einen ersten Abschnitt 620A ein, wobei die Wechselrichter-Eingangsspannung der Übertragungsvorrichtung auf einem niedrigen Pegel für eine leichte Last liegt, wie in dem am weitesten links gelegenen Abschnitt der Lastleitung 610 gezeigt. Kurve 620 schließt einen zweiten Abschnitt 620B ein, wobei die Wechselrichter-Eingangsspannung von dem niedrigen Pegel zu einem maximalen Wechselrichter-Eingangsspannungspegel bei 622 zunimmt, da die in der Lastleitung 610 dargestellte Last von einer leichten Last zu einer schweren Last übergeht. Kurve 620 schließt einen dritten Abschnitt 620C ein, der einen Betriebszustand darstellt, in dem die Wechselrichter-Eingangsspannung am maximalen Wechselrichter-Eingangsspannungspegel liegt.
Kurve 630 veranschaulicht die Gleichrichter-Zielausgangsspannung der Leistungsempfangsvorrichtung in Abhängigkeit von der Gleichrichter-Ausgangsleistung. Wie gezeigt, schließt die Kurve 630 einen ersten Abschnitt 630A ein, wobei die Gleichrichter-Ausgangsleistung niedrig ist und die Gleichrichter-Ausgangsspannung ausgelegt ist, um auf einen minimalen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters für eine leichte Last geregelt zu werden, wie in dem am weitesten links gelegenen Abschnitt der Lastleitung 610 gezeigt. Das Regeln der Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem minimalen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters kann die Ladeeffizienz bei leichter Last verbessern, da die Wechselrichter-Eingangsspannung auf einem niedrigen Spannungspegel (d. h. dem ersten Abschnitt 620A des Wechselrichters) gehalten wird.
Kurve 630 schließt einen zweiten Abschnitt 630B und einen dritten Abschnitt 630B¹ ein, wobei die Gleichrichter-Ausgangsleistung zunimmt, und die Zielausgangsspannung des Gleichrichters ist dazu ausgelegt, um von dem minimalen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters auf einen maximalen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters 634 erhöht zu werden, wenn die Last von einer leichten Last zu einer schweren Last übergeht. Aufgrund einer schlechten Kopplung zwischen dem Leistungssender 12 und dem Leistungsempfänger 24 kann der Leistungsempfänger möglicherweise die Gleichrichter-Ausgangsspannung am Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters nicht regulieren, was in dem dritten Abschnitt 630B¹ veranschaulicht ist, da die Wechselrichter-Eingangsspannung des Leistungssenders auf dem maximalen Wechselrichter-Eingangsspannungspegel liegt. In einem solchen Fall veranschaulicht der vierte Abschnitt 630C der Kurve 630 die Leistungsempfangsvorrichtung, die in einem Foldback-Modus der Zielausgangsspannung des Gleichrichters arbeitet, der bei 632 ausgelöst wird, wenn die Wechselrichter-Eingangsspannung der Leistungsübertragungsvorrichtung auf einem maximalen Pegel liegt und die Last entlang der Leitung 610 weiterhin zunimmt. Der Foldback-Modus der Zielausgangsspannung des Gleichrichters ermöglicht, dass der Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters abfällt, und ein Regelkreis adaptiv die Zielausgangsspannung des Gleichrichters an einen neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters anpasst, da die Last entlang der Leitung 610 weiter zunimmt. Im Foldback-Modus der Zielausgangsspannung des Gleichrichters kann die Steuerschaltlogik 30 der Leistungsempfangsvorrichtung erfordern, dass die Zielausgangsspannung des Gleichrichters nicht unter einen vorbestimmten minimalen Foldback-Pegel der Gleichrichter-Ausgangsspannung fällt, wodurch sichergestellt wird, dass der Gleichrichter 50 mindestens eine minimale Gleichrichter-Ausgangsleistung erzeugt.
