ES2921076T3 - Sistema inalámbrico de transferencia de potencia - Google Patents

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Abstract

Un transmisor de potencia (101) para un sistema de transferencia de potencia inalámbrica comprende una bobina del transmisor (103) y un controlador (201) genera una señal de accionamiento para la bobina del transmisor (103) que emplea un marco de tiempo de repetición con un intervalo de tiempo de transferencia de potencia y una reducción de Intervalo de tiempo de potencia durante el cual se reduce un nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia. Un controlador (201) genera una señal de accionamiento para la bobina del transmisor (103) para generar la señal de transferencia de potencia. Un comunicador (205) recibe mensajes del receptor eléctrico (105) y un adaptador (213) adapta una propiedad de tiempo del intervalo de tiempo de potencia reducido en respuesta a al menos un primer mensaje recibido del receptor eléctrico (105). Un sincronizador (206) para sincronizar una detección de objetos extraños y la generación de una señal de prueba que ocurre durante el intervalo de tiempo de potencia reducido. La operación generalmente puede ser una detección o comunicación de objetos extranjeros, y la propiedad de tiempo puede, p. ser una duración del intervalo de tiempo de potencia reducido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema inalámbrico de transferencia de potencia
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere a un transmisor de potencia para proporcionar potencia de forma inalámbrica a un receptor de potencia, a un sistema de transferencia de potencia inalámbrica y a los métodos correspondientes.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La mayoría de los productos eléctricos actuales requieren un contacto eléctrico dedicado para ser alimentados desde una fuente de alimentación externa. Sin embargo, esto tiende a ser poco práctico y requiere que el usuario inserte físicamente conectores o establezca de otro modo un contacto eléctrico físico. Por lo general, los requisitos de alimentación también difieren significativamente y, en la actualidad, la mayoría de los dispositivos son proporcionados con su propia fuente de alimentación dedicada, lo que hace que un usuario típico tenga un gran número de fuentes de alimentación diferentes y cada fuente de alimentación esté dedicada a un dispositivo específico. Aunque el uso de baterías internas puede evitar la necesidad de una conexión por cable a una fuente de alimentación durante el uso, esto solo proporciona una solución parcial ya que las baterías deberán recargarse (o reemplazarse). El uso de baterías también puede aumentar sustancialmente el peso y el coste potencial y el tamaño de los dispositivos.
Para proporcionar una experiencia de usuario significativamente mejorada, se ha propuesto utilizar una fuente de alimentación inalámbrica en donde la potencia se transfiere inductivamente desde un inductor transmisor en un dispositivo transmisor de potencia a una bobina receptora en los dispositivos individuales.
La transmisión de potencia a través de inducción magnética es un concepto muy conocido, que se aplica principalmente en transformadores que tienen un acoplamiento estrecho entre un inductor/bobina transmisor primario y una bobina receptora secundaria. Al separar la bobina transmisora primaria y la bobina receptora secundaria entre dos dispositivos, se hace posible la transferencia inalámbrica de potencia entre ellos, basándose en el principio de un transformador poco acoplado.
Esa disposición permite una transferencia de potencia inalámbrica al dispositivo sin requerir cables ni conexiones eléctricas físicas. De hecho, puede simplemente permitir que un dispositivo se coloque junto a, o encima de la bobina transmisora para recargarlo o alimentarlo externamente. Por ejemplo, los dispositivos transmisores de potencia pueden disponerse con una superficie horizontal en la que simplemente se puede colocar un dispositivo para que se alimente.
Además, tales disposiciones de transferencia de potencia inalámbrica pueden diseñarse favorablemente de manera que el dispositivo transmisor de potencia se pueda usar con una variedad de dispositivos receptores de potencia. En particular, se ha definido un enfoque de transferencia de potencia inalámbrica, conocido como Especificaciones Qi, y actualmente está en mayor desarrollo. Este enfoque permite que los dispositivos transmisores de potencia que cumplen con las especificaciones Qi se utilicen con dispositivos receptores de potencia que también cumplen con las especificaciones Qi sin que estos tengan que ser del mismo fabricante o estar dedicados entre sí. El estándar Qi incluye además algunas funciones para permitir que el funcionamiento se adapte al dispositivo receptor de potencia específico (por ejemplo, en función del consumo de potencia específico).
La especificación de Qi es desarrollada por el Consorcio de Energía Inalámbrica y se puede encontrar más información, por ejemplo, en su sitio web: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, donde se pueden encontrar en particular los documentos de especificaciones definidas.
En el documento EP 2944029 se describe un ejemplo de comunicación en un sistema inalámbrico de transferencia de potencia.
En los sistemas de transferencia de potencia, como el Qi, el campo electromagnético que se genera para transferir los niveles necesarios de potencia al receptor de potencia es a menudo muy importante. La presencia de un campo tan intenso puede, en muchas situaciones, tener un impacto en el entorno.
Por ejemplo, un problema potencial con la transferencia de potencia inalámbrica es que la potencia puede ser transferida involuntariamente a, por ejemplo, objetos metálicos que se encuentran en las proximidades del transmisor de potencia. Por ejemplo, si se coloca un objeto extraño, como por ejemplo una moneda, una llave, un anillo, etc., sobre la plataforma del transmisor de potencia dispuesta para recibir un receptor de potencia, el flujo magnético generado por la bobina del transmisor introducirá corrientes parásitas en los objetos de metal lo que hará que los objetos se calienten. El aumento de calor puede ser muy significativo y puede ser muy desventajoso.
Con el fin de reducir el riesgo de que surjan tales situaciones, se ha propuesto introducir la detección de objetos extraños donde el transmisor de potencia pueda detectar la presencia de un objeto extraño y reducir la potencia transmitida y/o generar una alerta de usuario cuando se produce una detección positiva. Por ejemplo, el sistema de Qi incluye funciones para detectar un objeto extraño y para reducir la potencia si se detecta un objeto extraño. Específicamente, la especificación de Qi versión 1.2.1, sección 11 describe diversos métodos para detectar un objeto extraño.
Un método para detectar tales objetos extraños se describe en WO2015018868A1. Otro ejemplo se proporciona en el documento US2016/126747A1. En WO 2012127335 se proporciona otro ejemplo que describe un método basado en la determinación de pérdidas de potencia desconocidas. En el método, tanto el receptor de potencia como el transmisor de potencia miden su potencia, y el receptor comunica su potencia medida recibida al transmisor de potencia. Cuando el transmisor de potencia detecta una diferencia significativa entre la potencia enviada por el transmisor y la potencia recibida por el receptor, es posible que haya un objeto extraño no deseado y que la transferencia de potencia se reduzca o se aborte por motivos de seguridad. Este método de pérdida de potencia requiere mediciones de potencia precisas y sincronizadas realizadas por el transmisor de potencia y el receptor de potencia.
Por ejemplo, en el estándar de transferencia de potencia Qi, el receptor de potencia calcula su potencia recibida, por ejemplo, midiendo el voltaje y la corriente rectificados, multiplicándolos y añadiendo una estimación de las pérdidas de potencia internas en el receptor de potencia (por ejemplo, pérdidas del rectificador, la bobina receptora, partes metálicas que forman parte del receptor, etc.). El receptor de potencia informa de la potencia recibida determinada al transmisor de potencia con una velocidad mínima de, por ejemplo, cada cuatro segundos.
El transmisor de potencia calcula su potencia transmitida, por ejemplo, midiendo el voltaje de entrada de CC y la corriente del inversor, multiplicándolos y corrigiendo el resultado restando una estimación de las pérdidas de potencia internas en el transmisor, como por ejemplo la pérdida de potencia estimada en el inversor, la bobina primaria, y piezas metálicas que forman parte del transmisor de potencia.
El transmisor de potencia puede estimar la pérdida de potencia restando la potencia recibida informada de la potencia transmitida. Si la diferencia supera un umbral, el transmisor asumirá que se disipa demasiada potencia en un objeto extraño y, a continuación, podrá proceder a finalizar la transferencia de potencia.
Alternativamente, se ha propuesto medir la calidad o factor Q del circuito resonante formado por las bobinas primaria y secundaria junto con las capacitancias y resistencias correspondientes. Una reducción en el factor Q medido puede ser indicativa de la presencia de un objeto extraño.
En la práctica, tiende a ser difícil lograr una precisión de detección suficiente utilizando los métodos descritos en la especificación de Qi. Esta dificultad se ve exacerbada por una serie de incertidumbres acerca de las condiciones operativas actuales específicas.
Por ejemplo, un problema particular es la presencia potencial de metales amigables (es decir, piezas metálicas del dispositivo que incluyen el receptor de potencia o el transmisor de potencia), ya que las propiedades magnéticas y eléctricas de los mismos pueden ser desconocidas (y varían entre diferentes dispositivos) y por lo tanto pueden ser difíciles de compensar.
Además, el calentamiento indeseable puede resultar incluso de cantidades relativamente pequeñas de energía que se disipan en un objeto extraño metálico. Por lo tanto, es necesario detectar incluso una pequeña discrepancia de potencia entre la potencia transmitida y la recibida, y esto puede ser particularmente difícil cuando los niveles de potencia de la transferencia de potencia aumentan.
El método de degradación del factor Q puede, en muchas situaciones, tener una mejor sensibilidad para detectar la presencia de objetos metálicos. Sin embargo, es posible que no ofrezca una precisión suficiente y, por ejemplo, también puede sufrir la influencia del metal amistoso.
El rendimiento de la detección de objetos extraños está sujeto a las condiciones de operación específicas que están presentes cuando se realiza la prueba. Por ejemplo, si, como se describe en la especificación de Qi, se realiza una medición para la detección de objetos extraños en la fase de selección de un proceso de inicialización de transferencia de potencia, la señal que el transmisor de potencia proporciona para la medición debe ser lo suficientemente pequeña para evitar que se active el receptor de potencia. Sin embargo, para una señal tan pequeña, la relación señal/ruido suele ser deficiente, lo que reduce la precisión de la medición.
El requisito de una señal de medición pequeña puede dar lugar a otros efectos desventajosos. Un receptor de potencia expuesto a una pequeña señal de medición puede presentar una corriente de fuga que depende del nivel de la señal de medición, el acoplamiento entre la bobina primaria y secundaria, y el estado de carga de un capacitor en la salida del rectificador. Por lo tanto, esta corriente de fuga puede ser diferente dependiendo de las condiciones reales. Dado que la corriente de fuga influye en la impedancia reflejada en la bobina del transmisor de potencia, la medición del factor de calidad también dependerá de las condiciones actuales específicas.
Otro problema es que la detección de objetos extraños suele ser una prueba muy sensible en la que se desea que los cambios relativamente pequeños causados por la presencia de un objeto extraño se detecten en un entorno con una posible gran variación de las condiciones operativas y situaciones para las que se realiza la prueba.
En consecuencia, los algoritmos actuales tienden a ser subóptimos y en algunos casos y ejemplos pueden proporcionar un rendimiento inferior al óptimo. En particular, pueden hacer que no se detecte la presencia de objetos extraños, o que se detecten falsamente objetos extraños cuando no hay ninguno.
Las dificultades de la detección precisa de objetos extraños son particularmente difíciles en escenarios en los que el nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia es alto y/o cuando varía. Así, la detección de objetos extraños es particularmente difícil durante la fase de transferencia de potencia, y especialmente para los receptores de potencia que representan una carga grande y variable.
Además, otras operaciones del sistema de transferencia de potencia pueden ser sensibles a estos efectos. Por ejemplo, en muchas situaciones, la comunicación entre el transmisor de potencia y el receptor de potencia puede verse afectada negativamente por grandes cargas, y en particular por grandes variaciones de carga.
En muchos sistemas, la comunicación entre el receptor de potencia y el transmisor de potencia puede utilizar la modulación de carga, en la que la carga de la señal de transferencia de potencia varía en función de los datos que se transmiten. Sin embargo, dicha modulación de carga puede ser difícil de detectar si la carga de la señal de transferencia de potencia varía al mismo tiempo. Del mismo modo, la comunicación del transmisor de potencia al receptor de potencia puede lograrse mediante la modulación de la señal de transferencia de potencia (por ejemplo, la modulación de amplitud o de frecuencia), pero la interferencia a dicha modulación puede ser causada por las variaciones en los parámetros de la señal de transferencia de potencia debido a una carga variable.
De hecho, incluso si se utiliza una portadora completamente separada para la comunicación, como un enlace de comunicación NFC, un campo electromagnético muy grande y variable causado por la señal de transferencia de potencia puede causar una interferencia sustancial a pesar de estar en una banda de frecuencia muy diferente. Por lo tanto, la presencia de la señal de transferencia de potencia, y la carga de la misma, puede tener un impacto perjudicial en otras operaciones, como la detección de objetos extraños y las operaciones de comunicación.
Por lo tanto, sería ventajoso un funcionamiento mejorado para un sistema de transferencia de potencia, en particular, un enfoque que permita una mayor flexibilidad, un coste reducido, una complejidad reducida, una detección de objetos extraños mejorada, una comunicación mejorada, un soporte mejorado para diferentes cargas, una adaptabilidad mejorada, una compatibilidad hacia atrás y/o un rendimiento mejorado.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Por consiguiente, la invención busca preferiblemente mitigar, aliviar o eliminar una o más de las desventajas mencionadas con anterioridad individualmente o en cualquier combinación.
De acuerdo con un aspecto de la invención se proporciona un transmisor de potencia para proporcionar potencia de forma inalámbrica a un receptor de potencia a través de una señal de transferencia de potencia electromagnética; el transmisor de potencia que comprende: una bobina transmisora para generar la señal de transferencia de potencia, la señal de transferencia de potencia durante una fase de transferencia de potencia que emplea un marco de tiempo repetitivo que comprende al menos un intervalo de tiempo de transferencia de potencia y un intervalo de tiempo de potencia reducida durante el cual se reduce un nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia; un controlador para generar una señal de accionamiento para que la bobina transmisora genere la señal de transferencia de potencia; un primer comunicador para recibir mensajes del receptor de potencia; un adaptador para adaptar una propiedad de temporización del intervalo de tiempo de potencia reducida en respuesta a al menos un primer mensaje recibido del receptor de potencia y un sincronizador para sincronizar una operación del transmisor de potencia para que se produzca durante el intervalo de tiempo de potencia reducida; una bobina de prueba para generar una señal de prueba electromagnética; un generador de prueba dispuesto para generar una señal de accionamiento de prueba para la bobina de prueba; y un detector de objetos extraños dispuesto para realizar una prueba de detección de objetos extraños en respuesta a un parámetro medido para la señal de accionamiento de prueba durante el intervalo de tiempo de potencia reducida; donde el sincronizador está dispuesto para sincronizar el generador de prueba para proporcionar la señal de prueba electromagnética durante el intervalo de tiempo de potencia reducida.
La invención puede proporcionar un rendimiento mejorado en muchas realizaciones, y puede proporcionar una operación de transferencia de potencia mejorada en general en muchos sistemas y realizaciones. Por ejemplo, en muchas realizaciones, la detección mejorada de objetos extraños, y posiblemente la comunicación, puede lograrse realizando estas operaciones durante intervalos de tiempo creados para proporcionar condiciones particularmente ventajosas para tales operaciones.
