CN106253490B - 电源设备和电源设备的控制方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种电源设备，包括：谐振电路，其确定谐振频率；驱动单元，其驱动谐振电路；以及控制器，其促使谐振频率在第一谐振频率和第二谐振频率之间变换。第一谐振频率高于驱动单元的驱动信号的频率，第二谐振频率低于驱动信号的频率。

Description

电源设备和电源设备的控制方法

技术领域

本发明总体涉及一种电源设备，更特别地，涉及一种包括谐振电路的电源设备。

背景技术

常规电源设备包括谐振电路(例如，参见专利文献1)。

专利文献1的无线电力传输装置包括谐振电路。所述无线电力传输装置包括谐振电路和可变电压源。另外，所述谐振电路包括电感器和多个电容器，所述多个电容器被配置成包括变容二极管。另外，所述变容二极管具有这种特性：从可变电压源施加的电压值增加时，电容值下降。因此，该无线电力传输装置能调整电感器的电感产生的谐振频率，并通过调整可变电压源的电压值调整多个电容器的电容值(综合电容值)。因此，即使在谐振电路的谐振频率和可变电压源的驱动信号的频率不同(偏移)的情况下，通过调整施加在变容二极管上的电压值，也可使谐振电路的谐振频率和驱动信号的频率基本相等。

因此，即使谐振电路的谐振频率由于谐振电路的电容器的电容值(电容)相对于设计值具有可变性而存在偏移，专利文献1的无线电力传输装置也能向电力接收设备有效传输电力。

引用列表

专利文献

专利文献1第2011-166883号日本专利申请公开

根据专利文献1的无线电力传输装置(电源设备)，使用变容二极管调整谐振频率。一般来说，与普通电容器(具有预定电容值的电容器)相比，变容二极管的缺点在于其耐压和耐受电流较小。因此，在专利文献1的无线电力传输装置(电源设备)中，当谐振电路的电容相对于设计值具有可变性时，可能难以提供相对较大的电力(例如，100mW功率或以上)。虽然可以设想出生产电源设备时单独手动调整谐振电路的电容的方法，但该方法需要较长的调整操作时间，批量生产性较低(不适合批量生产)。

发明内容

根据本发明的一个或多个实施方式的电源设备，即使在谐振电路的电容与设计值之间具有可变性的情况下，也可有效提供相对较大的电力，并具有较高的批量生产性。

根据本发明的一个或多个实施方式的电源设备可包括：谐振电路，其包括电源线圈和集总参数元件；驱动单元，其驱动谐振电路；以及，切换单元，其在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换，在第一谐振状态下，谐振电路的谐振频率变成高于驱动单元的驱动信号的频率的第一频率，在第二谐振状态下，谐振频率变成低于驱动信号的频率的第二频率。

根据本发明的一个或多个实施方式，如上所述，所述电源设备可包括切换单元，所述切换单元在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换，在第一谐振状态下，由电源线圈和集总参数元件确定的谐振频率变成高于驱动单元的驱动信号的频率的第一频率，在第二谐振状态下，谐振频率变成低于驱动信号的频率的第二频率。因此，由于可通过在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换使驱动信号的相位与电源线圈的电流(或电压)的相位之间的相位差平均基本为0(在一定程度的时间段内相位差平均基本为0)，从而在提供相对较大电力的同时，可基本将谐振电路的谐振频率与驱动信号的频率人工匹配。另外，由于谐振电路的谐振频率与驱动信号的频率可利用切换单元基本人工匹配，从而不需要手动调整谐振电路的电容。因此，即使在谐振电路的电容相对于设计值具有可变性的情况下，也可有效提供相对较大的电力，并可提高批量生产性。

在一个方面，根据本发明的一个或多个实施方式的电源设备可配置为：基于驱动信号的相位与电源线圈中流动的至少电流或电压的相位之间的相位差(变为从正值侧或负值侧向接近0的方向，基本变为0)，进行第一谐振状态与第二谐振状态之间的切换；通过以这种方式进行配置，在第一谐振状态与第二谐振状态之间进行切换，使相位差接近0，因此，基本可更可靠地匹配谐振电路的谐振频率与驱动信号的频率。

根据本发明的一个或多个实施方式，在相位差基本变为0后，电源线圈中流动的电流的值基本变为0时，所述切换单元可在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换。因此，第一谐振状态与第二谐振状态之间的切换是在电源线圈中流动的电流的值基本为0的状态下进行的；因此，可抑制集总参数元件(例如，电容器)中所充的能量随着切换而损失。

在根据本发明的一个或多个实施方式的电源设备中，切换单元在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换的周期长于驱动信号的周期。由于驱动单元的驱动信号的频率一般设为相对较高的频率，存在这种情况：难以将另一个部件(切换单元)配置为能够以高于驱动信号的频率的频率被驱动。根据本发明的一个或多个实施方式，通过使第一谐振状态与第二谐振状态之间的切换周期长于驱动信号的周期，可使用于驱动切换单元的驱动频率低于驱动单元的驱动信号的频率。因此，可易于配置切换单元。

在根据本发明的一个或多个实施方式的电源设备中，所述集总参数元件包括与电源线圈连接的第一电容器和第二电容器，所述切换单元可在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换，在第一谐振状态下，谐振频率变成由电源线圈和第一电容器确定的第一频率，在第二谐振状态下，谐振频率变成由电源线圈、第一电容器和第二电容器确定的第二频率。根据该配置，通过适当地设置第一电容器的电容和第一电容器与第二电容器的综合电容，可易于将电源设备配置为具有第一谐振状态和第二谐振状态。

