CN104919550A - 使用能量注入的感应电力传输控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及感应电力传输(IPT)系统，并且对IPT系统的控制以及IPT系统初级电源的操作具有具体相关性。提供一种用于控制具有切换谐振电路的IPT系统初级电源的方法；该方法包括：确定系统的参数值；基于参数值确定具有持续时间的能量注入切换图案；根据所确定的能量注入切换图案控制谐振电路。

Description

使用能量注入的感应电力传输控制
技术领域
本发明涉及感应电力传输(inductive power transfer，IPT)系统，并且对IPT系统控制以及IPT系统初级电源操作具有具体相关性。
背景技术
感应电力传输(IPT)系统是众所周知的。典型的IPT系统的一个示例在图1中示出，其中通常以转换器形式提供的电源1激励初级传导路径或轨道2。电源通常生成沿着轨道2的高频电流，其中轨道2通常是分离线圈，但是在其它实施例中可以包括单个回路。轨道2中生成的磁场使拾波(pick up)装置4的拾波线圈3能够感应地耦合到轨道。拾波器4包括调节接收的电力的控制电路5，以便提供合适的电源给负载6。
为了在轨道2中生成高频电流，电源1中的开关的工作频率通常等于实际的系统频率。这使得用于这些电源的控制器设计复杂并且昂贵。在实践中，控制可用于拾波器4的电力可能有问题，并且在现有系统中试图提供适当控制能够在负载瞬变或启动情况期间导致不可预测的电压和电流过冲。这些状况能够损害切换装置或系统中的其它组件。
发明内容
本发明的一个目的是提供改进的IPT系统控制方法或设备，或提供认可的IPT系统电源，或提供改进的IPT系统，该系统至少改善一个或更多个已知系统的缺点，或至少提供一种有用的替代方案。
相应地，在一个方面，本发明广泛地包括一种用于控制具有切换谐振电路(switched resonant circuit)的IPT系统初级电源的方法，该方法包括如下步骤：
1.)通过比较系统参数值与所需值确定误差；
2.)使用误差幅度确定用于切换谐振电路的能量注入切换序列(energy injection switching sequence)，通过确定a)注入序列中能量注入事件的数量，和b)确定序列中的能量注入事件的分布。
在一个实施例中，参数指示电力输出或电力可用性。这可以是次级上的输出或负载电压。
在一个实施例中，参数是从初级电源可得到的电力。在一个示例中，这可以被测量为电压，或者可以使用其它参数来测量。类似地，在一个实施例中，初级电源的输出是从电源可得到的电力，但是可以可替代地是另一个参数。
在一个实施例中，误差包括误差信号。在其它实施例中，误差被计算并包括用于处理器中以实现控制算法的数据。
在一个实施例中，所需输出包括初级电源供给的IPT拾波器的所需输出。类似地，在一些实施例中，初级电源的输出包括初级电源正供给的IPT拾波器的输出。
优选地，处理器用于确定能量注入切换序列，和/或注入序列中的能量注入事件的数量，和/或序列中的能量注入事件的分布。
在另一个方面，本发明广泛地包括用于具有切换谐振电路的IPT系统初级电源的控制部件，该控制部件包括
1.通过比较系统参数值与所需值确定误差信号的部件。
2.通过使用误差信号的幅度确定能量注入序列以用于切换谐振电路的部件，通过确定a)注入序列中能量注入事件的数量，和b)确定序列中的能量注入事件的分布。
在一个实施例中，参数指示电力输出或电力可用性。
在一个实施例中，所需输出是从初级电源可得到的电力。在一个实例中，这可以被测量为电压，或者可以使用另一个参数测量。类似地，在一个实施例中，初级电源的输出是从电源可得到的电力，但是可以可替代地是另一个参数。
在一个实施例中，误差包括误差信号。在其它实施例中，误差被计算并包括用于处理器中以实现控制算法的数据。
