ES2626053T3 - Procedimiento, aparato y sistema de transferencia de potencia inalámbrica - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento de transferencia de potencia inalámbrica para un aparato de transferencia de potencia inalámbrica que tiene topologías de inversores de puente completo y medio puente, comprendiendo el procedimiento: detectar si un receptor de potencia inalámbrica está o no presente dentro de un intervalo de potencia que es transferible de una manera inalámbrica; transmitir una señal de detección al receptor de potencia inalámbrica; aplicar (S110) una señal de potencia controlando una frecuencia de accionamiento al inversor de medio puente para controlar una cantidad de potencia a transferir; recibir (S120) al menos uno de paquete de identificación o información de configuración del receptor de potencia inalámbrica; recibir (S130) un paquete de error de control del receptor de potencia inalámbrica que se usa para ajustar la cantidad de potencia a transferir; cambiar (S140) la topología de inversor desde el medio puente al puente completo después de recibir el paquete de error de control cuando el receptor de potencia inalámbrica es un receptor de potencia inalámbrica media con una potencia máxima mayor de 5W; y aplicar una señal de potencia controlando al menos una de la frecuencia de accionamiento o un ciclo de trabajo al inversor de puente completo para controlar una cantidad de potencia a transferir.
Description
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La unidad 291 de recepción de potencia recibe una señal de potencia inalámbrica formada por la unidad 111 de conversión de potencia. En este momento, la unidad 292 de control de recepción de potencia controla la unidad 293 de modulación/demodulación de comunicaciones de potencia en el lado del receptor 200 de potencia inalámbrica para modular la señal de potencia inalámbrica. Por ejemplo, la unidad 292 de control de recepción de potencia puede realizar un procedimiento de modulación de tal forma que una cantidad de potencia recibida de la señal de potencia inalámbrica se varía cambiando de la unidad 293 de modulación/demodulación de comunicaciones de potencia conectada a la unidad 291 de recepción de potencia. El cambio de una cantidad de potencia recibida de la señal de potencia inalámbrica resulta en el cambio de una corriente y/o tensión de la unidad 111 de conversión de potencia para la formación de la señal de potencia inalámbrica. En este momento, la unidad 113 de modulación/demodulación en el lado del transmisor 100 de potencia inalámbrica puede detectar un cambio de la corriente y/o tensión para realizar un procedimiento de demodulación.
En otras palabras, la unidad 292 de control de recepción de potencia puede generar un paquete que incluye un mensaje de control de potencia destinado a transferirse al transmisor 100 de potencia inalámbrica y modular la señal de potencia inalámbrica para permitir que el paquete se incluya en el mismo y la unidad 112 de control de transmisión de potencia puede decodificar el paquete a base de un resultado de realizar el procedimiento de demodulación de la unidad 113 de modulación/demodulación de comunicaciones de potencia para adquirir el mensaje de control de potencia incluido en el paquete.
Además, la unidad 292 de control de recepción de potencia puede transmitir un mensaje de control de potencia al transmisor 100 de potencia inalámbrica transmitiendo datos de usuario que incluyen el mensaje de control de potencia mediante un medio de comunicación (no mostrado) incluido en el receptor 200 de potencia inalámbrica.
[Para el soporte de comunicación bilateral en banda]
En un ambiente de transferencia de potencia inalámbrica que permite las comunicaciones bidireccionales de acuerdo con las realizaciones ilustrativas desveladas en el presente documento, la unidad 292 de control de recepción de potencia puede recibir datos al transmisor 100 de potencia inalámbrica. Los datos transmitidos por el transmisor 100 de potencia inalámbrica pueden transmitirse para solicitar al receptor 200 de potencia inalámbrica que envíe el mensaje de control de potencia.
Además, la unidad 290 de suministro de potencia puede incluir adicionalmente un cargador 298 y una batería 299.
El receptor 200 de potencia inalámbrica que recibe potencia para operación desde la unidad 290 de suministro de potencia puede operarse mediante potencia transferida desde el transmisor 100 de potencia inalámbrica u operarse cargando la batería 299 que usa la potencia transferida y a continuación que recibe la potencia cargada. En este momento, la unidad 292 de control de recepción de potencia puede controlar el cargador 298 para realizar la carga usando la potencia transferida.
En lo sucesivo, se proporcionará la descripción de un transmisor de potencia inalámbrica y un receptor de potencia inalámbrica aplicable a las realizaciones ilustrativas desveladas en el presente documento. En primer lugar, se describirá un procedimiento de permitir que el transmisor de potencia inalámbrica transfiera potencia al dispositivo electrónico de acuerdo con el procedimiento de acoplamiento por inducción con referencia a las Figuras 3 a 5.
Procedimiento de acoplamiento por inducción
La Figura 3 es una vista que ilustra un concepto en el que la potencia se transfiere desde un transmisor de potencia inalámbrica a un dispositivo electrónico de una manera inalámbrica de acuerdo con un procedimiento de acoplamiento por inducción.
Cuando la potencia del transmisor 100 de potencia inalámbrica se transfiere en un procedimiento de acoplamiento por inducción, si se cambia la intensidad de una corriente que fluye a través de un serpentín primario dentro de la unidad 110 de transmisión de potencia, entonces la corriente cambiará un campo magnético que pasa a través del serpentín primario. El campo magnético cambiado genera una fuerza electromotriz inducida en un serpentín secundario en el receptor 200 de potencia inalámbrica.
De acuerdo con el procedimiento anterior, la unidad 111 de conversión de potencia del transmisor 100 de potencia inalámbrica puede incluir un serpentín 1111a de transmisión (Tx) que se opera como un serpentín primario en inducción magnética. Adicionalmente, la unidad 291 de recepción de potencia del receptor 200 de potencia inalámbrica puede incluir un serpentín 2911a de recepción (Rx) que se opera como un serpentín secundario en inducción magnética.