根据本发明的一个或多个实施方式，所述第一电容器可与电源线圈串联，所述第二电容器可与第一电容器并联，所述切换单元包括与第一电容器和第二电容器连接的开关，所述开关可在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换，在第一谐振状态下，第一电容器和第二电容器电断开，在第二谐振状态下，第一电容器和第二电容器电连接。根据该配置，通过驱动开关，将第一电容器和第二电容器电连接或断开，可易于在第一谐振状态与第二谐振状态之间进行切换。

根据本发明的一个或多个实施方式，在包括第一电容器和第二电容器的电源设备中，所述驱动单元包括与第一电容器连接的第一驱动单元和与第二电容器连接的第二驱动单元，所述切换单元可在第一驱动单元驱动谐振电路的第一谐振状态与第一驱动单元和第二驱动单元驱动谐振电路的第二谐振状态之间切换。根据该配置，与作为切换单元的开关用于与谐振电路连接的情况不同，可抑制由于在驱动切换单元的情况下出现的切换损耗和导通电阻而导致的性质劣化。

根据本发明的一个或多个实施方式，所述电源设备进一步可包括检测施加在电源线圈上的电压的相位的电压相位检测器；其中，所述切换单元可基于驱动单元的驱动信号的相位与施加在电源线圈上的电压的相位之间的相位差基本变为0而在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换。在检测电源线圈的电流的相位的情况下，需要使用会造成能量损失的分流电阻器或使电源线圈的电流的相位产生偏移的耦合器。与此相反，在本发明的一个或多个实施方式中，通过给电源设备提供检测施加在电源线圈上的电压的相位的电压相位检测器，可在无需使用造成能量损失的分流电阻器或使电源线圈的电流的相位产生偏移的耦合器的情况下检测驱动单元的驱动信号的相位与施加在电源线圈上的电压的相位之间的相位差。因此，与检测电源线圈的电流的相位的情况相比，可抑制能量损失和电源线圈的电流相位的偏移。另外，通过抑制电源线圈的电流相位的偏移，可更精确地使驱动信号的相位与电源线圈的电流(或电压)的相位之间的相位差基本平均为0。

根据本发明的一个或多个实施方式，电源设备可包括：谐振电路，其确定谐振频率；驱动单元，其驱动谐振电路；以及控制器，其促使谐振频率在第一谐振频率和第二谐振频率之间变换。第一谐振频率可高于驱动单元的驱动信号的频率，第二谐振频率可低于驱动信号的频率。

根据本发明的一个或多个实施方式，一种用于控制电源设备的方法可包括：基于驱动单元的驱动信号的相位与电源线圈中流动的电流和电压的至少其中之一的相位之间的相位差正被消除，使谐振频率在第一谐振频率和第二谐振频率之间变换。第一谐振频率可高于驱动信号的频率，第二谐振频率可低于驱动信号的频率。

根据本发明的一个或多个实施方式，如上所述，即使在谐振电路的电容相对于设计值具有可变性的情况下，也可有效提供相对较大的电力，并可提高批量生产性。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备的整体配置的框图。

图2是概略地示出根据本发明的第一示例的电源电路的谐振电路的电路图。

图3是示出根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备的切换控制器的配置的框图。

图4是描述根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备的驱动信号和电源线圈中流动的电流的波形之间的关系以及相位差的简图。

图5是示出根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电力接收设备的配置的框图。

图6是示出根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备与根据一个比较示例的电源设备之间的比较结果的简图。

图7是概略地示出根据本发明的第二示例的一个或多个实施方式的电源电路的谐振电路的电路图。

图8是概略地示出根据本发明的第三示例的一个或多个实施方式的电源电路的谐振电路的电路图。

图9是概略地示出根据本发明的第三示例的一个或多个实施方式的电源电路的第一驱动单元和第二驱动单元的电路图。

图10是概略地示出根据本发明的修改第一示例的一个或多个实施方式的电源电路的谐振电路的电路图。

具体实施方式

下文将参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。在本发明的实施方式中，为了便于更彻底理解本发明，下文提出了多个具体细节。但是，本领域的普通技术人员应理解的是，本发明可在无这些特定细节的情况下实施。其他实例中未对已知特征进行详细说明，以避免混淆本发明。

(第一示例)

(电源设备的配置)

下文将参照图1至图4对本发明的第一示例的实施方式进行说明。在无需在电源设备100与电力接收设备200之间提供线路等的情况下，根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备可向布置在电源设备100附近的电力接收设备200提供电力(作为非接触式电源设备)。

如图1所示，电源设备100包括谐振电路1、驱动单元2、切换控制器3、电力源4、主体控制器5、振荡电路6和电流检测器7。另外，如图2所示，谐振电路1包括电源线圈11、集总参数元件12和开关13。切换控制器3和开关13是“切换单元”的示例。

根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式，切换控制器3和开关13可在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换，在第一谐振状态下，由电源线圈11和集总参数元件12确定的谐振频率f变成高于驱动单元2的驱动信号的驱动频率fd的第一频率f1，在第二谐振状态下，谐振频率f变成低于驱动信号的驱动频率fd的第二频率f2。即，在具有第一频率f1的供电磁场与具有第二频率f2的供电磁场之间切换的同时，电源设备100可通过谐振电路1向电力接收设备200提供电力。

(电源设备的每个单元的配置)

通过从驱动单元2施加在谐振电路1上的根据驱动信号的电压，交流电流在谐振电路1内流动(参见图4)。该交流电流的频率变成由电源线圈11的电感和谐振电路1中的集总参数元件12的电容(和电感)确定的谐振频率f。

