本發(fā)明涉及感應(yīng)電力傳輸（inductive power transfer），并且特別地但非排他性地涉及依照Qi無線電力傳輸標準的感應(yīng)電力傳輸系統(tǒng)以及電力傳送器（power transmitter）。

背景技術(shù)：

許多系統(tǒng)要求布線和/或電氣接觸以便向設(shè)備供應(yīng)電力。省略這些導線和接觸提供了改進的用戶體驗。傳統(tǒng)上，這已經(jīng)通過使用位于設(shè)備中的電池而實現(xiàn)，但是該方案有若干缺點，包括額外的重量、笨重并且需要頻繁地更換電池或者為電池再充電。最近，使用無線感應(yīng)電力傳輸?shù)姆桨敢呀?jīng)受到越來越多的關(guān)注。

這種越來越多的關(guān)注部分是由于便攜式和移動設(shè)備的數(shù)量和多樣化在過去十年中已經(jīng)驟增。例如，移動電話、平板電腦、媒體播放器等的使用已經(jīng)變得無處不在。這樣的設(shè)備一般由內(nèi)部電池供電，并且典型的使用場景經(jīng)常要求從外部電力供應(yīng)源向設(shè)備進行直接導線供電或者對電池再充電。

如所提及的，大多數(shù)的當今設(shè)備要求布線和/或明確的電氣接觸以從外部電力供應(yīng)供電。然而，這往往是不切實際的并且要求用戶物理地插入連接器或者以其它方式建立物理電氣接觸。其往往還因引入導線的長度而對用戶而言是不方便的。典型地，功率要求也有顯著的不同，并且當前大多數(shù)設(shè)備配備有其自身專用的電力供應(yīng)，從而導致典型的用戶具有很大數(shù)量的不同的電力供應(yīng)，其中每一個電力供應(yīng)專用于特定的設(shè)備。盡管內(nèi)部電池可以防止對于到外部電力供應(yīng)的有線連接的需要，但是該方案僅提供部分解決方案，因為電池將需要再充電（或者更換，這是昂貴的）。電池的使用還可能大幅增加設(shè)備的重量，并潛在地增加成本和尺寸。

為了提供顯著改進的用戶體驗，已經(jīng)提出使用無線電力供應(yīng)，其中電力從電力傳送器設(shè)備中的傳送器線圈感應(yīng)式地傳輸?shù)礁鱾€設(shè)備中的接收器線圈。

經(jīng)由磁感應(yīng)的電力傳送是公知的概念，大多數(shù)應(yīng)用于在初級傳送器線圈和次級接收器線圈之間有緊密耦合的變壓器中。通過在兩個設(shè)備之間分離初級傳送器線圈和次級接收器線圈，設(shè)備之間的無線電力傳輸基于松散耦合變壓器的原理而變得可能。

這樣的布置允許向設(shè)備進行無線電力傳輸而不要求任何導線或者物理電氣接觸。實際上，其可以簡單地允許把設(shè)備放置成臨近傳送器線圈或者在傳送器線圈上面以便從外部供電或再充電。例如，電力傳送器設(shè)備可以布置成有水平表面，設(shè)備可以簡單地放置在該水平表面上以便被供電。

此外，這樣的無線電力傳輸布置可以有利地設(shè)計成使得電力傳送器設(shè)備可以與一系列電力接收器設(shè)備一起使用。尤其是，被稱為Qi標準的無線電力傳輸標準已經(jīng)被定義，并且當前得到進一步發(fā)展。該標準允許滿足Qi標準的電力傳送器設(shè)備與同樣滿足Qi標準的電力接收器設(shè)備一起使用，而這些設(shè)備無需來自相同制造商或者不必專用于彼此。Qi標準還包括用于允許使操作適配于特定電力接收器設(shè)備的某種功能性（例如，取決于特定的電力耗用）。

Qi標準由無線電力聯(lián)盟研發(fā)并且可以例如在它們的網(wǎng)站上找到更多信息：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html，其中特別地可以找到所定義的標準文檔。

作為示例，圖1圖示了集成在桌面中的電力傳輸系統(tǒng)的部分，而圖2圖示了具有各種待供電器具的電力傳輸系統(tǒng)。

用于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的感應(yīng)電源可以是獨立式的或者集成在廚房臺面中以便為無繩器具供電。圖1圖示了一種系統(tǒng)，其中在桌面1中把配備有電源線3的電力傳送器2放置在桌面中的孔洞4中。電力傳送器的集成不限于臺面和感應(yīng)爐灶面。它們也可以集成到案桌或餐桌中，因而使得能夠?qū)崿F(xiàn)之前不可能的全新功能。示例是對食物或飲料進行保溫、烤面包、做咖啡或者使酒冷卻。其還將使得能夠在家里或者餐館中實現(xiàn)整個一系列的桌面烹飪可能性。圖2圖示了一種系統(tǒng)，其中在表面1下面安置了電力傳送器2。各種器具5，諸如烤面包機、平底鍋和不銹鋼平底鍋都可以由電力傳送器2供電。

為了支持電力傳送器和電力接收器的相互作用和協(xié)同工作的能力，優(yōu)選的是，這些設(shè)備可以彼此通信，即如果支持電力傳送器和電力接收器之間的通信，則是合乎期望的，并且如果在兩個方向上都支持通信，則是優(yōu)選的。允許電力接收器和電力傳送器之間的通信的無線電力傳輸系統(tǒng)的示例在US2012/314745A1中提供。

Qi標準支持從電力接收器到電力傳送器的通信，由此使得電力接收器能夠提供信息，其可以允許電力傳送器適配于特定電力接收器。在當前標準中，從電力接收器到電力傳送器的單向通信鏈路已經(jīng)被定義，并且該方案是基于電力接收器為控制元件的理念。為了準備以及控制在電力傳送器和電力接收器之間的電力傳輸，電力接收器特別地向電力傳送器傳達信息。

單向通信通過電力接收器執(zhí)行負載調(diào)制而實現(xiàn)，其中由電力接收器施加于次級接收器線圈的負載發(fā)生變化以提供電力信號的調(diào)制。電氣特性中的所引起的改變（例如，電流消耗（current draw）中的變化）可以由電力傳送器檢測和解碼（解調(diào)）。

在用于低功率的Qi無線電力規(guī)范中，接收器通過調(diào)制電力信號的幅度而與傳送器通信。在該情況下，電力信號被用作用于通信信號的載波信號。

然而，Qi系統(tǒng)的限制在于，其不支持從電力傳送器到電力接收器的通信。此外，諸如針對Qi所開發(fā)的負載調(diào)制在一些應(yīng)用中可能是欠佳的。

作為示例，圖3圖示了用于典型感應(yīng)加熱器具的電力供應(yīng)通路。電力提供包括AC/DC換流器（converter）301，其對輸入ac電壓（例如，市電）進行整流。經(jīng)整流的市電信號被饋送給DC/AC換流器303（逆變器），其生成高頻驅(qū)動信號，高頻驅(qū)動信號被饋送給諧振槽（resonant tank）305（經(jīng)調(diào)諧的L-C電路）并且經(jīng)由此到傳送器線圈307。系統(tǒng)包括電力接收器，在該示例中為加熱平底鍋，其可以由接收器線圈309和負載R_Sole 311（表示平底鍋底中的渦流損耗）表示。

圖4圖示了圖3的電力通路的電壓波形。市電電壓Umains由AC/DC換流器301整流成電壓Udc_abs。用于緩沖經(jīng)整流的市電電壓的大儲能電容器通常并不應(yīng)用在這些類型的應(yīng)用中，因為其將增加該應(yīng)用的總市電諧波失真。作為結(jié)果，由AC/DC換流器301生成變化的DC電壓。

由于經(jīng)整流的電壓Udc_abs的特性，DC/AC換流器303的輸出電壓Uac_HF如圖4中示出的那樣成形。逆變器的正常操作頻率為20kHz到100kHz的量級。

傳送器線圈307與接收器線圈309和電阻R_sole一起基本上是DC/AC換流器303的負載。然而，由于該負載的性質(zhì)（電感和電阻式二者），諧振電路305典型地使用在DC/AC換流器303和該負載之間以便抵銷負載的電感部分。此外，諧振網(wǎng)絡(luò)305典型地導致在DC/AC換流器303中典型地使用的逆變器的開關(guān)損耗的減少。

諸如圖2之類的系統(tǒng)中的接收器和傳送器之間的通信面臨著多個挑戰(zhàn)和困難。特別是，在針對通信的期望與電力信號的要求和特性之間典型地存在沖突。典型地，系統(tǒng)要求在電力傳輸和通信功能之間的緊密相互作用。例如，基于在傳送器和電力接收器之間被感應(yīng)地耦合的僅僅一個信號，也就是說電力信號本身的概念來設(shè)計系統(tǒng)。然而，不僅使用電力信號本身來執(zhí)行電力傳輸而且還承載信息導致困難，這是由于電力信號幅度變化的本性。例如，為了將信號調(diào)制到電力信號上，或者使用負載調(diào)制，電力信號必須具有足夠的幅度。然而，這對于諸如圖4的電力信號那樣的電力信號而言不能得到保證。

作為具體示例，使用其中電力接收器通過負載調(diào)制（諸如在Qi系統(tǒng)中）傳達數(shù)據(jù)的負載調(diào)制方案要求正常負載相對恒定。然而，這在許多應(yīng)用中不能得到保證。

例如，如果無線電力傳輸要被用于為電機驅(qū)動的器具（例如像攪拌機）供電，則可以使用與圖3的那個類似的電力通路，但是負載（對應(yīng)于加熱平底鍋）被替換為分離的接收電感器313（Rx線圈）、AC/DC換流器315和DC電機317本身。這樣的電力通路在圖5中圖示。

這樣的無線電機驅(qū)動的器具的典型電壓和電流波形在圖6中示出。如所圖示的，電機電流Idc_motor往往非常不穩(wěn)定并且不連續(xù)?？拷须婋妷旱倪^零點，在電機電流中出現(xiàn)間隙。這由電機的旋轉(zhuǎn)電壓引起。DC/AC換流器（逆變器）僅能夠在電壓Uac_Rx高于在電機中感應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電壓Udc_mot的情況下向電機供應(yīng)電流。

為了控制電機的速度（或扭矩），可以向系統(tǒng)添加速度傳感器（或電流傳感器），連同從速度傳感器到電力傳送器的反饋回路。由于逆變器（其將是電壓或電流源）的本性，DC/AC換流器（逆變器）優(yōu)選地并入在該反饋回路中。因此，要求在器具部分（電力接收器）與電力傳送器部分之間的通信。這可以通過在器具側(cè)應(yīng)用負載調(diào)制技術(shù)以使得負載改變可以在傳送器側(cè)被檢測和解調(diào)而實現(xiàn)。這種經(jīng)解調(diào)的數(shù)據(jù)然后可以包括電機速度（或扭矩）的信息，或者實際上包括可以例如用于控制傳送器的任何其它信息。

然而，當電機驅(qū)動的器具消耗電流時，該電流的幅度與電機的負載嚴重相關(guān)。如果電機負載改變，則電機電流也改變。這導致逆變器電流的幅度同樣隨負載而改變。該負載變化將干擾負載調(diào)制，導致降級的通信。實際上，實踐中典型地非常難針對包括電機作為負載一部分的負載來檢測負載調(diào)制。因此，在這樣的場景下，通信錯誤的數(shù)目相對高，或者通信可能利用非常高的數(shù)據(jù)符號能量，由此非常大幅地減小可能的數(shù)據(jù)速率。

對于廚房器具，該通信方法因以下屬性而受損害：

典型地在幾十kHz到大概100kHz的范圍中的電力信號不恒定。此外，因為存在于電力傳送器中的DC/AC換流器被饋送以經(jīng)整流的正弦波，所以其幅度隨市電頻率（例如，50或60Hz）而變化。

在經(jīng)整流的正弦波的過零點期間，逆變器電流為零，因此不存在可用于幅度調(diào)制的載波。

器具的負載變化，其將干擾幅度調(diào)制。

一種可能的解決方案是使用其它通信措施，諸如RFID、NFC、藍牙或ZigBee。

一種其它的可能解決方案是在傳送器側(cè)或接收器側(cè)生成分離的載波信號。在其期間逆變器被停用的時段（其靠近市電電壓的過零點）被用于通信目的。因而，在接收器和傳送器之間的通信不被電力信號或者負載變化所影響。

