PL227651B1 - Układ do bezprzewodowego zdalnego przekazywania przez nadajnik energii zasilającej odbiornik - Google Patents

Abstract

Układ charakteryzuje się tym, że zawiera wyposażony w generator (3) promieniowania elektromagnetycznego widzialnego lub ultrafioletowego lub korzystnie podczerwonego nadajnik (1) oraz odbiornik (2) wyposażony w przekształcający energię odebranego promieniowania elektromagnetycznego w energię elektryczną półprzewodnikowy element fotoczuły (4) w postaci jednej lub więcej fotodiod lub pracujących, jako fotodiody fototranzystorów, do którego podłączony jest transoptor (5) o parametrach pracy wystarczających do jego zadziałania w wyniku dostarczenia mocy elektrycznej z elementu fotoczułego (4), a następnie tranzystor unipolarny dużej mocy lub tyrystor lub korzystnie triak (6) połączony z przekaźnikiem (7), korzystnie stycznikiem lub innym elementem działającym na zasadzie stycznika, do którego podłączony jest główny odbiornik (2) zasilany z sieci elektroenergetycznej.

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do bezprzewodowego zdalnego przekazywania przez nadajnik energii zasilającej odbiornik, zwłaszcza elektryczny odbiornik audio-wideo.

Jednokierunkowy przekaz informacji wymaga zastosowania nadajnika, który emituje sygnał i odbiornika, który go odbiera. Nowoczesne odbiorniki, zwłaszcza audio i wideo, w zdecydowanej większości wyposażone są w moduł realizujący funkcję czuwania (ang. standby). Ciągła praca takiego modułu wymaga określonej energii zasilania dostarczanej do modułu z sieci elektroenergetycznej. Zarówno nadajnik jak i odbiornik, by móc wykonać przypisane im zadanie, muszą posiadać własne, niezależne od siebie zasilanie np. nadajnik w postaci pilota do telewizora zasilany bateriami oraz odbiornik (przykładowo telewizor) z modułem realizującym funkcję czuwania zasilanym z sieci elektroenergetycznej.

W najnowocześniejszych odbiornikach audio i wideo moduł realizujący funkcję czuwania zużywa co najmniej 250 mWh energii na godzinę, jednak zdecydowana większość nowoczesnych urządzeń zużywa do 1 Wh energii na godzinę na realizację funkcji czuwania. Nieco starsze odbiorniki tego rodzaju zużywają od kilku do kilkunastu Wh energii na godzinę na obsługę tej funkcji. Energia zużywana przez moduł realizujący funkcję czuwania w czasie, gdy odbiornik nie jest użytkowany jest be zpowrotnie tracona, co w oczywisty sposób podwyższa koszty eksploatacji odbiornika jak i wpływa negatywnie na środowisko. Straty te można byłoby wyeliminować jedynie przez usunięcie modułu realizującego funkcję czuwania z odbiorników, jednakże wpłynęłoby to negatywnie na komfort użytkowników odbiornika, którzy zmuszeni byliby do każdorazowego, ręcznego (a nie zdalnego, bezprzewodowego) włączania i wyłączania odbiornika według potrzeb.

Wobec powyższego istnieje realne zapotrzebowanie na opracowanie rozwiązania, które będzie nadal umożliwiać użytkownikowi zdalne, bezprzewodowe, a nie ręczne włączanie/wyłączanie odbiornika, zwłaszcza urządzenia audio i wideo, a jednocześnie wyeliminuje potrzebę czuwania odbiornika, zużywającego niepotrzebnie energię elektryczną i zwiększającego koszty użytkowania odbiornika. Eliminacja zużycia energii elektrycznej na realizację funkcji czuwania urządzeń doprowadzi do natychmiastowych korzyści ekonomicznych jak również środowiskowych (ekologicznych).

Z dotychczasowego stanu techniki znane są rozwiązania, które dotyczą rozwiązań w zakresie ograniczenia funkcji czuwania odbiorników TV. Rozwiązania te dotyczą zasadniczo wydzielenia układu czuwania z samych odbiorników TV do zewnętrznych urządzeń, pośredniczących pomiędzy odbiornikiem TV, a gniazdem zasilania elektroenergetycznego (patrz opisy patentowe: EP2405415 A1, US2011/0317350 A1 oraz WO2011/006299 A1). Przedstawione w ww. opisach patentowych urządzenia pośredniczące nadal wymagają jednak dodatkowego zasilania z sieci elektroenergetycznej, co jest ich podstawową niedogodnością.