根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式，如图2所示，谐振电路1的集总参数元件12包括与电源线圈11串联的第一电容器12a和与第一电容器12a并联的第二电容器12b。另外，开关13与第一电容器12a和第二电容器12b连接，并在第一电容器12a和第二电容器12b电断开的状态(开关13关闭的状态)与第一电容器12a和第二电容器12b电连接的状态(开关13打开的状态)之间切换。

在本发明的一个或多个实施方式中，第一电容器12a和第二电容器12b电断开的状态并不限于(例如)第一电容器12a的两极与第二电容器12b的两极之间的连接完全断开的状态，并被描述为表示变成电路的状态，在这种状态下，在包括驱动单元2和电源线圈11的电路中，第二电容器12b中没有电流流过。另外，第一电容器12a和第二电容器12b电连接的状态被描述为表示变成电路的状态，在这种状态下，在包括驱动单元2和电源线圈11的电路中，第一电容器12a和第二电容器12b中有电流流过。

开关13将第一电容器12a和第二电容器12b断开时，第二电容器12b中没有电流流过，但第一电容器12a和电源线圈11中有电流流过。在这种情况下，谐振频率f变成由第一电容器12a的电容C1和电源线圈11的电感L确定的第一频率f1。

另外，在开关13将第一电容器12a和第二电容器12b连接的情况下，第二电容器12b、第一电容器12a和电源线圈11中均有电流流过。在这种情况下，谐振频率f变成由第一电容器12a和第二电容器12b的综合电容(C1+C2)和电源线圈11的电感L确定的第二频率f2。在本发明的一个或多个实施方式中，驱动单元2在第一频率f1下驱动谐振电路1的状态被定义为第一谐振状态，驱动单元2在第二频率f2下驱动谐振电路1的状态被定义为第二谐振状态。

另外，谐振电路1的电感或电容的值增加越多，谐振频率f越低。即，由于综合电容(C1+C2)大于第一频率f1的电容(C1)，从而第二频率f2低于第一频率f1。另外，对第一电容器12a的电容C1和第二电容器12b的电容C2所设置的值使第一频率f1大于驱动单元2的驱动频率fd并且第二频率f2小于驱动频率fd。

驱动单元2包括门极驱动电路和多个切换元件，并与电力源4连接。另外，驱动单元2基于来自具有驱动频率fd的振荡电路6的信号，通过由门极驱动电路驱动多个切换元件，将电力源4提供的电力转换成驱动频率fd下的交流电力，并将其输出给谐振电路1。

驱动频率fd设为(例如)根据标准等(A4WP等)确定的频率(6.78MHz)。因此，电源设备100可根据磁共振法进行供电。

电力源4包括(例如)交流-直流转换器，从在电源设备100外部提供的商用电力源获取交流电力(或从在电源设备100内部提供的电池获取电力)，将交流整流成直流，并输出获取的电力。另外，电力源4可基于来自主体控制器5的命令改变要输出的电压值。

主体控制器5包括CPU(中央处理器)等，并可对整个电源设备1进行控制，包括(例如)电源单元4。

振荡电路6可基于来自主体控制器5的命令输出具有驱动频率fd的信号。另外，振荡电路6可向驱动单元2和切换控制器3传输具有驱动频率fd的信号。驱动单元2的驱动信号的相位和具有驱动频率fd的信号的相位基本相同。

电流检测器7包括(例如)耦合器、分流电阻器等，如图2所示，可检测电源线圈11(谐振电路1)中流动的电流的电流值和相位。另外，电流检测器7与切换控制器3连接，并可将电源线圈11中流动的电流的电流值和相位的信息传输给切换控制器3。

(切换单元的配置)

如图3所示，切换控制器3包括相位比较器31、周期调节器32和同步器33。另外，切换控制器3与振荡电路6和电流检测器7连接，并可从振荡电路6获取具有驱动频率fd的信号，并获取从电流检测器7流向电源线圈11的电流的电流值和相位的信息。

根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式，如图4所示，切换控制器3可基于驱动信号的相位(具有驱动频率fd的信号的相位)与电源线圈11中流动的电流的相位之间的相位差(在第一谐振状态下从负值侧向接近0的方向变化，基本变成0)从第一谐振状态切换为第二谐振状态，随后可基于相位差(在第二谐振状态下从正值侧向接近0的方向变化，基本变成0)从第二谐振状态切换为第一谐振状态。换句话说，基于驱动信号的相位(具有驱动频率fd的信号的相位)与电源线圈11中流动的电流和电压的至少其中之一的相位之间的相位差正被消除，切换控制器3可促使谐振频率f在第一谐振频率与第二谐振频率之间变换。第一谐振的谐振频率(第一谐振频率)可高于驱动信号的频率，第二谐振的谐振频率(第二谐振频率)可低于驱动信号的频率。正值侧的相位差被定义为电源线圈11中流动的电流的相位早于驱动信号的相位的状态，负值侧的相位差被定义为电源线圈11中流动的电流的相位晚于驱动信号的相位的状态。具体如下所述。

相位比较器31包括比较器电路、低通滤波电路和差动电路，并可将具有驱动频率fd的信号的相位与电源线圈11中流动的电流的相位之间的相位差输出为与相位差成比例的电压值。图4示出了相位比较器31输出的电压值(相位差)。

另外，在本发明的第一示例的一个或多个实施方式中，在相位差基本变为0(与图4所示的点t1和t4对应)后，在电源线圈11中流动的电流的值基本变为0(点t3和t6)时，周期调节器32和同步器33可在第一谐振状态(时间周期T1和T3)与第二谐振状态(时间周期T2)之间切换。(具体如下所述)

