DE112015000576T5

DE112015000576T5 - Geräte und zugehörige Verfahren zur Kommunikation mit einem drahtlosen Leistungsempfänger

Info

Publication number: DE112015000576T5
Application number: DE112015000576.5T
Authority: DE
Inventors: Vladimir N. Vitchev; Gustavo J. Mehas
Original assignee: Integrated Device Technology Inc
Current assignee: Renesas Electronics America Inc
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-11-03
Anticipated expiration: 2035-01-31
Also published as: WO2014159922A1; CN106104958A; US20150215006A1; CN106104958B; US9998180B2; US20140265610A1; US9954581B2; DE112015000576B4; WO2015117031A1

Abstract

Ein zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät kann einen drahtlosen Leistungsempfänger umfassen, der eine Empfangsspule, die dazu ausgelegt ist, ein Wechselspannungssignal in Reaktion auf ein drahtloses Leistungssignal zu erzeugen, einen Gleichrichter mit einer Vielzahl von Schaltern, der dazu ausgelegt ist, das Wechselspannungssignal zu empfangen und ein gleichgerichtetes Gleichspannungssignal zu erzeugen, einen Regler, der wirksam mit dem Regler gekoppelt ist, um das gleichgerichtete Gleichspannungssignal zu empfangen und ein Ausgangsleistungssignal zu erzeugen, und eine Steuerlogik, die dazu ausgelegt ist, ein Kommunikationssignal in Reaktion auf das Einstellen einer Eingangsimpedanz des Reglers zu erzeugen, umfasst. Ein Verfahren zum Betreiben eines drahtlosen Leistungsempfängers umfasst das Erzeugen einer gleichgerichteten Spannung in Reaktion auf das Empfangen eines drahtlosen Leistungssignals, das Erzeugen einer Ausgangsspannung aus der gleichgerichteten Spannung mit einem Spannungsregler und das Steuern des Spannungsreglers während eines Kommunikationsmodus des drahtlosen Leistungsempfängers, um eine Eigenschaft des Spannungsreglers mit Daten zur Übertragung zu einem drahtlosen Leistungssender zu modulieren.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen des Einreichungsdatums der Patentanmeldung der Vereinigten Staaten lfd. Nr. 14/168 965, eingereicht am 30. Januar 2014, mit dem Titel "Apparatuses and Related Methods for Communication With a Wireless Power Receiver".
Diese Anmeldung bezieht sich auch auf die Patentanmeldung der Vereinigten Staaten lfd. Nr. 13/801 953, eingereicht am 13. März 2013, mit dem Titel "Apparatuses and Related Methods for Modulating Power of a Wireless Power Receiver".
TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen sich im Allgemeinen auf die drahtlose Leistungsübertragung und insbesondere auf Geräte und ein zugehöriges Verfahren zur Kommunikation zwischen einem drahtlosen Leistungsempfänger und einem drahtlosen Leistungssender.
HINTERGRUND
Batteriebetriebene Vorrichtungen (z. B. Verbraucherelektronikvorrichtungen, Elektro- und Hybrid-Kraftfahrzeuge usw.) werden von einer Leistungsquelle (z. B. einer Wechselstromsteckdose) durch eine Aufladevorrichtung aufgeladen. Die Aufladevorrichtung koppelt die Batterie mit der Leistungsquelle durch einen Adapter. Das Kabel, das sich zwischen der Leistungsquelle und der batteriebetriebenen Vorrichtung erstreckt, kann Raum einnehmen. In Situationen, in denen mehrere Vorrichtungen eine Aufladung jeweils mit ihrem eigenen Aufladegerät und Kabel erfordern, kann der Aufladebereich überfüllt und unzweckmäßig werden.
Methoden werden entwickelt, die eine Leistungsübertragung über die Luft oder drahtlose Leistungsübertragung zwischen einem Sender und einem Empfänger verwenden, die mit der elektronischen Vorrichtung gekoppelt sind. Die drahtlose Leistungsübertragung unter Verwendung von Induktionsspulen ist ein Verfahren, das als ungebundenes Verfahren zur Übertragung von Leistung drahtlos durch ein gekoppeltes drahtloses Leistungssignal betrachtet wird. Bei der drahtlosen Leistungsübertragung wird Leistung durch Übertragen eines drahtlosen Leistungssignals durch eine Sendespule übertragen. Auf der Empfängerseite kann eine Empfangsspule mit der Sendespule durch das drahtlose Leistungssignal koppeln, wobei somit die übertragene Leistung drahtlos empfangen wird. Der Abstand zwischen der Senderspule und der Empfangsspule, in dem eine effiziente Leistungsübertragung stattfinden kann, ist eine Funktion der übertragenen Energie und des erforderlichen Wirkungsgrades. Der Kopplungskoeffizient (k) ist eine Funktion des Abstandes zwischen den Spulen, der Spulengrößen und der Materialien. Die Leistungsumwandlungseffizienz (z. B. Kopplungsfaktor, Kopplungsqualität) kann signifikant verbessert werden, wenn die Spulen bemessen und mit einer solchen Frequenz betrieben werden, dass sie physikalisch innerhalb der sogenannten "Nahfeldzone" zueinander liegen.
Die Kommunikation in herkömmlichen drahtlosen Leistungsaufladungsanordnungen verursacht typischerweise eine Impedanzänderung (z. B. kapazitiv oder widerstandsmäßig) an der Empfangsspule, die verwendet wird, um Informationen vom drahtlosen Leistungsempfänger zum drahtlosen Leistungssender zu senden. Kondensatoren können beispielsweise mit einer Vielzahl von Schaltern gekoppelt sein, um als kapazitive Modulationsschaltung zu fungieren, die die Kapazität für das LC-Netz (Schwingkreis) modulieren (z. B. addieren und subtrahieren) kann. Herkömmliche drahtlose Leistungsempfänger können die Schalter steuern, um die Menge an Leistung, die mit dem LC-Netz gekoppelt wird, zu modulieren, die durch den drahtlosen Leistungssender detektiert wird. Folglich kann die Kommunikation vom drahtlosen Leistungsempfänger zum drahtlosen Leistungssender durch Modulation der parallelen Kapazität der Empfangsspule innerhalb des LC-Netzes des drahtlosen Leistungsempfängers ermöglicht werden. Diese Impedanzänderung kann zu erhöhten Systemverlusten und einer geringeren Systemeffizienz führen. Große Laständerungen am Ausgang des drahtlosen Leistungsempfängers können auch falsche Kommunikationssignale verursachen, was typischerweise durch Erhöhen der Menge an Ausgangskapazität und passives Ändern der Empfängersteuerschleifenkompensation, so dass sie eine geringe Empfindlichkeit gegen diese Ereignisse hat, gelöst werden kann.
OFFENBARUNG
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung umfassen ein zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät mit einem drahtlosen Leistungsempfänger. Der drahtlose Leistungsempfänger umfasst eine Empfangsspule, die dazu ausgelegt ist, ein Wechselspannungssignal in Reaktion auf ein drahtloses Leistungssignal zu erzeugen; einen Gleichrichter mit einer Vielzahl von Schaltern, der dazu ausgelegt ist, das Wechselspannungssignal zu empfangen und ein gleichgerichtetes Gleichspannungssignal zu erzeugen; einen Regler, der mit dem Regler wirksam gekoppelt ist, um das gleichgerichtete Gleichspannungssignal zu empfangen und ein Ausgangsleistungssignal zu erzeugen; und eine Steuerlogik, die dazu ausgelegt ist, ein Kommunikationssignal in Reaktion auf die Einstellung einer Eingangsimpedanz des Reglers zu erzeugen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst ein zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät mit einem drahtlosen Leistungsempfänger. Der drahtlose Leistungsempfänger umfasst eine Empfangsspule; einen Gleichrichter, der dazu ausgelegt ist, ein Leistungssignal zu empfangen, das von der Empfangsspule erzeugt wird, und eine gleichgerichtete Spannung in Reaktion darauf zu erzeugen; einen Regler, der dazu ausgelegt ist, die gleichgerichtete Spannung zu empfangen und eine Ausgangsspannung in Reaktion darauf zu erzeugen; und eine Steuerlogik, die dazu ausgelegt ist, eine Eigenschaft des Reglers während eines Kommunikationsmodus des drahtlosen Leistungsempfängers für die Modulation des durch einen drahtlosen Leistungsempfänger zu detektierenden Kommunikationssignals einzustellen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Betreiben einer Empfängerseite eines drahtlosen Leistungsübertragungssystems. Das Verfahren umfasst das Erzeugen einer gleichgerichteten Spannung in Reaktion auf das Empfangen eines drahtlosen Leistungssignals, das Erzeugen einer Ausgangsspannung aus der gleichgerichteten Spannung mit einem Spannungsregler und das Steuern des Spannungsreglers während eines Kommunikationsmodus des drahtlosen Leistungsempfängers, um eine Eigenschaft des Spannungsreglers mit Daten für die Übertragung zu einem drahtlosen Leistungssender zu modulieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines drahtlosen Leistungsübertragungssystems.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines drahtlosen Leistungsübertragungssystems.
