CN109416380A - 用于监测无线电力发送器的装置和方法 - Google Patents

用于监测无线电力发送器的装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109416380A
CN109416380A CN201780023434.5A CN201780023434A CN109416380A CN 109416380 A CN109416380 A CN 109416380A CN 201780023434 A CN201780023434 A CN 201780023434A CN 109416380 A CN109416380 A CN 109416380A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
input
phase
resonator
information
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.)
Pending
Application number
CN201780023434.5A
Other languages
English (en)
Inventor
黄锺泰
申铉翊
全商吾
宋益圭
全翊秀
李焌
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.)
Maps Inc
Original Assignee
Maps Inc
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 Maps Inc filed Critical Maps Inc
Priority claimed from PCT/KR2017/003798 external-priority patent/WO2017179858A1/ko
Publication of CN109416380A publication Critical patent/CN109416380A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/06—Arrangements for measuring electric power or power factor by measuring current and voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16547—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies voltage or current in AC supplies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2513—Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/133—Arrangements for measuring electric power or power factor by using digital technique
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
    • G01R25/005—Circuits for comparing several input signals and for indicating the result of this comparison, e.g. equal, different, greater, smaller, or for passing one of the input signals as output signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/16—Measuring impedance of element or network through which a current is passing from another source, e.g. cable, power line
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605—Measuring capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2611—Measuring inductance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies
    • G01R31/42—AC power supplies

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

公开了用于监测无线电力发送器的设备和方法。根据实施方式，用于监测无线电力发送器的设备包括：电平信息检测器，其用于检测包括在无线电力发送器的谐振器中或者连接至谐振器的阻抗元件的两个端子的电压电平信息；相位差检测器，其用于检测阻抗元件的两个端子的电压的相位差信息；以及控制器，其用于借助于阻抗元件的两个端子的电压的电平信息和相位差信息来监测谐振器的状态，所述电平信息和相位差信息借助电平信息检测器和相位差检测器来检测。

Description

用于监测无线电力发送器的装置和方法