El método puede, en muchas realizaciones, reducir la complejidad y puede en muchos sistemas proporcionar un alto grado de compatibilidad regresiva. Específicamente, el enfoque puede ser particularmente adecuado para mejorar la detección de objetos extraños, y posiblemente la comunicación, en los sistemas de transferencia de potencia inalámbrica Qi, por ejemplo, que operan de acuerdo con la versión 1.2 o anterior de las especificaciones Qi.
En muchas realizaciones, la duración del intervalo de tiempo de potencia reducida no es superior al 5%, 10% o 20% de la duración del marco temporal. En muchas realizaciones, la duración del intervalo o intervalos de tiempo de potencia reducida no es inferior al 70%, 80% o 90% de la duración del marco temporal.
En algunas realizaciones, el transmisor de potencia puede estar dispuesto para realizar una detección de objetos extraños, y posiblemente una operación de comunicación, durante el intervalo de tiempo de transferencia de potencia reducida. El transmisor de potencia puede, en algunas realizaciones, estar dispuesto para ajustar el tiempo de una detección de objetos extraños, y posiblemente una operación de comunicación, para que ocurra durante el intervalo de tiempo de transferencia de potencia reducida.
Durante el intervalo de tiempo de potencia reducido, el nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia se reduce en correspondencia con el nivel de potencia que se transfiere desde el transmisor de potencia al receptor de potencia que se reduce. Durante el intervalo de tiempo de potencia reducida, un nivel de potencia transferido desde el transmisor de potencia al receptor de potencia se reduce en relación con un nivel de potencia transferido desde el transmisor de potencia al receptor de potencia durante el intervalo de tiempo de transferencia de potencia (del mismo intervalo de tiempo de potencia reducida). El nivel de potencia, y las referencias a la potencia y al nivel de potencia, pueden considerarse específicamente relacionados con la potencia real (I-U-Cos 9).
De acuerdo con una característica opcional de la invención, la propiedad de temporización es una duración del intervalo de tiempo de potencia reducida.
El sistema puede estar dispuesto para adaptar la duración del intervalo de tiempo de potencia reducida en respuesta a una comunicación del receptor de potencia al transmisor de potencia. Esto puede permitir un funcionamiento mejorado en muchas realizaciones, y puede permitir que las operaciones, como la comunicación o la detección de objetos extraños, se realicen en momentos en los que las condiciones son particularmente adecuadas para ello. La adaptación de la duración del intervalo de tiempo de potencia reducida puede garantizar una mejor compensación entre los diferentes requisitos en conflicto, por ejemplo, entre los requisitos y preferencias para la transferencia de potencia desde el transmisor de potencia al receptor de potencia, y los requisitos y preferencias para la detección de objetos extraños y la comunicación.
El transmisor de potencia puede estar dispuesto para adaptar la duración del intervalo de tiempo de potencia reducida sujeto a una duración mínima.
De acuerdo con una característica opcional de la invención, la propiedad de temporización es una duración entre intervalos de tiempo de potencia reducida de marcos de tiempo de repetición consecutivos.
En algunas realizaciones, la propiedad de temporización es una duración entre marcos de tiempo de repetición consecutivos. En algunas realizaciones, la propiedad de temporización es una duración de los marcos de tiempo de repetición.
El sistema puede estar dispuesto para adaptar la duración entre los intervalos de tiempo de potencia reducida de los marcos de tiempo de repetición consecutivos en respuesta a una comunicación del receptor de potencia al transmisor de potencia. Esto puede permitir un mejor funcionamiento en muchas realizaciones, y puede permitir que las operaciones, como la comunicación o la detección de objetos extraños se realicen en momentos en los que las condiciones son particularmente adecuadas para ello. La adaptación de la duración entre los intervalos de tiempo de potencia reducida de los marcos de tiempo de repetición consecutivos puede garantizar una mejor compensación entre los diferentes requisitos en conflicto, por ejemplo, entre los requisitos y las preferencias para la transferencia de potencia desde el transmisor de potencia al receptor de potencia, y los requisitos y las preferencias para la detección de objetos extraños y la comunicación.
El transmisor de potencia puede estar dispuesto para adaptar la duración entre el tiempo de transferencia de potencia reducido de los marcos de tiempo de repetición secuencial sujeto a una duración máxima.
De acuerdo con una característica opcional de la invención, el primer comunicador está dispuesto para transmitir mensajes al receptor de potencia; y el transmisor de potencia está dispuesto para transmitir un mensaje indicativo de al menos uno de una duración del intervalo de tiempo de potencia reducida y una duración entre intervalos de tiempo de potencia reducida de marcos de tiempo de repetición consecutivos al receptor de potencia antes de recibir el primer mensaje.
Esto puede proporcionar una operación particularmente ventajosa en muchas realizaciones. El mensaje puede indicar específicamente valores aceptables, permisibles, restringidos y/o preferidos.
El mensaje puede transmitirse específicamente en respuesta a una solicitud de dicha información transmitida desde el receptor de potencia al transmisor de potencia.
De acuerdo con una característica opcional de la invención, el primer mensaje es un mensaje de solicitud indicativo de un valor solicitado para la propiedad de temporización; y el transmisor de potencia está dispuesto para aceptar o rechazar el valor solicitado.
Esto puede proporcionar una operación particularmente ventajosa en muchas realizaciones. En concreto, puede permitir que el receptor de potencia conserve la iniciativa o el control de la operación, lo que puede ser particularmente ventajoso en muchos escenarios.
De acuerdo con una característica opcional de la invención, el adaptador está dispuesto para determinar la propiedad de temporización durante una fase de inicialización previa a la fase de transferencia de potencia.
Esto puede proporcionar una operación particularmente ventajosa en muchas realizaciones y puede en particular permitir una operación de baja complejidad en muchas realizaciones.
De acuerdo con una característica opcional de la invención, el adaptador está dispuesto para adaptar dinámicamente la propiedad de temporización durante la fase de transferencia de potencia en respuesta a una pluralidad de mensajes recibidos del receptor de potencia durante la fase de transferencia de potencia.
Esto puede proporcionar una operación particularmente ventajosa en muchas realizaciones y puede en particular permitir la optimización para las condiciones actuales.
De acuerdo con una característica opcional de la invención, el primer comunicador está dispuesto para sincronizar la comunicación con el receptor de potencia para que ocurra durante los intervalos de tiempo de potencia reducida. La invención puede permitir una comunicación mejorada en muchas realizaciones El enfoque puede permitir una mayor precisión y/o fiabilidad de la comunicación entre el receptor de potencia y el transmisor de potencia durante la fase de transferencia de potencia.
La sincronización de la comunicación puede ser sólo para algunas comunicaciones, como, por ejemplo, sólo para la comunicación de control de potencia, sólo para la comunicación del transmisor de potencia al receptor de potencia, o sólo del receptor de potencia al transmisor de potencia, etc.
El transmisor de potencia comprende además: una bobina de prueba para generar una señal de prueba electromagnética; un generador de prueba dispuesto para generar una señal de accionamiento de prueba para la bobina de prueba; y un detector de objetos extraños dispuesto para realizar una prueba de detección de objetos extraños en respuesta a un parámetro medido para la señal de accionamiento de prueba durante el intervalo de tiempo de potencia reducida; en el que el sincronizador está dispuesto para sincronizar el generador de prueba para proporcionar la señal de prueba electromagnética durante el intervalo de tiempo de potencia reducida.
La invención puede permitir mejorar la detección de objetos extraños en muchas realizaciones. El método puede permitir una mayor precisión y/o fiabilidad de las pruebas de detección de objetos extraños durante la fase de transferencia de potencia. En muchas realizaciones, el método puede reducir la incertidumbre y la variación de las pruebas de detección de objetos extraños, mejorando así el rendimiento. El método puede reducir específicamente el impacto en las variaciones de transferencia de potencia y las condiciones de funcionamiento en la detección de objetos extraños. El método puede, por ejemplo, hacer que el sistema trabaje en un escenario de referencia específico, por ejemplo, predeterminado, y en un punto de funcionamiento durante la detección de objetos extraños. Esto puede mejorar la coherencia y previsibilidad de la prueba de detección de objetos extraños. En particular, puede permitir una estimación más precisa y más fiable del impacto del receptor de potencia sobre la señal de prueba electromagnética, y por lo tanto puede permitir que el detector de objetos extraños mejore su compensación. El método puede, por ejemplo, introducir un intervalo de tiempo de detección de objetos extraños en el que el receptor de potencia puede funcionar con un voltaje inducido alto y una carga ligera, que corresponde a una fuerza de campo magnético alta y a una carga baja de la señal electromagnética. En tales escenarios, el impacto de un objeto extraño puede ser más notable, ya que la potencia inducida en dicho objeto representará una proporción mayor de la potencia total extraída. De hecho, la fuerza magnética más alta puede dar lugar a una señal inducida más alta en cualquier objeto extraño presente, y la carga reducida puede reducir el impacto de la presencia del receptor de potencia al detectar si un objeto extraño está presente.
El detector de objetos extraños puede estar dispuesto para determinar si se detecta un objeto extraño si existe una diferencia entre el nivel de potencia de la señal de prueba electromagnética y la potencia indicada por una indicación de carga recibida del receptor de potencia y que indica que una carga esperada de la señal de prueba electromagnética está por encima de un umbral. Si la diferencia está por debajo del umbral, el detector de objetos extraños puede determinar que no se detecta ningún objeto extraño.
El detector de objetos extraños puede estar dispuesto para determinar que se detecta un objeto extraño si una medida de calidad (determinada a partir de las mediciones de la señal de accionamiento) para un circuito de resonancia que comprende la bobina de prueba está por debajo de un umbral. El umbral puede depender normalmente de un mensaje recibido del receptor de potencia.
En muchas realizaciones, la bobina de prueba y la bobina del transmisor pueden ser la misma bobina. En muchas realizaciones, el accionador y el generador de prueba pueden ser la misma entidad, por lo tanto el mismo circuito puede generar tanto la señal de accionamiento como la señal de accionamiento de prueba. En muchas realizaciones, la señal de transferencia de potencia y la señal de accionamiento de prueba pueden compartir muchos valores de parámetros, por ejemplo, pueden tener la misma frecuencia.
Según un aspecto de la invención, se proporciona un sistema de transferencia de potencia inalámbrica que comprende un transmisor de potencia como se ha descrito anteriormente y que comprende además el receptor de potencia, el receptor de potencia que comprende: un segundo comunicador para comunicarse con el transmisor de potencia; un controlador de solicitud para transmitir el primer mensaje al transmisor de potencia, comprendiendo el primer mensaje una solicitud de un valor solicitado de la propiedad de temporización; un controlador de respuesta para recibir una respuesta de solicitud del transmisor de potencia y para determinar la propiedad de temporización en respuesta a la respuesta de solicitud, siendo la respuesta de solicitud indicativa de si el valor solicitado ha sido aceptado por el transmisor de potencia; y un controlador de carga para adaptar una carga de la señal de transferencia de potencia de manera que la carga se reduzca durante los intervalos de tiempo de potencia reducida. La invención puede proporcionar un funcionamiento mejorado para un sistema de transferencia de potencia inalámbrica.
De acuerdo con una característica opcional de la invención, el controlador de solicitud está dispuesto para solicitar una restricción de propiedad de temporización desde el transmisor de potencia; el controlador de respuesta está dispuesto para recibir una indicación de restricción de propiedad de temporización desde el transmisor de potencia, y el controlador de solicitud está dispuesto para determinar el valor solicitado de la propiedad de temporización en respuesta a la restricción de propiedad de temporización.
Esto puede permitir un funcionamiento mejorado y/o facilitado en muchas realizaciones.
De acuerdo con una característica opcional de la invención, la propiedad de temporización es una duración del intervalo de tiempo de potencia reducida y el controlador de solicitud está dispuesto a determinar el valor solicitado de la propiedad de temporización sujeto a una duración máxima y el adaptador está dispuesto a determinar un valor para la propiedad de temporización en respuesta a una duración mínima.
Esto puede permitir un funcionamiento mejorado y/o facilitado en muchas realizaciones.
En algunas realizaciones, el receptor de potencia puede imponer un valor máximo y el transmisor de potencia puede imponer un valor mínimo en la duración del intervalo de tiempo de potencia reducida.
De acuerdo con una característica opcional de la invención, la propiedad de temporización es una duración entre el tiempo de transferencia de potencia reducida de marcos de tiempo de repetición secuencial y el controlador de solicitud está dispuesto para determinar el valor solicitado de la propiedad de temporización sujeto a una duración mínima y el adaptador está dispuesto para determinar un valor para la propiedad de temporización en respuesta a una duración máxima.
Esto puede permitir un funcionamiento mejorado y/o facilitado en muchas realizaciones.
En algunas realizaciones, el receptor de potencia puede imponer un valor mínimo y el transmisor de potencia puede imponer un valor máximo en la duración entre el tiempo de transferencia de potencia reducido de los marcos de tiempo de repetición secuencial.
Según un aspecto de la invención se proporciona un método de funcionamiento para un transmisor de potencia para proporcionar de forma inalámbrica potencia a un receptor de potencia a través de una señal de transferencia de potencia electromagnética; el método comprende que el transmisor de potencia realice los pasos de: generar la señal de transferencia de potencia, la señal de transferencia de potencia durante una fase de transferencia de potencia que emplea un marco de tiempo repetitivo que comprende al menos un intervalo de tiempo de transferencia de potencia y un intervalo de tiempo de potencia reducida durante el cual se reduce un nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia; generar una señal de accionamiento para la bobina del transmisor para generar la señal de transferencia de potencia; recibir mensajes del receptor de potencia; adaptar una propiedad de temporización del intervalo de tiempo de potencia reducida en respuesta a al menos un primer mensaje recibido del receptor de potencia y sincronizar una operación del transmisor de potencia para que ocurra durante el intervalo de tiempo de potencia reducida; generar una señal de accionamiento de prueba para que una bobina de prueba genere una señal de prueba electromagnética; y realizar una prueba de detección de objetos extraños en respuesta a un parámetro medido para la señal de accionamiento de prueba durante el intervalo de tiempo de potencia reducida; donde la sincronización comprende sincronizar la señal de accionamiento de prueba para proporcionar la señal de prueba electromagnética durante el intervalo de tiempo de potencia reducida.
