RU2786083C2

RU2786083C2 - Wireless power transmission

Info

Publication number: RU2786083C2
Application number: RU2020141130A
Authority: RU
Inventors: Вильгельмус Герардус Мария ЭТТЕС; Андрис ВАН ВАГЕНИНГЕН
Original assignee: Конинклейке Филипс Н.В.
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2022-12-16

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: according to the invention, a power receiver receives power transmitted in a wireless way from a power transmission signal generated by a wireless power transmitter at a power transmission stage. In the power transmission signal, a repeating time frame is used at the power transmission stage, wherein the frame contains at least a time interval of power transmission and a time interval of foreign objects detection. The power receiver contains synchronizer (311), which synchronizes local time binding with the repeated time frame, and load controller (309), which turns off load (303) during at least part of time intervals of foreign object detection on at least part of the power transmission stage. Turn-off time depends on local time binding. Mode controller (313) performs switching between the first operation mode and the second operation mode during time intervals of power transmission in response to a synchronization reliability measure.

EFFECT: increase in flexibility, improvement of detection of foreign objects, communication, support of different loads, adaptability, backward compatibility, and characteristics.

20 cl, 9 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящее изобретение относится к работе системы для беспроводной передачи мощности и, в частности, но без исключения, к обнаружению постороннего объекта в системе для беспроводной передачи мощности.The present invention relates to the operation of a system for wireless power transmission, and in particular, but without exception, to the detection of a foreign object in a system for wireless power transmission.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Для питания большинства современных электротехнических изделий от внешнего источника питания необходимо обеспечить специально разработанный электрический контакт. Однако это, как правило, непрактично и предполагает физическое присоединение пользователем соединителей или обеспечение физического электрического контакта иным образом. Как правило, требования по питанию также значительно различаются, и в настоящее время большинство устройств имеют собственный специально разработанный источник питания, в результате чего обычный пользователь имеет большое количество различных источников питания, каждый из которых предназначен для определенного устройства. Хотя использование внутренних батарей может позволить избежать необходимости в проводном подключении к источнику питания в течение использования, это является лишь частичным решением, поскольку батареи необходимо подзаряжать (или заменять). Использование батарей также может привести к существенному увеличению массы и потенциальному увеличению стоимости и размера устройств.To power most modern electrical products from an external power source, it is necessary to provide a specially designed electrical contact. However, this is generally impractical and involves the user physically connecting connectors or otherwise providing physical electrical contact. As a rule, power requirements also vary greatly, and nowadays most devices have their own specially designed power supply, leaving the average user with a large number of different power supplies, each designed for a specific device. While the use of internal batteries may avoid the need for a wired connection to a power source during use, this is only a partial solution as the batteries must be recharged (or replaced). The use of batteries can also lead to a significant increase in weight and a potential increase in the cost and size of devices.

Чтобы обеспечить пользователю значительно лучшее удобство использования, было предложено использовать беспроводной источник питания, в котором мощность индуктивно передается от индуктивности передатчика в устройстве передатчика мощности к катушке приемника в отдельных устройствах.In order to provide the user with a much better user experience, it has been proposed to use a wireless power supply in which power is inductively transferred from the transmitter inductance in the power transmitter device to the receiver coil in separate devices.

Передача мощности посредством магнитной индукции - это хорошо известная концепция, в основном применяемая в трансформаторах, имеющих полную индуктивную связь по магнитному потоку между первичной индуктивностью/катушкой передатчика и вторичной катушкой приемника. При разделении первичной катушки передатчика и вторичной катушки приемника между двумя устройствами становится возможной беспроводная передача мощности между ними на основе принципа слабосвязанного трансформатора.Power transfer by magnetic induction is a well-known concept, mainly applied in transformers having full flux inductive coupling between the transmitter's primary inductor/coil and the receiver's secondary coil. By separating the primary transmitter coil and the secondary receiver coil between the two devices, it becomes possible to wirelessly transfer power between them based on the loosely coupled transformer principle.

Такая конструкция позволяет осуществлять беспроводную передачу мощности на устройство без необходимости выполнения каких-либо проводных или физических электрических соединений. Фактически, это может позволить разместить устройство рядом с катушкой передатчика или поверх нее для внешней подзарядки или обеспечения питания. Например, устройства передатчика мощности могут быть размещены вблизи горизонтальной поверхности, на которую устройство может быть просто помещено для обеспечения его питания.This design allows wireless transmission of power to the device without the need to make any wired or physical electrical connections. In fact, this may allow the device to be placed next to or on top of the transmitter coil for external charging or power supply. For example, power transmitter devices may be placed near a horizontal surface on which the device may simply be placed to provide power.

Кроме того, такие конструкции для беспроводной передачи мощности предпочтительно могут быть спроектированы таким образом, чтобы устройство передатчика мощности можно было использовать с множеством устройств приемника мощности. В частности, был предложен подход к беспроводной передаче мощности, известный как спецификации Qi (Qi Specifications), который в настоящее время продолжает развиваться. Такой подход позволяет использовать устройства передатчика мощности, отвечающие спецификациям Qi, с устройствами приемников мощности, которые также соответствуют спецификациям Qi, причем они не обязательно должны быть изготовлены одним производителем или специально изготовлены друг для друга. Стандарт Qi дополнительно включает некоторые функциональные возможности, позволяющие адаптировать работу для конкретного устройства приемника мощности (например, в зависимости от конкретной потребляемой мощности).In addition, such wireless power transmission structures can preferably be designed such that a power transmitter device can be used with a plurality of power receiver devices. In particular, an approach to wireless power transmission, known as Qi Specifications, has been proposed and is currently under development. This approach allows power transmitter devices that meet Qi specifications to be used with power receiver devices that also meet Qi specifications, without having to be made by the same manufacturer or specifically made for each other. The Qi standard additionally includes some functionality to tailor the operation to a specific power sink device (eg, based on specific power consumption).

Спецификация Qi разработана Консорциумом беспроводной передачи мощности (Wireless Power Consortium) и дополнительная информация имеется, например, на его веб-сайте: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, где, в частности, можно найти определяющие документы указанной спецификации.The Qi specification was developed by the Wireless Power Consortium and further information is available, for example, on its website: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, where, in particular, you can find the defining documents of this specification .

В системах передачи мощности, таких как Qi, электромагнитное поле, созданное для передачи требуемых уровней мощности на приемник мощности, часто бывает очень значительным. Присутствие такого сильного поля во многих ситуациях может влиять на окружающую среду.In power transmission systems such as Qi, the electromagnetic field created to transmit the required power levels to the power receiver is often very significant. The presence of such a strong field in many situations can affect the environment.

Например, потенциальная проблема беспроводной передачи мощности заключается в том, что может происходить непреднамеренная передача мощности, например, на металлические объекты, оказавшиеся поблизости от передатчика мощности. Например, если посторонний объект, такой как, например монета, ключ, кольцо и т.д., поместить на платформу передатчика мощности, выполненную с возможностью приема мощности с помощью приемника, магнитный поток, генерируемый катушкой передатчика, будет создавать в металлических объектах вихревые токи, приводящие к нагреву этих объектов. Повышение температуры может быть очень значительным и крайне нежелательным.For example, a potential problem with wireless power transmission is that unintentional power transmission can occur, for example, to metal objects that are in the vicinity of the power transmitter. For example, if a foreign object such as a coin, key, ring, etc., is placed on a power transmitter platform configured to receive power by the receiver, the magnetic flux generated by the transmitter coil will create eddy currents in the metal objects. leading to heating of these objects. The rise in temperature can be very significant and highly undesirable.

Чтобы снизить риск возникновения подобных ситуаций, было предложено ввести обнаружение постороннего объекта, при котором передатчик мощности способен обнаруживать присутствие постороннего объекта и снижать мощность передачи и/или генерировать предупреждение для пользователя, когда происходит положительное обнаружение. Например, система Qi включает функциональные возможности по обнаружению постороннего объекта и снижению мощности при обнаружении постороннего объекта. В частности, в разделе 11 спецификации Qi версии 1.2.1 описаны различные способы обнаружения постороннего объекта.In order to reduce the risk of such situations, it has been proposed to introduce foreign object detection, whereby the power transmitter is able to detect the presence of a foreign object and reduce the transmission power and/or generate an alert to the user when a positive detection occurs. For example, the Qi system includes functionality to detect a foreign object and reduce power when a foreign object is detected. In particular, section 11 of the Qi specification version 1.2.1 describes various methods for detecting a foreign object.

Один способ обнаружения таких посторонних объектов раскрыт в WO 2015018868 A1. В другом примере, представленном в WO 2012127335, раскрыт подход, основанный на определении неизвестных потерь мощности. Согласно этому подходу и приемник мощности, и передатчик мощности измеряют свою мощность, причем приемник передает данные об измеренной принятой мощности на передатчик мощности. Когда передатчик мощности обнаруживает значительную разницу между мощностью, переданной передатчиком, и мощностью, принятой приемником, потенциально может присутствовать нежелательный посторонний объект и из соображений безопасности передача мощности может быть уменьшена или прекращена. Для этого способа определения потери мощности требуются синхронизированные точные измерения мощности, выполняемые передатчиком и приемником мощности.One method for detecting such foreign objects is disclosed in WO 2015018868 A1. In another example, presented in WO 2012127335, an approach based on the determination of unknown power losses is disclosed. In this approach, both the power receiver and the power transmitter measure their power, with the receiver reporting the measured received power to the power transmitter. When a power transmitter detects a significant difference between the power transmitted by the transmitter and the power received by the receiver, an undesirable foreign object may potentially be present and, for security reasons, the power transmission may be reduced or terminated. This method of determining power loss requires synchronized, accurate power measurements by transmitter and receiver.

Например, согласно стандарту передачи мощности Qi приемник мощности оценивает принятую им мощность, например путем измерения выпрямленного напряжения и тока, их умножения и добавления оценки внутренних потерь мощности в приемнике мощности (например, потерь выпрямителя, катушки приемника, металлических деталей, являющихся частью приемника, и т.д.). Приемник мощности передает данные об определенной принятой мощности на передатчик мощности с минимальной частотой, например, каждые четыре секунды.For example, according to the Qi power transmission standard, a power receiver estimates the power it has received, for example, by measuring the rectified voltage and current, multiplying them, and adding an estimate of the internal power losses in the power receiver (for example, losses of the rectifier, receiver coil, metal parts that are part of the receiver, and etc.). The power receiver transmits the determined received power to the power transmitter at a minimum frequency, eg every four seconds.

Передатчик мощности оценивает переданную им мощность, например, путем измерения входного напряжения постоянного тока и тока инвертора, их умножения и корректировки результата путем вычитания оценки внутренних потерь мощности в передатчике, таких как, например, расчетные потери мощности в инверторе, первичной катушке и металлических деталях, являющихся частью передатчика мощности.The power transmitter estimates the power transmitted by it, for example, by measuring the DC input voltage and current of the inverter, multiplying them, and correcting the result by subtracting an estimate of the internal power losses in the transmitter, such as, for example, the calculated power losses in the inverter, primary coil and metal parts, being part of the power transmitter.

Передатчик мощности может оценить потерю мощности путем вычитания сообщенной принятой мощности из переданной мощности. Если разница превышает пороговое значение, передатчик предположит, что большое количество мощности рассеивается посторонним объектом, после чего он может прекратить передачу мощности (или отрегулировать рабочие параметры соответствующим образом, например, ограничить передачу мощности для того, чтобы она была ниже заданного уровня).The power transmitter may estimate the power loss by subtracting the reported received power from the transmitted power. If the difference exceeds a threshold, the transmitter will assume that a large amount of power is being dissipated by a foreign object, after which it may stop transmitting power (or adjust operating parameters accordingly, such as limiting power transmission to below a predetermined level).

В качестве альтернативы было предложено измерять качество или коэффициент добротности резонансной схемы, образованной первичной и вторичной катушками вместе с соответствующими емкостями и сопротивлениями. Уменьшение измеренного коэффициента добротности может указывать на присутствие постороннего объекта.As an alternative, it has been proposed to measure the quality or quality factor of the resonant circuit formed by the primary and secondary coils, together with their respective capacitances and resistances. A decrease in the measured quality factor may indicate the presence of a foreign object.

На практике, как правило, трудно достичь достаточной точности определения с помощью способов, описанных в спецификации Qi. Эта сложность усугубляется множеством неопределенностей, касающихся конкретных текущих рабочих условий.In practice, as a rule, it is difficult to achieve sufficient accuracy of determination using the methods described in the Qi specification. This complexity is exacerbated by many uncertainties regarding specific current operating conditions.

Например, особой проблемой является потенциальное присутствие собственных металлов (т.е. металлических деталей устройства, которые вмещают приемник мощности или передатчик мощности), поскольку их магнитные и электрические свойства могут быть неизвестными (и отличаться для разных устройств) и, таким образом, их может быть трудно компенсировать.For example, the potential presence of intrinsic metals (i.e., the metal parts of the device that house the power receiver or power transmitter) is a particular concern because their magnetic and electrical properties may be unknown (and differ from device to device) and thus can be be hard to compensate.

Кроме того, нежелательный нагрев может быть результатом рассеивания даже относительно небольшой мощности металлическим посторонним объектом. Таким образом, необходимо обнаруживать даже небольшое расхождение в мощности между переданной и принятой мощностью, и это может быть особенно сложным, когда уровни мощности при передаче мощности увеличиваются.In addition, unwanted heating can be the result of even a relatively small amount of power being dissipated by a metallic foreign object. Thus, it is necessary to detect even a small difference in power between transmitted and received power, and this can be especially difficult when transmit power levels increase.

Подход с ухудшением коэффициента добротности во многих случаях может характеризоваться лучшей чувствительностью для обнаружения присутствия металлических объектов. Однако он все же может не обеспечить достаточную точность и, например, также может быть подвержен влиянию собственного металла.The Q factor degradation approach can in many cases be characterized by better sensitivity for detecting the presence of metallic objects. However, it may still not provide sufficient accuracy and, for example, may also be affected by its own metal.

Эффективность обнаружения посторонних объектов зависит от конкретных рабочих условий при фактическом выполнении проверки. Например, если, как описано в спецификации Qi, измерение для обнаружения постороннего объекта выполняют в течение этапа выбора процесса инициализации передачи мощности, сигнал, который передатчик мощности предоставляет для измерения, должен быть достаточно слабым, чтобы не допустить активацию приемника мощности. Однако для такого слабого сигнала отношение сигнал/шум обычно низкое, что приводит к снижению точности измерения.The effectiveness of foreign object detection depends on the specific operating conditions when the test is actually performed. For example, if, as described in the Qi specification, a foreign object detection measurement is performed during the selection step of the power transmission initialization process, the signal that the power transmitter provides for the measurement must be weak enough to prevent activation of the power receiver. However, for such a weak signal, the signal-to-noise ratio is usually low, resulting in poor measurement accuracy.

Требование слабого измерительного сигнала может привести к другим нежелательным эффектам. В приемнике мощности, подверженному воздействию слабого измерительного сигнала, может возникать ток утечки, который зависит от уровня измерительного сигнала, связи между первичной и вторичной катушками, а также состояния заряда конденсатора на выходе выпрямителя. Таким образом, этот ток утечки может быть различным в зависимости от реальных условий. Поскольку ток утечки влияет на вносимое полное сопротивление в катушке передатчика мощности, измерение коэффициента добротности также будет зависеть от конкретных текущих условий.Requiring a weak measuring signal can lead to other undesirable effects. A power receiver exposed to a weak measurement signal may experience leakage current, which depends on the level of the measurement signal, the coupling between the primary and secondary coils, and the state of charge of the capacitor at the output of the rectifier. Thus, this leakage current may be different depending on the actual conditions. Since the leakage current affects the impedance introduced into the power transmitter coil, the measurement of the Q factor will also depend on the specific current conditions.

Еще одна проблема заключается в том, что обнаружение посторонних объектов обычно является очень чувствительной проверкой, при которой желательно, чтобы относительно небольшие изменения, вызванные присутствием постороннего объекта, обнаруживались в среде с по возможности большим разбросом рабочих условий и случаев, для которых выполняют проверку.Yet another problem is that foreign object detection is typically a very sensitive test, in which it is desirable that relatively small changes caused by the presence of a foreign object be detected in an environment with as wide a range of operating conditions and cases as possible for which the test is performed.

Соответственно, существующие последовательности операций, как правило, не оптимальны и могут в некоторых случаях и примерах обеспечивать характеристики хуже оптимальных. В частности, это может привести к тому, что присутствие посторонних объектов не будет обнаружено, или может привести к ложному обнаружению посторонних объектов, когда они отсутствуют.Accordingly, existing workflows are generally not optimal and may, in some instances and instances, provide suboptimal performance. In particular, this may result in the presence of foreign objects not being detected, or may result in false detection of foreign objects when they are absent.

Точное обнаружение посторонних объектов особенно затруднено в случаях, когда уровень мощности сигнала передачи мощности является высоким и/или когда он изменяется. Таким образом, обнаружение посторонних объектов особенно сложно в течение этапа передачи мощности, в частности, для приемников мощности, которые представляют собой большую и изменяющуюся нагрузку. Кроме того, как правило, имеются конфликтующие требования в отношении обнаружения посторонних объектов и передачи мощности, и действительно, передача мощности, как правило, создает помеху для обнаружения постороннего объекта. Однако модификация операции передачи мощности для улучшения обнаружения постороннего объекта, как правило, оказывает негативное влияние на передачу мощности.Accurate detection of foreign objects is particularly difficult in cases where the power level of the power transmission signal is high and/or when it changes. Thus, foreign object detection is particularly difficult during the power transmission phase, in particular for power receivers that present a large and fluctuating load. In addition, there are typically conflicting requirements regarding foreign object detection and power transmission, and indeed, power transmission tends to interfere with foreign object detection. However, modifying the power transmission operation to improve foreign object detection generally has a negative effect on power transmission.

Кроме того, другие операции системы передачи мощности могут быть чувствительными к таким эффектам. Например, во многих случаях на связь между передатчиком мощности и приемником мощности могут отрицательно влиять большие нагрузки и, в частности, большие изменения нагрузки.In addition, other operations of the power transmission system may be susceptible to such effects. For example, in many cases, communication between a power transmitter and a power receiver can be adversely affected by large loads, and in particular by large load changes.

Во многих системах при осуществлении связи от приемника мощности к передатчику мощности может быть использована модуляция нагрузкой, при которой нагрузка для сигнала передачи мощности изменяется в зависимости отданных, подлежащих передаче. Однако такую модуляцию нагрузкой может быть сложно определить при одновременном изменении нагрузки передачи мощности для сигнала передачи мощности. Аналогичным образом, связь от передатчика мощности к приемнику мощности может быть обеспечена путем модуляции сигнала передачи мощности (например, амплитудной или частотной модуляции), но помеха для такой модуляции может быть вызвана изменениями параметров сигнала передачи мощности из-за изменяющейся нагрузки.In many systems, when communicating from a power receiver to a power transmitter, load modulation can be used in which the load on the power transmission signal varies depending on the data to be transmitted. However, such load modulation can be difficult to determine while changing the power transfer load for the power transfer signal. Similarly, communication from a power transmitter to a power receiver can be achieved by modulating the power transmission signal (eg, amplitude or frequency modulation), but interference with such modulation may be caused by changes in the parameters of the power transmission signal due to changing load.

Фактически, даже если для связи используют полностью отдельную несущую, такую как канал ближней бесконтактной связи (NFC), очень большое и изменяющееся электромагнитное поле, создаваемое сигналом передачи мощности, может вызвать значительные помехи, несмотря на то, что оно находится в совершенно другом частотном диапазоне.In fact, even if a completely separate carrier is used for communication, such as a Near Field Communication (NFC) channel, the very large and varying electromagnetic field created by the power transmission signal can cause significant interference, despite being in a completely different frequency range. .

Таким образом, присутствие сигнала передачи мощности и его нагрузка могут оказывать негативное влияние на другие операции, такие как операции обнаружения посторонних объектов и осуществления связи.Thus, the presence of a power transmission signal and its load may have a negative impact on other operations such as foreign object detection and communication operations.

Следовательно, было бы предпочтительным улучшение работы системы передачи мощности, в частности, было бы предпочтительным применение подхода, позволяющего повысить гибкость, снизить стоимость, уменьшить сложность, улучшить обнаружение постороннего объекта, улучшить связь, улучшить поддержку различных нагрузок, улучшить адаптируемость, обратную совместимость, снизить влияние на операцию передачи мощности, улучшить операцию передачи мощности и/или улучшить характеристики.Therefore, it would be preferable to improve the operation of the power transmission system, in particular, it would be preferable to adopt an approach that can increase flexibility, reduce cost, reduce complexity, improve foreign object detection, improve communication, improve support for various loads, improve adaptability, backward compatibility, reduce effect on the power transfer operation, improve the power transfer operation, and/or improve performance.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Соответственно, настоящее изобретение предпочтительно направлено на уменьшение, смягчение или устранение одного или более из вышеупомянутых недостатков по отдельности или в любой комбинации.Accordingly, the present invention is preferably directed to the reduction, mitigation or elimination of one or more of the above disadvantages alone or in any combination.

Согласно аспекту настоящего изобретения предложен приемник мощности для приема мощности, переданной беспроводным образом, из сигнала передачи мощности от беспроводного передатчика мощности в течение этапа передачи мощности, причем для сигнала передачи мощности в течение этапа передачи мощности обеспечена возможность использования повторяющегося временного кадра, содержащего по меньшей мере временной интервал передачи мощности и временной интервал обнаружения посторонних объектов, при этом приемник мощности содержит: синхронизатор для синхронизации локальной временной привязки с повторяющимся временным кадром, контроллер нагрузки для отключения нагрузки в течение по меньшей мере части временных интервалов обнаружения посторонних объектов по меньшей мере в течение части этапа передачи мощности, при этом время отключения зависит от локальной временной привязки, контроллер режима для переключения между первым режимом работы и вторым режимом работы на протяжении временных интервалов передачи мощности в ответ на меру надежности синхронизации, причем в первом режиме работы и во втором режиме работы обеспечена возможность использования разных параметров передачи мощности.According to an aspect of the present invention, a power receiver is provided for receiving wirelessly transmitted power from a power transmission signal from a wireless power transmitter during a power transmission step, wherein the power transmission signal during the power transmission step is enabled to use a repeating time frame comprising at least a power transmission time interval and a foreign object detection time interval, wherein the power receiver comprises: a synchronizer for synchronizing the local timing with a repeating time frame, a load controller for disconnecting the load during at least a portion of the foreign object detection time intervals for at least a portion power transmission stage, with the turn-off time depending on the local timing, a mode controller for switching between the first mode of operation and the second mode of operation during transmission time intervals and power in response to a measure of synchronization reliability, wherein the first mode of operation and the second mode of operation are provided with the possibility of using different power transmission parameters.

Настоящее изобретение может обеспечить улучшенные характеристики во многих вариантах осуществления и может обеспечить в целом улучшенное выполнение операции передачи мощности во многих системах и вариантах осуществления. Например, во многих вариантах осуществления улучшенное обнаружение постороннего объекта может быть достигнуто путем выполнения такого обнаружения в течение интервалов времени с особенно предпочтительными условиями для выполнения таких операций.The present invention may provide improved performance in many embodiments and may provide overall improved performance of the power transfer operation in many systems and embodiments. For example, in many embodiments, improved foreign object detection can be achieved by performing such detection during time intervals with particularly favorable conditions for performing such operations.

Этот подход может позволить во многих вариантах осуществления снизить сложность и может позволить во многих системах обеспечить высокую степень обратной совместимости. В частности, этот подход может быть особенно пригодным для улучшения обнаружения посторонних объектов и, возможно, осуществления связи в системах беспроводной передачи мощности Qi, например работы в соответствии со спецификациями Qi версии 1.2 или более ранней.This approach may allow complexity to be reduced in many embodiments and may allow a high degree of backward compatibility to be achieved in many systems. In particular, this approach may be particularly useful for improving foreign object detection and possibly communication in Qi wireless power transmission systems, such as operating in accordance with Qi specifications version 1.2 or earlier.

Во многих вариантах осуществления настоящее изобретение может обеспечить более надежную и/или безопасную работу. В частности, оно может смягчить и снизить риск состояний перенапряжения, которые происходят при отключении нагрузки. Например, уровень мощности в сигнале передачи мощности в течение временных интервалов передачи мощности может быть снижен, когда мера надежности указывает на то, что синхронизация не является надежной, тем самым снижая риск неприемлемого перенапряжения, возникающий в том случае, если отключение происходит в течение временного интервала передачи мощности.In many embodiments, the present invention may provide more reliable and/or safer operation. In particular, it can mitigate and reduce the risk of overvoltage conditions that occur when a load is disconnected. For example, the power level in the power transfer signal during the power transfer time intervals can be reduced when the measure of reliability indicates that the timing is not reliable, thereby reducing the risk of unacceptable overvoltage if an outage occurs during the time interval. power transmission.

Во многих вариантах осуществления продолжительность временного интервала обнаружения посторонних объектов составляет не более 5%, 10% или 20% продолжительности временного кадра. Во многих вариантах осуществления продолжительность временного(-ых) интервала(-ов) обнаружения посторонних объектов составляет не менее 70%, 80% или 90% продолжительности временного кадра.In many embodiments, the foreign object detection time interval is no more than 5%, 10%, or 20% of the time frame duration. In many embodiments, the foreign object detection time interval(s) is at least 70%, 80%, or 90% of the time frame duration.

В течение временного интервала обнаружения посторонних объектов уровень мощности в сигнале передачи мощности может быть снижен в соответствии с уменьшающимся уровнем мощности, передаваемой от передатчика мощности к приемнику мощности. В течение временного интервала обнаружения посторонних объектов уровень мощности, передаваемой от передатчика мощности к приемнику мощности, может быть снижен относительно уровня мощности, передаваемой от передатчика мощности к приемнику мощности в течение временного интервала передачи мощности. Уровень мощности и ссылки на мощность и уровень мощности можно, в частности, рассматривать как относящиеся к реальной мощности (I⋅U⋅cosϕ).During the foreign object detection time interval, the power level in the power transmission signal may be reduced in accordance with the decreasing power level transmitted from the power transmitter to the power receiver. During the foreign object detection time interval, the power level transmitted from the power transmitter to the power receiver may be reduced relative to the power level transmitted from the power transmitter to the power receiver during the power transmission time interval. The power level and references to power and power level can, in particular, be considered as referring to real power (I⋅U⋅cosϕ).

