CN110679059B

CN110679059B - 多模式无线功率接收机控制

Info

Publication number: CN110679059B
Application number: CN201880034952.1A
Authority: CN
Inventors: C-y·黄; M·L·G·基辛; J·贝亚弗
Original assignee: WiTricity Corp
Current assignee: WiTricity Corp
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2023-06-06
Anticipated expiration: 2038-05-09
Also published as: US20180342897A1; EP3631945B1; US10476310B2; US20190393728A1; EP3631945A1; EP4026725A2; WO2018217464A1; US10886786B2; CN110679059A; EP4026725A3

Abstract

在某些方面，公开了用于控制在无线功率接收机处的功率传输的方法和系统。在某些方面，方法包括确定无线功率接收机的DC‑DC转换器的占空比。该方法还包括基于确定的占空比来确定针对AC开关控制器的占空比界限。该方法还包括确定针对AC开关控制器的操作占空比。该方法还包括将操作占空比与占空比界限相比较。该方法还包括当操作占空比大于占空比界限时，调整到DC‑DC转换器的期望电压输入和期望电流输入中的至少一项。

Description

多模式无线功率接收机控制

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年9月21日提交的美国申请号15/711,844的优先权，该申请要求于2017年5月26日提交的题为“多模式无线功率接收机控制”的美国临时专利号62/495,600的权利。该两个申请的内容以整体通过引用并入本文。

技术领域

本申请一般地涉及无线充电功率传输应用，并且具体地涉及用于使用AC开关控制和DC-DC转换器二者，在无线功率接收机处进行功率控制的方法和装置。

背景技术

已经引入了包括从诸如电池之类的功率存储设备接收的电能中获得的运动动力的远程系统(诸如，车辆)。例如，混合动力电动车辆包括车载充电器，其使用来自车辆制动和传统电动机的功率为车辆充电。单纯为电动的车辆通常会从其他来源获得电力来给电池充电。电池电动车(电动车)通常被建议通过有线交流电(AC)的某些类型来充电，诸如，家用或商用AC电源。有线充电连接需要物理地连接到电源的电缆或其他类似连接器。电缆和类似的连接器有时可能不方便或麻烦，并且具有其他缺点。能够在自由空间中(例如，经由无线场)传输功率以用于给电动车辆充电的无线功率充电系统可以克服有线充电方案的一些缺陷。因此，期望高效且安全地传输功率以给电动车辆充电的无线功率充电系统和方法。

感应功率传输(IPT)系统是用于功率的无线传输的一种手段。在IPT中，初级(或“基底”)功率设备(例如，基底盘(pad)、基底无线充电系统、或一些其他包含功率传输元件(例如，基底功率传输元件)的无线功率传输设备)将功率发射给次级(或“拾取(pick-up)”)功率接收机设备(例如，车载盘(vehicle pad)、电动车辆无线充电单元或一些其他包括功率传输元件(例如，车辆功率传输元件)的无线功率接收设备)。发射机功率设备和接收机功率设备中的每个都包括电感器，通常是电流传输介质的线圈或绕组。初级电感器中的交流电会生成波动的磁场。当将次级电感器放置在初级电感器附近时，波动的磁场将在次级电感器中感应出电动势(EMF)，从而将功率传输给次级功率接收机设备。

发明内容

在某些方面，公开了一种用于控制在无线功率接收机处的功率传输的方法。该方法包括基于到无线功率接收机的负载的电压输出和电流输出中的一项、以及到DC-DC转换器的期望电压和期望电流中的一项，来确定无线功率接收机的DC-DC转换器的占空比。该方法包括基于确定的占空比以及到负载的电压输出和电流输出中的一项，来确定AC开关控制器的占空比界限。该方法包括基于到DC-DC转换器的期望电压输入和期望电流输入中的另一个、以及来自AC开关控制器的电流输出和电压输出中的实际项，来确定AC开关控制器的操作周期。该方法包括将操作占空比与占空比界限相比较。该方法包括当操作占空比大于占空比界限时，调整到DC-DC转换器的期望电压输入和期望电流输入中的至少一项。

在某些方面，公开了一种用于控制无线功率接收机处的功率传输的方法。该方法包括经由无线场在无线功率接收机的功率传输元件处，无线地耦合功率，以通过无线功率接收机生成电压和电流。该方法包括调整DC-DC转换器的占空比和AC开关控制器的占空比，以控制通过无线功率接收机电压和电流。

在某些方面，公开了无线功率接收机。无线功率接收机包括DC-DC转换器，AC开关控制器和被配置为耦合到无线功率场的谐振电路，其中AC开关控制器的输入耦合到谐振电路的输出，并且其中AC开关控制器的输出耦合到DC-DC转换器的输入。

在某些方面，公开了无线功率接收机。无线功率接收机包括用于基于到无线功率接收机的负载的电压输出和电流输出中的一项、以及到DC-DC转换器的期望电压输入和期望电流输入中的一项，来确定无线功率接收机的DC-DC转换器的占空比的部件。无线功率接收机包括用于基于确定的占空比、以及到负载的电压输出和电流输出中的一项，来确定AC开关控制器的占空比界限的部件。无线功率接收机包括用于基于到DC-DC转换器的期望电压输入和期望电流输入中的另一项、以及来自AC开关控制器的电流和电压输出的实际项，来确定AC开关控制器的操作占空比的部件。无线功率接收机包括用于将操作占空比与占空比界限相比较的部件。无线功率接收机包括用于在操作占空比大于占空比界限时，调整到DC-DC转换器的期望电压输入和期望电流输入中的至少一项的部件。

附图说明

图1图示了根据一些实现方式的、用于对电动车辆充电的无线功率传输系统。

图2是图1的无线功率传输系统的示例性组件的示意图。

图3是示出了图1的无线功率传输系统的示例性组件的功能框图。

图4是被配置为执行功率控制的无线功率接收机的示例性组件的示意图。

图4A是被配置为执行功率控制的无线功率接收机的示例性组件的示意图。

图4B图示了用于断开和闭合开关的示例性信号的曲线图，该信开关对应于被配置为执行图4A的功率控制的无线功率接收机的示例性组件。

图5图示了针对不同钳位角的跨AC开关控制电路的示例电压的曲线图。

图6图示了对于具有300V DC输出的电压波形，跨AC开关控制电路的示例峰值电压相对于跨AC开关控制电路的钳位角的曲线图。

图7是被配置为执行功率控制的无线功率接收机的示例性组件的示意图。

图7A是被配置为执行功率控制的无线功率接收机的示例性组件的示意图。

图7B-7D图示了基于图4B的曲线图中所图示的信号的开关的示例性状态，该开关对应于被配置为执行图7A的功率控制的无线功率接收机的示例性组件。

图8是图示了用于控制在无线功率接收机处的功率的示例操作的流程图。

图9是被配置为执行功率控制的无线功率接收机的示例性组件的示意图。

图10是图示了用于控制在无线功率接收机处的功率的示例操作的流程图。

图11是图示了用于控制在无线功率接收机处的功率的示例操作的流程图。

图12是图示了用于控制在无线功率接收机处的功率的示例操作的流程图。

具体实现方式

下面结合附图阐述的具体实现方式旨在作为示例性实现方式的描述，而不是旨在表示可以实践本发明的仅有实现方式。在整个说明书中使用的术语“示例性”意味着“用作示例，实例或说明”，并且不应该被解读为比其他示例性实现方式更优选或有利。处了提供对示例性实现方式的透彻理解，具体实现方式包括具体细节。在某些实例中，一些设备以框图形式显示。

无线传输功率可以指代在不使用物理电导体的情况下(例如，功率可以通过自由空间传输)，从发射机将与电场、磁场、电磁场或其他方式相关联的任何形式的功率传输给接收机。到无线场(例如，磁场)中的功率输出可以由“接收线圈”接收、捕获或耦合，以实现功率传输。

本文中使用电动车辆来描述远程系统，该远程系统的示例是这样的车辆，该车辆包括作为其运动能力的一部分的、从可充电功率存储设备(例如，一个或多个可充电电化学电池或其他类型的电池)获得的功率。作为非限制性示例，一些电动车辆可以是混合电动车辆，其除了电动马达之外，还包括用于直接运动或对车辆的电池充电的传统内燃机。其他电动车辆可以从电能中汲取所有运动能力。电动车辆不限于汽车，并且可以包括摩托车、机动车、小轮车等。通过示例而非限制的方式，本文以电动车辆(EV)的形式描述了远程系统。此外，还考虑了可以至少部分地使用可充电功率存储设备来供电的其他远程系统(例如，诸如个人计算设备之类的电子设备)。