在一个实施例中，所需输出包括初级电源供给的IPT拾波器的所需输出。类似地，在一些实施例中，初级电源的输出可以包括正由初级电源供给的IPT拾波器的输出。
优选地，处理器用于确定能量注入切换序列，和/或注入序列中的能量注入事件的数量，和/或序列中的能量注入事件的分布。
在进一步方面，本发明广泛地包括根据本发明前述的包括控制器的IPT系统。
在另一个方面，提供一种用于控制具有切换谐振电路的IPT系统初级电源的方法，该方法包括：确定系统的参数值；基于参数值确定具有持续时间的能量注入切换图案；根据确定的能量注入切换图案控制谐振电路。
使用时，IPT初级电源将位于邻近用于传输电力到所连接的负载的IPT次级拾波器电路的位置。这种布置允许容易地适应耦合状况和次级上的负载状况的变化，例如线圈之间的距离。较短的持续时间图案允许迅速适应这种瞬变，而较长的持续时间图案允许更精细的电力传输控制，以便与设定点更紧密地对齐并提高效率。具体地，能够降低损失和减少发热。各种持续时间图案提供的灵活性控制还允许支持更大的耦合间隙。另外，通过提高效率和更灵活的系统管理，电路组件(诸如开关和电容器)上的应力减小，从而延长它们的有效寿命，或允许组件减免，因此能够更便宜供应。提供更大的灵活性还使在系统设计中，次级中的切换组件可以减少，从而延长次级寿命和可靠性。这在诸如可植入医疗装置的应用中可能特别重要的。
在一个实施例中，注入切换图案中的能量注入事件的数量和/或分布取决于参数值。
在一个实施例中，改变一系列图案中的能量注入事件的分布，同时在系列的每个图案中保持相同数量的能量注入事件。通过保持相同数量的注入事件但改变图案，传输的电力恒定并且建立能够检测图案系列的通信信道。这能够用于发送数字信息。传输的电力的调制可以替代地用于改变和/或减少电力系统产生的电磁噪声。当部署在敏感环境中时，这可以是特别有利的。
在一个实施例中，持续时间包括具有电路的谐振频率的若干周期的图案长度。当参数值低于阈值时，图案长度的周期数量可以是预定数量，否则是更高的数量。这种布置允许系统恢复到短图案以用于处理瞬态状况，诸如次级负载的突然变化，或例如通过改变初级线圈和次级线圈之间距离引起的耦合变化。
实施例可以提供具有不同数量周期的若干切换图案，以便处理不同状况。这些图案之间的选择或切换可以直接取决于参数值的变化，或选择新图案可以取决于参数值随时间的变化。因此，例如随着系统在瞬态状况之后表现为稳定的，可以选择越来越长的持续时间图案。
在一个实施例中，根据通过比较系统的参数值与所需值确定的误差，控制谐振电路。
系统参数可以指示电力输出或电力可用性。
在一个实施例中，IPT系统初级电源用于对植入式医疗装置充电。
另一个方面，提供一种具有切换谐振电路的IPT系统初级电源，并且包括：用于确定系统参数值的部件；用于基于参数值确定具有持续时间的能量注入切换图案的部件；用于根据确定的能量注入切换图案控制谐振电路的部件。
还可以提供一种IPT系统，该IPT系统具有IPT系统初级电源和用于向连接到次级的负载无线传输电力的次级拾波器。一种示例性负载是诸如用于心脏泵的电源的植入装置。
在一个实施例中，切换谐振电路具有由确定的能量注入切换图案控制的多个开关。
在一个实施例中，注入切换图案中的能量注入事件的数量和/或分布取决于参数值。能量注入事件可以取决于切换谐振电路的谐振频率周期。
在一个实施例中，IPT系统初级电源还包括：用于通过比较系统参数值与所需值以确定误差的部件，以及用于确定能量注入切换图案的部件被设置以基于误差确定持续时间。
在一个实施例中，持续时间包括具有电路谐振频率的若干周期的图案长度，以及其中图案包括取决于参数值的注入切换图案中的能量注入事件的数量和/或分布，能量注入事件取决于谐振频率周期。
在另一个方面，提供一种用于实施控制具有切换谐振电路的IPT系统初级电源的方法的计算机程序；该方法包括：确定系统的参数值；基于参数值确定具有持续时间的能量注入切换图案；根据确定的能量注入切换图案控制谐振电路。
