CN108023412B - 用于主动控制无线电力传送***的输出电压的***和方法 - Google Patents

用于主动控制无线电力传送***的输出电压的***和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108023412B
CN108023412B CN201711039368.9A CN201711039368A CN108023412B CN 108023412 B CN108023412 B CN 108023412B CN 201711039368 A CN201711039368 A CN 201711039368A CN 108023412 B CN108023412 B CN 108023412B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
phase angle
duty cycle
difference
wireless power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711039368.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108023412A (zh
Inventor
K.杰哈
A.K.拉古纳坦
A.K.蒂瓦里
D.阿拉文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Priority to CN202310833729.6A priority Critical patent/CN116961252A/zh
Publication of CN108023412A publication Critical patent/CN108023412A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108023412B publication Critical patent/CN108023412B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083—Converters characterised by their input or output configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33573—Full-bridge at primary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/01—Resonant DC/DC converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种无线电力传送***。所述无线电力传送***包括：第一转换单元，其用于将输入电力的第一DC电压转换成第一AC电压；非接触电力传送单元，其用于发送具有第一AC电压的输入电力；和第二转换单元，其用于将具有对应于第一AC电压的第二DC电压的电力发送到电负载。另外，所述无线电力传送***包括有源电压调谐单元，有源电压调谐单元用于基于第二DC电压和参考电压之间的差值、以及谐振频率和恒定操作频率之间的差值与第一AC电压的相位角和AC电流的相位角之间的差值中的至少一者来控制第二DC电压。

Description

用于主动控制无线电力传送***的输出电压的***和方法
【技术领域】
本发明的实施例一般涉及无线电力传送***，更具体地涉及用于主动控制无线电力传送***的输出电压的***和方法。
【背景技术】
例如，电动车辆或混合动力车辆包括提供电力以驱动车辆的一个或多个电池。在一个示例中，电池向电动马达供电，以驱动车辆中的轴，轴又驱动车辆。电池可能耗尽，因此需要从外部电源充电。
通常，电力传送***被广泛地用于将电力从电源传送到一个或多个电负载，例如车辆中的电池。通常，所述电力传送***可以是基于接触的电力传送***或非接触电力传送***。在基于接触的电力传送***中，诸如插头、插座连接器和电线的部件物理地连接到电池。然而，由于环境影响，这种连接器和电线可能受到影响。此外，在电源和车辆中的电池之间建立物理连接可能涉及麻烦的安全措施，因为使用高电流和电压来对电池充电。
在非接触电力传送***中，电力转换器用于将输入电力转换为可传送电力，该可传送电力进一步发送到诸如车辆中的电池的电负载。电力转换器包括开关，该开关以特定的操作/开关频率操作以将输入电力转换为可传送电力。通常，根据负载，改变电力转换器的操作/开关频率以调节或控制电力传送***的输出电压。然而，如果电负载断开或变化，那么电力传送***的输出电压可在非常短的时间段中获得非常高的值。结果，电力传送***的电压增益也可能急剧变化。输出电压的这种突然增加和/或电压增益的剧烈变化可能影响电力传送***的一个或多个部件和操作。
因此，需要一种改进的***和方法，其用于主动地控制无线电力传送***的输出电压，而不改变无线电力传送***的操作频率。
【发明内容】
本发明的一方面公开一种无线电力传送***。该无线电力传送***包括第一转换单元，该第一转换单元在恒定的工作频率下可操作并且被配置成将输入电力的第一DC电压转换为第一AC电压。此外，无线电力传送***包括非接触电力传送单元，其连接到第一转换单元并且被配置成发送具有第一AC电压的输入电力，其中非接触电力传送单元至少包括彼此磁性耦合并以谐振频率可操作的第一电力交换线圈和第二电力交换线圈。此外，无线电力传送***包括第二转换单元，其连接到非接触电力传送单元并被配置成：从非接触电力传送单元接收具有对应于第一AC电压的第二AC电压的电力；将接收到的电力的第二AC电压转换为第二DC电压；并将具有第二DC电压的电力发送到电负载。另外，无线电力传送***包括有源电压调谐单元，其连接到非接触电力传送单元并且被配置成基于第二DC电压和参考电压之间的差值、以及谐振频率和恒定操作频率之间的差值及第一AC电压的相位角和AC电流的相位角之间的差值中的至少一者，来控制第二DC电压。
根据本发明的一个实施例，有源电压调谐单元包括：开关子单元，其并联连接到阻抗元件，阻抗元件串联连接到第一电力交换线圈和第二电力交换线圈中的一个；控制器，其连接到开关子单元并且被配置成：基于第二DC电压和参考电压之间的差值、以及在谐振频率和恒定操作频率之间的差值与第一AC电压的相位角和AC电流的相位角之间的差值中的至少一者，来改变开关信号的占空比；和将具有改变的占空比的开关信号发送到开关子单元以控制在电负载上的第二DC电压。
根据本发明的一个实施例，控制器被配置成：如果第二DC电压小于参考电压，并且谐振频率小于恒定操作频率和AC电流的相位角小于第一AC电压的相位角，则增加开关信号的占空比。
根据本发明的一个实施例，控制器被配置成：增加开关信号的占空比，以增加第二DC电压，使得第二DC电压与参考电压相匹配。
根据本发明的一个实施例，控制器被配置成：如果第二DC电压大于参考电压，并且谐振频率小于恒定操作频率和AC电流的相位角小于第一AC电压的相位角，则减小开关信号的占空比。
根据本发明的一个实施例，控制器被配置成：减小开关信号的占空比，以减小第二DC电压，使得第二DC电压与参考电压相匹配。
根据本发明的一个实施例，控制器被配置成：如果第二DC电压小于参考电压，并且谐振频率大于恒定操作频率和AC电流的相位角大于第一AC电压的相位角，则减小开关信号的占空比。
根据本发明的一个实施例，控制器被配置成：减小开关信号的占空比，以增加第二DC电压，使得第二DC电压与参考电压相匹配。
根据本发明的一个实施例，控制器被配置成：如果第二DC电压大于参考电压，并且谐振频率大于恒定操作频率和AC电流的相位角大于第一AC电压的相位角，则增加开关信号的占空比。
根据本发明的一个实施例，控制器被配置成：增加开关信号的占空比，以减小第二DC电压，使得第二DC电压与参考电压相匹配。
根据本发明的一个实施例，开关子单元包括彼此反并联连接的第一电子开关和第二电子开关，其中，控制器被配置成基于开关信号的改变的占空比来激活和去激活第一电子开关和第二电子开关中的至少一者。
根据本发明的一个实施例，第一电子开关和第二电子开关中的至少一者被激活和去激活以改变非接触电力传送单元的阻抗，使得在电负载上的第二DC电压相应地改变。
根据本发明的一个实施例，无线电力传送***还包括：电压传感器，其电连接到电负载并且被配置成确定在电负载上的第二DC电压；第一收发器，其连接到电压传感器并且被配置成接收表示第二DC电压的电压信号并发送表示第二DC电压的电压信号；和第二收发器，其可通信地连接到第一收发器并且被配置成接收电压信号并将电压信号发送到第一转换单元。
