CN110014901B - 用于感应电力传输的早期硬切换检测和保护的方法 - Google Patents

用于感应电力传输的早期硬切换检测和保护的方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了用于感应电力传输的早期硬切换检测和保护的方法。一种感应电力传输系统包括电力转换器和控制器。电力转换器包括开关。控制器根据时间表切换开关，以使电力转换器向谐振网络输出电压和电流。控制器将电流的零电流交叉点与时间表进行比较，以确定零电流交叉点是否发生在切换开关中的一个或更多个的调度时间之前。当零电流交叉点在调度时间之前发生时，控制器禁止开关切换，使得开关在调度时间处不切换，从而防止开关的硬切换发生。

Description

用于感应电力传输的早期硬切换检测和保护的方法
技术领域
本发明涉及感应电力传输系统，例如用于对电动车辆进行无线充电。
背景
无线电力传输系统使得电力能够从源无线传输到负载。感应电力传输是一种非辐射或近场类型的无线电力传输。感应电力传输使用通过源的初级线圈(即，发射天线)的振荡电流来生成振荡磁近场，该振荡磁近场在负载的次级线圈(即，接收天线)中感应电流。源包括具有功率晶体管开关的电力转换器，该电力转换器在可控时间处切换以将源的电力转换成通过初级线圈的振荡电流。
执行感应电力传输以使用来自源的电力对负载(例如电动车辆的牵引电池)进行无线充电。在这样的无线电动车辆充电系统中，源的发射天线嵌入在“充电”垫中，并且接收天线(和相关联的整流器)嵌入在车辆的指定位置中。感应电力传输涉及天线之间的感应耦合。为了使感应电力传输有效，天线之间的间隔必须在小的偏移容差内相对接近。
在给定的指定负载范围下，感应电力传输系统需要在谐振调谐(Q)、天线耦合、天线的线圈匝数、天线线圈的尺寸、天线线圈分离偏移范围和功率晶体管开关类型之间的权衡的平衡，其能够自动启动并在无损坏的软切换操作模式中操作。这种平衡通过使用具有大物理形状因子的天线来满足。
规范已经积极地减小了允许的天线尺寸(即，天线将更小)并且增大了天线分离偏移范围(即，感应电力传输系统将利用被定位成更远一点的天线来工作)。这些规范迫使谐振网络调谐和操作以运行在软切换模式边界附近或甚至超过软切换模式边界，并进入不期望的硬切换模式。在这些高电流谐振网络中的硬切换会导致感应电力传输系统的效率显著下降。如果硬切换足够严重，则功率消耗可以增加到功率晶体管开关和/或系统热设计能够承受的程度之外。
概述
一种感应电力传输系统包括电力转换器和控制器。电力转换器包括开关。控制器将根据时间表切换开关，以使电力转换器向谐振网络输出电压和电流。控制器将电流的零电流交叉点与时间表进行比较，以确定零电流交叉点是否发生在切换开关中的一个或更多个的调度时间之前。当零电流交叉点在调度时间之前发生时，控制器使开关禁用，使得开关在调度时间处不切换，从而防止开关的硬切换发生。
控制器可以确认当零电流交叉点发生在切换一个或更多个开关的调度时间之后时正在发生一个或更多个开关的软切换。
一种感应电力传输方法包括:根据时间表切换电力转换器的多个(apluralityof)开关，以使电力转换器向谐振网络输出电压和电流。该方法还包括将电流的零电流交叉点与时间表进行比较，以确定零电流交叉点是否发生在切换开关中的一个或更多个的调度时间之前。该方法还包括当零电流交叉点在调度时间之前发生时使开关禁用，使得开关在调度时间处不切换，从而防止开关的硬切换发生。
附图说明
图1示出了用于利用来自充电基座的电力对电动车辆无线充电的感应电力传输系统的示意图；
图2示出了感应电力传输系统的框图；
图3A示出了电力转换器和感应电力传输系统的充电基座的谐振网络以及从电力转换器流入谐振网络的电力的框图；
图3B示出了基于处于给定耦合模式的充电基座的初级线圈和电动车辆的次级线圈以并联谐振网络形式的谐振网络的电路图；