图1是根据一些示例性实现方式的、用于对电动车辆充电的示例性无线功率传输系统100的图。无线功率传输系统100使得在电动车辆112停放的同时能够对电动车辆112充电，以便高效地与基底无线充电系统102a耦合。在停放区中示出了用于两个电动车辆的空间，用以在对应的基底无线充电系统102a和102b上方停放电动车辆。在一些实现方式中，本地分配中心130可以连接到电力主干132，并且被配置为通过功率链路110向基底无线充电系统102a和102b提供交流电(AC)或直流电(DC)。基底无线充电系统102a和102b中的每个基底无线充电系统还相应地包括用于无线传输功率的基底功率传输元件104a和104b。在一些其他实现方式中(图1中未示出)，基底功率传输元件104a或104b可以是独立的物理单元，并且不是基底无线充电系统102a或102b的一部分。

电动车辆112可以包括电池单元118、电动车辆功率传输元件116和电动车辆无线充电单元114。电动车辆无线充电单元114和电动车辆功率传输元件116构成了电动车辆无线充电系统。在本文所示出的一些图中，电动车辆无线充电单元114还被称为车辆充电单元(VCU)。电动车辆功率传输元件116可以例如经由通过基底功率传输元件104a生成的电磁场的区域，来与基底功率传输元件104a相互作用。

在一些示例性实现方式中，当电动车辆功率传输元件116位于由基底功率传输元件104a生成的电磁场中时，电动车辆功率传输元件116可以接收功率。该场可以对应于由电动车辆功率传输元件116可以捕获基底功率传输元件104a输出的功率的区域。例如，由基底功率传输元件104a输出的功率可以处于足以为电动车辆112充电或供电的水平。在某些情况下，该场可以对应于基底功率传输元件104a的“近场”。近场可以对应于这样的区域，其中存在有由基底功率传输元件104a中的电流和电荷所形成的强无功场，该强无功场不从基底功率传输元件104a辐射功率。在一些情况下，近场可以对应于在离基底功率传输元件104a的电磁场频率的波长的大约1/2π内的区域、该电磁场由基底功率传输元件104a远离基底功率传输元件104a生成，这将在下文进一步描述。

贯穿所公开的实现方式描述的电动车辆功率传输元件116和基底功率传输元件104可以被称为或配置为“环形”天线，并且更具体地，多匝环形天线。元件104和116在本文中也可以被称为或被配置为“磁性”天线。术语“功率传输元件”旨在指可以无线地输出或接收功率以用于耦合到另一“功率传输元件”的组件。功率传输元件也可以被称为被配置为无线地输出或接收功率的“天线”或“耦合器”的类型。如本文所使用的，功率传输元件104和116是被配置为无线地输出、无线地接收和/或无线地中继功率的“功率传输组件”类型的示例。环形(例如，多匝环形)天线可以被配置为包括空心芯或诸如铁氧体芯的物理芯。空心芯环形天线可以允许在芯区内放置其他组件。包括铁磁或铁磁材料的物理芯天线可允许更强的电磁场以及改进的耦合的发展。

本地分配中心130可以被配置为经由通信回程134与外部源(例如，电网)进行通信，并且经由通信链路108与基底无线充电系统102a进行通信。

在一些实现方式中，电动车辆功率传输元件116可以与基底功率传输元件104a对齐，并且因此，简单地通过电动车辆操作者定位电动车辆112而被设置在近场区域内，使得电动车辆功率传输元件116相对于基底功率传输元件104a充分地对齐。当对齐误差已经低于可容许值时，可以认为对齐是充分的。在其他实现方式中，可以向操作者提供视觉和/或听觉反馈，以确定何时电动车辆112被适当地放置在用于无线功率传输的容许区内。在又一其他实现方式中，电动车辆112可以由自动驾驶系统定位，该自动驾驶系统可以移动电动车辆112直到实现充分的对齐。这可以在有或没有驾驶员干预的情况下，由电动车辆112自动且自主地执行。这对于配备有伺服转向、雷达传感器(例如，超声传感器)和用于安全操纵和调整电动车辆的智能的电动车辆112来说是可能的。在又一些其他实现方式中，电动车辆112和/或基底无线充电系统102a可以相应地具有用于相对于彼此机械地移置(displacing)和移动功率传输元件116和104a的功能，以更准确地使它们定向或对齐并且开发它们之间充分的和/或以其他方式更高效的耦合。

基底无线充电系统102a可以位于各种位置。作为非限制性示例，一些合适的位置包括：电动车辆112拥有者的家中的停放区，在传统的基于石油的加油站之后设计的、为电动车辆无线充电预留的停放区以及在其他位置(诸如购物中心和工作地点)的停车场。

无线地对电动车辆充电可以提供许多益处。例如，充电可以自动地执行，而实际上无需驾驶员干预或操纵，从而提高了对用户的便利性。还可以没有裸露的电接触并且没有机械磨损，从而提高无线功率传输系统100的可靠性。由于可以不需要利用电缆和连接器进行操纵，并且可以没有要被暴露在室外环境的潮湿中的电缆、插头或插座，因此可以提高安全性。另外，还可以没有可见或可触及的插座、电缆或插头，从而减少了充电设备的潜在破坏。此外，由于电动车辆112可以用作分布式存储设备以稳定电网，因此常规的对接至电网(docking-to-grid)方案可以帮助增加针对于车辆到电网(V2G)操作的车辆的可用性。

参照图1描述的无线功率传输系统100还可以提供美学和非阻碍的优点。例如，可以不存在可能对车辆和/或行人形成妨碍的充电桩和电缆。

作为对车辆到电网能力的进一步解释，无线功率发射和接收能力可以被配置为是互易的，使得基底无线充电系统102a可以向电动车辆112发射功率，或者电动车辆112可以向基底无线充电系统102a发射功率。通过在由于过度需求或可再生能源(例如，风能或太阳能)生产不足引起的能源短缺时，允许电动车辆112向整个配电系统提供功率，该能力对于稳定配电网可以是有利的。

图2是根据一些示例性实现方式的、类似于先前结合图1所讨论的无线功率传输系统200的示例性组件的示意图。无线功率传输系统200可以包括基底谐振电路206，该基底谐振电路206包括具有电感L1的基底功率传输元件204。无线功率传输系统200还包括电动车辆谐振电路222，电动车辆谐振电路222包括具有电感L2的电动车辆功率传输元件216。本文所描述的实现方式可以使用形成谐振结构的容性负载导体回路(即，多匝线圈)，如果发射机和接收机都被调谐到共同的谐振频率，该谐振结构能够经由磁或电磁近场高效地将功率从初级结构(发射机)耦合到次级结构(接收机)。线圈可以用于电动车辆功率传输元件216和基底功率传输元件204。使用共振结构用于耦合功率可以被称为“磁耦合共振”，“电磁耦合共振”和/或“共振感应”。将基于从基底功率传输元件204到电动车辆112(未示出)的功率传输来描述无线功率传输系统200的操作，但操作不限于此。例如，如上所讨论的，功率也可以沿相反方向传输。

参照图2，电源208(例如，AC或DC)将功率PSDC提供给作为基底无线功率充电系统202的一部分的基底功率转换器236，以将功率传输给电动车辆(例如，图1的电动车辆112)。基底功率转换器236可以包括诸如AC到DC转换器的电路以及DC到低频(LF)转换器，该AC到DC转换器被配置为将来自标准市电AC的功率转换到在合适的电压水平的DC功率，该DC到低频转换器被配置为将DC功率转换到在适合于无线高功率传输的工作频率的功率。基底功率转换器236将功率PI提供给基底谐振电路206，其包括与基底功率传输元件204串联的调谐电容器C1，以发射在工作频率处的电磁场。串联调谐谐振电路206应被解读为示例性的。在另一实现方式中，电容器C1可以与基底功率传输元件204并联耦合。在又一些实现方式中，调谐可以由以并联或串联拓扑的任何组合的数个电抗元件形成。可以提供电容器C1以与基底功率传输元件204形成谐振电路，该谐振电路基本上在操作频率处谐振。基底功率传输元件204接收功率P1并且以足以为电动车辆充电或供电的水平来无线地传输功率。例如，由基底功率传输元件204无线地提供的功率水平可以是在千瓦(kW)量级(例如，从1kW到110kW中的任何水平，尽管实际水平可以更高或更低)。

基底谐振电路206(包括基底功率传输元件204和调谐电容器C1)和电动车辆谐振电路222(包括电动车辆功率传输元件216和调谐电容器C2)可以被调谐到基本上相同的频率。如下面进一步解释的，电动车辆功率传输元件216可以定位在基底功率传输元件的近场内，反之亦然。在这种情况下，基底功率传输元件204和电动车辆功率传输元件216可以变得彼此耦合，使得可以无线地将功率从基底功率传输元件204传输给电动车辆功率传输元件216。可以提供串联电容器C2，以与电动车辆功率传输元件216形成谐振电路，该谐振电路基本上在操作频率处谐振。串联调谐谐振电路222应被解读为示例性的。在另一实现方式中，电容器C2可以与电动车辆功率传输元件216并联耦合。在又一些其他实现方式中，电动车辆谐振电路222可以由以并联或串联拓扑的任何组合的数个电抗元件形成。元素k(d)表示在线圈间距d处生成的互耦系数。等效电阻Req,1和Req,2相应地表示对基底功率传输元件204和电动车辆功率传输元件216、以及调谐(抗电抗)电容器C1和C2可能固有的损耗。包括电动车辆功率传输元件216和电容器C2的电动车辆谐振电路222接收功率P2，并且将功率P2提供给电动车辆充电系统214的电动车辆功率转换器238。