根据本发明的一个实施例，如果有源电压调谐单元连接到第二电力交换线圈，则控制器被配置成：从电压传感器接收表示第二DC电压的电压信号；经由第一收发器和第二收发器从第一转换单元接收表示谐振频率和恒定操作频率之间的差值的频率信号；和经由第一收发器和第二收发器从第一转换单元接收表示第一AC电压的相位角和AC电流的相位角之间的差值的相位信号。
根据本发明的一个实施例，如果有源电压调谐单元连接到第一电力交换线圈，则控制器被配置成：经由第一收发器和第二收发器从第一转换单元接收表示第二DC电压的电压信号；从第一转换单元接收表示谐振频率和恒定操作频率之间的差值的频率信号；和从第一转换单元接收表示第一AC电压的相位角和AC电流的相位角之间的差值的相位信号。
本发明的另一方面公开一种用于操作无线电力传送***的方法。该方法包括由第一转换单元将输入电力的第一DC电压转换成第一AC电压。此外，该方法包括由非接触电力传送单元从第一转换单元接收具有第一AC电压的输入电力，并发送具有对应于第一AC电压的第二AC电压的电力。此外，该方法包括由第二转换单元将第二AC电压转换成第二DC电压。此外，该方法包括将具有第二DC电压的电力从第二转换单元发送到电负载。此外，该方法包括：由有源电压调谐单元基于第二DC电压和参考电压之间的差值、以及非接触电力传送单元的谐振频率和第一转换单元的恒定操作频率之间的差值及第一AC电压的相位角和AC电流的相位角之间的差值中的至少一者，来控制第二DC电压。
根据本发明的一个实施例，控制第二DC电压包括：由控制器基于第二DC电压和参考电压之间的差值、以及在谐振频率和恒定操作频率之间的差值与第一AC电压的相位角和AC电流的相位角之间的差值中的至少一者，来改变开关信号的占空比；和将具有改变的占空比的开关信号发送到开关子单元以控制在电负载上的第二DC电压。
根据本发明的一个实施例，改变开关信号的占空比包括：如果第二DC电压小于参考电压，并且谐振频率小于恒定操作频率和AC电流的相位角小于第一AC电压的相位角，则增加开关信号的占空比；和如果第二DC电压大于参考电压，并且谐振频率小于恒定操作频率和AC电流的相位角小于第一AC电压的相位角，则减小开关信号的占空比。
根据本发明的一个实施例，改变开关信号的占空比包括：如果第二DC电压小于参考电压，并且谐振频率大于恒定操作频率和AC电流的相位角大于第一AC电压的相位角，则减小开关信号的占空比；和如果第二DC电压大于参考电压，并且谐振频率大于恒定操作频率和AC电流的相位角大于第一AC电压的相位角，则增加开关信号的占空比。
根据本发明的一个实施例，控制第二DC电压包括：由有源电压调谐单元从电压传感器接收表示第二DC电压的电压信号；经由第一收发器和第二收发器从第一转换单元接收表示谐振频率和恒定操作频率之间的差值的频率信号；和经由第一收发器和第二收发器从第一转换单元接收表示第一AC电压的相位角和AC电流的相位角之间的差值的相位信号。
根据本发明的一个实施例，控制第二DC电压包括：由有源电压调谐单元经由第一收发器和第二收发器从电压传感器接收表示第二DC电压的电压信号；从第一转换单元接收表示谐振频率和恒定操作频率之间的差值的频率信号；和从第一转换单元接收表示第一AC电压的相位角和第一AC电流的相位角之间的差值的相位信号。
【附图说明】
当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有图中相同的标记表示相同的部件，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的具有有源电压调谐单元的无线电力传送***的框图表示；
图2是根据本发明的实施例的无线电力传送***的详细示意图；
图3是根据本发明的另一个实施例的无线电力传送***的详细示意图；
图4是示出根据本发明的实施例的用于保护无线电力传送***的方法的流程图；
图5是根据本发明的实施例的参考第一AC电压的第一AC电流的变化的图形表示；和
图6是根据本发明的实施例的第二DC电压、参考电压和开关信号的图形表示。
【具体实施方式】
如下面将详细描述的，公开了用于主动控制无线电力传送***的输出电压的***和方法的各种实施例。特别地，本说明书公开的***和方法采用有源电压调谐单元来改变无线电力传送***的阻抗，继而控制无线电力传送***的输出电压。
图1是根据本发明的实施例的无线电力传送***100的图解表示。无线电力传送***100用于将电力从电源102发送到一个或多个电负载152，例如，电池、诸如蜂窝电话、笔记本电脑的移动装置、“加热、通风、空调”(HVAC)***等。尤其在汽车行业中，电动车辆或混合动力车辆包括供应电力以驱动车辆的一个或多个电池。此类电池可经由无线电力传送***100从电源102以电气方式充电。在一个实施例中，无线电力传送***100还可被称作非接触电力传送***。
在图示实施例中，无线电力传送***100包括第一转换单元104(反相器)、非接触电力传送单元108和第二转换单元110(整流器)。第一转换单元104电连接到电源102。电源102被配置成将具有第一DC电压112的输入电力供应到第一转换单元104。在一些实施例中，输入电力可以在从约100W到约6.6kW的范围中。在一个实施例中，电源102可以是无线电力传送***100的一部分。在另一实施例中，电源102可定位在无线电力传送***100外部。
第一转换单元104被配置成从电源102接收具有第一DC电压112的输入电力。此外，第一转换单元104被配置成在操作频率下操作以将输入电力的第一DC电压112转换成第一AC电压114。操作频率可以指开关脉冲的频率，该开关脉冲被提供给第一转换单元104中的开关(未示出)，以将输入电力的第一DC电压112转换成第一AC电压114。另外，操作频率可以是基于一个或多个电负载152和/或无线电力传送***100的阻抗预定的。在一个实施例中，第一转换单元104可以包括控制单元106，其基于预先存储的指令或程序执行一个或多个功能以确定操作频率。在将输入电力的第一DC电压112转换成第一AC电压114后，第一转换单元104还被配置成将具有第一AC电压114的输入电力发送到非接触电力传送单元108。
非接触电力传送单元108至少包括彼此磁性耦合的第一电力交换线圈132和第二电力交换线圈134。具体地，第一电力交换线圈132连接到第一转换单元104，并且第二电力交换线圈134连接到第二转换单元110。可以注意，非接触电力传送单元108可以包括彼此磁性耦合的两个或更多个这样的电力交换线圈或线圈的阵列。第一电力交换线圈132和第二电力交换线圈134用于将具有第一AC电压114的输入电力作为第二AC电压116从第一转换单元104无线地发送到第二转换单元110。特别地，对应于第一AC电压114的第一AC电流136流过第一电力交换线圈132，导致第一电力交换线圈132的激励，继而产生激励第二电力交换线圈134的磁场。当第二电力交换线圈134被产生的磁场激励时，对应于第二AC电压116的第二AC电流138流过第二电力交换线圈134。此外，具有第二AC电压116的输入电力然后从第二电力交换线圈134发送到第二转换单元110。
在一个实施例中，非接触电力传送单元108可以包括在第一电力交换线圈132和第二电力交换线圈134之间的一个或多个谐振线圈(未示出)。这样的谐振线圈可以电连接到谐振电路(未示出)以增强输入电力到第二转换单元110的传输。在一个示例中，谐振电路可以以接近第一转换单元104的操作频率的谐振频率操作或振荡。下面参照图2更详细地解释关于使用电力交换线圈132、134发送电力的细节。
在从非接触电力传送单元108接收到具有第二AC电压116的电力后，第二转换单元110被配置成将输入电力的第二AC电压116转换成第二DC电压(Vo)118。此外，第二转换单元110被配置成将具有第二DC电压118的输入电力发送到一个或多个电负载152。在一个实施例中，具有第二DC电压118的输入电力可以用于对包括连接到无线电力传送***100的一个或多个电池的电负载进行充电。
另外，无线电力传送***100包括电压传感器120、第一收发器122及第二收发器124，其共同形成反馈环路126。电压传感器120用于感测第二DC电压(输出电压)118。反馈环路126用于经由第一收发器122和第二收发器124将表示第二DC电压118的电压信号(Vo)128从电压传感器120发送到第一转换单元104的控制单元106。
