Схема для индуктивной передачи питания

Схема для индуктивной передачи питания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Представленное изобретение относится к схемам, используемым в индуктивных системах передачи питания, например для питания портативных электрических или электронных устройств.

Индуктивные системы передачи питания, подходящие для питания портативного устройств, могут состоять из двух элементов:

- Первичный модуль, имеющий, по меньшей мере, одну первичную обмотку, через которую управляет переменным током, создавая изменяющийся во времени магнитный поток.

- Вторичный модуль, расположенный отдельно от первичного модуля, имеющий вторичную обмотку.

Когда вторичная обмотка помещается вблизи от изменяющегося во времени потока, создаваемого первичной обмоткой, переменный поток вызывает переменный ток во вторичной обмотке, и таким образом питание может быть передано индуктивно от первичного модуля вторичному модулю.

Обычно вторичный модуль поставляет переданное ему питание внешней нагрузке, и вторичный модуль может входить в узловой объект или быть узловым объектом (вторичное устройство), который включает нагрузку. Например, узловой объект может быть портативным электрическим или электронным устройством, имеющим аккумулятор или ячейку. В этом случае нагрузка может быть схемой зарядного устройства батареи для того, чтобы заряжать батарею или ячейку. Как другой вариант, вторичный модуль может быть включен в такую перезаряжающуюся ячейку или батарею (вторичное устройство) вместе с подходящей схемой зарядного устройства батареи.

Для первичного модуля в таких системах необходимо иметь множество первичных обмоток, например, для передачи питания множеству вторичных модулей одновременно или предоставить таким вторичным модулям позиционную свободу размещения относительно первичного модуля. Таким образом, необходимо обеспечить передачу питания двум или больше вторичным модулям одновременно с единственным первичным модулем. Связь 1:1 между первичной обмоткой и вторичным модулем необязательна, и представленное изобретение распространяется на использование больше чем одной первичной обмотки для передачи питания вторичному модулю.

Известны реализации первичного модуля в индуктивной системе передачи питания с множеством первичных обмоток. Однако в известных схемах первичных модулей были обнаружены недостатки, связанные со стоимостью, производительностью и сложностью по сравнению с первичными модулями, имеющими единственную первичную обмотку. Это определяет необходимость в обеспечении схемы для использования в первичных модулях, устраняющей перечисленные недостатки, и первичных модулей и индуктивных систем передачи питания, включающих такую схему. Также необходимо обеспечить первичный модуль, в котором несколько первичных обмоток могут управляться эффективно, без необходимости значительно увеличивать число схем, необходимых для управления и контроля единственной первичной обмоткой. Также необходимо создать первичный модуль, схема которого уменьшает чувствительность к изменениям в его связи с вторичным модулем, или, например, к различиям между вторичными модулями.

Согласно первому варианту осуществления изобретения обеспечивается схема для использования в первичном модуле индуктивной системы передачи питания для генерирования электромагнитного поля, для передачи питания с помощью беспроводных технологий электромагнитной индукцией одному или более вторичным модулям системы, причем вторичный модуль или каждый вторичный модуль, находящийся отдельно от первичного модуля, включает множество управляемых элементов, каждый элемент включает первичную обмотку или индуктор-фиктивную обмотку, не участвующую в генерировании электромагнитного поля; средства управления (например, управляющая схема), функционирующие для предоставления обоим или, по меньшей мере, двум из указанных элементов, управляющего сигнала, чтобы управляемые элементы, которые имеют указанную первичную обмотку, генерировали указанное электромагнитное поле; и средства контроля, функционирующие в зависимости от сигнала обратной связи, характеризующего характеристики первичной или фиктивной обмотки одного или более управляемых элементов, для управления схемой для возможности регулировать указанный сигнал обратной связи, причем схема конфигурируется так, что управляемые элементы соединяются параллельно и настроены в резонанс; указанный контроль обеспечивает регулировку характеристики каждой из указанных управляемых обмоток.