Der Regelkreisalgorithmus des Foldback-Modus der Zielausgangsspannung des Gleichrichters ist in der Leistungsempfangsvorrichtung 24 implementiert. Während der drahtlosen Leistungsübertragung kann die Leistungsübertragungsvorrichtung 12 Informationen kommunizieren, die der Leistungsempfangsvorrichtung 24 den Wechselrichter-Eingangsspannungszustand angibt. Zum Beispiel können die Informationen eine Nachricht sein, die angibt, dass sich die Wechselrichter-Eingangsspannung bei einem maximalen Wechselrichter-Eingangsspannungspegel befindet. Alternativ können die Informationen den Wechselrichter-Eingangsspannungswert identifizieren. Die Kommunikation kann sich in einem Paket befinden, das die Wechselrichter-Eingangsspannungsinformationen trägt. In einem anderen Beispiel können die Informationen ein Ein-Bit-Flag in einem vorhandenen Datenpaket sein, um anzugeben, ob die Wechselrichter-Eingangsspannung einen maximalen Pegel erreicht hat. Die Kommunikation vom Leistungssender 12 zum Leistungsempfänger 24 kann unter Verwendung von Frequenzumtastungstechnik (FSK) erfolgen, wie vorstehend erörtert. Alternativ können andere Typen von In-Band- oder Out-of-Band-Kommunikationen, falls gewünscht, verwendet werden.
In einem anderen Beispiel kann die Leistungsempfangsvorrichtung 24 von der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 Informationen anfordern, die einen Betriebszustand eines Wechselrichters der Leistungsübertragungsvorrichtung angeben, wobei die drahtlose Leistungsübertragungsspule 48 drahtlose Leistungssignale empfängt, die von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 12 unter Verwendung des Wechselrichters übertragen werden. Zusätzlich können die Informationen einen Status umfassen, der angibt, ob der Wechselrichter der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 12 bei maximaler Eingangsspannung arbeitet. Wenn die Leistungsübertragungsvorrichtung 12 auf die Leistungsempfangsvorrichtung 24 reagiert, die angibt, dass die Wechselrichter-Eingangsspannung bei einem maximalen Pegel liegt, kann die Leistungsempfangsvorrichtung 24 den Foldback-Modus der Zielausgangsspannung des Gleichrichters auslösen, wie vorstehend erörtert, um die Zielausgangsspannung des Gleichrichters adaptiv anzupassen, während die Wechselrichter-Eingangsspannung auf dem maximalen Pegel liegt.
7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Regelkreisalgorithmus, der in der Leistungsempfangsvorrichtung 24 eines drahtlosen Leistungsübertragungssystems unter Verwendung der Rückkopplungssteuerschemata 500 und 600 implementiert ist, die in 5 und 6 veranschaulicht sind. Das Flussdiagramm von 7 wird zunächst in Verbindung mit einem beispielhaften Vorgang des in 5 gezeigten Rückkopplungssteuerschemas 500 erörtert.
In einem drahtlosen Leistungssystem 8 ist eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung 24 der Master der Kommunikation und steuert die Leistungsübertragung in dem drahtlosen Leistungssystem 8. Die Empfangsvorrichtung 24 ist konfiguriert, um elektromagnetische Signale 44 von einer drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 12 zu empfangen. Vor und während der Leistungsübertragung können die Empfangsvorrichtung 24 und die Übertragungsvorrichtung 12 einen maximal zulässigen Leistungspegel aushandeln. Die Leistungsempfangsvorrichtung 24 schließt eine drahtlose Leistungsübertragungsspule 48 ein. Zusätzlich schließt die Empfangsvorrichtung 24 eine Gleichrichter-Schaltlogik 50 ein, die mit der drahtlosen Leistungsübertragungsspule 48 gekoppelt und konfiguriert ist, um Signale von einer drahtlosen Leistungsübertragungsspule in die Ausgangsspannung gleichzurichten. Die Empfangsvorrichtung 24 schließt auch eine Steuerschaltlogik 30 ein, die konfiguriert ist, um die Gleichrichter-Ausgangsspannung bei einem Ziel-Ausgangsspannungspegel (z. B. 530A in 5) zu regeln, von der Übertragungsvorrichtung 12 eine Statusmeldung zu empfangen, welche die Wechselrichter-Eingangsspannung angibt, und die Zielausgangsspannung des Gleichrichters basierend auf dem Status der Wechselrichter-Eingangsspannung anzupassen.
