用于在电子设备间传输能量和交换数据的系统技术方案

提出了用于传输电能和数据的系统(1)，包括初级电路(10)和次级电路(20)。初级电路(10)包括：电能源模块(11)；连接至源模块(11)的初级电感元件(12)；配置成将数据编码为电磁信号并将电磁信号解码为数据的初级收发模块(13)；以及连接至初级收发模块(13)的一对导电初级收发电枢(14a、14b)。次级电路(20)包括：电能转换模块(21)；连接至转换模块(21)的次级电感元件(22)；配置成将数据编码为电磁信号并且将电磁信号解码为数据的次级收发模块(23)；以及连接至次级收发模块(23)的一对导电次级收发电枢(24a、24b)。初级电感元件(12)和次级电感元件(22)被配置成彼此电感性耦合，以允许电能从源模块(11)传递到转换模块(21)。每个初级收发电枢(14a、14b)被配置成电容性耦合至相应的次级收发电枢(24a、24b)，以允许在初级收发模块(13)与次级收发模块(23)之间进行数据交换。(13)与次级收发模块(23)之间进行数据交换。(13)与次级收发模块(23)之间进行数据交换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在电子设备间传输能量和交换数据的系统


[0001]本专利技术涉及电子领域。更具体而言，根据本专利技术的实施例的解决方案涉及用于在没有电接触或无线的情况下在设备之间传输能量的系统，该系统具有也适于允许这些设备之间的数据交换的功能。

技术介绍

[0002]便携式和固定式电子设备的普及使得对于允许它们快速、可靠且实用地被供电或充电的能量传输系统的需求不断增长。在可能的供电模式中，一种特别方便且通用的供电模式为无线供电，它不需要物理电连接即可将能量从电源传输到用户设备。此外，用于产品或加工行业、车辆中或直接以由单个用户或一组用户拥有的消费品形式制造的这些设备的数量，以及也由于loT(Internet of things，物联网)技术的发展而引起的电子设备之间数据共享和连接的趋势不断增长-致使用于在具有不同技术和不同目的的电子设备之间进行无线数据交换的系统的广泛发展。
[0003]例如，可能需要接收电能和/或交换数据的设备包括用于消费者市场的设备，例如蜂窝电话、智能手机、平板计算机、固定式及便携式计算机、档案系统、NAS(network attached storage，网络附属存储器)、调制解调器、路由器、交换机、接入点、瞄准系统、键盘、电子书阅读器、摄像机、照相机、卫星导航仪、传统或智能电视机、光学或磁性设备的阅读器等。例如电器、恒温器、照明系统等设备以及更一般的家庭自动化系统也可能需要无线能量传输和数据交换或者从中受益。类似地，例如位于工业设备或车辆内的恶劣环境中的传感器和致动器等特定装置(例如压力传感器、温度传感器、加速度传感器、变形传感器、按钮、屏幕等)，以及生物医学设备(例如起搏器、输注器、可植入式除颤器等)可在实施用于传输能量和交换数据的无线系统的状态下获得改进的性能、功能和效率。
[0004]通过无线能量传输系统进行电能传输是本领域已知的。这些系统通常基于初级电路(或传输电路)与次级电路(或接收电路)之间的电感性或电容性耦合，初级电路集成在基于供电或电池的设备中，次级电路集成在与供电设备分离且独立的待供电/充电的用户设备中。
[0005]关于数据交换，通常在已知系统中实施的解决方案利用无线射频连接(例如Wi-Fi、蓝牙、RF、NFC、RFID、Zigbee、UWB、CWUSB、WiMAX或其它连接方式)，这些射频无线连接在距离、成本、消耗和带宽方面具有不同的性能。然而，这些解决方案需要适于根据选定的传输标准进行收发的电路部分，该传输标准是相对于专用于无线功率传输的电路部分所附加的。并且，所实施的信息传输可能会受到干扰，或者干扰电能的同时传输。
[0006]其它已知的解决方案采用无线能量传输系统(特别是基于电感性耦合的无线能量传输系统)，以在能量传输的同时或在没有发生能量传输时交换数据，从而将感应电路既用于功率传输也用于数据传输。用于借助电感性耦合来交换数据的已知方法包括对功率载波的频率调制(也称为频移)，该方法特别适用于在通过根据待传输位(通常是电容性或电阻性地)连接和断开与功率负载或功率变换级并联的负载从而改变视在负载而得到的振幅调
制过程中将数据从功率传输系统传输到接收系统，这种技术对于将数据从次级电路传输到初级电路特别有用。
[0007]以此方式，可以传输简单的信息(即在时间单位内传输有限量的数据)，例如，有关充电状态和/或供电状态的信息、系统中包含的设备的标识号、用于启动/中断/调节充电和/或供电的信息。还可以交换更复杂的信息，例如从次级传输到初级和从初级传输到次级的例如用于制作数据备份副本、标识、多媒体内容的交换、付款、发送消息、进行软件更新等的用户数据。
[0008]这些已知系统的主要缺点之一通常是由传输和/或接收电感的尺寸带来的。为了以典型的工作频率传输足够的功率，这些元件具有较高的电感值，这将导致极大减小相关带宽，相关带宽的极大减小会反映在较低的数据交换性能(即特别低的比特率，通常低于几kbps)中。这些问题在传输大尺寸(通常为MB或GB量级)用户数据的情况下会产生特别不利的缺点，这种传输需要较长或不切实际的时间。
[0009]本专利技术的目的是在简单、合理、低成本的解决方案中克服现有技术的上述缺点，同时保持其有关近距离数据交换的优点。
[0010]特别地，本专利技术的目的是提供能够同时且独立地传输能量和交换数据的系统。
[0011]这些目的是通过在独立权利要求中阐述的本专利技术的特征来实现的。从属权利要求概述了本专利技术优选的和/或特别有利的方面。