對于所有可能的解決方案都成立的是，安全性是主要的考慮。安全性的一個方面是，通信應(yīng)當是安全的。諸如攪拌機、咖啡機等之類的各種裝置可以被用作電力接收器，并且廚房可以具有多于一個電力傳送器。電力傳送器對實際上不位于電力傳送器上、但是在廚房中其它地方的電力接收器的通信信號起反應(yīng)造成了嚴重的安全性問題。因此，在通信和電力通道之間的非常緊密的關(guān)系——最好為一對一關(guān)系——是優(yōu)選的。此外，電力傳送器以及電力接收器優(yōu)選地具有緊湊設(shè)計。此外，通信系統(tǒng)應(yīng)當優(yōu)選地是魯棒和靈敏的。

此外，為了提供高效的通信，期望的是盡可能多地減少與通信相關(guān)聯(lián)的開銷（例如像由期望通信所引起的電力傳輸中斷或者降級）。

因而，改進的電力傳輸系統(tǒng)將是有利的，并且特別是允許改進的通信支持、增大的可靠性、增大的靈活性、便于實現(xiàn)、對負載變化有減小的敏感性和/或改進性能的系統(tǒng)將是有利的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因而，本發(fā)明尋求優(yōu)選地單獨地或以任何組合減輕、緩解或消除以上提及的缺點中的一個或多個。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用于使用感應(yīng)電力信號向電力接收器傳輸電力的電力傳送器，其中電力傳送器包括：第一電感器，用于經(jīng)由該第一電感器向電力接收器提供感應(yīng)電力信號；第二電感器，用于從電力接收器接收數(shù)據(jù)信號，電容器與第二電感器串聯(lián)耦合；其中第一和第二電感器是在電力傳輸電路和數(shù)據(jù)信號接收電路中的分離的電感器，其中數(shù)據(jù)信號接收電路包括用于提取由第二電感器接收的數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)提取電路、以及用于在包括通信時段的驅(qū)動時間間隔期間生成用于第二電感器和電容器的串聯(lián)耦合的驅(qū)動信號的驅(qū)動器，電力傳送器包括用于取決于所接收的數(shù)據(jù)信號而控制經(jīng)由第一電感器供應(yīng)給電力接收器的電力信號的控制單元，并且電力傳送器被布置為在重復時間幀的電力傳輸時段期間經(jīng)由第一電感器傳輸電力、而在重復時間幀的通信時段期間經(jīng)由第二電感器接收數(shù)據(jù)信號，相對于電力傳輸時段而言，感應(yīng)電力信號的功率對于通信時段被減小，其中控制電路被布置用于在通信時段期間應(yīng)用數(shù)據(jù)提取電路到第二電感器的受控電氣耦合、以及在電力傳輸時段的至少一部分期間應(yīng)用數(shù)據(jù)提取電路從第二電感器的電氣解耦合；并且數(shù)據(jù)信號接收電路還包括放電電路，用于在時間幀的放電時間間隔——其至少部分地處于通信時段的前面——期間使電容器放電。

本發(fā)明可以在許多實施例中提供改進的操作，并且特別是可以提供方便和/或改進的通信和/或電力傳輸。在許多場景下，該方案可以提供改進的可靠性，并且可以減少例如組件損壞的風險。

該方案還包括用于在通信時段之前使與第一電感器串聯(lián)耦合的電容器放電的功能性。這可以減少對例如電力傳送器的組件的損壞的風險。另外，其可以允許更高效的操作，并且例如減少在可以執(zhí)行通信之前的延遲或等待時間。例如，其可以允許第二電感器的更快驅(qū)動以便生成可以被負載調(diào)制的載波。

第一和第二電感器是分離的電感器。這允許用于從電力傳送器向電力接收器提供電力的電力傳送通道和用于從電力接收器向電力傳送器提供數(shù)據(jù)的通信通道是基本上電氣分離的電路。這些分離的通道此處稱為“電力傳輸電路”和“數(shù)據(jù)接收電路”。該方案提供以下優(yōu)點：兩個通道——電力和通信通道，可以獨立地被優(yōu)化。例如，傳送電力線圈及其諧振電路被設(shè)計用于最佳的電力傳輸性能。例如，它們不針對通信信號進行優(yōu)化，通信信號典型地預期具有比電力信號頻率（典型地在20-100kHz的范圍中）大的頻率（100kHz……20MHZ）。本方案替代地提供分離的通信線圈。電力傳送器在數(shù)據(jù)接收電路中包括數(shù)據(jù)提取電路，例如解調(diào)電路，用于從第二電感器提取數(shù)據(jù)信號；以及控制單元，用于取決于所提取的數(shù)據(jù)信號而控制經(jīng)由第一電感器供應(yīng)給電力接收器的功率。所接收的由電力接收器發(fā)送的數(shù)據(jù)信號被用于控制電力信號，并由此控制要供應(yīng)給所述電力接收器的功率。

時間幀可以是周期性重復的電力傳輸信號時間幀，并且可以具有不小于5Hz且不大于200Hz的重復頻率。電容器和第二電感器可以形成諧振電路。

電力傳送器被布置成在電力時段期間經(jīng)由第一電感器傳輸電力并且在通信時段期間經(jīng)由第二電感器接收信號。這些時段可以至少部分地重疊，但是優(yōu)選地不重疊。因而，提供了至少包括通信時段和電力傳輸時段的重復時間幀。相比于電力傳輸時段，感應(yīng)電力信號的功率在通信時段期間減小。在許多實施例中，通信時段的最大功率電平低于電力傳輸時段的最小功率電平。在許多實施例中，電力傳輸時段期間的平均功率電平是通信時段期間的平均功率電平的至少兩倍并且經(jīng)常是至少五倍。

通信時段因而可以對應(yīng)于其中電源信號為低的時段，低意味著相對于平均電力信號為低。在電力信號電平相對低時的時段期間接收通信信號。在這樣的時段，電力信號將經(jīng)常具有對通信信號的可忽略（或很少）的影響。這增大了數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)男省?shù)據(jù)信號在電力信號為低時的時段發(fā)送。于是電力信號本身對數(shù)據(jù)信號具有可忽略的影響。

然而，對于緊湊設(shè)計并且為了盡可能多地減小使用來自除被驅(qū)動的那個電力接收器之外的電力接收器的信號的可能性，通信和電力通道優(yōu)選地具有非常緊密的關(guān)系，經(jīng)常是幾乎一對一關(guān)系，例如通信線圈共享與電力線圈相同的磁平面（例如，傳送通信線圈和傳送電力線圈必須處于相同磁平面中，并且接收通信線圈和接收電力線圈必須處于相同磁平面中）。因而，在傳送電力電感器（通常以線圈的形式）與傳送通信電感器之間的磁耦合可以具有相對大的值。

典型地可以預期有0.3-0.5的耦合因子。在這樣的情況下，盡管預期電力信號在電力信號的過零點附近的通信時段期間具有對通信信號的可忽略（或很少）的影響（因為電力信號的幅度在傳送時段期間或者非常小或者為空），但是經(jīng)?？梢栽陔娏鬏敃r段期間生成跨傳送通信線圈兩端的大電壓。取決于通信線圈的電感值，跨它兩端的電壓可以達到幾百伏。盡管跨通信線圈兩端的電壓可以通過減小線圈的電感值而減小，但是跨它兩端的電壓仍舊可以達到100V或?qū)τ诰哂?或2個繞組的線圈而言甚至更高。例如，對于與具有2個繞組的21.4cm線圈對應(yīng)的3μH的電感值，跨它兩端的電壓仍舊達到120V。

跨傳送通信線圈兩端生成的大電壓（以及電流）電平可能潛在地損壞并且甚至永久地破壞通信電子器件，特別是解調(diào)電路。這可能引起嚴重的安全性問題。簡單的解決方案是實現(xiàn)經(jīng)得起這些大電壓的電子組件。然而，這種方案是不想要的，因為電子器件的成本、尺寸、復雜性等將增大至不可接受的水平。

所描述的方案允許簡單的解決方案，因為控制電路被布置用于在通信時段期間應(yīng)用數(shù)據(jù)提取電路到第二電感器的受控電氣耦合，以及在至少部分電力傳輸時段期間應(yīng)用數(shù)據(jù)提取電路從第二電感器的電氣解耦合。

發(fā)生在通信時段之外的解耦合限制了通信電路中的電流流動。

由于跨傳送通信線圈、第二電感器的電壓在許多實施例中在電力傳輸時段期間可以達到幾百伏，所以流過通信電路的電流可以達到非常大的值，典型地是幾安培。實現(xiàn)了可控的解耦合器，例如與傳送通信線圈串聯(lián)的開關(guān)。當跨通信線圈兩端的電壓生成了可能損壞數(shù)據(jù)提取電路的電流時（即，在至少部分電力傳輸時段期間），該開關(guān)可控地打開?？刂齐娐反蜷_該開關(guān)以用于數(shù)據(jù)提取電路從第二電感器的可控的解耦合。各種控制方式例如為：

相對于電力信號進行定時和/或測量通過電路的電流并在某一閾值以下或以上打開或閉合開關(guān)。

在通信時段期間，第二電感器被電氣耦合到數(shù)據(jù)提取電路，以用于拾取數(shù)據(jù)信號。

可選地，電力傳送器包括電阻和可控開關(guān)，可控開關(guān)用于從數(shù)據(jù)接收電路耦合或解耦合電阻，以用于減小通過數(shù)據(jù)提取電路的最大電流。

由于流過通信線圈的大電流在開關(guān)閉合時仍舊可能發(fā)生，所以可以提供阻尼電阻（典型地在100歐姆左右），例如與開關(guān)串聯(lián)的一個。該電阻將限制流過數(shù)據(jù)提取電路的電流，由此減小通過數(shù)據(jù)提取電路的最大電流。

阻尼電阻可以在通信時段的至少主要部分期間從數(shù)據(jù)接收電路解耦合。阻尼電阻的功能是限制流過提取電路的電流以防止或避免由于流過數(shù)據(jù)提取電路的過高電流而引起的對數(shù)據(jù)提取電路的可能損壞。然而，限制通過數(shù)據(jù)提取電路的電流降低了靈敏性。通過在通信時段的至少主要部分期間解耦合阻尼電阻，提供了安全措施（減小了在通信時段之外通過數(shù)據(jù)提取電路的最大電流）而沒有減小或者至少沒有太多地減小數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`敏性或效率，因為在通信時段的至少一部分期間，阻尼電阻被解耦合，由此在通信時段期間不具有小的（如果有的話）影響。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種包括如上文所述的電力傳送器的電力傳輸系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于使用感應(yīng)電力信號向電力接收器傳輸電力的操作的方法，該電力傳送器包括：第一電感器，用于經(jīng)由第一電感器向電力接收器提供感應(yīng)電力信號；第二電感器，用于從電力接收器接收數(shù)據(jù)信號，電容器與第二電感器串聯(lián)耦合；其中第一和第二電感器是電力傳輸電路和數(shù)據(jù)信號接收電路中的分離的電感器，所述方法包括：數(shù)據(jù)信號接收電路的數(shù)據(jù)提取電路提取由第二電感器接收的數(shù)據(jù)信號；驅(qū)動器在包括通信時段的驅(qū)動時間間隔期間生成用于第二電感器和電容器的串聯(lián)耦合的驅(qū)動信號；控制單元取決于所接收的數(shù)據(jù)信號來控制經(jīng)由第一電感器供應(yīng)給電力接收器的電力信號；以及在重復時間幀的電力傳輸時段期間經(jīng)由第一電感器傳輸電力，并且在重復時間幀的通信時段期間經(jīng)由第二電感器接收數(shù)據(jù)信號，相對于電力傳輸時段而言，感應(yīng)電力信號的功率對于通信時段減??；在通信時段期間應(yīng)用數(shù)據(jù)提取電路到第二電感器的受控電氣耦合，并且在電力傳輸時段的至少一部分期間應(yīng)用數(shù)據(jù)提取電路從第二電感器的電氣解耦合；以及數(shù)據(jù)信號接收電路的放電電路在時間幀的放電時間間隔——其至少部分地處于通信時段的前面——期間使電容器放電。