计算机程序可以在计算机程序产品中实现，其可以是非临时性的，诸如CD-ROM，或临时性(介质)，诸如通过RF信号携带或从因特网下载的。
在另一个方面，提供一种方法，其用于控制耦合到IPT系统初级电源的IPT系统次级拾波器，该拾波器具有切换谐振电路；该方法包括：确定系统的参数值；基于参数值确定具有持续时间的能量注入切换图案；根据确定的能量注入切换图案控制谐振电路。
原理上与能量注入到初级类似，但是使用相同类型的切换控制以调节供给的电力从而改变负载状况。这可以通过根据切换图案使次级电路短路或开路实现。这可以结合使用或不使用上述定义的能量注入切换图案的初级使用。
在另一方面，提供一种方法，其用于控制具有切换谐振电路的IPT系统初级电源，该方法包括：响应于控制信号，选择若干能量注入切换图案中的一种；其中能量图案具有相同数量的能量注入事件，但是具有不同分布的能量注入事件；根据选择的切换图案控制切换谐振电路。
在一个实施例中，控制信号被设置以响应于通信信号调制切换图案的选择，以便将消息发送到次级。可替代地或附加地，可以控制切换图案的变化以减少或改变电磁噪声。
持续时间、图案的窗口周期的范围可以适于通信。
在一个实施例中，次级也通过选择用于调节次级电力的切换图案的方法控制，并且该方法包括响应于控制信号选择若干能量注入切换图案中的一种；其中能量图案具有相同数量的能量注入事件，但是具有不同分布的能量注入事件；根据选择的切换图案控制切换谐振电路。
通过在初级侧和次级侧两者上使用这种布置，双工通信是可能的，并且可以用于将信息传输到所连接的装置，以控制它们的初级和次级，例如通过响应于耦合状况或负载状况的变化调节谐振频率进行控制。
在另一方面，提供一种IPT系统，其包括前面定义的或本文进一步描述的IPT初级和/或次级布置的任何组合。
本发明广泛地包括任何新颖特征或本文公开的特征的任何新颖组合。
本发明的进一步方面根据以下描述变得明显。
附图说明
图1是一种已知的典型传导电力传输系统配置的示意图。
图2是与IPT初级电源连用的提出的转换器的电路示意图。
图3示出用于根据图2的转换器的一般门极电流和跟踪电流。
图4示出用于根据图2的转换器的实施图。
图5是根据一个实施例的能量注入切换图案分辨率或持续时间控制器的流程图。
图6是根据一个实施例控制图案内的能量注入事件分布的图案发生器的流程图。
图7a和图7b示出用于能量注入切换图案的最小注入比率。
图8示出用于不同图案的波峰(crest)因子。
图9示出短路控制电路。
图10示出电力开关实施。
图11示出一种替代的短路控制电路。
图12示出开路控制电路。
具体实施方式
本发明提出一种控制IPT系统或IPT初级电源的新形式，其中分离能量注入被用于控制初级电力控制器，并因此根据需要控制IPT系统。具体是，根据本发明的能量注入允许可用于一个或更多个拾波器的电力被控制，如将在下面进一步描述的。
参看图2，示出根据本发明使用的电力转换器的一个示例。如图所示开关S1和S2与包括电感LS和电容CS的谐振电路连接。实践中，电感LS包括如参照图1所述的轨道2，并且电容CS被选择以在期望谐振频率上调谐轨道。负载电阻器R表示可变负载。如本领域技术人员可以理解的，开关S1和S2可以操作以允许谐振电路谐振。
例如，当开关S1被控制为导通状态时，源电压VDC施加到谐振电路，并且能量注入到轨道中。在电容器CS被完全充电之后，如果S1关断且S2接通，则形成用于轨道电流的自由振荡路径。电流在轨道回路中自由振荡并且能量在CS和LS之间无限传输，假设没有负载阻尼该振荡。实践中，阻尼确实存在，其引起轨道回路中的能量最终被消耗。由此能够看出，在每次注入时间段上，S1被控制为接通，而S2关断，以使得能量被注入网络。