Znany jest z CN101789635 zestaw do bezprzewodowego zdalnego przekazywania przez nadajnik energii zasilającej odbiornik. Nadajnik zawiera źródło sygnału z zakresu podczerwieni, zaś odbiornik elementy do odbioru sygnału - element fotowoltaiczny i przekształcaniu go w sygnał elektryczny służący do sterowania energią zasilającą, co umożliwia zerowy pobór energii w stanie czuwania (standby).

Celem rozwiązania według wynalazku jest umożliwienie zdalnego i bezprzewodowego przekazywania przez nadajnik energii zasilającej układ odbiornika przy możliwości równoczesnego przekazywania informacji z nadajnika do odbiornika i jednoczesnej eliminacji energochłonnej funkcji czuwania odbiornika.

Układ do bezprzewodowego zdalnego przekazywania przez nadajnik energii zasilającej odbiornik, według wynalazku, zawiera wyposażony w generator promieniowania elektromagnetycznego widzialnego lub ultrafioletowego lub korzystnie podczerwonego nadajnik oraz odbiornik wyposażony w przekształcający energię odebranego promieniowania elektromagnetycznego w energię elektryczną, półprzewodnikowy element fotoczuły. Jako element fotoczuły stosuje się jedną lub więcej fotodiod lub pracujących jako fotodiody fototranzystorów. Do elementu fotoczułego podłączony jest transoptor o parametrach wystarczających do jego zadziałania w wyniku dostarczenia wygenerowanej mocy elektrycznej z elementu fotoczułego, a następnie tranzystor unipolarny dużej mocy lub tyrystor lub korzystnie triak połączony z przekaźnikiem, korzystnie stycznikiem lub innym elementem działającym na zasadzie stycznika, do którego podłączony jest główny odbiornik. Stycznik umożliwia włączenie głównego odbiornika do zasilania sieciowego.

PL 227 651 B1

Nadajnik wyposażony jest w odpowiednio skupiające wiązkę promieniowania soczewki, zespół soczewek lub kolimator o określonej zbieżności. Zastosowanie soczewek lub ich zespołu bądź kolim atora pozwala, poprzez skupienie wiązki promieniowania, zwiększyć odległość skutecznego oddziaływania nadajnika na odbiornik.

Jako generator oraz element fotoczuły stosuje się elementy półprzewodnikowe o tym samym zakresie długości fali promieniowania. Dostosowanie, a więc zestrojenie falowe nadajnika i odbiornika, wpływa na wzrost efektywności przetwarzania energii promieniowania na energię elektryczną.

W przypadku, gdy moc sygnału elektrycznego elementu fotoczułego jest dostateczna, aby zasilić transoptor, ale napięcie wygenerowane przez element fotoczuły jest zbyt małe do zadziałania transoptora, konieczna jest modulacja amplitudowa promieniowania generatora. W tym celu pomiędzy elementem fotoczułym a transoptorem stosuje się układ dopasowujący napięcie w postaci powielacza napięcia lub opcjonalnie transformatora, przy czym w obu wariantach nadajnik wyposażony jest w układ modulatora amplitudy fali nośnej. Umożliwia to podwyższenie napięcia prądu generowanego przez element fotoczuły do poziomu wystarczającego do zadziałania transoptora.

W układzie z wieloma fotodiodami są one połączone w sposób szeregowy dla podwyższenia wygenerowanego napięcia lub w sposób równoległy dla zwiększenia natężenia wygenerowanego prądu.

Dla zwiększenia zasięgu przekazywanej energii, jako generator stosuje się diody laserowe.

Przekazywanie energii zasilającej odbiornik odbywa się przez strumień promieniowania wygenerowanego przez nadajnik. Odbiornik posiada element czuły na taki rodzaj promieniowania, umożliwiający wygenerowanie niewielkiej energii elektrycznej do wyzwolenia chwilowego działania transoptora. Transoptor umożliwia sterowanie tranzystorem unipolarnym dużej mocy, tyrystorem lub triakiem, które sterują obwodem dużej mocy i uruchamiają przekaźnik, który działa na zasadzie stycznika, a więc jednokrotne jego włączenie będzie podtrzymywane przez sam przekaźnik. Wówczas właściwy końcowy odbiornik główny włączany jest do zasilania sieciowego. Dalsze użytkowanie odbiornika, transmisja danych oraz jego wyłączanie realizowane jest standardowo tzn. z wykorzystaniem energii sieciowej.