В первом и втором режимах работы могут использовать различные параметры передачи мощности посредством по меньшей мере одного из: применения другого предела для уровня сигнала передачи мощности в первом и втором режимах работы, использование другой нагрузки сигнала передачи мощности в первом и втором режимах работы и применение другого предела к частоте изменений уровней мощности сигнала передачи мощности в первом и втором режимах работы. Синхронизатор может быть выполнен с возможностью генерирования меры надежности синхронизации.The first and second modes of operation may use different power transmission parameters by at least one of: applying a different limit to the power transmission signal level in the first and second modes of operation, using a different loading of the power transmission signal in the first and second modes of operation, and applying a different limit to the frequency of changes in power levels of the power transmission signal in the first and second modes of operation. The synchronizer may be configured to generate a measure of the reliability of the synchronization.

В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения синхронизатор выполнен с возможностью осуществления синхронизации локальной временной привязки с повторяющимся временным кадром при входе на этап передачи мощности, контроллер режима выполнен с возможностью управления приемником мощности для работы в первом режиме работы при входе на этап передачи мощности, а также с возможностью переключения приемника мощности на второй режим работы в ответ на обнаружение того, что мера надежности синхронизации превышает пороговое значение.In accordance with an optional feature of the present invention, the synchronizer is configured to perform local timing synchronization with a repeating time frame when entering the power transmission step, the mode controller is configured to control the power receiver to operate in the first mode of operation when entering the power transmission step, and with the possibility of switching the power receiver to the second mode of operation in response to detecting that the measure of synchronization reliability exceeds a threshold value.

Это может обеспечивать улучшенную работу во многих вариантах осуществления, в том числе, как правило, более надежную и/или безопасную операцию передачи мощности и/или улучшенное обнаружение постороннего объекта. В частности, такой подход может обеспечить возможность улучшенного инициирования передачи мощности в ситуациях, когда приемник мощности намеревается извлечь большое количество мощности в течение этапа передачи мощности.This may provide improved performance in many embodiments, including a generally more reliable and/or secure power transfer operation and/or improved foreign object detection. In particular, such an approach may allow for improved power transfer initiation in situations where the power receiver intends to extract a large amount of power during the power transfer phase.

В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения приемник мощности дополнительно содержит контроллер уровня сигнала для передачи запросов уровня сигнала в отношении сигнала передачи мощности на передатчик мощности, при этом контроллер уровня сигнала выполнен с возможностью управления уровнем сигнала передачи мощности в течение интервалов передачи мощности для отличия от уровня сигнала передачи мощности в течение интервалов обнаружения посторонних объектов при нахождении в первом режиме работы, причем синхронизатор выполнен с возможностью синхронизации в ответ на вариации сигнала между временными интервалами передачи мощности и временными интервалами для посторонних объектов.In accordance with an optional feature of the present invention, the power receiver further comprises a signal level controller for transmitting signal level requests for the power transmission signal to the power transmitter, wherein the signal level controller is configured to control the level of the power transmission signal during the power transmission intervals to differ from the level a power transmission signal during the foreign object detection intervals while in the first mode of operation, wherein the synchronizer is configured to synchronize in response to signal variations between the power transmission time intervals and the foreign object time intervals.

Это может обеспечить улучшенные характеристики во многих вариантах осуществления и может обеспечить надежную адаптацию и синхронизацию начального времени.This may provide improved performance in many embodiments and may provide reliable start time adaptation and synchronization.

В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения синхронизатор выполнен с возможностью определения меры надежности синхронизации в ответ на продолжительность работы в первом режиме работы.In accordance with an optional feature of the present invention, the synchronizer is configured to determine a measure of synchronization reliability in response to the duration of operation in the first mode of operation.

Это может обеспечить улучшенные характеристики во многих вариантах осуществления.This may provide improved performance in many embodiments.

В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения приемник мощности дополнительно содержит инициатор, который выполнен с возможностью определения набора параметров для временных интервалов для посторонних объектов путем связи с передатчиком мощности перед входом на этап передачи мощности, при этом набор параметров содержит по меньшей мере одно из: а. продолжительности временных интервалов обнаружения посторонних объектов, b. интервала между временными интервалами для посторонних объектов и с. уровня сигнала для интервалов для посторонних объектов.In accordance with an optional feature of the present invention, the power receiver further comprises an initiator that is configured to determine a parameter set for time slots for foreign objects by communicating with the power transmitter prior to entering the power transmission step, the parameter set comprising at least one of: a . duration of foreign object detection time intervals, b. interval between time intervals for extraneous objects and s. signal level for intervals for foreign objects.

Это может обеспечить более надежную работу и, в частности, может обеспечить возможность адаптации работы к конкретным условиям.This may provide more reliable operation and, in particular, may allow the operation to be adapted to specific conditions.

В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения синхронизатор выполнен с возможностью осуществления синхронизации на основе указанного набора параметров.In accordance with an optional feature of the present invention, the synchronizer is configured to perform synchronization based on a specified set of parameters.

Это может обеспечивать улучшенные характеристики и может обеспечить возможность преимущественной адаптации условий работы с определяемыми параметрами путем согласования и последующей регулировки посредством, например, автоматической синхронизации.This may provide improved performance and may allow for advantageous adaptation of the operating conditions to the determined parameters by matching and subsequent adjustment through, for example, automatic synchronization.

В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения синхронизатор выполнен с возможностью определения меры надежности в ответ на сравнение временного параметра для временных интервалов обнаружения посторонних объектов, определенного из локальной временной привязки, и соответствующего временного параметра из набора параметров.In accordance with an optional feature of the present invention, the synchronizer is configured to determine a measure of reliability in response to a comparison of a time parameter for foreign object detection time intervals determined from a local time reference and a corresponding time parameter from a set of parameters.

Это может обеспечить особенно преимущественное определение меры надежности.This can provide a particularly advantageous definition of a measure of reliability.

В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения приемник мощности выполнен с возможностью управления передатчиком мощности для ограничения уровня сигнала передачи мощности до уровня, который ниже во время первого режима работы, чем во время второго режима работы.In accordance with an optional feature of the present invention, the power receiver is configured to control the power transmitter to limit the level of the power transmission signal to a level that is lower during the first mode of operation than during the second mode of operation.

Это может обеспечить улучшенную и/или более надежную работу во многих вариантах осуществления и, в частности, может смягчить и/или снизить риск состояний перенапряжения.This may provide improved and/or more reliable performance in many embodiments, and in particular may mitigate and/or reduce the risk of overvoltage conditions.

В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения контроллер нагрузки выполнен с возможностью отключения нагрузки от сигнала передачи мощности в течение временных интервалов передачи мощности при нахождении в первом режиме работы, но не при нахождении во втором режиме работы.In accordance with an optional feature of the present invention, the load controller is configured to disconnect the load from the power transfer signal during the power transfer time intervals when in the first mode of operation, but not when in the second mode of operation.

Это может обеспечить улучшенную работу.This may provide improved performance.

В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения приемник мощности дополнительно содержит контроллер уровня мощности для передачи запросов уровня мощности в отношении сигнала передачи мощности на передатчик мощности, при этом контроллер уровня мощности выполнен с возможностью ограничения частоты изменения уровней мощности в первом режиме работы до более низкого уровня, чем во втором режиме работы.In accordance with an optional feature of the present invention, the power receiver further comprises a power level controller for transmitting power level requests in relation to the power transmission signal to the power transmitter, wherein the power level controller is configured to limit the frequency of changes in power levels in the first mode of operation to a lower level, than in the second mode.

В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения синхронизатор выполнен с возможностью определения меры надежности синхронизации в ответ на сравнение уровней сигнала для сигнала передачи мощности в течение временных интервалов передачи мощности и временных интервалов для посторонних объектов.In accordance with an optional feature of the present invention, the synchronizer is configured to determine a measure of timing reliability in response to a comparison of signal levels for a power transmission signal during power transmission time intervals and time intervals for foreign objects.

В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения контроллер режима выполнен с возможностью переключения приемника мощности со второго режима работы на первый режим работы в ответ на обнаружение того, что мера надежности синхронизации ниже порогового значения.In accordance with an optional feature of the present invention, the mode controller is configured to switch the power receiver from the second mode of operation to the first mode of operation in response to detecting that the timing reliability measure is below a threshold.

В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения контроллер нагрузки выполнен с возможностью повторного подключения нагрузки в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов в течение по меньшей мере части этапа передачи мощности, при этом время повторного подключения зависит от локальной временной привязки.In accordance with an optional feature of the present invention, the load controller is configured to reconnect the load during foreign object detection time intervals during at least a portion of the power transfer step, the reconnect time depending on the local timing.

В соответствии с необязательным признаком настоящего изобретения приемник мощности дополнительно содержит ограничитель тока для ограничения тока на нагрузку при повторном подключении нагрузки.In accordance with an optional feature of the present invention, the power receiver further comprises a current limiter for limiting current to the load when the load is reconnected.

Согласно аспекту настоящего изобретения предложен способ управления работой приемника мощности, принимающего мощность, переданную беспроводным образом, из сигнала передачи мощности от беспроводного передатчика мощности в течение этапа передачи мощности, причем для сигнала передачи мощности в течение этапа передачи мощности используют повторяющийся временной кадр, содержащий по меньшей мере временной интервал передачи мощности и временной интервал обнаружения посторонних объектов, способ включает следующие этапы: синхронизацию локальной временной привязки с повторяющимся временным кадром, отключение нагрузки в течение по меньшей мере части временных интервалов обнаружения посторонних объектов в течение части по меньшей мере этапа передачи мощности, при этом время отключения зависит от локальной временной привязки, и переключение между первым режимом работы и вторым режимом работы на протяжении временных интервалов передачи мощности в ответ на меру надежности синхронизации, причем в первом режиме работы и во втором режиме работы используют разные параметры передачи мощности.According to an aspect of the present invention, a method is provided for controlling the operation of a power receiver receiving wirelessly transmitted power from a power transmission signal from a wireless power transmitter during a power transmission step, wherein a repeating time frame is used for the power transmission signal during the power transmission step, comprising at least at least a power transfer time interval and a foreign object detection time interval, the method includes the following steps: synchronizing the local timing with a repeating time frame, disconnecting the load during at least a portion of the foreign object detection time intervals during a portion of at least the power transfer stage, In this case, the off time depends on the local timing, and switching between the first mode of operation and the second mode of operation during the power transfer time intervals in response to a measure of the synchronization reliability, and in the first ohm mode of operation and the second mode of operation use different power transmission parameters.

Эти и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны и разъяснены со ссылкой на вариант(ы) реализации, описанный(-е) ниже.These and other aspects, features and advantages of the present invention will be apparent and explained with reference to the embodiment(s) of implementation described(s) below.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны исключительно в качестве примера со ссылкой на чертежи, на которыхEmbodiments of the present invention will be described solely by way of example with reference to the drawings, in which

На ФИГ. 1 представлен пример элементов системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.FIG. 1 shows an example of elements of a power transmission system in accordance with some embodiments of the present invention.

На ФИГ. 2 представлен пример элементов передатчика мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.FIG. 2 shows an example of elements of a power transmitter in accordance with some embodiments of the present invention.

На ФИГ. 3 представлен пример элементов приемника мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.FIG. 3 shows an example of elements of a power receiver in accordance with some embodiments of the present invention.

На ФИГ. 4 представлен пример элементов выходного каскада передатчика мощности.FIG. 4 shows an example of the output stage elements of a power transmitter.

На ФИГ. 5 представлен пример элементов приемника мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.FIG. 5 shows an example of elements of a power receiver in accordance with some embodiments of the present invention.

На ФИГ. 6 представлен пример временного кадра для системы беспроводной передачи мощности, изображенной на ФИГ. 1; иFIG. 6 shows an example time frame for the wireless power transmission system shown in FIG. one; and

На ФИГ. 7 представлен пример временного кадра для системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.FIG. 7 shows an example time frame for a wireless power transmission system in accordance with some embodiments of the present invention.

На ФИГ. 8 представлен пример элементов приемника мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.FIG. 8 shows an example of elements of a power receiver in accordance with some embodiments of the present invention.

На ФИГ. 9 представлен пример элементов приемника мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.FIG. 9 shows an example of elements of a power receiver in accordance with some embodiments of the present invention.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

В нижеследующем описании основное внимание уделяется вариантам осуществления настоящего изобретения, которые могут быть применены в системе беспроводной передачи мощности и которые предполагают использование подхода к передаче мощности, например известного из спецификации Qi. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается этим вариантом применения, а может быть применено во многих других системах беспроводной передачи мощности.The following description focuses on embodiments of the present invention that can be applied to a wireless power transmission system and which involve the use of a power transmission approach such as that known from the Qi specification. However, it should be understood that the present invention is not limited to this application, but can be applied to many other wireless power transmission systems.

На ФИГ. 1 представлен пример системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Система передачи мощности содержит передатчик 101 мощности, который содержит катушку/индуктивность 103 передатчика (или соединен с ней). Система также содержит приемник 105 мощности, который содержит катушку/индуктивность 107 приемника (или соединен с ней).FIG. 1 shows an example of a power transmission system in accordance with some embodiments of the present invention. The power transmission system comprises a power transmitter 101 which contains (or is connected to) a transmitter coil/inductance 103 . The system also includes a power receiver 105 which contains (or is connected to) a receiver coil/inductance 107 .

Система обеспечивает электромагнитный сигнал передачи мощности, который позволяет индуктивно передавать мощность от передатчика 101 мощности к приемнику 105 мощности. В частности, передатчик 101 мощности генерирует электромагнитный сигнал, который распространяется в виде магнитного потока катушкой или индуктивностью 103 передатчика. Сигнал передачи мощности может соответствовать компоненту для передачи электромагнитной мощности, осуществляющему передачу энергии от передатчика мощности к приемнику мощности, и может рассматриваться как соответствующий компоненту генерируемого электромагнитного поля, которое передает мощность от передатчика мощности к приемнику мощности. Например, при отсутствии нагрузки приемной катушки 107 приемник мощности не будет получать мощность из сгенерированного электромагнитного поля (не считая потерь). В таком случае при возбуждении катушки 103 передатчика может быть сгенерировано электромагнитное поле с потенциально высокой напряженностью поля, но уровень мощности сигнала передачи мощности будет нулевым (не считая потерь). В некоторых ситуациях, если присутствует посторонний объект, сигнал передачи мощности можно рассматривать как включающий компонент, соответствующий передаче мощности постороннему объекту, и, таким образом, сигнал передачи мощности можно рассматривать как соответствующий мощности, получаемой из электромагнитного поля, создаваемого передатчиком мощности.The system provides an electromagnetic power transfer signal that allows power to be inductively transferred from the power transmitter 101 to the power receiver 105. Specifically, the power transmitter 101 generates an electromagnetic signal that is propagated as a magnetic flux by the coil or inductance 103 of the transmitter. The power transmission signal may correspond to an electromagnetic power transmission component that transmits power from the power transmitter to the power receiver, and may be considered to correspond to a component of the generated electromagnetic field that transmits power from the power transmitter to the power receiver. For example, if the pickup coil 107 is unloaded, the power receiver will not receive power from the generated electromagnetic field (not counting losses). In such a case, when the transmitter coil 103 is energized, an electromagnetic field with a potentially high field strength can be generated, but the power level of the power transmission signal will be zero (excluding losses). In some situations, if a foreign object is present, the power transmission signal can be considered as including a component corresponding to the power transmission of the foreign object, and thus the power transmission signal can be considered as corresponding to the power received from the electromagnetic field generated by the power transmitter.

Сигнал передачи мощности, как правило, может иметь частоту от приблизительно 20 кГц до приблизительно 500 кГц и часто для Qi-совместимых систем, как правило, в диапазоне от 95 кГц до 205 кГц (или, например, для вариантов применения на кухне с высокой мощностью частота может, например, как правило, находиться в диапазоне от 20 кГц до 80 кГц). Катушка 103 передатчика и катушка 107 приема мощности слабо связаны, и, таким образом, катушка 107 приема мощности принимает сигнал (по меньшей мере часть сигнала) передачи мощности от передатчика 101 мощности. Таким образом, мощность передается от передатчика 101 мощности к приемнику 105 мощности с помощью беспроводной индуктивной связи от катушки 103 передатчика к катушке 107 приема мощности. Термин «сигнал передачи мощности» в основном используется для обозначения индуктивного сигнала/магнитного поля между катушкой 103 передатчика и катушкой 107 приема мощности (сигнала магнитного потока), но следует понимать, что эквивалентно он также может рассматриваться и использоваться, как обозначающий электрический сигнал, обеспечиваемый на катушке 103 передатчика или принимаемый катушкой 107 приема мощности.The power transmit signal can typically range from about 20 kHz to about 500 kHz, and often for Qi-compatible systems, typically in the range of 95 kHz to 205 kHz (or, for example, for high power kitchen applications). the frequency may, for example, typically be in the range of 20 kHz to 80 kHz). The transmitter coil 103 and the power reception coil 107 are loosely coupled, and thus the power reception coil 107 receives a power transmission signal (at least a portion of the signal) from the power transmitter 101. Thus, power is transmitted from the power transmitter 101 to the power receiver 105 by wireless inductive coupling from the transmitter coil 103 to the power receive coil 107. The term "power transmission signal" is primarily used to refer to the inductive signal/magnetic field between the transmitter coil 103 and the power (flux signal) receiving coil 107, but it should be understood that, equivalently, it can also be considered and used to refer to the electrical signal provided by on the transmitter coil 103 or received by the power reception coil 107 .

В этом примере приемник 105 мощности, в частности, является приемником мощности, который принимает мощность с помощью катушки 107 приемника. Однако в других вариантах осуществления приемник 105 мощности может содержать металлический элемент, такой как металлический нагревательный элемент, и в этом случае сигнал передачи мощности непосредственно индуцирует вихревые токи, приводящие к непосредственному нагреву элемента.In this example, the power receiver 105 is specifically a power receiver that receives power via the receiver coil 107. However, in other embodiments, power receiver 105 may include a metal element, such as a metal heating element, in which case the power transmission signal directly induces eddy currents resulting in direct heating of the element.

Система выполнена с возможностью передачи значительных уровней мощности и, в частности, передатчик мощности может обеспечивать уровни мощности, превышающие 500 мВт, 1 Вт, 5 Вт, 50 Вт, 100 Вт или 500 Вт, во многих вариантах осуществления. Например, для вариантов применения, соответствующих Qi, передача мощности, как правило, может происходить в диапазоне мощности 1-5 Вт для вариантов применения с малой мощностью (базовым профилем мощности), до 15 Вт для спецификации Qi версии 1.2, в диапазоне до 100 Вт для вариантов применения с более высокой мощностью, таких как электроинструменты, ноутбуки, дроны, роботы и т.д., и от 100 до 1000 Вт для вариантов применения с очень большой мощностью, таких как, например, варианты применения на кухне.The system is capable of transmitting significant power levels, and in particular, the power transmitter can deliver power levels in excess of 500 mW, 1 W, 5 W, 50 W, 100 W, or 500 W in many embodiments. For example, for Qi compliant applications, power transfer can typically occur in the power range of 1-5 W for low power applications (basic power profile), up to 15 W for Qi specification version 1.2, in the range up to 100 W for higher power applications such as power tools, laptops, drones, robots, etc. and 100 to 1000 W for very high power applications such as kitchen applications.

Далее работа передатчика 101 мощности и приемника 105 мощности будет описана с прямой ссылкой на вариант осуществления, в целом соответствующий спецификации Qi (за исключением описанных в данном документе (или последующих) изменений и улучшений) или подходящий для спецификации для кухни с повышенной мощностью, разрабатываемой Консорциумом беспроводной передачи мощности. В частности, передатчик 101 мощности и приемник 105 мощности могут поддерживать или по существу быть совместимыми с элементами спецификации Qi версии 1.0, 1.1 или 1.2 (за исключением описанных в данном документе (или последующих) изменений и улучшений).In the following, the operation of the power transmitter 101 and the power receiver 105 will be described with direct reference to an embodiment generally compliant with the Qi specification (except as described (or subsequent) changes and improvements) or suitable for the Consortium's high power kitchen specification. wireless power transmission. In particular, power transmitter 101 and power receiver 105 may support or be substantially compliant with elements of the Qi specification version 1.0, 1.1 or 1.2 (except as described herein (or subsequent) changes and improvements).

Далее работа системы по ФИГ. 1 будет описана с особым упором на обнаружение посторонних объектов.Further operation of the system according to FIG. 1 will be described with particular reference to foreign object detection.

В системах беспроводной передачи мощности присутствие объекта (как правило, проводящего элемента, получающего мощность из сигнала передачи мощности и не являющегося частью передатчика 101 мощности или приемника 105 мощности, т.е. являющегося непреднамеренным, нежелательным и/или создающим помехи элементом в отношении передачи мощности) может быть очень нежелательным в течение передачи мощности. Такой нежелательный объект также известен как посторонний объект.In wireless power transmission systems, the presence of an object (typically a conductive element that receives power from a power transmission signal and is not part of the power transmitter 101 or power receiver 105, i.e., being an unintended, unwanted and/or interfering element with respect to the power transmission ) can be very undesirable during power transfer. Such an unwanted object is also known as a foreign object.

Посторонний объект может не только снижать эффективность вследствие добавления в операцию потерь мощности, но также может ухудшать саму операцию передачи мощности (например, за счет влияния на эффективность передачи мощности или получения мощности, не управляемой непосредственно, например, с помощью контура передачи мощности). Кроме того, индукция токов в постороннем объекте (в частности, вихревых токов в металлической части постороннего объекта) может зачастую приводить к крайне нежелательному нагреву постороннего объекта.The foreign object may not only reduce efficiency by adding power losses to the operation, but may also degrade the power transfer operation itself (eg, by influencing the efficiency of power transfer or receiving power not directly controlled, for example, by a power transfer loop). In addition, the induction of currents in the foreign object (in particular, eddy currents in the metal part of the foreign object) can often lead to highly undesirable heating of the foreign object.

Для решения подобной проблемы системы беспроводной передачи мощности, такие как Qi, включают функцию обнаружения посторонних объектов. В частности, передатчик мощности имеет функциональные возможности по обнаружению присутствия постороннего объекта. В случае его обнаружения передатчик мощности может, например, прекратить передачу мощности или уменьшить максимальную величину мощности, которая может быть передана.To solve this problem, wireless power transmission systems such as Qi include a foreign object detection function. In particular, the power transmitter has the functionality to detect the presence of a foreign object. If it is detected, the power transmitter may, for example, stop transmitting power or reduce the maximum amount of power that can be transmitted.

Авторы выяснили, что обычное обнаружение посторонних объектов осуществляется не оптимально и что это частично связано с изменениями и неопределенностями конкретных рабочих условий и ситуаций, при которых выполняется обнаружение посторонних объектов, включая изменения и неопределенности свойств передатчика мощности, свойств приемника мощности, применяемых условий проверок и т.д.The authors found that conventional foreign object detection does not perform optimally and that this is due in part to variations and uncertainties in the specific operating conditions and situations in which foreign object detection is performed, including changes and uncertainties in power transmitter properties, power receiver properties, applied test conditions, etc. .d.

Примером сложностей при проверках по обнаружению посторонних объектов является требование выполнения достаточно точных измерений для достижения достаточно надежного обнаружения посторонних объектов. Например, если измерение для обнаружения постороннего объекта происходит на этапе выбора этапа инициализации передачи мощности Qi, сигнал, который передатчик мощности обеспечивает для этого измерения, должен быть достаточно слабым, чтобы не активировать приемник мощности. Однако это, как правило, приводит к плохому отношению сигнал/шум, что снижает точность обнаружения. Таким образом, эффективность обнаружения может зависеть от конкретного применяемого уровня сигнала и, как правило, возникают противоречивые требования.An example of the difficulty in foreign object detection tests is the requirement to make sufficiently precise measurements to achieve sufficiently reliable foreign object detection. For example, if a foreign object detection measurement occurs in the selection step of power transmission initialization step Qi, the signal that the power transmitter provides for this measurement should be weak enough not to activate the power receiver. However, this generally results in a poor signal-to-noise ratio, which reduces detection accuracy. Thus, the detection performance may depend on the particular signal level applied and there are usually conflicting requirements.

В приемнике мощности, на который воздействует слабый электромагнитный сигнал, может возникать ток утечки, который зависит от уровня электромагнитного сигнала, связи между первичной и вторичной катушками и состояния заряда конденсатора на выходе выпрямителя. Таким образом, этот ток утечки может варьироваться в зависимости от реальных текущих условий и в зависимости от конкретных параметров (например, свойств конденсатора) отдельного приемника мощности. Поскольку ток утечки влияет на вносимое полное сопротивление в первичной катушке, измерение коэффициента добротности также зависит от реальных условий и это, как правило, препятствует оптимальному обнаружению.A power receiver exposed to a weak electromagnetic signal may experience leakage current, which depends on the level of the electromagnetic signal, the coupling between the primary and secondary coils, and the state of charge of the capacitor at the output of the rectifier. Thus, this leakage current may vary depending on the actual current conditions and depending on the specific parameters (eg capacitor properties) of the individual power receiver. Since the leakage current affects the impedance introduced into the primary coil, the measurement of the quality factor is also dependent on the actual conditions and this usually prevents optimal detection.

Еще одна проблема обнаружения постороннего объекта основана, например, на том, что сообщенные данные о принятой мощности при различных нагрузках или уровнях сигнала могут быть менее надежными, чем требуется, вследствие того, что соотношения между переданной и принятой мощностью различны для разных нагрузок и уровней сигналов.Another foreign object detection problem is based, for example, on the fact that the reported received power data at different loads or signal levels may be less reliable than required due to the fact that the ratios between transmitted and received power are different for different loads and signal levels. .

