CN106233560B

CN106233560B - 具有无线电能传输系统充电器的无线电能传输系统

Info

Publication number: CN106233560B
Application number: CN201580020305.1A
Authority: CN
Inventors: 朴在熙
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2019-02-22
Anticipated expiration: 2035-03-11
Also published as: WO2015137729A1; EP3121931A4; EP3121931B1; US20190165596A1; CN106233560A; KR20150106274A; US10566825B2; CN109936224A; EP3121931A1; US10218208B2; KR102187437B1; US20170018951A1; CN109936224B

Abstract

本发明的一个实施例能够提供：能够减小DC‑DC变压器的输出电压的误差并且同时根据电能传输方法和效率改变输出电压的大小的无线电能传输系统；以及能够可变地控制在控制部分中的输出控制端口并且因此有效地控制DC‑DC变压器的输出而无论DC‑DC变压器的特征的无线电能传输系统。

Description

具有无线电能传输系统充电器的无线电能传输系统

技术领域

本发明涉及包括无线电能传输系统充电器的无线电能传输系统。

背景技术

无线电能传输(WPT)系统通过空气无线地传输电能以最大限度地方便电能被供应至移动设备和数字家电。

WPT系统具有诸如通过实时电能使用控制来节约能源、克服电源空间限制和因电池再充电而减小废旧电池的总量等优点。

可以使用磁感应法或磁共振法来实现WPT系统。

磁感应法是将两个线圈放置得彼此接近，使电流能够在一个线圈中流动以产生通量并且由于通量而在另一线圈中产生电动势的非接触式能量传输技术并且可以使用几百kHz的频率。

磁共振法是在不使用电磁波或电流的情况下利用电场或磁场的磁共振技术，可以在等于或大于几米的距离之间传输电能，并且可以使用几十MHz的波段。

这样的WPT系统需要直流(DC)电压。

用于向WPT系统供应适当的电压的电压源的示例包括DC-DC转换器、AC-DC电源、DC-AC逆变器等。

设计电源以满足高效率和低成本并且正在使用各种方法开发用于改变必需电压的电平的结构。

在WPT系统中，在电能传输效率、阻抗匹配、目标无线电能传输系统设备的决定等中，在用于传输电能的无线电能传输系统充电器与用于接收电能的无线电能传输系统设备之间，改变电源的电压电平以生成WPT系统所必需的电压是重要的。

在相关技术中，由于单独设置了用于感测包括在无线电能传输系统充电器和无线电能传输系统设备中的线圈的电压或电流的电路以及用于根据无线电能传输系统充电器与无线电能传输系统设备之间的通信而控制电压电平的电路，因此增大了系统的体积并且增加了电路的复杂性。

特别地，在用于输出恒定电压的DC-DC转换器中，为了改变电压应该改变包括在转换器中的元素的值。因此，增加了电路的复杂性。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种无线电能传输系统，其包括能够减小DC-DC变压器的输出电压的误差并且根据电能传输方法和效率而改变输出电压的电平的无线电能传输系统充电器。

本发明的另一目的是提供一种无线电能传输系统，其包括能够可变地控制控制器的输出控制端口以有效地控制DC-DC变压器的输出而无论DC-DC变压器的特征的无线电能传输系统充电器。

技术方案

根据本发明的一个实施例的无线电能传输系统充电器包括电源、用于将由电源供应的电压转换成直流(DC)电压的变压器单元和用于调节变压器单元的DC电压的电平的控制器。变压器单元包括DC-DC转换器和用于接收DC-DC转换器的输出电压和调节输出电压的控制单元，并且控制单元包括用于对DC-DC转换器的输出电压进行分压的分压器。

在本发明的实施例的无线电能传输系统充电器中，控制器可以根据无线充电状态调节通过分压器分压的输出电压，以调节变压器单元的DC电压的电平。

在本发明的实施例的无线电能传输系统充电器中，控制器还可以包括用于输出控制器输出电压的输出控制端口以及用于连接输出控制端口和分压器的电阻器。

在本发明的实施例的无线电能传输系统充电器中，可以调节与控制器输出电压成反比的变压器单元的DC电压的电平。

在本发明的实施例的无线电能传输系统充电器中，控制单元可以基于从分压器输出的分电压来调节DC电压的电平。

在本发明的实施例的无线电能传输系统充电器中，控制器可以调节分电压。

在本发明的实施例的无线电能传输系统充电器中，控制单元可以包括用于将分电压与参考电压进行比较并且放大误差的误差放大器和用于输出对应于误差放大器的输出的矩形波脉冲的比较器。