在常规电力传送***中，控制单元用于基于接收的电压信号来调整第一转换单元的操作频率，以控制或调节电负载上的输出电压。然而，由于电压信号(Vo)使用第一收发器和第二收发器之间的无线通信路径来传达，因此控制单元可以在某一时间延迟之后接收电压信号(Vo)。在一个实施例中，所述延迟可以在从约1毫秒到约5毫秒的范围中。在此情境中，由于传达电压信号的延迟，控制单元可能不能够及时控制在电负载上的输出电压。结果，输出电压可以增加到高于临界值，并且电压增益可能显著变化，这又可能影响无线电力传送***中的转换单元和/或其他部件。临界值可以是这样的电压值：高于该值时，无线电力传送***中的部件可能受到影响。在一个实施例中，所述临界值可以在从约400V到约500V的范围中。
为了克服与高于临界值的输出电压的增加相关的问题，示例性无线电力传送***100包括有源电压调谐单元130，以控制在一个或多个电负载152上的第二DC电压118。特别地，第一转换单元104被配置成以恒定的操作频率操作。此外，有源电压调谐单元118被配置成控制在一个或多个电负载152上的第二DC电压118，而不改变第一转换单元104的恒定操作频率。无线电力传送***100的电压增益的变化通过控制第二DC电压而显著最小化。应当注意，电压增益是指第二DC电压118和第一DC电压112的比率。
具体地，有源电压调谐单元130电连接到非接触电力传送单元108。更具体地，在一个实施例中，有源电压调谐单元130连接到第一电力交换线圈132。在另一实施例中，有源电压调谐单元130连接到第二电力交换线圈134。
在其中有源电压调谐单元130连接到第二电力交换线圈134的实施例中，有源电压调谐单元130电连接到电压传感器120以接收表示第二DC电压118的电压信号(Vo)128。有源电压调谐单元130还经由第一收发器122和第二收发器124连接到第一转换单元104，以从第一转换单元104接收频率信号140。频率信号140表示恒定操作频率和谐振频率之间的差值。在一个示例中，如果频率信号140包括二进制“1”，则谐振频率大于恒定操作频率。类似地，如果频率信号140包括二进制“0”，则谐振频率小于恒定操作频率。
此外，有源电压调谐单元130被配置成经由第一收发器122和第二收发器124从第一转换单元104接收相位信号142。相位信号142表示第一AC电压114的相位角和第一AC电流136的相位角之间的差值。在一个实施例中，如果相位信号142包括二进制“1”，则第一AC电流136的相位角小于第一AC电压114的相位角。换句话讲，第一AC电流136的相位角滞后于第一AC电压114的相位角。如果第一AC电流136的相位角小于第一AC电压114的相位角，则有源电压调谐单元130确定非接触电力传送单元108在本质上/操作中是电感性的。类似地，如果相位信号142包括二进制“0”，则第一AC电流136的相位角大于第一AC电压114的相位角。换句话说，第一AC电流136的相位角领先于第一AC电压114的相位角。如果第一AC电流136的相位角大于第一AC电压114的相位角，则有源电压调谐单元130确定非接触电力传送单元108在本质上/操作中是电容性的。
此外，在将有源电压调谐单元130连接到第一电力交换线圈132的实施例中，有源电压调谐单元130经由第一收发器122和第二收发器124电连接到电压传感器120以接收电压信号(Vo)128(由图1中的虚线表示)。有源电压调谐单元130直接连接到第一转换单元104以从第一转换单元104接收频率信号140和相位信号142(由图1中的虚线表示)。
在操作期间，有源电压调谐单元130基于相位信号142确定非接触电力传送单元108在本质上是否为电感性的或电容性的。此外，有源电压调谐单元130将第二DC电压(Vo)118与参考电压(Vref)以及谐振频率与恒定操作频率进行比较。可以注意到，参考电压是基于一个或多个电负载152的一个或多个特性而预定的电压值。在一个实施例中，该参考电压值可以根据电负载152的特性的变化而变化。此外，在一个实施例中，有源电压调谐单元130基于第一AC电流136的相位角和第一AC电压114的相位角之间的差值以及参考电压和第二DC电压118之间的差值来改变非接触电力传送单元108的阻抗。因此，第二DC电压118被控制到接近或等于参考电压的值。在另一实施例中，有源电压调谐单元130基于谐振频率和恒定操作频率之间的差值以及参考电压和第二DC电压118之间的差值来改变非接触电力传送单元108的阻抗。结果，第二DC电压118被控制到接近或等于参考电压的值。
有源电压调谐单元130被配置成调节第二DC电压118，而不使一个或多个电负载152与非接触电力传送单元108分离，和/或不改变第一转换单元104的恒定操作频率。此外，无线电力传送***100的电压增益的变化被显著地最小化，这又降低了对无线电力传送***100的部件的压力。参考图2和图3更详细地描述控制第二DC电压118的方面。
参看图2，描绘了根据本发明的实施例的无线电力传送***200的示意性表示。在图2的实施例中，有源电压调谐器130电连接到第二电力交换线圈134。第一转换单元104包括电连接在输入端子219与输出端子221之间的多个开关220及二极管222。在一个实施例中，开关220包括诸如MOSFET或IGBT的电子开关。开关220基于第一转换单元104的恒定操作频率被激活和去激活(deactivate)，以将输入电力的第一DC电压112转换为第一AC电压114。特别地，第一转换单元104的控制单元106被配置成将表示操作频率的一个或多个门信号226发送到多个开关220，以将输入电力的第一DC电压112转换为第一AC电压114。在一个示例中，控制单元106可以包括算术逻辑单元、微处理器、通用控制器和处理器阵列中的一个或多个，以执行所需的计算/功能。虽然控制单元106被示出为单个单元，但是在某些实施例中，控制单元106可以包括位于相同位置或分布在不同位置的多于一个处理器。在一个实施例中，非暂时性计算机可读介质可以用程序来编码，该程序具有一系列指令，以指示控制单元106执行所需的计算/功能。可以注意到，恒定操作频率也可以指第一转换单元104的开关频率。
在图示实施例中，非接触电力传送单元108包括第一电力交换线圈132、第二电力交换线圈134、谐振线圈216和补偿线圈218。谐振线圈216被定位在第一电力交换线圈132和第二电力交换线圈134之间。此外，谐振线圈216磁性耦合到第一电力交换线圈132和第二电力交换线圈134之间。在示例性实施例中，谐振线圈216与电容器202串联连接以形成谐振电路208。在一个实施例中，谐振电路208以接近恒定操作频率的谐振频率操作，以增强输入电力到第二转换单元110的传输。由第一电力交换线圈132产生的磁场激励谐振线圈216，这又有助于将产生的磁场朝第二电力交换线圈134会聚。补偿线圈218磁性耦合到第二电力交换线圈134。补偿线圈218被配置成使非接触电力传送单元108的阻抗与第二转换单元110的阻抗相匹配。
第二转换单元110包括电连接在输入端子271和输出端子273之间的多个开关278。开关278被布置成形成桥式整流器，该整流器被配置成将第二AC电压116转换成第二DC电压118。在一些实施例中，开关278可以是诸如MOSFET、IGBT的受控开关或诸如二极管的不受控开关。传感器120电连接到第二转换单元110的输出端子273。
第一收发器122具有天线248，天线248被配置成从第二收发器124的天线250接收频率信号140和相位信号142。此外，第一收发器122被配置成将频率信号140和相位信号142发送到控制器234。在一个实施例中，第一收发器122被定位成靠近一个或多个电负载152。第二收发器124被定位成靠近第一转换单元104和/或电源102。
有源电压调谐单元130包括连接到彼此的开关子单元232和控制器234。控制器234被配置成产生具有多个开关脉冲的开关信号284。另外，控制器234还被配置成基于电压信号128、频率信号140和相位信号142改变开关信号284的开关脉冲的占空比。此外，控制器234被配置成将具有变化的占空比的开关信号284发送到开关子单元232。在一个实施例中，控制器234被配置成基于第二DC电压118和参考电压之间的差值产生具有多个开关脉冲的整流器控制信号290、292。控制器234还被配置成将整流器控制信号290、292发送到第二转换单元110的开关278以控制第二DC电压118。在一个实施例中，控制器234同时发送整流器控制信号290、292和开关信号284。在另一实施例中，控制器234可以交替地发送整流器控制信号290、292和开关信号284。此外，可以注意到，控制器234可以包括算术逻辑单元、微处理器和处理器阵列中的一个或多个，以执行所需的计算/功能。虽然控制器234被示出为单个单元，但是在某些实施例中，控制器234可以包括位于相同位置或分布在不同位置的多于一个控制器。在一个实施例中，非暂时性计算机可读介质可以用程序来编码，该程序具有一系列指令，以指示控制器234执行所需的计算/功能。