注入的能量取决于输入DC电压和注入时间段，该注入时间段是每个能量注入事件的时间。如果到轨道电流的每个正半周期期间，开关S1接通且开关S2关断，则添加到轨道回路的电压非常迅速地达到其最大值。这在图3中示出，在图3中，用于门极1的示图有效地表示图2的开关1，而门极2有效地表示图2的开关2(如在图4中进一步示出的)。每个切换时间段是对应于谐振电路的谐振频率的持续时间。因此，在高达时间段0.5的序列的初始部分中，如图3所示，门极1在轨道中的谐振电流的一半周期内接通，然后在下一个半周期内切断，同时门极2接通。
在序列的第二部分中，门极1在轨道的谐振电流的一半周期内接通，然后在接下来的七个半周期内切断，同时门极2接通。序列的第一部分表示能量注入切换图案，对于图案长度的给定周期数量或持续时间，该图案在每个周期具有一次能量注入事件。在图3的示例中，图案长度是7周期的并且能量注入切换图案具有0.8毫秒的持续时间。第二图案每三个周期具有能量注入事件，其中图案长度为十二周期或1.2毫秒。这些能量注入切换图案能够使用输入到门极的适当二进制序列控制，例如上述第一切换图案具有101010101010的门极1输入，而第二切换图案具有1000001000001000000100000的门极1输入；其中对于门极2具有附带图案。能够调整图案长度的持续时间或周期数量以使实施例能够适应耦合状况的变化，诸如线圈之间的距离变化和/或次级上的负载状况的变化。更短的持续时间图案允许迅速地适应这种瞬变，而更长的持续时间图案允许更精细的电力传输控制，从而在具有其它优势之外，还增加了效率并减小切换组件上的应力。
在本实施例中，能够基于系统参数值使用不同的能量注入切换图案，例如可以通过使用无线通信信号将其反馈回到初级控制器的次级负载电压。能够可替代地或附加地确定的另一个系统参数是主谐振电路中的电流。能量注入切换图案的持续时间基于系统的参数值控制，谐振电路根据所确定的能量注入切换图案控制。通过基于测量或以其它方式确定的系统参数值控制谐振电路，能量注入切换图案能够根据IPT系统的当前状况(包括负载和耦合状况)进行优化。这些状况的改变或瞬变(诸如初级和次级绕组被分开)使得系统参数相应变化，然后该系统参数能够用于调节用于控制谐振电路的能量注入切换图案的持续时间。因此，例如在诸如初级和次级线圈的分离变化的瞬态状况下，具有更短持续时间的能量注入切换图案能够被选择，其使系统能够迅速适应变化的状况，虽然会有一些效率损失。当所确定的系统参数对于预定时间段是稳定的，和/或参数接近优选设定点(诸如优选的次级电压输出)时，能量注入切换图案可以被改变以具有能够进行IPT系统的更精细控制的更长持续时间，以便提高效率。
通过控制能量注入切换图案，电力流能够被控制而具有最小组件应力。这实现更高的效率并允许选择更低的额定组件，同时降低电力损耗。此外，当与频率调节相比，能量注入调节能够在线圈耦合(分离)的更宽范围上控制电力流。当在极端耦合状况下其它控制模式崩溃时，通过命令切换，图案发生器能够进一步提高控制范围。通过增加超出从其它控制方法可获得的图案长度的图案长度，或通过组合连续图案以到达具有单个图案输出电力的组合的输出电力的输出电力，能够获得更精细的控制分辨率。动态图案长度的使用或生成提高了瞬态性能。例如在启动期间或其它大的瞬态电力变化期间，图案发生器能够通过减小注入图案长度来提高其瞬态性能。当注入图案长度能够被增加以用于更精细的控制分辨率时，这允许更快调节到近似输出电力。该实施例还能够提供降低的电磁噪声，因为存在许多引起相同电力传输的图案。该控制器能够随机(或以其它方式)从这些类似的注入周期图案中选择以在宽频率范围上分布电气噪声。该实施例还提供了改进的鲁棒性，因为图案发生器能够耐受来自次级的反馈延迟，该延迟能够比谐振电路的时间常数更长。在这些情况下，其它控制方法能够变得不稳定。此外，该实施例不需要超出常规转换器所需的切换/电力组件的附加切换/电力组件。