本發(fā)明的這些和其它方面、特征和優(yōu)點將從以下描述的（多個）實施例中顯而易見，并且將參照以下描述的（多個）實施例進行闡述。

附圖說明

將參照附圖僅作為示例來描述本發(fā)明的實施例，其中

圖1圖示了集成在桌面中的電力傳輸系統(tǒng)的一部分；

圖2圖示了具有各種待供電器具的電力傳輸系統(tǒng)；

圖3圖示了依照現(xiàn)有技術(shù)的電力傳輸系統(tǒng)的示例；

圖4圖示了電力傳輸系統(tǒng)的一些信號的示例；

圖5圖示了包括電力傳送器和電力接收器的電力傳輸系統(tǒng)的示例；

圖6圖示了電力傳輸系統(tǒng)的一些信號的示例；

圖7圖示了依照本發(fā)明的一些實施例的、包括電力傳送器和電力接收器的電力傳輸系統(tǒng)的示例；

圖8圖示了逆變器驅(qū)動電路的示例；

圖9圖示了逆變器驅(qū)動電路的示例；

圖10圖示了電力傳輸系統(tǒng)的信號的示例；

圖11圖示了電力傳送器中的電力線圈和傳送器線圈的布置；

圖12描述了在電力傳輸階段期間可以預期的跨電力線圈和通信線圈的典型電壓信號；

圖13圖示了依照本發(fā)明的一些實施例的電力傳輸系統(tǒng)的元件的示例；

圖14圖示了依照本發(fā)明的一些實施例的電力傳輸系統(tǒng)的元件的示例；

圖15示出了優(yōu)選實施例的細節(jié)；

圖16圖示了開關(guān)的打開和閉合以及各種時段；

圖17圖示了圖15的方案上的變形；

圖18圖示了用于限制通過數(shù)據(jù)提取電路的電流的稍微不同的布置；

圖19圖示了包括保護電路的本發(fā)明的實施例，保護電路用于在電力傳輸時段期間限制DC/AC換流器的輸入節(jié)點處的電壓；

圖20圖示了包括保護電路的本發(fā)明的另外的實施例，保護電路用于在電力傳輸時段期間限制DC/AC換流器的輸入節(jié)點處的電壓。

附圖是示范性附圖；相同的部分一般通過相同的參考標號來指示。

具體實施方式

在下文中，將描述一些實施例，其中電力通道和通信通道是分離的電氣電路。

在圖7中示出依照本發(fā)明的一些實施例的、包括電力傳送器和電力接收器的電力傳輸系統(tǒng)的示例。在該示例中，電力傳送器的第一電感器307和第二電感器407——即分別是也被稱為電力傳輸線圈307和通信線圈407的電力傳輸電感器和通信電感器——是分離的電感器。這允許用于從電力傳送器向電力接收器提供電力的電力傳送通道（在圖7中由從電力傳送器2去往電力接收器5的箭頭圖示）和用于從電力接收器向電力傳送器提供數(shù)據(jù)的通信通道（由從電力接收器5去往電力傳送器2的箭頭圖示）為基本上電氣分離的電路。電力傳送器包括至少包含部件301、303、305和307的電力傳輸電路701，以及至少包含元件403和407的數(shù)據(jù)信號接收電路702。電力接收器5中的控制電路417提供數(shù)據(jù)信號，數(shù)據(jù)信號在電力信號的功率減小時的通信時段期間經(jīng)由電感器413發(fā)送給數(shù)據(jù)信號接收電路702。實際上，在該系統(tǒng)中，在電力傳輸期間，系統(tǒng)采用重復時間幀，其至少包括電力傳輸時段（或間隔/時隙）和通信時段（或間隔/時隙）。相對于電力傳輸時段，感應(yīng)電力信號的功率電平在通信時段期間減小。在大多數(shù)實施例中，感應(yīng)電力信號的功率電平在通信時段期間低得足以使電力信號本身對發(fā)送給電力傳送器2的數(shù)據(jù)信號具有可忽略的影響。該方案提供以下優(yōu)點：兩個通道（電力和通信通道）可以獨立地優(yōu)化，并且兩個電路701和702可以基本上個別地針對其功能而優(yōu)化。例如，傳送電力線圈及其諧振電路可以被設(shè)計用于最佳的電力傳輸性能，而通信線圈以及實際上諧振電路可以針對通信而優(yōu)化。

圖7示意性地示出了具有Tx控制電路401的電力傳送器2，Tx控制電路401被布置為從載波生成和解調(diào)電路403（其還包括用來區(qū)分從電力接收器5所接收的數(shù)據(jù)的部分）取回數(shù)據(jù)。Tx控制電路401使用信號來控制電力通道。例如，功率的量取決于設(shè)備的類型和/或驅(qū)動該設(shè)備所需要的負載，并且對此的反饋可以通過從電力接收器5經(jīng)由通信通道發(fā)送給電力傳送器2的數(shù)據(jù)來提供。在圖7中，指示kp和kc分別表示電感器307和313之間、407和413之間的耦合系數(shù)。標記“ZeroX”是指過零點并且指示被提供或取回以指示輸入信號Umains何時具有過零點的時序信息。這指示Tx控制單元401接收關(guān)于輸入電源信號Umains中的過零點的出現(xiàn)的信息。其然后可以響應(yīng)于這些過零點的時序而相應(yīng)地控制電力逆變器（303）以及載波生成和解調(diào)（403）電路。

在實施例中，過零點的時序被使用來生成時間幀，其包括通信時段/間隔/時隙以及電力傳輸時段/間隔/時隙。通信時段定位在過零點附近并且是其中可以發(fā)生通信的時間段，特別是電力接收器5可以通過負載調(diào)制進行通信的場合。由于通信時段圍繞電力傳輸信號的功率電平的時序，電力傳輸信號的功率電平在通信時段期間要比在電力傳輸時段期間更低。實際上，在一些實施例中，電力傳輸電路701可以被布置為關(guān)斷電力信號（即，用于電力傳輸線圈307的驅(qū)動信號）。

因而，采用周期性并且重復的電力傳輸時間幀，其包括（至少）兩個不同的時間間隔，即電力傳輸時段和通信時段，其中功率電平在通信時段中減小。因而，電力的傳輸主要在電力傳輸時段中執(zhí)行，而通信時段用于數(shù)據(jù)通信。

更加詳細地，整流器301接收電源信號Umains并且對其進行整流。整流器301因而可以是AC到DC換流器，其接收AC信號并且生成具有變化電平的DC信號。

在特定示例中，電源接收具有50Hz或60Hz的頻率的市電導出的正弦波信號。整流器301執(zhí)行正弦波信號的全波整流。因而，生成對應(yīng)于圖4的Udc_abs信號的電源信號。

電源信號中的周期性變化的頻率典型地從市電信號的頻率導出，并且因而典型地對應(yīng)于50或60Hz（或者其第一諧波，即100Hz或120Hz）。然而，在其它實施例中，變化可以高達1kHz。

在示例中，整流器301不包括任何平滑電容器，并且因而電源信號對應(yīng)于經(jīng)全波整流的正弦波信號。然而，在其它實施例中，整流器301可以包括對經(jīng)整流的信號進行平滑處理的電容器，由此生成具有較小電平變化的電源信號。然而，在大多數(shù)實施例中，電容器可以相對小，從而至少對于一些負載而言導致具有大幅變化的電平的電源信號。例如，在許多場景下，紋波可以為全負載的至少25%或50%。

因而，生成具有變化電壓的DC電源信號。變化的電壓是由于AC電平的變化，并且因而DC電源信號是具有兩倍市電頻率的周期的周期性信號，即對于50Hz輸入信號具有10毫秒的周期或者對于60Hz輸入信號具有8.3毫秒的周期。

整流器301耦合到電力信號生成器303，其接收電源信號并且根據(jù)電源信號生成用于電力傳輸線圈307的驅(qū)動信號，電力傳輸線圈307經(jīng)由諧振槽305耦合到電力信號生成器303。

幅度變化的頻率將典型地跟隨電源信號中的變化。一般地，頻率維持相對低并且不會超出1kHz。然而，盡管幅度以這樣相對低的頻率變化，但驅(qū)動信號本身的頻率相對高。

電力信號生成器303可以特別地包括變頻器，其被布置為生成要比電力信號的頻率更高的驅(qū)動信號的頻率。變頻器可以相對于電力信號而增大驅(qū)動信號的頻率。電力傳輸線圈307由驅(qū)動信號驅(qū)動，驅(qū)動信號具有比電源信號的頻率顯著更高的頻率。電源信號的周期典型地不小于2.5毫秒或者甚至5毫秒（分別對應(yīng)于400Hz或200Hz的頻率）。然而，驅(qū)動信號典型地具有至少20kHz到200kHz的頻率。在電力傳輸時段——即在各通信時段之間的間隔——期間，驅(qū)動信號可以特別地如下給定：

d(t)=p(t)·x(t)

其中p(t)是電源信號，而x(t)是具有比p(t)高的頻率的信號，并且典型地具有高得多的頻率（例如，典型地高達100倍或更多）。為了減少損耗，x(t)典型地為AC信號，即其具有為零的平均值。

x(t)可以例如是正弦波。然而，在圖4的示例中，x(t)對應(yīng)于方波信號。頻率變換在示例中通過切換操作而不是通過乘法來執(zhí)行。具體地，變頻器包括開關(guān)電路，電源信號作為供應(yīng)電壓被提供給開關(guān)電路，并且開關(guān)電路經(jīng)由開關(guān)元件耦合到電力傳輸線圈307-槽電路305，開關(guān)元件提供對應(yīng)于電源信號和頻率變換信號x(t)的乘法的效果。

在圖7的系統(tǒng)中，變頻器包括逆變器形式的驅(qū)動電路，其從被用作供應(yīng)電壓的電源信號的變化的DC電壓生成交流信號。圖8示出了半橋逆變器的示例。開關(guān)S1和S2被控制成使得它們絕不同時閉合。可替換地，S1閉合而同時S2打開，并且S2閉合而同時S1打開。開關(guān)以期望的頻率打開和閉合，由此在輸出處生成交流信號。圖9示出了全橋逆變器。開關(guān)S1和S2被控制成使得它們絕不同時閉合。類似地，開關(guān)S3和S4被控制成使得它們絕不同時閉合?？商鎿Q地，開關(guān)S1和S4閉合而同時S2和S3打開，然后S2和S3閉合而同時S1和S4打開，從而在輸出處創(chuàng)建方波信號。開關(guān)以期望的頻率打開和閉合。

以該方式，可以生成如圖10中所示的驅(qū)動信號Uac_HF，從而導致通過電力傳輸線圈307的電流，其對應(yīng)于如Iac_Tx所示的電流。

在圖7的系統(tǒng)中，由變頻器生成的信號不直接饋送到電力傳輸線圈307。而是，信號被饋送到限制器，其被布置為約束（restrict）被饋送到電感器的驅(qū)動信號的功率以使得該功率在重復時間間隔期間，即在通信間隔期間在給定閾值以下。限制器的輸出被饋送給電力傳輸線圈307（在特定示例中經(jīng)由槽電路305），即耦合包括諧振電路。

作為具體示例，限制器可以簡單地通過從電力傳輸電路701的輸出斷開電力傳輸線圈307而約束饋送給電力傳輸線圈307的信號的功率。因而，在該示例中，來自變頻器的信號在電力傳輸時段期間被耦合到電力傳輸線圈307，電力傳輸時段被通信時段中斷，在通信時段中來自驅(qū)動信號的信號不被耦合到電力傳輸線圈307。

限制器還可以是逆變器的固有部分。作為具體示例，全橋逆變器中的開關(guān)通常有相位差地開關(guān)，有相位差意味著至少部分時間開關(guān)S1和S4閉合而同時S2和S3打開，并且反之亦然，方波的生成可以通過無相位差地開關(guān)而被停止，無相位差意味著開關(guān)S1和S3閉合而同時S2和S4打開，并且反之亦然。一般地，電力信號的強度可以通過全橋中的相位來控制。越多的開關(guān)同相，電力信號的幅度就越低，越多的開關(guān)異相，電力信號的幅度就越高。