图3C示出了基于处于给定耦合模式的充电基座的初级线圈和电动车辆的次级线圈以串联谐振网络形式的谐振网络的电路图；
图3D示出了根据一个实施例的电力转换器，以及谐振网络和从电力转换器流入谐振网络的电力的电路图；
图4A示出了显示从电力转换器流入谐振网络的电力的电压和电流波形的曲线图，其中电流波形与电压波形完全同相；
图4B示出了显示从电力转换器流入谐振网络的电力的电压和电流波形的曲线图，其中电流波形滞后于电压波形一个相角θ；
图4C示出了显示从电力转换器流入谐振网络的电力的电压和电流波形的曲线图，其中电流波形以相角φ超前电压波形；
图5示出了用于感应电力传输系统的早期硬切换检测和保护的方法的操作定时图；和
图6示出了描述用于感应电力传输系统的早期硬切换检测和保护的方法的操作的流程图。
详细描述
本文公开了本发明的详细的实施例；然而，将理解的是，所公开的实施例仅是可以以各种形式和可选的形式体现的本发明的示例。附图不一定是按比例的；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的特定的结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅仅作为用于教导本领域中的技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。
现在参照图1，示出了用于利用来自充电基座14的电力对电动车辆12无线充电的感应电力传输系统10的示意图。充电基座14包括位于地面或结构地板上的发射天线16。车辆12包括安装到车辆下侧的接收天线18。当车辆12正确停放时，发射天线16和接收天线18以闭合布置对准。因此，充电基座14的电力可以从发射天线16传输到接收天线18，用于对车辆12充电。接收天线18连接到车辆12的牵引电池等。从充电基座14无线传输到车辆12的电力用于对牵引电池充电。
坐标系20也在图1中示出。在坐标系20中，当车辆12停在发射天线上时，发射天线16和接收天线18沿z方向分离。车辆12(特别是接收天线18)可以相对于发射天线16沿x方向和y方向(即，相对于发射天线所在的地面或地板)移位。接收天线18在坐标方向的任一个上相对于发射天线16从预设的最佳对准位置的位移降低了电力可以从发射天线无线传输到接收天线的效率。在这点上，接收天线18相对于发射天线16的位移改变了充电基座14的发电部件所看到的阻抗，该发电部件向发射天线馈送电力。
现参照图2，并继续参照图1，图2示出了感应电力传输系统10的框图。如图2所示，除了发射天线16之外，感应电力传输系统10的充电基座14包括AC(交流)电源22、AC/DC(交流/直流)整流器24、DC/AC电力转换器26和谐振网络28。电源22向整流器24提供AC电力。整流器24将AC电力整流为DC电力，并将DC电力提供给电力转换器26。电力转换器26将DC电力转换成LF(低频AC)电力并且将LF电力提供给谐振网络28。
发射天线16包括一个或更多个线圈(即初级线圈30)。车辆12的接收天线18包括一个或更多个线圈(即次级线圈32)。当车辆12正确停放时，初级线圈30和次级线圈32物理上布置为彼此相邻(即“松耦合”)。也就是说，当次级线圈处于初级线圈的耦合模式区域(提供互感M并且以与初级线圈基本相同的频率谐振)中时，次级线圈32与初级线圈30无线耦合。来自电力转换器26的LF电力通过谐振网络28并通过初级线圈30，并使初级线圈生成振荡磁近场。振荡磁近场在次级线圈32中感应电流。次级线圈32中的电流在车辆侧生成LF电力。这样，在初级线圈30和次级线圈32之间发生感应耦合，用于从充电基座14到车辆12的感应电力传输。
如图2进一步所示，除了接收天线18之外，车辆12还包括AC/DC整流器34。整流器34将来自次级线圈32的LF电力整流成DC电力。来自整流器34的DC电力可以被提供给车辆12的负载36，例如牵引电池。