De acuerdo con un aspecto de la invención se proporciona un método de operación para un sistema de transferencia de potencia inalámbrica que comprende un transmisor de potencia que proporciona potencia de forma inalámbrica a un receptor de potencia a través de una señal de transferencia de potencia electromagnética; el método comprende que el transmisor de potencia realice los pasos de: generar la señal de transferencia de potencia, la señal de transferencia de potencia durante una fase de transferencia de potencia que emplea un marco de tiempo de repetición que comprende al menos un intervalo de tiempo de transferencia de potencia y un intervalo de tiempo de potencia reducida durante el cual se reduce un nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia; generar una señal de accionamiento para la bobina del transmisor para generar la señal de transferencia de potencia; recibir mensajes del receptor de potencia; adaptar una propiedad de temporización del intervalo de tiempo de potencia reducida en respuesta a al menos un primer mensaje recibido del receptor de potencia y sincronizar una operación del transmisor de potencia para que ocurra durante el intervalo de tiempo de potencia reducida; generar una señal de accionamiento de prueba para que una bobina de prueba genere una señal de prueba electromagnética; realizar una prueba de detección de objetos extraños en respuesta a un parámetro medido para la señal de accionamiento de prueba durante el intervalo de tiempo de potencia reducida; donde la sincronización comprende sincronizar la señal de accionamiento de prueba para proporcionar la señal de prueba electromagnética durante el intervalo de tiempo de potencia reducida; y el método comprende además que el receptor de potencia realice los pasos de: comunicar con el transmisor de potencia; transmitir el primer mensaje al transmisor de potencia, comprendiendo el primer mensaje una solicitud de un valor solicitado de la propiedad de temporización; recibir una respuesta de solicitud del transmisor de potencia; determinar la propiedad de temporización en respuesta a la respuesta de solicitud, siendo la respuesta de solicitud indicativa de si el valor solicitado ha sido aceptado por el transmisor de potencia; y adaptar una carga de la señal de transferencia de potencia tal que la carga se reduce durante los intervalos de tiempo de potencia reducida.
Estos y otros aspectos, características y ventajas de la invención serán evidentes y se explicarán con referencia a las realizaciones descritas a continuación.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Se describirán las realizaciones de la invención, a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos, en los cuales
La figura 1 ilustra un ejemplo de elementos de un sistema de transferencia de potencia de acuerdo con algunas realizaciones de la invención;
La figura 2 ilustra un ejemplo de elementos de un transmisor de potencia de acuerdo con algunas realizaciones de la invención;
La figura 3 ilustra un ejemplo de elementos de un receptor de potencia de acuerdo con algunas realizaciones de la invención;
La figura 4 ilustra un ejemplo de elementos de un receptor de potencia de acuerdo con algunas realizaciones de la invención;
La figura 5 ilustra un ejemplo de un período de tiempo para un sistema de transferencia de potencia inalámbrica de la FIG. 1; y
La figura 6 ilustra un ejemplo de un marco temporal para un sistema de transferencia de potencia inalámbrica de acuerdo con algunas realizaciones de la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES
La siguiente descripción se centra en las realizaciones de la invención aplicables a un sistema de transferencia de potencia inalámbrica que utiliza un método de transferencia de potencia tal como aquel conocido de la especificación de Qi. Sin embargo, se apreciará que la invención no se limita a esta aplicación, sino que se puede aplicar a muchos otros sistemas inalámbricos de transferencia de potencia.
La figura 1 ilustra un ejemplo de un sistema de transferencia de potencia de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. El sistema de transferencia de potencia comprende un transmisor de potencia 101 que incluye (o está acoplado a) una bobina del transmisor / inductor 103. El sistema comprende además un receptor de potencia 105 que incluye (o está acoplado a) una bobina receptora/inductor 107.
El sistema proporciona una señal de transferencia de potencia electromagnética que puede transferir potencia inductivamente desde el transmisor 101 de potencia al receptor de potencia 105. Específicamente, el transmisor de potencia 101 genera una señal electromagnética, que se propaga como un flujo magnético por la bobina transmisora o inductor 103. La señal de transferencia de potencia puede corresponder a la componente de transferencia de potencia electromagnética que representa la transferencia de potencia del transmisor de potencia al receptor de potencia, y puede considerarse que corresponde a la componente del campo electromagnético generado que transfiere potencia del transmisor de potencia al receptor de potencia. Por ejemplo, si no hay carga en la bobina receptora 107, el receptor de potencia no extraerá potencia del campo electromagnético generado (aparte de las pérdidas). En este caso, el accionamiento de la bobina transmisora 103 puede generar un campo electromagnético con una intensidad de campo potencialmente alta, pero el nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia será nulo (aparte de las pérdidas). En algunas situaciones, en las que hay un objeto extraño, puede considerarse que la señal de transferencia de potencia incluye un componente correspondiente a la transferencia de potencia al objeto extraño y, por tanto, puede considerarse que la señal de transferencia de potencia corresponde a la potencia que se extrae del campo electromagnético generado por el transmisor de potencia.
La señal de transferencia de potencia puede tener normalmente una frecuencia entre unos 20 kHz y unos 500 kHz, y a menudo para los sistemas compatibles con Qi normalmente en el rango de 95 kHz a 205 kHz (o por ejemplo para aplicaciones de cocina de alta potencia, la frecuencia puede por ejemplo estar normalmente en el rango entre 20kHz a 80kHz). La bobina transmisora 103 y la bobina receptora de potencia 107 están acopladas de manera holgada y, por lo tanto, la bobina receptora de potencia 107 recoge (al menos parte de) la señal de transferencia de potencia del transmisor de potencia 101. Por lo tanto, la potencia se transfiere desde el transmisor de potencia 101 al receptor de potencia 105 mediante un acoplamiento inductivo inalámbrico desde la bobina transmisora 103 a la bobina receptora de potencia 107. El término señal de transferencia de potencia se utiliza principalmente para referirse a la señal inductiva/ campo magnético entre la bobina transmisora 103 y la bobina receptora de potencia 107 (señal de flujo magnético), pero se apreciará que, mediante equivalencia, también puede considerarse y utilizarse como referencia a una señal eléctrica proporcionada a la bobina transmisora 103 o captada por la bobina receptora de potencia 107.
En el ejemplo, el receptor de potencia 105 es específicamente un receptor de potencia que recibe potencia a través de la bobina receptora 107. Sin embargo, en otras realizaciones, el receptor de potencia 105 puede comprender un elemento metálico, tal como un elemento calefactor metálico, en cuyo caso la señal de transferencia de potencia induce directamente corrientes de Foucault que dan como resultado un calentamiento directo del elemento.
El sistema está preparado para transferir niveles de potencia sustanciales, y específicamente el transmisor de potencia puede soportar niveles de potencia superiores a 500mW, 1W, 5W, 50W, 100W o 500W en muchas realizaciones. Por ejemplo, para las aplicaciones correspondientes a Qi, las transferencias de potencia pueden estar normalmente en el rango de potencia de 1-5W para aplicaciones de baja potencia (el perfil de potencia básico), hasta 15W para la versión 1.2 de la especificación Qi, en el rango de hasta 100W para aplicaciones de mayor potencia como herramientas eléctricas, ordenadores portátiles, drones, robots, etc., y por encima de 100 W y hasta más de 1000W para aplicaciones de muy alta potencia, como por ejemplo aplicaciones de cocina.
A continuación, el funcionamiento del transmisor de potencia 101 y el receptor de potencia 105 se describirán con referencia específica a una realización generalmente de acuerdo con la especificación Qi (salvo las modificaciones y mejoras aquí descritas (o consecuentes)) o adecuada para la especificación de cocina de mayor potencia desarrollada por Consorcio de Energía Inalámbrica. En particular, el transmisor de potencia 101 y el receptor de potencia 105 pueden seguir, o ser sustancialmente compatibles con, elementos de la especificación Qi versión 1.0, 1.1 o 1.2 (salvo las modificaciones y mejoras aquí descritas (o consecuentes)).
A continuación, se describirá el funcionamiento del sistema de la figura 1 se describirá con un enfoque específico en la detección de objetos extraños.
En los sistemas de transferencia de potencia inalámbrica, la presencia de un objeto (normalmente un elemento conductor que extrae la potencia de la señal de transferencia de potencia y no forma parte del transmisor de potencia 101 o el receptor de potencia 105, es decir, que es un elemento involuntario, no deseado, y/o que interfiere con la transferencia de potencia) puede ser muy desventajosa durante una transferencia de potencia. Tal objeto no deseado está en el campo conocido como un objeto extraño.
Un objeto extraño no solo puede reducir la eficiencia añadiendo una pérdida de potencia a la operación, sino que también puede degradar la operación de transferencia de potencia en sí (por ejemplo, interfiriendo con la eficiencia de transferencia de potencia o extrayendo la potencia no controlada directamente, por ejemplo, por el bucle de transferencia de potencia). Además, la inducción de corrientes en el objeto extraño (específicamente corrientes parásitas en la pieza metálica de un objeto extraño) puede dar como resultado un calentamiento a menudo muy indeseable del objeto extraño.
Con el fin de abordar tales situaciones, los sistemas de transferencia inalámbrica de potencia como Qi incluyen la función de detección de objetos extraños. Específicamente, el transmisor de potencia comprende la función que busca detectar si hay un objeto extraño presente. Si es así, el transmisor de potencia puede, por ejemplo, terminar la transferencia de potencia o reducir la cantidad máxima de potencia que se puede transferir.
Los métodos actuales propuestos por las especificaciones de Qi se basan en la detección de una pérdida de potencia (mediante la comparación de la potencia transmitida y la potencia recibida reportada) o la detección de degradaciones en la calidad Q del circuito de resonancia de salida. Sin embargo, se ha descubierto que, en el uso actual, estos métodos proporcionan un rendimiento subóptimo en muchos casos, y pueden dar lugar específicamente a una detección inexacta que da lugar a detecciones perdidas y/o falsos positivos cuando se detecta un objeto extraño a pesar de que no haya ningún objeto presente.
La detección de objetos extraños puede realizarse antes de que un receptor de potencia entre en la fase de transferencia de potencia (por ejemplo, durante la inicialización de la transferencia de potencia) o durante la fase de transferencia de potencia. La detección durante la fase de transferencia de potencia se basa a menudo en comparaciones entre la potencia transmitida medida y la potencia recibida, mientras que la detección que tiene lugar antes de la fase de transferencia de potencia se basa a menudo en mediciones de una impedancia reflejada, por ejemplo, midiendo el factor de calidad de la bobina del transmisor utilizando una pequeña señal de medición.
Los inventores se han dado cuenta de que la detección convencional de objetos extraños funciona de forma subóptima y que esto se debe en parte a las variaciones e incertidumbres en las condiciones específicas de funcionamiento y el escenario en el que se realiza la detección de objetos extraños, incluyendo las variaciones e incertidumbres en las propiedades del transmisor de potencia, las propiedades del receptor de potencia, las condiciones de prueba aplicadas, etc.
Un ejemplo de los retos que plantean las pruebas de detección de objetos extraños es el requisito de realizar mediciones suficientemente precisas para lograr una detección de objetos extraños suficientemente fiable. Por ejemplo, si una medición para la detección de un objeto extraño tiene lugar en la fase de selección de una fase de inicialización de la transferencia de potencia Qi, la señal que el transmisor de potencia proporciona para esta medición tiene que ser lo suficientemente pequeña como para no despertar al receptor de potencia. Sin embargo, esto suele dar como resultado relaciones pobres de señal/ruido que conducen a una precisión reducida de la detección. Por lo tanto, el rendimiento de la detección puede ser sensible al nivel específico de la señal aplicado y normalmente habrá requisitos contradictorios.
Un receptor de potencia expuesto a una pequeña señal electromagnética puede presentar una corriente de fuga que depende del nivel de la señal electromagnética, el acoplamiento entre la bobina primaria y secundaria, y el estado de carga de un capacitor en la salida del rectificador. Por lo tanto, esta corriente de fuga puede variar dependiendo de las condiciones reales que se experimenten actualmente y dependiendo de los parámetros específicos (por ejemplo, las propiedades del capacitor) del receptor de potencia individual. Dado que la corriente de fuga influye en la impedancia reflejada en la bobina primaria, la medición del factor de calidad también depende de las condiciones reales y esto suele impedir una detección óptima.
Aún otro problema en la detección de un objeto extraño sobre la base de, por ejemplo, las indicaciones de potencia recibida reportadas en diferentes cargas o niveles de señal puede ser menos fiable de lo deseado debido a que las relaciones entre la potencia transmitida y recibida son diferentes para diferentes cargas y niveles de señales.
El sistema de la FIG. 1 utiliza un método para la detección de objetos extraños que busca reducir la incertidumbre y la sensibilidad a las variaciones, y en consecuencia busca proporcionar una detección mejorada de objetos extraños. El método puede, en muchas realizaciones, proporcionar una detección mejorada de objetos extraños y específicamente puede, en muchas realizaciones, proporcionar una detección de objetos extraños más precisa y/o fiable. El método puede permitir además una baja complejidad y una baja necesidad de recursos. Una ventaja del método es que puede ser adecuado para su inclusión en muchos sistemas existentes, tal como específicamente en un sistema de transferencia de potencia inalámbrica Qi, y de hecho que esto puede lograrse a menudo con pocas modificaciones.
Otra operación que puede verse afectada por las propiedades (y especialmente las variaciones de las propiedades) de la señal de transferencia de potencia es la comunicación entre el receptor de potencia y el transmisor de potencia (en cualquier dirección). Como se describirá más adelante, la comunicación entre el receptor de potencia y el transmisor de potencia suele utilizar la modulación de carga, en la que una carga de la señal de transferencia de potencia por parte del receptor de potencia varía en función de los datos que se van a transmitir. El transmisor de potencia puede entonces detectar las variaciones resultantes en la señal de accionamiento que genera la señal de transferencia de potencia y, a partir de ahí, decodificar los datos transmitidos. Sin embargo, el impacto de la modulación de la carga es difícil de determinar cuando la carga efectiva de la señal de transferencia de potencia por el receptor de potencia es muy alta, y aún más complicado cuando esta carga es variable.
El sistema de la figura 1 utiliza un enfoque para la comunicación que busca reducir la incertidumbre y la sensibilidad, y en consecuencia busca proporcionar un rendimiento de comunicación mejorado, especialmente para la comunicación con modulación de carga desde el receptor de potencia al transmisor de potencia. El enfoque puede, en muchas realizaciones, proporcionar una comunicación mejorada y, específicamente, puede, en muchas realizaciones, proporcionar una comunicación más precisa y/o fiable del receptor de potencia al transmisor de potencia. El método puede permitir además una baja complejidad y una baja necesidad de recursos. Una ventaja del método es que puede ser adecuado para su inclusión en muchos sistemas existentes, tal como específicamente en un sistema de transferencia de potencia inalámbrica Qi, y de hecho que esto puede lograrse a menudo con pocas modificaciones.
Como se describirá con más detalle a continuación, el enfoque utiliza un enfoque de división del tiempo durante la fase de transferencia de potencia en la que las operaciones, como la detección y comunicación de objetos extraños, y la transferencia de potencia pueden, por ejemplo, realizarse en diferentes intervalos de tiempo, lo que permite reducir sustancialmente la interferencia entre ellas (específicamente el impacto de la transferencia de potencia en la detección/comunicación de objetos extraños).
Específicamente, para el sistema de transferencia de potencia inalámbrica, la señal de transferencia de potencia está sujeta a un marco temporal repetitivo que comprende al menos un intervalo de tiempo de transferencia de potencia y un intervalo de tiempo de potencia reducida.
El nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia se reduce durante el intervalo de tiempo de potencia reducida en relación con el intervalo de tiempo de transferencia de potencia, y normalmente la potencia máxima permitida es no menos de 5, 10 o 50 veces menor que el nivel de potencia durante el intervalo de tiempo de potencia reducida que durante el intervalo de tiempo de transferencia de potencia. La reducción del nivel de potencia puede ser el resultado de acciones en el transmisor de potencia y/o en el receptor de potencia. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el transmisor de potencia puede estar dispuesto para desconectar la señal de transferencia de potencia durante el intervalo de tiempo de potencia reducida y/o el receptor de potencia puede estar dispuesto para desconectar la carga durante el intervalo de tiempo de potencia reducida.
El transmisor de potencia (y normalmente el receptor de potencia) puede entonces disponer que se realicen una o más operaciones (funciones, procesos, procedimientos) durante el intervalo de tiempo de potencia reducida, es decir, puede sincronizar la ejecución de una o más operaciones del transmisor de potencia para que ocurran durante el intervalo de tiempo de potencia reducida. Por ejemplo, puede sincronizar normalmente la ejecución de la detección de objetos extraños, y posiblemente la comunicación, para que se produzca durante el intervalo de tiempo de potencia reducida. De esta manera, se puede lograr que el impacto de la transferencia de potencia y la señal de transferencia de potencia en la operación dada, específicamente la detección de objetos extraños y la comunicación, puede ser reducido y a menudo minimizado.
La figura 2 ilustra los elementos del transmisor de potencia 101 y la FIG. 3 ilustra los elementos del receptor de potencia 105 de la FIG. 1 en forma más detallada.
El transmisor de potencia 101 incluye un accionador 201 que puede generar una señal de accionamiento que es alimentada a la bobina del transmisor 103 que a su vez genera la señal de transferencia de potencia electromagnética, que puede proporcionar una transferencia de potencia al receptor de potencia 105. La señal de transferencia de potencia se proporciona (al menos) durante los intervalos de tiempo de transferencia de potencia de la fase de transferencia de potencia.
El accionador 201 puede normalmente comprender un circuito de salida en forma de un inversor, normalmente formado por el accionamiento de medio puente o de puente completo como es bien sabido por el experto en la técnica.
El transmisor de potencia 101 comprende además un controlador del transmisor de potencia 203 que está dispuesto para controlar el funcionamiento del transmisor de potencia 101 de acuerdo con los principios de funcionamiento deseados. Específicamente, el transmisor de potencia 101 puede incluir muchas de las funciones necesarias para realizar el control de potencia de acuerdo con las especificaciones de Qi.
El controlador del transmisor de potencia 203 está especialmente dispuesto para controlar la generación de la señal de accionamiento por el accionador 201, y puede controlar específicamente el nivel de potencia de la señal de accionamiento, y en consecuencia el nivel de la señal de transferencia de potencia generada. El controlador del transmisor de potencia 203 comprende un controlador de potencia de bucle que controla un nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia como respuesta a los mensajes de control de potencia recibidos del receptor de potencia 105 durante la fase de control de potencia.
Para recibir datos y mensajes del receptor de potencia 105, el transmisor de potencia 101 comprende un primer comunicador 205 que está dispuesto para recibir datos y mensajes del receptor de potencia 105 (como apreciará el experto, un mensaje de datos puede proporcionar uno o más bits de información). En el ejemplo, el receptor de potencia 105 está dispuesto para modular la carga de la señal de transferencia de potencia generada por la bobina transmisora 103, y el primer comunicador 205 está dispuesto para detectar las variaciones de la tensión y/o la corriente de la bobina transmisora 103 y para demodular la modulación de la carga basándose en ellas. El experto conocerá los principios de la modulación de la carga, tal y como se utiliza, por ejemplo, en los sistemas de transferencia de potencia inalámbrica Qi, por lo que no se describirán con más detalle.
En muchas realizaciones, el primer comunicador 205 está dispuesto además para transmitir datos al receptor de potencia 105, y puede estar dispuesto específicamente para modular la señal de transferencia de potencia utilizando modulación de frecuencia, amplitud o fase.
En algunas realizaciones, la comunicación se puede realizar usando un canal de comunicación separado que se puede lograr usando una bobina de comunicación separada, o de hecho usando la bobina transmisora 103. Por ejemplo, en algunas realizaciones puede implementarse la comunicación de campo cercano o puede superponerse una portadora de alta frecuencia (por ejemplo, con una frecuencia portadora de 13,56 MHz) a la señal de transferencia de potencia.
En el sistema de las figuras 1-3, la comunicación se realiza durante la fase de transferencia de potencia en intervalos de tiempo de potencia reducida. Específicamente, algunos o incluso todos los intervalos de tiempo de potencia reducida pueden ser intervalos de tiempo de comunicación en los que se realiza la comunicación entre el transmisor de potencia 101 y el receptor de potencia 105. Específicamente, el controlador del transmisor 203 puede comprender/implementar un sincronizador 206 que está dispuesto para sincronizar el primer comunicador 205 de tal manera que la operación de comunicación (normalmente tanto la recepción como la transmisión de datos) se realiza en (y normalmente sólo en) los intervalos de tiempo de comunicación de la fase de transferencia de potencia, es decir, en los intervalos de tiempo de potencia reducida que se asignan para la comunicación.
Esto puede mejorar sustancialmente el rendimiento de la comunicación.
Además, el transmisor de potencia 101 comprende un detector de objetos extraños 207 que está dispuesto para realizar pruebas de detección de objetos extraños, es decir, para detectar específicamente si es probable que algún elemento conductor no deseado esté presente dentro del campo electromagnético generado.
En el sistema, las pruebas de detección de objetos extraños se basan en las mediciones realizadas durante los intervalos de tiempo de detección de objetos extraños, es decir, durante los intervalos de tiempo de potencia reducida que se asignan a la detección de objetos extraños.
En el ejemplo, la señal de transferencia de potencia electromagnética y la señal de prueba electromagnética utilizadas para la detección de objetos extraños son generadas por dos bobinas diferentes (accionadas por diferentes accionadores). Además, las señales se denominarán con términos diferentes, a saber, la señal electromagnética generada durante los intervalos de tiempo de transferencia de potencia se denominará señal de transferencia de potencia y la señal electromagnética generada durante los intervalos de tiempo de detección de objetos extraños se denominará señal electromagnética de prueba, o simplemente señal de prueba. Sin embargo, se apreciará que en muchas realizaciones, la señal electromagnética puede ser generada desde la misma bobina tanto en el intervalo de tiempo de transferencia de potencia como en el intervalo de tiempo de detección de objetos extraños, y, de hecho, puede utilizarse el mismo accionador, etc. tanto para el intervalo de tiempo de transferencia de potencia como para el intervalo de tiempo de detección de objetos extraños. De hecho, las referencias a las señales de prueba pueden en muchas realizaciones ser consideradas equivalentes a la señal de transferencia de potencia durante el intervalo de tiempo de detección de objetos extraños.
Durante los intervalos de tiempo de detección de objetos extraños, el nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia se reduce, por ejemplo, desconectando el receptor de potencia su carga y reduciendo la carga global de la señal de transferencia de potencia. En muchas realizaciones, el receptor de potencia 105 puede estar dispuesto para minimizar la carga de la señal de transferencia de potencia para que sólo corresponda a la carga resultante del metal amigable (partes metálicas del propio receptor de potencia) y posiblemente una pequeña cantidad de potencia utilizada por la funcionalidad de control del receptor de potencia. El receptor de potencia puede a menudo desconectar completamente la carga objetivo de la señal de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de potencia reducida. Esto puede, por ejemplo, reducir a menudo la carga de la señal de transferencia de potencia de, por ejemplo, 5-50W durante los intervalos de tiempo de transferencia de potencia a menos de 500mW durante los intervalos de tiempo de potencia reducida.
Cabe señalar que el nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia puede reducirse sin que ello suponga (o sea causado por) una reducción de la intensidad del campo electromagnético generado. Por ejemplo, la desconexión de la carga por parte del receptor de potencia dará lugar a una reducción de la cantidad de potencia extraída del campo electromagnético y de la señal de transferencia de potencia, y por tanto de la señal de accionamiento de la bobina transmisora 103. Sin embargo, esto no tiene por qué dar lugar a una reducción de la intensidad de campo generada y, de hecho, puede dar lugar a una gran intensidad de campo, ya que se reduce el campo electromagnético opuesto causado por la corriente en la bobina receptora 107.
Por lo tanto, en muchas realizaciones, los intervalos de tiempo de potencia reducida se caracterizan por una transferencia de potencia reducida del transmisor de potencia al receptor de potencia en comparación con la que se produce durante los intervalos de tiempo de transferencia de potencia (o al menos por una transferencia de potencia máxima posible/disponible reducida del transmisor de potencia al receptor de potencia en comparación con la transferencia de potencia máxima posible/disponible durante los intervalos de tiempo de transferencia de potencia). Sin embargo, la intensidad del campo electromagnético generado por la bobina transmisora 103 puede permanecer igual o incluso aumentar.
De hecho, en muchas realizaciones en las que la detección de objetos extraños se basa en la medición de la carga del campo electromagnético generado por la bobina transmisora 103, puede ser deseable adaptar la señal de accionamiento de manera que el campo electromagnético generado tenga una intensidad de campo adecuada para realizar la operación prevista durante el intervalo de potencia reducido. Esto puede ser incluso una intensidad de campo más alta que durante el intervalo de tiempo de transferencia de potencia, pero la cantidad de potencia que se transfiere se reduce debido a que normalmente el receptor de potencia desconecta la carga.
Aunque, en algunas realizaciones, puede ser posible simplemente no cambiar los parámetros de la señal de accionamiento, la señal de accionamiento se adapta normalmente durante el intervalo de tiempo de potencia reducida en el que se reduce la carga del receptor de potencia. La desconexión de la carga dará lugar a una menor amortiguación de la bobina transmisora 103 y, en consecuencia, los parámetros de accionamiento no modificados darán lugar a un aumento de la corriente en la bobina transmisora 103/circuito de resonancia de salida. Esto dará lugar a una mayor tensión inducida en la bobina receptora 107, lo que en algunas situaciones puede dar lugar a condiciones de sobretensión. Este escenario puede ser abordado, por ejemplo, cambiando los parámetros de la señal de accionamiento para reducir la amplitud de la señal de accionamiento durante el intervalo de tiempo de potencia reducida.
La carga reducida permite una detección de objetos extraños mucho más precisa en muchas situaciones. Resultará en que la potencia disipada en un objeto extraño sea una proporción mucho mayor de la disipación de potencia total, y de hecho normalmente en que la potencia disipada del objeto extraño exceda la potencia disipada en el receptor de potencia, haciendo así la detección de esta disipación de potencia del objeto extraño mucho más fácil.
En muchas realizaciones, el controlador del transmisor 203 está dispuesto para reducir el nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de detección de objetos extraños, y específicamente puede apagar completamente la señal de transferencia de potencia (especialmente en el ejemplo de utilizar diferentes bobinas para generar la señal de transferencia de potencia y la señal de prueba electromagnética para la detección de objetos extraños).
Durante un intervalo en el que se realiza la detección de objetos extraños, es decir, durante un intervalo de tiempo de detección de objetos extraños, el detector de objetos extraños 207 puede evaluar las condiciones para determinar si un objeto extraño se considera presente o no. Durante el intervalo de tiempo de detección de objetos extraños, el transmisor de potencia 101 genera una señal de prueba electromagnética y la detección de objetos extraños se basa en la evaluación de las características y propiedades de esta señal.
Por ejemplo, el nivel de potencia de (la potencia extraída de) la señal de prueba generada puede usarse como una indicación de la potencia que es extraída por posibles objetos extraños (normalmente comparándolo con la extracción de potencia esperada del receptor de potencia 105). El nivel de potencia de la señal de prueba electromagnética refleja la potencia extraída de la señal de prueba electromagnética por elementos conductores (incluida la bobina receptora 107) en el campo electromagnético. Así, indica la potencia extraída por la combinación del receptor de potencia 105, así como cualquier objeto extraño que pueda estar presente. La diferencia entre el nivel de potencia de la señal electromagnética y la potencia extraída por el receptor de potencia 105 refleja en consecuencia la potencia extraída por cualquier objeto extraño presente. La detección de objetos extraños puede ser, por ejemplo, una detección de baja complejidad en la que se considera que se ha producido una detección de un objeto extraño si la diferencia entre el nivel de potencia de la señal electromagnética (en adelante, el nivel de potencia de transmisión) excede la potencia reportada extraída por el receptor de potencia 105 (en adelante, el nivel de potencia recibida).
En el enfoque, la detección de objetos extraños se basa, en consecuencia, en una comparación del nivel de potencia entre un nivel de potencia transmitido y un nivel de potencia recibido informado. La reacción a una detección de un objeto extraño puede ser diferente en diferentes realizaciones. Sin embargo, en muchas realizaciones, el transmisor de potencia 101 puede estar dispuesto para terminar una transferencia de potencia (por lo menos temporalmente) como respuesta a una detección de un objeto extraño.
Para generar la señal de prueba, el transmisor de potencia 101 comprende una bobina de prueba 209 que se acopla a un generador de prueba 211. El generador de prueba 211 está dispuesto para generar una señal de prueba de accionamiento para la bobina de prueba 209 para proporcionar la señal de prueba electromagnética durante el intervalo de tiempo de detección de objetos extraños. La señal de accionamiento de prueba es una señal eléctrica que se envía a la bobina de prueba 209, lo que genera la señal de prueba electromagnética, es decir, la bobina de prueba 209 genera un campo electromagnético correspondiente con una intensidad de campo en función de la señal de accionamiento de prueba.
El generador de prueba 211 puede comprender sustancialmente la misma funcionalidad que el accionador 201, por ejemplo, la salida del generador de prueba 211 puede ser un inversor de medio puente o de puente completo. De hecho, como se mencionó anteriormente, en muchas realizaciones, el generador de prueba 211 puede ser implementado por el accionador 201 y la bobina de prueba 209 puede ser implementada por la bobina del transmisor 103. En consecuencia, en lo que sigue, todas las referencias al generador de prueba 211 y a la bobina de prueba 209 pueden considerarse, según proceda, como referencias al conductor 201 y a la bobina transmisora 103 para las realizaciones en las que se utiliza la misma bobina para la generación tanto de la señal de transferencia de potencia como de la señal electromagnética de prueba. En tal situación, la potencia de la señal electromagnética generada puede adaptarse a un nivel de referencia fijo durante el intervalo de tiempo de detección de objetos extraños.
El transmisor de potencia comprende además un adaptador 213 que, como se describirá con más detalle más adelante, está dispuesto para adaptar una propiedad de temporización de los intervalos de tiempo de potencia reducida en respuesta a uno o más mensajes recibidos del receptor de potencia.
La figura 3 ilustra algunos elementos ejemplares del receptor de potencia 105.
