CN110323845A - 非接触式发射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非接触式发射器。一种用于发射功率的方法，包括使用非接触式功率传输，从发射器向与发射器相互耦合的接收器提供功率。方法还包括管理和调节所提供的非接触式功率传输，其中管理和调节由发射器整体地和自主地执行。

Description

非接触式发射器

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年03月30日提交的法国专利申请号1852778的优先权，该申请通过引用并入本文。

技术领域

本发明的实施方式和实施例涉及功率传输，例如但不限于用于非接触式功率传输的发射器。

背景技术

非接触式充电技术使得可以通过分离充电器和负载的空气空间非接触地将功率从电源(例如充电器)传输到负载(例如，诸如移动蜂窝电话的无线通信设备)。

在各种现有的非接触式充电标准中，由“无线功率联盟”(WPC)开发的Qi标准对于本领域技术人员而言是公知的，并且值得注意的是，低功率版本能够提供最高5W的功率。

针对所有意图和目的，本领域技术人员可以参考2013年6月、版本1.1.2、题目为“System Description Wireless Power Transfer”的文档的第I卷：功率的第1部分：接口定义。

简而言之，非接触式功率从基站或发射器传输到例如经由线圈磁耦合到发射器的接收器。

发射器通常包括电容性-电感性谐振系统，其中电感性元件也是生成磁场的线圈。该谐振系统由驱动器电路激励，它们一起形成开关谐振电路。

功率传输是基于由发射器例如经由线圈生成磁场并且由接收器捕获。

Qi标准允许用于在发射器侧生成磁场的各种技术(拓扑)。但是这个磁场总是一个振荡场，并且频率范围在110kHz到205kHz之间。

生成磁场的方式和功率变化的方式取决于在发射器侧使用的拓扑。

接收器将该磁场转换为用于对电池充电或为设备供电的电势。

为了能够调节和保护系统，在接收器和发射器之间存在通信信道。

接收器测量它接收的功率并将其与所需的功率进行比较。这两个功率值之间的差是调节误差。

使用通信信道将该调节误差传递到发射器，并且考虑到所接收的调节误差，发射器适应性地调整所发射的场的功率。

接收器对发射器接收的功率进行测量需要实施测量装置和比较装置，该测量装置被配置成用于测量由发射器接收的功率，比较装置用于将所接收的功率与其所需功率进行比较，并从中提取调节误差。这些装置具有成本。

此外，在某些情况下，接收器经由线圈将调节误差传输到发射器可能是费力的。建议使用特定的非接触式功率传输解决方案，这需要附加的成本。

而且，根据通信信道的带宽，调节误差的传输被延迟。

由于这种延迟，一些解决方案可能经历快速充电转变状态。

发明内容

根据本发明的一个实施例，一种用于发射功率的方法包括使用非接触式功率传输，从发射器向与发射器相互耦合的接收器提供功率。方法还包括管理和调节所提供的非接触功率传输，其中管理和调节由发射器整体地和自主地执行。

根据本发明的一个实施例，一种发射器包括处理电路，该处理电路被配置成整体地和自主地执行对从发射器到接收器的功率传输的管理和调节，其中发射器被配置成向接收器提供非接触式功率传输。。

根据本发明的一个实施例，一种发射器包括谐振电路，该谐振电路包括由驱动器电路基于具有控制频率的控制信号驱动的发射线圈。测量电路被配置成测量谐振电路中的电流/电压的物理变量。调整电路被配置成基于所测量的物理变量来调整控制信号。