Характеристика (например, электрическая характеристика) такой обмотки может быть величиной сигнала с этой обмотки, или характеристикой, которая изменяется в функции от величины сигнала с этой обмотки.

Элементы могут быть постоянно соединены параллельно или могут быть временно соединяемыми параллельно для управления, например, с использованием переключателей. Основанное на обратной связи управление может быть, например, выполнено посредством микропроцессора, который может также выполнять управление такими переключателями.

В одном из вариантов осуществления каждый управляемый элемент включает, в основном, указанную первичную обмотку или фиктивную обмотку. Такой вариант осуществления может быть выгоден с точки зрения необходимости в минимальном повторении схемы, чтобы увеличить число основных или фиктивных обмоток. Снижение повторений может быть выгодно с точки зрения стоимости, и может обеспечивать хорошее управление по сравнению с растиражированными схемами управления и контроля.

Сигнал обратной связи может характеризовать величину напряжения или сигнал мощности на обмотках управляемых элементов.

Схема может включать емкостной элемент, предназначенный для последовательного соединения с управляемыми элементами. Такой емкостной элемент может эффективно участвовать в настройке элементов для резонансного контура.

Схема может быть сконфигурирована так, что, во время управления у управляющих сигналов имеется установленная основная частота; у емкостного элемента имеется установленное значение емкости; а управляемые элементы имеют в основном индуктивное сопротивление. Схема может быть сконфигурирована так, чтобы во время управления элементы всегда имели существенное комбинированное индивидуальное (собственное) значение индуктивности. Такая схема может быть прекрасно спроектирована, и такие варианты осуществления могут быть выгодными в смысле стоимости.

Те элементы, которые управляются во время одного интервала периода управления в одном варианте осуществления, не являются теми же самыми элементами, которые управляются во время другого такого интервала периода управления. В таком варианте осуществления может быть возможно выборочно управлять различными элементами в разное время. Например, если такие элементы обеспечиваются группой, элементы части группы, соответствующие расположению вторичного модуля, могут выборочно управляться для подачи питания.

Определенное значение емкости может быть таким, чтобы управляемые элементы настраивались в резонанс на определенной основной частоте. Таким образом, в одном из вариантов осуществления определенное значение емкости может быть выбрано так, что схема является резонансной на определенной основной частоте, когда определенное число элементов управляется одновременно. У емкостного элемента может быть фиксированное значение емкости, и у сигналов управления может быть фиксированная основная частота.

Управляемые элементы могут быть сконфигурированы так, чтобы иметь примерно одинаковую индуктивность, и схема может быть сконфигурирована так, чтобы число элементов, управляемых во время одного интервала периода управления, было тем же, что и число элементов, управляемых во время другого интервала периода управления. При этом варианте число первичных управляемых обмоток может отличаться в течение времени, от числа индукторов - фиктивных управляемых обмоток, не участвующих в генерировании электромагнитного поля, изменяясь в течение времени по соответствующему алгоритму. Например, это может быть необходимо, чтобы изменить, управляемые первичные обмотки (и даже число управляемых обмоток) в определенное время в зависимости от положения/ориентации одного или более вторичных модулей относительно группы таких первичных обмоток в первичном модуле. Если необходимо управлять меньшим количеством первичных обмоток, может быть необходимо управлять большим количеством фиктивных обмоток, чтобы компенсировать снижение числа управляемых первичных обмоток.

В одном из вариантов осуществления схема может быть сконфигурирована так, что управляемые элементы имеют общую частотную характеристику, имеющую два основных резонансных пика и, обычно, плоский участок между ними или некоторую другую характеристику с существенным плоским участком, этот участок не изменяется существенно с изменением эффективной индуктивности в схеме из-за связи между первичной обмоткой и вторичным модулем. В таком варианте осуществления основная частота сигнала управления может быть расположена на этом плоском участке.