开关子单元232包括彼此反并联连接的第一电子开关280和第二电子开关282。在一个实施例中，第一电子开关280和第二电子开关282包括半导体闸流管。此外，这些第一和第二电子开关280并联连接到与第二电力交换线圈134串联连接的阻抗元件204。第一电子开关280和第二电子开关282基于由控制器234产生的开关信号284被激活和去激活以改变第二电力交换线圈134的阻抗。更具体地，开关信号284的变化的占空比改变了第二电力交换线圈134的阻抗，这继而改变了非接触电力传送单元108的总阻抗。结果，第二DC电压118被控制以将第二DC电压118调节到接近或等于参考电压的值。可以注意到，开关子单元232可以包括当电子开关被激活时能够允许第二AC电流138绕过阻抗元件204的任何类型的电子开关。
在操作期间，有源电压调谐单元130从电压传感器120接收电压信号128。有源电压调谐单元130还经由第一收发器122和第二收发器124从第一转换单元104接收频率信号140和相位信号142。此外，控制器234确定第一AC电流136的相位角和第一AC电压114之间的差值。此外，控制器234确定第二DC电压118和参考电压之间的差值。此外，控制器234确定谐振频率和恒定操作频率之间的差值。
在一个实施例中，如果第二DC电压118小于参考电压并且谐振频率小于恒定操作频率和/或第一AC电流136的相位角小于第一AC电压114的相位角，则控制器234增加开关信号284的占空比以增加在一个或多个电负载152上的第二DC电压118。特别地，控制器234确定非接触电力传送单元108是本质上电感性的。控制器234增加开关信号284的开关脉冲的占空比，该占空比对应于第二DC电压118与参考电压之间的差值以及谐振频率与恒定操作频率之间的差值。结果，第二电力交换线圈134的阻抗减小，并且在一个或多个电负载152上的第二DC电压118增加以匹配参考电压。在一个实施例中，第二DC电压118增加到接近或等于参考电压的值。
如果第二DC电压118大于参考电压并且谐振频率小于恒定操作频率和/或第一AC电流136的相位角小于第一AC电压114的相位角，则控制器234减小开关信号284的占空比以减小在一个或多个电负载152上的第二DC电压118。特别地，控制器234确定非接触电力传送单元108是本质上电感性的。控制器234减小开关信号284的开关脉冲的占空比，该占空比对应于第二DC电压118与参考电压之间的差值以及谐振频率与恒定操作频率之间的差值。结果，第二电力交换线圈134的阻抗减小，并且在一个或多个电负载152上的第二DC电压118减小以匹配参考电压。在一个实施例中，第二DC电压118减小到接近或等于参考电压的值。
如果第二DC电压118小于参考电压并且谐振频率大于恒定操作频率和/或第一AC电流136的相位角大于第一AC电压114的相位角，则控制器234减小开关信号284的占空比以增加在一个或多个电负载152上的第二DC电压118。特别地，控制器234确定非接触电力传送单元108是本质上电容性的。此外，控制器234减小开关信号284的开关脉冲的占空比，该占空比对应于第二DC电压118与参考电压之间的差值以及谐振频率与恒定操作频率之间的差值。结果，第二电力交换线圈134的阻抗增加，并且在一个或多个电负载152上的第二DC电压118增加以匹配参考电压。
如果第二DC电压118大于参考电压并且谐振频率大于恒定操作频率和/或第一AC电流136的相位角大于第一AC电压114的相位角，则控制器234增加开关信号284的占空比以减小在一个或多个电负载152上的第二DC电压118。特别地，控制器234确定非接触电力传送单元108是本质上电容性的。控制器234增加开关信号284的开关脉冲的占空比，该占空比对应于第二DC电压118与参考电压之间的差值以及谐振频率与恒定操作频率之间的差值。结果，第二电力交换线圈134的阻抗减小，并且在电负载152上的第二DC电压118减小以匹配参考电压。
因此，控制器234通过改变开关信号284的占空比来控制在一个或多个电负载152上的第二DC电压118。此外，第二DC电压118被控制，而不将一个或多个电负载152与无线电力传送***100分离。第二DC电压118被控制，而不改变无线电力传送***100的操作频率。此外，无线电力传送***100的电压增益的变化被显著地最小化，这又降低了对无线电力传送***100的部件的压力。
参看图3，描绘根据本发明的另一实施例的无线电力传送***300的示意性表示。无线电力传送***300类似于图2的无线电力传送***200，不同的是有源电压调谐单元130连接到第一电力交换线圈132。特别地，有源电压调谐单元130并联连接到串联连接到第一电力交换线圈132的阻抗元件304。有源电压调谐单元130被配置成经由第一收发器122和第二收发器124从电压传感器120接收电压信号128。此外，有源电压调谐单元130直接连接到第一转换单元104以从控制单元106接收频率信号140和相位信号142。如前所述，基于第二DC电压118和参考电压之间的差值、以及谐振频率和恒定操作频率之间的差值与第一AC电流136的相位角和第一AC电压114的相位角之间的差值中的至少一个，来控制第二DC电压118。
参看图4，描绘了示出根据本发明的实施例的用于保护无线电力传送***的方法400的流程图。在步骤402处，输入电力的第一DC电压由第一转换单元转换成第一AC电压。第一转换单元在确定的开关频率下操作以将输入电力的第一DC电压转换成第一AC电压。
随后，在步骤404处，该方法包括由非接触电力传送单元接收具有第一AC电压的输入电力，然后发送具有对应于第一AC电压的第二AC电压的电力。非接触电力传送单元将具有第二AC电压的输入电力发送到第二转换单元。此外，在步骤406处，由第二转换单元将接收到的电力的第二AC电压转换为第二DC电压。在步骤408处，将具有第二DC电压的电力从第二转换单元发送到一个或多个电负载。在一个实施例中，一个或多个电负载可以是一个或多个电池，所述一个或多个电池使用具有从第二转换单元接收的第二DC电压的输入电力以电气方式充电。
在步骤410处，该方法包括基于第二DC电压和参考电压之间的差值、以及谐振频率和恒定操作频率之间的差值及第一AC电压的相位角和AC电流的相位角之间的差值中的至少一者，来控制第二DC电压。控制器基于第二DC电压和参考电压之间的差值、以及谐振频率和恒定操作频率之间的差值及第一AC电流的相位角和第一AC电压的相位角之间的差值中的至少一者，来改变开关信号的占空比。此外，控制器将具有变化的占空比的开关信号发送到开关子单元以控制在一个或多个电负载上的第二DC电压。
参看图5，描绘了根据本发明的实施例的相对于第一AC电压的第一AC电流的变化的图形表示500。附图标记506表示指示第一AC电流和第一AC电压的大小的Y轴线。类似地，附图标记508表示指示第一AC电流和第一AC电压的相位角的X轴线。此外，附图标记502表示无线电力传送***的第一AC电流的电流波形。类似地，附图标记504表示无线电力传送***的第一AC电压的电压波形。在图示实施例中，电流波形502的相位角相对于电压波形504的相位角滞后。特别地，第一AC电流的相位角小于第一AC电压的相位角，这又指示非接触电力传送单元在本质上/操作中是电感性的。
参看图6，描绘了根据本发明的实施例的第二DC电压、参考电压和来自控制器的开关信号的变化的图形表示600。附图标记610表示指示第二DC电压(Vo)、参考电压(Vref)的大小的Y轴线。附图标记614表示指示开关信号的大小的Y轴线。类似地，附图标记612、616表示指示时间的X轴线。此外，附图标记602表示参考电压。附图标记604表示第二DC电压。此外，附图标记606表示从控制器接收的开关信号。如图6所描绘，由于在时刻608处的一个或多个电负载中的变化，第二DC电压604降低到参考电压602以下。然而，在时刻608处，控制器改变开关信号606的占空比，开关信号606被发送到非接触电力传送单元的开关子单元，以控制第二DC电压，使得第二DC电压与参考电压相匹配。
根据本说明书讨论的示例性实施例，示例性***和方法有助于保护无线电力传送***中的一个或多个部件而不断开负载。此外，示例性***和方法有助于控制或调节输出电压，而不改变无线电力传送***的操作频率。结果，无线电力传送***中的一个或多个部件被保护，而不使部件彼此分离。此外，通过控制第二DC电压，无线电力传送***的电压增益的变化被显著地最小化，这又降低了对无线电力传送***的部件的压力。
虽然本文中仅说明且描述本发明的某些特征，但所属领域的技术人员将进行许多修改及改变。因此，应理解，所附权利要求书旨在涵盖属于本发明的真实精神内的所有此类修改及改变。