附图说明

在实施方式和实施例(绝不是限制性的)的详细描述中以及从附图中可以看出本发明的其他优点和特征，在附图中：

图1至图3示意性地图示了本发明的实施例和实施方式。

具体实施方式

根据一种实施方式和实施例，对接收器接收的电压进行调节，这以较低的成本提供更好的效率，同时实现更简单。

因此，根据一方面，提供了一种用于管理从发射器到彼此相互耦合的接收器的经调节的非接触式功率传输的方法，所述管理和所述调节由发射器整体地和自主地执行。

注意，由发射器整体地和自主地执行的功率传输的管理和调节意思是发射器执行对功率传输的管理和调节，而无需从接收器接收与所述功率或所述调节相关的任何信息。

因此，例如，发射器可以省去接收由接收器传递的调节误差，或者在接收器处所需的并且由接收器传递的能量或功率的指示。

根据一种实施方式，一种方法包括：发射器从具有控制频率的控制信号生成磁场；测量发射器中的至少一个物理变量；根据所述测量调整所述控制频率。

所述控制频率的调整使得可以向接收器传递更多或更少的功率，从而稳定由接收器接收的电压，并且这仅通过使用发射器中可用的至少一个物理变量，例如，电流/电压相移或电压。

根据一种实施方式，控制信号是经延迟的信号，并且调整控制频率包括：调整来自所述至少一个物理变量的测量的延迟的值。

根据一种实施方式，通过由控制信号控制的开关谐振电路来执行磁场的产生，测量所述至少一个物理变量包括：测量在谐振电路中流过的电流的电压/电流相移，并且将延迟的值调整为与所需的电压/电流相移相对应的目标值。

对相移的测量使得可以提取延迟的值并因此将其调整到目标值。

本领域技术人员将知道如何根据电路的部件来选择目标值。

根据一种实施方式，测量所述至少一个物理变量还包括：测量谐振电路的电容性元件和电感性元件共用的振荡节点处的电压，以及测量控制信号的平均水平。将延迟的值调整为等于目标值与第一校正值和第二校正值之和的值，第一校正值由在所述振荡节点处测量的所述电压的值产生，并且第二校正值由所述平均水平的测量产生。

当接收器处的电压下降时，通过向接收器发送更多功率来补偿所述下降是有利的。为此，在调整延迟时考虑所述第二校正值是有利的。

实际上，测量控制信号的平均水平使得可以增加所述第二校正值的目标值，从而补偿接收器中的电压下降。

接收器和发射器之间的磁耦合系数值上的变化也导致接收器接收的电压变化。

测量在所述振荡节点处的电压是磁耦合系数的值的良好指示。

因此，期望测量在振荡节点处的电压并从中提取第一校正值，这使得可以调整延迟的值。

根据另一方面，提供了一种发射器，其旨在耦合到接收器以用于从发射器到接收器的经调节的非接触功率传输，包括被配置成用于整体地和自主地执行对功率传输的管理和所述调节的处理电路。

根据一个实施例，处理电路包括：生成电路，其被配置成由发射器从具有控制频率的控制信号生成磁场。测量电路被配置成用于测量发射器中的至少一个物理变量。

调整电路被配置成用于根据所述测量调整所述控制频率。

根据一个实施例，调整电路包括传递控制信号的可调整延迟电路和调整级，调整级被配置成根据所述至少一个测量的物理变量调整延迟的值。

根据一个实施例，生成电路包括开关谐振电路，测量电路包括能够传递在谐振电路中流动的电流的电压/电流相移的第一电路，并且调整级被配置成用于将延迟的值调整为对应于所需电压/电流相移的目标值。

根据一个实施例，测量电路包括能够测量谐振电路的电容性元件和电感性元件共用的振荡节点处的电压的第二电路，以及能够测量控制信号的平均水平的第三电路。

并且调整级被有利地配置成用于将延迟的值调整为等于目标值与第一校正值和第二校正值之和的值，第一校正值由在所述振荡节点处测量的所述电压的值产生，并且第二校正值由控制信号的测量的平均水平产生。

现在将在Qi标准的上下文中更精确地描述本申请的实施例，但是并不限于该特定示例，并且可以特别地应用于在发射器和接收器之间存在磁耦合的任何领域，发射器使用该磁耦合驱动旨在用于接收器的功率的载波，并且接收器本身调制载波以用于与发射器通信。