Управляемые элементы могут быть сконфигурированы так, что они соединяются вместе с емкостными элементами и схемой балластного сопротивления (например, схемой балластного сопротивления LC), а емкостной элемент и схема балластного сопротивления могут быть сконфигурированы так, что управляемые элементы имеют вместе такую частотную характеристику.

Схема может быть сконфигурирована так, что управляемые элементы имеют объединенную индуктивность L₁, и так, что емкостной элемент имеет емкость С₁, и так, что значения L₁ и C₁ сконфигурированы так, чтобы f 0 = 1 ( 2 π L 1 C 1 ) , где f₀ - основная частота.

У схемы балластного сопротивления может быть индуктивность L₂ последовательно соединенная с емкостью C₁, а емкость С₂ параллельно соединена с соединенными последовательно с емкостью C₁ и индуктивностью L₁, значения L₂ и С₂ могут быть сконфигурированы так, что f 0 = 1 ( 2 π L 1 C 1 ) , где f₀ - основная частота.

Значения L₁ и L₂ могут быть сконфигурированы так, что два основных резонансных пика находятся достаточно далеко друг от друга по частоте, так что влияние изменения эффективной индуктивности из-за связи между указанной первичной обмоткой и указанным вторичным модулем на работу схемы является незначительным. Это может обеспечить такой схеме эффективную стабильность от изменений на вторичной стороне, и способность работать устойчиво несмотря на составляющую допусков. Значения l₁ и L₂ могут быть сконфигурированы так, что, приблизительно, L₁/L₂=4.

В одном из вариантов осуществления каждый управляемый элемент может быть сконфигурирован так, что при управлении его частотная характеристика имеет два основных резонансных пика и существенный плоский участок между ними, или некоторую другую характеристику с существенно плоским участком, причем этот участок не изменяется существенно при изменении эффективной индуктивности в схеме, из-за связи между первичной обмоткой и вторичным модулем. При таком варианте осуществления основная частота сигнала управления может быть расположена на этом плоском участке.

Управляемые элементы могут быть сконфигурированы так, чтобы иметь приблизительно одинаковые частотные характеристики при управлении. Это упрощает проектирование и управление и, как следствие, снижает стоимость реализации. Управляемые элементы могут иметь, например, приблизительно одинаковую конфигурацию. Каждый управляемый элемент может включать емкостной элемент, последовательно соединенный с обмоткой, и схему балластного сопротивления (такую как схема балластного сопротивления LC), и для каждого такого управляемого элемента обмотка, емкостные элементы и схема балластного сопротивления могут быть сконфигурированы так, что управляемые элементы имеют соответствующую частотную характеристику, при которой происходит управление. Например, индуктивность первичной обмотки (или каждой первичной обмотки) может быть примерно одинаковой с индуктивностью фиктивной обмотки (или каждой фиктивной обмотки), в управляемых элементах могут быть примерно одинаковыми схемы балластного сопротивления, в управляемых элементах могут быть примерно одинаковыми и обмотки, емкостные элементы и схемы балластного сопротивления могут быть сконфигурированы примерно одним и тем же способом в каждом из управляемых элементов.

Для каждого управляемого элемента обмотка может иметь индуктивность l₁, емкостной элемент может иметь емкость С₁, а значения L₁ и C₁ могут быть сконфигурированы так, что f 0 = 1 ( 2 π L 1 C 1 ) , где f₀ указанная основная частота. Для каждого управляемого элемента схема балластного сопротивления может иметь индуктивность L₂, последовательно соединенную с емкостью C₁, и емкость С₂, параллельно соединенную с последовательно соединенными C₁ и обмоткой, а значения L₂ и С₂ могут быть сконфигурированы так, что f 0 = 1 ( 2 π L 1 C 1 ) , где f₀ - основная частота.