技术领域
本发明涉及无线电力发送和接收技术。
背景技术
已经开发了无线地发送电力的许多技术。作为这些技术的代表性示例，存在使用微波的电波接收技术、使用磁场的磁感应技术、使用磁场与电场之间的能量转换的磁共振技术等。
无线电力发送器可以通过监测包括电容器和天线的谐振器的状态来识别谐振器的效率、电力发送状态和无线电力接收器的状态。可以通过测量谐振器的输入电压、输入电流、输入阻抗和有功功率来识别谐振器的状态。
然而，当以如无线充电联盟(A4WP)方法以6.78MHz的高频无线地发送电力时，由于频率非常快并且谐振器的电压很高，因此以一般方式不容易测量上面描述的四个参数。
发明内容
[技术问题]
在实施方式中，提出了用于监测无线地发送电力的无线电力发送器的装置和方法。
[技术解决方案]
本发明的一个方面提供了一种用于监测无线电力发送器的装置，该装置包括：幅度信息检测器，其包括在无线电力发送器的谐振器中并且被配置成检测连接至谐振器的阻抗器件的相对两端处的电压的幅度信息；相位差检测器，其被配置成检测阻抗器件的相对两端处的电压的相位差信息；以及控制器，其被配置成基于相位差信息和阻抗器件的相对两端处的电压的幅度信息来监测谐振器的状态，幅度信息和相位差信息通过幅度信息检测器和相位差检测器来检测。
阻抗器件可以包括电阻器、电感器、电容器或其组合。
幅度信息检测器可以包括：变压器，其被配置成针对形成于第一阻抗器件的一端处的电压V1p与第二阻抗器件的一端处的电压V1n之间的第一输入电压信号V1和形成于第一阻抗器件的另一端处的电压V2p与第二阻抗器件的另一端处的电压V2n之间的第二输入电压信号V2来生成电压v1x和v2x，电压v1x和v2x从接地电压摆动；以及峰值检测器，其被配置成检测从变压器输出的相应的电压v1x和v2x的峰值。幅度信息检测器还可以包括：第一电压调节器，其被配置成控制第一阻抗器件和第二阻抗器件中的每个的相对两端处的电压的增益并且将经增益控制的电压发送至变压器；以及第二电压调节器，其被配置成通过从峰值检测器接收具有峰值的输出电压来控制电压的增益。第一输入电压V1的幅度信息|V1|可以是第一电压调节器的增益K1、第二电压调节器的增益K2以及第一阻抗器件的一端处的电压V1p与第二阻抗器件的一端处的电压V1n之间的电压差|V1p-V1n|的乘积，第二输入电压V2的幅度信息|V2|可以是第一电压调节器的增益K1、第二电压调节器的增益K2以及第一阻抗器件的另一端处的电压V2p与第二阻抗器件的另一端处的电压V2n之间的电压差|V2p-V2n|的乘积。
相位差检测器可以包括：电容器，其被配置成从变压器输出的电压v1x和v2x中去除直流(DC)分量；第一电压比较器，其被配置成接收电容器的相对于第一输入电压信号V1的输出电压和接地电压，并且将输出电压与接地电压进行比较；第二电压比较器，其被配置成接收电容器的相对于第二输入电压信号V2的输出电压和接地电压，并且将输出电压与接地电压进行比较；以及相位差比较器，其被配置成接收第一电压比较器的输出电压和第二电压比较器的输出电压，并且比较输出电压之间的相位差。相位差检测器还可以包括反相放大器，该反相放大器被配置成：接收相位差比较器的输出，允许输出通过低通带，并且放大当输出通过低通带时获得的信号。相位差比较器可以输出根据第一电压比较器的输出电压与第二电压比较器的输出电压之间的相位差而线性变化的电压信号。
控制器可以基于相位差信息和阻抗器件相对两端处的电压的幅度信息来测量谐振器的输入电压、输入电流、输入阻抗和有功功率中的至少一个，幅度信息和相位差信息通过幅度信息检测器和相位差检测器来检测。控制器可以基于相位差信息和阻抗器件的相对两端处的电压的幅度信息来计算阻抗器件的输入电流，并且基于计算出的输入电流来计算输入电流的相位。控制器可以基于阻抗器件的一端处的输入电压的幅度信息、输入电流和关于输入电流的相位的信息来计算输入阻抗和有功功率。
控制器可以基于监测谐振器的状态的结果通过控制谐振器或功率放大器来控制要被发送至无线电力接收器的电力的量。
[有益效果]
在一个实施方式中，可以监测无线电力发送器的谐振器的状态。特别地，可以监测以高频无线地发送电力的无线电力发送器。可以有效地测量包括在无线电力发送器中的谐振器的输入电压、输入电流、输入阻抗和有功功率。因此，可以识别谐振器的效率和电力发送状态。此外，可以识别无线电力接收器的接收环境。
附图说明
图1是示出了应用本发明的无线电力系统的结构的图；
图2是根据本发明的实施方式的监测无线电力发送器的装置(以下被称为“监测装置”)的概念图；
图3是根据本发明的实施方式的图2的监测装置的电路图；
图4是根据本发明的实施方式的图3的相位差比较器的电路图；
图5是示出了根据本发明的实施方式的经由相位差比较器输出的信号的图；
图6是示出了谐振器的结构以说明根据本发明的另一个实施方式的监测装置的结构的图；
图7是根据本发明的另一个实施方式的图6的监测装置的电路图，以及；
图8是示出了根据本发明的又一个实施方式的监测装置的结构的图。
具体实施方式
根据结合附图详细描述的实施方式，本发明的优点和特征以及实现本发明的优点和特征的方法将显而易见。然而，本发明不限于此，并且可以以许多不同的形式来实施。仅提供这些实施方式以使得本公开内容全面且完整，并且将向本领域的普通技术人员完全传达本发明的概念。本发明应该仅由权利要求来限定。在附图中，遍及附图，相同的附图标记表示相同的元件。
当描述本发明的实施方式时，如果确定公知的功能或结构由于不必要的细节会模糊本发明，则不详细描述这些功能或结构。下面将描述的术语是考虑到本发明的实施方式中的功能而定义的，因此可以根据用户或操作者的意图、先例等来不同地定义。因此，应该基于本发明的整个上下文来定义本文中使用的术语。