В системе по ФИГ. 1 использован подход к обнаружению посторонних объектов, предполагающий уменьшение неопределенности и чувствительности к изменениям, и, соответственно, предполагающий обеспечение лучшего обнаружения посторонних объектов. Указанный подход во многих вариантах осуществления позволяет обеспечить лучшее обнаружение посторонних объектов и, в частности, во многих вариантах осуществления позволяет обеспечить более точное и/или надежное обнаружение посторонних объектов. Этот подход также может позволить обеспечить низкую сложность и низкие требования к ресурсам. Преимущество данного подхода состоит в том, что он может быть пригодным для применения во многих существующих системах, например, в частности, в системе беспроводной передачи мощности Qi, и фактически это часто может быть достигнуто путем выполнения незначительных изменений.In the system of FIG. 1 uses a foreign object detection approach to reduce uncertainty and sensitivity to change, and thus to provide better foreign object detection. This approach in many embodiments allows for better detection of foreign objects and, in particular, in many embodiments, the implementation allows for more accurate and/or reliable detection of foreign objects. This approach can also provide low complexity and low resource requirements. The advantage of this approach is that it may be suitable for use in many existing systems, for example, in particular in a Qi wireless power transmission system, and in fact this can often be achieved by making minor changes.

Как будет описано более подробно ниже, этот подход представляет собой подход с временным разделением в течение этапа передачи мощности, причем такие операции, как обнаружение посторонних объектов, а также передача мощности могут, например, выполняться в разных временных интервалах, что позволяет существенно снизить взаимные помехи между ними (в частности, влияние передачи мощности на обнаружение посторонних объектов).As will be described in more detail below, this approach is a time division approach during the power transfer phase, whereby operations such as foreign object detection as well as power transfer can, for example, be performed in different time slots, which can significantly reduce mutual interference. between them (in particular, the effect of power transfer on the detection of foreign objects).

В частности, для беспроводной системы передачи мощности сигнал передачи мощности должен соответствовать повторяющемуся временному кадру, который содержит по меньшей мере один временной интервал передачи мощности и один временной интервал обнаружения посторонних объектов.In particular, for a wireless power transmission system, the power transmission signal must correspond to a repeating time frame that includes at least one power transmission time slot and one foreign object detection time slot.

Передатчик мощности выполнен с возможностью осуществления обнаружения постороннего объекта в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов и для упрощения этой операции, приемник мощности выполнен с возможностью отключения нагрузки, тем самым снижая нагрузку сигнала передачи мощности по сравнению с интервалами передачи мощности, при которых подключена нагрузка, которая нагружает сигнал передачи мощности.The power transmitter is configured to perform foreign object detection during the foreign object detection time intervals, and to simplify this operation, the power receiver is configured to turn off the load, thereby reducing the load of the power transmission signal compared to the power transmission intervals in which the load is connected, which loads the power transfer signal.

В частности, многие подходы по обнаружению постороннего объекта становятся более точными, если мощность, принятая/извлеченная приемником мощности, снижена (или близка) до нуля путем отключения нагрузки. В этом состоянии, если мощность подается передатчиком мощности, то она, вероятно, будет поглощена посторонним объектом, находящимся вблизи передатчика мощности. Такая мощность, извлекаемая в постороннем объекте, может быть измерена и обнаружена с гораздо более высокой точностью, поскольку уровень мощности и неопределенность мощности, извлеченной приемником мощности, существенно снижаются и, как правило, будут снижены, например, до извлекаемой собственным металлом приемника мощности. Это не только повышает относительное воздействие постороннего объекта на сигнал передачи мощности, но также может обеспечивать более точную компенсацию мощности, извлекаемой приемником мощности (например, мощность, извлекаемая собственным металлом, может быть оценена в течение процесса калибровки и далее компенсирована в алгоритме обнаружения постороннего объекта).In particular, many foreign object detection approaches become more accurate if the power received/extracted by the power receiver is reduced (or close to) to zero by disconnecting the load. In this state, if power is supplied by the power transmitter, it is likely to be absorbed by a foreign object in the vicinity of the power transmitter. Such power extracted in a foreign object can be measured and detected with much higher accuracy, because the power level and uncertainty of the power extracted by the power receiver is significantly reduced and, as a rule, will be reduced to, for example, the power extracted by the receiver's own metal. This not only increases the relative effect of the foreign object on the power transmission signal, but can also provide more accurate compensation for the power extracted by the power receiver (for example, the power extracted by the native metal can be estimated during the calibration process and further compensated in the foreign object detection algorithm) .

Отключение нагрузки в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов приводит к снижению уровня мощности сигнала передачи мощности в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов относительно временного интервала передачи мощности, и, как правило, мощность, извлекаемая приемником мощности, может быть не менее чем в 5, 10 или 50 раз ниже уровня мощности в течение временного интервала передачи мощности.Turning off the load during the foreign object detection time intervals leads to a decrease in the power level of the power transmission signal during the foreign object detection time interval relative to the power transmission time interval, and generally, the power extracted by the power receiver can be no less than 5, 10 or 50 times below the power level during the power transmission time interval.

Таким образом, передатчик мощности выполняет обнаружение постороннего объекта в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов, когда нагрузка сигнала передачи мощности со стороны приемника мощности значительно снижена. Кроме того, приемник мощности синхрониризуется с повторяемым временным кадром на сигнале передачи мощности и использует его для синхронизации отключения нагрузки таким образом, чтобы оно совпадало с временными интервалами обнаружения посторонних объектов. Как правило, нагрузка будет отключена вскоре после определенного начала временного интервала обнаружения посторонних объектов и будет повторно подключена вскоре перед его окончанием, тем самым обеспечивая небольшой запас безопасности. В результате работы передатчик мощности и приемника мощности, синхронизированной по временному кадру, выполняется улучшенное обнаружение посторонних объектов, при этом по-прежнему обеспечивая высокий уровень переданной мощности.Thus, the power transmitter performs foreign object detection during the foreign object detection time intervals when the load of the power transmission signal from the side of the power receiver is significantly reduced. In addition, the power receiver is synchronized to a repeated time frame on the power transmission signal and uses it to synchronize the load shedding so that it coincides with the foreign object detection time intervals. Typically, the load will be disconnected shortly after a certain start of the foreign object detection time interval and will be reconnected shortly before its end, thus providing a small margin of safety. As a result of the operation of the power transmitter and the power receiver synchronized to the time frame, improved foreign object detection is performed while still providing a high level of transmitted power.

На ФИГ. 2 более подробно представлены элементы передатчика 101 мощности, а на ФИГ. 3 более подробно представлены элементы приемника 105 мощности по ФИГ. 1.FIG. 2 shows the elements of the power transmitter 101 in more detail, and FIG. 3 shows in more detail the elements of the power receiver 105 of FIG. one.

Передатчик 101 мощности содержит возбудитель 201, который выполнен с возможностью генерации сигнала возбуждения, подаваемого на катушку 103 передатчика, которая, в свою очередь, генерирует электромагнитное поле и, следовательно, электромагнитный сигнал передачи мощности, который обеспечивает передачу мощности на приемник 105 мощности. Сигнал передачи мощности обеспечивают (по меньшей мере) в течение временных интервалов передачи мощности этапа передачи мощности.The power transmitter 101 includes a driver 201 which is configured to generate a drive signal applied to the transmitter coil 103 which in turn generates an electromagnetic field and hence an electromagnetic power transfer signal that provides power to the power receiver 105. The power transmission signal is provided (at least) during the power transmission time intervals of the power transmission step.

Возбудитель 201, как правило, может содержать выходную схему в виде инвертора, обычно образуемую путем возбуждения полного моста или полумоста, что хорошо известно специалистам в данной области техники. На ФИГ. 4 представлен пример типичного выходного каскада передатчика мощности, в котором инвертер образован четырьмя полевыми транзисторами (FET), соединенными в мостиковую конфигурацию, и катушкой 103 передатчика (LTx), которая также соединена с конденсатором (СТх) для образования выходной резонансной схемы.Driver 201 may typically comprise an inverter output circuit, typically formed by full or half bridge driving, as is well known to those skilled in the art. FIG. 4 shows an example of a typical power transmitter output stage in which the inverter is formed by four field effect transistors (FETs) connected in a bridge configuration and a transmitter coil 103 (LTx) which is also connected to a capacitor (CTx) to form an output resonant circuit.

Передатчик 101 мощности также содержит контроллер 203 передатчика мощности, который выполнен с возможностью управления работой передатчика 101 мощности в соответствии с требуемыми принципами работы. В частности, передатчик 101 мощности может иметь многие функциональные возможности, необходимые для выполнения управления мощностью в соответствии со спецификациями Qi.The power transmitter 101 also includes a power transmitter controller 203 that is configured to control the operation of the power transmitter 101 in accordance with desired operating principles. In particular, the power transmitter 101 may have many of the functionality needed to perform power control in accordance with the Qi specifications.

Контроллер 203 передатчика мощности, в частности, выполнен с возможностью управления генерацией сигнала возбуждения возбудителем 201, и он выполнен с возможностью, в частности, управления уровнем мощности сигнала возбуждения, и, соответственно, уровнем генерируемого сигнала передачи мощности/электромагнитного поля. Контроллер 203 передатчика мощности содержит контроллер контура мощности, управляющий уровнем мощности сигнала передачи мощности в ответ на сообщения для управления мощностью, принятые от приемника 105 мощности в течение этапа управления мощностью.The power transmitter controller 203 is particularly configured to control the generation of the drive signal by the driver 201, and it is configured to specifically control the power level of the drive signal, and thus the level of the generated power/electromagnetic field signal. The transmitter power controller 203 includes a power loop controller controlling the power level of the power transmission signal in response to the power control messages received from the power receiver 105 during the power control step.

Для приема данных и сообщений от приемника 105 мощности передатчик 101 мощности содержит первое устройство 205 связи, которое выполнено с возможностью приема данных и сообщений от приемника 105 мощности (как будет очевидно для специалиста в данной области техники, сообщение с данными может содержать один или более битов информации). В этом примере приемник 105 мощности выполнен с возможностью модуляции нагрузкой сигнала передачи мощности, сгенерированного катушкой 103 передатчика, а первое устройство 205 связи выполнено с возможностью определения изменения напряжения и/или тока на катушке 103 передатчика и демодулирования модуляции нагрузкой на их основе. Специалистам в данной области техники известны принципы модуляции нагрузкой, например используемые в системах беспроводной передачи мощности Qi, поэтому они не будут описаны более подробно.To receive data and messages from the power receiver 105, the power transmitter 101 includes a first communication device 205 that is configured to receive data and messages from the power receiver 105 (as will be apparent to one skilled in the art, the data message may comprise one or more bits information). In this example, the power receiver 105 is configured to load modulate the power transmission signal generated by the transmitter coil 103, and the first communication device 205 is configured to detect voltage and/or current changes on the transmitter coil 103 and demodulate the load modulation based on them. Those skilled in the art are aware of the principles of load modulation, such as those used in Qi wireless power transmission systems, so they will not be described in more detail.

Во многих вариантах осуществления первое устройство 205 связи также выполнено с возможностью передачи данных на приемник 105 мощности и может, в частности, быть выполнено с возможностью модуляции сигнала передачи мощности с использованием частотной, амплитудной или фазовой модуляции.In many embodiments, the first communication device 205 is also configured to transmit data to the power receiver 105 and may specifically be configured to modulate the power transmission signal using frequency, amplitude, or phase modulation.

В некоторых вариантах осуществления связь могут осуществлять с использованием отдельного канала связи, что может быть достигнуто с использованием отдельной катушки связи или фактически с использованием катушки 103 передатчика. Например, в некоторых вариантах осуществления может быть реализована ближняя бесконтактная связь или высокочастотная несущая (например, с частотой несущей 13,56 МГц) может быть наложена на сигнал передачи мощности.In some embodiments, communication may be carried out using a separate communication channel, which can be achieved using a separate communication coil or actually using the transmitter coil 103. For example, in some embodiments, short-range proximity communication may be implemented, or a high frequency carrier (eg, carrier frequency of 13.56 MHz) may be superimposed on the power transmission signal.

В системе по ФИГ. 1-3 связь в течение этапа передачи мощности осуществляется во временных интервалах обнаружения посторонних объектов. В частности, некоторые или по существу все временные интервалы обнаружения посторонних объектов также могут быть использованы, как временные интервалы осуществления связи, в течение которых происходит осуществление связи между передатчиком 101 мощности и приемником 105 мощности. В частности, контроллер 203 передатчика может синхронизировать первое устройство 205 связи таким образом, что операция осуществления связи (обычно как прием, так и передача данных) выполняется во (и, как правило, только в) временных интервалах обнаружения посторонних объектов/временных интервалах осуществления связи на этапе передачи мощности, т.е. в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов, которые назначены для осуществления связи.In the system of FIG. 1-3, communication during the power transmission phase occurs in foreign object detection time slots. In particular, some or substantially all of the foreign object detection time slots can also be used as communication time slots during which communication occurs between the power transmitter 101 and the power receiver 105. In particular, the transmitter controller 203 may synchronize the first communication device 205 such that a communication operation (typically both receiving and transmitting data) is performed in (and typically only in) foreign object detection/communication timeslots. at the stage of power transfer, i.e. during the time intervals of detection of foreign objects that are assigned for communication.

Это может позволить существенно повысить качество связи.This can significantly improve the quality of communication.

Передатчик 101 мощности также содержит детектор 207 посторонних объектов, который выполнен с возможностью выполнения проверок по обнаружению посторонних объектов, т.е. конкретного определения того, насколько вероятно присутствие каких-либо нежелательных проводящих элементов в пределах сгенерированного электромагнитного поля.The power transmitter 101 also includes a foreign object detector 207 that is configured to perform foreign object detection checks, i. e. a specific determination of how likely it is that any unwanted conductive elements are present within the generated electromagnetic field.

В данной системе проверки по обнаружению посторонних объектов основаны на измерениях, выполняемых в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов, т.е. в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов, которые предназначены для обнаружения посторонних объектов.In this system, the foreign object detection checks are based on measurements performed during the foreign object detection time intervals, i.e. during foreign object detection time intervals, which are designed to detect foreign objects.

Как будет описано далее более подробно, в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов уровень мощности сигнала передачи мощности снижается за счет отключения нагрузки приемником мощности и уменьшения общей нагрузки для сигнала передачи мощности. Отключение нагрузки соответствует отсоединению нагрузки от сигнала передачи мощности (и, следовательно, термины «отключение» и «отсоединение» нагрузки от сигнала передачи мощности могут считаться синонимами). Нагрузка будет соответствующим образом отключена/отсоединена от сигнала передачи мощности и от катушки 107 приемника.As will be described in more detail below, during the foreign object detection time intervals, the power level of the power transmission signal is reduced by turning off the load of the power receiver and reducing the overall load on the power transmission signal. Disconnecting the load corresponds to disconnecting the load from the power transfer signal (and hence the terms "disconnecting" and "disconnecting" the load from the power transfer signal can be considered synonymous). The load will be disconnected/disconnected from the power transmission signal and from the receiver coil 107 as appropriate.

Во многих вариантах осуществления приемник 105 мощности может быть выполнен с возможностью минимизации нагрузки для сигнала передачи мощности, чтобы она соответствовала только нагрузке от собственного металла (металлических деталей самого приемника мощности), и, возможно, небольшому количеству мощности, используемому функциональным блоком управления приемника мощности. Приемник мощности часто может полностью отключать целевую нагрузку для сигнала передачи мощности в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов. Это часто может, например, приводить к уменьшению нагрузки для сигнала передачи мощности, например, от 5-50 Вт в течение временных интервалов передачи мощности до менее 500 мВт в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов.In many embodiments, the power receiver 105 can be configured to minimize the load on the power transmit signal to match only the load from its own metal (the metal parts of the power receiver itself) and possibly a small amount of power used by the power receiver's functional control unit. The power receiver can often completely turn off the target load for the power transmission signal during the foreign object detection time intervals. This can often, for example, result in a reduction in load on the power transfer signal, for example from 5-50 W during power transfer time slots to less than 500 mW during foreign object detection time slots.

Следует отметить, что уровень мощности сигнала передачи мощности может быть снижен без того, чтобы это приводило к снижению напряженности сгенерированного электромагнитного поля (или было вызвано им). Например, отключение нагрузки приемником мощности приведет к уменьшению мощности, получаемой из электромагнитного поля и сигнала передачи мощности и, таким образом, из сигнала возбуждения на катушку 103 передатчика. Однако это не обязательно должно приводить к уменьшению напряженности сгенерированного поля и фактически может обеспечить наличие большой напряженности поля, поскольку противоположное электромагнитное поле, созданное током в катушке 107 приемника, уменьшается.It should be noted that the power level of the power transmission signal can be reduced without causing (or being caused by) a reduction in the strength of the generated electromagnetic field. For example, disconnecting the load by the power receiver will result in a reduction in the power available from the electromagnetic field and the power transmission signal, and thus from the drive signal to the transmitter coil 103. However, this need not necessarily lead to a decrease in the strength of the generated field, and in fact may provide a large field strength, since the opposite electromagnetic field created by the current in the receiver coil 107 is reduced.

Таким образом, во многих вариантах осуществления временные интервалы обнаружения посторонних объектов характеризуются передачей пониженной мощности от передатчика мощности к приемнику мощности по сравнению с такой передачей мощности в течение временных интервалов передачи мощности (или по меньшей мере передачей сниженной максимально возможной/доступной мощности от передатчика мощности на приемник мощности по сравнению с передачей максимально возможной/доступной мощности в течение временных интервалов передачи мощности). Однако напряженность электромагнитного поля, создаваемого катушкой 103 передатчика, может оставаться такой же или даже увеличиваться.Thus, in many embodiments, foreign object detection time slots are characterized by reduced power transmission from the power transmitter to the power receiver compared to such power transmission during the power transmission time slots (or at least the transmission of reduced maximum possible/available power from the power transmitter to the power receiver). receiver power compared to transmitting the maximum possible/available power during power transmission time slots). However, the strength of the electromagnetic field generated by the transmitter coil 103 may remain the same or even increase.

Фактически, во многих вариантах осуществления, в которых обнаружение посторонних объектов основано на измерении нагрузки электромагнитного поля, создаваемого катушкой 103 передатчика, может быть желательным адаптировать сигнал возбуждения таким образом, чтобы создаваемое электромагнитное поле имело напряженность поля, подходящую для выполнения предполагаемой операции в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов. Это может быть даже более высокая напряженность поля, чем в течение временного интервала передачи мощности, но величина передаваемой мощности уменьшается вследствие того, что приемник мощности отключает нагрузку. Однако во многих вариантах осуществления желательно, чтобы напряженность поля не была слишком высокой, когда приемник отключает нагрузку (для смягчения состояний перенагрузки).In fact, in many embodiments in which foreign object detection is based on a measurement of the electromagnetic field load generated by the transmitter coil 103, it may be desirable to tailor the excitation signal such that the generated electromagnetic field has a field strength suitable to perform the intended operation within the time interval. detection of foreign objects. This may be even higher field strength than during the power transmission time interval, but the amount of transmitted power is reduced due to the power receiver disconnecting the load. However, in many embodiments, it is desirable that the field strength is not too high when the receiver disconnects the load (to mitigate overload conditions).

Уменьшение нагрузки позволяет намного точнее обнаруживать посторонние объекты во многих ситуациях. Это приведет к тому, что мощность, рассеиваемая в постороннем объекте, будет составлять гораздо большую долю в общей рассеиваемой мощности, и фактически, как правило, мощность, рассеиваемая в постороннем объекте, превышает мощность, рассеиваемую в приемнике мощности, что, таким образом, облегчает обнаружение рассеивания мощности этим посторонним объектом.Reducing the load allows much more accurate detection of foreign objects in many situations. This will cause the power dissipated in the foreign object to be a much larger proportion of the total power dissipation, and in fact, as a rule, the power dissipated in the foreign object exceeds the power dissipated in the power receiver, thus facilitating detection of power dissipation by this foreign object.

В подходе по ФИГ. 2 возбудитель 201 генерирует электромагнитный проверочный сигнал, возбуждая катушку передатчика и, следовательно, электромагнитный проверочный сигнал может считаться соответствующим сигналу передачи мощности в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов. Однако следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления электромагнитный проверочный сигнал может быть сгенерирован не катушкой 103 передатчика, а другой катушкой (например, специальной проверочной катушкой). Далее термин «сигнал передачи мощности» будет использоваться для ссылки на сигнал электромагнитного поля, генерируемый передатчиком мощности в течение временных интервалов передачи мощности и в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов.In the approach of FIG. 2, the driver 201 generates an electromagnetic test signal by energizing the transmitter coil, and hence the electromagnetic test signal can be considered to correspond to the power transmission signal during the foreign object detection time intervals. However, it should be understood that in some embodiments, the implementation of the electromagnetic test signal may be generated not by the transmitter coil 103, but by another coil (eg, a special test coil). Hereinafter, the term "power transmission signal" will be used to refer to the electromagnetic field signal generated by the power transmitter during the power transmission time intervals and during the foreign object detection time intervals.

В течение интервала, в котором выполняется обнаружение посторонних объектов, т.е. в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов, детектор 207 посторонних объектов может оценивать условия, чтобы определить, можно ли считать, что посторонний объект присутствует, или нет. В течение временного интервала обнаружения посторонних объектов передатчик 101 мощности генерирует электромагнитный проверочный сигнал, а обнаружение посторонних объектов основано на оценке характеристик и свойств этого сигнала.During the interval in which foreign object detection is performed, i.e. during the foreign object detection time interval, the foreign object detector 207 may evaluate the conditions to determine whether the foreign object can be considered to be present or not. During the foreign object detection time interval, the power transmitter 101 generates an electromagnetic test signal, and the foreign object detection is based on an evaluation of the characteristics and properties of this signal.

Например, уровень мощности (мощности, полученной из) сгенерированного сигнала передачи мощности может быть использован как показатель мощности, полученной потенциальными посторонними объектами (как правило, путем ее сравнения с данными об ожидаемой мощности, полученными от приемника 105 мощности). Уровень мощности сигнала передачи мощности соответствует мощности, полученной из сгенерированного электромагнитного поля проводящими элементами (включая катушку 107 приемника), находящимися в электромагнитном поле. Таким образом, он указывает мощность, полученную комбинацией из приемника 105 мощности, а также любых посторонних объектов, которые могут присутствовать. Разность между уровнем мощности сигнала передачи мощности и мощностью, полученной приемником 105 мощности, соответственно, отражает мощность, полученную любыми присутствующими посторонними объектами. Обнаружение постороннего объекта может, например, представлять собой обнаружение низкой сложности, при котором обнаружение постороннего объекта считается произошедшим, если разность между уровнем мощности электромагнитного сигнала (далее именуемым уровнем мощности передачи) превышает сообщенную мощность, полученную приемником 105 мощности (далее именуемую уровнем принятой мощности).For example, the power level (power derived from) the generated power transmission signal can be used as an indicator of the power received by potential foreign objects (generally by comparing it with the expected power data received from the power receiver 105). The power level of the power transmission signal corresponds to the power received from the generated electromagnetic field by the conductive elements (including the receiver coil 107) located in the electromagnetic field. Thus, it indicates the power received by the combination from the power receiver 105 as well as any foreign objects that may be present. The difference between the power level of the power transmission signal and the power received by the power receiver 105, respectively, reflects the power received by any foreign objects present. The foreign object detection may, for example, be a low complexity detection in which foreign object detection is considered to have occurred if the difference between the electromagnetic signal power level (hereinafter referred to as the transmit power level) exceeds the reported power received by the power receiver 105 (hereinafter referred to as the received power level) .

Согласно этому подходу обнаружение посторонних объектов, соответственно, основано на сравнении уровней мощности между уровнем переданной мощности и сообщенным уровнем принятой мощности. Реакция на обнаружение постороннего объекта может быть разной в разных вариантах осуществления. Однако во многих вариантах осуществления передатчик 101 мощности может быть выполнен с возможностью прекращения передачи мощности (по меньшей мере временно) в ответ на обнаружение постороннего объекта. В других вариантах реализации он может быть выполнен с возможностью наложения пониженных пределов мощности на сигнал передачи мощности в течение временных интервалов передачи мощности, при этом обеспечивая возможность продолжения передачи мощности.According to this approach, foreign object detection is accordingly based on a comparison of power levels between the transmitted power level and the reported received power level. The response to the detection of a foreign object may be different in different embodiments. However, in many embodiments, the power transmitter 101 may be configured to stop transmitting power (at least temporarily) in response to the detection of a foreign object. In other implementations, it may be configured to impose reduced power limits on the power transfer signal during the power transfer time intervals while still allowing the power transfer to continue.

На ФИГ. 3 представлены некоторые приведенные в качестве примера элементы приемника 105 мощности.FIG. 3 shows some exemplary elements of power receiver 105.

Катушка 107 приемника соединена с контроллером 301 приемника мощности, который соединяет катушку 107 приемника с нагрузкой 303 через выключатель 305 (т.е. с коммутируемой нагрузкой 305). Контроллер 301 приемника мощности включает тракт управления мощностью, который преобразует мощность, полученную катушкой 107 приемника, в сигнал, пригодный для подачи на нагрузку. Кроме того, контроллер 301 приемника мощности может включать различные функциональные блоки контроллера приемника мощности, необходимые для выполнения передачи мощности, и, в частности, функциональные блоки, необходимые для выполнения передачи мощности в соответствии со спецификациями Qi.The receiver coil 107 is connected to a power receiver controller 301 which connects the receiver coil 107 to a load 303 via a switch 305 (ie, switched load 305). The power receiver controller 301 includes a power control path that converts the power received by the receiver coil 107 into a signal suitable for supply to a load. In addition, the power receiver controller 301 may include various functional blocks of the power receiver controller necessary to perform power transmission, and in particular, functional blocks necessary to perform power transmission in accordance with Qi specifications.

Для осуществления связи приемника 105 мощности с передатчиком 101 мощности приемник 105 мощности имеет второе устройство 307 связи.To communicate the power receiver 105 with the power transmitter 101, the power receiver 105 has a second communication device 307 .

Второе устройство 307 связи выполнено с возможностью передачи данных на передатчик мощности при изменении нагрузки катушки 107 приемника в ответ на поступление данных, подлежащих передаче на передатчик 101 мощности. Затем изменения нагрузки обнаруживаются и демодулируются передатчиком 101 мощности способом, известным специалистам в данной области техники.The second communication device 307 is configured to transmit data to the power transmitter when the load of the receiver coil 107 changes in response to the data to be transmitted to the power transmitter 101. Load changes are then detected and demodulated by power transmitter 101 in a manner known to those skilled in the art.

В этом примере второе устройство 307 связи также выполнено с возможностью демодуляции амплитудной, частотной и/или фазовой модуляции сигнала передачи мощности для получения данных, переданных с передатчика мощности.In this example, the second communication device 307 is also configured to demodulate the amplitude, frequency and/or phase modulation of the power transmission signal to obtain data transmitted from the power transmitter.