Bezugnehmend auf 7, Schritt 704, misst die Steuerschaltlogik 30 der Empfangsvorrichtung 24 einen aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswert (z. B. unter Verwendung der Schaltlogik 43) und bestimmt, ob dieser größer oder gleich des Zielspannung-Gleichrichter-Ausgangspegels ist. Wenn dem so ist, kann die Empfangsvorrichtung in Schritt 706 die Lastleistung hochfahren, bis die maximal zulässige Leistung erreicht ist, und geht dann zu Schritt 708. Wenn der aktuelle Gleichrichter-Ausgangsspannungswert kleiner als der Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters ist, geht die Empfangsvorrichtung direkt zu Schritt 708.
In Schritt 708 bestimmt die Steuerschaltlogik 30 der Empfangsvorrichtung 24, ob sich die Wechselrichter-Eingangsspannung bei einem maximalen Pegel befindet, wie einer Betriebsbedingung entlang des Abschnitts 520B der Wechselrichter-Eingangsspannungskurve von 5. Zum Beispiel kann die Steuerschaltlogik 30 diese Bestimmung basierend auf einer Statusnachricht vornehmen, die eine von der Übertragungsvorrichtung 12 empfangene Wechselrichter-Eingangsspannung angibt. In einem anderen Beispiel kann die Leistungsempfangsvorrichtung 24 von der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 Informationen anfordern, die den Wechselrichter-Eingangsspannungsstatus angeben. Wenn in jedem der Beispiele der Status angibt, dass die Wechselrichter-Eingangsspannung nicht bei einem maximalen Pegel liegt (z. B. eine Betriebsbedingung entlang des ersten Abschnitts 520A der Wechselrichter-Eingangsspannungskurve in 5), geht die Empfangsvorrichtung 24 zu Schritt 710.
In Schritt 710 regelt die Steuerschaltlogik 30 die Gleichrichter-Ausgangsspannung am Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters. In Schritt 712 berechnet die Steuerschaltlogik 30 ein Steuerfehlerpaket (CEP), um der Leistungsübertragungsvorrichtung zu ermöglichen, die Gleichrichter-Ausgangsspannung durch Bereitstellen von Rückkopplungsinformationen für die Leistungsübertragungsvorrichtung anzupassen. In Schritt 730 überträgt die Empfangsvorrichtung 24 das CEP an die Übertragungsvorrichtung 12. Die Übertragungsvorrichtung 12 kann Informationen in dem CEP verwenden, um die Wechselrichter-Eingangsspannung anzupassen.
Unter Bezugnahme auf Schritt 708 tritt, wenn die Steuerschaltlogik 30 der Empfangsvorrichtung 24 bestimmt, dass die Statusnachricht über die Wechselrichter-Eingangsspannung angibt, dass sich die Wechselrichter-Eingangsspannung bei einem maximalen Pegel befindet (z. B. eine Betriebsbedingung entlang des zweiten Abschnitts 520B der Wechselrichter-Eingangsspannungskurve in 5), die Empfangsvorrichtung in den Foldback-Modus der Zielausgangsspannung des Gleichrichters ein (z. B. eine Betriebsbedingung entlang des zweiten Abschnitts 530B der Gleichrichter-Ausgangsspannungskurve). In Schritt 720 misst die Steuerschaltlogik 30 der Empfangsvorrichtung 24 einen aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswert (z. B. unter Verwendung der Schaltlogik 43). Im Foldback-Modus kann der aktuelle Gleichrichter-Ausgangsspannungswert unterhalb des Ziel-Ausgangsspannungspegels des Gleichrichters liegen. Daher stellt die Empfangsvorrichtung 24 einen neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters für den aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswert ein und regelt die Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters. In Schritt 722 berechnet die Empfangsvorrichtung 24 kein Steuerfehlerpaket (CEP); vielmehr weist die Empfangsvorrichtung 24 dem CEP einen Wert zu, der von der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 mehr Leistung anfordert. Die CEP-Anforderung nach mehr Leistung kann bewirken, dass die Übertragungsvorrichtung 12 die Wechselrichter-Eingangsspannung erhöht, wodurch sichergestellt wird, dass die Wechselrichter-Eingangsspannung am maximalen Wechselrichter-Eingangsspannungspegel gehalten wird. In Schritt 730 überträgt die Empfangsvorrichtung 24 das CEP an die Übertragungsvorrichtung 12.