附图中框图中的每个框和流程图的操作的组合可以由计算机程序指令(执行引擎)来执行，所述计算机程序指令可以存储在通用计算机、专用计算机或其他类型的可编程数据处理装备的处理器中。因此，从通过计算机或其他类型的可编程数据处理装备的处理器执行的程序指令产生用于执行框图的框中或流程图的操作中描述的功能的方法。
计算机程序指令可以存储在计算机或其他类型的可编程数据处理装备中可获得的计算机可用或可读的存储器中，以按特定方式实现功能。因此，可以通过存储在计算机可用或可读的存储器中的指令来产生包括用于执行框图的框中或流程图的操作中描述的功能的指令方法的产品。
此外，可以将计算机程序指令加载到计算机或其他类型的可编程数据处理装备中，使得可以在计算机或其他类型的可编程数据处理装备中执行一系列操作，以创建计算机可执行处理。因此，用于计算机或其他数据类型的可编程处理装备执行的指令可以提供用于执行框图的框中和流程图的操作中描述的功能的操作。
另外，每个框或操作可以表示模块、包括用于执行指定的逻辑功能的一个或更多个可执行指令的代码的段或部分。在一些替选的实施方式中，可以以不同的顺序来执行在框或操作中指定的功能。例如，实际上可以在需要的时候基本上同时执行两个连续的框或操作，或者可以以相反的顺序执行两个连续的框或操作。
在下文中，将参照附图来详细描述本发明的实施方式。然而，可以对本发明的以下实施方式进行各种改变，并且本发明的范围不受以下实施方式限制。本发明的这些实施方式被提供以帮助本领域的普通技术人员理解本发明。
图1是示出了应用本发明的无线电力系统的结构的图。
参照图1，无线电力系统1包括电力发送单元(PTU)10和电力接收单元(PRU)12。
PTU 10主要包括功率放大器100和谐振器102。谐振器102包括发送天线1020、第一电容器Cs1 1022-1和第二电容器Cs2 1022-2，并且使用由发送天线1020、第一电容器Cs11022-1和第二电容器Cs2 1022-2确定的谐振频率向PRU 12发送无线电力信号。
功率放大器100输出与谐振器102的谐振频率对应的频率的交流(AC)电压/电流，以便驱动谐振器102。实际上，由于电磁干扰(EMI)滤波器等连接至功率放大器100的输出端，因此功率放大器100的输出电压/电流与谐振器102的电压/电流并不完全相同。PRU 12包括谐振器120和接收器122，接收器122被配置成将从谐振器120接收的AC电力转换成直流(DC)电力。
通过在PTU 10的发送天线1020与PRU 12的接收天线1200之间共享磁场来执行无线电力传输。因此，这两个天线1020和1200可以被认为等同于变压器。因此，PTU 10的谐振器102的阻抗根据PRU 12上的负载的状态或者当没有设置PRU 12并且诸如金属的导电物体位于PTU 10的发送天线1020附近时而改变。因此，可以通过计算PTU 10的谐振器102的输入电压/电流以及关于谐振器102的相位的信息来间接地识别PRU 12的状态。此外，可以基于谐振器102的效率和状态将功率放大器100控制成稳定地工作。因此，监测谐振器102的状态是非常重要的。例如，需要测量谐振器102的输入电压、输入电流、相位和有功功率。
谐振器102的电压/电流通常为AC形式，并且其频率没有特别限制。在无线充电联盟(A4WP)方法中，使用6.78MHz的频率，从而谐振器102的电压/电流具有6.78MHz的频率。在A4WP方法中，使用高频，因此通过一般方法不容易测量电流。谐振器102的电压根据从功率放大器100提供的电力和其上的负载的特性而变化，但是通常可以增加到几百伏。因此，难以测量高速改变的高压信号。特别地，测量电流是非常困难的。
当使用现有感测电阻器来测量电流时，功耗很高。此外，很难实现测量以高压工作的电阻器的相对两端处的电压的差分放大器。因此，使用电阻器测量电流的方法不是优选的。作为另一种方法，可以使用电流互感器。这种方法也是可行的，但是不容易形成大量电流流过并且能够测量6.78MHz电流的电流互感器。特别地，当大量电流流动时，该互感器可能饱和，从而可能在测量结果中出现大误差。
在本发明中，获得关于谐振器的阻抗器件的相对两端处的电压以及电压之间的相位差的信息，基于该信息来监测谐振器的状态。在这种情况下，可以通过测量谐振器的输入电压、输入电流、输入阻抗和有功功率中的至少一个来监测谐振器的状态。
图2是根据本发明的实施方式的监测无线电力发送器的装置(下文中被称为“监测装置”)的概念图。
参照图2，监测装置2包括两个幅度信息检测器20-1和20-2、相位差检测器24和控制器26。
监测装置2通过使用两个幅度信息检测器20-1和20-2来获取谐振器的阻抗器件Zs的相对两端处的电压V1和V2的幅度信息|V1|和|V2|，并且通过相位差检测器24来获取在阻抗器件Zs的相对两端处的电压V1与V2之间的相位差信息(phi)。阻抗器件Zs可以包括在无线电力发送器的谐振器102中或者连接至无线电力发送器的谐振器102。在图2中，下面将阻抗器件Zs包括在谐振器102中的情况作为示例来描述。阻抗器件Zs可以包括电阻器Rs、电感器Ls、电容器Cs或其组合。在图2中，下面将描述阻抗器件Zs是电容器Cs的情况。