En primer lugar, el transmisor 100 de potencia inalámbrica y receptor 200 de potencia inalámbrica se disponen de una manera tal que el serpentín 1111a de transmisión en el lado del transmisor 100 de potencia inalámbrica y el serpentín de recepción en el lado del receptor 200 de potencia inalámbrica se ubican adyacentes entre sí. A continuación, si la unidad 112 de control de transmisión de potencia controla una corriente del serpentín 1111a de transmisión (serpentín Tx) a cambiar, entonces la unidad 291 de recepción de potencia controla potencia a suministrar al receptor 200 de potencia inalámbrica usando una fuerza electromotriz inducida al serpentín 2911a de
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recepción (serpentín Rx).
La eficiencia de transferencia de potencia inalámbrica mediante el procedimiento de acoplamiento por inducción puede afectarse poco por una característica de frecuencia, pero afectarse por un alineamiento y distancia entre el transmisor 100 de potencia inalámbrica y el receptor 200 de potencia inalámbrica que incluyen cada serpentín.
Por otra parte, para realizar transferencia de potencia inalámbrica en el procedimiento de acoplamiento por inducción, el transmisor 100 de potencia inalámbrica puede configurarse para incluir una superficie de interfaz (no mostrado) en forma de una superficie plana. Uno o más dispositivos electrónicos pueden situarse en una porción superior de la superficie de interfaz y el serpentín 1111a de transmisión puede montarse en una porción inferior de la superficie de interfaz. En este caso, se forma un espaciamiento vertical en una pequeña escala entre el serpentín 1111a de transmisión montado en una porción inferior de la superficie de interfaz y el serpentín 2911a de recepción del receptor 200 de potencia inalámbrica situado en una porción superior de la superficie de interfaz y por lo tanto una distancia entre los serpentines se convierte lo suficientemente pequeña para implementar eficientemente la transferencia de potencia sin contactos mediante el procedimiento de acoplamiento por inducción.
Adicionalmente, un indicador de alineamiento (no mostrado) que indica una ubicación en la que debe situarse el receptor 200 de potencia inalámbrica en una porción superior de la superficie de interfaz. El indicador de alineamiento indica una ubicación del receptor 200 de potencia inalámbrica en la que puede implementarse adecuadamente un alineamiento entre el serpentín 1111a de transmisión montado en una porción inferior de la superficie de interfaz y el serpentín 2911a de recepción. El indicador de alineamiento puede ser como alternativa marcas simples o puede estar formado en forma de una estructura de protrusión para el guiado de la ubicación del receptor 200 de potencia inalámbrica. De otra manera, el indicador de alineamiento puede estar formado en forma de un cuerpo magnético tal como un imán montado en una porción inferior de la superficie de interfaz, guiando de este modo los serpentines para disponerse adecuadamente mediante magnetismo mutuo a un cuerpo magnético que tiene una polaridad opuesta montado dentro del receptor 200 de potencia inalámbrica.
Por otra parte, el transmisor 100 de potencia inalámbrica puede estar formado para incluir uno o más serpentines de transmisión. El transmisor 100 de potencia inalámbrica puede usar selectivamente algunos de los serpentines adecuadamente dispuestos con el serpentín 2911a de recepción del receptor 200 de potencia inalámbrica entre el uno o más serpentines de transmisión para mejorar la eficiencia de transmisión de potencia. El transmisor 100 de potencia inalámbrica que incluye el uno o más serpentines de transmisión se describirá más adelante con referencia a la Figura 5.
En lo sucesivo, se describirán en detalle configuraciones del transmisor de potencia inalámbrica y dispositivo electrónico que usan un procedimiento de acoplamiento por inducción aplicable a las realizaciones desveladas en el presente documento.
Transmisor de potencia inalámbrica y dispositivo electrónico en procedimiento de acoplamiento por inducción
Las Figuras 4A y 4B son un diagrama de bloques que ilustran parte del transmisor 100 de potencia inalámbrica y receptor 200 de potencia inalámbrica en un procedimiento de inducción magnética que puede emplearse en las realizaciones desveladas en el presente documento. Una configuración de la unidad 110 de transmisión de potencia incluida en el transmisor 100 de potencia inalámbrica se describirá con referencia a la Figura 4A y una configuración de la unidad 290 de suministro de potencia incluida en el receptor 200 de potencia inalámbrica se describirá con referencia a la Figura 4B.
Haciendo referencia a la Figura 4A, la unidad 111 de conversión de potencia del transmisor 100 de potencia inalámbrica puede incluir un serpentín 1111a de transmisión (Tx) y un inversor 1112.
El serpentín 1111a de transmisión puede formar un campo magnético que corresponde a la señal de potencia inalámbrica de acuerdo con un cambio de potencia como se ha descrito anteriormente. El serpentín 1111a de transmisión puede implementarse como alternativa con un tipo de espiral plana o tipo de solenoide cilíndrico.
El inversor 1112 transforma una entrada DC obtenida de la unidad 190 de suministro de potencia en una forma de onda AC. La corriente AC transformada por el inversor 1112 acciona un circuito resonante que incluye el serpentín 1111a de transmisión y un condensador (no mostrado) para formar un campo magnético en el serpentín 1111a de transmisión.
Además, la unidad 111 de conversión de potencia puede incluir adicionalmente una unidad 1114 de posicionamiento.
La unidad 1114 de posicionamiento puede mover o girar el serpentín 1111a de transmisión para mejorar la eficacia de transferencia de potencia sin contactos que usa el procedimiento de acoplamiento por inducción. Como se ha descrito anteriormente, es porque un alineamiento y distancia entre el transmisor 100 de potencia inalámbrica y el receptor 200 de potencia inalámbrica que incluyen un serpentín primario y un serpentín secundario pueden afectar la transferencia de potencia que usa el procedimiento de acoplamiento por inducción. En particular, la unidad 1114 de
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misma frecuencia que la frecuencia natural de un sistema de vibración. La resonancia es un fenómeno que sucede en todas las clases de vibraciones tales como vibración mecánica, vibración eléctrica y similares. En general, cuando se ejerce una fuerza vibratoria a un sistema de vibración desde el exterior, si la frecuencia natural del mismo es la misma que una frecuencia de la fuerza aplicada externamente, entonces la vibración se vuelve fuerte, por lo tanto aumentando la amplitud.