在图1中，附图标记1指定发射器(例如，基站或充电器)，并且附图标记2指定磁耦合到发射器的接收器(例如，蜂窝移动电话)，用于从发射器到接收器的经调节的功率传输以用于例如对其电池充电或为容纳在接收器内的部件或设备供电。

通常，发射器包括处理电路MT，处理电路MT被配置成用于自主地管理和调节到接收器的功率传输。

处理电路MT包括生成电路，生成电路被配置成用于由发射器根据具有控制频率的控制信号SC生成磁场。

生成电路包括电感性-电容性谐振电路100，其包括连接到电感性元件L(诸如线圈，其本身连接到地)的电容性元件C。该谐振电路100由驱动器电路103驱动。

谐振电路100和驱动器电路103组件形成开关谐振电路。

作为非限制性示例，图2中图示了驱动器电路103的一个实施例。这里，它包括串联连接在电源电压Vdd和地之间的两个开关SW1和SW2(诸如，例如MOS晶体管)。形成半桥的这两个开关由控制信号SC驱动，控制信号SC包括交替的高水平和低水平。

当然，驱动器电路103的其他实施例也是可能的，诸如，例如全桥组件。

处理电路MT还包括测量电路MES，测量电路MES包括能够传递在该电路中流动的电流的电压/电流相移的第一电路10。

处理电路MT还包括调整电路MAJ，调整电路MAJ被配置成用于根据由第一电路10进行的测量来调整控制信号SC的所述控制频率。

调整电路MAJ包括传递控制信号SC的可调整延迟电路20，以及包括ETG电路80的调整级ETG，ETG电路80被配置成用于根据由第一电路10执行的测量来调整控制信号SC的延迟的值。

第一电路10将与电压/电流相移D有关的测量发送到可调整延迟电路20的输入和ETG电路80的输入，ETG电路80还将对应于所需电压/电流相移的目标值D0作为输入。

ETG电路80将所测量的电压/电流相移的延迟的值调整为目标值，并相应地将与目标值D0匹配的电压/电流相移传递到可调整延迟电路20。

可调整延迟电路20被配置成接收来自第一电路10的与电压/电流相移D有关的测量以及来自ETG电路80的电压/电流相移的调整值。可调整延迟电路20的输出传递控制信号SC，控制信号SC然后循环回到驱动器电路103的输入。

例如，在一个实施例中，第一电路10包括过零检测器，过零检测器在过零检测器内的电阻器中测量在储能电路100中流动的电流的电流极性的原始值。第一电路10中的过零检测器将该测量的电流极性的原始值发送到可调整延迟电路20。可调整延迟电路20(可以是延迟线)将延迟的信号推送到驱动器103，从而形成振荡环路。过零(即在储能电路100中流动的电流的极性反转)之间的时间被ETG电路使用，以确定延迟值，该延迟值由在可调整延迟电路20中的延迟线使用。具体地，ETG电路80可以接收目标定时D0，然后将其与从过零计算的有效定时进行比较。基于有效定时D和目标定时D0之间的时间误差，ETG电路80计算调整值，然后将调整值提供给可调整延迟电路20中的延迟线。基于调整值，可调整延迟电路20调整延迟的信号，然后将其提供给驱动器103。这改变了回路定时。