在本发明的实施例的无线电能传输系统充电器中，分压器可以包括用于对DC-DC转换器的输出电压进行分压并且向误差放大器供应分电压的多个电阻器。

在本发明的实施例的无线电能传输系统充电器中，控制器可以包括用于调节分电压的输出控制端口。

在本发明的实施例的无线电能传输系统充电器中，分压器可以包括连接至DC-DC转换器的输出端和误差放大器的第一电阻器、在误差放大器与地之间连接的第二电阻器，以及在误差放大器与输出控制端口之间连接的第三电阻器。

无线电能传输系统充电器还可以包括发射天线系统，并且控制器可以基于在发射天线系统中流动的电流来调节分电压。

在本发明的实施例的无线电能传输系统充电器中，控制器可以基于无线电能传输系统充电器与用于从无线电能传输系统充电器接收电能的无线电能传输系统设备之间的通信信息来调节分电压。

在本发明的实施例的无线电能传输系统充电器中，DC-DC转换器可以是降压转换器、升压转换器和升降压转换器中的任何一种转换器。

根据本发明的一个实施例的无线电能传输系统包括：无线电能传输系统充电器和用于从无线电能传输系统充电器接收电能的无线电能传输系统设备。无线电能传输系统充电器包括用于向变压器单元供应DC电压的整流和滤波单元、用于将变压器单元的输出电压转换成交流(AC)电压的电能转换器和用于在无线电能传输系统充电器与无线电能传输系统设备之间执行阻抗匹配的发送侧匹配单元。

在根据本发明的实施例的无线电能传输系统中，无线电能传输系统设备包括用于在无线电能传输系统充电器与无线电能传输系统设备之间执行阻抗匹配的接收侧匹配单元、用于对从无线电能传输系统设备的天线系统输出的AC电压进行整流并且生成DC电压的整流器和用于调节从整流器输出的DC电压的电平的接收侧变压器。

有益效果

根据本发明的实施例，可以提供包括能够减小DC-DC变压器的输出电压的误差并且根据电能传输方法和效率改变输出电压的电平的无线电能传输系统充电器的无线电能传输系统。此外，可以提供包括能够可变地控制控制器的输出控制端口以有效地控制DC-DC变压器的输出而无论DC-DC变压器的特征的无线电能传输系统充电器的无线电能传输系统。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施例的无线电能传输系统的无线电能传输系统充电器和无线电能传输系统设备的框图。

图2是示出根据本发明的一个实施例的变压器单元和控制器的示意图。

图3是示出根据本发明的一个实施例的控制单元的子系统的示意图。

图4是示出从检测无线电能传输系统设备的步骤至从无线电能传输系统充电器向无线电能传输系统设备传输电能的步骤的步骤的示意图。

图5是示出发送侧天线系统的线圈的布置的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述根据本说明书的一个实施例的包括无线电能传输系统充电器的无线电能传输系统。为了向本领域技术人员传达本发明的精神，提供以下实施例作为示例。因此，本发明不限于以下实施例并且可以被不同地体现。在附图中，为方便起见，放大了设备的尺寸和厚度。在整个附图中将使用相同的附图标记来指代相同的或相似的部分。

实施例选择性地使用从低频(50kHz)至高频(15MHz)的不同类型的频带以用于无线电能传输，并且需要能够交换数据和控制信号的通信系统的支持以用于系统控制。

实施例可应用于诸如便携式终端产业、家电产业、电动车辆产业、医疗器械产业和机器人产业等各种领域，所有这些领域使用电池或需要电池的电子设备。

实施例可以考虑能够使用一个传输线圈将电能传输至许多装置的系统，所述系统提供装置。

在实施例中使用的术语和缩写如下：

无线电能传输系统：用于使用磁场无线地传输电能的系统。

无线电能传输系统充电器(发送器)：用于将电能无线地传输至磁场中的多个设备的电能接收器并且管理整个系统的设备。

无线电能传输系统设备(接收器)：用于从磁场中的电能发送器无线地接收电能的设备。

充电区域：用于在磁场中无线地传输电能的区域，可以根据应用产品的尺寸、需要的电能和操作频率来改变充电区域。

参照图1，根据本发明的一个实施例的无线电能传输系统10可以包括用于无线地传输电能的无线电能传输系统充电器100和用于从无线电能传输系统充电器100接收电能的无线电能传输系统设备200。