控制器26基于相位差信息以及阻抗器件Zs的相对两端处的电压V1和V2的幅度信息|V1|和|V2|来监测谐振器102的状态，所述幅度信息|V1|和|V2|以及相位差信息通过两个幅度信息检测器20-1、20-2以及相位差检测器24获取。例如，可以识别谐振器102的输入电压、输入电流、输入阻抗和有功功率。控制器26基于相位差信息以及阻抗器件Zs的相对两端处的电压V1和V2的幅度信息|V1|和|V2|来计算谐振器102的输入电流，并且基于计算出的输入电流来计算输入电流的相位。控制器26基于阻抗器件Zs的一端处的电压V1或V2的幅度信息|V1|或|V2|、输入电流和输入电流的相位来计算谐振器102的输入阻抗和有功功率。例如，控制器26可以是微控制器(Micom)。
在实施方式中，控制器26基于监测谐振器102的状态的结果来识别无线电力接收器的状态，并且根据无线电力接收器的状态通过控制谐振器102或功率放大器100来控制要被发送至无线电力接收器的电力的量。
下面将参照图2来描述当阻抗器件Zs是电容器Cs 1022时计算输入电压幅度信息|V1|和|V2|以及相位差信息的示例。使用幅度信息检测器20-1和20-2来计算谐振器电容器Cs 1022的相对两端处的输入电压V1和V2的输入电压信息|V1|和|V2|。接着，使用被配置成比较输入电压V1和V2的相位的相位差检测器24来计算输入电压V1与V2之间的相位差。在这种情况下，可以计算输入电压V2相对于输入电压V1的相位的相位差。计算输入电压V2相对于输入电压V1的相位的相位差的结果是通过控制器26基于三种类型的信息|V1|、|V2|和适当地计算谐振器102的输入电压、输入电流、输入阻抗和有功功率。
下面将描述基于输入电压幅度信息|V1|和|V2|以及相位差信息使用以下等式测量谐振器102的输入电流的方法。当输入电压V1的相位是参考相位时输入电压V1和V2可以由如下面的等式1和等式2所示的欧拉公式来表达。在这种情况下，假设输入电压V2的相位相对于输入电压V1偏移
[等式1]
V1＝|V1|ej0
[等式2]
V2＝|V2|ejΦ
电容器Cs的输入电流Iin满足下面的等式3。
[等式3]
Iin＝sCs(|V1|ej0-|V2|ejΦ)
可以将上面的等式3表达为下面的等式4。
[等式4]
Iin＝sCs(|V1|-|V2|cosΦ-j|V2|sinΦ)
在等式4中，可以通过下面的等式5来计算输入电流Iin的幅度|Iin|。
[等式5]
在等式5中，ω＝2π×6.78MHz。
可以通过下面的等式6来计算输入电流Iin的相位θ(theta)。
[等式6]
可以看出，关于输入电流Iin的信息完全是从上面等式的扩展获得的。可以通过上面等式来计算谐振器102的输入阻抗Zin。可以通过下面的等式7来计算输入阻抗Zin。
[等式7]
如等式7所示，可以获得复数形式的结果，其中实数部分表示电阻分量R，而虚数部分表示电抗分量X。
可以通过下面的等式8基于通过上面的等式6计算的输入电流Iin的相位θ(theta)来计算谐振器102的有功功率Pin。
[等式8]
Pin＝|V1||Iin|cosθ
总之，可以基于幅度信息|V1|和|V2|以及相位差信息来计算所有期望的信息。
图3是根据本发明的实施方式的图2的监测装置2的电路图。
参照图2和图3，当谐振器102的阻抗器件Zs包括第一电容器Cs1 1022-1和第二电容器Cs2 1022-2时，检测输入电压V1的幅度信息|V1|的第一幅度信息检测器20-1包括第一V1电压调节器20-1和21-1、V1变压器22-1、V1峰值检测器23-1和第二V1电压调节器24-1。类似地，检测输入电压V2的幅度信息|V2|的第二幅度信息检测器20-2包括第一V2电压调节器20-2和21-2、V2变压器22-2、V2峰值检测器23-2和第二V2电压调节器24-2。
现在将描述第一幅度信息检测器20-1的部件。第一V1电压调节器20-1和21-1分别控制第一电容器Cs1 1022-1的一端处的电压V1p的增益和第二电容器Cs2 1022-2的一端处的电压V1n的增益。例如，由于电压V1p和V1n可能非常高，因此电压V1p和V1n通过第一V1电压调节器20-1和21-1被转换成较低的电压。为此，第一V1电压调节器20-1和21-1可以使用电容器C1和C2。
V1变压器22-1接收通过由第一V1电压调节器20-1和21-1转换而获得的电压，生成从接地电压摆动的电压信号v1x，并且输出电压信号v1x。V1变压器22-1可以包括比率为1:1的两个电感器220-1和220-2。比率1:1可以被理解成：意味着彼此耦合的初级电感器220-1的电力线的数量和次级电感器220-2的电力线的数量是相同的。初级电感器220-1连接至第一电压调节器20-1和21-1的输出端。次级电感器220-2的一端连接至输出端子，而其另一端连接至接地电压源。
V1峰值检测器23-1检测V1变压器22-1的输出电压v1x的峰值。V1峰值检测器23-1可以包括二极管D1和电容器Cp。检测到的峰值可以存储在电容器Cp中。
第二V1电压调节器24-1连接至V1峰值检测器23-1，并且控制具有峰值的输出电压的电压增益。例如，第二V1电压调节器24-1可以通过电阻器R1和R2将输出电压的峰值降低到较低的电压值。经由第二V1电压调节器24-1输出的输入电压V1的幅度信息|V1|是第一V1电压调节器20-1和21-1的增益K1、第二V1电压调节器24-1的增益K2以及第一电容器Cs11022-1的一端处的电压V1p与第二电容器Cs2 1022-2的一端处的电压V1n之间的电压差(|V1p–V1n|)的乘积。
可以通过与获取上述输入电压V1的幅度信息|V1|的方法类似的方法来获取输入电压V2的幅度信息|V2|。因此，在此不详细描述该方法。