圖10圖示了可以出現(xiàn)在圖7的電力傳送器2中的信號的示例。該圖首先示出了作為饋送到電源的市電信號的信號Umains。該信號是全波，其經(jīng)整流以生成與如圖4中所示的Udc_abs對應(yīng)的信號電平變化的電源信號。變頻器然后將其變換成與圖4和10的Uac_HF對應(yīng)的高頻信號。然而，并非僅僅將該信號饋送給電力傳輸線圈307/諧振電路，而是依照圖10中所示的門信號On_Off_ZeroX信號對該信號選通（gate）。當該門信號具有高值時，由變頻器生成的電力傳輸信號被耦合到電力傳輸線圈307/諧振電路，而當該門信號具有低值時，由電力信號生成器303生成的電力傳輸信號不被耦合到電力傳輸線圈307/諧振電路。因而，在選通之后的所得信號被示為圖10的Uac_HF，其在被諧振電路平滑處理之后變?yōu)閳D10的信號Uac_Tx。因而，饋送給電力傳輸線圈307的電力傳輸信號在該特定示例中對應(yīng)于圖10的信號Uac_Tx。

作為示例，限制器可以合并有半橋或全橋逆變器。當門信號On_Off_ZeroX具有低值時，半橋或全橋逆變器的所有開關(guān)可以切換到非傳導狀態(tài)中，使得電力信號不耦合到傳送器線圈。

選通信號因而限定在其中將電力傳輸驅(qū)動信號饋送給電力傳輸線圈307的電力傳輸時段。這些電力傳輸時段被在其中不將電力傳輸信號饋送給電力傳輸線圈307的通信時間段所中斷。在圖7的系統(tǒng)中，這些通信時間間隔改而被使用于電力傳送器2和電力接收器5之間的通信。

這樣，系統(tǒng)采用重復時間幀，其在特定情況下被劃分成兩個時間段/間隔，即一個用于電力傳輸，而一個用于通信。

在圖7的系統(tǒng)中，通過電力接收器5對由電力傳送器2生成并且饋送給通信線圈407的載波信號進行負載調(diào)制來實現(xiàn)通信。因而，通信是基于在通信間隔期間生成的通信載波，例如可以生成對應(yīng)于在圖10中標為‘載波’的信號的載波，并且該載波然后可以被負載調(diào)制成通信數(shù)據(jù)。在其它實施例中，從電力傳送器2到電力接收器5的前向通信可以例如通過載波本身直接被調(diào)制而實現(xiàn)，例如其可以是幅度、頻率或相位調(diào)制，如技術(shù)人員將理解的。

在圖7的示例中，電力傳送器2包括同步器，其被布置為同步時間幀，并且因而把通信和電力傳輸時段同步于電源信號。同步器可以被布置為取決于電源信號中的變化來控制時間幀和時段的時序。例如，同步器可以被布置為隔離AC分量與電源信號，并且使通信時段同步于AC分量中的周期性變化。

時間幀與電源信號的同步可以允許最小化所引入的用于通信的專用時間間隔的對于電力傳輸?shù)挠绊憽＠?，通信時段的時序可以選擇成與其中電力信號的功率最低的間隔一致。在許多場景下，其還可以便利于電力傳送器和電力接收器之間的同步，因為電力信號典型地包括取決于電源信號的信號分量，并且信號分量相應(yīng)地反映電源信號中的變化。因此，電力接收器可能能夠同步于電力信號中的變化，并且該同步可以固有地也使電力接收器同步于電源信號中的變化。因而，可以在不要求交換專用同步信息的情況下實現(xiàn)公共同步，并且因而公共同步可以以減少的開銷來實現(xiàn)。

圖7的系統(tǒng)相應(yīng)地應(yīng)用時間幀以便將操作劃分成電力傳輸時段和通信時段。在電力傳輸時段期間，從電力傳送器2向電力接收器5感應(yīng)地耦合電力傳輸信號，由此提供電力的無線傳輸。在一些實施例中，在電力傳輸時段期間不發(fā)生通信。在其它實施例中，在電力傳輸間隔期間可以發(fā)生某種通信，例如電力傳輸信號可以由電力接收器5依照Qi標準版本1.0和1.1來進行負載調(diào)制。

在通信時段期間，可以在電力接收器5和電力傳送器2之間傳達數(shù)據(jù)，但是不執(zhí)行電力傳輸。具體地，不將電力傳輸信號饋送給電力傳輸線圈307，并且在一些實施例中，電力負載317不耦合到接收器線圈313（在其它實施例中，即便沒有提供電力傳輸信號，電力負載可以仍舊耦合到接收器線圈313）。因而，沒有由于電力傳輸操作而感應(yīng)或改變電磁場，并且因此創(chuàng)建干凈得多的電磁環(huán)境以用于通過無線感應(yīng)傳達數(shù)據(jù)。

電力傳送器2和電力接收器5因而可以應(yīng)用循環(huán)重復的時隙化幀，其中一個時隙（通信時段）預留用于數(shù)據(jù)通信，而另一時隙（電力傳輸時段）預留用于電力傳輸。這特別地允許在數(shù)據(jù)通信時隙中優(yōu)化用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臈l件和參數(shù)（例如，頻率、幅度、信號形狀），而同時可以在電力傳輸時隙中優(yōu)化用于電力傳輸?shù)臈l件和參數(shù)。此外，電力傳輸操作將不會使通信降級。

相比于電力傳輸時段的持續(xù)時間，通信時段典型地將具有相對短的持續(xù)時間，以便預留更多的時間用于電力傳輸。典型地，通信時段的持續(xù)時間將小于總時間幀（例如，由電力傳輸間隔和通信間隔的持續(xù)時間給定）的10%或甚至5%。在許多實施例中，通信時段將具有不小于1ms且不大于5ms的持續(xù)時間。這在許多實施例中可以提供在通信和電力傳輸要求之間的有利折衷，并且特別是可以提供適當?shù)耐ㄐ艓?，而不會過度地減少系統(tǒng)的電力傳輸能力。

在系統(tǒng)中，通信時段的時序不隨機而是同步于電源信號的電平變化。特別地，通信間隔被同步于電平變化，使得它們在這些電平低于給定閾值時出現(xiàn)，并且特別地，通信間隔被同步成使得它們出現(xiàn)在電源信號的最小值附近。通信間隔可以特別地被選擇成使得它們以對應(yīng)于電源信號的最小值的時刻為中心。

在諸如圖10那樣的示例中，這些最小值出現(xiàn)在饋送給電源的AC信號的過零點的時間處。因而，在示例中，電力傳送器2可以包括過零點檢測器，其檢測輸入市電（導出）信號的過零點。這些過零點然后可以用于調(diào)節(jié)通信間隔的時序以使得這些通信間隔以這些過零點為中心。

在其它實施例中，系統(tǒng)可以例如將通信間隔定時為出現(xiàn)在不與AC輸入信號的過零點一致的最小值處。例如，如果整流器301包括平滑電容器，其導致經(jīng)平滑處理但是仍舊具有非常高紋波的電源信號，則最小值將不再與過零點重合。在該情況下，這些最小值可以在經(jīng)整流的源信號中被直接檢測到，并且被用來對通信間隔定時。

在許多實施例中，同步器可以被布置為通過檢測電源信號中的改變并且相應(yīng)地調(diào)節(jié)重復時間間隔的時序而直接同步于電源信號。

例如，電容器可以被用來移除電源信號的DC分量。所得AC信號可以被濾波，以移除或減少噪聲而同時允許保留周期性低頻變化（典型地在50-60Hz處（或者對于全波整流而言加倍））。所得AC信號可以例如被提供給施密特觸發(fā)器以生成具有二進制值的方波信號。該信號可以輸入給鎖相環(huán)，其使輸出信號同步于輸入方波信號?？梢允馆敵鲂盘柹蔀榫哂衅谕恼伎毡龋约翱赡軒в邢鄬τ谳斎敕讲ㄐ盘栔械霓D(zhuǎn)變（transition）的所期望的時間偏移。來自鎖相環(huán)的輸出信號然后可以被直接用來控制限制器和數(shù)據(jù)信號接收電路702。

在一些實施例中，同步器可以不是通過評估電源信號本身而直接地使重復時間間隔同步于電源信號，而是可以替代地使同步基于某個本身同步于電源信號的信號，并且特別是基于從電源信號導出的信號或者基于從中導出電源信號的信號。

將領(lǐng)會到，電力接收器5的同步器可以使用任何適當?shù)姆桨敢杂糜谕接谟呻娏魉推?引入的通信間隔。例如，如果電力傳送器2沒有引入載波，則由電力傳送器2感應(yīng)的信號可以具有與圖10的信號Uac_HF的特性對應(yīng)的特性。同步器然后可以繼續(xù)進行，以檢測其中所感應(yīng)的電力信號為零的時間間隔，并且然后可以同步于這些檢測。

時間幀時序?qū)⒌湫偷厝菀自陔娏魉推?中可獲得來作為用來控制（例如，選通）電力傳輸信號的相同時基。在電力接收器5處，時序可以通過基于功率電平變化去檢測在電力時間間隔與減小電力時間間隔之間的轉(zhuǎn)變而從電力傳輸信號本身導出（例如，使用施密特觸發(fā)電路）。例如，第一鎖相環(huán)可以是基于下降邊緣轉(zhuǎn)變（即，從電力時間間隔到減小電力時間間隔），以生成與從電力時間間隔到減小電力時間間隔的轉(zhuǎn)變同步的時基信號。第二鎖相環(huán)可以是基于上升邊緣轉(zhuǎn)變（即，從減小電力時間間隔到電力時間間隔），以生成與從減小電力時間間隔到電力時間間隔的轉(zhuǎn)變同步的時基信號。然后兩個所生成的信號可以具有例如50%的占空比，并且可以通過組合兩個所生成的信號而生成與兩個轉(zhuǎn)變同步的時基信號（例如，使用例如‘或’（OR）或‘與’（AND）函數(shù)）。

在之前的示例中，驅(qū)動信號僅在電力傳輸間隔期間耦合到電力傳輸線圈307。然而，將領(lǐng)會到，在其它實施例中，信號也可以在通信間隔期間饋送到電力傳輸線圈307，但是饋送到電力傳輸線圈307的信號的功率由限制器約束為在給定閾值以下。閾值可以是固定且預確定的值，或者可以例如是可變閾值。例如，在通信間隔期間饋送給電力傳輸線圈307的電力傳輸信號的最大功率可以基于發(fā)生在通信間隔中的通信的出錯率而被調(diào)節(jié)。例如，如果出錯率增大到給定水平以上，則功率閾值減小，并且如果出錯率降低到給定水平以下，則功率閾值增大。

相應(yīng)地，圖7的系統(tǒng)允許這樣的短程通信鏈路通過以下方式與由電力傳送器2為了電力傳輸而生成的強磁性信號共存，即：適配電力傳輸信號以使用時分時間幀并且使短程通信與該時間幀同步。

特別地，不是使用如現(xiàn)有系統(tǒng)中的連續(xù)電力傳輸，而是當前系統(tǒng)將時間幀應(yīng)用于感應(yīng)電力信號/電力傳輸信號。時間幀包括至少兩種類型的時間段/間隔/時隙，即電力傳輸時段，在其間生成具有用于電力傳輸所要求的功率的電力傳輸信號，以及作為減小電力時間間隔的通信時段，在其間僅提供減小功率電平的電力傳輸信號。實際上，在許多實施例中，電力傳輸信號可以在通信時段期間完全關(guān)斷。適配電力傳輸操作并且有效地使這個操作非連續(xù)的方案允許短程通信與電力傳輸共存。該方案允許短程通信在電力傳輸階段期間被執(zhí)行。

在大多數(shù)實施例中，每一個時間幀內(nèi)的電力傳輸時段的持續(xù)時間（或者在有多于一個電力傳輸時段的情況下，電力傳輸時段的組合的持續(xù)時間）長于每一個時間幀內(nèi)的通信時段（或者在有多于一個通信時段的情況下，通信時段的組合的持續(xù)時間）。在許多實施例中，其至少是2、3、5或甚至10倍長。在其中每一個時間幀僅包括一個電力傳輸時段和一個通信時段的實施例中，占空比（對于減少的電力時間間隔）典型地不多于20%、10%或甚至5%。

