DE112019003334T5

DE112019003334T5 - Drahtloses ladesystem mit mehreren kommunikationsmodi

Info

Publication number: DE112019003334T5
Application number: DE112019003334.4T
Authority: DE
Inventors: Weihong Qiu; Nan Liu; Dmitry BERDNIKOV; Zaki Moussaoui; Rex HUANG
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2021-03-18
Also published as: CN112514204A; GB2590276B; WO2020040905A3; GB202101035D0; WO2020040905A8; US10811913B2; GB2590276A; US20200044491A1; KR102470498B1; KR20210021582A; WO2020040905A2

Abstract

Ein drahtloses Leistungsübertragungssystem weist eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung auf, die unter Verwendung mehrerer verschiedener Typen von drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtungen geladen werden kann. Die unterschiedlichen Typen drahtloser Leistungsübertragungsvorrichtungen weisen Leistungsübertragungsspulen auf, die unterschiedliche magnetische Kopplungspegel mit der Leistungsempfangsspule der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung zeigen. Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung kann Kondensatoren, Widerstände und/oder andere Lastschaltungen einschließen, die abhängig von dem magnetischen Kopplungspegel, der erkannt wird, von einem gleichgerichteten Spannungspegel, von der Größe der Ausgangslast, und/oder auf Informationen, die während Handshaking-Vorgängen übermittelt werden, um eine gewünschte Impedanzeinstellung an der Leistungsempfangsspule darzustellen, so dass das Datensignal ordnungsgemäß zwischen der Leistungsempfangsvorrichtung und der Leistungsübertragungsvorrichtung übermittelt werden kann, unabhängig in Gebrauch geschaltet werden können.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 16/196.975 , eingereicht am 20. November 2018, und der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/715.167 , eingereicht am 6. August 2018, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind.
GEBIET
Dies bezieht sich allgemein auf drahtlose Systeme und insbesondere auf Systeme, in denen Vorrichtungen drahtlos geladen werden.
STAND DER TECHNIK
In einem drahtlosen Ladesystem überträgt eine drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung, wie eine Vorrichtung mit einer Ladeoberfläche, drahtlos Leistung an eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung, wie eine tragbare elektronische Vorrichtung. Die tragbare elektronische Vorrichtung empfängt die drahtlos übertragene Leistung und verwendet diese Leistung, um eine interne Batterie oder einen internen Akku zu laden oder die Vorrichtung mit Leistung zu versorgen.
Es kann manchmal wünschenswert sein, Daten von der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung zu der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung zu übertragen. Es wurden sogenannte „Inband“-Kommunikationsschemata entwickelt, die es drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtungen ermöglichen, mit drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtungen zu kommunizieren. In einem typischen Inband-Kommunikationsschema wird eine Schaltschaltung, die mit einer Spule in der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung gekoppelt ist, verwendet, um die Last über der Spule zu modulieren. Die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung wird versuchen, das modulierte Signal unter Verwendung einer Erfassungsschaltung zu erkennen, die mit einer Spule in dem drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung gekoppelt ist.
Manchmal setzt sich jedoch das Ändern der Last über die Spule an der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung nicht notwendigerweise in eine ausreichend erkennbare Amplituden- oder Phasenänderung an der Erfassungsschaltung der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung um.
KURZDARSTELLUNG
Ein drahtloses Leistungsübertragungssystem weist eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung auf, die entweder unter Verwendung einer ersten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung mit einer ersten Spulenkonfiguration oder einer zweiten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung mit einer zweiten Spulenkonfiguration, die sich von der ersten Spulenkonfiguration unterscheidet, geladen werden kann. Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung kann eine drahtlose Leistungsempfangsspule, eine drahtlose Leistungsempfangsschaltungsanordnung, die mit der drahtlosen Leistungsempfangsspule gekoppelt ist, und eine Steuerschaltung einschließen, die betreibbar ist zum: (1) Konfigurieren der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in einem ersten Datenkommunikationsmodus (oder Übertragungsmodus), wenn ein erster magnetischer Kopplungskoeffizient zwischen der drahtlosen Leistungsempfangsspule und der ersten Spulenkonfiguration der ersten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung vorhanden ist, und (2) Konfigurieren der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in einem zweiten Datenkommunikationsmodus (oder Übertragungsmodus), wenn ein zweiter magnetischer Kopplungskoeffizient zwischen der drahtlosen Leistungsempfangsspule und der zweiten Spulenkonfiguration der zweiten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung vorhanden ist.
Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung kann ferner einen ersten Schaltkondensator (oder Widerstand), der mit einem ersten Ende der drahtlosen Leistungsempfangsspule gekoppelt ist, und einen zweiten Schaltkondensator (oder Widerstand), der ebenfalls mit dem ersten Ende der Spule gekoppelt ist, einschließen. Der erste Schaltkondensator wird selektiv nur während des ersten Datenkommunikationsmodus aktiviert, nicht jedoch während des zweiten Datenkommunikationsmodus. Der zweite Schaltkondensator wird selektiv nur während des zweiten Datenkommunikationsmodus, nicht jedoch während des ersten Datenkommunikationsmodus aktiviert. Es gibt keinen Schaltkondensator, der mit dem zweiten Ende der drahtlosen Leistungsempfangsspule gekoppelt ist. Der erste und der zweite Schaltkondensator weisen im Wesentlichen unterschiedliche Kapazitätswerte auf. Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung kann ferner eine Gleichrichterschaltungsanordnung einschließen, die mit der drahtlosen Leistungsempfangsschaltungsanordnung gekoppelt ist. Die Gleichrichterschaltungsanordnung ist während des ersten Datenkommunikationsmodus in einem Vollbrückengleichrichtermodus und während des zweiten Datenkommunikationsmodus in einem Halbbrückengleichrichtermodus betreibbar.
Die Steuerschaltungsanordnung kann bestimmen, ob die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung während Handshaking-Vorgängen in dem ersten Datenkommunikationsmodus oder dem zweiten Datenkommunikationsmodus konfiguriert werden soll. Während des Handshakings kann die Steuerschaltungsanordnung anfänglich die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung in dem ersten Datenkommunikationsmodus konfigurieren. Als Reaktion auf das Durchführen eines erfolgreichen Handshakes kann die Steuerschaltungsanordnung dann der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung erlauben, das Betreiben in dem ersten Datenkommunikationsmodus fortzusetzen. Als Reaktion auf das Durchführen eines nicht erfolglosen Handshakes kann die Steuerschaltungsanordnung jedoch die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung in dem zweiten Datenkommunikationsmodus neu konfigurieren und den Handshake erneut versuchen.
Gemäß einer anderen geeigneten Anordnung kann die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung eine einstellbare kapazitive Bank (z. B. ein kapazitives Array), die mit der Spule gekoppelt ist, und eine Steuerschaltungsanordnung einschließen, die betreibbar ist, um die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung in einem ersten Datenkommunikationsmodus durch Aktivieren mindestens eines ersten Teils von Kondensatoren in der einstellbaren kapazitiven Bank zu konfigurieren und die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung in einem zweiten Datenkommunikationsmodus durch Aktivieren mindestens eines zweiten Teils von Kondensatoren in der einstellbaren kapazitiven Bank zu konfigurieren. Die Steuerschaltungsanordnung kann die einstellbare kapazitive Bank dynamisch einstellen, um sicherzustellen, dass eine angemessene Signalstärke zwischen der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung und der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung aufrechterhalten wird. Die Steuerschaltungsanordnung kann konfiguriert sein, um die kapazitive Bank mindestens teilweise basierend auf einer gleichgerichteten Spannungsausgabe von der Gleichrichterschaltungsanordnung, auf der Größe der Last, die von der Gleichrichterschaltungsanordnung angesteuert wird, auf dem Typ der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung und/oder auf dem Kommunikationsprotokoll, das von der Leistungsübertragungsvorrichtung spezifiziert wird, einzustellen.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm eines veranschaulichenden drahtlosen Ladesystems gemäß Ausführungsformen.
2 ist ein Schaltplan eines veranschaulichenden drahtlosen Ladesystems gemäß einer Ausführungsform.
3 ist ein Schaltplan einer veranschaulichenden drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung mit identischen Kondensatoren, die selektiv mit beiden Anschlüssen einer drahtlosen Leistungsempfangsspule gekoppelt sind, wenn Daten an eine drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform übertragen werden.
4 ist ein Schaltplan einer veranschaulichenden drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung mit Kondensatoren mit variierenden Werten, die selektiv mit nur einem Anschluss einer drahtlosen Leistungsempfangsspule gekoppelt sind, wenn Daten an eine drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform übertragen werden.
5 ist ein Diagramm verschiedener drahtloser Inband-Kommunikationsmodi, in denen eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung des in 4 gezeigten Typs gemäß einer Ausführungsform betrieben werden kann.
6 ist ein Flussdiagramm veranschaulichender Schritte zum Konfigurieren einer drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung des in 4 gezeigten Typs für eine ordnungsgemäße Datenübertragung gemäß einer Ausführungsform.
7 ist ein Schaltplan einer veranschaulichenden drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung mit einer kapazitiven Bank, die konfigurierbar ist, um verschiedene Typen von drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtungen gemäß einer Ausführungsform zu unterstützen.
8A bis 8D sind Diagramme verschiedener veranschaulichender Empfängerabstimmtopologien, die an der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung gemäß manchen Ausführungsformen implementiert werden können.
9 ist ein Diagramm verschiedener drahtloser Inband-Kommunikationsmodi, in denen eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung des in 7 gezeigten Typs gemäß einer Ausführungsform betrieben werden kann.
10 ist ein Flussdiagramm veranschaulichender Schritte zum Konfigurieren einer drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung des in 7 gezeigten Typs für eine ordnungsgemäße Datenübertragung gemäß einer Ausführungsform.
11 ist ein Diagramm einer veranschaulichenden Widerstandsbank, die in der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung des in 7 gezeigten Typs gemäß einer Ausführungsform verwendet werden kann.
12 ist ein Diagramm einer veranschaulichenden Lastbank mit sowohl Kondensatoren als auch Widerständen gemäß einer Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein drahtloses Leistungssystem weist eine drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung auf, die drahtlos Leistung an eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung überträgt. Die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung weist eine oder mehrere Spulen auf, die beim Übertragen von drahtloser Leistung an eine oder mehrere drahtlose Leistungsempfangsspulen in der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung verwendet werden. Während des Betriebs liefert die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung Wechselstromsignale an eine oder mehrere drahtlose Leistungsübertragungsspulen. Dies bewirkt, dass die Spulen elektromagnetische Wechselstromsignale (manchmal als drahtlose Leistungssignale bezeichnet) an eine oder mehrere entsprechende Spulen in der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung übertragen. Eine Gleichrichterschaltungsanordnung in der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung wandelt empfangene drahtlose Leistungssignale in Gleichstromleistung (DC-Leistung) zum Versorgen der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung mit Leistung um.
Ein veranschaulichendes drahtloses Leistungssystem (drahtloses Ladesystem) ist in 1 gezeigt. Wie in 1 gezeigt, schließt ein drahtloses Leistungssystem 8 eine drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung 12 und eine oder mehrere drahtlose Leistungsempfangsvorrichtungen, wie eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung 10, ein. Die Vorrichtung 10 ist eine tragbare elektronische Vorrichtung, wie eine Armbanduhr, ein Mobiltelefon, eine Medienabspielvorrichtung, ein Paar Ohrhörer, eine Fernbedienung, ein Tablet-Computer, ein Laptop-Computer, ein elektronischer Eingabestift, ein Stift oder ein Zeichenstift oder eine andere elektronische Ausrüstung. Die Vorrichtung 12 kann eine eigenständige Vorrichtung wie eine drahtlose Ladematte, ein drahtloser Ladepuck, ein drahtloser Ladestand, ein drahtloser Ladetisch, ein Desktop-Computer, ein Laptop-Computer, ein Tablet oder eine andere geeignete drahtlose Ladeausrüstung sein.
Die Vorrichtungen 12 und 10 schließen eine Steuerschaltungsanordnung 42 bzw. 20 ein. Die Steuerschaltungsanordnung 42 und 20 schließt eine Verarbeitungsschaltungsanordnung ein, wie Mikroprozessoren, Leistungsverwaltungseinheiten, Basisbandprozessoren, Digitalsignalprozessoren, Mikrocontroller und/oder anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen mit Verarbeitungsschaltungen. Die Steuerschaltungsanordnung 42 und 20 ist konfiguriert, um Anweisungen zum Implementieren gewünschter Steuer- und Kommunikationsmerkmale in dem System 8 auszuführen. Zum Beispiel können die Steuerschaltungsanordnung 42 und/oder 20 beim Bestimmen von Leistungsübertragungspegeln, Verarbeiten von Sensordaten, Verarbeiten von Benutzereingaben, Verarbeiten anderer Informationen, wie Informationen über die drahtlose Kopplungseffizienz von der Übertragungsschaltungsanordnung 34, Verarbeiten von Informationen von der Empfangsschaltungsanordnung 46, Verwenden von Informationen von der Schaltungsanordnung 34 und/oder 46, wie Signalmessungen an einer Ausgabeschaltungsanordnung in der Schaltungsanordnung 34 und anderen Informationen von der Schaltungsanordnung 34 und/oder 46, um zu bestimmen, wann drahtlose Ladevorgänge zu starten und zu stoppen sind, Einstellen von Ladeparametern, wie Ladefrequenzen, Spulenzuweisungen in einer Mehrspulenarray und drahtlosen Leistungsübertragungspegeln, und Durchführen anderer Steuerfunktionen verwendet werden.
