專利名稱：感應(yīng)電源、通過感應(yīng)電源供電的遠(yuǎn)程裝置及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)電源，更具體地說，涉及用于基于負(fù)載的功率需 求對(duì)該負(fù)栽感應(yīng)供電的配置。
背景技術(shù)：
以感應(yīng)方式供電的遠(yuǎn)程裝置很方便。感應(yīng)電源在沒有直接物理連 接的情況下向裝置供電。在那些利用感應(yīng)功率的裝置中，通常將裝置 和感應(yīng)電源設(shè)計(jì)成使得裝置只在某一特定類型的感應(yīng)電源下工作。這 就需要每個(gè)裝置具有唯一設(shè)計(jì)的感應(yīng)電源。更好的是具有能夠?qū)Χ喾N不同的裝置供電的感應(yīng)電源。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的感應(yīng)充電系統(tǒng)和方法解決了常規(guī)感應(yīng)充電引起的前述 缺陷和其它問題。根據(jù) 一 個(gè)實(shí)施例，感應(yīng)電源包括以某 一 頻率工作的轉(zhuǎn)換器(switch)、通過該轉(zhuǎn)換器激勵(lì)的初級(jí)線圈、用于從遠(yuǎn)程裝置接收頻率改 變信息的初級(jí)收發(fā)器和用于響應(yīng)頻率改變信息改變頻率的控制器。根據(jù)第二個(gè)實(shí)施例，能夠通過感應(yīng)電源激勵(lì)的遠(yuǎn)程裝置包括次級(jí) 線圈、負(fù)載、用于確定負(fù)栽兩端的實(shí)際電壓的次級(jí)控制器和用于將頻 率調(diào)節(jié)指令發(fā)送給感應(yīng)電源的;欠級(jí)收發(fā)器。根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，操作感應(yīng)電源的方法包括以初始頻率激勵(lì) 初級(jí)線圈；輪詢遠(yuǎn)程裝置；以及如果遠(yuǎn)程裝置沒有響應(yīng)，則斷開初級(jí) 線圈。根據(jù)再一個(gè)實(shí)施例， 一種遠(yuǎn)程裝置具有用于從感應(yīng)電源接收處于 工作頻率的功率并對(duì)負(fù)載供電的次級(jí)線圈，操作該遠(yuǎn)程裝置的方法包括將期望電壓與實(shí)際電壓進(jìn)行比較；以及將校正實(shí)際電壓的指令發(fā) 送給感應(yīng)電源。


圖1示出用于對(duì)遠(yuǎn)程裝置感應(yīng)供電的系統(tǒng)； 圖2是供該系統(tǒng)使用的查找表； 圖3是操作次級(jí)控制器的流程圖； 圖4是操作初級(jí)控制器的流程圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出用于對(duì)遠(yuǎn)程裝置感應(yīng)供電的系統(tǒng)。AC (交流)電源10 向感應(yīng)電源9供電。DC(直流)電源12將AC功率轉(zhuǎn)換為DC功率。 而轉(zhuǎn)換器14用于將DC功率轉(zhuǎn)凈奐為AC功率。然后，由轉(zhuǎn)換器14提 供的AC功率對(duì)振蕩電路(tank circuit)16供電。轉(zhuǎn)換器14可以是許多類型的轉(zhuǎn)換電路中的任何一種，如半橋式 逆變器、全橋式逆變器，或任何其它單晶體管、雙晶體管或四晶體管 轉(zhuǎn)換電路。圖中將振蕩電路16示為是串聯(lián)諧振振蕩電路，但是也可 以利用并聯(lián)諧振振蕩電路。振蕩電路16包括初級(jí)線圏18。初級(jí)線圈 18激勵(lì)次級(jí)線圏20，由此對(duì)負(fù)載22供電。