电动车辆功率转换器238除其他以外可以包括LF到DC转换器，该LF到DC转换器被配置为将在操作频率处的功率转换回在负载218的电压水平处的DC功率，该负载可以表示电动车辆电池单元。电动车辆功率转换器238可以将经转换的功率PLDC提供给负载218。电源208、基底功率转换器236和基底功率传输元件204可以是固定的，并且可以位于如上所讨论的各种位置。电动车辆负载218(例如，电动车辆电池单元)、电动车辆功率转换器238和电动车辆功率传输元件216可以被包括在电动车辆充电系统214中，电动车辆充电系统214是电动车辆(例如，电动车辆112)的一部分，或是电池组(未显示)的一部分。电动车辆充电系统214还可被配置为通过电动车辆功率传输元件216向基底无线功率充电系统202无线地提供功率，以将功率反馈回电网。电动车辆功率传输元件216和基底功率传输元件204中的每一项都可以基于操作模式而充当发射功率传输元件或接收功率传输元件。

尽管未示出，但无线功率传输系统200可以包括负载断开连接单元(LDU)(非已知的)，以安全地将电动车辆负载218或电源208从无线功率传输系统200断开连接。例如，在紧急情况或系统故障的情况下，可以触发LDU以将负载从无线功率传输系统200断开连接。LDU可以被提供在用于管理对电池的充电的电池管理系统之外，或者可以是电池管理系统的一部分。

此外，电动车辆充电系统214可以包括开关电路(未示出)以用于选择性地将电动车辆功率传输元件216连接到电动车辆功率转换器238和从电动车辆功率转换器238断开连接。将电动车辆功率传输元件216断开连接可以中止充电，并且还可以将使“负载”改变为由基底无线功率充电系统202(充当发射机)“可见”，基底无线功率充电系统202可以用于从基底无线充电系统202“隐匿”电动车辆充电系统214(充当接收机)。如果发射机包括负载感测电路，则可以检测负载改变。因此，诸如基底无线充电系统202的发射机可以具有以下机构，该机构用于确定诸如电动车辆充电系统214的接收机何时存在于基底功率传输元件204的近场耦合模式区域中，这将在下文进一步解释。

如上所描述，在操作中，在朝向电动车辆(例如，图1的电动车辆112)的功率传输期间，输入功率从电源208被提供，使得基底功率传输元件204生成电磁场以用于提供功率传输。电动车辆功率传输元件216耦合到电磁场并且生成输出功率以供电动车辆112存储或消耗。如上所描述，在一些实现方式中，根据相互谐振关系来配置和调谐基底谐振电路206和电动车辆谐振电路222，使得它们几乎或基本上在操作频率处谐振。当电动车辆功率传输元件216位于基底功率传输元件204的近场耦合模式区域中时，基底无线功率充电系统202与电动车辆充电系统214之间的发射损耗最小，这将在下文进一步解释。

如所陈述的，通过经由电磁近场来传输功率而不是经由远场中的电磁波来传输功率来发生高效的功率传输，其可以包含由于辐射到空间中而导致的显著损耗。当在近场中时，可以在发射功率传输元件和接收功率传输元件之间建立耦合模式。可以发生这种近场耦合的、功率传输元件周围的空间在本文中被称为近场耦合模式区域。

虽然未示出，但是基底功率转换器236和电动车辆功率转换器238，如果其是双向的话，都可以包括：针对发射模式的振荡器、诸如功率放大器的驱动器电路、滤波和匹配电路，以及针对接收模式的整流电路。振荡器可以被配置为生成期望的操作频率，该期望的操作频率可以响应于调整信号而被调整。振荡器信号可以响应于控制信号由功率放大器利用放大量被放大。滤波和匹配电路可以被包括以滤除谐波或其他不想要的频率，并且将由谐振电路206和222呈现的阻抗相应地匹配至基底功率转换器236和电动车辆功率转换器238。对于接收模式，基底功率转换器236和电动车辆功率转换器238还可以包括整流器和开关电路。

贯穿所公开的实现方式所描述的电动车辆功率传输元件216和基底功率传输元件204可以被称为或被配置成“导体回路”，并且更具体地，“多匝导体回路”或线圈。基底功率传输元件204和电动车辆功率传输元件216在本文中也可以被称为或被配置为“磁性”耦合器。术语“耦合器”旨在指代可以无线地输出或接收功率以用于耦合到另一个“耦合器”的组件。

如上所讨论，在发射机和接收机之间的功率的高效传输发生在发射机和接收机之间的匹配的谐振或接近匹配的谐振的期间。然而，即使当发射机和接收机之间的谐振不匹配时，功率也可以以较低的效率被传输。

谐振频率可以是基于如上所描述的谐振电路(例如，谐振电路206)的电感和电容、该谐振电路包括功率传输元件(例如，基底功率传输元件204和电容器C2)。如图2所示，电感通常可以是功率传输元件的电感，而电容可以被添加到功率传输元件以创建在期望的谐振频率处的谐振结构。因此，对于使用展现较大电感的较大直径的线圈的较大尺寸的功率传输元件，生成谐振所需的电容值可以是较低的。电感还可能取决于线圈的匝数。此外，随着功率传输元件的尺寸增加，耦合效率可以增加。这在基底车辆功率传输元件和电动车辆功率传输元件的尺寸都增加的情况下大体是这样的。此外，可以将包括功率传输元件和调谐电容器的谐振电路设计为具有高品质(Q)因数，以改进功率传输效率。例如，Q因数可以是300或更大。

如上所描述，根据一些实现方式，公开了在彼此的近场中的两个功率传输元件之间的耦合功率。如上所描述，近场可以对应于功率传输元件周围的区域，在该区域中主要存在无功电磁场。如果功率传输元件的物理尺寸远小于与频率成反比的波长，则由于从功率传输元件的波传播或辐射的功率损耗不显著。近场耦合模式区域可以对应于在功率传输元件的物理体积附近的体积，该体积通常在波长的一小部分内。根据一些实现方式，诸如单匝和多匝导体回路的磁性功率传输元件优选地被用于发射和接收两者，这是因为在实践中处理磁场比电场更容易，因为磁场与外物(例如，电介质物体和人体)交互较少。然而，可以使用“电”功率传输元件(例如，偶极和单极)、或磁功率传输元件和电功率传输元件的组合。

图3是示出无线功率传输系统300的示例性组件的功能框图，无线功率传输系统300可以被采用在图1的无线功率传输系统100中和/或可以是图2的无线功率传输系统200中的一部分中。无线功率传输系统300图示了通信链路376、定位链路367和对齐机构356，定位链路367使用例如磁场信号以用于确定位置或方向，对齐机构356能够机械地移动基底功率传输元件304和电动车辆功率传输元件316中的一项或两项。可以由基底对齐子系统352和电动车辆充电对齐子系统354，来相应地控制基底功率传输元件304和电动车辆功率传输元件316的机械(运动)对齐。定位链路367是能够双向信令传到的，这意味着定位信号可以由基底定位子系统、或由电动车辆定位子系统、或由两者发射。如以上参考图1所描述的，当功率流向电动车辆112时，在图3中，基底充电系统电源接口348可以被配置为从诸如AC或DC电源(未示出)的电源向基底功率转换器336提供功率。基底功率转换器336可以经由基底充电系统功率接口348接收AC或DC功率，以在接近或参照图2的基底谐振电路206的谐振频率的频率处驱动基底功率传输元件304。当在近场耦合模式区域中时，电动车辆功率传输元件316可以从电磁场接收功率，以在或接近参照图2的电动车辆谐振电路222的谐振频率处进行振荡。电动车辆功率转换器338将来自电动车辆功率传输元件316的振荡信号转换为功率信号，该功率信号适于经由电动车辆功率接口对电池充电。

基底无线充电系统302包括基底控制器342，并且电动车辆无线充电系统314包括电动车辆控制器344。基底控制器342可以将基底充电系统通信接口提供给其他系统(未示出)，诸如例如计算机、基底共同通信(BCC)、配电中心的通信实体或智能电网的通信实体。电动车辆控制器344可以将电动车辆通信接口提供给其他系统(未示出)，诸如例如，车辆上的车载计算机、电池管理系统、车辆内的其他系统以及远程系统。