Die Steuerschaltungsanordnung 42 und/oder 20 kann konfiguriert sein, um diese Vorgänge unter Verwendung von Hardware (z. B. dedizierter Hardware oder dedizierter Schaltungsanordnung) und/oder Software (z. B. Code, der auf der Hardware von System 8 ausgeführt wird) durchzuführen. Softwarecode zum Durchführen dieser Vorgänge wird auf nicht-transitorischen, computerlesbaren Speichermedien (z. B. materiellen, computerlesbaren Speichermedien) gespeichert. Der Softwarecode kann manchmal als Software, Daten, Programmanweisungen, Anweisungen oder Code bezeichnet werden. Die nicht-transitorischen, computerlesbaren Speichermedien können nichtflüchtigen Speicher wie nichtflüchtigen Direktzugriffsspeicher (NVRAM), eine oder mehrere Festplatten (z. B. magnetische Laufwerke oder Solid-State-Laufwerke), ein oder mehrere Wechsel-Flash-Laufwerke oder andere Wechselmedien, andere computerlesbare Medien oder Kombinationen dieser computerlesbaren Medien oder anderem Speicher einschließen. Auf den nicht-transitorischen, computerlesbaren Speichermedien gespeicherte Software kann auf der Verarbeitungsschaltungsanordnung der Steuerschaltungsanordnung 42 und/oder 20 ausgeführt werden. Die Verarbeitungsschaltungsanordnung kann anwendungsspezifische integrierte Schaltungen mit einer Verarbeitungsschaltungsanordnung, einem oder mehreren Mikroprozessoren oder einer anderer Verarbeitungsschaltungsanordnung einschließen.
Während des Betriebs des Systems 8 platziert ein Benutzer eine oder mehrere Vorrichtungen 10 auf der Ladeoberfläche der Vorrichtung 12. Die Vorrichtung 10 kann auch anderweitig während drahtloser Ladevorgänge an der Vorrichtung 12 angeschlossen oder montiert sein. Die Leistungsübertragungsvorrichtung 12 ist optional mit einer Wechselspannungsquelle, wie einer Wechselsromleistungsquelle (z. B. einer Steckdose, die Netzstrom oder eine andere Netzstromelektrizitätsquelle liefert), gekoppelt, weist eine Batterie oder einen Akku, wie eine Batterie oder einen Akku 38, zum Liefern von Strom auf und/oder ist mit einer anderen Leistungsquelle gekoppelt. Ein Leistungswandler, wie ein Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungswandler 40, kann Leistung von einer Hauptleistungsquelle oder einer anderen Wechselstromleistungsquelle in Gleichstromleistung umwandeln, die verwendet wird, um die Steuerschaltungsanordnung 42 und eine andere Schaltungsanordnung in der Vorrichtung 12 mit Leistung zu versorgen. Während des Betriebs verwendet die Steuerschaltungsanordnung 42 die drahtlose Leistungsübertragungsschaltungsanordnung 34 und eine oder mehrere Spulen 36, die mit der Schaltungsanordnung 34 gekoppelt sind, um elektromagnetische Wechselstromsignale 48 an die Vorrichtung 10 zu übertragen und dadurch drahtlose Leistung an die drahtlose Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 der Vorrichtung 10 zu übertragen. Die Spulen 36 werden daher manchmal als drahtlose Leistungsübertragungsspulen oder drahtlose Leistungstransferspulen bezeichnet. Im Allgemeinen kann die Vorrichtung 12 eine beliebige geeignete Anzahl von Spulen 36 aufweisen (z. B. 1 bis 100 Spulen, 5 bis 25 Spulen, mehr als 100 Spulen, mehr als 5 Spulen, mehr als 10 Spulen, weniger als 40 Spulen, weniger als 30 Spulen usw.), und die Vorrichtung 10 kann eine beliebige geeignete Anzahl von Spulen 14 aufweisen.
Die drahtlose Leistungsübertragungsschaltungsanordnung 34 weist eine Schaltschaltungsanordnung (z. B. Transistoren in einer Inverterschaltung) auf, die basierend auf durch die Steuerschaltungsanordnung 42 bereitgestellten Steuersignalen ein- und ausgeschaltet wird, um Wechselstromsignale durch geeignete Spulen 36 zu erzeugen. Wenn die Wechselströme durch eine Spule 36 fließen, die von der Inverterschaltung angesteuert wird, werden elektromagnetische Wechselstromfelder (drahtlose Leistungssignale 48) erzeugt, die durch eine oder mehrere entsprechende Spulen 14 empfangen werden, die mit der drahtlosen Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 in der Empfangsvorrichtung 10 gekoppelt sind. Wenn die elektromagnetischen Wechselstromfelder durch die Spule 14 empfangen werden, werden entsprechende Wechselströme und -spannungen in der Spule 14 induziert.
Die Gleichrichterschaltung 80, die manchmal als Teil der Schaltungsanordnung 46 angesehen wird, wandelt die empfangenen Wechselstromsignale (z. B. empfangene Wechselströme und -spannungen, die den drahtlosen Leistungssignalen 48 zugeordnet sind) von einer oder mehreren Spulen 14 in Gleichspannungssignale zum Versorgen der Vorrichtung 10 mit Leistung um. Die Gleichspannungen werden zum Versorgen von Komponenten in der Vorrichtung 10, wie Sensoren 54 (z. B. Beschleunigungsmesser, Kraftsensoren, Temperatursensoren, Lichtsensoren, Drucksensoren, Gassensoren, Feuchtigkeitssensoren, Magnetsensoren usw.), drahtlose Kommunikationsschaltungsanordnung 56 zum drahtlosen Kommunizieren mit der Steuerschaltungsanordnung 42 der Vorrichtung 12 und/oder anderer Ausrüstung, Audiokomponenten und anderen Komponenten (z. B. Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 22 und/oder Steuerschaltungsanordnung 20), mit Leistung verwendet und werden beim Laden eines internen Akkus in der Vorrichtung 10, wie des Akkus 18, verwendet.
Die Vorrichtung 12 und/oder die Vorrichtung 10 können drahtlos kommunizieren. Die Vorrichtungen 10 und 12 können zum Beispiel eine drahtlose Transceiver-Schaltungsanordnung in der Steuerschaltungsanordnung 42 und 20 (und/oder eine drahtlose Kommunikationsschaltungsanordnung wie die Schaltungsanordnung 56) aufweisen, die eine drahtlose Übertragung von Signalen zwischen den Vorrichtungen 10 und 12 (z. B. unter Verwendung von Antennen, die von den Spulen 36 und 14 getrennt sind, um unidirektionale oder bidirektionale drahtlose Signale zu übertragen und zu empfangen, unter Verwendung der Spulen 36 und 14, um unidirektionale oder bidirektionale drahtlose Signale zu übertragen und zu empfangen usw.) erlauben.
Wenn es gewünscht ist, Daten von der Vorrichtung 12 an die Vorrichtung 10 zu übertragen, kann die Datenüberträgerschaltungsanordnung 100 in der Steuerschaltungsanordnung 42 beim Modulieren der Signale verwendet werden, die der Spule 36 zugeführt werden. Die Steuerschaltungsanordnung 20 der Leistungsempfangsvorrichtung 10 kann eine Datenempfängerschaltung, wie eine Datenempfängerschaltung 104, verwenden, um die modulierten Signalimpulse von dem Überträger 18 zu demodulieren. Im Gegensatz dazu kann eine Datenüberträgerschaltung 106 der Vorrichtung 10 verwendet werden, um Signale zu erzeugen, die durch die Spule 14 zu der Spule 36 der Vorrichtung 12 übertragen werden und die durch den Datenempfänger 42 in der Steuerschaltungsanordnung der Vorrichtung 12 demoduliert werden.
Wenn es gewünscht ist, Daten von der Vorrichtung 10 zu der Vorrichtung 12 zu übertragen, kann die Vorrichtung 12 optional die Übertragung von Leistung beenden. Wenngleich die Vorrichtung 12 keine drahtlose Leistung zu der Vorrichtung 10 überträgt, kann die Datenüberträgerschaltung 106 der Vorrichtung 10 einen oder mehrere Transistoren in der drahtlosen Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 oder der Steuerschaltungsanordnung 20 modulieren, wodurch drahtlose Signale erzeugt werden, die von der Spule 14 zu der Spule 36 der Vorrichtung 12 übertragen werden. Da Datensignale drahtlos von der Vorrichtung 10 zu der Vorrichtung 12 unter Verwendung der Spulen 14 und 36 übermittelt werden, kann dieser Typ von Datenkommunikationen zwischen der Vorrichtung 10 und der Vorrichtung 12 manchmal als Inband-Kommunikationen bezeichnet werden. Die Vorrichtung 12 kann den Datenempfänger 102 verwenden, um die drahtlosen Signale von der Vorrichtung 10 zu demodulieren und dadurch die von der Vorrichtung 10 übertragenen Daten zu empfangen. Die übertragenen Daten können verwendet werden, um die Kommunikation zwischen der Vorrichtung 10 und der Vorrichtung 12 zu ermöglichen, um zum Beispiel Rückkopplungs- oder andere Steuersignale an die Vorrichtung 12 zu liefern, oder können verwendet werden, um andere Informationen zu übermitteln. Dieses Beispiel, in dem die Übertragung von Leistung während der Datenübertragung vorübergehend unterbrochen wird, ist lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, können drahtlose Leistungsübertragung und Datenempfang gleichzeitig erfolgen (ohne die Übertragung von Leistung zu beenden).
Wenn sich die Vorrichtung 12 in dem Leistungsübertragungsmodus befindet, kann die Steuerschaltungsanordnung 42 Pulsweitenmodulation (PWM) verwenden, um die Wechselstromansteuersignale zu modulieren, die den an die Spule 36 gekoppelten Ausgangsinvertertransistoren geliefert werden, und dadurch einstellen, wie viel Leistung der Vorrichtung 10 geliefert wird. Zum Beispiel kann das Tastverhältnis der PWM-Impulsfolge dynamisch eingestellt werden, um die Menge an Leistung einzustellen, die drahtlos von der Vorrichtung 12 an die Vorrichtung 10 übertragen wird. Das Tastverhältnis der PWM-Impulse kann, wenn gewünscht, basierend auf Leistungsübertragungsrückkopplungsinformationen eingestellt werden, die innerhalb des Bands von dem Datenüberträger 106 zu dem Datenempfänger 102 übermittelt werden. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 12 Informationen verwenden, die von der Vorrichtung 10 zu der Vorrichtung 12 zurückübertragen wurden, um die Menge an übertragener Leistung, welche die Vorrichtung 12 für die Vorrichtung 10 bereitstellt, zu erhöhen oder zu verringern.
Die Ausgangsinvertertransistoren in der drahtlosen Leistungsübertragungsschaltungsanordnung 34 werden moduliert, um ein Wechselstromausgangswellenformsignal zu erzeugen, das zum Ansteuern der Spule 36 für den drahtlosen Leistungstransfer geeignet ist. In manchen Beispielen hat dieses Signal eine Frequenz in dem Kilohertz-Bereich, wie zwischen 100 und 400 kHz, einschließlich Frequenzen insbesondere in dem 125- bis 130-kHz-Bereich. In manchen Beispielen liegt dieses Signal in dem Megahertz-Bereich, wie etwa 6,78 MHz oder allgemeiner zwischen 1 und 100 MHz. In manchen Beispielen liegt dieses Signal in dem Gigahertz-Bereich, wie etwa 60 GHz und allgemeiner zwischen 1 und 100 GHz. Wenn dieses Wechselstromsignal durch die Spule 36 hindurchgeht, wird ein entsprechendes drahtloses Leistungssignal (elektromagnetisches Signal 48) erzeugt und zu der Spule 14 der Vorrichtung 10 übermittelt. Diese Wechselstromfrequenz, mit der die Leistungsübertragungsschaltungsanordnung 34 moduliert wird, wird manchmal als die Leistungsträgerfrequenz bezeichnet. An dem Empfänger 102 empfangene Datensignale können mit einer niedrigeren Frequenz moduliert werden. Die Frequenz, mit der Daten, die von der Vorrichtung 10 an die Vorrichtung 12 übertragen werden, moduliert werden, wird manchmal als „Datenrate“ bezeichnet. Zum Beispiel kann beim Transferieren von Leistung in dem 100-kHz-Bereich die Datenrate 2 kHz, 1 bis 10 kHz, 10 bis 50 kHz, weniger als 100 kHz, weniger als 80 kHz, weniger als 50 kHz oder eine andere geeignete Frequenz über oder unter 2 kHz betragen.
Ein Schaltplan einer veranschaulichenden Schaltungsanordnung für ein drahtloses Leistungstransfersystem (drahtloses Leistungsladesystem) 8 ist in 2 gezeigt. Wie in 2 gezeigt, kann die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung 10 entweder unter Verwendung einer ersten Leistungsübertragungsvorrichtung 12-1 oder einer zweiten Leistungsübertragungsvorrichtung 12-2 geladen werden. Jede der ersten und zweiten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtungen 12-1 und 12-2 schließt eine drahtlose Leistungsübertragungsschaltungsanordnung 34 mit einem Inverter, wie einem Inverter 70, oder einer anderen Ansteuerschaltung ein, die Wechselstrom-Ansteuersignale, wie Rechteckwellen mit variablem Tastverhältnis oder andere Ansteuersignale, erzeugt. Diese Signale werden durch eine Ausgangsschaltung wie eine Ausgangsschaltung 68 angesteuert, die eine oder mehrere Spule(n) 36 und einen oder mehrere Kondensator(en) 72 einschließt, um drahtlose Leistungssignale zu erzeugen, die drahtlos an die Vorrichtung 10 übertragen werden.