进一步可选地，能量注入切换图案的确定可以取决于通过比较系统参数值与所需值或设定值而确定的误差。例如，当将实际次级输出电压与目标输出电压比较时，可产生误差电压。然后，大的误差电压导致使用较短的图案控制谐振电路，其中较短的图案允许更快的瞬态响应，以便允许IPT系统更快达到稳定状态。而小误差电压允许较长的能量注入切换图案用于控制谐振电路。
在图4中示出实际控制布置，其中过零电流检测器10和最大电流检测器11根据轨道电流状况向现场可编程门阵列12提供输入信号，现场可编程门阵列12向分别启动开关S1和S2的门极驱动电路13和14提供控制信号。
现场可编程门阵列12可包括实现参考以下图5和图6讨论的算法的软件。轨道电流、电压或可用电力可以被监测，并且与所需电流、电压或电力对应，以便出于控制目的能够确定误差指示。可选地，出于控制目的，可在一个或更多个拾波器上测量相同或类似参数。
在另一个实施例中，现场可编程门阵列12由实现简单算法的低成本微处理器替代，或由实现固定算法的离散逻辑件替代。
参考图5，图案发生器算法接受两个输入以产生门极驱动图案。第一输入N为能量注入切换图案的总长度或持续时间。这可以选择为任意方便的数量，并且可根据所需的控制“分辨率”选择。这能够使用系统参数(诸如次级输出或负载电压)确定。
现在参考图5，在以下流程图中阐述了所述参数。
图5中的算法的目的是提供注入事件的总图案长度。图案用于驱动门极驱动电路(诸如图4中所示的那些电路)。图案包括一系列能量注入事件。能量注入事件的数量(在该实例中，每个能量注入事件对应于在轨道中的谐振电流的半周期上接通门极1)由n表示。可能的能量注入事件的数量为N。最小的可能图案长度和最大的图案长度能够由用户设定。在步骤20处发生初始化，反馈电压能够表示拾波器处可用的电力(并且也可以为正被测量的另一个参数，诸如，如轨道中的电流)。然后，在步骤22将反馈电压与期望输出电压相比，以便确定误差。再次，期望输出电压可表示操作拾波器装置必要的期望电力或所需电力，或者可以为轨道参数的测量值。如果误差大，那么之后是子流程图23。能够看到，这减小了图案长度，以使更低分辨率、或更粗糙控制策略在步骤25被采用以生成最终图案。一个极端粗糙图案的示例可以是，如四个1的序列(sequence of four ones)，这可以在电力或电压必须突然增加的情况下需要。类似地，如果误差不大，那么实施流程图的子部分24所示的算法，该算法获得更长的图案长度，从而产生更大的“分辨率”，即，更精细的控制。
在分别对应于较短图案持续时间和较长图案持续时间的算法子部分23和24中，传输电力能够根据负载的需要增加或减少。例如，参考子部分23，如果反馈电压Vf小于期望输出电压Vd，那么通过增加能量注入事件的数量，增加传输的电力，然而，如果反馈电压大于期望电压，那么较短图案中的能量注入事件的数量减少。因此，子部分23获得比子部分24更小的图案长度(N)，并且也根据在反馈电压和期望电压之间的差异，减小或增加图案内的能量注入事件的数量。在实施例中，能量注入事件的最大数量将是图案持续时间或长度中的谐振频率周期的数量，每个能量注入事件均与谐振频率周期的正半周期一致。能量注入事件的最小数量为零，其中，所需的能量注入事件的实际数量在上述范围内并且根据反馈电压调整。如本领域的技术人员已知的，在其它实施例中，正半周期和负半周期均可以与适当的切换配置连用。在子部分24中发生类似的过程，其中较长的持续时间图案或谐振频率周期数量可用于能量注入事件的最大数量。
如对本领域的技术人员而言明显的是，可基于系统参数使用确定能量注入切换图案的持续时间的可选算法。