基底通信子系统372和电动车辆通信子系统374可以包括子系统或电路，该子系统或电路用于具有分离的通信信道的特定应用，并且还用于与图3中未图示的其他通信实体无线地通信。这些通信信道可以是分离的物理信道或分离的逻辑信道。作为非限制性示例，基底对齐子系统352可以通过通信链路376与电动车辆对齐子系统354通信，以提供反馈机构，以用于(例如，经由通过电动车辆对齐子系统354、或基底对齐子系统352、或两者、或利用操作员的协助的自主的机械(运动)对齐)更紧密地将基底功率传输元件304与电动车辆功率传输元件316对齐。

电动车辆无线充电系统314可以进一步包括电动车辆定位子系统364，其被连接到磁场生成器368。电动车辆定位子系统364可以被配置为利用生成交变磁场的电流来驱动磁场发生器368。基底无线充电系统302可以包括连接至基底定位子系统362的磁场传感器366。磁场传感器366可以被配置为在由磁场发生器368生成的交变磁场的影响下生成多个电压信号。基底定位子系统362可以配置为接收这些电压信号，并输出指示磁场传感器366和磁场传感器368之间的角度估计和位置估计的信号。这些位置和角度估计可以被转换为电动车辆的驾驶员可以用来可靠地停放车辆的视觉和/或声学引导和对齐信息。在一些实现方式中，这些位置和角度估计可以被用于自动地停放车辆，而没有驾驶员干预或仅由驾驶员干预最小(线控驱动)。

此外，电动车辆控制器344可以被配置为与电动车辆车载系统通信。例如，电动车辆控制器344可以经由电动车辆通信接口例如，向被配置为执行半自动停放操作的制动系统提供位置数据，或向转向伺服系统提供位置数据，转向伺服系统被配置为利用高度自动停放(“线控停放”)进行辅助，高度自动停放可以提供某些应用中可能需要的更多便利和/或更高的停放精度，以在基底功率传输元件304和电动车辆功率传输元件316之间提供充分的对齐。此外，电动车辆控制器344可以被配置为与视觉输出设备(例如，仪表板显示器)、声学/音频输出设备(例如，蜂鸣器、扬声器)、机械输入设备(例如，键盘、触摸屏和诸如操纵杆、轨迹球等指点设备)、以及音频输入设备(例如具有电子语音识别的麦克风)通信。

无线功率传输系统300还可例如通过在电动车辆无线充电系统314处提供有线充电端口(未示出)，来支持经由有线连接的插入式充电。电动车辆无线充电系统314可以在向电动车辆传输功率或从电动车辆传输功率之前，集成两个不同充电器的输出。开关电路可以根据需要提供功能，以支持无线充电和经由有线充电端口的充电。

为了在基底无线充电系统302与电动车辆无线充电系统314之间通信，无线功率传输系统300可以经由基底功率传输元件304和电动车辆功率传输元件316来使用带内信令，和/或经由通信系统(372、374)来使用带外信令，例如经由RF数据调制解调器(例如，通过非许可频段的无线电的以太网)。带外通信可以针对到车辆用户/所有者的增值服务的分配提供充分的带宽。无线功率载波的低深度幅度或相位调制可以充当具有最小干扰的带内信令系统。

可以经由无线功率链路，在不使用特定的通信天线的情况下，来执行一些通信(例如，带内信令)。例如，基底功率传输元件304和电动车辆功率传输元件316还可以被配置为充当无线通信天线。因此，基底无线充电系统302的一些实现方式可以包括用于在无线功率路径上启用键控类型协议的控制器(未示出)。通过利用预定协议以预定间隔来键控发射功率水平(幅度偏移键控)，接收机可以检测来自发射机的串行通信。基底功率转换器336可以包括负载感测电路(未示出)，以用于检测在基底功率传输元件304的近场耦合模式区域中是否存在有效的电动车辆功率接收机。作为示例，负载感测电路监测流向基底功率转换器336的功率放大器的电流，该电流受到基底功率传输元件304的近场耦合模式区域中是否存在有效的功率接收机的影响。对功率放大器上的负载的改变的检测可以由基底控制器342监测，以用于确定是使基底无线充电系统302能够发射功率，还是使其能够与接收机进行通信，或是其组合。

在某些方面，在无线功率发射机(例如，基底盘、基底无线充电系统102、202、302等、或包括有功率传输元件(例如，功率传输元件104、204、304等)的一些其他无线功率传输设备)与无线功率接收机(例如，车载盘、电动车辆无线充电单元114、214、314等、或包括有功率传输元件(例如，车辆功率传输元件116、216、316等)的一些其他无线功率接收设备)之间传输的功率量可以基于多个变量而变化，其包括无线功率发射机和无线功率接收机之间的磁耦合变化、以及在无线功率接收机处的负载中的变化(例如，由无线功率接收机充电的电池中的电池电压)。在某些方面，在无线功率接收机和无线功率发射机两者处实现控制方案，以补偿这些变量并且在无线功率接收机和无线功率发射机之间具有基本上恒定的功率传输。在某些方面，诸如在无线电动车辆充电(WEVC)系统的实现中，初级功率控制由无线功率发射机(例如，固定车辆充电器、基底控制器342等)来执行，并且次级功率控制由无线功率接收机(例如，车辆侧(例如，由车辆控制单元(VCU)、电动车辆控制器344等))来执行。次级功率控制在某些方面可以利用如下文相对于图4和图4A来描述的、DC-DC转换器拓扑或同步AC开关拓扑这两种控制器拓扑中的一种，。

图4是被配置为执行功率控制的无线功率接收机400的示例性组件的示意图。无线功率接收机400可以是车载盘、电动车辆无线充电单元114、214、314等、或包括有功率传输元件(例如，车辆功率传输元件116，216、316等)的一些其他无线功率接收设备的一个示例实现方式。如所示出的，无线功率接收机400包括具有电感L2的车辆功率传输元件416。无线功率接收机400还包括电动车辆谐振电路422(包括电动车辆功率传输元件416和调谐电容器C2)，以用于调谐无线功率接收机400的谐振频率。无线功率接收机400还包括整流器440，该整流器440包括被配置为将在谐振电路422处生成的AC信号转换为DC信号的二极管。在某些方面，代替包括二极管的整流器440，诸如同步整流器的整流器440可以包括一个或多个开关。

从整流器440输出的DC信号在无线功率接收机400的DC-DC转换器450(例如，升压转换器，降压转换器等)处被接收。DC-DC转换器450被配置为控制到负载455的电压输出。如所示出的，DC-DC转换器450包括电感器L_DC1和电感器L_DC2，电感器L_DC1具有电感L_DC1，电感器L_DC2具有电感L_DC2，电感L_DC1和电感L_DC2耦合到整流器440的输出。电感器L_DC1和电感器L_DC2彼此并联。DC-DC转换器450还包括开关S₃和S₄，开关S₃和S₄被配置为相应地将电感器L_DC1和电感器L_DC2的输出选择性地耦合到地。电感器L_DC1和电感器L_DC2的输出还经由相应的二极管耦合到负载455(例如，电池)。

在一些方面，当开关S₃闭合时，电感器L_DC1的输出被短路到地，因此存在到负载455的降低的输出电压。在一些方面，当开关S₃断开时，电感器L_DC1的满输出电压被输出给负载455。因此，在一些方面，选择性地断开和闭合S₃控制到负载455的平均电压输出。类似地，在一些方面，当开关S₄闭合时，电感器L_DC2的输出被短路到地，并且因此存在到负载455的降低的输出电压。在一些方面，当开关S₄断开时，电感器L_DC2的满输出电压被输出至负载455。因此，在一些方面，选择性地断开和闭合S₄控制到负载455的平均电压输出。在一些方面，诸如在电池充电应用中，其中DC-DC转换器450的输出耦合到电压源负载(例如，电池)，选择性地断开和闭合开关S₃和S₄控制由DC-DC转换器450所看到的、并且因此由整流器440和电动车辆谐振电路422所看到的平均输出电压。在一些方面，开关S₃和S₄的断开和闭合被控制，以在基本上相同的时间和/或以基本上相同的占空比来进行断开和闭合。在一些方面，开关S₃和S₄的断开和闭合被控制，以在不同时间和/或以不同的占空比(例如，一个或多个开关在断开状态和闭合状态之间循环的周期)来进行断开和闭合。在一些方面，开关S₃和S₄的断开和闭合由控制器、处理器、集成电路、电路等(诸如电动车辆控制器344)来控制。

在某些方面，诸如DC-DC功率转换器450的DC-DC功率转换器可以基于输入电压(例如，在谐振电路422处感应的电压)有效地控制输出电压。然而，在无线功率接收机处可以感应出大电流(例如，在初级功率控制是无效的或不由无线功率发射机来执行的情况下)。因此，在某些方面，DC-DC转换器的组件(例如，开关、电感器等)可以被设计为针对来自无线功率接收机的满输出电流(例如，与来自无线功率发射机的耦合和电流成比例的满谐振槽(tank)输出电流)来进行额定。这可能需要大量的组件开销，例如需要更大和/或更昂贵的组件。