可以设置多个无线电能传输系统设备200。无线电能传输系统充电器100可以将电能传输至通过具有无线电能传输系统充电器100的识别程序识别的无线电能传输系统设备200。

参照无线电能传输系统充电器100的子系统的框图，无线电能传输系统充电器100的子系统可以包括发送电能转换器系统101和发射天线系统102。

发送电能转换器系统101可以包括多个子系统并且每个子系统包括整流和滤波单元110、变压器单元120、电能转换器130、控制器140和匹配单元(未示出)。

整流和滤波单元110生成要用于下一阶段的DC电压并且将所生成的DC电压提供至变压器单元120。之后，获取要被供应至发送天线系统120的电能。

变压器单元120基于控制信号来调节从整流和滤波单元110输出的DC电压的电平。变压器单元使用半导体器件例如功率晶体管作为开关将输入DC电压转换成具有矩形形状的电压，并且然后通过滤波器获得受控的DC输出电压。

此时，通过控制开关的ON或OFF周期来控制输出DC电压。

变压器单元120主要执行DC-DC转换，因此可以被称为开关模式电源(SMPS)、DC-DC变压器或DC-DC转换器。

变压器单元120可以具有三种转换器的特征中的一个特征，所述三种转换器包括用于输出低于输入电压的输出电压的降压转换器、用于输出大于输入电压的输出电压的升压转换器和具有上面所描述的两个特征的升降压转换器。

变压器单元120可以控制输出DC电压的电平并且可以通过控制器140的控制信号来控制DC电压的电平。

控制器140可以被称为微处理器、微控制单元或微型计算机。

控制器140可以根据最大电能传输效率、无线电能传输系统设备200的电能需求和无线电能传输系统设备200的电流充电量来控制从变压器单元120输出的DC电压的电平。

此外，除了调节变压器120的输出电压之外，控制器140使用在控制从无线电能传输系统充电器100的存储器(未示出)读取的数据时所需要的算法、程序或应用来控制无线电能传输系统充电器100的整体操作。

发送电能转换器系统101还可以包括发送侧通信单元141，并且发送侧通信单元141可以执行与无线电能传输系统设备200的接收侧通信单元251的通信。

发送侧通信单元141和接收侧通信单元251可以以预定的方式执行双向通信，并且可以使用近场通信、ZigBee通信、红外通信、可见光通信、蓝牙通信、蓝牙低功耗(BLE)通信等来执行通信。

发送侧通信单元141和接收侧通信单元251可以在彼此之间发送和接收电能信息。电能信息可以包括无线电能传输系统设备200的容量、剩余电池、充电的次数、使用量、电池的容量和电池百分比中的至少一个信息。此外，发送侧通信单元141可以发送充电功能控制信号以控制无线电能传输系统设备200的充电功能。

充电功能控制信号可以控制无线电能传输系统设备200以启用或禁用充电功能。可替选地，电能信息可以包括有线充电终端的插入、从SA模式至NSA模式的切换、错误状态释放等。

虽然，在图中，发送电能转换器系统101示出为被配置成与发送侧通信单元141不同的硬件模块以便无线电能传输系统充电器100执行带外通信，但是这仅仅是示例性的并且可以将发送电能转换器系统101和发送侧通信单元141实现为一个硬件模块以便无线电能传输系统充电器100执行带内通信。

发送侧通信单元141可以构建成与控制器140分离。在无线电能传输系统设备200中，接收侧通信单元251可以包括在无线电能传输系统设备200的控制器250中或者接收侧通信单元251可以构建成与无线电能传输系统设备200的控制器250分离。

电能转换器130可以通过具有几十kHz至几十MHz的波段的开关脉冲信号将具有恒定电平的DC电压转换成AC电压。也就是说，电能转换器130可以将DC电压转换成AC电压并且生成在目标充电区域中的无线电能传输系统设备200中使用的“唤醒电能”或“充电电能”。