3 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Übermitteln von Daten in einem drahtlosen Leistungssystem darstellt.
4A–4G sind vereinfachte schematische Blockdiagramme eines drahtlosen Leistungsempfängers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
ART(EN) ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In der folgenden Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen zur Erläuterung spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung gezeigt sind. Andere Ausführungsbeispiele können verwendet werden und Änderungen können durchgeführt werden, ohne vom Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung soll nicht in einer begrenzenden Hinsicht aufgefasst werden und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist nur durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Ferner sind die gezeigten und beschriebenen speziellen Implementierungen nur Beispiele und sollten nicht als die einzige Weise, die vorliegende Offenbarung zu implementieren oder in Funktionselemente aufzuteilen, aufgefasst werden, wenn nicht hierin anders angegeben. Für einen Fachmann auf dem Gebiet ist leicht ersichtlich, dass die verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung durch zahlreiche andere Unterteilungslösungen ausgeführt werden können.
In der folgenden Beschreibung können Elemente, Schaltungen und Funktionen in Blockdiagrammform gezeigt sein, um die vorliegende Offenbarung nicht in unnötigem Detail unklar zu machen. Außerdem sind Blockdefinitionen und die Unterteilung der Logik zwischen verschiedenen Blöcken für eine spezielle Implementierung beispielhaft. Für einen Fachmann auf dem Gebiet ist leicht ersichtlich, dass die vorliegende Offenbarung durch zahlreiche andere Unterteilungslösungen ausgeführt werden kann. Der Fachmann auf dem Gebiet würde verstehen, dass Informationen und Signale unter Verwendung von irgendeiner einer Vielfalt von verschiedenen Technologien und Techniken dargestellt werden können. Daten, Anweisungen, Befehle, Informationen, Signale, Bits, Symbole und Chips, auf die in der ganzen obigen Beschreibung Bezug genommen werden kann, können beispielsweise durch Spannungen, Ströme, elektromagnetische Wellen, Magnetfelder oder magnetische Partikel, optische Felder oder Partikel oder irgendeine Kombination davon dargestellt werden. Einige Zeichnungen können Signale als einzelnes Signal für die Deutlichkeit der Darstellung und Beschreibung darstellen. Für einen Fachmann auf dem Gebiet ist verständlich, dass das Signal einen Bus von Signalen darstellen kann, wobei der Bus eine Vielfalt von Bitbreiten aufweisen kann und die vorliegende Offenbarung mit irgendeiner Anzahl von Datensignalen, einschließlich eines einzelnen Datensignals, implementiert werden kann.
Die verschiedenen erläuternden Logikblöcke, Module und Schaltungen, die in Verbindung mit den hierin offenbarten Ausführungsbeispielen beschrieben werden, können mit einem Universalprozessor, einem Spezialprozessor, einem Digitalsignalprozessor (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einem anwenderprogrammierbaren Verknüpfungsfeld (FPGA) oder einer anderen programmierbaren Logikvorrichtung, einer Steuereinheit, einer diskreten Gatter- oder Transistorlogik, diskreten Hardwarekomponenten oder irgendeiner Kombination davon, die dazu ausgelegt ist, die hierin beschriebenen Funktionen durchzuführen, implementiert oder durchgeführt werden. Ein Universalprozessor kann ein Mikroprozessor sein, aber als Alternative kann der Prozessor irgendein herkömmlicher Prozessor, eine Steuereinheit, ein Mikrocontroller oder eine Zustandsmaschine sein. Ein Universalprozessor kann als Spezialprozessor betrachtet werden, während der Universalprozessor Anweisungen (z. B. einen Softwarecode), die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, ausführt. Ein Prozessor kann auch als Kombination von Rechenvorrichtungen implementiert werden, wie z. B. als Kombination eines DSP und eines Mikroprozessors, von mehreren Mikroprozessoren, eines oder mehrerer Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder irgendeiner anderen solchen Konfiguration.
Es wird auch angemerkt, dass die Ausführungsbeispiele hinsichtlich eines Prozesses beschrieben werden können, der als Ablaufplan, Ablaufdiagramm, Strukturdiagramm oder Blockdiagramm dargestellt werden kann. Obwohl ein Prozess Betriebshandlungen als sequentiellen Prozess beschreiben kann, können viele dieser Handlungen in einer anderen Sequenz, parallel oder im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt werden. Außerdem kann die Reihenfolge der Handlungen umgeordnet werden. Ein Prozess kann einem Verfahren, einer Funktion, einer Prozedur, einer Subroutine, einem Unterprogramm usw. entsprechen. Ferner können die hierin offenbarten Verfahren in Hardware, Software oder beiden implementiert werden. Wenn sie in der Software implementiert werden, können die Funktionen als eine oder mehrere Anweisungen oder als Code auf computerlesbaren Medien gespeichert oder übertragen werden. Computerlesbare Medien umfassen sowohl Computerspeichermedien als auch Kommunikationsmedien, einschließlich irgendeines Mediums, das die Übertragung eines Computerprogramms von einer Stelle zu einer anderen erleichtert.
Es sollte selbstverständlich sein, dass irgendeine Bezugnahme auf ein Element hierin unter Verwendung einer Bezeichnung wie z. B. "erstes", "zweites" und so weiter die Menge oder Reihenfolge dieser Elemente nicht begrenzt, wenn nicht eine solche Begrenzung ausdrücklich angegeben ist. Vielmehr können diese Bezeichnungen hierin als zweckmäßiges Verfahren zum Unterscheiden zwischen zwei oder mehr Elementen oder Fällen eines Elements verwendet werden. Folglich bedeutet eine Bezugnahme auf ein erstes und ein zweites Element nicht, dass nur zwei Elemente verwendet werden können oder dass das erste Element dem zweiten Element in irgendeiner Weise vorangehen muss. Wenn nicht anders angegeben, kann außerdem ein Satz von Elementen ein oder mehrere Elemente umfassen.
Es sollte erkannt werden, dass die Vorrichtungen eines drahtlosen Leistungsübertragungssystems hierin hauptsächlich in Bezug auf die Funktionalität der drahtlosen Leistungsübertragung und Datenkommunikation beschrieben werden; es sollte jedoch erkannt werden, dass das drahtlose Leistungsübertragungssystem zusätzliche Komponenten umfassen kann, um andere Merkmale durchzuführen, die hierin nicht speziell beschrieben oder in den verschiedenen Figuren gezeigt sind. Zur drahtlosen Leistung befähigte Vorrichtungen können beispielsweise Fremdobjektdetektionsmodule, E/A-Module für die Kopplung mit einem Benutzer, einen Speicher zum Speichern von Anweisungen und Daten, verschiedene Sensoren, Prozessoren, Steuereinheiten, Spannungsregler unter anderen Komponenten umfassen. Die Figuren und die zugehörige Beschreibung können daher etwas vereinfacht sein, um sich auf die verschiedenen Geräte und Verfahren zu konzentrieren, die dazu ausgelegt sind, die durch den drahtlosen Leistungsempfänger erzeugte Leistung zu modulieren.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines drahtlosen Leistungsübertragungssystems 100. Das drahtlose Leistungsübertragungssystem 100 umfasst ein drahtloses Leistungsübertragungsgerät 110 und ein drahtloses Leistungsempfangsgerät 120. Das drahtlose Leistungsübertragungsgerät 110 umfasst einen drahtlosen Leistungssender 112 mit einer Sendespule 114, die dazu ausgelegt ist, ein drahtloses Leistungssignal 105 (z. B. ein elektrisches Feld, ein Magnetfeld, ein elektromagnetisches Feld usw.) zum Vorsehen einer Leistungsübertragung zum drahtlosen Leistungsempfangsgerät 120 zu erzeugen. Das drahtlose Leistungsempfangsgerät 120 umfasst einen drahtlosen Leistungsempfänger 122 mit einer Empfangsspule 124, die dazu ausgelegt ist, mit dem drahtlosen Leistungssignal 105 zu koppeln. Die Sendespule 114 und die Empfangsspule 124 können gemäß den speziellen Vorrichtungen und Anwendungen, die diesen zugeordnet werden sollen, bemessen sein.