图4A是被配置为执行功率控制的无线功率接收机400A的示例性组件的示意图。无线功率接收机400A可以是车载盘、电动车辆无线充电单元114、214、314等、或包括功率传输元件(例如，车辆功率传输元件116、216、316等)的一些其他无线功率接收设备。如所示出的，无线功率接收机400A类似于无线功率接收机400，并且包括具有电感L₂的车辆功率传输元件416。无线功率接收机400A还包括电动车辆谐振电路422(包括电动车辆功率传输元件416和调谐电容器C2)，以用于调谐无线功率接收机400A的谐振频率。

无线功率接收机400A还包括(例如，同步)AC开关控制电路460。AC开关控制电路460被配置为控制到负载455的电流输出。AC开关控制电路460包括开关S₁和S₂，开关S₁和S₂被配置为选择性地将从谐振电路422输出的AC信号钳位或短路到地。与开关S₁和S₂并联示出的二极管在某些方面，可以对应于开关自身的体二极管，其可以充当整流器(例如，类似于整流器440)。在一些方面，二极管可以是用以充当整流器的分离的二极管。

AC开关控制电路460的输出进一步耦合到电感器L_DC1和电感器L_DC2。电感器L_DC1和电感器L_DC2彼此并联。电感器L_DC1和电感器L_DC2的输出进一步经由二极管耦合到负载455(例如，电池)。

当开关S₁和S₂闭合时，谐振电路422的AC信号输出被短路到地，并且因此存在到电感器L_DC1和电感器L_DC2的减小的电流、以及因此到负载455的电流。当开关S₁和S₂断开时，谐振电路422的输出电流被输出至电感器L_DC1和电感器L_DC2，并且因此输出至负载455。因此，选择性地断开和闭合开关S₁和S₂控制到负载455的平均电流输出。在一些方面，开关S₁和S₂的断开和闭合被控制以诸如在相对于它们单独的半周期波形的基本上相同的时间处，并且利用基本上相同的占空比同步地断开和闭合。例如，在一些方面，如图4B所示，开关S₁和S₂相对于它们单独的半周期波形而进行断开和闭合。

例如，图4B的顶部x轴表示跨图4A的车辆功率传输元件416的信号电压V₂。如所示出的，(例如，用以闭合)的信号相应地在信号V₂的不同半周期，分离地施加到开关S₁和S₂中的每一项的栅极驱动器。在一些方面，开关S₁和S₂的断开和闭合由控制器、处理器、集成电路、电路等(诸如电动车辆控制器344)来控制。特别地，中间的x轴表示施加到开关S₁的栅极的信号，以选择性地断开和闭合开关S₁。底部x轴表示施加到开关S₂的栅极的信号，以选择性地断开和闭合开关S₂。在此示例中，当没有信号(显示为在对应x轴上方的没有值)施加到开关的栅极时(例如，如所示出针对S₂，在0之前、在t₂和t₃之间、以及在图的末端处，如所示出的针对S₁，t₀和t₁之间以及在图的末端处)，开关是断开的。当将信号(显示为对应的x轴上方没有剖面线的值)施加到开关的栅极时(例如，如所示出的针对S₂，在t₁和t₂之间；如所示出的针对S₁，在0和t₀之间)，开关是闭合的。此外，如图所陈述的，对于在对应的x轴上方以剖面线显示的值(例如，针对S₁，在0之前以及在t₁和t₃之间，针对S₂，在0和t₁之间)，施加到开关的栅极的、用于闭合开关的信号的上升沿可以发生在该时间段内的任意时刻。因此，当在该时间段内将信号施加到开关的栅极(例如，栅极是高)的同时，相应的开关，而不是对应的二极管(例如，开关的体二极管或单独的二极管)执行动态整流。

AC开关控制电路(例如，AC开关控制电路460)可以基于输入电流(例如，在谐振电路422处感应的电流)有效地控制输出电流。然而，AC开关控制电路的操作范围受到限制。特别地，随着钳位角增加(例如，开关闭合的时间越长，流出到电池的电流越小)，开关S₁和S₂两端的峰值电压增加。例如，图5示出了针对不同钳位角的、开关S₁和S₂两端的示例电压的图。如所示出的，线510表示针对具有由线505表示的DC电压的电压波形的，在0的钳位角处的S₁和S₂两端的电压。如图所示，线515表示针对具有由线505表示的DC电压的电压波形的，在钳位角θ处的开关S₁和S₂两端的电压。如图所示，线515的峰值电压V_2BPeak大于线510的峰值电压V_2APeak。此外，图6示出了针对具有300V DC输出的电压波形的、示例峰值电压对钳位角的图。如所示出的，Y轴表示峰值电压，并且X轴表示钳位角。随着钳位角的增加，峰值电压增加。

钳位角可以对应于在AC电压波形的周期期间，开关S₁和S₂的占空比或开关S₁和S₂闭合的时间量。因此，该占空比与AC电压或电流波形同步。因此，AC开关控制电路可以被设计为在较大的控制范围内具有较高的额定电压(例如，在初级功率控制是无效的或不由无线功率发射机执行的情况下)。这可能需要AC开关控制电路的组件上的大量开销，例如需要更大和/或更昂贵的组件。

因此，本公开的方面提供了使用AC开关控制电路和DC-DC转换器两者，用于在无线功率接收机处进行功率控制的技术。特别地，在某些方面，DC-DC转换器可被用于限制AC开关控制处的电压，并且AC开关控制可被用于限制DC-DC转换器处的电流。此外，在某些方面，提供了用以控制AC开关控制和DC-DC转换器的控制方案，以提供适当的电压和电流限制。

图7是被配置为执行功率控制的无线功率接收机700的示例性组件的示意图。无线功率接收机700可以是车载盘、电动车辆无线充电单元114、214、314等、或包括功率传输元件(例如，车辆功率传输元件116，216、316等)的一些其他无线功率接收设备。如图所示，无线功率接收机700包括具有电感L2的车辆功率传输元件716。无线功率接收机700还包括电动车辆谐振电路722(包括电动车辆功率传输元件716和调谐电容器C₂)，以用于调谐无线功率接收机700的谐振频率。在一些方面，无线功率接收机700被配置作为并联LC电路，该并联LC电路具有与调谐电容器C2并联的电动车辆功率传输元件716。

无线功率接收机700还包括(例如，同步)AC开关控制电路760。AC开关控制电路760包括开关S₁和S₂，开关S₁和S₂被配置为选择性地将从谐振电路722输出的AC信号钳位或短路到地。与开关S1和S2并联示出的二极管在某些方面，可以对应于开关自身的体二极管，体二极管可以充当整流器(例如，类似于整流器440)。在一些方面，二极管可以是分离的二极管以充当整流器。

AC开关控制电路760的DC信号输出进一步耦合到无线功率接收机700的DC-DC转换器750(例如，升压转换器、降压转换器等)并且在DC-DC转换器750处被接收。如所示出的，DC-DC转换器750包括电感器L_DC1和电感器L_DC2，电感器L_DC1具有电感L_DC1，电感器L_DC2具有电感L_DC2，电感L_DC1和电感L_DC2两者都耦合到AC开关控制电路760的输出。电感器L_DC1和电感器L_DC2彼此并联。DC-DC转换器750还包括开关S₃和S₄，开关S₃和S₄被配置为相应地将电感器L_DC1和电感器L_DC2的输出选择性地耦合到地。电感器L_DC1和电感器L_DC2的输出还经由相应的二极管耦合到负载755(例如，电池)。

在一些方面，DC-DC转换器750被配置为控制(例如，降低)无线功率接收机700的谐振电压，并且因此，控制AC开关控制电路760的开关两端的峰值电压。因此，在将峰值电压保持在较低水平并且在AC开关控制电路760中使用针对较低电压而额定的组件的同时，可以增加AC开关控制电路760的钳位角度。因此，可以通过AC开关控制电路760在较高钳位角操作，来减小DC-DC转换器750的电感器处的电流，从而允许在DC-DC转换器750中的、针对较低电流而额定的组件的使用。在一些方面，描述(1)rms谐振电压V₂(如所示出的在车辆功率传输元件716两端)与DC-DC转换器750的占空比(D)之间的关系、以及(2)开关两端的峰值电压

与AC开关控制电路760的钳位角(θ)之间的关系的表达式(例如，等式)如下所列出，其中V_Bat是负载755的输出电池电压，并且θ是以度为单位的钳位角，如下面所列出。

无线功率接收机700还包括控制器744，该控制器744被配置为控制开关S₁至S₄的断开。在一些方面，控制器744包括一个或多个控制器、处理器、集成电路、电路等，诸如电动车辆控制器344。如示出的，控制器744包括电压控制电路762、电流控制电路766和监督器电路764。尽管示出为分开的电路，但是电压控制电路762、电流控制电路766和监督器电路764的功能可以实现为单个的组件或多个组件的组合。在一些方面，控制器744被配置为控制开关S₁至S₄的断开，以如关于图8所讨论的控制DC-DC转换器750的占空比和AC开关控制电路760的钳位角。