现在转向图6，输入N(图案持续时间)和n(图案中的能量注入事件的数量)已经从图5中的流程图中确定，而图6的算法产生在图案内实施的能量注入事件的分布。在步骤30处示出初始化。在步骤31处，确定给定图案内的电力流量，看它是否大于或小于50％，即，给定图案长度中的注入事件的数量是否大于50％。如果其大于50％，则在步骤32确定对应的长[100000]的子图案和短[1000]的子图案。如果其小于50％，则在步骤33确定对应的长[01111]的子图案和短[0111]的子图案。长的子图案和短的子图案在子算法35中结合，以产生全图案。然后在步骤40处将能量注入切换图案提供到门极驱动电路。
如本领域的技术人员所理解的，可使用确定能量注入切换图案内的能量注入事件的分布的可选算法。
此类算法提供能量注入事件在图案中的分布，例如，能量注入事件集中在图案的起点，朝向末端，在整个图案中均匀分布或者以其它方式调整。图案内的能量注入事件分布可用于实现各种目的，包括增加效率、降低切换部件上的应力、减少电磁干扰，或允许通信，如将在以下更详细描述的。
在一个实施例中，图案发生器能够经布置以将能量注入事件基本上均匀地分布在整个图案中，当与其它图案(例如，全部能量注入事件集中在图案的起点的情况)相比，这具有降低谐振波形的波峰因子(RMS比率峰值)的效果。这在图8中进行说明，图8示出耦合系数K为0.26时的持续时间16的谐振周期的图案。具有较低波峰因子的波形是有益的，由于这减少了谐振电容器和转换器开关的峰值电流/电压应力，这就意味着可以使用较小且较快的部件。另外，由于较低的峰值电压和电流，因此图案的时间段或持续时间引起的低频率谐波的振幅减小。在图案上更均匀分布能量注入事件而不是将其集中的进一步优点是允许更宽的实际控制范围。为了使能量注入电路系统保持软切换，必须检测初级谐振电流的过零点。然而，如果该电流衰减到不再能够检测到过零点的水平，则切换信号丢失并且不可恢复。图7a示出对于耦合K为0.32(9mm间隔)时子优化或集中的16周期切换图案能够实际操作的最小注入比率为5/16。即，能够承受的能量注入事件的最小数量为5，其中图案持续时间为16个周期。然而，对于更均匀或更统一的能量注入事件分布，能够承受较少数量的能量注入，从而提供改善的功率流控制分辨率，特别是在稳态条件具有更长的持续时间图案时。图7b示出对于这种分布，最小注入比率改善到2/16。注意，这能够用于改进效率并减小部件应力。示例图案包括：1111111100000000和1010101010101010。这两个图案向谐振电路添加相同的能量，但第二个图案具有更均匀的能量注入事件分布，从而获得已经讨论的一些优点。
通过提供动态可变的脉冲串的窗口长度，或换句话说，能量注入事件切换图案的持续时间，系统能够适应不同的状况，诸如瞬态负载或耦合状况或更稳态状况。短窗口或图案持续时间允许更快地更新脉冲图案，而更长的窗口则降低反应时间。通过缩短窗口长度，在更短时间量内将对调节的参数作出更剧烈的变化，从而提供快速的反应时间，以校正耦合或负载变化。通过延长窗口长度，能够对调节的参数作出更精细变化，以在效率、负载稳定性、设定值与实际负载电压之间的最小误差方面提供最好的电路性能。尽管上述实施例仅使用短窗口和长窗口，但能够采用各种持续时间图案，其中窗口的长度根据系统状况动态改变。使用短窗口，变化时迅速，但能够产生粗糙响应，并且然后，由于系统显得稳定，窗口长度能够延长，使用越来越长的持续时间图案，以便提供控制参数的精细调整。窗口长度也可以由主要的具体负载和耦合参数实时确定。例如，如果窗口图案1010101010正好用于主要耦合发生时到负载的电力传送，则窗口能够减少到2，并且产生图案10。在主要状况变化时，这将提供相同的控制水平以及快速的响应。然而，如果主要状况要求图案111111110，则在不降低控制分辨率的情况下，不能缩短窗口。