Con el mismo principio, cuando una pluralidad de cuerpos que vibran separados entre sí dentro de una distancia predeterminada vibran a la misma frecuencia, la pluralidad de cuerpos que vibran resuenan entre sí, y en este caso, resultan en una intensidad reducida entre la pluralidad de cuerpos que vibran. En un circuito eléctrico, un circuito resonante puede fabricarse usando un inductor y un condensador.
Cuando el transmisor 100 de potencia inalámbrica transfiere potencia de acuerdo con el procedimiento de acoplamiento por inducción, un campo magnético que tiene una frecuencia de vibración específica se forma mediante potencia de corriente alterna en la unidad 110 de transmisión de potencia. Si un fenómeno de resonancia sucede en el receptor 200 de potencia inalámbrica mediante el campo magnético formado, entonces se genera potencia mediante el fenómeno de resonancia en el receptor 200 de potencia inalámbrica.
La frecuencia resonante puede determinarse mediante la siguiente fórmula en la Ecuación 1.
[Ecuación 1]
En este documento, la frecuencia resonante (f) se determina mediante una inductancia (L) y una capacitancia (C) en un circuito. En un circuito que forma un campo magnético que usa un serpentín, la inductancia puede determinarse por un número de vueltas del serpentín y similares y la capacidad puede determinarse por un hueco entre los serpentines, un área y similares. Además del serpentín, un circuito resonante capacitivo puede configurarse para conectarse al mismo para determinar la frecuencia resonante.
Haciendo referencia a la Figura 6, cuando se transmite potencia de una manera inalámbrica de acuerdo con el procedimiento de acoplamiento por resonancia, la unidad 111 de conversión de potencia del transmisor 100 de potencia inalámbrica puede incluir un serpentín 1111b de transmisión (Tx) en el que se forma un campo magnético y un circuito 1116 resonante conectado al serpentín 1111b de transmisión para determinar una frecuencia de vibración específica. El circuito 1116 resonante puede implementarse usando un circuito capacitivo (condensadores) y la frecuencia de vibración específica puede determinarse a base de una inductancia del serpentín 1111b de transmisión y una capacitancia del circuito 1116 resonante.
La configuración de un elemento de circuito del circuito 1116 resonante puede implementarse en diversas formas de tal forma que la unidad 111 de conversión de potencia forma un campo magnético y no se limita a una forma de conectarse en paralelo al serpentín 1111b de transmisión como se ilustra en la Figura 6.
Adicionalmente, la unidad 291 de recepción de potencia del receptor 200 de potencia inalámbrica puede incluir un circuito 2912 resonante y un serpentín 2911b de recepción (Rx) para generar un fenómeno de resonancia mediante un campo magnético formado en el transmisor 100 de potencia inalámbrica. En otras palabras, el circuito 2912 resonante también puede implementarse usando un circuito capacitivo y el circuito 2912 resonante se configura de tal forma que una frecuencia resonante determinada a base de una inductancia del serpentín 2911b de recepción y una capacitancia del circuito 2912 resonante tiene la misma frecuencia que una frecuencia resonante del campo magnético formado.
La configuración de un elemento de circuito del circuito 2912 resonante puede implementarse en diversas formas de tal forma que la unidad 291 de recepción de potencia genera resonancia mediante un campo magnético y no se limita a una forma de conectarse en serie al serpentín 2911b de recepción como se ilustra en la Figura 6.
La frecuencia de vibración específica en el transmisor 100 de potencia inalámbrica puede tener LTX, CTX y puede adquirirse usando la Ecuación 1. En este documento, el receptor 200 de potencia inalámbrica genera resonancia cuando un resultado de la sustitución de la LRX y CRX del receptor 200 de potencia inalámbrica a la Ecuación 1 es la misma la frecuencia de vibración específica.
De acuerdo con un procedimiento de transferencia de potencia sin contactos mediante acoplamiento por resonancia, cuando el transmisor 100 de potencia inalámbrica y receptor 200 de potencia inalámbrica resuenan a la misma frecuencia, respectivamente, se propaga una onda electromagnética a través de un campo magnético de corto alcance y por lo tanto no existe transferencia de energía entres los dispositivos si tienen diferentes frecuencias.
Como resultado, una eficiencia de transferencia de potencia sin contactos mediante el procedimiento de acoplamiento por resonancia se afecta enormemente por una característica de frecuencia, mientras que el efecto de
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Haciendo referencia a la Figura 8, la unidad 111 de conversión de potencia del transmisor 100 de potencia inalámbrica de acuerdo con las realizaciones desveladas en el presente documento puede incluir uno o más serpentines de transmisión 1111b-1 a 1111b-n y circuitos resonantes (1116-1 a 1116-n) conectados a cada serpentín de transmisión. Adicionalmente, la unidad 111 de conversión de potencia puede incluir adicionalmente un multiplexor 1113 para el establecimiento y liberación de la conexión de alguno del uno o más serpentines de transmisión 1111b-1 a 1111b-n.
El uno o más serpentines de transmisión 1111b-1 a 1111b-n pueden configurarse para tener la misma frecuencia de vibración o algunos de los mismos pueden configurarse para tener diferentes frecuencias de vibración. Se determina mediante una inductancia y/o capacitancia de los circuitos resonantes (1116-1 a 1116-n) conectados al uno o más serpentines de transmisión 1111b-1 a 1111b-n, respectivamente.
Para este fin, la unidad 1117 de ajuste de frecuencia puede configurarse para cambiar una inductancia y/o capacitancia de los circuitos resonantes (1116-1 a 1116-n) conectado al uno o más serpentines de transmisión 1111b-1 a 1111b-n, respectivamente.