技术实现思路

[0012]本专利技术提供一种用于传输电能和数据的系统，该系统包括初级电路和次级电路。所述初级电路包括：电能源模块；初级电感元件，其连接至所述源模块；初级收发模块，其被配置成将数据编码为电磁信号并将电磁信号解码为数据；以及一对(导电)初级收发电枢，其连接至所述初级收发模块。所述次级电路包括：电能转换模块；次级电感元件，其连接至所述转换模块；次级收发模块，其被配置成将数据编码为电磁信号并且将电磁信号解码为数据；以及一对(导电)次级收发电枢，其连接至所述次级收发模块。所述初级电感元件和所述次级电感元件被配置成彼此电感性耦合，从而允许电能从所述源模块传递到所述转换模块。并且，每一对所述初级收发电枢被配置成电容性耦合至相应的一对次级收发电枢，从而允许在所述初级收发模块与所述次级收发模块之间进行数据交换。
[0013]得益于该解决方案，可以经济有效地将能量从初级电路传输到次级电路，并同时可通过两个不同且相互独立的物理信道在双向上交换数据。此外，可优化能量传输和数据交换而彼此不存在负面影响。特别地，可借助电容性信道的物理特性来基本随意地设定用于电容性数据交换的带宽大小，而不会改变能量传输的效率，也无需改变现有的标准。
[0014]在一个实施例中，至少第一初级收发电枢由初级电路部分所限定，并且至少一个对应的第一次级收发电枢由次级电路部分所限定。优选地，所述初级电路部分和所述次级电路部分被配置成彼此耦合从而限定具有预定电容的电容器。
[0015]以此方式，可以使用初级电路和次级电路的已具备主要功能的部分来获得具有期望电容的电容器。这于是使得可利用具有紧凑结构和使用有限数量的部件的系统来获得电容性数据传输。
[0016]在一个实施例中，所述初级电感元件和次级电感元件中的每一个包括一对连接端
子。优选地，所述初级电路部分包括所述初级电感元件的一部分，该部分临近于所述初级电感元件的所述连接端子中的一个。并且，所述次级电路部分包括所述次级电感元件的一部分，该部分临近于所述次级电感元件的所述连接端子中的一个。
[0017]以此方式，可获得特别紧凑的结构。特别地，电感性耦合和电容性耦合都是通过仅使初级电路和次级电路的一个相应部分彼此接近而发生的。
[0018]在一个实施例中，所述初级收发模块连接至所述初级收发模块的连接端子，所述次级收发模块连接至所述次级电感元件的连接端子。
[0019]得益于该解决方案，可通过简单的电路布局将每个电路的电感元件也用于电容性数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于传输电能和数据的系统(1)，包括初级电路(10)和次级电路(20)，其中，a)所述初级电路(10)包括：i)电能源模块(11)；ii)初级电感元件(12)，其连接至所述源模块(11)；iii)初级收发模块(13)，其被配置成将数据编码为电磁信号以及将电磁信号解码为数据；以及iv)一对初级收发电枢(14a、14b)，其连接至所述初级收发模块(13)，b)所述次级电路(20)包括：i)电能转换模块(21)；ii)次级电感元件(22)，其连接至所述转换模块(21)；iii)次级收发模块(23)，其被配置成将数据编码为电磁信号以及将电磁信号解码为数据；以及iv)一对次级收发电枢(24a、24b)，其连接至所述次级收发模块(23)，其中，所述初级电感元件(12)和所述次级电感元件(22)被配置成彼此电感性耦合，以允许电能从所述源模块(11)传递到所述转换模块(21)，并且其中，每个所述初级收发电枢(14a、14b)被配置成电容性耦合至相应的次级收发电枢(24a、24b)，以允许在所述初级收发模块(13)与所述次级收发模块(23)之间进行数据交换。