在其它实施例中，能够利用针对相同窗口长度使用不同分布的能量注入事件，以提供从IPT系统的初级到次级的通信通道。对于六个周期的图案持续时间，下列能量注入事件分布将提供相同的附加能量，111000；101010；000111；010101。通过切换图案，可以向次级提供信号，例如，上述图案中的其中一个表示二进制“1”，并且上述图案中的第二个表示二进制“0”。类似地，通过从可用图案中选择，可实现EMC改善。在次级电路处，可以采用峰值检测电路识别能量注入已经按周期发生，以使次级电路能够解码111000与101010图案之间的差异，同时接收相同的平均电力水平。这两个图案能够被称为电力传输相同的通信方，它们有利于数字信息交换。
如前所述，图7的两个图案具有不同的波峰因子，这意味着初级(因此次级)电压和电流对于这两个示例图案是不同的。因此，图案的变化能够在次级处检测为拾波器电压和电流的幅度调制。然后，可使用常规方法解调拾波器电压，以接收来自初级的数字数据流。作为一个示例，所接收的电压可以被包络检测以从过零检测提取调制波形的包络，以便在次级侧接收二进制数据流。对技术人员明显的是，其它调制和检测方法也是可能的。
从切换图案111000产生的谐波与从切换101010产生的谐波不同，并且从一种图案到不同图案的变化能够用于以具体频率传播来自系统的电磁辐射，并降低辐射的峰值。
上述能量注入事件分布机制能够与可变图案窗口或持续时间连用，或者能够独立地与固定持续时间的图案连用。
在一个进一步实施例中，上述图案生成机制能够用于通过使用短路控制(并联调谐拾波)或开路控制(串联调谐拾波)以控制或调节IPT系统次级侧上的电力。在图9中示出短路控制电路，L2和C2是拾波器和调谐电容器，并且S是短路控制开关。在一个实施例中，S能够被实施为如图10中所示的背靠背MOSFET。在另一个实施例中，S能够使用同步整流器(图11)的下部的两个开关(S3和S4)实施，此时两个开关都短接(conducting short)拾波器。其它拓扑是可能的，对本领域技术人员是明显的，其能够用于执行相同的短路控制功能。对于短路控制的情况，能够实施能量调节切换图案中的“1”以切断短路控制元件，允许电力流到负载。然后实施“0”接通开关，它们的传导阻止电力流到负载。
能够实施等效开路控制，例如使用图12的电路，虽然其它拓扑是可能的，如本领域的技术人员理解的，它们执行相同的开路控制功能。当考虑开路控制时，可以实施图案发生器“1”以接通MOSFET(或其它类型开关)，以使得能够向负载传导电力。调节图案中的“0”断开负载。在次级侧上使用具有不同持续时间的调节图案(其取决于诸如负载电压的系统参数)提供与施加控制技术到初级侧相同的益处。例如，当需要快速瞬态响应以在启动或负载变化时调节输出电力，能够使用短图案。当输出的精确控制必需时或当稳态已经达到时，控制器能够生成更长的图案。
如初级控制，存在许多能够传送相同电力给负载的图案的特性能够用于从次级通信数据到初级。当使用次级控制时，允许相同电力在次级处接收的多个图案能够用于调制通过互感的初级波形。初级的加负载和移除负载(unloading)(经由互感)进行初级波形的调制，其允许数据从次级发送到初级。类似于初级控制，存在能够应用到次级的图案，由于较低的波峰因子，这些图案施加更低的应力到系统切换组件。因此次级处的控制应用能够降低组件成本或提高系统效率。另外，等效图案之间的变化能够在更大频率范围上传播来自系统的电磁辐射。这降低系统产生的峰值噪声频谱，使得更容易实现电磁兼容性。
在一个进一步实施例中，从初级到次级的通信(双工系统中的返回)能够利用不同的持续时间图案实现，例如在通信系统中，短能量注入切换图案解释为“1”，而长图案解释为“0”。这可以与在此描述的其它方面或实施例连用，或用作单机布置。
因此本发明提供了用于IPT系统或IPT系统初级电源的有效控制方法或系统。
术语“感应电力传输”能够用“经皮能量传输”代替，在参考植入医疗装置的供电，这是一种常用术语。
如果有的话，上述和下面提到的所有申请、专利和公开物的全部公开通过引用并入本文。
