CN107107777A - 用于自适应无线功率传输的***、装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于从无线功率发射器无线地接收功率的装置。该装置包括有源开关整流器，其可操作地连接到耦合器并且被配置为在第一桥接模式和第二桥接模式中操作。该装置包括控制器，其被配置为当整流器在第一桥接模式中操作时将整流器的输入电阻调节为第一值，第一值提供第一无线功率传输效率。控制器被配置为当整流器在第二桥接模式中操作时，将整流器的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作，第二值提供小于第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率。

Description

用于自适应无线功率传输的***、装置和方法
技术领域
本申请总体上涉及无线功率传输，并且更具体地涉及用于自适应无线功率传输的***、装置和方法。
背景技术
已经提出了诸如车辆等远程***，其包括来自电力和用以提供该电力的电池的运动功率。混合电动车辆包括车载充电器，其使用来自车辆制动和传统电机的电力来对车辆充电。仅电动的车辆必须从其他来源接收用于对电池充电的电力。这些电动车辆通常被提出通过某种类型的有线交流(AC)(诸如家用或商用AC电源)来充电。
由于在无线功率传输过程中发生的损耗，效率在无线功率传输***中很重要。由于无线功率传输通常比有线传输效率低，因此在无线功率传输环境中效率更为令人关注。因此，需要用于自适应无线功率传输的***、装置和方法。
发明内容
在一些实现中，提供了一种用于从无线功率发射器无线地接收功率的装置。该装置包括有源开关整流器，其可操作地连接到耦合器并且被配置为在第一桥接模式和第二桥接模式中操作。该装置还包括控制器，控制器被配置为当整流器在第一桥接模式中操作时将整流器的输入电阻调节为第一值，第一值提供第一无线功率传输效率。控制器还被配置为当整流器在第二桥接模式中操作时，将整流器的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作，第二值提供小于第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率。
在一些其他实现中，提供了一种用于从无线功率发射器无线地接收功率的方法。该方法包括当可操作地连接到耦合器的有源开关整流器在第一桥接模式中操作时，将整流器的输入电阻调节为第一值，第一值提供第一无线功率传输效率，整流器被配置为在第一桥接模式和第二桥接模式中操作。该方法包括：当整流器在第二桥接模式中操作时将整流器的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作，第二值提供小于第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率。该方法包括从无线功率发射器接收无线功率。
在另外的实施方式中，提供了一种非暂态计算机可读介质。该介质包括代码，该代码在被执行时引起被配置为从无线功率发射器无线地接收功率的装置：当可操作地连接到耦合器的有源开关整流器在第一桥接模式中操作时，将整流器的输入电阻调节为第一值，第一值提供第一无线功率传输效率，整流器被配置为在第一桥接模式和第二桥接模式中操作。该代码在被执行时引起装置：当整流器在第二桥接模式中操作时将整流器的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作，第二值提供小于第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率。该代码在被执行时引起装置从无线功率发射器接收无线功率。
在另外的实现中，提供了一种用于从无线功率发射器无线地接收功率的装置。该装置包括用于对来自被配置为在第一桥接模式和第二桥接模式中操作的耦合器的输入进行整流的部件。该装置包括用于在用于整流的部件在第一桥接模式中操作时将用于整流的部件的输入电阻调节为第一值的部件，第一值提供第一无线功率传输效率。该装置包括用于在整流器在第二桥接模式中操作时将用于整流的部件的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作的部件，第二值提供小于第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率。
在另外的实现中，提供了一种用于向无线功率接收器无线地发射功率的装置。该装置包括逆变器，其可操作地连接到耦合器并且被配置为在第一桥接模式和第二桥接模式中操作。该装置包括控制器，其被配置为当逆变器在第一桥接模式中操作时将整流器的输入电阻调节为第一值，第一值提供第一无线功率传输效率。控制器被配置为当逆变器在第二桥接模式中操作时，将整流器的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作，第二值提供小于第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率。
在其他实现中，提供了一种用于向无线功率接收器无线地发射功率的方法。该方法包括当逆变器在第一桥接模式中操作时，将可操作地连接到耦合器的整流器的输入电阻调节为第一值，第一值提供第一无线功率传输效率，逆变器被配置为在第一桥接模式和第二桥接模式中操作。该方法包括：当逆变器在第二桥接模式中操作时将整流器的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作，第二值提供小于第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率。该方法包括向无线功率接收器无线地发射功率。
在另外的实现中，提供了一种非暂态计算机可读介质。该介质包括代码，该代码在被执行时引起无线功率发射器：当逆变器在第一桥接模式中操作时，将可操作地连接到耦合器的整流器的输入电阻调节为第一值，第一值提供第一无线功率传输效率，逆变器被配置为在第一桥接模式和第二桥接模式中操作。该代码在被执行时还引起无线功率发射器：当逆变器在第二桥接模式中操作时将整流器的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作，第二值提供小于第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率。该代码在被执行时还引起无线功率发射器向无线功率接收器无线地发射功率。
附图说明
图1示出了根据一些实现的当诸如车辆等无线充电使能的远程***停靠在无线充电基座(CB)附近时用于车辆的无线功率传输***。
图2是根据一些实现的用于车辆的无线功率传输***的简化框图。
图3是根据一些实现的用于车辆的无线功率传输***的详细框图，其示出了通信链路、引导链路以及用于初级耦合器和次级耦合器的对准***。
图4示出了根据一些实现的频谱，其示出了可用于车辆的无线充电的各种频率。
图5示出了根据一些实现的包括多个停车位和位于每个停车位内的充电基座的停车场。
图6示出了根据一些实现的基于串联谐振电感链路的无线功率传输***的简化电路图。
图7示出了根据一些实现的无线功率传输***的示意图，其进一步示出了可重新配置为全桥功率转换和半桥功率转换的可适配功率转换。
图8示出了根据一些实现的在半桥配置(配置A)中的图7的无线功率传输***。
图9示出了根据一些实现的在全桥配置(配置B)中的图7的无线功率传输***。图10示出了根据一些实现的在次级功率转换中具有可适配和可重新配置的整流桥的无线功率传输***的示意图。
图11示出了根据一些实现的用于操作无线功率传输***的状态图。
图12是根据一些实现的用于从无线功率发射器无线地接收功率的方法的流程图。
图13是根据一些实现的用于向无线功率接收器无线地发射功率的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图阐述的详细描述旨在作为一些实现的描述，而非旨在表示可以实践本申请的唯一实现。详细描述包括具体细节，目的是提供对一些实现的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践一些实现。在一些情况下，以框图的形式示出了众所周知的结构和装置，以避免模糊本文中提出的一些实现的新颖性。
术语“无线功率”在本文中用于表示与电场、磁场、电磁场相关、或者在不使用物理电磁导体的情况下从发射器向接收器传输的任何形式的能量。
此外，术语“无线充电”在本文中用于表示向包括电化学电池的一个或多个电化学电池或***提供无线功率，以便为电化学电池再充电。
术语“电池电动车辆”(车辆)在本文中用于表示远程***，其示例是车辆，其包括从一个或多个可再充电电化学电池取得的电力作为其运动能力的一部分。作为非限制性示例，一些车辆可以是包括车载充电器的混合电动车辆，其使用来自车辆减速和传统电机的功率对车辆充电，其他车辆可以从电力中汲取所有运动能力。涵盖其他“远程***”，包括电子设备等。本文中使用的各种术语和缩略语包括但不限于以下：
AC 交流
车辆 电池电动车辆
CB 充电基座
DC 直流
EV 电动车辆
FB 全桥
FDX 全双工
FET 场效应晶体管
G2V 电网到车辆
HB 半桥
HDX 半双工
IGBT 绝缘栅双极型晶体管
IPT 感应功率传输
ISM 工业科学与医疗
LF 低频
PWM 脉冲宽度调制