Podstawową zaletą układu według wynalazku jest umożliwienie zdalnego, bezprzewodowego zasilania końcowego odbiornika i jednoczesnej transmisji informacji, niewymagające istnienia układu czuwania, a proces jego zasilania realizuje się przez nadajnik.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia podstawowy schemat blokowy układu, w którym 1 oznacza nadajnik, 2 - odbiornik, 3 - generator, 4 - element fotoczuły, 5 - transoptor, 6 - tranzystor unipolarny dużej mocy, tyrystor lub triak, 7 - przekaźnik, natomiast fig. 2 przedstawia schemat blokowy układu w wariancie z modulatorem 8 i układem dopasowującym napięcie 9 (powielacz, transformator).

P r z y k ł a d

Układ do bezprzewodowego zdalnego przekazywania przez nadajnik energii zasilającej odbiornik zawiera wyposażony w generator 3 promieniowania elektromagnetycznego podczerwonego nadajnik 1 oraz odbiornik 2 wyposażony w przekształcający energię odebranego promieniowania elektromagnetycznego w energię elektryczną półprzewodnikowy element fotoczuły 4. Jako element fotoczuły 4 zastosowano fotodiody połączone w sposób szeregowy dla podwyższenia wygenerowanego napięcia. Do elementu fotoczułego 4 podłączony jest transoptor 5 o parametrach wystarczających do jego zadziałania w wyniku dostarczenia mocy z elementu fotoczułego 4, a następnie triak 6 połączony z przekaźnikiem 7 w postaci stycznika, do którego podłączony jest główny odbiornik. Stycznik 7 umożliwia włączenie głównego odbiornika do zasilania sieciowego. Nadajnik 1 wyposażony jest dodatkowo w odpowiednio skupiający wiązkę promieniowania zespół soczewek o określonej zbieżności. Zarówno generator 3, jak i element fotoczuły 4 wykonane są z elementów półprzewodnikowych (diod elektroluminescencyjnych dla nadajnika, fotodiod dla odbiornika) o tym samym zakresie dł ugości fali promieniowania. Ponadto pomiędzy elementem fotoczułym 4 a transoptorem 5 zastosowano układ dopasowujący napięcie 9 w postaci powielacza napięcia. Umożliwia to podwyższenie napięcia prądu generowanego przez element fotoczuły 4 do poziomu wystarczającego dla zadziałania transoptora 5. Dla zwiększenia zasięgu przekazywanej energii, jako generator 3 zastosowano diody laserowe.

Rozwiązanie według wynalazku może być wykorzystane m.in. do:

- zdalnego, bezprzewodowego włączania urządzeń audio i wideo bez konieczności stosowania funkcji czuwania tych urządzeń,

- zdalnego, bezprzewodowego zasilania małej mocy urządzeń trudno dostępnych (np. na wysokości, w miejscach skażonych biologicznie, chemicznie itp.).

Claims (1)

1. Układ do bezprzewodowego zdalnego przekazywania przez nadajnik energii zawierający źródło sygnału z zakresu podczerwieni zasilającej odbiornik z elementem fotowoltaicznym, generator w postaci diody laserowej promieniowania elektromagnetycznego widzialnego lub ultrafioletowego, nadajnik wyposażony w skupiające wiązkę promieniowania soczewki, zespół soczewek lub kolimator, odbiornik wyposażony w przekształcający energię odebranego promieniowania elektromagnetycznego w energię elektryczną półprzewodnikowy element fotoczuły w postaci jednej lub więcej fotodiod lub pracujących, jako fotodiody fototranzystorów połączone szeregowo lub równolegle, tranzystor unipolarny dużej mocy lub tyrystor lub korzystnie triak połączony z przekaźnikiem, przy czym jako generator oraz element fotoczuły stosuje się elementy półprzewodnikowe o tym samym zakresie długości fali promieniowania, gdzie do generatora i odbiornika podłączony jest transoptor o parametrach pracy wystarczających do jego zadziałania w wyniku dostarczenia mocy elektrycznej z elementu fotoczułego i tranzystor lub tyrystor lub triak połączony z przekaźnikiem stycznikiem lub innym elementem działającym na zasadzie stycznika, do którego podłączony jest główny odbiornik zasilany z sieci elektroenergetycznej, znamienny tym, że pomiędzy elementem fotoczułym (4) a transoptorem (5) zawiera układ dopasowujący napięcie (9) w postaci powielacza napięcia lub transformatora, przy czym w obu wariantach nadajnik (1) wyposażony jest w układ modulatora amplitudy (8) fali nośnej.