充电基座14的谐振网络28包括各种电子部件，包括一个或更多个电容器和一个或更多个电感器。电子部件被布置在预定配置中，该预定配置包括具有预定值的部件的预定布置(例如，具有预定电容值的电容器和具有预定电感值的电感器处于该配置中)。预定配置与初级线圈30结合设计，使得当初级线圈30和次级线圈32耦合时，谐振网络28呈现对电力转换器26的最佳阻抗。最佳阻抗包括感抗。因此，最佳阻抗使得初级线圈30和次级线圈32之间的最佳“谐振耦合”具有感抗分量，该感抗分量使得电力转换器26的功率晶体管开关以期望的电感或软切换模式操作。
如所示，次级线圈32相对于初级线圈30的位移改变了电力转换器26所看到的阻抗。例如，位移可以来自接触车辆12的人，在车辆停放后，在初级线圈30和次级线圈32处于预设的最佳对准位置时，引起车辆(以及因此次级线圈32)轻微晃动。如果位移导致次级线圈32和初级线圈30的定位不符合预设的最佳对准位置的给定容差，则阻抗的电抗分量可以变成容抗分量。因此，电力转换器26的功率晶体管开关将在不希望的电容或硬切换模式下操作，这将在下面更详细地描述。
作为另一示例，与初级线圈30耦合的金属异物(例如铝罐)影响初级线圈30与次级线圈32之间的耦合。在这种情况下，即使初级线圈30和次级线圈32处于预设的最佳对准位置，异物和初级线圈30之间的耦合也会改变电力转换器26所看到的阻抗。阻抗的电抗分量因此可以变成容抗分量。因此，电力转换器26的功率晶体管开关将在不希望的电容或硬切换模式下操作，这将在下面更详细地描述。
现在参考图3A，并继续参考图1和图2，示出了电力转换器26和充电基座14的谐振网络28以及从电力转换器流入谐振网络的电力的框图。如上所述，电力转换器26从整流器24接收DC电力，将DC电力转换成LF电力，并且将LF电力输出到谐振网络28。电力转换器26从整流器24接收的DC电力包括DC电压(VDC)和DC电流(IDC)。从电力转换器26馈送到谐振网络28中的LF电力包括时变电压(Vab)和时变电流(I1)。
图3B和图3C分别示出了基于以给定方式耦合的初级线圈30和次级线圈32的并联谐振网络和串联谐振网络形式的谐振网络28的电路图。图3B和图3C中所示的谐振网络28的电路图包括集总电容(CRES)、集总电感(LRES)和电阻(R)，当次级线圈32以给定方式耦合到初级线圈30时，集总电容(CRES)、集总电感(LRES)和电阻(R)一起形成谐振网络28的阻抗(即电阻和电抗)。谐振网络28的阻抗取决于谐振网络的电子部件的预定配置以及初级线圈30和次级线圈32之间的耦合。
图3D示出了根据一个实施例的电力转换器26，和谐振网络28以及从电力转换器流入谐振网络的电力的电路图。本实施例中的电力转换器26是全桥电路38。电力转换器26的全桥电路38包括四个固态开关(即晶体管)A、B、C和D。(在另一实施例中，电力转换器26是包括两个开关的半桥电路。)开关A、B、C和D包括晶体管开关类型，诸如MOSFET(Si或SiCMOSFET)、BJT、FET、IGBT等。
控制器(例如，微控制器(MCU))37可操作用于单独控制开关A、B、C和D。开关A、B、C和D被假设为通常是断开的(即，假设为通常如图3D所示的断开)。控制器37控制开关A、B、C和D以根据时间表接通(即闭合)和断开，以使电力转换器26将来自整流器24的DC电力转换成用于谐振网络28的LF电力。例如，开关对A和D一起接通和断开，开关对B和C一起接通和断开，并且在任何时刻开关对中仅一个接通。开关A、B、C和D的这种切换使得来自整流器24的电压VDC和电流IDC被转换成从电力转换器26输出的电压Vab和电流I1。从电力转换器26输出的电压Vab和电流I1是馈送到谐振网络28中的LF电力。