此处，唤醒电能表示0.1至1mW的低电能，并且充电电能是向无线电能传输系统设备200的电池充电所需要的电能或者无线电能传输系统设备200的操作所消耗的电能，并且表示在目标无线电能传输系统设备200的负载中所消耗的1mW至200W的高电能。

电能转换器130可以包括用于根据开关脉冲信号放大从变压器单元120输出的DC电压的电能放大器。

电能转换器130可以包括全桥式或半桥式逆变器。

匹配单元(未示出)可以布置在控制器140的下一个阶段处，包括至少一个无源元件和至少一个有源元件中的至少一个元件，并且在无线电能传输系统充电器100与无线电能传输系统设备200之间执行阻抗匹配以使电能传输效率最大化。

通过控制从匹配单元估观察到的阻抗，可以输出具有高效率或高电平的电能。匹配单元可以在控制器140和发送侧通信单元141的控制下控制阻抗。此外，匹配单元可以包括线圈和电容器中的至少一个。控制器140和发送侧通信单元141可以控制与线圈和电容器中的至少一个的连接状态以执行阻抗匹配。

发射天线系统102可以包括感应线圈和共振线圈中的至少一个。

当无线电能传输系统10仅使用磁感应法发送电能时，发射天线系统102可以仅包括感应线圈；当无线电能传输系统10仅使用磁共振法发送电能时，发射天线系统102可以仅包括共振线圈；并且当无线电能传输系统10使用磁感应法和磁共振法发送电能时，发射天线系统102可以包括感应线圈和共振线圈。

可以设置单个感应线圈或单个共振线圈或者可以设置多个感应线圈或多个共振线圈。如果设置多个感应线圈或共振线圈，则线圈可以彼此交叠并且根据磁通密度的偏差来确定交叠区域。

无线电能传输系统设备200可以包括接收电能转换器系统201和接收天线系统202。

无线电能传输系统设备200的接收天线系统202可以等同于发射天线系统102并且可以根据无线电能传输系统设备200的电特性来改变接收天线的尺寸。

此外，接收天线系统202可以通过磁感应法或磁共振法来接收电能。根据电能接收方法，接收天线系统202可以包括感应线圈或共振线圈中的至少一个。接收天线系统202也可以包括近场通信天线。

接收电能转换器系统201可以包括匹配单元210、整流器220、接收侧变压器230、负载240和接收侧控制器250。

接收侧控制器250可以包括接收侧通信单元251并且接收侧通信单元251可以被配置成与接收侧控制器250分离。

匹配单元210可以在无线电能传输系统充电器100与无线电能传输系统设备200之间执行阻抗匹配。

整流器220对从接收天线系统202输出的AC电压进行整流并且生成DC电压。

接收侧变压器230可以包括DC/DC转换器并且根据负载240的电容量调节从整流器220输出的DC电压的电平。

负载240可以包括电池、显示器、声音输出电路、主处理器和各种传感器。

接收侧控制器250可以由来自无线电能传输系统充电器100的唤醒电能激活，以执行与无线电能传输系统充电器100的通信并且控制无线电能传输系统设备200的子系统的操作。

单个或多个无线电能传输系统设备200可以同时并且无线地接收来自无线电能传输系统充电器100的能量。也就是说，在共振类型的无线电能传输系统中，多个目标无线电能传输系统设备200可以接收来自一个无线电能传输系统充电器100的电能。

此时，无线电能传输系统充电器100的匹配单元150可以在多个无线电能传输系统设备200中自适应性地执行阻抗匹配。

如果设置了多个无线电能传输系统设备200，则可以配置相同类型或不同类型的系统。

参照图2，变压器单元120可以包括变压器121、控制单元122和分压器123。

虽然，在图中，分压器123被包括在变压器单元120中，但是本发明不限于此并且可以分开配置分压器和变压器单元。

控制单元122是用于调节变压器121的输出电压的装置。控制单元可以接收从变压器121输出的分电压并且控制输出电压的误差。

分压器123可以对变压器121的输出电压进行分压并且将分电压供应至控制单元122。

控制单元122可以基于来自分压器123的分电压将具有经调整的脉冲宽度的矩形波脉冲(脉冲宽度调制(PWM)信号)供应至变压器121。变压器121可以输出恒定的DC电压，利用矩形波脉冲的脉冲宽度来调节DC电压的电平。