Ein Eingangssignal 116 kann zum drahtlosen Leistungssender 112 zum Erzeugen des drahtlosen Leistungssignals 105 geliefert werden, der eine Leistungsübertragung zum drahtlosen Leistungsempfangsgerät 120 bereitstellt. Der drahtlose Leistungsempfänger 122 kann mit dem drahtlosen Leistungssignal 105 koppeln und kann ein Ausgangssignal 126 in Reaktion darauf erzeugen. Das Ausgangssignal 126 kann die Leistung liefern, die durch das drahtlose Leistungsempfangsgerät 120 zum Speichern (z. B. Aufladen einer Batterie), Verbrauch (z. B. Vorsehen von Systemleistung) oder einer Kombination davon verwendet wird.
Der drahtlose Leistungssender 112 und der drahtlose Leistungsempfänger 122 sind um einen Abstand (d) getrennt. In einigen Ausführungsbeispielen können der drahtlose Leistungssender 112 und der drahtlose Leistungsempfänger 122 gemäß einer gegenseitigen Induktivitätsbeziehung ausgelegt sein, so dass, wenn die Resonanzfrequenz des drahtlosen Leistungsempfängers 122 und die Resonanzfrequenz des drahtlosen Leistungssenders 112 im Wesentlichen identisch sind, Übertragungsverluste zwischen dem drahtlosen Leistungssender 112 und dem drahtlosen Leistungsempfänger 122 minimal sind. Ebenso kann die Frequenz des drahtlosen Leistungssignals 105 durch den drahtlosen Leistungssender 112 auf oder nahe die Resonanzfrequenzen der Spulen 114, 124 eingestellt werden. Folglich kann eine effektive Leistungsübertragung vielmehr durch Koppeln eines großen Teils der Energie im Nahfeld der Sendespule 114 mit der Empfangsspule 124 als Ausbreiten des meisten der Energie in einer elektromagnetischen Welle zum Fernfeld stattfinden. Wenn das drahtlose Leistungsempfangsgerät 120 sich im Nahfeld (innerhalb eines gewissen Abstandes (d)) befindet, kann eine induktive Kopplung zwischen der Sendespule 114 und der Empfangsspule 124 stattfinden. Der Bereich um die Sendespule 114 und die Empfangsspule 124, in dem diese induktive Nahfeldkopplung stattfinden kann, kann als "Kopplungsregion" bezeichnet werden. Aufgrund dieser gegenseitigen Induktivitätsbeziehung kann die drahtlose Leistungsübertragung als induktive drahtlose Leistungsübertragung bezeichnet werden.
Die Sendespule 114 und die Empfangsspule 124 können als "Schleifen"-Antenne konfiguriert sein, die hierin auch als "magnetische" Antenne oder "induktive" Antenne bezeichnet werden kann. Schleifenantennen können so ausgelegt sein, dass die einen Luftkern oder physikalischen Kern wie z. B. einen Ferritkern umfassen. Luftkernschleifenantennen können für fremde physikalische Vorrichtungen, die in der Nähe des Kerns angeordnet sind, tolerierbarer sein. Ferner ermöglicht eine Luftkernschleifenantenne die Anordnung von anderen Komponenten innerhalb des Kernbereichs. Außerdem kann eine Luftkernschleife leichter die Anordnung der Empfangsspule 124 innerhalb einer Ebene der Sendespule 114 ermöglichen, wo die Kopplungsregion der Sendespule 114 leistungsstärker sein kann.
Das drahtlose Leistungsempfangsgerät 120 kann eine mobile elektronische Vorrichtung wie z. B. ein Mobiltelefon, ein Smartphone, ein Medienabspielgerät (z. B. ein MP3-Player, ein DVD-Player usw.), ein elektronischer Leser, ein Tabletcomputer, ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), eine Kamera, ein Laptopcomputer und eine persönliche elektronische Vorrichtung sein, in der ein drahtloses Leistungssignal 105 empfangen werden kann. Das drahtlose Leistungsempfangsgerät 120 kann auch eine weniger mobile elektronische Vorrichtung wie z. B. ein Fernsehgerät, ein Personalcomputer, ein Medienabspielgerät (z. B. DVD-Player, Blu-ray-Player usw.) oder irgendeine andere Vorrichtung sein, die durch elektrische Leistung arbeiten und/oder diese speichern kann. Das drahtlose Leistungsempfangsgerät 120 kann einer von einer Anzahl von anderen Gegenständen sein, wie z. B. ein Kraftfahrzeug oder beliebige andere Vorrichtungen, die Batterien umfassen können, die durch das drahtlose Leistungsübertragungsgerät 110 aufgeladen werden können.
Das drahtlose Leistungsübertragungsgerät 110 kann eine Vorrichtung sein, die manchmal auch der Empfänger von drahtloser Leistungsübertragung sein kann. Mit anderen Worten, einige Vorrichtungen können sowohl als drahtloses Leistungsübertragungsgerät 110 als auch drahtloses Leistungsempfangsgerät 120 konfiguriert sein, so dass die Vorrichtung in Abhängigkeit vom Betriebsmodus drahtlose Leistung übertragen oder drahtlose Leistung empfangen kann. Folglich umfassen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung Vorrichtungen, die einen drahtlosen Auflade-Sender/Empfänger umfassen können, der dazu ausgelegt ist, entweder in einem Sendemodus oder einem Empfangsmodus zu arbeiten. Die Verwendung des Begriffs "Empfänger" gibt an, dass eine Vorrichtung dazu ausgelegt ist, drahtlose Leistungsübertragung zu empfangen, sollte jedoch nicht so interpretiert werden, dass es bedeutet, dass die Vorrichtung nur als Empfänger arbeitet. Die Verwendung des Begriffs "Sender" gibt ebenso an, dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, drahtlose Leistung zu übertragen, sollte jedoch nicht so interpretiert werden, dass es bedeutet, dass die Vorrichtung nur als Sender arbeitet.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines drahtlosen Leistungsübertragungssystems 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Das drahtlose Leistungsübertragungssystem 200 umfasst einen drahtlosen Leistungssender 212 und einen drahtlosen Leistungsempfänger 222. Der drahtlose Leistungssender 212 und der drahtlose Leistungsempfänger 222 können dazu ausgelegt sein, gemäß einer gegenseitigen Induktivitätsbeziehung miteinander zu koppeln, so dass das drahtlose Leistungssignal 105 (1) vom drahtlosen Leistungssender 212 zum drahtlosen Leistungsempfänger 222 übertragen werden kann.
Der drahtlose Leistungssender 212 kann einen Schwingkreis 213, einen Brückenwechselrichter 217 und eine Steuerlogik 218 umfassen, die miteinander gekoppelt sind, um das drahtlose Leistungssignal 105 zu erzeugen, das zum drahtlosen Leistungsempfänger 222 übertragen wird. Der Schwingkreis 213 kann eine Sendespule 214 umfassen, die mit Resonanzkondensatoren 215 gekoppelt ist. Der Brückenwechselrichter 217 des drahtlosen Leistungssenders 212 kann einen Vollbrückenwechselrichter, einen Halbbrückenwechselrichter oder eine andere geeignete Schaltung zum Empfangen eines Gleichspannungs-Eingangssignals 216 und Erzeugen eines Wechselspannungssignals durch die Sendespule 214 zum Erzeugen des drahtlosen Leistungssignals 105 umfassen.
Der drahtlose Leistungsempfänger 222 umfasst einen Schwingkreis 223, einen Gleichrichter 250 und einen Regler 255 und eine Steuerlogik 280, die miteinander gekoppelt sind, um das drahtlose Leistungssignal 105 zu empfangen und ein Ausgangssignal (VOUT) in Reaktion darauf zu erzeugen. Das Ausgangssignal (VOUT) kann zu einer Last 270 (z. B. einer Batterie, Systemkomponenten usw.) geliefert werden, die auch einen Ausgangskondensator 260 aufweisen kann. Der Schwingkreis 223 kann eine Empfangsspule 224 umfassen, die mit Resonanzkondensatoren 230 gekoppelt sein kann. Der drahtlose Leistungssender 212 und der drahtlose Leistungsempfänger 222 können in ein drahtloses Leistungsübertragungsgerät 110 (1) bzw. ein drahtloses Leistungsempfangsgerät 120 (1) eingebaut sein. Die Sendespule 214 und die Empfangsspule 224 (und andere Komponenten) können gemäß den speziellen Vorrichtungen und Anwendungen, die diesen zugeordnet werden sollen, bemessen sein.
