Tilsvar til realitetsuttalelse i patentsøknad nr. 20200095
Rådgivende Ingeniør Per Dypvik AS
09.05.2021
10-02
Saksbehandling
20200095
INN
Elektrisk ladeanordning for å utnytte energi overført på en kommunikasjonslinje
Rådgivende Ingeniør Per Dypvik AS
09.05.2021
10-01
Saksbehandling
20200095
INN
Korrespondanse (Hovedbrev inn)
Rådgivende Ingeniør Per Dypvik AS
02.03.2021
09-01
Saksbehandling
20200095
UT
Realitet patent
Rådgivende Ingeniør Per Dypvik AS
18.11.2020
08-02
Saksbehandling
20200095
INN
Tilsvar til Realitetsuttalelse i patentsøknad nr. 20200095 datert 2020-10-17
Rådgivende Ingeniør Per Dypvik AS
18.11.2020
08-01
Saksbehandling
20200095
INN
Korrespondanse (Hovedbrev inn)
Rådgivende Ingeniør Per Dypvik AS
17.10.2020
07-02
Saksbehandling
20200095
UT
PT report 01:07:55
17.10.2020
07-01
Saksbehandling
20200095
UT
Realitet patent
Rådgivende Ingeniør Per Dypvik AS
15.06.2020
06-02
Saksbehandling
20200095
INN
Hovedbrev
RÅDGIVENDE INGENIØR PER DYPVIK AS
15.06.2020
06-01
Saksbehandling
20200095
INN
Korrespondanse (Hovedbrev inn)
RÅDGIVENDE INGENIØR PER DYPVIK AS
25.03.2020
05-02
Saksbehandling
20200095
UT
PT report 12:39:31
25.03.2020
05-01
Saksbehandling
20200095
UT
Realitet patent
Rådgivende Ingeniør Per Dypvik AS
03.02.2020
04-02
Saksbehandling
20200095
INN
Erklæring Søkers rett til oppfinnelse
Rådgivende Ingeniør Per Dypvik AS
03.02.2020
04-01
Saksbehandling
20200095
INN
Korrespondanse (Hovedbrev inn)
Rådgivende Ingeniør Per Dypvik AS
29.01.2020
03-01
Saksbehandling
20200095
UT
Formalia 1
Rådgivende Ingeniør Per Dypvik AS
29.01.2020
02-01
Saksbehandling
20200095
UT
Generelt brev Patent uten frist
Rådgivende Ingeniør Per Dypvik AS
27.01.2020
01-02
Saksbehandling
20200095
INN
Beskrivelse
Rådgivende Ingeniør Per Dypvik AS
27.01.2020
01-01
Saksbehandling
20200095
INN
Søknadsskjema Patent
Rådgivende Ingeniør Per Dypvik AS
Description, claims and drawings
Disclaimer: This text has been machine-scanned and may contain errors – please refer to "Publications" for legally binding content.Description
- - - - - - -Elektrisk ladeanordning for å utnytte energi overført på en kommunikasjonslinjeInnledningDen foreliggende patentsøknaden gjelder en ladeinnretning for elektronikk. Mer spesifikt gjelder den en innretning for å kunne hente mest mulig energi fra en overføring der det leveres energi og effekt på en linje som også overfører signaler med mange forskjellige frekvenser.Enkelte protokoller for overføring av data kan levere energi til mottaker over den samme linjen som kommunikasjonen foregår på. Protokollen MBUS (EN13757) overfører data fra master («sender») til slave («mottaker») med signalering av forskjellige spenningsnivå for logisk «1» og logisk «0».I MBUS overføres det en logisk «0» fra sender til mottaker med en DC spenning lavere enn et signal «høy» som representerer en logisk «1». Differansen på spenningen «lav» og «høy» skal overstige et gitt nivå. Senderen er i praksis begrenset til å levere en maksimal strøm som kan benyttes til å drive elektronikk hos mottakeren.En slik protokoll overfører signaler som ligner en ideell firkantpuls. En ideell firkantpuls inneholder spenningskomponenter med signifikant amplitude over et stort frekvensspekter som vist i figur 1. ProblembeskrivelseI protokollen for dataoverføring som beskrevet ovenfor vil en mottaker som benytter en typisk spenning for mikrokontrollere måtte redusere spenningen fra spenningen på overføringslinjen, og også filtrere ut frekvenskomponenter fra spenningen slik at ikke mottakeren forstyrres av disse. En metode for å