本發(fā)明總體而言涉及一種感應(yīng)功率發(fā)射器，具體地，但非排他地，涉及一種感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)和功率流控制的方法。

背景技術(shù)：

ipt(感應(yīng)功率傳輸)系統(tǒng)是已知技術(shù)(例如，電動牙刷的無線充電)和正開發(fā)技術(shù)(例如，“充電墊”上的手持設(shè)備的無線充電)的眾所周知的領(lǐng)域。在任何ipt系統(tǒng)中，需要某種形式的功率流控制以進行有效操作，并且存在關(guān)于系統(tǒng)的復(fù)雜性和性能的權(quán)衡。

傳統(tǒng)地，ipt發(fā)射器中的無功電源已經(jīng)通過在次級電路上具有固定負載的電路的設(shè)計來預(yù)先確定。

由于ipt發(fā)射器操作以便隨時滿足來自ipt接收器的全部功率需求，因此具有ipt接收器側(cè)功率流控制而無ipt發(fā)射器側(cè)功率流控制的系統(tǒng)導(dǎo)致系統(tǒng)效率低下。

可以使用一系列方法來實現(xiàn)不具有ipt接收器側(cè)功率流控制而具有ipt發(fā)射器側(cè)功率流控制的系統(tǒng)，該一系列方法包括基于在發(fā)射器側(cè)測量的電氣參數(shù)來改變逆變器操作頻率、逆變器的電源或切換的逆變器輸出波形的占空比。然而，因為ipt接收器側(cè)所需的ipt發(fā)射器側(cè)的功率預(yù)期與ipt發(fā)射器側(cè)中的功率流控制存在滯后，所以僅對ipt發(fā)射器側(cè)的功率流控制導(dǎo)致電源不連續(xù)。

在發(fā)射器和接收器之間存在通信的情況下可以實現(xiàn)良好的功率流量控制，但這增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

本發(fā)明提供一種感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)和功率流控制方法，其利用相對簡單的設(shè)計實現(xiàn)良好的功率流控制，或者至少為公眾提供有用的選擇。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)一個示例性實施例，提供一種感應(yīng)功率發(fā)射器，包括：

a.可控dc電壓源；

b.dc-ac轉(zhuǎn)換器，其從可控dc電壓源接收dc電源，以及產(chǎn)生ac輸出波形以驅(qū)動感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)的發(fā)射器線圈；

c.電流傳感器，用于測量由可控dc電壓源供應(yīng)到dc-ac轉(zhuǎn)換器的電流；以及

d.控制器，其基于由電流傳感器測量的電流來調(diào)節(jié)dc電壓源的輸出電壓。

還提供一種控制感應(yīng)功率發(fā)射器將功率供應(yīng)到感應(yīng)功率接收器的方法，其中，感應(yīng)功率發(fā)射器包括從可控dc電壓源驅(qū)動發(fā)射器線圈的dc-ac轉(zhuǎn)換器，以及其中，感應(yīng)功率接收器具有功率流控制，該方法包括以下步驟：

a.監(jiān)控由可控dc電壓源輸出的電流；以及

b.基于監(jiān)控的電流來控制由可控dc電壓源輸出的電壓，使得發(fā)射功率被計算為比感應(yīng)功率接收器所需功率更大的裕度。

公認的是，在不同的管轄范圍下，術(shù)語“包括”及其變型可以被賦予排他性含義或包含性含義。為了本說明書的目的，除非另外注明，否則這些術(shù)語意在具有包容性含義，即，它們將被視為包括使用直接引用的所列組件，并且可能還包括其他未指定的組件或元件。

在本說明書中對任何文獻的引用并不構(gòu)成對其為現(xiàn)有技術(shù)或其形成公知常識的一部分的承認。

附圖說明

包括在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，附圖與上面給出的本發(fā)明的總體描述以及下面給出的實施例的詳細描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1是感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)的示意圖；以及

圖2是根據(jù)一個實施例的包括dc-ac轉(zhuǎn)換器設(shè)計的電路圖。

具體實施方式

參考圖1，示出了包括ipt發(fā)射器2和ipt接收器3的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)1的示意圖。發(fā)射器2包括可控dc電壓源5，其在這種情況下是接收dc輸入電源4的dc-dc轉(zhuǎn)換器。dc電壓源5可以是降壓轉(zhuǎn)換器或降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，然而優(yōu)選降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，因為它能夠在較大輸入電壓范圍內(nèi)工作。可控dc電壓源5將調(diào)節(jié)后的dc輸出電壓提供到驅(qū)動發(fā)射器線圈7的dc-ac轉(zhuǎn)換器6(以升壓模式適當(dāng)?shù)夭僮?。在物理實現(xiàn)中，dc-ac轉(zhuǎn)換器可以包含可控dc電壓源。電流傳感器9測量由可控dc電壓源5供應(yīng)到dc-ac轉(zhuǎn)換器6的電流，而電壓傳感器10測量可控dc電壓源5的輸出電壓。控制器8(合適的微控制器)從傳感器9和10接收該信息以及相應(yīng)地控制可控dc電壓源5的輸出電壓。控制器8還控制dc-ac轉(zhuǎn)換器6的切換。

ipt接收器3包括接收器線圈11，該接收器線圈11將功率供應(yīng)到整流器12，整流器12進而將功率供應(yīng)到功率流控制器13，在這種情況下，該功率流控制器13是dc-dc轉(zhuǎn)換器的形式。