图7A是被配置为执行功率控制的无线功率接收机700A的示例性组件的示意图。如所示出的，无线功率接收机700A与无线功率接收机700相似，不同之处在于，功率接收机700A包括如所示出的全桥整流器770，该全桥整流器770包括耦合到AC开关控制电路760的输出的二极管。此外，无线功率接收机700A包括DC-DC转换器750A，而不是DC-DC转换器750。DC-DC转换器750A包括单个开关S₃和单个电感器L_DC1。DC-DC转换器750A可以类似于本文讨论的DC-DC转换器750而被控制。

在某些方面，全桥整流器770的二极管是碳化硅二极管。然而，在某些方面，二极管是硅二极管而不是碳化硅二极管，以节省成本。然而，取决于无线功率接收机700A的操作，硅二极管具有可以降低无线功率接收机700A处的整流效率的某些特征。例如，当硅二极管正向偏置时，它们会积累电荷。另外，硅二极管闭合得越快，电荷从硅二极管中耗尽得越快。因此，如果硅二极管快速地闭合，则积累的电荷作为高电流脉冲而在短时间段内更快地释放，相反地，如果硅二极管缓慢地闭合，则积累的电荷在较长时间段内作为较低电流被释放。释放的电流是沿二极管的反向方向的反向电流(例如，通过电动车辆功率传输元件716和调谐电容器C₂)。电路中这种不期望的高电流循环会创建损耗和电磁干扰问题，而其降低效率。例如，如果开关S₂和S₁的钳位角θ是0，则可能没有AC开关，并且全桥整流器770的二极管可能突然导通和截止，从而潜在地导致通过二极管的反向电流。

因此，在某些方面，开关S₂和S₁的钳位角θ可以被设置为大于(例如，在零以上的小的量)零的值(例如，具有0以上的最小底限)，以确保全桥整流器的二极管770不会突然断开和闭合，来避免高反向电流问题。例如，在本文描述的某些方面中，针对AC开关控制电路的开关的钳位角的控制算法可以指示在用于功率调整的给定时间处的、为零的钳位角。因此，在某些这样的方面，诸如在硅二极管用于整流的情况下，即使控制算法指示为零的钳位角，代替地使用高于零的一些最小钳位角以控制AC开关控制电路的开关。也可以调整对应的DC-DC转换器的占空比D以补偿非零钳位角。例如，在某些方面，可以修改本文描述的、用于确定AC开关控制电路的钳位角和DC-DC转换器的占空比D的总体控制算法，使得AC开关控制电路的钳位角可以不必低于在0之上的最小底值。

例如，图7B对应于无线功率接收机700A在图4B中的时间t₀至t₁之间的某处的状态，其中开关S₁断开并且开关S₂闭合。在此时间段期间，图顶部所示的全桥整流器770的二极管被正向偏置并且累积电荷。在图7D，其对应于无线功率接收机700A在图4B中的时间t₂至t₃之间的某处的状态，其中开关S₂断开并且开关S₁闭合。因此，在图顶部所示的全桥整流器770的二极管被闭合并且释放电荷作为反向电流。在某些方面，代替直接从图7B到图7D(指示零钳位角)中，使用非零钳位角，使得在图7B和图7D之间存在无线功率接收机700A的中间状态，如图7C所示。

特别地，图7C对应于无线功率接收机700A在图4B中的时间t₁至t₂之间的某处的状态，其中开关S₁闭合并且开关S₂闭合。因此，从谐振电路722出来的电流通过开关S₁和开关S₂循环。然后电流具有两个潜在路径：1)通过开关S₁和全桥整流器770的顶部二极管；2)通过开关S₂和全桥整流器770的底部二极管。因此，仍然存在一些减小的、通过全桥整流器770的顶部二极管的电流，这会增加用于截止二极管的时间段，其减小从全桥整流器770的顶部二极管释放的峰值电流。

图8是示出了用于控制在无线功率接收机处的功率的示例性操作800的流程图。例如，操作800可以由诸如控制器744的控制器来执行，以控制DC-DC转换器(诸如，DC-DC转换器750或750A)、以及控制诸如无线功率接收机700或700A的无线功率接收机的AC开关控制电路(诸如，AC开关控制电路760)。

在802，控制器开始操作。例如，无线功率接收机可以从无线功率发射机接收无线功率，并且控制器可以将DC-DC转换器的占空比和AC开关控制电路的钳位角设置为默认值(例如，预定值，可配置值，设置值等)。在804，控制器基于由无线功率接收机供电的负载(例如，负载755)处的电压(V_fb)、以及无线功率接收机的谐振槽两端的期望谐振电压(V_ref)，来计算DC-DC转换器的占空比(D)。期望谐振电压是到DC-DC转换器的输入电压。在一些方面，V_ref由控制器的监督器电路(例如，监督器电路764)设置。在某些方面，V_ref最初设置为默认值。在一些方面，电压控制电路(例如，电压控制电路762)被配置为测量V_fb，从监督器电路接收V_ref，并且计算针对DC-DC转换器的D。例如，在某些方面，基于如下等式(1)来计算占空比D：

在806，控制器基于D和V_fb计算针对AC开关控制电路的最大可能钳位角(θ_limit)。最大可能钳位角设置通过AC开关控制电路的电压峰值。在一些方面，最大钳位角是D和最大峰值电压与V_fb的比的函数，AC开关控制电路被配置为处理该最大峰值电压。在某些方面，监督器电路从电压控制电路接收D和V_fb并且计算θ_limit。例如，在某些方面，基于公式(2)来计算最大可能钳位角θ_limit，如下所示：

其中/>

是最大允许峰值电压，AC开关控制电路被配置为处理该最大允许峰值电压。

在808，控制器基于I_ref和AC开关控制电路的输出处的、并且通过DC-DC转换器的实际电流(I_fb)，来计算操作或实际钳位角(θ)以维持通过DC-DC转换器的期望电流(I_ref)。在某些方面，I_ref由控制器的监督器电路设置。在某些方面，I_ref最初设置为默认值。在一些方面，电流控制电路(例如，电流控制电路766)被配置为测量I_fb，接收来自监督器电路的I_ref，并且计算针对AC开关控制电路的θ。

在810，控制器确定θ是否大于θ_limit。例如，监督器电路确定θ是否大于θ_limit。如果在810，控制器确定θ大于θ_limit，则操作800继续至815。在815，控制器(例如，监督器电路)调整I_ref或V_ref中的至少一项，以改变DC-DC转换器的占空比D(例如，增加D)以生成较低的谐振电压，从而使θ_limit增加。例如，在某些方面，控制器选择针对钳位角θ_new的、介于θ和θ_limit之间的新值，并且使用θ_new以使用如下等式(3)来计算调整后的V_ref：

此外，在某些方面，使用功率、I_ref和V_ref之间的关系，控制器使用如下等式(4)来计算调整后的I_ref：

然后，操作800返回到804。

如果在810，控制器确定θ不大于θ_limit，则操作800继续到820。在820，控制器利用在804处计算出的占空比D来操作DC-DC转换器，并且利用在808处计算出的钳位角θ来操作AC开关控制电路。在一些方面，监督器电路向电压控制电路指示以利用占空比D来操作DC-DC转换器，并且向电流控制电路指示以利用钳位角θ来操作AC开关控制电路。因此，控制器控制无线功率接收机处的功率(I和V)。

图9是被配置为执行功率控制的无线功率接收机900的示例性组件的示意图。无线功率接收机900可以是车载盘、电动车辆无线充电单元114、214、314等、或包括功率传输元件(例如，车辆功率传输元件116，216、316等)的一些其他无线功率接收设备。如所示出的，无线功率接收机900包括具有电感L₂的车辆功率传输元件916。无线功率接收机900还包括电动车辆谐振电路922(包括电动车辆功率传输元件916和调谐电容器C₂)，以用于调谐无线功率接收机900的谐振频率。在一些方面，无线功率接收机900被配置作为串联LC电路，该串联电路具有与调谐电容器C₂串联的电动车辆功率传输元件916。

无线功率接收机900还包括AC开关控制电路960。AC开关控制电路960包括开关S₁。应当注意，尽管示出的AC开关控制电路960仅具有单个开关S₁，但是AC开关控制电路960可以以其他方式来实现，例如具有与图7中所示的开关S₁和S₂类似的、背对背连接的两个开关。无线功率接收机900还包括并联耦合到谐振电路922的整流器970。整流器970被配置为将AC开关控制电路960的AC输出转换为DC输出。

整流器970(以及，对应地AC开关控制电路960)的DC信号输出进一步耦合到无线功率接收机900的DC-DC转换器950(例如，升压转换器、降压转换器等)，并且在DC-DC转换器950处接收。DC-DC转换器950包括串联耦合的电感器L_DC和开关S₂。电感器L_DC的输出进一步耦合到负载955(例如，电池)。