Die Steuerschaltungsanordnung 42 in jeder der Vorrichtungen 12-1 und 12-2 kann auch drahtlose Transceiver-Schaltungen (z. B. Datenüberträger 100 und Datenempfänger 102 von 1) zum Unterstützen der drahtlosen Datenübertragung zwischen den Vorrichtungen 10 und 12 (d. h. Vorrichtung 12-1 oder 12-2) enthalten. In der Vorrichtung 10 können drahtlose Transceiver-Schaltungen in der Steuerschaltungsanordnung 20 (z. B. Datenempfänger 104 und Datenüberträger 106 von 1) einen Pfad 88 und die Spule 14 verwenden, um Daten entweder an die Vorrichtung 12-1 oder die Vorrichtung 12-2 zu übertragen. In jeder der Vorrichtungen 12-1 und 12-2 können Pfade wie ein Pfad 74 verwendet werden, um eingehende Datensignale, die von der Vorrichtung 10 kommend unter Verwendung der Spule 36 empfangen wurden, an die Demodulations- (Empfänger-) Schaltungsanordnung in dem Datenempfänger der Steuerschaltungsanordnung 42 zu liefern. Falls gewünscht, kann der Pfad 74 auch beim Übertragen drahtloser Daten an die Vorrichtung 10 unter Verwendung einer oder mehrerer Spul(en) 36 verwendet werden, die durch den Datenempfänger der Schaltungsanordnung 20 unter Verwendung der Spule 14 und des Pfads 88 empfangen werden.
Während drahtloser Leistungsübertragungsvorgänge werden Transistoren in dem Inverter 70 unter Verwendung von Wechselstromsteuersignalen gesteuert, die von der Steuerschaltungsanordnung 42 erzeugt werden. Die Steuerschaltungsanordnung 42 verwendet den Steuerpfad 76, um Steuersignale an die Gates der Transistoren in dem Inverter 70 zu liefern. Das Tastverhältnis und/oder andere Attribute dieser Steuersignale und somit die entsprechenden Eigenschaften der von dem Inverter 70 an die Spule 36 angelegten Ansteuersignale und der entsprechenden von der Spule 36 erzeugten drahtlosen Leistungssignale können dynamisch eingestellt werden. Unter Verwendung der Schaltungsanordnung wählt die Steuerschaltungsanordnung 42 aus, welche Spule oder welche Spulen mit Ansteuersignalen versorgt werden sollen. Unter Verwendung von Tastverhältniseinstellungen und/oder anderen Einstellungen (z. B. Ansteuerfrequenzeinstellungen usw.) kann die Steuerschaltungsanordnung 42 die Stärke der an jede Spule angelegten Ansteuersignale einstellen.
Die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung 10 weist eine drahtlose Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 auf. Die Schaltungsanordnung 46 schließt eine Gleichrichterschaltungsanordnung ein, wie einen Gleichrichter 80 (z. B. einen synchronen Gleichrichter, der durch Signale von der Steuerschaltungsanordnung 20 gesteuert wird), der empfangene Wechselstromsignale von der Spule 14 (z. B. drahtlose Leistungssignale, die von der Spule 14 empfangen werden) in Gleichstromleistungssignale zum Versorgen der Schaltungsanordnung in der Vorrichtung 10, wie einer Last 82 (manchmal als Ausgangslast bezeichnet), mit Leistung umwandelt. Eine Lastschaltungsanordnung, wie die Last 82, kann den Akku 18, eine Leistungsschaltung, wie eine integrierte Akkuladeschaltung oder andere integrierte Leistungsverwaltungsschaltung(en), die Leistung von der Gleichrichterschaltungsanordnung 80 empfängt und den Fluss dieser Leistung zu dem Akku 18 regelt, und/oder andere Eingabe-Ausgabe-Vorrichtungen 22 (1) einschließen. Wie in 2 gezeigt, werden ein oder mehrere Kondensatoren Crx und Crx' verwendet, um die Spule 14 in der Eingangsschaltung 90 der Vorrichtung 10 mit Eingangsanschlüssen der Gleichrichterschaltung 80 zu koppeln. Der Koppelkondensator Crx' ist optional. Die Gleichrichterschaltung 80 erzeugt entsprechende Ausgangsleistung an Ausgangsanschlüssen, die mit der Last 82 gekoppelt sind. Falls gewünscht, kann die Last 82 eine Sensorschaltungsanordnung (z. B. Strom- und Spannungssensoren) zum Überwachen des Stromflusses von dem Gleichrichter 80 zu der Last 82 einschließen.
Die Fähigkeit der Vorrichtung 10, mit der Vorrichtung 12 zu kommunizieren oder von dieser geladen zu werden, kann von der induktiven (oder magnetischen) Kopplung zwischen den Spulen 14 und 36 abhängen. Das Ausmaß der magnetischen Kopplung zwischen den Spulen 14 und 36 kann von der Anzahl der Spulen 36, der Anzahl der aktiven Spulen 36 (z. B. könnte die Steuerschaltungsanordnung 42 eine Multiplexschaltungsanordnung verwenden, um einen Teil der Spulen 36 in Gebrauch zu schalten, während ein anderer Teil der Spulen 36 deaktiviert wird), dem Ausmaß der Überlappung zwischen den Spulen 36, der Ausrichtung der Spulen 36 relativ zu der Spule 14, der Wicklung der Spulen 14 und 36 oder einer anderen physikalischen Eigenschaft abhängen, die den Spulen 14 und 36 zugeordnet ist.
In dem Beispiel von 2 weist die Leistungsübertragungsvorrichtung 12-1 eine oder mehrere Spule(n) 36-1 einer ersten Konfiguration auf, während die Leistungsübertragungsvorrichtung 12-2 eine oder mehrere Spule(n) 36-2 einer zweiten Konfiguration aufweist, die sich von der ersten Spulenkonfiguration unterscheidet. Mit anderen Worten kann die physische Anordnung und/oder die Anzahl der Spulen zwischen den Vorrichtungen 12-1 und 12-2 unterschiedlich sein. Infolgedessen kann eine erste Menge an magnetischer Kopplung zwischen der Vorrichtung 12-1 und der Vorrichtung 10 bestehen, wenn die Vorrichtung 10 unter Verwendung der Vorrichtung 12-1 geladen wird (wie durch einen ersten Kopplungskoeffizienten k1 angegeben), während eine zweite Menge an magnetischer Kopplung zwischen der Vorrichtung 12-2 und der Vorrichtung 10 bestehen kann, wenn die Vorrichtung 10 unter Verwendung der Vorrichtung 12-2 geladen wird (wie durch einen zweiten Kopplungskoeffizienten k2 angegeben). Die Koeffizienten k1 und k2 werden manchmal als magnetische Kopplungskoeffizienten, elektromagnetische Kopplungskoeffizienten oder induktive Kopplungskoeffizienten bezeichnet.
Wie oben beschrieben, kann eine Datenüberträgerschaltung, wie der Datenüberträger 106 in der Steuerschaltungsanordnung 20 der Vorrichtung 10, konfiguriert sein, um einen oder mehrere Transistoren in der drahtlosen Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 zu modulieren, um „Inband“-Datensignale von der Spule 14 an die Spule 36 der Vorrichtung 12 zu übertragen (z. B. moduliert die Vorrichtung 10 die zu übertragenden Daten durch Ändern der Impedanz an der Spule 14). Die Vorrichtung 12 kann konfiguriert sein, um die entsprechenden Daten durch Erfassen der Störung in der Wellenform basierend auf den Impedanzänderungen an Spule 14 zu decodieren. Im Allgemeinen kann ein beliebiges geeignetes Modulationsschema verwendet werden, um die Übertragung von Daten von der Vorrichtung 10 zu der Vorrichtung 12 zu unterstützen. Als ein Beispiel kann der Überträger 106 übertragene Daten unter Verwendung eines Modulationsschemas wie Amplitudenumtastungsmodulation (ASK-Modulation) zu modulieren.
Herkömmlicherweise ist der Datenüberträger an der Vorrichtung 10 fähig, nur einen einzigen Laststromsprung zu erzeugen. Zum Beispiel schließt der Datenüberträger nur ein Paar Kondensatoren mit gleicher Kapazität zum Einstellen der Impedanz an der Spule 14 ein. Das Modulieren von Daten durch Ein-und Ausschalten des Kondensatorpaars könnte eine zufriedenstellende Antwort an der Vorrichtung 12-1 erzeugen, vorausgesetzt, der Kopplungskoeffizient k1 ist groß genug, um eine ausreichend erkennbare Störung an der Spule 36-1 zu induzieren. Die auf diese Weise konfigurierte Vorrichtung 10 könnte auch fähig sein, Datensignale ordnungsgemäß an die Vorrichtung 12-2 zu übertragen, wenn der Kopplungskoeffizient k2 im Wesentlichen ähnlich dem Kopplungskoeffizienten k1 ist (z. B. wenn k2 von k1 um weniger als 1 % von k1, um weniger als 5 % von k1, um weniger als 10 % von k1, um weniger als 20 % von k1 usw. abweicht). In Situationen, in denen sich der Kopplungskoeffizient k2 im Wesentlichen von dem Kopplungskoeffizienten k1 unterscheidet (z. B. wenn k2 von k1 um mehr als 20 % von k1, um mehr als 30 % von k1, um mehr als 50 % von k1, um mehr als 100 % von k1 usw. abweicht), würde das Modulieren von Daten durch Ein-und Ausschalten des gleichen Paars identischer Kondensatoren gefährden, dass keine zufriedenstellende Antwort an der Vorrichtung 12-2 erzeugt wird, wenn der Kopplungskoeffizient k2 zu klein ist, um eine ausreichend erkennbare Störung an der Spule 36-2 zu induzieren.
Damit die Vorrichtung 10 effektiv mit zwei oder mehr Leistungsübertragungsvorrichtungen kommunizieren kann, die unterschiedliche Kopplungskoeffizienten oder unterschiedliche magnetische Kopplungsgrade mit der Spule 14 zeigen, kann die Vorrichtung 10 mit mindestens zwei unterschiedlichen Sätzen von Kondensatoren bereitgestellt sein, wobei ein erster Satz von Kondensatoren eine erste stufenförmige Last- (oder Impedanz-) Änderung erzeugt, die zum Kommunizieren mit der Vorrichtung 12-1 während eines ersten Lademodus geeignet ist, und wobei ein zweiter Satz von Kondensatoren eine zweite stufenförmige Last- (oder Impedanz-) Änderung erzeugt, die zum Kommunizieren mit der Vorrichtung 12-2 während eines zweiten Lademodus geeignet ist.
3 ist ein Schaltplan einer veranschaulichenden drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung 10, die mit mindestens zwei Sätzen von Kondensatoren zum Modulieren der Impedanz an der Spule 14 zum Übertragen von Datensignalen zurück an die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung bereitgestellt ist. Wie in 3 gezeigt, weist ein erster Kondensator Cx1 einen ersten Anschluss auf, der mit einem Knoten 302 gekoppelt ist, der den Kondensator Crx mit der Gleichrichterschaltung 80 verbindet, und einen zweiten Anschluss, der mit dem Schalter Q1 gekoppelt ist. Ein zweiter Kondensator Cx2 weist einen ersten Anschluss auf, der mit einem Knoten 304 gekoppelt ist, der den Kondensator Crx' mit der Gleichrichterschaltung 80 verbindet, und einen zweiten Anschluss, der mit dem Schalter Q2 gekoppelt ist. Der Kondensator Crx' kann optional sein. Bei Wegfall des Kondensators Crx' wäre der Knoten 304 direkt mit der Spule 14 verbunden. Die Kondensatoren Cx1 und Cx2 und die Schalter Q1 und Q2 können als Teil des Datenüberträgers 106 (1), als getrennt von dem Datenüberträger 106, aber auch als Teil der Steuerschaltungsanordnung 20 oder als Teil der drahtlosen Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 betrachtet werden.
Die Schalter Q1 und Q2 können als komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-Transistoren (CMOS-Transistoren), Bipolartransistoren (BJTs), mikroelektromechanische Systemschalter (MEMS-Schalter) oder andere geeignete Typen von elektrischen Schaltern implementiert sein. Die Transistoren Q1 und Q2 können Source-Anschlüsse aufweisen, die mit einer Masseleistungsversorgungsleitung verbunden sind, und Gate-Anschlüsse, die ein erstes Steuersignal Vcom1 von der Steuerschaltungsanordnung 20 empfangen. Auf diese Weise konfiguriert, kann die Steuerschaltungsanordnung 20 Vcom1 umschalten, um die Transistoren Q1 und Q2 zu modulieren, um gleichzeitig die Kondensatoren Cx1 und Cx2 in Gebrauch zu schalten, um eine erste Menge an Impedanzänderung an der Spule 14 zu bewirken. Da die Kondensatoren Cx1 und Cx2 gleichzeitig über beide Anschlüsse der Spule 14 ein- und ausgeschaltet werden, sollte der Kapazitätswert von Cx1 und Cx2 gleich sein (z. B. sind die Kondensatoren Cx1 und Cx2 gleich groß und sollten symmetrisch an beide Enden der Spule 14 gekoppelt sein).
Das Modulieren des Datenkommunikationssignals Vcom1, um den ersten Satz von Kondensatoren Cx1 und Cx2 in Gebrauch zu schalten, kann zum Übertragen von Datensignalen an die Vorrichtung 12-1 geeignet sein (z. B. sind die Kondensatoren Cx1 und Cx2 so ausgelegt, dass sie effektiv mit dem Kopplungskoeffizienten k1 arbeiten). Im Allgemeinen wird, wenn der magnetische Kopplungskoeffizient klein ist, eine größere Schaltkapazität an der Spule 14 benötigt, um das gewünschte Ausmaß der Reaktion an der Spule 36 zu bewirken. Ist der magnetische Kopplungskoeffizient dagegen groß, so wird an der Spule 14 eine kleinere Schaltkapazität benötigt, um an der Spule 36 eine erkennbare Antwort zu erzeugen.