Для каждого указанного управляемого элемента значения L1 и L2 могут быть сконфигурированы так, что два основных резонансных пика находятся достаточно далеко друг от друга по частоте, так что влияние изменений эффективной индуктивности из-за связи между обмоткой и вторичным модулем на работу элементов является незначительным. Это может обеспечить такой схеме эффективную стабильность от изменений на вторичной стороне и способность работать устойчиво, несмотря на составляющую допусков. Значения L1 и L2 могут быть сконфигурированы так, что, приблизительно, L1/L2=4.

Схема может быть сконфигурирована так, что сигнал обратной связи получается только от одного из управляемых элементов. Сигнал обратной связи может быть напряжением или током, или мощностью на первичной обмотке или фиктивной обмотке этого элемента. Преимущество - необходим сигнал обратной связи от одного из элементов, с точки зрения простоты схемы управления, и таким образом уменьшения стоимости.

Схема может быть сконфигурирована так, что отдельный сигнал обратной связи получается от каждого из управляемых элементов и средства управления могут функционировать, чтобы выполнить управление в зависимости от одного или более сигналов обратной связи. Средства управления могут функционировать, чтобы выполнять управление в зависимости от всех сигналов обратной связи, или любого подмножества сигналов, дополнительно, в зависимости от числа и/или позиции/ориентации вторичных модулей, получающих питание от схемы.

В одном из вариантов осуществления схема может быть сконфигурирована так, что сигнал обратной связи получается от каждого управляемого элемента и/или от одного или каждого вторичного модуля, получающего питание индуктивно от схемы, каждый или каждый из управляемых элементов могут включать контролируемый элемент, и средства контроля могут действовать в ответ на сигналы обратной связи, воздействуя на управляемые элементы.

Отдельный контроль элемента или контроль элементов относительно друг друга может быть обеспечен соответствующим вариантом осуществления. Например, средства контроля могут функционировать для использования управляемых элементов, чтобы регулировать характеристики (например, сигналы с обмотки) управляемых обмоток относительно друг друга.

Контролируемый элемент или каждый контролируемый элемент может быть переменным реактивным сопротивлением. Контролируемый элемент или каждый управляемый элемент может быть переменной емкостью. Управляемый элемент или каждый управляемый элемент может функционировать под соответствующим контролем для изменения основной частоты управляющего сигнала в элементах. Контролируемый элемент или каждый контролируемый элемент может быть перестраиваемым инвертором или полумостовой схемой.

У каждого управляемого элемента может быть емкостной элемент, установленный последовательно с обмоткой, которая может быть таким контролируемым элементом.

Фиктивной обмоткой или каждой фиктивной обмоткой может быть индуктор, который, когда управляется, не генерирует электромагнитное поле. Такой индуктор может быть экранирован или разработан, чтобы не излучать при управлении. Индуктивность фиктивной обмотки (или каждой фиктивной обмотки) может быть приблизительно такой же, как индуктивность первичной обмотки (или каждой первичной обмотки).

У обмоток при управлении может быть та же полярность, как у других, у одной или более из них, полярность может отличаться от полярности одной или более других обмоток.

Согласно варианту осуществления второго аспекта представленного изобретения обеспечивается схема для использования в первичном модуле индуктивной системы передачи питания для генерирования изменяющегося во времени электромагнитного поля для передачи питания с помощью беспроводных технологий электромагнитной индукции вторичному модулю системы, вторичный модуль, расположен отдельно от первичного модуля, схема включает: управляемый элемент, включающий первичную обмотку; и средства управления (например, схема управления), функционирующие для предоставления управляемым элементам сигналов управления, имеющих предопределенную основную частоту для генерирования первичной обмоткой электромагнитного поля, причем:

управляемый элемент конфигурируется так, что при управлении имеет частотную характеристику, имеющую два основных резонансных пика и существенно плоский участок между ними, или некоторую другую характеристику с существенно плоским участком, причем этот участок не изменяется значительно при изменении эффективной индуктивности в схеме из-за связи между первичной обмоткой и указанным вторичным модулем; и средство управления конфигурируется так, что указанная основная частота располагается между указанными основными резонансными пиками на указанном плоском участке.