分压器123可以连接至控制器140的输出控制端口(OUP)。

控制器140可以调节控制单元122的输入端的电压的值，以控制变压器121的输出电压。图3是示出根据本发明的一个实施例的控制单元的子系统的示意图。

参照图3，控制单元122的子系统可以包括误差放大器124、比较器125和开关驱动单元126。

误差放大器124基于分压器123的分电压Vd来放大变压器121的输出电压Vout的误差并且输出经放大的电压Vc。

误差放大器124可以包括具有用于通过分压器123接收变压器121的输出电压的倒相输入端和用于接收参考电压Vref的非倒相输入端的第一运算放大器OP1。

误差放大器124将通过分压器123传递的变压器121的输出电压与参考电压Vref进行比较，放大所生成的误差并且将经放大的误差输出至比较器125。

比较器125基于误差放大器124的输出电压Vc来生成矩形波脉冲。

比较器125可以包括具有用于接收误差放大器124的输出电压Vc的非倒相输入端和用于接收三角波的倒相输入端的第二运算放大器OP2。

比较器125可以将三角波与误差放大器124的输出电压Vc进行比较，生成用于驱动变压器121的矩形波脉冲，并且根据变压器121的输出误差调节矩形波脉冲的脉冲宽度，从而使变压器121的输出电压Vout稳定。

开关驱动单元126可以基于比较器125的输出来驱动变压器121。也就是说，可以控制包括在变压器121中的开关的ON或OFF以恒定地保持变压器121的预定电压。

使控制单元122和变压器121一体化以将变压器单元120配置成集成芯片(IC)的形式。变压器单元120可以用于根据预定电压的误差来输出恒定的电压。也就是说，当变压器121的输出电压Vout瞬间增大以使分电压增大时，误差增大。反馈关于这样的误差的信息以减小变压器121的输出电压Vout。当变压器121的输出电压Vout瞬间减小以使分电压Vd减小时，误差增大。反馈关于这样的误差的信息以增大变压器121的输出电压Vout。因此，变压器121的输出电压Vout可以保持恒定。然而，如果需要改变变压器单元120的输出电压Vout，则将描述在控制器140处控制变压器单元120的方法。

分压器123可以包括连接至误差放大器124的输入端(倒相输入端)和变压器121的输出端的第一电阻器R1以及在误差放大器124的输入端(倒相输入端)与地之间连接的第二电阻器R2。

虽然第一电阻器R1与第二电阻器R2之间的大小关系优选为R1<R2，但是本发明不限于此。

此时，可以根据第一电阻器R1和第二电阻器R2的值改变变压器121的分电压Vd。原则上，由于将通过第一电阻器R1和第二电阻器R2对变压器121的输出电压Vout进行分压而获得的分电压Vd与参考电压Vref进行比较并且将其误差放大，所以如果分电压Vd低于参考电压Vref，则误差放大器124的输出Vc的电平随着反馈阻抗Zf与误差放大器124的输入阻抗Zin的比值(即，Zf/Zin)的增大而增大。相反，如果分电压Vd大于参考电压Vref，则误差放大器124的输出Vc的电平随着Zf/Zin的减小而减小。

虽然可以根据第一电阻器R1和第二电阻器R2的值来固定分电压Vd，但是可以调节分电压Vd以调节变压器121的输出电压。

可以由控制器140来执行该操作。

也就是说，控制器140需要根据无线电能传输系统充电器100与无线电能传输系统设备200之间的电能发送环境来调节变压器121的输出电压Vout。此时，由于第三电阻器R3连接在控制器140的OCP与误差放大器124的输入端(倒相输入端)之间，所以可以调节输出至OCP的电压以调节施加至误差放大器124的输入端的分电压Vd。

可以在控制器140的控制下改变分电压Vd，并且可以基于分电压Vd与参考电压Vref之间的比较来控制误差放大器124的输出Vc的电平的增大或减小。

将误差放大器124的输出Vc与比较器125的三角波进行比较。当误差放大器124的输出Vc的电平增大时，比较器125生成具有增大的脉冲宽度的矩形波，并且当误差放大器124的输出Vc的电平减小时，比较器125生成具有减小的脉冲宽度的矩形波。