Noch Bezug nehmend auf 3 weist ein dritter Kondensator Cyleinen ersten Anschluss, der mit dem Knoten 302 gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss, der mit dem Schalter Q3 gekoppelt ist, auf. Ein vierter Kondensator Cy2 weist einen ersten Anschluss, der mit dem Knoten 304 gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss, der mit dem Schalter Q4 gekoppelt ist, auf. Die Kondensatoren Cy1 und Cy2 und die Schalter Q3 und Q4 können als Teil des Datenüberträgers 106 (1), als getrennt von dem Datenüberträger 106, aber auch als Teil der Steuerschaltungsanordnung 20 oder als Teil der drahtlosen Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 betrachtet werden. Die Schalter Q3 und Q4 können als komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-Transistoren (CMOS-Transistoren), Bipolartransistoren (BJTs), mikroelektromechanische Systemschalter (MEMS-Schalter) oder andere geeignete Typen von elektrischen Schaltern implementiert sein.
Die Transistoren Q3 und Q4 können Source-Anschlüsse aufweisen, die mit Masse verbunden sind, und Gate-Anschlüsse, die ein zweites Steuersignal Vcom2 von der Steuerschaltungsanordnung 20 empfangen. Auf diese Weise konfiguriert, kann die Steuerschaltungsanordnung 20 das Signal Vcom2 umschalten, um die Transistoren Q3 und Q4 zu modulieren, um gleichzeitig die Kondensatoren Cy1 und Cy2 in Gebrauch zu schalten, um eine zweite Menge an Impedanzänderung an der Spule 14 zu bewirken. Da die Kondensatoren Cy1 und Cy2 gleichzeitig über die Knoten 302 und 304 ein- und ausgeschaltet werden, sollte der Kapazitätswert von Cy1 und Cy2 gleich sein (z. B. sind die Kondensatoren Cy1 und Cy2 identisch dimensioniert und sollten symmetrisch an beide Enden der Spule 14 gekoppelt sein).
Das Modulieren des Datenkommunikationssignals Vcom2, um den zweiten Satz von Kondensatoren Cy1 und Cy2 in Gebrauch zu schalten, kann zum Übertragen von Datensignalen an die Vorrichtung 12-2 geeignet sein (z. B. sind die Kondensatoren Cy1 und Cy2 ausgelegt, um effektiv mit dem Kopplungskoeffizienten k2 zu arbeiten). Unter der Annahme, dass sich die Koeffizienten k1 und k2 im Wesentlichen unterscheiden, sollte sich auch die Kapazität von Cx1 und Cx2 von der Kapazität von Cy1 und Cy2 unterscheiden. Wenn zum Beispiel der Kopplungskoeffizient k1 größer als der Koeffizient k2 ist, sollte die Kapazität von Cx1 und Cx2 kleiner als die Kapazität von Cy1 und Cy2 sein. Wenn als weiteres Beispiel der Kopplungskoeffizient k1 kleiner als der Koeffizient k2 ist, sollte die Kapazität von Cx1 und Cx2 größer als die Kapazität von Cy1 und Cy2 sein.
Falls gewünscht, können die Kondensatoren (z. B. Cx1, Cx2, Cy1 und Cy2) durch Widerstände, eine Kombination aus resistiven und kapazitiven Schaltungen, die in einer beliebigen Reihen- oder Parallelkonfiguration verbunden sind, oder andere passive elektrische Komponenten ersetzt werden, die zum Bewirken des gewünschten Betrags an Impedanzänderung an der drahtlosen Leistungsempfangsspule 14 geeignet sind. Die Gleichrichterschaltungsanordnung 80 kann als Vollbrücken- oder Halbbrückengleichrichter konfiguriert sein, abhängig von den Ausgangsspannungsanforderungen an der Last 82. Das Beispiel von 3, in dem zwei verschiedene Sätze von Kondensatoren abhängig von dem wahrgenommenen Kopplungskoeffizienten unabhängig moduliert werden können, ist lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, können zusätzliche Sätze oder Paare von Kondensatoren eingeschlossen sein, um es der Vorrichtung 10 zu ermöglichen, mit einer beliebigen Anzahl von drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtungen mit unterschiedlichen Kopplungskoeffizienten zu kommunizieren.
Im Beispiel von 3 werden vier Schaltkondensatoren Cx1, Cx2, Cy1 und Cy2 benötigt, damit die Vorrichtung 10 unter zwei verschiedenen Modi kommunizieren kann: (1) einen ersten Modus zum Übertragen von Daten an die Vorrichtung 12-1 über einen ersten Kopplungskoeffizienten k1 und (2) einen zweiten Modus zum Übertragen von Daten an die Vorrichtung 12-2 über einen zweiten, im Wesentlichen unterschiedlichen Kopplungskoeffizienten k2. Das Verwenden von vier Schaltkondensatoren auf diese Weise beansprucht jedoch wertvolle Schaltungsfläche und erhöht die Kosten der Vorrichtung 10. Um Kosten, Platz und Energie zu sparen, können Schaltkondensatoren nur mit einem Ende der Spule 14 gekoppelt sein (siehe z. B. 4).
Wie in 4 gezeigt, weist ein erster Kondensator C1 einen ersten Anschluss, der mit einem Knoten 402 gekoppelt ist, der den Kondensator Crx mit der Gleichrichterschaltungsanordnung 80 verbindet, und einen zweiten Anschluss, der mit einem Schalter 410 gekoppelt ist, auf. Ein zweiter Kondensator C2 weist einen ersten Anschluss, der mit dem Knoten 402 gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss, der mit einem Schalter 412 gekoppelt ist, auf. Die Schalter 410 und 412 können als komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-Transistoren (CMOS-Transistoren), Bipolartransistoren (BJTs), mikroelektromechanische Systemschalter (MEMS-Schalter) oder andere geeignete Typen von elektrischen Schaltern implementiert sein. Die Kondensatoren C1 und C2 und die Schalter 410 und 412 können als Teil des Datenüberträgers 106 (1), als getrennt von dem Datenüberträger 106, aber auch als Teil der Steuerschaltungsanordnung 20 oder als Teil der drahtlosen Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 betrachtet werden.
Der Schalter 410 weist einen Gate-Anschluss auf, der das erste Kommunikationssteuersignal Vcom1 von der Steuerschaltungsanordnung 20 empfängt, während der Schalter 412 einen Gate-Anschluss aufweist, der das zweite Kommunikationssteuersignal Vcom2 von der Steuerschaltungsanordnung 20 empfängt. Die Steuerschaltungsanordnung 20 kann entweder das Signal Vcom1 modulieren, wenn sie mit der Leistungsübertragungsvorrichtung 12-1 kommuniziert, oder das Signal Vcom2 modulieren, wenn sie mit der Leistungsübertragungsvorrichtung 12-2 kommuniziert. Das Modulieren des Datenkommunikationssignals Vcom1, um den Kondensator C1 in Gebrauch zu schalten, kann zum Übertragen von Datensignalen an die Vorrichtung 12-1 geeignet sein (z. B. ist der Kondensator C1 dafür ausgelegt, effektiv mit dem Kopplungskoeffizienten k1 zu arbeiten). Alternativ kann das Modulieren des Datenkommunikationssignals Vcom2, um den Kondensator C2 in Gebrauch zu schalten, zum Übertragen von Datensignalen an die Vorrichtung 12-2 geeignet sein (z. B. ist der Kondensator C2 so ausgelegt, dass er effektiv mit dem Kopplungskoeffizienten k2 arbeitet).
Unter der Annahme, dass sich die Koeffizienten k1 und k2 im Wesentlichen unterscheiden, sollte sich auch die Kapazität von C1 von der Kapazität von C2 unterscheiden. Wenn als ein Beispiel der Kopplungskoeffizient k1 größer als der Koeffizient k2 ist, dann sollte die Kapazität von C1 kleiner als die Kapazität von C2 sein. Wenn als weiteres Beispiel der Kopplungskoeffizient k1 kleiner als der Koeffizient k2 ist, dann sollte die Kapazität von C1 größer als die Kapazität von C2 sein. Falls gewünscht, können die Signale Vcom1 und Vcom2 gleichzeitig moduliert werden (z. B. um beide Kondensatoren C1 und C2 in Gebrauch zu schalten), um eine dritte stufenförmige Last- oder Impedanzänderung an der Spule 14 zu bewirken, die für noch einen anderen Kopplungskoeffizienten geeignet ist, der sich von k1 oder k2 unterscheidet.
Das Beispiel von 4, bei dem nur zwei Schaltkondensatoren C1 und C2 benötigt werden, damit die Vorrichtung 10 in den zwei verschiedenen Datenübertragungsmodi arbeitet (im Gegensatz zum Verwenden von vier Kondensatoren und zugeordneten Schaltern in 3), kann daher dazu beitragen, Fläche zu sparen und den Leistungsverbrauch für die Vorrichtung 10 zu reduzieren. Falls gewünscht, können die Schaltkondensatoren C1 und C2 durch Widerstände, eine Kombination aus resistiven und kapazitiven Schaltungen, die in einer beliebigen Reihen- oder Parallelkonfiguration verbunden sind, oder andere passive elektrische Komponenten ersetzt werden, die zum Bewirken des gewünschten Betrags an Impedanzänderung an der drahtlosen Leistungsempfangsspule 14 geeignet sind. Falls gewünscht, können ein oder mehrere zusätzliche Schaltkondensatoren mit dem Knoten 402 verbunden sein (wie durch einen Pfad 450 angegeben), um es der Vorrichtung 10 zu ermöglichen, mit einer beliebigen Anzahl von drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtungen mit unterschiedlichen Kopplungskoeffizienten zu kommunizieren, wobei jeder zusätzliche Schaltkondensator eine andere oder gleiche Kapazität wie der Kondensator C1 oder der Kondensator C2 aufweist.
Die Gleichrichterschaltungsanordnung 80 kann abhängig von den Ausgangsspannungsanforderungen an der Last 82 entweder als Vollbrücken- oder als Halbbrückengleichrichter betreibbar sein. Wie in 4 gezeigt, kann die Gleichrichterschaltungsanordnung 80 eine erste Diode D1 mit einem ersten (p-Typ) Anschluss, der mit dem Knoten 402 verbunden ist, und einem zweiten (n-Typ) Anschluss, der mit der Last 82 verbunden ist, eine zweite Diode D2 mit einem ersten (p-Typ) Anschluss, der mit der Masseleitung verbunden ist, und einem zweiten (n-Typ) Anschluss, der mit dem Knoten 402 verbunden ist, eine dritte Diode D3 mit einem ersten (p-Typ) Anschluss, der mit dem Knoten 404 (der über den optionalen Kopplungskondensator Crx' mit der Spule 14 verbunden ist) verbunden ist, und einem zweiten (n-Typ) Anschluss, der mit der Last 82 verbunden ist, und eine vierte Diode D4 mit einem ersten (p-Typ) Anschluss, der mit der Masseleitung verbunden ist, und einem zweiten (n-Typ) Anschluss, der mit dem Knoten 404 verbunden ist, einschließen. Es ist zu beachten, dass kein Schaltkondensator mit dem Knoten 404 gekoppelt ist (d. h. Schaltkondensatoren wie C1 und C2 sind nur mit dem Knoten 402 gekoppelt).
Der Modus, in dem die Gleichrichterschaltungsanordnung 80 betrieben wird, sollte auch vom Kopplungskoeffizienten abhängen. Wenn die Vorrichtung 10 durch die Vorrichtung 12 über einen relativ niedrigen Kopplungskoeffizienten k_low geladen wird, wird ein kleineres Wechselstromsignal an der drahtlosen Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 induziert, was für eine Halbbrückengleichrichtung besser geeignet ist. In solchen Szenarien kann der Schalter 420 eingeschaltet werden, um die Diode D4 kurzzuschließen (d. h. durch direktes Verbinden des Knotens 404 mit Masse). Das Aktivieren des Schalters 420 deaktiviert auch die Diode D3 effektiv, da der p-Typ-Anschluss der Diode D3 auf Masse fixiert ist. Andererseits wird, wenn die Vorrichtung 10 durch die Vorrichtung 12 über einen relativ hohen Kopplungskoeffizienten k_high geladen wird, ein größeres Wechselstromsignal an der drahtlosen Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 induziert, das für eine Vollbrückengleichrichtung besser geeignet ist. In solchen Szenarien ist der Schalter 420 ausgeschaltet, wodurch alle Dioden D1 bis D4 für normale Vollbrückengleichrichtervorgänge aktiviert werden.
5 ist ein Diagramm, das verschiedene drahtlose Inband-Kommunikationsmodi zeigt, in denen die Vorrichtung 10 des in 4 gezeigten Typs betrieben werden kann. Wie in 5 gezeigt, kann die Vorrichtung 10 in einem ersten Datenkommunikationsmodus 500 betrieben werden. Der Modus 500 kann zum Übertragen von Daten an eine entsprechende drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung geeignet sein, wobei der Kopplungskoeffizient k groß ist. Während des Modus 500 kann der Kondensator C1 aktiviert werden, indem der Schalter 410 moduliert wird, während der Kondensator C2 inaktiv ist, indem der Schalter 412 ausgeschaltet gehalten wird (vorausgesetzt, der Kondensator C1 ist kleiner als C2). Wenn der Kopplungskoeffizient groß ist, kann die Gleichrichterschaltungsanordnung 80 als Vollbrückengleichrichter konfiguriert werden (z. B. durch Deaktivieren des Schalters 420).
Die Vorrichtung 10 kann auch in einem zweiten Datenkommunikationsmodus 502 betreibbar sein. Der Modus 502 kann zum Übertragen von Daten an eine entsprechende drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung geeignet sein, wobei der Kopplungskoeffizient k klein ist. Während des Modus 502 kann der Kondensator C2 durch Modulieren des Schalters 412 in Gebrauch geschaltet werden, während der Kondensator C1 außer Gebrauch geschaltet wird, indem der Schalter 410 inaktiv gehalten wird (wiederum vorausgesetzt, der Kondensator C1 ist kleiner als C2). Wenn der Kopplungskoeffizient klein ist, kann die Gleichrichterschaltungsanordnung 80 als Halbbrückengleichrichter konfiguriert werden (z. B. durch Aktivieren des Schalters 420).