初級(jí)線圈18優(yōu)選是空心 或無芯的。功率監(jiān)測器24感測由DC電源12提供給轉(zhuǎn)換器14的電壓和電流。 功率監(jiān)測器24的輸出提供給初級(jí)控制器26。初級(jí)控制器26控制轉(zhuǎn)換 器14以及其它裝置的操作。初級(jí)控制器26可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)4灸器14的工 作頻率以便使轉(zhuǎn)換器14可以在一定頻率范圍內(nèi)工作。初級(jí)收發(fā)器28 是用于從次級(jí)收發(fā)器30接收數(shù)據(jù)通信的通信裝置。次級(jí)控制器32感 測提供給負(fù)載22的電壓和電流。初級(jí)收發(fā)器28可以是許多無線通信裝置中的任何一種。它也可 以具有多于一種工作才莫式，以-使適應(yīng)不同的次級(jí)收發(fā)器。例如，初級(jí)收發(fā)器28可以允許RFID、 IR、 802.11(b)、 802.11(g)、蜂窩或藍(lán)牙通 信。初級(jí)控制器26執(zhí)行幾個(gè)不同的任務(wù)。它定期輪詢功率監(jiān)測器24 以便獲得功率信息。初級(jí)控制器26還監(jiān)測收發(fā)器28以便從次級(jí)收發(fā) 器28接收通信。如果控制器26沒有從次級(jí)收發(fā)器30接收到通信， 那么控制器26定期地允許轉(zhuǎn)換器14在短暫的時(shí)期內(nèi)工作，以便向任 何次級(jí)線圈提供足以激勵(lì)次級(jí)收發(fā)器30的功率。如果次級(jí)線圈正在 汲取功率，那么控制器26控制轉(zhuǎn)換器14的操作以便確保將充足的功 率傳送給負(fù)栽22，這將在下文更詳細(xì)地描述?？刂破?6還負(fù)責(zé)通過 初級(jí)收發(fā)器28路由數(shù)據(jù)包，這將在下文更詳細(xì)地描述。根據(jù)一個(gè)實(shí) 施例，控制器26指示轉(zhuǎn)換器14在30-100千赫(kHz)供電。根據(jù)該 實(shí)施例，控制器26時(shí)鐘設(shè)定在36.864兆赫(MHz)以便在執(zhí)行上述 任務(wù)的同時(shí)可以提供可接收的頻率分辨率。功率監(jiān)測器24監(jiān)測AC輸入電流和電壓。功率監(jiān)測器24計(jì)算由 裝置消耗的平均功率。這是通過將瞬時(shí)電壓和電流樣本相乘以便逼近 所消耗的功率來實(shí)現(xiàn)的。功率監(jiān)測器24還計(jì)算RMS (均方根)電壓 和電流、電流波峰因子和其它i會(huì)斷值。因?yàn)殡娏魇欠钦业模运?消耗的有效功率一般與視在功率(V*l s)不同。為了增加功率消耗計(jì)算的精確度，可以將電流樣本和從電壓樣本 內(nèi)插的值相乘。對(duì)每個(gè)電壓/電流乘積積分，并保持一個(gè)完整的AC循 環(huán)。然后，將它除以樣本率，,人而獲得一個(gè)循環(huán)內(nèi)的平均功率。在一 個(gè)循環(huán)之后，重復(fù)該過程。功率監(jiān)測器24可以是特殊i殳計(jì)的芯片，或者功率監(jiān)測器24可以 是具有附帶支持電路的控制器。根據(jù)所示實(shí)施例，功率監(jiān)測器24的地線參照AC輸電線的中性側(cè)， 而初級(jí)控制器26和轉(zhuǎn)換器14的地線則基于它們各自的電源電路。結(jié) 果是，功率監(jiān)測器24和初級(jí)控制器26之間的串聯(lián)鏈路是雙向光學(xué)隔 離的。次級(jí)控制器32由次級(jí)線圏20供電。次級(jí)線圈20優(yōu)選是空心或 無芯的。