Claims (40)

1.一种无线电力传送***(100)，包括：
第一转换单元(104)，其在恒定操作频率下可操作并且被配置成将输入电力的第一DC电压转换为第一AC电压；
非接触电力传送单元(108)，其耦合到所述第一转换单元(104)并且被配置成传送具有所述第一AC电压的所述输入电力，其中，所述非接触电力传送单元(108)至少包括彼此磁性耦合并可在谐振频率下操作的第一电力交换线圈(132)和第二电力交换线圈(134)；
第二转换单元(110)，其耦合到所述非接触电力传送单元(108)并且被配置成：从所述非接触电力传送单元(108)接收具有对应于所述第一AC电压的第二AC电压的电力；将接收的电力的所述第二AC电压转换为第二DC电压；并且将具有所述第二DC电压的所述电力传送到电负载(152)；和
有源电压调谐单元(130)，其耦合到所述非接触电力传送单元(108)并且被配置成基于所述第二DC电压和参考电压之间的差以及下列之中的至少一个来控制所述第二DC电压：在所述谐振频率和所述恒定操作频率之间的差；以及所述第一AC电压的相位角和AC电流的相位角之间的差。
2.根据权利要求1所述的无线电力传送***(100)，其中，所述有源电压调谐单元(130)包括：
开关子单元(232)，其并行耦合到阻抗元件(204,304)，所述阻抗元件(204,304)串行耦合到所述第一电力交换线圈(132)和所述第二电力交换线圈(134)中的一个；
控制器(234)，其耦合到所述开关子单元(232)并且被配置成：
基于所述第二DC电压和所述参考电压之间的差以及下列之中的至少一个来改变开关信号的占空比：在所述谐振频率和所述恒定操作频率之间的差；以及所述第一AC电压的所述相位角和所述AC电流的所述相位角之间的差；和
将具有改变的占空比的所述开关信号传送到所述开关子单元(232)以控制跨所述电负载(152)的所述第二DC电压。
3.根据权利要求2所述的无线电力传送***(100)，其中，所述控制器(234)被配置成：如果所述第二DC电压小于所述参考电压，并且如果发生下列中的至少一个，则增加所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率小于所述恒定操作频率；以及所述AC电流的所述相位角小于所述第一AC电压的所述相位角。
4.根据权利要求3所述的无线电力传送***(100)，其中，所述控制器(234)被配置成：增加所述开关信号的所述占空比，以增加所述第二DC电压，使得所述第二DC电压与所述参考电压相匹配。
5.根据权利要求2所述的无线电力传送***(100)，其中，所述控制器(234)被配置成：如果所述第二DC电压大于所述参考电压，并且如果发生下列中的至少一个，则减小所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率小于所述恒定操作频率；以及所述AC电流的所述相位角小于所述第一AC电压的所述相位角。
6.根据权利要求5所述的无线电力传送***(100)，其中，所述控制器(234)被配置成：减小所述开关信号的所述占空比，以减小所述第二DC电压，使得所述第二DC电压与所述参考电压相匹配。
7.根据权利要求2所述的无线电力传送***(100)，其中，所述控制器(234)被配置成：如果所述第二DC电压小于所述参考电压，并且如果发生下列中的至少一个，则减小所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率大于所述恒定操作频率；以及所述AC电流的所述相位角大于所述第一AC电压的所述相位角。
8.根据权利要求7所述的无线电力传送***(100)，其中，所述控制器(234)被配置成：减小所述开关信号的所述占空比，以增加所述第二DC电压，使得所述第二DC电压与所述参考电压相匹配。
9.根据权利要求2所述的无线电力传送***(100)，其中，所述控制器(234)被配置成：如果所述第二DC电压大于所述参考电压，并且如果发生下列中的至少一个，则增加所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率大于所述恒定操作频率；以及所述AC电流的所述相位角大于所述第一AC电压的所述相位角。
10.根据权利要求9所述的无线电力传送***(100)，其中，所述控制器(234)被配置成：增加所述开关信号的所述占空比，以减小所述第二DC电压，使得所述第二DC电压与所述参考电压相匹配。
11.根据权利要求2所述的无线电力传送***(100)，其中，所述开关子单元(232)包括彼此反并行耦合的第一电子开关(280)和第二电子开关(282)，其中，所述控制器(234)被配置成基于所述开关信号的所述改变的占空比来激活和去激活所述第一电子开关(280)和所述第二电子开关(282)中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的无线电力传送***(100)，其中，所述第一电子开关(280)和所述第二电子开关(282)中的至少一个被激活和去激活以改变所述非接触电力传送单元(108)的阻抗，使得跨所述电负载(152)对应地改变所述第二DC电压。
13.根据权利要求2所述的无线电力传送***(100)，还包括：
电压传感器(120)，其电耦合到所述电负载(152)并且被配置成确定跨所述电负载(152)的所述第二DC电压；
第一收发器(122)，其耦合到所述电压传感器(120)并且被配置成接收表示所述第二DC电压的电压信号并传送表示所述第二DC电压的所述电压信号；和
第二收发器(124)，其通信地耦合到所述第一收发器(122)并且被配置成接收所述电压信号并将所述电压信号传送到所述第一转换单元(104)。
14.根据权利要求13所述的无线电力传送***(100)，其中，如果所述有源电压调谐单元(130)耦合到所述第二电力交换线圈(134)，则所述控制器(234)被配置成：
从所述电压传感器(120)接收表示所述第二DC电压的所述电压信号；
经由所述第一收发器(122)和所述第二收发器(124)从所述第一转换单元(104)接收表示所述谐振频率和所述恒定操作频率之间的差的频率信号；和
经由所述第一收发器(122)和所述第二收发器(124)从所述第一转换单元(104)接收表示所述第一AC电压的所述相位角和所述AC电流的所述相位角之间的差的相位信号。
15.根据权利要求13所述的无线电力传送***(100)，其中，如果所述有源电压调谐单元(130)耦合到所述第一电力交换线圈(132)，则所述控制器(234)被配置成：
经由所述第一收发器(122)和所述第二收发器(124)从所述第一转换单元(104)接收表示所述第二DC电压的所述电压信号；
从所述第一转换单元(104)接收表示所述谐振频率和所述恒定操作频率之间的差的频率信号；和
从所述第一转换单元(104)接收表示所述第一AC电压的所述相位角和所述AC电流的所述相位角之间的差的相位信号。
16.一种用于操作无线电力传送***(100)的方法(400)，所述方法包括：
由第一转换单元(104)将输入电力的第一DC电压转换为第一AC电压；
由非接触电力传送单元(108)从所述第一转换单元(104)接收具有所述第一AC电压的所述输入电力，并且传送具有对应于所述第一AC电压的第二AC电压的电力；
由第二转换单元(110)将所述第二AC电压转换为第二DC电压；
将具有所述第二DC电压的所述电力从所述第二转换单元(110)传送到电负载(152)；和
由有源电压调谐单元(130)基于所述第二DC电压和参考电压之间的差以及下列之中的至少一个来控制所述第二DC电压：所述非接触电力传送单元(108)的谐振频率和所述第一转换单元(104)的恒定操作频率之间的差；以及所述第一AC电压的相位角和AC电流的相位角之间的差。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，控制(410)所述第二DC电压包括：
由控制器(234)基于所述第二DC电压和所述参考电压之间的差以及下列中的至少一个来改变开关信号的占空比：在所述谐振频率和所述恒定操作频率之间的差；以及所述第一AC电压的所述相位角和所述AC电流的所述相位角之间的差；和
将具有改变的占空比的所述开关信号传送到开关子单元(232)以控制跨所述电负载(152)的所述第二DC电压。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，改变所述开关信号的所述占空比包括：
如果所述第二DC电压小于所述参考电压，并且如果发生下列中的至少一个，则增加所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率小于所述恒定操作频率；以及所述AC电流的所述相位角小于所述第一AC电压的所述相位角；和