Die Vorrichtung 10 kann optional in einem oder mehreren zusätzlichen Datenkommunikationsmodi 504 betreibbar sein. Der Modus 504 kann zum Übertragen von Daten an eine entsprechende drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung geeignet sein, wobei der Kopplungskoeffizient k einen anderen Wert aufweist als diejenigen, die von den Modi 500 und 502 abgedeckt werden. Während des Modus 504 kann eine andere Kombination von Kondensatoren (oder Widerständen) unter Verwendung eines oder mehrerer zusätzlicher Schalter in Gebrauch geschaltet werden, und die Gleichrichterschaltungsanordnung 80 kann anhängig von den Spannungsanforderungen an der Last 82 entweder im Vollbrücken- oder im Halbbrückenmodus konfiguriert werden.
6 ist ein Flussdiagramm veranschaulichender Schritte zum Konfigurieren der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung 10 des in 4 gezeigten Typs für eine ordnungsgemäße Datenübertragung. Ein Benutzer kann zunächst eine Leistungsempfangsvorrichtung 10 in die Nähe einer Leistungsübertragungsvorrichtung 12 bringen. Zum Beispiel kann der Benutzer die Vorrichtung 10 auf einer Ladeoberfläche der Vorrichtung 12 platzieren oder anderweitig die Vorrichtung 10 auf der Vorrichtung 12 befestigen oder montieren.
In Schritt 600 kann die Leistungsübertragungsvorrichtung 12 die Leistungsempfangsvorrichtung 10 erkennen und versuchen, Handshaking mit der Leistungsempfangsvorrichtung 10 durchzuführen. Beispiel-Handshaking-Vorgänge, die zwischen den Vorrichtungen 10 und 12 durchgeführt werden können, können ein Durchführen einer Vorrichtungsauthentifizierung (z. B. um die Vorrichtung 10 gegenüber der Vorrichtung 12 zu authentifizieren), ein Erkennen unterstützter Leistungsfähigkeiten der Empfangsvorrichtung 10 (z. B. so, dass die Leistungsübertragungsvorrichtung 12 Leistung an die Vorrichtung 10 unter Verwendung der rechten Leistungseinstellungen übertragen kann), um geeignete Leistungsübertragungspegel auszuhandeln, und andere Handshake-Protokolle, die möglicherweise erforderlich sind, um eine Verbindung für einen ordnungsgemäßen drahtlosen Leistungstransfer von der Vorrichtung 12 zu der Vorrichtung 10 und einen ordnungsgemäßen drahtlosen Datentransfer zwischen den Vorrichtungen 10 und 12 aufzubauen, einschließen.
In Schritt 602 kann die Leistungsempfangsvorrichtung 10 versuchen, Handshaking mit der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 unter Verwendung eines ersten (Standard-) Kommunikationsmodus durchzuführen (z. B. Modus 500 von 5). In Schritt 604 kann die Leistungsempfangsvorrichtung 10 bestimmen, ob ein erfolgreicher Handshake stattgefunden hat. Zum Beispiel könnte ein erfolgreicher Handshake-Vorgang auftreten, wenn die Leistungsempfangsvorrichtung 10 ein Handshake-Bestätigungspaket von der Vorrichtung 12 empfängt. Wenn das Handshaking erfolgreich ist, dann ist an der Leistungsempfangsvorrichtung 10 keine weitere Modusänderung erforderlich (z. B. kann die Leistungsempfangsvorrichtung 10 weiterhin arbeiten und Inband-Datensignale an die Vorrichtung 12 unter Verwendung des Standardkommunikationsmodus 500 übertragen), und die Leistungsübertragungsvorrichtung 12 kann Leistung an die Leistungsempfangsvorrichtung 10 übertragen (Schritt 610).
Wenn das Handshaking erfolglos ist, kann die Leistungsempfangsvorrichtung 10 in einem anderen Datenkommunikationsmodus neu konfiguriert werden (z. B. Modus 502 oder 504 von 5). In Schritt 606 kann die Vorrichtung 10 erneut versuchen, Handshaking mit der Leistungsübertragungsvorrichtung 12 unter Verwendung des neuen Kommunikationsmodus durchzuführen. Die Verarbeitung kann zu Schritt 604 zurückkehren, wie durch einen Pfad 608 angegeben. Ist nun das Handshaking zwischen den Vorrichtungen 10 und 12 erfolgreich, so moduliert der neue Datenkommunikationsmodus nun einen Kondensator mit einem Wert, der für den aktuellen Kopplungskoeffizienten, der zwischen den Vorrichtungen 10 und 12 besteht, geeigneter ist.
Die Schritte von 6 zum Erkennen des Kopplungskoeffizienten und zum Auswählen des gewünschten Kommunikationsmodus, der für den erkannten/wahrgenommenen Kopplungskoeffizienten zwischen den Vorrichtungen 10 und 12 geeignet ist, sind lediglich veranschaulichend und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Ausführungsformen nicht einschränken. Falls gewünscht, kann die Vorrichtung 12 diese Informationen direkt oder aktiv an Vorrichtung 10 übertragen oder kann anderweitig die Vorrichtung 10 anweisen, den korrekten Schaltkondensator auszuwählen, die Vorrichtung 10 kann eine Erfassungs- oder Überwachungsschaltungsanordnung aufweisen, um den Kopplungskoeffizienten oder die Gegeninduktivität zwischen den Spulen der Vorrichtungen 10 und 12 zu messen, oder andere geeignete Wege zum Bestimmen des optimalen Datenübertragungsmodus können implementiert werden.
Das Beispiel von 4, in dem die drahtlose Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 mindestens die Kondensatoren C1 und C2 zum Unterstützen der Modi 500, 502 und 504 von 5 einschließt, ist lediglich veranschaulichend und soll den Schutzumfang der vorliegenden Ausführungsformen nicht einschränken. Gemäß einer anderen geeigneten Ausführungsform veranschaulicht 7 die drahtlose Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46, die mit einer Bank von einzeln auswählbaren Kondensatoren, wie einer kapazitiven Bank 450, bereitgestellt ist. Komponenten innerhalb der drahtlosen Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46, die mit den gleichen Bezugszeichen wie die bereits in 4 gezeigten markiert sind, weisen die gleiche Struktur und Funktion auf und müssen nicht nochmals im Detail beschrieben werden, um ein Verschleiern der vorliegenden Ausführungsformen zu vermeiden.
Wie in 7 gezeigt, ist die Kondensatorbank 450 mit dem Knoten 42 gekoppelt, der zwischen dem Kondensator Crx und der Gleichrichterschaltungsanordnung 80 sitzt. Die Bank 450 kann eine Anordnung von Kondensatoren C1, C2, C3, ..., Cn einschließen, von denen jeder einzeln in Gebrauch geschaltet werden kann. Im Allgemeinen kann „n“ jede ganze Zahl größer oder gleich zwei darstellen. Eine geringe Anzahl von Kondensatoren in der Bank 450 stellt eine grobe Einstellmöglichkeit bereit, während eine große Anzahl von Kondensatoren in der Bank 450 eine feinere Einstellmöglichkeit bereitstellt. Der Kondensator C1 kann selektiv aktiviert werden, indem ein erster Schalter unter Verwendung eines ersten Steuersignals VI eingeschaltet wird; der Kondensator C2 kann selektiv aktiviert werden, indem ein zweiter Schalter unter Verwendung eines zweiten Steuersignals V2 eingeschaltet wird; der Kondensator C3 kann selektiv aktiviert werden, indem ein dritter Schalter unter Verwendung eines dritten Steuersignals V3 eingeschaltet wird; ...; und der Kondensator Cn kann selektiv aktiviert werden, indem ein n-ter Schalter unter Verwendung eines Steuersignals Vn eingeschaltet wird. Die Steuersignale VI bis Vn können unter Verwendung der Steuerschaltungsanordnung 20 erzeugt werden. Die Steuerschaltung 20 kann eines oder mehrere der Steuersignale V1 bis Vn aktivieren (z. B. können eine beliebige Teilmenge oder sogar alle der n Kondensatoren aktiviert sein). Die auf diese Weise konfigurierte Bank 450 wird daher manchmal als Kondensatorarray bezeichnet.
In einer geeigneten Anordnung können die n Kondensatoren in der kapazitiven Bank 450 linear skaliert werden. Als ein Beispiel wird ein Szenario betrachtet, in dem die kapazitive Bank drei Kondensatoren einschließt: einen ersten Kondensator C1, der eine niedrige Kapazität zeigt, die für einen ersten Betriebsmodus geeignet ist, einen zweiten Kondensator C2, der eine Zwischenkapazität zeigt, die für einen zweiten Betriebsmodus geeignet ist, und einen dritten Kondensator C3, der eine hohe Kapazität zeigt, die für einen dritten Betriebsmodus geeignet ist. In diesem Beispiel kann je nach gewünschter Betriebsart ein ausgewählter der drei Kondensatoren C1, C2 oder C3 aktiviert werden. Dieses Beispiel, in dem die Kondensatoren in der Bank 450 unter Verwendung einer linearen Skala bemessen sind, ist lediglich veranschaulichend. Falls gewünscht, können die n Kondensatoren in der Bank 450 gemäß einer binären Skala, einer exponentiellen Skala bemessen sein oder geeignete andere Gewichtungsschemata aufweisen, die für bestimmte Betriebsmodi optimiert sind.
Im Allgemeinen kann die Steuerung 20 selektiv eine beliebige Anzahl von Kondensatoren in der Bank 450 aktivieren, um die Signalstärke für Datensignale einzustellen, die von dem Induktor 14 an eine entsprechende drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung übertragen werden. Die Bestimmung, welche Kondensatoren in der Bank 450 zu aktivieren sind, kann von der gleichgerichteten Spannung abhängen, die von der Gleichrichterschaltungsanordnung 80 (z. B. einer Vollbrückengleichrichterschaltung oder einer Halbbrückengleichrichterschaltung) ausgegeben wird, kann von der Ausgangslast 82 abhängen und/oder kann von einem oder mehreren Systemparametern abhängen, die an der Steuerschaltungsanordnung 20 an einem Eingang 464 empfangen werden.
Die Steuerschaltungsanordnung 20 kann Informationen über die von der Gleichrichterschaltungsanordnung 80 erzeugte gleichgerichtete Spannung empfangen, was schematisch durch einen Rückkopplungspfad 460 dargestellt ist. Wenn die gleichgerichtete Spannung niedrig ist, kann die Steuerschaltungsanordnung 20 die Bank 450 anweisen, ihre Gesamtkapazität zu erhöhen. Wenn die gleichgerichtete Spannung hoch ist (d. h. wenn es zu viel Spannungswelligkeit gibt), kann die Steuerschaltungsanordnung 20 die Bank anweisen, ihre Gesamtkapazität zu verringern.
Die Steuerschaltungsanordnung 20 kann auch Informationen über die Last 82 empfangen, was schematisch durch einen Rückkopplungspfad 462 dargestellt ist. Wenn die Last klein ist, kann die Steuerschaltungsanordnung 20 die Bank 450 anweisen, ihre Gesamtkapazität zu erhöhen, um dabei zu helfen, das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen. Wenn die Last groß ist, kann die Steuerschaltungsanordnung 20 die Bank 450 anweisen, ihre Gesamtkapazität zu reduzieren, um dabei zu helfen, das Risiko einer übermäßigen Spannungswelligkeit an dem Ausgang zu reduzieren.
Die Steuerschaltungsanordnung 20 kann auch einen oder mehrere Systemparameter empfangen, die der Vorrichtung 12 und/oder der Vorrichtung 10 zugeordnet sind. Als ein Beispiel kann der empfangene Systemparameter den Überträgertyp angeben (d. h. den Typ der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 12, die derzeit mit der drahtlosen Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 kommuniziert). Als weiteres Beispiel kann der empfangene Systemparameter den Typ des Kommunikationsprotokolls angeben, das derzeit verwendet wird, um Nachrichtenvermittlung zwischen der Schaltungsanordnung 46 und der entsprechenden Überträgervorrichtung 12 zu unterstützen (unabhängig von dem Kopplungskoeffizienten, der derzeit zwischen den Vorrichtungen 10 und 12 vorhanden ist). Zum Beispiel kann ein erstes Kommunikationsprotokoll bei einer ersten Frequenz arbeiten und ein erstes Bitfehlerratenkriterium (BER-Kriterium) aufweisen, während ein zweites Kommunikationsprotokoll bei einer zweiten Frequenz arbeiten und ein zweites BER-Kriterium aufweisen kann.
Ungeachtet des Typs der Informationen, die an der Steuerschaltungsanordnung 20 empfangen werden, kann die Steuerung 20 die Bank 450 dynamisch einstellen, um sicherzustellen, dass während des gesamten Kommunikationsprozesses eine ausreichende Signalstärke zwischen der Vorrichtung 10 und der Vorrichtung 12 aufrechterhalten wird.
Die Beispiele der 4 und 7, in denen die drahtlose Leistungsempfängerschaltungsanordnung 46 eine Reihen-LC-Abstimmtopologie aufweist (d. h. der Induktor 14 und der Kondensator Crx als Resonanzkreis in Reihe geschaltet), sind lediglich veranschaulichend. Im Allgemeinen kann die drahtlose Leistungsempfängerschaltungsanordnung 46 von 4 und 7 erweitert werden, um jede Empfängerabstimmarchitektur zu unterstützen (siehe z. B. 8A bis 8D). 8A zeigt eine veranschaulichende parallele LC-Abstimmtopologie, wobei der Induktor 14 und der Kondensator Crx parallel geschaltet sind. 8B zeigt eine erste veranschaulichende LCC-Abstimmtopologie, bei wobei der Induktor 14 und der Kondensator Crxl in Reihe geschaltet sind und wobei ein anderer Kondensator Crx2 parallel zu der Reihenkombination aus Induktor 14 und Crxl geschaltet ist. 8C zeigt eine zweite veranschaulichende LCC-Abstimmtopologie, wobei der Induktor 14 und der Kondensator Crxl parallel geschaltet sind und wobei ein anderer Kondensator Crx2 in Reihe mit der Parallelkombination von Induktor 14 und Crxl geschaltet ist. 8D zeigt eine veranschaulichende LCL-Abstimmtopologie, wobei der Induktor 14 und der Kondensator Crx parallel geschaltet sind und wobei ein anderer Induktor Lrx in Reihe mit der Parallelkombination von Induktor 14 und Crx geschaltet ist. Falls gewünscht, können auch andere Empfängerabstimmungs-/Schwingkreistopologien implementiert werden.