次級(jí)控制器32的計(jì)算能力可能小于功率監(jiān)測器24。次級(jí)控 制器32監(jiān)測關(guān)于次級(jí)線圈20的電壓和電流，并將監(jiān)測的電壓或電流 與負(fù)栽22所需的目標(biāo)電壓或電流進(jìn)行比較。目標(biāo)電壓或電流存儲(chǔ)在 存儲(chǔ)器36中。存儲(chǔ)器36優(yōu)選是非易失性的，這樣信息就不會(huì)在關(guān)機(jī) 時(shí)丟失。次級(jí)控制器32還通過次級(jí)收發(fā)器30請(qǐng)求次級(jí)控制器26適 當(dāng)改變轉(zhuǎn)換器14的工作頻率。次級(jí)控制器32監(jiān)測具有約40 KHz (千赫)頻率的波形。次級(jí)控任務(wù)。如果這樣，那么峰值檢測器34可以^^任選的。峰值檢測器34確定次級(jí)線圏20、負(fù)載22或遠(yuǎn)程裝置11內(nèi)的任 4可其它組件兩端的峰值電壓。如果次級(jí)控制器32的計(jì)算能力不足以執(zhí)行瞬時(shí)電流和電壓計(jì)算， 那么可以在存儲(chǔ)器36中提供查找表。查找表包括校正因子，這些校 正因子由驅(qū)動(dòng)頻率索引并應(yīng)用于由峰值檢測器34觀察到的電壓以獲 得次級(jí)線圈20兩端的實(shí)際電壓。存儲(chǔ)器36可以是具有8位校正因子 的EEPROM存儲(chǔ)器中的128字節(jié)陣列。校正因子由電流的頻率索引。 次級(jí)控制器32通過初級(jí)RXTX 28從控制器26接收頻率?；蛘?，如 果次級(jí)控制器32具有更大的計(jì)算能力，那么它可以計(jì)算頻率。存儲(chǔ) 器36中還包含遠(yuǎn)程裝置11的最小功率消耗信息。對(duì)于每個(gè)負(fù)載來說，校正因子都是唯一的。例如，充當(dāng)遠(yuǎn)程裝置 的MP3播放器的校正因子將不同于感應(yīng)供電的燈或感應(yīng)加熱器。為了 獲得校正因子，將對(duì)遠(yuǎn)程裝置進(jìn)行表征。表征由施加AC電壓、然后 改變頻率組成。接著，通過利用伏特計(jì)或示波器獲得真實(shí)的RMS電 壓。然后，將真實(shí)的RMS電壓和峰值電壓進(jìn)行比較以便獲得校正因 子。然后，將每個(gè)頻率的校正因子存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器36中。發(fā)現(xiàn)合適的 一種類型的校正因子是乘數(shù)。乘數(shù)是通過將真實(shí)的RMS電壓與峰值 電壓相除來找到的。圖2是示出特定負(fù)栽的校正因子的表。當(dāng)利用PIC18F微控制器 時(shí)，利用PR2寄存器來控制輸出電壓的周期，并由此控制輸出電壓的 頻率。校正因子的范圍可以從0到255。表中的校正因子是8位定點(diǎn) 小數(shù)。為了評(píng)價(jià)校正因子，讀取PIC18F微控制器的PR2寄存器。丟 棄最低有效位，然后利用那個(gè)值來檢索合適的校正因子。已發(fā)現(xiàn)，校正因子和周期匹配時(shí)是有效的。眾所周知，周期是頻 率的倒數(shù)。因?yàn)橹T如PIC18F的i午多微控制器都具有PWM(脈寬調(diào)制) 輸出，其中輸出的周期由寄存器規(guī)定，所以查找表是由PWM輸出的 周期索引的。次級(jí)收發(fā)器30可以是許多不同類型的無線收發(fā)器中的任何一種， 如RFID(射頻標(biāo)識(shí))、IR(紅外)、藍(lán)牙、802.11(b)、 802.11(g)或蜂 窩。如果次級(jí)收發(fā)器30是RFID標(biāo)簽，那么次級(jí)收發(fā)器32本質(zhì)上可 以是無源或有源的。