La bobina receptora 107 está acoplada a un controlador del receptor de potencia 301 que acopla la bobina receptora 107 a una carga 303 mediante un interruptor 305 (es decir, es una carga conmutable 305). El controlador del receptor de potencia 301 incluye una ruta de control de potencia que convierte la potencia extraída por la bobina del receptor 107 en una fuente adecuada para la carga. Además, el controlador del receptor de potencia 301 puede incluir varias funciones del controlador del receptor de potencia necesarias para realizar la transferencia de potencia y, en particular, las funciones necesarias para realizar la transferencia de potencia según las especificaciones Qi. Para soportar la comunicación del receptor de potencia 105 con el transmisor de potencia 101, el receptor de potencia 105 comprende un segundo comunicador 307.
El segundo comunicador 307 está dispuesto para transmitir datos al transmisor de potencia mediante la variación de la carga de la bobina receptora 107 en respuesta a los datos que deben transmitirse al transmisor de potencia 101. Como sabrá el experto en la técnica, las variaciones de carga son detectadas y demoduladas por el transmisor de potencia 101.
En el ejemplo, el segundo comunicador 307 está dispuesto además para demodular la amplitud, la frecuencia y/o la modulación de fase de la señal de transferencia de potencia con el fin de recuperar los datos transmitidos desde el transmisor de potencia.
El controlador del receptor de potencia 301 está dispuesto además para controlar el segundo comunicador 307 de manera que la comunicación durante la fase de transferencia de potencia se realice en los intervalos de comunicación, es decir, durante los intervalos de tiempo en los que se reduce el nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia.
Así, de forma similar al primer comunicador que sincroniza la comunicación con el receptor de potencia para que se produzca durante los intervalos de tiempo de potencia reducida, el segundo comunicador también sincroniza la comunicación con el transmisor de potencia para que se produzca durante los intervalos de tiempo de potencia reducida.
La figura 4 ilustra un diagrama de circuitos de elementos de un ejemplo de una ruta de alimentación del receptor de potencia 105. En el ejemplo, el receptor de potencia 105 comprende la bobina del receptor 107 a la que se hace referencia como LRX. En el ejemplo, la bobina del receptor 107 es parte de un circuito de resonancia y el receptor de potencia 105 también incluye, por ende, un capacitor de resonancia CRX. La bobina del receptor 107 está sometida a la señal electromagnética y, en consecuencia, un voltaje/corriente CA es inducida en la bobina. El circuito de resonancia está acoplado a un puente rectificador con un capacitor de filtrado C1 acoplado a la salida del puente. Por lo tanto, se genera un voltaje de CC sobre el capacitor C1. La magnitud de la fluctuación en el voltaje de CC dependerá del tamaño del capacitor de filtrado así como de la carga.
El puente B1 y el capacitor de filtrado C1 están acoplados a la carga 303 que se indica mediante el signo de referencia RL a través del interruptor 305 que se ilustra con el interruptor S1. Por lo tanto, el interruptor 305 puede utilizarse para conectar o desconectar la carga de la ruta de alimentación y, por tanto, la carga es una carga conmutable 305. Se apreciará que mientras que el interruptor S1 se muestra como un interruptor convencional, por supuesto puede ser implementado por cualquier medio adecuado, incluyendo típicamente por un MOSFET. También se apreciará que la carga 303 se ilustra como un simple puerto pasivo, pero que por supuesto puede ser cualquier carga adecuada. Por ejemplo, la carga 303 puede ser una batería a cargar, un teléfono móvil, u otro dispositivo de comunicación o de computación, puede ser una simple carga pasiva, etc. De hecho, la carga 303 no necesita ser una carga externa o interna dedicada, pero puede por ejemplo incluir elementos del propio receptor de potencia 105. Por lo tanto, la carga 303 ilustrada en las figuras3 y 4 puede considerarse que representa cualquier de: la carga de la bobina del receptor 107/ la señal electromagnética que puede desconectarse mediante el interruptor 305/S1, y por lo tanto también se denomina carga conmutable 305.
La figura 4 ilustra además un capacitor de modulación de carga C2 que puede conectarse o desconectarse en paralelo al circuito de resonancia basado en la conmutación del interruptor S2. El segundo comunicador 307 puede estar dispuesto para controlar el interruptor S2 de manera que la carga del condensador de modulación C2 pueda conectarse y desconectarse en respuesta a los datos que se transmiten al transmisor de potencia 101, proporcionando así modulación de carga.
El receptor de potencia 105 está dispuesto para entrar en un modo de potencia reducida durante el intervalo o los intervalos de tiempo de potencia reducida de cada marco de tiempo durante la fase de transferencia de potencia. En el ejemplo, el receptor de potencia 105 comprende un controlador de carga 309 que controla el interruptor 305 (de forma equivalente, el interruptor 305 puede considerarse parte del controlador de carga). Durante un intervalo de tiempo de potencia reducida, el controlador de carga 309 puede desconectar la carga 303 del receptor de potencia, es decir, desconecta una carga del controlador del receptor de potencia 301, y por tanto una carga de la bobina del receptor 107. De este modo, el controlador de carga 309 puede reducir la carga de la bobina receptora 107 durante el intervalo de tiempo de potencia reducida. Además, no sólo se reduce la carga del receptor de potencia 105, lo que facilita la detección de otras pérdidas de potencia o la detección de la modulación, sino que, lo que es más importante, el receptor de potencia 105 entra en un estado más definido o seguro en el que se reduce el impacto de las variaciones de carga en la señal de prueba electromagnética.
Se apreciará que la carga de la bobina receptora 107 puede no estar completamente desconectada durante el intervalo de detección de objetos extraños. Por ejemplo, el receptor de potencia 105 puede extraer potencia para, por ejemplo, operar algunos circuitos internos. Así, el controlador de carga 309 puede estar dispuesto para desconectar una carga de la carga de la bobina receptora 107 mientras que todavía permite que la bobina receptora 107 sea cargada por una o más cargas. De hecho, la carga de la bobina del receptor 107 puede considerarse como una carga que es desconectada por el controlador de carga 309 durante el intervalo de detección de objetos extraños y una carga que no es desconectada por el controlador de carga 309. Por lo tanto, la carga 303 puede considerarse que representa la carga que es desconectada por la bobina del receptor 107 durante el intervalo de detección de objetos extraños. Esta carga puede incluir una carga externa o interna para la que se establece la transferencia de potencia, pero también puede incluir, por ejemplo, la funcionalidad de control interno temporalmente desactivada durante el intervalo de detección de objetos extraños.
En algunas realizaciones, la carga conmutable puede, por ejemplo, desconectarse mediante una reducción del voltaje inducido en la entrada del rectificador B1, manteniendo al mismo tiempo un alto nivel de voltaje en la salida del rectificador mediante potencia almacenada en la carga conmutable (que podría ser una batería), y/o en el capacitor C1. Esto puede detener la corriente a través del rectificador B1 y, por lo tanto, puede desconectar eficazmente la carga conmutable.
El receptor de potencia 105 incluye un controlador de potencia 311 que está dispuesto para establecer un bucle de control de potencia con el transmisor de potencia 101. Específicamente, el controlador de potencia 311 puede transmitir mensajes de control de potencia al transmisor de potencia 101 y como respuesta al transmisor de potencia 101 puede cambiar el nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de transferencia de potencia. Normalmente, el controlador de potencia 311 puede generar mensajes de error de control de potencia que indican una solicitud para que el transmisor de potencia 101 aumente o disminuya el nivel de potencia. El controlador de potencia 311 puede determinar los mensajes de error apropiados comparando un valor medido con un valor de referencia. Durante la transferencia de potencia, el controlador de potencia 311 puede comparar el nivel de potencia proporcionado con el nivel de potencia requerido y solicitar un nivel de potencia aumentado o reducido basado en esta comparación.
Como se ha mencionado anteriormente, el sistema aplica un marco temporal repetitivo durante la fase de transferencia de potencia, donde el marco temporal comprende al menos un intervalo de tiempo de transferencia de potencia y un intervalo de tiempo de potencia reducida. Un ejemplo de un período de tiempo de repetición de este tipo se ilustra en la figura 5 donde los intervalos de tiempo de transferencia de potencia se indican con PT y los intervalos de tiempo de potencia reducida se indican con D. En el ejemplo, cada marco de tiempo FRM comprende sólo un intervalo de tiempo de potencia reducida y un intervalo de tiempo de transferencia de potencia. Sin embargo, se apreciará que en otras realizaciones, otros intervalos de tiempo también pueden ser incluidos en un marco de tiempo o una pluralidad de intervalos de tiempo de potencia reducida y/o intervalos de tiempo de transferencia de potencia pueden ser incluidos en cada marco de tiempo. Específicamente, un marco de tiempo de repetición puede comprender diferentes tipos de intervalos de tiempo de potencia reducida, tales como uno o más intervalos de tiempo de detección de objetos extraños y uno o más intervalos de tiempo de comunicación.
En el enfoque, las operaciones como la detección de objetos extraños y/o la comunicación pueden realizarse en los intervalos de tiempo de potencia reducida, y por lo tanto la detección/comunicación de objetos extraños y la transferencia de potencia pueden estar separadas en el dominio del tiempo, lo que resulta en una menor interferencia cruzada de la transferencia de potencia a la detección/comunicación de objetos extraños. Así, la variabilidad y la incertidumbre resultantes de las variaciones en las condiciones de funcionamiento de la transferencia de potencia pueden aislarse de la detección/comunicación de objetos extraños, lo que da lugar a una detección/comunicación de objetos extraños más fiable y precisa.
En la fase de transferencia de potencia, el transmisor de potencia está así dispuesto para realizar la transferencia de potencia durante el intervalo de tiempo de transferencia de potencia de los marcos de tiempo de la fase de transferencia de potencia. Específicamente, durante estos intervalos de tiempo, el transmisor de potencia y el receptor de potencia pueden operar un bucle de control de potencia (el bucle de control de potencia puede basarse en la comunicación dentro de los intervalos de tiempo de comunicación correspondientes a los intervalos de tiempo de repetición). Por lo tanto, el nivel de la potencia que se transfiere puede variar dinámicamente.
En los intervalos de tiempo de potencia reducida de los marcos temporales de la fase de transferencia de potencia, el nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia (específicamente el nivel de potencia transferido al receptor de potencia) se reduce, y a menudo se minimiza. Esto puede lograrse mediante el transmisor de potencia, por ejemplo, limitando la señal de transmisión (por ejemplo, desconectándola completamente) y/o mediante el receptor de potencia, por ejemplo, desconectando la carga objetivo.
En muchas realizaciones, especialmente cuando se utiliza la misma bobina tanto para la señal de transferencia de potencia como para la señal de prueba electromagnética utilizada para la detección de objetos extraños, el transmisor de potencia puede estar dispuesto para reducir el nivel de la señal de transferencia de potencia durante el intervalo de tiempo de potencia reducida en relación con el nivel durante el intervalo de tiempo de transferencia de potencia. En muchas situaciones, el nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia puede aumentar a niveles altos, tales como por ejemplo, a niveles de 10-100W, o incluso sustancialmente más altos en muchas aplicaciones (por ejemplo, para la transferencia de potencia a aparatos de cocina). Sin embargo, durante un intervalo de tiempo de potencia reducida, el nivel de potencia de la señal electromagnética generada puede reducirse a un nivel predeterminado que es mucho más bajo que la potencia actual o máxima permitida durante el intervalo de tiempo de transferencia de potencia. Por ejemplo, el nivel de potencia puede establecerse a un nivel predeterminado que no exceda de 1W. En otras palabras, la potencia de la señal de prueba electromagnética durante el intervalo de tiempo de detección de objetos extraños puede estar limitada a un nivel de potencia que sea sustancialmente (por ejemplo, por un factor de no menos de 2, 5, o 10) inferior a un nivel de potencia máximo permitido de la señal de transferencia de potencia durante el intervalo de tiempo de transferencia de potencia.
Como se ha mencionado anteriormente, la reducción del nivel de potencia no tiene por qué corresponder a una reducción de la intensidad del campo electromagnético generado. Por ejemplo, el nivel de transferencia de potencia puede reducirse significativamente al reducirse la carga del campo por el receptor de potencia, por ejemplo, al desconectar la carga 303. Con referencia a la figura 4, esto puede lograrse, por ejemplo, mediante una pequeña reducción de la intensidad de campo que dé lugar a que la tensión inducida (en LRX) permanezca por debajo de la tensión del condensador (C1), lo que hace que el puente rectificador (B1) aísle efectivamente el condensador (C1) de la bobina receptora (LRX), dando lugar a una desconexión intrínseca efectiva de la carga (RL).
Puede ser deseable mantener la intensidad del campo magnético relativamente alta para medir una disipación de potencia suficiente en un objeto extraño, y por lo tanto para facilitar y mejorar la detección de objetos extraños.
Alternativa o adicionalmente, el receptor de potencia 105 puede estar dispuesto para reducir la carga de la señal/campo electromagnético generado durante el intervalo de tiempo de potencia reducida en relación con el nivel durante el intervalo de tiempo de transferencia de potencia, es decir, el receptor de potencia 105 está dispuesto para disminuir la carga del receptor de potencia 105 de la señal electromagnética de prueba durante el intervalo de tiempo de potencia reducida en relación con la carga de la señal de transferencia de potencia durante el intervalo de tiempo de transferencia de potencia. Específicamente, en el ejemplo de la FIG. 3 el controlador de carga 309 y el interruptor 305 pueden estar dispuestos para desconectar la carga conmutable 303 durante el intervalo de tiempo de detección de objetos extraños y para conectarla durante el intervalo de tiempo de transferencia de potencia. Así, durante el intervalo de tiempo de potencia reducida, el receptor de potencia 105 puede desconectar (normalmente) la carga principal/de destino y, de hecho, en muchas realizaciones sólo se puede mantener una carga mínima necesaria para el funcionamiento continuado del receptor de potencia 105.
En el ejemplo de la FIG. 4, puede utilizarse el interruptor S1 para desconectar la carga durante el intervalo de tiempo de detección de objetos extraños. Se apreciará que en las realizaciones en las que la carga conmutable 303 requiere un suministro de potencia más constante, el interruptor S1 puede colocarse antes del condensador C1 o puede proporcionarse otro depósito de potencia después del interruptor S1 para suministrar potencia a la carga conmutable 303 durante el intervalo de tiempo de detección de objetos extraños (o p. ej. Por ejemplo, se puede utilizar el enfoque descrito anteriormente de reducir la tensión inducida en la entrada del rectificador B1 mientras se mantiene un nivel de tensión alto en la salida del rectificador B1 por medio de la potencia almacenada en la carga conmutable (por ejemplo, una batería), y/o en el condensador C1).