r.m.s. 均方根
VLF 极低频
V2G 车辆到电网
ZSC 零电流开关
作为示例而非限制，在本文中以电动车辆(车辆)的形式描述远程***。还考虑远程***的其他示例，包括能够接收和传送无线功率的各种电子设备等。
图1示出了根据一些实现的当诸如车辆102等无线充电使能的远程***停靠在无线充电基座(CB)104附近时用于车辆102的无线功率传输***100。车辆102被示出为在停车区域106中并且停靠在CB 104上。本地分配中心108连接到电力主干网110，并且被配置为提供交流(AC)或直流(DC)电源120，以对作为CB 104的一部分的基座功率转换***112充电。CB 104还包括初级耦合器114，初级耦合器114用于产生磁场近场或通过次级耦合器从磁场近场拾取能量。车辆102包括电池(图1中未单独示出)、次级功率转换和功率传输***116、以及被配置为与初级耦合器114交互的次级耦合器118。
在一些实现中，次级耦合器118可以与初级耦合器114对准，并且因此仅通过驾驶员相对于初级耦合器114正确地定位车辆102而设置在初级耦合器114的近场区域内。在其他一些实现中，驾驶员可以被给予视觉反馈、听觉反馈、触觉反馈或其组合，以确定车辆何时被正确地放置用于无线功率传输。在其他一些实现中，车辆102可以由自动驾驶***定位，自动驾驶***可以使车辆102前后移动(例如，以曲折运动)，直到对准误差达到容许值。这在车辆102配备有伺服方向盘、四周超声波传感器和人工智能的情况下可以由车辆102自动地和自主地执行，而无需或仅需最小的驾驶员干预。
CB 104可以位于各种位置。作为非限制性示例，一些合适的位置是车辆拥有者家中的停车区域、在传统的石油加油站后面塑造的被保留用于车辆无线充电的停车区域、以及其他位置(诸如购物中心或工作地点)的停车区域。
作为对车辆到电网(V2G)能力的进一步解释，无线功率发射和接收能力可以被配置为相互的，使得CB 104将功率传输到车辆102，并且车辆102将功率传输到CB 104。通过允许车辆102以与太阳能电池电力***可以连接到电力网并且向电力网供应过剩电力的方式类似的方式向整个分配***贡献电力，该能力可能对于配电稳定性是有用的。
图2是根据一些实现的用于车辆的无线功率传输***200的简化框图。在图2中，传统的电源220(其可以是AC或DC)向初级功率转换模块212供电，假定朝着车辆的能量传输。初级功率转换模块212驱动初级耦合器214发射所需的频率信号。如果初级耦合器214和次级耦合器218被调谐到基本上相同的频率，并且次级耦合器218在初级耦合器214的近场内，则次级耦合器218可以与初级耦合器214耦合，使得功率能够传输到次级耦合器218并且在次级功率转换模块216中被提取。次级功率转换模块216然后可以对车辆电池222充电。电源220、初级功率转换模块212和初级耦合器214构成整个无线功率传输***200的基础设施部分230，其可以是静止的并且位于如上所述的各种位置。车辆电池222、次级功率转换模块216和次级耦合器218构成无线功率子***240，无线功率子***240是车辆的部分或电池组的一部分。
在操作中，假定朝着车辆或电池的能量传输，从电源220提供输入功率，使得初级耦合器214产生用于提供能量传输的辐射场。次级耦合器218耦合到辐射场并且产生用于由车辆存储或消耗的输出功率。在一些实现中，初级耦合器214和次级耦合器218根据相互谐振关系来配置，并且当次级耦合器218的谐振频率和初级耦合器214的谐振频率非常接近并且位于初级耦合器214的近场中时，CB和车辆无线功率子***之间的传输损耗最小。
如所述，通过将初级耦合器214的近场中的大部分能量耦合到次级耦合器218而不是将电磁波中的大部分能量传播到远场而发生有效的能量传输。当在近场中时，可以在初级耦合器214和次级耦合器218之间形成耦合模式。可以出现近场耦合的耦合器周围的区域在本文中被称为“近场耦合模式区域”。
初级功率转换模块212和次级功率转换模块216都可以包括振荡器、功率放大器、滤波器、和用于经由耦合器214和218的有效耦合的匹配电路(未示出)。振荡器被配置为产生可以响应于调节信号而被调节的期望频率。振荡器信号可以由功率放大器响应于控制信号以放大量被放大。可以包括滤波器和匹配电路以滤除谐波或其它不需要的频率，并且将功率转换模块212的阻抗与无线功率耦合器214相匹配。初级功率转换模块212和次级功率转换模块216还可以均包括整流器和开关电路(未示出)，以产生适当的功率输出以对电池222充电。
在一些实现中使用的初级耦合器和次级耦合器可以被配置为“环形”天线，更具体地说是多匝环形天线，其在本文中也可以称为“磁”耦合器。环形(例如，多匝环形)天线可以被配置为包括空气芯或诸如铁氧体磁芯等物理磁芯。空气芯环形天线可以允许在芯区域内放置其他部件。包括铁磁或铁磁材料的物理磁芯天线可以允许开发更强的电磁场和改进的耦合。
在发射器和接收器之间的匹配或几乎匹配的谐振期间，发射器和接收器之间发生的能量的有效传输。然而，即使发射器和接收器之间的谐振不匹配，也可以以较低的效率传输能量。通过将能量从初级耦合器的近场耦合到驻留在该近场建立在其中的区域中的次级耦合器而不是将能量从初级耦合器传播到自由空间中来发生能量传输。
环形天线的谐振频率基于环形天线的电感和电容。环形天线中的电感通常简单地是由环路产生的电感，而电容通常被加到环形天线的电感以在期望的谐振频率处产生谐振结构。作为非限制性示例，可以添加与天线串联的电容器，以产生生成磁场的谐振电路。因此，对于较大直径的环形天线，诱发谐振所需的电容的尺寸随着环路的直径或电感的增加而减小。还应当注意，电感也可以取决于环形天线的匝数。此外，随着环形天线的直径增加，近场的有效能量传输面积增加。当然，其他谐振电路也是可能的。作为另一非限制性示例，电容器可以并联放置在环形天线(即，并联谐振电路)的两个端子之间。
一些实现包括在彼此的近场中的两个耦合器之间耦合功率。如所述，近场是耦合器周围的区域，其中存在电磁场，但是电磁场可能不会从耦合器传播或辐射远离。近场耦合模式区域通常被限制为靠近耦合器的物理体积的体积，例如在波长的六分之一的半径内。在一些实现中，诸如单匝和多匝环形天线等磁类型耦合器可以用于发射和接收功率，因为与电类型天线(例如，小型偶极子)的电近场相比，对于磁类型的耦合器，实际实现中的磁场场幅度倾向于更高。这实现了成对的耦合器之间的潜在的更高的耦合。依赖于基本上磁场的另一原因是，其与环境中的非导电介电材料的低相互作用。用于无线高功率传输的电天线可能涉及极高的电压。此外，还考虑“电”天线(例如，偶极子和单极子)或磁天线和电天线的组合。
图3是根据一些实现的用于车辆的无线功率传输***300的详细框图，其示出了通信链路334、引导链路336以及用于初级耦合器314和次级耦合器318的对准***350。与图2的一些实现一样，并且假定朝着车辆的能量流动，在图3中，初级功率转换单元312从初级功率接口320接收AC或DC功率，并且在其谐振频率处或附近激励初级耦合器314。次级耦合器318当在初级耦合器314的近场耦合模式区域中时接收来自近场耦合模式区域的能量，以在谐振频率处或附近振荡。次级功率转换单元316将来自次级耦合器318的振荡信号转换成适于对电池充电的功率信号。
***300还可以分别包括初级通信单元326和次级通信单元344。初级通信单元326可以包括与其他***(未示出)(例如计算机和配电中心)的通信接口。次级通信单元344可以包括与其他***(例如车辆上的车载计算机、其他电池充电控制器、车辆内的其他电子***、以及远程电子***)的通信接口346。
初级通信单元326和次级通信单元344可以包括用于特定应用的子***或功能，因此具有单独的通信信道。这些通信信道可以是单独的物理信道或仅是单独的逻辑信道。作为非限制性示例，初级对准单元332可以与次级对准单元342通信，以自主地或在操作者协助下提供用于更紧密对准初级耦合器314和次级耦合器318的反馈机制。类似地，初级引导单元330可以与次级引导单元340通信，以提供反馈机制从而在对准初级耦合器314和次级耦合器318时引导操作者。另外，可以存在由初级通信单元328和次级通信单元338支持的用于在初级侧和车辆之间传送其他信息的单独的通用通信信道334。该信息可以包括关于EV特性、电池特性、充电状态、以及初级侧和车辆的功率能力的信息、以及维护和诊断数据。这些通信信道可以是单独的物理通信信道，例如蓝牙、zigbee、蜂窝等。
此外，可以经由无线功率链路执行一些通信，而不使用特定的通信天线。换言之，在一些实现中，无线功率耦合器也可以作为通信天线来操作。因此，初级侧的一些实现可以包括用于在无线功率路径上启用键控类型协议的控制器(未示出)。通过用预定义的协议以预定义的间隔键控传输功率水平(例如，幅移键控)，通信的接收器可以检测来自该通信的发射器的串行通信。初级功率转换模块312可以包括负载感测电路(未示出)，负载感测电路用于检测由初级耦合器314产生的近场附近的有源车辆接收器的存在或不存在。作为示例，负载感测电路可以监测流入功率放大器的电流，其受到由初级耦合器314产生的近场附近的有源接收器的存在或不存在的影响。功率放大器上的负载变化的检测可以由控制器监测，用于确定是否启用振荡器用于传输能量，是否与有源接收器通信，或其组合。
车辆电路可以包括用于将次级耦合器318连接到次级功率转换单元316或者将次级耦合器318从次级功率转换单元316断开的开关电路(未示出)。断开次级耦合器318不仅中断充电，而且还改变初级耦合器314“看到”的“负载”，其可以用来从初级耦合器314“掩盖”次级耦合器318。如果初级耦合器314包括负载感测电路，则可以检测负载变化。因此，初级侧具有用于确定次级耦合器何时存在于初级耦合器的近场中的机制。