圖3示出操作次級(jí)控制器32的流程圖。峰值檢測器34讀取峰值 電壓(步驟IOO)。接著，次級(jí)控制器32通過從控制器26或通過自 身計(jì)算頻率來獲得電路的頻率(步驟102)。然后，利用頻率從存儲(chǔ) 器36中檢索校正因子(步驟104)。接著，對(duì)從峰值檢測器34輸出 的峰值電壓應(yīng)用校正因子，以〗更確定實(shí)際電壓(步驟106)。將實(shí)際電壓和存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的期望電壓進(jìn)行比較。如果實(shí) 際電壓小于期望電壓，那么向初級(jí)控制器發(fā)送減小頻率的指令(步驟 110， 112)。如果實(shí)際電壓大于期望電壓，那么向,初級(jí)控制器發(fā)送增 大頻率的指令(步驟114, 116)。頻率的這種變化造成電路的功率輸出的變化。如果頻率減小以至 于使諧振電路往更靠近諧振的方向移動(dòng)，那么電路的功率輸出增大。 如果頻率增大，那么諧振電路往遠(yuǎn)離諧振的方向移動(dòng)，并且電路的輸 出因而減小。接著，次級(jí)控制器32從初級(jí)控制器26獲得實(shí)際功率消耗(步驟 117)。如果實(shí)際功率消耗小于負(fù)載的最小功率消耗，那么控制器禁用負(fù)載，并且組件進(jìn)入靜態(tài)模式(步驟118， 120)。圖4是操作初級(jí)控制器26的流程圖。以探頭頻率激勵(lì)初級(jí)線圈 18 (步驟200)。探頭頻率可以預(yù)先設(shè)置，或者它可以基于和遠(yuǎn)程裝 置的任何先前通信來確定。根據(jù)該實(shí)施例，負(fù)載32定期地將工作頻 率寫入到存儲(chǔ)器36 + 。如果對(duì)次級(jí)線圈20去激勵(lì)，并且隨后再激勵(lì)， 那么次級(jí)控制器從存儲(chǔ)器36 ;^索最后記錄的工作頻率，并通過次級(jí) RXTX 30和初級(jí)RXTX 28將該工作頻率傳送給初級(jí)控制器26。探頭 頻率應(yīng)當(dāng)使得可以激勵(lì)次級(jí)收發(fā)器30。接著，輪詢次級(jí)收發(fā)器30 (步驟202 )。然后，系統(tǒng)等待應(yīng)答(步 驟204)。如果沒有接收到應(yīng)答，那么斷開(tum off)初級(jí)線圈18 (步 驟206)。在預(yù)定時(shí)間之后，輪詢遠(yuǎn)程裝置的過程重新發(fā)生。如果從次級(jí)收發(fā)器30接收到應(yīng)答，那么從次級(jí)控制器32接收工 作參數(shù)(步驟20'8)。工作參數(shù)包括但不限于初始工作頻率、工作電 壓、最大電壓和工作電流、工作功率。然后，初級(jí)控制器26啟用轉(zhuǎn) 換器14以便以初始工作頻率激^勵(lì)初級(jí)線圈18 (步驟210)。初級(jí)控 制器26將功率信息發(fā)送給次級(jí)控制器32 (步驟212)。初級(jí)線圏18 激勵(lì)次級(jí)線圈20。然后，初級(jí)控制器26輪詢次級(jí)控制器32(步驟214 )。如果初級(jí)控制器26沒有得到應(yīng)答或者從次級(jí)控制器32接收到 "進(jìn)入靜態(tài)模式"的命令，那么關(guān)閉轉(zhuǎn)換器14 (步驟206),并且過 程>^人該點(diǎn)繼續(xù)。如果初級(jí)控制器26接收到應(yīng)答，那么初級(jí)控制器26從次級(jí)控制 器32提取任何頻率改變信息(步驟218)。然后，初級(jí)控制器26根 據(jù)來自次級(jí)控制器32的指令改變頻率(步驟220)。在延遲(步驟 222)之后，過程重復(fù)，初級(jí)控制器26將信息發(fā)送給次級(jí)控制器32 (步驟212)。