由于取决于变压器121的输出电压Vout的变化的分电压Vd的变化被反馈，以通过控制器140调节分电压Vd，而不管将变压器121的输出电压Vout恒定地保持在目标值的方法，所以可以调节变压器121的输出电压Vout的目标值并且恒定地保持通过控制单元122调节的变压器121的输出电压Vout的目标值。控制器140可以根据降压、升压和升降压特性自由地控制变压器121的输出电压Vout。

虽然第一电阻器至第三电阻器R1、R2和R3之间的大小关系是R1<R3<R2，但是本发明不限于此。

在下文中，将详细描述设置第一电阻器至第三电阻器R1、R2和R3的方法。

当输出至控制器140的OCP的电压被称为控制器输出电压时，可以根据输入至控制器140的输入电压来确定控制器输出电压Vmcu。也就是说，当输入至控制器140的输入电压为3.3V时，控制器输出电压Vmcu可以是0V(Vmcu_min)至3.3V(Vmcu_max)。

此外，由于控制器输出电压Vmcu和变压器121的输出电压Vout彼此成反比，所以当控制器输出电压Vmcu是最小值Vmcu_min时，变压器121的输出电压Vout可以变成最大值Vout_max，而当控制器输出电压Vmcu是最大值Vmcu_max时，变压器121的输出电压Vout可以变成最小值Vout_min。

可以根据控制单元122的内部元件的特性来确定控制单元122的参考电压Vref。虽然参考电压Vref可以设置为0.7V至1.2V，但是本发明不限于此。

当基于上面所描述的数据对分电压Vd的节点处的Vmcu_min和Vmcu_max应用基尔霍夫定律时，满足以下的等式1和等式2。

等式1

等式2

当用户选择变压器121的输出电压Vout的期望的最小值Vout_min和最大值Vout_max并且确定控制器输出电压Vmcu的最小值Vmcu_min和最大值Vmcu_max时，可以使用以上的等式1和等式2来设置第一电阻器至第三电阻器R1、R2和R3。可替选地，用户可以选择变压器121的输出电压Vout的期望的最小值Vout_min和最大值Vout_max以及第一电阻器至第三电阻器R1、R2和R3并且使用以上的等式1和等式2来确定控制器输出电压Vmcu的最小值Vmcu_min和最大值Vmcu_max。因此，当在控制器输出电压Vmcu的最小值Vmcu_min与最大值Vmcu_max之间的范围内调节控制器输出电压Vmcu时，可以调节变压器121的输出电压Vout。也就是说，由于控制器140可以根据无线充电状态调节控制器输出电压Vmcu以调节变压器121的输出电压Vout，所以可以最佳地应用无线充电状态。

在下文中，将描述基于无线电能传输系统充电器100与无线电能传输系统设备200之间的通信信息在控制器140处通过输出控制端口控制变压器单元120的输出电压的方法。

首先，将描述发送侧通信单元141和接收侧通信单元251的通信方法以及发送侧控制器140基于通信信息的控制方法。

将控制方法粗略地分为四个步骤，所述四个步骤包括检测无线电能传输系统设备200的步骤S100(选择)、确认响应的步骤S200(ping)、进行识别和配置的步骤S300(识别和配置)以及传输电能的步骤S400(电能传输)。

检测无线电能传输系统设备200的步骤S100是无线电能传输系统充电器100输出用于检测无线电能传输系统设备200的存在性的信号并且等待无线电能传输系统设备200的响应的步骤。

在确认响应的步骤S200中，无线电能传输系统设备200可以发送信号的强度信息并且无线电能传输系统充电器100可以通过该信息确认无线电能传输系统设备200的存在性。

在执行识别和配置的步骤S300中，无线电能传输系统设备200发送识别和所需的电能信息，并且无线电能传输系统充电器100生成要被传输的电能并且准备传输电能。

在传输电能的步骤S400中，无线电能传输系统设备200发送控制信息并且无线电能传输系统充电器100开始传输电能。

如果在所述四个步骤期间信号被阻挡或信号有错误，则方法可以返回至第一步。如果在传输期间检测到异常或者如果无线电能传输系统设备200移出充电区域或被充满，则可以结束方法并且返回至第一步。