可调整延迟电路20对延迟的值的调整使得可以稳定由接收器接收的电压。

本领域技术人员将知道如何根据电路的部件、接收器的特性和接收器所需的标称功率水平来选择所述目标值D0。

因此，可以看出，已经在发射器内形成了包括开关谐振电路100、驱动器电路103、测量电路MES和调整电路MAJ的环路10L。

在更详细地返回到该系统的操作之前，将描述接收器2侧的结构。

后者也包括电容性-电感性电路，该电容性-电感性电路包括耦合到电路100的线圈L的电感性元件LR(例如线圈)和电容性元件CR。

以附图标记21整体指定各种部件，特别是接收器2的电池，并且特别包括连接到电容性-电感性电路LR、CR的端子的整流桥(这里为了简化目的未示出)。

现在描述根据本发明的用于管理从发射器到接收器的功率传输的方法的实施方式。

由于控制信号SC是经延迟的信号，因此对用于向接收器传递更多或更少功率的控制频率的调整包括对所述延迟的调整。

为此，第一电路10(例如，过零检测器或任何其他部件)使得可以检测电流/电压相移，提取延迟值D。

将经由ETG电路80将该延迟值D调整到对应于所需电压/电流相移的所述目标值D0。

所述设定延迟使得可以在由接收器接收的电压中提供更好的稳定性。

然而，发明人已经观察到接收器中可能存在电压下降。

而且，发射器和接收器之间的磁耦合系数值的变化可能干扰由接收器接收的电压的稳定性。

因此，期望将这些参数考虑在内并将其他电路添加到图1中描述的发射器。

如图3中所图示的，其示出了另一实施例，测量电路MES还包括第二电路90，第二电路90能够测量谐振电路100的电容性元件C和电感性元件L共用的振荡节点N处的电压。

该第二电路90可以简单地是连接在节点N和地之间的电阻性电路。如果需要，它还可以包括分压桥。

在被包括在调整级ETG中的第一乘法器12的输入处接收在振荡节点N处测量的电压，以用于将测量的电压乘以第一系数K1。

本领域技术人员将知道如何根据谐振电路的部件来选择所述第一系数K1的值。

乘法器12将在输出处的第一校正值120传递给调整级ETG的加法器13。

该第一校正值使得可以根据接收器2和发射器1之间的磁耦合系数的变化来调整延迟。

实际上，在振荡节点N处测量的电压是接收器和发射器之间的磁耦合系数的良好指示。

因此，根据接收器和发射器之间的磁耦合系数的变化来调整控制信号SC的延迟的值。

发射器1的测量电路MES还包括第三电路8，第三电路8能够测量控制信号SC的平均水平，这里是电流。

在调整级ETG的第二乘法器11的输入处接收所测量的平均电流，以用于将所测量的平均水平乘以第二系数K0。

本领域技术人员将知道如何根据谐振电路的部件来选择所述第一系数K0的值。

第二乘法器在输出处将第二校正值110传递给加法器13。

该第二校正值使得可以根据在驱动器电路103中测量的平均电流来调整控制信号的延迟。

因此，接收器中的电压下降将被补偿。

加法器13还在输入处接收目标值D0。

加法器13的输出将对应于延迟值的值130传递给可调整延迟电路20。

可调整延迟电路20传递更新的控制信号SC，从而使得可以根据上面引用的参数稳定由接收器2接收的电压，并且这不需要经由所述接收器2接收调节误差。

Claims (17)

1.一种用于发射功率的方法，包括：

使用非接触式功率传输，从发射器向与所述发射器相互耦合的接收器提供功率；以及

管理和调节所提供的所述非接触式功率传输，其中所述管理和调节由所述发射器整体地和自主地执行，其中所述管理和调节包括：

在所述发射器中的谐振电路处，根据具有控制频率的控制信号生成磁场，

测量在所述谐振电路中流动的电流的电压/电流相移，以及

根据测量的电压/电流相移和所需的电压/电流相移来调整所述控制信号的所述控制频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述调整包括调整从所述测量的电压/电流相移中提取的延迟，所述延迟被调整为所述所需的电压/电流相移。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述谐振电路包括由所述控制信号控制的开关谐振电路。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述开关谐振电路包括电容器和电感器，以及驱动器电路。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：

测量所述电容器和所述电感器共用的振荡节点处的电压，其中调整所述控制信号的所述控制频率包括延迟所述控制信号以目标值和校正值之和基本上匹配，所述校正值由在所述振荡节点处的所述电压的所述测量值产生。