以上是對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述。在不偏離如隨附權(quán)利要求限定的本 發(fā)明的精神和更寬方面的前提下，可以做出各種改變和變化，其中隨 附權(quán)利要求根據(jù)專利法的原則應(yīng)當(dāng)解釋為包含均等物的教導(dǎo)。任何地方提到單數(shù)形式的權(quán)利要求元件時(shí)，例如使用冠詞"一 (a/an)"、 "該"或"所述，，時(shí)，都不應(yīng)理解為將該元件限制為單數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)電源，包括以某一頻率工作的轉(zhuǎn)換器；由所述轉(zhuǎn)換器激勵(lì)的初級(jí)線圈；用于從遠(yuǎn)程裝置接收頻率改變信息的初級(jí)收發(fā)器；以及用于響應(yīng)所述頻率改變信息而改變頻率的控制器。
2. 如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)電源，還包括用于確定所述感應(yīng)電源的功率消耗信息的功率監(jiān)測器。
3. 如權(quán)利要求2所述的感應(yīng)電源，其特征在于，所述初級(jí)收發(fā)器 將所述功率消耗信息發(fā)送給所述遠(yuǎn)程裝置。
4. 如權(quán)利要求3所述的感應(yīng)電源，還包括振蕩電路，其中所述初 級(jí)線圏是所述振蕩電路的 一部分。
5. 如權(quán)利要求4所述的感應(yīng)電源，其特征在于，所述振蕩電路是 串聯(lián)諧振振蕩電路。
6. 如權(quán)利要求4所述的感應(yīng)電源，其特征在于，所述振蕩電路是 并聯(lián)諧振振蕩電路。
7. —種能夠通過感應(yīng)電源激勵(lì)的遠(yuǎn)程裝置，包括 次級(jí)線圈；負(fù)載；用于確定所述負(fù)載兩端的實(shí)際電壓的次級(jí)控制器；以及 用于將頻率調(diào)節(jié)指令發(fā)送給所述感應(yīng)電源的次級(jí)收發(fā)器。
8. 如權(quán)利要求7所述的遠(yuǎn)程裝置，還包括 峰值檢測器。
9. 如權(quán)利要求8所述的遠(yuǎn)程裝置，其特征在于，所述次級(jí)控制器 根據(jù)峰值檢測器輸出確定所述負(fù)載兩端的實(shí)際電壓。
10. 如權(quán)利要求9所述的遠(yuǎn)舉裝置，還包括包含數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)器，所迷數(shù)據(jù)庫具有多個(gè)指示所述實(shí)際電壓的值，所述數(shù)據(jù)庫由所述峰值檢測器輸出索引。
11. 如權(quán)利要求IO所述的遠(yuǎn)程裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)庫還由工作頻率索引。
12. 如權(quán)利要求11所述的遠(yuǎn)程裝置，其特征在于，所述存儲(chǔ)器包 含最小功率消耗。
13. 如權(quán)利要求12所述的遠(yuǎn)程裝置，還包括次級(jí)收發(fā)器。
14. 如權(quán)利要求13所述的遠(yuǎn)程裝置，其特征在于，所述次級(jí)收發(fā) 器能夠從所述感應(yīng)電源接收功率消耗信息，并且所述次級(jí)控制器將所 述功率消耗信息和所述最小功率消耗進(jìn)行比較。
15. —種操作感應(yīng)電源的方法，包括 以初始頻率激勵(lì)初級(jí)線圈； 專侖詢遠(yuǎn)程裝置；以及如果沒有來自所述遠(yuǎn)程裝置的響應(yīng)，則斷開所述初級(jí)線圏。