El receptor de potencia 105 puede, en consecuencia, reducir una carga del receptor de potencia durante un intervalo de tiempo de potencia reducida. Específicamente, la carga de la señal de prueba electromagnética por el receptor de potencia durante el intervalo de tiempo de detección de objetos extraños será menor que la carga de la señal de transferencia de potencia por el receptor de potencia durante el intervalo de tiempo de transferencia de potencia (la carga puede considerarse, por ejemplo, la impedancia resistiva efectiva de la bobina del transmisor 103 y la bobina de prueba 209 respectivamente durante el intervalo de tiempo de transferencia de potencia y el intervalo de tiempo de detección de objetos extraños, respectivamente). Normalmente, la señal de transferencia de potencia y la señal de prueba electromagnética tendrán las propiedades correspondientes y, por lo tanto, ambas inducen una señal en la bobina del receptor 107. Por lo tanto, la desconexión de la carga conmutable 303 durante el intervalo de tiempo de detección de objetos extraños reducirá la carga de la señal de prueba electromagnética en relación con la carga que experimenta la señal de transferencia de potencia (y por lo tanto será experimentada por una señal de prueba electromagnética) generada durante el intervalo de tiempo de transferencia de potencia cuando la carga está conectada.
La desconexión de la carga conmutable 303 no solo reduce la carga de la señal de prueba electromagnética, sino que también puede permitir que esta carga sea más predecible y tenga una variación reducida. Normalmente, la carga de un transmisor de potencia por un receptor de potencia puede variar sustancialmente no solo de una aplicación a otra, sino también en función del tiempo para la misma aplicación y sesión de transferencia de potencia. El bucle de control de potencia se acciona durante la fase de transferencia de potencia para adaptarse a dichas variaciones. Sin embargo, al introducir un intervalo de tiempo de potencia reducida en el que la carga puede desconectarse (o ajustarse de otro modo, por ejemplo, a un nivel predeterminado), es posible introducir el receptor de potencia en un modo de referencia en el que la carga del campo electromagnético es más predecible. Así, por ejemplo, las pruebas de detección de objetos extraños se pueden realizar basándose en el supuesto de que el receptor de potencia está en este modo de referencia o prueba, y por lo tanto, por ejemplo, se puede asumir una carga predeterminada de la señal de prueba electromagnética. Por lo tanto, el método no solo puede permitir que la carga por el receptor de potencia 105 se reduzca (mejorando así la precisión al ser mayor el impacto relativo de cualquier objeto extraño) sino que también permite que esto sea más predecible, facilitando así la compensación de la presencia del receptor de potencia durante la prueba de detección de objetos extraños.
Por lo tanto, el sistema de las figuras 1- 4 proporciona un método de prueba de detección de objetos extraños mucho mejor donde las pruebas de detección de objetos extraños se realizan en condiciones mucho más controladas, permitiendo así que se realicen pruebas de detección de objetos extraños más precisas y fiables. Del mismo modo, proporciona un entorno que permite una comunicación mejorada con menos interferencias causadas por la operación de transferencia de potencia.
En muchas realizaciones, el intervalo de tiempo de potencia reducida puede comprender tanto un intervalo de tiempo de comunicación como un intervalo de tiempo de detección de objetos extraños.
En el sistema de la figura 1, el transmisor de potencia y el receptor de potencia están dispuestos para variar las propiedades de temporización del intervalo de tiempo de potencia reducida del marco de tiempo de repetición basado en la comunicación entre las dos entidades.
Específicamente, el transmisor de potencia comprende un adaptador 213 para adaptar una propiedad de temporización del intervalo de tiempo de potencia reducida en respuesta a al menos un primer mensaje recibido del receptor de potencia.
En muchas realizaciones, el receptor de potencia puede transmitir uno o más mensajes al transmisor de potencia solicitando una propiedad de temporización específica de los intervalos de tiempo de potencia reducida. El transmisor de potencia y el receptor de potencia pueden entonces proceder a aplicar estos ajustes de temporización para la operación consecuente.
En muchas realizaciones, el transmisor de potencia y el receptor de potencia pueden, en particular, estar dispuestos a comunicarse para establecer una duración de los intervalos de tiempo de potencia reducida y/o la duración entre intervalos de tiempo de potencia reducida, y normalmente la duración entre intervalos de tiempo de potencia reducida consecutivos.
El enfoque puede proporcionar una mejor compensación y, en particular, puede permitir que la operación se adapte a las propiedades específicas de los dispositivos individuales y, en muchas realizaciones, a las características específicas de la operación de transferencia de potencia individual. Por ejemplo, la temporización puede adaptarse para reflejar el nivel de potencia de la transferencia de potencia.
El enfoque puede tener en cuenta que la duración del intervalo de tiempo de potencia reducida puede afectar al comportamiento no sólo del transmisor de potencia y del receptor de potencia, sino también, potencialmente, de la carga final, como, por ejemplo, un dispositivo alimentado desde el receptor de potencia.
A menudo, si el intervalo de tiempo de potencia reducida es demasiado largo, el dispositivo puede sufrir una disminución de la tensión de alimentación efectiva. Esto es especialmente relevante cuando el almacenamiento de la potencia del dispositivo es limitado, como por ejemplo cuando un condensador en la entrada del dispositivo (salida del receptor de potencia) es más pequeño de lo deseado. El dispositivo debe ser capaz de salvar el tiempo durante el cual se interrumpe la transferencia de potencia, y esto requiere normalmente un condensador que es relativamente grande (se observará que en muchas realizaciones, el receptor de potencia puede comprender en sí mismo un condensador de este tipo, así como potencialmente la regulación de la tensión para proporcionar una tensión de salida constante. Sin embargo, esto sólo significa que el problema descrito será relevante para el receptor de potencia en lugar del dispositivo de carga externa).
Si el espacio de tiempo es demasiado corto, es posible que el transmisor de potencia no pueda realizar la operación específica de forma aceptable. Por ejemplo, es posible que el transmisor de potencia no pueda realizar una medición de FOD con suficiente precisión, por ejemplo, porque la señal de medición no se ha estabilizado cuando se ejecutan las mediciones, o porque se puede tomar un número insuficiente de muestras. Como otro ejemplo, un intervalo de tiempo de potencia reducida que es demasiado corto puede no proporcionar un ancho de banda de comunicación suficiente, por ejemplo, puede no ser posible comunicar suficientes datos para apoyar la presentación de informes de control de potencia y el suministro de otros resultados de medición.
La duración óptima del intervalo de tiempo de potencia reducida puede depender, en consecuencia, de una serie de características y propiedades, tales como los parámetros de funcionamiento específicos y la implementación del receptor de potencia. En algunas realizaciones, el receptor de potencia puede transmitir un mensaje al transmisor de potencia y el transmisor de potencia puede estar preparado para adaptar el tiempo del intervalo de potencia reducida en respuesta a este mensaje.
El mensaje puede ser específicamente una solicitud de una duración determinada del intervalo de tiempo de potencia reducida. En muchas realizaciones, el receptor de potencia puede evaluar las condiciones de funcionamiento, como la potencia que consume la carga externa, y puede calcular un tiempo máximo durante el cual el depósito de potencia/condensador es capaz de mantener una carga suficiente para evitar que la tensión de alimentación de la carga caiga demasiado. Por ejemplo, la duración máxima puede ser el doble para una carga de 1A en comparación con una carga de 2A. El receptor de potencia puede, por tanto, transmitir una solicitud para una duración que es dos veces mayor para una carga de 2A que para una carga de 1A.
Como otro ejemplo, los valores adecuados para la duración del intervalo de tiempo de potencia reducida pueden ser predeterminados para el receptor de potencia, por ejemplo durante la fase de fabricación. Por ejemplo, el receptor de potencia puede ser un cargador de baterías con una corriente de carga máxima. El tiempo de duración correspondiente durante el cual el condensador incorporado puede retener suficiente carga para proporcionar la corriente de carga máxima puede determinarse durante la fase de diseño y almacenarse permanentemente en el receptor de potencia durante la fase de fabricación. Al iniciar la transferencia de potencia con un transmisor de potencia, el receptor de potencia puede recuperar este valor y transmitir una solicitud de duración del intervalo de tiempo de potencia reducido al transmisor de potencia. La fase de transferencia de potencia puede entonces proceder utilizando un marco de tiempo repetido con intervalos de tiempo de potencia reducida de acuerdo con el valor almacenado. Como los receptores de potencia pueden variar sustancialmente en los requisitos y funciones, esto puede permitir que el transmisor de potencia y la operación de transferencia de potencia se adapten a las características individuales del receptor de potencia.
En algunas realizaciones, el sistema puede estar dispuesto para establecer una duración entre intervalos de tiempo de potencia reducida basada en un mensaje transmitido desde el receptor de potencia al transmisor de potencia. El sistema puede establecer específicamente la duración entre los intervalos de tiempo de potencia reducida de los marcos de tiempo de repetición consecutivos y puede adaptar efectivamente la duración del intervalo de tiempo de potencia reducida en respuesta a los mensajes del receptor de potencia al transmisor de potencia.
Para proporcionar una transferencia de potencia media suficiente, el nivel de potencia máxima de la transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de transferencia de potencia aumenta cuanto más corta es la duración de estos. En muchas realizaciones, el nivel de transferencia de potencia puede estar limitado (por el transmisor de potencia o, posiblemente, por el receptor de potencia, que sólo puede estar diseñado para extraer una determinada cantidad máxima de potencia). En tales casos, el receptor de potencia puede transmitir una solicitud para una duración entre intervalos de tiempo de potencia reducida que sea suficiente para garantizar que el condensador se cargará completamente antes del inicio del siguiente intervalo de tiempo de repetición (esto es particularmente apropiado para las realizaciones en las que el transmisor de potencia desconecta la señal de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de potencia reducida).
En algunas realizaciones, puede transmitirse una única solicitud relativa tanto a la duración del intervalo de tiempo de potencia reducida como a la duración entre estos. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el intervalo de tiempo de repetición puede tener una duración constante y el receptor de potencia puede solicitar que se aplique un ciclo de trabajo específico.
En muchas realizaciones, el transmisor de potencia está dispuesto a imponer un requisito de duración mínima en la duración del intervalo de tiempo de potencia reducida. Esta duración mínima puede utilizarse para garantizar que la operación que se va a realizar en el intervalo de tiempo de potencia reducida tenga realmente tiempo suficiente para lograr el resultado deseado. Por ejemplo, puede garantizar que la detección de objetos extraños pueda realizarse con suficiente fiabilidad (incluyendo el tiempo suficiente para configurar y estabilizar la señal de medición). Como otro ejemplo, el transmisor de potencia puede estar dispuesto para requerir una duración mínima con el fin de que la comunicación tenga suficiente ancho de banda.
En muchas realizaciones, el transmisor de potencia está dispuesto para imponer un requisito de duración máxima en la duración entre intervalos de tiempo de potencia reducida. Esta duración máxima puede utilizarse para garantizar que la operación que debe realizarse en el intervalo de tiempo de potencia reducida se realice con suficiente frecuencia. Por ejemplo, puede garantizar que la detección de objetos extraños se realice con una frecuencia lo suficientemente alta como para asegurar que la aparición de un objeto extraño se detecte antes de que éste pueda calentarse hasta niveles inaceptables. Como otro ejemplo, puede asegurar que la comunicación se realiza con suficiente frecuencia (por ejemplo, permitiendo una tasa de actualización suficiente para el bucle de control de potencia).
Como otro ejemplo, en algunas realizaciones, las mediciones para la detección de objetos extraños pueden repartirse a lo largo de múltiples intervalos de potencia reducida para mejorar la precisión y/o añadir algo de redundancia. Esto permite una mayor precisión en la detección de objetos extraños. Si la duración de un tiempo de potencia reducida es corta, y por lo tanto sólo permite un pequeño número de muestras/mediciones, la duración entre los intervalos de tiempo de potencia reducida puede ser corta para compensar y permitir que se adquiera una cantidad suficiente de muestras/mediciones dentro de un tiempo requerido dado que garantice que se detecte un objeto extraño antes de que se caliente demasiado.
Del mismo modo, el receptor de potencia puede estar dispuesto para imponer restricciones a los valores de temporización. Por ejemplo, el receptor de potencia puede determinar un valor deseado para la duración del intervalo de tiempo de potencia reducida sujeto a un valor máximo que garantice que se puede proporcionar suficiente potencia a una carga externa sin que la descarga del depósito de potencia (normalmente un condensador) dé lugar a caídas de tensión inaceptables.
Del mismo modo, el receptor de potencia puede, como se ha mencionado anteriormente, determinar un valor deseado para la duración entre los intervalos de tiempo de potencia reducida sujeto a un valor mínimo que garantice que el condensador del receptor de potencia pueda recargarse completamente.
En muchas realizaciones, las propiedades de temporización del intervalo de tiempo de repetición estarán sujetas a los requisitos impuestos tanto por el receptor de potencia como por el transmisor de potencia. Normalmente, tanto el transmisor de potencia como el receptor de potencia tendrán requisitos que deben cumplirse simultáneamente para que se adopte el valor de temporización. Por ejemplo, el ajuste de la duración del intervalo de tiempo de repetición y/o la duración entre intervalos de tiempo de repetición consecutivos está sujeto a que los valores cumplan con los requisitos tanto del transmisor como del receptor de potencia.
Además, en muchas realizaciones, esto puede ser normalmente uno de los dispositivos (es decir, el receptor de potencia o el transmisor de potencia) imponiendo una restricción en el valor máximo, y el otro dispositivo imponiendo una restricción en el valor mínimo de la propiedad de temporización que se establece.
En concreto, como se ha explicado anteriormente, en muchas realizaciones, la duración del intervalo de tiempo de potencia reducida puede estar sujeta a una duración mínima impuesta por el transmisor de potencia y a una duración máxima impuesta por el receptor de potencia.
Del mismo modo, en muchas realizaciones, la duración entre los intervalos de tiempo de potencia reducida puede estar sujeta a una duración máxima impuesta por el transmisor de potencia y una duración mínima impuesta por el receptor de potencia.
Tales implementaciones pueden imponer un control eficiente de los tiempos adecuados para los intervalos de tiempo de potencia reducida en muchas realizaciones y pueden permitir una complejidad reducida y un interfuncionamiento más fácil con ambos dispositivos asegurando independientemente que los intervalos de tiempo de potencia reducida tendrán propiedades de temporización que permitan un rendimiento aceptable para ambos dispositivos, y por lo tanto para la transferencia de potencia global.
El método exacto y el intercambio de mensajes utilizado para establecer las propiedades de temporización de los intervalos de tiempo de potencia reducida depende de las preferencias y los requisitos de la realización individual, y se pueden utilizar diferentes enfoques en diferentes sistemas.
Sin embargo, en muchos sistemas, como es el caso típico de las implementaciones de tipo Qi, el enfoque se basa en que el receptor de potencia transmite solicitudes de valores de temporización adecuados y el transmisor de potencia acepta o rechaza los valores rechazados.
En consecuencia, el receptor de potencia de la figura 3 comprende un controlador de solicitud 311 que está dispuesto a transmitir un mensaje de solicitud al transmisor de potencia, en el que el mensaje de solicitud comprende una petición de un valor solicitado de la propiedad de temporización.