Das Beispiel von 7, bei dem eine beliebige Anzahl von Kondensatoren innerhalb der Bank 450 aktiviert werden kann, bietet eine verbesserte Flexibilität, um Kommunikationen mit einer großen Vielfalt von Überträger- und Protokolltypen zu unterstützen, während ein ausreichender Signalpegel während der Datenkommunikation aufrechterhalten wird.
9 ist ein Diagramm, das verschiedene drahtlose Inband-Kommunikationsmodi zeigt, in denen die Vorrichtung 10 des in 7 gezeigten Typs betrieben werden kann. Wie in 9 gezeigt, kann die Vorrichtung 10 in einem ersten Datenkommunikationsmodus 900 betrieben werden. Der Modus 900 kann zur Kommunikation mit einem ersten Überträgertyp oder zur Unterstützung eines ersten Kommunikationsprotokolls geeignet sein. Während des Modus 900 kann eine erste Gruppe von Kondensatoren in der Bank 450 aktiviert werden (z. B. kann eine erste Teilmenge oder ein erster Teil von Kondensatoren in dem Array eingeschaltet werden), um sicherzustellen, dass die Signalstärke auf einem akzeptablen Pegel gehalten wird, wenn die drahtlose Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 mit dem ersten Überträgertyp kommuniziert oder wenn das erste Kommunikationsprotokoll unterstützt wird.
Die Vorrichtung 10 kann auch in einem zweiten Datenkommunikationsmodus 902 betreibbar sein. Der Modus 902 kann zum Kommunizieren mit einem zweiten Überträgertyp, der sich von dem ersten Überträgertyp unterscheidet, oder zum Unterstützen eines zweiten Kommunikationsprotokolls, das sich von dem ersten Kommunikationsprotokoll unterscheidet, geeignet sein. Während des Modus 902 kann eine zweite Gruppe von Kondensatoren in der Bank 450 aktiviert werden (z. B. kann eine zweite Teilmenge oder Teil von Kondensatoren, der sich von der ersten Teilmenge in dem Array unterscheidet, eingeschaltet werden), um sicherzustellen, dass die Signalstärke auf einem akzeptablen Pegel gehalten wird, wenn die drahtlose Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 mit dem zweiten Überträgertyp kommuniziert oder wenn das zweite Kommunikationsprotokoll unterstützt wird.
Die Vorrichtung 10 kann optional in einem oder mehreren zusätzlichen Datenkommunikationsmodi 904 betreibbar sein. Der Modus 904 kann geeignet sein, um mit noch anderen Überträgertypen zu kommunizieren, die sich von dem ersten/zweiten Überträgertyp unterscheiden, oder um zusätzliche Kommunikationsprotokolle zu unterstützen, die sich von dem ersten/zweiten Kommunikationsprotokoll unterscheiden. Während des Modus 904 kann eine andere Gruppe von Kondensatoren in der Bank 450 aktiviert werden (z. B. kann eine dritte Teilmenge oder Teil von Kondensatoren, der sich von der ersten/zweiten Teilmenge in dem Array unterscheidet, eingeschaltet werden), um sicherzustellen, dass die Signalstärke auf einem akzeptablen Pegel gehalten wird, wenn die drahtlose Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 mit den anderen Überträgertypen kommuniziert oder wenn die zusätzlichen Kommunikationsprotokolle unterstützt werden.
10 ist ein Flussdiagramm veranschaulichender Schritte zum Betreiben der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung 42 des in 7 gezeigten Typs. Ein Benutzer kann zunächst eine Leistungsempfangsvorrichtung 10 in die Nähe einer Leistungsübertragungsvorrichtung 12 bringen. Zum Beispiel kann der Benutzer die Vorrichtung 10 auf einer Ladeoberfläche der Vorrichtung 12 platzieren oder anderweitig die Vorrichtung 10 auf der Vorrichtung 12 befestigen oder montieren.
In Schritt 1000 kann die Leistungsübertragungsvorrichtung 12 die Leistungsempfangsvorrichtung 10 erkennen und versuchen, Handshaking mit der Leistungsempfangsvorrichtung 10 durchzuführen. Während Handshaking-Vorgängen kann die übertragende Vorrichtung 12 ein abgehendes Paket senden, das Überträgertypinformationen (z. B. Steuerdaten, die den Typ der Vorrichtung 12 anzeigen) und/oder erforderliche Kommunikationsprotokollinformationen (z. B. Steuerdaten, welche die erforderliche Datenrate BER oder andere Signalisierungskriterien widerspiegeln) enthält. Andere beispielhafte Handshaking-Vorgänge, die zu diesem Zeitpunkt durchgeführt werden können, können Vorrichtungsauthentifizierung, Verhandlung geeigneter Leistungsübertragungspegel usw. einschließen.
In Schritt 1002 kann die Leistungsempfangsvorrichtung 10 das von der Vorrichtung 12 übertragene Paket empfangen und das empfangene Paket decodieren, um den Überträgertyp und/oder das erforderliche Protokoll zu identifizieren. Als Reaktion auf das Bestimmen des Überträgertyps und/oder des erforderlichen Protokolls kann die Empfangsvorrichtung 10 die drahtlose Empfangsschaltungsanordnung 46 in einen ausgewählten der verfügbaren Kommunikationsmodi (siehe z. B. die verschiedenen Modi von 9) versetzen, indem sie einen oder mehrere Kondensatoren in dem kapazitiven Array 450 (in Schritt 1004) in Gebrauch schaltet. Die Auswahl, welche Kondensatoren in dem Array aktiviert werden sollen, kann auch auf dem gleichgerichteten Spannungspegel an dem Ausgang der Gleichrichterschaltungsanordnung 80 und/oder der Größe der Ausgangslast 82 basieren (siehe 7).
Sobald die ausgewählten Kondensatoren aktiviert wurden, kann die Vorrichtung 10 ordnungsgemäß mit der Vorrichtung 12 kommunizieren, während eine ausreichende Signalstärke aufrechterhalten wird. Während die Vorrichtungen 10 und 12 Daten austauschen, könnten sich die Betriebsbedingungen möglicherweise ändern. Falls ja, kann die Steuerung 20 optional die kapazitive Bank 450 nach Bedarf rekonfigurieren, um die Datenkommunikation zwischen den Vorrichtungen 10 und 12 zu optimieren (Schritt 1006).
Die im Zusammenhang mit 7, 9 und 10 mit einer einstellbaren kapazitiven Bank 450 zum Bereitstellen einer Reaktanz- (oder imaginären Impedanz-) Modulation ist lediglich veranschaulichend und soll den Schutzumfang der vorliegenden Ausführungsformen nicht einschränken. Gemäß einer anderen geeigneten Ausführungsform kann die drahtlose Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 stattdessen unter Verwendung einer einstellbaren Widerstandsbank wie der Widerstandsbank 451 von 11 moduliert werden. Eine Widerstandsbank 451 kann konfiguriert sein, um Widerstandsmodulation (oder Realimpedanzmodulation) an der Schaltungsanordnung 46 bereitzustellen. Wie in 11 gezeigt, kann die Widerstandsbank 451 ein Array von Widerständen R1, R2, R3, ..., Rm einschließen, von denen jeder einzeln in Gebrauch geschaltet werden kann. Im Allgemeinen kann „m“ jede ganze Zahl größer oder gleich zwei darstellen. Eine kleine Anzahl von Widerständen innerhalb der Bank 451 stellt eine grobe Einstellmöglichkeit bereit, während eine große Anzahl von Widerständen innerhalb der Bank 451 eine feinere Einstellmöglichkeit bereitstellt.
Der Widerstand R1 kann selektiv aktiviert werden, indem ein erster Schalter unter Verwendung des ersten Steuersignals VI eingeschaltet wird; der Widerstand R2 kann selektiv aktiviert werden, indem ein zweiter Schalter unter Verwendung des zweiten Steuersignals V2 eingeschaltet wird; der Widerstand R3 kann selektiv aktiviert werden, indem ein dritter Schalter unter Verwendung des dritten Steuersignals V3 eingeschaltet wird; ...; und der Widerstand Rm kann selektiv aktiviert werden, indem ein n-ter Schalter unter Verwendung des Steuersignals Vn eingeschaltet wird. Die Steuersignale VI bis Vn können unter Verwendung der Steuerschaltungsanordnung 20 erzeugt werden (siehe 7). Die Steuerschaltungsanordnung 20 kann eines oder mehrere der Steuersignale VI bis Vn aktivieren (z. B. können eine beliebige Teilmenge oder sogar alle der m Widerstände können aktiviert sein). Die so konfigurierte Bank 450 wird daher manchmal als resistives Array bezeichnet. Ähnlich dem kapazitiven Beispiel können die m Widerstände in der Bank 451 gemäß einer linearen Skala, binären Skala, exponentiellen Skala bemessen sein oder geeignete andere Gewichtungsschemata aufweisen, die für bestimmte Betriebsmodi optimiert sind.
Im Allgemeinen kann die Steuerung 20 selektiv eine beliebige Anzahl von Widerständen in der Bank 451 aktivieren, um die Signalstärke für Datensignale einzustellen, die von dem Induktor 14 an eine entsprechende drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung übertragen werden. Die Bestimmung, welche Widerstände in der Bank 451 zu aktivieren sind, kann von der gleichgerichteten Spannung abhängen, die von der Gleichrichterschaltungsanordnung 80 (z. B. einer Vollbrückengleichrichterschaltung oder einer Halbbrückengleichrichterschaltung) ausgegeben wird, kann von der Größe der Ausgangslast 82 abhängen und/oder kann von einem oder mehreren oben beschriebenen Systemparametern abhängen.
Falls gewünscht, kann die Widerstandsbank 451 auch mit der gleichgerichteten Gleichspannungsschiene nach der Gleichrichterschaltungsanordnung 80 gekoppelt sein (z. B. an dem Knoten 81 in 7). Das Koppeln der Widerstandsbank 451 mit dem Knoten 81 kann dazu beitragen, den Leistungsverlust für die Empfängerabstimmungskomponenten zu reduzieren. Durch das Verbinden der Bank 451 mit dem Knoten 81 wird eine einstellbare Last an dem Knoten 402 effektiv nachgebildet (d. h. die Bank 451, die an dem Knoten 81 angeschlossen ist, kann bei Betrachten in Richtung von Pfeilen 490 in 7 aus Sicht des Resonanznetzwerks des Empfängers noch eine Lastimpedanzmodulation bereitstellen).
Das Beispiel von 11, in dem eine reine Widerstandsbank 451 mit dem Knoten 402 gekoppelt ist, ist ebenfalls lediglich veranschaulichend. Im Allgemeinen kann jeder Typ von einstellbarer Lastbank, die reale und/oder imaginäre Impedanzkomponenten einschließt, mit dem Knoten 402 gekoppelt sein (siehe z. B. 12). 12 zeigt eine generische einstellbare Lastbank 452, die als Teil der Leistungsempfangsschaltungsanordnung 46 bereitgestellt werden kann. Wie in 12 gezeigt, kann die Lastbank 451 sowohl Kondensatoren C1 bis Cn als auch Widerstände R1 bis Rm einschließen. Die ganzen Zahlen „n“ und „m“ können den gleichen Wert oder unterschiedliche Werte aufweisen. Die Steuerschaltungsanordnung 20 kann nur Kondensatoren aktivieren (z. B. indem einer oder mehrere der Kondensatoren C1 bis Cn in Gebrauch geschaltet werden), kann nur Widerstände aktivieren (z. B. indem einer oder mehrere der Widerstände R1 bis Rm in Gebrauch geschaltet werden) oder kann sowohl Kondensatoren als auch Widerstände aktivieren (z. B. indem mindestens manche der Kondensatoren C1 bis Cn und mindestens manche der Widerstände R1 bis Rm parallel in Gebrauch geschaltet werden). Die gleichzeitige Aktivierung sowohl der Kondensatoren als auch der Widerstände in der Bank 452 ist richtig, solange die Realimpedanzmodulation, die durch die aktivierten Widerstände bereitgestellt wird, die Imaginärimpedanzmodulation, die durch die aktivierten Kondensatoren bereitgestellt wird, nicht aufhebt. Die Bestimmung, welche Kondensatoren und/oder Widerstände in der Bank 452 zu aktivieren sind, kann von der gleichgerichteten Spannung abhängen, die von der Gleichrichterschaltungsanordnung 80 (z. B. einer Vollbrückengleichrichterschaltung oder einer Halbbrückengleichrichterschaltung) ausgegeben wird, kann von der Größe der Ausgangslast 82 abhängen und/oder kann von einem oder mehreren oben beschriebenen Systemparametern abhängen.
Falls gewünscht, kann die Bank 452 ferner andere Typen von passiven elektrischen Komponenten (z. B. jede Kombination und Anzahl von kapazitiven, Widerstands- und/oder induktiven Elementen, die in einer Parallel- und/oder Reihenkonfiguration verbunden sind) zum Modulieren der Impedanz an dem Knoten 402 einschließen. In noch anderen geeigneten Ausführungsformen kann die Bank 452 Konstantstromlasten oder Ballastlasten einschließen. Ähnlich der Bank 451 kann die einstellbare Lastbank 452 auch nach der Gleichrichterschaltungsanordnung 80 mit der gleichgerichteten Gleichspannungsschiene gekoppelt werden (z. B. an dem Knoten 81 in 7). Das Koppeln der Widerstandsbank 452 mit dem Knoten 81 kann dazu beitragen, den Leistungsverlust für das Empfängerresonanznetzwerk zu reduzieren. Durch das Verbinden der Bank 452 mit dem Knoten 81 wird eine einstellbare Last an dem Knoten 402 wirksam nachgebildet (d. h. die Bank 452, die an dem Knoten 81 angeschlossen ist, kann bei Betrachten in Richtung der Pfeile 490 in 7 aus Sicht des Resonanznetzwerks des Empfängers immer noch die gewünschte Impedanzmodulation bereitstellen).