特别地，在相位差从负值侧向接近0的方向变化，基本变为0(点t1)后，在过去一个预定时间周期之后，周期调节器32将进行切换的信号传输给同步器33(进行从第一谐振状态向第二谐振状态的切换的信号)。

另外，同步器33包括(例如)D型等类型的触发电路，并可检测电源线圈11中流动的电流的零交叉点(电流值基本变为0的点)。另外，在获取了进行切换的信号之后，同步器33发出一个信号(打开的信号)，该信号命令开关13在电源线圈11中流动的电流的值基本变为0时将第一电容器12a与第二电容器12b连接。上文对从周期调节器32向同步器33传输信号的配置的一个示例进行了图解说明，但也可采用这种配置：在周期调节器32中提供D型等类型的触发电路，周期调节器32也起同步器33的作用，进行处理。

另外，通过获取了命令将第一电容器12a与第二电容器12b连接的信号(打开的信号)，并从断开状态切换成连接状态(打开开关13)，开关13将谐振电路1从第一谐振状态切换成第二谐振状态。

另外，在相位差从正值侧向接近0的方向变化，基本变为0(点t4)的情况下，在过去一个预定时间周期之后，周期调节器32将进行切换的信号传输给同步器33(进行从第二谐振状态向第一谐振状态的切换的信号)。在获取了进行切换的信号之后，同步器33发出一个信号(关闭的信号)，该信号命令开关13在电源线圈11中流动的电流值基本变为0(点t6)时将第一电容器12a与第二电容器12b置于断开状态。

另外，通过获取了命令断开的信号(关闭的信号)，并从连接状态切换成断开状态，开关13将谐振电路1从第二谐振状态切换成第一谐振状态。

根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式，开关13在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换的周期(时间周期T1)长于驱动信号的周期(驱动频率fd的倒数)(时间周期Td)。特别地，在相位差从正值侧或负值侧向接近0的方向变化，基本变为0的情况下，在过去一个预定时间周期后，周期调节器32可将进行切换的信号传输给同步器33。另外，所述预定时间周期设为(例如)驱动信号周期的1.5倍。因此，开关13在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换的周期长于驱动信号的周期。预定时间周期并不限于驱动信号周期的1.5倍，可设为除驱动信号周期的1.5倍之外的其他时间周期。

(电力接收设备的配置)

接下来将参照图5对电力接收设备200的配置进行说明。

电力接收设备200包括电力接收天线201、整流器202、电力转换器203、负载204和控制器205。例如，电力接收设备200由手机(智能手机)组成。

电力接收天线201包括谐振电路(包括天线线圈、谐振电容器等)，并能与电源线圈11电磁耦合。另外，电力接收天线201可通过与电源线圈11电磁耦合而从电源设备100接收电力。

整流器202包括多个二极管等，并可将由电力接收天线201接收的交流电流转换成直流电流。另外，电力转换器203包括直流-直流转换器，可转换成适用于驱动负载204的预定电压，并对负载204施加来自整流器202的电力的电压。

负载204由(例如)二次电池组成，所述二次电池可用来自电力转换器203的电力充电。另外，控制器205可对整个电力接收设备200进行控制。

(谐振电路和切换单元的运行)

接下来将参照图4对根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的谐振电路1和开关13的运行进行说明。

图4示出了施加在谐振电路1上的驱动信号的电压波形(驱动电压的波形)和电源线圈11中流动的电流的电流波形(线圈电流的波形)的一个示例。另外，图4示出了驱动信号的相位与电源线圈11中流动的电流的相位之间的相位差与上述波形对应的暂时变化的一个方面的一个示例。

在时间周期T1和T3内，通过切换控制器3和开关13将谐振电路1置于第一谐振状态(第一频率f1>驱动频率fd)。另外，在时间周期T2内，通过切换控制器3和开关13将谐振电路1置于第二谐振状态(第二频率f2<驱动频率fd)。如上所述，驱动信号的周期Td存在以下关系：T1>Td、T2>Td，以及T3>Td。

在图4中，点t1是相位差从负值侧向接近0的方向变化，基本变为0时的第一谐振状态中的点。在这种情况下，在过去一个预定时间周期(例如，1.5×Td)后的点t2，进行切换的信号从周期调节器32传输给同步器33。

随后，在电源线圈11的电流值基本变为0的点t3，开关13由同步器33控制，并且谐振电路1由开关13从第一谐振状态切换成第二谐振状态。从点t1到点t3，谐振电路1在第一谐振状态下被驱动，相位差从负值侧经过0变为正值侧。

随后，从点t3到t4，由于谐振电路1在第二谐振状态下被驱动，相位差从正值侧向0变化。

在点t4，相位差从正值侧向接近0的方向变化，基本变为0。在这种情况下，在过去一个预定时间周期(例如，1.5×Td)后的点t5，进行切换的信号从周期调节器32传输给同步器33。

随后，在电源线圈11的电流值基本变为0的点t6，开关13由同步器33控制，并且谐振电路1由开关13从第二谐振状态切换成第一谐振状态。随后，如上所述，在谐振电路1中，第一谐振状态与第二谐振状态之间的切换由开关13和切换控制器3进行，相位差进入基本平均为0的状态。

(根据第一示例的实施方式的电源设备与根据比较示例的电源设备之间的比较结果)

接下来参考图6对根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100和根据一个比较示例，未设有第二电容器12b、切换控制器3和开关13的电源设备的比较结果进行说明。