无线功率接收机900还包括电容器C_DC，电容器C_DC在整流器970与开关S₂之间的节点处、以及在整流器970与参考电压(例如，地)之间的节点处与整流器970并联耦合。无线功率接收机900还包括二极管，该二极管在开关S₂和电感器L_DC的耦合点处的节点与参考电压之间与整流器970并联耦合。

如关于配置为并联LC电路的无线功率接收机(例如，无线功率接收机700)所讨论的，AC开关控制电路可以执行无线功率接收机的电流控制，并且DC-DC转换器可以执行对无线功率接收机的电压控制。对于配置为串联LC电路的无线功率接收机(例如，无线功率接收机900)，AC开关控制电路可以执行无线功率接收机的电压控制，并且DC-DC转换器可以执行无线功率接收机的电流控制。因此，如图所示，AC开关控制电路960被配置为控制提供给DC-DC转换器950的电压，并且DC-DC转换器950被配置为控制提供给负载955的电流。

在某些方面，可以控制AC开关控制电路960的开关S₁以控制AC开关控制电路960的电压输出。例如，可以将开关S₁控制以在谐振电路922处感应的AC功率信号周期的一部分中选择性地断开，并且在周期的其余部分闭合。开关S₁断开的周期的一部分可以被称为

可以对应于在AC电压波形的周期期间的占空比或开关S1断开的时间量。因此，该占空比与AC电压或电流波形同步。/>

越大，AC开关控制电路960处的峰值电流I越高，但AC开关控制电路960的电压输出越低。/>

越小，AC开关控制电路960处的峰值电流I越低，但AC开关控制电路960的电压输出越高。在一些方面，下面列出描述了(5)AC开关控制电路960处的峰值电流

与/>

之间的关系的表达式(例如，等式)，其中I_Bat是负载955的输出电池电流。/>

在一些方面，DC-DC转换器950被配置为控制(例如，降低)无线功率接收机900的谐振电流，并且因此，控制AC开关控制电路960的开关S₁两端的峰值电流。因此，可以在将峰值电流保持在较低水平、并且在AC开关控制电路960中使用额定为较低电流的组件的同时，增加AC开关控制电路960的占空比

因此，可以通过在较高占空比/>

处操作AC开关控制电路960，来降低DC-DC转换器950的开关S₂和电感器L_DC处的电压，从而允许在DC-DC转换器950中的额定为较低电压的组件的使用。在一些方面，描述(6)在无线功率接收机900的rms谐振电流I₂、DC-DC转换器950的占空比(D)和供应给负载的电流955(I_Bat)之间的关系的表达式(例如，等式)如下。

无线功率接收机900还包括控制器944，该控制器944被配置为控制开关S₁和S₂的断开。在一些方面，控制器944包括一个或多个控制器、处理器、集成电路，电路等(诸如电动车辆控制器344)。如图所示，控制器944包括电压控制电路962、电流控制电路966和监督器电路964。尽管示出为分离的电路，但是电压控制电路962、电流控制电路966和监督器电路964的功能可以被实现为单个组件或多个组件的组合。在一些方面，控制器944被配置为控制开关S₁和S₂的断开，以如关于图10所讨论的控制DC-DC转换器950的占空比D和AC开关控制电路960的占空比

图10是示出用于控制无线功率接收机处的功率的示例操作1000的流程图。例如，操作1000可以由诸如控制器944的控制器执行，以控制无线功率接收机(诸如，无线功率接收机900)的DC-DC转换器(诸如DC-DC转换器950)以及AC开关控制电路(诸如AC开关控制电路960)。

在1002，控制器开始操作。例如，无线功率接收机可以从无线功率发射机接收无线功率，并且控制器可以设置DC-DC转换器的占空比D和AC开关控制电路的占空比

为默认值(例如，预定值、可配置值、设置值等)。在1004，控制器基于由无线功率接收机供电的负载(例如，负载755)处的电流(I_fb)和无线功率接收机的谐振槽两端的期望的谐振电流(I_ref)，来计算DC-DC转换器的占空比(D)。该期望的谐振电流是到DC-DC转换器的输入电流。在某些方面，I_ref由控制器的监督器电路(例如，监督器电路764)设置。在某些方面，Iref最初设置为默认值。在一些方面，电流控制电路(例如，电流控制电路966)被配置为测量I_fb，从监督器电路的接收I_ref，并且计算针对DC-DC转换器的D。例如，在某些方面，基于如下等式(6)计算占空比D：

在1006，控制器基于D和I_fb来计算针对AC开关控制电路的最大可能占空比

最大可能占空比/>

设置通过AC开关控制电路的电流的峰值。在某些方面，最大可能占空比

是D和最大峰值电流与I_fb之间的比的函数，AC开关控制电路配置为处理最大峰值电流。在某些方面，监督器电路从电流控制电路接收D和I_fb电路，并且计算/>

例如，在某些方面，最大可能占空比/>

基于如下所示的等式(5)计算：/>

其中/>

是AC开关控制电路被配置为处理的最大允许峰值电流。

在1008，控制器基于V_ref和AC开关控制电路的输出处(例如，在耦合到AC开关控制电路的整流器的输出处)的、且通过DC-DC转换器的实际电压(V_fb)，来计算操作或实际占空比

以维持通过DC-DC转换器的期望电压(V_ref)。在一些方面，V_ref由控制器的监督器电路来设置。在某些方面，V_ref最初设置为默认值。在一些方面，电压控制电路(例如，电压控制电路962)被配置为测量V_fb，从监督器电路接收V_ref，并且计算针对AC开关控制电路的/>

在1010，控制器确定

是否大于/>

例如，监督器电路确定/>

是否大于/>

如果在1010，控制器确定/>

大于/>

操作1000继续至1015。在1015，控制器(例如，监督器电路964)调整I_ref或V_ref中的至少一项，以改变DC-DC转换器的占空比D(例如，减小D)以生成较低的谐振电流，使得/>

增加。例如，在某些方面，控制器在/>

和/>

之间选择针对占空比的新值/>

并且使用/>

以根据如下等式(7)计算调整的I_ref：

此外，在某些方面，使用功率、I_ref与V_ref之间的关系，控制器使用等式(4)计算调整的V_ref。然后，操作1000返回到1004。

如果在1010，控制器确定

不大于/>

则操作1000继续到1020。在1020，控制器利用在1004处计算出的占空比D来操作DC-DC转换器，并且利用在1008处计算出的占空比/>

来操作AC开关控制电路。在一些方面，监督器电路指示给电流控制电路以利用占空比D来操作DC-DC转换器，并且指示给电压控制电路以利用占空比/>

来操作AC开关控制电路。因此，控制器控制无线功率接收机处的功率(I和V)。

图11是示出用于控制无线功率接收机处的功率的示例性操作1100的流程图。例如，操作1100可以由诸如控制器744或944的控制器来执行，以控制无线功率接收机(诸如，无线功率接收机700、700A或900)的DC-DC转换器(诸如，DC-DC转换器750或950)和AC开关控制电路(诸如，AC开关控制电路760或960)。

在1102，基于到无线功率接收机的负载的电压和电流输出中的一项、以及到DC-DC的期望电压和电流输入中的一项，来确定无线功率接收机的DC-DC转换器的占空比。在1104，基于确定的占空比以及到负载的电压和电流输出的一项，来确定针对AC开关控制器的占空比界限。

在1106处，基于到DC-DC转换器的期望电压输入和期望电流输入中的另一项、以及来自AC开关控制器的电流输出和电压输出中的实际一项，来确定针对AC开关控制器的操作占空比。在1108，将操作占空比与占空比界限相比较。在1110，当操作占空比大于占空比界限时，调整到DC-DC转换器的期望电压输入和期望电流输入中的至少一项。

图12是示出用于控制无线功率接收机处的功率的示例操作1200的流程图。例如，操作1200可以由诸如控制器744或944的控制器来执行，以控制无线功率接收机(诸如，无线功率接收机700、700A或900)的DC-DC转换器(诸如，DC-DC转换器750或950)和AC开关控制电路(诸如，AC开关控制电路760或960)。

在1202，调整DC-DC转换器的占空比和AC开关控制器的占空比，以控制通过无线功率接收机的电压和电流。

可以由能够执行对应功能的任何合适的部件来执行上面描述方法的各种操作。部件可以包括各种硬件和/或(多个)软件组件和/或(多个)模块，包括但不限于电路、专用集成电路(ASIC)或处理器。通常，在附图中示出了操作的情况下，那些操作可以具有利用相似编号的对应的对口功能限定组件。

如本文所使用的，术语“确定”涵盖多种动作。例如，“确定”可以包括计算、运算、处理、获得、调查、查找(例如，在表、数据库或另一数据结构中查找)、确定等。而且，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。此外，“确定”可以包括解决、选择、挑选、构建等。