Управляемый элемент при управлении может быть сконфигурирован так, что первичная обмотка соединяется последовательно с емкостью и со схемой балластного сопротивления (например, схемой балластного сопротивления LC), и первичная обмотка, емкостной элемент и схема балластного сопротивления могут быть сконфигурированы так, чтобы иметь определенную частотную характеристику при управлении.

У первичной обмотки может быть индуктивность (самоиндукция) L₁, емкостной элемент может иметь емкость C₁, а значения L₁ и C₁ могут быть сконфигурированы так, что f 0 = 1 ( 2 π L 1 C 1 ) , где f₀ - основная частота. Схема балластного сопротивления может иметь индуктивность l₂, соединенную последовательно с емкостью C₁, и емкость C₂, параллельно соединенную с последовательно соединенными емкостью C₁ и первичной обмоткой, когда управляемый элемент управляется, значения L₂ и С₂ могут быть сконфигурированы так, что f 0 = 1 ( 2 π L 1 C 1 ) , где f₀ - основная частота.

Значения L₁ и L₂ могут быть подобраны так, что два основных резонансных пика находятся достаточно далеко друг от друга по частоте так, что влияние изменений эффективной индуктивности из-за связи между первичной обмоткой и указанным вторичным модулем на работу схемы незначительно. Это может обеспечить такой схеме эффективную стабильность от изменений на вторичной стороне, и способность работать устойчиво, несмотря на составляющую допусков. Значения l₁ и L₂ могут быть сконфигурированы так, что приблизительно L₁/L₂=4.

Согласно варианту осуществления третьего аспекта представленного изобретения обеспечивается первичный модуль для использования в индуктивной системе передачи питания, включающий схему согласно вышеуказанным первому или второму аспекту представленного изобретения.

Согласно варианту осуществления четвертого аспекта представленного изобретения, обеспечивается индуктивная система передачи питания, включающая: первичный модуль, функционирующий для генерирования электромагнитного поля; и, по меньшей мере, один вторичный модуль, расположенный отдельно от первичного модуля, сконфигурированного для приема питания с помощью беспроводных технологий электромагнитной индукции от первичного модуля, расположенного в близости к нему, причем первичный модуль включает схему согласно вышеуказанным первому или второму аспекту представленного изобретения.

Предусматривается, что схема, воплощающая представленное изобретение, может быть сконфигурирована в форме без указанных обмоток, так что указанные обмотки могут быть добавлены в более позднее время при использовании. Поэтому представленное изобретение распространяется на решения, соответствующие вышеуказанным вариантам, не имеющим таких обмоток, но предназначенным для соединения с ними.

Представленное изобретение может распространяться на аспекты способа, соответствующего контексту вышеуказанной схемы, первичного модуля и аспектам индуктивной системы передачи питания.

Согласно дополнительному аспекту изобретения обеспечивается первичный модуль для зарядки вторичного устройства, расположенного отдельно от первичного модуля посредством электромагнитной индукции, первичный модуль включает: по меньшей мере, две первичных обмотки; источник переменного напряжения или тока, связанный с, по меньшей мере, двумя первичными обмотками; датчик напряжения или тока, или мощности; причем первичный модуль измеряет напряжение, ток, или мощность, по меньшей мере, в одной обмотке и корректирует величину переменного напряжения или тока источника так, чтобы поддерживать, по меньшей мере, на двух обмотках, напряжение, ток или мощность в примерно одинаковом значении.

Согласно дополнительному аспекту изобретения обеспечивается способ зарядки вторичного устройства, расположенного отдельно от первичного модуля, посредством электромагнитной индукции, способ включает этапы: обеспечение, по меньшей мере, двух первичных обмоток; измерение напряжения, тока или мощности в первичных обмотках; корректировку источника напряжения или тока, так что две основные обмотки остаются примерно с тем же напряжением, током или мощностью.