Comunicación en banda
La Figura 9 es una vista que ilustra el concepto de transmisión y recepción de un paquete entre un transmisor de potencia inalámbrica y un receptor de potencia inalámbrica a través de la modulación y demodulación de una señal de potencia inalámbrica en la transferencia de potencia de una manera inalámbrica desvelada en el presente documento.
Como se ilustra en la Figura 9, la unidad 111 de conversión de potencia incluida en el transmisor 100 de potencia inalámbrica puede generar una señal de potencia inalámbrica. La señal de potencia inalámbrica puede generarse a través del serpentín 1111 de transmisión incluido en la unidad 111 de conversión de potencia.
La señal 10a de potencia inalámbrica generada por la unidad 111 de conversión de potencia puede llegar al receptor 200 de potencia inalámbrica para recibirse a través de la unidad 291 de recepción de potencia del receptor 200 de potencia inalámbrica. La señal de potencia inalámbrica generada puede recibirse a través del serpentín de recepción 2911 incluido en la unidad 291 de recepción de potencia.
La unidad 292 de control de recepción de potencia puede controlar la unidad 293 de modulación/demodulación conectado a la unidad 291 de recepción de potencia para modular la señal de potencia inalámbrica mientras el receptor 200 de potencia inalámbrica recibe la señal de potencia inalámbrica. Cuando la señal de potencia inalámbrica recibida se modula, la señal de potencia inalámbrica puede formar un bucle cerrado dentro de un campo magnético o un campo electromagnético. Esto puede permitir que el transmisor 100 de potencia inalámbrica capte una señal de potencia inalámbrica 10b modulada. La unidad 113 de modulación/demodulación puede demodular la señal de potencia inalámbrica captada y decodificar el paquete de la señal de potencia inalámbrica demodulada.
El método de modulación empleado para la comunicación entre el transmisor 100 de potencia inalámbrica y el receptor 200 de potencia inalámbrica puede ser una modulación de amplitud. Como se ha mencionado anteriormente, la modulación de amplitud puede ser un procedimiento modulación de retrodispersión en el que la unidad 293 de modulación/demodulación de comunicaciones de potencia en el lado del receptor 200 de potencia inalámbrica cambia una amplitud de la señal 10a de potencia inalámbrica formada mediante la unidad 111 de conversión de potencia y la unidad 292 de control de recepción de potencia en el lado del transmisor 100 de potencia inalámbrica detecta una amplitud de la señal de potencia inalámbrica 10b modulada.
Modulación y demodulación de señal de potencia inalámbrica
En lo sucesivo, se proporcionará una descripción de modulación y demodulación de un paquete, que se transmite o recibe entre el transmisor 100 de potencia inalámbrica y el receptor 200 de potencia inalámbrica con referencia a las Figuras 10 y 11.
La Figura 10 es una vista que ilustra una configuración de transmisión o recepción un mensaje de control de potencia en la transferencia de potencia de una manera inalámbrica desvelada en el presente documento y la Figura 11 es una vista que ilustra formas de señales tras modulación y demodulación ejecutadas en la transferencia de potencia inalámbrica desvelado en el presente documento.
Haciendo referencia a la Figura 10, la señal de potencia inalámbrica recibida a través de la unidad 291 de recepción de potencia del receptor 200 de potencia inalámbrica, como se ilustra en (a) de la Figura 11, puede ser una señal 51 de potencia inalámbrica no modulada. El receptor 200 de potencia inalámbrica y el transmisor 100 de potencia inalámbrica puede establecer un acoplamiento por resonancia de acuerdo con una frecuencia resonante, que se establece mediante el circuito 2912 resonante dentro de la unidad 291 de recepción de potencia y la señal 51 de potencia inalámbrica puede recibirse a través del serpentín 2911b de recepción.
La unidad 292 de control de recepción de potencia puede modular la señal 51 de potencia inalámbrica recibida a través de la unidad 291 de recepción de potencia cambiando una impedancia de carga dentro de la unidad 293 de
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El encabezado 511 puede incluir un campo de dirección para la identificación de un transmisor (originador) del paquete. Por ejemplo, el campo de dirección puede indicar un identificador del receptor 200 de potencia inalámbrica
o un identificador de un grupo al que pertenece el receptor 200 de potencia inalámbrica. Cuando el receptor 200 de potencia inalámbrica transmite el paquete 510, el receptor 200 de potencia inalámbrica puede generar el paquete 510 de tal forma que el campo de dirección puede indicar información de identificación relacionada con el propio receptor 200.
El mensaje 512 puede incluir datos que el originador del paquete 510 desea transmitir. Los datos incluidos en el mensaje 512 pueden ser un informe, una solicitud o una respuesta para la otra parte.
De acuerdo con una realización ilustrativa, el paquete 510 de órdenes puede configurarse como se ilustra en (b) de la Figura 12. El encabezado 511 incluido en el paquete 510 de órdenes puede representarse con un tamaño predeterminado. Por ejemplo, el encabezado 511 puede tener un tamaño de 2 bytes.
El encabezado 511 puede incluir un campo de dirección de recepción. Por ejemplo, el campo de dirección de recepción puede tener un tamaño de 6 bits.
El encabezado 511 puede incluir un campo de orden de operación (OCF) o un campo de grupo de operación (OGF). El OGF es un valor dado para cada grupo de órdenes para el receptor 200 de potencia inalámbrica y el OCF es un valor dado para cada orden existente en cada grupo en el que se incluye al receptor 200 de potencia inalámbrica.
El mensaje 512 puede dividirse en un campo 5121 de longitud de un parámetro y un campo 5122 de valor del parámetro. Es decir, el originador del paquete 510 puede generar el mensaje mediante un par de valor (5121a5122a, etc.) de longitud de al menos un parámetro, que se requiere para representar datos deseados a transmitir.
Haciendo referencia a (c) de la Figura 12, el transmisor 100 de potencia inalámbrica y el receptor 200 de potencia inalámbrica puede transmitir y recibir los datos en una forma de un paquete que adicionalmente tiene un preámbulo 520 y una suma de control 530 añadidos al paquete 510 de órdenes.