6.根据权利要求4所述的方法，还包括：

测量所述控制信号的平均水平，其中调整所述控制信号的所述控制频率包括延迟所述控制信号以与目标值与校正值之和基本上匹配，所述校正值由测量的所述控制信号的平均水平产生。

7.一种发射器，包括：

谐振电路，被配置成根据具有控制频率的控制信号生成磁场；

测量电路，被配置成测量在所述谐振电路中流动的电流的电压/电流相移；和

调整电路，被配置成基于测量的电压/电流相移和所需的电压/电流相移来调整所述控制频率，

其中所述发射器被配置成整体地和自主地执行对从所述发射器到接收器的功率传输的管理和调节，其中所述发射器被配置成向所述接收器提供非接触式功率传输。

8.根据权利要求7所述的发射器，其中所述调整电路包括调整级电路和可调整延迟电路，所述调整级电路被配置成调整从所述测量的电压/电流相移中提取的延迟，所述可调整延迟电路以经调整的延迟来传递所述控制信号。

9.根据权利要求8所述的发射器，还包括开关谐振电路，所述开关谐振电路包括所述谐振电路和驱动器电路。

10.根据权利要求9所述的发射器，其中所述谐振电路包括电容器和电感器。

11.根据权利要求10所述的发射器，其中所述测量电路包括：

被配置成测量所述电容器和所述电感器共用的振荡节点处的电压的电路；并且

其中所述调整级电路被配置成调整所述延迟以与目标值和校正值之和基本上匹配，其中所述目标值对应于所述所需的电压/电流相移，其中所述校正值对应于在所述振荡节点处测量的电压。

12.根据权利要求10所述的发射器，其中所述测量电路包括：

被配置成测量所述控制信号的平均水平的电路，

其中所述调整级电路被配置成调整所述延迟以与目标值和校正值之和基本上匹配，其中所述目标值对应于所述所需的电压/电流相移，其中所述校正值对应于测量的所述控制信号的平均水平。

13.一种发射器，包括：

谐振电路，包括由驱动器电路基于具有控制频率的控制信号驱动的发射线圈；

测量电路，被配置成测量所述发射线圈中的电流/电压的物理变量，其中所述测量电路被配置成检测在所述谐振电路中流动的电流的电流/电压相移，并提取与检测的电流/电压相移相对应的延迟；和

调整电路，被配置成基于测量的电流/电压相移来调整所述控制信号，其中所述调整电路包括调整级电路和可调整延迟电路；其中所述调整级电路被配置成：

从所述测量电路接收与所述检测的电流/电压相移相对应的所述延迟，以及

基于所述延迟的目标值将所述延迟调整为经调整的值；并且其中所述可调整延迟电路被配置成基于所述经调整的值将经调整的控制信号传递给所述驱动器电路。

14.根据权利要求13所述的发射器，其中所述测量电路包括过零检测器。

15.根据权利要求13所述的发射器，还包括：

电压测量电路，被配置成测量所述发射线圈和所述谐振电路的电容器之间的节点处的电压；

乘法器，被配置成接收在所述节点处测量的电压并输出校正值；和

加法器，耦合在所述调整级电路和所述可调整延迟电路之间，其中所述加法器被配置成基于所述目标值将所述校正值和所述控制信号的所述延迟的所述经调整的值相加并输出到所述可调整延迟电路。

16.根据权利要求13所述的发射器，还包括：

被配置成测量所述驱动器电路中的所述控制信号的平均水平的电路；

乘法器，被配置成接收测量的所述控制信号的平均水平并输出校正值；和

加法器，耦合在所述调整级电路和所述可调整延迟电路之间，其中所述加法器被配置成基于所述目标值将所述校正值和所述控制信号的所述延迟的所述经调整的值相加并输出到所述可调整延迟电路。

17.根据权利要求13所述的发射器，还包括开关谐振电路，所述开关谐振电路包括所述谐振电路和所述驱动器电路。