通過提供充分的時間以用于建立有足夠容量的通信通道而沒有不可接受地影響電力傳輸，這典型地可以是有利的。

時間幀可以典型地具有不小于5ms且不多于200ms的持續(xù)時間。此外，時間幀是周期性重復的時間幀。相應(yīng)地，重復頻率典型地不小于5Hz且不多于200Hz。這在許多場景下可以提供改進的性能，并且特別是可以允許短程通信系統(tǒng)提供足夠快速的通信，令在可傳達數(shù)據(jù)之前的最大等待時間段被減少到將不會導致對電力傳輸性能的不可接受影響的持續(xù)時間。因而，其往往將提供足夠快速的響應(yīng)時間來讓電力傳輸保持有效。對于緊湊設(shè)計并且為了盡可能多地減小以下可能性，即來自除被驅(qū)動的那個之外的電力接收器的信號被接收和/或?qū)φ_數(shù)據(jù)信號造成干擾，通信和電力通道最終具有幾乎一對一的關(guān)系，例如通信線圈應(yīng)當共享與電力線圈相同的磁平面（例如，傳送通信線圈和傳送電力線圈必須處于相同磁平面中，并且接收通信線圈和接收電力線圈必須處于相同磁平面中）。圖11圖示了這樣的布置，其是優(yōu)選布置。圖11示出了對于具有在圖1中示意性地示出的線3的電力傳送器2的視圖。視圖是對于在操作中面向例如圖1的桌面的電力傳送器2的那側(cè)，并且示意性地示出電力傳送器2的通信線圈407和電力線圈307的位置的實施例。

通信線圈407與電力線圈307被布置在一個平面中。通信線圈407可以被布置在電力線圈307附近，緊密地連接以使得僅與一個本地供電的設(shè)備發(fā)生通信。

通信線圈407和電力線圈307之間的緊密的物理對應(yīng)性可以提供電力傳輸和通信之間的緊密的一對一關(guān)系。特別是，這可以確保通過通信通道接收/傳送的數(shù)據(jù)真正地是涉及經(jīng)由對應(yīng)電力傳輸通道的電力傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，即可以以充分高的可能性確保的是：通信確實是在雙方間執(zhí)行電力傳輸?shù)碾娏魉推骱碗娏邮掌髦g。這可以防止或減少出現(xiàn)不合期望的場景的風險，即：其中電力傳輸操作被附近不同于正被電力傳送器供電的那個電力接收器的電力接收器所控制。

將領(lǐng)會到，圖11僅僅提供了示范性布置。然而，一般地，在任何緊湊設(shè)計中，傳送電力電感器307（通常以線圈的形式）和傳送通信電感器407之間的磁耦合可以具有相對大的值。

典型地可以預期到傳送電力電感器307和傳送通信電感器407之間的耦合因子為0.3-0.5。

因而，盡管通過把時間幀劃分成通信和電力傳輸時段而實現(xiàn)的時分可以導致電力信號在通信時段期間對通信信號具有可忽略的（或至少低的）影響（由于電力信號的幅度在許多實施例中在通信時段期間可以減小到非常小或者甚至為零的值），但是典型地在電力傳輸時段期間生成跨傳送通信線圈兩端的大電壓。取決于通信線圈的電感值，跨它兩端的電壓在許多實際的實現(xiàn)中可以達到幾百伏。盡管跨通信線圈兩端的電壓可以通過減小線圈的電感值而減小，但是電壓在實際中經(jīng)?？赡苋耘f達到100V或者對于具有例如1或2個繞組的線圈甚至更高。例如，對于與具有2個繞組的21.4cm線圈相對應(yīng)的電感值3μH，電壓對于許多實際的電力傳輸可能仍舊達到120V或更多。

圖12圖示了在電力線圈307和通信線圈407之間的耦合的效果。圖12圖示了在電力傳輸階段期間可能預期的跨傳送通信線圈（頂部）和傳送電力線圈（底部）的典型電壓電平的示例。在該示例中，電力線圈307和313（Tx和Rx）的電感被設(shè)定為42μH，通信線圈407和413（Tx和Rx）的電感被設(shè)定為20μH，并且考慮到通信和電力線圈之間耦合為0.4。

因而，如從圖12可看到的，即便在電力信號幾乎為零時的通信時段期間發(fā)送數(shù)據(jù)信號，并且因此在電力信號的過零點附近的通信時段期間電力信號本身最有可能對通信信號具有可忽略的（或很少的）影響，但是跨通信線圈407兩端的大電壓仍舊可以在電力傳輸時段期間生成，在電力傳輸時段期間感應(yīng)電力信號為高。取決于通信線圈的電感值，跨它兩端的電壓可以達到幾百伏，如圖12中所圖示的。盡管跨通信線圈的電壓可以通過減小線圈的電感值（但是以減小靈敏性為代價）而被減小，但是跨它兩端的電壓實際上仍舊可以達到100V或者對于具有1或2個繞組的線圈甚至更高。例如，對于與具有2個繞組的21.4cm線圈相對應(yīng)的電感值3μH，跨它兩端的電壓仍舊達到120V。

跨傳送通信線圈所生成的大電壓（和電流）電平可能潛在地損壞并且甚至永久地破壞連接到或耦合到通信線圈407的電路，并且特別是可能損壞通信電子器件。這可能引起有錯誤的操作并且可能導致電力傳輸?shù)姆怯媱澲械牟僮?，例如導致感?yīng)電力信號的功率被設(shè)定成錯誤值。簡單的解決方案是實現(xiàn)承受這些大電壓的電子組件。然而，該方案是不想要的，因為電子器件的成本、尺寸、復雜性等將增大至不可接受的水平。

圖13圖示了電力傳送器2的通信電路的示例。在該示例中，第二電感器，即通信線圈407，被布置成在電源信號為低時的時段，即在通信時段期間，從電力接收器5接收數(shù)據(jù)信號（經(jīng)由電感器413，參見圖7）。通信線圈407與通信電容器1011串聯(lián)耦合，如在圖14中所圖示。在該示例中，通信線圈407和通信電容器1011形成諧振電路。

另外，在圖13的示例中，經(jīng)由通信線圈407的通信是從電力接收器5到電力傳送器2的數(shù)據(jù)的通信，其是通過電力接收器5對由電力傳送器的通信電路生成且饋送到通信線圈407的載波信號進行負載調(diào)制而實現(xiàn)的。電力傳送器2包括驅(qū)動器1001、1003，其生成用于由通信線圈407和通信電容器1011的串聯(lián)耦合形成的諧振電路的驅(qū)動信號。在典型情況下，驅(qū)動信號的頻率被設(shè)定成（至少近似地）對應(yīng)于諧振電路的諧振頻率。這可以例如通過使驅(qū)動器適配諧振頻率或者通過把驅(qū)動器和諧振電路設(shè)計用于相同諧振電路而實現(xiàn)。

將驅(qū)動信號饋送給通信線圈407和通信電容器1011的串聯(lián)耦合，從而使通信線圈407生成感應(yīng)的通信載波信號，其可以通過以下方式被負載調(diào)制，即由電力接收器5通過使應(yīng)用于接收器通信線圈413的負載發(fā)生變化而改變負載。

通信線圈407的以及因而也是諧振電路的負載中的所得變化通過電力傳送器的通信電路來檢測。例如，可以測量通過通信線圈407的電流，并且可以評估變化以對負載調(diào)制所引入的數(shù)據(jù)進行解調(diào)，如技術(shù)人員將已知的。

在通信時段期間對通信線圈407的驅(qū)動可以類似于用于在電力傳輸時段期間驅(qū)動電力傳輸線圈307的方案。

更加詳細地，在特定示例中，載波生成器和解調(diào)器403包括向驅(qū)動器提供電力信號的電源1002。因而，電源1002向通信電路提供電力。在許多示例中，電力信號可以是DC信號。然而，在本示例中，提供給通信電路的電力信號是同樣提供給電力傳輸電路的電源信號U_mains。在一些實施例中，變壓器或類似物可以被用來減小電源信號U_mains的幅度。

在許多實施例中，這些方案反映了其中電力傳輸是市電驅(qū)動的并且信號U_mains可以直接對應(yīng)于市電信號的實現(xiàn)。

在具體示例中，載波生成器和解調(diào)器403包括AC/DC換流器1001，其對輸入ac電壓（例如，市電）進行整流以生成饋送給DC/AC換流器1003（逆變器）的經(jīng)整流的市電信號。相比于被用于生成用于電力傳輸線圈307的驅(qū)動信號的方案，AC/DC換流器1001包括平滑電容器并且經(jīng)常還包括電壓控制器，導致生成恒定的DC電壓。因而，盡管整流器301生成變化的DC電壓，但是AC/DC換流器1001生成恒定的電壓。

DC/AC換流器生成高頻驅(qū)動信號，其被饋送給由通信電容器1011和通信線圈407形成的諧振電路。在該示例中要強調(diào)的是，通信通道從市電供電。從市電供電是為通信通道供電的一種方式。然而，通信通道還可以從外部DC供應(yīng)來供電。在這樣的實施例中，AC/DC換流器（1001）不必要。

優(yōu)選地，載波頻率為高，例如被設(shè)定為500kHz以上的值，例如在500kHz到2.5MHz的范圍中，例如在800kHz附近。

優(yōu)選地，載波頻率甚至更高，在MHz范圍（典型地，2.55-20，最典型地15-20MHz）中。在這些頻率處，可獲得更大的數(shù)據(jù)速率和更容易的通信保護。

因而，在該示例中，載波生成器和解調(diào)器403包括驅(qū)動器（在具體示例中，由AC/DC換流器1001和DC/AC換流器1003（逆變器）形成），其生成用于通信電容器1011和通信線圈407的串聯(lián)耦合的，即到諧振電路的驅(qū)動信號。至少在每一個時間幀的通信時段期間（并且典型地在大多數(shù)實施例中，同樣針對電力傳輸時段的部分）將驅(qū)動信號應(yīng)用于諧振電路。驅(qū)動信號提供可以由電力接收器5進行負載調(diào)制的信號，并且可以檢測對應(yīng)的電感器電流變化。

在示例中，驅(qū)動信號被生成為具有比電力供應(yīng)的幅度變化高得多、并且也比用于電力線圈307的驅(qū)動信號的頻率（即，比感應(yīng)電力信號的頻率）實質(zhì)上更高的頻率。典型地，通信驅(qū)動信號的頻率為感應(yīng)電力信號的頻率的至少兩倍。

電力接收器5然后可以對感應(yīng)通信載波進行負載調(diào)制，感應(yīng)通信載波是通過把通信驅(qū)動信號施加到通信諧振電路——例如通過改變電力接收器通信線圈413的負載——而生成的。

經(jīng)改變的負載導致電力傳送器2的諧振電路的電流和/或電壓的變化。在圖13的示例中，電力傳送器包括用于提取由通信線圈407接收的數(shù)據(jù)信號的解調(diào)電路1007，以及用于取決于所提取的數(shù)據(jù)信號而控制經(jīng)由第一電感器307供應(yīng)給電力接收器的功率的控制單元401。例如，電力接收器可以傳送電力控制錯誤消息，并且響應(yīng)于這些消息可以調(diào)節(jié)用于第一導體307的驅(qū)動信號的功率電平，從而形成電力控制回路。

解調(diào)電路1007在該示例中與通信線圈407和通信電容器1011串聯(lián)耦合，并且其測量通過通信線圈407的電感器電流。在該示例中，驅(qū)動信號可以由逆變器1003生成，逆變器1003施加開關(guān)電壓信號，并且所得的電感器電流將取決于由電力接收器所加的負載。相應(yīng)地，負載的改變可以通過檢測電感器電流中的對應(yīng)改變來檢測，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。

在該示例中，生成感應(yīng)通信載波的通信輸出電路相應(yīng)地由通信電容器1011、通信線圈407、解調(diào)電路1007和驅(qū)動器1001、1003的串聯(lián)耦合來形成。將領(lǐng)會到，這些組件的次序可以在不同實施例之間變化。而且，在一些實施例中，其它元件可以是輸出電路的一部分（例如，耦合電容器等）。