相位差检测器24可以包括电容器Cd 25-1和25-2、第一电压比较器26-1、第二电压比较器26-2和相位差比较器27，并且还可以包括反相放大器28。
V1电容器Cd 25-1从V1变压器22-1的输出电压v1x中将DC分量去除。类似地，V2电容器Cd 25-2从V2变压器22-2的输出电压v2x中将DC分量去除。
第一电压比较器26-1接收并比较V1电容器Cd 25-1的输出电压与接地电压。第二电压比较器26-2接收并比较V2电容器Cd 25-2的输出电压与接地电压。相位差比较器27接收第一电压比较器26-1的输出电压和第二电压比较器26-2的输出电压，并且比较输入电压V1与V2之间的相位差。
反相放大器28接收相位差比较器27的输出，允许输出通过低通带，并且放大当输出通过低通带时获得的信号。经由反相放大器28输出的信号可以是根据第一电压比较器26-1的输出电压与第二电压比较器26-2的输出电压之间的相位差而线性地变化的电压信号。
下面将参照图3的电路图来描述获取谐振器的输入电压幅度信息|V1|和|V2|以及相位差信息的方法。
如图3所示，当谐振器102包括两个电容器Cs1 1022-1和Cs2 1022-2时，获取谐振器102的输入电压幅度信息|V1|和|V2|。电压V1p、V1n、V2p和V2n可能是非常高的电压。因此，电压V1p、V1n、V2p和V2n通过第一电压调节器20-1、20-2、21-1和21-2以及电容器C1和C2被转换为适当地低电压。在这种情况下，可以通过下面的等式9来计算第一电压调节器20-1、20-2、21-1和21-2的增益K1。
[等式9]
通过使用变压器22-1和22-2，根据通过增益K1降低的电压来生成从接地电压摆动的信号。在这种情况下，通过下面的等式10来表达变压器22-1和22-2的输出电压。
[等式10]
V1x＝K1(V1p-V1n)，V2x＝K1(V2p-V2n)
由各自包括二极管D1和电容器Cp的峰值检测器23-1和23-2相对于电压信号V1x和V2x来检测峰值。因此，电压信号V1x和V2x的峰值被存储在电容器Cp中。当通过各自包括电阻器R1和R2的第二电压调节器24-1和24-2降低增益K2时，最终获得如下面由等式11表达的输入电压V1和V2的幅度信息|V1|和|V2|。
[等式11]
|V1|＝K1K2|V1p-V1n|，|V2|＝K1K2|V2p-V2n|
位于变压器22-1和22-2与峰值检测器23-1和23-2连接的点处的电容器Cd 25-1和Cd 25-2分别连接至电压比较器26-1和26-2的输入端。由于剩余的DC分量被电容器Cd 25-1和Cd 25-2完全除去，因此电压比较器26-1和26-2的(+)输入是从0伏摆动的信号。当电压比较器26-1和26-2的(+)输入大于零时，电压比较器26-1和26-2的输出处于高电平，当电压比较器26-1和26-2的(+)输入等于或小于零时，电压比较器26-1和26-2的输出为0伏。因此，电压比较器26-1和26-2的输出是方波数字信号。
当电压V1和V2从零开始增大时，电压比较器26-1和26-2的输出信号的上升沿出现。也就是说，上升沿信号包含相位信息。当电压比较器26-1和26-2的输出被输入到相位差比较器27时，相位信息可以被电改变。最后，当相位差比较器27的输出通过具有低通滤波器功能的反相放大器28时，可以获得根据相位差而线性变化的模拟信号。
图4是根据本发明的实施方式的图3的相位差比较器27的电路图。图5是示出了根据本发明的实施方式的经由相位差比较器输出的信号的图。
参照图4，相位差比较器27可以包括两个D触发器(D-flip-flop)270-1和270-2、与非(NAND)块272、逆变器274、NMOS晶体管276-1和PMOS晶体管276-2，并且还可以包括反相放大器28。
在D触发器DFF1 270-1中，当1被输入到数据输入端子D并且输入电压B被输入到时钟输入端子T时，从输出端子Q输出1。D触发器DFF1270-1的输出端子Q的输出被输入到逆变器274，逆变器274对该输出进行转换并且输出对该输出进行转换的结果。逆变器274的输出被提供至NMOS晶体管276-1。在D触发器DFF2 270-2中，当1被输入到数据输入端子D并且输入电压A被输入到时钟输入端子T时，从输出端子Q输出1。D触发器DFF2 270-2的输出端子Q的输出被提供至PMOS晶体管276-2。
与非块272接收D触发器DFF1 270-1的输出和D触发器DFF2 270-2的输出，输出根据与非电路的输出，并且将该输出输入到D触发器DFF1 270-1的复位输入端子以及DFF2270-2的复位输入端子。
当输入电压A和输入电压B具有同一相位时，相位差比较器27的输出电压Vo具有高阻抗值。当输入电压B的相位超前(leading)时，PMOS晶体管276-2导通。相反，当输入电压A的相位超前时，NMOS晶体管276-1导通。因此，输出电压Vo的最大值是VDD，输出电压Vo的最小值是0。
如果输出电压Vo被具有低通滤波器功能的反相放大器28放大并且被实现为运算放大器，则可以根据输入电压A与输入电压B之间的相位差来生成电压输出，使得当相位差为360度时，最大输出是VDD电压，并且使得当相位差为-360度时，输出是0伏。因此，如图5所示，可以生成根据输入电压A与输入电压B之间的相位差而线性变化的电压，从而可以使用该电压来识别相位差信息最后，通过控制器26可以基于输入电压幅度信息|V1|和|V2|以及相位差信息来识别谐振器的输入电压、输入电流、输入阻抗和有功功率。
图6是示出了谐振器的结构以说明根据本发明的另一个实施方式的监测装置的结构的图。