图5是示出发送侧天线系统的线圈的布置的示意图。

在下文中，将描述选择线圈以及基于在所选择的线圈中流动的电流来控制变压器单元120的方法。

发射天线系统102可以是固定位置类型，在该类型中设置了一个线圈、磁体安装在充电区域的中心处并且充电平置固定；或者是活动线圈类型，在该类型中可以在充电区域的二维xy平面中移动线圈并且选择无线电能传输系统设备200的适当位置。

特别地，在多个线圈部分地彼此覆盖的线圈阵列类型、检测装置的步骤和确认响应的步骤的情况下，确认无线电能传输系统设备200的存在性并且同时可以确定多个线圈中的电连接至无线电能传输系统设备200的任何一个线圈。

通过使用以下特性：根据多个线圈与无线电能传输系统设备200的线圈之间的电连接来改变无线电能传输系统充电器100的多个线圈中的每个线圈内流动的电流的电平，控制器140可以感测在无线电能传输系统充电器100的多个线圈的每个线圈中流动的电流以在如图4中所示的确认响应的步骤S200中检测无线电能传输系统设备200的存在性，并且控制器140可以通过以下方式准备向无线电能传输系统设备200传输电能：在执行识别和配置的步骤S300中选择流过最大电流的线圈。在传输电能的步骤中，控制器140可以基于无线电能传输系统设备200的电能需求来调节变压器120的输出电压。

此外，根据无线电能传输系统设备200的类型或电流充电状态，在如图4中所示的执行识别和配置的步骤S300中，可以改变无线电能传输系统设备200向无线电能传输系统充电器100请求的电能的量。因此，控制器140需要根据电能需求调节变压器单元120的输出电压，从而生成要被传输的电能。

在如图4中所示的传输电能的步骤S400中，如果在无线电能传输系统充电器100与无线电能传输系统设备200之间执行阻抗匹配，则在所选择的线圈中流动的电流可能增大，而如果不执行阻抗匹配，则在所选择的线圈中流动的电流可能减小。因此，可以基于在线圈中流动的电流来调节变压器单元120的输出电压。即使当根据无线电能传输系统设备200的移动而改变线圈时，也可以基于在经改变的线圈中流动的电流来控制变压器单元120的输出电压。

此外，当控制器140需要感测在无线电能传输系统充电器100的线圈中流动的电流以基于所感测的电流来控制变压器单元120的输出电压并且基于发送侧通信单元141与接收侧通信单元152之间的电能传输信息来控制变压器单元120的输出电压时，可以通过调节控制器140的控制器输出电压Vmcu来调节分压器123的分电压。

在控制器140的控制下确定变压器单元120的输出电压。变压器单元120的误差放大器124和比较器125可以控制误差，使得通过上面所描述的操作而确定的电压保持恒定。

变压器单元120可以被配置成包括变压器121和控制单元122的集成芯片的形式，并且变压器121可以是降压转换器、升压转换器和升降压转换器中的任何一种转换器。在这种情况下，控制器140的输出控制端口端可以连接至分压器123并且通过控制器140调节由分压器123分压的电压，从而根据变压器单元120的转换器特征来自由地调节变压器单元120的输出电压。

除了便携式电话或智能电话之外，无线电能充电系统也可以安装在车辆无线充电系统或者例如电动车辆(EV)或插电式混合动力车辆等车辆中。此外，无线电能充电系统可以安装在用于工业机械的应用和家用电器中。

工业应用的示例包括电动工具、无线传感器、工业电机的滑环(旋转器)等。此外，家用电器的示例包括电视机、数码照相机、游戏控制台、电动牙刷、可再充电电池等。无线电能充电系统可应用于非接触式IC卡或无源射频识别(RFID)卡。

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是本发明不限于此并且本领域技术人员将理解，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，在本发明中可以做出各种修改和变型。例如，本领域技术人员可以修改实施例的部件。涉及这些修改和应用的差异被解释为在所附权利要求所描述的本发明的范围内。