Por ejemplo, el receptor de potencia puede determinar un valor adecuado para la duración del intervalo de tiempo de potencia reducida. Por ejemplo, puede estimar la carga externa y a partir de ella calcular el consumo total de potencia (tanto de la carga objetivo como del propio receptor de potencia). A continuación, puede calcular el tiempo que tarda el acumulador de potencia en experimentar una caída de tensión de un determinado valor aceptable para ese consumo total de potencia. El tiempo resultante corresponde a la duración máxima posible del intervalo de tiempo de potencia reducida. Normalmente, el receptor de potencia puede entonces solicitar inicialmente una duración que sea sustancialmente inferior para proporcionar un margen suficiente y un punto de funcionamiento más seguro. Por ejemplo, puede transmitir un mensaje al transmisor de potencia solicitando una duración del intervalo de tiempo de potencia reducida de la mitad del valor máximo determinado.
Al recibir el mensaje, el transmisor de potencia puede evaluar si la duración solicitada es aceptable. Por ejemplo, puede comparar la duración solicitada con un tiempo mínimo pre-almacenado necesario para realizar una detección de objetos extraños suficientemente precisa. Si la duración solicitada supera este tiempo mínimo, el transmisor de potencia procede a aceptar la duración solicitada y, en caso contrario, la rechaza.
El transmisor de potencia puede entonces transmitir un mensaje de respuesta al receptor de potencia que incluye una indicación de si el valor solicitado ha sido aceptado por el transmisor de potencia. Este mensaje de respuesta es recibido por un controlador de respuesta que procede a determinar la propiedad de temporización para el intervalo de tiempo de potencia reducido en respuesta a esto.
Por ejemplo, el mensaje de respuesta puede comprender un solo bit que indique si la duración solicitada es aceptada o rechazada. Si la duración solicitada es aceptada, ambos dispositivos ejecutan posteriormente la fase de transferencia de potencia utilizando la duración acordada del intervalo de tiempo de potencia reducida (después de completar el proceso de inicialización en caso de que haya más operaciones o negociaciones que realizar antes de iniciar la transferencia de potencia). Si se rechaza la duración solicitada, el controlador de respuesta 313 puede controlar al controlador de solicitud 311 para que transmita una nueva solicitud. Por ejemplo, puede solicitar una duración del 75% del valor máximo aceptable. El proceso puede repetirse hasta que se haya acordado un valor adecuado de la propiedad de temporización.
Si no se puede acordar un valor comúnmente aceptado, específicamente si el transmisor de potencia rechaza una solicitud de duración del intervalo de tiempo de potencia reducida correspondiente a la duración máxima permisible calculada por el receptor de potencia, el receptor de potencia y el transmisor de potencia pueden terminar el proceso de transferencia de potencia, o por ejemplo, el receptor de potencia puede cambiar su operación para permitir que el intervalo de tiempo de potencia reducida se incremente (por ejemplo, la potencia máxima que puede proporcionarse a una carga externa puede reducirse).
Se apreciará que se puede utilizar un enfoque similar para establecer la duración entre los intervalos de tiempo de potencia reducida.
En muchas realizaciones, el transmisor de potencia puede transmitir un mensaje indicando los valores preferidos o permitidos para la propiedad de temporización al receptor de potencia. Por ejemplo, el transmisor de potencia puede transmitir uno o más mensajes al receptor de potencia indicando la duración mínima aceptable del intervalo de tiempo de potencia reducida y/o la duración máxima aceptable entre los intervalos de tiempo de potencia reducida (o por supuesto, en algunas realizaciones, sólo se puede transmitir uno de los parámetros de temporización). El receptor de potencia puede entonces tener en cuenta estos valores al determinar los valores solicitados adecuados. Este enfoque puede facilitar la operación en muchas realizaciones y a menudo puede reducir el número de solicitudes que el receptor de potencia necesita transmitir. Específicamente, en lugar de adivinar un valor que sea aceptable para el transmisor de potencia, el receptor de potencia puede determinar directamente un valor solicitado que sea indicado como aceptable por el transmisor de potencia. Normalmente, por ejemplo, a menos que las condiciones hayan cambiado en el transmisor de potencia, el primer valor solicitado será aceptado por el transmisor de potencia.
En muchas de estas realizaciones, el transmisor de potencia puede estar dispuesto a transmitir el mensaje que indica los valores recomendados/permitidos/aceptados al receptor de potencia en respuesta a una solicitud de dicha información por parte del receptor de potencia. Así, el receptor de potencia puede permanecer como instigador y retener la iniciativa y el control para el intercambio de mensajes y la operación.
Específicamente, en muchas realizaciones, el controlador de solicitud 311 puede controlar el segundo comunicador para transmitir una solicitud al transmisor de potencia para que este proporcione una restricción de propiedad de tiempo. Esta restricción de propiedad de temporización es indicativa de una restricción en los valores de una propiedad de temporización dada, tal como la duración del intervalo de tiempo de potencia reducida, o las duraciones entre intervalos de tiempo de potencia reducida consecutivos. La restricción de la propiedad de temporización puede indicar, por ejemplo, un valor máximo, un valor mínimo, un rango permitido, un rango recomendado y/o preferido, etc.
El receptor de potencia puede entonces proceder a determinar el valor solicitado para la propiedad de temporización para cumplir con esta restricción si es posible. Por ejemplo, puede cambiar el funcionamiento o la interfaz con la carga externa si es necesario para cumplir con la restricción impuesta.
En muchas realizaciones, la determinación de una propiedad de temporización adecuada puede realizarse durante una fase de inicialización previa a la fase de transferencia de potencia. Así, antes de iniciar una nueva operación de transferencia de potencia, el sistema de transferencia de potencia puede entrar en una fase de inicialización durante la cual se determinan las propiedades de temporización adecuadas para el intervalo de tiempo de potencia reducido como se ha descrito anteriormente. El transmisor de potencia y el receptor de potencia pueden entonces proceder a aplicar las propiedades determinadas durante la fase de transferencia de potencia. En particular, la determinación de las propiedades de temporización adecuadas del marco temporal de repetición puede determinarse durante la fase de negociación que se realiza durante la inicialización de una nueva operación de transferencia de potencia.
Esto puede permitir que se determinen los parámetros adecuados mientras se proporciona una operación de baja complejidad y fiable. Los valores de las propiedades de temporización determinados durante la fase de inicialización pueden utilizarse específicamente a lo largo de la fase de transferencia de potencia sin cambios o modificaciones. Sin embargo, en algunas realizaciones, la propiedad (o propiedades) de temporización puede variar dinámicamente a lo largo de la fase de transferencia de potencia. En algunas realizaciones, el receptor de potencia puede estar dispuesto a enviar dinámica y repetidamente mensajes al transmisor de potencia solicitando un valor de una propiedad de temporización determinada, por ejemplo, la duración del intervalo de tiempo de potencia reducida. El adaptador 213 puede, en tales realizaciones, estar dispuesto para adaptar dinámicamente la propiedad de temporización durante la fase de transferencia de potencia en respuesta a estos mensajes.
Por ejemplo, durante una fase de transferencia de potencia, el receptor de potencia puede medir continuamente la potencia suministrada a la carga objetivo. Si esto cae por debajo de la carga esperada acordada durante la fase de inicialización, el receptor de potencia puede proceder a solicitar una nueva duración del intervalo de tiempo de potencia reducida que sea más larga que el valor actual para reflejar que el condensador de almacenamiento de potencia se drena a un ritmo más lento. Por el contrario, si se detecta un aumento de la potencia suministrada a la carga objetivo, el receptor de potencia puede proceder a solicitar una duración del intervalo de tiempo de potencia reducida más corta que la actual. El receptor de potencia puede medir continuamente estos valores y transmitir continuamente mensajes de solicitud al transmisor de potencia.
En respuesta a la recepción de estos mensajes, el transmisor de potencia puede aceptar o rechazar los valores solicitados. Si se aceptan, se transmite un mensaje de confirmación al receptor de potencia y se adopta el nuevo valor. Si se rechaza, se transmite un mensaje de rechazo al receptor de potencia y se mantiene el valor anterior sin cambios.
En algunas realizaciones, el receptor de potencia y el transmisor de potencia pueden establecer efectivamente un bucle de control que adapte las propiedades de temporización del intervalo de tiempo de potencia reducido.
La variación dinámica de la propiedad de temporización durante la fase de transferencia de potencia puede ser adicional al establecimiento de los valores iniciales durante la fase de inicialización. En otras realizaciones, la fase de transferencia de potencia puede, en cambio, comenzar con los mismos valores predeterminados de las propiedades de temporización que se determinan basándose en las consideraciones del peor caso y sin ninguna fase de inicialización. El funcionamiento del bucle de control dinámico los adaptará a valores más adecuados.
A continuación se describirá un ejemplo muy específico de un enfoque y consideraciones para un sistema de transferencia de potencia del tipo Qi. En el sistema, el intervalo de tiempo de potencia reducida incluirá intervalos de tiempo de potencia reducida correspondientes tanto a los intervalos de tiempo de detección de objetos extraños como a los intervalos de tiempo de comunicación.
En la descripción específica, se aplicarán los siguientes acrónimos y abreviaturas:
PTx Transmisor de potencia.
PRx Receptor de potencia.
Dispositivo que contiene un PRx, una carga (parcialmente) desconectable, metal amigable.
Metal de contacto del dispositivo, que cuando se expone al campo magnético del PTx disipa la potencia.
FO Objeto extraño.
FOD Detección de objetos extraños.
Com Comunicación.
Bobina del PTx Bobina individual, o conjunto de bobinas en el PTx al que el PTx proporciona una Tensión y una Corriente alterna para generar un campo magnético (la señal de transferencia de potencia) para el receptor de potencia.
TS Espacio de tiempo, correspondiente al intervalo de tiempo.
FOD TS Espacio de tiempo de detección de objetos extraños, intervalo de tiempo de potencia reducida utilizado para la detección de objetos extraños.
Com TS Comunicación de espacio de tiempo, espacio de tiempo de potencia reducida utilizado para la comunicación.
En el ejemplo específico, se utiliza un enfoque de división del tiempo y de repetición del intervalo de tiempo como se ilustra en la figura 6. En la figura, NP indica "Sin Potencia" correspondiente a un intervalo de tiempo de potencia reducida, normalmente resultante de la desconexión del receptor de potencia de la carga objetivo. PWR indica un intervalo de tiempo de transferencia de potencia.
FOD Espacio de tiempo.
El PRx tiene su carga desconectada. Esto significa que no se suministra ninguna (o muy poca) potencia a su carga. El PTx aplica, por ejemplo, el ajuste almacenado de la señal de medición y mide la influencia combinada del metal de contacto y del FO. Compara esta influencia con la influencia esperada almacenada del metal de contacto para determinar la influencia de cualquier FO. A continuación, puede utilizar el impacto determinado del FO para determinar la amplitud máxima de la señal de accionamiento en relación con la frecuencia a la que considera que la situación es segura, es decir, a la que espera que el aumento de la temperatura de un FO esté dentro de los límites de seguridad (o en algunas realizaciones, puede simplemente terminar la transferencia de potencia si se determina que la influencia es demasiado alta). El PTx entonces limitará su señal de accionamiento a este máximo y reportará una advertencia si el PRx intenta controlar la señal de accionamiento por encima de este máximo.
Si el PTx detecta un cambio en la influencia combinada del metal de contacto y el FO, puede volver al espacio de tiempo de inicialización para restablecer las condiciones para la medición del FOD. Para evitar la activación anticipada del retorno al espacio de tiempo de inicialización, el PTx puede combinar los resultados de varios espacios de tiempo de FOD (por ejemplo, aplicar una ventana de promedio) y/o ajustar la señal de accionamiento dentro de ciertos márgenes.
COM Espacio de tiempo.
El PRx tiene su carga desconectada. Esto significa que no se suministra ninguna (o muy poca) potencia a su carga. El PRX es ahora capaz de comunicarse, por ejemplo, para:
• Información de control de potencia
• Identificación
• Resultados de medición del PRX, por ejemplo, recepción de potencia, estado de la batería, temperatura de la carcasa
• Resultados de las mediciones del PTX, por ejemplo, corriente de la bobina, suministro de potencia, temperatura de los componentes
Espacio de tiempo de inicialización
Por lo general, antes de la fase de transferencia de potencia, pero podría realizarse durante la fase de transferencia de potencia, por ejemplo, como parte de cada marco de tiempo de repetición.
El PRx tiene su carga desconectada. Esto significa que no se suministra ninguna (o muy poca) potencia a su carga. La PTx controla su señal de accionamiento a la bobina PTx para establecer una situación en la que se den las siguientes condiciones:
• La influencia del metal de contacto del dispositivo en el campo magnético es conocida por el PRx o puede ser determinada con precisión por el PRx. Por ejemplo, la disipación de potencia en el metal de contacto para una amplitud y frecuencia dadas del campo magnético es conocida por el PRx
• El PTx puede medir con precisión la influencia combinada del metal de contacto y un FO. Por ejemplo, el PTx puede determinar con precisión la potencia transmitida.
Como resultado, el sistema puede determinar con precisión la influencia del FO en el campo magnético. Esta influencia está preferentemente relacionada con el aumento esperado de la temperatura causada por la disipación de potencia en el FO causada por su exposición al campo magnético de la bobina del PTx cuando el PTx está proporcionando potencia al PRx.
Para establecer la situación anterior, el PRx puede proporcionar información sobre un campo magnético adecuado, por ejemplo, comunicando su tipo, el rango de frecuencia permitido y, opcionalmente, la amplitud requerida de la señal de accionamiento para la bobina PTx. Esto último depende, por supuesto, del diseño de la bobina PTx. Además, el PRx podría tener una bobina de medición cuya tensión inducida diera una buena indicación del campo al que está expuesto el metal de contacto del dispositivo. En ese caso, la PRx podría proporcionar información de control a la PTx para controlar el campo a un nivel en el que la influencia del metal de contacto pueda ser determinada con precisión por la PRx.
Una vez establecida la situación anterior, el PTx almacena el ajuste de la señal de accionamiento y la influencia prevista del metal de contacto determinada por el PRx.
Las mediciones y la comunicación pueden estar separadas en el tiempo para evitar la interferencia entre ellas. En el ejemplo, antes de la transferencia de potencia, se realiza una fase de negociación/inicialización en la que la PTx y la PRx negocian las limitaciones de tiempo de las diferentes espacios horarios. Estos tiempos contienen dos parámetros: la duración de cada espacio (SLOT_duration) y el tiempo de espacio entre los diferentes intervalos (SLOT_interval).
A continuación se ofrecen algunos ejemplos de las consideraciones del receptor y del transmisor de potencia con respecto a las distintos espacios horarios:
Consideraciones del PTx con respecto al FOD:
• El PTx admite una duración mínima de FOD (duración de FOD min) en la que puede realizar al menos una medición de FOD para su función de FOD; no admite ninguna duración de FOD más corta.
• Para lograr una confianza suficiente en el FOD, el PTx se basa en un número mínimo de mediciones FOD (FOD_count_min). Para reaccionar ante la presencia de un FO antes de que se caliente demasiado, el PTx deberá ser capaz de realizar las mediciones FOD necesarias en un tiempo máximo (FOD_detection_max).