尽管上面参照图3已经描述了通过使用电容器Cs监测谐振器102的状态的方法，但是可以使用如图6所示的电感器Ls 104来监测谐振器102的状态。可以根据功率放大器的类型将谐振器102作为零电压切换的感性负载操作。在这种情况下，如图6所示，可以插入电感器Ls 104以与谐振器102串联。在这种情况下，可以使用电感器Ls 104来测量谐振器102的输入电流、输入电流的相位、输入阻抗和有功功率。
当使用电感器Ls 104时，可以通过下面的等式12来表达输入电流Iin。
[等式12]
在这种情况下，可以通过下面的等式13来计算输入电流幅度|Iin|。
[等式13]
可以通过下面的等式14来表达输入电流Iin的相位θ。
[等式14]
在这种情况下，输入阻抗的等式可以变为V2的等式，即，下面的等式15。
[等式15]
类似地，有功功率的等式可以变为V2的等式，即，下面的等式16。
[等式16]
Pin＝|V2||Iin|cosθ
总之，可以使用输入电压信息|V1|和|V2|以及相位差信息来计算所有期望的信息。
图7是根据本发明的另一个实施方式的图6的监测装置的电路图。
除了添加电感器Ls 104之外，图7的电路具有与图3的电路相同的构造。获取谐振器102的输入电压幅度信息|V1|和|V2|以及相位差信息的方法对应于上面参照图3描述的方法，因此在此不再赘述。
图8是示出了根据本发明的又一个实施方式的监测装置的结构的图。
参照图8，与图3相比，可以使用阻抗器件Zs 106而不是电容器Cs来监测谐振器102的状态。例如，可以计算谐振器102的输入电压、输入电流、输入阻抗和有功功率。在这种情况下，尽管上述等式稍有变化，但是可以使用如上面参照图3描述的阻抗器件Zs来监测谐振器102的状态。可替选地，如图2所示，阻抗器件Zs可以包括在谐振器102中。
在上面关于本发明实施方式对本发明进行了描述。对本发明所属技术领域的普通技术人员而言显而易见的是：在不脱离其基本特征的情况下，可以以不同形式实现本发明。因此，本文中阐述的实施方式应该仅被认为是描述性的意义，而不是为了限制的目的。除了上述说明之外，在所附权利要求中限定了本发明的范围，并且落入与本发明相同的范围内的所有差异应当被理解为包括在本发明中。

Claims (12)

1.一种用于监测无线电力发送器的装置，包括：
幅度信息检测器，其被包括在所述无线电力发送器的谐振器中，并且被配置成检测连接至所述谐振器的阻抗器件的相对两端处的电压的幅度信息；
相位差检测器，其被配置成检测所述阻抗器件的相对两端处的电压的相位差信息；以及
控制器，其被配置成基于所述相位差信息和所述阻抗器件的相对两端处的电压的幅度信息来监测所述谐振器的状态，所述幅度信息和所述相位差信息通过所述幅度信息检测器和所述相位差检测器来检测。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阻抗器件包括电阻器、电感器、电容器或其组合。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述幅度信息检测器包括：
变压器，其被配置成针对形成于第一阻抗器件的一端处的电压V1p与第二阻抗器件的一端处的电压V1n之间的第一输入电压信号V1以及形成于第一阻抗器件的另一端处的电压V2p与第二阻抗器件的另一端处的电压V2n之间的第二输入电压信号V2生成电压v1x和电压v2x，所述电压v1x和所述电压v2x从接地电压摆动；以及
峰值检测器，其被配置成检测从所述变压器输出的相应的电压v1x和电压v2x的峰值。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述幅度信息检测器还包括：
第一电压调节器，其被配置成控制所述第一阻抗器件和所述第二阻抗器件中的每一个的相对两端处的电压的增益，并且将经增益控制的电压发送至所述变压器；以及
第二电压调节器，其被配置成通过从所述峰值检测器接收具有峰值的输出电压来控制所述电压的增益。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一输入电压V1的幅度信息|V1|是所述第一电压调节器的增益K1、所述第二电压调节器的增益K2、以及所述第一阻抗器件的一端处的电压V1p与所述第二阻抗器件的一端处的电压V1n之间的电压差|V1p-V1n|的乘积，以及
所述第二输入电压V2的幅度信息|V2|是所述第一电压调节器的增益K1、所述第二电压调节器的增益K2、以及所述第一阻抗器件的另一端处的电压V2p与所述第二阻抗器件的另一端处的电压V2n之间的电压差|V2p-V2n|的乘积。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述相位差检测器包括：
电容器，其被配置成从所述变压器输出的电压v1x和电压v2x中除去直流(DC)分量；
第一电压比较器，其被配置成接收所述电容器的相对于所述第一输入电压信号V1的输出电压和接地电压，并且将输出电压与接地电压进行比较；
第二电压比较器，其被配置成接收所述电容器的相对于所述第二输入电压信号V2的输出电压和接地电压，并且将输出电压与接地电压进行比较；以及
相位差比较器，其被配置成接收所述第一电压比较器的输出电压和所述第二电压比较器的输出电压，并且比较输出电压之间的相位差。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述相位差检测器还包括反相放大器，所述反相放大器被配置成接收所述相位差比较器的输出，允许所述输出通过低通带，并且放大当所述输出通过低通带时获得的信号。