通过改变第一电容器12a的电容的偏移量，比较根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100与根据比较示例的电源设备之间的电源线圈11中流动的电流值。所述偏移量为0％表示谐振电路1的谐振频率f与驱动频率fd匹配。

在根据比较示例的电源设备中，谐振电路由第一电容器和电源线圈组成，未设有第二电容器12b、切换控制器3和开关13。另外，在根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100与根据比较示例的电源设备中，驱动频率fd均设为1MHz，电源线圈11的电感均设为10μH；第一电容器12a的电容为2.503nF时将偏移量设为0％，并将谐振电路1的Q值(品质因数)设为600，从而进行电源线圈11中流动的电流值的测量。

首先，在对根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的第一电容器12a和根据比较示例的电源设备均采用偏移量为0％的2.503nF电容器的情况下，根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的电源线圈11和根据比较示例的电源设备的电源线圈中均流动有6A的电流。

另外，在对根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的第一电容器12a和根据比较示例的电源设备均采用偏移量为0.10％的2.500nF电容器，且电源设备100的第二电容器12b的电容设为0.006nF的情况下，根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的电源线圈11和根据比较示例的电源设备的电源线圈中均流动有6A的电流。

接下来，在对根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的第一电容器12a和根据比较示例的电源设备均采用偏移量为1％的2.478nF电容器，且电源设备100的第二电容器12b的电容设为0.05nF的情况下，根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的电源线圈11中流动有6A的电流，而根据比较示例的电源设备的电源线圈中流动有3.5A的电流。

另外，在对根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的第一电容器12a和根据比较示例的电源设备均采用偏移量为5％的2.378nF电容器，且电源设备100的第二电容器12b的电容设为0.25nF的情况下，根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的电源线圈11中流动有6A的电流，而根据比较示例的电源设备的电源线圈中流动有1.0A的电流。

即，可以看出，在使用偏移量为1％至5％的电容器作为第一电容器12a的情况下，根据比较示例的电源设备中的电源的效率(从谐振电路到驱动单元输送电力的效率)降低，而根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100中的电源的效率没有降低。

接下来，在对根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的第一电容器12a和根据比较示例的电源设备均采用偏移量为10％的2.253nF电容器，且电源设备100的第二电容器12b的电容设为0.5nF的情况下，根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的电源线圈11中流动有4.8A的电流，而根据比较示例的电源设备的电源线圈中流动有0.9A的电流。

另外，在对根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的第一电容器12a和根据比较示例的电源设备均采用偏移量为25％的1.878nF电容器，且电源设备100的第二电容器12b的电容设为1.25nF的情况下，根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的电源线圈11中流动有1.6A的电流，而根据比较示例的电源设备的电源线圈中流动有0.15A的电流。

即，可以看出，在使用偏移量为10％至25％的电容器作为第一电容器12a的情况下，根据比较示例的电源设备中的电源的效率明显降低，而根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100中抑制了电源效率的降低。

根据上述结果，可以看出，在根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100中，即使在谐振电路1的电容与设计值相比具有可变性(偏移量)的情况下，也可有效地向电力接收设备200提供相对较大的电力(例如，100mA或以上)。

(第一示例的效果)

根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式，可获得以下效果中的一个或多个。

根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式，如上所述，电源设备100包括切换控制器3和开关13，所述切换控制器3和开关13可在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换，在第一谐振状态下，由电源线圈11和集总参数元件12确定的谐振电路1的谐振频率f变成高于驱动单元2的驱动频率fd的第一频率f1，在第二谐振状态下，谐振频率f变成低于驱动频率fd的第二频率f2。因此，由于可通过在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换使驱动信号的相位与电源线圈11的电流的相位之间的相位差平均基本为0(在一定程度的时间段内相位差平均基本为0的情况下)，在提供相对较大电力的同时，可基本将谐振电路1的谐振频率f与驱动频率fd人工匹配。另外，由于谐振电路1的谐振频率f与驱动频率fd可利用切换控制器3和开关13基本人工匹配，从而不需要手动调整谐振电路1的(第一电容器12a的)电容。由于上述原因，即使在谐振电路1的(第一电容器12a的)电容与设计值相比具有可变性的情况下，也可有效提供相对较大的电力，并可提高批量生产性。

另外，根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式，如上所述，切换控制器3和开关13被配置成基于驱动信号的相位与电源线圈11中流动的电流的相位之间的相位差(从正值侧或负值侧向接近0的方向变化，基本变为0)在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换。即，切换控制器3和开关13被配置成基于驱动信号的相位与电源线圈11中流动的电流的相位之间的相位差(在第一谐振状态下从一侧(正值侧或负值侧)向接近0的方向变化，基本变为0)从第一谐振状态切换成第二谐振状态，随后基于相位差(在第二谐振状态下从另一侧(正值侧或负值侧)向接近0的方向变化，基本变为0)从第二谐振状态切换成第一谐振状态。因此，在第一谐振状态与第二谐振状态之间进行切换，使相位差接近0；因此，基本可更可靠地匹配谐振电路1的谐振频率f与驱动频率fd。

另外，根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式，如上所述，在相位差基本变为0后，电源线圈11中流动的电流的值基本变为0时，切换控制器3和开关13被配置成在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换。因此，第一谐振状态与第二谐振状态之间的切换是在电源线圈11中流动的电流的值基本为0的状态下进行的；因此，可抑制集总参数元件12(第一电容器12a和第二电容器12b)中所充的能量随着切换而损失。