对于从电力转换器26馈送到谐振网络28中的给定电压Vab，从电力转换器馈送到谐振网络中的电流I1取决于谐振网络的阻抗(即，I＝V/Z，其中Z是阻抗)。这样，在相同的电压Vab下，电流I1随着阻抗的变化而变化。
如所指示的，感应电力传输系统10被设计成使得当初级线圈30和次级线圈32在给定容差内适当地对准在预设的最佳对准位置而没有与异物的不希望的耦合时，阻抗具有感抗分量。由于阻抗具有感抗分量，因此电流I1“滞后”于电压Vab。由于电流I1滞后于电压Vab，电力转换器26的开关A、B、C和D的切换发生在软切换模式中。软切换模式是理想的，因为切换损耗最小。
问题在于，感应电力传输系统10的设计为软切换模式操作提供了最小边界，因为规范已经显著地减小了初级线圈30和次级线圈32的允许尺寸并且增大了线圈之间的偏移范围。也就是说，当次级线圈32甚至只稍微偏离与初级线圈30的预设的最佳对准位置时，电力转换器26的软切换模式可以由对于开关A、B、C和D的电容或硬切换模式所替代。例如，如果阻抗由于外力移动车辆12引起初级线圈30和次级线圈32之间的不希望的位移或者由于与初级线圈30和/或次级线圈32耦合的异物等而改变，则电抗分量可以从感抗分量改变为容抗分量。从感抗分量到容抗分量的变化导致电流I1“超前”电压Vab。因此，开关A、B、C和D将在硬切换模式下操作。硬切换模式是不理想的，因为将存在相对较重的切换损耗。
现在参考图4A、图4B和图4C，继续参考图3D，分别示出了从电力转换器26输出到谐振网络28中的电压Vab和电流I1波形的曲线图40A、40B和40C。电力转换器26的开关A、B、C和D被控制为根据时间表、基于脉宽调制(PWM)、相移控制等来接通和断开，以将来自整流器24的电压VDC和电流IDC转换成电压Vab和电流I1。例如，开关对A和D在前半周期期间接通，而开关对B和C断开；且开关对B和C在后半周期期间接通，而开关对A和D断开。这是一个循环。例如，对于电力转换器26来说，该循环以例如大约80-90kHz重复以产生LF电力。
曲线图40A、40B和40C示出了在这些循环的大约1.5个内从电力转换器26输出的电压Vab和电流I1波形。例如，参考图4A中所示的曲线图40A，在开关对A和D接通且开关对B和C断开的前半周期期间，电压Vab等于+VDC，并且在开关对A和D断开且开关对B和C接通的后半周期期间，电压Vab等于-VDC。随着开关对A、D和B、C在接通和断开之间切换，电压Vab从+VDC切换到-VDC再切换回到+VDC等。
在图4A所示曲线图40A中，电流I1与电压Vab完全同相。这意味着电力转换器26所看到的阻抗没有电抗分量并且严格地是电阻性的。当电压Vab在+VDC和-VDC之间切换时，电流I1正好过零。这样，当在时间t＝0处开关对A、D接通并且开关对B、C断开时，电流I1正好过零；并且当在时间t＝T处开关对B、C接通并且开关对A、D断开时，电流I1正好过零。
在图4B所示曲线图40B中，电流I1滞后于电压Vab相位角θ。这意味着电力转换器26看到的阻抗具有感抗分量。电流I1在零电流交叉点41、42和43处过零，在这个示例中，在电压Vab在+VDC和-VDC之间切换之后的相同时刻发生。在电压Vab在+VDC和-VDC之间切换之后电流I1过零的时间段由图4B中的相位角θ表示。这样，在开关对A、D和B、C在接通和断开之间切换之后，电流I1过零。因此，开关的切换发生在期望的软切换模式中。
在图4C所示曲线图40C中，电流I1超前电压Vab相位角
Figure GDA0002253699640000081
这意味着电力转换器26看到的阻抗具有容抗分量。电流I1在零电流交叉点44、45和46处过零，在这个示例中，在电压Vab在+VDC和-VDC之间切换之前的相同时刻发生。在电压Vab在+VDC和-VDC之间切换之前电流I1过零的时间段由相位角