Согласно дополнительному аспекту изобретения обеспечивается первичный модуль зарядки вторичного устройства, расположенного отдельно от первичного модуля электромагнитной индукцией. Первичный модуль включает: по меньшей мере, две первичных обмотки; источник переменного напряжения или тока соединенный с, по меньшей мере, двумя первичными обмотками; по меньшей мере, один переменный импеданс, соединенный с, по меньшей мере, одной первичной обмоткой; датчик напряжения или тока или мощности; причем первичный модуль измеряет напряжение, ток, или мощность, по меньшей мере, в одной обмотке и корректирует переменный импеданс так, чтобы изменить напряжение, ток, или мощность в обмотке независимо от другой обмотки.

Согласно дополнительному аспекту изобретения обеспечивается способ зарядки вторичного устройства, расположенного отдельно от первичного модуля, посредством электромагнитной индукции, способ включает этапы: обеспечения, по меньшей мере, двух первичных обмоток, предоставления напряжения, тока или питания, по меньшей мере, двум первичным обмоткам, и изменение импеданса, связанного с одной из обмоток так, что напряжение, ток или мощность, поставляемое указанной обмотке, изменяется независимо от другой обмотки.

Далее разъяснение сделано, посредством примеров, со ссылкой к сопроводительным чертежам, на которых:

Фигура 1 - принципиальная схема ранее разработанной индуктивной системы передачи питания;

Фигура 2 - принципиальная схема системы согласно одному из вариантов осуществления представленного изобретения;

Фигура 3 - принципиальная схема первичного модуля согласно одному из вариантов осуществления представленного изобретения;

Фигура 4 представляет ряд принципиальных схем, используемых для понимания преимуществ схем балластного сопротивления в первичном модуле согласно одному или более вариантам осуществления представленного изобретения;

Фигура 5 - принципиальная схема системы согласно одному из вариантов осуществления представленного изобретения, используемого для выполнения моделирования;

Фигура 6 - график результатов моделирования, основанных на схеме из фигуры 5;

Фигура 7 - график результатов моделирования, показывающий эффект отношения индуктора на разделении между резонансными пиками;

Фигура 8 - график результатов моделирования, показывающий влияние значения индуктивности балластного индуктора схемы фигуры 5 на ток в первичной обмотке схемы фигуры 5;

Фигура 9 - принципиальная схема системы согласно одному из вариантов осуществления представленного изобретения;

Фигура 10 - принципиальная схема первичного модуля согласно одному из вариантов осуществления представленного изобретения;

Фигура 11 - принципиальная схема первичного модуля согласно одному из вариантов осуществления представленного изобретения;

Фигуры 12-15 - принципиальные схемы первичных модулей, соответственно формирующих различные варианты осуществления представленного изобретения;

Фигура 16 - принципиальная схема первичного модуля согласно одному из вариантов осуществления представленного изобретения;

Фигура 17 - принципиальная схема первичного модуля согласно одному из вариантов осуществления представленного изобретения;

Фигура 18 - принципиальная схема первичного модуля согласно одному из вариантов осуществления представленного изобретения;

Фигуры 19 и 20 - принципиальные схемы возможных компоновок первичных обмоток на заряжающей поверхности первичного модуля согласно некоторым вариантам осуществления представленного изобретения;

Фигура 21 - принципиальная схема первичного модуля согласно одному из вариантов осуществления представленного изобретения;

Фигура 22 - принципиальная схема первичного модуля, представляющего несколько вариантов осуществления представленного изобретения;

Фигура 23 - принципиальная схема драйвера для использования в одном из вариантов осуществления представленного изобретения; и

Фигура 24 - принципиальная схема первичного модуля согласно одному из вариантов осуществления представленного изобретения.

Для лучшего понимания вариантов осуществления представленного изобретения ссылка будет сначала сделана на пример индуктивной системы передачи питания 1, непосредственно не являющуюся вариантом осуществления представленного изобретения, но полезную для понимания воплощений этого.