如果所述第二DC电压大于所述参考电压，并且如果发生下列中的至少一个，则减小所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率小于所述恒定操作频率；以及所述AC电流的所述相位角小于所述第一AC电压的所述相位角。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，改变所述开关信号的所述占空比包括：
如果所述第二DC电压小于所述参考电压，并且如果发生下列中的至少一个，则减小所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率大于所述恒定操作频率；以及所述AC电流的所述相位角大于所述第一AC电压的所述相位角；和
如果所述第二DC电压大于所述参考电压，并且如果发生下列中的至少一个，则增加所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率大于所述恒定操作频率；以及所述AC电流的所述相位角大于所述第一AC电压的所述相位角。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，控制(410)所述第二DC电压包括：
由所述有源电压调谐单元(130)从电压传感器(120)接收表示所述第二DC电压的电压信号；经由第一收发器(122)和第二收发器(124)从所述第一转换单元(104)接收表示所述谐振频率和所述恒定操作频率之间的差的频率信号；和
经由所述第一收发器(122)和所述第二收发器(124)从所述第一转换单元(104)接收表示所述第一AC电压的所述相位角和所述AC电流的所述相位角之间的差的相位信号。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，控制(410)所述第二DC电压包括：
由所述有源电压调谐单元(130)经由第一收发器(122)和第二收发器(124)从电压传感器(120)接收表示所述第二DC电压的电压信号；
从所述第一转换单元(104)接收表示所述谐振频率和所述恒定操作频率之间的差的频率信号；和
从所述第一转换单元(104)接收表示所述第一AC电压的所述相位角和所述第一AC电流的所述相位角之间的差的相位信号。
22.一种供与无线电力发射器一起使用的无线电力接收器，所述无线电力发射器具有耦合到第一转换单元的第一电力交换线圈，所述第一转换单元基于恒定操作频率将具有第一DC电压的输入电力转换为具有第一AC电压的发射电力，所述无线电力接收器包括：
第二电力交换线圈，所述第二电力交换线圈被配置成从所述无线电力发射器的所述第一电力交换线圈接收所接收的电力，所述所接收的电力具有与所述发射电力的所述第一AC电压相对应的第二AC电压；
第二转换单元，所述第二转换单元被配置成将所述所接收的电力的所述第二AC电压转换为第二DC电压，并将具有所述第二DC电压的所述所接收电力提供给电负载；以及
有源电压调谐单元，所述有源电压调谐单元耦合到所述第二电力交换线圈，并被配置成基于所述第二DC电压和参考电压之间的差以及下列之中的至少一个来控制所述第二DC电压：所述第二电力交换线圈的谐振频率和所述第一转换单元的所述恒定操作频率之间的差；以及
所述第一AC电压的相位角与AC电流的相位角之间的差。
23.根据权利要求22所述的无线电力接收器，其中，所述第二电力交换线圈被配置成磁性耦合到所述第一电力交换线圈。
24.根据权利要求22所述的无线电力接收器，其中，所述有源电压调谐单元包括：
开关子单元，其并行耦合到阻抗元件，所述阻抗元件串行耦合到所述第一电力交换线圈和所述第二电力交换线圈中的一个；
控制器，其耦合到所述开关子单元并且被配置成：
基于所述第二DC电压和所述参考电压之间的差以及下列之中的至少一个来改变开关信号的占空比：在所述谐振频率和所述恒定操作频率之间的差；以及所述第一AC电压的所述相位角和所述AC电流的所述相位角之间的差；和
将具有改变的占空比的所述开关信号提供到所述开关子单元以控制跨所述电负载的所述第二DC电压。
25.根据权利要求24所述的无线电力接收器，其中，所述控制器被配置成：如果所述第二DC电压小于所述参考电压，并且如果发生下列中的至少一个，则增加所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率小于所述恒定操作频率；和所述AC电流的所述相位角小于所述第一AC电压的所述相位角。
26.根据权利要求24所述的无线电力接收器，其中，所述控制器被配置成增加所述开关信号的所述占空比，以增加所述第二DC电压，使得所述第二DC电压与所述参考电压相匹配。
27.根据权利要求24所述的无线电力接收器，其中，所述控制器(234)被配置成：如果所述第二DC电压大于所述参考电压，并且如果发生下列中的至少一个，则减小所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率小于所述恒定操作频率；和所述AC电流的所述相位角小于所述第一AC电压的所述相位角。
28.根据权利要求27所述的无线电力接收器，其中，所述控制器被配置成减小所述开关信号的所述占空比，以减小所述第二DC电压，使得所述第二DC电压与所述参考电压相匹配。
29.根据权利要求24所述的无线电力接收器，其中，所述控制器被配置成：如果所述第二DC电压小于所述参考电压，并且如果发生下列中至少一个个，则减小所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率大于所述恒定操作频率；和所述AC电流的所述相位角大于所述第一AC电压的所述相位角。
30.根据权利要求29所述的无线电力接收器，其中，所述控制器被配置成减小所述开关信号的所述占空比，以增加所述第二DC电压，使得所述第二DC电压与所述参考电压相匹配。
31.根据权利要求24所述的无线电力接收器，其中，所述控制器被配置成：如果所述第二DC电压大于所述参考电压，并且如果发生下列中的至少一个，则增加所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率大于所述恒定操作频率；和所述AC电流的所述相位角大于所述第一AC电压的所述相位角。
32.根据权利要求31所述的无线电力接收器，其中，所述控制器被配置成增加所述开关信号的所述占空比，以减小所述第二DC电压，使得所述第二DC电压与所述参考电压相匹配。
33.根据权利要求24所述的无线电力接收器，其中，所述开关子单元包括彼此反并行耦合的第一电子开关和第二电子开关，其中所述控制器被配置成基于所述开关信号的所述改变的占空比来激活和去激活所述第一电子开关和所述第二电子开关中的至少一个。
34.根据权利要求33所述的无线电力接收器，其中，所述第一电子开关和所述第二电子开关中的至少一个被激活和去激活以改变所述第二电力交换线圈的阻抗，使得所述第二DC电压跨所述电负载相应地改变。
35.根据权利要求22所述的无线电力接收器，还包括：
电压传感器，其电耦合到所述电负载并且被配置成确定跨所述电负载的所述第二DC电压；以及
第一收发器，其耦合到所述电压传感器并且被配置成接收表示所述第二DC电压的电压信号并提供表示所述第二DC电压的所述电压信号到通信地耦合到所述第一收发器的第二收发器。
36.根据权利要求35所述的无线电力接收器，其中，所述控制器还被配置成：
从所述电压传感器接收表示所述第二DC电压的所述电压信号；
经由所述第一收发器和所述第二收发器从所述第一转换单元接收表示所述谐振频率和所述恒定操作频率之间的差的频率信号；和
经由所述第一收发器和所述第二收发器从所述第一转换单元接收表示所述第一电压的所述相位角和所述AC电流的所述相位角之间的差的相位信号。
37.根据权利要求22所述的无线电力接收器，其中，所述第二转换单元被配置成将由所述有源电压调谐单元控制的所述第二DC电压提供到交通工具的电池。
38.一种用于操作供与无线电力发射器一起使用的无线电力接收器的方法，所述无线电力发射器具有耦合到第一转换单元的第一电力交换线圈，所述第一转换单元基于恒定操作频率将具有第一DC电压的输入电力转换为具有第一AC电压的发射电力，所述方法包括：
由第二电力交换线圈从所述无线电力发射器的所述第一电力交换线圈接收所接收的电力，所述所接收的电力具有与所述发射电力的所述第一AC电压相对应的第二AC电压；
由第二转换单元将所述所接收的电力的所述第二AC电压转换为第二DC电压；
将具有所述第二DC电压的所述所接收电力从所述第二转换单元提供给电负载；以及