Der drahtlose Leistungssender 212 und der drahtlose Leistungsempfänger 222 können im Allgemeinen konfiguriert sein, wie vorstehend mit Bezug auf 1 erörtert. Die Konfigurationen der LC-Netze innerhalb der Schwingkreise 213, 223 können im Allgemeinen die Resonanzfrequenzen des drahtlosen Leistungssenders 212 bzw. des drahtlosen Leistungsempfängers 222 bestimmen. Die Resonanzfrequenz der Schwingkreise 213, 223 kann beispielsweise auf der Induktivität ihrer jeweiligen Induktionsspule und der Kapazität der Platten der Kondensatoren basieren.
Während der drahtlosen Leistungsübertragung kann das Eingangssignal 216 (ein Gleichspannungssignal) vom Brückenwechselrichter 217 empfangen werden. Der Brückenwechselrichter 217 kann einen Wechselstrom erzeugen, der durch den Schwingkreis 213 fließt, um ein zeitlich veränderliches Signal zum Übertragen des drahtlosen Leistungssignals 105 zu erzeugen. Folglich kann das drahtlose Leistungssignal 105 ein zeitlich veränderliches Signal, das im Wesentlichen sinusförmig ist, mit einer Frequenz sein, die auf der Schaltfrequenz des Brückenwechselrichters 217 des drahtlosen Leistungssenders 212 basieren kann. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Frequenz des drahtlosen Leistungssignals 105 gemäß der gewünschten Frequenz festgelegt werden, wie z. B. einer Frequenz für einen speziellen drahtlosen Leistungsstandard. Der Schwingkreis 213 kann derart ausgelegt sein, dass die Resonanzfrequenz ungefähr die Frequenz des drahtlosen Leistungssignals 105 ist. In einigen Ausführungsbeispielen kann es erwünscht sein, dass die Frequenz des drahtlosen Leistungssignals 105 sich etwas von der Resonanzfrequenz des Schwingkreises 213 unterscheidet, um den Spitzen-Spitzen-Strom durch die Sendespule 214 zu verringern.
Um das drahtlose Leistungssignal 105 zu empfangen, kann der drahtlose Leistungsempfänger 222 in der Kopplungsregion des drahtlosen Leistungssenders 212 angeordnet werden, so dass eine induktive Kopplung erreicht werden kann. Folglich kann der drahtlose Leistungsempfänger 222 das drahtlose Leistungssignal 105 empfangen und in Reaktion darauf eine Wechselspannungsleistung erzeugen. Damit die Leistung durch die Last 270 verwendet wird, kann die Wechselspannungsleistung in eine Gleichspannungsleistung umgewandelt werden. Der Gleichrichter 250 kann eine gleichgerichtete Spannung (VRECT) sowie einen gleichgerichteten Strom (IRECT) erzeugen, der durch den Schwingkreis 223 fließt. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Gleichrichter 250 als synchroner Gleichrichter konfiguriert sein. Folglich kann der Gleichrichter 250 einen oder mehrere Schalter umfassen, die in einer solchen Weise gesteuert werden, dass das Gleichspannungs-Ausgangsleistungssignal (d. h. die gleichgerichtete Spannung (VRECT) und der gleichgerichtete Strom (IRECT)) erzeugt werden. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Gleichrichter 250 eine oder mehrere Dioden umfassen, die dazu ausgelegt sind, das Gleichspannungs- Ausgangsleistungssignal zu erzeugen.
Der Regler 255 kann die gleichgerichtete Spannung (VRECT) empfangen und die gleichgerichtete Spannung so umwandeln, dass sie einen gewünschten Spannungspegel für die Ausgangsspannung (VOUT) aufweist. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Regler 255 beispielsweise die gleichgerichtete Spannung (VRECT) von einer niedrigen Spannung in eine relativ höhere Spannung für die Ausgangsspannung (VOUT) umwandeln. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Regler 255 die gleichgerichtete Spannung (VRECT) von einer hohen Spannung in eine relativ niedrigere Spannung für die Ausgangsspannung (VOUT) umwandeln. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Regler 255 die gleichgerichtete Spannung (VRECT) von einer positiven Spannung in eine negative Spannung invertieren oder umgekehrt. Der Regler 255 kann gemäß einer von einer Vielfalt von verschiedenen Spannungsreglertopologien konfiguriert sein. Der Regler 255 kann beispielsweise gemäß einer oder mehreren einer Tiefsetztopologie, einer Hochsetztopologie, einer Tiefsetz-Hochsetz-Topologie, einer invertierenden Topologie und einer Topologie mit geringem Abfall (LDO) konfiguriert sein. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Regler 255 gemäß einer Topologie auf Transformatorbasis (z. B. Vorwärts, Rücklauf usw.) konfiguriert sein. Der Betrieb des Reglers 255 kann durch die Steuerlogik 280 gemäß der verwendeten Topologie gesteuert werden.
Die Steuerlogik 280 des drahtlosen Leistungsempfängers 222 kann dazu ausgelegt sein, eine oder mehrere Operationen des drahtlosen Leistungsempfängers 222 zu steuern. Jede der Steuerlogik 218, 280 kann innerhalb eines Prozessors (z. B. Mikrocontrollers) oder einer anderen Schaltungsanordnung implementiert werden, die dazu ausgelegt (z. B. programmiert) ist, verschiedene Operationen von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Jede der Steuerlogik 218, 280 kann ferner computerlesbare Medien (z. B. Speicher) umfassen, die Rechenanweisungen für die Ausführung durch den Prozessor in Bezug auf das Durchführen von Prozessen der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung speichern. Der Speicher kann einen flüchtigen und einen nichtflüchtigen Speicher umfassen. Außerdem kann jede der Steuerlogik 218, 280 ferner andere Funktionen des jeweiligen drahtlosen Leistungssenders 212, des drahtlosen Leistungsempfängers 222 steuern, wie z. B. Steuerungen in Bezug auf Fremdobjektdetektion, Vorrichtungsbetrieb usw. Die Steuerlogik 218, 280 kann jeweils verschiedene Unterblöcke umfassen, die eine oder mehrere der obigen Funktionen vielmehr separat durchführen als durch Verwendung innerhalb eines einzelnen Prozesses, einer einzelnen Routine, eines einzelnen Programms usw. Außerdem kann die Steuerlogik 218, 280 jeweils verschiedene Hardwareelemente für verschiedene Funktionen verwenden.
In einigen Ausführungsbeispielen kann der Regler 255 dazu ausgelegt sein, als Konstantstromquelle während eines Auflademodus einer Energiespeichervorrichtung (z. B. Batterie) zu arbeiten. Während eines Kommunikationsmodus können der Aufladestrom und/oder die Eingangsimpedanz des Reglers 255 dynamisch für die Übermittlung von Daten zum drahtlosen Leistungssender 212 eingestellt werden. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Regler 255 eine Vielzahl von parallelen Reglern umfassen, wobei mindestens ein sekundärer Regler dazu ausgelegt ist, Energie in einem zweckgebundenen Kondensator unter Verwendung der Impedanz des primären Reglers als Steuereingabe zu speichern.
Zusätzlich zur drahtlosen Leistungsübertragung können der drahtlose Leistungssender 212 und der drahtlose Leistungsempfänger 222 Informationen dazwischen übermitteln. Daten können beispielsweise während der Initialisierung der drahtlosen Leistungsübertragung, während der drahtlosen Leistungsübertragung und/oder beim Abschluss der drahtlosen Leistungsübertragung ausgetauscht werden. In einigen Ausführungsbeispielen kann der drahtlose Leistungsempfänger 222 dazu ausgelegt sein, Daten über die Empfangsspule 224 zum drahtlosen Leistungssender 112 durch Verändern der Impedanz des Reglers 255 zu übermitteln. Das Verändern der Impedanz des Reglers 255 kann eine adaptive Spannungspositionierung unter Verwendung einer sekundären Energiespeichervorrichtung, unter Verwendung eines Reglers mit variablem Tastverhältnis und Kombinationen davon umfassen. Mit anderen Worten, der Regler 255 kann dazu ausgelegt sein, seine Blindimpedanz dynamisch zu ändern, um Daten zum drahtlosen Leistungssender 212 zurück zu übermitteln. Durch dynamisches Ändern der Impedanz des Reglers 255 findet die für Kommunikationsprotokolle implementierte Modulation weiter "stromabwärts" in der Empfängerschaltung statt, was den Rauschabstand (SNR) verbessern, die Effizienz verbessern und den Leistungsverbrauch gegenüber herkömmlichen Verfahren verringern kann.