Контроллер 301 приемника мощности также выполнен с возможностью управления вторым устройством 307 связи таким образом, чтобы связь на этапе передачи мощности осуществлялась в интервалах связи, т.е. в течение временных интервалов, в которых уровень мощности сигнала передачи мощности снижается.The power receiver controller 301 is also configured to control the second communication device 307 so that communication during the power transmission step takes place in communication intervals, i.e. during the time intervals in which the power level of the power transmission signal decreases.

Таким образом, аналогично тому, как первое устройство связи синхронизирует связь с приемником мощности, чтобы она была осуществлена в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов, второе устройство связи также синхронизирует связь с передатчиком мощности, чтобы она была осуществлена в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов.Thus, just as the first communication device synchronizes communication with the power receiver so that it occurs during the foreign object detection time intervals, the second communication device also synchronizes communication with the power transmitter so that it occurs during the foreign object detection time intervals.

На ФИГ. 5 представлена принципиальная схема элементов приведенного в качестве примера тракта мощности приемника 105 мощности. В этом примере приемник 105 мощности содержит катушку 107 приемника, обозначенную как LRX. В этом примере катушка 107 приемника представляет собой часть резонансной схемы, а приемник 105 мощности, соответственно, также содержит резонансный конденсатор CRX. Катушка 107 приемника подвержена воздействию электромагнитного сигнала/поля и, соответственно, в катушке индуцируется переменное напряжение/ток. Резонансная схема подключена к выпрямительному мосту со сглаживающим конденсатором С1, подключенным к выходу моста. Таким образом, на конденсаторе С1 генерируется постоянное напряжение. Величина пульсаций постоянного напряжения будет зависеть от размера сглаживающего конденсатора, а также от нагрузки.FIG. 5 is a schematic diagram of the elements of an exemplary power path of power receiver 105. In this example, power receiver 105 includes a receiver coil 107, designated LRX. In this example, the receiver coil 107 is part of a resonant circuit, and the power receiver 105 accordingly also includes a resonant capacitor CRX. The receiver coil 107 is subjected to an electromagnetic signal/field and, accordingly, an alternating voltage/current is induced in the coil. The resonant circuit is connected to a rectifier bridge with a smoothing capacitor C1 connected to the output of the bridge. Thus, a constant voltage is generated on the capacitor C1. The amount of DC voltage ripple will depend on the size of the smoothing capacitor as well as the load.

Мост В1 и сглаживающий конденсатор С1 подключены к нагрузке 303, которая обозначена ссылочной позицией RL, через выключатель 305, который показан как выключатель S1. Выключатель 305, соответственно, может быть использован для подключения или отключения нагрузки от тракта мощности и, таким образом, нагрузка представляет собой коммутируемую нагрузку 305. Следует понимать, что, хотя выключатель S1 показан как обычный выключатель, он, конечно, может быть реализован с помощью любого подходящего средства, включая, как правило, полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник (MOSFET). Кроме того, следует понимать, что нагрузка 303 изображена как простой пассивный двухполюсный элемент, но, конечно, она может представлять собой любую пригодную нагрузку. Например, нагрузка 303 может представлять собой заряжаемую батарею, мобильный телефон или другое коммуникационное или вычислительное устройство, может представлять собой простую пассивную нагрузку и т.д. По существу, нагрузка 303 не обязательно должна быть внешней или специальной внутренней нагрузкой, а может, например, включать элементы самого приемника 105 мощности. Таким образом, нагрузку 303, показанную на ФИГ. 3 и 5, можно рассматривать как представляющую собой любую нагрузку катушки 107 приемника/ электромагнитного сигнала, которая может быть отключена с помощью выключателя 305/S1, и, соответственно, она также упоминается как коммутируемая нагрузка 305.Bridge B1 and smoothing capacitor C1 are connected to a load 303, which is indicated by the reference numeral RL, through a switch 305, which is shown as switch S1. The switch 305, respectively, can be used to connect or disconnect the load from the power path and, thus, the load is a switched load 305. It should be understood that although the switch S1 is shown as a conventional switch, it can, of course, be implemented using any suitable means, including, as a rule, a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET). Furthermore, it should be understood that the load 303 is depicted as a simple passive two-pole element, but of course it could be any suitable load. For example, load 303 may be a rechargeable battery, mobile phone, or other communication or computing device, may be a simple passive load, and so on. As such, the load 303 need not be an external or dedicated internal load, but may, for example, include elements of the power receiver 105 itself. Thus, the load 303 shown in FIG. 3 and 5 can be considered to be any receiver/electromagnetic signal coil 107 load that can be turned off by the switch 305/S1 and, accordingly, it is also referred to as switched load 305.

На ФИГ. 5 также показан конденсатор С2 модуляции нагрузки, который может быть отключен или подключен параллельно резонансной схеме в зависимости от положения выключателя S2. Второе устройство 307 связи может быть выполнено с возможностью управления выключателем S2 таким образом, чтобы нагрузка модулирующего конденсатора С2 могла быть подключена и отключена в ответ на поступление данных, подлежащих передаче на передатчик 101 мощности, таким образом обеспечивая модуляцию нагрузки.FIG. 5 also shows the load modulation capacitor C2, which can be disconnected or connected in parallel with the resonant circuit, depending on the position of the switch S2. The second communication device 307 may be configured to control the switch S2 so that the load of the modulating capacitor C2 can be connected and disconnected in response to data to be transmitted to the power transmitter 101, thus allowing the load to be modulated.

Приемник 105 мощности выполнен с возможностью перехода в режим пониженной мощности в течение временного интервала(-ов) обнаружения посторонних объектов каждого временного кадра в течение этапа передачи мощности. В этом примере приемник 105 мощности содержит контроллер 309 нагрузки, который управляет выключателем 305 (эквивалентно выключатель 305 можно рассматривать как часть контроллера нагрузки). В течение временного интервала обнаружения посторонних объектов контроллер 309 нагрузки может отключать нагрузку 303 от приемника мощности, т.е. отключать нагрузку контроллера 301 приемника мощности и, таким образом, нагрузку катушки 107 приемника. Таким образом, в этом случае контроллер 309 нагрузки может уменьшить нагрузку катушки 107 приемника в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов. Кроме того, не только уменьшается нагрузка приемника 105 мощности, что облегчает обнаружение других потерь мощности или модуляцию, но, что еще более важно, приемник 105 мощности входит в более хорошо выраженное или определенное состояние, в котором влияние изменений нагрузки на сигнал передачи мощности снижается.The power receiver 105 is configured to enter a reduced power mode during the foreign object detection time interval(s) of each time frame during the power transmission phase. In this example, power receiver 105 includes a load controller 309 that controls a switch 305 (equivalently, switch 305 can be considered part of the load controller). During the foreign object detection time interval, the load controller 309 may disconnect the load 303 from the power receiver, i. e. turn off the load of the controller 301 of the power receiver and, thus, the load of the coil 107 of the receiver. Thus, in this case, the load controller 309 can reduce the load on the receiver coil 107 during the foreign object detection time interval. In addition, not only is the load on the power receiver 105 reduced, making it easier to detect other power loss or modulation, but more importantly, the power receiver 105 enters a more pronounced or defined state in which the effect of load changes on the power transmission signal is reduced.

В примере, изображенном на ФИГ. 5, выключатель S1 может использоваться для отключения нагрузки в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов. Следует понимать, что в вариантах реализации выключаемая нагрузка 303 требует подачи более постоянной мощности, выключатель S1 может быть расположен перед конденсатором С1, или после конденсатора S1 может быть предусмотрено другое хранилище энергии для подачи мощности на выключаемую нагрузку 303 в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов.In the example shown in FIG. 5, switch S1 can be used to turn off the load during the foreign object detection time interval. It should be understood that in embodiments, the load to be switched off 303 requires a more constant power supply, the switch S1 may be located before the capacitor C1, or another energy store may be provided after the capacitor S1 to supply power to the load to be switched off 303 during the foreign object detection time interval.

Следует понимать, что нагрузка катушки 107 приемника не может быть полностью отключена в течение интервала обнаружения постороннего объекта. Например, приемник 105 мощности может по-прежнему получать мощность, например, для работы некоторых внутренних схем. Таким образом, контроллер 309 нагрузки может быть выполнен с возможностью отключения нагрузки от катушки 107 приемника, при этом катушка 107 приемника может быть нагружена одной или более другими нагрузками. Фактически, нагрузку катушки 107 приемника можно рассматривать как состоящую из нагрузки, отключаемой контроллером 309 нагрузки в течение интервала обнаружения посторонних объектов, и нагрузки, не отключаемой контроллером 309 нагрузки. Таким образом, нагрузку 303 можно рассматривать как представляющую собой нагрузку, отключаемую катушкой 107 приемника в течение интервала обнаружения посторонних объектов. Эта нагрузка может включать как внешнюю, так и внутреннюю нагрузку, для которой установлена передача мощности, но также может включать, например, внутренний функциональный блок управления, временно отключаемый в течение интервала обнаружения посторонних объектов.It should be understood that the loading of the receiver coil 107 cannot be completely turned off during the foreign object detection interval. For example, power receiver 105 may still receive power to operate some internal circuitry, for example. Thus, the load controller 309 may be configured to disconnect the load from the receiver coil 107 while the receiver coil 107 may be loaded with one or more other loads. In fact, the load of the receiver coil 107 can be considered as consisting of the load turned off by the load controller 309 during the foreign object detection interval and the load not turned off by the load controller 309. Thus, the load 303 can be considered as being the load turned off by the receiver coil 107 during the foreign object detection interval. This load may include both an external load and an internal load for which power transmission is set, but may also include, for example, an internal control function block temporarily disabled during the foreign object detection interval.

Контроллер 301 приемника мощности выполнен с возможностью создания контура управления мощностью с передатчиком 101 мощности. В частности, контроллер 301 приемника мощности может передавать сообщения для управления мощностью на передатчик 101 мощности, а в ответ передатчик 101 мощности может изменять уровень мощности сигнала передачи мощности в течение временных интервалов передачи мощности. Как правило, контроллер 301 приемника мощности выполнен с возможностью генерации сообщений об ошибках управления мощностью, которые указывают на запрос для передатчика 101 мощности в отношении увеличения или уменьшения уровня мощности. Контроллер 301 приемника мощности выполнен с возможностью определения соответствующих сообщений об ошибках, сравнивая измеренное значение с опорным значением. В течение передачи мощности контроллер 301 приемника мощности может сравнивать предоставленный уровень мощности с требуемым уровнем мощности и на основании этого сравнения запрашивать повышение или понижение уровня мощности.The power receiver controller 301 is configured to create a power control loop with the power transmitter 101 . In particular, the power receiver controller 301 may transmit power control messages to the power transmitter 101, and in response, the power transmitter 101 may change the power level of the power transmission signal during the power transmission time intervals. Typically, the power receiver controller 301 is configured to generate power control error messages that indicate a request for the power transmitter 101 to increase or decrease the power level. The power receiver controller 301 is configured to determine appropriate error messages by comparing the measured value with a reference value. During power transmission, the power receiver controller 301 may compare the provided power level with the required power level and, based on this comparison, request an increase or decrease in the power level.

Как упоминалось ранее, в системе применяется повторяющийся временной кадр в течение этапа передачи мощности, причем временной кадр содержит по меньшей мере один временной интервал передачи мощности и один временной интервал обнаружения посторонних объектов. Пример такого повторяющегося временного кадра показан на ФИГ. 6, на которой временные интервалы передачи мощности обозначены как РТ, а временные интервалы обнаружения посторонних объектов обозначены как D. В этом примере каждый временной кадр FRM содержит только один временной интервал обнаружения посторонних объектов и один временной интервал передачи мощности. Однако следует понимать, что в других вариантах осуществления другие временные интервалы также могут быть включены во временной кадр, или множество временных интервалов обнаружения посторонних объектов и/или временных интервалов передачи мощности могут быть включены в каждый временной кадр. В частности, повторяющийся временной кадр может содержать временные интервалы обнаружения посторонних объектов различных типов, например один или более временных интервалов обнаружения посторонних объектов и один или более временных интервалов осуществления связи.As previously mentioned, the system employs a repeating time frame during the power transmission phase, wherein the time frame comprises at least one power transmission time slot and one foreign object detection time slot. An example of such a repeating time frame is shown in FIG. 6, in which power transmission slots are denoted as PT and foreign object detection slots are denoted as D. In this example, each FRM slot contains only one foreign object detection slot and one power transmission slot. However, it should be understood that in other embodiments, other time slots may also be included in a time frame, or a plurality of foreign object detection time slots and/or power transmission time slots may be included in each time frame. In particular, the repeated time frame may comprise various types of foreign object detection time slots, such as one or more foreign object detection time slots and one or more communication time slots.

Согласно этому подходу, обнаружение посторонних объектов (и, например, такие операции, как осуществление связи) может выполняться в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов и, таким образом, обнаружение посторонних объектов (и, например, осуществление связи) и передача мощности могут быть разделены во временной области, что позволяет уменьшить перекрестные помехи от передачи мощности для обнаружения посторонних объектов/осуществления связи. Таким образом, изменчивость и неопределенность, возникающие в результате изменений рабочих условий для передачи мощности, могут отсутствовать при обнаружении посторонних объектов (осуществлении связи), что позволяет достичь более надежного и точного обнаружения посторонних объектов (осуществления связи).According to this approach, foreign object detection (and, for example, operations such as communication) can be performed during foreign object detection time intervals, and thus foreign object detection (and, for example, communication) and power transmission can be separated in the time domain to reduce crosstalk from power transmission for foreign object detection/communication. Thus, the variability and uncertainty resulting from changes in the operating conditions for power transmission can be eliminated in the detection of foreign objects (communication), which makes it possible to achieve more reliable and accurate detection of foreign objects (communication).

Таким образом, на этапе передачи мощности передатчик мощности выполнен с возможностью выполнения передачи мощности в течение временного интервала передачи мощности временных кадров этапа передачи мощности. В частности, в течение этих временных интервалов передатчик мощности и приемник мощности могут управлять контуром управления мощностью (работа контура управления мощностью может быть основана на осуществлении связи в пределах временных интервалов осуществления связи, соответствующих повторяющимся временным интервалам). Таким образом, уровень передаваемой мощности может динамически изменяться.Thus, in the power transmission step, the power transmitter is configured to perform power transmission during the power transmission time interval of the time frames of the power transmission step. In particular, during these time slots, the power transmitter and the power receiver may control the power control loop (operation of the power control loop may be based on communication within communication time slots corresponding to repetitive time slots). Thus, the transmit power level can change dynamically.

В течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов во временных кадрах этапа передачи мощности приемник мощности отключает/отсоединяет нагрузку, что приводит к снижению уровня мощности, передаваемой на приемник мощности сигналом передачи мощности.During the foreign object detection time intervals in the time frames of the power transfer phase, the power receiver turns off/disconnects the load, resulting in a decrease in the power level transmitted to the power receiver by the power transfer signal.

Как упоминалось ранее, снижение уровня мощности не обязательно соответствует снижению напряженности генерируемого электромагнитного поля. Например, уровень мощности при ее передаче значительно снижается за счет уменьшения нагрузки поля приемником мощности, например при отключении нагрузки 303, при этом получаемая в результате напряженность электромагнитного поля/уровень сигнала генерируемого электромагнитного сигнала может повышаться. Фактически, как правило, может быть желательным поддерживать относительно высокую напряженность магнитного поля для возможности измерения достаточного рассеивания мощности на постороннем объекте и, таким образом, облегчить и улучшить обнаружение посторонних объектов. В то же время, как правило, желательно, чтобы напряженность поля была достаточно низкой для того, чтобы не вызвать неприемлемые условия перенапряжения, когда нагрузка 303 отключена.As mentioned earlier, a decrease in power level does not necessarily correspond to a decrease in the strength of the generated electromagnetic field. For example, the power level during transmission is significantly reduced by reducing the field load of the power receiver, such as when the load 303 is turned off, while the resulting electromagnetic field strength/signal level of the generated electromagnetic signal can be increased. In fact, it may generally be desirable to maintain a relatively high magnetic field strength in order to be able to measure sufficient power dissipation on a foreign object and thus facilitate and improve the detection of foreign objects. At the same time, it is generally desirable that the field strength be low enough so as not to cause unacceptable overvoltage conditions when the load 303 is turned off.

Приемник 105 мощности может соответствующим образом уменьшить нагрузку приемника мощности для сигнала передачи мощности в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов. В частности, нагрузка для сигнала передачи мощности (который функционирует в качестве электромагнитного проверочного сигнала), обеспечиваемая приемником мощности в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов, будет меньшей, чем нагрузка для сигнала передачи мощности, обеспечиваемая приемником мощности в течение временного интервала передачи мощности (нагрузкой может, например, считаться эффективное полное активное сопротивление, соответственно, катушки 103 передатчика и проверочной катушки 209 в течение, соответственно, временного интервала передачи мощности и временного интервала обнаружения посторонних объектов).The power receiver 105 can appropriately reduce the load of the power receiver for the power transmission signal during the foreign object detection time interval. In particular, the load on the power transmission signal (which functions as an electromagnetic test signal) provided by the power receiver during the foreign object detection time interval will be less than the load on the power transmission signal provided by the power receiver during the power transmission time interval (load can, for example, be considered the effective impedance of the transmitter coil 103 and the test coil 209, respectively, during the power transfer time interval and the foreign object detection time interval, respectively).

Путем снижения уровня мощности, извлекаемой приемником мощности, обнаружить присутствие постороннего объекта становится легче. Это может быть результатом понижения общего количества извлекаемой мощности, тем самым облегчая обнаружение уровней мощности для мощности, извлекаемой посторонним объектом. Далее, путем отключения нагрузки, приемник мощности, как правило, может быть введен в заданное (или по меньшей мере его может быть легче прогнозировать) состояние, тем самым способствуя компенсации для приемника мощности при выполнении проверочного обнаружения постороннего объекта.By lowering the power level extracted by the power receiver, it becomes easier to detect the presence of a foreign object. This may be the result of lowering the total amount of extractable power, thereby facilitating the detection of power levels for power extracted by a foreign object. Further, by turning off the load, the power receiver can generally be brought into a predetermined (or at least more easily predictable) state, thereby facilitating compensation for the power receiver when performing a test foreign object detection.

Таким образом, отключение коммутируемой нагрузки 303 не только уменьшает нагрузку для сигнала передачи мощности, но также позволяет обеспечить более предсказуемую нагрузку и уменьшение ее изменения. Как правило, нагрузка передатчика мощности приемником мощности может значительно изменяться не только в разных вариантах применения, но также в зависимости от времени для одного и того же варианта применения и сеанса передачи мощности. Контур управления мощностью приводят в действие в течение этапа передачи мощности для адаптации к таким изменениям. Однако при вводе временного интервала обнаружения посторонних объектов, в котором нагрузка может быть отключена, можно перевести приемник мощности в эталонный режим, в котором нагрузка электромагнитного поля более предсказуема. Таким образом, например проверки по обнаружению посторонних объектов могут быть выполнены на основании того предположения, что приемник мощности находится в указанном эталонном или проверочном режиме и, таким образом, например, можно предположить установку заданной нагрузки электромагнитного проверочного сигнала. Таким образом, данный подход может не только позволить уменьшить нагрузку приемника 105 мощности (таким образом, повысив точность при относительно более сильном влиянии любых посторонних объектов), но также позволяет сделать ее более предсказуемой, таким образом облегчая компенсацию присутствия приемника мощности в течение проверки по обнаружению посторонних объектов.Thus, turning off the switched load 303 not only reduces the load on the power transmission signal, but also allows for more predictable load and less load variation. Typically, the loading of a power transmitter by a power receiver can vary significantly not only across applications, but also over time for the same application and power transmission session. The power control loop is activated during the power transfer phase to adapt to such changes. However, by introducing a foreign object detection time interval in which the load can be turned off, it is possible to put the power receiver into a reference mode in which the load of the electromagnetic field is more predictable. Thus, for example, foreign object detection tests can be performed based on the assumption that the power receiver is in a specified reference or test mode, and thus, for example, the predetermined load of the electromagnetic test signal can be assumed. Thus, this approach may not only allow the loading of the power receiver 105 to be reduced (thus improving accuracy with relatively greater interference from any foreign objects), but also make it more predictable, thus making it easier to compensate for the presence of the power receiver during a detection test. foreign objects.

Таким образом, система, показанная ФИГ. 1-5, обеспечивает значительно улучшенный подход к проверке по обнаружению посторонних объектов, при котором проверки по обнаружению посторонних объектов выполняются в гораздо более управляемых условиях, что позволяет проводить более точные и надежные проверки по обнаружению посторонних объектов.Thus, the system shown in FIG. 1-5 provides a significantly improved foreign object detection test approach in which foreign object detection tests are performed under much more controllable conditions, allowing for more accurate and reliable foreign object detection tests.

Существенная проблема в такой системе заключается в том, чтобы приемник мощности и передатчик мощности были полностью синхронизированы, и, в частности, важно, чтобы приемник мощности подключал и, в частности, отключал нагрузку в соответствующие моменты времени. Например, в течение типичной операции передачи мощности уровень мощности в сигнале передачи мощности может быть очень высоким в течение временных интервалов передачи мощности. Если нагрузка приемника мощности отключена в течение времени, когда передатчик мощности генерирует такое сильное электромагнитное поле и сигнал передачи мощности, в приемнике мощности может быть индуцировано перенапряжение, когда нагрузка отключена. Когда нагрузка отключена, резонансный ток передатчика мощности, который подключен через катушку (103) передатчика и катушку (107) приемника в приемнике мощности, больше не приглушается нагрузкой. Фактически, существует риск того, что индуцированное напряжение в приемнике мощности может повыситься до уровня, который может привести к повреждению компонентов приемника мощности, когда он отключает нагрузку.An essential problem in such a system is that the power receiver and the power transmitter are completely synchronized, and in particular it is important that the power receiver connects and in particular disconnects the load at the appropriate times. For example, during a typical power transfer operation, the power level in the power transfer signal may be very high during the power transfer time intervals. If the load of the power receiver is turned off during the time that the power transmitter generates such a strong electromagnetic field and a power transmission signal, an overvoltage may be induced in the power receiver when the load is turned off. When the load is disconnected, the resonant current of the power transmitter, which is connected through the transmitter coil (103) and the receiver coil (107) in the power receiver, is no longer muted by the load. In fact, there is a risk that the induced voltage in the power receiver may rise to a level that could damage the components of the power receiver when it disconnects the load.

Однако повторяющийся временной кадр обеспечивает передатчику мощности возможность понижения уровня сигнала в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов до уровня, при котором индуцированное напряжение не вредит компонентам приемника мощности. Если приемник мощности отключает свою нагрузку после соответствующего снижения напряженности электромагнитного поля/уровня сигнала, то состояние перенапряжения при отключении может быть предотвращено. Например, приемник мощности может измерять, например, индуцированное напряжение на своей катушке приемника для обнаружения понижения сигнала мощности для его использования в качестве триггера для запуска интервала обнаружения посторонних объектов и он может продолжить отключение своей нагрузки при этом триггере. Однако зачастую этот способ не является очень надежным, поскольку понижение могло быть вызвано другими состояниями, такими как указание начала интервала обнаружения посторонних объектов. Например, передатчик мощности может понизить сигнал мощности вследствие ошибки управления, ранее принятой от приемника мощности. Кроме того, изменение нагрузки может привести к понижению индуцированного напряжения на катушке приемника. Таким образом, приемник мощности нуждается в надежном способе определения начала интервала обнаружения посторонних объектов в ситуациях, в которых сигнал мощности является высоким в интервалах передачи мощности, для предотвращения перенапряжения и повреждения его компонентов при отключении нагрузки.However, the repeating time frame allows the power transmitter to lower the signal level during the foreign object detection time intervals to a level where the induced voltage does not harm the power receiver components. If the power receiver disconnects its load after a corresponding reduction in the electromagnetic field strength/signal level, then the overvoltage condition when disconnected can be prevented. For example, a power receiver may measure, for example, an induced voltage across its receiver coil to detect a power signal dip to use as a trigger to trigger a foreign object detection interval, and it may continue to turn off its load at that trigger. However, this method is often not very reliable, because the downgrade could be caused by other conditions, such as indicating the start of a foreign object detection interval. For example, the power transmitter may lower the power signal due to a control error previously received from the power receiver. In addition, changing the load can cause the induced voltage across the receiver coil to drop. Thus, the power receiver needs a reliable method to determine the start of the foreign object detection interval in situations in which the power signal is high during power transmission intervals, in order to prevent overvoltage and damage to its components when the load is turned off.

В конце временного интервала обнаружения посторонних объектов нагрузку повторно подключают к катушке 107 приемника таким образом, что она нагружает сигнал передачи мощности. И снова, для нагрузки желательно, чтобы она была подключена перед временным интервалом передачи мощности для обеспечения того, чтобы повышенное электромагнитное поле не индуцировало слишком высокое напряжение, которое приводит к состоянию перенапряжения. И снова, приемник мощности нуждается в надежном способе повторного своевременного подключения нагрузки, а именно перед повышением уровня сигнала передатчиком мощности.At the end of the foreign object detection time interval, the load is reconnected to the receiver coil 107 so that it loads the power transmission signal. Again, it is desirable for the load to be connected before the power transfer time interval to ensure that the increased electromagnetic field does not induce too high voltage, which leads to an overvoltage condition. Again, the power receiver needs a reliable way to reconnect the load in a timely manner, namely before the power transmitter raises the signal level.

Таким образом, как правило, предпочтительно, чтобы отключение и повторное подключение нагрузки происходило в пределах временного интервала обнаружения посторонних объектов. Однако желательно, чтобы время, доступное для обнаружения постороннего объекта, было достаточно большим для обеспечения возможности точного измерения (при достаточном усреднении). Кроме того, эти конфликтующие предпочтения ограничены общим желанием сделать временные интервалы обнаружения посторонних объектом максимально возможно короткими для повышения эффективности и минимизации прерываний при эффективной передаче мощности. Таким образом, желательно отключить нагрузку в течение максимально возможно короткого времени после начала временного интервала обнаружения посторонних объектов и подключить нагрузку максимально возможно близко к концу временного интервала обнаружения посторонних объектов. Для достижения безопасного отключения нагрузки и оптимальных характеристик, важно надежно и полностью синхронизировать работу приемника мощности и, в частности, контроллера 309 нагрузки, с повторяющимся временным кадром.Thus, it is generally preferred that the disconnection and reconnection of the load occur within the foreign object detection time interval. However, it is desirable that the time available to detect a foreign object be large enough to allow accurate measurement (with sufficient averaging). In addition, these conflicting preferences are limited by the general desire to make foreign object detection times as short as possible to increase efficiency and minimize interruptions in efficient power transfer. Thus, it is desirable to turn off the load as soon as possible after the start of the foreign object detection time interval, and connect the load as close as possible to the end of the foreign object detection time interval. To achieve safe load shedding and optimum performance, it is important to reliably and fully synchronize the operation of the power receiver, and in particular the load controller 309, to a repeating time frame.