图4示出了根据一些实现的频谱400，其示出了可以可用并且适合于车辆的无线充电的各种频率。到车辆的无线高功率传输的一些潜在的非限制性频率范围包括：3kHz至30kHz频带中的VLF、30kHz至300kHz频带中的较低LF(例如对于ISM类的应用)(具有一些排除)、HF 6.78MHz(ITU-R ISM-频带6.765-6.795MHz)、HF 13.56MHz(ITU-R ISM-频带13.553-13.567)和HF 27.12MHz(ITU-R ISM-频带26.957-27.283)。
图5示出了根据一些实现的包括多个停车位507和位于每个停车位507内的充电基座506的停车场500。注意，“停车位”在本文中也可以称为“停车区域”。为了提高车辆无线功率传输***的效率，车辆505可以沿着X方向(图5中箭头502所示)和Y方向(图5中箭头503所示)对准，以使得车辆505内的无线功率次级耦合器504能够与相关联的停车位507内的无线充电基座506充分对准。尽管图5中的停车位507被示出为具有单个充电基座506，但是实现不限于此。相反，停车位507可以具有一个或多个充电基座506。
此外，一些实现适用于具有一个或多个停车位的停车场，其中停车场内的至少一个停车位可以包括充电基座。在一些实现中，可以使用引导***(未示出)来帮助车辆操作者将车辆505定位在停车位507中，以使得车辆505内的次级耦合器504能够与充电基座506对准。示例性引导***可以包括基于电子的方法(例如，无线电定位、测向原理、和/或光学、准光学和/或超声波感测方法)、或基于机械的方法(例如，车轮导轨、轨道或停止点)、或其任何组合，用于帮助车辆操作者定位车辆505以使得车辆505内的耦合器504能够与充电基座506内的充电耦合器充分对准。
图6示出了根据一些实现的基于串联谐振电感链路的无线功率传输***600的简化电路图。如图6所示，电源620可以向初级功率转换模块612提供用于驱动电流ISOURCE的电压VSOURCE。初级功率转换模块612可以被配置为将电压VSOURCE转换为驱动初级电流I1的AC电压V1。初级功率转换模块612的输出可以被施加到串联连接的电容器602和初级耦合器614(例如由电感器L1表示)。与电容器602和初级耦合器614串联连接的等效电阻Req,1表示至少耦合器614和电容器602固有的损耗。
无线功率传输***600还可以在车辆侧包括串联连接的电容器606和次级耦合器618(例如由电感器L2表示)和等效电阻Req,2，等效电阻Req,2表示至少耦合器618和电容器606固有的损耗。耦合器614和618(例如由电感器L1和L2表示)可以以距离d分离，并且可以具有取决于距离d的互耦系数k(d)。流过初级耦合器614的初级电流I1产生磁场，其可以在次级耦合器618中感应出电压。这可能导致次级电流I2和AC电压V2出现在次级功率转换模块616的输入处。次级功率转换模块616可以将AC电压V2转换成DC负载电压VBAT，DC负载电压VBAT向负载622(例如，电池)中驱动DC负载电流IBAT。
在一些实现中，电源620和负载622(例如，负载或电池)分别被假定为具有电压VSOURCE和VBAT的恒定电压，以分别反映电网和车辆电池的特性。应该分别在几乎零源电阻和零负载电阻的意义上来理解恒定电压。此外，图6的电路图以及以下描述假定从初级侧电源620到车辆侧负载或电池622的能量传输。然而，这不排除相反方向上的能量传输，例如，为了车辆到电网(V2G)能量传输，只要功率转换支持反向功率流(双向、四象限控制)。
在图6所示的一些实现中，变换比1:n1可以归因于初级功率转换模块612的初级功率转换，并且可以定义为：
等式1 1:n1＝VSOURCE:V1
其中VSOURCE和V1分别表示DC输入电压和在AC输出处的基频r.m.s.电压。
车辆侧功率转换执行将由次级耦合器618接收的AC功率重新转换回DC功率的反向操作。相应地，变换比n2:1归因于次级功率转换模块616的初级功率转换，其可以定义为：
等式2 n2:1＝V2:VBAT
其中V2和VBAT分别表示AC输入处的基频r.m.s.电压和DC输出电压。
理论表明，如果初级耦合器614和次级耦合器618二者的谐振频率被调节为操作频率，则电感耦合谐振链路的效率达到最大值，其中初级谐振频率是指可以通过开路次级耦合器确定的谐振频率，并且其中次级谐振频率是指可以通过开路初级耦合器确定的谐振频率。这适用于任何耦合系数0＜k(d)＜1。在实际实现中，其他调谐方案可以由于各种原因而应用。然而，这些在理论意义上可能不是最佳的，例如不包括功率转换方面。作为示例，如果在所有条件下都以低损耗零电流开关为目标，则功率转换可能要求***稍微偏离谐振操作。
假定初级功率转换模块612和次级功率转换模块616两者中的开关模式功率转换，其中占空比为50％，则电压V1和V2都是方波。虽然由谐振效应滤波，但是耦合器电流I1和I2通常是非正弦波，其中谐波分量取决于耦合系数k(d)。因此，一些功率经由谐波传输。然而，在大多数情况下，经由谐波的能量传输可以忽略不计。
为了确定对称耦合***(L1＝L2并且Req,1＝Req,1)的尺寸，用于最大化效率的最佳耦合器电感可以计算为：
给定耦合系数k(d)、角操作频率ω0和负载电阻RL，如基频下的次级功率转换所示。然而，如果可能，应当避免变化的耦合器电感，因为一般来说，它将涉及复杂的开关电路或机械齿轮、额外的损耗和耦合器体积的非最佳使用、以及从而降低的***品质因数、以及维持谐振的可变电容，从而增加了复杂性。使用充当变压器的附加耦合器匹配网络可能具有类似的缺点。
可以通过使用功率转换提供所需的可变变换比来实现不那么复杂且更经济的解决方案。改变初级侧变换比n1等效于功率控制，因为它将在很大程度上影响整个链路的能量传输速率。相应地改变次级侧变换比n2将确保无线功率链路的有效运行。它可以称为负载适配。
已经提出了用于功率控制和负载适配的几种方法，其中一些允许变换比的连续变化，然而牺牲零电流开关(ZCS)，从而导致开关器件的开关损耗和应力的增加。其他方法可以保持ZCS条件，但只允许以粗略的步长改变变换比。
涉及低损耗的粗略地改变变换比的一种方法是改变初级功率转换模块612和/或次级功率转换模块616内的桥的操作模式(例如，从全桥模式到半桥模式，反之亦然)。本文中下面进一步描述该方法。
图7示出了根据一些实现的无线功率传输***700的示意图，其进一步示出了可重新配置为全桥功率转换和半桥功率转换的可适配功率转换。如图所示，初级功率转换模块612还可以包括可以表示FET或IGBT固态器件的开关S11、S12、S11'和S12'。次级功率转换模块616还可以包括也可以表示FET或IGBT固态器件的开关S22、S21、S22'和S21'。
在全桥(F桥或FB)模式或半桥(H桥或HB)模式中，功率转换的所有开关以能够同时闭合Sj1和Sj2'的方式切换。当Sj1闭合时，Sj2和Sj1'断开，反之亦然。这适用于初级侧和次级侧功率转换(j∈{1,2}))。
在半桥接模式中，例如仅S11和S11'被切换，并且S12'和S12是静态的。当S11闭合时，S11'断开，反之亦然。在静态半桥中，例如S12'可以闭合。
可以看出，以50％的占空比切换并且由DC电压源驱动的全桥逆变器通过如下比率将DC输入电压电平变换成基频的AC输出电压电平(r.m.s.)：
其约为1:1。相应地，以50％的占空比切换并且由DC电压源驱动的半桥逆变器通过下式变换：
其约为1:1/2。
同样，可以看出，以50％的占空比切换并且驱动DC电压负载的全桥整流器将基频的AC电压电平(r.m.s)变换为DC电压电平：
其约为1:1。相应地，以50％的占空比切换并且驱动DC电压负载的半桥整流器通过下式变换：
其约为1/2:1。
相应的电流以倒数比率被变换。
此外，可以看出，以50％的占空比切换并且由DC电流源驱动的全桥逆变器通过如下比率将DC输入电流水平变换成基频的AC输出电流水平(r.ms.)：
相应地，以50％的占空比切换并且驱动DC电流负载的半桥整流器以如下比率变换：
同样，可以看出，以50％的占空比切换并且驱动DC电流负载的全桥整流器将基频的AC电压电平(r.m.s)变换成DC电流水平：
其约为1:1。相应地，以50％的占空比切换并且驱动DC电流负载的半桥整流器以如下比率变换：
相应的电压以倒数比率被变换。
本领域技术人员将理解，DC电压驱动的逆变器最适合于结合串行调谐的初级侧，而DC电流源驱动的逆变器最适合于结合并行调谐的初级侧。相应地，具有DC电压负载的整流器最适合于结合串行调谐的次级侧，而具有DC电流负载的整流器最适合于结合并行调谐的次级侧。
图8示出了根据一些实现的在半桥配置800(配置A)中的图7的无线功率传输***700。配置A可以优选地在较宽松的耦合条件下，和/或当电池负载电阻相对较高时使用。相对较高的电池负载电阻可能在较低的充电功率水平或当电池电压高时发生。如图8所示，初级功率转换模块612(例如逆变器)内的开关S12保持断开，并且开关S12'保持闭合，而开关S11和S11'反向交替地断开和闭合。类似地，次级功率转换模块616(例如，整流器)内的开关S21保持断开，并且开关S21'保持闭合，而开关S22和S22'反向交替地断开和闭合。