Figure GDA0002253699640000082
表示。这样，在开关对A、D和B、C在接通和断开之间切换之前，电流I1过零。因此，开关的切换发生在不期望的硬切换模式中。
参照图3D和曲线图40A、40B和40C，当开关对A和D接通时，等于+VDC的电压Vab与电流I1一起被馈送到谐振网络。(回忆当开关对A和D接通时开关对B和C断开的情况。)等于+VDC的电压Vab意味着电压Vab是非零值。因此，当开关对A和D接通时，电力从电力转换器26传输到谐振网络28中。在曲线图40A、40B和40C中的每一个中，开关对A和D在整个前半时间周期期间接通。特别地，开关对A和D在开始时间t＝0处接通，并且在结束时间t＝T/2处断开。因此，电力在整个(即100％)前半时间周期期间传输。
当开关对A和D接通时发生电力传输时间。例如，如果开关对A和D在稍后的开始时间t＝T/4处接通，并且在结束时间t＝T/2处断开，则电力在半个(即50％)前半时间周期期间传输。特别地，电力在开始时间t＝T/4和结束时间t＝T/2之间的时间间隔期间传输。作为另一个示例，如果开关对A和D在开始时间t＝0处接通并且在较早的结束时间t＝T/8处断开，则电力在四分之一(即，25％)的前半时间周期期间传输。特别地，电力在开始时间t＝0和结束时间t＝T/8之间的时间间隔期间传输。
类似地，当开关对B和C接通时，等于-VDC的电压Vab与电流I1一起被馈送到谐振网络。(回忆当开关对B和C接通时开关对A和D断开的情况。)等于-VDC的电压Vab意味着电压Vab是非零值。因此，当开关对B和C接通时，电力从电力转换器26传输到谐振网络28中。在曲线图40A、40B和40C中的每一个中，开关对B和C在整个后半时间周期期间接通。特别地，开关对B和C在开始时间t＝T/2处接通并且在结束时间t＝T处断开。因此，电力在整个(即100％)后半时间周期期间传输。电力传输时间取决于开关对B和C何时接通。
总之，当电力从电力转换器26传输到谐振网络28中时的电力传输时间(即电力传输持续时间)取决于开关对A和D何时接通以及开关对B和C何时接通。通过增加相应开关对的接通的持续时间，可以增加电力传输时间(从0％到100％占空比)。相反，通过减少相应开关对的接通的持续时间，可以减少电力传输时间(从100％到0％占空比)。此外，当开关对A和D将接通(即，当开关对A和B将接通然后断开)以及当开关对B和C将接通(即，当开关对B和C将接通然后断开)时(例如，通过控制开关A、B、C和D的控制器37)的开关定时的知识指示电力传输将发生的定时。
现在参考图5，继续参考图3D、图4A、图4B和图4C，示出了用于感应电力传输系统10的早期硬切换检测和保护的方法的操作的定时图50。控制器37执行该方法的操作。该方法保护电力转换器26的开关A、B、C和D免受由馈送到谐振网络28中的电流I1的相位角从滞后模式转变到超前模式(即，由电流I1的相位角从例如图4B所示的滞后相位角θ改变到图4C所示的超前相位角
Figure GDA0002253699640000091
而引起的)引起的过度热功率耗散。也就是说，就开关功率耗散而言，该方法保护开关免受由开关从软零电压切换(ZVS)转变到硬非零切换的切换操作模式引起的过度热功率耗散。
该方法的操作通常包括检测馈送到谐振网络28中的电流I1的零电流交叉点，并将电流I1的零电流交叉点的定时与电力转换器26的开关的开关定时进行比较。如上所述，开关对A和D以及开关对B和C的开关定时定义电力传输定时。由于控制器37发出命令以使开关A、B、C和D根据开关定时操作，因此开关切换定时已知是提前的。