8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述相位差比较器输出根据所述第一电压比较器的输出电压与所述第二电压比较器的输出电压之间的相位差而线性变化的电压信号。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器基于所述相位差信息和所述阻抗器件的相对两端处的电压的幅度信息来测量所述谐振器的输入电压、输入电流、输入阻抗和有功功率中的至少一个，所述幅度信息和所述相位差信息通过所述幅度信息检测器和所述相位差检测器来检测。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器基于所述相位差信息和所述阻抗器件的相对两端处的电压的幅度信息来计算所述阻抗器件的输入电流，并且基于计算出的输入电流来计算所述输入电流的相位。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器基于所述阻抗器件的一端处的输入电压的幅度信息、输入电流和关于所述输入电流的相位的信息来计算输入阻抗和有功功率。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器基于监测所述谐振器的状态的结果通过控制所述谐振器或功率放大器来控制要被发送至无线电力接收器的电力的量。
CN201780023434.5A 2016-04-14 2017-04-07 用于监测无线电力发送器的装置和方法 Pending CN109416380A (zh)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20160045756 2016-04-14
KR10-2016-0045756 2016-04-14
KR20160047350 2016-04-19
KR10-2016-0047350 2016-04-19
KR10-2016-0073758 2016-06-14
KR1020160073758A KR101842712B1 (ko) 2016-04-14 2016-06-14 무선전력 송신기의 모니터링 장치 및 그 방법
PCT/KR2017/003798 WO2017179858A1 (ko) 2016-04-14 2017-04-07 무선전력 송신기의 모니터링 장치 및 그 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109416380A true CN109416380A (zh) 2019-03-01

Family

ID=60299785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780023434.5A Pending CN109416380A (zh) 2016-04-14 2017-04-07 用于监测无线电力发送器的装置和方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20200271704A1 (zh)
KR (1) KR101842712B1 (zh)
CN (1) CN109416380A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110048685A (zh) * 2019-02-22 2019-07-23 苏州加士革电子科技有限公司 用于ClassE2DC-DC转换器的动态阻抗调节系统

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11017942B2 (en) 2018-11-01 2021-05-25 Witricity Corporation Systems and methods for determining coil current in wireless power systems
KR20210096131A (ko) 2018-11-30 2021-08-04 위트리시티 코포레이션 고전력 무선 전력 시스템에서의 저전력 여기를 위한 시스템 및 방법
WO2020242990A1 (en) 2019-05-24 2020-12-03 Witricity Corporation Protection circuits for wireless power receivers
EP4022739A1 (en) 2019-08-26 2022-07-06 Witricity Corporation Control of active rectification in wireless power systems
US11356079B2 (en) 2020-01-23 2022-06-07 Witricity Corporation Tunable reactance circuits for wireless power systems
CN115023879A (zh) 2020-01-29 2022-09-06 韦特里西提公司 用于无线电力传输系统的辅助电源掉电保护
KR102659781B1 (ko) 2020-03-06 2024-04-22 위트리시티 코포레이션 무선 전력 시스템들에서의 능동 정류