Während die Wechselrichter-Eingangsspannung bei einem maximalen Pegel liegt, arbeitet die Empfangsvorrichtung 24 weiterhin im Foldback-Modus der Zielausgangsspannung des Gleichrichters (d. h. Schritte 720 und 722 in 7) und ermöglicht, dass die Gleichrichter-Ausgangsspannung abfällt. Der Foldback-Modus ermöglicht der Empfangsvorrichtung 24, den Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters adaptiv an einen neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters anzupassen, wenn sich die Last (z. B. eine Betriebsbedingung entlang des zweiten Abschnitts 530B der Gleichrichter-Ausgangsspannungskurve) ändert. Im Foldback-Modus kann die Steuerschaltlogik 30 der Empfangsvorrichtung 24 erfordern, dass der Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters nicht unter einen minimalen Foldback-Spannungspegel fällt. Die Steuerschaltlogik 30 der Empfangsvorrichtung 24 kann den aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswert, der in Schritt 720 gemessen wird, mit dem minimalen Foldback-Spannungspegel vergleichen. Wenn die Steuerschaltlogik 30 bestimmt, dass der aktuelle Gleichrichter-Ausgangsspannungswert kleiner als der minimale Foldback-Spannungspegel ist, kann die Steuerschaltlogik 30 den neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters auf den minimalen Foldback-Spannungspegel einstellen und die Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters regeln. Durch Steuern des minimalen Gleichrichter-Ausgangsspannungspegels kann die Empfangsvorrichtung 24 sicherstellen, dass der Gleichrichter 50 eine minimale Ausgangsleistung erzeugt.
Die Empfangsvorrichtung 24 stellt ihren Betrieb im Foldback-Modus in Schritt 704 ein, wenn die Steuerschaltlogik 30 der Empfangsvorrichtung 24 bestimmt, dass der aktuelle Gleichrichter-Ausgangsspannungswert größer oder gleich dem Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters (z. B. eine Betriebsbedingung entlang des zweiten Abschnitts 530A der Gleichrichter-Ausgangsspannungskurve von 5) ist. Dementsprechend befindet sich die Wechselrichter-Eingangsspannung der Übertragungsvorrichtung 12 nicht bei einem maximalen Pegel; vielmehr befindet sich diese in einer Betriebsbedingung entlang des ersten Abschnitts 520A der Wechselrichter-Eingangsspannungskurve von 5. In Schritt 708 geht die Empfangsvorrichtung 24 zu dem Regelkreis auf der linken Seite des Flussdiagramms von 7, um die Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem Ziel-Ausgangsspannungspegel zu regeln und ein CEP gemäß den Schritten 710 und 712 zu berechnen.
Das Flussdiagramm von 7 wird als nächstes in Verbindung mit einem beispielhaften Vorgang des in 6 gezeigten Rückkopplungssteuerschemas 600 erörtert. Wie vorstehend erwähnt, kann das Rückkopplungssteuerschema 600 die Ladeeffizienz bei einer leichten Last verbessern und schließt den Regelkreis für die Zielausgangsspannung des Gleichrichters ein.
In einem drahtlosen Leistungssystem 8 ist eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung 24 der Master der Kommunikation und steuert die Leistungsübertragung in dem drahtlosen Leistungssystem 8. Die Empfangsvorrichtung 24 ist konfiguriert, um elektromagnetische Signale 44 von einer drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 12 zu empfangen. Vor und während der Leistungsübertragung können die Empfangsvorrichtung 24 und die Übertragungsvorrichtung 12 einen maximal zulässigen Leistungspegel aushandeln. Die Leistungsempfangsvorrichtung 24 schließt eine drahtlose Leistungsübertragungsspule 48 ein. Zusätzlich schließt die Empfangsvorrichtung 24 eine Gleichrichter-Schaltlogik 50 ein, die mit der drahtlosen Leistungsübertragungsspule 48 gekoppelt und konfiguriert ist, um Signale von der drahtlosen Leistungsübertragungsspule in die Ausgangsspannung gleichzurichten. Die Empfangsvorrichtung 24 schließt auch eine Steuerschaltlogik 30 ein, die konfiguriert ist, um eine Charakteristik der Gleichrichter-Schaltlogik 50 (z. B. unter Verwendung der Schaltlogik 43) zu messen. Zum Beispiel kann die Gleichrichter-Schaltlogik-Charakteristik die Gleichrichter-Ausgangsleistung und/oder der Gleichrichter-Ausgangsstrom sein.