另外，根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式，如上所述，切换控制器3和开关13在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换的周期(时间周期T1至T3)长于驱动信号的周期Td。由于驱动单元2的驱动频率fd一般设为相对较高的频率，存在这种情况：难以将切换控制器3和开关13配置为能够以高于驱动频率fd的频率来驱动。鉴于这一点，根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式，通过使第一谐振状态与第二谐振状态之间的切换周期(时间周期T1、T2和T3)长于驱动信号的周期Td，可使用于驱动开关13的频率低于驱动单元的驱动信号的驱动频率fd。因此，可易于配置切换控制器3和开关13。

另外，根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式，如上所述，集总参数元件12包括与电源线圈11连接的第一电容器12a和第二电容器12b，切换控制器3和开关13被配置成在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换，在第一谐振状态下，由电源线圈11和第一电容器12a确定的谐振频率f变成第一频率f1，在第二谐振状态下，由电源线圈11、第一电容器12a和第二电容器12b确定的谐振频率f变成第二频率f2。因此，通过适当地设置第一电容器12a的电容C1和第一电容器12a与第二电容器12b的综合电容(C1+C2)，可易于将电源设备100配置为具有第一谐振状态和第二谐振状态。

另外，根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式，如上所述，第一电容器12a与电源线圈11串联，第二电容器12b与第一电容器12a并联，开关13与第一电容器12a和第二电容器12b连接。另外，开关13可在第一电容器12a和第二电容器12b电断开的第一谐振状态与第一电容器12a和第二电容器12b电连接的第二谐振状态之间切换。因此，通过驱动开关13，将第一电容器12a和第二电容器12b电连接或断开，可易于在第一谐振状态与第二谐振状态之间进行切换。

(第二示例)

下文将参照图7对本发明的第二示例的实施方式进行说明。与根据本发明的第一示例的实施方式的电源设备100包括电流检测器7不同，根据本发明的第二示例的实施方式的电源设备300可包括电压检测器307。与本发明的第一示例的实施方式中的配置相同的配置用相同参考符号表示，将省略其说明。

(根据第二示例的电源设备的配置)

如图7所示，根据本发明的第二示例的一个或多个实施方式的电源设备300包括切换控制器303和电压检测器307。切换控制器303是“切换单元(切换控制器)”的一个示例。另外，电压检测器307是“电压相位检测器”的一个示例。

根据本发明的第二示例的一个或多个实施方式，电压检测器307可检测施加在电源线圈11上的电压的相位，并将电压的相位信息传输给切换控制器303。另外，切换控制器303和开关13被配置成基于驱动单元2的驱动信号的相位与由电压检测器307获取的、施加在电源线圈11上的电压的相位之间的相位差(基本变为0)在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换。

例如，切换控制器303可获取与从振荡电路6中获取的具有驱动频率fd的信号偏移90度的相位与施加在电源线圈11上的电压的相位之间的相位差根据本发明的第二示例的一个或多个实施方式，驱动信号的相位被描述为与从振荡电路6中获取的具有驱动频率fd的信号偏移90度的相位。即，由于电压检测器307检测的相位与根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的电流检测器7检测的相位偏移了90度(例如，上文所述的偏移量)，与根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100中的切换控制器3相似，切换控制器303也可获取相位差

另外，根据本发明的第二示例的一个或多个实施方式的电源设备300，与根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100相似，可基于与施加在电源线圈11上的电压的相位的基本变为0的相位差通过切换控制器303和开关13在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换谐振电路1。

另外，根据本发明的第二示例的一个或多个实施方式的电源设备300的其他配置与根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的其他配置相似。

(第二示例的效果)

根据本发明的第二示例的一个或多个实施方式，可获得以下效果中的一个或多个。

在本发明的第二示例的一个或多个实施方式中，如上所述，电源设备300包括检测施加在电源线圈11上的电压的相位的电压检测器307，切换控制器307和开关13被配置成基于驱动单元2的驱动信号的相位与施加在电源线圈11上的电压的相位之间的相位差(基本变为0)而在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换。在检测电源线圈11的电流相位的情况下，需要使用分流电阻器或耦合器，分流电阻器会造成能量损失，耦合器会使电源线圈11的电流相位产生偏移。与此相反，在本发明的第二示例的一个或多个实施方式中，通过给电源设备300提供检测施加在电源线圈11上的电压的相位的电压检测器307，可在无需使用造成能量损失的分流电阻器或使电源线圈11的电流的相位产生偏移的耦合器的情况下检测驱动单元2的驱动信号的相位与施加在电源线圈11上的电压的相位之间的相位差因此，与检测电源线圈11的电流的相位的情况相比，可抑制能量损失和电源线圈11的电流相位的偏移。另外，通过抑制电源线圈11的电流相位的偏移，可更精确地使驱动信号的相位与电源线圈11的电流的相位之间的相位差基本平均为0。

另外，根据本发明的第二示例的一个或多个实施方式的电源设备300的其他效果与根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的其他效果相似。

(第三示例)

接下来将参照图8对本发明的第三示例的实施方式进行说明。与根据本发明的第一示例的实施方式的电源设备100包括一个驱动单元2不同，根据本发明的第三示例的实施方式的电源设备400可包括两个驱动单元(第一驱动单元402a和第二驱动单元402b)。与第一或第二示例的实施方式中的配置相同的配置用相同参考符号表示，将省略其说明。

(根据第三示例的电源设备的配置)