El preámbulo 520 puede usarse para realizar sincronización con datos recibidos por el transmisor 100 de potencia inalámbrica y detectar el bit de inicio del encabezamiento 520. El preámbulo 520 puede configurarse para repetir el mismo bit. Por ejemplo, el preámbulo 520 puede configurarse de tal forma que bit 1 de datos de acuerdo con la codificación DBP se repite de once a veinticinco veces.
La suma de control 530 puede usarse para detectar un error que puede suceder en el paquete 510 de órdenes mientras transmite un mensaje de control de potencia.
Fases de operación
En lo sucesivo, se proporcionará descripción de fases de operación del transmisor 100 de potencia inalámbrica y el receptor 200 de potencia inalámbrica.
La Figura 13 ilustra las fases de operación del transmisor 100 de potencia inalámbrica y el receptor 200 de potencia inalámbrica de acuerdo con las realizaciones desveladas en el presente documento. Adicionalmente, las Figuras 14 a 18 ilustran las estructuras de paquetes que incluyen un mensaje de control de potencia entre el transmisor 100 de potencia inalámbrica y el receptor 200 de potencia inalámbrica.
Haciendo referencia a la Figura 13, las fases de operación del transmisor 100 de potencia inalámbrica y el receptor 200 de potencia inalámbrica para transferencia de potencia inalámbrica puede dividirse en una fase 610 (estado) de selección, una fase 620 de ping, una fase 630 de identificación y configuración y una fase 640 de transferencia de potencia.
El transmisor 100 de potencia inalámbrica detecta si existen objetos o no dentro de un intervalo que el transmisor 100 de potencia inalámbrica puede transmitir potencia de una manera inalámbrica en el estado 610 de selección y el transmisor 100 de potencia inalámbrica envía una señal de detección al objeto detectado y el receptor 200 de potencia inalámbrica envía una respuesta a la señal de detección en el estado 620 de ping.
Adicionalmente, el transmisor 100 de potencia inalámbrica identifica el receptor 200 de potencia inalámbrica seleccionado a través de los estados previos y adquiere información de configuración para transmisión de potencia en el estado 630 de identificación y configuración. El transmisor 100 de potencia inalámbrica transmite potencia al receptor 200 de potencia inalámbrica mientras controla la potencia transmitida en respuesta a un mensaje de control recibido del receptor 200 de potencia inalámbrica en el estado 640 de transferencia de potencia.
En lo sucesivo, se describirá en detalle cada una de las fases de operación.
1) Estado de selección
El transmisor 100 de potencia inalámbrica en el estado 610 de selección realiza un procedimiento de detección para seleccionar el receptor 200 de potencia inalámbrica existente dentro de un área de detección. El área de detección,
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como se ha descrito anteriormente, se refiere a una región en la que un objeto dentro del área relevante puede afectar sobre la característica de la potencia de la unidad 111 de conversión de potencia. Comparado con el estado 620 de ping, el procedimiento de detección para la selección del receptor 200 de potencia inalámbrica en el estado 610 de selección es un procedimiento de detección de un cambio de la cantidad de potencia para la formación de una señal de potencia inalámbrica en la unidad de conversión de potencia en el lado del transmisor 100 de potencia inalámbrica para comprobar si existe cualquier objeto dentro de un intervalo predeterminado, en lugar de el esquema de recepción de una respuesta del receptor 200 de potencia inalámbrica que usa un mensaje de control de potencia. El procedimiento de detección en el estado 610 de selección puede referirse como un procedimiento de ping analógico en el aspecto de detección de un objeto que usa una señal de potencia inalámbrica sin usar un paquete en un formato digital en el estado 620 de ping que se describirá más adelante.
El transmisor 100 de potencia inalámbrica en el estado 610 de selección puede detectar que un objeto entra o sale dentro del área de detección. Adicionalmente, el transmisor 100 de potencia inalámbrica puede distinguir el receptor 200 de potencia inalámbrica capaz de transferir potencia de una manera inalámbrica desde otros objetos (por ejemplo, una llave, una moneda, etc.) entre objetos ubicados dentro del área de detección.
Como se ha descrito anteriormente, una distancia que puede transmitir potencia de una manera inalámbrica puede ser diferente de acuerdo con el procedimiento de acoplamiento por inducción y procedimiento de acoplamiento por resonancia y por lo tanto el área de detección para la detección de un objeto en el estado 610 de selección puede ser diferente uno del otro.
En primer lugar, en caso en el que la potencia se transmite de acuerdo con el procedimiento de acoplamiento por inducción, el transmisor 100 de potencia inalámbrica en el estado 610 de selección puede supervisar una superficie de interfaz (no mostrado) para detectar el alineamiento y retirada de objetos.
Adicionalmente, el transmisor 100 de potencia inalámbrica puede detectar la ubicación del receptor 200 de potencia inalámbrica situado en una porción superior de la superficie de interfaz. Como se ha descrito anteriormente, el transmisor 100 de potencia inalámbrica formado para incluir uno o más serpentines de transmisión puede realizar el proceso de entrar en el estado 620 de ping en el estado 610 de selección y comprobar si una respuesta a la señal de detección se transmite o no desde el objeto usando cada serpentín en el estado 620 de ping o posteriormente entrar en el estado 630 de identificación para comprobar si se transmite información de identificación desde el objeto. El transmisor 100 de potencia inalámbrica puede determinar un serpentín a usar para transferencia de potencia sin contactos a base de la ubicación detectada del receptor 200 de potencia inalámbrica adquirido a través del procedimiento anterior.
Adicionalmente, cuando se transmite potencia de acuerdo con el procedimiento de acoplamiento por resonancia, el transmisor 100 de potencia inalámbrica en el estado 610 de selección puede detectar un objeto detectando que una cualquiera de una frecuencia, una corriente y una tensión de la unidad de conversión de potencia se cambia debido a un objeto ubicado dentro del área de detección.