gjøre dette er å sette trinn i serie, slik som vist i figur 2.Det første trinnet er et filter som jevner ut signalet ved å redusere amplituden på de viktigste frekvenskomponentene. Dette første trinnet leverer spenning og strøm til en DC DC omformer. En slik tradisjonell løsning kan kombineres med en strømbegrenser før spenningen benyttes til å drive elektronikk hos mottakeren. Da mottaker kan ha behov for langt høyere effekter til enkelte tider er det mulig å legge inn en strømkilde som et siste trinn. Dersom denne strømkilden er et oppladbart batteri kan mottakeren levere den effekten som mottakeren trenger til enhver tid forutsatt at den akkumulerte effekten er mindre enn energien mottatt over overføringslinjen i samme tidsperiode. I det første trinnet vil det normalt inngå en kondensator for å jevne ut signalet på inngangen til en DC DC omformer. En kondensator har en impedans som varierer med frekvensen iht. formelen Z = 1/(2*π*f*C). For DC-komponenten i spenningen er dette en uendelig motstand, mens høye frekvenskomponenter i spenningen vil ha svært liten motstand gjennom kondensatoren. En kondensator på 10 mikroFarad vil få en motstand (reaktans) gjennom kondensatoren som er redusert til under 1 ohm ved en frekvens på 16800 Hz.På AMS-målerne som benyttes av norske nettselskaper kan HAN-porten sees på som en slik sender. Her er effekten som senderen kan levere begrenset til 144 mW (6 mA) på en av målertypene, og 500
mW respektive 700 mW på de andre to. Ved avlesning av figur 1 finner vi at 7. harmoniske ville hatt en amplitude på 0,1 ganger den nominelle spenningen på 24 Volt som benyttes av de aktuelle AMS-målerne dersom signalet var en ideell firkantpuls. Ved frekvensen 2400 Hz som AMS-målerne benytter ville vi da fått en spenning på omkring 2,4 Volt over en motstand på ca.1 ohm for 7. overharmoniske. En resulterende strøm på 2,4 Ampere er langt over det en AMS-måler kan levere over HAN-porten. Selv om signalet ikke er en ideell firkantpuls viser dette at strømmene må begrenses betydelig.For å hindre at senderen overbelastes av høye strømmer gjennom kondensatoren kan man kompensere med redusert kapasitans, og økt resistans og induktans. Den tradisjonelle metoden for å gjenvinne energi fra signalet beskrevet ovenfor kan gi så lav virkningsgrad at energien som gjenvinnes ikke er tilstrekkelig til å drive ønsket elektronikk hos mottakeren.For å kunne benytte mottakere med mikrokontrollere som kan levere «nær realtids» data for alle typer AMS-målere over effektkrevende kommunikasjonsløsninger som for eksempel wifi er det ønskelig med en alternativ framgangsmåte som øker virkningsgraden. Det er også ønskelig med en strømkilde som omfatter et batteri for å kunne levere den etterspurte effekten. Mikrokontrollere med wifi kan benytte effekter på flere hundre milliampere, som langt overstiger den mottatte energien fra senderen.Vi ønsker her å vise en ladeinnretning og en metode for å la mottakerens elektronikk styre ladeinnretningen slik at virkningsgraden blir tilstrekkelig høy.Beskrivelse av kjent teknologiPatentdokumentene WO 2016109316 A1, WO 2019173923 A1, US 2016033982 A1, US 2016301259 A1 beskriver bakgrunnsteknikk på området.Internasjonal søknad WO2020/204727 A1 er publisert 8. oktober 2020, altså etter vår søknadsdato. I denne søknaden beskrives følgende (oversatt fra engelsk): «En krets for tilpasning av effekt og en metode for å begrense strøm som trekkes fra en utgang fra et måleinstrument, hvor kretsen for effekt tilpasning omfatter en strømbegrenser tilpasset for å