在示例中，控制電路401被布置用于施加解調(diào)電路從通信線圈407的受控電氣解耦合，在本示例中是通過對與其它組件串聯(lián)地、并且特別是與通信線圈407串聯(lián)地耦合的開關(guān)1009的打開和閉合來進行的。該開關(guān)在此之后還將被稱為開關(guān)S1。為了改進通信，當正對負載調(diào)制進行解碼時，即在通信時段期間，流過通信線圈407的電流（至少其更主要的部分）優(yōu)選地流過解調(diào)電路。開關(guān)S1可以是MOSFET開關(guān)，圖中所示的任何開關(guān)同樣可以是MOSFET開關(guān)。

然而，跨傳送通信線圈兩端的電壓在電力傳輸時段期間可以達到幾百伏，并且這可以導致可能潛在地損壞驅(qū)動器或?qū)嶋H上損壞解調(diào)電路1007的情況。特別地，由于高的感應(yīng)電壓，流過解調(diào)電路1007和驅(qū)動器的電流可以達到非常大的值，典型地達到幾安培。在圖13的系統(tǒng)中，開關(guān)S1因此被實現(xiàn)為與傳送通信線圈407串聯(lián)以控制電流。具體地，當跨通信線圈兩端的電壓生成了電流、該電流被認為引起對通信電路，并且具體地是對解調(diào)電路1007或驅(qū)動器1001、1003導致?lián)p壞的風險時，開關(guān)被打開，由此從解調(diào)電路1007和驅(qū)動器解耦合通信線圈。然而，在該示例中，在大部分電力傳輸時段期間，開關(guān)是打開的，由此防止電流流過通信線圈407、通信電容器1011、驅(qū)動器1001、1003和解調(diào)電路1007的串聯(lián)耦合。

在該示例中，朝向每一個電力傳輸時段的結(jié)尾，電力信號在功率方面降低，跨通信線圈兩端所生成的電壓也降低。

在實施例中，如果該電壓降至可接受水平以下（例如，不會損壞通信電路的電壓），則開關(guān)S1被閉合，由此允許電流流過通信輸出電路。開關(guān)（S1）連接以及斷開經(jīng)過傳送通信線圈407的電流通路，由此從第二電感器（407）電氣耦合和解耦合數(shù)據(jù)提取電路（1007）。

將領(lǐng)會到，在許多實施例中，通信線圈407的解耦合/耦合可以通過包括與通信線圈407串聯(lián)（并且因而與通信電容器1011、解調(diào)電路1007和驅(qū)動器1001、1003串聯(lián)）的開關(guān)而實現(xiàn)，其中開關(guān)可以在短路和開路狀態(tài)之間切換，即開關(guān)可以被插入串聯(lián)電路中并且被布置成斷開或接通電路。在許多實施例中，開關(guān)可以被布置為在其中電阻（插入在串聯(lián)耦合中）小于100Ω的閉合狀態(tài)和其中電阻（插入在串聯(lián)耦合中）不小于1kΩ的打開狀態(tài)之間切換。因而，在許多實施例中，通信線圈407可以與開關(guān)元件串聯(lián)耦合，該開關(guān)元件在通信線圈407電氣耦合到解調(diào)電路1007/驅(qū)動器1001、1003時具有小于100Ω的電阻，并且在通信線圈407針對解調(diào)電路1007和驅(qū)動器1001、1003電氣解耦合時具有不小于1kΩ的電阻。因而，開關(guān)元件可以在至少部分電力傳輸時段期間引入不小于1kΩ的電阻，并且在通信時段期間引入不多于100Ω的電阻。

開關(guān)元件的開關(guān)的精確定時可以取決于各個實施例。在許多實施例中，開關(guān)可以在通信時段結(jié)束時（例如，在從其開始時起的預定持續(xù)時間之后）解耦合通信線圈407。在其它實施例中，開關(guān)可以在解調(diào)電路1007已經(jīng)解碼完整的一組數(shù)據(jù)時——即在電力傳送器確定其已經(jīng)檢測到其可以在通信時段中接收的所有數(shù)據(jù)時——解耦合通信線圈407。例如，如果每一通信時段僅傳送一比特，則一旦解調(diào)單元1007已經(jīng)檢測到一比特，解耦合就可以立刻發(fā)生。

類似地，通信線圈407耦合到解調(diào)電路1007和驅(qū)動器1001、1003時的時序可以在不同實施例中不同。在一些實施例中，耦合（以及實際上解耦合）可以簡單地在每一個時間幀內(nèi)的預定時間處執(zhí)行。例如，開關(guān)可以在上一次解耦合之后的8毫秒處將通信線圈407耦合到解調(diào)電路1007/驅(qū)動器1001、1003。開關(guān)然后可以在再次解耦合通信線圈407之前等待另一個2毫秒。以這種方式，實現(xiàn)了簡單的10毫秒時間幀。另外，該時間幀可以同步于電力傳輸信號的幅度變化，例如通過使通信時段的中點，即耦合的2毫秒的中點，被設(shè)定成電力傳輸信號的幅度的重復最小值的時間來進行。

在一些實施例中，電力傳送器2可以包括控制器，其被布置為響應(yīng)于對于感應(yīng)電力信號的功率電平指示而確定用于將數(shù)據(jù)提取電路1007電氣耦合到第二電感器407的時間。

例如，電力傳送器2可以直接地或者間接地（例如，通過測量用于逆變器303的供應(yīng)功率）監(jiān)控用于被饋送給電力傳輸線圈307的驅(qū)動信號的功率電平。當該電平降至預定的電平以下時，開關(guān)S1可以切換到閉合狀態(tài)，從而將通信線圈407耦合到解調(diào)電路1007和驅(qū)動器1001、1003。

閾值可以設(shè)定成被視為足夠低以用于使在通信線圈407中感應(yīng)的電壓不會對驅(qū)動器1001、1003或解調(diào)電路1007導致?lián)p壞的電平。閾值可以例如在制造期間通過校準來確定，或者例如通過對電力傳輸線圈307和通信線圈407的物理屬性和布置的設(shè)計和分析來確定。

在圖7和13的系統(tǒng)中，電力傳送器還包括放電電路1010，其被布置為在時間幀的放電時間間隔期間使通信電容器1011放電。放電時間間隔至少部分地在通信時段之前，即通信電容器1011在傳送電力估計期間的至少某一時間內(nèi)放電。在許多實施例中，放電間隔在通信時段開始之前終止，例如放電電路1010可以在通信開始之前停止讓通信電容器1011放電。通信電容器1011可以在放電間隔期間完全地或者部分地被放電。

作為示例，在電力傳輸時段期間，電力傳輸電路701驅(qū)動電力傳輸線圈307。作為響應(yīng)，感應(yīng)電力傳輸信號在通信線圈407中感應(yīng)信號。然而，開關(guān)S1打開，由此解耦合通信線圈407。在朝向電力傳輸時段的結(jié)尾的某一時間處，放電時間間隔開始并且放電電路1010開始使電容器放電。在該時間處，在通信線圈407中感應(yīng)的電壓典型地被減小，由此在許多實施例中提供更為合適或更安全的操作環(huán)境。在給定持續(xù)時間之后，放電電路1010可以停止對通信電容器1011放電。在相同時間處，開關(guān)S1可以閉合，由此將通信線圈407耦合到解調(diào)電路1007，并且由此閉合通信電容器1011、通信線圈407、解調(diào)電路1007和驅(qū)動器1001、1003的串聯(lián)耦合。短時間之后，驅(qū)動器1001、1003可以開始生成驅(qū)動信號（即，驅(qū)動器的逆變器可以開啟）并且通信時段可以開始。在這個時間期間，載波可以由電力接收器5來進行負載調(diào)制，并且由解調(diào)電路1007來檢測數(shù)據(jù)。在給定的持續(xù)時間之后，通信時段可以結(jié)束并且逆變器可以關(guān)斷，從而不生成通信載波。在相同時間處，開關(guān)S1切換到打開位置，由此解耦合通信線圈407。電力傳輸時段然后可以開始。

圖7和13的系統(tǒng)相應(yīng)地包括放電電路1010，其在通信時段的初始化之前，并且典型地在驅(qū)動信號/通信載波的生成的開始之前，減少存儲在通信電容器1011中的電荷。

發(fā)明人已經(jīng)認識到，在通信時段之前的、存儲在通信電容器1011中的電荷的這種減少在許多場景下提供了改進的操作。實際上，盡管耦合和解耦合通信線圈407的方案可以提供改進的操作，但是發(fā)明人已經(jīng)認識到，實踐中可能存在阻礙系統(tǒng)的最佳操作的困難和問題，并且這些困難和問題可以通過在通信時段之前對通信電容器1011進行時間相關(guān)的主動放電而消除或緩解。

具體地，通過解耦合通信線圈407（即，開關(guān)S1 1009的打開）而實現(xiàn)的串聯(lián)耦合的斷開意在防止在串聯(lián)耦合中流動的任何電流牽涉到通信線圈407，即打算并且期望防止由于在通信線圈407中感應(yīng)的信號所引起的、電流在通信線圈407和通信電容器1011、解調(diào)電路1007和驅(qū)動器1001、1003的串聯(lián)耦合中的流動。相應(yīng)地，將預期到的是，該電路的狀態(tài)在通信時段的大部分期間不改變。然而，發(fā)明人已經(jīng)認識到，在實踐中，情況可能并非如此，并且相反，一些電流可能流動，導致狀態(tài)改變，這可能對于系統(tǒng)的操作是不利的。

作為示例，圖14圖示了電力傳送器2的通信部分的典型輸出電路的示例。在該示例中，通信線圈407通過由開關(guān)S2 1015和S3 1017以及二極管D2 1029和D3 1031形成的半橋逆變器來驅(qū)動。此外，包括開關(guān)S1 1009以用來斷開或者構(gòu)成串聯(lián)耦合（解調(diào)電路1007在該示例中未示出）。在通信時段期間，S1閉合并且逆變器驅(qū)動由通信線圈407和通信電容器1011形成的諧振電路。然而，在至少部分電力傳輸時段期間，S1打開并且通信線圈407從逆變器（以及解調(diào)電路1007）解耦合。相應(yīng)地，不預期電路的狀態(tài)會改變。

然而，發(fā)明人已經(jīng)認識到，由于開關(guān)不是理想組件，所以在實際應(yīng)用中典型地將存在某種電流流動，甚至是在該時間期間。他們已經(jīng)進一步認識到，這可能影響輸出電路的操作。

例如，在實踐中，開關(guān)S1、S2和S3可以通過場效應(yīng)晶體管（FET）實現(xiàn)。由于這些組件的寄生屬性，即使在開關(guān)S1打開時，小電流仍舊可能流動。例如，在大多數(shù)電力傳輸時段期間，逆變器可以關(guān)斷，這典型地通過靜態(tài)保持S2打開和S3閉合而完成。然而，由于開關(guān)S1中的泄露，在通信線圈407中生成的任何電壓將導致在電路中流動的某種電流。在其它實施例中，盡管通信線圈407被解耦合，但是寄生組件，諸如體二極管（body diode）（具體地是圖14的D2和D3）將導致電流在電路中流動的可能性。這可能導致電路狀態(tài)改變，并且這可能在一些實施例中導致不利操作。例如，當開關(guān)S1閉合時，其可以導致高的初始電流。作為另一個示例，其可以阻礙通信線圈407的有效驅(qū)動。

在所述系統(tǒng)中，這些影響通過在通信時段之前對通信電容器1011的選擇性放電而緩解。尤其是，這防止了在開關(guān)S1閉合時高電壓/電荷存在于通信電容器1011中。

然后這可以防止非常高的浪涌電流流過解調(diào)電路1007和逆變器，并且因而可以防止高的浪涌電流潛在地損壞電路。實際上，在解調(diào)電路1007不存在的情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通信電容器1011之上的電荷在實際中可能在開關(guān)S1閉合時導致高電容器電壓（例如，超出100V）。該高電壓和高電荷將導致高電流，其可能損壞解調(diào)電路1007和逆變器電路。然而，這可以通過引入選擇性放電的方案而得到防止。