工业可用性

根据本发明的包括无线电能传输系统充电器的无线电能传输系统可用于无线充电系统领域。

Claims

1.一种无线电能传输系统充电器，包括：

电源；

用于将由所述电源供应的电压转换成直流DC电压的变压器单元；以及

控制器，

其中所述变压器单元包括DC-DC转换器和控制单元，所述控制单元包括用于对所述DC-DC转换器的输出电压进行分压的分压器，

其中所述分压器包括：

连接至所述DC-DC转换器的输出端和分电压的节点的第一电阻器；以及

连接在所述节点与地之间的第二电阻器，

连接在所述节点与所述控制器的输出控制端口之间的第三电阻器，

其中所述控制器的输出控制端口用于输出控制器输出电压，以及

其中所述控制器通过使用从所述输出控制端口经由所述第三电阻器供应至所述节点的控制器输出电压来调节所述分电压。

2.根据权利要求1所述的无线电能传输系统充电器，其中，所述控制器根据无线充电状态调节所述分电压，以调节所述变压器单元的DC电压的电平。

3.根据权利要求1所述的无线电能传输系统充电器，其中，调节与所述控制器输出电压成反比的、所述变压器单元的DC电压的电平。

4.根据权利要求1所述的无线电能传输系统充电器，其中，所述控制单元基于由所述控制器调节的所述分压器的分电压来调节所述变压器单元的DC电压的电平。

5.根据权利要求1所述的无线电能传输系统充电器，其中，所述控制单元包括：

用于将所述分压器的分电压与参考电压进行比较并且放大误差的误差放大器；以及

用于输出对应于所述误差放大器的输出的矩形波脉冲的比较器。

6.根据权利要求5所述的无线电能传输系统充电器，其中，所述分压器向所述误差放大器供应所述分电压。

7.根据权利要求1所述的无线电能传输系统充电器，还包括：发射天线系统，

其中所述控制器基于在所述发射天线系统中流动的电流来调节所述分电压。

8.根据权利要求1所述的无线电能传输系统充电器，其中，所述控制器基于所述无线电能传输系统充电器与用于从所述无线电能传输系统充电器接收电能的无线电能传输系统设备之间的通信信息来调节所述分电压。

9.根据权利要求5所述的无线电能传输系统充电器，其中，所述控制单元还包括用于基于所述比较器的输出来驱动所述DC-DC转换器的开关驱动单元。

10.根据权利要求1所述的无线电能传输系统充电器，其中，使所述控制单元和所述DC-DC转换器一体化。

11.根据权利要求5所述的无线电能传输系统充电器，其中，

所述误差放大器包括运算放大器，所述DC-DC转换器的输出电压通过所述分压器被施加至所述运算放大器的倒相输入端并且所述参考电压被施加至所述运算放大器的非倒相输入端，并且

所述比较器基于所述误差放大器的输出电压来输出所述矩形波脉冲。

12.根据权利要求1所述的无线电能传输系统充电器，其中，

所述第一电阻器的大小小于所述第三电阻器的大小，并且

所述第三电阻器的大小小于所述第二电阻器的大小。

13.根据权利要求7所述的无线电能传输系统充电器，其中，所述控制器基于在所述发射天线系统的线圈中流动的电流来调节所述分电压。

14.根据权利要求8所述的无线电能传输系统充电器，其中，所述控制器基于在所述无线电能传输系统设备的线圈中流动的电流来调节所述分电压。

15.一种无线电能传输系统，包括：

无线电能传输系统充电器；以及

用于从所述无线电能传输系统充电器接收电能的无线电能传输系统设备，

其中所述无线电能传输系统充电器包括：

电源；

用于将由所述电源供应的电压转换成直流DC电压的变压器单元；

控制器；

用于向所述变压器单元供应DC电压的整流和滤波单元；

用于将所述变压器单元的输出电压转换成交流AC电压的电能转换器；以及

用于在所述无线电能传输系统充电器与所述无线电能传输系统设备之间执行阻抗匹配的发送侧匹配单元，

其中所述分压器包括：

连接在所述节点与地之间的第二电阻器，

16.根据权利要求15所述的无线电能传输系统，其中，所述无线电能传输系统设备包括：

用于在所述无线电能传输系统充电器与所述无线电能传输系统设备之间执行阻抗匹配的接收侧匹配单元；

用于对从所述无线电能传输系统设备的天线系统输出的AC电压进行整流并且生成DC电压的整流器；以及

用于调节从所述整流器输出的DC电压的电平的接收侧变压器。