图9示出了根据一些实现的在全桥配置900(配置B)中的图7的无线功率传输***700。配置B可以优选地在较严格的耦合条件下，和/或当电池负载电阻相对较低时使用。相对较低的电池负载电阻可能在更高的充电功率水平或电池电压低时发生。如图9所示，初级功率转换模块612(例如，逆变器)中的开关S11、S11'、S12和S12'中的每个在断开和闭合状态之间交替，使得当S11断开时，S11'闭合，反之亦然，当S12断开时，S12'闭合，反之亦然，当S11'闭合时，S12也闭合，反之亦然。类似地，次级功率转换模块616(例如，整流器)中的开关S21、S21'、S22和S22'中的每个在断开和闭合状态之间交替，使得当S21断开时，S21'闭合，反之亦然，当S22断开时，S22'闭合，反之亦然，当S21'闭合时，S22也闭合，反之亦然。
总之，公开了一种将能量从电压源传输到电压负载的自适应***和方法，其中***适于在最大效率处或尽可能靠近最大效率(例如，非最大效率)操作，同时在定义的***操作限制内操作(例如，最佳地利用调节电磁场强度限制、针对初级侧逆变器和次级侧AC开关整流器中的一者或两者的占空比限制、期望的无线功率输出、针对初级侧和次级侧中的一者或两者的电流限制和/或电压限制)。可以看出，通过将发射和接收侧功率转换的操作模式选择为半桥模式或全桥模式，这种自适应***可以在具有较低功率水平的较宽松的耦合条件下或在具有较高功率水平的较严格的耦合条件下最佳地操作。
图10示出了根据一些实现的在次级功率转换中具有可适配和可重新配置的整流桥的无线功率传输***1000的示意图。图10所示的无线功率传输***1000可以包括具有半桥逆变器的初级功率转换器1012和具有可重新配置的有源(例如AC开关)整流器的次级功率转换器1016，类似于先前结合图7-9所描述的。整流桥可以被配置为根据半桥和全桥操作模式操作，以便粗略地适应变换比n2:1，如也将在下面更详细地描述的。这种实现可能是成本/复杂性相对于性能折衷的结果。
如图10所示，初级子***(例如，无线功率传输***1000的固定侧)可以包括电源1020，其向初级功率转换器1012提供驱动电流ISOURCE的电压VSOURCE。初级功率转换器1012可以包括半桥逆变器。初级功率转换器1012可以通过串联连接(例如，串行调谐)的电容器1002和耦合器1014(由电感器表示)来输出驱动AC电流I1的AC电压V1。
在一些实现中，可以参考“基本上串行调谐”的***。在这种实现中，“基本上串行调谐”可以是指其中补偿耦合器的主要电抗部分的电容器(例如，用于产生用于无线传输功率的磁场的电感器)与电感器串联连接的***。可能还有串联或并联连接的其他附加调谐和匹配部件。类似地，在一些其他实现中，可以参考“基本上并行调谐”的***。在这样的其他实现中，“基本上并行调谐”可以是指其中补偿耦合器的主要电抗部分的电容器(例如，用于产生用于无线传输功率的磁场的电感器)并联连接到电感器的***。可能还有串联或并联连接的其他附加调谐和匹配部件。
初级功率转换器1012可以由包括初级PWM发生器1032的初级控制器1030提供的PWM信号PWM1来控制或驱动。初级PWM发生器1032可以基于经由通信链路从次级子***传送到初级PWM发生器1032的第一占空比控制信号(D1)来生成PWM1信号。因此，初级控制器1030可以是从控制器，其被配置为通过经由与次级子***的无线通信链路基于第一占空比控制信号D1控制PWM信号PWM1的占空比来控制输出电压V1。因此，初级子***还可以包括用于与次级子***通信的部件(图10中未示出)。
初级子***还可以包括用于测量、检测或确定循环通过串联连接的电容器1002和耦合器1014的初级电流I1的电流传感器1034。初级子***可以经由无线通信链路将感测到的电流I1的指示传送到次级子***。在一些实现中，如果初级功率转换器1012包括例如AC-DC转换器(例如，整流器和功率因数校正级(PFC))和DC-AC转换器(例如，逆变器)的级联(图10中未详细示出)，则初级控制器还可以被配置为改变DC链路电压。
在一些实现中，取决于次级子***中的次级功率转换器1016的拓扑结构，初级功率转换器1012的输入到输出电压变换比当在FB模式中操作时可以为约1:n1或n1:1，而当在HB模式中操作时可以为约1:(n1/2)或(n1/2):1。在这种实现中，降低PWM信号PWM1的占空比通常在FB模式和HB模式中都减小变换因子n1。
如图10进一步所示，次级子***(例如，无线功率传输***1000的车辆侧)可以包括连接到包括有源开关(例如AC开关)整流器的次级功率转换器1016的串联连接(例如，串行调谐)的电容器1006和耦合器1018(由电感器表示)，如先前结合图7-9所描述的。次级功率转换器1016可以被配置为接收由感应到次级耦合器1018中的电压(图10中未示出)驱动的次级电流I2，并且向车辆电池1022中输出驱动DC电流Ibat的DC电压Vbat。
次级子***还可以包括次级助控制器1042，其被配置为至少接收经由通信链路来自初级子***的感测电流I1的指示、次级电流I2的指示、DC电流Ibat的指示、以及来自次级子***内的DC电压Vbat的指示。因此，次级子***还可以包括用于与初级子***通信的部件、用于测量、检测或确定电流I2的电流传感器1036、用于测量、检测或确定电流Ibat的电流传感器1038、和用于测量、检测或确定电压Vbat的电压传感器1040。
次级控制器1042可以是用于初级子***和次级子***的主控制器，并且可以包括次级PWM发生器1052、目标DC输出电流计算机1044、次级PWM占空比控制器1048、初级PWM占空比控制器1062、以及桥接模式和电流比控制器1054。
次级控制器1042可以通过单独地控制由次级PWM发生器1052产生的用于驱动次级功率转换器1016的每个半桥的PWM波形PWM2,HB1和PWM2,HB2的占空比以及控制次级控制器1042的操作模式(例如，HB或FB模式)来控制次级功率转换器1016。例如，在HB模式中，次级PWM发生器1052仅产生PWM2,HB1波形，而PWM2,HB2波形保持静止(例如，保持第二半桥中的开关在相应的静态断开/闭合状态下)。在FB模式中，次级PWM发生器1052产生PWM2,HB1波形和PWM2,HB2波形。为了使次级PWM波形PWM2,HB1和PWM2,HB2在频率和相位方面与电流I2同步，次级控制器1042还可以包括同步器1056，其从电流传感器1036接收电流I2的指示并且向次级PWM发生器1052输出同步信号。
此外，在次级控制器1042内，目标DC输出电流计算机1044可以从电压传感器1040接收DC电压Vbat的指示并且从车辆的电池管理***(未示出)接收目标输出功率Pout_target的请求或需求，并且根据下式确定或计算目标DC输出电流Ibat,target：
目标DC输出电流计算机1044然后使用加法器1046将所计算的Ibat,target与实际Ibat值进行比较，其中根据下式从Ibat减去Ibat,target：
等式13 ΔIbat＝Ibat-Ibat,target
ΔIbat从加法器1046输出并且被输入到次级PWM占空比控制器1048。为了确保初级电流I1不超过最大初级电流I1max，次级PWM占空比控制器1048还接收来自加法器1050的输入，其根据下式将经由通信链路从初级子***接收的初级电流I1的值与最大初级电流I1max进行比较：
等式14 ΔI1＝I1–I1max
然后，次级PWM占空比控制器1048可以基于ΔIbat的值来调节其控制输出D2，以使ΔIbat的值最小化。控制器1048的控制输出D2被馈送到次级PWM发生器1052中，次级PWM发生器1052根据值D2来调节信号PWM2,HB1和PWM2,HB2的占空比。
初级PWM占空比控制器1062还可以根据下式基于次级电流I2与初级电流I1乘以系数ki之积的比较来调节其控制输出D1，控制输出D1经由无线通信链路传送到初级子***中的初级控制器的初级PWM发生器1032：
等式15 ΔI21＝I2–(I1 x k1)
ki的值对应于在次级功率转换器1016的输入处出现的负载电阻RL，其主要基于次级功率转换器1016在FB模式还是HB模式中操作。
为了进行这样的比较，桥接模式和电流比控制器1054可以被配置为接收次级PWM占空比控制器1048的控制输出D2和初级PWM占空比控制器1062的控制输出D1，并且输出系数ki。乘法器1058经由通信链路从桥接模式和电流比控制器1054接收系数ki并且从初级子***接收初级电流I1的指示作为输入，并且将结果输出到加法器1060。加法器1060接收来自电流传感器1036电流I2的指示以及来自乘法器1058的输出作为输入，并且根据等式15向初级PWM占空比控制器1062输出ΔI21的指示。初级PWM占空比控制器1062然后可以基于ΔI21的值来调节其控制输出D1，以使ΔI21的值最小化。
控制器1062的控制输出D1经由通信链路被发送到初级PWM发生器1032，并且用于根据值D1来调节PWM信号PWM1的占空比。
桥接模式和电流比控制器1054可以确定值D1和/或D2(分别对应于PWM1和/或PWM2的占空比)是否超过了任何相关联的下限或上限。如果值D1或D2中的任何一个超过了相关联的下限或上限，则桥接模式和电流比控制器1054可以调节去往次级PWM发生器1052的控制输出，该控制输出指示次级PWM发生器1052从FB模式变化到HB模式，反之亦然。在一些实现中，占空比的上限可以由最大占空比(例如，50％)定义，并且占空比的下限可以由***设计方面来定义，诸如初级功率转换器1012和次级功率转换器1016中的任一个内的开关的开关损耗和/或峰值电流限制。因此，桥接模式和电流比控制器1054被配置为最终选择FB或HB模式以供次级功率转换器1016利用，并且选择用于比较初级电流I1和次级电流I2的系数ki。