Время операций приемника мощности основано на локальной временной привязке/временной развертке, а контроллер 309 нагрузки выполнен с возможностью осуществления временной привязки между подключением и отключением нагрузки 303 на основе локальной временной привязки/развертки. Кроме того, приемник 105 мощности содержит синхронизатор 311, который выполнен с возможностью синхронизации локальной временной привязки с повторяющимся временным кадром. Таким образом, приемник 105 мощности содержит функционал для синхронизации подключения и отключения нагрузки 303 с повторяющимся временным кадром в сигнале передачи мощности.The operation time of the power receiver is based on local timing/timebase, and the load controller 309 is configured to perform timing between connection and disconnection of load 303 based on local timing/baseline. In addition, the power receiver 105 includes a synchronizer 311 that is configured to synchronize the local timing to a repeating time frame. Thus, the power receiver 105 contains the functionality to synchronize the connection and disconnection of the load 303 with a repeating time frame in the power transmission signal.

Например, локальная временная привязка может быть реализована с использованием таймера/часов и т.д., что будет хорошо известно специалисту в данной области техники. В некоторых вариантах осуществления этот таймер/часы может представлять собой временную развертку со свободным ходом, а синхронизатор 311 может определять время этой временной развертки со свободным ходом, которое соответствует различным временным отрезкам/интервалам в повторяющемся временном кадре. Например, синхронизатор 311 может определять, какие значения времени из временной развертки соответствуют началу и концу временных интервалов обнаружения посторонних объектов, а выполнение подключения и отключения нагрузки 303 затем может быть запланировано на это время (как правило, с небольшим сдвигом).For example, local timing can be implemented using a timer/clock, etc., which will be well known to one skilled in the art. In some embodiments, this timer/clock may be a freewheeling timebase, and the synchronizer 311 may determine the time of this freewheeling timebase that corresponds to different time slices/intervals in a repeating time frame. For example, the synchronizer 311 can determine which times from the time base correspond to the start and end of the FOD time intervals, and the load connection and disconnection 303 can then be scheduled at that time (generally with a slight offset).

В других вариантах реализации синхронизатор 311 может быть выполнен с возможностью изменения параметров или настроек временной привязки таким образом, чтобы она согласовывалась с повторяющимся временным кадром. Например, таймер обратного отсчета может быть запущен, когда синхронизатор 311 считает, что временной интервал обнаружения посторонних объектов начался (или непосредственно после него) и может иметь продолжительность, которая определена, как соответствующая продолжительности временного интервала обнаружения посторонних объектов, определенной синхронизатором 311 (или немного короче). Далее, контроллер 309 нагрузки может быть выполнен с возможностью отключения нагрузки 303, когда таймер обратного отсчета был запущен, и ее отключения, когда таймер обратного отсчета завершил обратный отсчет.In other implementations, the synchronizer 311 may be configured to change the timing parameters or settings so that it is consistent with a repeating time frame. For example, a countdown timer may be started when the synchronizer 311 believes that the foreign object detection time interval has begun (or immediately thereafter) and may have a duration that is determined to match the foreign object detection time interval duration determined by the synchronizer 311 (or slightly shorter). Further, the load controller 309 may be configured to turn off the load 303 when the countdown timer has started and turn it off when the countdown timer has finished counting down.

Во многих вариантах осуществления синхронизатор 311 может быть выполнен с возможностью реализации временного цикла с сигналом ошибки, генерируемым для отражения отличий между повторяющимся временным кадром и временным циклом. Затем, временной цикл может быть возбужден этим сигналом ошибки, в результате давая сдвиг в направлении временной ошибки/отличия и, следовательно, давая временной цикл, синхронизируемый с повторяющимся временным кадром. Например, временной цикл фазовой синхронизации может быть реализован для генерирования часов локального времени, которые синхронизированы с повторяющимся временным кадром, и, в частности, с временными интервалами обнаружения посторонних объектов.In many embodiments, the synchronizer 311 may be configured to implement a timing cycle with an error signal generated to reflect differences between the repeating timing frame and the timing cycle. Then, a time cycle can be driven by this error signal, resulting in a shift in the direction of the time error/difference and hence giving a time cycle synchronized with the repeating time frame. For example, a phase lock time cycle may be implemented to generate a local time clock that is synchronized with a repeating time frame, and in particular with foreign object detection time intervals.

Следует понимать, что конкретный подход для синхронизации локальной временной привязки с повторяющимся временным кадром может зависеть от конкретных параметров и требований отдельного варианта осуществления.It should be understood that the particular approach for synchronizing the local timing to a repeating time frame may depend on the particular parameters and requirements of a particular embodiment.

Например, в некоторых вариантах осуществления ввод на инвертер, возбуждающий катушку 103 передатчика, может генерировать сигнал возбуждения, имеющий динамические вариации, которые могут быть синхронизированы с повторяющимся временным кадром (например, на инвертер может быть подано периодически меняющееся напряжение подачи мощности (например, генерируемое путем выпрямления питающего напряжения переменного тока)). Это может привести к периодическим и синхронизированным изменениям в сигнале передачи мощности, которые могут быть обнаружены синхронизатором 311 и с которыми он может синхронизироваться.For example, in some embodiments, the input to the inverter driving the transmitter coil 103 may generate a drive signal having dynamic variations that may be synchronized with a repeating time frame (e.g., the inverter may be supplied with a periodically varying power supply voltage (e.g., generated by rectification of the AC supply voltage)). This can result in periodic and synchronized changes in the power transfer signal, which can be detected by the synchronizer 311 and to which it can synchronize.

Однако во многих других передатчиках мощности такие периодические изменения в сигнале возбуждения/сигнале передачи мощности не являются практичными или желательными, например, как правило, сглаженное и отрегулированное напряжение постоянного тока используется в качестве питающего напряжения на инвертер. В таких вариантах осуществления передатчик мощности может быть выполнен с возможностью изменения свойств сигнала передачи мощности/генерируемого электромагнитного поля/сигнала между интервалами передачи мощности и временными интервалами обнаружения посторонних объектов, а синхронизатор 311 может быть выполнен с возможностью синхронизации локальной временной привязки на основе этих изменений.However, in many other power transmitters, such periodic changes in the drive/power transfer signal are not practical or desirable, for example, typically a smoothed and regulated DC voltage is used as the supply voltage to the inverter. In such embodiments, the power transmitter may be configured to change the properties of the power transmission signal/generated electromagnetic field/signal between power transmission intervals and foreign object detection time intervals, and the synchronizer 311 may be configured to synchronize local timing based on these changes.

Таким образом, синхронизатор 311, в частности, обеспечивает возможность полной синхронизации подключения и отключения нагрузки 303 по времени с повторяющимся временным кадром и временными интервалами обнаружения посторонних объектов. В частности, он может обеспечивать возможность выполнения отключения через короткое время после начала временного интервала обнаружения посторонних объектов и выполнения повторного подключения за короткое время перед концом временного интервала обнаружения посторонних объектов, тем самым обеспечивая, чтобы продолжительность временного интервала обнаружения посторонних объектов могла быть уменьшена и чтобы издержки и допуск для обеспечения надежной работы при подключении и отключении нагрузки могли быть минимизированы.Thus, the synchronizer 311, in particular, allows the connection and disconnection of the load 303 to be fully synchronized in time with a repeating time frame and foreign object detection time intervals. Specifically, it can be capable of performing disconnection a short time after the start of the foreign object detection time interval and reconnecting shortly before the end of the foreign object detection time interval, thereby ensuring that the duration of the foreign object detection time interval can be reduced and that the overhead and tolerance for reliable operation when connecting and disconnecting loads could be minimized.

Однако в приемнике мощности, изображенном на ФИГ. 3, синхронизатор 311 выполняет не только синхронизацию, но он также переходит к генерированию меры надежности синхронизации. Мера надежности генерируется в качестве указания оцененной надежности/точности синхронизации. В частности, она может быть учтена для отражения того, насколько полно временная привязка синхронизирована с повторяющимся временным кадром, и/или вероятности того, что синхронизация находится в пределах заданного окна синхронизации. Мера надежности может быть сгенерирована для обеспечения оценки разницы между синхронизированной временной привязкой и повторяющимся временным кадром. Оценка может представлять собой вероятностную оценку.However, in the power receiver shown in FIG. 3, the synchronizer 311 not only performs synchronization, but it also proceeds to generate a measure of the synchronization reliability. A measure of reliability is generated as an indication of the estimated timing reliability/accuracy. In particular, it may be taken into account to reflect how fully the timing is in sync with the repeating time frame and/or the likelihood that the timing is within a given synchronization window. A measure of reliability may be generated to provide an estimate of the difference between a synchronized timing and a repeating time frame. The estimate may be a probabilistic estimate.

Следует понимать, что несмотря на то, что будет описан ряд различных подходов для определения меры надежности, конкретный подход будет зависеть от предпочтений и требований отдельного варианта осуществления, и что специалистом в данной области техники может быть использовано большое количество более или менее точных подходов.It should be understood that while a number of different approaches for determining a measure of reliability will be described, the particular approach will depend on the preferences and requirements of the individual embodiment, and that a large number of more or less precise approaches can be used by one skilled in the art.

Приемник 105 мощности дополнительно содержит контроллер 313 режима, на который подают определенную меру надежности для синхронизации. Контроллер 313 режима выполнен с возможностью переключения приемника 105 мощности между различными режимами работы и, в частности, он выполнен с возможностью переключения приемника мощности между первым режимом работы и вторым режимом работы для временных интервалов передачи мощности в ответ на меру надежности. Таким образом, приемник 105 мощности выполнен с возможностью работы различным образом в течение временных интервалов передачи мощности в зависимости от надежности синхронизации приемника 105 мощности и, в частности, от синхронизации отключения нагрузки, с повторяющимся временным кадром.The power receiver 105 further comprises a mode controller 313 which is supplied with a certain measure of reliability for synchronization. The mode controller 313 is configured to switch the power receiver 105 between different modes of operation, and in particular, it is configured to switch the power receiver between a first mode of operation and a second mode of operation for power transmission slots in response to a measure of reliability. Thus, the power receiver 105 is configured to operate differently during power transmission time intervals depending on the timing reliability of the power receiver 105, and in particular the load off timing, with a repeating time frame.

Во многих вариантах осуществления уровень сигнала передачи мощности в течение временных интервалов передачи мощности снижается в первом режиме относительно такового во втором режиме работы.In many embodiments, the power transfer signal level during the power transfer time intervals is reduced in the first mode relative to that in the second mode of operation.

Следовательно, характеристики синхронизации берут во внимание для работы приемника мощности, и, фактически, работу адаптируют в течение временных интервалов передачи мощности в зависимости от надежности синхронизации отключения (и, как правило, повторного подключения) нагрузки - даже если эти действия происходят в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов.Therefore, timing characteristics are taken into account for the operation of the power receiver, and, in fact, the performance is adapted during the power transmission time intervals depending on the reliability of the load disconnection (and usually reconnection) timing - even if these actions occur during the time intervals detection of foreign objects.

В частности, в первом и втором режимах работы могут использоваться различные параметры передачи мощности для операции передачи мощности. Например, требуемые уровни мощности и/или нагрузка и мощность, извлекаемые из сигнала передачи мощности, могут отличаться в первом и втором режимах работы. В первом и втором режимах работы могут использовать различные параметры передачи мощности посредством по меньшей мере одного из: применения другого предела для уровня сигнала передачи мощности в первом и втором режимах работы, использование другой нагрузки сигнала передачи мощности в первом и втором режимах работы, применение другого предела к частоте изменений уровней мощности сигнала передачи мощности в первом и втором режимах работы. Эти примеры будут описаны более подробно далее.In particular, the first and second modes of operation may use different power transmission parameters for the power transmission operation. For example, the required power levels and/or the load and power derived from the power transmission signal may be different in the first and second modes of operation. In the first and second modes of operation, different power transmission parameters can be used by at least one of: applying a different limit to the level of the power transmission signal in the first and second modes of operation, using a different loading of the power transmission signal in the first and second modes of operation, applying a different limit to the frequency of changes in power levels of the power transmission signal in the first and second modes of operation. These examples will be described in more detail below.

В частности, контроллер 313 режима может быть выполнен с возможностью переключения приемника 105 мощности с первого режима (работы) на второй режим (работы) в ответ на обнаружение того, что мера надежности превышает заданное пороговое значение. Аналогичным образом, контроллер 313 режима может быть выполнен с возможностью переключения приемника 105 мощности со второго режима (работы) на первый режим (работы) в ответ на обнаружение того, что мера надежности падает ниже заданного порогового значения (два пороговых значения могут быть одинаковыми, но это не обязательно). Таким образом, приемник 105 мощности может функционировать в различных режимах в течение временных интервалов передачи мощности в зависимости оттого, является ли синхронизация надежной или нет.In particular, the mode controller 313 may be configured to switch the power receiver 105 from the first mode (operation) to the second mode (operation) in response to detecting that the measure of reliability exceeds a predetermined threshold. Similarly, the mode controller 313 may be configured to switch the power receiver 105 from the second (operation) mode to the first (operation) mode in response to detecting that the measure of reliability falls below a predetermined threshold (the two thresholds may be the same, but it's not obligatory). Thus, power receiver 105 may operate in different modes during power transmission time intervals depending on whether the synchronization is reliable or not.

Это может обеспечивать более надежную и более безопасную работу во многих вариантах осуществления.This may provide more reliable and more secure operation in many embodiments.

Например, в некоторых вариантах осуществления приемник 105 мощности и, в частности, контроллер 309 нагрузки, выполнены с возможностью отключения нагрузки 303 в течение временных интервалов передачи мощности в первом режиме, но не во втором режиме. Фактически, в этом примере нагрузка 303 в некоторых вариантах осуществления может быть отключена в течение всего повторяющегося временного кадра в первом режиме, тогда как при работе во втором режиме используют периодическое отключение нагрузки 303 в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов. Следовательно, когда мера надежности указывает на то, что синхронизация не надежная, нагрузка 303 может быть отключена в течение временных интервалов передачи мощности и временных интервалов обнаружения посторонних объектов, и, как правило, для всей продолжительности повторяющегося временного кадра, тогда как когда мера надежности указывает на то, что синхронизация надежная, нагрузка 303 отключается только временно в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов.For example, in some embodiments, the power receiver 105, and in particular the load controller 309, is configured to turn off the load 303 during power transmission times in the first mode, but not in the second mode. In fact, in this example, load 303 may in some embodiments be turned off for the entire repetitive time frame in the first mode, while operation in the second mode uses periodic load 303 turn off during foreign object detection time intervals. Therefore, when the reliability measure indicates that the timing is not reliable, the load 303 may be turned off during the power transfer and foreign object detection time intervals, and typically for the entire duration of the repeating time frame, whereas when the reliability measure indicates that the synchronization is reliable, the load 303 is only temporarily turned off during the foreign object detection time intervals.

Кроме того, для предотвращения неприемлемо высокого индуцируемого напряжения на приемнике мощности, приемник мощности может обеспечивать, чтобы уровень сигнала, выдаваемого передатчиком мощности, был достаточно низким. Приемник мощности может управлять уровнем сигнала мощности, выдаваемого передатчиком мощности, путем отправки ошибок управления. В частности, если синхронизация считается ненадежной, то приемник мощности может управлять передатчиком мощности для снижения уровня мощности/напряженности сигнала.In addition, in order to prevent an unacceptably high induced voltage at the power receiver, the power receiver may ensure that the signal level output from the power transmitter is low enough. The power receiver may control the level of the power signal output from the power transmitter by sending control errors. In particular, if the timing is considered unreliable, then the power receiver may control the power transmitter to reduce the power level/signal strength.

При этом подходе первый режим обеспечивает отсутствие переключений отключения нагрузки в то время, когда индуцированный сигнал потенциально может иметь большое значение. Таким образом, ошибки или неточности в синхронизации не будут приводить к состояниям перенапряжения, возникающим при отключениях в течение временных интервалов передачи мощности. Однако, когда синхронизация является достаточно точной для обеспечения того, чтобы отключения происходили в пределах временных интервалов обнаружения посторонних объектов, система переходит на режим работы, при котором выполняется передача мощности (приемник мощности может управлять уровнем сигнала, выдаваемого передатчиком мощности, до высокого уровня) и подключение нагрузки в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов. Этот переход между различными режимами работы может обеспечить рабочие параметры и критерии для временных интервалов обнаружения посторонних объектов, а также более высокую точность отключения нагрузки во втором режиме работы, при этом также обеспечивая ее более высокую сдержанность с меньшим допуском. Это предотвращает состояние перенапряжения, которое может привести к повреждению электронных компонентов приемника мощности, а также может снизить время, требуемое для временных интервалов обнаружения посторонних объектов, поскольку с начала временного интервала обнаружения посторонних объектов до отключения нагрузки требуется меньший допуск.With this approach, the first mode ensures that there are no load shedding switches at a time when the induced signal could potentially be of great importance. In this way, timing errors or inaccuracies will not result in overvoltage conditions occurring during outages during power transfer times. However, when the timing is accurate enough to ensure that the trips occur within the foreign object detection time intervals, the system changes to a mode of operation in which power is being transmitted (the power receiver can control the signal level output from the power transmitter to a high level) and connection of the load during the foreign object detection time intervals. This transition between different modes of operation can provide operating parameters and criteria for foreign object detection time intervals, as well as higher accuracy of load disconnection in the second mode of operation, while also providing its higher restraint with a smaller tolerance. This prevents an overvoltage condition that can damage the power receiver electronics, and can also reduce the time required for foreign object detection time intervals, since a smaller tolerance is required from the start of the foreign object detection time interval to load disconnection.

В некоторых вариантах осуществления такой подход может быть применен в течение этапа передачи мощности и, например, приемник мощности может выполнять непрерывный мониторинг статуса синхронизации и переключение на первый режим, если мера надежности становится показательной в отношении того, что синхронизация не является достаточно надежной, а затем переключение обратно к нормальной работе, когда мера надежности указывает на то, что синхронизация вновь является надежной.In some embodiments, this approach may be applied during the power transfer phase and, for example, the power receiver may continuously monitor the synchronization status and switch to the first mode if the measure of reliability becomes indicative that the synchronization is not reliable enough, and then switching back to normal operation when the measure of reliability indicates that the synchronization is again reliable.

Это может подойти для некоторых вариантов применения, таких как некритичная зарядка батареи, однако может не подойти для других вариантов применения, в которых требуются гарантированные характеристики непрерывной передачи мощности. При таких сценариях приемник мощности, например, может быть выполнен с возможностью полного прекращения операции передачи мощности, если синхронизация становится ненадежной. Кроме того, в таких вариантах осуществления могут быть определены параметры для обеспечения того, чтобы такая ситуация происходила лишь очень редко.This may be suitable for some applications, such as non-critical battery charging, but may not be suitable for other applications that require guaranteed continuous power transfer performance. Under such scenarios, the power receiver, for example, may be configured to completely terminate the power transmission operation if the timing becomes unreliable. Also, in such embodiments, parameters can be defined to ensure that such a situation occurs only very infrequently.

Во многих вариантах осуществления система может быть выполнена с возможностью реализации этапа синхронизации изначально при входе на этап передачи мощности. Таким образом, этап передачи мощности может начинаться вместе с интервалом синхронизации, на котором выполняется синхронизация приемника мощности с временным интервалом пониженной мощности у сигнала передачи мощности. В таких вариантах осуществления приемник мощности может входить на этап передачи мощности и этап/временной интервал синхронизации в первом режиме работы, а переключаться на второй режим только тогда, когда мера надежности указывает на то, что синхронизация является достаточной надежной. Такой подход, как правило, будет предпочтителен даже для более критических вариантов применения, требующих непрерывной передачи мощности.In many embodiments, the system may be configured to implement the synchronization step initially upon entering the power transfer step. Thus, the power transmission step may begin along with a synchronization interval in which the power receiver is synchronized to a low power time interval of the power transmission signal. In such embodiments, the power receiver may enter the power transfer stage and the synchronization stage/slot in the first mode of operation, and switch to the second mode only when the measure of reliability indicates that the synchronization is sufficiently reliable. This approach will generally be preferred even for more critical applications requiring continuous power transfer.

Таким образом, во многих вариантах осуществления контроллер 313 режима управляет приемником 105 мощности для работы в первом режиме работы, когда он входит на этап передачи мощности. Кроме того, при входе на этап передачи мощности синхронизатор 311 выполняет синхронизацию локальной временной привязки с повторяющимся временным кадром. Таким образом, система может начать этап передачи мощности в состоянии и режиме, когда приемник 105 мощности не синхронизирован (гарантированно, в достаточной степени) с повторяющимся временным кадром. Однако это компенсируется приемником 105 мощности, функционирующим в первом режиме, который может быть выполнен с возможностью обеспечения подходящих характеристик для ситуации, когда приемник 105 мощности не синхронизирован с передатчиком 101 мощности/повторяющимся временным кадром. В конкретном примере это достигается благодаря поддержанию нагрузки 303 постоянно отключенной в течение повторяющегося временного кадра, тем самым обеспечивая невозможность возникновения состояний перенапряжения, обусловленных отключением нагрузки 303.Thus, in many embodiments, the mode controller 313 controls the power receiver 105 to operate in the first mode of operation when it enters the power transmission step. In addition, upon entering the power transmission step, the synchronizer 311 performs local timing synchronization with a repeating time frame. Thus, the system may begin the power transmission step in a state and mode where the power receiver 105 is out of sync (guaranteed to be sufficiently) with the repeating time frame. However, this is compensated by the power receiver 105 operating in the first mode, which can be configured to provide suitable performance for the situation where the power receiver 105 is out of sync with the power transmitter 101/repetitive time frame. In a specific example, this is achieved by keeping the load 303 permanently disconnected for a repeating time frame, thereby ensuring that overvoltage conditions due to the disconnection of the load 303 cannot occur.

Кроме того, уровень сигнала, выдаваемого передатчиком мощности под управлением приемника мощности, как правило, понижается в первом режиме для обеспечения отсутствия возникновения перенапряжения, когда нагрузка перманентно отключена.In addition, the level of the signal output from the power transmitter under the control of the power receiver is generally lowered in the first mode to ensure that no overvoltage occurs when the load is permanently turned off.

Как правило, работа является такой, что уровень генерируемого сигнала и снижения нагрузки находятся в тесном взаимодействии:As a rule, the work is such that the level of the generated signal and the load reduction are in close interaction:

1. Высокий уровень сигнала и отключенная нагрузка могут привести к перенапряжению и даже потенциальному повреждению приемника мощности1. High signal level and disconnected load can lead to overvoltage and even potential damage to the power receiver

2. Низкий уровень сигнала и подключенная нагрузка могут привести к недостаточному напряжению и прекращению работы приемника мощности.2. Low signal level and connected load may cause undervoltage and stop the power receiver from working.

Следовательно, приемник мощности может модифицировать операцию подключения/отключения нагрузок и настройку уровня сигнала на основе того, в каком режиме функционирует приемник мощности.Therefore, the power receiver can modify the load on/off operation and signal level setting based on which mode the power receiver is operating in.

В конкретном примере выполняется вход на безопасный начальный этап, на котором может быть выполнена синхронизация (или может быть обеспечена более точная синхронизация) и в течение которого приемник мощности выполнен с возможностью работы в «безопасном» режиме, при котором ошибки синхронизации не приводят к возникновению потенциальных состояний повреждения. В конкретном примере приемник мощности отключает нагрузку 303 в течение всего этапа синхронизации, а также управляет передатчиком мощности для генерирования электромагнитного поля с достаточно низким уровнем сигнала.In a particular example, a safe initial stage is entered in which synchronization can be performed (or more accurate synchronization can be achieved) and during which the power receiver is configured to operate in a "safe" mode, in which synchronization errors do not lead to potential damage states. In a specific example, the power receiver turns off the load 303 during the entire synchronization phase and also controls the power transmitter to generate an electromagnetic field with a sufficiently low signal level.

Контроллер 313 режима поддерживает приемник 105 мощности в первом (безопасном) режиме до тех пор, пока мера надежности не укажет на то, что синхронизация является достаточно точной, во время чего он переключит контроллер 313 режима на второй режим работы, при котором происходит «нормальная» передача мощности и при котором, в частности, нагрузка 303 подключается в течение временных интервалов передачи мощности. Таким образом, приемник 105 мощности остается в «безопасном» режиме синхронизации до тех пор, пока мера надежности не укажет на то, что была достигнута достаточно точная и надежная синхронизация.The mode controller 313 maintains the power receiver 105 in the first (safe) mode until a measure of reliability indicates that the timing is sufficiently accurate, at which time it will switch the mode controller 313 to the second mode of operation, in which "normal" operation occurs. power transfer and at which, in particular, the load 303 is connected during the power transfer time intervals. Thus, power receiver 105 remains in "safe" synchronization mode until a measure of reliability indicates that sufficiently accurate and reliable synchronization has been achieved.

Следует понимать, что несмотря на то, что в представленном выше примере отключение нагрузки 303 происходит полностью в течение этапа синхронизации, в других вариантах осуществления это не является обязательным условием. Например, в некоторых вариантах осуществления только часть нагрузки 303 может быть отключена в течение этапа синхронизации, т.е. приемник 105 мощности может быть выполнен с возможностью подключения меньшей нагрузки к катушке 107 приемника в течение этапа синхронизации чем в течение нормальной передачи мощности. Например, нагрузка может быть понижена до уровня, на котором состояние перенапряжения является приемлемым.It should be understood that while in the above example, load shedding 303 occurs completely during the synchronization step, in other embodiments this is not a requirement. For example, in some embodiments, only a portion of the load 303 may be turned off during the synchronization phase, i. the power receiver 105 may be configured to apply less load to the receiver coil 107 during the synchronization phase than during normal power transmission. For example, the load may be reduced to a level where the overvoltage condition is acceptable.

В различных вариантах осуществления могут быть использованы различные подходы и алгоритмы для синхронизации локальной временной привязки с повторяющимся временным кадром. Во многих вариантах осуществления передатчик 101 мощности может быть выполнен с возможностью изменения уровня генерируемого электромагнитного поля таким образом, чтобы изменения были синхронизированы с повторяющимся временным кадром. Затем, синхронизатор 311 может выполнять мониторинг изменений и синхронизировать с ними временную привязку.In various embodiments, various approaches and algorithms may be used to synchronize the local timing to a repeating time frame. In many embodiments, the power transmitter 101 may be configured to change the level of the generated electromagnetic field such that the changes are synchronized with a repeating time frame. Then, the synchronizer 311 can monitor the changes and synchronize timing with them.

В качестве примера, передатчик 101 мощности может быть выполнен с возможностью вставки короткого заданного паттерна или сигнатуры изменений уровня в начале каждого повторяющегося временного кадра, а синхронизатор 311 может быть выполнен с возможностью обнаружения этого паттерна/сигнатуры и определения времени начала повторяющегося временного кадра из времени обнаруженного паттерна/сигнатуры.As an example, power transmitter 101 may be configured to insert a short predetermined pattern or level change signature at the beginning of each repeating time frame, and synchronizer 311 may be configured to detect this pattern/signature and determine the start time of the repeating time frame from the time of the detected patterns/signatures.

Во многих вариантах осуществления передатчик 101 мощности может быть выполнен с возможностью генерирования электромагнитного сигнала таким образом, чтобы уровень сигнала отличался в течение временных интервалов передачи мощности и временных интервалов обнаружения посторонних объектов, а синхронизатор 311 может быть выполнен с возможностью синхронизации локальной временной привязки с получаемыми в результате изменениями уровня сигнала. В частности, синхронизатор 311 может обнаруживать время переходов уровня сигнала передачи мощности (в частности, сигнала, индуцируемого в катушке приемника мощности) и регулировать или компенсировать локальную временную привязку таким образом, чтобы время локально сгенерированного повторяющегося временного кадра соответствовало этим переходам. Например, в некоторых вариантах осуществления разница времени между обнаруженными перехода уровня сигнала и ожидаемым переходом между временным интервалом обнаружения посторонних объектов и временным интервалом передачи мощности согласно локальной временной привязке может быть использовано в качестве сигнала ошибки для синхронизированного по фазе временного цикла, управляющего локальной временной привязкой.In many embodiments, the power transmitter 101 may be configured to generate an electromagnetic signal such that the signal level differs during the power transmission and foreign object detection time intervals, and the synchronizer 311 may be configured to synchronize the local timing with the received as a result of signal level changes. In particular, the synchronizer 311 can detect the timing of power transfer signal level transitions (in particular, the signal induced in the power receiver coil) and adjust or compensate for local timing so that the locally generated repeating time frame time matches these transitions. For example, in some embodiments, the time difference between the detected signal level transitions and the expected transition between the foreign object detection time slot and the power transmission time slot according to the local timing may be used as an error signal for the phase-locked timing cycle controlling the local timing.

В некоторых вариантах осуществления передатчик мощности может быть выполнен с возможностью автоматического введения или обеспечения таких переходов. Однако в других вариантах осуществления приемник мощности может быть выполнен с возможностью осуществления связи с передатчиком мощности для обеспечения таких изменений уровня сигнала.In some embodiments, the power transmitter may be configured to automatically introduce or provide such transitions. However, in other embodiments, the power receiver may be configured to communicate with the power transmitter to provide such signal level changes.

Например, контроллер 301 приемника мощности может быть выполнен с возможностью передачи запросов уровня сигнала для сигнала передачи мощности на передатчик мощности в течение этапа синхронизации и, следовательно, когда приемник мощности функционирует в первом режиме. Эти запросы уровня сигнала могут быть выбраны таким образом, чтобы уровень сигнала передачи мощности в течение интервалов передачи мощности отличался от уровня сигнала передачи мощности в течение интервалов обнаружения посторонних объектов. Кроме того, это может управлять передатчиком мощности для генерирования уровня сигнала, который является достаточно низким для того, чтобы не приводить к состояниям неприемлемого перенапряжения.For example, the power receiver controller 301 may be configured to transmit signal strength requests for the power transmit signal to the power transmitter during the synchronization phase and hence when the power receiver is operating in the first mode. These signal strength requests may be selected such that the power transmission signal level during the power transmission intervals is different from the power transmission signal strength during the foreign object detection intervals. In addition, it can control the power transmitter to generate a signal level that is low enough not to lead to unacceptable overvoltage conditions.

В частности, передатчик 101 мощности может быть выполнен с возможностью выдачи заданного уровня сигнала в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов, такого как, например, заданный уровень или уровень, определенный ранее при связи с приемником мощности (как будет описано далее). Таким образом, передатчик мощности может быть выполнен с возможностью задания уровня сигнала для сигнала возбуждения и, следовательно, для сгенерированного электромагнитного поля, на это статическое значение в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов в кадрах. Однако система может управлять контуром управления мощностью для динамической регулировки уровней временных интервалов передачи мощности. Этот контур управления мощностью может быть активен в течение этапа передачи мощности и использован для адаптации сигнала передачи мощности для обеспечения необходимого уровня мощности. Однако в течение этапа синхронизации контур управления мощностью может быть использован приемником мощности для адаптации уровня сигнала на временных интервалах передачи мощности таким образом, чтобы он отличался от такового в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов.In particular, the power transmitter 101 may be configured to output a predetermined signal level during foreign object detection time intervals, such as, for example, a predetermined level or a level previously determined in communication with the power receiver (as will be described later). Thus, the power transmitter may be configured to set the signal level for the drive signal, and hence the generated electromagnetic field, to this static value during the foreign object detection time intervals in the frames. However, the system may control a power control loop to dynamically adjust power slot levels. This power control loop may be active during the power transfer phase and used to adapt the power transfer signal to provide the desired power level. However, during the synchronization phase, the power control loop may be used by the power receiver to adapt the signal level at the power transmission time intervals so that it differs from that during the foreign object detection time intervals.

Например, приемник мощности может передавать запросы на повышение мощности до тех пор, пока синхронизатор 311 точно не обнаружит переходы уровня сигнала (и, например, до тех пор, пока эти переходы не будут иметь заданную величину). Затем, приемник мощности может продолжить передачу запросов на повышение мощности и понижение мощности для поддержания уровня в течение временных интервалов передачи мощности на этом предпочтительном уровне.For example, the power receiver may transmit power up requests until the synchronizer 311 accurately detects signal level transitions (and, for example, until these transitions are of a predetermined amount). Then, the power receiver may continue transmitting power up and power down requests to maintain the level during the power transmission time intervals at that preferred level.

В течение этапа синхронизации контур управления мощностью может быть соответствующим образом использован приемником мощности для генерирования подходящих условий для синхронизации. Конкретное преимущество такого подхода заключается в том, что в нем может использоваться функционал, который уже используется для фактической операции передачи мощности. Например, передатчик мощности может просто входить на этап передачи мощности, настраивая заданный уровень сигнала для сигнала передачи мощности в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов и управляя контуром управления мощностью для настройки уровня в течение временных интервалов передачи мощности. Данный подход может продолжаться в течение этапа передачи мощности вне зависимости от того, находится ли приемник мощности в течение этапа синхронизации или нет, и, следовательно, оттого, функционирует приемник мощности в первом или втором режиме. Фактически, передатчику мощности может не знать о том, что приемник мощность выполняет операцию синхронизации или что она вообще возможна. Таким образом, данный подход может обеспечивать упрощенную работу передатчика мощности и улучшенную обратную совместимость, поскольку для поддержки этапа синхронизации не требуются какие-либо конкретные изменения передатчика мощности.During the synchronization step, the power control loop may be appropriately used by the power receiver to generate suitable conditions for synchronization. A particular advantage of this approach is that it can use functionality that is already used for the actual power transfer operation. For example, the power transmitter may simply enter the power transmission step by adjusting the target signal level for the power transmission signal during the foreign object detection time intervals and controlling the power control loop to adjust the level during the power transmission time intervals. This approach can continue during the power transfer phase whether the power receiver is during the synchronization phase or not, and hence whether the power receiver is operating in the first or second mode. In fact, the power transmitter may not be aware that the power receiver is performing a synchronization operation, or that it is possible at all. Thus, this approach can provide simplified power transmitter operation and improved backward compatibility since no specific changes to the power transmitter are required to support the synchronization step.

Во многих вариантах осуществления система выполнена с возможностью определения параметров для повторяющегося временного кадра путем согласования/осуществления связи между приемником мощности и передатчиком мощности. Это может выполняться перед началом этапа передачи мощности и, следовательно, перед этапом передачи мощности, при этом может быть определен набор параметров для использования в течение этапа передачи мощности.In many embodiments, the system is configured to determine parameters for a repeated time frame by negotiating/communicating between a power receiver and a power transmitter. This may be done before the start of the power transfer step, and hence before the power transfer step, and a set of parameters to be used during the power transfer step can be determined.

Набор параметров (который в некоторых случаях может включать в себя только один параметр), определенный путем осуществления связи перед входом на этап передачи мощности, может включать в себя одно или более из продолжительности временных интервалов для посторонних объектов, интервала между временными интервалами обнаружения посторонних объектов и уровня сигнала для интервалов для посторонних объектов.The set of parameters (which in some cases may include only one parameter) determined by communicating before entering the power transmission step may include one or more of foreign object slot duration, foreign object detection slot interval, and signal level for intervals for foreign objects.

Таким образом, передатчик мощности и приемник мощности могут использовать этап подготовки или временной интервал перед этапом передачи мощности, на которых они осуществляют связь между собой для определения одного или более параметров для последующей работы на этапе передачи мощности. Затем работа в течение этапа передачи мощности может быть основана на параметрах, определенных в течение этого этапа подготовки.Thus, the power transmitter and the power receiver may use the preparation step or the time interval before the power transmission step in which they communicate with each other to determine one or more parameters for subsequent operation in the power transmission step. The operation during the power transfer phase may then be based on the parameters determined during that preparation phase.

Например, во многих вариантах осуществления приемник мощности может передавать одно или более сообщений на передатчик мощности, запрашивая значение параметра, подлежащего применению в течение этапа передачи мощности. Например, он может запросить конкретный уровень сгенерированного электромагнитного сигнала или конкретную характеристику синхронизации временных интервалов обнаружения посторонних объектов. Затем передатчик мощности и приемник мощности могут применить эти значения параметров и, в частности, эти характеристики синхронизации для последующей операции.For example, in many embodiments, the power receiver may send one or more messages to the power transmitter requesting the value of a parameter to be applied during the power transmission step. For example, it may request a specific level of the generated electromagnetic signal or a specific foreign object detection timing characteristic. The power transmitter and power receiver can then apply these parameter values, and in particular these timing characteristics, to a subsequent operation.

Во многих вариантах осуществления передатчик мощности и приемник мощности могут, в частности, быть выполнены с возможностью осуществления связи для установления продолжительности временных интервалов обнаружения посторонних объектов и/или периода между временными интервалами обнаружения посторонних объектов и, как правило, периода между последовательными временными интервалами обнаружения посторонних объектов.In many embodiments, the power transmitter and power receiver may in particular be configured to communicate to establish the duration of foreign object detection time intervals and/or the period between foreign object detection time intervals, and generally the period between successive foreign object detection time intervals. objects.

Такой подход может позволить достичь лучших компромиссов и может, в частности, позволить адаптировать работу к конкретным свойствам отдельных устройств, а во многих вариантах осуществления - к конкретным характеристикам отдельной операции передачи мощности. Например, синхронизация может быть адаптирована в соответствии с уровнем мощности при передаче мощности.Such an approach may allow better compromises to be reached and may in particular allow operation to be tailored to the particular properties of the individual devices, and in many embodiments, to the particular characteristics of the individual power transfer operation. For example, the timing may be adapted according to the power level of the power transmission.

Данный подход позволяет обеспечить то, чтобы продолжительность временного интервала обнаружения посторонних объектов влияла на поведение не только передатчика мощности и приемника мощности, но также потенциально и на конечную нагрузку, такую как, например устройство, которое питается от приемника мощности.This approach makes it possible to ensure that the duration of the foreign object detection time interval affects the behavior of not only the power transmitter and power receiver, but also potentially the final load, such as, for example, a device that is powered by the power receiver.

Часто, если временной интервал обнаружения посторонних объектов слишком велик, на устройство может поступать пониженное эффективное напряжение питания. Это, в частности, актуально, когда накопление мощности устройством ограничено, например, когда конденсатор на входе устройства (на выходе приемника мощности) имеет емкость меньше требуемой. Устройство должно быть выполнено с возможностью перекрытия времени, в течение которого передача мощности прерывается, и для этого, как правило, требуется конденсатор относительно большой емкости (следует отметить, что во многих вариантах осуществления приемник мощности может сам содержать такой конденсатор, а также потенциально устройство для регулировки напряжения для обеспечения постоянного выходного напряжения. Однако это лишь означает, что описанная проблема будет актуальна для приемника мощности, а не для внешнего устройства-нагрузки).Often, if the time interval for detecting foreign objects is too long, the device may receive a reduced effective supply voltage. This is particularly relevant when the power storage of the device is limited, for example, when the capacitor at the input of the device (at the output of the power receiver) has a capacitance less than required. The device must be capable of covering the time during which the power transmission is interrupted, and this typically requires a relatively large capacitor (it should be noted that in many embodiments, the power receiver may itself contain such a capacitor, as well as potentially a device for adjusting the voltage to provide a constant output voltage, however, this only means that the described problem will be relevant to the power receiver, and not to the external load device).

Если временной слот слишком короткий, передатчик мощности может быть не в состоянии выполнить определенную операцию приемлемым образом. Например, передатчик мощности может быть не в состоянии выполнить измерение для обнаружения посторонних объектов с достаточной точностью, например вследствие того, что измерительный сигнал не был стабилизирован при выполнении измерений, или вследствие того, что могло быть взято недостаточное количество выборок. В качестве другого примера, слишком короткий временной интервал обнаружения посторонних объектов может не обеспечивать достаточной полосы пропускания связи, например может оказаться невозможным передать достаточно данных для предоставления сообщений об управлении мощностью и предоставления других результатов измерений.If the time slot is too short, the power transmitter may not be able to perform a certain operation in an acceptable manner. For example, the power transmitter may not be able to perform a measurement to detect foreign objects with sufficient accuracy, for example, because the measurement signal was not stabilized when the measurement was made, or because insufficient samples may have been taken. As another example, too short a foreign object detection time interval may not provide sufficient communication bandwidth, eg, it may not be possible to transmit enough data to provide power control messages and provide other measurement results.

Оптимальная продолжительность временного интервала обнаружения посторонних объектов соответственно может зависеть от ряда характеристик и свойств, таких как конкретные рабочие параметры и вариант реализации приемника мощности. В некоторых вариантах осуществления приемник мощности соответственно может передавать сообщение на передатчик мощности, а передатчик мощности может быть выполнен с возможностью адаптации синхронизации временного интервала обнаружения посторонних объектов в ответ на прием этого сообщения.The optimal length of the foreign object detection time interval, accordingly, may depend on a number of characteristics and properties, such as specific operating parameters and implementation of the power receiver. In some embodiments, the power receiver may accordingly transmit a message to the power transmitter, and the power transmitter may be configured to adapt foreign object detection time slot timing in response to receiving the message.

Сообщение может, в частности, представлять собой явный запрос заданной продолжительности временного интервала обнаружения посторонних объектов. Во многих вариантах осуществления приемник мощности может оценивать рабочие условия, такие как мощность, потребляемая внешней нагрузкой, и может вычислять максимальную продолжительность, в течение которой устройство для накопления мощности/конденсатор способен поддерживать достаточный заряд для предотвращения слишком сильного падения напряжения питания на нагрузке. Например, максимальная продолжительность может быть вдвое большей для нагрузки 1А по сравнению с нагрузкой 2А. Таким образом, приемник мощности может передавать запрос продолжительности, которая в два раза больше для нагрузки 2А, чем для нагрузки 1А.The message may in particular be an explicit request for a predetermined duration of the foreign object detection time interval. In many embodiments, the power receiver can estimate operating conditions, such as the power being drawn by an external load, and can calculate the maximum duration that the power storage device/capacitor is able to maintain sufficient charge to prevent the supply voltage from dropping too much across the load. For example, the maximum duration can be twice as long for a 1A load as compared to a 2A load. Thus, the power receiver can transmit a request for a duration that is twice as long for a 2A load as it is for a 1A load.

В качестве другого примера подходящие значения продолжительности временного интервала обнаружения посторонних объектов могут быть заданы для приемника мощности, например, в течение этапа изготовления. Например, приемник мощности может представлять собой зарядное устройство для батареи с максимальным зарядным током. Соответствующий период времени, в течение которого встроенный конденсатор может сохранять заряд, достаточный для обеспечения максимального зарядного тока, может быть определен в течение этапа проектирования и сохранен для постоянного хранения в приемнике мощности в течение этапа изготовления. При инициировании передачи мощности с помощью передатчика мощности приемник мощности может получить это значение и передать запрос продолжительности временного интервала обнаружения посторонних объектов на передатчик мощности. Затем может быть осуществлен этап передачи мощности с использованием повторяющегося временного кадра, в котором временные интервалы обнаружения посторонних объектов соответствуют сохраненному значению. Поскольку приемники мощности могут очень сильно различаться по требованиям и функциям, указанные возможности могут позволить адаптировать работу передатчика мощности и операции передачи мощности к конкретным характеристикам приемника мощности.As another example, suitable values for the duration of the foreign object detection time interval can be set for the power receiver, for example, during the manufacturing phase. For example, the power receiver may be a battery charger with a maximum charging current. An appropriate period of time for which the built-in capacitor can retain sufficient charge to provide the maximum charging current can be determined during the design phase and stored permanently in the power receiver during the manufacturing phase. When power transmission is initiated by the power transmitter, the power receiver may obtain this value and send a request for the duration of the foreign object detection time interval to the power transmitter. Then, a power transmission step can be performed using a repeating time frame in which the foreign object detection time intervals correspond to the stored value. Because power receivers can vary greatly in requirements and functionality, these capabilities may allow power transmitter operation and power transmission operations to be tailored to the specific characteristics of the power receiver.

В некоторых вариантах осуществления система может быть выполнена с возможностью установки продолжительности между временными интервалами обнаружения посторонних объектов на основании сообщения, передаваемого с приемника мощности на передатчик мощности. Система может, в частности, устанавливать продолжительность между временными интервалами обнаружения посторонних объектов последовательных повторяющихся временных кадров и может эффективно адаптировать продолжительность временного интервала обнаружения посторонних объектов в ответ на передачу сообщений с приемника мощности на передатчик мощности.In some embodiments, the system may be configured to set the duration between foreign object detection time intervals based on a message transmitted from the power receiver to the power transmitter. The system can specifically set the duration between foreign object detection time intervals of successive repeated time frames, and can effectively adapt the foreign object detection time interval in response to transmission of messages from the power receiver to the power transmitter.

Чтобы обеспечить передачу достаточной средней мощности, обеспечивают тем больший уровень пиковой мощности при передаче мощности в течение временных интервалов передачи мощности, чем короче их продолжительность. Во многих вариантах осуществления уровень мощности при ее передаче может быть ограничен (передатчиком мощности или, возможно, приемником мощности, который может быть выполнен с возможностью только получения мощности заданной максимальной величины). В таких случаях приемник мощности может передать запрос продолжительности между временными интервалами обнаружения посторонних объектов, достаточной для обеспечения того, чтобы конденсатор был полностью заряжен до начала следующего повторяющегося временного интервала (это, в частности, применимо для вариантов осуществления, в которых передатчик мощности выключает сигнал передачи мощности в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов).In order to ensure the transmission of sufficient average power, provide the greater the level of peak power in the transmission of power during the time intervals of power transmission, the shorter their duration. In many embodiments, the power level during transmission may be limited (by a power transmitter or possibly a power receiver, which may be configured to only receive a predetermined maximum amount of power). In such cases, the power receiver may transmit a request for a duration between foreign object detection time intervals sufficient to ensure that the capacitor is fully charged before the start of the next repeating time interval (this is particularly applicable for embodiments in which the power transmitter turns off the transmission signal power during foreign object detection time intervals).

В некоторых вариантах осуществления один запрос может передаваться как для продолжительности временного интервала обнаружения посторонних объектов, так и для продолжительности между такими интервалами. Например, в некоторых вариантах осуществления повторяющийся временной кадр может иметь постоянную продолжительность и приемник мощности может запрашивать применение определенного рабочего цикла.In some embodiments, one request may be transmitted for both the duration of the foreign object detection time interval and the duration between such intervals. For example, in some embodiments, the implementation of the repeating time frame may have a constant duration and the power receiver may request the application of a certain duty cycle.

Во многих вариантах осуществления передатчик мощности выполнен с возможностью введения требования минимальной продолжительности в отношении продолжительности временного интервала обнаружения посторонних объектов. Эта минимальная продолжительность может быть использована для обеспечения того, чтобы для операции, подлежащей выполнению во временном интервале обнаружения посторонних объектов, по существу было обеспечено достаточное количество времени для достижения требуемого результата. Например, это может позволить обеспечить выполнение обнаружения посторонних объектов с достаточной надежностью (включая достаточное время для настройки и стабилизации измерительного сигнала). В качестве другого примера передатчик мощности может быть выполнен с возможностью запроса минимальной продолжительности, чтобы при осуществлении связи была обеспечена достаточная ширина полосы.In many embodiments, the power transmitter is configured to impose a minimum duration requirement on the length of the foreign object detection time interval. This minimum duration can be used to ensure that the operation to be performed in the foreign object detection time interval is substantially given a sufficient amount of time to achieve the desired result. For example, this may allow foreign object detection to be performed with sufficient reliability (including sufficient time to set up and stabilize the measurement signal). As another example, the power transmitter may be configured to request a minimum duration so that sufficient bandwidth is provided during communication.

Во многих вариантах осуществления передатчик мощности выполнен с возможностью введения требования максимальной продолжительности в отношении продолжительности между временными интервалами обнаружения посторонних объектов. Эта максимальная продолжительность может быть использована для обеспечения того, чтобы операция, подлежащая выполнению во временном интервале обнаружения посторонних объектов, выполнялась достаточно часто. Например, это позволяет обеспечить выполнение обнаружения постороннего объекта с достаточно высокой частотой, чтобы появление постороннего объекта было обнаружено до того, как он может быть разогрет до неприемлемого уровня. В качестве другого примера это позволяет обеспечить достаточно частое осуществление связи (например, включение достаточной частоты обновления для контура управления мощностью).In many embodiments, the power transmitter is configured to impose a maximum duration requirement on the duration between foreign object detection time intervals. This maximum duration can be used to ensure that the operation to be performed in the foreign object detection time interval is performed frequently enough. For example, this allows foreign object detection to be performed at a high enough frequency that the appearance of a foreign object is detected before it can be heated to an unacceptable level. As another example, this allows for sufficiently frequent communication (eg enabling a sufficient update rate for the power control loop).

В качестве еще одного примера, в некоторых вариантах осуществления измерения для обнаружения посторонних объектов могут быть распределены по множеству интервалов пониженной мощности для повышения точности и/или добавления некоторой избыточности. Это обеспечивает большую точность обнаружения посторонних объектов. Если продолжительность временных интервалов пониженной мощности мала и, таким образом, возможно лишь небольшое количество выборок/измерений, продолжительность между временными интервалами обнаружения посторонних объектов может быть небольшой для компенсации и обеспечения возможности получения достаточного количества выборок/измерений в течение заданного необходимого времени, что позволит обнаружить посторонний объект до того, как он слишком сильно нагреется.As yet another example, in some embodiments, foreign object detection measurements may be spread over multiple low power intervals to improve accuracy and/or add some redundancy. This provides greater accuracy in detecting foreign objects. If the duration of the low power time intervals is short and thus only a small number of samples/measurements are possible, the duration between the time intervals of detecting foreign objects can be short to compensate and ensure that a sufficient number of samples/measurements can be obtained within a given required time, which will allow to detect foreign object before it gets too hot.

Аналогичным образом, приемник мощности может быть выполнен с возможностью задания ограничений в отношении значений синхронизации. Например, приемник мощности может определять требуемое значение продолжительности временного интервала обнаружения посторонних объектов с учетом максимального значения, которое позволяет гарантировать, что на внешнюю нагрузку может быть подана достаточная мощность без разряда устройства для накопления мощности (как правило, конденсатора), что может привести к недопустимым падениям напряжения.Similarly, the power receiver may be configured to set limits on timing values. For example, the power receiver may determine a desired foreign object detection time interval value based on a maximum value to ensure that sufficient power can be supplied to an external load without discharging the power storage device (typically a capacitor), which could result in unacceptable voltage drops.

Аналогичным образом, приемник мощности может, как упомянуто выше, определять требуемое значение продолжительности между временными интервалами обнаружения посторонних объектов с учетом минимального значения, которое позволяет обеспечить возможность полного заряда конденсатора приемника мощности.Similarly, the power receiver may, as mentioned above, determine the required duration value between foreign object detection time intervals, considering the minimum value that allows the power receiver capacitor to be fully charged.

Во многих вариантах осуществления характеристики синхронизации повторяющегося временного интервала будут зависеть от требований, установленных как приемником мощности, так и передатчиком мощности. Как правило, для одобрения значения синхронизации требования для передатчика мощности и приемника мощности должны выполняться одновременно. Например, установка продолжительности повторяющегося временного интервала и/или продолжительности между последовательными повторяющимися временными интервалами зависит от значений, удовлетворяющих требованиям как для передатчика мощности, так и для приемника мощности.In many embodiments, the timing characteristics of the repeating slot will depend on requirements set by both the power receiver and the power transmitter. As a general rule, the requirements for the power transmitter and power receiver must be met at the same time in order to validate the timing value. For example, setting the duration of a repeating time interval and/or the duration between successive repeating time intervals depends on values that satisfy the requirements of both the power transmitter and the power receiver.

Кроме того, во многих вариантах осуществления, как правило, одно из устройств (т.е. приемник мощности или передатчик мощности) может задавать ограничение на максимальное значение, а другое устройство задавать ограничение на минимальное значение устанавливаемой характеристики синхронизации.In addition, in many embodiments, typically one of the devices (ie, power receiver or power transmitter) can set a limit on the maximum value, and the other device set a limit on the minimum value of the settable synchronization characteristic.

В частности, как объяснено ранее, во многих вариантах осуществления продолжительность временного интервала обнаружения посторонних объектов может зависеть от минимальной продолжительности, заданной передатчиком мощности, и максимальной продолжительности, заданной приемником мощности.In particular, as explained earlier, in many embodiments, the duration of the foreign object detection time interval may depend on the minimum duration specified by the power transmitter and the maximum duration specified by the power receiver.

Аналогичным образом, во многих вариантах осуществления продолжительность между временными интервалами обнаружения посторонних объектов может зависеть от максимальной продолжительности, заданной передатчиком мощности, и минимальной продолжительности, заданной приемником мощности.Similarly, in many embodiments, the duration between foreign object detection time intervals may depend on the maximum duration specified by the power transmitter and the minimum duration specified by the power receiver.

Такие варианты реализации могут обеспечивать эффективное управление подходящими временными характеристиками для временных интервалов обнаружения посторонних объектов во многих вариантах осуществления и могут обеспечивать снижение сложности и упрощение независимого взаимодействия с обоими устройствами с обеспечением того, что временные интервалы обнаружения посторонних объектов будут иметь характеристики синхронизации, позволяющие достичь приемлемой производительности для обоих устройств, и, таким образом, для всей передачи мощности.Such implementations can effectively control the appropriate timing for foreign object detection time slots in many embodiments, and can reduce complexity and simplify independent communication with both devices, ensuring that the foreign object detection time slots have timing characteristics to achieve acceptable performance. performance for both devices, and thus for the entire power transfer.

Конкретный подход и обмен сообщениями, используемые для установки характеристик синхронизации временных интервалов обнаружения посторонних объектов, зависят от предпочтений и требований конкретного варианта осуществления и в разных системах могут быть использованы разные подходы.The particular approach and messaging used to set the timing characteristics of the foreign object detection time intervals depends on the preferences and requirements of the particular embodiment, and different approaches may be used in different systems.

Однако во многих системах, например, как правило, применяемых для вариантов реализации типа Qi, подход основан на запросах передачи приемником мощности подходящих значений синхронизации и их одобрении передатчиком мощности или отклонении указанных значений.However, in many systems, such as those typically used for Qi-type implementations, the approach is based on receiver power requests for appropriate timing values and the transmitter power accepting or rejecting said values.

Аналогичным образом, приемник мощности может запрашивать заданный уровень сигнала для применения в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов путем отправки указания в течение этапа подготовки. Этот запрос может быть основан на измерениях, указывающих на воздействие, которое этот собственный металл приемника мощности будет оказывать на генерируемый сигнал, на любой минимальной мощности, которую необходимо выдать на приемник мощности в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов, для предотвращения перенапряжения и т.д. Как правило, этот запрос будет основан на оценках номинального передатчика мощности и рабочих состояниях, и, следовательно, будет склонен отражать наиболее худший сценарий. Однако во многих вариантах осуществления он может быть использован для обеспечения изначальной настройки, которая затем может быть удалена в течение этапа передачи мощности в ответ на фактические измерения рабочих состояний.Similarly, the power receiver may request a given signal level to apply during foreign object detection time intervals by sending an indication during the preparation phase. This request can be based on measurements indicating the effect that the power receiver's own metal will have on the generated signal, at any minimum power that needs to be delivered to the power receiver during foreign object detection time intervals, to prevent overvoltage, etc. . Typically, this query will be based on nominal transmitter power estimates and operating conditions, and will therefore tend to reflect the worst-case scenario. However, in many embodiments, it may be used to provide an initial setting, which may then be removed during the power transfer step in response to actual measurements of operating states.

Преимущество данного подхода заключается в том, что воздействие собственного металла приемника мощности на заданное электромагнитное поле может быть определено, например, в течение этапа производства или проектирования. Затем приемник мощности может сообщить это значение передатчику мощности, который может выполнить компенсацию воздействия со стороны приемника мощности при выполнении обнаружения посторонних объектов. Эта компенсация может быть очень точной, если приемник мощности подвергается воздействию электромагнитного поля соответствующей напряженности в течение проверки обнаружения посторонних объектов.The advantage of this approach is that the effect of the power receiver's own metal on a given electromagnetic field can be determined, for example, during the manufacturing or design phase. The power receiver may then report this value to the power transmitter, which may compensate for the effect of the power receiver when performing foreign object detection. This compensation can be very accurate if the power receiver is exposed to an electromagnetic field of the appropriate strength during the foreign object detection test.

На ФИГ. 7 изображен (упрощенный) пример того, как система может работать.FIG. 7 shows a (simplified) example of how the system might work.

Изначально, перед этапом передачи мощности выполняют временной слот подготовки (PREP TS). В течение этого временного слота подготовки приемник мощности отключает нагрузку 303.Initially, a preparation time slot (PREP TS) is performed before the power transfer step. During this provisioning time slot, the power receiver disconnects the load 303.

Это означает, что на нагрузку не подается мощность (или подается очень незначительная мощность) и, следовательно, из сигнала, сгенерированного передатчиком мощности, не извлекается мощность (или извлекается очень незначительная мощность). Передатчик мощности может управлять сигналом возбуждения на катушку 103 передатчика для установления ситуации, при которых, предпочтительно, выполняются следующие условия:This means that no power is supplied to the load (or very little power is supplied) and therefore no power is extracted from the signal generated by the power transmitter (or very little power is extracted). The power transmitter may control the drive signal to the transmitter coil 103 to determine situations in which the following conditions are preferably met:

• Влияние собственного металла устройства приемника мощности на магнитное поле известно приемнику мощности или может быть точно определено приемником мощности. Например, рассеивание мощности в собственном металле при заданной амплитуде и частота магнитного поля известны приемнику мощности.• The effect of the intrinsic metal of the power receiver device on the magnetic field is known to the power receiver or can be accurately determined by the power receiver. For example, power dissipation in intrinsic metal at a given amplitude and frequency of the magnetic field is known to the power receiver.

• Передатчик мощности может точно измерить совокупное влияние собственного металла и постороннего объекта при его наличии. Например, передаваемая мощность может быть точно определена передатчиком мощности.• The power transmitter can accurately measure the combined effect of its own metal and a foreign object if present. For example, the transmitted power can be accurately determined by the power transmitter.

В результате этого система может точно определять влияние постороннего объема на магнитное поле. Это влияние предпочтительно связано с ожидаемым повышением температуры, вызванным рассеянием мощности в постороннем объекте, вызванным его воздействием на магнитное поле катушки 103 передатчика, когда передатчик мощности подает мощность на приемник мощности.As a result, the system can accurately determine the influence of the foreign volume on the magnetic field. This effect is preferably related to the expected temperature rise caused by power dissipation in the foreign object caused by its effect on the magnetic field of the transmitter coil 103 when the power transmitter supplies power to the power receiver.

Для создания вышеуказанной ситуации приемник мощности может предоставить информацию о соответствующем магнитном поле, например, сообщив его тип, допустимый частотный диапазон и, при необходимости, требуемую амплитуду сигнала переменного тока для катушки 103 передатчика. Последний параметр, конечно, зависит от конструкции катушки 103 передатчика. Кроме того, приемник мощности может иметь измерительную катушку, индуцированное напряжение которой дает хорошее представление о поле, которое воздействует на собственный металл устройства. В этом случае приемник мощности может предоставить информацию об управлении на передатчик мощности для обеспечения уровня поля, при котором влияние собственного металла может быть точно определено приемником мощности.To create the above situation, the power receiver can provide information about the corresponding magnetic field, such as its type, acceptable frequency range and, if necessary, the required amplitude of the AC signal for the coil 103 of the transmitter. The latter parameter, of course, depends on the design of the transmitter coil 103. In addition, the power receiver may have a pickup coil whose induced voltage gives a good indication of the field that is acting on the device's own metal. In this case, the power receiver may provide control information to the power transmitter to provide a field level at which the influence of own metal can be accurately determined by the power receiver.

Когда будет создана вышеописанная ситуация, передатчик мощности сохраняет настройку сигнала возбуждения и ожидаемое влияние собственного металла, которое определено приемником мощности.When the above situation is created, the power transmitter saves the drive signal setting and the expected native metal influence as determined by the power receiver.

Кроме того, может осуществляться связь для определения подходящих параметров синхронизации для повторяющегося временного кадра, таких как продолжительность повторяющегося временного кадра и временных интервалов обнаружения посторонних объектов.In addition, communication may be performed to determine suitable timing parameters for the repeated time frame, such as the duration of the repeated time frame and foreign object detection time intervals.

В конце этапа подготовки мог быть задан набор параметров синхронизации и уровня сигнала обнаружения постороннего объекта. В частности, на этапе подготовки могли быть определены состояния измерения сигнала для временных интервалов обнаружения посторонних объектов, продолжительность временных интервалов обнаружения посторонних объектов и время между временными интервалами обнаружения посторонних объектов.At the end of the preparation stage, a set of synchronization parameters and a foreign object detection signal level could be set. In particular, during the preparation step, the signal measurement states for the foreign object detection time intervals, the duration of the foreign object detection time intervals, and the time between the foreign object detection time intervals could be determined.

Затем передатчик мощности использует эти значения в течение этапа передачи мощности. Однако, как правило, будет присутствовать некоторая вариация/неточность, например, в отношении точного времени переходов между временным интервалом передачи мощности и временными интервалами обнаружения посторонних объектов.The power transmitter then uses these values during the power transfer phase. However, there will typically be some variation/inaccuracy, for example, with respect to the exact timing of the transitions between the power transmission slot and the foreign object detection slots.

Затем система может войти на этап передачи мощности, на котором применяется повторяющийся временной кадр. В примере, изображенном на ФИГ. 7, повторяющийся временной кадр начинается с временного интервала обнаружения посторонних объектов, после которого следует временной интервал передачи мощности. Система начинает работу с этапа синхронизации, на котором нагрузка 303 отключается в течение всего повторяющегося временного кадра, в том числе в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов и временного интервала передачи мощности. На ФИГ. 7 это обозначено термином NP (Нет мощности).The system may then enter a power transfer step in which a repeating time frame is applied. In the example shown in FIG. 7, the repeating time frame starts with a foreign object detection time slot followed by a power transmission time slot. The system starts with a synchronization step in which the load 303 is turned off for the entire recurring time frame, including the foreign object detection time interval and the power transfer time interval. FIG. 7 this is denoted by the term NP (No Power).

Далее система выполняет синхронизацию и когда мера надежности указывает, что была достигнута желаемая надежность/уровень, при этом поддерживая сигнал мощности на уровне, на котором в приемнике мощности не происходит перенапряжение, система переключается на второй режим работы, соответствующий нормальной операции передачи мощности. В этом режиме нагрузка 303 по-прежнему отключена в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов, но подключена в течение временных интервалов передачи мощности. Это обозначено термином «PWR» (мощность) на ФИГ. 7. Из соображений простоты и краткости, на ФИГ. 7 изображено, что этап синхронизации включает только один повторяющийся временной кадр, однако следует понимать, что он, как правило, включает множество повторяющихся временных кадров (во многих вариантах применения этап синхронизации может включать не менее чем 10 или 20 повторяющихся временных кадров (в зависимости оттого, когда синхронизация посчиталась достигнутой).The system then performs synchronization and when the measure of reliability indicates that the desired reliability/level has been achieved while maintaining the power signal at a level where the power receiver does not overvoltage, the system switches to the second mode of operation corresponding to normal power transfer operation. In this mode, the load 303 is still off during the foreign object detection time slots, but connected during the power transfer time slots. This is denoted by the term "PWR" (power) in FIG. 7. For reasons of simplicity and brevity, FIG. 7 shows that the synchronization step includes only one repeating time frame, however, it should be understood that it typically includes many repeating time frames (in many applications, the synchronization step may include at least 10 or 20 repeating time frames (depending on when synchronization is considered to be achieved).

В качестве примера конкретной операции в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов, предполагается, что нагрузка 303 отключена в приемнике мощности, как было описано ранее. Это означает, что на нагрузку/приемник мощности не подается мощность (или подается очень незначительная мощность). Передатчик мощности применяет сохраненную настройку сигнала возбуждения и измеряет совместное влияние собственного металла и любого присутствующего постороннего объекта. Он сравнивает влияние со сохраненным ожидаемым влиянием собственного металла для определения влияния постороннего объекта. Затем он может определить максимальную амплитуду сигнала возбуждения/сигнала передачи мощности в отношении частоты, при которой ситуация считается безопасной, то есть при которой ожидаемое повышение температуры постороннего объекта будет в безопасных пределах. Затем передатчик мощности ограничит сигнал передачи мощности до этого максимального уровня и передаст предупреждение, если приемник мощности предпринимает попытку управлять сигналом передачи мощности до уровня, выше этого максимума. Таким образом, этап передачи мощности не прекращается в случае присутствия постороннего объекта, а вместо этого максимальный уровень сигнала передачи мощности снижается до уровня, обеспечивающего ограничение повышения температуры постороннего объекта до приемлемых уровней.As an example of a specific operation during foreign object detection time intervals, it is assumed that the load 303 is turned off at the power receiver, as previously described. This means that no power (or very little power) is being supplied to the load/power receiver. The power transmitter applies the stored excitation signal setting and measures the combined effect of its own metal and any foreign object present. It compares the influence with the stored expected influence of its own metal to determine the influence of the foreign object. It can then determine the maximum amplitude of the drive signal/power transmission signal in relation to the frequency at which the situation is considered safe, that is, at which the expected temperature rise of the foreign object will be within safe limits. The power transmitter will then limit the power transmit signal to this maximum level and transmit an alert if the power receiver attempts to control the power transmit signal to a level above this maximum. Thus, the power transmission step is not terminated in the presence of a foreign object, but instead, the maximum power transmission signal level is reduced to a level that limits the temperature rise of the foreign object to acceptable levels.

Если передатчик мощности обнаруживает изменение в совместном воздействии собственного металла и постороннего объекта, он может вернуться на этап подготовки для повторного установления условий измерения для обнаружения постороннего объекта. Для предотвращения ранних триггеров для возврата к временному слоту подготовки, передатчик мощности может объединить результаты нескольких временных слотов обнаружения посторонних объектов (например, применить окно усреднения) и/или отрегулировать сигнал возбуждения в некоторых пределах.If the power transmitter detects a change in the combined effect of its own metal and the foreign object, it may return to the preparation phase to re-establish the measurement conditions for detecting the foreign object. To prevent early triggers to return to the preparation timeslot, the power transmitter may combine the results of multiple foreign object detection timeslots (eg, apply an averaging window) and/or adjust the excitation signal within certain limits.

Во многих вариантах осуществления синхронизатор 311 выполнен с возможностью осуществления синхронизации на основе набора параметров, определенных в течение этапа подготовки. Например, определенные параметры могут быть использованы в качестве начальных параметров для синхронизации и, следовательно, исходные значения параметров синхронизации могут быть заданы, как соответствующие таковым, определенным на этапе подготовки. Например, первая оценка временных переходов с временного интервала обнаружения посторонних объектов на временной интервал передачи мощности (и наоборот) может быть определена из согласованной продолжительности временных интервалов обнаружения посторонних объектов и продолжительности между ними (продолжительности повторяющегося временного кадра). Затем эти параметры могут быть использованы в качестве исходных параметров для синхронизации, например, они могут быть использованы в качестве исходных параметров для синхронизированного по фазе временного цикла, после чего выполняется определение исходных значений ошибки для отражения разницы между измеренным временем перехода уровня и заданными значениями.In many embodiments, the synchronizer 311 is configured to perform synchronization based on a set of parameters determined during the provisioning phase. For example, certain parameters may be used as initial parameters for synchronization, and therefore, the initial values of the synchronization parameters may be set to match those determined in the provisioning step. For example, a first estimation of time transitions from a foreign object detection time interval to a power transfer time interval (and vice versa) can be determined from the negotiated duration of the foreign object detection time intervals and the duration between them (duration of a repeating time frame). These parameters can then be used as input parameters for synchronization, for example, they can be used as input parameters for a phase-locked timing cycle, after which error input values are determined to reflect the difference between the measured level transition time and setpoints.

В других вариантах осуществления значения, определенные в течение этапа подготовки, могут накладывать ограничения на синхронизацию. Например, синхронизатор 311 может фиксировано задавать продолжительность временных интервалов обнаружения посторонних объектов и продолжительность временных интервалов обнаружения посторонних объектов на значения, определенные в течение этапа подготовки. Затем синхронизатор 311 может адаптировать смещение синхронизации, т.е. момент времени для переходов, для достижения наилучших результатов (наименьшей ошибки) при этих условиях.In other embodiments, values determined during the provisioning phase may impose timing restrictions. For example, the synchronizer 311 may fix the foreign object detection time intervals and the foreign object detection time intervals to values determined during the preparation phase. The synchronizer 311 may then adapt the timing offset, i.e. point in time for transitions to achieve the best results (least error) under these conditions.

Следует понимать, что для определения меры надежности могут быть использованы различные подходы. Во многих вариантах осуществления мера надежности может быть определена на основе сигнала ошибки, указывающего на разницу между текущими значениями и измеренными значениями. Например, сигнал ошибки (усредненный/отфильтрованный низкочастотным фильтром) синхронизированного по фазе временного цикла может обеспечивать хороший показатель точности и надежности синхронизации. В других вариантах осуществления мера надежности, альтернативно или в дополнение, может быть определена в зависимости от изменчивости значений синхронизации. Например, синхронизация изначально может быть относительно ненадежной и, следовательно, изменения, например, во времени начала временного интервала обнаружения посторонних объектов может существенно меняться. Однако по мере того, как синхронизация становится более точной, изменение может задавать корректное значение, а изменения и вариации могут быть уменьшены.It should be understood that various approaches can be used to determine a measure of reliability. In many embodiments, a measure of reliability may be determined based on an error signal indicative of the difference between current values and measured values. For example, an error signal (averaged/low-pass filtered) of a phase-locked timing cycle can provide a good measure of timing accuracy and reliability. In other embodiments, the implementation of a measure of reliability, alternatively or in addition, may be determined depending on the variability of the synchronization values. For example, synchronization may initially be relatively unreliable, and therefore changes in, for example, the start time of the foreign object detection time interval may vary significantly. However, as the timing becomes more accurate, the change can set the correct value, and changes and variations can be reduced.

В некоторых вариантах осуществления определение меры надежности может учитывать то, как долго приемник мощности функционировал в первом режиме. В некоторых вариантах осуществления может считаться, что синхронизация изначально является надежной, но будет улучшена стечением времени. В некоторых вариантах осуществления мера надежности может быть сгенерирована для отражения пониженной надежности для пониженных продолжительностей, чем для повышенных продолжительностей. В качестве примера низкой сложности, мера надежности может быть задана таким образом, чтобы отражать ненадежную синхронизацию до тех пор, пока операция синхронизации является активной в течение заданного времени. Как правило, это время будет зависеть от динамических характеристик синхронизации, например, от динамических характеристик временного цикла (например, скорости адаптации). После этого времени, мера надежности может быть задана на значение, которое зависит от размера сигнала ошибки. Такой подход может предотвратить то, что мера надежности будет отображать высокую надежность ввиду совпадающего изначально низкого сигнала ошибки перед надлежащей адаптацией цикла к синхронизации, для переключения, в результате, на второй режим работы. Это может предотвратить переключение приемника мощности на второй режим перед надлежащим выполнением синхронизации.In some embodiments, the determination of the measure of reliability may take into account how long the power receiver has operated in the first mode. In some embodiments, the timing may be considered to be initially reliable, but will improve over time. In some embodiments, a measure of reliability may be generated to reflect lower reliability for lower durations than for higher durations. As an example of low complexity, a measure of reliability may be set to reflect unreliable synchronization as long as a synchronization operation has been active for a given time. As a rule, this time will depend on the dynamic characteristics of the synchronization, for example, on the dynamic characteristics of the time cycle (for example, the speed of adaptation). After this time, the measure of reliability can be set to a value that depends on the size of the error signal. Such an approach can prevent the reliability measure from reflecting high reliability due to a matching initially low error signal before properly adapting the cycle to timing, resulting in switching to the second mode of operation. This can prevent the power receiver from switching to the second mode before proper synchronization is performed.

В некоторых вариантах осуществления мера надежности может быть определена в ответ на параметры, определенные в течение этапа подготовки. Например, синхронизатор 311 может быть выполнен с возможностью свободной синхронизации с повторяющимся временным кадром на основе, например, обнаружений переходов уровня. Получаемые в результате характеристики синхронизации, в частности, получаемая продолжительность временных интервалов обнаружения посторонних объектов и интервала между ними, затем могут быть сравнены со значениями, определенными в течение этапа подготовки. Мера надежности может быть сгенерирована для отражения того, насколько полно значения синхронизации соответствуют значениям заданной фазы (что в данном случае может рассматриваться в качестве соответствия известным значениям, подлежащим применению передатчиком мощности).In some embodiments, a measure of reliability may be determined in response to parameters determined during the provisioning phase. For example, the synchronizer 311 may be configured to freely synchronize to a repeating time frame based on level transition detections, for example. The resulting synchronization characteristics, in particular the resulting duration of foreign object detection time intervals and the interval between them, can then be compared with the values determined during the preparation phase. A measure of reliability can be generated to reflect how closely the timing values match the values of a given phase (which in this case can be considered as a match to the known values to be applied by the power transmitter).

В некоторых вариантах осуществления синхронизатор 311 может быть выполнен с возможностью определения меры надежности для синхронизации на основе сравнения уровней сигнала для сигнала передачи мощности в течение временных интервалов передачи мощности и временных интервалов обнаружения посторонних объектов, соответственно. В частности, такой подход может быть приемлем для определения меры надежности в течение этапа передачи мощности после любого потенциального этапа синхронизации в течение «нормальной» операции передачи мощности.In some embodiments, the synchronizer 311 may be configured to determine a measure of reliability for synchronization based on a comparison of signal levels for the power transmission signal during power transmission time intervals and foreign object detection time intervals, respectively. In particular, such an approach may be suitable for determining a measure of reliability during a power transfer step after any potential synchronization step during a "normal" power transfer operation.

Во многих вариантах осуществления синхронизатор 311 может непрерывно синхронизироваться с повторяющимся временным кадром сигнала передачи мощности в течение этапа передачи мощности для отслеживания изменений (в синхронизации передатчика мощности или локальной временной привязке) в течение потенциально очень долгой операции передачи мощности. Как было описано ранее, такая синхронизация может быть основана на обнаружении переходов уровня мощности во время переходов между временными интервалами. Однако приемник мощности может динамическим образом адаптировать уровень мощности сигнала передачи мощности для соответствия условиям нагрузки и, следовательно, представляется возможным, чтобы требуемый уровень сигнала передачи мощности в течение временных интервалов передачи мощности становился ближе к заданному уровню, используемому в течение временных интервалов передачи мощности. В таком случае синхронизатор 311 может не иметь возможности точно обнаружить переходы и может, следовательно, не выполнить синхронизацию. Таким образом, в некоторых примерах синхронизатор 311 может задать меру надежности на низкий уровень, указывающий на плохую синхронизацию, если он не может обнаружить достаточно большие шаги уровня сигнала.In many embodiments, the synchronizer 311 may continuously synchronize to a repeating time frame of the power transfer signal during the power transfer phase to track changes (in power transmitter timing or local timing) during a potentially very long power transfer operation. As previously described, such synchronization may be based on the detection of power level transitions during transitions between slots. However, the power receiver can dynamically adapt the power level of the power transmission signal to match the load conditions, and therefore it is possible that the required power transmission signal level during the power transmission timeslots gets closer to the target level used during the power transmission timeslots. In such a case, the synchronizer 311 may not be able to accurately detect the transitions and may therefore fail to synchronize. Thus, in some examples, the synchronizer 311 may set the measure of reliability to a low level, indicating poor timing, if it cannot detect large enough signal level steps.

Предыдущие примеры были сфокусированы на переключении с первого режима на второй режим при обнаружении того, что мера надежности указывает на то, что синхронизация является достаточной надежной. Однако в качестве альтернативы или дополнения, контроллер 313 режима может быть выполнен с возможностью переключения приемника мощности со второго режима на первый режим на основе меры надежности. В частности, если мера надежности падает ниже порогового значения в течение этапа передачи мощности и в течение второго режима, тем самым указывая на то, что синхронизация более не надежна, контроллер 313 режима может переключить приемник мощности обратно на первый режим работы. Таким образом, в качестве конкретного примера, если надежность синхронизации становится низкой в течение «нормальной» операции передачи мощности, то контроллер 313 режима может переключить приемник мощности на первый режим, на котором нагрузка мощности также отключается в течение временных интервалов передачи мощности, тем самым обеспечивая невозможность возникновения состояний перенапряжения, вызывающих повреждения. Кроме того, приемник мощности может инициировать специальный процесс синхронизации и, например, осуществлять связь с передатчиком мощности для применения параметров, подходящих для такой синхронизации.The previous examples have focused on switching from the first mode to the second mode upon detecting that the measure of reliability indicates that the timing is sufficiently reliable. However, alternatively or in addition, the mode controller 313 may be configured to switch the power receiver from the second mode to the first mode based on a measure of reliability. In particular, if the measure of reliability falls below a threshold during the power transfer step and during the second mode, thereby indicating that the timing is no longer reliable, the mode controller 313 may switch the power receiver back to the first mode of operation. Thus, as a specific example, if the timing reliability becomes low during a "normal" power transfer operation, then the mode controller 313 may switch the power receiver to the first mode in which the power load is also turned off during the power transfer time intervals, thereby providing the impossibility of occurrence of overvoltage conditions that cause damage. In addition, the power receiver may initiate a special synchronization process and, for example, communicate with the power transmitter to apply parameters suitable for such synchronization.