In einigen Ausführungsbeispielen kann die Impedanz des Reglers 255 zu verschiedenen Zeitpunkten in der Sequenz der Eingangswellenform (z. B. Sinuswelle) für eine adaptive Spannungspositionierung eingestellt werden. Am Beginn des Schaltzyklus der Wellenform, die durch die Empfangsspule 224 erzeugt wird, kann es beispielsweise erwünscht sein, die Menge an Leistung, die durch den Regler 255 abgezogen wird, zu erhöhen. Während der Mitte des Zyklus kann noch mehr Leistung als erforderlich ist entzogen und im Ausgangskondensator 260 gespeichert werden. Im nächsten Schaltzyklus der Eingangswellenform kann die vom Regler 255 abgezogene Leistung verringert (d. h. die Impedanz des Reglers erhöht) werden und die Leistung, die gespeichert wurde, kann auf die Empfangsspule 224 zurückgeschoben werden, was eine Spannungserhöhung verursachen kann, die als Daten für den drahtlosen Leistungssender 212 interpretiert wird.
In einigen Ausführungsbeispielen kann der drahtlose Leistungsempfänger 222 dazu ausgelegt sein, das Kommunikationssignal durch Einstellen der Impedanz eines Spannungsreglers in Bezug auf die Impedanz der Empfangsspule zu modulieren. Während herkömmliche Spannungsregler einfach einen konstanten Strom erzeugen, der zur Last 270 geliefert wird, können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung die Stromgrenze für die Steuerschleife des Reglers 255 dynamisch ändern und folglich die Impedanz des Reglers 255 für die Kommunikation mit dem drahtlosen Leistungssender 212 modulieren. Das dynamische Ändern der Stromgrenze kann von der durch die Empfangsspule 224 erzeugten Spannung abhängen. Während der drahtlosen Leistungserzeugung kann der drahtlose Leistungsempfänger 222 beispielsweise dazu ausgelegt sein, einen konstanten Strom zur Last 270 zu liefern. Wenn jedoch eine Kommunikation erwünscht ist, kann der drahtlose Leistungsempfänger 222 den Ausgangsstrom, den er erzeugt, einstellen, um vielmehr eine konstante mittlere Leistung zur Last 270 als einen konstanten Ausgangsstrom zu liefern. Um das Kommunikationselement zum Regler 255 hinzuzufügen, kann die Steuerlogik 280 bestimmen, ob eine 1 oder eine 0 zum Sender gesendet werden sollte. Die Steuerlogik 280 kann dann den Regler 255 steuern, um entsprechend die Stromgrenze in der Steuerschleife und den zur Last 270 gelieferten Ausgangsstrom zu erhöhen oder zu verringern.
Aus der Perspektive des drahtlosen Leistungssenders 212 kann der drahtlose Leistungssender 212 sein Ausgangssignal überwachen, damit Schwankungen als Daten interpretiert werden, die vom drahtlosen Leistungsempfänger 222 empfangen werden. Mit anderen Worten, die Modifikation der Impedanz des Reglers 255 kann durch den drahtlosen Leistungssender 212 detektiert und als Kommunikationsinformationen interpretiert werden. Der drahtlose Leistungssender 212 kann dazu ausgelegt sein, gemäß einem drahtlosen Leistungsstandard (z. B. WPC, PMA usw.) oder als maßgefertigter Sender für einen speziellen Empfängertyp zu arbeiten. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Firmware im drahtlosen Leistungssender 212 und drahtlosen Leistungsempfänger 222 aktualisiert werden, um zu ermöglichen, dass TX/RX-Kommunikationsprotokolle durch bereits eingesetzte Lösungen unterstützt werden. Ein Vorteil, der sich aus einem oder mehreren hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen ergeben kann, besteht darin, dass der SNR verbessert werden kann. Folglich können Bitraten erhöht werden (z. B. können mehr Bits im Kanal übertragen werden), ohne Daten zu verlieren. Folglich können ein maßgeschneiderter Sender und Empfänger implementiert werden, um mehr Bits über diesen zu haben, als herkömmliche Vorrichtungen in der Lage sind.
3 ist ein Ablaufplan 300, der ein Verfahren zum Übermitteln von Daten in einem drahtlosen Leistungssystem darstellt. Bei der Operation 310 kann eine Ausgangsspannung zu einer Last geliefert werden. Die Ausgangsspannung kann während einer drahtlosen Leistungsaufladung zwischen dem drahtlosen Leistungssender und dem drahtlosen Leistungsempfänger geliefert werden. Wenn nur eine drahtlose Leistungsübertragung ohne Kommunikation stattfindet, kann die Ausgangsspannung einen stationären Betriebspunkt für die Last aufweisen.
Bei der Operation 320 kann bestimmt werden, welcher Typ von Bit (z. B. 1 oder 0) als Kommunikationsdaten vom drahtlosen Leistungsempfänger zum drahtlosen Leistungssender gesendet werden soll. Mit anderen Worten, der drahtlose Leistungsempfänger kann mit dem drahtlosen Leistungssender kommunizieren und eine Nachricht mit einem oder mehreren Datenbits senden wollen.
Bei der Operation 330 kann die Impedanz des Reglers in Abhängigkeit vom gewünschten Bit (z. B. aufwärts oder abwärts) eingestellt werden. Das Einstellen der Impedanz kann eine adaptive Spannungspositionierung umfassen. Die adaptive Spannungspositionierung der Regelung der Ausgangsspannung (VOUT) kann über Tiefsetz-, Hochsetz-, invertierende und lineare Topologien und Kombinationen davon durchgeführt werden. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuerlogik ihre Eingangsimpedanz in Bezug auf die Empfangsspule einstellen, um das erforderliche Signal für die Kommunikation mit dem drahtlosen Leistungssender zu liefern. Das Einstellen der Eingangsimpedanz kann das Liefern eines Überschusses an Leistung zur Last umfassen, was bewirkt, dass die Ausgangsspannung (VOUT) zunimmt. Ebenso kann die Steuerlogik ihre Eingangsimpedanz einstellen, um die zur Last gelieferte Leistung zu verringern, was bewirkt, dass die Ausgangsspannung (VOUT) abnimmt. Mit anderen Worten, die Steuerlogik kann die Ausgangsspannung (VOUT) adaptiv hoch und niedrig positionieren, um die Bits der Nachricht darzustellen, die zum drahtlosen Leistungssender 212 gesendet wird. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Regler eine Steuerschleife umfassen, die ein Stromreferenzziel aufweist, das auf der Basis dessen aufwärts oder abwärts moduliert wird, ob eine Eins oder eine Null zum drahtlosen Leistungssender übertragen werden soll. Damit diese Methodologie effektiv ist, kann der Ausgangskondensator eine ausreichende Kapazität aufweisen, um normale Lastübergänge sowie Schienenveränderungen, die durch die Kommunikationsmodulationsanforderungen induziert werden, zu absorbieren.
4A–4G sind vereinfachte schematische Blockdiagramme eines drahtlosen Leistungsempfängers 222A–222G gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Die drahtlosen Leistungsempfänger 222A–222G können dazu ausgelegt sein, eine Ausgangsspannung in Reaktion auf die Anwesenheit des drahtlosen Leistungssignals zu erzeugen sowie Daten zwischen dem drahtlosen Leistungsempfänger und dem drahtlosen Leistungssender zu übermitteln.
Mit Bezug auf 4A umfasst der drahtlose Leistungsempfänger 222A die Empfangsspule 224A, den Gleichrichter 250A, den Regler 255A, die Steuerlogik 280A und den Ausgangskondensator 260A, die im Allgemeinen wie vorstehend erörtert konfiguriert sind, um eine Ausgangsspannung (VOUT) in Reaktion auf ein drahtloses Leistungssignal 105 (1) zu erzeugen. Die Ausgangsspannung (VOUT) kann zur Last 270A geliefert werden. Wie in 4A gezeigt, kann der Gleichrichter 250A ein asynchroner Gleichrichter (z. B. der Dioden verwendet) sein, der sich in einer Vollbrückenkonfiguration befindet.
Außerdem kann der Regler 255A in einer synchronen Hochsetzkonfiguration konfiguriert sein, wobei die Steuerlogik 280A die Schalter des Reglers 255A steuert, um die gleichgerichtete Spannung (VRECT) (eine relativ niedrigere Spannung) in die Ausgangsspannung (VOUT) (eine relativ höhere Spannung) umzuwandeln. Da die Ausgangsspannung (VOUT) größer ist als die gleichgerichtete Spannung (VREF), die durch die Empfangsspule 224A und den Gleichrichter 250A erzeugt wird, kann die Empfangsspule 224A relativ kleiner sein als andere Reglertopologien.
Die Steuerlogik 280A kann dazu ausgelegt sein, den Regler 255A so zu steuern, dass die effektive Impedanz des Reglers 255A gesteuert werden kann, um fast jegliche Impedanz nachzuahmen. Die Steuerlogik 280 steuert die Schalter des Reglers 255A, um zwischen der Kopplung des Induktors mit Masse, was ermöglicht, dass sich ein Strom aufbaut, und dann der Kopplung des Induktors mit der Last 270, so dass der Strom durch die positive Schiene der Last 270 fließt, abzuwechseln. Um die Impedanz des Reglers 255A einzustellen, kann die Steuerlogik 280A ihr Stromreferenzziel in ihrer Steuerschleife dynamisch einstellen.