begrense strømmen som trekkes fra utgangen avhengig av en begrensende parameter slik at maksimal strøm som kan trekkes fra utgangen er bestemt av måleinstrumentet som utgangen er tilkoblet.»Utførelser av oppfinnelsenSe figur 3 som viser (a) en ladeinnretning, (b) en mottaker med en ladeinnretning og (c) en sender. Oppfinnelsen er en ladeinnretning (a) som regulerer inngangsimpedansen slik at maksimal strøm som kan trekkes fra senderen begrenses samtidig som inngangsspenningen opprettholdes. Ladeinnretningen (a) har en innebygget strømkilde som kan lades ved bruk av oppfinnelsen, og som gir energi og effekt som lasten trenger når denne overstiger den effekt som kan trekkes fra senderen (c). Metoden baserer seg på flere funksjoner:(1) En funksjon som hindrer at en innebygget strømkilde benyttes før mottakeren er tilkoplet en sender.(2) En funksjon som kopler inn og ut en impedans i serie med inngangskretsen for å hindre at høye frekvenskomponenter trekker høy strøm fra senderkretsen.(3) En funksjon som kopler inn og ut DC DC omformeren og dermed lasten fra mottakerenheten for å hindre at strømtrekk over den høye impedansen innkoplet av funksjon (2) reduserer inngangsspenningen til DCDC omformeren.
(4) En funksjon som styrer en strømbegrenser slik at maksimal strøm som kan trekkes kan endres til en verdi som den tilkoplede senderen kan levereMetode ved bruk av oppfinnelsenEn fordel ved oppfinnelsen er at ladekretsen har virkningsgrad opp mot den virkningsgrad man kan oppnå med en ren DC spenning fra senderen. For AMS-målere av den typen som leverer minst effekt og energi vil den gi opp mot 87% virkningsgrad, og gjøre tilgjengelig 125 milliwatt timer per time for å drive mottakeren. En annen fordel er at den samme ladekretsen kan benyttes av mottakere som tilknyttes flere forskjellige sendere med forskjellig evne til å levere strøm, og identifisere hvilken sender som benyttes i programvare.1. Når mottakeren koples mot en sender identifiseres dette av funksjon (1) som kopler den interne strømkilden til mottakerens kontroller og starter derved denne.2. Mottakerens kontroller dekoder signalet som mottas fra senderen og setter i sin egen algoritme de nødvendige parametere for dekoding, for maksimal strøm som kan benyttes og for intervaller mellom start av sendinger.De tre typene strømmåler som benyttes i Norge har forskjeller på måte de koder data fra strømmåleren på, på paritet ved overføringen av disse dataene, og på frekvensen av overføring av dataene.3. Basert på typen sender stiller mottakerens kontroller inn strømbegrenseren til ønsket verdi med et signal til denne funksjon (4), for eksempel med en GPIO pin fra en mikrokontroller.4. Basert på typen sender holder mottakerens kontroller rede på tiden fram til neste signal antas komme, og slår på ladingen veda. først å kople ut inngangsimpedansen ved å sende et signal til funksjon (2), for eksempel med en GPIO pin fra en mikrokontroller.b. Deretter å kople inn lasten ved å sende et signal til funksjon (3), for eksempel med en GPIO pin fra en mikrokontroller. Dette kan omfatter å aktivere en DCDC omformer 5. Før neste datastrøm skal mottas fra senderen slås lading av veda. Først å kople ut lasten ved å sende et signal til funksjon (3), for eksempel med en GPIO pin fra en mikrokontroller. Dette omfatter å aktivere DCDC omformerenb. Deretter å kople inn inngangsimpedansen ved å sende et signal til funksjon (2), for eksempel med en GPIO pin fra en mikrokontroller.6. Prosessen gjentas fra punkt 4.Oppstartverdier Oppstartverdien på funksjon (1) skal være slik at strømkilden ikke benyttes Oppstartverdien på funksjon (2) skal være slik at impedansen er høy Oppstartverdien på funksjon (3) skal være slik at lasten er koplet fra Oppstartverdien på funksjon (4) trenger ikke å defineres