如本文中所使用的，涉及项目列表中“的至少一项”的短语指代所列项目的任何组合，包括单个项目。例如，“a、b或c中的至少一项”旨在涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c，连同同一元素的倍数的任何组合(例如，a-a、a-a-a、a-a-b、a-a-c、a-b-b、a-c-c、b-b、b-b-b、b-b-c、c-c和c-c-c，或a、b和c的任何其他顺序)。

结合本公开描述的各种例示性逻辑块、模块和电路可以利用旨在执行本文所述的功能的以下任意项来实现或执行：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、ASIC、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑电路(PLD)、分立栅极或晶体管逻辑、分立硬件组件或其任何组合。通用处理器可以是微处理器，但备选地，处理器可以是任何市售的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心结合的一个或多个微处理器或其他任何这样的配置。

本文公开的方法包括用于实现所描述的方法的一个或多个步骤或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可以彼此互换。换句话说，除非指定了步骤或动作的特定顺序，否则在不背离权利要求的范围情况下，可以修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。

所描述的功能可以以硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果以硬件实现，则示例硬件配置可以包括无线节点中的处理系统。该处理系统可以用总线架构来实现。取决于处理系统的特定应用和总体设计约束，总线可以包括任何数目的互连总线和桥。总线可以将包括处理器、机器可读介质和总线接口的各种电路链接在一起。总线接口尤其可以用于经由总线将网络适配器连接到处理系统。网络适配器可用于实现物理(PHY)层的信号处理功能。在用户终端的情况下，用户接口(例如，小键盘、显示器、鼠标、操纵杆等)还可以连接到总线。总线还可以链接各种其他电路，诸如定时源、外围设备、电压调节器、电源管理电路等，这些在本领域中是众所周知的，因此不再赘述。

该处理系统可以被配置成具有一个或多个提供处理器功能的微处理器、以及提供机器可读介质的至少一部分的外部存储器的通用处理系统，微处理器和外部存储器都通过外部总线体系结构与其他支持电路链接在一起。备选地，处理系统可以利用以下项来实现：具有处理器、总线接口、在接入终端的情况下的用户接口、支持电路以及集成到单个芯片中的机器可读介质的至少一部分的ASIC，或利用具有一个或多个FPGA、PLD、控制器、状态机、门控逻辑、分立硬件组件或任何其他合适的电路，或可以执行贯穿本发明描述的各种功能的电路的任何组合。取决于特定应用和施加到整个系统的总体设计约束，本领域技术人员将认识到如何最好地为处理系统实现所描述的功能。

应当理解，权利要求书不限于以上示出的精确配置和组件。在不脱离权利要求的范围的情况下，可以对上面所描述的方法和装置的布置、操作和细节进行各种修改、改变和变化。

Claims

1.一种用于控制在无线功率接收机处的功率传输的方法，所述方法包括：

基于到所述无线功率接收机的负载的电流输出和电压输出中的一项、以及到DC-DC转换器的期望电压输入和期望电流输入中的一项，来确定所述无线功率接收机的所述DC-DC转换器的占空比；

基于所确定的所述占空比、以及到所述负载的所述电流输入和所述电压输出中的所述一项，来确定针对AC开关控制器的占空比界限；

基于到所述DC-DC转换器的所述期望电压输入和所述期望电流输入中的另一项、以及来自所述AC开关控制器的电流输出和电压输出中的实际一项，来确定针对所述AC开关控制器的操作占空比；

将所述操作占空比与所述占空比界限进行比较；以及

当所述操作占空比大于所述占空比界限时，调整到所述DC-DC转换器的所述期望电压输入和所述期望电流输入中的至少一项。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述占空比界限被配置为设置通过所述AC开关控制器的峰值电压或峰值电流。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述操作占空比被配置为维持到所述DC-DC转换器的所述期望电压输入和所述期望电流输入中的所述一项。

4.根据权利要求1所述的方法，其中到所述DC-DC转换器的所述期望电压输入和所述期望电流输入中的所述至少一项基于针对所述AC开关控制器的所选择的操作占空比而被调整为在所述操作占空比与所述占空比界限之间的值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述AC开关控制器的输出被耦合至所述DC-DC转换器的输入，并且其中所述DC-DC转换器被配置为限制所述AC开关控制器处的电压，并且所述AC开关控制器被配置为限制所述DC-DC转换器处的电流。

6.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述DC-DC转换器的所述占空比基于到所述负载的所述电压输出、以及到所述DC-DC转换器的所述期望电压输入，其中确定针对所述AC开关控制器的所述占空比界限基于到所述负载的所述电压输出，并且其中确定针对所述AC开关控制器的所述操作占空比基于到所述DC-DC转换器的所述期望电流输入、以及来自所述AC开关控制器的实际电流输出。

7.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述DC-DC转换器的所述占空比基于到所述负载的所述电流输出、以及到所述DC-DC转换器的所述期望电流输入，其中确定针对所述AC开关控制器的所述占空比界限基于到所述负载的所述电流输出，并且其中确定针对所述AC开关控制器的所述操作占空比基于到所述DC-DC转换器的所述期望电压输入、以及来自所述AC开关控制器的实际电压输出。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将所述无线功率接收机的功率传输元件耦合到无线场，以生成到所述AC开关控制器的电压输入和电流输入。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述DC-DC转换器的所述占空比对应于所述DC-DC转换器的一个或多个开关在断开状态与闭合状态之间循环的周期。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述AC开关控制器的所述占空比对应于所述AC开关控制器的一个或多个开关在断开状态与闭合状态之间循环的周期。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述期望电压输入和所述期望电流输入基于以下中的至少一项：所述AC开关控制器的电流额定值或电压额定值、或者所述DC-DC转换器的电流额定值或电压额定值。

12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将针对所述AC开关控制器的所述占空比、所述DC-DC转换器的所述占空比、到所述DC-DC转换器的所述期望电压输入以及到所述DC-DC转换器的所述期望电流输入初始化到默认值。

13.根据权利要求1所述的方法，其中确定针对所述AC开关控制器的所述操作占空比包括：将针对所述操作占空比的最小底值设置为大于0。

14.一种无线功率接收机，包括：

DC-DC转换器；

AC开关控制器；以及

谐振电路，被配置为耦合到无线功率场，其中所述AC开关控制器的输入被耦合到所述谐振电路的输出，并且其中所述AC开关控制器的输出被耦合到所述DC-DC转换器的输入，其中

其中所述DC-DC转换器包括一个或多个第一开关，其中所述AC开关控制器包括一个或多个第二开关，并且所述无线功率接收机进一步包括被配置为控制所述一个或多个第一开关的第一占空比、以及所述一个或多个第二开关的第二占空比的控制器，并且

所述控制器被配置为：

基于到所述无线功率接收机的负载的电压输出和电流输出中的一项、以及到所述DC-DC转换器的期望电压输入和期望电流输入中的一项，来确定所述第一占空比；

基于所确定的所述第一占空比以及到所述负载的所述电压输出和所述电流输出中的所述一项，来确定针对所述第二占空比的界限；

基于到所述DC-DC转换器的所述期望电压输入和所述期望电流输入中的另一项、以及来自所述AC开关控制器的电流输出和电压输出中的实际一项，来确定针对所述第二占空比的操作值；

将所述操作值与所述界限进行比较；以及

当所述操作值大于所述界限时，调整到所述DC-DC转换器的所述期望电压输入和所述期望电流输入中的至少一项。

15.根据权利要求14所述的无线功率接收机，其中所述DC-DC转换器被配置为限制跨所述AC开关控制器的一个或多个开关的电压，并且所述AC开关控制器被配置为限制跨所述DC-DC转换器的电感器的电流。

16.根据权利要求14所述的无线功率接收机，其中所述DC-DC转换器包括升压转换器或降压转换器中的一项，并且其中所述谐振电路包括串联LC电路或并联LC电路中的一项。

17.根据权利要求14所述的无线功率接收机，进一步包括：整流器，所述整流器包括硅二极管；以及控制器，所述控制器被配置为控制所述AC开关控制器的钳位角以具有大于0的最小值。

18.根据权利要求14所述的无线功率接收机，其中所述控制器被配置为基于通过所述无线功率接收机的期望电流和期望电压来控制所述第一占空比和所述第二占空比。

19.根据权利要求14所述的无线功率接收机，其中所述控制器被配置为基于所述第一占空比来控制所述第二占空比。

20.根据权利要求19所述的无线功率接收机，其中所述控制器被配置为将所述第二占空比控制到第一水平，所述第一水平限制通过所述DC-DC转换器的电感器的电流的水平，并且所述控制器被配置为将所述第一占空比控制到第二水平，所述第二水平减小跨所述一个或多个第二开关的上限电压。

21.根据权利要求14所述的无线功率接收机，进一步包括负载，其中所述DC-DC转换器的占空比基于由所述无线功率接收机供电的所述负载的电压或电流而被调整。