Mit Bezug auf 4B umfasst der drahtlose Leistungsempfänger 222B die Empfangsspule 224B, den Gleichrichter 250B, den Regler 255B, die Steuerlogik 280B und den Ausgangskondensator 260B, die im Allgemeinen wie vorstehend erörtert konfiguriert sind, um eine Ausgangsspannung (VOUT) in Reaktion auf ein drahtloses Leistungssignal 105 (1) zu erzeugen. Die Ausgangsspannung (VOUT) kann zur Last 270B geliefert werden. Wie in 4B gezeigt, kann der Gleichrichter 250B ein asynchroner Gleichrichter (z. B. der Dioden verwendet) sein, der sich in einer Vollbrückenkonfiguration befindet.
Außerdem ist der Regler 255B in einer synchronen Tiefsetzkonfiguration, wobei die Steuerlogik 280B die Schalter des Reglers 255B steuert, um die gleichgerichtete Spannung (VRECT) (eine relativ höhere Spannung) in die Ausgangsspannung (VOUT) (eine relativ niedrigere Spannung) umzuwandeln. Die Steuerlogik 280B kann dazu ausgelegt sein, den Regler 255B so zu steuern, dass die effektive Impedanz des Reglers 255B so gesteuert werden kann, dass der Regler 255B reaktiv Leistung vom Ausgangskondensator 260B zurück zur Empfangsspule 224B für die Zwecke der Kommunikationsmodulation überträgt. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Ausgangskondensator 260B Leistung zur Empfangsspule 224B in realer Weise für Zwecke der Kommunikationsmodulation übertragen. Die Eingangsspannung kann beispielsweise unter die Ausgangsspannung (VOUT) abfallen bei Gegentaktvorrichtungen in einem LDO und einer IC, ein gesteuerter realer Rückwärtsstromfluss kann für Zwecke der Kommunikationsmodulation erzeugt werden.
Mit Bezug auf 4C umfasst der drahtlose Leistungsempfänger 222C die Empfangsspule 224C, den Gleichrichter 250C, den Regler 255C, die Steuerlogik 280C und den Ausgangskondensator 260C, die im Allgemeinen wie vorstehend erörtert konfiguriert sind, um eine Ausgangsspannung (VOUT) in Reaktion auf ein drahtloses Leistungssignal 105 (1) zu erzeugen. Die Ausgangsspannung (VOUT) kann zur Last 270C geliefert werden. Wie in 4C gezeigt, kann der Gleichrichter 250C ein asynchroner Gleichrichter (z. B. der Dioden verwendet) sein, der sich in einer Vollbrückenkonfiguration befindet.
Außerdem befindet sich der Regler 255C in einer synchronen invertierenden Konfiguration, wobei die Steuerlogik 280C die Schalter des Reglers 255C steuert, um die gleichgerichtete Spannung (VRECT) in die Ausgangsspannung (VOUT) (eine invertierte Version von VRECT) umzuwandeln. Die Steuerlogik 280C kann dazu ausgelegt sein, den Regler 255C zu steuern, um den Schaltzyklus der Schalter des Reglers 255C einzustellen, um den durch den Induktor fließenden Strom zu ändern. Der Schaltzyklus kann umfassen, dass die Steuerlogik 280C bewirken kann, dass sich der gleichgerichtete Strom (IRECT) aufbaut, durch Ansteuern des Induktors des Reglers 255C von der Empfangsspule 224C, oder die Richtung des Stroms ändert durch Betreiben des zweiten Schalters des Reglers 255C, um den Induktor vom Ausgangskondensator 260 und/oder von der Last 270 anzusteuern. Folglich kann die Impedanz des Reglers 255C für Kommunikationszwecke moduliert werden, um Daten zum drahtlosen Leistungssender zu senden. Die invertierende Topologie kann irgendeine Ausgangsspannung (VOUT) aus irgendeiner gleichgerichteten Spannung (VRECT) erzeugen, was eine gewisse Flexibilität und Freiheit in der Konstruktion schaffen kann.
Mit Bezug auf 4D umfasst der drahtlose Leistungsempfänger 222D die Empfangsspule 224D, den Gleichrichter 250D, den Regler 255D, die Steuerlogik 280D und den Ausgangskondensator 260D, die im Allgemeinen wie vorstehend erörtert konfiguriert sind, um eine Ausgangsspannung (VOUT) in Reaktion auf ein drahtloses Leistungssignal 105 (1) zu erzeugen. Die Ausgangsspannung (VOUT) kann zur Last 270D geliefert werden. Wie in 4D gezeigt, kann der Gleichrichter 250D ein asynchroner Gleichrichter (z. B. der Dioden verwendet) sein, der sich in einer Vollbrückenkonfiguration befindet.
Außerdem befindet sich der Regler 255D in einer synchronen Tiefsetz-Hochsetz-Konfiguration, wobei die Steuerlogik 280D die Schalter des Reglers 255D steuert, um die gleichgerichtete Spannung (VRECT) abwärts (d. h. Tiefsetzen) auf eine niedrigere Zwischenspannung umzuwandeln und dann die Zwischenspannung zu erhöhen (d. h. Hochsetzen), um die Ausgangsspannung (VOUT) zu erzeugen. Die Tiefsetz- und Hochsetzteile des Reglers 255D können sich einen Induktor teilen, um die Umwandlung durchzuführen. Die Steuerlogik 280D kann dazu ausgelegt sein, den Regler 255D so zu steuern, dass die effektive Impedanz des Reglers 255D so gesteuert werden kann, dass der Regler 255D reaktiv Leistung vom Ausgangskondensator 260D zurück zur Empfangsspule 224D für Zwecke der Kommunikationsmodulation überträgt. Die Tiefsetz-Hochsetz-Konfiguration ist in 4D gezeigt, teilt sich den Induktor zwischen dem Tiefsetzteil und dem Hochsetzteil. In einigen Ausführungsbeispielen können zwei Induktoren vorhanden sein – einer für den Hochsetzteil und ein anderer für den Tiefsetzteil.
Mit Bezug auf 4E umfasst der drahtlose Leistungsempfänger 222E die Empfangsspule 224E, den Gleichrichter 250E, den Regler 255E, die Steuerlogik 280E und den Ausgangskondensator 260C, die im Allgemeinen wie vorstehend erörtert konfiguriert sind, um eine Ausgangsspannung (VOUT) in Reaktion auf ein drahtloses Leistungssignal 105 (1) zu erzeugen. Die Ausgangsspannung (VOUT) kann zur Last 270E geliefert werden. Wie in 4E gezeigt, kann der Gleichrichter 250E ein aktiver synchroner Gleichrichter (z. B. der Schalter verwendet) sein, der sich in einer Vollbrückenkonfiguration befindet. Der Gleichrichter 250E und der Induktor können sich kombinieren, um eine Hochsetzschaltung zu bilden. Die Steuerlogik 280E kann beispielsweise den Gleichrichter 250E durch Aktivieren des Hochsetzens der Schalter A/B oder Schalter C/D steuern, um die gleichgerichtete Spannung (VRECT) zu erzeugen. Außerdem befindet sich der Regler 255E in einer synchronen Tiefsetzkonfiguration, wobei die Steuerlogik 280E die Schalter des Reglers 255E steuert, um die gleichgerichtete Spannung (VRECT) in die Ausgangsspannung (VOUT) (eine invertierte Version von VRECT) umzuwandeln.
Mit Bezug auf 4F umfasst der drahtlose Leistungsempfänger 222F die Empfangsspule 224F, den Gleichrichter 250F, den Regler 255F, die Steuerlogik 280F und den Ausgangskondensator 260F, die im Allgemeinen wie vorstehend erörtert konfiguriert sind, um eine Ausgangsspannung (VOUT) in Reaktion auf ein drahtloses Leistungssignal 105 (1) zu erzeugen. Die Ausgangsspannung (VOUT) kann zur Last 270F geliefert werden. Wie in 4C gezeigt, kann der Gleichrichter 250F ein asynchroner Gleichrichter (z. B. der Dioden verwendet) sein, der sich in einer Vollbrückenkonfiguration befindet.
Außerdem kann der Regler 255F eine Vielzahl von Reglern 255F1, 255F2 umfassen. Ein erster Regler 255F1 und ein zweiter Regler 255F2 können mit dem Gleichrichter 250F gekoppelt sein, um jeweils die gleichgerichtete Spannung (VRECT) zu empfangen. In dem Ausführungsbeispiel von 4F befindet sich der erste Regler 255F in einer synchronen Tiefsetzkonfiguration, die eine erste Ausgangsspannung (VOUT1) erzeugt, und der zweite Regler 255F2 befindet sich in einer reversiblen Tiefsetz-Hochsetz-Konfiguration, die eine zweite Ausgangsspannung (VOUT2) erzeugt. Die erste Ausgangsspannung (VOUT1) kann zur Last 270F geliefert werden und die zweite Ausgangsspannung (VOUT2) kann zu einer sekundären Energiespeichervorrichtung 260F2 geliefert werden, die mit dem zweiten Regler 255F2 gekoppelt ist. Die Steuerlogik 280F kann die Schalter der Regler 255F1, 255F2 steuern, um die gleichgerichtete Spannung (VRECT) in die Ausgangsspannungen (VOUT1, VOUT2) umzuwandeln. Folglich können die Laststrom- und Impedanzmodulation mit der Unterstützung beider Regler 255F1, 255F2 stattfinden.
In einigen Ausführungsbeispielen kann das Kommunikationssignal auf der Spulenseite moduliert werden. Mit anderen Worten, der zweite Regler 255F2 kann vor den ersten Regler 255F1 gekoppelt sein. Wie in 4F gezeigt, kann beispielsweise der Induktor des zweiten Reglers 255F2 mit dem ersten Regler am VRECT-Knoten koppeln. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Kommunikationssignal auf der Ausgangsseite moduliert werden, was ermöglicht, dass der erste Regler 255F1 als konstante Last an der Empfangsspule 224F konfiguriert ist. Der Induktor des zweiten Reglers 255F2 kann beispielsweise nach dem ersten Regler 255 am VOUT1-Knoten gekoppelt sein.
Mit Bezug auf 4G umfasst der drahtlose Leistungsempfänger 222G die Empfangsspule 224G, den Gleichrichter 250G, den Regler 255G und die Steuerlogik 280G, die im Allgemeinen wie vorstehend erörtert konfiguriert sind, um eine Ausgangsspannung (VOUT) in Reaktion auf ein drahtloses Leistungssignal 105 (1) zu erzeugen. Die Ausgangsspannung (VOUT) kann zur Last 270G geliefert werden. Wie in 4G gezeigt, kann der Gleichrichter 250G ein asynchroner Gleichrichter (z. B. der Dioden verwendet) sein, der sich in einer Vollbrückenkonfiguration befindet. Die Last 270G kann eine Batterie oder eine andere Energie-Speicher/Verbrauchs-Vorrichtung umfassen.
Außerdem kann der Regler 255G eine lineare Reglervorrichtung (z. B. LDO) sein, die in die Steuerlogik 280G eingebaut ist. In einer solchen Konfiguration kann der Regler 255G dazu ausgelegt sein, Leistung von der Eingangswellenform zu extrahieren, die durch die Empfangsspule 224G erzeugt und durch den Gleichrichter 250G gleichgerichtet wird. Leistung kann nur extrahiert werden, wenn die gleichgerichtete Spannung (VRECT) größer ist als die Ausgangsspannung (VOUT). Die Menge an Leistung, die für die Kommunikation extrahiert wird, kann in Abhängigkeit von der Situation variieren. Wenn beispielsweise die Last relativ leicht ist, kann die Steuerlogik 280G die zusätzliche Leistung verbrauchen, die von der Empfangsspule 224G bezogen wird, um eine Überspannung der Ausgangsschiene zu verhindern. In einigen Ausführungsbeispielen wird in Erwägung gezogen, dass Leistung durch den Regler 255G in einer umgekehrten Weise übertragen werden kann aufgrund von parasitären Dioden, die zwischen der Ausgangsspannung (VOUT) und der gleichgerichteten Spannung (VRECT) existieren können.
Zusätzliche nicht begrenzende Ausführungsbeispiele umfassen:
Ausführungsbeispiel 1. Ein zu drahtloser Leistung befähigtes Gerät, das umfasst: einen drahtlosen Leistungsempfänger, der umfasst: eine Empfangsspule, die dazu ausgelegt ist, ein Wechselspannungssignal in Reaktion auf ein drahtloses Leistungssignal zu erzeugen; einen Gleichrichter mit einer Vielzahl von Schaltern, der dazu ausgelegt ist, das Wechselspannungssignal zu empfangen und ein gleichgerichtetes Gleichspannungssignal zu erzeugen; einen Regler, der mit dem Regler wirksam gekoppelt ist, um das gleichgerichtete Gleichspannungssignal zu empfangen und ein Ausgangsleistungssignal zu erzeugen; und eine Steuerlogik, die dazu ausgelegt ist, ein Kommunikationssignal in Reaktion auf das Einstellen einer Eingangsimpedanz des Reglers zu erzeugen.
Ausführungsbeispiel 2. Das zur drahtlosen Leistung befähigte Gerät des Ausführungsbeispiels 1, wobei die Steuerlogik dazu ausgelegt ist, die Eingangsimpedanz durch dynamisches Einstellen einer Stromgrenze in einer Steuerschleife für den Regler einzustellen.
Ausführungsbeispiel 3. Das zur drahtlosen Leistung befähigte Gerät des Ausführungsbeispiels 1 oder Ausführungsbeispiels 2, wobei der Regler aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Tiefsetzsteller, einem Hochsetzsteller und einem Tiefsetz-Hochsetz-Steller besteht.
Ausführungsbeispiel 4. Das zur drahtlosen Leistung befähigte Gerät des Ausführungsbeispiels 1 oder Ausführungsbeispiels 2, wobei der Regler einen linearen Regler umfasst.
Ausführungsbeispiel 5. Das zur drahtlosen Leistung befähigte Gerät des Ausführungsbeispiels 4, wobei der lineare Regler in die Steuerlogik eingebaut ist.
Ausführungsbeispiel 6. Das zur drahtlosen Leistung befähigte Gerät von irgendeinem der Ausführungsbeispiele 1 bis 5, wobei der Regler einen ersten Regler, der mit der Last gekoppelt ist, und einen zweiten Regler, der mit einer sekundären Speichervorrichtung gekoppelt ist, umfasst.
Ausführungsbeispiel 7. Das zur drahtlosen Leistung befähigte Gerät von irgendeinem der Ausführungsbeispiele 1 bis 3, wobei der Regler eine Topologie auf Transformatorbasis umfasst.
Ausführungsbeispiel 8. Das zur drahtlosen Leistung befähigte Gerät von irgendeinem der Ausführungsbeispiele 1 bis 7, das ferner einen Ausgangskondensator umfasst, der wirksam zwischen den Regler und eine Last gekoppelt ist.
Ausführungsbeispiel 9. Das zur drahtlosen Leistung befähigte Gerät nach Anspruch 8, wobei der Regler dazu ausgelegt ist, Leistung vom Ausgangskondensator zurück zur Empfangsspule in einer reaktiven Weise oder einer realen Weise zu übertragen.
Ausführungsbeispiel 10. Das zur drahtlosen Leistung befähigte Gerät von irgendeinem der Ausführungsbeispiele 1 bis 9, das ferner eine elektronische Vorrichtung mit einem drahtlosen Leistungsempfänger umfasst.
Ausführungsbeispiel 11. Das zur drahtlosen Leistung befähigte Gerät von irgendeinem der Ausführungsbeispiele 1 bis 10, das ferner eine Last umfasst, die mit dem drahtlosen Leistungsempfänger wirksam gekoppelt ist, um das Gleichspannungs-Ausgangsleistungssignal zu empfangen.
Ausführungsbeispiel 12. Das zur drahtlosen Leistung befähigte Gerät des Ausführungsbeispiels 11, wobei die Last mindestens eine von einer Batterie der elektronischen Vorrichtung und Systemkomponenten der elektronischen Vorrichtung umfasst.
Ausführungsbeispiel 13. Ein zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät, das umfasst: einen drahtlosen Leistungsempfänger, der umfasst: eine Empfangsspule; einen Gleichrichter, der dazu ausgelegt ist, ein Leistungssignal zu empfangen, das von der Empfangsspule erzeugt wird, und eine gleichgerichtete Spannung in Reaktion darauf zu erzeugen; einen Regler, der dazu ausgelegt ist, die gleichgerichtete Spannung zu empfangen und eine Ausgangsspannung in Reaktion darauf zu erzeugen; und eine Steuerlogik, die dazu ausgelegt ist, eine Eigenschaft des Reglers während eines Kommunikationsmodus des drahtlosen Leistungsempfängers für die Modulation des durch einen drahtlosen Leistungssender zu detektierenden Kommunikationssignals einzustellen.