由有源电压调谐单元基于所述第二DC电压和参考电压之间的差以及下列之中的至少一个来控制所述第二DC电压：所述第二电力交换线圈的谐振频率和所述第一转换单元的所述恒定操作频率之间的差；以及所述第一AC电压的相位角与AC电流的相位角之间的差。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，控制所述第二DC电压包括：
由控制器基于所述第二DC电压和所述参考电压之间的差以及下列中的至少一个，来改变开关信号的占空比：在所述谐振频率和所述恒定操作频率之间的差；以及所述第一AC电压的所述相位角和所述AC电流的所述相位角之间的差；和
将具有改变的占空比的所述开关信号提供到开关子单元以控制跨所述电负载的所述第二DC电压。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，改变所述开关信号的所述占空比包括：
如果所述第二DC电压小于所述参考电压，并且如果发生下列中的至少一个，则增加所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率小于所述恒定操作频率；和所述AC电流的所述相位角小于所述第一AC电压的所述相位角；和
如果所述第二DC电压大于所述参考电压，并且如果发生下列中的至少一个，则减小所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率小于所述恒定操作频率；和所述AC电流的所述相位角小于所述第一AC电压的所述相位角；
如果所述第二DC电压小于所述参考电压，并且如果发生下列中的至少一个，则减小所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率大于所述恒定操作频率；和所述AC电流的所述相位角大于所述第一AC电压的所述相位角；和
如果所述第二DC电压大于所述参考电压，并且如果发生下列中的至少一个，则增加所述开关信号的所述占空比：所述谐振频率大于所述恒定操作频率和所述AC电流的所述相位角大于所述第一AC电压的所述相位角。
CN201711039368.9A 2016-10-28 2017-10-30 用于主动控制无线电力传送***的输出电压的***和方法 Active CN108023412B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310833729.6A CN116961252A (zh) 2016-10-28 2017-10-30 用于主动控制无线电力传送***的输出电压的***和方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN201641037044 2016-10-28
IN201641037044 2016-10-28

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310833729.6A Division CN116961252A (zh) 2016-10-28 2017-10-30 用于主动控制无线电力传送***的输出电压的***和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108023412A CN108023412A (zh) 2018-05-11
CN108023412B true CN108023412B (zh) 2023-07-28

Family

ID=62020637

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711039368.9A Active CN108023412B (zh) 2016-10-28 2017-10-30 用于主动控制无线电力传送***的输出电压的***和方法
CN202310833729.6A Pending CN116961252A (zh) 2016-10-28 2017-10-30 用于主动控制无线电力传送***的输出电压的***和方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310833729.6A Pending CN116961252A (zh) 2016-10-28 2017-10-30 用于主动控制无线电力传送***的输出电压的***和方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10411516B2 (zh)
CN (2) CN108023412B (zh)
SG (1) SG10201708314TA (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG10201708314TA (en) 2016-10-28 2018-05-30 Gen Electric System and method for actively controlling output voltage of a wireless power transfer system
TW202105877A (zh) * 2019-03-12 2021-02-01 加拿大商達納解析公司 功率轉移系統及方法
CN110549855A (zh) * 2019-09-16 2019-12-10 中车株洲电力机车有限公司 磁浮列车的无接触感应供电***
JP7431957B2 (ja) * 2019-10-30 2024-02-15 華為技術有限公司 無線充電受信端、システムおよび制御方法
CN110808625B (zh) * 2019-10-30 2021-07-16 华为技术有限公司 一种无线充电的接收端、***及控制方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101277141A (zh) * 2007-03-27 2008-10-01 株式会社东芝 无线发射方法和装置、无线接收方法和装置
CN103369938A (zh) * 2012-04-03 2013-10-23 建兴电子科技股份有限公司 梳状结构屏蔽层以及其无线充电传输器
CN203261106U (zh) * 2013-04-19 2013-10-30 彭玉灵 一种无线充电电路及充电装置
CN204008906U (zh) * 2014-07-23 2014-12-10 深圳市易讯利科技有限公司 一种带高压回路监测的专变采集终端
CN104218686A (zh) * 2013-06-03 2014-12-17 Lg电子株式会社 无线电力传输方法、无线电力发送器和无线充电***
CN104659924A (zh) * 2013-11-18 2015-05-27 立锜科技股份有限公司 电源管理单元及其应用无线供电单元的装置和方法
CN105309018A (zh) * 2013-10-31 2016-02-03 华为技术有限公司 一种传输方法和装置
CN105515216A (zh) * 2014-10-07 2016-04-20 日立-Lg数据存储韩国公司 无线传输电力的设备和方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1634355B1 (en) * 2003-05-23 2018-10-10 Auckland Uniservices Limited Methods and apparatus for control of inductively coupled power transfer systems
AU2004241916A1 (en) * 2003-05-23 2004-12-02 Auckland Uniservices Limited Frequency controlled resonant converter
US8004235B2 (en) 2006-09-29 2011-08-23 Access Business Group International Llc System and method for inductively charging a battery
EP2311052B1 (en) 2008-07-07 2018-11-14 Apple Inc. A contactless power receiver and method of operation
US8923015B2 (en) * 2008-11-26 2014-12-30 Auckland Uniservices Limited Primary-side power control for inductive power transfer