本说明书中对任何现有技术的参考不是，并且不应当看作，承认或任何形式的暗示那些现有技术形成世界任一国家努力的领域中的公知常识的部分。
其中，上述描述已经参考了具有其已知等同体的整体结构或部件，这些整体结构被纳入本文，正如单独阐述一样。
应当注意的是，对本文描述的当前优选实施例的各种变化和修改对于本领域技术人员将是明显的。这种变化和修改可以做出而不脱离本发明的精神和范围，并且不减少其伴随的优点。因此，这些变化和修改旨在包括在本发明内。

Claims (15)

1.一种用于控制具有切换谐振电路的感应电力传输系统即IPT系统初级电源的方法，所述方法包括：
确定所述系统的参数值；
基于所述参数值确定具有持续时间的能量注入切换图案；
根据确定的能量注入切换图案控制所述谐振电路。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述注入切换图案中能量注入事件的数量和/或分布取决于所述参数值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中一系列图案中的所述能量注入事件的分布被改变以便调制传输到次级的电力，同时在该系列的每个图案中维持相同数量的所述能量注入事件。
4.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其中所述持续时间包括具有所述电路的谐振频率的若干周期的图案长度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中当所述参数值低于阈值时，所述图案长度的周期数量是预定数量，否则是更高的数量。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，提供具有不同数量的周期的若干图案，以及其中所提供的图案之间的选择取决于所述参数值随时间的变化。
7.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其中基于通过比较所述系统的所述参数值与所需值确定的误差，控制所述谐振电路。
8.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其中所述系统的参数指示电力输出或电力可用性。
9.一种通过控制根据任何一项前述权利要求所述的具有切换谐振电路的IPT系统初级电源以对植入式医疗装置充电的方法。
10.一种具有切换谐振电路的IPT系统初级电源，并且包括：
用于确定所述系统的参数值的部件；
用于基于所述参数值确定具有持续时间的能量注入切换图案的部件；
用于根据确定的能量注入切换图案控制所述谐振电路的部件。
11.根据权利要求10所述的电源，所述切换谐振电路具有由所述确定的能量注入切换图案控制的多个开关。
12.根据权利要求10或11所述的电源，进一步包括用于通过比较所述系统的参数值与所需值确定误差的部件，并且所述用于确定能量注入切换图案的部件被设置以基于所述误差确定所述持续时间。
13.根据权利要求10至12中任何一项所述的电源，其中所述持续时间包括具有所述电路的谐振频率的若干周期的图案长度，以及其中所述图案包括所述注入切换图案中能量注入事件的数量和/或分布，所述能量注入事件的数量和/或分布取决于所述参数值，所述能量注入事件取决于所述谐振频率周期。
14.一种用于具有根据权利要求10至13中任何一项所述的IPT系统初级电源的可植入医疗装置的充电器。
15.一种包括指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上执行时，实施用于控制根据权利要求1至9中任何一项所述的IPT系统初级电源的方法。
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