Ausführungsbeispiel 14. Das zur drahtlosen Leistung befähigte Gerät des Ausführungsbeispiels 13, wobei die eingestellte Eigenschaft des Reglers mindestens eine von einer Ausgangsspannung, die durch den Regler erzeugt wird, eines Stroms, der durch den Regler erzeugt wird, einer Leistungsausgabe durch den Regler und einer Eingangsimpedanz des Reglers umfasst.
Ausführungsbeispiel 15. Das zur drahtlosen Leistung befähigte Gerät des Ausführungsbeispiels 13 oder Ausführungsbeispiels 14, wobei der Regler dazu ausgelegt ist, eine konstante mittlere Leistung für eine Last zu erzeugen.
Ausführungsbeispiel 16. Ein Verfahren zum Betreiben einer Empfängerseite eines drahtlosen Leistungsübertragungssystems, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen einer gleichgerichteten Spannung in Reaktion auf das Empfangen eines drahtlosen Leistungssignals; Erzeugen einer Ausgangsspannung aus der gleichgerichteten Spannung mit einem Spannungsregler; und Steuern des Spannungsreglers während eines Kommunikationsmodus des drahtlosen Leistungsempfängers, um eine Eigenschaft des Spannungsreglers mit Daten für die Übertragung zu einem drahtlosen Leistungssender zu modulieren.
Ausführungsbeispiel 17. Das Verfahren des Ausführungsbeispiels 16, wobei das Steuern des Spannungsreglers das dynamische Einstellen eines Stromgrenzwerts einer Steuerschleife für den Spannungsregler umfasst.
Ausführungsbeispiel 18. Das Verfahren des Ausführungsbeispiels 16 oder Ausführungsbeispiels 17, wobei die während des Kommunikationsmodus modulierte Eigenschaft mindestens eine von einer Eingangsimpedanz des Spannungsreglers, eines Laststroms, der durch den Spannungsregler erzeugt wird, einer Ausgangsleistung, die zu einer Last geliefert wird, und der Ausgangsspannung umfasst.
Ausführungsbeispiel 19. Das Verfahren von irgendeinem der Ausführungsbeispiele 16 bis 18, wobei das Erzeugen der Ausgangsspannung das Erzeugen eines stationären Betriebspunkts für einen Laststrom, der zur Last geliefert wird, umfasst, wenn keine Kommunikation zwischen dem drahtlosen Leistungsempfänger und dem drahtlosen Leistungssender stattfindet.
Ausführungsbeispiel 20. Das Verfahren des Ausführungsbeispiels 19, wobei das Erzeugen der Ausgangsspannung ferner das Erzeugen der Einstellung des Laststroms, der zur Last geliefert wird, umfasst, wenn eine Kommunikation zwischen dem drahtlosen Leistungsempfänger und dem drahtlosen Leistungssender stattfindet.
Obwohl die vorliegende Offenbarung hierin in Bezug auf bestimmte erläuterte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, erkennen und schätzen Fachleute auf dem Gebiet, dass die vorliegende Erfindung nicht so begrenzt ist. Vielmehr können viele Zusätze, Auslassungen und Modifikationen an den erläuterten und beschriebenen Ausführungsbeispielen durchgeführt werden, ohne vom Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Außerdem können Merkmale von einem Ausführungsbeispiel mit Merkmalen eines anderen Ausführungsbeispiels kombiniert werden, während dies dennoch innerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung, wie vom Erfinder in Betracht gezogen, enthalten ist.

Claims

Zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät, das umfasst: einen drahtlosen Leistungsempfänger, der umfasst: eine Empfangsspule, die dazu ausgelegt ist, ein Wechselspannungssignal in Reaktion auf ein drahtloses Leistungssignal zu erzeugen; einen Gleichrichter mit einer Vielzahl von Schaltern, der dazu ausgelegt ist, das Wechselspannungssignal zu empfangen und ein gleichgerichtetes Gleichspannungssignal zu erzeugen; einen Regler, der wirksam mit dem Regler gekoppelt ist, um das gleichgerichtete Gleichspannungssignal zu empfangen und ein Ausgangsleistungssignal zu erzeugen; und eine Steuerlogik, die dazu ausgelegt ist, ein Kommunikationssignal in Reaktion auf das Einstellen einer Eingangsimpedanz des Reglers zu erzeugen.
Zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät nach Anspruch 1, wobei die Steuerlogik dazu ausgelegt ist, die Eingangsimpedanz durch dynamisches Einstellen einer Stromgrenze in einer Steuerschleife für den Regler einzustellen.
Zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Regler aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Tiefsetzsteller, einem Hochsetzsteller und einem Tiefsetz-Hochsetz-Steller besteht.
Zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Regler einen linearen Regler umfasst.
Zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät nach Anspruch 4, wobei der lineare Regler in die Steuerlogik eingebaut ist.
Zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Regler einen ersten Regler, der mit der Last gekoppelt ist, und einen zweiten Regler, der mit einer sekundären Speichervorrichtung gekoppelt ist, umfasst.
Zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Regler eine Topologie auf Transformatorbasis umfasst.
Zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, der ferner einen Ausgangskondensator umfasst, der wirksam zwischen den Regler und eine Last gekoppelt ist.
Zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät nach Anspruch 8, wobei der Regler dazu ausgelegt ist, Leistung vom Ausgangskondensator zurück zur Empfangsspule in einer reaktiven Weise oder einer realen Weise zu übertragen.
Zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das ferner eine elektronische Vorrichtung mit dem drahtlosen Leistungsempfänger umfasst.
Zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät nach Anspruch 10, das ferner eine Last umfasst, die wirksam mit dem drahtlosen Leistungsempfänger gekoppelt ist, um das Gleichspannungs-Ausgangsleistungssignal zu empfangen.
Zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät nach Anspruch 11, wobei die Last mindestens eine von einer Batterie der elektronischen Vorrichtung und Systemkomponenten der elektronischen Vorrichtung umfasst.
Zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät, das umfasst: einen drahtlosen Leistungsempfänger, der umfasst: eine Empfangsspule; einen Gleichrichter, der dazu ausgelegt ist, ein Leistungssignal zu empfangen, das von der Empfangsspule erzeugt wird, und eine gleichgerichtete Spannung in Reaktion darauf zu erzeugen; einen Regler, der dazu ausgelegt ist, die gleichgerichtete Spannung zu empfangen und eine Ausgangsspannung in Reaktion darauf zu erzeugen; und eine Steuerlogik, die dazu ausgelegt ist, eine Eigenschaft des Reglers während eines Kommunikationsmodus des drahtlosen Leistungsempfängers für die Modulation des durch einen drahtlosen Leistungssender zu detektierenden Kommunikationssignals einzustellen.
Zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät nach Anspruch 13, wobei die eingestellte Eigenschaft des Reglers mindestens eine von einer Ausgangsspannung, die durch den Regler erzeugt wird, eines Stroms, der durch den Regler erzeugt wird, einer Leistungsausgabe durch den Regler und einer Eingangsimpedanz des Reglers umfasst.
Zur drahtlosen Leistung befähigtes Gerät nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei der Regler dazu ausgelegt ist, eine konstante mittlere Leistung für eine Last zu erzeugen.
Verfahren zum Betreiben einer Empfängerseite eines drahtlosen Leistungsübertragungssystems, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen einer gleichgerichteten Spannung in Reaktion auf das Empfangen eines drahtlosen Leistungssignals; Erzeugen einer Ausgangsspannung aus der gleichgerichteten Spannung mit einem Spannungsregler; und Steuern des Spannungsreglers während eines Kommunikationsmodus des drahtlosen Leistungsempfängers, um eine Eigenschaft des Spannungsreglers mit Daten für die Übertragung zu einem drahtlosen Leistungssender zu modulieren.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Steuern des Spannungsreglers das dynamische Einstellen eines Stromgrenzwerts einer Steuerschleife für den Spannungsregler umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei die während des Kommunikationsmodus modulierte Eigenschaft mindestens eine von einer Eingangsimpedanz des Spannungsreglers, eines Laststroms, der durch den Spannungsregler erzeugt wird, einer Ausgangsleistung, die zu einer Last geliefert wird, und der Ausgangsspannung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei das Erzeugen der Ausgangsspannung das Erzeugen eines stationären Betriebspunkts für einen Laststrom, der zur Last geliefert wird, umfasst, wenn keine Kommunikation zwischen dem drahtlosen Leistungsempfänger und dem drahtlosen Leistungssender stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Erzeugen der Ausgangsspannung ferner das Erzeugen einer Einstellung des Laststroms, der zur Last geliefert wird, umfasst, wenn eine Kommunikation zwischen dem drahtlosen Leistungsempfänger und dem drahtlosen Leistungssender stattfindet.