Por otra parte, el transmisor 100 de potencia inalámbrica en el estado 610 de selección puede detectar un objeto mediante al menos uno cualquiera de los procedimientos de detección que usan el procedimiento de acoplamiento por inducción y procedimiento de acoplamiento por resonancia. El transmisor 100 de potencia inalámbrica puede realizar un procedimiento de detección de objeto de acuerdo con cada procedimiento de transmisión de potencia y posteriormente seleccionar un procedimiento de detección del objeto de los procedimientos de acoplamiento para transferencia de potencia sin contactos para avanzar a otros estados 620, 630, 640.
Por otra parte, para el transmisor 100 de potencia inalámbrica, una señal de potencia inalámbrica formada para detectar un objeto en el estado 610 de selección y una señal de potencia inalámbrica formada para realizar detección digital, identificación, configuración y transmisión de potencia en los estados 620, 630, 640 posteriores pueden tener diferente característica en la frecuencia, intensidad y similares. Es porque el estado 610 de selección del transmisor 100 de potencia inalámbrica corresponde a un estado de reposo para la detección de un objeto, permitiendo de este modo que el transmisor 100 de potencia inalámbrica reduzca el consumo de potencia en el estado de reposo o generar una señal especializada para detectar de forma efectiva un objeto.
2) Estado de ping
El transmisor 100 de potencia inalámbrica en el estado 620 de ping realiza un procedimiento de detección del receptor 200 de potencia inalámbrica existente dentro del área de detección a través de un mensaje de control de potencia. Comparado con el procedimiento de detección del receptor 200 de potencia inalámbrica que usa una característica de la señal de potencia inalámbrica y similares en el estado 610 de selección, el procedimiento de detección en el estado 620 de ping puede referirse como un procedimiento de ping digital.
El transmisor 100 de potencia inalámbrica en el estado 620 de ping forma una señal de potencia inalámbrica para detectar el receptor 200 de potencia inalámbrica, modula la señal de potencia inalámbrica modulada mediante el receptor 200 de potencia inalámbrica y adquiere un mensaje de control de potencia en un formato de datos digital que corresponde a una respuesta a la señal de detección de la señal de potencia inalámbrica modulada. El transmisor 100 de potencia inalámbrica puede recibir un mensaje de control de potencia que corresponde a la
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respuesta a la señal de detección para reconocer el receptor 200 de potencia inalámbrica que es un objeto de transmisión de potencia.
La señal de detección formada para permitir que el transmisor 100 de potencia inalámbrica en el estado 620 de ping realice un procedimiento de detección digital puede ser una señal de potencia inalámbrica formada aplicando una señal de potencia en un punto de operación específico para un periodo de tiempo predeterminado. El punto de operación puede denotar una frecuencia, ciclo de trabajo y amplitud de la tensión aplicada al serpentín de transmisión (Tx). El transmisor 100 de potencia inalámbrica puede generar la señal de detección generada por la aplicación de la señal de potencia en un punto de operación específico para un periodo de tiempo predeterminado e intento para recibir un mensaje de control de potencia del receptor 200 de potencia inalámbrica.
Por otra parte, el mensaje de control de potencia que corresponde a una respuesta a la señal de detección puede ser un mensaje que indica la intensidad de la señal de potencia inalámbrica recibida del receptor 200 de potencia inalámbrica. Por ejemplo, el receptor 200 de potencia inalámbrica puede transmitir un paquete 5100 de intensidad de señal que incluye un mensaje que indica la intensidad de la señal de potencia inalámbrica recibida como una respuesta a la señal de detección como se ilustra en la Figura 15. El paquete 5100 puede incluir un encabezamiento 5120 para la notificación de un paquete que indica la intensidad de señal y un mensaje 5130 que indica intensidad de la señal de potencia recibida por el receptor 200 de potencia inalámbrica. La intensidad de la señal de potencia dentro del mensaje 5130 puede ser un valor que indica un grado de acoplamiento por inducción o acoplamiento por resonancia para transmisión de potencia entre el transmisor 100 de potencia inalámbrica y el receptor 200 de potencia inalámbrica.
El transmisor 100 de potencia inalámbrica puede recibir un mensaje de respuesta a la señal de detección para encontrar el receptor 200 de potencia inalámbrica y a continuación extender el procedimiento de detección digital para entrar al estado 630 de identificación y configuración. En otras palabras, el transmisor 100 de potencia inalámbrica mantiene la señal de potencia en un punto de operación específico posterior a encontrar el receptor 200 de potencia inalámbrica para recibir un mensaje de control de potencia requerido en el estado 630 de identificación y configuración.
Sin embargo, si el transmisor 100 de potencia inalámbrica no es capaz de encontrar el receptor 200 de potencia inalámbrica al que puede transferirse potencia, entonces la fase de operación del transmisor 100 de potencia inalámbrica volverá al estado 610 de selección.
3) Estado de identificación y configuración
El transmisor 100 de potencia inalámbrica en el estado 630 de identificación y configuración puede recibir información de identificación y/o información de configuración transmitida por el receptor 200 de potencia inalámbrica, controlando de este modo transmisión de potencia para llevarse a cabo de manera efectiva.
El receptor 200 de potencia inalámbrica en el estado 630 de identificación y configuración puede transmitir un mensaje de control de potencia que incluye su propia información de identificación. Para este fin, el receptor 200 de potencia inalámbrica, por ejemplo, puede transmitir un paquete de identificación 5200 que incluye un mensaje que indica la información de identificación del receptor 200 de potencia inalámbrica como se ilustra en la Figura 15A. El paquete 5200 puede incluir un encabezamiento 5220 para la notificación de un paquete que indica información de identificación y un mensaje 5230 que incluye la información de identificación del dispositivo electrónico. El mensaje 5230 puede incluir información (2531 y 5232) que indica una versión del contrato para transferencia de potencia sin contactos, información 5233 para la identificación de un fabricante del receptor 200 de potencia inalámbrica, información 5234 que indica la presencia o ausencia de un identificador de dispositivo extendido y un identificador 5235 de dispositivo básico. Adicionalmente, si me muestra que existe un identificador de dispositivo extendido en la información 5234 que indica la presencia o ausencia de un identificador de dispositivo extendido, entonces un paquete 5300 de identificación extendido que incluye el identificador de dispositivo extendido como se ilustra en la Figura 15B se transmitirá de una manera separada. El paquete 5300 puede incluir un encabezamiento 5320 para la notificación de un paquete que indica un identificador de dispositivo extendido y un mensaje 5330 que incluye el identificador de dispositivo extendido. Cuando el identificador de dispositivo extendido se usa como se ha descrito anteriormente, información a base de la información 5233 de identificación de fabricante, el identificador 5235 de dispositivo básico y el identificador 5330 de dispositivo extendido se usará para identificar al receptor 200 de potencia inalámbrica.