16. 如權(quán)利要求15所述的操作感應(yīng)電源的方法，還包括 如果有來自所述遠(yuǎn)程裝置的響應(yīng)，則從所述遠(yuǎn)程裝置獲得工作頻率；以及以所述工作頻率激勵(lì)所述初級(jí)線圈。
17. 如權(quán)利要求16所述的才喿作感應(yīng)電源的方法，還包括 從所述遠(yuǎn)程裝置接收頻率改變信息；以及 基于所述頻率改變信息改變工作頻率。
18. 如權(quán)利要求17所述的^t喿作感應(yīng)電源的方法，還包括 從所述遠(yuǎn)程裝置接收靜態(tài)模式指令；以及 響應(yīng)所述靜態(tài)模式指令而斷開所述初級(jí)線圈。
19. 如權(quán)利要求18所述的操作感應(yīng)電源的方法，還包括 確定由所述初級(jí)線圏消耗的功率；以及 將所消耗的功率傳送給所迷遠(yuǎn)程裝置。
20. —種操作遠(yuǎn)程裝置的方法，所述遠(yuǎn)程裝置具有用于從感應(yīng)電 源接收處于工作頻率的功率并2于負(fù)載供電的次級(jí)線圈，所述方法包括將期望電壓和實(shí)際電壓進(jìn)行比較；以及 將校正所述實(shí)際電莊的指令發(fā)送給所述感應(yīng)電源。
21. 如權(quán)利要求20所述的操作遠(yuǎn)程裝置的方法，其特征在于，所 述實(shí)際電壓和期望電壓是關(guān)于所述次級(jí)線圈兩端的電壓的。
22. 如權(quán)利要求21所述的操作遠(yuǎn)程裝置的方法，其特征在于，所 述指令是發(fā)送給所述感應(yīng)電源的改變工作頻率的命令。
23. 如權(quán)利要求22所述的操作遠(yuǎn)程裝置的方法，其特征在于，將 期望電壓和實(shí)際電壓進(jìn)行比較的步驟還包括讀取峰值電壓。
24. 如權(quán)利要求22所述的操作遠(yuǎn)程裝置的方法，其特征在于，將 期望電壓和實(shí)際電壓進(jìn)行比較的步驟還包括從存儲(chǔ)器檢索校正因子；以及對(duì)所述峰值電壓應(yīng)用所述校正因子，以便獲得所述實(shí)際電壓。
25. 如權(quán)利要求22所述的^t喿作遠(yuǎn)程裝置的方法，其特征在于，應(yīng) 用所述校正因子的步驟包括將所述峰值電壓和所述校正因子相乘。
26. 如權(quán)利要求23所述的纟喿作遠(yuǎn)程裝置的方法，還包括 如果所述實(shí)際電壓大于期望電壓，則發(fā)送給所述感應(yīng)電源的命令包括增大工作頻率的指令。
27. 如權(quán)利要求23所述的操作遠(yuǎn)程裝置的方法，還包括 如果所述實(shí)際電壓小于期望電壓，則發(fā)送給所述感應(yīng)電源的命令包括減小工作頻率的指令。
全文摘要
一種感應(yīng)電源(9)包括用于在遠(yuǎn)程裝置(11)和感應(yīng)電源之間發(fā)送信息的收發(fā)器(28)。遠(yuǎn)程裝置先確定實(shí)際電壓，然后，如果實(shí)際電壓與期望電壓不相同，則向感應(yīng)電源發(fā)送改變工作頻率的命令。為了確定實(shí)際電壓，遠(yuǎn)程裝置先確定峰值電壓(34)，然后應(yīng)用校正因子。
文檔編號(hào)H02J5/00GK101243591SQ200680029588
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2006年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月16日
發(fā)明者D·W·巴曼, J·J·洛德, N·P·斯蒂恩, W·J·巴赫曼 申請(qǐng)人:捷通國際有限公司