Die Steuerschaltlogik 30 kann einen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters basierend auf einer Abhängigkeit der gemessenen Charakteristik von der Gleichrichter-Schaltlogik 50 bestimmen und dynamisch steuern. Zum Beispiel kann die Zielausgangsspannung des Gleichrichters in Abhängigkeit von der Gleichrichter-Ausgangsleistung bestimmt und gesteuert werden, wie in 6 Kurve 630 gezeigt. Die Funktion der Zielausgangsspannung des Gleichrichters (Kurve 630) kann für die beste Kopplungsbedingung (d. h. Kurvenabschnitte 630A, 630B, 630B¹) ausgelegt sein und ermöglichen, dass die Zielausgangsspannung des Gleichrichters unter schlechteren Kopplungsbedingungen (d. h. Kurvenabschnitt 630C) zurückläuft. Die Funktion der Zielausgangsspannung des Gleichrichters kann eine niedrige Zielausgangsspannung des Gleichrichters bei leichter Last (z. B. wenig Gleichrichter-Ausgangsleistung erforderlich) und eine hohe Zielausgangsspannung des Gleichrichters bei starker Last (z. B. eine hohe Gleichrichter-Ausgangsleistung erforderlich) bereitstellen.
Bezugnehmend auf 7 Schritt 704 misst die Steuerschaltlogik 30 der Empfangsvorrichtung 24 eine aktuelle Gleichrichter-Ausgangsleistung (z. B. unter Verwendung von Schaltlogik 43) und bestimmt einen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters in Abhängigkeit von der gemessenen Gleichrichter-Ausgangsleistung. Die Steuerschaltlogik 30 misst auch einen aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswert und bestimmt, ob dieser größer oder gleich dem Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters ist. Wenn dem so ist, kann die Empfangsvorrichtung 24 in Schritt 706 die Lastleistung hochfahren, bis die maximal zulässige Leistung erreicht ist, und geht dann zu Schritt 708. Wenn der aktuelle Gleichrichter-Ausgangsspannungswert kleiner als der Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters ist, geht die Empfangsvorrichtung direkt zu Schritt 708.
In Schritt 708 bestimmt die Steuerschaltlogik 30 der Empfangsvorrichtung 24, ob sich die Wechselrichter-Eingangsspannung bei einem maximalen Pegel befindet, wie einer Betriebsbedingung entlang des Abschnitts 620C der Wechselrichter-Eingangsspannungskurve von 6. Zum Beispiel kann die Steuerschaltlogik 30 diese Bestimmung basierend auf einer Statusnachricht vornehmen, welche die von der Übertragungsvorrichtung 12 empfangene Wechselrichter-Eingangsspannung angibt. In einem anderen Beispiel kann die Leistungsempfangsvorrichtung 24 von der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 Informationen anfordern, die den Wechselrichter-Eingangsspannungsstatus angeben. Wenn in jedem der Beispiele der Status angibt, dass die Wechselrichter-Eingangsspannung nicht bei einem maximalen Pegel liegt, wie eine Betriebsbedingung entlang der Abschnitte 620A oder 620B der Wechselrichter-Eingangsspannungskurve in 6, geht die Empfangsvorrichtung 24 zu Schritt 710.