El receptor 200 de potencia inalámbrica puede transmitir un mensaje de control de potencia que incluye información de potencia máxima esperada en el estado 630 de identificación y configuración. Para este fin, el receptor 200 de potencia inalámbrica, por ejemplo, puede transmitir un paquete 5400 de configuración como se ilustra en la Figura
16. El paquete puede incluir un encabezamiento 5420 para la notificación de que es un paquete configuración y un mensaje 5430 que incluye información de la potencia máxima esperada. El mensaje 5430 puede incluir clase 5431 de potencia, información 5432 de potencia máxima esperada, un indicador 5433 que indica un procedimiento de determinar una corriente de una celda principal en el lado del transmisor de potencia inalámbrica y el número 5434 de paquetes de configuración opcionales. El indicador 5433 puede indicar si una corriente de la celda principal en el lado del transmisor de potencia inalámbrica se determina o no como se especifica en el contrato para transferencia
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La Figura 19 es una vista conceptual que ilustra un procedimiento de transferencia de potencia a al menos un receptor de potencia inalámbrica desde un transmisor de potencia inalámbrica.
El transmisor 100 de potencia inalámbrica puede transmitir potencia a uno o más receptores de potencia inalámbrica 200 y 200’. La Figura 19 ilustra dos dispositivos electrónicos 200 y 200’, pero los procedimientos de acuerdo con las realizaciones ilustrativas desveladas en el presente documento pueden no limitarse al número de dispositivos electrónicos mostrados.
Un área activa y un área de detección pueden ser diferentes de acuerdo con el procedimiento de transferencia de potencia inalámbrica del transmisor 100 de potencia inalámbrica. Por lo tanto, el transmisor 100 de potencia inalámbrica puede determinar si hay un receptor de potencia inalámbrica ubicado en el área activa o el área de detección de acuerdo con el procedimiento de acoplamiento por resonancia o un receptor de potencia inalámbrica ubicado en el área activa o el área de detección de acuerdo con el procedimiento de acoplamiento por inducción. De acuerdo con el resultado de la determinación, el transmisor 100 de potencia inalámbrica que soporta cada procedimiento de transferencia de potencia inalámbrica puede cambiar el procedimiento de transferencia de potencia para cada receptor de potencia inalámbrica.
En la transferencia de potencia inalámbrica de acuerdo con las realizaciones ilustrativas desveladas en el presente documento, cuando el transmisor 100 de potencia inalámbrica transfiere potencia al uno o más dispositivos electrónicos 200 y 200’ de acuerdo con el mismo procedimiento de transferencia de potencia inalámbrica, los dispositivos electrónicos 200 y 200’ puede realizar comunicaciones a través de las señales de potencia inalámbrica sin intercolisión.
Haciendo referencia a la Figura 19, una señal 10a de potencia inalámbrica generada mediante el transmisor 100 de potencia inalámbrica puede llegar al primer dispositivo 200’ electrónico y el segundo dispositivo 200 electrónico, respectivamente. El primer y segundo dispositivos electrónicos 200’ y 200 puede transmitir mensajes de potencia inalámbrica usando la señal 10a de potencia inalámbrica generada.
El primer dispositivo 200’ electrónico y el segundo dispositivo 200 electrónico pueden operar como receptores de potencia inalámbrica para la recepción de una señal de potencia inalámbrica. El receptor de potencia inalámbrica de acuerdo con las realizaciones ilustrativas desveladas en el presente documento puede incluir una unidad 291’ de recepción de potencia, 291 para recibir la señal de potencia inalámbrica generada, una unidad 293’, 293 de modulación/demodulación para modular o demodular la señal de potencia inalámbrica recibida y un controlador 292’, 292 para controlar cada componente del receptor de potencia inalámbrica.
La presente divulgación propone un procedimiento de selección de protocolo de comunicación en un sistema de carga inalámbrica (o un transmisor/receptor de potencia inalámbrica) usando múltiples protocolos de comunicación, una estructura de un transmisor que permite interoperabilidad de un procedimiento de inducción y un procedimiento de resonancia en el sistema de carga inalámbrica y un procedimiento de comunicación del transmisor que permite la interoperabilidad del procedimiento de inducción y el procedimiento de resonancia. En lo sucesivo, se proporcionará descripción detallada del mismo.
También, la presente divulgación propone un procedimiento para el aseguramiento de la interoperabilidad con un receptor de potencia baja en Capítulo 3.2.2 Transmisor de potencia diseño MP-A2 de "Wireless Power Transfer Volume II: Medium Power Part 1: Interface Definition," que se está experimentando en el WPC. En más detalle, la presente divulgación propone un procedimiento de permitir un sistema de transmisión de potencia media (~15W) que sea interoperable con sistema de recepción de 5W cambiando procedimientos (modos) de accionamiento de circuitos de puente después de la recepción de un primer error de control (paquete). En lo sucesivo, se proporcionará descripción detallada del mismo.
Procedimiento de cambio de modo de transmisor de potencia inalámbrica de acuerdo con información de potencia de receptor de potencia inalámbrica
En lo sucesivo, se describirá una tecnología de extensión de un sistema de potencia media (~15W) para un sistema de potencia baja (5W) para su uso añadiendo una nueva fase entre fase de identificación y configuración y la fase de transferencia de potencia en Capítulo 5 de "System Control in Wireless Power Specification Part 1 System Description" de WPC con referencia a las Figuras 20 a 32.