2.根据权利要求1所述的系统(1)，其中，至少一个第一初级收发电枢(14a)由初级电路部分(61a、61b；80；100)限定，并且至少一个对应的第一次级收发电枢(24a)由次级电路部分(62a、62b；90；110)限定；所述初级电路部分(61a、61b；80；100)和所述次级电路部分(62a、62b；90；110)被配置成彼此耦合，以定义具有预定电容的电容器。3.根据权利要求2所述的系统(1)，其中，所述初级电感元件(12)和次级电感元件(22)中的每一者均包括一对连接端子(121、122)，其中，所述初级电路部分(61a、61b)包括与所述初级电感元件(12)的所述连接端子(121、122)中的一者临近的所述初级电感元件(12)的一部分，所述次级电路部分(62a、62b)包括与所述次级电感元件(22)的所述连接端子中的一者临近的所述次级电感元件(22)的一部分。4.根据权利要求3所述的系统(1)，其中，所述初级收发模块(13)连接至所述初级电感元件的连接端子，所述次级收发模块(23)连接至所述次级电感元件(22)的连接端子。5.根据权利要求2所述的系统(1)，其中，所述初级电路部分(80)包括容纳所述初级电路(10)的第一壳体的一部分，所述次级电路部分(90)包括容纳所述次级电路(20)的第二壳体的一部分，所述第一壳体的所述一部分和所述第二壳体的所述一部分由导电材料制成。6.根据权利要求2所述的系统(1)，其中，所述初级电路部分(80)包括用于屏蔽所述初级电路(10)的电磁干扰的元件，所述次级电路部分(90)包括用于屏蔽所述次级电路(20)的电磁干扰的元件。7.根据权利要求2所述的系统(1)，其中，所述初级电路部分(80)包括所述初级电路(10)的接地层，所述次级电路部分(90)包括所述次级电路(20)的接地层。8.根据权利要求2所述的系统(1)，其中，所述初级电路部分(100)和所述次级电路部分(110)中的一者包括屏蔽元件(100、110)，所述屏蔽元件(100、110)位于所述初级电感元件(12)与所述次级电感元件(12)之间。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的系统(1)，其中，第二初级收发电枢(14b)由附加的初级电路部分(61b)所限定，第二次级收发电枢(24b)由附加的次级电路部分(62b)所限定；所述附加的初级电路部分(61b)和所述附加的次级电路部分(62b)被配置成彼此相互作用，以定义具有预定电容的附加电容器。10.根据前述权利要求1至9中任一项所述的系统(1)，其中，至少一个所述初...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊戈尔，
申请(专利权)人：艾格电子工程责任有限公司，
类型：发明
国别省市：