在一些实现中，取决于次级功率转换器1016的拓扑结构，次级功率转换器1016的输入到输出电压变换比当在FB模式中操作时可以是1:n2或n2:1，而当在HB模式中操作时可以是约1:(n2/2)或(n2/2):1)。在这种实现中，降低信号PWM2,HB1和PWM2,HB2的占空比通常在FB和HB模式中都减小变换因子n2。
因此，次级控制器1042被配置为以尽可能接近最大效率的效率递送电池管理***(未示出)所需的目标输出功率Pout_target，最大效率是基于测量或估计的功耗并且给定无线功率传输***的局限性和限制而计算的。次级控制器1042通过调节初级功率转换器输出电压V1(通过调节PWM1信号的占空比)和调节在次级功率转换器1016的输入处呈现的负载电阻RL(通过调节PWM2,HB1和PWM2,HB2信号的占空比，以及通过选择次级功率转换器1016的FB或HB模式)来实现这一结果。因此，在一些实现中，用于将整流器(或用于整流的装置)的输入电阻调节为第一值的部件可以包括次级控制器1042的一个或多个部件。类似地，在一些实现中，用于将整流器(或用于整流的装置)的输入电阻调节为第二值的部件可以包括次级控制器1042的一个或多个部件。
关于负载电阻RL，谐振IPT理论表明，当RL等于最佳负载电阻RL,opt时，无线功率传输效率达到最大值。通常，效率相对于RL的函数示出广泛的最大面积，表明效率对RL选择的敏感度低。因此，在实践中，在RL附近或基本上在RL,opt操作的***在效率方面可以被认为是最佳的。对于诸如图6-10中任何一个所示的串行调谐的IPT***，最佳负载电阻可以表示为：
其中R1和R2分别表示初级和次级总损耗电阻，是由耦合系数k确定的互感，初级和次级耦合器电感为L1和L2，ω为角(谐振)频率。损耗电阻R1和R2可以包括IPT耦合器和功率转换两者的损耗。
因此，将无线功率传输***1000调节为最佳负载电阻RL,opt需要知道R1和R2或R1和R2的估计、以及由空气间隙以及次级联接器1018相对于初级耦合器1014的未对准确定的互感M(例如，耦合系数k)。当耦合条件改变时，负载电阻RL可以被调节为新的RL,opt。因此，在一些实现中，可以使用损耗电阻R1和R2的估计。这些估计可以是***特定的，并且可能已经由***供应商或提供商确定，或者可能已经通过其他过程确定。互感更容易确定并且可以被测量，例如在***初始化过程期间。
如下所示，以最佳负载电阻操作谐振IPT***等效于保持最佳初级-次级电流比ki,opt。假定串行调谐的***的最佳负载电阻的近似表达式的有效性，反映到初级耦合器1014中的电阻可以表示为：
假定***损耗与传输功率相比较小，则功率等式可以写为：
因此，最佳的初级-次级电流比可以确定为：
如图所示，ki,opt仅由R1与R2的损耗电阻比的平方根决定。理想地，它不是互感M或传输的功率P的函数。相反，如果***以电流比ki,opt操作，则次级功率转换在其输入处呈现RL,opt，而不管耦合和功率如何。等式19也可以解释为在初级子***和次级子***中消耗的功耗的平衡。如果损耗相对于传输的功率较小，则实现损耗平衡几乎相当于实现最大效率。
图11示出了根据一些实现的用于操作无线功率传输***的状态图1100。如图11所示，状态图1100可以在空闲状态1102开始。在接收到启动请求1104时，图10的桥接模式和电流比控制器1054可以指示次级PWM发生器1052以半桥接模式1106操作次级功率转换器1016，其中***将次级电流I2上升到可以在任何操作条件下达到的预定义的(例如，常数)值。当达到稳态1108时，***可以通过改变PWM1和PWM2,HB1/HB2的占空比(经由初级占空比控制器1062和次级占空比控制器1048)来调节电流I2和I1，以满足目标输出功率Pout_target和作为最佳电流比ki,opt的第一电流比ki，其用于将图10的次级功率转换器1016的输入处呈现的负载电阻RL调节为在状态1110处所示的RL,opt。
在占空比调节期间，如果PWM2,HB1/HB2的所需占空比达到或超过上限D2,max，或者PWM1的所需占空比达到或超过上限D1,max，则次级子***内的桥接模式和电流比控制器1054可以信号通知次级PWM发生器1052在状态1112处将次级助功率转换器1016变换到FB模式。一旦在FB模式，***再次调节电流I2和I1以满足目标输出功率Pout_target和第二电流比ki。该第二电流比ki可以是非最佳电流比，然而，尽可能接近ki,opt，其用于将RL调节为尽可能接近RL,opt的非最佳负载电阻。对于串行调谐的次级侧，如图10所示，该非最佳负载电阻大于RL,opt。对于并行调谐的次级侧，该非最佳负载电阻小于RL,opt。
然而，当在FB模式中调节PWM2,HB1/HB2的占空比时，如果占空比达到或降到低于下限D2,min，则次级子***内的桥接模式和电流比控制器1054可以信号通知次级PWM发生器1052将次级功率转换器1016变换回HB模式，以切换到状态1110。如果***接收到“***停止”请求，则***可以从任何状态变换回空闲状态1102。
在替代实现中并且参考图10的无线功率传输***1000，在初级功率转换器1012(例如，逆变器)中而不是在次级功率转换器1016(例如，整流器)中执行桥接重新配置，并且次级功率转换器1016可以固定为半桥或全桥模式，但是主动切换。在这种实现中，如果初级功率转换器1012当前在HB模式中操作，则次级控制器1042调节PWM2,HB1/HB2的占空比以满足目标输出功率Pout_target并且实现最佳负载电阻RL,opt。如果初级功率转换器1012在HB模式中操作并且PWM2,HB1/HB2的占空比达到或超过上限D2,max或者PWM1的占空比达到或超过D1,max，则初级功率转换器1012可以变换到FB模式。在向FB模式变换时，次级子***将占空比D2维持在D2,max，其用于在尽可能接近RL,opt的非最佳负载电阻下维持或调节负载电阻RL。
在另一替代实现中并且参考图10的无线功率传输***1000，可以在初级功率转换器1012(例如，逆变器)和次级功率转换器1016(例如，整流器)中执行桥接重新配置。在这种实现中，如果初级功率转换器1012和次级功率转换器1016当前都在HB模式中操作，则次级控制器1042调节占空比D2以满足目标输出功率Pout_target并且实现最佳负载电阻RL,opt。如果初级功率转换器1012和次级功率转换器1016当前都在HB模式中操作并且占空比D2达到或超过上限D2,max或者占空比D1达到或超过上限D1,max，则初级功率转换器1012和次级功率转换器1016都可以变换到FB模式。处于FB模式的次级功率转换器1016可以在尽可能接近RL,out的非最佳负载电阻下呈现负载电阻RL。
上述控制策略可以被认为是关于以下各项的优化：1)初级和次级侧脉冲宽度调制(PWM)占空比限制(例如，开关损耗)，2)处理最坏情况和最佳情况耦合条件，以及3)避免谐振分叉(例如，将谐振响应***成两个峰值)，这可能引起差频问题，例如，通过具有等于这两个峰值之间的频率差的差频的功率传输信号的振铃感知的。这些不同的谐振可以同时激发，例如在受控***中，其中一些参数的调节是逐步进行的。
图12是根据一些实现的用于从无线功率发射器无线地接收功率的方法的流程图1200。流程图1200包括操作块1202，其包括当可操作地连接到耦合器的有源开关整流器在第一桥接模式中操作时，将整流器的输入电阻调节为第一值，第一值提供第一无线功率传输效率，整流器被配置为在第一桥接模式和第二桥接模式中操作。该方法还包括操作块1204，其包括当整流器在第二桥接模式中操作时，将整流器的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作，第二值提供小于第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率。该方法还包括操作块1206，其包括从无线功率发射器接收无线功率。
图13是根据一些实现的用于向无线功率接收器无线地发射功率的方法的流程图1300。流程图1300包括操作块1302，其包括当逆变器在第一桥接模式中操作时，将可操作地连接到耦合器的整流器的输入电阻调节为第一值，第一值提供第一无线功率传输效率，逆变器被配置为在第一桥接模式和第二桥接模式中操作。该方法还包括操作块1304，其包括当逆变器在第二桥接模式中操作时将整流器的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作，第二值提供小于第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率。该方法还包括操作块1306，其包括向无线功率接收器无线地发射功率。在一些实现中，如果耦合器基本上串行调谐，则第一桥接模式是半桥接模式，并且逆变器的输入电阻的第二值大于第一值。