如图8所示，根据本发明的第三示例的一个或多个实施方式的电源设备400包括谐振电路401、驱动单元402和切换控制器403。

根据本发明的第三示例的一个或多个实施方式，驱动单元402包括与第一电容器12a连接的第一驱动单元402a和与第二电容器12b连接的第二驱动单元402b。另外，所述切换控制器403可在第一驱动单元402a驱动谐振电路401的第一谐振状态与第一驱动单元402a和第二驱动单元402b驱动谐振电路401的第二谐振状态之间切换。

特别地，如图9所示，第一驱动单元402a和第二驱动单元402b各自包括开关421a和421b，并被配置成分别在半阻抗状态下切断与谐振电路401的连接。因此，在使用第一驱动单元402a和第二驱动单元402b的情况下，抑制了电力输出从一侧流向另一侧的驱动单元内。

另外，如图8所示，所述第一驱动单元402a与振荡电路6连接，并可根据来自振荡电路6的驱动信号驱动谐振电路401。

另外，第二驱动单元402b与振荡电路6和切换控制器403连接，并可仅在切换控制器403选择第二谐振状态的情况下根据来自振荡电路6的驱动信号驱动谐振电路401(第二电容器12b和电源线圈11)。

因此，在谐振电路401仅由第一驱动单元402a驱动的情况下，谐振频率f变成第一频率f1，进入第一谐振状态。在谐振电路401由第一驱动单元402a和第二驱动单元402b二者驱动的情况下，谐振频率f变成第二频率f2，进入第二谐振状态。

与根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的切换控制器3类似，切换控制器403可获取驱动单元402的驱动信号的相位与施加在电源线圈11上的电压的相位之间的相位差另外，基于基本变为0的相位差切换控制器403可在由第一驱动单元402a驱动谐振电路401的状态(第一谐振状态)与由第一驱动单元402a和第二驱动单元402b驱动谐振电路401的状态(第二谐振状态)之间切换。

另外，根据本发明的第三示例的一个或多个实施方式的电源设备400的其他配置与根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的其他配置相似。

(第三示例的效果)

根据本发明的第三示例的一个或多个实施方式，可获得以下效果中的一个或多个。

在本发明的第三示例的实施方式中，如上所述，驱动单元402包括与第一电容器12a连接的第一驱动单元402a和与第二电容器12b连接的第二驱动单元402b，切换控制器403可在第一驱动单元402a驱动谐振电路401的第一谐振状态与第一驱动单元402a和第二驱动单元402b驱动谐振电路401的第二谐振状态之间切换。因此，与切换单元包括与谐振电路401连接的开关13的情况不同，可抑制由于在驱动开关13(开关)的情况下出现的切换损耗和导通电阻而导致的性质劣化。

另外，根据本发明的第三示例的一个或多个实施方式的电源设备400的其他效果与根据本发明的第一示例的一个或多个实施方式的电源设备100的其他效果相似。

(修改示例)

虽然已仅根据有限数量的实施方式对本发明进行了说明,但得益于本发明的本领域的技术人员应理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可设计各种其他实施方式。由此，本发明的范围仅应由附加权利要求限制。

例如，在本发明的第一至第三示例的一个或多个实施方式中，示出了电力接收设备实施为手机(智能手机)的示例，但本发明并不限于此。在本发明的一个或多个实施方式中，电力接收设备可实施为除手机之外的其他装置。例如，其可实施为电动汽车等装置。

另外，在本发明的第一至第三示例的一个或多个实施方式中，示出了将第一电容器和第二电容器用作集总参数元件的示例，但本发明并不限于此。在本发明的一个或多个实施方式中，可使用除第一电容器和第二电容器之外的其他元件作为集总参数元件。例如，在图10所示的根据本发明的修改第一示例的一个或多个实施方式的电源设备500中，集总参数元件512包括电容器512a和电感器512b。

如图10所示，根据本发明的修改第一示例的一个或多个实施方式的电源设备500的谐振电路501包括电源线圈11和集总参数元件512，所述集总参数元件512包括与电源线圈11串联的电容器512a和与第一电容器512a串联的电感器512b。另外，谐振电路501包括与电感器512b并联的开关513。因此，在开关513打开的情况下，谐振电路501的谐振频率变成由电容器512a(例如，电容C1)和电源线圈11(例如，电感L)确定的第一频率f1(第一谐振状态)，在开关513关闭的情况下，谐振电路501的谐振频率变成由电容器512a(例如，电容C1)、电感器512b(例如，电感La)和电源线圈11(电感L)确定的第二频率f2(第二谐振状态)。因此，即使采用根据本发明的修改第一示例的一个或多个实施方式的电源设备500，也可在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换谐振电路501。电容器512a和电感器512b是“集总参数元件”的一个示例。

另外，在本发明的第一至第三示例的一个或多个实施方式中，示出了这样的示例(参见图4)：在相位差基本变为0后，电源线圈中流动的电流的值基本变为0时，切换单元可被配置成在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换，但本发明并不限于此。例如，在本发明的一个或多个实施方式中，可采用在相位差基本变为0后立即进行第一谐振状态与第二谐振状态之间的切换的配置。

另外，在本发明的第一至第三示例的一个或多个实施方式中，示出了切换单元在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换的周期长于驱动信号的周期的示例，但本发明并不限于此。在本发明的一个或多个实施方式中，切换单元在第一谐振状态与第二谐振状态之间切换的周期可设置为等于或短于驱动信号的周期。