In Schritt 710 regelt die Steuerschaltlogik 30 die Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem Ziel-Ausgangsspannungspegel, der in Abhängigkeit von der gemessenen Gleichrichter-Ausgangsleistung bestimmt wird (z. B. eine Betriebsbedingung entlang des Konstruktionsabschnitts 630A oder 630B der Zielausgangsspannung des Gleichrichters von 6). In Schritt 712 berechnet die Steuerschaltlogik 30 ein Steuerfehlerpaket (CEP), um der Leistungsempfangsvorrichtung zu ermöglichen, die Gleichrichter-Ausgangsspannung durch Bereitstellen von Rückkopplungsinformationen für die Leistungsübertragungsvorrichtung anzupassen. In Schritt 730 überträgt die Empfangsvorrichtung 24 das CEP an die Übertragungsvorrichtung 12. Die Übertragungsvorrichtung 12 kann Informationen in dem CEP verwenden, um die Wechselrichter-Eingangsspannung anzupassen.
Unter erneuter Bezugnahme auf Schritt 708 tritt, wenn die Steuerschaltlogik 30 der Empfangsvorrichtung 24 bestimmt, dass die Statusnachricht über die Wechselrichter-Eingangsspannung angibt, dass sich die Wechselrichter-Eingangsspannung bei einem maximalen Pegel befindet (z. B. eine Betriebsbedingung entlang des Abschnitts 620C der Wechselrichter-Eingangsspannungskurve in 6), die Empfangsvorrichtung in den Foldback-Modus der Zielausgangsspannung des Gleichrichters ein (z. B. eine Betriebsbedingung entlang des Abschnitts 630C der Gleichrichter-Ausgangsspannungskurve). In Schritt 720 misst die Steuerschaltlogik 30 der Empfangsvorrichtung 24 einen aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswert (z. B. unter Verwendung der Schaltlogik 43). Im Foldback-Modus kann der aktuelle Gleichrichter-Ausgangsspannungswert unterhalb des Ziel-Ausgangsspannungspegels des Gleichrichters liegen. Daher stellt die Empfangsvorrichtung 24 einen neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters für den aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswert ein und regelt die Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters. In Schritt 722 berechnet die Empfangsvorrichtung 24 kein CEP; vielmehr weist die Empfangsvorrichtung 24 dem CEP einen Wert zu, der von der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 mehr Leistung anfordert. Die CEP-Anforderung nach mehr Leistung kann bewirken, dass die Übertragungsvorrichtung 12 die Wechselrichter-Eingangsspannung erhöht, wodurch sichergestellt wird, dass die Wechselrichter-Eingangsspannung am maximalen Wechselrichter-Eingangsspannungspegel gehalten wird. In Schritt 730 überträgt die Empfangsvorrichtung 24 das CEP an die Übertragungsvorrichtung 12.
Während die Wechselrichter-Eingangsspannung bei einem maximalen Pegel liegt, arbeitet die Empfangsvorrichtung 24 weiterhin im Foldback-Modus der Zielausgangsspannung des Gleichrichters (d. h. Schritte 720 und 722 in 7) und ermöglicht, dass die Gleichrichter-Ausgangsspannung abfällt. Der Foldback-Modus ermöglicht der Empfangsvorrichtung 24, den Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters adaptiv an einen neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters anzupassen, wenn sich die Last (z. B. eine Betriebsbedingung entlang des Abschnitts 630C der Gleichrichter-Ausgangsspannungskurve) ändert. Im Foldback-Modus kann die Steuerschaltlogik 30 der Empfangsvorrichtung 24 erfordern, dass der Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters nicht unter einen minimalen Rückspannungspegel fällt. Die Steuerschaltlogik 30 der Empfangsvorrichtung 24 kann den aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswert, der in Schritt 720 gemessen wird, mit dem minimalen Foldback-Spannungspegel vergleichen. Wenn die Steuerschaltlogik 30 bestimmt, dass der aktuelle Gleichrichter-Ausgangsspannungswert kleiner als der minimale Foldback-Spannungspegel ist, kann die Steuerschaltlogik 30 den neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters auf den minimalen Foldback-Spannungspegel einstellen und die Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters regeln. Durch Steuern des minimalen Gleichrichter-Ausgangsspannungspegels kann die Empfangsvorrichtung 24 sicherstellen, dass der Gleichrichter 50 eine minimale Gleichrichter-Ausgangsleistung erzeugt.