Vorstehend wird eine Technologie beschrieben, die eine robuste Datenübertragung im Zusammenhang mit drahtlosem Leistungstransfer ermöglicht. Die vorliegende Offenbarung sieht vor, dass es wünschenswert sein kann, dass eine Leistungsüberträger- und eine Leistungsempfängervorrichtung Informationen wie Ladezustände, Ladegeschwindigkeiten und so fort kommunizieren, um den drahtlosen Leistungstransfer zwischen Vorrichtungen zu steuern.
Es ist jedoch möglich, andere Arten von Daten zu übertragen, wie Daten, die persönlicherer Natur sind. Entitäten, die für Sammlung, Analyse, Offenbarung, Transfer, Speicherung oder andere Verwendung solcher personenbezogener Daten verantwortlich sind, sollten eingerichtete Datenschutzrichtlinien und/oder -praktiken einhalten. Insbesondere sollten solche Stellen Datenschutzrichtlinien und -praktiken implementieren und konsistent verwenden, die allgemein als Branchen- oder Behördenanforderungen zur Wahrung und zum Schutz der Vertraulichkeit von persönlichen Daten erfüllend oder übertreffend anerkannt sind. Diese Richtlinien sollten für Benutzer leicht zugänglich sein und sollten aktualisiert werden, wenn sich die Sammlung und/oder Verwendung von Daten ändert. Personenbezogene Informationen von Benutzern sollten für legitime und sinnvolle Verwendungen durch die Stellen gesammelt und nicht außerhalb dieser legitimen Verwendungen geteilt oder verkauft werden. Ferner sollte eine solche Erfassung/Weitergabe stattfinden, nachdem die informierte Zustimmung der Benutzer erhalten worden ist. Außerdem sollten solche Stellen in Betracht ziehen, alle notwendigen Schritte für den Schutz und die Sicherung des Zugangs zu solchen personenbezogenen Daten zu ergreifen und sicherstellen, dass andere, die Zugang zu den personenbezogenen Daten haben, sich an ihre Datenschutzvorschriften und -prozeduren halten. Ferner können solche Stellen sich einer Evaluierung durch Dritte unterwerfen, um bestätigen zu lassen, dass sie sich an gemeinhin anerkannte Datenschutzvorschriften und -praktiken halten. Darüber hinaus sollten die Richtlinien und Praktiken an die besonderen Arten von personenbezogenen Daten, die gesammelt und/oder abgerufen werden, angepasst und an die geltenden Gesetze und Normen, einschließlich gerichtsspezifischer Erwägungen, angepasst sein. So kann beispielsweise in den USA die Erhebung oder der Zugriff auf bestimmte Gesundheitsdaten durch Bundes- und/oder Landesgesetze geregelt werden, wie beispielsweise den Health Insurance Portability and Accountability Act (HIPAA); während Gesundheitsdaten in anderen Ländern anderen Vorschriften und Richtlinien unterliegen können und entsprechend behandelt werden sollten. Daher sollten für die verschiedenen Arten von personenbezogenen Daten in jedem Land unterschiedliche Datenschutzpraktiken eingehalten werden.
Zu dem Ausmaß, in dem die vorliegende Technologie genutzt wird, um personenbezogene Daten zu übertragen, können Hardware- und/oder Softwareelemente für Benutzer bereitgestellt werden, um die Verwendung von oder den Zugriff auf personenbezogene Daten selektiv zu blockieren. Zum Beispiel kann die vorliegende Technologie so konfiguriert werden, dass sie den Benutzern ermöglicht, ihr Einverständnis mit der Teilnahme an der Erfassung personenbezogener Daten während der Registrierung für Dienste zu „erteilen“ oder zu „verwehren“. Zusätzlich zu den Optionen „zustimmen“ und „ablehnen“ betrachtet die vorliegende Offenbarung die Bereitstellung von Benachrichtigungen über den Zugang zu oder die Verwendung von personenbezogenen Daten. So kann ein Benutzer beispielsweise beim Herunterladen einer App benachrichtigt werden, dass auf seine personenbezogenen Daten zugegriffen wird, und dann kurz vor dem Zugriff der App auf die personenbezogenen Daten erneut daran erinnert werden.
Es ist die Absicht der vorliegenden Offenbarung, ein robustes System zur Datenübertragung in einem drahtlosen Leistungssystem zu beschreiben. In Implementierungen dieser Technologie, in der personenbezogene Daten übertragen werden, sollten diese personenbezogenen Daten auf eine Weise verwaltet und behandelt werden, dass das Risiko eines unbeabsichtigten oder unbefugten Zugriffs oder Gebrauchs minimiert wird. Das Risiko kann minimiert werden, indem die Sammlung von Daten begrenzt wird und Daten gelöscht werden, sobald sie nicht mehr benötigt werden. Zusätzlich und falls zutreffend kann die Daten-Deidentifizierung zum Schutz der Privatsphäre eines Benutzers verwendet werden. Die Deidentifizierung kann gegebenenfalls erleichtert werden, indem spezifische Identifikatoren (z. B. Geburtsdatum usw.) entfernt, die Menge oder Spezifität der gespeicherten Daten kontrolliert (z. B. Erhebung von Standortdaten auf Stadtebene statt auf Adressebene), die Art und Weise wie Daten gespeichert werden (z. B. Aggregation von Daten über Benutzer hinweg) gesteuert wird und/oder durch den Einsatz anderer Methoden.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung bereitgestellt, die konfiguriert ist, um drahtlose Leistungssignale von einer ersten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung oder einer zweiten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung zu empfangen, die eine Spule, eine drahtlose Leistungsempfangsschaltungsanordnung, die mit der Spule gekoppelt und konfiguriert ist, um die drahtlosen Leistungssignale von der Spule zu empfangen, und eine Steuerschaltungsanordnung einschließt, die betreibbar ist, um die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung in einem ersten Datenkommunikationsmodus zu konfigurieren, wenn ein erster Pegel einer magnetischen Kopplung zwischen der Spule und einer drahtlosen Leistungsübertragungsspule der ersten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung vorhanden ist, und die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung in einem zweiten Datenkommunikationsmodus, der sich von dem ersten Datenkommunikationsmodus unterscheidet, zu konfigurieren, wenn ein zweiter Pegel an magnetischer Kopplung zwischen der Spule und einer drahtlosen Leistungsübertragungsspule der zweiten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung vorhanden ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung einen ersten Schaltkondensator ein, der mit einem ersten Ende der Spule gekoppelt ist, wobei der erste Schaltkondensator selektiv während des ersten Datenkommunikationsmodus, aber nicht während des zweiten Datenkommunikationsmodus, aktiviert wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung einen zweiten Schaltkondensator ein, der mit dem ersten Ende der Spule gekoppelt ist, wobei der zweite Schaltkondensator selektiv während des zweiten Datenkommunikationsmodus, aber nicht während des ersten Datenkommunikationsmodus, aktiviert wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist kein Schaltkondensator mit dem zweiten Ende der Spule gekoppelt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist der erste Schaltkondensator einen ersten Kapazitätswert auf, und der zweite Schaltkondensator weist einen zweiten Kapazitätswert auf, der sich von dem ersten Kapazitätswert unterscheidet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der erste Pegel der magnetischen Kopplung größer als der zweite Pegel der magnetischen Kopplung, und der erste Kapazitätswert ist kleiner als der zweite Kapazitätswert.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung einen ersten Schalter, der den ersten Schaltkondensator selektiv aktiviert, wobei der erste Schalter konfiguriert ist, um ein erstes Datenkommunikationssteuersignal von der Steuerschaltungsanordnung während des ersten Datenkommunikationsmodus zu empfangen, und einen zweiten Schalter ein, der selektiv den zweiten Schaltkondensator aktiviert, wobei der zweite Schalter konfiguriert ist, um ein zweites Datenkommunikationssteuersignal von der Steuerschaltungsanordnung während des zweiten Datenkommunikationsmodus zu empfangen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Steuerschaltungsanordnung konfiguriert, um das erste und das zweite Datenkommunikationssteuersignal während eines dritten Datenkommunikationsmodus, der sich von dem ersten und dem zweiten Datenkommunikationsmodus unterscheidet, gleichzeitig zu modulieren.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung eine Gleichrichterschaltungsanordnung ein, die mit der drahtlosen Leistungsempfangsschaltungsanordnung gekoppelt ist, wobei die Gleichrichterschaltung in mindestens zwei verschiedenen Modi betreibbar ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Gleichrichterschaltungsanordnung während des ersten Datenkommunikationsmodus in einem Vollbrückengleichrichtermodus und während des zweiten Datenkommunikationsmodus in einem Halbbrückengleichrichtermodus betreibbar.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betreiben einer drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung mit einer drahtlosen Leistungsempfangsspule bereitgestellt, wobei das Verfahren, während eines ersten Lademodus, ein Empfangen drahtloser Leistungssignale von einer ersten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung an der drahtlosen Leistungsempfangsspule, wobei ein erster Kopplungspegel zwischen der drahtlosen Leistungsempfangsspule und einer drahtlosen Leistungsübertragungsspule der ersten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung während eines zweiten Lademodus existiert, ein Empfangen drahtloser Leistungssignale von einer zweiten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung an der drahtlosen Leistungsempfangsspule, wobei ein zweiter Kopplungspegel zwischen der drahtlosen Leistungsempfangsspule und einer drahtlosen Leistungsübertragungsspule der zweiten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung besteht, und der zweite Kopplungspegel sich von dem ersten Kopplungspegel unterscheidet, ein Konfigurieren der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in einem ersten Datenkommunikationsmodus während des ersten Lademodus und ein Konfigurieren der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in einem zweiten Datenkommunikationsmodus während des zweiten Lademodus einschließt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das Verfahren eine Steuerschaltungsanordnung innerhalb der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung ein, die bestimmt, ob die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung während Handshaking-Vorgängen in dem ersten Datenkommunikationsmodus oder dem zweiten Datenkommunikationsmodus konfiguriert werden soll.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das Verfahren während der Handshaking-Vorgänge ein anfängliches Konfigurieren der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in dem ersten Datenkommunikationsmodus und als Reaktion auf das Durchführen eines erfolgreichen Handshakes ein Veranlassen der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung, das Betreiben in dem ersten Datenkommunikationsmodus fortzusetzen, ein; und als Reaktion auf das Durchführen eines erfolglosen Handshakes, Veranlassen der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in dem zweiten Datenkommunikationsmodus.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das Verfahren während des ersten Datenkommunikationsmodus ein selektives Aktivieren eines ersten Kondensators ein, der mit einem ersten Ende der drahtlosen Leistungsempfangsspule gekoppelt ist, und während des zweiten Datenkommunikationsmodus, selektives Aktivieren eines zweiten Kondensators, der an das erste Ende der drahtlosen Leistungsempfangsspule gekoppelt ist, wobei der erste und zweite Kondensator unterschiedliche Kapazitätswerte aufweisen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt das Verfahren eine Gleichrichterschaltungsanordnung in der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung ein, welche die drahtlosen Leistungssignale von der drahtlosen Leistungsempfangsspule empfängt, welche die Gleichrichterschaltung während des ersten Datenkommunikationsmodus als Vollbrückengleichrichter konfiguriert und während des zweiten Datenkommunikationsmodus die Gleichrichterschaltung als Halbbrückengleichrichter konfiguriert.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung bereitgestellt, die eine Spule mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss, eine Gleichrichterschaltungsanordnung, die mit dem ersten und dem zweiten Anschluss der Spule gekoppelt ist, eine erste passive Komponente, die mit dem ersten Anschluss der Spule gekoppelt ist, wobei die erste passive Komponente während eines ersten Datenübertragungsmodus selektiv aktiviert wird und die erste passive Komponente konfiguriert ist, um einen ersten Betrag einer Impedanzänderung an der Spule bereitzustellen, und eine zweite passive Komponente, die mit dem ersten Anschluss der Spule gekoppelt ist, wobei die zweite passive Komponente während eines zweiten Datenübertragungsmodus selektiv aktiviert wird und die zweite passive Komponente konfiguriert ist, um einen zweiten Betrag einer Impedanzänderung an der Spule bereitzustellen, der sich von dem ersten Betrag einer Impedanzänderung unterscheidet, einschließt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließen die erste und die zweite passive Komponente elektrische Komponenten ein, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Kondensatoren und Widerständen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Gleichrichterschaltungsanordnung in dem ersten Datenübertragungsmodus als Vollbrückengleichrichter konfiguriert und ist in dem zweiten Datenübertragungsmodus als Halbbrückengleichrichter konfiguriert.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Gleichrichterschaltungsanordnung eine erste und eine zweite Diode ein, die mit dem ersten Anschluss der Spule gekoppelt sind, eine dritte und eine vierte Diode, die mit dem zweiten Anschluss der Spule gekoppelt sind, wobei die vierte Diode während des zweiten Datenübertragungsmodus kurzgeschlossen ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung einen ersten Schalter, der in Reihe mit der ersten passiven Komponente geschaltet ist, einen zweiten Schalter, der in Reihe mit der zweiten passiven Komponente geschaltet ist, und eine Steuerschaltungsanordnung ein, die konfiguriert ist, um ein erstes Steuersignal zum Modulieren des ersten Schalters während des ersten Datenübertragungsmodus zu erzeugen und ein zweites Steuersignal zum Modulieren des zweiten Schalters während des zweiten Datenübertragungsmodus zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung konfiguriert, um drahtlose Leistungssignale von einer drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung zu empfangen, wobei die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung bereitgestellt ist, die eine Spule, eine drahtlose Leistungsempfangsschaltungsanordnung, die mit der Spule gekoppelt und konfiguriert ist, um die drahtlosen Leistungssignale von der Spule zu empfangen, eine einstellbare Lastbank, die mit der Spule gekoppelt ist, und eine Steuerschaltungsanordnung, die betreibbar ist zum Konfigurieren der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in einem ersten Datenkommunikationsmodus durch Aktivieren mindestens eines ersten Teils der einstellbaren Lastbank und zum Konfigurieren der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in einem zweiten Datenkommunikationsmodus, der sich von dem ersten Datenkommunikationsmodus unterscheidet, durch Aktivieren mindestens eines zweiten Teils der einstellbaren Lastbank.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Steuerschaltungsanordnung konfiguriert, um die einstellbare Lastbank dynamisch einzustellen, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Signalstärke zwischen der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung und der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung aufrechterhalten wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Leistungsempfangsvorrichtung eine Gleichrichterschaltungsanordnung ein, die mit der Spule verbunden ist, und die Steuerschaltungsanordnung ist ferner konfiguriert, um die einstellbare Lastbank mindestens teilweise basierend auf einer gleichgerichteten Spannungsausgabe von der Gleichrichterschaltung einzustellen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Gleichrichterschaltungsanordnung in einem Vollbrückengleichrichtermodus und in einem Halbbrückengleichrichtermodus betreibbar.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Gleichrichterschaltungsanordnung zwischen der Spule und der einstellbaren Lastbank gekoppelt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die Leistungsempfangsvorrichtung eine Ausgangslast ein, die mit der Spule gekoppelt ist, und die Steuerschaltungsanordnung ist ferner konfiguriert, um die einstellbare Lastbank zumindest teilweise basierend auf der Größe der Ausgangslast einzustellen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung von einem gegebenen Überträgertyp und arbeitet unter Verwendung eines gegebenen Kommunikationsprotokolls, Informationen über den gegebenen Überträgertyp oder das gegebene Kommunikationsprotokoll werden von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung an die Steuerschaltungsanordnung während Handshaking-Vorgängen übermittelt, und die Steuerschaltungsanordnung ist ferner konfiguriert, um die einstellbare Lastbank mindestens teilweise basierend auf den während der Handshaking-Vorgänge übermittelten Informationen einzustellen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt die einstellbare Lastbank ein Array von einzeln auswählbaren Komponenten ein, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Kondensatoren, Widerständen, Konstantstromlasten und Ballastlasten.