Ante todo, se proporcionará descripción de un procedimiento de selección de protocolo de comunicación en un transmisor/receptor de potencia inalámbrica que usa potencia media con referencia a las Figuras 20 a 23.
La Figura 20 es una vista conceptual que ilustra flujos de comunicación WPC, la Figura 21 es una vista que ilustra flujos de comunicación en un procedimiento de acuerdo con una realización ilustrativa, la Figura 22 es una vista de configuración de un paquete de identificación de un receptor y la Figura 23 es un diagrama de flujo que ilustra flujos de comunicación propuesto en el presente documento.
Hardware de un transmisor de potencia inalámbrica de potencia media puede tener una configuración de puente completo para transmitir una potencia mayor que el transmisor existente. En este documento, cuando se transfiere
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potencia al receptor existente de 5W en el modo de puente completo (o se usa la configuración de puente completo
o el inversor de puente completo), tensión y corriente pueden abandonarse mucho. Esto puede provocar una ruptura del receptor.
Por lo tanto, se requiere un procedimiento para permitir que un transmisor de potencia inalámbrica de potencia media transfiera potencia de forma estable incluso al receptor de 5W.
Es natural que un transmisor de potencia media TX transfiera potencia de forma estable a un receptor de potencia media RX. Adicionalmente puede requerirse interoperabilidad entre el transmisor de potencia media TX y el sistema de recepción de baja potencia existente. Para este fin, la presente divulgación puede permitir que un TX efectúe una conversión (medio puente y puente completo) de modo de accionamiento LC para ser estable y apropiado para cada uno de un sistema de recepción de potencia baja y un sistema de recepción de potencia media, a base de información de versión recogida de un RX.
Como se ilustra, en el momento de recepción de un primer error de control después del reconocimiento de un receptor, puede añadirse a los flujos de comunicación WPC existentes un procedimiento de determinar información de versión relacionada con un paquete de identificación recogido del RX para cambiar un modo de accionamiento.
Como un ejemplo más detallado, un transmisor de potencia inalámbrica de acuerdo con la presente divulgación puede usar topologías de inversores de puente completo y medio puente. Es decir, el transmisor de potencia inalámbrica puede incluir una unidad de transferencia de potencia para la conmutación de los inversores de puente completo y medio puente (o conmutar los modos de puente completo y medio puente).
Un procedimiento de transferencia de potencia inalámbrica de acuerdo con la presente divulgación puede incluir detectar si un receptor de potencia inalámbrica está presente o no dentro de un intervalo en el que potencia puede transferirse de una manera inalámbrica y transmitir una señal de detección al receptor de potencia inalámbrica. Estos procedimientos pueden comprenderse mediante la descripción anterior, por lo tanto se omitirá descripción detallada de los mismos.
A continuación, el procedimiento puede incluir adicionalmente recibir al menos una de información de identificación y establecer información transmitida por el receptor de potencia inalámbrica (S120) y recibir un paquete de error de control del receptor de potencia inalámbrica (S130). Como una pre-etapa de la recogida de información, puede llevarse a cabo el accionamiento de modo de medio puente (S110). En este documento, el procedimiento puede incluir adicionalmente cambiar un modo de accionamiento de LC determinando información de versión en un paquete de identificación recogido del receptor de potencia inalámbrica, en el punto de tiempo de la recepción del primer error de control después del reconocimiento del receptor en los flujos de comunicación WPC existentes. En este documento, la presente divulgación puede no limitarse a esto. Por ejemplo, un receptor de potencia baja o un receptor de potencia media también puede determinarse recogiendo información de potencia máxima diferente de la información de versión.
Finalmente, en el procedimiento de transferencia de potencia inalámbrica, el transmisor de potencia inalámbrica puede usar la combinación de una frecuencia de operación, un ciclo de trabajo o una fase de la señal de potencia para el inversor de puente completo o medio puente para controlar la cantidad de potencia a transferir. Es decir, el transmisor de potencia inalámbrica puede accionar la unidad de transferencia de potencia en uno del modo de accionamiento de puente completo y el modo de accionamiento de medio puente a base de si el receptor de potencia inalámbrica es un receptor de potencia media o un receptor de potencia baja, informado mediante el correspondiente receptor de potencia inalámbrica (S140).
Por ejemplo, en la fase de negociación que tiene potencia media, después de recibir el primer error de control desde el receptor de potencia media, una topología de inversor puede cambiarse desde el (inversor de) medio puente al (inversor de) puente completo.
En este caso, puede provocarse un problema en la estabilidad del receptor de acuerdo con si conmutar un modo de accionamiento LC inicial desde el modo de medio puente al modo de puente completo o desde el modo de puente completo al modo de medio puente. Esto es el porque una tensión de rectificación es probable que cambie repentinamente dos veces o media (1/2) vez debido a la conversión del modo de accionamiento LC usado tras el reconocimiento del receptor de potencia y desplazamiento de frecuencia.
Para resolver este problema, la topología de inversor puede cambiarse desde el medio puente al puente completo después de la recepción de un primer paquete de error de control desde un receptor de potencia inalámbrica de potencia media. La cantidad de potencia a transferir puede seleccionarse a base de la información de versión en el paquete de identificación recogido del receptor de potencia inalámbrica cuando se recibe el primer paquete de error de control. En más detalle, en esta realización ilustrativa, el transmisor de potencia inalámbrica puede accionar inicialmente su circuito LC en el modo de medio puente a una frecuencia con una ganancia alta y comprobar que el receptor es un receptor de potencia media. El transmisor de potencia inalámbrica puede entonces desplazar la frecuencia a una frecuencia con ganancia baja tras la conversión al puente completo después de recibir el primer paquete de error de control, evitando de este modo que una tensión sea aplicada excesivamente a un lado secundario (el lado de receptor).
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