Die vorstehende Beschreibung wird zur Erläuterung bereitgestellt und ist nicht als Einschränkung der Erfindung auszulegen. Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf veranschaulichende Beispiele und Verfahren beschrieben wurde, versteht es sich, dass die hierin verwendeten Wörter vielmehr beschreibende und veranschaulichende als einschränkende Wörter sind. Darüber hinaus soll, wenngleich die Erfindung hierin unter Bezugnahme auf eine bestimmte Struktur, Verfahren und Beispiele beschrieben wurde, die Erfindung nicht auf die hierin offenbarten Besonderheiten beschränkt sein; stattdessen erstreckt sich die Erfindung auf alle Strukturen, Verfahren und Verwendungen, die innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche liegen. Fachleute auf dem entsprechenden Gebiet, die Vorteil aus den Lehren dieser Patentschrift ziehen, können zahlreiche Modifikationen an der Erfindung vornehmen, wie hierin beschrieben, und Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang und Geist der Erfindung abzuweichen, die durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung, die konfiguriert ist, um drahtlose Leistungssignale von einer drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung zu empfangen, wobei die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung umfasst: eine drahtlose Leistungsübertragungsspule; eine Gleichrichter-Schaltlogik, die mit der drahtlosen Leistungsübertragungsspule gekoppelt und konfiguriert ist, um Signale von der drahtlosen Leistungsübertragungsspule in die Ausgangsspannung gleichzurichten; und Steuerschaltlogik, die konfiguriert ist zum: Regeln der Gleichrichter-Ausgangsspannung bei einem Ziel-Ausgangsspannungspegel; Empfangen, von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung, einer Statusnachricht, die eine Wechselrichter-Eingangsspannung angibt; und Anpassen der Zielausgangsspannung basierend auf dem Status der Wechselrichter-Eingangsspannung.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist, um basierend auf der Statusnachricht, die von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung empfangen wird, zu bestimmen, ob die Wechselrichter-Eingangsspannung bei einem maximalen Pegel liegt.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Wechselrichter-Eingangsspannung bei dem maximalen Pegel liegt, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist zum: Messen eines aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswerts; Einstellen eines neuen Ziel-Ausgangsspannungspegels des Gleichrichters auf den aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswert; und Regeln der Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist, um den aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswert mit dem vorbestimmten Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters zu vergleichen.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Steuerschaltlogik bestimmt, dass der aktuelle Gleichrichter-Ausgangsspannungswert kleiner als der vorbestimmte Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters ist, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist, um ein Steuerfehlerpaket (CEP: Control Error Packet) an die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung zu übertragen, um mehr Leistung anzufordern.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist zum: Vergleichen des aktuellen Gleichrichter-Spannungswerts mit einem minimalen Foldback-Spannungspegel, wobei, wenn die Steuerschaltlogik bestimmt, dass der aktuelle Gleichrichter-Ausgangsspannungswert kleiner als oder gleich dem minimalen Foldback-Spannungspegel ist, die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist zum: Einstellen des neuen Ziel-Ausgangsspannungspegels des Gleichrichters auf den minimalen Foldback-Spannungspegel; und Regeln der Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Wechselrichter-Eingangsspannung nicht bei dem maximalen Pegel liegt, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist zum: Regeln der Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung, die konfiguriert ist, um drahtlose Leistungssignale von einer drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung zu empfangen, wobei die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung umfasst: eine drahtlose Leistungsübertragungsspule; eine Gleichrichter-Schaltlogik, die mit der drahtlosen Leistungsübertragungsspule gekoppelt und konfiguriert ist, um Signale von der drahtlosen Leistungsübertragungsspule in die Ausgangsspannung gleichzurichten; und Steuerschaltlogik, die konfiguriert ist zum: Messen einer Charakteristik der Gleichrichter-Schaltlogik; Bestimmen eines Ziel-Ausgangsspannungspegels des Gleichrichters basierend auf der gemessenen Charakteristik der Gleichrichter-Schaltlogik; und dynamischen Regeln der Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Charakteristik der Gleichrichter-Schaltlogik eines von einer Gleichrichter-Ausgangsleistung und einem Gleichrichter-Ausgangsstrom umfasst.
Drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist zum: Empfangen, von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung, einer Statusnachricht, die eine Wechselrichter-Eingangsspannung angibt; und Anpassen der Zielausgangsspannung des Gleichrichters basierend auf dem Status der Wechselrichter-Eingangsspannung.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist, um basierend auf der Statusnachricht, die von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung empfangen wird, zu bestimmen, ob die Wechselrichter-Eingangsspannung bei einem maximalen Pegel liegt.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Wechselrichter-Eingangsspannung bei dem maximalen Pegel liegt, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist zum: Messen eines aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswerts; Einstellen eines neuen Ziel-Ausgangsspannungspegels des Gleichrichters auf den aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswert; und Regeln der Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters.
Drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist zum: Messen der Charakteristik der Gleichrichter-Schaltlogik; Bestimmen des Ziel-Ausgangsspannungspegels des Gleichrichters basierend auf der gemessenen Charakteristik der Gleichrichter-Schaltlogik; und Vergleichen des aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswerts mit dem Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Steuerschaltlogik bestimmt, dass der aktuelle Gleichrichter-Ausgangsspannungswert kleiner als der Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters ist, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist, um ein Steuerfehlerpaket (CEP) an die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung zu übertragen, um mehr Leistung anzufordern.
Drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist zum: Vergleichen des aktuellen Gleichrichter-Spannungswerts mit einem minimalen Foldback-Spannungspegel, wobei, wenn die Steuerschaltlogik bestimmt, dass der aktuelle Gleichrichter-Ausgangsspannungswert kleiner als oder gleich dem minimalen Foldback-Spannungspegel ist, die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist zum: Einstellen des neuen Ziel-Ausgangsspannungspegels des Gleichrichters auf den minimalen Foldback-Spannungspegel; und Regeln der Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Wechselrichter-Eingangsspannung nicht bei dem maximalen Pegel liegt, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist zum: Messen der Charakteristik der Gleichrichter-Schaltlogik; Bestimmen des Ziel-Ausgangsspannungspegels des Gleichrichters basierend auf der gemessenen Charakteristik der Gleichrichter-Schaltlogik; und Regeln der Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung, die konfiguriert ist, um drahtlose Leistungssignale von einer drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung zu empfangen, wobei die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung umfasst: eine drahtlose Leistungsübertragungsspule; eine Gleichrichter-Schaltlogik, die mit der drahtlosen Leistungsübertragungsspule gekoppelt und konfiguriert ist, um Signale von der drahtlosen Leistungsübertragungsspule in die Ausgangsspannung gleichzurichten; und Steuerschaltlogik, die konfiguriert ist zum: Regeln der Gleichrichter-Ausgangsspannung bei einem Ziel-Ausgangsspannungspegel; und Anfordern, von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung, von Informationen, die einen Betriebszustand eines Wechselrichters der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung angeben, wobei die drahtlose Leistungsübertragungsspule drahtlose Leistungssignale empfängt, die von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung unter Verwendung des Wechselrichters übertragen werden.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Informationen einen Status umfassen, der angibt, ob der Wechselrichter des drahtlosen Leistungssenders bei seiner maximalen Eingangsspannung arbeitet.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 18, wobei der drahtlose Leistungssender bei seiner maximalen Eingangsspannung arbeitet, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist zum: Messen eines aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswerts; Einstellen eines neuen Ziel-Ausgangsspannungspegels des Gleichrichters auf den aktuellen Gleichrichter-Ausgangsspannungswert; und Regeln der Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist zum: Vergleichen des aktuellen Gleichrichter-Spannungswerts mit einem minimalen Foldback-Spannungspegel, wobei, wenn die Steuerschaltlogik bestimmt, dass der aktuelle Gleichrichter-Ausgangsspannungswert kleiner als oder gleich dem minimalen Foldback-Spannungspegel ist, die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist zum: Einstellen des neuen Ziel-Ausgangsspannungspegels des Gleichrichters auf den minimalen Foldback-Spannungspegel; und Regeln der Gleichrichter-Ausgangsspannung bei dem neuen Ziel-Ausgangsspannungspegel des Gleichrichters.