Das Vorstehende ist veranschaulichend, und verschiedene Modifikationen können an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden. Die vorstehenden Ausführungsformen können einzeln oder in einer beliebigen Kombination implementiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 16196975 [0001]
US 62715167 [0001]

Claims

Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung, die konfiguriert ist, um drahtlose Leistungssignale von einer ersten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung oder einer zweiten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung zu empfangen, wobei die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung umfasst: eine Spule; eine drahtlose Leistungsempfangsschaltungsanordnung, die mit der Spule gekoppelt und konfiguriert ist, um die drahtlosen Leistungssignale von der Spule zu empfangen; und eine Steuerschaltungsanordnung, die betreibbar ist zum: Konfigurieren der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in einem ersten Datenkommunikationsmodus, wenn eine erster magnetischer Kopplungspegel zwischen der Spule und einer drahtlosen Leistungsübertragungsspule der ersten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung vorhanden ist; und Konfigurieren der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in einem zweiten Datenkommunikationsmodus, der sich von dem ersten Datenkommunikationsmodus unterscheidet, wenn ein zweiter magnetischer Kopplungspegel zwischen der Spule und einer drahtlosen Leistungsübertragungsspule der zweiten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung vorhanden ist.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen ersten Schaltkondensator, der mit einem ersten Ende der Spule gekoppelt ist, wobei der erste Schaltkondensator selektiv während des ersten Datenkommunikationsmodus, aber nicht während des zweiten Datenkommunikationsmodus, aktiviert wird.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend: einen zweiten Schaltkondensator, der mit dem ersten Ende der Spule gekoppelt ist, wobei der zweite Schaltkondensator selektiv während des zweiten Datenkommunikationsmodus, aber nicht während des ersten Datenkommunikationsmodus, aktiviert wird.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei kein Schaltkondensator mit dem zweiten Ende der Spule gekoppelt ist.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste Schaltkondensator einen ersten Kapazitätswert aufweist und wobei der zweite Schaltkondensator einen zweiten Kapazitätswert aufweist, der sich von dem ersten Kapazitätswert unterscheidet.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der erste Pegel der magnetischen Kopplung größer ist als der zweite Pegel der magnetischen Kopplung und wobei der erste Kapazitätswert kleiner ist als der zweite Kapazitätswert.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend: einen ersten Schalter, der selektiv den ersten Schaltkondensator aktiviert, wobei der erste Schalter konfiguriert ist, um ein erstes Datenkommunikationssteuersignal von der Steuerschaltungsanordnung während des ersten Datenkommunikationsmodus zu empfangen; und einen zweiten Schalter, der selektiv den zweiten Schaltkondensator aktiviert, wobei der zweite Schalter konfiguriert ist, um ein zweites Datenkommunikationssteuersignal von der Steuerschaltungsanordnung während des zweiten Datenkommunikationsmodus zu empfangen.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Steuerschaltungsanordnung konfiguriert ist, um das erste und das zweite Datenkommunikationssteuersignal während eines dritten Datenkommunikationsmodus, der sich von dem ersten und zweiten Datenkommunikationsmodus unterscheidet, gleichzeitig zu modulieren.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend: eine Gleichrichterschaltungsanordnung, die mit der drahtlosen Leistungsempfangsschaltungsanordnung gekoppelt ist, wobei die Gleichrichterschaltungsanordnung in mindestens zwei verschiedenen Modi betreibbar ist.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Gleichrichterschaltungsanordnung während des ersten Datenkommunikationsmodus in einem Vollbrückengleichrichtermodus und während des zweiten Datenkommunikationsmodus in einem Halbbrückengleichrichtermodus betreibbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung mit einer drahtlosen Leistungsempfangsspule, wobei das Verfahren umfasst: während eines ersten Lademodus, Empfangen drahtloser Leistungssignale von einer ersten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung an der drahtlosen Leistungsempfangsspule, wobei ein erster Kopplungspegel zwischen der drahtlosen Leistungsempfangsspule und einer drahtlosen Leistungsübertragungsspule der ersten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung existiert; während eines zweiten Lademodus, Empfangen drahtloser Leistungssignale von einer zweiten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung an der drahtlosen Leistungsempfangsspule, wobei ein zweiter Kopplungspegel zwischen der drahtlosen Leistungsempfangsspule und einer drahtlosen Leistungsübertragungsspule der zweiten drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung existiert und wobei sich der zweite Kopplungspegel von dem ersten Kopplungspegel unterscheidet; Konfigurieren der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in einem ersten Datenkommunikationsmodus während des ersten Lademodus; und Konfigurieren der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in einem zweiten Datenkommunikationsmodus während des zweiten Lademodus.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: mit einer Steuerschaltungsanordnung innerhalb der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung, Bestimmen, ob die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung in dem ersten Datenkommunikationsmodus oder dem zweiten Datenkommunikationsmodus während Handshaking-Vorgängen konfiguriert werden soll.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend: während der Handshaking-Vorgänge, anfängliches Konfigurieren der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in dem ersten Datenkommunikationsmodus; und als Reaktion auf ein Durchführen eines erfolgreichen Handshakes, Veranlassen, dass die drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung weiterhin in dem ersten Datenkommunikationsmodus arbeitet; und als Reaktion auf ein Durchführen eines erfolglosen Handshakes, Veranlassen der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in dem zweiten Datenkommunikationsmodus.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: während des ersten Datenkommunikationsmodus, selektives Aktivieren eines ersten Kondensators, der mit einem ersten Ende der drahtlosen Leistungsempfangsspule gekoppelt ist; und während des zweiten Datenkommunikationsmodus, selektives Aktivieren eines zweiten Kondensators, der mit dem ersten Ende der drahtlosen Leistungsempfangsspule gekoppelt ist, wobei der erste und der zweite Kondensator unterschiedliche Kapazitätswerte aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: mit einer Gleichrichterschaltungsanordnung in der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung, Empfangen der drahtlosen Leistungssignale von der drahtlosen Leistungsempfangsspule; Konfigurieren der Gleichrichterschaltungsanordnung als Vollbrückengleichrichter während des ersten Datenkommunikationsmodus; und Konfigurieren der Gleichrichterschaltungsanordnung als Halbbrückengleichrichter während des zweiten Datenkommunikationsmodus.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung, umfassend: eine Spule mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss; eine Gleichrichterschaltungsanordnung, die mit dem ersten und dem zweiten Anschluss der Spule gekoppelt ist; eine erste passive Komponente, die mit dem ersten Anschluss der Spule gekoppelt ist, wobei die erste passive Komponente während eines ersten Datenübertragungsmodus selektiv aktiviert wird und wobei die erste passive Komponente konfiguriert ist, um einen ersten Betrag einer Impedanzänderung an der Spule bereitzustellen; und eine zweite passive Komponente, die mit dem ersten Anschluss der Spule gekoppelt ist, wobei die zweite passive Komponente während eines zweiten Datenübertragungsmodus selektiv aktiviert wird und wobei die zweite passive Komponente konfiguriert ist, um einen zweiten Betrag einer Impedanzänderung an der Spule bereitzustellen, der sich von dem ersten Betrag einer Impedanzänderung unterscheidet.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die erste und die zweite passive Komponente elektrische Komponenten umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind bestehend aus: Kondensatoren und Widerständen.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Gleichrichterschaltungsanordnung in dem ersten Datenübertragungsmodus als Vollbrückengleichrichter konfiguriert ist und in dem zweiten Datenübertragungsmodus als Halbbrückengleichrichter konfiguriert ist.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Gleichrichterschaltungsanordnung umfasst: eine erste und eine zweite Diode, die mit dem ersten Anschluss der Spule gekoppelt sind; eine dritte und vierte Diode, die mit dem zweiten Anschluss der Spule gekoppelt sind, wobei die vierte Diode während des zweiten Datenübertragungsmodus kurzgeschlossen ist.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 16, ferner umfassend: einen mit der ersten passiven Komponente in Reihe geschalteten ersten Schalter; einen mit der zweiten passiven Komponente in Reihe geschalteten zweiten Schalter; und eine Steuerschaltungsanordnung, die konfiguriert ist, um ein erstes Steuersignal zum Modulieren des ersten Schalters während des ersten Datenübertragungsmodus zu erzeugen und ein zweites Steuersignal zum Modulieren des zweiten Schalters während des zweiten Datenübertragungsmodus zu erzeugen.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung, die konfiguriert ist, um drahtlose Leistungssignale von einer drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung zu empfangen, wobei die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung umfasst: eine Spule; eine drahtlose Leistungsempfangsschaltungsanordnung, die mit der Spule gekoppelt und konfiguriert ist, um die drahtlosen Leistungssignale von der Spule zu empfangen; eine einstellbare Lastbank, die mit der Spule gekoppelt ist; und eine Steuerschaltungsanordnung, die betreibbar ist zum: Konfigurieren der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in einem ersten Datenkommunikationsmodus durch Aktivieren mindestens eines ersten Teils der einstellbaren Lastbank; und Konfigurieren der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung in einem zweiten Datenkommunikationsmodus, der sich von dem ersten Datenkommunikationsmodus unterscheidet, durch Aktivieren mindestens eines zweiten Teils der anpassbaren Lastbank.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Steuerschaltungsanordnung konfiguriert ist, um die einstellbare Lastbank dynamisch einzustellen, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Signalstärke zwischen der drahtlosen Leistungsempfangsvorrichtung und der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung aufrechterhalten wird.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Leistungsempfangsvorrichtung ferner eine Gleichrichterschaltungsanordnung umfasst, die mit der Spule verbunden ist, und wobei die Steuerschaltungsanordnung ferner konfiguriert ist, um die einstellbare Lastbank mindestens teilweise basierend auf einer gleichgerichteten Spannungsausgabe von der Gleichrichterschaltungsanordnung einzustellen.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Gleichrichterschaltungsanordnung in einem Vollbrückengleichrichtermodus und in einem Halbbrückengleichrichtermodus betreibbar ist.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Gleichrichterschaltungsanordnung zwischen die Spule und die einstellbaren Lastbank gekoppelt ist.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Leistungsempfangsvorrichtung ferner eine Ausgangslast aufweist, die an die Spule gekoppelt ist, und wobei die Steuerschaltungsanordnung ferner konfiguriert ist, um die einstellbare Lastbank mindestens teilweise basierend auf der Größe der Ausgangslast einzustellen.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 21, wobei die drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung von einem gegebenen Überträgertyp ist und unter Verwendung eines gegebenen Kommunikationsprotokolls arbeitet, wobei Information über den gegebenen Überträgertyp oder das gegebene Kommunikationsprotokoll von der drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung an die Steuerschaltungsanordnung während Handshaking-Vorgängen übermittelt wird und wobei die Steuerschaltungsanordnung ferner konfiguriert ist, um die einstellbare Lastbank mindestens teilweise basierend auf den während der Handshaking-Vorgängen übermittelten Informationen einzustellen.
Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung nach Anspruch 21, wobei die einstellbare Lastbank ein Array von einzeln auswählbaren Komponenten umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind bestehend aus Kondensatoren, Widerständen, Konstantstromlasten und Ballastlasten.