而且，發(fā)明人已經(jīng)認識到，通信電容器1011的高電壓可能阻礙由通信線圈407和通信電容器1011形成的諧振電路的有效驅(qū)動。例如，如果逆變器被饋給30V的固定DV電壓，則通信電容器1011的100V的初始電壓將導致可能不受驅(qū)動器的逆變器輸出所控制的操作點，即這些電壓將不允許開關(guān)/FET 1025、1027有效地驅(qū)動諧振電路。盡管電壓和電荷累積可能在逆變器開始嘗試驅(qū)動諧振電路時逐漸減小，但是對這個效應(yīng)的依賴將在可以生成通信載波之前引入延遲。然而，通信電容器1011的搶先放電可以將電壓減小到其中逆變器輸出（并且具體地是半橋或全橋逆變器的晶體管）可以從一開始就有效地驅(qū)動信號的電平。

在許多實施例中，解調(diào)電路1007可以被布置為在放電時間間隔期間形成在通信電容器1011的兩個端子之間的放電通路。在一些實施例中，放電通路可以簡單地通過連接在端子之間的開關(guān)而實現(xiàn)，或者有可能通過開關(guān)和用于限制放電電流的串聯(lián)電阻器而實現(xiàn)。

然而，在許多實施例中，放電電路1010可以被布置為形成在通信電容器1011的端子之間的電氣通路，其中電氣通路包括驅(qū)動器1001、1003和數(shù)據(jù)提取電路（1007），并且典型地還包括通信線圈407。

實際上，在一些實施例中，放電電路1010可以使用開關(guān)S1 1009來實現(xiàn)，開關(guān)S1 1009在一些實施例中可以在通信時段之前——并且典型地在驅(qū)動器生成通信載波之前——被閉合，以便經(jīng)由解調(diào)電路1007和驅(qū)動器1001、1003對通信電容器1011進行放電。例如，在圖13的示例中，通信電容器1011可以在放電時間間隔期間通過開關(guān)S1被閉合、由此形成經(jīng)由通信線圈407、開關(guān)S1、解調(diào)電路1007（沒有示出）和逆變器的開關(guān)S2的放電通路而放電。

在許多這樣的實施例中，放電電路1010包括用于約束通過數(shù)據(jù)提取電路（1007）的電流的電流約束元件以及用于放電間隔的至少一部分的驅(qū)動器。因而，不是僅通過逆變器和解調(diào)電路1007的組件來約束通信電容器1011的放電，而是放電電路1010可以包括減小電流的電流約束元件。

在許多實施例中，電流約束元件可以簡單地為電阻器。例如，在放電時間間隔期間，開關(guān)S1可以閉合，但是具有減小電流的串聯(lián)電阻器。電阻器可以被設(shè)定成將電流減小至可接受值的某個值。例如，對于比方說100V的初始電容器電壓，以及比方說2A的最大可允許電流，在放電時間間隔期間50Ω電阻器可以在開關(guān)S1閉合時與其串聯(lián)耦合。

在其它實施例中，電流約束元件可以例如是電流限制器，其具有將電流限制到給定最大值的非線性特性。例如，可以使用簡單的電流限制器，其中電流通路中的小電阻器之上的電壓被感測并被用來控制電流通路中的晶體管的狀態(tài)。

電流約束元件可以減小最大放電電流，并且特別是可以減小初始浪涌電流。這特別是可以保護放電中所牽涉到的逆變器和解調(diào)電路1007的電路。

然而，在許多實施例中，這樣的電流約束元件可以在放電時間間隔期間高度有利，但是有可能使通信性能降級。相應(yīng)地，在許多實施例中，放電電路1010可以進一步地被布置為在通信時段期間使電流約束元件停止作用。

因而，在許多實施例中，在通信電容器1011、通信線圈407、解調(diào)電路1007和逆變器的串聯(lián)耦合中流動的電流可以由電流約束元件在放電時間間隔期間、但不在通信時段期間進行約束。這可以例如通過包括另外的開關(guān)的系統(tǒng)而實現(xiàn)，該另外的開關(guān)在通信時段期間使電流約束元件短路。

這可以特別地在許多情況下增加通信性能并且導致增大的調(diào)制深度，其允許通過解調(diào)電路1007對負載調(diào)制變化的更可靠檢測。

檢測電流約束元件的精確時間可以取決于各個實施例的偏好和要求。然而，在許多實施例中，用于使電流約束元件（例如，通過使它短路或者從串聯(lián)耦合中移除它）停止作用的時間基于通信電容器1011之上的電壓來確定。

因而，在許多實施例中，解調(diào)電路1007可以包括控制器，其測量通信電容器1011之上的電壓，并且例如響應(yīng)于該測量而接通或關(guān)斷電流約束元件（例如，通過使它短路）。作為具體示例，控制器可以被布置為當通信電容器1011之上的電壓落至給定閾值以下時使電流約束元件停止作用。這可以允許電流約束元件提供抵抗高電流的保護，但是在電荷不太可能有害時（例如，當電壓足夠低以便使對應(yīng)電流并不高得足以要冒例如任何損壞解調(diào)電路1007的風險的時候）不影響操作。

在一些實施例中，控制器可以可替換地或者附加地被布置為確定用于響應(yīng)于對感應(yīng)電力信號的功率電平指示而使電流約束元件停止作用的時間。

感應(yīng)電力信號的功率電平在許多實施例中可以容易地并且以合理高的精度來確定。例如，在具體示例中，功率電平直接與提供給逆變器303的供應(yīng)電壓（即，圖4的電壓Udc_abs）有關(guān)。這是相對緩慢變化的信號，其可以容易地被測量，并且其提供感應(yīng)電力信號的功率電平的直接指示。相應(yīng)地，用于使電流約束元件停止作用的時間可以是基于該電壓。

在通信線圈407中感應(yīng)的電壓直接取決于感應(yīng)電力信號的功率電平。因此，通過基于感應(yīng)電力信號的功率電平而對使電流約束元件停止作用進行定時，停止作用可以被定時成發(fā)生在例如所感應(yīng)的電壓已經(jīng)減小至給定閾值以下時。通過將閾值設(shè)定成適當?shù)闹?，這可以提供通信時段將要開始、并且相應(yīng)地可以使電流約束元件停止作用以便允許最佳通信性能的良好指示。

在下文中，將提供一些具體示例，其中電阻器被使用來在放電時間間隔期間減小電流，其中通信電容器1011經(jīng)由解調(diào)電路1007和驅(qū)動器1003來放電。

圖15示出了這樣的實施例的細節(jié)。

在該示例中，在電力傳輸時段的結(jié)尾處，大電壓存在于諧振槽元件中，并且具體地跨通信電容器1011而存在，通信電容器1011被實現(xiàn)為與通信線圈407 Lcom_Tx串聯(lián)。為了在接下來的通信時段期間提供可靠的通信和對通信線圈407的驅(qū)動，該電容在示例中在通信之前被放電。

可以采取若干步驟：

1. 開關(guān)1009在通信開始之前幾百μs被閉合。這允許放電時間間隔開始并且通信電容器1011開始被放電。然而，開關(guān)S4 1005打開，由此確保以電阻器Rdamp形式的電流約束元件被包括在串聯(lián)耦合中，從而防止大電流流過通信電路。在該示例中開關(guān)1009被閉合的精確時間取決于電力信號電平。朝向每一個電力傳輸時段的結(jié)尾，電力信號降低。因而，其跨通信線圈生成的電壓也降低。如果該電壓跌至可接受水平以下（即，不會損壞通信電路的電壓），則開關(guān)1009可以被閉合。這可以由監(jiān)控系統(tǒng)1013來監(jiān)控。

2. 由于在開關(guān)1009閉合時仍舊可以發(fā)生流過通信線圈的大電流，所以阻尼電阻Rdamp1015（典型地在100歐姆附近）優(yōu)選地被實現(xiàn)成與S1開關(guān)1009串聯(lián)以提供電流約束。該電阻將限制流過通信電路的電流。

3. 阻尼電阻1013優(yōu)選地在通信時段期間短路（即，有效地從數(shù)據(jù)接收電路解耦合），以便防止電力傳送器的解調(diào)靈敏性的降低。在圖15中由S4指示的另外的開關(guān)1015在通信時段開始時、或在開始后不久、或優(yōu)選地在開始前不久被閉合。開關(guān)1015的控制可以例如通過以下方式而實現(xiàn)：測量Rdamp之上的電壓；計算通過Rdamp的電流，并且在所述電流跌至閾值以下時，開關(guān)S4可以被閉合，由此使電流約束元件停止作用。其還可以通過由控制器/監(jiān)控電路1013測量電容1011之上的電壓而實現(xiàn)，如在圖15中所示。

圖16在具體示例中圖示了開關(guān)的打開和閉合——即元件從電路或者從彼此的電氣耦合和解耦合——的各種時段：

在電力傳輸時段的開始處，開關(guān)S1和S4打開。

通信線圈407 Lcomparator 305_Tx然后從解調(diào)電路1007解耦合。在時間t1處在電力時段的結(jié)束前不久并且在通信時段的開始之前，開關(guān)S1閉合。通信線圈Lcom_Tx然后通過阻尼電阻Rdamp電氣耦合到解調(diào)電路。這防止過大的電流流過解調(diào)電路。在電力傳輸時段期間，直到時間t2，DC/AC級不向通信線圈Lcom_Tx提供載波信號。在時間t2處，DC/AC級被再次接通并且向線圈提供載波信號。開關(guān)S4然后可以在t2到t3之間的任何時間閉合，t3是通信時段的實際開始。閉合開關(guān)S4使阻尼電阻Rdamp短路，從而實際上從電路解耦合阻尼電阻。從系統(tǒng)視角來看，所述設(shè)置減少從電力傳輸向通信的轉(zhuǎn)變時間。阻尼電阻Rdamp因而在介于t1和t2之間的時間段以及介于t2和t3之間的時間段（的一部分）內(nèi)是起作用的。在圖16中，這通過時間t1到t3之上的雙箭頭而示意性指示，其中實線箭頭指示其中始終應(yīng)用阻尼電阻的時間段，而虛線箭頭指示其中可能應(yīng)用阻尼電阻的時間段。

如已經(jīng)提及的，阻尼電阻是電流約束元件，在該示例中其在放電時間間隔期間限制通過通信電路的電流。其值例如可以被選擇成使得：

Rdamp≥VS1/Imax （1）

其中VS1是在開關(guān)S1被閉合時的時刻跨開關(guān)S1和Rdamp的電壓。該電壓具有與跨初級線圈的電壓相同量級的幅度。Imax是通過通信電路的最大允許的電流。典型地，如果VS1等于大概100V并且Imax典型地設(shè)定在2A，則阻尼電阻優(yōu)選地具有大于或等于50歐姆的值。阻尼電阻的值優(yōu)選地大于該閾值，但是優(yōu)選地并不過大。換言之，阻尼電阻理想地應(yīng)當?shù)扔诨蚪咏谠诘仁剑?）中描述的最小允許的值。如果該電阻過大，則跨通信電容器1011 Ccom_Tx的電壓在時間t3之前不會達到足夠低的值。部分放電然后將仍舊在通信時段期間發(fā)生；這可以引起損壞，而且還可能干擾所發(fā)送的數(shù)據(jù)的正確解譯。

典型地，選擇介于50到200之間的值，典型地是介于80到120之間的值，例如大約100歐姆。

圖17圖示了圖15的方案上的變形。在該情況下，開關(guān)S1和電阻Rdamp串聯(lián)，并且與開關(guān)S4并聯(lián)。當開關(guān)S1閉合而同時開關(guān)S4仍舊打開時，來自通信線圈407 Lcom_Tx的電流通過阻尼電阻Rdamp流到解調(diào)電路1007；當開關(guān)S4閉合時，阻尼電阻Rdamp短路。而且，使用定時電路而不是監(jiān)控電路。監(jiān)控電路和時序電路之間的差異在于，在監(jiān)控電路中，當可測量值（通過諸如線圈或電容之類的元件或者在這樣的元件之上的電壓或電流，或者磁通量的強度）達到閾值時，開關(guān)被打開或閉合。在定時電路中，在電力和通信時段的時間幀內(nèi)的特定時間點，例如在電力傳輸時段的結(jié)束或者通信時段的開始之前的固定時間段（其可以取決于電力接收器的類型和/或模型，該類型或模型可以被提供在所發(fā)送的數(shù)據(jù)中）控制開關(guān)，即打開或閉合開關(guān)。當然，也可以使用定時和監(jiān)控的混合，例如定時用于控制一個開關(guān)，而監(jiān)控用于控制另一個開關(guān)。該控制電路或該多個控制電路可以是更大的控制單元的一部分，或者被集成在其中。也可以取決于正被供電的設(shè)備的種類而施加控制。