EP2564403B1 (en) * 2010-04-30 2016-09-21 Powermat Technologies Ltd. System and method for transfering power inductively over an extended region
FI20100427L (fi) 2010-12-21 2012-06-23 Harri Heikki Tapani Elo Menetelmä ja laite samanaikaista tasasuuntausta, säätöä ja tehokertoimen korjausta varten
WO2014007656A1 (en) * 2012-02-02 2014-01-09 Auckland Uniservices Limited Var control for inductive power transfer systems
US9412513B2 (en) 2012-03-30 2016-08-09 Tdk Corporation Wireless power transmission system
US9859955B2 (en) 2012-08-24 2018-01-02 Qualcomm Incorporated System and method for power output control in wireless power transfer systems
US20140153294A1 (en) * 2012-12-05 2014-06-05 Infineon Technologies Austria Ag AC/DC Power Converter Arrangement
JP5808355B2 (ja) 2013-03-22 2015-11-10 株式会社東芝 無線給電システム、受電制御装置、および、送電制御装置
DE102013219534A1 (de) 2013-09-27 2015-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Ladestation für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug
US9153998B2 (en) 2013-12-02 2015-10-06 Qualcomm Incorporated Wireless power orthogonal polarization antenna array
US9490704B2 (en) * 2014-02-12 2016-11-08 Delta Electronics, Inc. System and methods for controlling secondary side switches in resonant power converters
WO2015182335A1 (ja) * 2014-05-30 2015-12-03 株式会社Ihi 非接触給電システム、受電装置及び送電装置
JP6326135B2 (ja) * 2014-06-13 2018-05-16 株式会社東芝 駆動装置およびその方法、ならびに無線電力伝送装置
CN104218640B (zh) 2014-08-29 2016-09-28 中国科学院电工研究所 具有多负载频率适应性的无线充电***
US9866041B2 (en) * 2014-11-28 2018-01-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electric power transmission device
SG10201708314TA (en) 2016-10-28 2018-05-30 Gen Electric System and method for actively controlling output voltage of a wireless power transfer system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101277141A (zh) * 2007-03-27 2008-10-01 株式会社东芝 无线发射方法和装置、无线接收方法和装置
CN103369938A (zh) * 2012-04-03 2013-10-23 建兴电子科技股份有限公司 梳状结构屏蔽层以及其无线充电传输器
CN203261106U (zh) * 2013-04-19 2013-10-30 彭玉灵 一种无线充电电路及充电装置
CN104218686A (zh) * 2013-06-03 2014-12-17 Lg电子株式会社 无线电力传输方法、无线电力发送器和无线充电***
CN105309018A (zh) * 2013-10-31 2016-02-03 华为技术有限公司 一种传输方法和装置
CN104659924A (zh) * 2013-11-18 2015-05-27 立锜科技股份有限公司 电源管理单元及其应用无线供电单元的装置和方法
CN204008906U (zh) * 2014-07-23 2014-12-10 深圳市易讯利科技有限公司 一种带高压回路监测的专变采集终端
CN105515216A (zh) * 2014-10-07 2016-04-20 日立-Lg数据存储韩国公司 无线传输电力的设备和方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108023412A (zh) 2018-05-11
US20180123398A1 (en) 2018-05-03
US11075545B2 (en) 2021-07-27
US10411516B2 (en) 2019-09-10
US20190356171A1 (en) 2019-11-21
CN116961252A (zh) 2023-10-27
SG10201708314TA (en) 2018-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108023412B (zh) 用于主动控制无线电力传送***的输出电压的***和方法
US10897153B2 (en) System and method for charging receiver devices
JP7289955B2 (ja) ワイヤレス電力伝送システムを保護するための方法およびシステム
CN107887984B (zh) 用于无线电力传送***的过电压保护
JP7289939B2 (ja) ワイヤレス電力伝送システムを保護するためのシステムおよび方法
US11081900B2 (en) Charging pads and methods for charging receiver devices having different frequency standards
CN110999030B (zh) 无线充电装置、接收器装置及其相关方法
US9893568B2 (en) Wireless power transmitter, control circuit and control method thereof, and charger
US20180041065A1 (en) System and method for charging receiver devices
US20230268775A1 (en) Wireless charging device and a method for detecting a receiver device
JP2016226242A (ja) 非接触給電装置
US20200274390A1 (en) A wireless power transceiver device and an associates method thereof
JP6609445B2 (ja) ワイヤレス送電装置、その制御回路および制御方法、充電器
JP2019022444A (ja) 非接触給電装置
WO2018111820A1 (en) A charging pad and a method for detecting at least one receiver device
JP2019022445A (ja) 非接触給電装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant