[發(fā)明專利]用于在無線電力傳輸過程中通信的方法和接收器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380057951.6
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號(hào): CN104769851B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 哈里·拉帕科;米科·林托尼恩;馬爾科·佩薩
• 申請（專利權(quán)）人: 意法愛立信有限公司
• 主分類號(hào): H02J5/00
• 分類號(hào): H02J5/00;H02J50/10;H04B5/00
• 代理公司: 北京同達(dá)信恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11291
• 代理人: 黃志華,何月華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在電荷從發(fā)射器到接收器的感應(yīng)無線傳輸過程中接收器與發(fā)射器之間的通信。

背景技術(shù)

無線充電聯(lián)盟(Wireless?Power?Consortium，WPC)在(http://www.wirelesspowerconsortium.com)上發(fā)布規(guī)范：“系統(tǒng)說明無線電力傳輸卷1：低電力部分1：接口定義(System?Description?Wireless?Power?Transfer?Volume?I:Low?Power?Part?1:Interface?Definition)”。第6章“通信接口(Communication?Interface)”尤其與本申請相關(guān)且該規(guī)范的早于本申請的版本的全部內(nèi)容通過引用并入在本文中。對現(xiàn)有技術(shù)的以下論述重申本規(guī)范的一些最相關(guān)的部分。

圖1A示出了現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)射器和接收器。發(fā)射器1(Tx)設(shè)置有電源2，該電源2驅(qū)動(dòng)交流(Alternating?Current，AC)電流通過包括初級(jí)電感器3(Lp)和電容器4(Cp)的電路。傳輸電路由包括控制電力傳輸?shù)拈_關(guān)的布置的調(diào)制器(在WPC規(guī)范中示出)來調(diào)制。電源2通常為例如配電網(wǎng)的發(fā)生器，或者機(jī)動(dòng)車輛的電路，以熟知的方式將發(fā)射器插入至電源2內(nèi)。因此，電源被暫時(shí)耦合至發(fā)射器并且通常不會(huì)形成發(fā)射器的集成部分。

接收器6(Rx)可以包括在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，該設(shè)備通常為便攜式設(shè)備，例如手機(jī)、平板電腦或筆記本電腦，以便向蓄電池(通常為化學(xué)電池)提供電荷。當(dāng)足夠接近發(fā)射器時(shí)，次級(jí)電感器7與初級(jí)電感器3感應(yīng)耦合，使得在包括電容器8(Cs)的接收電路中感應(yīng)產(chǎn)生交流電流，AC電流經(jīng)由電容器8(Cs)傳送至全波整流器9。整流器9將直流(Direct?Current，DC)電流傳遞至充電器18，從而傳送至手機(jī)11中的蓄電池。

為了優(yōu)化蓄電池的耐久性和容量，期望在充電過程的持續(xù)時(shí)間內(nèi)改變傳送至電池的電力。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，發(fā)射器1具有控制器，該控制器通過調(diào)制器控制供給初級(jí)電感器的電力。然而，為了實(shí)現(xiàn)該控制，必須將關(guān)于蓄電池和充電電路的瞬時(shí)狀態(tài)的信息從接收器6通信至發(fā)射器的控制器。

標(biāo)準(zhǔn)指出將利用疊加在一個(gè)或多個(gè)電力攜帶信號(hào)上的電流脈沖來完成通信。這些脈沖為250μs長或500μs長，以根據(jù)每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間將信息編碼成二進(jìn)制消息。在實(shí)踐中，前面提及的脈沖持續(xù)時(shí)間分別對應(yīng)邏輯‘1’和‘0’，如圖1B所示。圖1B提供了差分雙相編碼的示例。在頂部是時(shí)鐘周期，其中，t_CLK為時(shí)鐘周期的時(shí)間段。在底部是所生成的電流脈沖，該電流脈沖具有編碼到其中的數(shù)據(jù)。為了促進(jìn)可靠的通信，脈沖被指定成具有一定的形狀(-s)。特別地，每個(gè)生成的脈沖的寬度必須精確到±4％。

通過具有在范圍110kHz-205kHz中的頻率的載波來完成電力的傳送。電力載波的整流對工作頻率引起顯著的噪聲諧波，特別是第二諧波。

執(zhí)行某些安全性有關(guān)的具有高精度的測量是強(qiáng)制性的。因此需要對電力接收器6的輸出電壓進(jìn)行濾波。相對大的濾波電容器10(C_filt)置于整流器的輸出端處。使用調(diào)制到應(yīng)用電流I_MOD的電流源12來實(shí)現(xiàn)電流調(diào)制。電流源12連接至整流器的一個(gè)直流端子并接地。在使用中，由電流調(diào)制器12傳送的調(diào)制電流(Imod)的一部分流自濾波電容器10，導(dǎo)致如圖2所示的脈沖形狀的惡化。最終，隨著電容器大小增大，這將導(dǎo)致比特讀取錯(cuò)誤，從而引起在可接受水平以下的通信通道的誤碼率(Bit?Error?Rate，BER)的惡化。

需要對電力接收器的輸出電壓進(jìn)行濾波的根本原因是源于規(guī)范的以優(yōu)于1％的精度測量電力接收器的輸出電流的要求。由于這個(gè)原因，需要在整流器的輸出端處放置5μF的電容器。由于在整流器的輸出端處所觀測的有限阻抗，因此調(diào)制電流也調(diào)制該濾波電容器上的電壓。因此，調(diào)制電流的一部分流自電容器而不流經(jīng)有源整流器，并最后經(jīng)由發(fā)射器的解調(diào)器結(jié)構(gòu)流動(dòng)。在圖2A示出了理想的目標(biāo)矩形階梯函數(shù)波形。在圖2B中示出了由于波形惡化所導(dǎo)致的流經(jīng)整流器和Tx側(cè)解調(diào)電路的實(shí)際的鋸齒電流波形的有些夸大的示例。由于信息束縛于脈沖持續(xù)時(shí)間，因此如果允許偏差增長得足夠大，則電流脈沖的形狀的畸形將導(dǎo)致解調(diào)錯(cuò)誤。因此，濾波電容器的大小受限于生成的電流脈沖的容許畸變。反過來，由于模擬電路目前必須容許更高的噪聲水平，因此這使得更難以執(zhí)行具有期望精度的電流測量。

期望能夠增大濾波電容器10的大小，同時(shí)最小化通信信號(hào)的降級(jí)并在接收器6處保持高效的電力接收。

發(fā)明內(nèi)容