如果耦合器基本上并行调谐，则第一桥接模式可以是全桥接模式，并且逆变器的输入电阻的第二值小于第一值。该方法还可以包括基于由逆变器输出的电流和由逆变器输出的电流与无线功率接收器中的电流之间的预定比率来调节逆变器的开关占空比。该方法还可以包括基于逆变器的开关占空比与相关联的最大许可占空比和相关联的最小许可占空比中的一者或两者之间的比较来选择逆变器的第一桥接模式和第二桥接模式之一。该方法还可以包括基于无线功率接收器中的逆变器的开关占空比与相关联的最大许可占空比和相关联的最小许可占空比中的一者或两者之间的比较来选择逆变器的第一桥接模式和第二桥接模式之一。当整流器的输入电阻具有第一值并且逆变器在第一桥接模式中操作时，第一无线功率传输效率是基本上最大可达到的无线功率传输效率。该方法还可以包括调节在装置中循环的电流与在无线功率接收器中循环的电流之间的比率，以便调节整流器的输入电阻。
鉴于至少结合图13的讨论，预期向无线功率接收器无线地发射功率的若干附加实现。例如，一些实现包括用于向无线功率接收器无线地发射功率的装置。该装置包括逆变器，其可操作地连接到耦合器并且被配置为在第一桥接模式和第二桥接模式中操作。该装置还包括控制器，其被配置为当逆变器在第一桥接模式中操作时，将整流器的输入电阻调节为第一值，第一值提供第一无线功率传输效率，并且当逆变器在第二桥接模式中操作时，将整流器的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作，第二值提供小于第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率。如果耦合器基本上串行调谐，则第一桥接模式是半桥接模式并且逆变器的输入电阻的第二值大于第一值。如果耦合器基本上并行调谐，则第一桥接模式是全桥接模式并且逆变器的输入电阻的第二值小于第一值。控制器被配置为基于装置中的电流以及装置中的电流与无线功率接收器中的电流之间的预定比率来调节逆变器的开关占空比。控制器被配置为基于逆变器的开关占空比与相关联的最大许可占空比和相关联的最小许可占空比中的一者或两者之间的比较来选择逆变器的第一桥接模式和第二桥接模式之一。控制器被配置为基于无线功率接收器中的逆变器的开关占空比与相关联的最大许可占空比和相关联的最小许可占空比中的一者或两者之间的比较来选择逆变器的第一桥接模式和第二桥接模式之一。当逆变器的输入电阻具有第一值并且逆变器在第一桥接模式中操作时，第一无线功率传输效率是基本上最大可达到的无线功率传输效率。控制器被配置为调节在装置中循环的电流与在无线功率接收器中循环的电流之间的比率，以便调节逆变器的输入电阻。
一些其它实现包括一种非瞬态计算机可读介质，其包括代码，代码在被执行时引起无线功率发射器：当逆变器在第一桥接模式中操作时，将可操作地连接到耦合器的整流器的输入电阻调节为第一值，第一值提供第一无线功率传输效率，逆变器被配置为在第一桥接模式和第二桥接模式中操作。代码在被执行时还引起无线功率发射器：当逆变器在第二桥接模式中操作时将整流器的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作，第二值提供小于第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率。代码在被执行时还引起无线功率发射器向无线功率接收器无线地发射功率。如果耦合器基本上串行调谐，则第一桥接模式是半桥接模式并且逆变器的输入电阻的第二值大于第一值。如果耦合器基本上并行调谐，则第一桥接模式是全桥接模式并且整流器的输入电阻的第二值小于第一值。代码在被执行时还引起无线功率发射器基于由逆变器输出的电流和逆变器输出的电流与无线功率接收器中的电流之间的预定比率来调节逆变器的开关占空比。代码在被执行时还引起无线功率发射器基于逆变器的开关占空比与相关联的最大许可占空比和相关联的最小许可占空比中的一者或两者之间的比较来选择逆变器的第一桥接模式和第二桥接模式之一。代码在被执行时还引起无线功率发射器基于无线功率接收器中的逆变器的开关占空比与相关联的最大许可占空比和相关联的最小许可占空比中的一者或两者之间的比较来选择逆变器的第一桥接模式和第二桥接模式之一。当整流器的输入电阻具有第一值并且整流器在第一桥接模式中操作时，第一无线功率传输效率是基本上最大可达到的无线功率传输效率。代码在被执行时还引起无线功率发射器调节在无线功率发射器中循环的电流与在无线功率接收器中循环的电流之间的比率，以便调节逆变器的输入电阻。
本领域技术人员将理解，可以使用各种不同工艺和技术中的任何一种来表示信息和信号。例如，可以在以上描述中被引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和芯片可以用电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或其任何组合来表示。
技术人员将进一步理解，结合本文中公开的一些实现描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，以上已经在其功能方面一般地描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。这种功能实现为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个***上的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式来实现所描述的功能，但是这种实现决定不应当被解释为导致脱离一些实现的范围。
结合本文中公开的一些实现描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以用被设计用于执行本文中所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件部件、或其任何组合来实现。通用处理器可以是微处理器，但是替代地，处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP内核结合的一个或多个微处理器、或任何其他这样的配置。
结合本文中公开的实现描述的方法和算法的步骤可以直接用硬件，用由处理器执行的软件模块，或用两者的组合来实现。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或者本领域已知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息并且向存储介质写入信息。在替代方案中，存储介质可以与处理器集成。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。
在一个或多个一些实现中，所描述的功能可以用硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果用软件实现，则功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质来传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，包括有助于将计算机程序从一个地方传送到另一个地方的任何介质。存储介质可以是可以由计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这样的计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储设备、或者可以用于以指令或数据结构的形式承载或存储所需的程序代码并且可由计算机访问的任何其他介质。而且，任何连接被适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或无线技术(诸如红外，无线电和微波)从网站、服务器或其他远程源传输软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(诸如红外，无线电和微波)被包括在介质的定义中。如本文中使用的磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘用激光光学地再现数据。上述的组合也应当被包括在计算机可读介质的范围内。
提供了所公开的一些实现的先前描述，以使得本领域技术人员能够制作或使用这些实现。对这些一些实现的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神或范围的情况下，本文中定义的一般原理可以应用于其他实现。因此，本申请不旨在限于本文中所示的一些实现，而是符合与本文中公开的原理和新颖特征一致的最广泛的范围。

Claims (30)

1.一种用于从无线功率发射器无线地接收功率的装置，所述装置包括：
有源开关整流器，可操作地连接到耦合器并且被配置为在第一桥接模式和第二桥接模式中操作；以及
控制器，被配置为：
当所述整流器在所述第一桥接模式中操作时将所述整流器的输入电阻调节为第一值，所述第一值提供第一无线功率传输效率，以及
当所述整流器在所述第二桥接模式中操作时将所述整流器的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作，所述第二值提供小于所述第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率。
2.根据权利要求1所述的装置，其中如果所述耦合器实质上被串行调谐，则所述第一桥接模式是半桥接模式并且所述整流器的输入电阻的所述第二值大于所述第一值。