在该方法的操作中，当零电流交叉点发生在电力传输接通时间被调度之前(即，在开关对A和D或开关对B和C被接通的时间之前)时，电力转换器26被认为接近于不期望的硬切换模式或以不期望的硬切换模式操作。在这种情况下，该方法还包括在电力传输接通时间实际发生之前停用电力转换器26。以这种方式，在电力转换器的开关发生任何实际硬切换之前，电力转换器26以及由此感应电力传输系统10被停用。另一方面，当零电流交叉点在电力传输接通时间期间(即，在开关对A和D或开关对B和C接通之后)发生时，电力转换器26被认为以期望的软切换模式操作。该方法具有自适应动态实时能力，该能力自动跟随相移电力循环并产生相对快速的停用。
在图5中，定时图50包括电力传输接通时间条目52、电流I1感测条目54、电流I1过零检测条目56、自适应比较参考区条目58和比较跳闸事件条目60。电力传输接通时间条目52描述电力传输接通时间62的定时。如所解释的，当开关对A和D或开关对B和C接通时，每个电力传输接通时间62发生。这样，每个电力传输接通时间62的定时对应于相应开关对接通和断开时的定时。如进一步解释的，每个电力传输接通时间的持续时间可以通过改变相应开关对接通和断开时的定时增加(即，图5中所示的“增加占空比”箭头64)或减小。
电流I1感测条目54描绘来自电力转换器26的电流I1。与控制器37相关联的电流传感器(未示出)被配置为检测电流I1以提供其作为电流I1感测条目54的一部分。电流I1感测条目54(即，检测到的电流I1)被提供给控制器37，如图3D所指示的。
电流I1过零检测条目56描绘了当电流I1过零时生成的电脉冲68。即，分别为零电流交叉点66生成电脉冲68。控制器37将检测到的电流I1与零电流值进行比较，并为具有零电流值的检测到的电流I1的每个实例生成电脉冲68。
自适应比较参考区条目58描述了电力传输接通时间62和零电流交叉点66之间的定时的比较。控制器37执行该比较。控制器37将电力传输接通时间62的定时与相应的零电流交叉点66进行比较，以确认零电流交叉点是否发生在电力传输接通时间期间(即，确认在相应的开关对接通之后电流I1是否与过零电流交叉)。例如，如图5所示，在相应的电力传输接通时间62的定时期间发生的零电流交叉点66的检测由标号70指示。另一方面，如图5所示，在相应的电力传输接通时间62被调度发生的时间之前发生的零电流交叉点66的检测由标号72指示(即，在相应的开关对被调度为接通之前电流I1与过零电流交叉)。
比较跳闸事件条目60描绘停用控制信号74。控制器37生成停用控制信号74。当实现时(例如，当高时)，停用控制信号74停用开关A、B、C和D，使得开关不能接通而是保持断开。如图5所示，一旦检测到零电流交叉点66发生在相应的电力传输接通时间62被调度为发生的时间之前，停用控制信号74就被实现。开关A、B、C和D的停用使电力传输不能发生，如标号75所示。
现参考图6，继续参考图3D、图4A、图4B、图4C和图5，示出了描述对于感应电力传输系统10的早期硬切换检测和保护的方法的操作的流程图80。操作开始于从电力转换器26流动到谐振网络28的实时电力的开始，如块82所示。一方面，电流I1从电力转换器26输出到谐振网络28中，如块84所示；电流I1由电流传感器检测并提供给控制器37，如块86所示；并且控制器37将电流I1与零值进行比较以检测零电流交叉点66，如块88所示。
另一方面，控制器37被编程有开关对A和D以及开关对B和C何时接通的定时表，如块90所示；并且控制器37从开关的定时时间表检测电力传输接通时间62的定时，如块92所示。然后，控制器37比较电力传输接通时间62的定时和相应的零电流交叉点66，如块94所示，以确定零电流交叉点是否在电力传输接通时间期间发生，如判定块96所示。如果零电流交叉点发生在电力传输接通时间期间，则电力转换器26的开关以期望的软切换模式操作。然后，如标号98所示，该比较继续进行电力传输接通时间和相应零电流交叉点的以下循环。只要电力转换器26的开关以期望的软切换模式操作，感应电力传输系统10的操作就继续。