WO2023128436A1 (ko) * 2021-12-30 2023-07-06 삼성전자 주식회사 무선 전력 송신 장치 및 이를 포함하는 전자 장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102292921A (zh) * 2009-01-22 2011-12-21 高通股份有限公司 无线电力传输中的阻抗改变检测
JP2012060850A (ja) * 2010-09-13 2012-03-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 共鳴型無線電力伝送装置および共鳴型無線電力伝送方法
CN103339796A (zh) * 2010-04-13 2013-10-02 苹果公司 带有基于天线的接近度检测器的可调无线电路
CN104685797A (zh) * 2012-09-28 2015-06-03 高通股份有限公司 用于检测无线充电发射特性的系统和方法
CN105553122A (zh) * 2015-12-22 2016-05-04 东南大学 一种四自由度双向无线电能传输系统双参数监测方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102292921A (zh) * 2009-01-22 2011-12-21 高通股份有限公司 无线电力传输中的阻抗改变检测
CN103339796A (zh) * 2010-04-13 2013-10-02 苹果公司 带有基于天线的接近度检测器的可调无线电路
JP2012060850A (ja) * 2010-09-13 2012-03-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 共鳴型無線電力伝送装置および共鳴型無線電力伝送方法
CN104685797A (zh) * 2012-09-28 2015-06-03 高通股份有限公司 用于检测无线充电发射特性的系统和方法
CN105553122A (zh) * 2015-12-22 2016-05-04 东南大学 一种四自由度双向无线电能传输系统双参数监测方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110048685A (zh) * 2019-02-22 2019-07-23 苏州加士革电子科技有限公司 用于ClassE2DC-DC转换器的动态阻抗调节系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170118573A (ko) 2017-10-25
US20200271704A1 (en) 2020-08-27
KR101842712B1 (ko) 2018-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109416380A (zh) 用于监测无线电力发送器的装置和方法
CN106532982B (zh) 一种负载在线识别的无线电能传输系统及负载识别方法
US9784777B2 (en) Methods and systems for measuring power in wireless power systems
CN103502845B (zh) 检测器、电力传送器和接收器、电力供给系统及检测方法
US10277062B2 (en) System and method for detecting and characterizing an object for wireless charging
CN105659470B (zh) 用于无线功率转移系统中的参数辨识、负载监控和输出功率控制的方法
CN207124491U (zh) 电压检测电路、送电装置及电力传输系统
CN104934931A (zh) 剩余电流保护装置
CN107490737A (zh) 一种无线充电系统负载和互感估计方法
CN106549435B (zh) 用于无线充电系统的恒定电流射频发生器
CN107209211A (zh) 用于罗戈夫斯基线圈传感器的电子积分器
US20160087476A1 (en) Apparatus and method for lost power detection
CN102662494A (zh) 触控笔
CN207124490U (zh) 供电装置以及电力传输系统
EP3118633B1 (en) Planar differential current pickup for wireless power transmission
CN109633233A (zh) 一种闭环霍尔传感器以及检测方法
CN206497148U (zh) 隔离式交流高电压信号检测电路
CN204347174U (zh) 一种基于磁调制的直流漏电流传感器
CN114552584A (zh) 一种低压电网台区拓扑识别系统及识别方法
CN107843855A (zh) 蓄电池内阻检测系统
CN103149595B (zh) 金属异物检测机
CN203069680U (zh) 电磁波检测装置
CN106292481B (zh) 一种触摸控制的多频超声波电源及其控制方法
CN106356851B (zh) 单相有源电力滤波器及其复合检测控制方法
CN205539219U (zh) 一种基于虚拟仪器的电能质量监测系统

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190301