圖18圖示了用于限制通過數(shù)據(jù)提取電路的電流的稍微不同的布置：

當S1閉合而同時S4打開時，電流經(jīng)由阻尼電阻Rdamp從線圈Lcom_Tx流到地。如圖17中那樣，這可以被用于使線圈Lcom_Tx放電和/或減小線圈Lcom_Tx上的電壓，與圖17中的差別在于，電流流到地而不是流到解調(diào)電路。在閉合S1之后的某一時間，放電和/或電壓減小已經(jīng)進行到可允許的水平。當S4閉合而S1打開時，電流從線圈Lcom_Tx流到解調(diào)電路，并且可以執(zhí)行通信。電阻Rdamp在通信期間從電路有效地解耦合，因為電流不能流過Rdamp。Rdamp可以連接到電路內(nèi)的不同點，例如在Ccom_Tx和Lcom_Tx之間。在所有實例中，阻尼電阻Rdamp可以是經(jīng)由被制成電路的一部分的開關(guān)S1、S4而可控制的，以便以安全的方式減小線圈之上的電壓，而同時在通信期間解耦合阻尼電阻Rdamp。

在一些實施例中，電力傳送器2可以實現(xiàn)（例如，作為放電電路的一部分）控制器，其被布置為確定放電時間間隔的開始和/或結(jié)束時間。開始和/或結(jié)束時間可以基于操作參數(shù)來確定。

例如，在許多實施例中，電力傳送器2可以響應(yīng)于對于感應(yīng)電力信號的功率電平指示而確定放電時間間隔的開始時間。

例如，在其中感應(yīng)電力信號的瞬時功率電平跟隨供應(yīng)電壓Umains的變化的實施例中（諸如在圖10的示例中），控制器可以連續(xù)地測量感應(yīng)電力信號（例如，間接地通過測量供應(yīng)電壓Umains）。當功率電平達到給定閾值（例如，最大值的10%）時，電力傳送器2可以著手來完全切斷到電力傳輸線圈307的電力信號，諸如像通過圖10中的信號Uac_HF所圖示的。然而，其可以著手較早地發(fā)起電容器的放電，并且具體地可以將放電時間間隔的開始時間設(shè)定成功率電平越過更高的第二閾值的時刻。例如，電力傳送器2可以在功率電平跌至比方說最大值的15%之下時開始使電容器放電。

在一些實施例中，電力傳送器2可以被布置為測量電容器的電壓，并且響應(yīng)于所測量的電容器值而開始放電時間間隔。例如，在一些實施例中，電容器可以在電力傳輸間隔期間連續(xù)充電（例如，經(jīng)由開關(guān)的體二極管導致所感應(yīng)的電流的整流），并且因而電壓可以在電力傳輸時段期間連續(xù)增大。在這樣的實施例中，如果電容器電壓增大至給定閾值以上，則控制器可以發(fā)起放電時間間隔。

可替換地或者附加地，在一些實施例中控制器可以被布置為響應(yīng)于電容器電壓而確定放電時間間隔的結(jié)束時間。例如，當放電開始時，典型地具有以例如電阻器形式的電流約束，電壓經(jīng)常將由于放電以及可能由于感應(yīng)電力信號的功率電平的降低而連續(xù)減小?？梢员O(jiān)控電壓，并且如果其跌至給定閾值以下（例如，相對接近于零），則放電可以終止，從而結(jié)束放電時間間隔。

在一些實施例中，電力傳送器2包括控制器，其被布置為附加地或者可替換地響應(yīng)于電容器電壓而確定驅(qū)動時間間隔的開始時間。例如，當電容器電壓跌至令電容器的放電被終止的電壓時，驅(qū)動器1001、1003可以在相同時間開始生成用于包括電容器1005和通信線圈407的諧振電路的驅(qū)動信號，由此生成用于負載調(diào)制的通信載波。因而，在一些實施例中，通信電路從電容器放電狀態(tài)向其中驅(qū)動諧振電路以生成通信載波的通信狀態(tài)的切換可以響應(yīng)于電容器電壓的測量來控制。

將領(lǐng)會到，可以使用任何適當?shù)姆桨竵頊y量電容器電壓。例如，高阻抗運算放大器可以被跨端子耦合，并且輸出被耦合至模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其將所測量的值提供給控制電力傳送器2的操作的微控制器。

在一些實施例中，數(shù)據(jù)信號接收電路包括DC/AC換流器和保護電路，保護電路用于在電力傳輸時段期間限制DC/AC換流器的輸入節(jié)點處的電壓。圖19圖示了其實施例。

DC/AC級的輸入節(jié)點典型地具有若干μF（典型地在10μF附近）的等同輸入電容（在圖19中由標號1021指示的C1）。DC/AC級在圖19中被實現(xiàn)為半橋逆變器。通常實現(xiàn)有二極管1023（圖3中的D1）以便確保DC/AC級的輸入電壓不會落至某一最小電壓之下。如之前所提及的，跨傳送通信線圈所生成的電壓在電力傳輸時段期間可以達到幾百伏。該電壓可以通過使用具有小數(shù)目的繞組（即，1或2個繞組）的通信線圈而被降低。其電感值且因而還有跨它所生成的電壓將被降低。然而，預期的是，該電壓將仍舊達到50-150V范圍中的值。不管怎樣，DC/AC級的輸出節(jié)點處的電壓Uac_HF也將達到大電壓，因為與通信線圈串聯(lián)連接的電容器Ccom_Tx將通過由電力信號所生成的電壓而被充電。該大電壓然后可以通過在圖19中由標號1025指示的開關(guān)S2的體二極管而為電容C1充電（即，如果DC/AC級被實現(xiàn)為半橋逆變器的話）。要指出的是，包括二極管D2（由標號1029指示）和D3（由標號1031指示）的半橋的開關(guān)S2和S3（由標號1027指示）在電力傳輸時段期間打開。DC/AC級的輸入節(jié)點處的電壓可以達到非常大的值，其對于可靠的通信是不合期望的。因而，由標號1033指示的二極管D4優(yōu)選地被實現(xiàn)在DC/AC級的輸入節(jié)點處，以便防止電容C1被在DC/AC級的輸出節(jié)點處看到的大電壓充電，由此實現(xiàn)用于在電力傳輸時段期間限制DC/AC換流器的輸入節(jié)點處的電壓的保護電路。用于在電力傳輸時段期間限制DC/AC換流器的輸入節(jié)點處的電壓的這種保護電路也可以獨立于用于解耦合的裝置而被實現(xiàn)，然而優(yōu)選地兩種保護措施都被實現(xiàn)，如圖19中所示的那樣。

當保護電路獨立于用于解耦合的裝置而被實現(xiàn)時，所得電力傳送器包括用于向電力接收器提供感應(yīng)電力信號的第一電感器，用于從電力接收器接收數(shù)據(jù)信號的第二電感器，第一和第二電感器是電力傳輸電路和數(shù)據(jù)信號接收電路中的分離的電感器，其中電力傳送器包括用于取決于所接收的數(shù)據(jù)信號而控制所供應(yīng)的電力信號的控制單元，并且電力傳送器被布置成在電力傳輸時段期間經(jīng)由第一電感器傳輸電力以及在通信時段期間經(jīng)由第二電感器接收數(shù)據(jù)信號，通信時段對應(yīng)于其中電力信號為低的時段，并且數(shù)據(jù)信號接收電路包括DC/AC換流器，以及包括保護電路以用于在電力傳輸時段期間限制DC/AC換流器的輸入節(jié)點處的電壓。

限制半橋逆變器的輸入處的電壓的另一個解決方案是在電力傳輸時段期間閉合開關(guān)S3。保護電路于是將成為如下的電路，即在電力傳輸時段或者至少部分電力傳輸時段期間閉合開關(guān)S3以限制DC/AC換流器的輸入節(jié)點處的電壓。這種閉合可以隨所監(jiān)控的電壓而變。如圖19中所示，DC/AC級的輸出節(jié)點處的電壓Uac_HF在該情況下與地電壓短路，由此限制半橋逆變器的輸入節(jié)點處的電壓U''dc_abs。

盡管跨電容C1的電壓被限制，但是DC/AC級的輸入節(jié)點處的電壓U''dc_abs仍舊可以達到非常大的值。因而，為了限制該電壓電平，在圖20中由標號1035指示的齊納二極管D5（典型地為30-40V）被優(yōu)選地實現(xiàn)在DC/AC級的輸入節(jié)點處，如圖20中所描述的。此外，DC/AC級的輸出節(jié)點處的電壓電平和跨電容器Ccom_Tx的電壓也將被限制。在圖20中由標號1037指示的電容C2表示在DC/AC級的輸入節(jié)點處看到的等同電容，作為典型值為大約1nF。

本發(fā)明還涉及一種包括電力傳送器的電力傳輸系統(tǒng)。其還涉及一種電力傳輸系統(tǒng)，其除了電力傳送器之外還包括用于與電力傳送器協(xié)作的電力接收器。

將領(lǐng)會到，出于清楚起見，以上的描述已經(jīng)參照不同的功能電路、單元和處理器描述了本發(fā)明的實施例。然而，將明白，可以使用在不同功能電路、單元或處理器之間的功能性的任何適當?shù)姆植级幻撾x本發(fā)明。例如，圖示為由分離的處理器或控制器執(zhí)行的功能性可以由相同的處理器或控制器來執(zhí)行。因而，對特定功能單元或電路的引用僅被看作是對用于提供所述功能性的適當裝置的引用，而不是指示嚴格的邏輯或物理結(jié)構(gòu)或組織。

本發(fā)明可以以任何適當?shù)男问絹韺崿F(xiàn)，包括硬件、軟件、固件或它們的任何組合。本發(fā)明可以可選地、至少部分地實現(xiàn)為運行在一個或多個數(shù)據(jù)處理器和/或數(shù)字信號處理器上的計算機軟件。本發(fā)明的實施例的元件和組件可以以任何適當?shù)姆绞皆谖锢砩?、功能上和邏輯上被實現(xiàn)。實際上，所述功能性可以被實現(xiàn)在單個單元中、多個單元中或者被實現(xiàn)為其它功能單元的一部分。同樣地，本發(fā)明可以被實現(xiàn)在單個單元中，或者可以在物理上和在功能上被分布在不同的單元、電路和處理器之間。

盡管已經(jīng)結(jié)合一些實施例描述了本發(fā)明，但是不打算讓它限于本文所陳述的具體形式。而是，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求來限定。此外，盡管特征可能看起來是結(jié)合特定實施例而描述的，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員要認識到，所述實施例的各種特征可以依照本發(fā)明進行組合。在權(quán)利要求中，術(shù)語“包括”不排除其它元件或步驟的存在。

此外，盡管單獨地列出，但是多個裝置、元件、電路或方法步驟可以例如由單個電路、單元或處理器來實現(xiàn)。此外，盡管各個特征可能被包括在不同的權(quán)利要求中，但是這些特征有可能被有利地組合，并且被包括在不同的權(quán)利要求中并不暗示著特征的組合不是可行的和/或不是有利的。而且，把特征包括在一種類別的權(quán)利要求中并不暗示著限于該類別，而是指示該特征在適當?shù)那闆r下同樣地適用于其它權(quán)利要求類別。此外，特征在權(quán)利要求中的次序并不暗示著特征必須按其進行工作的任何特定次序，并且尤其是方法權(quán)利要求中的各個步驟的次序并不暗示著所述步驟必須按這個次序執(zhí)行。而是，這些步驟可以按任何適當?shù)拇涡驁?zhí)行。此外，單數(shù)引用并不排除多個。因而，對“一”、“一個”、“第一”、“第二”等的引用不排除多個。權(quán)利要求中的參考標記僅僅被提供來作為澄清性的示例，其不應(yīng)當被解釋為以任何方式限制權(quán)利要求的范圍。