圖2示出了dc-ac轉(zhuǎn)換器6的推挽式實施方式的示例性電路組件。在該設(shè)計中，來自dc-dc轉(zhuǎn)換器5的電流在電感器14和15之間被分流，每個支路連接到發(fā)射器線圈7和諧振電容器16的并聯(lián)諧振布置的一側(cè)。開關(guān)17和18由控制器8控制以將并聯(lián)諧振電路的一個支路交替地連接到地。在本實施例中，開關(guān)17和18可以在轉(zhuǎn)換器的諧振頻率處或諧振頻率的附近以恒定頻率切換。

盡管圖2示出了推挽式轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)，但是應(yīng)注意，可以應(yīng)用以具有可控dc到ac轉(zhuǎn)換的降壓、升壓或降壓-升壓模式來操作的其他轉(zhuǎn)換器類型。這種轉(zhuǎn)換器可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的方式(例如，反激式(flyback)、全橋式、半橋式等拓撲結(jié)構(gòu))來實現(xiàn)。

發(fā)射器側(cè)功率流控制可以以多種方式來執(zhí)行。根據(jù)一個實施例，通過基于由電流傳感器9測量的電流來控制由可控dc電壓源5輸出的電壓來影響發(fā)射器側(cè)功率流控制。由推挽式電路吸取的電流的大小表示在接收器側(cè)的視在負載(實際負載和耦合系數(shù))。(通過控制dc-dc功率轉(zhuǎn)換器5)調(diào)節(jié)被供應(yīng)到推挽式電路的dc電壓，使得發(fā)射器線圈7中的無功功率與由ipt接收器3上的負載吸取的功率大致對應(yīng)(即，不太高或不太低)。這通過動態(tài)控制無功功率來引起更有效的功率傳輸。調(diào)節(jié)可控dc電壓源5的輸出電壓，以根據(jù)輸出電流的遲滯現(xiàn)象將可控dc電壓源5的輸出電流維持在規(guī)定范圍內(nèi)，優(yōu)選地在該范圍的中間。由ipt發(fā)射器供應(yīng)的輸出功率也優(yōu)選被設(shè)置為比ipt接收器所需的功率大約5％與約20％之間的規(guī)定裕度，以補償在發(fā)射器側(cè)控制中的任何滯后。這是可能的，因為ipt接收器具有功率流控制。該方法的優(yōu)點是僅需要電流傳感器。

執(zhí)行發(fā)射器側(cè)功率流控制的另一個方式是控制器8根據(jù)基于來自電壓傳感器10和電流傳感器9的測量值來供應(yīng)的功率的變化來調(diào)節(jié)可控dc電壓源的輸出電壓。

在從傳感器9和10接收信息與通過控制器8調(diào)節(jié)可控dc電壓源5的輸出電壓之間的小延遲是固有的。由于電壓調(diào)節(jié)不是瞬間的，因此推挽式轉(zhuǎn)換器期望以升壓模式來操作，以補償如果負載突然變化則ipt接收器側(cè)可能出現(xiàn)的任何功率不足?？刂破?還可以被預(yù)編程以供應(yīng)附加量的無功功率(優(yōu)選在約5％至約20％之間)，從而幫助補償小的或瞬間的負載變化。

該ipt系統(tǒng)的設(shè)計和控制方法允許控制ipt發(fā)射器線圈處所需的無功功率的量，從而不管負載如何，都將足夠的功率傳送到ipt接收器。這確保了對任何負載的高效率和滿足峰值負載的需求的能力，以處理由于相對線圈運動而引起的發(fā)射器線圈和接收器線圈耦合的變化。該設(shè)計相對簡單和穩(wěn)健，并且避免了ipt發(fā)射器和ipt接收器之間的通信需要。

雖然已經(jīng)通過對實施例的描述來說明了本發(fā)明，并且雖然已經(jīng)詳細描述了實施例，但是申請人的意圖并非是將所附權(quán)利要求的范圍限制或以任何方式限制于這樣的細節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易看出額外的優(yōu)點和修改。因此，本發(fā)明在其更廣泛的方面不限于具體細節(jié)、代表性的裝置和方法以及示出和描述的示例性示例。因此，在不偏離申請人的總體發(fā)明構(gòu)思的精神或范圍的情況下，可以從這些細節(jié)進行偏離。