Claims
Patentkrav1. En ladeinnretning (a) med en regulerbar inngangsimpedanse [1], en innebygget strømkilde [2], en bryterfunksjon [3], og hvor ladeinnretningen er karakterisert ved en kontroller [4] som er innrettet til å styre inngangsimpedansen [1] og bryterfunksjonen [3] og som gir så høy virkningsgrad på overføring av effekt fra en sender (c) i en AMS-måler over en HAN-plugg til en mottaker (b), tilstrekkelig til at mottakeren (b) kan dekode og videresende data med en effektkrevende kommunikasjonsløsning [6] ved å øke inngangsimpedansen [1] og åpne bryteren [3] mens data overføres på overføringslinjen mellom senderen (c) og mottakeren (b), og når data ikke overføres mellom senderen (c) og mottakeren (b), er ladeinnretningen innrettet til å benytte all overført energi mellom senderen (c) og mottakeren (b) til å lade sin egen strømkilde [2] ved å redusere inngangsimpedansen [1] og lukke bryteren [3], hvor kontrolleren [4] er innrettet til å benytte informasjon om senderen (c) mottatt fra senderen (c) ved oppstart, og innrettet til å starte sin funksjon med høy inngangsimpedanse [1] og med åpen bryter [3] når mottakeren (b) tilkoples senderen (c).2. Ladeinnretningen (a) ifølge krav 1, som holder strømkilden [2] frakoblet all last fram til mottakeren (b) kobles til en sender (c).3. Ladeinnretningen (a) ifølge et hvilket som helst foregående krav, som benytter data fra dekoderen [7] der spenningsnivåer er gjort om til logiske nivåer som inndata til kontrolleren [4], og der kontrolleren [4] benytter datastrømmen som mottas fra senderen (c) til å identifisere denne og å sette i sin egen algoritme de nødvendige parametere for dekoding, for maksimal strøm som kan leveres fra senderen, og for intervaller mellom start av sendinger.4. Ladeinnretningen (a) ifølge et hvilket som helst foregående krav, som basert på maksimal strøm den aktuelle typen sender (c) kan levere til mottakeren (b), ved hjelp av mottakerens kontroller [4] stiller inn strømbegrenseren [5] til ønsket verdi.5. Ladeinnretningen (a) ifølge et hvilket som helst foregående krav, som basert på typen sender (c) ved hjelp av mottakerens kontroller [4] holder rede på tiden fram til neste datastrøm antas komme, og etter at datastrømmen er mottatt slår på lading av strømkilden [2] veda) først å redusere inngangsimpedansen [1] ved å sende et signal fra kontrolleren [4].b) Deretter å lukke bryteren [3] og slik åpne for at strøm flyter til strømkilden [2] og annen last ved å sende et signal fra kontrolleren [4].Og som, før neste datastrøm mottas fra senderen, slår av lading av strømkilden [2] vedc) Først å åpne bryteren [3] og slik hindre at strøm flyter til strømkilden [2] og annen last ved å sende et signal fra kontrolleren [4].d) Deretter å øke inngangsimpedansen [1] ved å sende et signal fra kontrolleren [4].Dette gjentas.6. Ladeinnretningen (a) i henhold til krav 4, 5 eller 6 der kontrolleren [4] sender kontrollsignaler ved hjelp av sine GPIO pinner.7. Ladeinnretningen (a) som er innrettet til å gi tilstrekkelig virkningsgrad til å drive en mottaker (b) på overført effekt fra senderen (c) til mottakeren (b) over overføringslinjen med relativt høye spenningsamplituder i et stort frekvensbånd ved at kontrolleren [4] hos mottakeren (b) er innrettet til å benytte informasjonen om senderen (c) mottatt fra senderen (c) ved oppstart til å styre inngangsimpedansen [1] og en bryter [3] og slik redusere overført effekt mens spenningen kan ha betydelige spenningsverdier med høye frekvenser.8. En framgangsmåte for å lade en strømkilde ved hjelp av en ladeanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved å styre inngangsimpedansen [1] og bryterfunksjonen [3] og som gir så høy