Фигура 1 - принципиальная схема системы 1. Система 1 включает первичный модуль (зарядное устройство) 100 и вторичный модуль (портативное устройство, в данном случае) 200.

Первичный модуль 100 включает преобразователь DC/DC 102, инвертор 104, конденсатор (или емкость) 106, первичную обмотку 108, буфер 110 и микропроцессор (MPU) 112. Вторичный модуль 200 включает вторичную обмотку 202, конденсатор (или емкость) 204, выпрямитель 206, преобразователь DC/DC 208 и нагрузку 210. Буфер 110, как можно понять, является пиковым детектором, и может использоваться для измерения пикового напряжения по первичной обмотке 108.

Первичный модуль 100 конфигурируется так, чтобы генерировать электромагнитное поле, и это поле может быть вызвано (как горизонтальное или вертикальное поле, относительно заряжающейся поверхности или поверхности передачи питания первичного модуля) в близости от первичной обмотки 108. Преимуществом является и то, что конфигурация поля зависит от конфигурации (то есть физического расположения) первичной обмотки 108. Электромагнитное поле может использоваться в системе 1, чтобы передать питание вторичному модулю 200, требующему питания, расположенному вблизи от первичного модуля 108.

У первичного модуля 100 может быть любая подходящая форма, например, плоской платформы, формирующей поверхность передачи питания на или вблизи, в которую вторичный модуль или каждый вторичный модуль 200 может быть помещен. В одном случае электромагнитное поле может быть распределено по области передачи питания на поверхности, как описано в GB-A-2388716, содержание которого включается в описание ссылкой. Преимуществом такой формы первичного модуля является то, что позволяет одному или более вторичным модулям 200 быть одновременно расположенными вблизи к первичному модулю, чтобы получить от него питание. Можно заметить, что много других форм первичного модуля 100 могут позволить одному или более вторичным модулям 200 быть одновременно расположенными в близости к первичному модулю, чтобы получить питание от него. Другая возможная форма для первичного модуля 100 является полкой, на которой вторичный модуль 200 может быть помещен, чтобы получить питание. Такая форма может быть выгодной для того, чтобы позволить элементам вторичного устройства находиться вне магнитного поля.

Вторичный модуль 200 на фигуре 1 расположен отдельно от первичного модуля 100 и включает вторичную обмотку 202, которая связывается с электромагнитным полем, сгенерированным первичным модулем 100, когда вторичный модуль 200 находится в близости к первичному модулю 100. Таким образом, питание может быть передано индуктивно от первичного модуля 100 к вторичному модулю 200, не требуя прямых электрически проводящих соединений между ними.

Чтобы передать питание индуктивно, магнитное поле/поток, сгенерированный первичной обмоткой 108, должно быть изменяющимся во времени. Соответственно, первичный модуль 100 конфигурируется так, чтобы предоставить первичной обмотке 108 изменяющиеся во времени электрические сигналы, такие как чередование сигналов. Первичная обмотка 108 и вторичная обмотка 202 могут иметь любые подходящие формы, но могут, например, быть изготовлены из медного провода, намотанного вокруг катушки высокой проницаемости, такой как ферритовая или из аморфного металла Высокочастотный обмоточный провод - особенный тип провода, который может использоваться в этом случае. Высокочастотный обмоточный провод имеет много жил провода, скрученного вместе, и может помочь уменьшить поверхностный эффект и эффект близости. Первичные и вторичные обмотки 108, 202 могут отличаться друг от друга, например, в размере, числе витков, типе катушки и физическом расположении и т.д. Могут использоваться несколько первичных и вторичных обмоток. Число первичных и вторичных обмоток может отличаться.