3.根据权利要求1所述的装置，其中如果所述耦合器实质上被并行调谐，则所述第一桥接模式是全桥接模式并且所述整流器的输入电阻的所述第二值小于所述第一值。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器被配置为基于所述无线功率发射器中的电流来调节所述整流器的开关占空比。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器被配置为基于所述整流器的开关占空比与相关联的最大许可占空比和相关联的最小许可占空比中的一者或两者之间的比较，来选择所述整流器的所述第一桥接模式和所述第二桥接模式中的一个桥接模式。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器被配置为基于所述无线功率发射器中的整流器的开关占空比与相关联的最大许可占空比和相关联的最小许可占空比中的一者或两者之间的比较，来选择所述整流器的所述第一桥接模式和所述第二桥接模式中的一个桥接模式。
7.根据权利要求1所述的装置，其中当所述整流器的输入电阻具有所述第一值并且所述整流器在所述第一桥接模式中操作时，所述第一无线功率传输效率是基本上最大可达到的无线功率传输效率。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器被配置为调节在所述装置中循环的电流与在所述无线功率发射器中循环的电流之间的比率，以便调节所述整流器的输入电阻。
9.一种用于从无线功率发射器无线地接收功率的方法，所述方法包括：
当可操作地连接到耦合器的有源开关整流器在第一桥接模式中操作时，将所述整流器的输入电阻调节为第一值，所述第一值提供第一无线功率传输效率，所述整流器被配置为在所述第一桥接模式和第二桥接模式中操作，
当所述整流器在所述第二桥接模式中操作时将所述整流器的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作，所述第二值提供小于所述第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率，以及
从所述无线功率发射器接收所述无线功率。
10.根据权利要求9所述的方法，其中如果所述耦合器实质上被串行调谐，则所述第一桥接模式是半桥接模式并且所述整流器的输入电阻的所述第二值大于所述第一值。
11.根据权利要求9所述的方法，其中如果所述耦合器实质上被并行调谐，则所述第一桥接模式是全桥接模式并且所述整流器的输入电阻的所述第二值小于所述第一值。
12.根据权利要求9所述的方法，还包括基于所述无线功率发射器中的电流来调节所述整流器的开关占空比。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括基于所述整流器的开关占空比与相关联的最大许可占空比和相关联的最小许可占空比中的一者或两者之间的比较，来选择所述整流器的所述第一桥接模式和所述第二桥接模式中的一个桥接模式。
14.根据权利要求9所述的方法，还包括基于所述无线功率发射器中的整流器的开关占空比与相关联的最大许可占空比和相关联的最小许可占空比中的一者或两者之间的比较，来选择所述整流器的所述第一桥接模式和所述第二桥接模式中的一个桥接模式。
15.根据权利要求9所述的方法，其中当所述整流器的输入电阻具有所述第一值并且所述整流器在所述第一桥接模式中操作时，所述第一无线功率传输效率是基本上最大可达到的无线功率传输效率。
16.根据权利要求9所述的方法，包括调节在所述装置中循环的电流与在所述无线功率发射器中循环的电流之间的比率，以便调节所述整流器的输入电阻。
17.一种包括代码的非暂态计算机可读介质，所述代码在被执行时引起被配置为从无线功率发射器无线地接收功率的装置：
当可操作地连接到耦合器的有源开关整流器在第一桥接模式中操作时，将所述整流器的输入电阻调节为第一值，所述第一值提供第一无线功率传输效率，所述整流器被配置为在所述第一桥接模式和第二桥接模式中操作，
当所述整流器在所述第二桥接模式中操作时将所述整流器的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作，所述第二值提供小于所述第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率，以及
从所述无线功率发射器接收所述无线功率。
18.根据权利要求17所述的介质，其中如果所述耦合器实质上被串行调谐，则所述第一桥接模式是半桥接模式并且所述整流器的输入电阻的所述第二值大于所述第一值。
19.根据权利要求17所述的介质，其中如果所述耦合器实质上被并行调谐，则所述第一桥接模式是全桥接模式并且所述整流器的输入电阻的所述第二值小于所述第一值。
20.根据权利要求17所述的介质，其中所述代码在被执行时还引起所述装置：基于所述无线功率发射器中的电流来调节所述整流器的开关占空比。
21.根据权利要求17所述的介质，其中所述代码在被执行时还引起所述装置：基于所述整流器的开关占空比与相关联的最大许可占空比和相关联的最小许可占空比中的一者或两者之间的比较，来选择所述整流器的所述第一桥接模式和所述第二桥接模式中的一个桥接模式。
22.根据权利要求17所述的介质，其中所述代码在被执行时还引起所述装置：基于所述无线功率发射器中的整流器的开关占空比与相关联的最大许可占空比和相关联的最小许可占空比中的一者或两者之间的比较，来选择所述整流器的所述第一桥接模式和所述第二桥接模式中的一个桥接模式。
23.根据权利要求17所述的介质，其中当所述整流器的输入电阻具有所述第一值并且所述整流器在所述第一桥接模式中操作时，所述第一无线功率传输效率是基本上最大可达到的无线功率传输效率。
24.根据权利要求17所述的介质，其中所述代码在被执行时还引起所述装置：调节在所述装置中循环的电流与在所述无线功率发射器中循环的电流之间的比率，以便调节所述整流器的输入电阻。
25.一种用于从无线功率发射器无线地接收功率的装置，所述装置包括：
用于对来自被配置为在第一桥接模式和第二桥接模式中操作的耦合器的输入进行整流的部件；
用于在所述用于整流的部件在所述第一桥接模式中操作时将所述用于整流的部件的输入电阻调节为第一值的部件，所述第一值提供第一无线功率传输效率，以及
用于在所述用于整流的部件在所述第二桥接模式中操作时将所述用于整流的部件的输入电阻调节为第二值而同时在一个或多个操作限制内操作的部件，所述第二值提供小于所述第一无线功率传输效率的第二无线功率传输效率。
26.根据权利要求25所述的装置，其中如果所述耦合器实质上被串行调谐，则所述第一桥接模式是半桥接模式并且所述用于整流的部件的输入电阻的所述第二值大于所述第一值。
27.根据权利要求25所述的装置，其中如果所述耦合器实质上被并行调谐，则所述第一桥接模式是全桥接模式并且所述用于整流的部件的输入电阻的所述第二值小于所述第一值。
28.根据权利要求25所述的装置，还包括用于基于所述无线功率发射器中的电流来调节所述用于整流的部件的开关占空比的部件。
29.根据权利要求25所述的装置，还包括用于基于所述用于整流的部件的开关占空比与相关联的最大许可占空比和相关联的最小许可占空比中的一者或两者之间的比较来选择所述用于整流的部件的所述第一桥接模式和所述第二桥接模式中的一个桥接模式的部件。
30.根据权利要求25所述的装置，还包括用于基于所述无线功率发射器中的用于整流的部件的开关占空比与相关联的最大许可占空比和相关联的最小许可占空比中的一者或两者之间的比较来选择所述用于整流的部件的所述第一桥接模式和所述第二桥接模式中的一个桥接模式的部件。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019140801A1 (zh) * 2018-01-17 2019-07-25 深圳威迈斯新能源股份有限公司 一种双输出端口充电电路及其控制方法
CN110224476A (zh) * 2018-02-28 2019-09-10 泰达电子股份有限公司 无线高功率传输
US10804723B2 (en) 2018-01-17 2020-10-13 Shenzhen Vmax Power Co., Ltd. Dual-output port charging circuit and control method
CN111833536A (zh) * 2020-07-10 2020-10-27 济南爱默生电源有限公司 一种地沟式自动寻的无线充电停车场***及方法

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6038386B1 (ja) * 2015-03-23 2016-12-07 三菱電機株式会社 双方向非接触給電装置および双方向非接触給電システム
US9973099B2 (en) * 2015-08-26 2018-05-15 Futurewei Technologies, Inc. AC/DC converters with wider voltage regulation range
US11043847B2 (en) * 2015-09-25 2021-06-22 The Hong Kong University Of Science And Technology Wireless charging receiver
MX2018008452A (es) 2016-01-13 2018-08-14 Koninklijke Philips Nv Transferencia inductiva de energia inalambrica.