如果控制器37在判定块96中确定零电流交叉点在相应的电力传输接通时间将要发生的调度时间之前已经发生(即，电流I1在开关对A和B或开关对B和C被调度为接通之前与零电流交叉)，则控制器防止相应的电力传输接通时间发生。更具体地，如块100所示，控制器37停用电力转换器26的开关，使得开关不能接通而保持断开。以这种方式，电力转换器26在开关的实际硬切换发生之前被停用。
本文所述的感应电力传输系统采用用于早期硬切换检测和保护的方法。该方法用于保护系统不在损坏的操作模式下操作。此外，该过程的保护特征允许减小天线尺寸，并且允许在谐振调谐(Q)/耦合因子/天线尺寸/天线偏移范围/电压/开关类型/等等之间进行更积极的平衡，这不能在非相位保护系统中实现。相反，先前的感应电力传输系统需要在它们的谐振调谐(Q)、天线耦合、天线匝数、天线尺寸、天线偏移范围和晶体管开关类型之间具有平衡，该晶体管开关类型能够自动启动并在无损操作模式下操作。这导致在小的天线分离偏移范围上的感应电力传输天线的大的物理形状因子。
此外，用于感应电力传输的早期硬切换检测和保护的方法防止其中由于开关晶体管的硬切换和/或通过开关晶体管的大反向电流超过开关晶体管器件限制而导致严重热功率耗散的灾难性故障操作模式。该方法还允许安全使用较小的感应电力传输天线。较小的天线尺寸使用较少的材料，因此改善了器件的重量、成本、可制造性和形状因子。该方法还允许使用更便宜和更容易获得的晶体管用于电力转换器开关。
总之，用于早期硬切换检测和保护的方法通过在硬切换即将来临时停用电力流来防止更高的功率耗散操作。该结果可以用信号通知用户重新定位天线以实现最佳的低功率损耗操作。这样做代替了在未检查到的高功率耗散模式下不知不觉地操作感应电力传输系统的替代情形。
尽管上面描述了示例性的实施例，但是其并不旨在这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。而是，在说明书中使用的词是描述而不是限制的词，且应理解，可做出各种变化而不偏离本发明的精神和范围。另外，各种实施的实施例的特征可被组合以形成本发明的另外的实施例。
在下文的一个或多个实施例中可实施本公开的各方面。
1)一种用于感应电力传输的系统，所述系统包括：
电力转换器，所述电力转换器包括多个开关；
控制器，所述控制器用于根据时间表切换所述多个开关，以使所述电力转换器向谐振网络输出电压和电流；和
所述控制器将所述电流的零电流交叉点与所述时间表进行比较，以确定所述零电流交叉点是否发生在切换所述多个开关中的一个或更多个的调度时间之前，并且当所述零电流交叉点发生在所述调度时间之前时禁止所述多个开关切换，使得所述多个开关在所述调度时间处不切换，从而防止所述多个开关的硬切换发生。
2)如1)所述的系统，其中：
所述控制器用于当所述零电流交叉点发生在切换所述多个开关中的一个或更多个的所述调度时间之后时，确认所述多个开关中的一个或更多个的软切换正在发生。
3)如1)所述的系统，其中：
所述调度时间包括所述多个开关中的一个或更多个被接通的开始时间和所述多个开关中的一个或更多个被断开的结束时间。
4)如1)所述的系统，其中：
所述电力转换器包括具有四个开关的全桥电路。
5)如1)所述的系统，其中：
所述电力转换器包括具有两个开关的半桥电路。
6)如1)所述的系统，其中：
所述多个开关是晶体管开关。
7)如1)所述的系统，其中：
所述多个开关是MOSFET开关。
8)一种用于感应电力传输的方法，所述方法包括：
根据时间表切换电力转换器的多个开关，以使所述电力转换器向谐振网络输出电压和电流；
将所述电流的零电流交叉点与所述时间表进行比较，以确定所述零电流交叉点是否发生在切换所述多个开关中的一个或更多个的调度时间之前；以及
当所述零电流交叉点在所述调度时间之前发生时，禁止所述多个开关切换，使得所述多个开关在所述调度时间处不切换，从而防止所述多个开关的硬切换发生。
9)如8)所述的方法，还包括：