Из фигуры 1 важно, что вторичный модуль 200 показан как портативное устройство в роли объекта, требующего питания. Для простоты, портативное устройство показано являющимся тем же самым, что и вторичный модуль 200, однако вторичный модуль 200 может быть компонентом (например, съемным) частью портативного устройства. Нагрузку 210, можно предполагать, являющуюся фактической нагрузкой вторичного модуля 200, хотя она может быть отдельной или отделимой от вторичного модуля 200. Первичный модуль 100 системы 1 показан зарядным устройством, действующим, чтобы заряжать портативное устройство 200 посредством электромагнитной индукции. Первичный модуль, как в общем можно понять, является беспроводным электропитанием. Таким образом, зарядка батареи (или другой ячейки аккумулирования энергии) является одним, примерным, вариантом таких первичных модулей.

Соответственно, вторичный модуль 200, как можно понять, является только элементом устройства на фигуре 1, например, только вторичной обмоткой 202 или комбинацией вторичной обмотки 202, конденсатора 204, выпрямителя 206 и преобразователя DC/DC (постоянный ток/постоянный ток) 208. Вторичный модуль 200, таким образом, может быть соединен с внешней нагрузкой (нагрузкой 210), и может быть сконфигурирован так, чтобы передавать индуктивно полученное питание внешней нагрузке. Вторичный модуль 200 может быть встроен или присоединен к объекту, требующему питания (вторичному устройству), такому как портативное электрическое или электронное устройство, или аккумулятор, или элемент. Дополнительная информация относительно возможных решений вторичного модуля 200 и объектов (вторичных устройств), которые могут питаться от вторичного модуля 200, могут быть найдены в GB-A-2388716 (указанном выше). В GB-A-2388716 такие вторичные модули могут упоминаться как вторичные устройства. Вторичный модуль 200, для простоты показан, как портативное устройство для улучшения понимания представленного изобретения.

В контексте представленного изобретения вторичные модули (и/или вторичные устройства, включающие такие модули), как можно понять, являются любыми электрическими или электронными устройствами, которые требуют питания, и могут быть портативными устройствами, например (то есть не исключительно) мобильные телефоны, PDA (Персональные цифровые секретари), ноутбуки, персональная стереофоническая аппаратура, МР3-плееры и т.п., беспроводные гарнитуры, автомобильные зарядные устройства, бытовые приборы, такие как кухонная бытовая техника, персональные карты, такие как кредитные карты, и беспроводные теги, используемые для отслеживания товаров.

В первичном модуле 100 системы 1 преобразователь DC/DC 102 присоединяется к внешнему вводу DC (постоянный ток) и функционирует для понижающего преобразования полученного входящего DC (постоянный ток) в DC (постоянный ток) более низкого напряжения V_d. Преобразователь DC/DC 102 может быть преобразователем Маркера с импульсным режимом для высокой производительности. Преобразователь DC/DC 102 присоединяется для управления инвертором 104, который генерирует напряжение переменного тока на его выходе. Инвертор 104 может быть полумостом MOSFET, управляемым от соответствующего осциллятора (не показан).

Напряжение АС (переменного тока), снимаемое с инвертора 104, используется для управления первичной индуктивной обмоткой 108. Конденсатор 106 соединяется последовательно с первичной обмоткой, и обмоточная/конденсаторная комбинация конфигурируется так, что является резонансной на рабочей частоте (основной частоте) инвертора 104. Первичный модуль 100 в некоторых случаях может иметь батарею резонансных конденсаторов 106. Для уменьшения гармоник, существующих в электрических сигналах управления, управляющих первичной обмоткой (то есть выходящих с инвертора 104), может быть необходимо обеспечить схему балластного сопротивления LC (не показана) между инвертором 104 и первичной обмоткой 108. Пиковое обмоточное напряжение в первичной обмотке 108, V_pc, обычно намного больше, чем напряжение постоянного тока V_d, потому что схема после инвертора (то есть включая первичную обмотку 108 и конденсатор 106) конфигурируется, чтобы быть резонансной.

Рабочую частоту можно установить постоянной или она может быть переменной (то есть настраиваемой) для повышения эффективности. Действительно, частота может быть настроена для регулировки напряжения обмотки (то есть величины электрических сигналов управления в обмотке). Например, если первичная обмотка