另外，在本发明的第三示例的一个或多个实施方式中，示出了切换单元在第一谐振状态(第一驱动单元驱动谐振电路)与第二谐振状态(第一驱动单元和第二驱动单元驱动谐振电路)之间切换的示例，但本发明并不限于此。在本发明的一个或多个实施方式中，切换单元可被配置成在第一谐振状态(第一驱动单元驱动谐振电路)与第二谐振状态(仅第二驱动单元驱动谐振电路)之间切换。在这种情况下，例如，可将第二电容器的电容设为C1+C2，从而实现上述这种配置。

【参考符号解释】

1,401,501 谐振电路

2,402 驱动单元

3,303,403,503 切换控制器(控制器、切换单元)

11 电源线圈

12,512 集总参数元件

12a 第一电容器

12b 第二电容器

13,513 开关(切换单元)

100,300,400,500 电源设备

307 电压检测器(电压相位检测器)

402a 第一驱动单元

402b 第二驱动单元

512a 电容器(集总参数元件)

512b 电感器(集总参数元件)

Claims (19)

1.一种电源设备，包括：

谐振电路，所述谐振电路包括电源线圈并确定谐振频率；

驱动单元，所述驱动单元驱动所述谐振电路；以及

控制器，所述控制器促使所述谐振频率在第一谐振频率和第二谐振频率之间变换，其中

所述第一谐振频率高于所述驱动单元的驱动信号的频率，

所述第二谐振频率低于所述驱动信号的频率，并且

所述控制器基于所述驱动信号的相位与所述电源线圈中流动的电流和电压的至少其中之一的相位之间的相位差正被消除而促使所述谐振频率在所述第一谐振频率和所述第二谐振频率之间变换。

2.如权利要求1所述的电源设备，其中，从所述相位差被消除开始过去一个预定时间周期之后，所述控制器促使所述谐振频率在所述第一谐振频率和所述第二谐振频率之间变换。

3.如权利要求2所述的电源设备，其中，所述预定时间周期长于所述驱动信号的周期。

4.如权利要求3所述的电源设备，其中，所述预定时间周期是所述驱动信号的周期的1.5倍。

5.如权利要求1至4中任一项所述的电源设备，其中，在消除所述相位差后，所述电源线圈中流动的电流的值变为0时，所述控制器促使所述谐振频率在所述第一谐振频率和所述第二谐振频率之间变换。

6.如权利要求1至4中任一项所述的电源设备，还包括相位比较器，所述相位比较器将所述相位差输出为与所述相位差成比例的电压值。

7.如权利要求1至4中任一项所述的电源设备，还包括：

同步器；以及

周期调节器，所述周期调节器向所述同步器发送从所述相位差被消除开始的一个预定时间周期之后在所述第一谐振频率与所述第二谐振频率之间变换的信号。

8.如权利要求1至4中任一项所述的电源设备，其中，所述谐振电路包括集总参数元件。

9.如权利要求8所述的电源设备，其中

所述集总参数元件包括与所述电源线圈连接的第一电容器和第二电容器，

所述第一谐振频率由所述电源线圈和所述第一电容器确定，并且

所述第二谐振频率由所述电源线圈、所述第一电容器和所述第二电容器确定。

10.如权利要求9所述的电源设备，其中

所述第一电容器与所述电源线圈串联，

所述第二电容器与所述第一电容器并联，

所述电源设备还包括所述第一电容器和所述第二电容器连接的开关，并且

所述开关在所述第一电容器与所述第二电容器之间的连接与断开状态之间切换。

11.如权利要求9所述的电源设备，其中

所述驱动单元包括与所述第一电容器连接的第一驱动单元和与所述第二电容器连接的第二驱动单元，

所述第一谐振频率为所述第一驱动单元驱动所述谐振电路时的谐振频率，并且

所述第二谐振频率为所述第一驱动单元和所述第二驱动单元驱动所述谐振电路时的谐振频率。

12.如权利要求9所述的电源设备，其中

所述驱动单元包括与所述第一电容器连接的第一驱动单元和与所述第二电容器连接的第二驱动单元，

所述第一谐振频率为所述第一驱动单元驱动所述谐振电路时的谐振频率，并且

所述第二谐振频率为所述第二驱动单元驱动所述谐振电路时的谐振频率。

13.如权利要求8所述的电源设备，其中

所述集总参数元件包括与所述电源线圈连接的电容器和与所述电容器连接的电感器，

所述第一谐振频率由所述电容器和所述电源线圈确定，并且

所述第二谐振频率由所述电容器、所述电感器和所述电源线圈确定。

14.如权利要求1至4中任一项所述的电源设备，还包括电压相位检测器，所述电压相位检测器检测施加在所述电源线圈上的电压的相位，其中

所述相位差是所述驱动信号的相位与施加在所述电源线圈上的电压的相位之间的相位差。

15.如权利要求2所述的电源设备，其中，所述预定时间周期短于所述驱动信号的周期。

16.一种用于控制电源设备的方法，所述方法包括：

基于驱动单元的驱动信号的相位与电源线圈中流动的电流和电压的至少其中之一的相位之间的相位差正被消除，使谐振电路的谐振频率在第一谐振频率和第二谐振频率之间变换；其中

所述第一谐振频率高于所述驱动信号的频率，并且

所述第二谐振频率低于所述驱动信号的频率。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述变换促使开关在所述第一谐振频率与所述第二谐振频率之间变换。

18.如权利要求16所述的方法，还包括：

利用相位比较器将所述相位差输出为与所述相位差成比例的电压值。

19.如权利要求16至18中任一项所述的方法，还包括：

利用电压相位检测器检测施加在所述电源线圈上的电压的相位，其中

所述相位差是所述驱动信号的相位与施加在所述电源线圈上的电压的相位之间的相位差。