• Una vez que el PTx ha negociado la duración del FOD, puede calcular cuántas mediciones FOD puede realizar en una ranura FOD (FOD_meas_nr) y puede derivar el tiempo máximo del espacio FOD (FOD_interval_max).
• FOD_intervalo_máx = FOD_detección_máx * FOD_meas_nr / FOD_count_min
Consideraciones del PTx con respecto al COM:
• La PTx admite una duración mínima de COM (COM_duration_min) en la que puede enviar/recibir al menos un mensaje; no admite ninguna duración de COM más corta. Para habilitar el número mínimo de mensajes, la PTx cuenta con un número mínimo de mensajes de comunicación (COM count min).
• Una vez que la PTx ha negociado la duración COM, puede calcular cuántos mensajes de comunicación puede procesar en un espacio COM (COM_mes_nr) o viceversa;
• Una vez que la PTx ha negociado el número de mensajes de comunicación (COM_mes_nr), puede calcular la duración máxima del espacio de comunicación (COM_duration_max).
Consideraciones sobre la PRx
• La PRx permite una duración máxima del espacio FOD (FOD_duration_max) o una duración máxima del espacio COM (COM_duration_max), para evitar que el almacenamiento de potencia del que depende durante una de estas franjas horarias no se descargue demasiado.
• El PRx requiere una duración mínima del intervalo de los espacios horarios (FOD_interval_min o COM_interval_min) para garantizar que el almacenamiento de potencia esté suficientemente cargado al comienzo de cualquiera de los espacios horarios.
A continuación se describen algunos ejemplos específicos de la interacción de mensajes entre el receptor de potencia y el transmisor de potencia para establecer los parámetros de temporización:
Duración del espacio FOD
• (PTx informa a PRx sobre FOD_duration_min (a petición de PRx)
• PRx solicita una duración FOD_duración (Para un FOD óptimo, PRx solicita preferentemente una duración FOD_duración_máx)
• PTx responde si acepta/rechaza la duración FOD propuesta
Intervalo del espacio FOD
• PTx calcula FOD_intervalo_máx
• (PTx informa a PRx sobre FOD_interval_max (a petición de PRx)
• PRx solicita un intervalo FOD (para un FOD óptimo, PRx solicita preferentemente un intervalo FOD cercano a FOD_interval_min)
• PTx responde si acepta/rechaza el intervalo FOD propuesto
Duración del espacio COM
• (PTx informa a PRx sobre COM_duration_min (a petición de PRx)
• PRx solicita:
- una duración mínima de COM
- o el número mínimo de mensajes de comunicación
• PTx responde si acepta/rechaza la duración COM propuesta
Intervalo del espacio COM
• PTx calcula COM_intervalo_max.
• PTx informa a PRx sobre COM_interval_max (a petición de PRx)
• PRx solicita un COM_intervalo
- Para una comunicación óptima, PRx solicita preferentemente un tiempo de intervalo COM cercano al tiempo de intervalo FOD
• PTx responde si acepta/rechaza el COM_intervalo propuesto
Se apreciará que la descripción anterior para mayor claridad ha descrito realizaciones de la invención con referencia a diferentes circuitos funcionales, unidades y procesadores. Sin embargo, será evidente que se puede usar cualquier distribución adecuada de funcionalidad entre diferentes circuitos, unidades o procesadores funcionales sin limitar la invención. Por ejemplo, la funcionalidad ilustrada para ser realizada por procesadores o controladores separados puede ser realizada por el mismo procesador o controladores. Por lo tanto, las referencias a unidades o circuitos funcionales específicos deben considerarse únicamente como referencias a medios adecuados para proporcionar la funcionalidad descrita, y no como una indicación de una estructura u organización lógica o física estricta.
La invención puede implementarse en cualquier forma adecuada, incluyendo hardware, software, microprograma o cualquier combinación de los mismos. La invención puede implementarse opcionalmente, al menos en parte, como software informático que se ejecuta en uno o más procesadores de datos y/o procesadores de señales digitales. Los elementos y componentes de una realización de la invención pueden implementarse física, funcional y lógicamente de cualquier manera adecuada. De hecho, la funcionalidad puede implementarse en una única unidad, en una pluralidad de unidades o como parte de otras unidades funcionales. Como tal, la invención puede implementarse en una única unidad o puede distribuirse física y funcionalmente entre diferentes unidades, circuitos y procesadores. Aunque la presente invención se ha descrito en relación con algunas realizaciones, no se pretende limitarla a la forma específica expuesta en la presente. Más bien, el alcance de la presente invención está limitado solamente por las reivindicaciones adjuntas. Además, aunque puede parecer que se describe una característica en relación con realizaciones particulares, un experto en la técnica reconocerá que varias características de las realizaciones descritas pueden combinarse según la invención. En las reivindicaciones, el término "que comprende" no excluye la presencia de otros elementos o pasos.
Se apreciará que la referencia a un valor preferido no implica ninguna limitación más allá de que sea el valor determinado en el modo de inicialización de detección de objetos extraños, es decir, es preferible en virtud de que se determina en el proceso de adaptación. Las referencias a un valor preferido podrían sustituirse por referencias a, por ejemplo, un primer valor.
Además, si bien se enumeran individualmente, se puede implementar una pluralidad de medios, elementos, circuitos o etapas del método, por ejemplo, por un solo circuito, unidad o procesador. Además, aunque las características individuales pueden incluirse en diferentes reivindicaciones, pueden combinarse de manera favorable, y la inclusión en diferentes reivindicaciones no implica que una combinación de características no sea factible y/o favorable. Además, la inclusión de una característica en una categoría de reivindicaciones no implica una limitación a esta categoría, sino que indica que la característica es igualmente aplicable a otras categorías de reivindicaciones, según corresponda. Además, el orden de las características en las reivindicaciones no implica ningún orden específico en el que se deban trabajar las características y, en particular, el orden de los pasos individuales en una reivindicación de método no implica que los pasos deban realizarse en este orden. Más bien, los pasos pueden realizarse en cualquier orden adecuado. Además, las referencias singulares no excluyen una pluralidad. Por lo tanto, las referencias a "un", "una", "primero", "segundo", etc. no excluyen una pluralidad. Los signos de referencia en las reivindicaciones se proporcionan simplemente como ejemplo esclarecedor y no se interpretarán como una limitación del alcance de las reivindicaciones en modo alguno.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un transmisor de potencia (101) para proporcionar potencia de forma inalámbrica a un receptor de potencia (105) a través de una señal de transferencia de potencia electromagnética; el transmisor de potencia (101) comprende: una bobina transmisora (103) para generar la señal de transferencia de potencia, la señal de transferencia de potencia durante una fase de transferencia de potencia que emplea un marco de tiempo repetitivo que comprende al menos un intervalo de tiempo de transferencia de potencia y un intervalo de tiempo de potencia reducida durante el cual se reduce un nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia;
un controlador (201) para generar una señal de accionamiento de la bobina transmisora (103) para generar la señal de transferencia de potencia;
un primer comunicador (205) para recibir mensajes del receptor de potencia (105);
un adaptador (213) para adaptar una propiedad de temporización del intervalo de tiempo de potencia reducida en respuesta a al menos un primer mensaje recibido del receptor de potencia (105);
un sincronizador (206) para sincronizar una operación del transmisor de potencia (101) para que ocurra durante el intervalo de tiempo de potencia reducida;
y caracterizado por comprender además:
una bobina de prueba (209) para generar una señal de prueba electromagnética;
un generador de prueba (211) dispuesto para generar una señal de accionamiento de prueba para la bobina de prueba (209); y
un detector de objetos extraños (207) dispuesto para realizar una prueba de detección de objetos extraños en respuesta a un parámetro medido para la señal de accionamiento de prueba durante el intervalo de tiempo de potencia reducida;
en donde el sincronizador (206) está dispuesto para sincronizar el generador de prueba (211) para proporcionar la señal de prueba electromagnética durante el intervalo de tiempo de potencia reducida.
2. El transmisor de potencia (101) de la reivindicación 1, en el que la propiedad de temporización es una duración del intervalo de tiempo de potencia reducida.
3. El transmisor de potencia (101) de la reivindicación 1, en el que la propiedad de temporización es una duración entre intervalos de tiempo de potencia reducida de tramos de tiempo de repetición consecutivos.
4. El transmisor de potencia (101) cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el primer comunicador (205) está dispuesto para transmitir mensajes al receptor de potencia (105); y el transmisor de potencia (101) está dispuesto para transmitir un mensaje indicativo de al menos uno de una duración del intervalo de tiempo de potencia reducida y una duración entre intervalos de tiempo de potencia reducida de tramas de tiempo de repetición consecutivas al receptor de potencia antes de recibir el primer mensaje.
5. El transmisor de potencia (101) cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer mensaje es un mensaje de solicitud indicativo de un valor solicitado para la propiedad de temporización; y el transmisor de potencia (101) está dispuesto para aceptar o rechazar el valor solicitado.
6. El transmisor de potencia (101) cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el adaptador (213) está dispuesto para determinar la propiedad de temporización durante una fase de inicialización previa a la fase de transferencia de potencia.
7. El transmisor de potencia (101) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el adaptador (213) está dispuesto para adaptar dinámicamente la propiedad de temporización durante la fase de transferencia de potencia en respuesta a una pluralidad de mensajes recibidos del receptor de potencia (105) durante la fase de transferencia de potencia.
8. El transmisor de potencia (101) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer comunicador (205) está dispuesto para sincronizar la comunicación con el receptor de potencia (105) para que se produzca durante los intervalos de tiempo de potencia reducida.
9. Un sistema de transferencia de potencia inalámbrica que comprende el transmisor de potencia de la reivindicación 1 y que comprende además el receptor de potencia (105), el receptor de potencia (105) que comprende:
un segundo comunicador (307) para comunicarse con el transmisor de potencia (101);
un controlador de solicitud (311) para transmitir el primer mensaje al transmisor de potencia (101), comprendiendo el primer mensaje una solicitud de un valor solicitado de la propiedad de temporización;
un controlador de respuesta (313) para recibir una respuesta de solicitud del transmisor de potencia (101) y para determinar la propiedad de temporización en respuesta a la respuesta de solicitud, siendo la respuesta de solicitud indicativa de si el valor solicitado ha sido aceptado por el transmisor de potencia (101); y
un controlador de carga (309) para adaptar una carga de la señal de transferencia de potencia de manera que la carga se reduzca durante los intervalos de tiempo de potencia reducida.
10. El sistema de transferencia de potencia inalámbrica de la reivindicación 9, en el que el controlador de solicitud (311) está dispuesto para solicitar una restricción de propiedad de temporización del transmisor de potencia (101); el controlador de respuesta (313) está dispuesto para recibir una indicación de restricción de propiedad de temporización del transmisor de potencia (101), y el controlador de solicitud (311) está dispuesto para determinar el valor solicitado de la propiedad de temporización en respuesta a la restricción de propiedad de temporización.
11. El sistema de transferencia de potencia inalámbrica de cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10, en el que la propiedad de temporización es una duración del intervalo de tiempo de potencia reducida y el controlador de solicitud (311) está dispuesto para determinar el valor solicitado de la propiedad de temporización en función de una duración máxima y el adaptador (213) está dispuesto para determinar un valor de la propiedad de temporización en función de una duración mínima.
12. El sistema de transferencia de potencia inalámbrica de cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10, en el que la propiedad de temporización es una duración entre el tiempo de transferencia de potencia reducido de los marcos de tiempo de repetición secuencial y el controlador de solicitud (311) está dispuesto para determinar el valor solicitado de la propiedad de temporización sujeto a una duración mínima y el adaptador (213) está dispuesto para determinar un valor para la propiedad de temporización en respuesta a una duración máxima.
13. Un método de funcionamiento para un transmisor de potencia (101) para proporcionar potencia de forma inalámbrica a un receptor de potencia (105) a través de una señal de transferencia de potencia electromagnética; el método comprende que el transmisor de potencia (101) realice los pasos de:
generar la señal de transferencia de potencia, la señal de transferencia de potencia durante una fase de transferencia de potencia que emplea un marco de tiempo repetitivo que comprende al menos un intervalo de tiempo de transferencia de potencia y un intervalo de tiempo de potencia reducida durante el cual se reduce un nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia;
generar una señal de accionamiento para la bobina transmisora (103) para generar la señal de transferencia de potencia;
recibir mensajes del receptor de potencia (105);
adaptar una propiedad de temporización del intervalo de tiempo de potencia reducida en respuesta a al menos un primer mensaje recibido del receptor de potencia (105);
sincronizar una operación del transmisor de potencia (101) para que ocurra durante el intervalo de tiempo de potencia reducida;
y caracterizado por comprender además:
generar una señal de accionamiento de prueba para una bobina de prueba (209) para generar una señal de prueba electromagnética; y realizar una prueba de detección de objetos extraños en respuesta a un parámetro medido para la señal de accionamiento de prueba durante el intervalo de tiempo de potencia reducida;
en donde la sincronización comprende sincronizar la señal de accionamiento de prueba para proporcionar la señal de prueba electromagnética durante el intervalo de tiempo de potencia reducida.
14. Un método de funcionamiento para un sistema de transferencia de potencia inalámbrica que comprende un transmisor de potencia (101) que proporciona potencia de forma inalámbrica a un receptor de potencia (105) a través de una señal de transferencia de potencia electromagnética; el método comprende que el transmisor de potencia (101) realice los pasos de:
generar la señal de transferencia de potencia, la señal de transferencia de potencia durante una fase de transferencia de potencia que emplea un marco de tiempo repetitivo que comprende al menos un intervalo de tiempo de transferencia de potencia y un intervalo de tiempo de potencia reducida durante el cual se reduce un nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia;
generar una señal de accionamiento para la bobina transmisora (103) para generar la señal de transferencia de potencia;
recibir mensajes del receptor de potencia (105);
adaptar una propiedad de temporización del intervalo de tiempo de potencia reducida en respuesta a al menos un primer mensaje recibido del receptor de potencia (105); y
sincronizar una operación del transmisor de potencia (101) para que ocurra durante el intervalo de tiempo de potencia reducida;
generar una señal de accionamiento de prueba para una bobina de prueba (209) para generar una señal de prueba electromagnética;
realizar una prueba de detección de objetos extraños en respuesta a un parámetro medido para la señal de accionamiento de prueba durante el intervalo de tiempo de potencia reducida;
en donde la sincronización comprende sincronizar la señal de accionamiento de prueba para proporcionar la señal de prueba electromagnética durante el intervalo de tiempo de potencia reducida; y el método comprende además que el receptor de potencia (105) realice los pasos de:
comunicar con el transmisor de potencia (101);
transmitir el primer mensaje al transmisor de potencia (101), comprendiendo el primer mensaje una petición de un valor solicitado de la propiedad de temporización;
recibir una respuesta de solicitud del transmisor de potencia (101):
determinar la propiedad de temporización en respuesta a la respuesta de solicitud, siendo la respuesta de solicitud indicativa de si el valor solicitado ha sido aceptado por el transmisor de potencia (101); y
adaptar una carga de la señal de transferencia de potencia de manera que la carga se reduzca durante los intervalos de tiempo de potencia reducida.
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