virkningsgrad på overføring av effekt fra en sender (c) i en AMS-måler over en HAN-plugg til en mottaker (b), tilstrekkelig til at mottakeren (b) kan dekode og videresende data med en effektkrevende kommunikasjonsløsning [6] ved å øke inngangsimpedansen [1] og åpne bryterfunksjonen mens data overføres på overføringslinjen mellom senderen (c) og mottakeren (b), og når data ikke overføres mellom senderen (c) og mottakeren (b) å redusere inngangsimpedansen [1] og lukke bryteren [3] slik at man benytter all overført energi mellom senderen (c) og mottakeren (b) til å lade sin egen strømkilde [2], hvor kontrolleren [4] er innrettet til å benytte informasjon om senderen (c) mottatt fra senderen (c) ved oppstart, og innrettet til å starte sin funksjon med høy inngangsimpedanse [1] og med frakoplet bryterfunksjon [3] når mottakeren (b) tilkoples senderen (c).9. Framgangsmåten ifølge krav 8 hvor man holder strømkilden [2] frakoblet all last fram til mottakeren (b) kobles til en sender (c).10. Framgangsmåten ifølge krav 8 eller 9 hvor man benytter data fra dekoderen [7] der spenningsnivåer er gjort om til logiske nivåer som inndata til kontrolleren [4], og der kontrolleren [4] benytter datastrømmen som mottas fra senderen (c) til å identifisere denne og å sette i sin egen algoritme de nødvendige parametere for dekoding, for maksimal strøm som kan benyttes, og for intervaller mellom start av sendinger.11. Framgangsmåten ifølge krav 8, 9 eller 10 hvor man basert på maksimal strøm den aktuelle typen sender (c) kan levere til mottakeren (b), ved hjelp av mottakerens kontroller [4] stiller inn strømbegrenseren [5] til ønsket verdi.12. Framgangsmåten ifølge krav 8, 9, 10 eller 11 hvor man basert på typen sender (c) ved hjelp av mottakerens kontroller [4] holder rede på tiden fram til neste datastrøm antas komme, og etter at datastrømmen er mottatt slår på lading av strømkilden [2] veda) først å redusere inngangsimpedansen [1] ved å sende et signal fra kontrolleren [4].b) Deretter å lukke bryteren [3] og slik åpne for at strøm flyter til strømkilden [2] og annen last ved å sende et signal fra kontrolleren [4].Og hvor man, før neste datastrøm mottas fra senderen, slår av lading av strømkilden vedc) Først å åpne bryteren [3] og slik hindre at strøm flyter til strømkilden [2] og annen last ved å sende et signal fra kontrolleren [4].d) Deretter å øke inngangsimpedansen [1] ved å sende et signal fra kontrolleren [4].Framgangsmåten gjentas.13. Framgangsmåten ifølge krav 11 eller 12 der kontrolleren [4] sender kontrollsignaler ved hjelp av sine GPIO pinner.14. En framgangsmåte for å lade en strømkilde ved hjelp av en ladeanordning som angitt i krav 7, karakterisert ved å gi tilstrekkelig virkningsgrad til å drive en mottaker (b) på overført effekt fra senderen (c) til mottakeren (b) over overføringslinjen med relativt høye spenningsamplituder i et stort frekvensbånd ved at kontrolleren [4] hos mottakeren benytter informasjonen om senderen (c) mottatt fra senderen (c) ved oppstart til å styre inngangsimpedansen [1] og slik reduserer overført effekt mens spenningen kan ha betydelige spenningsverdier med høye frekvenser.