US10000133B2 (en) * 2016-04-20 2018-06-19 Qualcomm Incorporated Systems and methods for identifying an ideal operation frequency for wireless power transfer
DE102017113425A1 (de) * 2017-06-19 2018-12-20 Otto-Von-Guericke-Universität Magdeburg Vorrichtung und Verfahren zur aktiven Erzeugung und Einprägung von Blindleistung in induktive Übertragungssysteme
KR102559947B1 (ko) * 2017-07-19 2023-07-26 현대자동차주식회사 Lccl-s 공진 네트워크를 적용한 ipt 시스템에서 풀 브릿지 제어와 하프 브릿지 제어를 선택적으로 수행하는 방법 및 장치
US10974608B2 (en) * 2017-07-19 2021-04-13 Hyundai Motor Company Method and apparatus for selectively performing full bridge control and half bridge control in wireless power transfer system using LCCL-S resonant network
KR20190051473A (ko) * 2017-11-07 2019-05-15 삼성전기주식회사 무선 전력 송신 장치
EP3588736A1 (en) * 2018-06-29 2020-01-01 Koninklijke Philips N.V. Wireless power transfer
CN109664789B (zh) * 2019-01-10 2022-04-01 江苏工程职业技术学院 一种多功能智能充电方法及装置
US10923959B2 (en) 2019-04-03 2021-02-16 Apple Inc. Wireless power system with reconfigurable rectifier circuitry
CN110061570B (zh) * 2019-05-28 2020-10-02 浙江大学 通过副边调制实现pfc的无线电能传输***
CN113067395B (zh) * 2019-12-31 2024-06-11 华为技术有限公司 电子设备、无线充电接收装置及控制方法、无线充电***
US10892800B1 (en) 2020-01-06 2021-01-12 Nucurrent, Inc. Systems and methods for wireless power transfer including pulse width encoded data communications
US11264972B2 (en) * 2020-04-22 2022-03-01 Texas Instruments Incorporated Synchronizing pulse-width modulation control
US11303165B2 (en) 2020-07-24 2022-04-12 Nucurrent, Inc. Low cost communications demodulation for wireless power receiver system
US11303164B2 (en) 2020-07-24 2022-04-12 Nucurrent, Inc. Low cost communications demodulation for wireless power transmission system
KR20220085669A (ko) * 2020-12-15 2022-06-22 현대모비스 주식회사 무선전력전송을 위한 적응형 임피던스 매칭 장치 및 방법
US11811244B2 (en) 2021-02-01 2023-11-07 Nucurrent, Inc. Automatic gain control for communications demodulation in wireless power transmitters
US11431205B2 (en) 2021-02-01 2022-08-30 Nucurrent, Inc. Systems and methods for receiver beaconing in wireless power systems
US11569694B2 (en) 2021-02-01 2023-01-31 Nucurrent, Inc. Automatic gain control for communications demodulation in wireless power receivers
US11277034B1 (en) 2021-02-01 2022-03-15 Nucurrent, Inc. Systems and methods for receiver beaconing in wireless power systems
US11431204B2 (en) 2021-02-01 2022-08-30 Nucurrent, Inc. Automatic gain control for communications demodulation in wireless power transfer systems
US11277035B1 (en) 2021-02-01 2022-03-15 Nucurrent, Inc. Automatic gain control for communications demodulation in wireless power transmitters
US11277031B1 (en) 2021-02-01 2022-03-15 Nucurrent, Inc. Automatic gain control for communications demodulation in wireless power transmitters
CN114221448A (zh) * 2021-03-30 2022-03-22 伏达半导体(合肥)有限公司 无线电能传输***、无线电能传输装置及方法
US11784578B2 (en) 2022-01-28 2023-10-10 Nxp B.V. Electronic circuit with electromagnetic interference detection and suppression and method therefor

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6621183B1 (en) * 1997-12-05 2003-09-16 Auckland Uniservices, Ltd. Supply of power to primary conductors
CN201656576U (zh) * 2010-03-12 2010-11-24 富达通科技股份有限公司 变频式无线供电与充电装置
WO2011146661A2 (en) * 2010-05-19 2011-11-24 Qualcomm Incorporated Adaptive wireless energy transfer system
WO2011127449A3 (en) * 2010-04-08 2012-07-12 Qualcomm Incorporated Wireless power transmission in electric vehicles
US20130033118A1 (en) * 2011-08-04 2013-02-07 Witricity Corporation Tunable wireless power architectures
US20140159646A1 (en) * 2012-08-13 2014-06-12 Ganapathy Sankar Dual Mode Wireless Power Receiver
CN104205263A (zh) * 2012-01-23 2014-12-10 犹他州立大学 用于感应电力传输的双侧控制

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2685601B1 (en) 2012-07-09 2017-03-08 LG Electronics Inc. Wireless power transfer method, apparatus and system
JP5837254B2 (ja) * 2013-02-12 2015-12-24 三菱電機株式会社 受電装置及び非接触給電装置
JP6081214B2 (ja) * 2013-02-13 2017-02-15 国立大学法人埼玉大学 非接触給電装置
JP2016512419A (ja) * 2013-03-14 2016-04-25 エンフェーズ エナジー インコーポレイテッドＥｎｐｈａｓｅ Ｅｎｅｒｇｙ， Ｉｎｃ． 電力変換に対するブリッジモードを判定するための方法および装置
US20140347007A1 (en) 2013-05-23 2014-11-27 Broadcom Corporation Wireless Power Transfer (WPT) for a Mobile Communication Device
WO2016019139A1 (en) * 2014-07-30 2016-02-04 Triune Ip, Llc Multi-use wireless power and data system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6621183B1 (en) * 1997-12-05 2003-09-16 Auckland Uniservices, Ltd. Supply of power to primary conductors
CN201656576U (zh) * 2010-03-12 2010-11-24 富达通科技股份有限公司 变频式无线供电与充电装置
WO2011127449A3 (en) * 2010-04-08 2012-07-12 Qualcomm Incorporated Wireless power transmission in electric vehicles
WO2011146661A2 (en) * 2010-05-19 2011-11-24 Qualcomm Incorporated Adaptive wireless energy transfer system
US20130033118A1 (en) * 2011-08-04 2013-02-07 Witricity Corporation Tunable wireless power architectures
CN104205263A (zh) * 2012-01-23 2014-12-10 犹他州立大学 用于感应电力传输的双侧控制
US20140159646A1 (en) * 2012-08-13 2014-06-12 Ganapathy Sankar Dual Mode Wireless Power Receiver

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019140801A1 (zh) * 2018-01-17 2019-07-25 深圳威迈斯新能源股份有限公司 一种双输出端口充电电路及其控制方法
US10804723B2 (en) 2018-01-17 2020-10-13 Shenzhen Vmax Power Co., Ltd. Dual-output port charging circuit and control method
CN110224476A (zh) * 2018-02-28 2019-09-10 泰达电子股份有限公司 无线高功率传输
CN110224476B (zh) * 2018-02-28 2024-03-01 泰达电子股份有限公司 无线高功率传输
CN111833536A (zh) * 2020-07-10 2020-10-27 济南爱默生电源有限公司 一种地沟式自动寻的无线充电停车场***及方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3215393A1 (en) 2017-09-13
WO2016099685A1 (en) 2016-06-23
US20160176300A1 (en) 2016-06-23
US10046659B2 (en) 2018-08-14
JP2018503343A (ja) 2018-02-01
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