当所述零电流交叉点发生在切换所述多个开关中的一个或更多个的所述调度时间之后时，确认所述多个开关中的一个或更多个的软切换正在发生。
10)如8)所述的方法，其中：
所述调度时间包括所述多个开关中的一个或更多个被接通的开始时间和所述多个开关中的一个或更多个被断开的结束时间。

Claims (10)

1.一种用于感应电力传输的系统，所述系统包括：
电力转换器，所述电力转换器包括多个开关；
控制器，所述控制器被编程有时间表，所述时间表具有何时将为所述电力转换器切换所述多个开关以向谐振网络输出电压和电流的调度时间，并且所述控制器在当根据所述时间表切换所述多个开关时之前知道所述时间表，所述控制器用于根据所述时间表切换所述多个开关，以使所述电力转换器向所述谐振网络输出所述电压和所述电流；和
所述控制器将所述电流的零电流交叉点与所述时间表进行比较，以确定所述零电流交叉点是否发生在所述时间表中的切换所述多个开关中的一个或更多个的调度时间之前，并且当所述零电流交叉点发生在所述调度时间之前时，至少在所述调度时间，禁止所述多个开关切换，使得所述多个开关在所述调度时间处不切换，从而防止所述多个开关的硬切换发生。
2.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述控制器用于当所述零电流交叉点发生在切换所述多个开关中的一个或更多个的所述调度时间之后时，确认所述多个开关中的一个或更多个的软切换正在发生。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中：
所述调度时间包括所述多个开关中的一个或更多个被接通的开始时间和所述多个开关中的一个或更多个被断开的结束时间。
4.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述电力转换器包括具有四个开关的全桥电路。
5.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述电力转换器包括具有两个开关的半桥电路。
6.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述多个开关是晶体管开关。
7.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述多个开关是MOSFET开关。
8.一种与电力转换器一起使用的用于感应电力传输的方法，所述电力转换器包括多个开关，所述方法包括：
为控制器编程时间表，所述时间表具有何时将为所述电力转换器切换所述多个开关以向谐振网络输出电压和电流的调度时间，使得所述控制器在当根据所述时间表切换所述多个开关时之前知道所述时间表；
由所述控制器根据所述时间表切换所述电力转换器的所述多个开关；
将所述电流的零电流交叉点与所述时间表进行比较，并检测到所述零电流交叉点发生在所述时间表中的切换所述多个开关中的一个或更多个的调度时间之前；以及
响应于所述零电流交叉点发生在所述调度时间之前，至少在所述调度时间，禁止所述多个开关切换，使得所述多个开关在所述调度时间处不切换，从而防止所述多个开关的硬切换发生。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
当所述零电流交叉点发生在切换所述多个开关中的一个或更多个的所述调度时间之后时，确认所述多个开关中的一个或更多个的软切换正在发生。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中：
所述调度时间包括所述多个开关中的一个或更多个被接通的开始时间和所述多个开关中的一个或更多个被断开的结束时间。
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