В некоторых вариантах осуществления приемник мощности в первом режиме работы может быть выполнен с возможностью осуществления действий, которые, вероятно, улучшат операцию синхронизации. Фактически, во многих вариантах осуществления приемник мощности может перейти лишь к отключению нагрузки 303 в течение временных интервалов обнаружения посторонних объектов и по-прежнему поддерживать ее подключенной в течение временных интервалов передачи мощности, т.е. между первым и вторым режимами может не быть конкретных отличий в работе нагрузки. Однако приемник мощности может быть выполнен с возможностью модификации операции синхронизации и может, в частности, осуществлять связь с передатчиком мощности для изменения параметров сигнала передачи мощности, что будет способствовать синхронизации приемником мощности.In some embodiments, the power receiver in the first mode of operation may be configured to take actions that are likely to improve synchronization operation. In fact, in many embodiments, the power receiver may only proceed to turn off load 303 during foreign object detection timeslots and still keep it connected during power transfer timeslots, i.e. between the first and second modes there may not be specific differences in the work of the load. However, the power receiver may be configured to modify the synchronization operation and may, in particular, communicate with the power transmitter to change the parameters of the power transmission signal, which will facilitate synchronization by the power receiver.

В качестве конкретного примера, контроллер 301 приемника мощности может быть выполнен с возможностью осуществления связи с передатчиком мощности для того, чтобы принудить его к изменению уровней сигнала у сигнала передачи мощности/сгенерированного электромагнитного поля таким образом, чтобы разница между временными интервалами передачи мощности и временными интервалами обнаружения посторонних объектов увеличивалась, тем самым способствуя обнаружению переходов между различными типами интервалов.As a specific example, the power receiver controller 301 may be configured to communicate with the power transmitter in order to cause it to change the signal levels of the power transmission signal/generated electromagnetic field such that the difference between the power transmission time intervals and the time intervals the detection of foreign objects was increased, thereby facilitating the detection of transitions between different types of intervals.

Например, как было описано ранее, контроллер 301 приемника мощности выполнен с возможностью реализации контура управления мощностью и с возможностью передачи сообщений управления мощностью на передатчик мощности. Передатчик мощности адаптирует уровень сигнала в течение временных интервалов передачи мощности в ответ на эти сообщения, а контроллер 301 приемника мощности выполнен с возможностью генерирования запросов на то, чтобы извлеченная мощность соответствовала мощности, требуемой приемником мощности для питания нагрузки 303.For example, as previously described, the power receiver controller 301 is configured to implement a power control loop and to transmit power control messages to the power transmitter. The power transmitter adapts the signal level during the power transfer time intervals in response to these messages, and the power receiver controller 301 is configured to generate requests that the extracted power match the power required by the power receiver to power the load 303.

Однако, если приемник мощности находится во втором режиме (и продолжается нормальная передача мощности), а мера надежности падает ниже порогового значения, указывая на то, что синхронизация больше не является достаточно точной (например, ввиду того, что уровни в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов и временном интервале передачи мощности практически равны), контроллер 313 режима может переключить приемник мощности на первый режим работы, на котором он меняет операцию для сообщений управления мощностью таким образом, чтобы они генерировались для обеспечения большой (увеличенной) разницы между временными интервалами обнаружения посторонних объектов и временными интервалами передачи мощности. Таким образом, даже если уровень мощности достаточен (или является слишком высоким) для того, чтобы приемник мощности запитал нагрузку 303, контроллер 301 приемника мощности может продолжить передавать запросы на повышение мощности для увеличения разницы между уровнями сигнала для временных интервалов обнаружения посторонних объектов и временных интервалов передачи мощности. Например, запросы на повышение мощности могут передаваться до тех пор, пока обнаруживаемая разница не будет достаточно высокой, после чего управление мощностью может быть продолжена для поддержания этого уровня. Таким образом, в таком примере операция управления мощностью может переключиться с основанности на параметрах операции передачи мощности (требуемый уровень мощности) на основанность на параметрах синхронизации (шаг уровня сигнала между временными интервалами).However, if the power receiver is in the second mode (and normal power transmission continues) and the measure of reliability drops below a threshold value, indicating that the timing is no longer accurate enough (for example, because the levels during the rogue detection time interval objects and the power transfer time interval are substantially equal), the mode controller 313 may switch the power receiver to the first mode of operation, in which it changes the operation for the power control messages so that they are generated to provide a large (increased) difference between the foreign object detection time intervals. and time intervals of power transmission. Thus, even if the power level is sufficient (or too high) for the power receiver to power the load 303, the power receiver controller 301 can continue to send power up requests to increase the difference between the signal levels for the FOD slots and the slots. power transmission. For example, requests to increase power may be transmitted until the detected difference is high enough, after which power control may be continued to maintain that level. Thus, in such an example, the power control operation may switch from based on the parameters of the power transmission operation (desired power level) to based on the timing parameters (signal level step between time intervals).

Такой подход может быть особенно выгоден для поддержания надежной синхронизации в течение этапа передачи мощности и может быть применим, например, в вариантах осуществления, в которых при входе на этап передачи мощности не выполняется начальный этап синхронизации. Например, этап передачи мощности может быть просто начат на основе исходных значений параметров, определенных в течение этапа подготовки, без необходимости в какой-либо начальной точной настройке синхронизации. Соответственно, этап передачи мощности может быть начат непосредственно приемником мощности во втором режиме работы. Однако, если обнаружено, что синхронизация в течение этапа передачи мощности становится неточной/ненадежной, то контроллер 313 режима может переключить приемник мощности на первый режим работы для выполнения (повторной) синхронизации.Such an approach may be particularly advantageous for maintaining reliable synchronization during the power transfer phase and may be applicable, for example, in embodiments where the initial synchronization phase is not performed upon entering the power transfer phase. For example, the power transfer step can simply be started based on the initial parameter values determined during the provisioning step, without the need for any initial timing fine tuning. Accordingly, the power transmission step can be started directly by the power receiver in the second mode of operation. However, if it is found that the timing during the power transfer step becomes inaccurate/unreliable, then the mode controller 313 may switch the power receiver to the first mode of operation to perform (re)synchronization.

Такой подход, как правило, будет применяться только тогда, когда подключенная нагрузка не извлекает низкую мощность (имеет относительно большое значение сопротивления).This approach will generally only be applied when the connected load is not drawing low power (has a relatively high resistance value).

Фактически, прямое начало этапа передачи мощности во втором режиме работы предназначено для высокой потребности в мощности, приемник мощности старается быстро управлять передатчиком мощности для обеспечения высокого уровня сигнала, поскольку в противном случае напряжение на приемнике мощности может упасть ниже уровня, на котором он может работать. Уровень внешней нагрузки, как правило, не находится под управлением приемника мощности; приемник должен справляться с заданной нагрузкой.In fact, the direct start of the power transmission stage in the second mode of operation is for high power demand, the power receiver tries to quickly control the power transmitter to provide a high signal level, otherwise the voltage at the power receiver may fall below the level at which it can operate. The external load level is usually not under the control of the power receiver; the receiver must be able to handle the given load.

Этот подход может обеспечивать особенно эффективную работу в примере, в котором синхронизация в течение этапа передачи мощности выполняется на основе обнаружения изменений уровня сигнала между временными интервалами обнаружения посторонних объектов и временными интервалами передачи мощности.This approach may work particularly well in an example where synchronization during the power transfer step is performed based on the detection of signal level changes between foreign object detection time slots and power transfer time slots.

В качестве другого примера, в некоторых вариантах осуществления контроллер 301 приемника мощности может быть выполнен с возможностью ограничения частоты изменения уровней мощности в первом режиме работы до более низкого уровня, чем во втором режиме работы. Например, когда приемник мощности работает в течение «нормальной» передачи мощности и во втором режиме работы, приемник мощности может передавать сообщения управления мощностью, которые обеспечивают возможность быстрой адаптации к контуру управления мощностью, так что он может следовать за быстрыми изменениями. Однако, если мера надежности указывает на то, что синхронизация не является надежной, например, ввиду определения того, что изменения уровня сигнала между временными интервалами передачи мощности и временными интервалами обнаружения посторонних объектов являются низкими, то контроллер 313 режима может переключить приемник мощности на первый режим работы, на котором частота изменения может быть по существу ограничена. В частности, динамика контура управления мощностью может быть изменена для реализации очень медленного контура и может только постепенно повышать уровень мощности для обеспечения времени на повторную синхронизацию и для предотвращения состояния перенапряжения на приемнике мощности, когда нагрузка отключена, что в противном случае могло бы вызвать быстрое повышение сигнала мощности, а синхронизация по-прежнему оставалась бы ненадежной. Во многих вариантах осуществления адаптация может быть асимметричной таким образом, чтобы поддерживать быстрое снижение уровня мощности, однако возможны лишь очень медленные повышения.As another example, in some embodiments, the power receiver controller 301 may be configured to limit the rate of change of power levels in the first mode of operation to a lower level than in the second mode of operation. For example, when the power receiver is operating during "normal" power transmission and in the second mode of operation, the power receiver may transmit power control messages that allow fast adaptation to the power control loop so that it can follow fast changes. However, if the measure of reliability indicates that the timing is not reliable, for example, due to determining that the signal level changes between the power transmission time intervals and the foreign object detection time intervals are low, then the mode controller 313 may switch the power receiver to the first mode. operation at which the rate of change can be substantially limited. In particular, the dynamics of the power control loop can be modified to implement a very slow loop and can only gradually increase the power level to allow time for resynchronization and to prevent an overvoltage condition at the power receiver when the load is off, which would otherwise cause a rapid rise. power signal, and the timing would still be unreliable. In many embodiments, the adaptation may be asymmetric so as to support a rapid decrease in power level, but only very slow increases are possible.

В других вариантах осуществления контроллер 301 приемника мощности в такой ситуации может быть выполнен с возможностью ограничения передатчика мощности для обеспечения максимального уровня сигнала мощности при переключении на первый режим, т.е. он может обеспечить более высокий уровень мощности сигнала во втором режиме, чем в первом режиме работы.In other embodiments, the power receiver controller 301 in such a situation may be configured to limit the power transmitter to provide the maximum power signal level when switching to the first mode, i.e. it can provide a higher signal strength level in the second mode than in the first mode of operation.

В системе приемник мощности, при работе во втором режиме, может быть выполнен с возможностью отключения нагрузки 303 вскоре после начала временных интервалов обнаружения посторонних объектов, и он может быть выполнен с возможностью повторного ее подключения за короткое время до конца временных интервалов обнаружения посторонних объектов, при этом подключение и отключение определяются на основе локальной временной привязки, синхронизированной с повторяющимся временным кадром сигнала передачи мощности. Например, может быть определено время начала и конца временных интервалов обнаружения посторонних объектов, а время переключения для отключения и повторного подключения может быть установлено на него, однако, как правило, с коротким заданным временным сдвигом для обеспечения того, чтобы переходы всегда происходили в пределах временных интервалов обнаружения посторонних объектов.In the system, the power receiver, when operating in the second mode, may be configured to disconnect the load 303 shortly after the start of the foreign object detection time slots, and it may be configured to reconnect it shortly before the end of the foreign object detection time slots, when In this connection, the connection and disconnection are determined based on the local timing synchronized with the repeating time frame of the power transmission signal. For example, the start and end times of foreign object detection time slots can be defined, and the switching time for disconnection and reconnection can be set to it, however, typically with a short predetermined time offset to ensure that transitions always occur within the time limits. foreign object detection intervals.

В некоторых вариантах осуществления приемник мощности может содержать ограничитель тока, выполненный с возможностью ограничения тока на нагрузку при ее повторном подключении. В частности, ограничитель тока может быть выполнен с возможностью ограничения частоты изменения для тока до заданного предела таким образом, чтобы достигалось только постепенное повышение вместо риска высокого противотока при повторном подключении нагрузки 303 (что, например, может происходить, если нагрузка 303 включает в себя большую емкостную составляющую). Ограничитель тока может быть реализован, например, в форме индуктора.In some embodiments, the power receiver may include a current limiter configured to limit the current to the load when it is reconnected. In particular, the current limiter may be configured to limit the rate of change for the current to a predetermined limit such that only a gradual increase is achieved instead of risking high backflow when the load 303 is reconnected (which, for example, could occur if the load 303 includes a large capacitive component). The current limiter can be implemented, for example, in the form of an inductor.

ФИГ. 8-10 могут быть использованы для иллюстрации примеров тока для такого подхода с нагрузкой 303 с составляющей сопротивления у нагрузки Rнагрузка и значительной емкостной нагрузкой Снагрузка.FIG. 8-10 can be used to illustrate current examples for this approach with a load 303 with a resistance component at the load Rload and a significant capacitive load CLoad.

В примерах нагрузка 303 отключается в начале временного интервала обнаружения посторонних объектов, соответствующем разведению контактов переключателя S. В примере напряжение на Смоет остается постоянным в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов. Однако напряжение на Снагрузка понижается вследствие Rнагрузка (фактически, Снагрузка может действовать в качестве хранилища энергии, питающего нагрузку, представленную Rнагрузка во время отключения нагрузки 303, т.е. в течение временного интервала обнаружения посторонних объектов).In the examples, the load 303 is turned off at the beginning of the foreign object detection time interval corresponding to the separation of the contacts of switch S. In the example, the voltage across the Smoet remains constant during the foreign object detection time interval. However, the voltage on CLoad decreases due to Rload (in fact, CLoad can act as an energy store supplying the load represented by Rload during load disconnection 303, i.e., during the foreign object detection time interval).

В этой ситуации, если отсутствует ограничение тока, как в примере по ФИГ. 8, то относительно высокий противоток может проходить от Смоста до Снагрузки для повторного уравновешивания этих напряжений.In this situation, if there is no current limiting, as in the example of FIG. 8, a relatively high countercurrent can flow from Cbridge to Sload to rebalance these voltages.

Решение, которое направлено на устранение этой проблемы, заключается в ограничении изменения тока, например, путем включения индуктора между конденсаторами Смост и Снагрузка для предотвращения таких выбросов. Другой и зачастую предпочтительный подход может заключаться в реализации понижающего преобразователя, используя S в качестве переключающего элемента понижающего преобразователя. Такой пример представлен на ФИГ. 9, на которой отображены Dпонижение и Lпонижение для создания понижающего преобразователя. Во многих вариантах осуществления это может несущественно увеличить сложность, поскольку такие компоненты зачастую уже имеются, ввиду того, что во многих вариантах применения требуется определенное последующее управление напряжением в нагрузке Rнагрузка любым способом.A solution that aims to eliminate this problem is to limit the change in current, for example by including an inductor between the capacitors Cm and Sload to prevent such surges. Another and often preferred approach may be to implement a downconverter using S as the switching element of the downconverter. Such an example is shown in FIG. 9, which shows D-down and L-down for creating a downconverter. In many embodiments, this may add little complexity since such components are often already present, due to the fact that in many applications some subsequent control of the load voltage Rload is required in any way.

Следует понимать, что в приведенном выше описании для ясности варианты осуществления настоящего изобретения представлены со ссылкой на различные функциональные схемы, блоки и процессоры. Однако очевидно, что может быть использовано любое подходящее распределение функциональных возможностей между различными функциональными схемами, блоками или процессорами без ущерба для настоящего изобретения. Например, функциональные возможности, показанные как выполняемые отдельными процессорами или контроллерами, могут быть выполнены одним и тем же процессором или контроллерами. Следовательно, ссылки на конкретные функциональные блоки или схемы следует рассматривать только как ссылки на пригодные средства для обеспечения описанных функциональных возможностей, а не как указание на строгую логическую или физическую структуру или организацию.It should be understood that in the foregoing description, for clarity, embodiments of the present invention are presented with reference to various functional circuits, blocks, and processors. However, it is clear that any suitable distribution of functionality between different functional circuits, blocks or processors can be used without prejudice to the present invention. For example, functionality shown as being performed by separate processors or controllers may be performed by the same processor or controllers. Therefore, references to specific functional blocks or diagrams should be considered only as references to suitable means for providing the described functionality, and not as an indication of a strict logical or physical structure or organization.

Настоящее изобретение может быть реализовано в любой подходящей форме, включая аппаратное обеспечение, программное обеспечение, аппаратно реализованное программное обеспечение или любую их комбинацию. Настоящее изобретение также может быть реализовано, по меньшей мере частично, в виде компьютерного программного обеспечения, работающего на одном или более процессорах для обработки данных и/или процессорах для обработки цифровых сигналов. Элементы и компоненты варианта осуществления настоящего изобретения могут быть физически, функционально и логически реализованы любым подходящим способом. Фактически, функциональные возможности могут быть реализованы в одном блоке, в множестве блоков или в виде части других функциональных блоков. Таким образом, настоящее изобретение может быть реализовано в виде единого блока или может быть физически и функционально распределено между различными блоками, схемами и процессорами.The present invention may be implemented in any suitable form, including hardware, software, firmware, or any combination thereof. The present invention may also be implemented, at least in part, as computer software running on one or more data processors and/or digital signal processors. The elements and components of an embodiment of the present invention may be physically, functionally and logically implemented in any suitable manner. In fact, functionality may be implemented in a single block, in multiple blocks, or as part of other functional blocks. Thus, the present invention may be implemented as a single unit, or may be physically and functionally distributed among various blocks, circuits, and processors.

Хотя настоящее изобретение было описано в отношении некоторых вариантов осуществления, оно не ограничивается конкретной формой, изложенной в данном документе. Напротив, объем настоящего изобретения ограничивается только прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, хотя можно подумать, что признак описан в отношении конкретных вариантов осуществления, для специалиста в данной области техники будет очевидно, что различные признаки описанных вариантов осуществления могут быть объединены в соответствии с настоящим изобретением. В формуле изобретения термин «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов.Although the present invention has been described in relation to some embodiments, it is not limited to the specific form set forth herein. On the contrary, the scope of the present invention is limited only by the appended claims. In addition, although one might think that the feature is described in relation to specific embodiments, it will be obvious to a person skilled in the art that various features of the described embodiments can be combined in accordance with the present invention. In the claims, the term "comprising" does not exclude the presence of other elements or steps.

Следует понимать, что ссылка на предпочтительное значение не подразумевает каких-либо ограничений, если только оно не является значением, определенным в режиме инициализации обнаружения постороннего объекта, т.е. оно является предпочтительным в силу того, что его определяют в процессе адаптации. Ссылки на предпочтительное значение могут быть заменены ссылками, например, на первое значение.It should be understood that reference to a preferred value does not imply any restrictions, unless it is a value defined in the foreign object detection initialization mode, i.e. it is preferred due to the fact that it is determined in the adaptation process. References to the preferred value may be replaced by references to, for example, the first value.

Кроме того, хотя они перечислены по отдельности, множество средств, элементов, схем или этапов способа могут быть реализованы, например, с помощью одной схемы, одного блока или одного процессора. Кроме того, хотя отдельные признаки могут быть включены в разные пункты формулы изобретения, предпочтительно они могут быть объединены и их включение в разные пункты формулы изобретения не означает, что комбинация признаков невозможна и/или не предпочтительна. Кроме того, включение признака в одну категорию пунктов формулы изобретения не подразумевает ограничения этой категории, а скорее указывает на то, что этот признак в равной степени применим к другим категориям пунктов формулы изобретения в зависимости от обстоятельств. Кроме того, порядок признаков в формуле изобретения не подразумевает какой-либо конкретный порядок, в котором эти признаки должны работать, и, в частности, порядок отдельных этапов в формуле изобретения не подразумевает, что эти этапы должны выполняться в указанном порядке. Напротив, этапы могут быть выполнены в любом подходящем порядке. Кроме того, ссылки в единственном числе не исключают множественности. Таким образом, ссылки на грамматические средства выражения формы единственного числа, а также термины «первый», «второй» и т.д. не исключают наличия множества. Ссылочные позиции в формуле изобретения представлены исключительно в качестве поясняющего примера, и их никоим образом не следует рассматривать как ограничивающие объем формулы изобретения.Also, although listed individually, a plurality of means, elements, circuits, or method steps may be implemented with, for example, a single circuit, a single block, or a single processor. In addition, although individual features may be included in different claims, they may preferably be combined and their inclusion in different claims does not mean that a combination of features is not possible and/or not preferred. Furthermore, the inclusion of a feature in one category of claims is not meant to limit that category, but rather indicates that the feature is equally applicable to other categories of claims, as the case may be. Furthermore, the order of the features in the claims does not imply any particular order in which the features are to operate, and in particular, the order of the individual steps in the claims does not imply that the steps must be performed in that order. Rather, the steps may be performed in any suitable order. In addition, references in the singular do not exclude plurality. Thus, references to the grammatical means of expressing the singular form, as well as the terms "first", "second", etc. do not exclude the presence of a plurality. Reference numerals in the claims are provided solely as an illustrative example and should in no way be construed as limiting the scope of the claims.

Claims

1. A power receiver, comprising:

synchro diagram,

moreover, the synchronizer circuit is configured to synchronize the local timing with a repeating time frame,

wherein the repeating time frame comprises at least one power transmission interval and at least one foreign object detection interval,

load controller diagram,

moreover, the load controller circuit is configured to disconnect the load,

moreover, it is possible to disconnect the load during at least a part of the specified at least one foreign object detection interval,

moreover, it is possible to disconnect the load during at least part of the power transfer stage,

while the disconnection time depends on the local time reference, and

a mode controller circuit, wherein the mode controller circuit is configured to switch during the power transmission interval between the first mode of operation and the second mode of operation in response to a measure of timing reliability,

moreover, in the first mode of operation, the possibility of using the first power transmission parameters is provided, and in the second mode of operation, the possibility of using the second power transmission parameters is provided,

wherein the first power transmission parameters are different from the second power transmission parameters,

wherein the power receiver is configured to receive wireless power from the power transmission signal,

while allowing the power transmission signal to be transmitted from the power transmitter during the power transmission step.

2. Power receiver according to claim 1,

in which the synchronizer circuit is configured to perform local timing synchronization with a repeating time frame upon entering the power transmission step,

moreover, the mode controller circuit is configured to control the power receiver to operate in the first mode of operation when entering the power transmission stage,

and the mode controller circuit is configured to switch the power receiver to the second mode of operation in response to detecting that the timing reliability measure exceeds a threshold.

3. The power receiver of claim 2, which further comprises a signal level controller circuit,

moreover, the signal level controller circuit is configured to transmit signal level requests to the power transmitter in relation to the power transmission signal,

wherein the signal level controller circuit is configured to control the power transmission signal level during said at least one power transmission interval to differ from the power transmission signal level during said at least one foreign object detection interval in the first operation mode,

wherein the clock circuit is configured to synchronize in response to signal variations between said at least one power transmission interval and said at least one foreign object detection interval.

4. The power receiver of claim 1, wherein the synchronizer circuit is configured to determine a measure of timing reliability in response to duration in the first mode of operation.

5. The power receiver of claim 1, which further comprises an initiator circuit,

wherein the initiator circuit is configured to determine a set of parameters for said at least one foreign object detection interval by communicating with the power transmitter before entering the power transmission step,

wherein the parameter set contains at least one of:

the duration of said at least one foreign object detection interval,

the interval between two of the foreign object detection intervals,

signal level for said at least one foreign object detection interval.

6. The power receiver of claim 5, wherein the synchronizer circuit is configured to perform synchronization based on said set of parameters.

7. The power receiver of claim 5, wherein the synchronizer circuit is configured to determine a measure of reliability in response to a comparison of a time parameter for said at least one foreign object detection interval determined from a local timing reference and a corresponding time parameter from a set of parameters.

8. The power receiver of claim. 1, which is configured to control the power transmitter so as to limit the level of the power transmission signal to a level that is lower in the first mode of operation than in the second mode of operation.

9. The power receiver of claim 1, wherein the load controller circuit is configured to disconnect the load from the power transmission signal during said at least one power transmission interval in the first mode of operation, but not in the second mode of operation.

10. The power receiver of claim 1, which further comprises a power level controller circuit,

moreover, the power level controller circuit is configured to transmit power level requests in relation to the power transmission signal to the power transmitter,

wherein the power level controller circuit is configured to limit the frequency of power levels change in the first mode of operation to a lower level than in the second mode of operation.

11. The power receiver of claim 1, wherein the clock circuit is configured to determine a measure of timing reliability in response to comparing signal levels for the power transmission signal during said at least one power transmission interval and said at least one foreign object detection interval. .

12. The power receiver of claim 1, wherein the mode controller circuit is configured to switch the power receiver from the second mode of operation to the first mode of operation in response to detecting that the timing reliability measure is below a threshold.

13. Power receiver according to claim 1,

wherein the load controller circuit is configured to reconnect the load during the foreign object detection interval during at least a portion of the power transfer step,

however, the reconnect time depends on the local time reference.

14. The power receiver of claim 13, which further comprises a current limiting circuit, the current limiting circuit being configured to limit current to the load when the load is reconnected.

15. A method for controlling operation of a power receiver, wherein the power receiver is configured to receive wireless power from a power transmission signal from a power transmitter during the power transmission step, the method comprising:

receiving wireless power from the power transmission signal;

synchronizing the local timing with the repeating time frame, the repeating time frame comprising at least one power transmission interval and at least one foreign object detection interval;

disconnecting the load during at least part of the specified at least one foreign object detection interval during at least part of the power transfer stage, while the disconnection time depends on the local timing,

switching between the first mode of operation and the second mode of operation during said at least one power transmission interval in response to a measure of synchronization reliability,

moreover, in the first mode of operation, the first power transmission parameters are used, and in the second mode of operation, the second power transmission parameters are used.

16. The method according to claim 15, according to which

when synchronizing, local timing is synchronized with a repeating time frame when entering the power transmission stage,

moreover, when switching, the power receiver is controlled in the first mode of operation when entering the stage of power transmission,

and upon switching, controlling the power receiver in the second mode of operation in response to detecting that the timing reliability measure exceeds a threshold.

17. The method according to p. 16, also including

transmitting, to the transmitter, power level requests for the power transmit signal, and

controlling the power transmission signal level during said at least one power transmission interval to differ from the power transmission signal level during said at least one foreign object detection interval in the first operation mode,

moreover, during synchronization, synchronization is provided in response to signal variations between said at least one power transmission interval and said at least one foreign object detection interval.

18. The method of claim 15, wherein the synchronization determines a measure of the reliability of the synchronization in response to the duration in the first mode of operation.

19. The method according to p. 15, also including

determining a set of parameters for said at least one foreign object detection interval by communicating with the power transmitter before entering the power transmission step,

wherein the parameter set contains at least one of:

the duration of said at least one foreign object detection interval,

the interval between two of the foreign object detection intervals,

signal level for said at least one foreign object detection interval.

20. A non-transitory medium containing a computer program, and when the specified computer program is executed on the processor, the method according to claim 15 is performed.